بخشی از مقاله
چکیده
ریزوسفر بهعنوان نقطهی شروع ورود عناصر به زنجیرهای غذایی محسوب میشود. به منظور مطالعهی برخی خصوصیات بیو -شیمیایی محیط ریزوسفر آفتابگردان در حضور اصلاحکنندههای مختلف ]نانوزئولیت و نانوسیلیس در سطح 200میلیگرم در کیلوگرم و باکتریهای باسیلوس سیفنسیس و سودوموناس فلورسنس[ در یک خاک آهکی با سطح آلودگی بالا آزمایشی بصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در شرایط گلخانه اجرا گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که به استثنای pH اندازهگیری شده در تیمارهای جداگانهی باکتریایی، تمامی خصوصیات بیو-شیمیایی در نتیجهی اعمال تیمارهای اصلاحکننده افزایش یافتند. نقش تیمار نانوسیلیس در افزایش pH و EC بیشتر از سایر تیمارها بود در حالیکه بیشترین اثرگذاری مثبت بر روی کربن آلی محلول، جمعیت و تنفس میکروبی و فعالیت آنزیم دهیدروژناز در تیمار نانوسیلیس+ سودوموناس فلورسنس اتفاق افتاد.
مقدمه
فعالیتهای انسانی متعددی منجر به ورود آلایندههای مختلف آلی و معدنی به محیط زیست میشوند که مدیریت ورود فلزات سنگین به زنجیرههای غذایی یکی از چالشهای این روزهای بشر محسوب میشود. ریزوسفر محیط کوچکی از خاک تعریف میشود که ویژگی های آن به وسیلهی برهم کنش بین فعالیت ریشه، ویژگی های خاک و پویایی جمعیت میکروبی تعیین میگردد . - Lombi et al., 2001 تغییر در زیستفراهمی فلزات سنگین در ریزوسفر نتیجهی برآیند شیبهای بیوژئوشیمیایی غلظت فلز، pH، فشار جزئی گاز کربنیک و اکسیژن، غلظت لیگاندهای آلی و زیستتودهی میکروبی میباشد. نانوذرات بهعنوان گروهی از مواد با مساحت سطح بالا و واکنشپذیری فیزیکی- شیمیایی قابل توجه یکی از اصلاحکنندههای مورد توجه برای استفاده در خاکهای آلوده به حساب میآیند. این مواد بر اساس ویژگیهای اختصاصی که دارند رفتارهای کاملاً جدید و متفاوتی در مقایسه با ذرات درشتتر تودهی موادی که از آن ساخته شدهاند از خود بروز میدهند - Perez et al., . - 2004 اکثر اتمهای نانوذرات غیراشباع بوده و در سطح قرار دارند که میتوانند به آسانی با یونهای دیگر پیوند برقرار کرده و دارای واکنشپذیری قابل توجهی باشند . - Liang et al., 2000 - نقش سیلیسیوم از منابع مختلف در تعدیل اثرات خطرناک فلزات سنگین بر روی رشد گیاه گزارش شده است . - Keller et al., 2015 - زئولیت گروهی از آلومینوسیلیکاتهای دارای بار منفی بودهکه معمولاً به عنوان یک عامل تثبیت کنندهی فلزات سنگین مورد استفاده قرار میگیرد - Navel and Martins, . - 2014 نقش این مواد در تعدیل تنش آلودگی فلزات سنگین به رسوب این فلزات بصورت کمپلکسهای سیلیکاته - Putwattana et al., 2010 - ، تغییر شکل فلزات از حالت متحرک و قابل استفاده به ترکیبات با قابلیت استفادهی محدود - Liang et al., 2005 - ، اثرگذاری بر اسیدیتهی خاک و نیز فعالیت جامعهی میکروبی خاک بر میگردد - Keller et al., 2015 - اما با این حال توجه کمی به اثرات این مواد در اندازهی نانو بر روی خصوصیات بیو-شیمیایی محیط ریزوسفرشده است. باکتریهایی که ریشهی گیاه را کلونیزه کرده و سبب بهبود رشد گیاه میشوند باکتریهای ریزوسفری محرک رشد گیاه - PGPR1 - خوانده میشوند . - Beneduzi et al., 2012 - آزادسازی عوامل کلات کننده و سیدروفورها، اسیدی کردن محیط ریشه، انحلال فسفات و تغییرات ریداکس به عنوان راهکارهای اصلی این باکتریها برای اثرگذاری بر تحرک و زیست فراهمی فلزات سنگین گزارش شده است . - Ma et al., 2011 - با این وجود در خاکهای آهکی با سطح آلودگی خیلی بالا کمتر به نحوهی اثرگذاری این باکتریها بر خصوصیات بیو شیمیایی محیط ریزوسفر بصورت جداگانه و در ترکیب با نانوذرات مختلف پرداخته شده است. بنابراین هدف از این تحقیق دستیابی به بینش بهتری دربارهی نحوه و میزان اثرگذاری نانوذرات سیلیس و زئولیت و باکتریهای محرک رشد گیاه بصورت جداگانه و در ترکیب با همدگیر بر روی برخی خصوصیات بیو-شیمیایی محیط ریزوسفر گیاه آفتابگردان در شرایط آلودگی بالا میباشد.
مواد و روشها
خاک مورد مطالعه در این تحقیق از اطراف شرکت ملی سرب و روی زنجان 0-30 - سانتیمتر - نمونهبرداری شد 36 40" - 36 و 36 38 40" شمالی و 48 37 33" و - 48 38 54" و برخی خصوصیات فیزیکی - بافت خاک - ، خصوصیات شیمیایی pH - ، قابلیت هدایت الکتریکی، ظرفیت تبادل کاتیونی، درصد کربن آلی، درصد آهک و غلظت سرب و روی کل - با استفاده از روشهای استاندارد - Sparks, 1996 - و خصوصیات زیستی ]جمعیت میکروبی - Alexander, 1982 - ؛ تنفس میکروبی - Anderson and John, 1982 - ؛ فعالیت آنزیم دهیدروژناز [ - Ohlinger, 1996 - تعیین گردید که نتایج بدست آمده عبارت بودند از: بافت خاک لومی، 7/53 pH، 4/64ds m-1 EC، ظرفیت تبادل کاتیونی 17/94 meq 100g-1، کربن آلی 0/39 درصد، آهک 15/25 درصد، روی کل 7027/54 میلیگرم در کیلوگرم، سرب کل 4752/48 میلیگرم در کیلوگرم، جمعیت میکروبی MPN g-1104×15 ، تنفس میکروبی 0/25 میلیگرم در گرم، فعالیت دهیدروژناز .2/04 ʽg TPFg-1.dm.24h-1 پودر کلینوپتیلولایت-زئولیت طبیعی با اندازه ذرات کمتر از 60 میکرون و درجهی خلوص بیشتر از 95 درصد از شرکت افرند توسکا، تهران تهیه و سپس در پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج - https://en.merc.ac.ir - با استفاده از بالمیل سیارهای - PM600 - به ذرات با اندازهی کمتر از 100 نانومتر تبدیل گردید. نانوسیلیس مورد مطالعه نیز با درجهی خلوص بیشتر از 95 درصد از سیگما آلدریچ خریداری شد - شکل . - 1 تیمارهای باکتریایی مورد مطالعه در این تحقیق نیز دو جدایهی بومی به نامهای Bacillus safensis FO-036b - T - و Pseudomonas fluorescens بودند که برخی خصوصیات PGPR آنها شامل توان تولید سیدروفور
- Schwyn and Neilands, 1987 - ، -ACCدیآمیناز - Penrose and Glick 2001 - ، ایندول--3استیک اسید - Patten and
- Glick 2002 و نیز مقاومت آنها به سطوح بالای سرب، روی و کادمیم مورد آزمون قرار گرفت - جدول . - 1 برای اجرای آزمایش گلدانهای زهکشدار استفاده و با 3 کیلوگرم خاک هواخشک پر شدند. تیمار غیرزیستی به میزان 200 میلیگرم در کیلوگرم با روش اسپری یکنواخت و در سه سطح نانوزئولیت، نانوسیلیس و شاهد اعمال گردید و سپس به مدت 2 ماه در حالت گرماگزاری قرار گرفتند. در این تحقیق رایزوبگهای استوانهای 13/5×6/5 - سانتیمتر - ساخته شده از پارچهی مخصوص با اندازهی مش 60 میکرون مورد استفاده و با قرارگیری در مرکز گلدانها با خاک مورد مطالعه احاطه گردید - Silva Gonzaga - et al., 2006 مقدار خاک موجود در هر رایزوبگ برابر و معادل با 500 گرم بود. بذرهای آفتابگردان - Helianthus annuus L. - رقم آذرگل مورد استفاده در این تحقیق نیز از موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه گردید. بعد از اتمام دورهی گرماگزاری بذرهای مورد نظر استریل و بعد از جوانه دار کردن به تعداد مساوی در هر رایزوبگ نشاء گردیدند. برای تلقیح باکتریایی، باکتریهای مورد مطالعه در سه سطح سودوموناس فلورسنس، باسیلوس سیفنسیس و شاهد به میزان 1 میلیلیتر مایه تلقیح - با جمعیت باکتریایی معادل 5×108 cfu ml-1 به ازای هر نشاء استفاده گردید. بعد از حدود 2 ماه از نشاءکاری نمونه برداری از خاک گلدانها در منطقهی ریزوسفر انجام و جمعیت میکروبی، تنفس میکروبی، فعالیت دهیدروژناز، کربن آلی محلول - Brandstette et al., 1996 - ، pH و قابلیت هدایت الکتریکی - EC - آنها تعیین گردید. برای تجزیه آماری داده های اندازه گیری شده از نرمافزار های SPSS 16.0 و MSTATC استفاده و برای مقایسه میانگینها از آزمون چنددامنهای دانکن - P<0/05 - استفاده شد.
شکل- 1 اسکن میکروسکوپ الکترونی - SEM - از - a - نانو سیلیس در بزرگنمایی 200 نانومتر؛ - b - نانوسیلیس در بزرگنمایی 2 میکرومتر؛ - c - نانوزئولیت در بزرگنمایی 200 نانومتر؛ - d - نانوزئولیت در بزرگنمایی 2 میکرومتر؛ - A - نتیجه پراش اشعه ایکس - EDS - نانوسیلیس و - B - نتیجه پراش اشعه ایکس - EDS - نانوزئولیت.
جدول -1 برخی خصوصیات PGPR جدایههای مورد مطالعه
نتایج و بحث
نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان داد که اعمال تیمارهای معدنی و باکتریایی خصوصیات شیمیایی و زیستی مورد نظر را در محیط ریزوسفر تحت تأثیر قرار میدهد . اعمال تیمارهای باکتریایی در غیاب نانوذرات بطور معنیداری pH ریزوسفر را در مقایسه با تیمار شاهد کاهش داد در حالیکه در سایر تیمارها علیرغم عدم وجود اختلاف معنیدار با تیمار شاهد، در نتیجهی اعمال آنها pH افزایش نشان داد - شکل . - 2 در میان خصوصیات خاک، pH یکی از مهمترین فاکتورهای کنترلکنندهی زیست-فراهمی فلزات سنگین میباشد و نشان داده شده که سیلیسیوم با کاهش اسیدیتهی خاک فراهمی فلز را کاهش میدهد - Gu . - et al., 2011 تجزیهی اکسیدهای فلزی - مانند - CaO, K2O, MgO موجود در زئولیت و نیز حضور گروههای عاملی -O- در سطح زئولیت - شکل - 1 و برقراری پیوند با پروتونهای موجود در محلول خاک از دلایل اصلی افزایش pH خاک تحت تیمار میباشد هرچند به دلیل ظرفیت بافری بالای خاکهای آهکی این اثرگذاری در مقایسه با تیمار شاهد معنیدار نبود.
