توانائی جذب و توزیع عنصر کادمیوم در اندام های گیاه ارزن با حضور باکتری محرک رشد

توانائی جذب و توزیع عنصر کادمیوم در اندام های گیاه ارزن با حضور باکتری محرک رشد

سید علی حسینی۱ ، مجتبی یوسفی راد۲ ، داود ارادتمند اصلی۳، سید محمدرضا احتشامی۴

۱- دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه ۲- استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه ۳- استادیار دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه ۴- استادیار دانشگاه گیلان

(seyedalihosseini63@yahoo.com)



چکیده

این تحقیق با هدف بررسی توانایی جذب و توزیع عنصر کادمیوم در اندام های مختلف گیاه ارزن با حضور باکتری محرک رشد انحام شد، این پژوهش در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه بصورت گلخانه ای با آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با ۳ تکرار و ۲ مشاهده صورت گرفت. این طرح شامل ۲ فاکتور است: فاکتور اول: غلظت های نیترات کادمیوم در ۴ سطح (صفر، ۱۰۰، ۲۰۰، ۳۰۰ ppm) و فاکتور دوم: آلـودگی و عدم آلودگی خاک با باکتری PGPR(Pseudomonas fluorescence ) بود. نتایج نشان داد که حضور باکتری تحریک کنده رشد میزان جذب کادمیوم را در ریشه و اندام هوایی گیاه ارزن افزایش داده است. همچنین افزایش کادمیوم خاک سبب افزایش میزان محتوا و غلظت کادمیوم در اندام های گیاه گردید، براساس تحقیق صورت گرفته غلظت کادمیوم در ریشه بیش از اندام هوایی گیاه بود، و در کلیه اندام های گیاهی در حضور باکتری PGPR ،غلظت و محتوای کادمیوم مصرفی در تمام سطوح کادمیوم خاک بیشتر از گیاهان تلقیح نشده بود.

کلید واژه : کادمیوم، باکتری محرک رشد، گیاه ارزن، گیاه پالائی


مقدمه

کادمیوم فلز سمی و سرطان زا می باشد ، که به همراه معادن روی و عملیات صنعتی وجود دارد . غبار کادمیوم موجود در هوا خطرات مهمی را برای سلامتی انسان به وجود می آورد، لجن حاصله از فاضلاب های صنایع لاستیک سازی و رنگ سازی عمدتا دارای فلز کادمیوم می باشند(۵). توزیع کادمیوم بین ریشه و بخش های هوایی گیاه به گونه گیاهی، محیط رشد و مدت تماس گیاه با کادمیوم بستگی دارد(۱۱). ارزن معمولی، بومی آسیای مرکزی است و به طایفه پانیسه[۱] و جنس پانیکوم تعلق دارد . ارزن پروسوگیاهی پاکوتاه ، یک ساله و به ارتفاع ۱۲۰- ۳۰ سانتی متر است. ساقه آن قوی و مستقیم و دارای قدرت پنجه زنی بسیار زیاد است. قطر ساقه آن در حدود ۵/۲ سانتی متر است(۳). کودهای بیولوژیک به موادی گفته می شود که شامل میکرو اورگانیسم های مفید (باکتری – قارچ یا هر دو) هستند این ریز جانداران قادرند یا بطور مستقیم باعث تغذیه و رشد گیاه شوند و یا گیاه را در مقابل تنشهای محیطی و بیماریها مقاوم کنند(۴). واژه PGPR ( Plant growth promo thing rhizobacteria) بوسیله کلادبرواسکروت (۱۹۷۸) برای انواعی از باکتریهای ریزوسفروی که اثر چشم گیری در افزایش رشد گیاهان دارند بکار رفته است. در این باکتریها گونه هایی قادر به حل کردن ترکیبهای فسفات معدنی مانند ترکیبهای تری کلسیم فسفات ، دی کلسیم فسفات و هیدرئوکسی آپاتیت و سنگ فسفات هستند. جمعیت قابل توجهی از باکتریهای محرک رشد در خاک و فرا ریشه وجود دارد. اینها شامل انواع گونه های هوازی و بی هوازی هستند(۲). این پژوهش به منظور بررسی تأثیر برخی از غلظت های کادمیوم خاک بر روی غلظت و محتوای کادمیوم در اندام های هوایی و ریشه ارزن و بررسی آن در حضور باکتری محرک رشد برای میزان پالایش خاک توسط این گیاه صورت گرفت.



مواد و روشها

این آزمایش در گلخانه مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه اجرا شد. این آزمایش بصورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی در ۳ تکرار و ۲ مشاهده انجام گرفت که ۲ فاکتور در آن مورد بررسی قرار گرفت. فاکتور اول: غلظت نیترات کادمیوم در سطح صفر، ۱۰۰، ۲۰۰، ۳۰۰ ppm و فاکتور دوم: آلودگی و عدم آلودگی خاک با باکتری محرک رشد (Pseudomonas fluorescence) می باشد. در مراحل اولیه ابتدا نیترات کادمیوم در مقادیر gr 6/0، gr 2/1 و gr 8/1 به حجم ۸ کیلو گرم خاک اضافه گردید، این خاک درون نایلون های مخصوص ریخته شد و به مدت ۳ هفته جهت عمل تثبیت نیترات درون خاک، قرار گرفت. سپس خاک تثبیت شده به گلدان های ۸ کیلو گرمی انتقال داده شد و برای آلوده کردن خاک گلدان ها به باکتری مذکور در خاک هر گلدان ۵۰ گرم مایه تلقیح اضافه گردید و بعد از آن بذرهای ارزن که عمل جوانه زنی در آن صورت گرفته بود نیز با مایه تلقیح آغشته گشته و درون گلدان ها در عمق مناسب خاک کاشته شد. پس از گذشت مراحل داشت گیاهی، عمل برداشت در مرحله ساقه روی انجام شد. صفات مورد مطالعه شامل اندازه گیری ارتفاع، وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه، غلظت کادمیوم اندام هوایی و غلظت کادمیوم ریشه بود. تجزیه واریانس حاصل و مقایسه میانگین ها توسط نرم افزار SAS و با آزمون دانکن در سطح ۵% ، ۱% و رسم نمودارها با کمک نرم افزار Excel صورت پذیرفت.



نتایج و بحث

مقایسه میانگین ها نشان داد که استفاده از باکتری تحریک کننده رشد سبب شد تا ارتفاع گیاه در معرض آلودگی فلز سنگین کادمیوم افزایش یابد( نمودار۱). گلیک و همکارانش (۱۹۹۸) این نظریه را مطرح کردند که نحوه فعالیت برخی PGPRها تولید آنزیم ACC دآمیناز می باشد.این آنزیم می تواند ACC را پیش ماده اولیه مسیر بیوسنتز اتیلن در گیاهان عالی است تجزیه کند و با کاهش تولید اتیلن در ریشه های گیاه میزبان، باعث طویل شدن ریشه ها و به طبع آن ارتفاع گیاه شود(۶). نتایج نشان داد که استفاده از باکتری محرک رشد بر وزن خشک اندام هوایی گیاه دارای تاثیر معنی داری در سطح ۱% گشته و مقایسه میانگین آن نیز نشان داد که حضور باکتری محرک رشد نسبت به عدم حضور آن سبب افزایش وزن خشک اندام هوایی گیاه شد( نمودار۲). کادمیوم سبب کاهش تثبیت کربن(۹)، ایجاد تنش های اکسیداتیو (۷) ممانعت از سنتز کلروفیل(۱۰)، آسیب به ریشه ، کاهش جذب عناصر غذایی ، آسیب به فتوسنتز و ممانعت از رشد گیاه می شود(۱). استفاده از باکتری محرک رشد در برابر آلودگی کادمیوم سبب افزایش وزن خشک ریشه گیاه ارزن شد اما در تیمار شاهد آنگونه نشد که Smith این دلیل را مطرح می کند که کاهش بیوماس ریشه های تلقیح شده نشان دهنده این است که قسمتی از کربن ذخیره شده برای تغذیه میکروارگانیسم استفاده می شود و در مقابل‌ میکروارگانیزم های همزیست مانند باکتری ها عناصر معدنی مورد نیاز گیاه را فراهم می کند(۱۳) (نمودار۳). افزایش غلظت کادمیوم سبب افزایش غلظت فلز سنگین در ریشه گیاه می شود که حضور باکتری تحریک کننده رشد سبب شده کادمیوم بیشتری جذب ریشه گیاه ارزن شود(نمودار۴). کادمیوم محلول می تواند از طریق حرکت در در فضای آزاد دیواره سلولی ( مسیر آپوپلاستی ) و به وسیله عبور از مسیر سیم پلاستی وارد ریشه گیاه شود. کادمیوم پس از ورود به ریشه می تواند از مسیر سلولی حرکت کرده و در نهایت وارد جریان انتقالی شیره خام گیاه شود(۱۲). افزایش غلظت کادمیوم خاک سبب افزایش غلظت کادمیوم در اندام هوایی گیاه شده است که حضور باکتری در مقایسه با عدم حضور باکتری تفاوتی را در نمودار مقایسه میانگین ۵ نشان می دهد که گواه تاثیر باکتری محرک رشد در افزایش جذب کادمیوم در اندام هوایی گیاه ارزن است، همچنین در مقایسه ای بین ریشه و اندام هوایی می توان دریافت که کادمیوم بیشتر در ریشه گیاه تجمع پیدا کرده است. در تحقیقی توسط Lombiو همکارانش در سال ۲۰۰۱ بیان شد که سطوح انباشت فلزات مختلف به غلظت فلزات در خاک بستگی دارد و با افزایش غلظت فلز خاک، غلظت آن در گیاه نیز افزایش می یابد(۸). نتایج این تحقیق نشان می دهد با افزایش سطوح کادمیوم در خاک، غلظت آن در اندام های مختلف گیاه ارزن افزایش یافته است در واقع غلظت کادمیوم در گیاه تابعی از غلظت این عنصر در خاک می باشد. غلظت کادمیوم در ریشه بیشتر از اندام هوایی بود. باکتری محرک رشد با ترشح آنزیم فسفاتاز و اسید های آلی موجب افزایش فسفر قابل جذب از طریق انحلال ترکیبات معدنی فسفات و تبدیل فرم نا محلول فسفر به فرم قابل جذب برای گیاه می شوند. از طرفی باکتری محرک رشد عامل تحریک تولید مواد تنظیم کننده رشد گیاهی از قبیل اکسین،‌سیتوکینین و جیبرلین می باشد، همچنین تولید آنزیم ACC دآمینازکه پیش ماده مسیر بیوسنتز اتیلن گیاهی است را تجزیه کرده و با کاهش اتیلن سبب طویل شدن ریشه گیاه می شود. باکتری محرک رشد می تواند سنتز و تولید سیدروفورهای کمپلکس آهن، تغییر در الگوی تسهیم مواد فتوسنتزی، افزایش سطح ریشه و همچنین تولید آنتی بیوتیک و مبارزه با عوامل بیماری زا و القا مقاومت سیستمیک را انجام دهد(۴).





منابع

- رضوانی، محمد ، ۱۳۸۶٫ پاکسازی خاک های آلوده به فلزات سنگین به وسیله گیاهان میکوریزایی. پایان نامه دکتری. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

۲- سفیدگران ، ابوالفضل ، ۱۳۸۷٫ بررسی تاثیر باکتری های حل کننده فسفات و کود شیمیایی فسفاته بر عملکرد برخی از ارقام سیب زمینی . پایان نامه کارشناسی ارشد.

۳- کاظمی اربط ، حمداله – ۱۳۸۴ . مورفولوژی و آناتومی غلات ، انتشارات دانشگاه تبریز ، جلد دوم ، صفحات ۵۱۲-۵۳۶

۴- محیا انصاری جوینی، ۱۳۹۰٫ مجله علوم گیاهان زراعی، دوره ۴۲، شماره ۲٫ ۳۲۹-۳۳۷

۵- Adhikhari, T. And Singh, M.V. 2003. Sorption characteristics or lead and cadmium in some soil of India. Geogerma 114:81-92

۶- Glick, B.R. Patten, C.L. Holguin, G. Penrose, D.M. 1999. Biochemical and genetic mechanisms used by plant growth-promoting bacteria. London,U.K. Imperial college press

۷- Krupa, Z. Baszynsky, T. 1995. Some aspects of heavy metals toxicity towards photosynthesis apparatus-direct and indirect effects on light and dark reaction. Acta physiol.Plant. 17:177-190

۸- Lombi, E. Zhao, F. McGrath, S. Young, S. Sacchi, G. 2001. Physiological evidence for a high-affinity cadmium transporter highly expressed in a Thlaspi caerulescens ecotype. New phytol. 149:53-60

۹- Perfus-Barbeoch, L. Leonhardt, A. Vavassure, C. Forestier, 2002. Heavy metal toxicity: cadmium permeates through calcium channels and disturbs the plant water status. Plant j. 32:539-548

۱۰- Padmaj, K. Prasad, D.D.K. Prasad, A.R.K. 1990. Inhibition of chlorophyll synthesis in Phaseolus vulgaris L. seedings by cadmium acetate. Photosynthetica. 24:399-405

۱۱- Sajwan, K.B. Ornse, W.H. Youngblood, T.V. Alva, A.K. 1996. Uptake of soil applied cadmium, nickel and selenium by bush beans. Journal of Water, air and soil pollution. 91:209-217

۱۲- Salt, D.E. Smith, R.D. Raskin, I. 1998. Ohytoremedition. annu rev plant physiol plant Mol. Biol. 49:643-668

۱۳- Smith, L.A. Means, J.L. Chen, A. Alleman, B. Chapma, C.C. Tixier, J.R.J. Brauning, S.E. Gavaskar, A.R. Royer, M.D. 1995. Remedial option for metal contaminated sites.Boca roton, FL: Lewis

منبع:انجمن مهندسی شیمی