اثر باکتری های محرک رشد، اسید سالیسیلیک و براسینواستروئید بر ویژگی های فیزیولوژیک خردل سیاه تحت تنش کادمیوم

سابقه و هدف: آلودگی کادمیوم به دلیل جذب توسط گیاهان و ممانعت از رشد مناسب گیاه موجب کاهش کیفیت و کمیت محصولات زراعی شده است. گیاهان تیره شب بو از جمله خردل سیاه در شرایط آلودگی فلزات سنگین قدرت رشد بالایی دارند. برخی باکتری‌ها به تحرک فلزات سنگین در خاک کمک می‌کنند. تنظیم‌کننده‌های رشد نیز در القای واکنش گیاهان به بسیاری از تنشهای غیرزنده مانند فلزات سنگین نقش مهمی دارد. هدف از این آزمایش بررسی اثر باکتری های محرک رشد، اسید سالیسیلیک و براسینواستروئید بر کاهش اثرات تنش کادمیوم در خردل سیاه می‌باشد.مواد و روش‌ها: به منظور بررسی اثر باکتری‌های محرک رشد و تنظیم‌کننده‌های رشد بر خصوصیات فیزیولوژیکی خردل سیاه در شرایط تنش کادمیوم، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه محقق اردبیلی اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل دو سطح کادمیوم (0 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک)، سه سطح باکتری‌ (شاهد، آزوسپریلوم و سودوموناس) و سه سطح تنظیم کننده‌های رشد (شاهد، اسید سالیسیلیک و براسینواستروئید) بودند. بذرها قبل از کاشت با باکتری‌های مورد نظر تلقیح و تنظیم‌کننده‌های رشدی در دو مرحله طی دوره رشد، روی گیاه محلول‌پاشی گردیدند. پس از برداشت مقادیر مالون دی آلدئید، پرولین، قندهای محلول، رنگدانه‌های فتوسنتزی، شاخص پایداری غشا و متابولیت‌های ثانویه اندازه‌گیری شدند. یافته‌ها: نتایج مقایسه میانگین نشان داد که کاربرد کادمیوم، با اثراتی از جمله القای تنش اکسیداتیو، مقادیر مالون دی آلدئید، پرولین ، قندهای محلول، فنل و فلاونوئید برگ را افزایش و مقادیر کلروفیل a و b، کاروتنوئید، پایداری غشای سلولی، محصول بوته و مقدار آنتوسیانین را کاهش داد. مقدارمالون دی آلدئید و پرولین تحت تاثیر کاربرد باکتری‌ها و تنظیم کننده‌های رشد به‌طور معنی‌داری کاهش و مقدار فنل، فلاونوئید و محصول بوته در هر دوسطح کادمیوم تحت تاثیر باکتری‌های محرک رشد افزایش یافت. این در حالی است که تنظیم کننده‌های رشد میزان کلروفیل‌ a و b، قندهای محلول، پایداری غشای سلولی، فنل، فلاونوئید، آنتوسیانین و محصول بوته و همچنین باکتری‌ها نیز میزان قندهای محلول، پایداری غشای سلولی و آنتوسیانین را به‌طور معنی‌داری افزایش دادند. لازم به ذکر است که بین براسینواستروئید و اسید سالیسیلیک از نظر تمام صفات مورد بررسی تفاوت معنی‌داری وجود نداشت و از نظر صفاتی چون شاخص پایداری غشا و محصول بوته، تلقیح سودوموناس در مقایسه با آزوسپریلوم برتری معنی‌داری را نشان داد.نتیجه‌گیری: می‌توان نتیجه گرفت که تنش کادمیوم با القای تنش اکسیداتیو موجب تخریب غشای سلولی و افزایش مقدار مالون دی آلدئید گردیده و همچنین به کاهش مقدار کلروفیل می‌انجامد که این موضوع با افزایش سنتز پرولین در شرایط تنش ارتباط دارد. در اثر تنش کادمیوم، فعالیت آنزیم‌های ساخت کربوهیدرات بیشتر شد و منجر به افزایش قندهای محلول و به‌دنبال آن افزایش مقدار متابولیت‌های ثانویه گردید. با کاربرد باکتری‌ها و تنظیم کننده‌های رشد گیاه، اثرات تنش اکسیداتیو کاهش یافته و به افزایش پایداری غشا و کاهش مقدار مالون دی آلدئید منجر گردید. همچنین کاربرد این تیمارها موجب افزایش تولید کلروفیل و کاهش مقدار پرولین گردید. با افزایش مقدار کلروفیل در اثر این تیمارها مقدار تولید قندهای محلول نیز در گیاه افزایش یافت که نتیجه آن هم افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه در گیاه بود. با توجه به این نتایج، کاربرد تنظیم‌کننده‌ها و باکتری‌های محرک رشد برای کاهش اثرات تنش کادمیوم بر خردل سیاه در خاک‌های آلوده به این فلز، توصیه می‌گردد.

Effect of plant growth promoting rhizobacteria, salicylic acid and brassinosteroid on Physiological properties of Black Mustard in cadmium stress condition

Background and Objectives: Cadmium contamination has decreased crops quality and quantity due to its uptake by plants and inhibition of its proper growth. Plants of Brassicacea family like black mustard have a high growth capacity in heavy metals polluted conditions. Some rhizobacteria can help to the movements of heavy metals in the soil. Plant growth regulators also have an important role in the induction of plant reactions to most of abiotic stresses such as heavy metals. The aim of this experiment was the evaluation of effect of growth promoting rhizobacteria, salicylic acid and brassinosteroid on reduction of cadmium stress effects in black mustard. Materials and Methods: In order to study the effects of growth promoting rhizobacteria and plant growth regulators on physiological properties of black mustard under cadmium stress conditions, a factorial experiment was conducted based on randomized complete block design with four replications at research greenhouse of Mohaghegh Ardabili university. Experimental treatments included two cadmium levels (0 and 100 milligrams per kilograms of soil), three levels of rhizobacteria (control, Azospirillum, Pseudomonas) and three levels of growth regulators (control, Salicylic acid, Brasinosteroid). Before planting the seeds were inoculated with rhizobacteria and also growth regulators were sprayed in two stages during growth period on plants. After harvest some traits including MDA, proline, soluble sugars, photosynthetic pigments, membrane stability index and secondary metabolites were measured.Results: Results of means comparisons indicated that cadmium application by some effects including oxidative stress induction, increased MDA, proline, soluble sugars, phenol and flavonoid contents of leaves and decreased chlorophyll a and b, carotenoids and anthocyanin contents, membrane stability index and plant yield. Malondialdehyde and proline contents were reduced significantly by rhizobacteria inoculation and growth regulators application and phenol and flavonoid contents as well as plant yield were enhanced in both cadmium levels by rhizobacteria. Whereas growth regulators spray increased chlorophylls a and b contents, soluble sugars, membrane stability index, phenol, flavonoid, anthocyanin and plant yield and also the rhizobacteria enhanced soluble sugars, anthocyanin content and membrane stability index significantly. In addition, there was no significant difference between salicylic acid and brassinosteroid in all traits and pseudomonas inoculation compared to azospirillum indicated a significant superiority regarding some traits including membrane stability index and plant yield. Conclusion: It can be concluded that cadmium contamination via the oxidative stress induction leaded to cell membrane destruction and increasing malondialdehyde content and also it resulted decreasing chlorophyll content of plant that is associated with increasing proline synthesis under stress condition. As a result of cadmium contamination stress, the activity of carbohydrates synthesis enzymes was increased and resulted increasing soluble sugars content and consequently increasing secondary metabolites content. By the application of rhizobacteria and plant growth regulators, the effects of oxidative stress were decreased and it leaded to enhancing membrane stability and reducing malondialdehyde content. Additionally, these treatments increased chlorophyll production and decreased proline content. By increasing chlorophyll content affected by these treatments, soluble sugars production in plants was increased and it resulted increasing secondary metabolites production in plant. Considering these results, the application of growth regulators and growth promoting rhizobacteria in order to decrease cadmium stress effects on black mustard grown in contaminated soils is recommended.