تأثیر همزیستی قارچ Piriformospora indica بر رشد و شاخص‌های فیزیولوژیک گیاهچه‌های ذرت (Zea mays L.) در معرض ذرات میکروپلاستیک و تنش کمبود آب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

10.22124/cr.2025.30052.1860

چکیده

مقدمه: آلودگی اراضی زراعی به ذرات میکروپلاستیک یکی از مشکلات مهم زیست‌محیطی است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. تجزیه مالچ‌ها و تجهیزات پلاستیکی مورد استفاده در سیستم‌های آبیاری، مصرف کودهای مبتنی بر لجن حاصل از تصفیه پس‌آب، آب آبیاری آلوده و مجاورت مزارع با جاده‌های پرتردد، از جمله مهم‌ترین عوامل آلودگی زمین‌های کشاورزی به ذرات پلاستیک هستند. حضور میکروپلاستیک‌ها با اندازه ذرات 100 نانومتر تا پنج میلی‌متر در خاک، سبب سایش سطح ریشه گیاهان می‌شود و هر چه اندازه این ذرات بزرگ‌تر باشد، آسیب فیزیکی وارده به ریشه بیش‌تر خواهد بود. از سوی دیگر، تنش خشکی به‌ویژه در اثر تغییرات اقلیمی، به‌عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل محدود کننده تولید گیاهان زراعی، به‌طور نگران کننده‌ای در حال افزایش است. از این‌رو، پژوهش حاضر اجرا شد که هدف از آن، بررسی امکان استفاده از پتانسیل زیستی قارچ Piriformospora indica در جهت کاهش اثرات منفی تنش ناشی از ذرات میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید (PVC) و تنش کمبود آب در گیاه ذرت بود.

مواد و روش‌ها: آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با سه تکرار در سال 1402 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه بوعلی سینا همدان اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل افزودن سه غلظت میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید به خاک (صفر، 0.1 و یک درصد)، قارچ P. indica در دو سطح (تلقیح و عدم تلقیح) و تنش کمبود آب در سه سطح (آبیاری کامل و آبیاری در 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی به‌ترتیب به‌عنوان بدون تنش، تنش متوسط و تنش شدید) بودند. بذرهای ذرت رقم طه پس از جوانه‌زنی، با قارچ P. indica تلقیح و در گلدان‌هایی با ظرفیت سه کیلوگرم خاک کشت و در گلخانه قرار داده شدند. تنش کمبود آب 14 روز پس از کاشت اعمال شد. یک ماه پس از کاشت، پارامترهای فتوسنتزی و محتوای رطوبت نسبی برگ اندازه‌گیری و سپس گیاهان برداشت شدند و ریشه گیاهان به‌منظور تعیین درصد کلونیزاسیون در زیر میکروسکوپ مورد بررسی قرار گرفت. محتوای پرولین، محتوای کلروفیل کل و ماده خشک گیاهان نیز اندازه‌گیری شد.

یافته‌های تحقیق: نتایج نشان داد که افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک مشابه تنش کمبود آب، محتوای رطوبت نسبی برگ، محتوای کلروفیل کل، شاخص‌های فتوسنتزی و ماده خشک اندام هوایی گیاهچه‌های ذرت را به‌طور معنی‌داری کاهش داد. اگرچه درصد کلونیزاسیون ریشه گیاهچه‌های ذرت توسط قارچ P. indica بر اثر افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک و همچنین به‌دنبال کاهش رطوبت خاک به 75 و 50 درصد ظرفیت مزرعه به‌ترتیب 16.9، 30.9 و 47.1 درصد نسبت به شاهد کاهش یافت، اما تأثیر مثبت قارچ بر رشد و پارامترهای مورد بررسی در این شرایط همچنان مشهود بود، به‌طوری که محتوای رطوبت نسبی، محتوای کلروفیل، سرعت فتوسنتز خالص و وزن خشک اندام‌های هوایی گیاهان تلقیح‌شده با قارچ تحت شرایط بالاترین سطح تنش کمبود آب و در حضور یک درصد میکروپلاستیک، به‌ترتیب (8.2 و 9)، (20.5 و 27)، (17.9 و 17.8) و (43.5 و 46.8) درصد بیش‌تر از گیاهان تلقیح نشده بود. علاوه بر این، محتوای پرولین گیاهان نیز در حضور قارچ به‌طور معنی‌داری افزایش یافت.

نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه نشان داد که حضور قارچ P. indica موجب افزایش رشد و بهبود پارامترهای فتوسنتزی گیاهچه‌های ذرت تحت شرایط تنش کمبود آب و ذرات میکروپلاستیک شد. به این ترتیب، استفاده از این قارچ به‌منظور تعدیل اثرات منفی تنش‌های مذکور می‌تواند مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Piriformospora indica symbiosis on growth and physiological indices of maize (Zea mays L.) seedlings exposed to microplastic particles and water deficit stress

نویسندگان [English]

  • Maryam Saman 1
  • Ali Sepehri 2
1 Assistant Professor, Department of Agricultural Sciences, Faculty of Technical and Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

Introduction
Microplastic contamination of agricultural lands is one of the major environmental problems that has recently gained attention. The decomposition of plastic mulches and equipment used in irrigation systems, the use of sludge-based fertilizers from wastewater purification, contaminated irrigation water, and the proximity of fields to busy roads are among the most important factors in the contamination of agricultural lands with plastic particles. The presence of microplastics in the soil with particle sizes from 100 nm to five mm causes abrasion of the root surface of plants, and physical damage to plant roots will increase with increasing particle size. Moreover, drought stress, as one of the most important factors limiting crop production, is increasing alarmingly, especially due to global climate change. Therefore, the present study was conducted to investigate the possibility of using the biological potential of the fungus Piriformospora indica to reduce the negative effects of stress caused by polyvinyl chloride (PVC) microplastic particles and water deficiency in maize crop.

Materials and methods
The experiment was conducted as factorial experiment in a completely randomized design with three replications in the research greenhouse of Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran, in 2023. The experimental factors included the addition of three concentrations of polyvinyl chloride microplastics to the soil (0, 0.1, and 1%), P. indica fungus at two levels (inoculation and non-inoculation), and water deficit stress at three levels (full irrigation, and irrigation at 75% and 50% of field capacity, as non- stress, moderate stress and severe stress, respectively). Germinated maize seeds (cv. ‘Tah’) were inoculated with P. indica, planted in pots containing three kg of soil, and placed in greenhouse conditions. Water deficit stress was applied 14 days after planting. One month after planting, photosynthetic parameters and relative leaf water content were measured. The plants were then harvested, and the roots were assessed under a microscope to determine the colonization percentage. Proline content, total chlorophyll content, and plant dry matter were also measured.

Research findings
The results showed that the presence of 1% microplastic in the soil, similar to water deficit stress, significantly reduced relative leaf water content, total chlorophyll content, photosynthetic indices, and shoot dry matter of maize seedlings. Although the percentage of root colonization of maize seedlings by P. indica fungus decreased by 16.9%, 30.9%, and 47.1% under 1% microplastic contamination and water deficit at 75% and 50% of field capacity conditions compared to the control, respectively, the beneficial effects of the fungus on plant growth and measured parameters was still evident, so that the relative leaf water content, chlorophyll content, net photosynthesis rate, and shoot dry weight of inoculated plants under the highest level of water deficit stress and in the presence of 1% microplastic were (8.2 and 9), (20.5 and 27), (17.9 and 17.8) and (43.5 and 46.8) percent higher than those of uninoculated plants, respectively. Moreover, the proline content of the plants also increased significantly in the presence of the fungus.

Conclusion
The results of this study showed that the presence of P. indica fungus improved the growth and photosynthetic parameters of maize seedlings under microplastic particles and water deficit stress conditions. Thus, utilizing the potential of this fungus can be considered to reduce the negative effects of these stresses.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chlorophyll content
  • Endophytic fungus
  • Polyvinyl chloride (PVC)
  • Proline content
  • Relative water content
  • Root colonization