باکتری های اندوفیت و اثرات مفید آنها در کشاورزی

 

حضور و استقرار باکتری های غیر بیماریزا در بافت های گیاهی به سال 1926 و به تئوری پروتی (1926 Perotti,) بر می‌گردد. تحقیق روی باکتری هایی که در بافت های داخلی گیاه مستقر بوده و علائمی از بیماری را نشان نمی دهند، به دهه 1870 و تحقیقات پاستور بر میگردد. بعد از سال 1940 تا کنون گزارشات زیادی در ارتباط با باکتری های اندوفیت بومی در بافت های مختلف گیاهی وجود دارد. در گذشته تصور می‌شد که باکتری های اندوفیت باعث بیماری زایی خفیفی در گیاهان می‌شوند، اما تحقیقات اخیر ثابت نمود که این دسته از باکتری ها قادرند رشد گیاه را بهبود بخشیده و سبب افزایش مقاومت علیه بیمارگر های گیاهی شوند. 

  کنترل بیولوژیکی پژمردگی فوزاریومی پنبه با استفاده از باکتری های اندوفیت ، به صورت مقاومت سیستمیک القایی (Induced systemic resistance) و در نتیجه کنترل بیماری آنتراکنوز خیار و کنترل قارچ Rhizoctonia solani  و Sclerotium rolfsii با استفاده از گونه های اندوفیت جنس Bacillus نمونه ای از این مثالها می باشد. مواردی نیز مشاهده شد که تحمل پایین گیاهان عاری از باکتری های اندوفیت در مقابل استرس های محیطی تا حدودی مربوط به غیاب این میکروارگانیزم های مفید می باشد(7).

 باکتری های اندوفیت در اکثر گونه های گیاهی حضور دارند. آنها بافت های گیاهی مانند بذر، غده، ریشه، ساقه، برگ و میوه را به دو صورت موضعی و سیستمیک کلونیزه می نمایند. در حدود 54 جنس و 129 گونه باکتریایی از بافت های داخلی گیاهان سالم جدا شدند که جنس های Entrobacter ,Bacillus Pseudomonas وAgrobacterium  از شایع ترین  ترین جنس ها می باشند(7).

از نظر تکاملی به نظر می‌رسد، باکتری های اندوفیت حد واسط باکتری های ساپروفیت و باکتری های بیمارگر گیاهی بوده و آنها ساپروفیت هایی هستند که به سمت بیمارگری تکامل یافتند، یا اینکه اندوفیت ها از بیمارگر های گیاهی تکامل یافته تر بوده و توانسته اند خود را در پناهگاهی حفظ نمایند، و بدون اینکه میزبان خود را از بین ببرند، از مواد موجود در گیاه برای رشد و تکثیر خود استفاده نمایند(7).

کادو (Kado, 1992) عنوان میکند که اندوفیت های باکتریایی در بافت های زنده گیاهی ساکنند، بدون آنکه به گیاه صدمه ای بزنند. کوئیزپل (, 1992 Quispel) عنوان میکند که اندوفیت ها قادرند همزیستی داخلی با گیاه برقرار نموده و برای گیاه یک محیط سودمند اکولوژیکی را به واسطه حضور اندوفیت ها ایجاد می شود که به واسطه آن نسبت به تنش های محیطی متحمل شده و یا سبب بهبود و افزایش رشد گیاه شوند. ویلسون  (Wilson, 1995)نیز عنوان می کند که اندوفیت های باکتریایی بافت های زنده گیاهی را مورد تهاجم قرار داده و علائمی از بیماری را در گیاه ایجاد نمی نمایند(7).

اکولوژی باکتری های اندوفیت

اندوفیت بودن یک مزیت اکولوژیکی است که بعضی از باکتری ها قادرند بافت های درونی گیاه را کلونیزه نمایند. این در حالی است که تعدادی از باکتری ها قادرند گیاه را فقط به صورت رورستی (Epiphyte) کلونیزه نمایند. بافت داخلی گیاه محیط حفاظت شده و یکنواختی را برای میکروارگانیزم ها فراهم می کند. عواملی مانند درجه حرارت، اشعه ماوراء بنفش و رقابت میکروبی از جمله عواملی هستند که بقاء طولانی مدت باکتری ها را محدود می سازند. استقرار و بقاء یک جمعیت باکتریایی درون بافت گیاه، تحت تاثیر عواملی قرار می گیرد که سلامتی گیاه را تحت تاثیر قرار می دهند(7).

منشاء باکتری های اندوفیت

بیشترین سوالاتی که در ارتباط با باکتری های اندوفیت مطرح می شود این است که منشاء باکتری های اندوفیت از کجاست. و اینکه اینها در طبیعت چگونه وارد بافت گیاه می شوند.

جمعیت باکتری های رو رست (Epiphyte) که در برگ سپهر (Phyllospher) و فرا ریشه (Rhizospher) و همچنین بذر، ساقه و غده وجود دارند، به عنوان منبع با کتری های اندوفیت ذکر شدند. در محیط اطراف گیاه(Phylloplane)، تبادل جمعیتی بین جمعیت های باکتریایی خارج و داخل گیاه از طریق روزنه ها صورت می گیرد. به عبارتی بین جمعیت های باکتریایی که در سطح برگ وجود دارند با جمعیتی که در اتاق زیر روزنه ای ، فضاهای بین سلولی برگ یا بافت های آوندی وجود دارد ، تبادل جمعیتی فعالی وجود دارد که از طریق روزنه ها صورت می گیرد. بنابراین باکتری هایی وجود دارند که قادرند به هر دو صورت رورستی و درون رستی (Endophyte) گیاه را کلونیزه نمایند(7).

اهمیت بذر به عنوان منشاء با کتری های اندوفیت مورد بحث و اختلاف نظر می باشد. موندت و هینکل (   Hinkle 1976 and Mundt) از بذر 19 جنس و 46 گونه گیاهی، 11 جنس و 15 گونه باکتریایی را جدا نمودند. از بین جنس های جدا شده، گونه های,Flavibacterium devoorance ,Bacillus megaterium ,Bacillus cereus    Erwinia herbicola و Pseudomonas fluorescence بیشترین جمعیت را داشتند(15)

 

در مطالعه موخوپدیای و همکاران روی برنج(Mukhopadhyay et al., 1996) باکتری های  Enterobacter cloacae ,Enterobacter intermedius ,Bacillus polymyxa در پوشش داخلی بذر وجود داشتند و باکتری هایMorganella morgani, Enterobacter  agglomerances, Serratia polymuthica, Yersinia enterocolitica از بذر پوست کنده شده جدا شدند که احتمالا اندوفیت های حقیقی می باشند. در بین این گونه ها E. agglomerances  به نسل بعدی منتقل شد که در جنین بذر وجود داشت . جداسازی باکتری از گیاهچه های حاصله از بذر های نسل دوم نشان داد که فقطE. agglomerance  به نسل بعدی منتقل شده است(14).

در مطالعات  میکروسکوپ الکترونی بذر برنج مشاهده شد که جمعیت پایینی از باکتری های اندوفیت در محل های حفاظت شده ای در پوشش بذر، پوسته های بذری و بافت های جنینی حضور دارند. باکتری های اندوفیت این مکانها را از میان شکافهای ریزی که در پوشش بذر وجود دارد کلونیزه می کنند. زمان جوانه زنی بذر، جمعیت پایینی از باکتری موجود در بذر به سرعت افزایش یافته و ابتدا اسکوتلوم را کلونیزه می کند. زمان جوانه زنی بذر، باکتری ریشه و کلئوپتیل را کلونیزه نموده و در استیل ریشه بالاترین تمرکز را دارد. در تیمار بذری با باکتری اندوفیت، رادیکالهای ریشه که تازه از پوشش بذری خارج شدند کلونیزه میشوند. کلونیزه شدن بافت توسط اندوفیت ها با مهاجرت باکتری ها از میان شکافهای تشکیل شده در اثر جوانه زنی بذر شروع شده و وارد آندوسپرم می شود و بدین صورت باکتری در رادیکال ، کلئوپتیل و سایر قسمت های گیاه فراگیر می شود (14(.

ریزوسفر خاک، منبع و ماخذ اولیه باکتری های اندوفیت میباشد. به عبارتی اکثر باکتری های اندوفیت از فراریشه(ریزوسفر) منشا می گیرند. بنابراین تسلسلی از میکروارگانیزم های همراه با ریشه گیاه از فراریشه(ریزوسفر) به محیط اطراف ریشه(ریزوپلان) و از محیط اطراف ریشه به اپیدرم و پوست وجود دارد. این پیوستگی از آندودرم به آوند های چوبی ریشه و از آوند های چوبی ریشه به آوند های چوبی ساقه نیز وجود دارد. بنابراین ترکیب جمعیتی اندوفیت ها بستگی به ترکیب جمعیتی باکتری های مستقر در ریزوسفر گیاه دارد. با این وجود، جمعیت اندوریزا کاملا متمایز از جمعیت ریزوسفر می باشد. معمولا جمعیت بیشتری ازباکتری ها در ریزوسفر در مقایسه با اندوریزا وجود دارد(24) (جدول 2).

 استورز(, 1995 (Sturz باکتری های اندوفیت غده های بذری سیب زمینی سالم را شناسایی نمود و نشان داد، گونه هایی که غده های سالم را به صورت داخلی کلونیزه می نمایند، از فراریشه(ریزوسفر) گیاه منشا گرفتند. به عبارتی غالبترین گونه های جدا شده از خاک اطراف ریشه همان گونه هایی بودند که از داخل غده ها جدا شدند. گونه های Pseudomonas فلورسنت و غیر فلورسنت، Bacillus ، Xanthomonas ، Agrobacterium ،Acinetobacter   و  Actinomycesاز غده ها جدا شدند. نتیجه اینکه تعدادی ازباکتری های  اندوفیت، ریزوسفر و بافت های درونی گیاه را تواما کلونیزه نموده و در واقع باکتری های اندوفیت قسمتی از جمعیت ریزوسفر محسوب می شوند(19)

 

پاتری کوئین و همکاران (Patriquine et al., 1983) نشان دادند، گونه های Azospirillum spp موجود در ناحیه ریزوسفرگراسها قادرند بافت های داخلی ریشه مانند آوند های چوبی، فضای بین سلولی و پوست را کلونیزه نمایند(16).

نحوه ورود باکتری های اندوفیت به درون بافت های گیاهی

نحوه ورود باکتری های اندوفیت به درون بذر از طریق سیستم آوندی، لوله تندشی دانه گرده و شکاف های موجود در پوشش بذر، صورت می گیرد. در مواردی باکتری ها ممکن است از میان درز پشتی نیام به سوی بند ناف و پوشش بذر حرکت نموده و بذر را کلونیزه نمایند(7).

 باکتری هایی که قادرند در گیاه به صورت اندوفیت درآیند، ابتدا سطح ریشه را کلونیزه نموده و در نهایت بافت های درونی گیاه را کلونیزه می‌نمایند، به طوریکه ابتدا در اثر شیمی گرایی (Chemotaxis) و Electrotaxis به صورت تصادفی به میزبان نزدیک می ‌شوند. در این ارتباط یو و همکاران(   (You et al., 1995 پروسه اتصال گونه Alcaligenes faccalis را به سلولهای ریشه برنج مطالعه نمودند. این باکتری ریزوسفر را کلونیزه نموده و در نهایت تعدادی از سلولهای آن قادر بودند وارد سلولهای ریشه شوند. باکتری مذکور دارای تاژک های محیطی بوده و به سمت ترشحات ریشه (اسید آمینه، شکر و اسیدهای ارگانیک) حرکت می‌نماید.  روند اتصال باکتری به سطح ریشه های برنج در سه مرحله صورت می‌گیرد. 1 - Adsorbtion: اتصال سلول های باکتری به سطح سلولهای ریشه را می گویند. سلولهای باکتری 30 دقیقه پس از مایه زنی، به ریشه متصل میشوند. در این حالت تعامل بین سلول ریشه و باکتری ضعیف می باشد. پروتئین های سطحی موجود در دیواره سلولی باکتری در  Adsorbtionنقش دارد. 2- Anchoring: اتصال بسیار قوی سلول های باکتری به سطح سلول های ریشه را می گویند. سلولهای باکتری 9 تا 16ساعت پس از مایه زنی ریشه، روی ریشه های برنج تثبیت می شوند. در این حالت تعامل بسیار قوی بین باکتری و میزبان وجود دارد. 3- Clonization: پراکنش، رشد و تکثیر باکتری های تثبیت شده ((Anchored در لایه موسیژل ریشه را می گویند. سلولهای باکتری 20 ساعت پس از مایه زنی به ریشه برنج چسبیدند و با تکان های شدید هم ازسطح ریشه جدا نشدند. مکانهای موثر در اتصال باکتری به ریشه، محل های تخلیه پروتون درسطح ریشه است که در این مکانها ردوکسی آنزیم و ATPase فعالیت مینمایند. شیبهای بیولوژیکی و فیزیکی که نتیجه خروج فعال و غیر فعال مواد غذایی از ریشه می باشد، از مکانهای موثر در اتصال باکتری ها می باشد(29).

باکتری ها به دلیل نداشتن ساختمانی جهت نفوذ فعال به درون بافتهای گیاهی، قادر نیستند از نیروهای فیزیکی و مکانیکی برای نفوذ به سلول های اپیدرمی سالم استفاده نمایند. ورود باکتری های اندوفیت به درون بافت های گیاهی از طریق روزنه، عدسک، زخم های حاصله از شکسته شدن تریکوم ها، منطقه خروج ریشه های جانبی، منطقه خروج رادیکالهای ریشه صورت می‌گیرد. ورود باکتری های اندوفیت به درون گیاه بیشتر از میان زخم هایی است که به طور طبیعی در گیاه ایجاد شده است. برای مثال زخم حاصل از رشد گیاه در محل تارهای کشنده و اتصالات اپیدرمی نمونه ای از راههای ورود باکتری های اندوفیت می‌باشد. باکتری های اندوفیت از راه بافت های مریستمی ریشه وارد گیاه می‌شوند. ریشه های ثانویه در محل انشعاب به طور وسیعی کلونیزه می‌شوند. در اثر انشعابات ایجاد شده در ریشه ناحیه اندودرمیس پوست شکاف یافته که منجر به کلونیزه نمودن باکتری در منطقه مذکور می گردد. در نهایت باکتری در عرض آندودرم گسترش یافته و به بافت های آوندی نفوذ می کند(شکل 1 و 2). پیچ خوردگی های دیواره سلولی، تارهای کشنده ریشه، محل اتصال بین تارهای کشنده ریشه و سلولهای اپیدرمی از محل های ورود باکتری های اندوفیت به درون بافت های گیاهی می‌باشد(7 و 23).

در بعضی از موارد رخنه یا نفوذ باکتری به درون بافت گیاهی با پروسه فعال آنزیمی صورت می‌گیرد. آنزیم هایی وجود دارند که سبب دژنره شدن پیوند های پلی ساکاریدی دیواره سلولی می‌شوند. هیورک و همکاران (Hurek et al., 1994) نشان دادند، آنزیم سلولیتیک(Cellolitic) در باکتری .Azoarcus sp  باعث نفوذ فعال باکتری در سلول های ریشه گیاه می شود(8). همچنین کوادت و همکاران(Quadt et al., 1997b)نشان دادند، آنزیم سلولاز در Enterobacter asburia و Pseudomonas fluorscens سبب تجزیه سلولز می‌شود(19). در مطالعه دیگرتوسط  بل و همکاران (Bell et al., 1995)، فراوانی آنزیم های هیدرولیتیک در باکتری های ریزوسفر ریشه  بیشتر از باکتری های ساکن در آوند های چوبی(Xyllem limited bacteria) گزارش شد(1). در این مطالعه مشاهده شد که اندوفیت ها جهت ورود به درون بافت گیاه این آنزیم را تولید می‌نمایند.(جدول 3(. باکتری های اندوفیت دارای مکانیزم های تنظیمی برای تولید آنزیم های دژنره کننده دیواره سلولی در زمانهای خاصی می باشند. اضمحلال آنزیمی دیواره سلولی گیاه فقط در زمان کلونیزه شدن اپیدرم ریشه ها رخ می دهد. این در حالیست که بعد از کلونیزه نمودن فضای بین سلولی پوست ریشه، اضمحلال آنزیمی دیواره سلولی مشاهده نشده است. این اطلاعات نشان می‌دهد که این دسته از باکتری ها تولید سلولاز و پکتیناز را فقط برای نفوذ فعال به درون بافت گیاه تولید می‌کنند. به عبارتی تولید این آنزیم فقط در زمان شروع اولین مرحله تهاجم باکتری صورت گرفته و بعد از قرار گرفتن باکتری در درون بافت گیاه، متوقف می‌شود. به هر حال باکتری های اندوفیت مکانیزم های تنظیمی را برای تولید و زمان تولید این قبیل آنزیم ها را دارند. هنوز در مورد منشأ تنظیم این آنزیم ها اطلاعاتی در دست نیست(1).

 

حرکت باکتری های اندوفیت در بافت های گیاهی

باکتری های اندوفیت گیاهی به دو صورت گیاه را کلونیزه می ‌کنند: 1- کلونیزه نمودن بافت که محدود به بافت گیاهی می شود. 2-  کلونیزه نمودن سیستمیک و فرا گیر گیاه. کلونیزه نمودن سیستمیک گیاه با عبور از میان آوندها ، یا از مسیرهای درون سلولی، بین سلولی و آپوپلاستی صورت می گیرد. حرکت Pseudomonas aurofaciense از ریزوسفر ریشه به اندامهای هوایی گیاه نشان داده شده است(9). پس از مایه زنی بذر با باکتری مذکور ، باکتری از اندام های هوایی گیاه( ساقه، برگ و کوتیلودون) جداسازی شد. همچنین هنگامی که سوسپانسیون باکتری P. aureofaciens به صورت سطحی روی گیاه اسپری پاشی شد، باکتری به داخل برگ ذرت راه یافت. حرکت باکتری از درون برگهای آلوده به قطره های سترون آب که روی گیاه پاشیده شد، به اثبات رسید. حرکت درونی این باکتری از ریشه به اندام های هوایی نیز ثابت شده است. در حدود 24 ساعت پس از مایه زنی ریشه با باکتری، باکتری مزبور در اندامهای هوایی گیاه رد یابی شد و انتقال آوندی آن از ریشه به اندامهای هوایی به اثبات رسید (جدول 4). انتقال باکتری از طریق تماس اندامهای هوایی ، از گیاه مایه زنی شده به گیاه سترون در رطوبت نسبی 100% به اثبات رسید.

حرکت سلولی باکتری در درون گیاه

مسیر آپوپلاستی موقتی، بین پوست و دایره محیطیه ریشه های جانبی وجود دارد. پیترسون و همکاران (Peterson et al., 1981) ثابت نمودند، در گیاهان مسیر های آپوپلاستی دائمی از بافت اپیدرمی ریشه به قسمت های هوایی وجود دارد. بااین حال مسیرهای موقت بین سلولی که بین پوست و آوندهای چوبی وجود دارد، برای حرکت باکتری های اندوفیت به درون آوندها کافی می‌باشد(17).

کلونیزیشن(Clonization) سیستمیک بافت های گیاهی توسط باکتری ها بستگی به گونه باکتری دارد. کوادت و همکاران(et al., 1997a Quadt) مشاهده نمودند، زمانی که بذر پنبه را با استرینی از Pseudomonas fluorescens مایه زنی نمایند، بافت آوندی کلونیزه نشده و باکتری در ساقه، کوتیلودون و برگ ردیابی نخواهد شد. همچنین هنگامی که ساقه را با باکتری مزبورمایه زنی نمودند، باکتری ریشه و برگ را کلونیزه نکرده بود. اما هنگامی که بذر پنبه را با استرینی از Enterobacter asburia مایه زنی نمودند، باکتری مزبور در بافت های ساقه، دمبرگ و مریستم بالایی گیاه ردیابی شد. در اینجا چند فرضیه مطرح می باشد. فرضیه اول: محدودیت درگسترش سیستمیک باکترى P. fluorescens به علت شناسایی باکترى توسط میزبان است که منجر به واکنش فعال دفاعی گیاه می شود. فرضیه دوم اینکه الگوهای افتراقی جهت کلونیزه نمودن بافت های داخلی گیاه توسط اندوفیت ها وجود دارد. به طوریکه ممکن است بعضی از اندوفیت ها اختصاصاً پوست را کلونیزه نمایند(Cortical clonist) و بعضی دیگر از کلونیزه کنندگان سیستمیک گیاه باشند(Systemic clonist). تعدادی از آزمایشات فرضیه دوم را تقویت می‌کند، چرا که زمانیکه P. fluorescens به درون ساقه‌ پنبه مایه زنی شد، باکترى قادر به کلونیزه نمودن ریشه‌ نبود. ولی هنگامی که بذر پنبه با باکتری مایه زنی شد، باکتری در ساقه ، برگ و مریستم‌ هوایی گیاه ردیابی شده بود(20).

حال این سؤال مطرح است که آیا کلونیزه نمودن سیستمیک گیاه بواسطه حرکت درونی باکتری است یا اینکه در اثر نیروی موئینگی آوندی گیاه می‌باشد. در این مورد نظرها متفاوت است. دونگ و همکاران(Dong et al., 1994) عنوان می کنند که استقرار باکتری‌های اندوفیت در بافت‌های گیاهی ازمکانیزم تکثیری تبعیت می‌کند. به عبارتی باکتری در اثر تکثیر رویشی  انتقال یافته و به سرعت از طریق مسیر آپوپلاستی در بافتهای گیاهی مستقر می‌شود(5). در صورتی که لمب و همکاران (et al., 1996 Lamb) معتقدند، حرکت باکتری ازطریق نیروی موئینگی و از طریق آوند چوبی صورت می‌گیرد(9).

محل استقرار باکتری‌های اندوفیت(Localization)

بطور کلی باکتری‌های اندوفیت فضای بین سلولی را کلونیزه می‌کنند، ولی تعداد معدودی ازباکتری‌ها قادر به کلونیزه نمودن داخل سلول می‌باشند. باکتری .Azoarcus sp یکی از اندوفیت‌های تثبیت‌ کننده ازت (Diazotrophic) می‌باشد و می تواند در فضای بین سلولی و داخلی سلول‌های پارانشیم هوایی ریشه برنج تکثیر یابد. مکانیزم عمل به این صورت است که پس ازتکثیر در فضای بین سلولی باکتری  بین سلولهای دایره محیطیه حرکت نموده و در نهایت وارد سلولهای پارانشیم یا فیبر می‌شود. باکتری‌های اندوفیت ممکن است سلولهای پارانشیمی و واکوئل های ذخیره‌ای را کلونیزه نمایند. در ارتباط با کلونیزه نمودن بافت های آوندی توسط باکتری‌ها این سؤال مطرح است که آیا بافت آوندی به صورت کانال انتقال برای حرکت اندوفیت ها عمل می کند و یا اینکه باکتری‌ درون سیستم آوندی تکثیر می‌ شود. در صورتی که تکثیر باکتری‌ مطرح باشد، می بایست جمعیت بالایی ازباکتری‌ها در درون آوندهای گیاه باعث بسته ‌شدن سیستم آوندی ‌شده و سبب ایجاد بیماری در گیاه ‌شوند. با توجه به اینکه جمعیت باکتری‌های اندوفیت درون سیستم آوندی به نسبت پائین‌تر است، بنابراین کلونیزه نمودن کمتر بافت آوندی توسط اندوفیت های مفید باعث می‌شود تا فضای کمتری از آوندها اشغال شود که این یک خصوصیت مهم برای اندوفیتها و یک عامل اصلی در تمایز اندوفیت‌های مفید از بیمارگرهای گیاهی می باشد(7).

چن وهمکاران(et al., 1995 (Chen، ثابت نمودند که اندوفیت‌ها با تکثیر در بافت گیاه تراکم جمعیتی خود را به سطح معینی میرسانند و آنرا در سطح معینی نگه می‌دارند.  نتایج بدست آمده نشان داد که تغییرات ونوسانات جمعیتی اندوفیت‌ها در گیاه بستگی به سن گیاه و فاکتورهای محیطی دارد و با افزایش سن گیاه میزان تراکم جمعیت آنها در بافت گیاهی کاهش می‌یابد(4).

باکتری‌های اندوفیت‌ برای رشد و استقرار در بافت گیاه به مواد غذایی نیاز دارند و از مواد موجود در فضای بین سلولی استفاده نموده و می توانند از مواد پیچیده دیواره سلولی بعنوان منبع غذایی استفاده نمایند(7). کنی و هوآنگand Huang 1993)  (Canny نشان دادند، در فضاهای بین سلولی پتاسیم، کلسیم ومقادیر کمی گوگرد، فسفر و کلر وجود دارد که مورد استفاده اندوفیت‌ها قرار می‌گیرد. ازآنجائیکه غلظت یونهای معدنی در فضای بین سلولی متغیر می باشد، لذا این موضوع می‌تواند برای پراکنش ناهمگن اندوفیت‌ها در بافت‌های گیاهی توجیه مناسبی باشد(3). دونگ و همکاران ( Dong et al., 1994) مشاهده نمودند،  در نیشکر فضای بین سلولی محتوی سوکروز بوده که محیط مناسبی برای رشد و تکثیر باکتری‌های تثبیت کننده ازت مانندsp.  Acetobacter می باشد(5).

 دینامیک جمعیتی باکتریهای اندوفیت‌

جمعیت باکتریهای اندوفیت‌ موجود در گیاه همواره در حال تغییر می‌باشد .از آنجائیکه باکتریها در بافتهای گیاهی پراکنش ناهمگنی دارند، برآورد درستی از جمعیت اندوفیت‌ها مشکل است. تفاوتهایی نیز در فراوانی جنس‌های مختلف باکتری ها در بافتهای مختلف گیاهی وجود دارد. عموماً تنوع گونه‌های باکتریایی در ریشه بیشتر از ساقه است. برای مثال 14 گروه تاکسونومیک باکتریایی در ریشه پنبه شناسائی شدند که در ساقه پنبه وجود نداشتند. Agrobacterium tumefacience ،  Burkholderia solanacearum و Serratia spp عمومی‌ترین گونه ‌های جداشده ازریشه بوده و فقط چند گونه از Bacillus از ساقه جدا شدند(13)

 

 بطور کلی باکتریهای اندوفیت‌ از نظر تراکم جمعیتی نسبت به بیمارگر ها در سطوح پائین‌ تری قرار دارند. معمولاً متوسط  تراکم جمعیتی باکتریهای اندوفیت‌ بینcfu/gr  103 تا 105 در بافت گیاه متغیر است. از لحاظ تراکم جمعیتی،  ریشه بالاترین جمعیت باکتریایی را دارد. جمعیت باکتریها در ساقه پائین ‌تر ازریشه‌ها بوده ودر دمبرگ و دمگل‌ها جمعیت باکتریها به پائین ‌ترین میزان می‌رسد(9).

 

معمولاً میزان جمعیت باکتریهای اندوفیت‌ پائین ‌تر از سطح آستانه بیماریزایی باکتریهای بیماریزا (cfu/gr  107 بافت گیاه) می باشد. برای مثال گاردنر و همکاران(et al., 1982 (Gardner  جمعیت باکتریهای اندوفیت‌ موجود در آوند چوبی سرشاخه‌های پرتقال را بین 102 cfu/gr  ×10- 7 بافت گیاه گزارش نمودند(6)(نمودار 1).

 مک اینروی و کلوپر(1995 and Kloepper (McInroy متوسط جمعیت باکتریهای اندوفیت‌ را در طول فصل رویشی cfu/gr 104 و 106 بافت گیاه در ریشه‌ها و ساقه های ذرت گزارش نمودند(12). در صورتیکه در بیماری پژمردگی باکتریایی سیب‌زمینی(Ralstonia solanacearum) جمعیت باکتری بیماریزاcfu/gr  1010-109 بافت گیاه گزارش شد. همچنین در بیماری زوال سرشاخه‌های مرکبات  جمعیت باکتری های بیمارگر بیشتر از جمعیت باکتریهای سرشاخه‌ های سالم گزارش شد، ولی با این وجود گزارشاتی نیز موجود است که نشان میدهد اندوفیت‌ها قادرند تراکم جمعیتی خود را به cfu/gr 1010-109 بافت گیاه افزایش دهند، بدون اینکه روی رشد گیاه اثر منفی داشته باشند. حتی در بعضی موارد همبستگی مثبتی بین بهبود رشد و افزایش محصول با تراکم بالای جمعیتی اندوفیت ها مشاهده شده است. با این حال میزان جمعیت باکتریهای اندوفیت‌ درون بافت گیاه، توسط بافت گیاهی و شرایط محیطی کنترل می شود و به سطح اپتیمم می ‌رسد. در اینجا فاکتورهای زنده وغیر زنده تأثیرات زیادی روی میزان کلونیزه نمودن بافت گیاهی دارند وهمانطور که گفته شد در مواردی کلونیزه کردن سیستمیک بافتهای گیاهی تحت تأثیر بافتهای گیاهی قرار می‌گیرد. برای مثال یک رقم ازسیب‌زمینی که با گونه ای ازباکتری Pseudomonas با غلظت cfu/gr 105 بافت گیاه مایه‌زنی شد، جمعیت آن در ریشه به  cfu/gr106 بافت گیاه افزایش یافته بود و در ساقه‌ میزان جمعیت آن به cfu/gr 103 بافت گیاه کاهش یافت. بنابراین در اعمال روشهای بیوکنترل، مکانیزم تاثیر جمعیت‌ بالای اندوفیت ها که باعث بهبود رشد گیاه ‌می شوند، ناشناخته می باشد، چرا که ممکن است  تعدادی از گونه ها بصورت آنتاگونیستی عمل ‌نمایند و تعدادی دیگر تنظیم کننده‌های رشد را آزاد ‌نمایند و تعدادی باعث ایجاد مقاومت القایی در گیاه ‌شوند(7).

در مطالعات اکولوژیکی بر اساس روشهای آنالیز اسیدهای چرب (FAME) و سیستم بایولوگ(Biolog) خصوصیات باکتریولوژی، ساختار جمعیتی و تغییر و تنوع در جمعیت‌های میکروبی تعیین می‌شود. این روشها جایگزین روشهای شناسایی بر اساس استفاده از منابع کربن شدند. در این روش تعداد زیادی از جدایه‌های باکتریایی در زمان نسبتاً کوتاهی شناسایی می‌شوند. این تکنیک‌ها در توصیف جمعیت و گونه های باکتریایی بسیار مفید و کارا می باشد(7).

از سیستم بایولوگ تی ام( (Biolog Tm جهت شناسایی جمعیت‌های متنوع میکروبی استفاده می‌شود که کارایی بسیار بالایی دارد. در این سیستم با در نظر گرفتن توانایی میکروارگانیزم‌ها در استفاده از مواد آلی کربن‌دار و استفاده از این مواد توسط جمعیت‌های متفاوت میکروبی ، تغییرات جمعیت میکروبی شناسایی می شود(7).

 در مطالعات صورت گرفته نشان داده شد که اکثر باکتری‌های اندوفیت جدا شده از گیاهان، گونه‌های گرم منفی بودند. برای مثال 78% از جدایه‌های اندوفیت‌ در مو و 84% از جدایه‌های آوندی ریشه‌های مرکبات از گونه‌های گرم منفی بودند. عمومی‌ترین جنس‌های اندوفیت‌ شناسایی شده از بافتهای گیاهی متعلق به گروه Pseudomonas (شاملPseudomonas, Burkholderia Phyllobacterium ) و خانواده Entrobacteriacea ( شامل Erwinia، Entrobacter و Klebsiella ) می‌باشد(7)

تغییر وتنوع ساختار جمعیتی اندوفیت‌ها در بافتهای گیاهی ارتباط زیادی به فاکتورهای زنده و غیر زنده دارد که با هم در تعامل می‌باشند.

فاکتورهای زنده(Biotic factors)

الف) میکروارگانیزم‌های همراه با گیاه

                باکتری‌های اندوفیت‌ با باکتری‌ها و قارچهای کلونیزه کننده بافت‌های گیاهی در تعامل(Interaction) می‌باشند. فضا و مواد غذایی فراهم شده توسط گیاه از عوامل محدودکننده برای اندوفیت‌ها و دیگر میکروارگانیزم‌ها می باشد. تعاملاتی که بین میکروارگانیزم‌ها وجود دارد، جمعیت اندوفیت‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این تعاملات شامل آنتی‌بیوز ، محدودیت مکانهای اکولوژیکی و همزیستی می‌باشند. برای مثال کوادت و همکاران (a  et al., 1997 Quadt) در آزمایشی نشان دادند، زمانی که دو باکتری اندوفیت‌ Entrobacter asburia  و Paenibacillus macerans با هم در تیمار بذری بکار برده شوند، کاهش اندازه جمعیتی هر دو اندوفیت‌ در مقایسه با زمانی که هر کدام از اندوفیت‌ها به تنهایی بکار برده شوند، در ریشه‌های گیاه پنبه مشاهده شده است. در این مورد کاهش اندازه جمعیت، به خاطر رقابت برای  منابع محدود غذایی و فضای فیزیکی محدود درون بافت گیاه می‌باشد . در آزمایشی دیگر مشاهده شد که کاربرد توأم دو باکتری E. asburia با Arthrobacter agilis (که هر دو باکتری کلونیزه کننده ریزوسفر می‌باشند) در تیمار بذری، جمعیت E. asburia را تحت تأثیر قرار نداده است(19).

تعامل اندوفیت‌ها و ویروس‌ها بسیار جزئی است که احتمالاً بخاطر زیستگاه متفاوتی است که این دو گروه دارند. معمولا باکتری‌ها فضاهای بین سلولی ریشه‌ها و قسمتهای پایین گیاه را کلونیزه می‌نمایند، در صورتیکه ویروسها درون سلولی بوده و قسمتهای هوایی گیاه را مورد تهاجم قرار میدهند. ولی بطور کلی ویروس و باکتری وابسته به متابولیسم فعال گیاه بوده و برای دریافت انرژی تولید شده توسط گیاه با هم رقابت می نمایند(7).

وجود نماتدهای پارازیت گیاهی نیز باعث افزایش جمعیت باکتری های درون گیاه می‌شود. زخم ایجاد شده توسط نماتد راه را برای ورود باکتری‌ها فراهم می‌سازد و نشت (Likage) مواد غذایی باعث بوجود آمدن جمعیت بالایی از باکتریها شد و تقویت کلونیزه کنندگان داخلی شده که منشأ آنها از ریزوسفر می‌باشد(7).

ب) ژنوتیپ گیاه 

                استفاده وسیع از ارقام مقاوم علیه پاتوژنهای باکتریایی این سؤال را مطرح می‌کند که آیا ژنتیک میزبان جمعیت باکتری‌های اندوفیت‌ را تحت تأثیر قرار می‌دهد ؟. صفات ویژه‌ای در گیاهان شناخته شده که قادرند جمعیت‌های میکروبی فراریشه(ریزوسفر) واندوفیت‌ها را تغییر دهند. به عنوان مثال تغییرات فیزیولوژی گیاه میتواند باعث افزایش جمعیت باکتری‌های اندوفیت‌ شود. گیاه باید خصوصیات فنوتیپی مشخصی جهت ورود باکتری‌ها به درون ریشه داشته باشد. لذا ارقام زراعی اصلاح شده ممکن است دارای مورفولوژی و یا ترکیب شیمیایی خاصی باشند که توانایی باکتری‌های ریزوسفر را برای کلونیزه نمودن درون گیاه تحت تأثیر قرار دهند. گونه هایی که ریزوسفر را کلونیزه نموده و بعد از آن بافت‌های درونی گیاه را کلونیزه نمایند، باعث تغییراتی در فیزیولوژی گیاه می شوند(7). ون پر و شیپر(and Shippers 1989 (Vanper اختلافاتی در چندین خصوصیت بیوشیمیایی گونه‌های spp Pseudomonas ، که به صورت داخلی و خارجی بافت گیاه را کلونیزه می‌نمایند، نشان دادند و ثابت نمودند که نفوذ باکتریها به درون گیاه تصادفی نبوده و فرم‌هایی ازانتخاب برای نفوذ باکتری ها اتفاق می‌افتد. اختلافات بیوشیمیایی در مصرف بعضی از مواد آلی توسط گونه ها ممکن است پاسخی به استقرار آنها در محیط جدید باشد(28).

نتایج آزمایشات سی سی لیانو و همکاران  (Siciliano et al., 1998) روی سه رقم کلم، کلزا و شلغم روغنی نشان داد، جمعیت میکروبی ریزوسفر و جمعیت اندوفیتی ارقام ‌تراریخته متفاوت با ارقام غیر تراریخته می‌باشد. در این صورت اختلافات ژنتیکی باعث تغییر و تنوع زیادی در جمعیت ریزوسفر و جمعیت اندوفیت‌ ریشه می‌شود. نتایج دیگری نشان داد که تنوع جمعیتی و گونه ای در ارقام کلزا و شلغم روغنی بیشتر از گندم بوده است. لذا نوع گیاه می تواند به عنوان یکی از عوامل اصلی تأثیر گذار درساختار جمعیتی باکتری‌ها ‌باشد و از آنجائیکه اندوفیت‌ها به مواد غذایی فراهم شده بوسیله گیاه وابسته‌اند، هر گونه پارامتری که وضعیت تغذیه‌ای گیاه را تحت تأثیر قرار دهد، قادر خواهد بود جمعیت باکتری‌های اندوفیت‌ را نیز تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین مقاومت گیاه در مقابل بیمارگر ضمن اینکه به ژنتیک گیاه وابسته است میتواند بعلت مقاومت القاء شده در گیاه بواسطه تغییر در جمعیت اندوفیتی باشد که با مقاومت گیاهی همراه است(22). بیرد(Bird, 1982) عنوان نمود که ممکن است مقاومت گیاه به بیمارگر تنها به خاطر سیستم ژنتیکی گیاه نباشد، بلکه احتمال دارد مقاومت ایجاد شده در گیاه بخاطر تغییر در جمعیت اندوفیتی گیاه باشد که یک مقاومت چند جانبه(Multiadversity) را در گیاه ایجاد نموده است. بنابراین درک درستی از تعاملات بین باکتر‌های اندوفیت‌، میکروارگانیزم‌ها، پارازیت‌ها و میزبان مقدمه ای برای کاربرد موفقیت‌آمیز میکروارگانیزم‌هایی است که اثرات مفیدی برای گیاه دارند(2).

فاکتورهای غیر زنده(Abiotic factors)

بافت درونی گیاه، محیط حفاظت شده‌ای را برای باکتر‌های اندوفیت‌ فراهم می‌کند. عواملی ازقبیل درجه‌حرارت، شرایط خاک واشعه ماوراء بنفش بصورت مستقیم روی گیاه میزبان و بصورت غیر مستقیم روی باکتر‌یهای اندوفیت‌ اثر می‌گذارند. فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی خاک مانند درجه اسیدیته(PH)، شوری و بافت خاک جمعیت اندوفیت‌ها را با تغییر در جمعیت باکتر‌یهای ریزوسفر، بصورت غیر مستقیم تحت تأثیر قرار می‌دهد(18). در مواردی رشد رویشی گیاه، نقش مهمی در کلونیزه نمودن اولیه اندوفیت‌ها دارد، چرا که ساختار و ترکیب شیمیایی، رشد وحرکت باکتری را تحت تأثیر قرار می‌دهد. نتایج آزمایش ماهافی و همکاران Mahaffe et al., 1997b)) نشان داد، کلونیزه شدن ریشه لوبیا با باکتری P. fluorescens و   E. asburia در خاک شنی در مقایسه با خاکی که شن کمتری دارد بیشتر بوده است. این تفاوت به خاطر زخم‌هایی است که در هنگام رشد ریشه در میان کریستالهای زبر شنی در ریشه‌ها ایجاد می‌شود(11).

 اصلاح و بهبود مواد آلی خاک سبب تغییرات فیزیولوژیکی گیاه می شود که به دنبال آن موجب تغییرات در جمعیت باکتری‌های اندوفیت‌ خواهد شد. برای مثال اضافه‌ نمودن کیتین به خاک، ساختار جمعیتی اندوفیت‌ها را در ریشه پنبه تغییر می‌دهد. برا ی مثال جمعیت باکتری Burkholderia cepacia در خاک اصلاح شده با کیتین، 73% جمعیت باکتری های اندوفیت ریشه‌های پنبه را تشکیل داده است. در صورتی که در ریشه‌هایی که در خاک فاقد کیتین بودند، باکتری مذکور بندرت ردیابی شده است(7).

اثرات مفید باکتری‌های اندوفیت گیاهی

1-کنترل بیولوژیکی بیمارگرهای گیاهی

باکتری‌های اندوفیت همان آشیان ) (Nich اکولوژیکی را که باکتری‌های بیمارگر آوندی مورد حمله قرار می‌دهند ، کلونیزه می‌نمایند. در کنترل بیولوژیکی بیمارگرها، بکارگیری آشیان (Nich) دیگری جهت استقرار عوامل بیوکنترل، سبب کنترل بیماری و پایداری عامل بیوکنترل می‌شود(7). در آزمایشاتی که چن و همکاران ) Chen et al., 1995 ( در ارتباط با کنترل بیولوژیک پژمردگی فوزاریومی پنبه با استفاده ازباکتری های اندوفیت انجام داده بودند، تعدادی ازاندوفیت ها کنترل بیولوژیکی معنی‌داری را نشان دادند که از میان آنها Aureobacterium superdae, Bacillus pumilis, Phyllobacterium rubiacearum, Pseudomonas putidae, Ralstonia solanacearum  باعث کنترل بیماری پژمردگی فوزاریومی شدند. مکانیسم بیوکنترل ، بصورت تولید ترکیبات ضد قارچی، تولید سیدروفور، رقابت برای مواد غذایی، محدود شدن آشیان (Nich)اکولوژیکی و مقاومت القایی گیاه (Induced resistance) می‌باشد. در مواردی ممکن است دو یا چند مکانیسم با هم در کنترل بیولوژیکی علیه بیماری پژمردگی فوزاریومی (Fusarium wilt)عمل نمایند. در این میان مقاومت سیستمیک القایی (Induced systemic resistance) درگیاه نقش مهمی در کنترل بیماری دارد. در این آزمایش مشخص شد که مهمترین عامل بیوکنترل، افزایش دفاع میزبان از طریق ایجاد مقاومت القایی بوده که باعث کاهش شدت بیماری می‌شود. دفاع میزبان در مقابل بیمارگر بصورت افزایش فعالیت آنزیم‌های بتا 1 و 3 گلوکوناز(gluconas (β- 1- 3-، پر اکسیداز، PR پروتئین (Pathogenicity Related)، فیتوآلکسین‌ها، تشکیل پلی مرهای حفاظت‌ کننده گیاهی مانند کالوز و لیگنین تظاهر می کند. زنجیره‌های آنتی ژنیک(antigenic (O- واقع در غشاء خارجی سلول باکتریP. fluoresens (Outer membrane)  در القاء مقاومت علیه بیماری پژمردگی فوزاریومی گوجه فرنگی مؤثر ‌باشند. نتایج بدست آمده نشان داد، اثر بیوکنترل استرین ها بصورت افزایش دفاع میزبان مهمتر از نقش متابولیت های تولید شده می باشد(4).

در مواردی اندوفیت‌های باکتریابی باعث ایجاد مقاومت میزبان در مقابل بیماری پوسیدگی نرم درارقام سیب‌زمینی شده‌‌اند. در مطالعات استورز و ماتسون (and Matheson 1996 (Sturz روی چند رقم سیب‌زمینی، 5/49% از جدایه های اندوفیت‌ رقم سباگو(Sebago)  توانستند از رشد و تکثیر باکترى Erwinia carotovora جلوگیری نمایند. دررقم گرین(Green)، 33% ازجدایه‌ها، در رقم کنبک( Kennebec)، 3/29% ازجدایه‌ها، دررقم  بوربک(Burback)، 9/12% جدایه‌ها و دررقم بوتل (Butle)، 8/1% از جدایه‌ها قادر بودند ازرشد باکتری عامل بیماری در محیط آزمایشگاه (Invitro) جلوگیری نمایند. در میان باکتری‌های کنترل کننده عامل بیماری، باکتری Curtobacterium luteum فراوانی زیادی را در بین ارقام سیب زمینی داشته است . در رقم بوتل(Butle) نیز باکتری Pantoae agglomerance باعث کنترل E. carotovora شده است. در شرایط محیط زنده (Invivo)، رقم بوتل (Butle) ، حساسیت زیادی به عامل بیماری پوسیدگی نرم داشت و رقم کنبک ((Kennebec حساسیت کمتری را در مقابل عامل بیماری نشان داد . در این آزمایش مشخص شد که یک ارتباط منفی بین توسعه بیماری پوسیدگی نرم با تراکم جمعیت اندوفیت باکتریایی وجود دارد. دو رقم  کنبک(Kennebec) و سباگو(Sebago) جمعیت‌های اندوفیت بالاتری داشتند و بعنوان رقم مقاوم به بیماری شناخته شدند و رقم بوتلButle)) بعلت داشتن جمعیت پایین باکتری‌های اندوفیت بعنوان رقم حساس به بیماری شناخته شد (25).

2- افزایش رشد گیاه (Plant Growth promotion)

                باکتری‌های اندوفیت سبب افزایش رشد محصولاتی نظیر برنج، ذرت، سیب‌زمینی و شبدر می‌شوند. استورز و همکاران (Sturz et al., 1998) نقش اندوفیت‌های باکتریایی شبدر و سیب‌زمینی را در افزایش رشد سیب‌زمینی آزمایش نمودند. در این مطالعه مشخص شد، 21% از جدایه‌ها باعث افزایش رشد گیاه می‌شوند. این جدایه‌ها بمیزان 63% باعث افزایش ارتفاع اندام‌های هوایی گیاه و به میزان 66% باعث افزایش وزن اندام‌های هوایی و بمیزان 55% باعث افزایش وزن ریشه‌ها شدند. 24% از جدایه‌ها نیز باعث کاهش رشد شوند و 56% از جدایه‌ها اثری روی رشد گیاه نداشتند(26)

 در آزمایشی دیگر، زمانیکه دو جدایه اندوفیت بنام های Rhizobium leguminosarum , Curtobacterium citreum همزمان روی شبدر مایه‌زنی شدند، باعث افزایش رشد گیاه شده و هنگامیکه هر کدام به تنهایی روی شبدر مایه‌زنی شدند، باعث کم شدن رشد شبدر شده بودند. این موارد طبیعت رقابتی بودن باکترى های اندوفیت را نشان می‌دهد و زمانیکه در اثر این رقابت رشد گیاه افزایش می‌یابد، اثرات آللوپاتیک سودمند اندوفیت‌های باکتریایی توجیه می‌شود. بعبارتی در اثر رقابت اندوفیت‌های باکتریایی در گیاه و اثرات بیوشیمیایی آنها بر یکدیگر، بیو مولکولهایی در محیطشان آزاد شده که سبب افزایش رشد گیاه می‌شود(26).

گاهی افزایش رشد گیاه، بخاطر افزایش مواد معدنی و بهبود روابط آبی در گیاه می‌باشد که با کلونیزه‌شدن ریشه‌های گیاه توسط اندوفیت‌های باکتریایی همراه است. برای مثال مایه‌زنی ریشه‌های برنج با یک اندوفیت دیازوتروفیک (Azoarcus sp.) واسترین دیگری ازاین جنس‌ که قادر به تثبیت نیتروژن نبوده است، نشان داد که هر دو استرین باعث رشد بافت گیاهی (Biomass) می‌شوند. لذا استفاده از استرین جهش یافته ای که قادر به تثبیت ازت نبوده است، نشان داد که تثبیت ازت مولکولی (N2) باعث افزایش رشد گیاه نشده بلکه افزایش رشد بخاطر افزایش مواد معدنی در گیاه و بهبود روابط آبی  گیاه می‌باشد که با کلونیزه شدن ریشه‌های گیاه با یک اندوفیت همراه می‌باشد(7).

تعدادی ازاندوفیت‌ها مانند استرین‌هایی ازباکتری Azosprillium, Azotobacter, Entrobacter Pseudomonas با تولید هورمون یا تنظیم کننده‌های رشد مانند اتیلن، اکسین، سیتوکینین و جیبرلین باعث افزایش رشد گیاه می‌شوند(10). از آنجائیکه این تنظیم کننده‌ها در غلظت‌های پایینی باعث افزایش رشد گیاه می‌شوند، حتی مقادیر کمی ازافزایش غلظت هورمون می‌تواند اثرات مخربی را روی رشد یا مورفولوژی گیاه ایجاد نماید (جدول 9 (. برای مثال تولید هورمون IAA (اندول استیک اسید) در باکتری‌هایی که اثرات مخربی  (Deletrius bacteria) روی گیاه دارند، هفت برابر بیشتر از استرین‌هایی است که اثرات مفیدی روی رشد گیاه دارند. لذا با افزایش تولید هورمون در ایندسته ازباکتری‌های مضر، اثرات نامطلوبی روی رشد و مورفولوژی گیاه خواهند داشت.

در مواردی هورمون‌های تولید شده توسط باکتری اندوفیت Azosprilium sp. سبب تحریک ایجاد همزیستی بین لگوم‌ها با باکتری‌های جنس ریزوبیوم   Rhizobium spp)) می‌شود، طوری که هورمونهای تولید شده روند گره ‌زایی را تحت تأثیر قرار داده و باعث افزایش تعداد گره‌ در ریشه‌های یونجه می‌شود(7).

 در مواردی افزایش رشد گیاه بصورت جایگزین شدن یک اندوفیت باکتریایی مفید با یک اندوفیت محدود کننده رشد در بافت درونی ریشه صورت می گیرد. ونپیر و شیپرز (1989 Vanpeer and Schipperse) در مطالعاتشان نشان دادند، زمانیکه گیاهچه‌های گوجه‌فرنگی به نسبت یک به یک (1:1) با دو اندوفیت مفید و نامطلوب مایه‌زنی شوند، استرینی که باعث افزایش رشد گیاه می‌شود می تواند اثراسترینی که باعث کاهش رشد گیاه می‌شود را کاهش دهد. این آزمایش نشان داد که باکتری اندوفیت افزایش دهنده رشد قادر است جایگزین استرین محدود کننده رشد ‌شود(28).

گروه دیگری که باعث افزایش رشد گیاه می‌شوند اکتینومیست‌ها( (Actinomycet spp هستند. اکتینومیست‌‌ها قسمت بزرگی ازمیکروفلورای فرا ریشه (ریزوسفر) را تشکیل می‌دهند. فعالیت بیولوژیک ایندسته از میکروارگانیزم‌های اندوفیت که همراه با تولید مواد ضد قارچی می‌باشد، باعث حفاظت طبیعی گیاه در مقابل بیمارگرهای خاکزی می‌گردد. همچنین رشد ریسه وار این میکروارگانیزم‌ها در داخل سلولهای پوستی بافت ریشه نقش مهمی در رشد مطلوب و سلامت گیاه دارد. لذا فعالیت بیولوژیک اکتینومیست‌ها بصورت ‌ ترکیب و آماده‌سازی مواد غذایی برای گیاه، تولید متابولیت‌های ثانویه تحریک کننده رشد گیاه یا در مواردی کاهش دهنده رشد گیاه، می باشد. ایندسته از میکروارگانیزم‌ها به دوصورت اثر حفاظتی شان را روی گیاه اعمال می‌نمایند. آنها قادرند بعنوان عوامل رقابت ‌کننده با بیمار گرها و با تولید آنتی ‌بیوتیک و مواد ضد قارچی اثرات تدافعی و حفاظتی روی گیاه داشته باشند(21).

3- استفاده از باکتری‌های اندوفیت در مهندسی ژنتیک

جدیدترین تحقیقات در ارتباط با استفاده از باکترى های اندوفیت در مهندسی ژنتیک است. باکترى Clavibacter xyli subsp. cynodontis درون آوندهای چوبی قرار دارد و بطور طبیعی در مرغ (Cynodon dactylis) باعث ایجاد بیماری می‌شود. این باکتری که به لحاظ ژنتیکی دستکاری شده، قادر است گیاه را بصورت فراگیر کلونیزه نماید. توماسینو و همکارانet al., 1995) Tomasino) ازاین باکتری جهت بیان ژن مولد اندوتوکسین پروتئینی باکترى Bacillus thurengiensis برای مبارزه با آفت کرم ساقه‌خوار ذرت (European corn borrer)استفاده نمودند. بطوریکه استرین‌هایی از این اندوفیت را که قادر به بیان ژن مولد اندوتوکسین پروتئینی بودند، وارد گیاهچه‌های ذرت نمودند. این استرین‌ها با ورود به آوندهای چوبی، گیاه را بطور سیستمیک کلونیزه نموده و باعث آزادسازی اندوتوکسین در گیاه شدند. این توکسین در گیاه بصورت فراگیر در آمده و در اثر تغذیه آفت ازبافتهای گیاه بخصوص قسمت‌های آوندی، باعث کنترل آفت می‌شود(27).

نحوه استفاده از باکتری های اندوفیت

برای استفاده از باکتری های اندوفیت در تولید محصولات کشاورزی، روشهای عملی و واقعی در بکارگیری زادمایه(اینوکولم) ، باید توسعه یابد. به طور عمومی، روش های توسعه یافته ای برای استفاده از این دسته از باکتری ها در فراریشه(ریزوسفر) و سطح اندام های گیاه (فیلوسفر) وجود دارد. تیمار بذری(خیساندن بذر در سوسپانسیون باکتری یا تزریق سوسپانسیون باکتری به داخل بذر)، خیساندن خاک، تزریق به درون ساقه و اسپری سوسپانسیون باکتری روی سطح اندام ها ی گیاه، وارد نمودن باکتری از طریق ایجاد زخم، مایه زنی در شرایط خلاء، و فرو بردن ریشه های هرس شده به داخل سوسپانسیون باکتری، از روشهایی هستند که برای وارد نمودن آنها به داخل گیاه در سطح آزمایشگاهی استفاده می شوند. در مجموع  تیمار بذر با باکتری یک روش معتبر، آسان، ارزان، سریع و اقتصادی می باشد. با وجود این، تلفیقی از روش های تیمار بذر با خیساندن خاک یا اسپری نمودن سطح اندام های گیاه می تواند کلونیزه نمودن باکتری را در داخل گیاه افزایش داده و باعث تداوم تاثیرات سودمند آنها روی گیاه گردد. با این حال دانش ما در ارتباط با چگونگی ورود و کلونیزه نمودن گیاه محدود است و توسعه تکنولوژی ها برای کاربرد موفق آنها، بستگی به افزایش دانش و فهم ما از اکولوژی این دسته از باکتری ها دارد(7).

 

آینده تحقیقات در زمینه باکتری‌های اندوفیت و نتیجه گیری

 هنوز دانش بشر در ارتباط با اکولوژی این دسته از باکتری ها، محدود است. فهم درستی ازاکولوژی و بر همکنش های متفاوت بین باکتری های اندوفیت با دیگر میکروارگانیزم ها و گیاه ، کاربرد موفقیت آمیز این دسته از میکروارگانیزم ها را در بیوکنترل بیمار گرهای گیاهی و بهبود رشد گیاه فراهم می سازد. فاکتورهایی مانند شرایط اقلیمی، خصوصیات خاک، میکروفلور خاک، مواد غذایی، آب و تنش ناشی از عوامل بیمارگر گیاهی از جمله فاکتورهای مهم و موثر در عملکرد این گروه از باکتری ها می باشند که کاربرد تجارتی آنها را تحت تاثیر قرار می دهند. با این حال تحقیقات درارتباط با استفاده بهینه از باکتری‌های اندوفیت برای افزایش رشد گیاه ادامه دارد. تلفیق باکتری های اندوفیت‌ که محل‌های اکولوژیک متفاوتی را در درون گیاه اشغال می نمایند، همچنین  تلفیق اندوفیت‌های باکتریایی با باکتری‌های فراریشه (ریزوسفر) و در تحقیقاتی دیگر تلفیق باکتری‌های اندوفیت با قارچهای اندوفیت در حال بررسی می باشد. برای بکارگیری بهینه این دسته از باکتری ها به عنوان عوامل بیوکنترل و همچنین افزایش توانایی محققان برای استفاده بهتراز این میکروارگانیزم‌های مفید در کشاورزی پایدار، سؤالاتی نیزوجود دارد. این که چه مکانیزم‌ هایی سبب ایجاد مقاومت و تحمل گیاه در مقابل عوامل بیمارگر می‌شود؟ و اندوفیت‌های باکتریایی از چه منابع غذایی استفاده می‌نمایند؟ و سؤال دیگر اینکه چرا تعدادی از اندوفیت‌ها سلولهای گیاهی را بصورت داخلی کلونیزه می‌نمایند؟ و این عمل واقعا چگونه صورت می‌گیرد؟ و آیا اندوفیت‌های درون سلولی با هسته سلولهای گیاهی ارتباط برقرار می‌کنند؟ و در صورت ارتباط با هسته‌ها چه استفاده‌ای از این ارتباط می‌برند؟ جواب به این سؤالات تصمیم گیری در استفاده هرچه بهتر وکاربرد ایندسته از باکتری‌های مفید را آسان تر می‌سازد.

References

1- Bell, C. R., Dickie, G. A., Harvey, W. L G. and Chan , J.W.Y.F. 1995. Endophytic bacteria in grapevine. Can. J. microbiol. 41: 46-53.

2- Bird, L. S. 1982. The MAR(multi- adversity resistance) system of genetic improvement of cotton. Plant Dis. 66: 172- 176.

3- Canny, M. J., and Huang, C. X. 1993. what is in the intercellular spaces of roots? Evidence from the cryo- analytical- scanning electron microscope. Physiol. Plant. 87: 561- 568.

4- Chen, C., Bauske, E. M., Musson, G., Rodriguez- kabana, R. and Kloepper, J. W. 1995. Biological control of Fusarium wilt on cotton by use of endophytic bacteria Biol. Control. 5 : 83- 91.

5- Dong, Z., Canny, M. J., McCully, M. E., Roboredo, M. R., Cabadilla, C. F., Ortega, E., and Rodes, R. 1994. A nitrogen- fixing endophyte of sugarcane stems. Plant Physiol.105: 1139- 1147.

6- Gardner, J. M., Feldman, A. W. and Zablotowicz, R. M. 1982. Identity and behavior of xylem- residing bacteria in rough lemon roots of Florida citrus trees. Appl. Environ. Mocrobiol.43: 1335- 1342.

7- Hallmann, J., Quadt- Hallmann, A., Mahaffee, W. F. and Kloepper, J. W. 1997. Bacterial endophytes in agricultural crops. Can. J. Microbiol. 43: 895- 914.

8- Hurek, T., Reinhold- Hurek, B., Uanmontagu, M., and Kellenberger, E. 1994. Root colonization and systemic spreading of Azoarcus sp. Strain BH72. in grasses. J. Bacteriol. 176: 1913- 1923.

9- Lamb, T. G., Tonkyn, D. W., and Kluepfel, D. A. 1996. Movement of Pseudomonas aureofaciens from the rhizospher to aerial plant tissue. Can. J. Microbiol. 42: 1112-1120.

10- Loper, J. E. and Schroth, M. N. 1986. Influence of bacterial sources of indole- 3- acetic acid on root elongation of sugar beet. Phytopathology. 76: 386- 389.

11- Mahaffee, W. F., Kloepper, J. W., Van Vuurde, J. W.L., Van der Wolf, J. M., and Van der Brink, M. 1997. Endophytic colonization of Phaseolus vulgaris by Pseudomonas fluorescence strain 89B- 27 and Enterobacter asburiae strain JM22. In improving plant productivity in rhizosphere bacteria. M. H. Ryder, P. M. Stephens and G. D. Bowen. CSIRO, Melbourne Australia. p. 180.

12- McInory, J. A. and Kloepper, J. W. 1995. Population dynamics of endophytic bacteria in field- grown sweet corn and cotton. Can. J. Microbiol. 41: 895- 901.

13- McInory, J. A. and Kloepper, J. W. 1995. Survey of indigenous bacterial endophytes from cotton and sweet corn. Plant and Soil. 173: 337- 342.

14- Mukhopadyay, N. K. Garrson, N. K, Hinton, D. M., Bacon, C. W., Khush, G. S., Peck, H. D., and Dettan, N. 1996. Identification and characterization of bacterial endophytes of rice. Mycopathologia 134: 151- 159.

15- Mundt, J. O., and Hinkle, N. F. 1976. Bacteria within ovules and  seeds. Appl. Environ. Microbiol. 32: 694- 698.

16- Patriquin, D. G., Dobereiner, J., and Jain, D. K. 1983. Sites and processes of association between diazotrophs and grasses. Can. J. Microbiol. 29: 900- 915.

17- Peterson, C. A., Emanuel, M. E., and Humphreys, G. B. 1981. Pathway of movement of apoplastic fluorescent dye tracers through the endodermis at the site of secondary root formation in corn (Zea mays) and broad bean (Vicia faba). Can. J. Bot. 59: 618-625.

18- Quadt- Hallmann, A., and Kloepper, J. W. 1996. Immunological detection and localization of the cotton endophyte Enterobacter asburiae JM22 in different plant species. Can. J. Microbiol. 42: 114- 1154.

19- Quadt- Hallmann, A.,  Benhamou, N. and Kloepper, J. W. 1997a. Bacterial endophtes in cotton: mechanisms of entering the plant. Can. J. Microbiol. 43: 577- 582.

20- Quadt- Hallmann, A., Hallmann, J.  and Kloepper J. W. 1997b. Bacterial endophytes in cotton: location and interaction with other plant- associated bacteria. Can. J. Microbiol. 43: 254- 259.

21- Sardi, R., Saracchi, M., Quaroni, S., Petrolini, B., Borgonovi, G. E., and Merli, S. 1992. Isolation of endophytic Streptomyces strains from surface- disinfested roots. App. Environ. Microbiol. 58: 2691- 2693.

22- Siciliano, S. D., Theoret, C. M., Defreitas, J. R., Hucl, P. J., and Germida, J. J. 1998. Differences in the microbial communities associated with the roots of different cultivars of canola and wheat. Can . J. Microbiol. 44: 844- 851.

23- Sprent, J. I., and de Faria, S. M. 1988. Mechanisms of infection of plants by nitrogen fixing organisms. Plant and Soil. 110: 157- 165.

24- Sturz, A. V. 1995. The role of endophytic bacteria during seed piece decay and potato tuberization. Plant and soil. 175: 257- 263.

25- Sturz, A. V. and Matheson, B. G. 1996. Populations of endophytic bacteria which influence host- resistance to Erwinia- induced bacterial soft rot in potato tubers. Plant and soil. 184: 265- 271.

26- Sturz, A. V. Chrivtie, B. R. and Matleson, B. G. 1998. Associations of bacterial endophyte populations from red clover and potato crops with potential for beneficial allelopathy. Can. J. Microbiol. 44: 162- 167.

27- Tomasino, S. F., Leister, R. T., Dimock, M. B., Beach, R. M., and Kelly, J. K. 1995. Field performance of  clavibacter xyli subsp. cynodontis expressing the insecticidal protein gene CryIA (c) of Bacillus thuringiensis against European corn borer in field corn. Biol. Control. 5 : 442- 448.

28- Vanpeer, R., and shippers, B. 1989. Plant growth responses to bacterization with selected Pseudomonas spp. Strains and rhizosphere microbial development in hydroponic cultures. Can. J. Microbiol. 35: 456- 463.

29- You, C. B., Lin, M., Fang, X. J., and Song, W. 1995. Attachment of Alcaligenes to rice roots. Soil. Biol. Biochem. 27: 463- 466.

منبع:

موسسه تحقیقات برنج کشور