جدول اثر تلقيح نوعى ارزن Seteria italica با باکترى Azospirillum brasilense نژاد Sp۷ بر روى عملکرد مادهٔ خشک
کمبود مواد غذائى و نياز روز افزون به ازت جهت توليد غذا و علوفه در جهان، باعث توجه فراوان به امکان تثبيت ازت به‌وسيلهٔ علف‌هاى چمنى (گراس‌ها) شده است.
توليد غلات که بيش از ۷۵% کالرى و پروتئين مورد نياز انسان را تأمين مى‌کنند، در کشورهاى توسعه يافته به‌شدت وابستهٔ به ازت و خصوصاً به کودهاى تجارتى مىباشد. از سوى ديگر بهاء کودهاى شيميائى همواره اضافه شده و توليد آنها نيز متکى به منابع انرژى حاصله از سوخت‌هاى فسيلى است. به‌علاوه دسترسى به کودهاى شيميائى در بسيارى از کشورهاى در حال توسعه دشوار مىباشد. هدف درازمدت دانشمندان انتقال ظرفيت تثبيت ازت (ژن nif)، به غلات و علوفه‌هاى چمنى است ولى موانع و مشکلات فراوانى قبل از حصول به اين هدف بايد از ميان برداشته شوند.
اين کشف که بعضى از گونه‌هاى خانوادهٔ Azotobacteraceae مى‌توانند با ريشهٔ گياهان چمنى به‌صورت همزيست درآمده (شکل A) و در شرايط مناسب و در محيط ريشه توليد کلنى کرده و N۲ را تثبيت کنند، اولين قدم در پيشبرد اين هدف مىباشد.
Azospirillum brasilense، Azotobacter paspali، Beijerinckia spp و Spirillum tipoferum از جمله گونه‌هائى مى‌باشند که موفق شده‌اند آنها را به‌صورت همزيست از محيط ريشهٔ علف‌هاى چمنى C۴ مناطق گرمسيرى جدا سازند. در شرايط مناسب از نظر علف‌هاى چمنى C۴ (در نتيجه نسبت فتوسنتزى بالاتر آنها در مقايسه با علف‌هاى چمنى C۳) مقدار زيادترى از ترکيبات کربنه را در محيط ريشه ترشح نموده و از اين طريق انرژى موردنياز جهت تثبيت ازت را تقويت مى‌کنند.
اولين شکل همزيستى بين ريشهٔ علف‌هاى چمنى و باکترى‌ها، که به‌طور دقيق مورد مطالعه قرار گرفت، همزيستى بين باهياگراس A.paspali و Paspalum notatum مىباشد از ۳۳ رقم و اکوتيپ باهياگراس، فقط ۵ تاى آنها که همگى تتراپلوئيد بودند توانستند با A.paspali همزيستى به‌وجود آورند. براى تثبيت جمعيت کافى از باکترى در خاک، چندين ماه وقت لازم است. اين زمان را با انجام تلقيح مصنوعى نمى‌توان تغيير داد. اين گياهان (گياهان همزيست) را از مزرعه به ظرف‌هاى محتوى ورمى‌کوليت منتقل کردند و توانستند در محلول غذائى عارى از ازت، ۸۰ ميلى‌گرم ازت را در طول ۲ ماه در هر ظرف آزمايش تثبيت کنند، که اين مقدار براى حفظ رشد طبيعى گياه به‌طور کامل کافى بوده است. اکنون معلوم شده که تجمع باکترى‌ها در لايه‌هاى چسبناک (موسيلاژ) ريشه بوده است.
سرعت تثبيت ازت که با استفاده از روش N۱۵ (رقيق‌سازى N۱۵) و احياء استيلن برآورد شده است برابر ۳/۰-۱/۰ کيلوگرم در هکتار در روز بوده است، که برابر ۷۵-۵۰ کيلوگرم در هکتار در سال مىباشد و براى توليد محصول قابل قبول با هياگراس کافى است. اندازه‌گيريمقدار تثبيت ازت در اين آزمايش بر روى ريشه‌هاى قطع شدهٔ علف‌هاى چمنى که از قبل در محيط مناسب نگهدارى شده بودند انجام شده است.
از سوى ديگر نمونه‌هاى خاک گندم (گياه C۳) که در ايالت اورگان مورد سنجش قرار گرفت، فعاليت خيلى پائينى در حدود ۲ کيلوگرم در هکتار در روز از خود نشان داد. به‌عبارت ديگر مقدار تثبيت برابر ۱ کيلوگرم در هکتار در طول فصل رشد بوده است. لازم به تذکر است که در اين تحقيقات اندازه‌گيرى روى ريشه‌هاى قطع شدهٔ گياه که در محيط مناسب رشد کرده‌اند و با استفاده از احياء استيلن (C۲H۲) انجام شده است، که اين روش تخمين بالاترى از مقدار ازت تثبيت شده در مادهٔ خشک را به‌دست مى‌دهد.
هيبريدها و اينبردهاى ارزن مرواريد pearl millet، (گياه C۴) جهت بررسى تثبيت ازت، بعد از تلقيح با نژاد Sp ۱۳T از باکترى Azospirillum brasilense، مورد بررسى قرار گرفتند (بوتون و همکاران، ۱۹۷۹).
عملکرد مادهٔ خشک و کل ازت گياه در ارزن رقم هيبريد Gahi۳ در اثر تلقيح بيش از ۳۰% بهبود يافت ولى با استفاده از روى احياء C۲H۲ افزايشى در مقدار تثبيت ازت ديده نشد. مطالعات گلخانه‌اى بر روى تعادل ازت، نيز تفاوت معنى‌دارى را در مقدار ازت، در اثر تلقيح با نژاد Sp ۱۳T باکتري، نشان نداده است.
آلبرشت مشاهداتى را بر روى فعاليت آنزيم نيتروژنازباکترى A. brasilense، بر ريشه‌هاى ايزوله شدهٔ ذرت با استفاده از احياء استلين، انجام داد. در ۵۰% آزمايشات مزرعه‌اي، انجام تلقيح، وزن گياه و محتوى ازت آن را افزايش داد. مقدار ازت تثبيت شده در اثر تلقيح با باکترى A. brasilense، در حدود ۱۵ کيلوگرم در هکتار تخمين زده شده است ولى منافع اين عمل (تلقيح) در رابطه با عملکرد و ميزان ازت گياه قابل توجه بوده است.
در استراليا در خاک‌هاى با ازت کم، در گياه C۳ به‌نام ديجتياريا، هنگامى‌که با A. brasilense، تلقيح شده بود، افزايشى به ميزان ۲۳% در مادهٔ خشک و کل مقدار ازت مشاهده شد. اين افزايش در خاک‌هاى با ازت بالا در حدود ۵/۸% بوده است.
در فلسطين اشغالى دو گياه C۴، ذرت شيرين و نوعى ارزن، با نژادهاى اصلاح شدهٔ Sp۷، Sp۸۰ و CO از باکترى A. brasilense، در خاکى با ازت کم تلقيح شدند . پاسخ معنى دارى در اثر تلقيح بروز دادند (جدول اثر تلقيح نوعى ارزن با باکتري). در اثر تلقيح درصد بلال‌هاى توليدى افزايش يافت. انشعابات ريشه نيز بيشتر شدند، علت اين افزايش به سبب هورمون‌هاى توليد شده به‌وسيله A. brasilense، مىباشد، نه تثبيت ازت. افزايش انشعبات ريشه در طول مرحلهٔ گلدهى جذب مواد غذائى را به مقدار زياد افزايش مى‌دهد و باعث تقويت تشکيل ميوه مى‌شود. شدت واکنش گياه به تلقيح در آزمايشات انجام شده در فلسطين اشغالى بى‌نظير بوده و در هيچ جاى ديگرى مشابه آن ديده نشده است که اين امر شايد به‌خاطر شرايط استثنائى آنجا باشد (براى مثال: مقدار ازت پائين، آهک زياد درجه حرارت زياد و ميزان تابش شديد نور خورشيد).
جدول اثر تلقيح نوعى ارزن Seteria italica با باکترى Azospirillum brasilense نژاد Sp۷ بر روى عملکرد مادهٔ خشک
ازت%
وزن خشک%
خاک
شاهد
تلقيح شده
شاهد
تلقيح شده
۱۰۰
۲۵۰
۱۰۰
۱۸۰
شن
۱۰۰
۱۹۵
۱۰۰
۱۷۵
شني-لوم
۱۰۰
۱۴۰
۱۰۰
۱۲۵
باد رفتى
منبع: از کوهن و همکاران ۱۹۸۰.
تئورى توليد هورمون به‌وسيلهٔ A. brasilense، که در بالا به آن اشاره شد به‌وسيلهٔ تيئن و همکاران (۱۹۷۷) تائيد شده است. در گياهانى که در محلول به‌دست آمده از ريشهٔ گياه همزيست با A. brasilense، کشت شده بودند، مقدار IAA در طول دو هفته چهار برابر و مقدار سيتوکيينى نيز افزايش يافت. مقدارى جيبرلين (سومين کنترل‌کنندهٔ رشد) نيز در محلول حاصل از ريشه، يافت شد. ريشه‌هاى ارزن نسبت به اين محلول رشد، که فاقد باکترى بود، رشد زيادى نشان دادند. ريشه‌هاى جانبى متراکم شده و به‌وسيلهٔ تارهاى کشنده پوشيده شدند و انشعابات زيادى پيدا کردند.
اين مشاهده که A. brasilense، و احتمالاً ساير باکترى‌هاى همزيست با ريشه، هورمون‌هاى رشد توليد کرده و در نتيجه باعث افزايش رشد و تکثير ريشه مى‌گردند، پاسخ اين سئوال را مبهم مى‌کند که آيا فايدهٔ همزيستى به‌علت تثبيت ازت مىباشد، يا به‌دليل افزايش رشد ريشه و در نتيجهٔ جذب بيشتر مواد غذائي. پاره‌اى از تحقيقات اخير نشان داده است که تأثير هورمون‌ها، احتمالاً، نخستين محرک مى‌باشند.
سال‌ها آزمايش و تجربه بر روى مراتع چمنى مناطق گرمسيري، بسيارى از محققين را متقاعد کرده است که همزيستى در محيط ريشه سهمى در تعادل ازت در اين مراتع دارد. با اين حال قبل از تعيين اثرات اين روش و خصوصاً قبل از تلقيح روى غلات و اعلام اين عمل به‌عنوان يک روش استاندارد زراعي، تحقيقات و مطالعات بيشترى لازم است.
