تنظیم کننده های رشد گیاه به ترکیبات آلی گفته می شود که در غلظت های بسیار کم قادر به کنترل فرآیندهای فیزیولوژیکی می باشند. در واقع غلظت هورمون های گیاهی به عنوان سیگنال های تنظیم کننده و براساس ساختار شیمیایی و اثرات فیزیولوژیکی عمل می کنند. این ترکیبات هم بصورت طبیعی و هم مصنوعی یافت می شوند و براساس ساختار شیمیایی و اثرات فیزیولوژیکی در پنج گروه اصلی تقسیم بندی می شوند. این گروه ها شامل اکسین ها، جیبرلین ها، سیتوکینین ،اسیدآبسیزیک واتیلن می باشند (ویرز و پترسن،۲۰۰۱). طی ازمایشی هیتنر(۱۹۰۴) مشاهده کرد که ریشه های زنده گیاهی توسط میکروارگانیسم های خاصی ازخاک تحریک میشوند. ولی اثرات این میکروارگانیسم ها روی گیاهان مشخص نشده بود (زهیر و همکاران، ۲۰۰۴). سالها بعد طی تحقیقی که باری و براون (۱۹۷۴) مشاهده کردند که ۸۶ ،۵۸ و۹۰درصد سویه های جداسازی شده از ریزوسفر گیاهان مختلف به ترتیب اکسین، جیبرلین و سیتوکینین ترشح کردند (زهیر و همکاران، ۲۰۰۴). درتحقیقی دیگر میسکو و جرمیدا (۲۰۰۲) گزارش کردند که در میان میکروارگانیسم های تولید کننده اکسین، سودوموناس ها از فراوانی بیشتری برخوردار می باشند. اما برای نخستین بار اکون در سال ۱۹۸۵ اکسین را به عنوان عامل موثر در افزایش تراکم تارهای کشنده و ریشه های جانبی گیاهان گزارش نمود(بیسواس و همکاران، ۲۰۰۰).تاثیرمستقیم اکسین وسیتوکینین تولید شده توسط PGPR بر رشد گیاهان ارزن و کلزا نیز توسط نوئل و همکاران (۱۹۹۶) به اثبات رسیده است. بیش از ۵۰ سال است که ثابت شده باکتری های خاک از جمله سودوموناس می توانند اکسین و مواد شبه اکسین ترشح کنند. تولید انواع اکسین ها توسط باکتری های ریزوسفری و تاثیرات آن بر سیستم ریشه ای گیاه در گزارشات بسیاری آمده است (سارور و کرمر،۱۹۹۵). برخی از این تاثیرات شامل افزایش جذب مواد غذایی از طریق تکثیر تارهای کشنده و افزایش ریشه های جانبی می باشد (پرسلو و همکاران، ۲۰۰۱). تحقیقات عقلایی و همکاران (۱۳۸۸) نشان داد که باکتری های تولید کننده هورمون موجب افزایش تارهای کشنده ریشه در گندم می شوند.

طی آزمایشی یانگ و همکاران (۱۹۹۱) توانایی چندین سویه از جنس های Serratia و Pseudomonas را از لحاظ تولید PGPR مورد بررسی قرار دادند. آنها همبستگی مطلوبی را بین طول ریشه گیاه برنج و تولید هورمون های گیاهی مشاهده نمودند در تحقیقی دیگر اسگر و همکاران (۲۰۰۲) توانستند در شرایط درون شیشه ای همبستگی بالا و معنی داری بین هورمون اکسین و عملکرد دانه (۷۷%) تعداد غلات (۷۸%) تعداد پنجه (۷۷%)در گیاه کلزا گزارش کند. در آزمایشی دیگر زای و همکاران (۱۹۹۶) در شرایط استریل افزایش رشد کلزا تلقیح شده با P. putida GR12-2 را به تولید و رهاسازی IAA آن سویه ربط دادند.
شواهد بسیاری مبنی برتوانایی باکتری های ریزوسفری در تولید و ترشح مواد تنظیم کننده رشد از جمله اکسین و همچین تاثیرآنها بر مرفولوژی تغذیه و رشد گیاهان وجود دارد. دراغلب مطالعات مشاهده شده است که تنظیم کننده های رشد بخصوص IAA اغلب خصوصیات سیستم ریشه ای از قبیل رشد اولیه ریشه تشکیل ریشه های جانبی و تارهای کشنده را تحت تاثیر خود قرار می دهند.(گراول و همکاران، ۲۰۰۷)
امروزه محققین سنتر باکتریایی هورمون گیاهی IAA وتنظیم باکتریایی تولید اتیلین درگیاهچه های جوان را مهمترین مکانیسم PGPR در تحریک رشد گیاهان دانسته اند( گراول و همکاران،۲۰۰۷ ). تنظیم باکتریایی تولید اتیلین در گیاه از یک سو تحت تاثیر فعالیت انزیم آمینوسیکلوپروپان۱ کربوکسیلات دی آمیناز (ACC دی آمیناز) باکتریایی و از سوی دیگر متاثر از هورمون گیاهی IAAاست بین آنزیم ACC دی آمیناز و هورمون گیاهی اکسین اثرات متقابلی مشاهده است در واقع مقادیر مختلف اکسین تولیدی توسط باکتری می تواند بر تولید اتیلین در بافت های گیاه تاثیر بگذارد. به این ترتیب که IAA سنترشده توسط باکتری ها درصورتی که باعث افزایش مقدارIAA درون بافت های ریشه به مقدار اپتیم شود قادرخواهد بود با افزایش تقسیم و تمایز سلولی رشد گیاه را افزایش دهد. اما چنانچه IAA باکتریایی مقدار IAA درون بافت های ریشه به بیش ازحد مورد نیاز خود افزایش دهد.ممکن است،با تحریک فعالیت آنزیم ACC سنتار وافزایش میزان ACC (پیش ماده اتیلن ) پس ازجوانه زنی بذر ، رشد و توسعه سیستم ریشه ای گیاه میزبان متوقف شود (گراول و همکاران،۲۰۰۷؛ گلیک و همکاران،۱۹۹۸).
۲-۶-۲-۵-۱- سنتزباکتریای IAA و تاثیرآن روی رشد گیاهان
اکسین باکتریایی با اختلال در تعادل هورمونی گیاهان کاهش طول ریشه های جانبی و تراکم تارهای کشنده را سبب می گردد(حافظ وهمکاران،۲۰۰۴؛ بیسواس و همکاران،۲۰۰۰). به این ترتیب PGPR با سنترهورمون های گیاهی موجب افزایش سطح ریشه توانایی ریشه درجذب آب و مواد غذایی و به دنبال آن رشد گیاه می شود (لایفشیز و همکاران،۱۹۸۷؛ پتن و گلیک،۱۹۹۶) رشد بهتر ریشه می تواند رشد مطلوب اندام هوایی را سبب گردد (زهیر و همکاران، ۲۰۰۴ ).
سئوالی که ذهن بسیاری ازمحققین را به خود مشغول ساخت این بود که IAA باکتریایی در چه مواقعی محرک رشد گیاه و چه زمانی به عنوان بازدارنده رشد عمل می کند. بدین منظور با استفاده از۷ سویه موتانت P. putida GR12-2 که توانایی تولید مقادیر مختلف IAA را داشتند، زای و گلیک (۱۹۹۶) به بررسی تاثیر مقادیر مختلف IAA روی رشد و توسعه سیستم ریشه ای گیاهچه کلزا پرداختند. البته سویه های موتانت از لحاظ تولید سیدروفور فعالیت ACC دی آمیناز و سرعت رشد همانند سویه وحشی بودند (زای و دیگران، ۱۹۹۶). درمیان این ۷ سویه موتانت فقط یک سویه که قادر به تولید IAA به میزان ۴ برابر سویه وحشی بود، رشد ریشه کلزا را متوقف نمود. اما ۶ سویه وحشی از لحاظ تحریک و توسعه سیستم ریشه ای ،نداشتن سویه های موتانت با توانایی تولید مقادیر بالایIAA ، میزان ACC را درگیاه به میزانی افزایش می دهند که دیگر آنزیم ACC دی امیناز باکتریایی توانایی هیدرولیزACC وکاهش سطح اتلین را ندارد و به این ترتیب IAA سنتر شده مانع از رشد و توسعه سیستم ریشه ای گیاه میزبان می گردد. البته درتحقیقی دیگرمشاهده شد که سویه موتانت P. fluorescens BSP53a که در مقایسه با سویه وحشی قادر به تولید مقادیر بیشتری IAA درمقایسه به سویه وحشی بود، وزن ریشه گیاه sourcherry وگیاهچه گوجه فرنگی را افزایش داد (دوبیکوسکی و همکاران، ۱۹۹۳ ).البته هارتمن وهمکاران درسال ۱۹۸۳ مشاهده کردند که تلقیح گیاهچه چغندر با سویه های موتانت P. savastonoi و P. syringao با توانایی تولید مقادیر کم IAA در مقایسه با سویه وحشی طول ریشه را کاهش داد (لوپر و شورس،۱۹۸۶؛ زای و همکاران، ۱۹۹۶). با وجود اینکه نتایج حاصل از آزمایشات مختلف هماهنگی نداشتند اما در بیشتر از۵۰ تا۷۰ درصد آنها افزایش عملکرد و تغییر خصوصیات مرفولوژی ریشه در اثر تلقیح گیاهان مختلف با سویه های مختلف PGPR به خصوص گونه های سودوموناس به عنوان عامل افزایش توان جذب آب و مواد غذایی گزارش شده است. نتایج حاصل ازتحقیقات مختلف نشان داد که سطوح IAA باکتریایی تعین کننده نوع پاسخ گیاه به مایه تلقیح باکتریایی است . همچنین میزان IAA ترشحی از باکتری های ریزوسفر وابسته به سویه باکتریایی رشد و فعالیت های متابولیکی و ژن های کدکننده آنزیم های مسیرتولید IAA است (لامبرت و همکاران،۲۰۰۰). رابطه خطی بین طویل شدن ریشه به وسیله غلظت بالای IAA محدود می شود ولی مقادیر پایین IAA اغلب محرک طویل شدن ریشه گزارش شده است (پایلت و سوگی، ۱۹۸۷؛ میلر و همکاران، ۱۹۸۹).
تحقیقات مختلف نشان داده است که همه ترکیبات ایندولی IAA درغلظت های بالاتراز۱۰۷ مولار مانع رشد طولی ریشه می شود. غلظت های زیاد IAA به دلیل تحریک تولید اتیلن موجب تشکیل ریشه های فرعی وتصادفی می گردد و از افزایش طول ریشه جلوگیری می نماید. اماغلظت های پائین درحدود۱۰۹ تا۱۰۱۲ مولار رشد ریشه های اصلی را تحریک می کند. به طورمثال مشاهده شده است که افزایش غلظت IAA به میزان ۱۰۴ تا۱۰۹ ،تولید شده توسط Azospirillum تلقیح شده به بذرهای گیاه گندم، موجب کاهش طول ریشه درشرایط استریل شد (دبلایر و همکاران،۱۹۹۹). به بیان بهترمی توان گفت که غلظت IAA در ریشه گیاهان، تعیین کننده اثرات مفید و مضر باکتری های محرک رشد ریزوسفری است ( گلیک و همکاران، ۱۹۹۸). به همین دلیل گیاهان مختلف با ژنوتیپ های مختلف به غلظت های متفاوت IAA وتلقیح با میکروارگانیسم های گوناگون با توانایی متفاوت در تولید IAA پاسخ متفاوتی می دهند(گراول و همکاران، ۲۰۰۷ ).
۲-۶-۲-۵-۲- تنظیم باکتریایی تولید اتیلن درگیاهان توسط آنزیم ACC دی آمینازباکتریایی
نتایج حاصل ازتحقیقات انجام شده نشان داد که تاثیرمفید PGPR بر رشد گیاهان تنها با توانایی تولید اکسین توسط آنها قابل توجیه نمی باشد، بلکه تاثیر آنها تحت تاثیرعوامل دیگری چون تولید سایرمتابولیت های میکروبی مانند ACC دی آمیناز توان کلونیراسیون ریشه سویه تلقیح شده وگونه و رقم گیاهی نیزمی باشد .طی آزمایشی پتن و گلیک (۱۹۹۶) تولید آنزیم ACC دی آمیناز را عامل موثر در تاثیر PGPR بر رشد و عملکرد گیاهان گزارش کردند.PGPR از طریق تولید گروهی از آنزیم ها، بر سطوح هورمون های گیاهی و به دنبال آن رشد و توسعه سیستم ریشه ای گیاه میزبان می گذارند. درمیان هورمون ها گیاهی، غلظت اکسین و اتیلن اغلب بااضافه نمودن PGPR تغییرمی کند (گلیک و همکاران،۱۹۹۴؛ زای و همکاران،۱۹۹۶؛ گلیک و همکاران،۱۹۹۵؛ پتن و گلیک، ۱۹۹۶). درواقع PGPR علاوه برتوانایی درسنترهورمون اکسین، باتولید ACC دی آمیناز و هیدرولیز و سکوستره کردن ACC به آمونیوم و آلفاکتوبوتیرات میزان اتیلن گیاهی را کاهش می دهند(گلیک و همکاران،۱۹۹۴،۱۹۹۵ ) این مکانیسم شامل رویدادهای متوالی به شرح زیرمی باشد(شکل۱).
ابتدا IAA توسط PGPR مستقرروی سطوح بذور و یا ریشه گیاهان درحال رشد دراثر وجود تریپتوفان ودیگرمولکول های موجود در تراوه های ریشه و بذر(وایپس،۱۹۹۰)، سنتز و ترشح می شود. مقداری از IAA توسط گیاه جذب وهمراه با IAA گیاهی موجب افزایش طول سلولی و تقسیم سلولی گیاه می شود. این IAA ازسوی دیگرباعث تحریک فعالیت آنزیم ACC سنتاز و تبدیل S-adenosylmethionin به ACC و در نهایت افزایش مقدار ACC می شود (کند، ۱۹۹۳).
بخش قابل توجهی از این ACC به همراه سایر مولکول های کوچک دیگر معمول در تراوه های ریشه و بذر، از بذور و ریشه گیاهان ترشح توسط سلول های باکتریایی جذب و سرانجام در اثر فعالیت آنزیم ACC دی آمیناز باکتریایی هیدرولیزمی گردد. جذب ACC توسط باکتری باعث کاهش سطوح ACC در بیرون از بافت های گیاهی می گردند. لذا گیاه به منظورحفظ تعادل بین میزان ACC درون و بیرون بافت گیاهی به طور مداوم مقداری از ACC را به بیرون ترشح می کند. در واقع ریزوسفر با تحریک سنتز ACC درگیاه با منبع فراوانی از نیتروژن به شکلACC مواجه می گردد. تحت این شرایط PGPR برخلاف سایر میکروارگانیسم های خاک با استفاده ازACC به عنوان منبع نیتروژن به رشد و تکثیر خود می پردازد به این ترتیب باکتری باجذب ACC موجب کاهش مداوم ACC در ریزسفر و ترشح بیشتر از گیاه می گردد، در نتیجه مقدار ACC به دنبال آن اتیلن در بافت های گیاهی کاهش می یابد. با بهره گرفتن از روش HPLC، پنرز و همکاران (۱۹۹۸) مشاهده کردند که به دنبال تلقیح گیاه با PGPR، میزان ACC در تراوه های ریشه گیاه کلزا افزایش می یابد به این ترتیب حداقل دو نتیجه از کاهش میزان ACC حاصل می شود: ابتداکاهش مقدار اتیلن گیاهی و دوم افزایش طول ریشه گیاهان که این افزایش رشد به دلیل کاهش مقداراتیلن پس از جوانه زنی بذور می باشد.
براساس این مدل می توان پیش بینی نمود که هر باکتری که دارای آنزیم ACC دی آمیناز بوده و از توانایی کلونیزاسیون خوبی برخوردار باشد قادر به افزایش طول ریشه گیاه میزبان بوده و ازصفت PGP و یا PGA برخوردار است (گلیک و همکاران،۱۹۹۵). وجود آنزیم ACC دی آمیناز در سویه P. putida GR12-2 گزارش شده است (جاکوبسن و همکاران،۱۹۹۴). این آنزیم توانایی هیدرولیز ACC را در گیاهان دارد، محققین مشاهده کردند که سه سویه موتانت این باکتری که فاقد توانایی تولید این آنزیم بودند قادر به افزایش طول ریشه گیاهچه کلزا تحت شرایط استریل نبودند (گلیک و همکاران،۱۹۹۴).
یکی از مهمترین نشانه های تاثیر باکتریهای محرک رشد روی گیاهان، افزایش رشد ریشه آنها می باشد که مورد توجه بسیاری از محققان بوده است. افزایش عملکرد کلزا در اثر تلقیح با PGPR همراه با افزایش در میزان روغن، فعالیت سیستم ریشه ای و برداشت عناصر غذایی بوده است (مایاک و همکاران،۱۹۹۹).تحقیقات گسترده ای در خصوص اثرات مثبت ناشی از تلقیح باکتری های مختلف جنس سودوموناس بر روی رشد و عملکرد گیاهان زراعی توسط محققین در حال انجام است. یکی از این مکانیسم ها،‌ کاهش دادن میزان اتیلن گیاه از طریق تولید آنزیم Accdeaminase می باشد که ACC را به آلفاکتوبوتیرات و آمونیاک هیدرولیز می کند (پتن و گلیک، ۱۹۹۶).
بررسی تاثیر سودوموناس های فلورسنت بر میزان جذب عناصر غذایی و رشد کلزا در شرایط شور نشان داد که تنش شوری باعث کاهش در میزان رشد، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک گردید. تغییر آهنگ کاهش رشد در پارامترهای مورد مطالعه در اثر تلقیح با باکتریهای منتخب کاهش یافت بطوریکه تلقیح با باکتریهای فوق باعث افزایش نرخ رشد نسبی در شوریهای مختلف گردید و برخی از سویه های منتخب باعث افزایش در عملکرد بیولوژیک در شوریهای مورد مطالعه گردیدند. ( حلیلی و همکاران،۱۳۸۸). ذبیحی و همکاران (۱۳۸۷) در پ‍ژوهشی نشان داد که تلقیح گندم با سو یه هایی از سودو موناسهای فلورسنت و پوتیدا در تمامی سطوح شوری باعث افزایش معنی داردر کلیه شاخصها شد. تحقیق شیرمردی و همکاران (۱۳۸۷) نشان داد که باکتری سودوموناس توانایی تولید آنزیم ACC دآمیناز را دارا بوده و در نتیجه این امکان وجود دارد که با کاهش دادن سطح اتیلن در ریشه گیاه آفتابگردان باعث افزایش رشد طولی ریشه گیاه و در نتیجه بهبود جذب آب توسط ریشه شود. تحقیقات دیگر نیز نشان داده اند که با کاربرد باکتریهای دارای آنزیم ACC دآمیناز رشد ریشه افزایش یافت (گلیک و پنروس، ۱۹۹۸).
شکل ۱: مدل پیشنهادی در خصوص تاثیر PGPR روی رشد ریشه
۲-۶-۳- سایرمکانیسم های مستقیم
براساس تحقیقات انجام شده توسط رایو و همکاران (۲۰۰۳) تاثیرمثبت تولید ترکیبات فرار باکتریایی از قبیل ۳ هیدروکسی ۲ بوتان و۲و۳ بوتاندیول توسط PGPR و تاثیر مفید آنها بر رشد گیاه Arabidopsis مشاهده و گزارش شده است(گری و اسمیت، ۲۰۰۴).
۲-۷- عوامل موثردرافزایش کارایی PGPR
فقط تواناییPGPR در تولید هومون های گیاهی (اکسین ،جیبرلین وسیتوکینین) وآنزیم ACC دی آمیناز در شرایط درون شیشه ای نشان دهنده تاثیر مثبت آنها روی رشد و توسعه سیستم ریشه ای گیاهان نمی باشد. در شرایط مزرعه زمان تلقیح بذور با سویه PGPR مورد نظر در کارایی PGPR بسیار موثر است. نتایج حاصل از تحقیقات نشان داده است که به دلیل میل ترکیبی کم آنزیم ACC دی آمیناز به ترکیب ACC، در صورتی که تلقیح بذور زمانی صورت گیرد که سطح ACC بیش ازحد لازم افزایش یابد دراین حالت آنزیم ACC دی آمیناز قادر نخواهد بود که مقدار ACC و به دنبال آن اتیلن را کاهش دهد، لذا آنزیم ACC اکسیداز(آنزیم کنترل کننده میزان ACC دربافت های گیاهی که دراثرافزایش میزان ACC القاء می شود) که درمقایسه با آنزیم ACC دی آمینازباکتریایی میل ترکیبی بیشتری به ترکیب ACC دارد موجب افزایش سطح اتیلن گیاه می شود.(میل ترکیبیACC اکسیدازگیاهی به ترکیب ACC، ۱۰۰ برابر ACC دی آمینازباکتریایی است.) به همین دلیل تلقیح گیاه میزبان با سویه PGPR، پس ازافزایش سطح ACC اکسید گیاهی کارایی PGPR را در تحریک رشد ریشه را کاهش می دهد (گلیک و همکاران،۱۹۹۸). تحقیق آبلس و همکاران (۱۹۹۲) نیز نشان داد که نسبت ACC دی آمیناز به ACC اکسیداز نقش مهمی در کارایی باکتری های محرک رشد ریزوسفری دارد. همچنین سویه PGPR درشرایط مزرعه باید علاوه بر توانایی تولید هورمونهای گیاهی وآنزیم ACC دی آمیناز از توان کلونیزاسیون خوبی روی ریشه و قدرت رقابتی بالایی در ریزوسفر گیاه میزبان برخوردار باشد. تراوه های ریشه ای ورق گیاه میزبان نیز از دیگر عوامل موثر در کارایی PGPR شناخته شده اند (شریفی و همکاران،۱۳۸۷).
۲-۷-۱- تراوه های ریشه ای
به موادشیمیایی تراوش شده توسط ریشه گیاهان به محیط خاکی، تراوه های ریشه ای می گویند. تراوه های ریشه ای طیف متنوعی ازترکیبات آلی شامل قندها، اسیدهای امینه، اسیدهای آلی ،اسیدهای چرب، آنزیم ها، ویتامین ها، نوکلئوتیدها و دیگرمتابولیت های گیاهی می باشند(جونز،۱۹۹۸). ریشه گیاهان قادرند که ترکیباتی با وزن مولکولی کم ازقبیل پلی ساکاریدهای ساده (مانندآرابینوز، فروکتوز ، گلوکز، مانو و الیگوساکاری) اسیدهای آمینه (از قبیل آرژین، آسپاراژین، آسپارتات، سیستئین، سیستین وگلوتامین) اسیدهای آلی (استیک آسکوربیک، بنزوئیک ، فروی و مالیک )و ترکیبات فنولی ترشح کنند (برتین و همکاران، ۲۰۰۳). از ترکیباتی با وزن مولکولی زیاد می توان به فلاونوئیدها ،آلکالوئیدها و پلی استیلن ها اشاره نمود. تراوه های ریشه ای شامل یون ها آب واکسیژن نیزمی باشند. اماواژه تراوه های ریشه ای اغلب به ترکیبات کربن دار اتلاق می شود.گیاهان با ترشح ترکیباتی نظیرفنول ها بر رشد سایر گیاهان ومیکروارگانیسم های پیرامون خود تاثیر می گذارند. تراوه های ریشه ای باعث تحریک میکروفلور فعال خاک می گردند (برتین و همکاران، ۲۰۰۳). به همین دلیل رقم گیاه نقش تعیین کنندهای درترکیب غالب ریزوسفردارد. اسیدهای آلی موجود درتراوه های ریشه ای نه تنها در رشد باکتری های ریزوسفری بلکه در حرکت و کموتاکسی باکتری های ریزوسفری متحرک ، از قبیل باکتری های فلاژل دار نظیر سودوموناس ها و هیف های قارچی به سمت ریشه موثرند(نل و همکاران، ۱۹۹۶).
اسیدآمینه تریپتوفان نیز از ترکیبات آلی است که در تراوه های ریشه ای اغلب گیاهان و نه تمامی آنها شناسایی شده است. اسیدآمینه ترپتوفان پیش سازفیزیولوژیکی بیوسنتز اکسین (IAA) درگیاهان و باکتری های ریزوسفری است (خلید و همکاران،۲۰۰۴). طی آزمایشی در شرایط استریل زهیر و همکاران (۱۹۹۷) مشاهده کردند که به دلیل افزایش تولید اکسین توسط سویه ازتوباکتر درحضور تریپتوفان، تاثیر مفید این سویه PGPR برعملکرد گیاه سیب زمینی درمقایسه با زمانی که تریپتوفانی در محیط نبود افزایش یافت (زهیر و همکاران، ۲۰۰۴). درآزمایش جارلئونارد نیز زهیر و همکاران (۲۰۰۰) افزایش قابل توجه طول و وزن ریشه و اندام هوایی گیاه ذرت را به هنگام استفاده توام از مایه تلقیح Azotobacter و تریپتوفان (۱۰ مولار) گزارش کردند (زهیر و همکاران، ۲۰۰۴)
به این ترتیب نتایج حاصل از تحقیقات نشان دادکه کارایی PGPR با کاربرد همزمان پیش ماده های فیزیولوژیک تنظیم کننده های رشد افزایش می یابد. طی گزارشی مارشنر (۱۹۹۵) بیان کرد که وجود پیش ماده های هورمون گیاهی از قبیل تریپتوفان درتراوه های ریشه ای گیاهان نقش مهمی در روابط گیاه ریشه باکتری دارد (مارشنر و همکاران،۱۹۹۷). البته تراوه های ریشه ای گیاه ذرت برخلاف گیاه گندم فاقد اسیدآمینه تریپتوفان است۰(بنیزری و همکاران،۱۹۹۸). طی تحقیقی مشاهده شد که علی䂠سغم وجود تریپتوما䙆 درتراوه های ریشه گیاه ذرت؎ باکتری های 䘱یزوسفری خاک قادر به سنتزاکسین در حضور سایراسیدهای امینه مانند آسپاراژین،آلانین و ل݊زین بودندࠠШبنیزرَ و همکاران،۱۹۹۸). گلوتامین آلفاکتوگلوتاریک اسید و پیروویک اسیدازدیگرترکیبات تراوه های ریشه ای هستند که ممکن است در تولید میکروبی اکسین توسط باکتری های ریزوسفر تاثیر بگذارند(زهیر و همکاران،۲۰۰۴).
کمیت و کیفیت تراوه های ریشه ای به شدت تحت تاثیر گونه، رقم، سن گیاه و عوامل تنش زا است (جونز، ۱۹۹۸). کارایی PGPR به دلیل وابستگی به تراوه های ریشه ای در ارقام گونه ها و انواع خاکها تغییرمی کند. طی تحقیقی فاگس (۱۹۹۱) نشان داد که تاثیر مفید A. lipoferum بر رشد ذرت به نوع خاک و رقم بستگی دارد. محققین غلظت های مختلفی از تریپتوفان را درتراوه های ریشه ای گونه ها و ارقام مختلف گیاهان مشاهده کردند.طی تحقیقی مارتنز و فرانکن برگر (۱۹۹۴)‌ غلظت های مختلف تریپتوفان را در تراوه های ریشه ارقام مختلف گندم گزارش کردند. تفاوت در کمیت و کیفیت ترکیبات ترشح شده از ریشه گیاهان، موجب تفاوت در میزان بیوسنتزی اکسین و سایرتنظیم کننده های رشد و تاثیرآنها بررشد و خصوصیات مرفولوژیکی گیاهان می گردد. در تعدادی از گیاهان از قبیل سورگوم و گندم با افزایش سن گیاه مقدار تراوه های ریشه ای کاهش می یابد.
در شرایط خشکسالی تراکم خاک و از همه مهمترکمبود موادغذایی (تنش تغذیه ای ) نیز مقدار ترشح ترکیبات آلی به ریزوسفر افزایش می یابد (بردی و وی، ۱۹۹۹). البته افزایش مقدار تراوه های ریشه ای اثرات نامطلوبی بر پارامرهای عملکرد گیاهان دارد. افزایش تراوه های ریشه به معنی خروج بیشترترکیبات حاصل از فتوسنتز به محیط ریزوسفر وکاهش رشد اندام هوایی است. دراین بین می توان با تاثیرمفید PGPR درافزایش جذب موادغذایی، کاهش تنش تغذیه ای وخسارات ناشی ازآن اشاره نمود (خلید و همکاران،۱۹۹۶، دفریتاس و جرمیدا،۱۹۹۰؛ زهیر و همکاران، ۱۹۹۶، خلید و همکاران،۱۹۹۰). به این ترتیب می توان با انتخاب ارقام وگونه هایی که درتراوه های ریشه ای خود دارای پیش ماده های تنظیم کننده رشد هستند و بهبود شرایط تغذیه ای خاک از طریق مصرف بهینه کود ،می توان کارایی PGPR در افزایش رشد و عملکرد گیاه افزایش داد.
۲-۷-۲- کلونیزاسیون ریشه
توان رشد، توسعه وگسترش یک میکروارگانیسم درسطح ریشه و ریزوسفر را کلونیزاسیون ریشه می گویند(لوسی و همکاران،۲۰۰۴). شرط اصلی توسعه وگسترش یک میکروارگانیسم تلقیح شده، انتقال درسیستم ریشه ای گیاه است. سنجش این انتقال موثر بر حسب تعداد و یا بیوماس ارگانیسم تلقیح شده در واحد طول یا وزن ریشه گیاه است. سنجش این انتقال موثر بر حسب تعداد و یا بیوماس ارگانیسم تلقیح شده در واحد طول یا وزن ریشه است. کلونیزاسیون ریشه عمدتا توسط سرعت رشد نسبی ریشه و باکتری ها تعین می شود. الیوت و همکاران (۱۹۸۸) مشاهده کردند که تراکم باکتری روی بذرگندم روی کلونیزاسیون ریشه پس ازدوره جوانه زنی تاثیرنمی گذارد. آنها بذرهای گندم را با نسبت های متفاوتی از مایه تلقیح آلوده کردند. اما تفاوت معنی داری بین نسبت های مایه تلقیح وکلونیزاسیون ریشه درطول دوره رشد گندم مشاهده نکردند (نل و همکاران،۱۹۹۶ ) .
بلکه توانایی میکروارگانیسم هابرای کلونیزاسیون ریشه به بیولوژی میکروارگانیسم ها، قدرت رقابت آن با سایرمیکروب ها خصوصیات ریشه گیاه خواص فیزیکی خاک و محیط رشد بستگی دارد. کمیت وکیفیت تراوه های ریشه ای نیزمهمترین ویژگی گیاه میزبان می باشد که برتوان کلونیزاسیون ریشه تاثیر می گذارد. به همین دلیل میزان کلونیزاسیون و رشد گونه ای باکتری ،روی ریشه گیاهان مختلف متفاوت است (دفریتاس و جرمیدا، ۱۹۹۰).
درمیان میکروارگانیسم های ریزوسفری ریشه های تیره غلات، بویژه گندم به طورفراوان سودوموناس ها کلونیزه می شوند (نل و همکاران، ۱۹۹۶). به دلیل کموتاکسی بسیار زیاد سودوموناس های فلورسنت به سمت آسپاراژین، ترئونین و والین موجود درتراوه های گیاهی کلونیزاسیون آنها روی بذر و ریشه گیاهان به راحتی صورت می گیرد.
طی تحقیقی مشاهده شد که P. fluorescence 2-79 به دلیل داشتن اندام چسبنده مثل پیلی قادربه کلونیزاسیون مناسب ریشه های گیاه گندم می باشند. تولید سیدروفورها توسط سویه های سودوموناس فلورسنت نیز نقش مهمی درکاهش جمعیت قارچها و باکتری های دیگر و در نهایت کمک به کلونیزاسیون بهتر ریشه دارد (دفریتاس و جرمیدا،۱۹۹۰؛ شیپرز و همکاران، ۱۹۸۷).
۲-۷-۳- توان رقابتی
در ریزسفرهرچقدرگروه های میکروبی توانایی استفاده از منابع غیرمعمول کربن و نیتروژن ازقبیل ACC، Opine، Xenoniotio را داشته باشند از قدرت رقابتی بیشتری نسبت به سایر میکروارگانیسم ها در ریزوسفربرخوردارخواهند بود.درمیان PGPR ، سودوموناس ها به دلیل داشتن آنزیم ACC دی آمیناز،استفاده از ACC به عنوان منبع نیتروژن و توان تغییرسوخت و سازسلولی ، دارای قدرت رقابتی بیشتری نسبت به سایرباکتری های ریزوسفری می باشند(گری و اسمیت،۲۰۰۴؛ گلیک و همکاران،۱۹۹۴). آنها همچنین برخلاف اغلب میکروارگانیسم های خاک به دلیل داشتن فلاژل های قطبی به سوی ریشه گیاهانی که سرشار از منابع غذایی است حرکت می کنند.
۲-۷-۴- وابستگی به گیاه میزبان
ریزوسفرگیاهان علاوه برمیکروارگانیسم های مفید ریزوسفری توسط میکروارگانیسم های مضر نیز اشغال شده است. بازدارندگی و یا محرک رشد بودن یک باکتری ریزوسفری به شرایط محیطی، رقم گیاه و وضعیت مایکوریزا خاک بستگی دارد (نل و همکاران، ۱۹۹۶؛ بولتن و همکاران،۱۹۹۳).
رقم گیاه مهمترین عامل در تعیین جمعیت غالب ریزوسفر شناخته شده است. به طور مثال توانایی سویه P. fluorescens 2-79RLI در جذب آهن سیترات و اهن فیتوسیدروفور(درشرایط کمبود آهن) کاملا به نوع گیاه بستگی دارد. حتی یک تغییر کوچک در ژنوتیپ گیاه میزبان می تواند در توان کلونیزاسیون یک سویه PGPR تاثیرگذارد(نل و همکاران، ۱۹۹۶). تفاوت در رقم گیاه موجب تغییر در کمیت و کیفیت تراوه های ریشه ای می گردد. طی مطالعه ای کرولی و همکاران (۱۹۹۷) نشان دادند که هر عامل موثر در کمیت وکیفیت تراوه های ریشه ای ممکن است موجب تغییر در نوع و مقدار سیدروفور تولید شده توسط سویه های سودوموناس و در نهایت تغییر ترکیب جمعیت میکروبی خاک شود. به همین دلیل گو و مازولا (۲۰۰۳) با توجه به اثرات مثبت سودوموناس های فلورسنت در کنترل بیماری های قارچی و کلونیزاسیون سودمند این باکتری با گیاه گندم، در یک باغ سیب با کشت گیاه گندم و افزایش جمعیت سودوموناس های فلورسنت از این طریق توانستند موجب افزایش رشد درخت سیب و کاهش خسارت ناشی از عامل بیماریزا شوند. نتایج حاصل از این تحقیق نیز نشان داد که رقم گیاهی نقش مهمی در ترکیب جمعیت میکروارگانیسم های ساپروفیت بخصوص سودوموناس های فلورسنت و کنترل عوامل بیماریزای گیاهی دارد.
همچنین جرلان(۱۹۹۶) مشاهده کرد که با تغییر گونه و رقم گیاه، پتانسیل استفاده از منابع کربن توسط باکتری های ریزوسفری تغییرمی کند. حتی نوع و مقدار اسیدهای آمینه و فیتوسیدروفور موثر بر متابولیسم PGPR درتراوه های ریشه ای ارقام مختلف گونه های گیاهی متفاوت بوده است(هارتمن،۱۹۹۸؛ نل و همکاران،۱۹۹۶).
طی تحقیقی برگسما و لام(۲۰۰۴) مشاهده کردند که نوع گونه های گیاهی نقش مهمی در ترکیب و فعالیت میکروارگانیسم های آنتوگونیست گونه های سودوموناس دارد، به همین دلیل با تغییر گونه گیاهی مقدار DAPG تولیدی توسط گونه های سودوموناس تغییرنمود. آنها همچنین مشاهده کردند که فنوتیپ گونه های سودوموناس در انواع متفاوت، مختلف است. درمیان ترکیبات تراوه های ریشه ای تریپتوفان (پیش ساخت اکسین ) ازاهمیت بسیاری برخوردار است. تراوه های ریشه ای گیاهان تنها منبع طبیعی تریپتوفان بر باکتری های ریزوسفری برای تولید اکسین محسوب می شود. گزارش های متعددی در خصوص وجود اسید آمینه تریپتوفان در تراوه های ریشه ای اغلب گیاهان شده است (امی و همکاران،۱۹۹۲؛ خلید و همکاران،۲۰۰۴).
محققین در تراوه های ریشه ای تعدادی از ارقام مختلف گندم، مقادیر قابل مشاهده ای از تریپتوفان را گزارش کرده اند (زهیر و همکاران،۲۰۰۴؛ مارتنز و فرانکنبرگر،۱۹۹۴). تمامی گیاهان توانایی رهاسازی تریپتوفان تحت تاثیر ترکیبات دیگر تراوه های ریشه ای از قبیل گلوتامین را نیز دارا می باشد. به طورکلی می توان گفت که تولید میکربی اکسین در ریزوسفر موجب تغییرخصوصیات ژنتیکی و فنوتیپی باکتری های ریزوسفری و گیاهان است. میزان تاثیر یک سویه PGPR بر رشد و عملکرد به دلیل وابستگی به کمیت وکیفیت تراوه های ریشه ای ازقبیل جذب کننده های بیوشیمیایی و نوع سیگنال ها در ارقام مختلف گندم متفاوت یکسانی به متابولیت های میکروبی ندارند که درشرایط یکسان تلقیح، خود موجب تفاوت پاسخ ارقام مختلف یک گونه گیاهی به مایه تلقیح PGPR می شود.
طی تحقیقی خلید و همکاران (۲۰۰۴) نشان دادند که باکتری A. brasilense درحضور۱۰۳ مولار تریپتوفان عملکرد گیاه گندم را تا ۳/۲۱ درصد در مقایسه با شاهد افزایش داد. آنها همچنین ثابت کردند که با تغییر رقم و سویه باکتریایی، پاسخ و عکس العمل گیاه به مایه تلقیح PGPR تغییر می نماید.
تراوه های ریشه ای همچنین نقش مهمی در کلونیزاسیون ریشه توسط باکتری های محرک رشد ریزوسفری و کنترل جمعیت بیمارگرهای گیاهی دارد. به طور مثال مشاهده شده است که تراوه های ریشه ای گیاه گندم با افزایش مقدار آرابینوز و زایلوز ترکیب اگزوپلی ساکاریدی باکتری Azospirillum brasilense نقش مهمی را در کلونیزاسیون این باکتری روی سطح ریشه ای ایفا می کند.
۲-۹- تاثیر PGPR بر گیاه
۲-۹-۱- تاثیر PGPR بر سیستم ریشه ای
افزایش رشد ریشه یکی از مهمترین نشانه های تاثیر باکتری های محرک رشد روی گیاهان می باشد که توجه بسیاری از محققین را به خود جلب نموده است. افزایش طول ریشه، تکثیر ریشه های جانبی و نابجا در افزایش توانایی گیاهچه در جذب آّب و مواد غذایی و استقرار مناسب آن در مراحل اولیه رشد موثر و مفید شناخته شده است (حمیدی و همکاران، ۱۳۸۶). باکتریهای محرک رشد ریشه گاهی با تولید هورمونهای گیاهی و آنزیم ACC دآمیناز قادرند رشد و توسعه سیستم ریشه گیاه میزبان را افزایش دهند و به این ترتیب موجب افزایش رشد اندام هوایی و عملکرد گیاهان زراعی شوند. مطالعات بسیاری در این خصوص بررسی تاثیر PGPR بر رشد و عملکرد گیاهان زراعی انجام شده است که در این خصوص می توان به تحقیق باری و براون (۱۹۸۴) و تاثیر باکتری A.paspali بر رشد سیستم ریشه ای و همچنین لایفیشز و همکاران (۱۹۸۷) که تاثیر مثبت باکتری سودوموناس پوتیدا را بر افزایش طول ریشه و جذب فسفر در گیاه کلزا گزارش دادند، اشاره نمود. همچنین آزمایشات فراوانی که توسط دانشمندان دیگر نیز افزایش رشد سیستم ریشه ای در گیاهان مختلف از جمله گیاه کلم، برنج، چغندر، ذرت، کلزا، خیار، گندم، ارزن، گوجه فرنگی در اثر مایه تلقیح PGPR گزارش شده است (هال و همکاران، ۱۹۹۴؛ گلیک و همکاران، ۱۹۹۴؛ کارلوتی و همکاران ،۱۹۹۴؛ کاکماکی و همکاران، ۲۰۰۱؛ زهیر و همکاران،۲۰۰۴؛ بیاری و همکاران،۱۳۸۸).
۲-۹-۲- تاثیر PGPR بر جوانه زنی و استقرار
به دلیل ضعیف بودن ریشه های اولیه، تشکیل گره بر روی گیاهان لگوم و استقرار گیاهان با کارایی کمتری انجام می شود. از اینرو باکتری های محرک رشد ریشه گاهی قادر خواهند بود با افزایش رشد و توسعه سیستم ریشه ای امکان استقرار بهتر باکتری همزیست را روی ریشه های اولیه فراهم کند (کلوپر و همکاران، ۱۹۹۸). باکتری های محرک رشد ریشه گاهی همچنین با کاهش دخالت سایرمیکروارگانیسم های خاکزی موجب افزایش توانایی استقرار باکتری ریزوبیوم روی ریشه گیاه لگوم و به دنبال آن تثبیت نیتروژن را در گیاه لگوم دارند. تاثیر PGPR برکارایی فرایند گره زایی توسط بسیاری از محققین بررسی شده که از آن جمله می توان به نتایج تحقیق مولا و همکاران (۲۰۰۱) به منظور تاثیر بررسی PGPR بر تشکیل گره روی ریشه گیاه لگوم جهت همزیستی با باکتری Brady Rhizobiom Japonicom به دنبال آن تشکیل گره های بیشتر در تلقیح بذور سویا با سویه های A.brasilense وAlipoferum به همراه Brady Rhizobiom Japonicomسویه تثبیت کننده نیتروژن مشاهده شد. همچنین در گیاهانی که حداقل استاندارد جوانه زنی را دارا هستند، مثل پنبه که ۳۰% از سایر محصولات کشاورزی استاندارد جوانه زنی پایین تری دارد، یکی از راهکارهای مهم در افزایش قدرت جوانه زنی بذور، تلقیح آنان با باکتری مفید ریشه گاهی گزارش شده است(حافظ و همکاران،۲۰۰۴).
۲-۹-۳- تاثیر PGPR بر رشد گیاهان
تولید متابولیت های میکروبی از قبیل IAA و مواد شبه جبرلین توسط باکتریهای محرک ریزوسفری PGPR به عنوان عامل موثر افزایش طول گیاه و وزن خشک گیاه توسط دانشمندان مختلف گزارش شده است (لایفیشز و همکاران،۱۹۸۷؛ محمد و همکاران، ۱۹۸۸؛ هافیش و همکاران، ۱۹۹۶،۱۹۹۴،۱۹۹۷). باکتریهای محرک رشد قادرند از طریق مکانیسم های مختلف موجب افزایش جذب مواد غذایی شوند. در اغلب تحقیقات توانایی سویه های PGPR در تولید هورمونهای گیاهی و افزایش رشد روی توسعه سیستم ریشه ای گیاه ثابت شده است که سبب جذب آسانتر و سریعتر عناصر غذایی و آب از خاک به عنوان عامل اصلی افزایش رشد در اندام هوایی گیاه میزبان گردیده است (ایگامبردیاواو و همکاران،۲۰۰۲؛ هافیش و همکاران، ۱۹۹۶؛ پتن و گلیگ، ۱۹۹۶). در تحقیقی دیگر تلقیح بذور نوعی کلزا با باکتری سودوموناس پوتیدا موجب افزایش طول گیاه، وزن خشک ریشه و اندام هوایی در مقایسه با شاهد بدون باکتری رشد گزارش شد (پاشاپور و همکاران،۱۳۸۸). نتایج مشابه و نتایج حاصل از این تحقیق ثابت می کند که سویه های سودموناس فلورسنت حتی در صورت عدم وجود بیمارگرهای گیاهی قادرند رشد گیاه را افزایش دهند(هال و همکاران،۱۹۹۴؛ زهیر و همکاران،۲۰۰۴؛ جاود و ارشاد،۱۹۹۹؛ بور و همکاران،۲۰۰۴؛ نظارت و غلامی،۱۳۸۸). همچنین سویه های PGPR قادرند علاوه بر هورمونهای گیاهی، آنزیم ACC دآمیناز را که نقش مهمی در کاهش اثر بازدارندگی هورمون اتیلن و توقف رشد ریشه و کاهش عملکرد ناشی از آن را دارد، تولید کنند (بیلیمو و همکاران،۲۰۰۱،۲۰۰۲؛ شا و همکاران،۱۹۹۸؛ گلیک و همکاران،۱۹۹۴؛ دالگالو و فاری،۱۹۹۱؛ مولا و همکاران،۲۰۰۱).
۲-۹-۴- تاثیر PGPR بر عملکرد گیاهان
محققین فراوانی افزایش عملکرد ناشی از تاثیر باکتریهای ریشه گاهی محرک رشد PGPR را به اثرات آنتوگونیستی سویه های مختلف با بیمارگرها و میکروارگانیسم های مضر و استفاده از مکانیسم هایی از قبیل تولید آنتی بیوتیکها و رقابت، گزارش داده اند (لایفیشز و همکاران،۱۹۸۷؛ بیاری و همکاران، ۱۳۸۸؛ بیلرو و همکاران، ۱۹۹۹؛ خلید و همکاران،۲۰۰۲). در این میان دانشمندان دیگری نیز علاوه بر تاثیر این باکتریهای محرک رشد، تولید آنزیم ها و هورمونها و شبه هورمونهایی که موجب بهبود شرایط رشد می گردد را نیز گزارش کرده اند که در اکثر موارد موجب افزایشی عملکرد و بهبود رشد گیاه زراعی گشته است. از آن جمله می توان به تحقیق زهیر و همکاران (۲۰۰۴)بر روی افزایش عملکرد گیاه سیب زمینی و تاثیر مفید باکتری PGPR را در این گیاه بیان نمود. علاوه بر آن در گیاهان مختلفی از جمله گندم، خیار، پنبه، چغندرقند، سویا، کلزا و سایر گیاهان زراعی هم اثرات مثبت و افزایش عملکرد در این گیاهان گزارش شده است (بیسواس و همکاران،۲۰۰۰؛ پاشاپور و همکاران،۱۳۸۸؛ مک کولاف و همکاران،۲۰۰۱؛ لوسی و همکاران،۲۰۰۴؛ مایاک و همکاران،۱۹۹۹؛ زهیر و همکاران،۲۰۰۴).
۲-۱۰- تاثیر PGPR بر مرفولوژی و رشد گندم