بخشی از مقاله
کادمیوم ازجمله فلزات سنگین میباشد که امروزه به عنوان یک عامل مهم آلوده کننده محیط، با سمیت بسیار بالا براي حیوانات و گیاهان بهشمار میآید. این عنصر در اثر استفاده از فاضلاب کارخانههاي صنعتی و شهري (5) به همراه مصرف بی رویه حشرهکشها (6) و مقادیر بالاي کودهاي شیمیایی به ویژه فسفاته (3) در زمینهاي زراعی در حال افزایش است. کادمیوم عنصري غیر ضروري براي انجام
فرایندهاي حیاتی متابولیسم و رشد و نمو گیاه میباشد 5)
و ١٠). این عنصر در خاك از تحرك بالایی برخوردار است
و در صورت حضور در محیط ریشه به راحتی جذب گیاه
شده و به اندامهاي هوایی گیاه انتقال مییابد .(26) گونهها و ارقام گیاهی به میزان زیادي از نظر توانایی جذب، تجمع و تحمل کادمیوم متفاوت هستند .(22) براساس میزان کادمیوم در گیاهانی که به صورت تجاري کشت میشوند،
1
مجله پژوهشهاي گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 27، شماره 1، 1393
آفتابگردان، کتان، برنج و گندم دوروم بهعنوان نیمه عمر بالاي این عنصر در بدن انسان 10) تا 30 سال)
تجمعکنندگان کادمیوم شناسایی شدهاند و اغلب بیش از سبب شده تا کادمیوم مستعدترین فلز براي تجمع در بدن
0/1 میلیگرم کادمیوم به ازاي یک کیلوگرم ماده خشک باشد .(4) به همین دلیل این عنصر براي انسان فوقالعاده
دارا هستند .(21) در ایران گزارشهایی دال بر تجمع سمی است. علاوه بر موارد یاد شده، کادمیوم با کاهش
کادمیوم در برخی محصولات زراعی بهویژه برنج و سیب رشد و نمو و عملکرد گیاهان ازجمله گندم همانند دیگر
زمینی وجود دارد. در بادامزمینی، پوشش دانه (تستا) ده تنشهاي محیطی میتواند امنیت غذایی انسان را به خطر
برابر کادمیوم بیشتري نسبت به خود دانه دارد. مقدار بیندازد. مطالب فوق حکایت از اهمیت مطالعه در خصوص
کادمیوم در گندم بهاره، جو، یولاف و ذرت به طور معمول رفتار و پاسخ ارقام و ژنوتیپهاي گندم به عنصر سمی
کمتر از 0/1 mgkg-1 است .(24) تجمع و توزیع کادمیوم کادمیوم دارد. بنابراین در این پژوهش 5 رقم گندم 3) رقم
در گیاه با توجه به گونه، رقم و شرایط رشدي و حضور گندم نان و 2 رقم گندم دوروم) انتخاب و اثر مقادیر
سایر عناصر متفاوت است .(16) متفاوت کادمیوم روي رشد با استفاده از برخی پارامترهاي
سمیت کادمیوم در گیاه ناشی از واکنش این عنصر با گروه ریختشناسی و فیزیولوژیک مورد بررسی قرار گرفت.
سولفیدریل موجود در ساختار آنزیمها و پروتئینهاست مواد و روشها
.(8) بعلاوه اینکه مقادیر بالاي کادمیوم به دلیل ایجاد بهمنظور بررسی اثرات کادمیوم بر رشد و واکنشهاي
اختلالات متابولیسمی، تولید انواع اکسیژن فعال را در
فیزیولوژیک و زراعی گندم، سه رقم گندم نان (آرتا،
سلول افزایش داده و منجر به وقوع تنش اکسیداتیو در گیاه
کوهدشت و گاسکوژن) و دو رقم گندم دوروم PGS) و
میگردد .(14) همچنین کادمیوم سبب پیچش برگی،
(PG-1252 در مقادیر مختلف این عنصر 0)، 0/25، 0/5، 1،
کلروزه و نکروزه شدن برگها، قرمز و قهوهاي شدن
2 و 5 میلیمولار) به روش هیدروپونیک کشت و در
حاشیه برگها، کاهش سطح برگ، کاهش ماده خشک کل،
مرحله گیاهچهاي مورد ارزیابی قرار گرفت. بهمنظور
قهوهاي شدن ریشه و کاهش رشد گیاه می شود .(8)
جوانهزنی یکنواخت و داشتن گیاهچههاي همسان، بذرهاي
بازدارندگی جوانهزنی ازجمله اثرات شناخته شده فلزات
هموزن ارقام گندم انتخاب و با محلول %10 هیپوکلریت
سنگین است. بین بازدارندگی جوانهزنی بذر و غلظت
سدیم به مدت 20 دقیقه ضدعفونی شدند. بعد از سپري
کادمیوم، رابطه همبستگی خطی وجود دارد .(12) کاهش
شدن این مدت بذرها چندین دفعه با آب مقطر شسته شد.
قدرت جوانهزنی ممکن است در ارتباط با اثرات منفی
سپس بذرهاي ضدعفونی شده به پتريدیشهاي 9
کادمیوم بر جذب و حرکت آب باشد. از طرفی کادمیوم بر
سانتیمتري انتقال و در ژرمیناتور در دماي 25 1 درجه
فرایندهاي فیزیولوژیک و متابولیک گیاه مانند تنفس،
سانتیگراد و رطوبت 65 5 درصد جوانهدار شدند.
فتوسنتز، روابط آبی گیاه و تبادلات گازي روزنهها اثر منفی
بذرهاي جوانهدار شده در گلدانهاي به ابعاد 37×27
دارد. همچنین این عنصر در مسیر بیوسنتز کلروفیل، اجراي
سانتیمتر و عمق 30 سانتیمتر بهترتیب در فاصله ردیف و
چرخه کالوین و واکنشهاي نوري فتوسنتز اختلال ایجاد
بین بوته 10 و 5 سانتیمتر نشا شدند. گلدانهاي حاوي
میکند .(14)
پرلیت و ورمیکولیت (نسبت 2:1 حجمی-حجمی) نشا
کادمیوم به دلیل تحرك بالا در خاك و جذب آسان آن
شدند. گلدانهاي محتوي گیاهچههاي گندم هفته اول با
توسط گیاه به راحتی وارد زنجیره غذایی انسان میگردد. آب معمولی یک روز در میان آبیاري شد. با اتمام اندوخته
2
مجله پژوهشهاي گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 27، شماره 1، 1393
بذرها از محلول غذایی با pH حدود 5/5 استفاده گردید.
ترکیب عناصر غذایی مورد استفاده در طول دوره رشد شامل عناصر پرمصرف Ca(NO3)2)، KNO3،
MgSO4، KH2PO4 بهترتیب در مقادیر 2/5، 3، 1/5 و 0/17
میلیمولار) و کم مصرف FeSO4)، H3BO3، MnSO4،
ZnSO4، CuSO4، H2MoO4 بهترتیب در مقادیر 50، 23، 5، 0/4، 0/2 و 0/1 میکرومولار) بود .(13) بعد از رسیدن گیاهچههاي گندم به مرحله 3-4 برگی به محلول غذایی مقادیر 0/25، 0/5، 1، 2 و 5 میلیمولار کلرید کادمیوم اضافه شد. اعمال تیمارهاي مذکور به مدت 24 روز ادامه یافت. از محلول غذایی نیز به عنوان شاهد استفاده گردید.
اندازهگیري هدایت روزنهاي، فلورسانس کلروفیل و
میزان کلروفیل: پس از گذشت 24 روز از اعمال تیمارهاي مختلف کادمیوم، برگ سوم هر بوته انتخاب و پارامترهاي هدایت روزنهاي، فلورسانس کلروفیل و میزان کلروفیل به روش زیر سنجش شد.
میزان کلروفیل براساس قرائت دستگاه کلروفیلسنج
SPAD -502 Plus) ساخت شرکت (Konica Minolta
اندازهگیري شد. این دستگاه به طور خودکار با اندازهگیري طیف جذبی در محدوده نور آبی 400-500) نانومتر) و در محدوده نور قرمز 500-600) نانومتر) میزان کلروفیل را به صورت غیر تخریبی تعیین میکند. بهمنظور کاهش خطا براي هر تکرار 3 بار قرائت انجام شد و از میانگین آنها بهعنوان اندازهگیري مربوط به هر تکرار استفاده شد.
براي اندازهگیري فلورسانس کلروفیلa از دستگاه قابل حمل فلورومتر OS-30p) ساخت شرکت OPTI-(SCIENCES استفاده شد. به این منظور با استفاده از گیرههاي مخصوص دستگاه قسمت میانی برگها به مدت
15 دقیقه در تاریکی کامل قرار گرفتند تا تمامی ناقلهاي موجود در زنجیر انتقال الکترون کلروپلاستی به فرم اکسید خود در آید که اصطلاحًا به آن باز شدن زنجیر انتقال الکترون کلروپلاستی اطلاق میگردد. بعد از گذشت زمان
یاد شده نوري با شدت 3000 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه به مدت 4 ثانیه بر روي برگها تابانده شده و میزان کارایی حداکثر فتوسیستم II اندازهگیري بدست آمد.
هدایت روزنهاي با استفاده از دستگاه پورومتر برگ
(ساخت شرکت Decagon آمریکا) مورد سنجش قرار گرفت. هدایت روزنهاي تابعی از تراکم، اندازه و درجه باز شدن روزنههاست. دستگاه پورومتر برگ، هدایت روزنهاي را از طریق قرار دادن هدایت یک برگ در مجموعههایی با دو عنصر با هدایت مشخص و مقایسه میزان رطوبت بین آنها اندازهگیري میکند. به این منظور برگ طوري داخل گیره دستگاه قرار داده شد که سطح زیرین آن مقابل حس-
گر قرار گیرد. لازم به ذکر است، بهمنظور تأمین یکنواختی شرایط اندازهگیري، کلیه اندازهگیريها در یک زمان مشخص در طول روز یعنی ساعت 11 صبح انجام شد.
اندازهگیري میزان کادمیوم موجود در اندام هوایی و
ریشه: اندام هوایی و ریشه نمونههاي گیاهی خشک شده بهمنظور تعیین میزان کادمیوم ابتدا پودر شد و بعد از آن با استفاده از ترکیب HNO3-HClO4 هضم گردید. محلول حاصل گرم شد تا بخارات اسیدي از آن خارج شود. سپس حجم محلول به 25 میلیلیتر رسید و از کاغذ صافی عبور داده شد. غلظت کادمیوم محلول با استفاده از دستگاه جذب اتمی AA-6300) ساخت شرکت (SHIMADZU
مورد سنجش قرار گرفت .(1) براي تعیین میزان تجمع کادمیوم در اندامها، باید به این مسأله توجه داشت که بذرهاي مورد استفاده در آزمایش ممکن است حاوي مقادیر کمی کادمیوم باقیمانده از گیاه پایه مادري باشند که طی جوانهزنی و رشد در اندامهوایی و ریشه گیاهچه توزیع شده است. از اینرو بهمنظور جلوگیري از اشتباه ناشی از این مقادیر اولیه در مقایسه سطوح تیماري کادمیوم، از انحراف میانگین تیمارهاي کادمیوم نسبت به شاهد در مورد صفات میزان تجمع کادمیوم ریشه و اندام هوایی استفاده شد.
3
مجله پژوهشهاي گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 27، شماره 1، 1393
4
نتایج
تجزیه واریانس صفات براساس طرح کرتهاي خرد شده نشان داد که در کلیه صفات اثر خطاي اصلی و نیز اثر متقابل بلوك در رقم معنیدار نبود. از اینرو، با ادغام خطاي اصلی و خطاي فرعی، آزمایش به صورت فاکتوریل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر کادمیوم در کلیه صفات مورد بررسی به جز شاخص تحمل وزن خشک و طول ریشه معنیدار بود.
بهطوريکه به غیر از میزان کلروفیل و شاخص تحمل وزن خشک ریشه و اندام هوایی، سایر صفات تفاوت قابل ملاحظهاي در بین ژنوتیپهاي گندم مورد مطالعه داشتند
(جدول.(1
اثر متقابل ژنوتیپ در کادمیوم براي صفات بیوماس کل، میزان تجمع کادمیوم ریشه و اندام هوایی معنیدار بود، به
SPSS v.16
مجله پژوهشهاي گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 27، شماره 1، 1393
اندازهگیري پارامترهاي مرتبط با رشد گیاه: وزن خشک اندامهاي هوایی و ریشه پس از خشک شدن نمونههاي گیاهی در دماي 72 درجه سانتیگراد به مدت 48 ساعت ثبت شد. بهمنظور تعیین تأثیر تیمارهاي کادمیوم بر وزن خشک و طول اندام هوایی و ریشه و ممانعت از تأثیر بنیه اولیه گیاهچهها در تعیین این کمیتها، از شاخص تحمل که از طریق نسبت میانگین صفت مورد نظر در تیمار کادمیوم به میانگین آن در تیمار شاهد بدست آمد، استفاده شد .(11)
تجزیه و تحلیل دادهها: تجزیه واریانس دادههاي آزمایش به صورت کرتهاي خرد شده در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. قبل از تجزیه واریانس آزمون نرمال بودن دادهها به روش کولموگروف و اسمیرنوف (28) براي کلیه صفات انجام گردید. مقایسه میانگین به روش LSD در سطح 5
درصد براي اثرهاي معنیدار در جدول تجزیه واریانس صورت گرفت. محاسبات آماري با استفاده از نرمافزار
انجام شد.
عبارت دیگر روند تغییرات ژنوتیپها در سطوح مختلف کادمیوم براي صفات مذکور متفاوت بود (جدول.(1
مقادیر میانگین صفات نشان داد که میزان تجمع کادمیوم در اندام هوایی و ریشه ارقام گندم با قرار گرفتن در معرض کادمیوم افزایش یافت (شکل .(1 روند تغییرات این عنصر در اندام هوایی کلیه ژنوتیپها تا غلظت 2 میلیمولار کند بوده ولی در مقدار 5 میلیمولار میزان کادمیوم با شیب تندي افزایش یافت. در سطح 5 میلیمولار، بیشترین و کمترین میزان تجمع کادمیوم بهترتیب در PGS و PG-1252 که هر دو از ارقام گندم دوروم بودند مشاهده شد.
این در حالیست که در سطوح کمتر کادمیوم، روند ژنوتیپها کاملاً متفاوت بود، به نحوي که ارقام گندم نان بهویژه رقم کوهدشت تجمع بیشتري نسبت به ارقام دوروم داشت. در ریشه تجمع کادمیوم با افزایش میزان کادمیوم در محیط با شیب یکنواختی بهطور خطی افزایش یافت.
جدول-2 مدلهاي رگرسیونی تجمع کادمیوم در ارقام گندم مورد
