بخشی از مقاله
چکیده
هدف این مطالعه، بررسی تاثیر نانوذرات مگنتیت بر گندم و تاثیر دراز مدت این نانوذرات در نسل دوم گیاه بود. بطور خلاصه، گیاهان در نسل اول با 200 ppm نانوذرات مگنتیت و 450 ppm کلات آهن - EDTA - تیمار شدند و سپس بذور آنها دوباره در نسل دوم کاشته شدند. بذور حاصله از نسل اول، دوباره با نانوذرات و کلات آهن تیمار شدند و نتایج دو نسل مقایسه شد.
در نسل اول، تیمار نانوذرات باعث افزایش کلروفیل، فریتین، آهن و وزن هزار دانه و کاهش میزان مالون دی آلدئید - MDA - و فعالیت آنزیم کاتالاز شد. تکرار محلولپاشی با نانوذرات در نسل دوم باعث کاهش معنیدار میزان کلروفیل و افزایش MDA نسبت به سایر تیمارها شد . اما اثر سوئی در پارامترهای رشدی در گیاهانی که در دو نسل با کلات تیمار شدند مشاهده نشد. بواسطه تاثیر منفی نانوذرات در نسل دوم، احتیاط بیشتری در کاربرد این نانوذرات برای سالهای بعد پیشنهاد میشود.
مقدمه
آهن یک عنصر ضروری برای فرآیندهای متابولیک گیاه است که برای سنتز DNA، فتوسنتز و تنفس ضروری بوده و نقش کلیدی در واکنشهای سوخت و سازی دارد. آهن به طور مستقیم در بیوسنتز کلروفیل شرکت داشته و برای سنتز پروتوپورفرین که پیش ماده سنتز کلروفیل است ضروری میباشد. حدود 60 درصد محتوی آهن برگ، در کلروپلاست می باشد. از این رو کمبود این عنصر به طور مستقیم بر میزان کلروفیل تاثیر دارد که نهایتا منجر به بروز کلروز میشود
کلروز برگ ناشی از کمبود آهن یک نابسامانی تغذیهای گسترده در گیاهان است که میتواند نتایج خطیر و جدی برای محصولات کشاورزی به سبب کاهش در عملکرد محصول و خسارت به کمیت و کیفیت میوه داشته باشد. یکی از راههای رفع این معضل، استفاده از ترکیبات کلات کننده آهن است که به دلیل گرانی برای محصولات خاص استفاده میشود. یکی از جدیدترین ابداعات بشری که امید تازهای در توسعه کشاورزی ایجاد کرده، نانوفناوری است.
نانوفناوری عبارت است از دستکاری دقیق و کنترل شده ساختار اتمی یا مولکولی مواد در مقیاس نانومتر به منظور تهیه ریزذراتی با خصوصیات نوظهور و کاربردهای خاص نانوذرات اکسید آهن - مگنتیت - دارای ابعاد مناسب، میتوانند بدون نیاز به یونش به صورت مولکولی جذب و در گیاه انتقال یابند. این نانوذرات فاقد عوارض سمی در غلظتهای اندک برای جانوران بوده و با بکارگیری در رهایش هدفمند دارو، تصویربرداری مغناطیسی، گرما درمانی و ... یکی از پرکاربردترین نانوذرات بشمار میروند
تحقیقات نشان داده که نانوذرات نه تنها میتوانند توسط گیاهان جذب شوند بلکه میتوانند هنگام وارد شدن به گیاه در درون بافتهای گیاه منتقل شوند و وارد اندامهای خوراکی گیاهان شوند
احتمال انتقال نانوذرات به قسمتهای خوراکی گیاهان و از آن طریق تاثیر بر انسانها و جانواران یکی از مهمترین نگرانیهای پیش روی بشر است. مطالعات زیادی تاثیر مثبت نانوذرات را در گیاهان اثبات کردهاند و تاثیر دراز مدت این نانوذرات یکی از موضوعات مهمی است که باید بدان پرداخته شود. لذا هدف از این مطالعه بررسی تاثیر دراز مدت نانوذرات اکسید آهن بر خصوصیات رشدی گیاه گندم در خاک آهکی است. در تمام موارد نتایج با نتایج حاصل از کلات آهن مقایسه شد.
مواد و روشها
به منظور ارزیابی کارایی نانوذرات مگنتیت بر رفع کلروز آهن گندم در خاکهای آهکی، مقایسه آن با کلات آهن و بررسی اثر این نانو مواد بر نسل بعدی گیاه، 2 کشت گلخانهای مجزا انجام شد. در ابتدا به منظور محلولپاشی برگی گیاهان با نانوذرات اکسید آهن، این مواد با درجه خلوص %99/99، میانگین اندازه 10-15 نانومتر و سطح ویژه 81/98 m2 g-1 تهیه شد. به منظور پراکندگی کامل نانوذرات مگنتیت، محلول حاوی این نانوذرات در تمام دو کشت گلخانهای، قبل از هر بار محلولپاشی برگی با همزن اولتراسونیک - 100 W, 40 KHz - به مدت نیم ساعت همزده شد. کلات آهن استفاده شده در این تحقیق، Fe-EDTA، از مواد تولیدی شرکت مرک بود.
این آزمایش در گلخانه با دمای حداقل 20œC و حداکثر 32œC، رطوبت نسبی %60 و در قالب طرح بلوک کامل تصادفی و در 3 تکرار اجرا شد. تیمارها شامل 200ppm نانوذرات اکسید آهن، 450 ppm کلات آهن و آب مقطر به عنوان کنترل بود. - برای انتخاب غظت مناسب برای محلولپاشی هر یک از تیمارها پیش آزمایشی انجام شد که داده ها نشان داده نشده است - .
در ابتدا بذور گندم توسط هیپوکلریت سدیم یک درصد به مدت 5 دقیقه ضدعفونی شدند و سپس 3 مرتبه بوسیله آب مقطر شستشو داده شدند. سپس بذور در گلدانهای پلاستیکی که حاوی خاک آهکی بودند کاشته شدند و آبیاری گلدانها هر روز به طور منظم انجام گرفت. در ابتدا برای اطمینان از جذب نانوذرات توسط گیاه، شدت سیگنال مغناطیسی در اندامهای مختلف گیاه با دستگاه مغناطیس سنج نمونه مرتعش اندازه گیری شد.
محلولپاشیها در پنج مرحله رشدی گیاه شامل چهاربرگی، ساقه دهی، سنبله رفتن، گلدهی و شیری شدن دانهها انجام شد. به منظور دستیابی به بالاترین میزان جذب در هر مرحله، محلولپاشی در چهار روز پشت سر هم در صبح زود و بگونهای انجام گرفت که سطح برگ کاملا با محلول خیسانده شده و محلولها از سطح برگ چکه کند. سپس در تمام 3 مرحله از محلولپاشی، گیاهان یک هفته بعد از آخرین محلولپاشی برداشت شدند. بلافاصله قسمتهای مختلف گیاه از هم جدا شدند و در داخل تانک نیتروژن با دمای -192°C قرار داده شدند.
آزمایش دوم: هدف از اجرای این آزمایش، بررسی اثر دراز مدت محلولپاشی گیاهان با نانوذرات اکسید آهن و کلات آهن در نسل اول، بر نسل بعدی گیاهان بود. با مشخص شدن اثر نانوذرات مگنتیت بر گیاهان مذکور، این آزمایش به منظور بررسی تاثیر این مواد بر گیاهان نسل بعدی انجام شد. این آزمایش در گلخانه در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی اجرا شد. تمام شرایط محیطی و آزمایشی همانند آزمایش اول بود. در این مرحله، گیاهان به 7 گروه به شرح ذیل تقسیم شدند:
گیاهان رشد کرده از دانههایی که پدر و مادر آنها در نسل اول هیچگونه تیماری ندیدند و در این مرحله نیز هیچگونه تیماری بر آنها اعمال نشده است که از این پس در نتایج به صورت UT-0 نمایش داده میشوند.
· گیاهان رشد کرده از دانههایی که پدر و مادر آنها در نسل اول هیچگونه تیماری ندیدند ولی در این مرحله با 200 ppm نانوذرات اکسید آهن محلولپاشی شدند که از این پس در نتایج به صورت UT-200 INPs نمایش داده میشوند.
· گیاهان رشد کرده از دانههایی که پدر و مادر آنها در نسل اول هیچگونه تیماری ندیدند ولی در این مرحله با ppm Fe-450EDTA محلولپاشی شدند که از این پس در نتایج به صورت UT-450 ICh نمایش داده میشوند.
· گیاهانی که در نسل دوم با200 ppm نانوذرات محلولپاشی شدهاند و همچنین پدر و مادر آنها هم در نسل اول با همین میزان از نانوذرات اکسید آهن تیمار شدهاند که از این پس در نتایج به صورت T-200 INPs نمایش داده میشوند.
· گیاهانی که در نسل دوم با 450 کلات آهن محلولپاشی شدهاند و همچنین پدر و مادر آنها هم در نسل اول با همین میزان از کلات آهن تیمار شدهاند که از این پس در نتایج به صورت T-450 ICh نمایش داده میشوند.
· گیاهانی که پدر و مادر آنها با نانوذرات اکسید آهن تیمار شدهاند ولی خودشان در نسل دوم محلولپاشی نشدهاند که از این پس در نتایج به صورت T-0 INPs نمایش داده میشوند.
· گیاهانی که پدر و مادر آنها با کلات آهن تیمار شدهاند ولی خودشان در نسل دوم محلولپاشی نشدهاند که از این پس در نتایج به صورت T-0 ICh نمایش داده میشوند.
آنالیزهای مورد نظر با استفاده از روشهای زیر انجام گرفت. کلروفیل - Arnon, 1949 - ، آهن کل - 2006,Basgel and - Erdemoglu، پروتئین - Bradford, 1976 - ، فعالیت کاتالاز، پراکسیداز و پراکسیداسیون لیپیدهای غشا - Ghanati et al., - 2005، فلاونوئید - Krizek et al,. 1998 - و فریتین . - Rajabbeigi et al., 2013 -
در نهایت، تجزیه واریانس دادهها برای صفات مختلف با استفاده از نرم افزار آماری SAS انجام گرفت. مقایسه میانگین دادهها نیز با استفاده از آزمون LSD در سطح 5 درصد صورت گرفت.
نتایج و بحث
نتایج ارزیابی سیگنالهای مغناطیسی اندازهگیری شده از ریشه و اندام هوایی گیاه گندم محلولپاشی شده با نانوذرات اکسید آهن نشان داد که چون یون آهن فاقد خواص مغناطیسی است؛ بنابراین در تیمار حاوی کلات آهن، سیگنال مغناطیسی در گیاه مشاهده نشد - داده ها نشان داده نشده است - .
این در حالی بود که در بافتهای مختلف گندم محلولپاشی شده با نانوذرات در این آزمایش، سیگنالهای مغناطیسی با شدت متفاوت دیده شد. نتایج نشان داد که سیگنال مغناطیسی قوی - - 1/47memu g-1 توسط دستگاه مغناطیسسنج نمونه مرتعش از اندام هوایی گیاه اندازهگیری شده است. همچنین وجود سیگنال مغناطیسی1/19 memu g-1 در ریشه بیانگر حضور نانوذرات و انتقال آنها از اندامهای هوایی به این قسمت بود - شکل . - 1
شکل -1 سیگنالهای مغناطیسی اندازهگیری شده بوسیله دستگاه مغناطیسسنج نمونه مرتعش در تیمار حاوی نانوذرات مگنتیت در اندام هوایی و ریشه گندم تاکنون تحقیقات اندکی جذب، انتقال و تجمع نانوذرات را در گیاه مورد ارزیابی قرار داده است. علیرغم وجود روشهای متعدد بکار رفته در شناسایی نانوذرات در گیاهان، هنوز روش استانداردی برای ارزیابی جذب، انتقال و تجمع نانوذرات در گونههای مختلف گیاهان برگزیده نشده است
در این پژوهش، برای ارزیابی جذب و انتقال نانوذرات توسط گیاه، از روش غیر مستقیم ارزیابی سیگنال مغناطیسی در بافتهای گیاهی استفاده شد. نتایج سیگنال مغناطیسی نشان داد که نانوذرات مگنتیت دارای میانگین قطر 10-15 نانومتر، میتوانند توسط برگها جذب و به ریشه گندم منتقل شوند. حفرات درون دیواره سلولی، دارای ابعادی بین 5 تا 20 نانومتر هستند و از لحاظ تئوری، نانوذرات دارای ابعاد کمتر از 20 نانومتر می-توانند از دیواره سلولی عبور کنند. با این وجود، نتایج تحقیقات لی و همکاران نشان داد که ماش و گندم قادر به جذب نانوذراتی با قطر در حدود 56 نانومتر نیز میباشند
فرض شده است که نانوذرات اکسید آهن میتوانند نفوذپذیری دیواره سلولی گیاه را افزایش دهند و حفراتی را در دیواره بوجود آورده و سپس از طریق این حفرات به دیواره نفوذ کرده است
