اثر اسید هیومیک و مایه زنی جدایه‌های اکتینومایست برحلالیت فسفر در شرایط آزمایشگاهی و محتوای فسفر گیاه ذرت ((Zea mays

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس‌ارشد گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

2 دانشیار، گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 هیات علمی ، گروه مهندسی علوم خاک، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

4 دانشجوی دکتری گروه مهندسی علوم خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.

چکیده

سابقه و هدف: اکتینومایست‌ها از جمله گروه‌های میکروبی پرجمعیت خاکزی بوده که اثرات مثبت زیادی در حفظ اکوسیستم دارند. فراهمی عناصر غذایی به ویژه فسفر در ریزوسفر گیاه که به دلایل مختلف، جذب آن برای گیاه دشوار است از جمله اثرات مثبت کاربرد اکتینومایست‌های محرک رشد می‌باشد. اسید هیومیک از جمله ترکیبات آلی محرک رشدی بوده که به واسطه نقش مهمی که در حاصلخیزی و تقویت جامعه زیستی خاک دارد سبب افزایش رشد و فعال‌سازی جمعیت موثر ریزجانداران خاکزی مستقر در رایزوسفر گیاه و همچنین کارایی مصرف کودهای فسفر می‌گردد. بر این اساس هدف از انجام این پژوهش: 1) غربالگری میزان حل-کنندگی فسفات جدایه‌های اکتینومایست در محیط‌های کشت مختلف 2) بررسی اثر افزودن اسید هیومیک در میزان غلظت فسفر محلول در محیط‌های کشت مختلف 3) ارزیابی اثر مایه‌زنی جدایه‌ی منتخب بر شاخص‌های رشدی، فیزیولوژیک و محتوای فسفر ذرت رقم سینگل کراس 704 در حضور اسید هیومیک و سطوح کود فسفر بود.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش تعداد 20 جدایه اکتینومایست که بر اساس ویژگی‌های ظاهری این باکتری از زیست بوم‌های مختلف زراعی و باغی استان گلستان جداسازی و خالص‌سازی‌ شده بودند، برای غربالگری استفاده شد. توانایی حلالیت فسفات جدایه‌های باکتریایی در محیط‌های کشت GA ، NBRIP و 3SMM در حضور اسید هیومیک تجاری با غلظت 05/0 درصد بررسی شد. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با فاکتورهای: جدایه باکتری (20 جدایه خالص‌سازی شده)، محیط کشت (سه محیط کشت مرسوم حلالیت فسفر)، اسید هیومیک (کاربرد و عدم کاربرد) در سه تکرار در شرایط آزمایشگاهی طرح‌ریزی گردید. ارزیابی گلدانی به منظور بررسی تاثیر جدایه اکتینومایست منتخب و اثرات متقابل آن با سطوح مختلف فسفر و کاربرد اسیدهیومیک تحت شرایط نور و دمای محیط انجام گرفت. این ارزیابی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی با تیمارهای آزمایشی مایه‌زنی اکتینومایست (شاهد، مایه زنی)، کود فسفر از منبع مونوآمونیوم فسفات (شاهد، 20 و 40 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار)، اسیدهیومیک (شاهد، 2 میلی گرم در کیلوگرم) در سه تکرار بر روی گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704 انجام شد.
یافته‌ها: بررسی نتایج غربالگری حلالیت فسفر در سه محیط‌ کشت متفاوت نشان داد که حلالیت در محیط کشت NBRIP از کارایی بیشتری برخوردار بوده به طوری‌که آزادسازی فسفر در جدایه‌های 47، 46، 79، 74، 24 افزایش قابل توجهی از خود نشان داد. پس از کاربرد اسید هیومیک در این محیط کشت، جدایه‌های مذکور انحلال فسفر از منبع تری کلسیم فسفات را به ترتیب 12/11، 06/118، 76/4 و 69/9 برابری افزایش دادند. بیشترین میزان حلالیت فسفر در جدایه 47 با کاربرد اسید هیومیک، به میزان 05/247 میلی‌گرم در لیتر به ثبت رسید. بنابراین، جدایه مذکور به عنوان جدایه برتر برای انجام آزمون گلدانی انتخاب شد. نتایج توالی‌یابی نشان داد که جدایه برتر بیشترین همولوژی را با گونه استرپتومایسس کارترئوسیس داشته و با شماره دسترسی KJ152149 در پایگاه NCBI ثبت گردید. نتایج پایش گلدانی نشان داد که بیشترین میزان زیست توده اندام هوایی (97/13 گرم در گلدان)، ریشه (2/8 گرم در گلدان) ارتفاع بوته (26/32 سانتی‌متر)، کلروفیل (87/32)، محتوای فسفر (23/0 درصد) مربوط به تیمار بهینه کاربرد تلفیقی سطح بالای فسفر (40 میلی گرم در کیلوگرم) به همراه اسید هیومیک و مایه زنی استرپتومایسس می‌باشد.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این پژوهش مایه‌زنی با جدایه استرپتومایسس غربالگری شده و کاربرد تلفیقی آن با اسید هیومیک سبب بهبود کارایی مصرف کود فسفر و فراهمی آن برای گیاه گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of humic acid and inoculation of actinomycetes isolates on phosphorus solubilization in laboratory condition and phosphorus content in maize (Zea mays)

نویسندگان [English]

  • nilofar khalili 1
  • Reza Ghorbani Nasrabadi 2
  • Mojtaba Baranimotlagh 3
  • Reza khodadadi 4
1 Master's degree in Soil Science Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.
2 Associate Professor, Department of Soil Science Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
3 Department of Soil Science College of Soil & Water. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Gorgan, Iran
4 Doctoral student of Soil Science Engineering Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.
چکیده [English]

Background and objectives: Actinomycetes are among the highly populated microbial groups in the soil, and they have significant positive effects on ecosystem preservation. Providing nutrients, especially phosphorus, in the plant rhizosphere, where its absorption is challenging for plants due to various reasons, is one of the positive effects of using growth-promoting actinomycetes. Humic acid is among the organic compounds that act as growth stimulants. Due to its significant role in soil fertility and the enhancement of soil microbial communities, it promotes the growth and activation of beneficial soil microorganisms residing in the rhizosphere of plants. It also improves the efficiency of phosphorus fertilizers. Therefore, the objectives of this study was as follows: 1) Screening the phosphate solubilization capacity of actinomycete isolates in various culture media, 2) investigating the effect of adding humic acid on soluble phosphorus concentration in different media culture, 3) evaluating the effect of inoculation with selected isolate on growth, physiological parameters, and phosphorus content of the maize variety 'Single Cross 704' in the presence of humic acid and different levels of phosphorus fertilizer.
Materials and methods: In this research, a total of 20 actinomycete strains were isolated and purified from various agricultural and horticultural ecosystems in Golestan province, based on their morphological characteristics. These strains were utilized for screening purposes. The phosphate solubilization ability of bacterial strains was assessed in GA, NBRIP, and SMM media culture in the presence of commercial humic acid at a concentration of 0.5%. This experiment was conducted in a factorial design within a completely randomized design, with the following factors: bacterial strain (20 purified strains), culture media (three common phosphorus solubilization media), and humic acid (application, non-application) with three replications under laboratory conditions. To evaluate the effects of a selected actinomycete isolate and its combined effects with different levels of phosphorus and the application of humic acid, a pot experiment was conducted under light and ambient temperature conditions in a completely randomized design with factorial treatments of actinomycete inoculation (control, inoculation), phosphorus fertilizer (control, 20 and 40 kg pure phosphorus per hectare), and humic acid with three replicates on Single Cross 704 maize plants.
Results: The screening results revealed that the NBRIP culture medium was more efficient for phosphorus release, and strains 47, 46, 79, 74, and 24 showed significant increases in phosphorus release. The application of humic acid resulted in an increase in the dissolution of tricalcium phosphate and the release of phosphorus by 11.12-, 118.06-, 4.76-, and 9.69-fold, respectively, in the NBRIP culture medium of the isolates mentioned. Isolate 47 exhibited the highest phosphorus solubility of 247.05 mg/litre with the addition of humic acid, and was selected as the superior isolate for the pot test. The sequencing results revealed that the superior isolate had the highest homology with the Streptomyces chartreusis isolate registered in the NCBI database with accession number KJ152149. The results of the pot experiment indicated that the optimal treatment was the combined application of high phosphorus content (40 mg/kg) together with humic acid and Streptomyces inoculation (P2B1H1), which resulted in the highest amount of shoot biomass (13.97 g per pot), root biomass (8.2 g per pot), plant height (32.26 cm), chlorophyll (32.87 SPAD numbers), and phosphorus content (0.23 percent).
Conclusion Based on the results of this study, inoculation with the screened streptomyces isolate and its combined application with humic acid improved the efficiency of phosphorus fertilizer utilization and provided it effectively for the plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Phosphorus release
  • humic acid
  • actinomycete
  • combined application

مراجع

1.Han, H. S., & Lee, K. D. )2006(. Effect of co-inoculation with phosphate and potassium solubilizing bacteria on mineral uptake and growth of pepper and cucumber. Plant Soil and Environment, 52 (3), 130-136. doi: 10.17221/3356-PSE.
2.Yang, J., Kloepper, J. W., & Ryu, C. M. )2009(. Rhizosphere bacteria help plants tolerate abiotic stress. Trends in Plant Science, 14 (1), 4. doi:10.1016/ j.tplants. 2008.10.004.
3.Jog, R., Pandya, M., & Nareshkumar, G., Rajkumar, S. )2014(. Mechanism of phosphate solubilisation and antifungal activity of Streptomyces sp. isolated from wheat roots and rhizosphere and their application in improving plant growth. Journal of Microbiology, 160 (4), 778-788. doi: 10.1099/mic.0.074146-0.
4.Ahemad, M., Zaidi, A., Khan, M. S., & Oves, M. )2009(. Biological importance of phosphorus and phosphate solubilizing microbes- Anoverview. Phosphate Solubilising Microbes for Crop Improvement. Nova Science Publisher Inc, Pp: 1-14.
5.An, X., Liu, J., Liu, X., Ma, C., & Zhang, Q.) 2022(. Optimizing phosphorus application rate and the mixed inoculation of Arbuscular mycorrhizal fungi and phosphate-solubilizing bacteria can improve the phosphatase activity and organic acid content in alfalfa soil. Journal of Sustainability, 14 (18), 11342. doi: 10.3390/su141811342.
6.Saravanan, D., Radhakrishnan, M., & Balagurunathan, R. )2016(. Isolation of plant growth promoting substance producing bacteria from Niligiri hills with special reference to phosphatase enzyme. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 8 (2), 698-703. doi: 10.3389/ fsufs.2022.903114.
7.Yi, Y., Huang, W., & Ge, Y. )2008(. Exopolysaccharide: a novel important factor in the microbial dissolution of tricalcium phosphate. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 24, 1059-1065. doi: 10.1007/s11274-007-9575-4.
8.Whitelaw, M. )2000(. Growth promotion of plant inoculated with phosphate solubilizing fungi. Advances in Agronomy, 69, 99-15. doi: 10.1016/ S0065-2113(08)60948-7.
9.Richardson, A. E. )2007(. Making microorganisms mobilize soil phosphorus. p 85-90. In Velázquez E., Rodríguez-Barrueco, C, First international meeting on microbial phosphate solubilization, Part of the book series: Developments in Plant and Soil Sciences. doi: 10.1007/ 978-1-4020-5765-6_10.
10.You, M., Fang, S., MacDonald, J., Xu, J., & Yuan, Z. C. )2020(. Isolation and characterization of Burkholderia cenocepacia CR318, a phosphate solubilizing bacterium promoting corn growth. Journal of Microbiological Research, 233 (1), 126-395. doi: 10.1016/ j.micres.2019.126395.
11.Glick, B. R. )2014(. Bacteria with ACC deaminase can promote plant growth and help to feed the world. Journal of Microbiological Researc, 169 )1(, 30-39. doi:10.1016/j.micres.2013.09.009.
12.Yang, F., Sui, L., Tang, C., Li, J., Cheng, K., & Xue, Q. )2021(. Sustainable advances on phosphorus utilization in soil via addition of biochar and humic substances. Journal of Science of the Total Environment, 768, 145106. doi: 10.1016/ j.scitotenv. 2021.145106.
13.Arif, I., Batool, M., & Schenk, P. M. )2020(. Plant microbiome engineering: expected benefits for improved crop growth and resilience. Trends in Biotechnology, 38) 12(, 1385-1396. doi: 10.1016/j.tibtech.2020.04.015.
14.Izhar Shafi, M., Adnan, M., Fahad, S., Wahid, F., Khan, A., Yue, Z., Danish, S., Zafar-ul-Hye, M., Brtnicky, M., & Datta, R. )2020(. Application of single superphosphate with humic acid improves the growth, yield and phosphorus uptake of wheat (Triticum aestivum L.) in calcareous soil. Journal of Agronomy, 10) 9(, 12-24. doi: 10. 3390/agronomy10091224.
15.Abdel-Monaim, M. F., Abdel-Gaid, M. A., & El-Morsy, M. E. M. A. )2012(. Efficacy of Rhizobacteria and humic acid for controlling Fusarium wilt disease and improvement of plant growth, quantitative and qualitative parameters in tomato. International Journal of Phytopathology. 1 (1), 39-48. doi: 10.33687/ phytopath. 001.01.0014.
16.Hussain, A., Ahmad, M., Mumtaz, M. Z., Nazli, F., Farooqi, M. A., Khalid, I., & Arshad, H. )2019(. Impact of integrated use of enriched compost, biochar, humic acid and Alcaligenes sp. AZ9 on maize productivity and soil biological attributes in natural field conditions. Italian Journal of Agronomy, 14 (2), 101-107. doi: 10.4081/ ija. 2019. 1413.
17.Ekin, Z. )2019(. Integrated use of humic acid and plant growth promoting rhizobacteria to ensure higher potato productivity in sustainable agriculture. Journal of Sustainability, 11 )12), 3417. doi:10.3390/su11123417.
18.Hayes, M. H. B., & Wilson, W. S. 1997. Humic Substances, Peats and Sludges: Health and environmental aspects. The Royal society of Chemistry, Cambridge Publisher Inc, Pp: 247-336.
19.Jing, J., Zhang, S., Yuan, L., Li, Y., Zhang, Y., & Zhao, B. )2022(. Synergistic effects of humic acid and phosphate fertilizer facilitate root proliferation and phosphorus uptake in low-fertility soil. International Journal of Plant-Soil Relationships,
478 )1(, 491-503. doi: 10.1007/s11104-022-05486-2.
20.Manivasagan, P., Sivasankar, P., Venkatesan, J., Senthilkumar, K., Sivakumar, K., & Kim, S. K. )2013(. Production and characterization of an extracellular polysaccharide from Streptomyces violaceus MM72. International Journal of Biological Macromolecules. 59, 29-38. doi: 10. 1016/j.ijbiomac.2013.04.012.
21.Mehta, S., & Nautiyal, C. S. )2001(. An efficient method for qualitative screening of phosphate solubilizing bacteria. Journal of Current Microbiology, 43, 51-56. doi: 10.1007/ s002840010259.
22.Rubio, M. G., Valencia-Plata, S. A., Bernal-Castillo, J., & Martínez-Nieto, P. )2000(. Isolation of Enterobacteria, Azotobacter sp. and Pseudomonas sp., producers of indole-3-acetic acid and siderophores, from Colombian rice rhizosphere. Revista Latinoamericana de Microbiología, 42) 4(, 171-176.
23.Piper, C. S. (2019). Soil & plant analysis. Scientific Publishers. 367p.
24.Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., & Loeppert, R. H. (2020). Methods of soil analysis, Section III: Chemical methods. Pp: 869-920.
25.Farhat, M. B., Boukhris, I., & Chouayekh, H. (2015). Mineral phosphate solubilization by Streptomyces sp. CTM396 involves the excretion of gluconic acid and is stimulated by humic acids. FEMS Microbiology Letters,
362, 5. doi: 10.1093/femsle/fnv008.
26.Rashidi, N., Moezzi, A., & Rahnama, A. )2018(. The effect of Humic acid on vegetative characteristics, absorption of Phosphorus and Potassium and Pistachio seedlings under drought stress. Journal of Applied Soil Research, 134-149. doi:10.22034/JON.2020.1879490.1069. [In Persian]
27.Feoktistova, A., Bakaeva, M., Timergalin, M., Chetverikova, D., Kendjieva, A., Rameev, T., & Chetverikov, S. )2022(. Effects of Humic Substances on the Growth of Pseudomonas plecoglossicida 2, 4-D and Wheat Plants Inoculated with This Strain. Journal of Microorganisms, 10) 5(, 10-66. doi:10.3390/ microorganisms 10051066.
28.Ojwang, L. M., & Cook, R. L. )2013(. Environmental conditions that influence the ability of humic acids to induce permeability in model biomembranes. Journal of Environmental Science & Technology, 47) 15(, 8280-8287. doi: 10.1021/es4004922.
29.Xie, Y., Gu, Z., Herath, H. M. S. K., Gu, M., He, C., Wang, F., & Zhang, Y. )2017(. Evaluation of bacterial biodegradation and accumulation of phenanthrene in the presence of humic acid. Journal of Chemosphere, 184, 482-488. doi:10.1016/ j.chemosphere. 2017.06.026.
30.Yuan, Y., Gai, S., Tang, C., Jin, Y., Cheng, K., Antonietti, M., & Yang, F. )2022(. Artificial humic acid improves maize growth and soil phosphorus utilization efficiency. Journal of Applied Soil Ecology, 179, 104-587. doi: 10.2139/ssrn.4029383.
31.Cozzolino, V., Monda, H., Savy, D., Di Meo, V., Vinci, G., & Smalla, K. )2021(. Cooperation among phosphate-solubilizing bacteria, humic acids and Arbuscular mycorrhizal fungi induces soil microbiome shifts and enhances plant nutrient uptake. Journal of Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 8 (1), 1-18. doi: 10.1186/ s40538-021-00230-x.
32.Ahmad, S., Daur, I., Al-Solaimani, S. G., Mahmood, S., Bakhashwain, A. A., Madkour, M. H., & Yasir, M. )2016(. Effect of Rhizobacteria inoculation and humic acid application on canola (Brassica napus L.) crop. Pakistan Journal of Botany, 48 (5), 2109-2120.
33.Chen, Y. P., Rekha, P. D., Arun, A. B., Shen, F. T., Lai, W. A., & Young, C. C. )2006(. Phosphate solubilizing bacteria from subtropical soil and their tricalcium phosphate solubilizing abilities. Journal of Applied Soil Ecology, 34 (1), 33-41. doi: 10.1016/j.apsoil.2005.12.002.
34.Scharf, P. C., Brouder, S. M., & Hoeft, R. G. )2006(. Chlorophyll meter readings can predict nitrogen need and yield response of corn in the north‐central USA. Journal of Agronomy, 98 (3), 655-665. doi: 10.2134/agronj 2005.0070.
35.Vance, C. P., Uhde‐Stone, C., & Allan, D. L. )2003(. Phosphorus acquisition and use: critical adaptations by plants for securing a nonrenewable resource. Journal of New phytologist, 157 (3), 423-447. doi: 10.1046/j.1469-8137.2003.00695.x.
36.Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., & Loeppert, R. H. 2020. Methods of soil analysis, part 3: Chemical methods. John Wiley & Sons, 1424p.
37.Ghorbani-Nasrabadi, R., Greiner, R., Alikhani, H. A., Hamedi, J., & Yakhchali, B. )2013(. Distribution of actinomycetes in different soil ecosystems and effect of media composition on extracellular phosphatase activity. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 13 (1), 223-236. doi: 10.4067/S0718-95162013005000020.
38.Ghorbani-Nasrabadi, R. G., Greiner, R., Mayer-miebach, E., & Menezes-Blackburn, D. )2023(. Phosphate solubilizing and phytate degrading Streptomyces isolates stimulate the growth and P accumulation of Maize (Zea mays) fertilized with different Phosphorus sources. Journal of Geomicrobiology, 40 (4), 325-336. doi: 10.1080/01490451.2023.2168799.
مجله مدیریت خاک و تولید پایدار
دوره 13، شماره 2
تیر 1402
صفحه 75-94

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار