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

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 فیزیولوژیک و بیوشیمیایی افزایش دهد. با این حال، فعالیت‌های آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان 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 آنتی‌اکسیدان (کاتالاز و پراکسیداز) در برگ‌های گیاهان فندق و ژینکو در شرایط تنش آبی پرداخته است. مطالعۀ حاضر بین سال‌های 1399 تا 1401‌ در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان و با استفاده از طرح کاملاً تصادفی و در دو گروه تلقیح شده با قارچ و شاهد (بدون تلقیح) انجام شد. مادۀ‌ پودری تلقیح با آب مقطر معلق شد. برای تلقیح نهال‌ها، مطابق با دستورالعمل‌های ارائه شده توسط شرکت سازنده، مادۀ تلقیح پودری در آب مقطر به حالت تعلیق درآمد، به طوری که هر بسته 15 گرمی از اسپور قارچ Tuber aestivum در 5/3 لیتر آب مقطر به حالت تعلیق در آمد. سپس از این سوسپانسیون برای هر گلدان 250 سی‌سی به خاک اضافه شد. در طی سه مرحله تلقیح، به ازای هر گلدان، یک گرم از این ماده با غلظت 108 به خاک اطراف نهال‌ها اضافه و ارزیابی همزیستی با استفاده از روش‌های چشمی و تلاقی خطوط مشبک انجام گردید. تنش آبی با قطع آبیاری تا رسیدن نهال‌های تلقیح‌شده به نقطۀ‌ پژمردگی اعمال گردید و گروه شاهد در طول آزمایش به طور کامل آبیاری می‌شدند. پس از اعمال تنش آبی، تأثیر تلقیح قارچ بر تحمل به تنش آبی با تعیین میزان فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان در برگ‌ها بررسی گردید. نتایج نشان داد که نهال‌های ژینکو و فندق می‌توانند به مدت ۱۴ و 13 روز شرایط تنش آبی را تحمل کنند. ارزیابی‌های چشمی، همزیستی را برای  فندق و ژینکو به ترتیب 69 و ۶۳ درصد برآورد کردند. روش تلاقی خطوط مشبک این مقادیر را به ترتیب ۵۸ درصد برای فندق و ۵۵ درصد برای ژینکو محاسبه نمود. نتایج این مطالعه همچنین نشان داد که فعالیت آنزیم کاتالاز در نهال‌های تلقیح‌شده با قارچ T. aestivum تحت تنش آبی، به طور معنی‌داری (P < 0/001) در مقایسه با گروه شاهد در هر دو گونه گیاهی ژینکو و فندق افزایش یافت. میزان افزایش فعالیت کاتالاز  در نهال‌های ژینکو و فندق به ترتیب 27 و 143 درصد گزارش شد. علاوه بر این، فعالیت آنزیم پراکسیداز در نهال‌های تلقیح‌شده هر دو گونه به طور معنی‌داری (P < 0/001) افزایش نشان داد؛ به طوری که این افزایش در ژینکو و فندق به ترتیب 67 و 58 درصد گزارش گردید. افزایش معنی‌دار فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در حضور  T. aestivum نشان‌دهنده توانایی این همزیست در القاء و تقویت سازوکارهای دفاعی گیاه میزبان تحت تنش کمبود آب است. این یافته‌ها نقش تعدیل‌کنندگی قارچ در کاهش تنش اکسیداتیو و افزایش تحمل گیاهان به شرایط نامساعد را تأیید می‌کنند و اهمیت آن را به عنوان یک عامل زیستی مؤثر در مدیریت تنش‌های محیطی تقویت می‌کند. با این حال، اعتبارسنجی عملکرد این همزیستی در مقیاس‌های بزرگ‌تر و شرایط طبیعی نیازمند مطالعات جامع مولکولی، شامل تحلیل پروفایل بیان آنزیمی و تغییرات ژنی در گونه‌های گیاهی مختلف است. این مطالعه پایه نظری مناسبی برای درک سازو‌کار‌های  فیزیولوژیک و بیوشیمیایی واکنش گیاه-قارچ تحت تنش آبی فراهم می‌کند.

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 &amp; 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 (Ginkgo biloba 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. Symbiosis evaluation was done using visual methods and the intersection of grid lines. Water stress was applied by irrigation cutoff 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 ectomycorrhizal fungus inoculation effect on water stress resistance
Results and Discussion
The results indicated that ginkgo seedlings could tolerate water stress for 14 days, while hazelnut seedlings tolerated 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. The results of this study also showed that catalase (CAT) enzyme activity in seedlings inoculated with T. aestivum under water stress conditions was significantly higher (P < 0.001) compared to the control group in both G. biloba and C. avellana species. The increase in catalase activity in G. biloba and C. avellana seedlings was 27% and 143%, respectively, compared to the control. . In addition, peroxidase (POD) enzyme activity in inoculated seedlings of both species significantly increased (P < 0.001); this increase was 67% and 58% in G.biloba and C.avellana , respectively, compared to the control.
Conclusion
The significant increase in antioxidant enzyme activity in the presence of T.aestivum indicates the ability of this symbiont to induce and enhance defense mechanisms in the host plant under water deficit stress conditions. These findings confirm the modulating role of the fungus in reducing oxidative stress and enhancing plant tolerance to adverse conditions, highlighting its potential as an effective biological agent in managing environmental stresses. However, validating the performance of this symbiosis at larger scales and under natural conditions requires comprehensive molecular studies, including analyses of enzyme expression profiles and gene expression changes across various plant species. This study provides a robust theoretical basis for understanding the physiological and biochemical mechanisms underlying plant–fungus interactions under water stress conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

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