اثر تلقیح باکتری ریزوبیوم بر محصولات کشاورزی، جلسه اول
هدف: در این پروژه از باکتری ریزوبیوم به عنوان کودی برای گیاه لوبیا استفاده کرده و تاثیرات آن را بر رشد گیاه و کیفیت میوه دهی آن بررسی می کنیم.
حداقل زمان مورد نیاز برای انجام پروژه: 6 هفته
هزینه برآوردی: متوسط
سطح دشواری: سخت
مقدمه
نیتروژن از جمله موادی است که گیاه برای رشد و نمو به آن نیاز دارد. با وجود آنکه فرم مولکولی نیتروژن (N2) 78% جو زمین را تشکیل میدهد، یعنی به مقدار زیادی دردسترس گیاه قرار دارد و همچنین در باقیمانده مواد حاصل از تجزیه سایر موجودات در خاک نیز نیتروژن آلی بسیاری وجود دارد؛ اما چطور است که نیتروژن با این فراوانی، عامل محدود کننده رشد گیاهان به شمار میرود؟!
گیاهان نمیتوانند نیتروژن مولكولی ( (N2و تركیبات آلی نیتروژندار را جذب كنند. مثل اینكه از پدربزرگ تان با دندان های مصنوعی بخواهید ته دیگ برنج بخورد! گیاه نیز تنها تركیبات خاص نیتروژن دار نظیر آمونیاك و نیترات را میتواند استفاده كند.
ازت آلی نمیتواند مستقیم مورد استفاده گیاه قرار بگیرد. باید طی فرایند معدنی شدن به ازت معدنی تبدیل شود و به این ترتیب قابل جذب برای گیاه شود. در حال حاضر معدنی شدن و همچنین تثبیت ازت هوا، در كارخانه های كودسازی یا صنعت پتروشیمی با هزینه و انرژی بسیار زیاد صورت میگیرد و یا بدون هزینه به وسیله موجودات ذره بینی خاك كه كار كارخانه های كود سازی را انجام میدهند، انجام میپذیرد.
جذب ازت توسط گیاه به صورت ساختارهایی که در جدول زیر آمده است، انجام میگیرد.
نقش ازت (N2) در گیاه
نیتروژن به هر صورتی كه توسط گیاه جذب شود در داخل گیاه طی فرایندهای بیوشیمیایی پیچیدهای عمدتاً در ساختار اسید های آمینه، نوكلئوتیدها و مولكولهای حیاتی دیگر استفاده میشود. همانطور كه میدانید اسید های آمینه زیرواحد پروتئین ها و نوكلئوتید ها زیرواحد سازنده اسید های نوكلئیك مانند DNA و RNA هستند.
بیشترین تأثیر كود های ازتدار افزایش رشد رویشی گیاه است. به این معنی که گیاهی كه از ازت كافی برخوردار است، رشد شاخه ها و برگ هایش زیاد است؛ چنین گیاهی رشد سبزینه (Chlorophy ll) خوبی نیز دارد.
... و اما کارخانه های کوچک بیولوژیک کودسازی
این کارخانه ها شامل دسته ای از باکتری ها و سیانوباکتری ها (Cyanobacteria) هستند که قابلیت تثبیت نیتروژن هوا توسط آنزیم های ویژه ای به نام نیتروژناز (Nitrogenase) را دارند.
اهمیت تثبیت ازت به روش بیولوژیک در این است كه بدون آلودگی زیست محیطی و بدون نیاز به صرف هزینه و انرژی، می توانیم كود ازته داشته باشیم. كود ازته ماده تقویتی بسیار مهمی در حاصلخیز نمودن خاك و در نتیجه افزایش محصول است، همچنین با توجه به محدود بودن ذخائر نیتروژن قابل استفاده برای گیاه، اضافه نمودن كود های مختلف به زمین های كشاورزی به ویژه كود های ازته عامل حیاتی برای زراعت دائمی به شمار میرود. كشاورزان در قدیم (200 سال قبل) مجبور بودند به دلیل كاهش مواد غذایی از جمله ازت هر چند سال یكبار زمین كشاورزی خود را عوض كنند كه همین امر یكی از دلایل مهم تخریب جنگل ها در گذشته بوده است. لذا با توجه به اهمیت استفاده از كودهای مختلف و افزایش نیاز غذا با توجه به افزایش جمعیت، همچنین با توجه به آلودگی های زیست محیطی فراوانی كه كودهای شیمیایی دارند، امروزه تولید و مصرف كودهای زیستی مختلف مورد توجه ویژهای قرار گرفته است.
تثبیت ازت به صورت زیستی از سه طریق انجام می گیرد:
1- روش آزاد یا غیر همزیست؛ كود میكروبی كه به این روش تهیه میشود، كود ازتوباكتری (Azotobacter) است و در شرایطی كه كمبود آن وجود داشته باشد، به خاك اضافه میشود.
2- روش همزیستی (Symbiosis) ؛ باكتری به نام ریزوبیوم (Rhizobium) روی ریشه گیاهان خانوادهی لگومینوزه (Leguminosae) ایجاد غده یا گره میكند. گیاهانی مانند یونجه، شبدر، نخود، لوبیا، عدس و ماش تثبیتكننده های مهم ازت به روش همزیستی هستند.
تخمین زده شده است که 50% کل نیتروژن تثبیت شده بر روی کره زمین، از همزیستی بین ریزوبیوم و گیاه لگوم حاصل میشود.
3- همیاری (Mutualism)؛ باكتری به نام ازوسپیریلیوم (Azospirillum) به صورت همیاری با ریشه گیاهان خانواده غلات مثل گندم، ازت هوا را تثبیت میكند.
روش مورد توجه در این پروژه نیز روش دوم یعنی همزیستی است؛
در این روش باكتری ریزوبیوم در غده های ریشه تجمع پیدا كرده، سپس ازت هوا را میگیرد و با تبدیل آن به NH3 به كمك آنزیم های نیتروژناز، ازت جو را تثبیت میكند. NH3 تولیدی، هم مورد استفادهی خود باكتری و هم مورد استفادهی گیاه میزبان قرار میگیرد. گیاه نیز با عمل فتوسنتز خود کربن موجود در جو كه به شكل دی اكسید كربن است را، تثبیت کرده و از آن تركیبات غذایی متعددی میسازد؛ باكتری های ریزوبیوم موجود در ریشه گیاه غذای مورد نیاز خود را از طریق آوندهای عبور كننده از غده ها دریافت میكنند. در این رابطه گیاه، تأمین كننده مواد غذایی باكتری و باكتری تأمین كننده منبع نیتروژن گیاه است (شکل 17).
مقدار تثبیت ازت به روش همزیستی بسته به نوع باكتری و گیاه میزبان متفاوت است. به طور متوسط از این طریق، تثبیت ازت میتواند بین 200 تا 300 كیلوگرم در هكتار، انجام پذیرد.
در جدول 2 انواع گیاهان تثبیت كننده ازت و ریزوبیوم همزیست با آن آمده است:
جدول 2 گیاهان و گونههای ریزوبیوم
مطالب مرتبط:
اثر تلقیح باکتری ریزوبیوم بر محصولات کشاورزی، جلسه اول
اثر تلقیح باکتری ریزوبیوم بر محصولات کشاورزی، جلسه دوم
اثر تلقیح باکتری ریزوبیوم بر محصولات کشاورزی، جلسه سوم
اثر تلقیح باکتری ریزوبیوم بر محصولات کشاورزی، جلسه چهارم
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهبان رحیمی فرد
تنظیم: زینب شاه مرادی