بخشی از مقاله
چکیده
کادمیم از مهمترین فلزات سنگین میباشد که رشد و عملکرد گیاهان زراعی از جمله گندم را میتواند کاهش دهد. به منظور بررسی تنوع ژنتیکی ژنوتیپهاي مختلف گندم دوروم از لحاظ تجمع کادمیم با استفاده از پارامترهاي فیزیولوژیکی، آزمایش با17 ژنوتیپ گندم دوروم تحت تنش کادمیم - شاهد و 250 میکرومولار - در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملاّ تصادفی انجام شد. نتایج نشان داد که کادمیم ضمن تجمع در ریشه و برگ سبب کاهش میزان کلروفیل برگهاي پایینی، وزن خشک گیاهچهها در تمامی ژنوتیپها، وزن خشک ریشه، وزن خشک برگ، شاخص پایداري غشاء، میزان مس، آهن و روي برگ و ریشه و منگنز برگ در اکثر ژنوتیپها شد. میزان کربوهیدرات محلول ریشه تحت تنش در تمامی ژنوتیپها وکربوهیدرات محلول برگ در اکثر ژنوتیپها اختلاف معنیدار با شاهد نداشتند. میزان کادمیم ریشه در اکثر ژنوتیپها و کادمیم برگ تنها در ژنوتیپ دوم افزایش یافت. نتایج حاکی از تنوع قابل ملاحظه بین ژنوتیپها براي صفات مورد مطالعه و بهرهبرداري از آنها در برنامههاي اصلاحی میباشد.
کلمات کلیدي: شاخص پایداري غشا، کادمیم، گندم دوروم
مقدمه
کادمیم از جمله فلزات سنگین میباشد که امروزه به عنوان یک عامل مهم آلوده کننده محیط، با سمیت بالا براي حیوانات و گیاهان، به شمار میآید. این عنصر در اثر استفاده از فاضلاب کارخانههاي صنعتی و شهري - 13 - به همراه مصرف بیرویه حشره کشها - 11 - و مقادیر بالاي کودهاي شیمیایی به ویژه فسفاته - 11 - در زمینهاي زراعی در حال افزایش است.کادمیم فلزي غیرضروري است که نقشی در واکنشهاي بیوشیمیایی موجودات زنده ایفا نمیکند، بنابراین اثرات آلایندگی بیشتري نسبت به سایر فلزات سنگین دارد و به علت تجمعپذیري، سمیت و تحرك زیاد به عنوان یکی از سمیترینآلایندههاي آب معرفی شده است. در بین آلایندههاي محیطی، آلودگی فلزات سنگین از اهمیت خاصی برخوردار است.
زیرا،در اثر جذب فلزات سنگین توسط گیاهان نه تنها کیفیت و عملکرد گیاه کاهش مییابد، بلکه تجمع آن در محصولات تولیدي میتواند موجب انتقال این عناصر سمی به انسان شده و سلامتی او را به خطر اندازد. رابطه معنی دار بین میزان فلزات سنگین خاك و میزان تجمع آنها در گیاه براي هر گونه محصول کشاورزي وجود دارد . - 2 - اغلب اثرات اولیه فلزات سنگین در ریشه اتفاق افتاده و سبب کاهش طول آن میشود. مقاومت به فلز غالبا به صورت کیفی ازطریق تعیین تأثیر فلز بر روي طویل شدن ریشه ارزیابی میگردد. وزن خشک ریشه کمتر از طول آن که منتهی به تشکیلریشههاي کوتاه و قطور میشود، تحت تأثیر قرار میگیرد.
تعدادي از فلزات سنگین مانند: کبالت، مس، آهن، منگنز، مولیبدن، نیکل و روي براي گیاهان، عناصر کممصرف مهمی محسوب میشوند. اما، در غلظتهاي بالا براي گیاه سمیت ایجادمیکنند - . - 5 تأثیرات منفی کادمیم روي رشد گیاه همراه با افزایش نسبت وزن خشک به وزن تر در همه اندامها میباشد . - 4 - مشخص شده است که کاهش وزن تر و خشک در ریشه و اندام هوایی گیاه لوبیا تحت تنش کادمیم، به دلیل اختلال در جذب عناصر غذایی و آب میباشد . - 3 - از علائم سمیت کادمیم در گیاهان ایجاد حالت کلروزه و نکروزه در برگ، تغییر رنگ برگ از سبز به قرمز قهوهاي، افت عملکرد و تغییر در سطح سایر عناصر ریز مغذي در گیاه میباشد . - 1 -
علائم عمومی ناشی از جذب مقادیر اضافی کادمیم در گیاه، کاهش رشد ریشه و چوب پنبهاي شدن ساختمان آن، تداخل با جذب و انتقال عناصر غذایی، کاهش میزان کلروفیل و اختلال در فعالیتهاي آنزیمهاي درگیر در فتوسنتز میباشد. اثرات دیگر سمیت کادمیم تنشهاي اکسیداتیو است که باعث آسیب به سلول در نتیجه تولید مواد اکسیدکننده نظیر رادیکال سوپراکسید، هیدروژن پراکسید و رادیکال هیدروکسیل میشود . - 1 - این فلز، حتی در غلظتی که در محلول غذایی تأثیري بر تولید بیومس ندارد، غلظت منگنز، مس و کلروفیل را در برگ کاهش میدهد.کادمیم زیاد به دلیل اثرات سمی، باعث کاهش تعداد برگها، سطح برگها و فتوسنتز خالص و نهایتاّ باعث افت عملکرد میشود.
مهمترین عامل در جذب کادمیم توسط ریشه از خاك دژ خاك میباشد.گزارش شده است که جذب کادمیم با کاهش دژ محیط کشت افزایش مییابد . - 4 - میزان ورود مجاز کادمیم به خاك توسط آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا 20 کیلوگرم در هکتار براي خاكهایی با ظرفیت تبادل کاتیونی بالا در دژمعادل 5 و 6/5 کیلوگرم در هکتار براي خاكهاي اسیدي گزارش شده است . - 6 - کادمیم به دلیل تحرك بالا و جذب آسان آن توسط گیاه به راحتی وارد زنجیره غذایی انسان میگردد. نیمه عمر بالاي این عنصر در بدن انسان 10 - تا 30 سال - سبب شده تا کادمیم مستعدترین فلز براي تجمع در بدن باشد . - 8 - به همین دلیل این عنصر براي انسان بسیار سمی است. مطالب فوق حاکی از اهمیت مطالعه در خصوص رفتار و پاسخ ژنوتیپهاي گندم دوروم به عنصر سمی کادمیم است.
گندم دوروم جعأطأ2 حطهه .ع Triticum turgidumض پس از گندم نان، مهمترین گونه جنس تریتیکوم است و حدود 6 تا 8درصد از کل گندمهاي تولیدي در دنیا را در بر میگیرد. از آنجایی که آرد گندم دوروم داراي مقادیر زیادي از گلوتن ضعیف است، براي مصارف نانوایی مناسب نمیباشد. اما در عوض دانههاي سخت و شفاف این گندم در تهیه ماکارونی، اسپاگتی و سایر مصارف کاربرد دارد . - 10 - ایران یکی از مراکز مهم تنوع گونههاي مختلف گیاهی است که در آن گندمهاي دوروم بیشتر در غرب، شمال و جنوب توسعه یافته اند . - 9 - این گندم بهطور فوقالعادهاي از نظر صفات فیزیولوژیکی که این نوع گندم را براي تولید در دامنه وسیعیاز محیطهاي اقلیمی سازگار میکند و خصوصیات شیمیایی و فیزیکی گلوتن که دانه گندم را براي تعداد زیادي محصولات غذایی مختلف مناسب میسازد، متنوع است . - 9 -
مواد و روشها
آزمایش با 17 ژنوتیپ گندم دوروم در دو سطح شاهد - صفر - و کادمیم 250 - میکرومولار - در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در اتاقک رشد گروه زراعت و اصلاحنباتات داشکده کشاورزي دانشگاه مراغه در سال 1393 اجرا شد. هرژنوتیپ داراي 3 تکرار بود. این بذور اصلاحی از مؤسسه تحقیقات و تهیه بذر شهرستان مراغه تهیه شدند. بذور گندم دوروم در پتريدیش - دماي هت25 و نور کم - جوانه دار شده و زمانی که ساقهچه تقریبا 0/5-1 سانتیمتر رشد کرده بود،گیاهچههاي هم اندازه در محلهاي تعبیه شده بر روي یونولیت قرار گرفتند. ترکیب عناصر غذایی مورد استفاده در طول دوره رشد گیاهچههاي گندم دوروم شامل عناصر پرمصرف و کم مصرف بود. گیاهچههاي گندم دوروم تا مرحله 4-5 برگی با محلول کامل رشد کردند. پس از این مرحله با استفاده از 250 میکرومولار کلرید کادمیم، تنش اعمال گردید.
گیاهچههاي گندم دوروم به مدت 24 روز در شرایط مذکور نگهداري شدند. سپس از نمونههاي برگی براي مطالعات صفات میزان کلروفیل،میزان کادمیم، قندهاي محلول، شاخص پایداري غشاء، وزن خشک گیاهچه، برگ ریشه و جذب اتمی عناصر استفاده گردید.قبل از تجزیه آماري و تجزیه واریانس، آزمون توزیع نرمال دادهها و خطاها و یکنواختی واریانس خطاها با استفاده از نرمافزارححبح انجام شد. تجزیه واریانس دادههاي حاصل در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با نرمافزار 20 ححبح و 9/1حAح انجام شد و براي رسم جداول از نرمافزار ئکطxغ استفاده شد. مقایسه میانگین تیمارها از طریق روش دانکن و خحع صورت گرفت.
نتایج و بحث
نتایج حاصل از تجزیه واریانس اثر تنش کادمیم بر روي 17 ژنوتیپ گندم دوروم در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملاّ تصادفی در جدول 1 براي شاخصهاي فیزیولوژیکی نشان داده شده است. نتایج نشان داد که وجود کادمیم سبب کاهش میزان کلروفیل در برگهاي پایین گیاهچههاي ژنوتیپهاي گندم دوروم شد. سطوح مختلف کادمیم براي کلروفیل برگهاي بالایینشان داد که کادمیم منجر به کاهش معنیدار میانگین صفت مذکور در ژنوتیپها نسبت به شاهد گردید. ژنوتیپهایی که تحت تنش کادمیم قرار نداشتند از نظر صفت کلروفیل برگهاي بالایی، بیشترین مقدار کلروفیل در سطح شاهد را ژنوتیپهاي 9، 1، 12 و 2 دارا بودند. ژنوتیپی که کمترین مقدار کلروفیل را در سطح شاهد نشان داد ژنوتیپ 14 بود. کادمیم بهطور کلی رشد گیاه را بهسبب کاهش محتواي کلروفیل و به دنبال آن کاهش و یا ممانعت از فتوسنتز کاهش میدهد . - 12 -
اختلال در اجراي فرآیند تنفس و تثبیت نیتروژن از دیگر اثرات منفی کادمیم است که میتواند منجر به کاهش تولید ماده خشک گردد. همچنین، کادمیم با ایجاد اختلالات تغذیهاي و برهم زدن تعادل آبی گیاه کاهش وزن خشک را سبب میگردد . - 7 - ژنوتیپهاي گندم دوروم براساس میزان کربوهیدرات محلول ریشه تحت تنش کادمیم اختلاف معنیداري با شاهد نداشتند. افزایش کادمیم سبب کاهش میزان کربوهیدرات محلول برگ در ژنوتیپهاي 6، 17، 2 شده است و سایر ژنوتیپها از لحاظ این صفت، تحت تنش کادمیم نسبت به شاهد اختلاف معنیدار نداشتند. افزایش میزان کربوهیدراتهاي محلول درژنوتیپهاي گندم یک شاخص مناسب براي نشان دادن پتانسیل مقاومت به تنش است.
