نقش سيانوباكتري‌هاي مولد EPS در خاك‌هاي بياباني

The Role of EPS-producing Cyanobacteria in Desert Soils

مقدمه: پوسته‌هاي زيستي كه روي سطح خاك‌ تشكيل مي‌شوند، از ميكرو و ماكرو‌ارگانيسم‌هايي همچون سيانوباكتري‌ها، قارچ‌ها، باكتري‌ها، اكتينوميست‌ها، جلبك‌ها، ويروس‌ها، خزه‌ها، گلسنگ‌ها و گياهان تشكيل شده‌اند. سيانوباكتري‌ها، ميكروارگانيسم‌هاي كليدي در تشكيل پوسته‌هاي زيستي خاك، به‌خصوص در مناطق بياباني‌اند كه با رشد خود و تشكيل كلني بر سطح خاك و توليد پلي‌ساكاريد خارجي (EPS) باعث افزايش مقدار كربن و نيتروژن خاك مي‌شوند و نقش مهمي در تقويت انواع خاك‌ها به‌ويژه خاك‌هاي فقير از لحاظ مواد غذايي دارند و باعث جلوگيري از فرسايش آنها مي‌شوند. مواد و روشها: در اين پژوهش، برترين سويه‌هاي سيانوباكتريايي مولد كربوهيدرات ترشحي، از ميان 19 سوية جداشده از خاك استان‌هاي مختلف كشور انتخاب شد. ميزان توليد كربوهيدرات در اين سويه‌ها به روش فنول - اسيد سولفوريك تعيين شد. سپس سويه‌هاي منتخبِ مولد بيشترين مقدار كربوهيدرات ترشحي، در مدل گلداني به خاك‌هاي فقير تلقيح شد. پس از گذشت 7 هفته از رشد سيانوباكتري‌ها در خاك، تغيير ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي آن اندازه‌گيري شد. همچنين سرعت تشكيل پوستة زيستي و ميزان انسجام ذرات خاك به يكديگر، به‌صورت ميكروسكوپي بررسي شد. نتايج: ميزان توليد كربوهيدرات در اين سويه‌ها به‌ترتيب برابر 66/86 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر براي سوية Anabaena sphaerica، مقدار 91/55 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر براي جنس Geitlerinema.sp و مقدار 19/64 ميكروگرم بر ميلي‌ليتر براي سوية Nostoc pruniformeبود. نتايج نشان مي‌دهند هر سه اين سويه‌ها قادر به تشكيل پوسته‌هاي زيستي در خاك هستند. بحث و نتيجهگيري: سوية Anabaena sphaericaبه‌دليل سرعت رشد زياد، توليد بيشتر زيست‌توده و كربوهيدرات ترشحي، افزايش بيشتر مقدار نيتروژن و كربن خاك و نيز تشكيل بهتر پوستة زيستي براي آزمون‌هاي بعدي انتخاب شد. اين سويه برخي ويژگي‌هاي بافت خاك را بهبود‌ بخشيد كه در حاصلخيزي آن مي‌تواند تأثير مثبتي داشته باشد.

Introduction: Biological soil crusts including cyanobacteria, fungi, bacteria, actinomycetes, algae, viruses, mosses, lichens, and plants are formed on the soil surface. Cyanobacteria are key microorganisms in the formation of the biological soil crust, especially in arid and desert areas. Cyanobacteria increase carbon and nitrogen content in soil via increasing colony formation and Exopolysaccharide (EPS) production and play an important role to strengthen soil structure especially in poor soil and prevent it from eroding. Materials and Methods: In the present study, three cyanobacteria with the highest secreted carbohydrate production were selected among 19 isolates of different provinces’ soil. The amount of carbohydrate production of the selected strains was determined by using the phenolic sulfuric acid method. Then, three selected strains, with the highest amount of secreted carbohydrate were inoculated to the pot filling with poor soils. After 7 weeks of cyanobacterial inoculation, some physical and chemical alterations of the soil were measured. Furthermore, the rate of formation of the biological soil crust and the adhesiveness of the soil particles were microscopically investigated. Results: The carbohydrate content was 86.66 µg/ml for Anabaena sphaerica, 55. 91 µg/ml for Geitlerinema.sp, and 64.19 µg/ml, for Nostoc pruniforme. The results of the study also show that these three strains are capable of forming biological soil crust on the soil surface. Discussion and Conclusion: Anabaena sphaerica, due to its high growth rate, more biomass production, and more secreted carbohydrates increased soil nitrogen and carbon content, as well as better formation of biological soil crust was selected for further investigation. This strain improved some soil texture characteristics and probably it can have a positive effect on soil fertility.