قارچهای اندوفایت همزیست چمن‌های زینتی عوامل جدید برای کنترل بیولوژیک آفات

رضا محمدی¹، محمد رضا سبزعلیان² ، بیژن حاتمی³ و آقافخر میرلوحی⁴

1و2- کارشناسان ارشد اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان

3 - دانشیار گروه گیاه پزشکی دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان

4- دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

قارچهای اندوفایت وابسته به جنس نئوتایفودیوم( (Neotyphodium با بیشتر اعضاء گراسهای سردسیری رابطه همزیستی بر قرار می‌کنند. بیش از 100 گونه از 80 جنس گراس به عنوان میزبان این قارچها شناخته شده‌اند، که چمن‌های زینتی نظیر Lolium ، Festuca ، Poa و Agrostis جزء این گراسها می‌باشند. قارچهای اندوفایت خصوصیات  مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاهان میزبان را تغییر داده و باعث بهبود رشد و افزایش پایداری آنها می‌شوند. افزایش مقاومت در برابر حمله آفات، نماتدها و برخی بیماریهای گیاهی از آثار مهم قارچهای اندوفایت می‌باشد، بطوریکه اثر این قارچ ها دست کم روی 40 گونه آفت از 6 راسته به اثبات رسیده است. آلکالوئیدهای پایرولیزیدین شامل –N استیل لولین و –N فرمیل لولین، پایرولوپیرازین، ارگوپپتین و پیرامین ترکیباتی هستند که در گیاهان حاوی قارچهای اندوفایت تولید شده و باعث بازدارندگی تغذیه حشرات از گیاهان میزبان می‌شوند. قارچهای اندوفایت همچنین در افزایش تحمل گیاهان میزبان در مقابله با تنش‌های محیطی تاثیر بسزایی دارند که این نیز به صورت غیر مستقیم در مقاومت این گیاهان به آفات موثر است. این مطالعه‌  که برای بررسی اثر قارچهای اندوفایت در کنترل آفات شپشک مومی که از بخش‌های زیرزمینی گیاه تغذیه می‌کند و شته جو که از بخش‌های هوایی گیاه تغذیه می‌کند در فسکیوی بلند و فسکیوی مرتعی بومی ایران انجام گرفت، نشان داد که تعداد شته بر روی گیاهان حاوی اندوفایت بسیار کمتر بوده و قادر به ایجاد خسارت نمی باشد. در مورد شپشک مومی بر روی ریشه گیاهان حاوی قارچ هیچگونه اثری از شپشک مشاهده نشد، در حالی که گیاهان بدون قارچ به شدت آلوده به آفت بودند. نتایج این آزمایش نشان داد که قارچ اندوفایت می تواند به عنوان یک عامل قوی در کنترل آفات مختلف عمل کند. از این رو استفاده از چمن‌های حاوی اندوفایت یک سیستم کنترل بیولوژیک را بوجود می‌آورد و از شیوع وتوسعه آفات مختلف جلوگیری می‌نماید. همچنین قارچهای اندوفایت در استراتژی  مدیریت تلفیقی آفات (IPM ) و در سیستم مدیریتی چمن‌ها کارآیی بالایی داشته و از این طریق هزینه‌های نگهداری و مدیریتی را کاهش می‌دهند.

واژه های کلیدی : قارچهای اندوفایت، نئوتایفودیوم، رابطه همزیستی، چمن‌ و کنترل بیولوژیک

مقدمه

قارچهای اندوفایت متعلق به جنس نئوتایفودیوم( (Neotyphodium = Acremonium با بیشتر اعضاء گراسهای سردسیری رابطه همزیستی دارند. بیش از 100 گونه از 80 جنس گراس به عنوان میزبان این قارچها شناخته شده‌اند، چمن‌های زینتی نظیر Lolium ، Festuca ، Poa و Agrostis جزء این گراسها می‌باشند(5و13).

اصطلاح اندوفایت به موجودی گفته می شود که داخل موجود دیگری زندگی می‌کند. در حقیقت در این رابطه همزیستی‏‏‏، قارچ و گراس به شکل متحد که برای هر دو موجود سودمند می‌باشد، با هم زندگی می‌کنند. قارچ اندوفایت به تنهایی قادر به ادامه حیات نبوده و به صورت اجباری این رابطه همزیستی را برقرار می‌کند. قارچهای اندوفایت بذر زاد می‌باشند، میسیلیوم‌های قارچ با جوانه زدن بذر وارد گیاهچه شده و در داخل غلاف برگ، بافت برگ گیاه جوان و پنجه‌های جدید توسعه می‌یابند. در نهایت از طریق ساقة گل دهنده وارد بذر شده وبه نسل بعد انتقال می‌یابند(5).

قارچهای اندوفایت ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاهان میزبان را تغییر داده و باعث بهبود رشد و افزایش پایداری آنها می‌شوند(4،10و11). افزایش مقاومت در برابر حمله آفات، نماتدها(8) و برخی بیماریهای گیاهی از اثرات مهم قارچهای اندوفایت می‌باشد(5). قارچهای اندوفایت به واسطة تولید آلکالوئید‌های مختلف گیاهان میزبان را در برابر آفات مختلف حفاظت می‌کنند(7). آلکالوئیدهای پایرولیزیدین شامل –N استیل لولین و –N فرمیل لولین، پایرولوپیرازین، ارگوپپتین و پیرامین ترکیباتی هستند که در گیاهان حاوی قارچهای اندوفایت تولید شده و باعث بازدارندگی تغذیه حشرات از گیاهان میزبان می‌شوند(9). نوع آلکالوئید و میزان تولید آن به ژنوتیپ قارچ، ژنوتیپ گیاه و اثر متقابل آنها بستگی دارد(6).

مکانیسم‌های ایجاد مقاومت این آلکالوئید‌ها در برابر حشرات برگ خوار به دو صورت آنتی بیوز (antibiosis) و آنتی زنوز (antixenosis ) گزارش شده است(12). اولین گزارش دربارة مقاومت گیاهان حاوی قارچ اندوفایت در برابر حشرات توسط  Prestidge و همکاران ارائه گردید. آنها در سال 1982 مشاهده کردند که پلات‌های چچم دائمی( (Lolium perenne بدون قارچ اندوفایت در مقایسه با پلات‌های چچم دائمی حاوی قارچ اندوفایت بسیار نامرغوب می‌باشند. با بررسی پلات‌های بدون قارچ دریافتند که این گیاهان به شدت آلوده به آفت ساقه‌خوار آرژانتینی ( Listronotis bonariensis) هستند. ولی خسارت کمی از این آفت روی گیاهان حاوی قارچ مشاهده گردید. بعد از آن Funk  و همکاران در سال 1983 مقاومت به آفت Crambus sp.  را در گیاهان حاوی اندوفایت گزارش کردند. مطالعات بعدی تاثیر قارچ های اندوفایت را روی تعدادی دیگری از آفات به اثبات رساندند(5). در این تحقیقات مشخص گردید که قارچ های اندوفایت از طریق کاهش تغذیه، کاهش وزن، کاهش تخمگذاری  و کاهش جمعیت حشره در کنترل آفات مختلف مؤثر می‌باشند(7). تاکنون اثر قارچ های اندوفایت دست کم روی 40 گونه آفت از 6 راسته حشرات به اثبات رسیده است(5).  قارچهای اندوفایت همچنین در افزایش تحمل گیاهان میزبان در مقابله با تنش‌های محیطی تاثیر بسزایی دارند که این نیز به صورت غیر مستقیم در مقاومت این گیاهان به آفات موثر می‌باشد(11).

در مدیریت آفات محصولات مختلف کاهش مصرف سموم دفع آفات از اهداف مهم می‌باشد. شاید در مورد چمن‌های زینتی به ندرت برای کنترل آفات از سموم شیمیایی استفاده می‌شود، ولی در صورت توسعه آفت برای حفاظت از چمن ملزم به مبارزه خواهیم بود. در غیر این صورت کیفیت و زیبائی چمن از بین خواهد رفت. با توجه به این که قارچ های اندوفایت به عنوان یک عامل قوی در کنترل آفات مختلف چمن عمل می‌کنند، لذا استفاده از چمن‌های حاوی اندوفایت یک سیستم کنترل بیولوژیک را بوجود می‌آورد و از شیوع و توسعه آفات مختلف جلوگیری می‌نماید.

این آزمایش به منظور بررسی اثر قارچ های اندوفایت در کنترل آفات شپشک مومی (‌Rhizoecus sp. ) که از بخش‌های زیر زمینی گیاه تغذیه می‌کند و شته جو(‌ Sipha maydis ) که از بخش‌های هوائی گیاه تغذیه می‌کند انجام گرفت. شپشک مومی از قاعده ساقه‌ها و ریشه‌های چمن تغذیه می‌کند، گیاهان مورد تهاجم این آفت ضعیف شده و پژمرده می‌شوند و ممکن از سطح خاک قطع گردند. شته نیز مواد محلول را از سلول‌های برگ می‌مکد و خسارت زیادی به چمن وارد می‌کند(2و3). اثر گیاهان حاوی قارچ اندوفایت در کنترل این دو آفت مورد بررسی قرار نگرفته است، لذا این آزمایش برای مطالعة نحوة تاثیر قارچ‌های اندوفایت برای کنترل این دو آفت در دوگیاه فسکیوی بلند(Festuca arundinacea ) با شماره 75 و فسکیوی مرتعی ( F. pratensis ) با شماره 65  انجام گرفت. این دو گونه گیاهی با قارچ‌های اندوفایت نئوتیفودیوم رابطه همزیستی دارند(4).

مواد و روش‌ها

برای انجام آزمایش نیاز به تولید کلون‌های حاوی قارچ (E ⁺ ) و بدون قارچ اندوفایت (E ^- ) بود. به همین منظور یک بوته حاوی قارچ اندوفایت از هر دو گونه گیاهی انتخاب شد. این بوته‌ها در مهر ماه 1381 از طریق جدا کردن پنجه‌ها کلون شدند. در مرحله بعدی کلون‌های تهیه شده از هر دو گیاه دو قسمت شده و در گلدان‌های پلاستیکی کشت شدند. یک قسمت از این کلون‌ها با استفاده از مخلوط دو قارچ کش فولیکور و پروپیکونازول قارچ زدائی شدند(1). پس از گذشت یک ماه این کلون‌ها با استفاده از رنگ آمیزی با رزبنگال برای اطمینان از حذف قارچ آزمایش شدند.

کلون‌هایE ⁺  و E ^–  از هر دو گیاه به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار در گلدان‌های پلاستیکی متوسط (20 × ‌15 ) حاوی خاک مزرعه کشت شدند و بر روی یک سکوی گلخانه قرار گرفتند. گلدان‌ها در طی آذر ماه 1381 به طور مرتب آبیاری و کود دهی شدند. پس از این که گیاهان به اندازه کافی رشد کردند در حدود 50 عدد از آفات مورد نظر که در این فصل در گلخانه توسعه زیادی داشتند به هر گلدان منتقل شدند. لازم به ذکر است که خاک مورد استفاده به طور طبیعی نیز آلوده به شپشک مومی بود و مورچه‌ها در گلخانه در انتقال شته‌ها بر روی گیاهان به طور مؤثر عمل می‌کردند. دو هفته بعد اقدام به شمارش شته‌ها و یک ماه بعد اقدام به شمارش شپشک مومی در روی گلدان‌های آزمایشی گردید. آفات پس از دو هفته دوباره شمارش شدند. از داده‌های بدست آمده از سه تکرار میانگین گرفته شد و با استفاده از نرم افزار EXCEL نمودارهای مربوطه رسم گردید.

نتایج و بحث

نتایج آزمایش نشان داد که در هر دو گونه، گیاهان حاوی اندوفایت در کنترل آفات تاثیر بسزایی داشتند. بطوری که در جدول 1 نشان داده شده است در شمارش اول تعداد شته ها در گیاهان حاوی اندوفایت (E⁺) کاهش یافته است ولی تعداد این آفت در گیاهان بدون اندوفایت (E ^– )بیشتر است. در شمارش دوم تعداد شته ها در گیاهان بدون اندوفایت به طور چشمگیری افزایش یافت ولی تعداد این آفت در گیاهان حاوی اندوفایت بسیار کم بوده و قادر به ایجاد خسارت نمی باشد(جدول2).

در مورد شپشک مومی با توجه به این که شمارش اول با تاخیر صورت گرفت، تعداد شپشک در گیاهان  E ^– افرایش چشمگیری داشت ولی این آفت در گیاهان E ⁺  به طور کامل از بین رفت (‌جدول 3 ). در شمارش دوم میزان افزایش تعداد شپشک در گیاهان  E ^– و به ویژه فسکیوی بلند چشمگیرتر بود. لذا به نظر می رسد که این گیاه میزبان مناسب‌تری برای شپشک مومی می‌باشد. ولی هیچ اثری از شپشک روی گیاهان E  ⁺  مشاهده نشد. چون آلکالوئید‌های تولید شده در بخش‌های هوائی گیاهان حاوی اندوفایت در محیط اطراف ریشه تجمع پیدا می‌کنند و مانع توسعه آفات ریشه می‌گردند. در کل می‌توان اظهار داشت قارچ‌های اندوفایت به عنوان یک عامل قوی در کنترل این دو آفت عمل می‌کنند. از این رو استفاده از چمن‌های حاوی اندوفایت یک سیستم کنترل بیولوژیک را بوجود می‌آورد و از شیوع وتوسعه آفات مختلف جلوگیری می‌نماید. همچنین قارچهای اندوفایت در استراتژی  مدیریت تلفیقی آفات (IPM ) و در سیستم مدیریتی چمن‌ها کارآیی بالایی داشته و از این طریق هزینه‌های نگهداری و مدیریتی را کاهش می‌دهند.

تشکر و قدردانی

بدین وسیله از خانم‌ها مایلی، بهادران، سلیمی و اشرفی که در مراحل اجرای طرح همکاری داشتند تشکر و قدردانی می‌گردد.

منابع

1.    سبزعلیان، م.ر. 1381. بررسی مقاومت به شوری القایی توسط اندوفایت در گیاه فسکیوی بلند. پایان‌نامه کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان.

2.    فلاحیان، 1.، چمن، فناوری، احداث و نگهداری، 1380، انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد.

3.    کافی، م.،  ش، کاویانی. مدیریت احداث و نگهداری چمن، جلد اول، 1381، وزارت جهاد کشاورزی، معاونت امور باغبانی.

4.    محمدی، ر.، آ،ف، میرلوحی. 1382، تاثیر  قارچهای اندوفایت در بهبود ویژگی های فنوتیپی فسکیوی بلند              ( Festuca  arundinacea) و فسکیوی مرتعی (F. pratensis) بومی ایران، مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه صنعتی اصفهان، 7 (2) : 213-205.

5.     Bacon. C. W. and White| Jr. J. F| Biotechnology of endophytic fungi of grasses| CRC press| Florida. 1994.

6.     Breen| J. P. 1998. Enhanced resistance to three species of aphids (Homoptera: Aphididae) in Acremonium  endophyte-infected turfgrasses. J. Econ. Entomol. 86(4): 1279-1286.

7.     Clement| S. L.| D. G. Lester.| A. D. Wilson.| and K. S. Pike. 1992. Behavior and performance of Diuraphis noxia (Homoptera: Aphididae) on fungal endophyte-infected and uninfected perennial ryegrass. J. Econ. Entomol. 85(2): 583-588 (1992).

8.     Kimmons| C. A. | Gwinn| K. D. | and Berrard| E. C. 1990. “Nematode reproduction on endophyte – infected and endophyte free tall fescue”. Plant Dis. 74: 757-761. Bacon| C. W.| and white| J. F. 1994. Biotechnology of endophytic fungi of grasses. Florida| CRC Press| Inc.

9.     Latch| G. C. M. 1993. Physiological interactions of endophytic fungi and their hosts. Biotic stress tolerance imparted to grass by endophytes. Agric. Ecosyst. Environ. 44: 143-156.

10.            Malinowski| D.| Leuchtmann| A. | and Schmidt| D. 1997. ‘Symbiosis with Neotyphodium uncinatum endophyte may increase the competitive ability of meadow fescue”. Agron. J. 89: 833-839.

11.            Malinowski| D. P.| and Belesky| D. P. 2000. “Adaptations of endophyte infected cool-season grasses to environmental stresses: Mechanisms of drought and mineral stress tolerance”. Crop Sci. 40: 923-940.

12.            Richmond| D. S.| and D. J. Shetlar. 2001. Black cutworm (Lepidoptera: Noctuidae) Larval emigration and biomass in mixtures of endophytic perennial ryegrass and kentucky bluegrass. J. Econ. Entomol. 94(5): 1183-1186.

13.            13. White| J. F. 1987. “Widespread distribution of endophytes in the poaceae”. Plant Dis. 71: 340-342.

Symbiotic endophytic fungi as biocontrol agents for ornamental lawns

R. Mohammadi| A. F. Mirlohi  and M. R. Sabzalian

Department of Agronomy and Plant breeding| Isfahan University of Technology

Endophytic fungi from genus Neotyphodium make symbiotic association with many cool-season grasses. More than 100 species from 80 genera of grass family have been found to be endophyte host including ornamental lawns such as Lolium| Festuca| Poa and Agrostis. Endophytic fungi alter vegetative| morphological and physiological characters of host plants| improve growth and increase their stability. Increase resistance to pests| nematods and some plant diseases are well documented. Resistance to more than 40 species of insects as a result of this association has been already proven. Pyrrolozidine alkaloids induding N-acetyl loline| N-formyl loline| pyrrolopirazine| ergopeptins| and peramine are produced in infected plants and inhibit insects from feeding on them. Endopytic fungi also confer tolerance against environmental stresses to host plants affecting insect resistance indirectly. In this study| effect of endophyte on a mealy bug (Rhizoecus sp.) feeding on underground parts of plant and an aphid (Sipha maydis) feeding on aerial parts| it was shown that infected plants were less attacked by these insects than endophyte free plants. Results of this expriment showed that endophyte can act as a potent biocontrol factor for pest resistance. Thus| use of infected lawns| provide a biological system that prohibite prevailance and spread of different pests. Overally| endophytic fungi have high efficiency for lawn management in an integrated pest management (IPM) strategy and may decrease costs of maitenance and management.