نوع مقاله : علمی پژوهشی - تنش محیطی یا زیستی

نویسندگان

• پروین باقری فر ¹
• سید محمد واعظ موسوی ¹
• محمد حسین ارزانش ²
• مسعود توحید فر ³
• حجت اله ربانی نسب ⁴

¹ گروه جنگلشناسی و اکولوژی جنگل، دانشکده علوم جنگل، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

² اداره بخش خاک مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،

³ گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

⁴ اداره تحقیقات گیاهپزشکی مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی گلستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی

چکیده

مقدمه: تنش آبی یک چالش جهانی است که تأثیرات نامطلوبی بر جامعه، اقتصاد و محیط زیست دارد. حضور قارچ‌های اکتومیکوریزی می‌تواند توانایی گیاهان را در مقابله با این تنش‌ها از طریق سازوکارهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی افزایش دهد. با این حال، فعالیت‌های آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در همزیستی اکتومیکوریزی، به ویژه قارچ‌های ترافل، هنوز به طور کامل شناخته نشده است. این مطالعه به بررسی تأثیر قارچ اکتومیکوریز Tuber aestivum Vittad. بر فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (کاتالاز و پراکسیداز) در برگ‌های گیاهان فندق و ژینکو در شرایط تنش آبی پرداخته است.

مواد و روش: مطالعه حاضر بین سال‌های 1399 تا 1401‌ در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان و با استفاده از طرح کاملاً تصادفی به انجام رسید. ماده‌ی پودری تلقیح با آب مقطر معلق شد. یک گرم از این ماده با غلظت 108 اسپور به خاک اطراف نهال‌ها در سه مرحله افزوده شد. ارزیابی همزیستی با استفاده از روش‌های چشمی و تلاقی خطوط مشبک انجام گردید. تنش آبی با قطع آبیاری تا رسیدن نهال‌های تلقیح‌شده به نقطه‌ی پژمردگی اعمال گردید، در حالی که گروه شاهد در طول آزمایش به طور کامل آبیاری می‌شدند. پس از اعمال تنش آبی، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی با استفاده از اسپکتروفتومتر اندازه‌گیری شد تا تأثیر تلقیح قارچ بر مقاومت به تنش آبی بررسی شود.

نتایج: نتایج نشان داد که نهال‌های ژینکو می‌توانند به مدت ۱۴ روز در برابر تنش آبی تحمل کنند، در حالی که نهال‌های فندق قادر بودند این شرایط را به مدت ۱۳ روز تحمل کنند. ارزیابی‌های چشمی، درصد همزیستی را ۶۹% برای فندق و ۶۳% برای ژینکو برآورد کردند. روش تلاقی خطوط مشبک این درصدها را به ترتیب ۵۸% برای فندق و ۵۵% برای ژینکو محاسبه نمود. علاوه بر این، در فعالیت‌های آنزیم‌های کاتالاز و پراکسیداز بین نهال‌های تلقیح‌شده و شاهد برای هر دو گونه فندق و ژینکو تفاوت معنی‌داری در سطح اطمینان ۹۹% مشاهده شد.

بحث: یافته‌های این مطالعه بینش‌ ارزشمندی را در مورد نحوه واکنش گیاهان فندق و ژینکو به تنش آبی هنگام تلقیح با T. aestivum ارائه می‌دهد. این اطلاعات می‌تواند به افزایش مقاومت این گیاهان در برابر شرایط تنش‌زا کمک کرده و راهبرد‌های مدیریتی را برای کشت آن‌ها بهبود بخشد. نتایج این مطالعه پایه‌ای برای پژوهش‌های آینده جهت بهینه‌سازی رشد و توسعه گیاهان تحت تنش‌های محیطی فراهم می‌کند. علاوه بر این، درختان فندق و ژینکو می‌توانند به عنوان گیاهان میزبان برای کشت قارچ‌های ترافل در شرایط مزرعه و گلخانه‌ای ایران معرفی شوند. مطالعات گذشته فندق را به عنوان یک گونه چندمنظوره و میزبان موفق برای ترافل‌ها شناسایی کرده‌اند. در مقابل، گونه‌ ژینکو نیاز به تحقیقات گسترده‌تر و ارزیابی طولانی‌تری دارد تا بتواند به عنوان میزبان‌های بالقوه ترافل معرفی شود. این یافته‌ها راه را برای پژوهش‌های آینده در زمینه کشت ترافل و بهینه‌سازی استفاده از منابع گیاهی هموار می‌کنند و به توسعه راهکارهای نوآورانه در این حوزه کمک می‌نمایند.

نتیجه‌گیری: افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان که توسط قارچ اکتومیکوریز T. aestivum تحریک شده‌اند، نشان می‌دهد که این قارچ می‌تواند به عنوان یک ابزار زیستی مؤثر برای محیط‌های نامساعد، از جمله محیط‌هایی با دسترسی محدود به آب، عمل کند. این یافته‌ها توانایی گیاهان را در مقاومت به تنش آبی نشان می‌دهند و بیانگر این است که تغییرات ناشی از قارچ می‌تواند منجر به نتایج مثبت در شرایط تنش‌زا شود. این مطالعه پایه‌ای قوی برای درک نحوه واکنش T. aestivum به تنش آبی فراهم می‌کند. علاوه بر این، نیاز به مطالعات بیشتری (به ویژه با استفاده از روش‌های زیست‌شناسی مولکولی) در این زمینه احساس می‌شود تا این یافته‌ها در مقیاس بزرگ‌تر تأیید شوند.

کلیدواژه‌ها

• تحمل به تنش
• ترافل سیاه تابستانی
• گیاه میزبان
• فعالیت کاتالاز

موضوعات

• A: تنش محیطی یا زیستی

عنوان مقاله [English]

The effects of ectomycorrhizal symbiosis on antioxidant enzyme activity during water stress in hazelnut (Corylus avellana L.) and ginkgo (Ginkgo biloba L.)

نویسندگان [English]

• Parvin Bagherifar ¹
• Seyed Mohammad Waez-Mousavi ¹
• Mohammad Hossein Arzanesh ²
• Masoud Tohidfar ³
• Hojjatollah Rabbani Nasab ⁴

¹ Department of Silviculture and Forest Ecology, Faculty of Forest Sciences, Gorgan University of Agriculture Sciences and Natural Resource

² Soil Department, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Golestan, Agricultural Research, Education and Extension Organization

³ Department of Cell and Molecular Biology, Faculty of Life Sciences & Biotechnology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran.

⁴ Plant Protection Research Department, Agricultural and Natural Resources Research and Education Center of Golestan, Agricultural Research, Education and Extension Organization

چکیده [English]

Introduction

Water stress is a global challenge that adversely affects society, the economy, and the environment. The presence of ectomycorrhizal fungi can increase the ability of plants to deal with these stresses through physiological and biochemical mechanisms. However, the activities of antioxidant enzymes in ectomycorrhizal symbiosis, especially truffle fungi, are not fully understood. This study investigated the effect of the ectomycorrhizal fungus of black summer truffle (Tuber aestivum Vittad.) on the activity of antioxidant enzymes (catalase and peroxidase) in the leaves of hazelnut (Corylus avellana L.) and ginkgo (Corylus avellana L.) plants under water stress conditions.



Materials and Methods

This study was conducted from 2020 to 2022 at Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources using a completely randomized design. The powdered inoculation material was suspended with distilled water. One gram of this material with 108 spores was added to the soil around the seedlings in three stages. Coexistence evaluation was done using visual methods and the intersection of grid lines. Water stress was applied by stopping irrigation until the inoculated seedlings reached the wilting point, while the control group was fully irrigated during the experiment. After applying water stress, the activity of antioxidant enzymes was measured using a spectrophotometer to investigate mushroom inoculation's effect on water stress resistance.



Results and Discussion

The results indicated that ginkgo seedlings could tolerate water stress for 14 days, while hazelnut seedlings managed to withstand these conditions for only 13 days. Visual evaluations estimated the symbiosis percentage to be 69% for hazelnuts and 63% for ginkgo. The grid line crossing method calculated these percentages as 58% for hazelnuts and 55% for ginkgo. Additionally, there was a significant difference at the 99% confidence level in the activities of catalase and peroxidase enzymes between the inoculated and control seedlings for both hazelnut and ginkgo species. The findings of this study offer valuable insights into how hazelnut and ginkgo plants respond to water stress when inoculated with T. aestivum. This information can enhance these plants' resistance to challenging conditions and improve management strategies for their cultivation. The results provide a foundation for future research to optimize plant growth and development under environmental stress. Furthermore, hazelnuts and ginkgo trees are promising host plants for cultivating truffle mushrooms under Iran's field and greenhouse conditions. Previous studies have established hazelnuts as a versatile species supporting truffle growth. In contrast, the Ginkgo species requires extensive research and a more extended evaluation before being recommended as potential truffle hosts. These findings pave the way for future research in truffle cultivation and optimizing plant resource use, contributing to the development of innovative solutions in this field.

Conclusion

The increased activity of antioxidant enzymes stimulated by the ectomycorrhizal fungus T. aestivum suggests that this fungus could be an effective biological tool for challenging environments, including those with limited water availability. These findings demonstrate the plants' capability to withstand water stress, indicating that the fungus-induced changes can lead to positive outcomes under stressful conditions. This study provides a strong foundation for understanding how T. aestivum reacts to water stress. Furthermore, additional research is urgently needed to verify these findings on a larger scale, mainly using molecular biology techniques such as enzyme profiling.

کلیدواژه‌ها [English]

• Black summer truffle
• Catalase activity
• Host plant
• Stress tolerance