نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه ارومیه

2 استادیار/ دانشگاه ارومیه

3 استاد دانشگاه ارومیه

4 کارشناس ازمایشگاه دانشگاه ارومیه

چکیده

مس یک ریز مغزی ضروری برای گیاه است٬ به گونه‏ای که کمبود آن متابولیسم گیاه را تحت تاثیر قرار می‏دهد. مقدار زیاد مس از طریق ایجاد گونه‏های فعال اکسیژن باعث ایجاد سمیت در گیاه می‏شود. این پژوهش به منظور بررسی اثر غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس و محلول کلرید مسppm 10˓5˓1˓0بر رشد و مورفولوژی گیاه ریحان صورت گرفت. نتایج نشان داد کاهش درصد جوانه‏زنی˓ سرعت جوانه‏زنی و شاخص جوانه زنی در حضور محلول کلرید مس بیشتر از نانوذرات مس بود. اندازه‏گیری طول˓ وزن تر˓ خشک ریشه و اندام هوایی نمایانگر تاثیر منفی افزایش غلظت های نانوذرات مس و محلول کلرید مس بر این پارامتر‏ها است. با افزایش غلظت‏های محلول کلرید مس میزان کلروفیل a در کلیه گیاهان تحت تیمار کاهش یافت همچنین افزایش غلظت محلول کلرید مس در مقایسه با نانوذرات مس ˓ مقدار فلاونوئید و فنل کل را به طور چشمگیری افزایش داد. میزان آنتوسیانین در گیاهان تحت تاثیر نانو‏ذرات مس بیشتر از کلریدمس بود. نتایج این پژوهش نشان داد که نانوذرات مس در مقایسه با محلول کلرید مس اثر سمیت کمتری بر رشد گیاه ریحان دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of copper Nanoparticles and Copper chloride solution On Germination And solution some morphological and physiological factors Ocimum basilicum L.

نویسندگان [English]

  • forough Yusefzaee 1
  • latifeh pourakbar 2

1 Urmia university

2 Urmia university

چکیده [English]

Copper is an essential micronutrient for plant, so that its shortage will affect plant metabolism. High levels of Cu can cause phytotoxicity through the generation of reactive oxygen species. This study aimed to investigate the effect of different concentrations of nanoparticles and chloride solution, 0,1,5,10 ppm on growth and morphology of basil. The findings indicated that reduction of germination percentage, germination speed and germination index in the presence of copper chloride solution was more than that of copper nanoparticles. The measurement of length, wet and dry weight of root and aerial organ showed the negative effect of increased concentrations of copper nanoparticles and copper chloride solution on these parameters. Chlorophyll a level in all plants under treatment was reduced with an increase in copper chloride concentrations. Also, increased concentration of copper chloride solution significantly increased flavonoid and total phenol in comparison with copper nanoparticles. Anthocyanin level in the plants under the influence of copper nanoparticles was reported to be higher than that of copper chloride. The results of this study revealed that copper nanoparticles exerted less toxicity effect on the basil plant growth than copper chloride solution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ( Ocimum basilicum L.)
  • Copper nanoparticles
  • phenol
  • Flavonoid
  • Chlorophyll

بررسی تأثیر نانوذرات مس و محلول کلرید مسبر جوانه‏زنی و برخی فاکتورهای مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه ریحان (Ocimum basilicum L.) 

فروغ یوسف‏زایی1، لطیفه پوراکبر1*، خلیل فرهادی2 و رحیم مولایی2

1 ارومیه،دانشگاه ارومیه، دانشکده علوم، گروه زیست‌شناسی 

2 ارومیه، دانشگاه ارومیه، دانشکده شیمی

تاریخ دریافت: 14/5/94                تاریخ پذیرش: 17/9/94

چکیده

مس یک ریزمغذی ضروری برای گیاه است، به گونه‏ای که کمبود آن متابولیسم گیاه را تحت تأثیر قرار می‏دهد. مقدار زیاد مس از طریق ایجاد گونه‏های فعال اکسیژن باعث ایجاد سمیت در گیاه می‏شود. این پژوهش به‌منظور بررسی اثر غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس و محلول کلرید مس ppm 10، 5، 10 بر رشد و مورفولوژی گیاه ریحان انجام شد. نتایج نشان داد که کاهش درصد جوانه‏زنی، سرعت جوانه‏زنی و شاخص جوانه‌زنی در حضور محلول کلرید مس بیشتر از نانوذرات مس بود. اندازه‏گیری طول، وزن تر و خشک ریشه و اندام هوایی نمایانگر تأثیر منفی افزایش غلظت‌های نانوذرات مس و محلول کلرید مس بر این پارامتر‏هاست. با افزایش غلظت‏های محلول کلرید مس میزان کلروفیل a در کلیه گیاهان تحت تیمار کاهش یافت. همچنین افزایش غلظت محلول کلرید مس در مقایسه با نانوذرات مس، مقدار فلاونوئید و فنل کل را به طور چشمگیری افزایش داد. میزان آنتوسیانین در گیاهان تحت تأثیر نانو‏ذرات مس بیشتر ازکلرید مس بود. نتایج این پژوهش نشان داد که نانوذرات مس در مقایسه با محلول کلرید مس اثر سمیت کمتری بر رشد گیاه ریحان داشت.

واژه‌های کلیدی: ریحان ( Ocimum basilicum L.) ، نانو‏ذرات مس، فنل، فلاونوئید، کلروفیل

* نویسنده مسئول، تلفن:  09144400987 ، پست الکترونیکی: l.pourakbar@urmia.ac.ir

مقدمه

 

نانوذرات عبارتند‏ از: ذرات اولیه‏ای که ابعاد آنها کمتر از 100 نانومتر است. امروزه در دنیا، نانو تکنولوژی به عنوان پیشرفته‌ترین فناوری عصر حاضر توانسته در تمامی بخش‏ها و زوایای حیات انسانی، جانوری، گیاهی، زیست محیطی و صنعتی رخنه کرده و با نوآوری خود، وضعیت فعلی و آینده آنها را تحت تأثیر خود قرار دهد و همانند اختراعاتی مانند موتور بخار و اینترنت، استعداد و پتانسیل ایجاد تحولاتی بنیادی و اساسی را در دیگر فناوری‏ها و بخشهای مختلف علمی و صنعتی ایجاد کند (7). نتیجه فعالیت های بشر ورود نانوذرات به محیط است، هنوز اطلاعات دقیقی از تأثیر مواد بر محیط و آثار سمی آنها وجود ندارد (22). در معدود تحقیقات انجام شده در مورد سمیت نانوذرات در گیاهان، نتایج حاکی از اختلال در جوانه‏زنی بذر و رشد گیاهان است. نتایج مطالعات در دسترس بیانگر واکنش متفاوت گونه‏های مختلف گیاهان به مواد غذایی تهیه شده به شکل نانو می‏باشد. برای مثال، Zhu و همکاران (2008) نشان دادند که
 Cucurbita maximaدر حال رشد در یک محیط آبی حاوی نانو ذرات مگنتیت می‏تواند ذرات را در بافتهای گیاهی جذب کرده، حرکت داده وانباشته کند، از سوی دیگر،  Phaseolus limensisقادر به جذب و انتقال نانوذرات مگنتیت نیست. بنابراین گیاهان مختلف واکنش های متفاوتی به نانوذرات دارند(29). گزارشهای محدودی مبنی برتأثیر مثبت مواد غذایی به شکل کود‏های نانو بر رشد برخی گیاهان از جمله بادام زمینی(21)، نخود (17)، اسفناج (26) و ریحان (19) وجود دارد.

مس ((Cu عنصری کم مصرف، اما ضروری برای همه گیاهان عالی است که از نظر ویژگی‏‏‏‏های اکسیداسیون- احیا و همچنین تشکیل کمپلکس‏های بسیار پایدار به آهن شباهت دارد. مس دو ظرفیتی سریعاً می‏تواند به مس تک ظرفیتی احیاء شود. نقش مهم مس به عنوان عنصر غذایی به دلیل شرکت آن در ساختمان آنزیم‏های مهم و مشارکت در نقل و انتقال الکترون‏ها در واکنش‏های اکسیداسیون- احیا می‏باشد. به دلیل تمایل بالای این عنصر به تشکیل پیوند با گروه‏های مختلف، بیش از 98-99٪ مس به صورت کمپلکس در گیاهان وجود دارد (10). سمیت مس در گیاهان از دو دیدگاه حائز اهمیت است: یکی اینکه عموماً گیاهان زراعی در مقابل سمیت مس حساسیت فوق‏العاده‏ای نشان می‏دهند و دیگری انباشتگی مس در خاک‏های زراعی به دلیل استفاده از علف‏کش‏ها و قارچ‏های صنعتی و نیز ورود آب‏های صنعتی و فاضلاب کارخانه‏ها به مزارع یکی از مشکلات رایج در کشاورزی مدرن است. سمیت مس محدوده‏ وسیعی از فرایند‏های فیزیولوژیکی وبیوشیمیایی را در بر می‏گیرد که مهمترین آنها عبارتند از: فتوسنتز، سنتز رنگدانه‏ها، متابولیسم پروتئین‏ها و تمامیت غشا مسمومیت گیاه با مس می‏تواند به عنوان یک عامل تنش‏زا عمل کرده و توازن آبی گیاه را بر هم زده، سمیت این عنصر همچنین می‏تواند تجمع پرولین را در بافت‏های گیاهی موجب شود که این موضوع در بسیاری از گونه‏های گیاهی به خوبی اثبات شده است (5). مطالعات نشان دادند که یونجه می‏تواند در وضعیت حاوی فلزات سنگین رشد کند. غلظت‏های کم کادمیوم، کروم، مس، نیکل و روی، رشد ریشه و ساقچه را در یونجه افزایش می‏دهند. تنها فلز روی توانست در غلظت‏های بیش از 20 و 40 میلی گرم بر لیتر، موجب افزایش رشد ریشه‏چه نسبت به ریشه‏ گیاهچه‏های شاهد شود (16).

ریحان یکی از محبوب‏ترین گیاهان دارویی پرورش یافته در جهان می‏باشد. این گیاه بومی قاره آسیا (هند، پاکستان، ایران، تایلند و دیگر کشور‏ها) می‏باشد، همچنین بعضی از گونه‏های وحشی آن در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری دیده می‏شود. ریحان متعلق به جنس  Ocimum، خانواده Lamiaceae ، راسته Lamiales، زیر‏رده Asterideae، رده Magnoliopsida ، زیر شاخه  Spermatophytaو سلسلهPhantae  می‏باشد (30). ریحان گیاهی یکساله و علفی است که به ارتفاع یک متر رشد می‏کند و دارای ساقه چهارگوش می‏باشد، برگ ریحان برای معطر ساختن اغذیه به کار می‏رود، به حالت خام مصرف می‏گردد و خواص درمانی خاصی از جمله  تقویت عمل دستگاه هضم، از بین بردن نفخ، سرگیجه، رفع ورم کلیه و ترشحات زنانگی دارد (1).

هدف از این تحقیق بررسی مقایسه اثر نانوذره مس و کلرید مس بر شاخص های جوانه‏زنی بذر گیاه ریحان و همچنین برخی خواص فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه ریحان است.

مواد و روشها 

سنتز نانوذرات مس: سنتز نانو‏ذرات مس با اندازه کمتر ازnm  2 با استفاده از نمک 2/0 مولار کلرید مس در حضور اسید آلی انجام شد. به این ترتیب که 100 میلی‏لیتر از کلرید مس 2/0 مولار با 100 میلی لیتر اسیدآسکوربیک 4/0 مولار در حمام روغن برای مدتی از زمان قرار گرفت (8).

شرایطونحوهکشت: بذر گیاه ریحان از شرکت پاکان بذر اصفهان تهیه گردید. در این آزمایش 25 عدد بذر انتخاب و ضد عفونی شدند. در ابتدا بذرها برای ضد عفونی در الکل 7 درصد به مدت 10 ثانیه و بعد از آن در محلول هیپوکلریت سدیم 10 درصد و بعد با آب مقطر شستشو داده شد. سپس 25 بذر در داخل پتری دیش‏هایی که حاوی دو عدد کاغذ واتمن شماره 1 بودند، قرار گرفتند. برای تیمار دهی از نانوذرات مس و کلرید مس در غلظت هایppm  0، 1، 5 و 10 استفاده گردید. بر حسب تیمار به هر پتری دیش ml 5 از غلظت مورد نظر اضافه شد. برای هر تیمار سه تکرار کشت انجام گردید. سپس پتری دیش ها داخل انکوباتور با دمای ثابت 25 درجه سانتیگراد به مدت 10 روز قرار داده شدند. هر زمان که محیط کشت نیاز به محلول داشت به تکرار‏ها به اندازه مساوی محلول مورد نظر اضافه شد.

آزمایش دوم به روش کشت گلدان انجام شد. بدین منظور بذر‏های سالم به گلدانهای پلاستیکی حاوی ماسه انتفال یافتند. گلدان ها در اتاقک‏های کشت با شرایط نوری 14 ساعت روشنایی ، 10 ساعت تاریکی و دمای بیشینه 25 درجه سانتیگراد و کمینه 21 درجه سانتیگراد و شدت نور 150 μmol.m-2.s قرار گرفتند. گلدان‏ها به طور متناوب در هفته اول با محلول یک چهارم قدرت هوگلند و آب مقطر و در هفته‏های بعد با محلول نیم قدرت هوگلند و در آخر هوگلند کامل و با آب مقطر به طور متناوب آبیاری شدند.

اعمالتیمار: زمانی که گیاهچه‏های ریحان به مرحله 8-6 برگی رسیدند؛ در هر گلدان 6 پایه از گیاهان که رشد همسان داشتند نگهداری شده و بقیه پایه‏ها حذف شدند. گیاهان با نانو‏ذرات مس (n) و محلول مس(m) با غلظت های 0، 1، 5 و 10 ppm به مدت 15 روز به روش محلول پاشی روی برگ و با 3 تکرار از هر غلظت تیمار شدند. پس از پایان دوره تیماردهی گیاهان گروه‏های شاهد و تیمار بمنظور اندازه‏گیری‏‏ها نمونه برداری شدند. اندام هوایی و ریشه 3 پایه برای اندازه‏گیری وزن خشک جدا شده و داخل آون در دمای 80 درجه به مدت 48 ساعت قرار داده شدند، پس از خشک شدن وزن آنها برای تعیین وزن خشک اندام هوایی و ریشه ها با استفاده از ترازوی دیجیتال با دقت 001/0 گرم توزین گردیدند. 3 پایه دیگر بعد از توزین برای تعیین وزن تر اندام هوایی و ریشه ها برای انجام آزمایش‌های فیزیولوژیک در فریزر با دمای80- درجه سانتی گراد قرار گرفتند.

جوانه‏زنی: برای محاسبه درصد جوانه‏زنی، سرعت جوانه‏‏زنی، ضریب سرعت جوانه‏زنی، شاخص بنیه گیاهچه Ι و شاخص بنیه گیاهچه ΙΙ از فرمول‏های زیر استفاده شد:

درصد جوانه‏‏زنی = تعداد کل بذر‏های کشت شده در هر پتری

 = ضریب سرعت جوانه‏زنی

 =  شاخص جو‏انه‏زنی

ni =تعداد کل بذر‏های جوانه‏زده در روزTi  N , تعداد کل بذر‏های کشت شده

n = تعداد بذر جوانه‏زده در روز ,D D  تعداد روز‏های سپری شده از شروع جوانه‏زنی

 = سرعت جوانه‏زنی

طول کل(سانتی‏متر) ´ درصد جوانه‏زنی = شاخص بنیهΙ

وزن خشک(گرم) ´ درصد جوانه‏زنی =شاخص بنیهΙΙ

اندازه‌گیریطولریشهوساقه: پس از برداشت نمونه های شاهد و تیمار، طول بلندترین ریشه از ناحیه یقه تا نوک ریشه و طول بلندترین ساقه از ناحیه یقه تا نوک مریستم انتهایی با استفاده از خط‏کش و بر حسب سانتی‌متر اندازه‏گیری شد. 

اندازه‏گیریرنگیزه‌هایکلروفیلوکاروتنوئید: برای اندازه‏گیری رنگیزه‏های کلروفیل و کاروتنوئید، 5/0 گرم از وزن تر برگ به همراه 30 میلی لیتر استون 100 درصد در هاون چینی ساییده شد. عصاره‏ حاصل به مدت10دقیقه در 2500 دور سانتریفوژ شد .سپس جذب فاز بالایی هر یک از نمونه‏های سانتریفوژ شده توسط اسپکتروفتومتر(WPA S2100, UK) UV/Vis در طول موج های 662 نانومتر، 645 نانومتر و 470 نانومتر خوانده شد. برای محاسبه‏ کلروفیلa، کلروفیل b و کاروتنوئیدها از فرمول‏های زیر استفاده شد (11)A) میزان جذب خوانده شده در هر طول موج توسط اسپکتروفتومتر می‏باشد).

Chla = 11.75 A662 – 2.350 A645

Chlb = 18.61 A645 – 3.960 A662

CX+ C = 1000 A470 – 2.270 Chla -81.4 Chlb /22

اندازه‏گیریآنتوسیانین: برای سنجش آنتوسیانین 1/0 گرم از وزن تر برگ به همراه 10میلی لیتر متانول اسیدی (شامل 99 درصد متانول و 1 درصد اسید کلریدریک) ساییده شد. سپس عصاره‏ حاصل به مدت10 دقیقه در 6000 دور سانتریفوژ شده و فاز بالای آن به مدت 24 ساعت در تاریکی و در دمای آزمایشگاه نگهداری شد. بعد از 24 ساعت جذب هر یک از نمونه‏ها در طول موج 550 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. برای محاسبه‏ غلظت آنتوسیانین از ضریب خاموشی
(m M-1cm-1 33000) استفاده شد(25).

تعیینمیزانفلاونوئیدکل: میزان فلاونوئید کل برمبنای رنگ سنجی آلومینیوم و با استفاده از روش  چانگ و همکاران(2002) تعیین گردید (5). 1/0 گرم بافت تر برگ به همراه 1 میلی لیتر آب دیونیزه در هاون ساییده شد. سپس به 5/0 میلی لیتر از نمونه‏ ساییده شده، 5/1 میلی لیتر اتانول  95 درصد، 1/0 میلی لیتر آلومینیوم کلراید 10 درصد، 1/0 میلی لیتر استات پتاسیم 1 مولار و 8/2 میلی لیترآب دیونیزه اضافه شد. مخلوط حاصل به مدت 45 دقیقه در دمای آزمایشگاه آنکوبه گردید. پس از این مدت زمان جذب هریک از نمونه‏ها در طول موج 415 نانومترخوانده شد. برای تعیین میزان فلاونوئید کل، منحنی استاندارد با استفاده از غلظت‏های معلوم کاتچین برحسب میلی گرم برگرم وزن تر تهیه گردید .

تعیینمیزانفنلکل: برای استخراج عصاره 5/0 گرم از بافت تر برگ به همراه10 میلی لیتر متانول80 درصد در هاون ساییده شد. مخلوط حاصل به مدت 15 دقیقه در 10000 دور در دمای 4 درجه‏ سانتی‏گراد سانتریفوژ شد (9). برای تعیین میزان فنل کل از روش مرینووا و همکاران (2005) استفاده گردید(14). به 1 میلی لیتر از عصاره‏ استخراجی 9 میلی لیتر آب مقطر اضافه شد. در ادامه 1 میلی لیتر معرف فولین سیوکالتئو نیز اضافه و مخلوط به هم زده شد. بعد از 5 دقیقه 10 میلی لیتر کربنات سدیم 7 درصد اضافه و به مدت 90 دقیقه در دمای آزمایشگاه آنکوبه شد .بعد از مدت زمان یاد شده جذب هر یک از نمونه‏ها در طول موج 750 نانومتر خوانده شد. میزان فنل کل، با استفاده از منحنی استانداردگالیک‏اسید بر حسب میلی گرم بر گرم وزن تر محاسبه گردید.

برنامه‌های رایانه‌ای مورد استفاده:داده‏های جمع‏آوری شده توسط برنامه نرم‏افزار آماریspss  نسخه 18مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مقایسه بین تیمار‏های مختلف با استفاده از آزمون چند دامنه دانکن در سطح احتمال P 

نتایج 

جوانه‌زنی: نتایج حاصل از تأثیر نانو‏ذرات مس و نمک مس بر درصد جوانه‏زنی، شاخص جوانه‏زنی، ضریب سرعت جوانه‏زنی، سرعت جوانه‏زنی و شاخص کاهش در محلول مس نسبت به ‏نانو‏ذرات مس بیشتر بود. بیشترین ضریب سرعت جوانه‏زنی در تیمار نانو‏ذرات مس در غلظت ppm 5 مشاهده شد. با افزایش غلظت نانو‏ذرات مس و کلرید‏مس سرعت جوانه‏زنی کاهش یافت، بیشترین سرعت جوانه‏زنی مربوط به تیمار نانو‏ذرات مس با غلظت ppm 1 بود. بررسی اثر نانوذرات مس و محلول کلرید مس بر شاخص بنیه Ι گیاه ریحان نشان داد که این شاخص کاهش معنی‏داری نسبت به شاهد داشت. به‌طوری‌که بیشترین شاخص بنیه Ι در تیمار نانو‏ذرات مس با غلظتppm  1 و کمترین مربوط به تیمارمحلول کلریدمس در غلظتppm 10 بود. بررسی اثر نانوذرات مس و محلول مس بر شاخص بنیه ΙΙ گیاه ریحان نشان‏ داد که این شاخص تحت تأثیر نانو‏ذرات مس افزایش معنی داری نسبت به شاهد داشت. میانگین شاخص جوانه‏زنی در نمونه‏های شاهد و تحت تیمار در سطح آماری 5 درصد دارای اختلاف معنی‏دار بود. بنیهΙ و شاخص بنیه ΙΙ در جدول 1 آمده است. طبق این جدول با افزایش غلظت نانو‏ذرات و محلول ‏کلریدمس درصد جوانه‏زنی نسبت به شاهد کاهش یافت. بیشترین درصد جوانه‏زنی مربوط به تیمار نانو‏ذرات مس با غلظت  ppm1 و کمترین مربوط به محلول مس با غلظت ppm10 بود. بررسی تأثیر شاخص جوانه‏زنی حاکی از آن بود که با افزایش غلظت نانو‏ذرات و محلول مس شاخص جوانه زنی نسبت به شاهد کاهش می‏یابد.

 

جدول 1- تغییرات شاخص‏های جوانه‏زنی گیاه ریحان در نمونه شاهد و تیمار‏های نانو‏ذرات مس(n)  و محلول کلریدمس (m) در غلظت‏هایppm  10، 5 ، 1، 0

تیمار   درصد جوانه‌زنی       شاخص جوانه‌زنی    ضریب سرعت جوانه‌زنی    سرعت جوانه‌زنی    شاخص بنیه Ι      شاخص بنیه ΙΙ

شاهد a         88                      a60/ 29                bc63/20  b                    29/ 45a            20/507             d 38/0

1n          a   85 a                      46/29                 a35/21 a                      01/ 51 b             53/454            a 73/0 

1m          b 73  b                      16/25                 ab06/ 21c                     30/41c              93/322bc           48/0

5n           c66b                       56/23                        a38/21  c                      46/ 39               d 06/171          b53/0

5m          c64                          c28/ 21cd                40/ 20                     d93/32     e         40/131             bcd47/0

10n   d       5                        d 50/17          de      88/ 19                      e 14/24              f 66/40  cd          41/0

10m    d     50                      d81/ 15e               38/  19                        f60/20                f  60/23            d 37/0

 

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد. - نتایج میانگین سه تکرار و SE  می‏باشند (P<0.05). 


رشد گیاهچه: اثر غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس و محلول مس بر طول ریشه و برگ ریحان در شکل 1 نشان داده شده است. طبق این‏شکل ، با افزایش غلظت نانو‏ذرات مس و محلول کلرید مس طول ریشه و اندام هوایی ‏بطور معنی‏داری کاهش‏می‏یابد. در غلظت‏هایppm  1 نانوذرات مس و محلول کلرید‏مس تفاوت معنی‏داری با شاهد مشاهده نشد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تأثیر نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس در سطح 5 درصد معنی‏دار است. اثر سمیت محلول کلرید مس بر روی طول ریشه و ساقه نسبت به اثر سمیت نانو‏ذرات مس بیشتر بود.

 

 

 

شکل 1- تغییرات طول ساقه و ریشه گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و کلرید مس (m)  (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).

 

مطابق شکل2 افزایش غلظت نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمسموجب کاهش معنی‏داروزن تر ریشه و برگ‏ گردید. اثر نانو‏ذرات مس در غلظت  ppm1 سمیت کمتری بر وزن تر ریشه و برگ نشان داد و بیشترین سمیت در غلظت ppm 10 مشاهده شد. اثر سمیت نانو‏ذرات مس نسبت به محلول کلریدمس کمتر بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تأثیر نانو‏ذرات مس ومحلول کلریدمس در سطح 5 درصد اختلاف معنی‏دار داشت. بر اساس نتایج واریانس، تأثیر نانو‏ذرات مس بر وزن خشک ریشه و‏ برگ ریحان در سطح احتمال 5 درصد اختلاف معنی‏داری با شاهد داشت. وزن خشک ریشه و برگ ریحان تمام تیمار‏ها نسبت به شاهد کاهش معنی‏دار نشان دادند. با افزایش غلظت‏ نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس وزن خشک برگ کاهش یافت. نانوذرات مس و محلول کلریدمس در غلظت‏های ppm10 موجب کاهش معنی‏دار در وزن خشک برگ گردید. غلظت  ppm1 نانوذرات مس در مقایسه با شاهد تأثیر معنی‏داری بر میزان وزن خشک ریشه نداشت. بررسی اثر نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس بر وزن خشک ریشه حاکی از آن بود که بیشترین وزن خشک ریشه مربوط به نانو‏ذرات مس در غلظت  ppm1 و کمترین مربوط به محلول کلریدمس در غلظت ppm10 مشاهده شد (شکل 3).

 

 

شکل 2- تغییرات وزن تر برگ و ریشه گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و کلریدمس  (m) (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).

 

شکل 3- تغییرات وزن خشک برگ و ریشه گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و کلریدمس (m) (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).

 

نتایج حاصل از بررسی میزان کلروفیل a ، b و کاروتنوئید در برگ گیاهان شاهد و تحت تیمار نانو‏ذرات مس و کلریدمس در نمودار 4 نشان داده شده است. طبق این نتایج کمترین میزان کلروفیل a در برگ تحت تأثیر نانو‏ذرات مس در غلظت ppm 5 مشاهده شد، با افزایش غلظت های محلول کلرید مس میزان کلروفیل a در کلیه گیاهان تحت تیمار کاهش یافت. تحت تأثیر نانو‏ذرات مس میزان کلروفیل b نسبت به شاهد افزایش یافت و کمترین میزان کلروفیل b تحت تأثیر محلول مس در ppm 10 مشاهده شد. بیشترین میزان کاروتنوئید تحت تأثیر نانو‏ذرات مس در غلظتppm  10 مشاهده شد، با افزایش غلظت محلول کلرید مس میزان کاروتنوئید افزایش یافت. میانگین میزان کلروفیل و کاروتنوئید برگ در سطح 5 درصد دارای اختلاف معنی‏دار با گیاهان شاهد بود.

 

 

شکل 4- تغییرات رنگیزه‏های فتوسنتزی (کلروفیل a، b و کاروتنوئیدها) در گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و کلرید مس (m) (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0) - حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).

 

نتیجه تجزیه واریانس نشان داد که با افزایش غلظت نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس میزان آنتوسیانین کاهش یافت. میزان آنتوسیانین در گیاهان تحت تأثیر نانو‏ذرات مس بیشتر ازکلریدمس بود. در غظت‏هایppm  5 و1 نانوذرات مس وppm  1 محلول مس تفاوت معنی‏داری با شاهد مشاهده نشد. البته میانگین میزان آنتوسیانین برگ در نمونه‏های شاهد و تحت تیمار در سطح آماری 5 درصد دارای اختلاف معنی‏دار بود (نمودار 5).

 

 

شکل 5- تغییرات آنتوسیانین گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و محلول مس(m) (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‌دار می‌باشد (P<0.05).

 

بر اساس آنالیز نتایج واریانس، اختلاف تأثیر نانو‏ذرات مس و کلرید مس بر میزان فنل برگ ریحان در سطح احتمال 5 درصد معنی‏دار بود. میانگین مقدار فنل کل در اندام هوایی گیاهان تحت تیمار نانو‏ذرات مس و کلرید مس با افزایش غلظت، افزایش یافت. میزان افزایش فنل در گیاهان تحت تیمار کلریدمس نسبت به نانو‏ذرات مس بیشتر بود. کمترین میزان فنل در تیمار ppm 1و بیشترین در تیمارppm  10مشاهده شد (شکل 6).

 

 

شکل6- تغییرات فنل کل گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و کلرید مس ((m)  (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).

 

نتایج حاصل از بررسی میزان فلاونوئید دراندام هوایی گیاهان شاهد و تحت تیمار نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس در شکل 7 نشان داده شده است. نتایج نشانگر آن است با تیمار نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس میزان فلاونوئید در گیاه افزایش می‏یابد. بیشترین افزایش در تیمار ppm 10محلول کلریدمس و کمترین در تیمار ppm 1نانو‏ذرات مس مشاهده شد. البته میانگین میزان فلاونوئیداندام هوایی در نمونه‏های شاهد و تحت تیمار در سطح آماری 5 درصد دارای اختلاف معنی‏دار بود.

 

 

شکل 7- تغییرات فلاونوئید کل گیاه ریحان تحت تیمار غلظت‏های مختلف نانو‏ذرات مس(n)  و محلول کلرید مس(m) (ppm10 ، 5 ، 1 ، 0)

حروف یکسان طبق آزمون دانکن فاقد تفاوت معنی‏دار می‏باشد (P<0.05).


بحث

مس ازجمله عناصری است که برای رشد و نمو طبیعی گیاهان ضروریست، با این حال غلظت بالای آن در خاک می‏تواند باعث ایجاد علائم سمیت و بازدارندگی رشد در گیاه گردد (13). با افزایش نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس درصدجوانه‏زنی، طول ریشه و اندام هوایی، وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه کاهش نشان داد. تحقیقات مختلف اثرات مثبت و منفی نانوذرات را در گیاهان عالی نشان داده است. مطالعه Yang و همکاران (2006) بر گیاه اسفناج نشان داده است که رشداین گیاه تحت تأثیر نانوذرات Tio2 افزایش می‏یابد(26). مطالعه  Leeو همکاران (2008) تأثیر نانوذرات مس بر جوانه گندم و ماش نشان داده است که در پاسخ به این نانو ذره جوانه ماش حساسیت بیشتری نسبت به گندم داشته و کاهش رشد بیشتری را نشان می‏دهد (24). با افزایش فلزات سنگین در وضعیت رشد گیاهان، مقدار آبسزیک اسید(ABA) در بذر گیاهان افزایش می‏یابد و این می‏تواند دلیلی برای کاهش جوانه‏زنی در حضور فلزات باشد (15). 

رشد گیاهانی مانند خیار، کاهو، لوبیا، ذرت، چاودار و کدو سبز با توجه به غلظت نانوذرات نقره، مس، اکسید مس، دی اکسید تیتانیوم، روی و اکسید روی دچار اختلال می‏شود (27). تحقیقات نشان داده است که نانوذرات نقره رشد دانه های Lactuca را تحت تأثیر قرار می‌دهد، این اثر با اندازه‏گیری طول ریشه و ساقه این گیاه پس از 15 روز انکوباسیون مورد آزمایش قرار گرفته است و نتایج نشان داده است که گیاهان تحت تیمار نانوذرات در مقایسه با گیاهان شاهد دارای نسبت ساقه به ریشه بیشتری هستند (24). مسمومیت ناشی از ازدیاد مس در محیط باعث زردی و کاهش رشد گیاه می‏گردد. البته زردی به کمبود آهن ناشی از غلظت بالای مس در بافت نسبت داده می‏شود (6). کاهش رشد گیاه را تحت تیمار مس بر دیواره سلولی و تیغه میانی نیز نسبت می‏دهند. با اتصال مس به پکتین دیواره سلولی، قابلیت ارتجاعی آن کاهش می‏یابد (3). کاهش رشددر شرایط تنش مس را می‏توان به افزایش اتیلن و کاهش سیتوکنین، پلی آمین (20) و بازدارندگی گسترش رشد سلول ناشی از اثرات مستقیم و یا غیر مستقیم مس بر متابولیسم یا ساختمان اکسین نسبت داد (6). در غلظت‏های بالای مس کاهش رشد ریشه نسبت ساقه بیشتر است، این دلالت می‏کند که رشد ریشه به استرس مس حساس تر از رشد اندام هوایی است. سمیت مس معمولاً رشد ریشه را بیشتر از اندام هوایی متأثر می‏سازد، زیرا بخش اعظم مس در ریشه‏ها انباشته می‏شود. 90 درصد کل مس در ریشه‏ها در ساختار دیواره سلولی یا در فضای بین غشاء و دیواره سلولی متمرکز شده ایجاد سمیت می‏کند، بدون آنکه با مواد آلی تشکیل کمپلکس پیچیده دهد و یا به اندام هوایی منتقل گردد (12). طویل شدن سلول ها و اندامک ها از مهمترین اعمال اکسین در گیاه است. بنابراین مس با تأثیر بر تنظیم و تعدیل اکسین بر ارتفاع ساقه مؤثر است (18). مس با تأثیر بر متابولیسم نیتروژن و در نتیجه با تولید اسید آمینه تریپتوفان و تولید اکسین باعث افزایش ارتفاع گیاه می‏شود. محلول پاشی عناصر مس و روی در گیاه نیشکر در کمترین میزان باعث افزایش وزن، تعداد میانگره، طول میانگره و در نتیجه افزایش طول ساقه و افزایش ارتفاع متوسط گیاه شده است. همچنین استفاده از منگنز و بر در بالاترین میزان باعث افزایش این خصوصیات می گردد (12). در این پژوهش مشخص گردید در غلظتppm  10 نانوذرات مس میزان کلروفیلa  افزایش می یابد و محلول کلرید مس در غلظت ppm10 میزان کلروفیلa  و bو کارتنوئید را کاهش می‏دهد. قربانلی و همکاران (1386) کاهش محتوای کلروفیل‏هایa وb را در گیاه کلزا در پاسخ به تیمار‏های کلریدمس (0، 100، 500، 300 میکرومولار) گزارش کردند(2). کاهش میزان رنگیزه‏های فتوسنتزی در گیاهان تحت تیمار مس، به خصوص در غلظت‏های بالای این فلز می‏تواند نشان دهنده شدت آسیب‏های اکسیداتیو باشد. این کاهش می‏تواند به دلیل بازدارندگی مراحل مختلف سنتز کلروفیل و رنگیزه‏های دیگر باشد. فلزات سنگین با بازدارندگی بیوسنتز پروتئین‏های کمپلکس LHCΙΙ در سطح رونویسی روند تشکیل این کمپلکس را مختل می‏سازند (23). در مطالعه زنگ و همکاران (27) افزایش جوانه‏زنی، وزن خشک گیاه، تشکیل کلروفیل، فعالیت آنزیم روبیسکو و سرعت فتوسنتز در اسفناج در اثر تیمار با نانو‏ذرات Tio2مشاهده شده است. فلزات سنگین با القای بسته شدن روزنه‏ها، آسیب به ساختمان کلروپلاست، کاهش غلظت رنگیزه‏ها، اختلالات آنزیمی و عدم تعادل در روابط آبی، آسیب شدیدی به دستگاه فتوسنتزی گیاهان وارد می‏کنند (20).

در این تحقیق مشخص شد که با افزایش غلظت نانو‏ذرات مس و محلول کلریدمس میزان فلاوونوئید و فنل کل افزایش یافت. میزان سمیت نانو‏ذرات مطابق با گزارش‏های قبلی وابسته به گونه گیاهی می‏باشد. یکی از راهبرد‏های پیشنهادی برای اینکه نانو‏ذرات چگونه موجب آسیب زدن به گیاه می‏شوند، بی‏نظمی در مسیر انتقال آب و مواد معدنی است(4). پیدا کردن اثرات مثبت و منفی نانوذرات در گیاهان عالی عجیب نیست. با توجه به اینکه صنعت فناوری نانو در حال رشد بسیار سریع است، بنابراین یک ضرورت حیاتی برای انجام مطالعات بیشتر در مورد این موضوع به منظور ایجاد مقررات درستی نانومواد برای استفاده و دفع آنها وجود دارد.

نتیجه‏گیری کلی

این مطالعه نشان داد که گیاه ریحان تحت تأثیر نانوذرات مس و محلول کلرید مس حساس است و میزان حساسیت به محلول کلریدمس بیشتر از نانوذرات مس است. این گیاه از لحاظ مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی تغییرات وسیعی را تحت تأثیر محلول کلریدمس متحمل می‏شود، تغییرات ایجاد شده مانند کاهش طول، وزن خشک و وزن تر ریشه و برگ و همچنین کاهش میزان رنگیزه‏های فتوسنتزی از جمله اثرات مخرب آن می‏باشد. غلظت مس در سلول نیازمند این  است که در سطح پایین تری نگه داشته شود، زیرا این عنصر با توجه به مشخصه های اکسایشی-احیایی‌اش بشدت سمی است.

1- زرگری ع .1369. گیاهان دارویی، (موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران) جلد سوم.

2- قربانلی م. میقانی ف. و اسدالهی ب .1385. اثر کلرید مس برغلظت کلرفیل، انباشتگی کربوهیدرات و برخی از شاخص‏های رشد در دو رقم کلزا پژوهش و سازندگی76 141، - 134

 

3-Aidid, S. B. and Okamoto H.1993. Responses of elongation rate, turgor pressure and cell wall extensibility of stem cells of Impatiens balsmina to Lead, Copper and Zinc. Biometals. 6: 245- 249.

4-Asli, S. and Neumann, P.M.2009. Colloidal suspensions of clay or titanium dioxide nanoparticles can inhibit leaf growth and transpiration via physical effects on root water transport. Plant Cell Environment. 32:577–584.

5-Chang, C.C., Yang, M.H., Wen, H.M. and Chern, J.C. 2002. Estimation of Total Flavonoid Chlorophylls A and B of Leaf in Different Solvents Biochemical Society Transactions.11: 591-592.

6-Coombes, A. J., Lep, N. W. and Phipps, D. A.1976 . Effect of copper on IAA oxidase activity in root tissue of barly (Hordeum vulgare L. zephyr). Plant Physiology. 55: 236-242.

7-Donaldson, K., Tran, L., Jimenez, L., Duffin, A., Newby, R., Mills, D. E., MacNee, N. and Ston, V. 2005. Combustion-derived nanoparticles: A review of their toxicology following inhalation exposure. Particle and Fibre Toxicology, 2:10

8-Jing, Xiong., Wang, Ye., Qunji, Xue and Xuedong Wu*. 2011. Synthesis of highly dispersions of nanosized  copper particles using L-ascorbic acid.13: 900-904 .

9- Horii, A., Mccup, P. and Shetty k.2007.Enhance of Seed Vigour Following Insecticide and Phenolic Elicitor Treatment. Bioresour Technology.98: 623- 632.

10-Kabata-Pendia, A. and Pendias, H.1992. Trace elements in soil and plants.CR Press, BocaRaton

11- Lichtenthaler, H.K. and Wellburn, A.R.1985. Determination of Total Carotenoids and Chlorophylls A and B of Leaf in Different Solvents Biochemica   Society Transactions.11: 91- 592.

12- Marschner, H.1985. Mineral nutrition of higher plants. 2nd. Ed., Academic Press. New York, NY.

13-Marschner, H.1995. Mineral nutritionof higer plants. 2 nd edition, Academ Zn2+absorption and translocation to shoot in Zn hyperaccmulator and nonaccumulator species of Thlaspi. Journal of Plant Physiology. 112: 1715-1722 .

14-Marinova, D., Ribarova, F. and Atanassova, M. 2005. Total phenolics and Total Flavonoids in Bulgaria Fruits and Vegetables. The University of Chemical Technology and  Metallurgy.40: 255-260.

15-Mumzurglu, O., Zengin, F.k and Yahgyagil, Y.2008.The abscisic acid levels of wheat (Triticum aestivum L.cv. Cakmak79).GU journalof science . 21:1-7.

16 - Loneragan, J.F. 1975. The availability and absorption of trace elements in soil- plant system and their relation to movement and  concentration of trace elements in plants-in trace in soil-plant-animal system, NicholasD.J.D. and Egan, A.R, EDS. Academic press, New York, 109.

17-Pandey, A.C., Aanjay, S.S and Yada, V. R. S. 2010.Application of zno nanoparticles in fluencing the growth rate of Cicer arietinum L. Journal of Eepermenthal Nanoscience . 5: 488-497.

18- Peralta, J. R., Gardea-Torresdey, J. K., Tiemann, K. J., Gomez, E., Arteaga, S.,Rascon, E., Parsons, J. G. 2000. Study of the effect of heavy metals on seed In:germination and plant growth onalfalfa   plant(Medicago sativa) grown in solid media.Proceeding of the conference on  hazardous waste research.

19-Peyvandi, M., Parande, H. and Mirza, M. 2011. Comparison of nano Fe chelate with Fe chelate effect on growth parameters and antioxidant enzymes activity of Ocimum basilicum. New Cell Mol Biotech. 4:89-99

20-Prasad, M. N. V.1995. The inhibition of maize Leaf chorophylls, carotenoids and gas exchange functions by cadmium. Photosynthetica.31: 635-640.

21-Prasad,T.N.V.K.V., Sudhakar., P., Sreenivasulu, Y.,Latha,P., Munaswamy, V., Raja Reddy, K ., Sreeprasad, T.S., Sajanlal, P.R. and pradeep, T. 2012. Effect of nanoscales zinc oxide on the germination, growth and yield of peanut. Journal of plant  nutrition. 35:905-927.

22-Shah, V., and Belozerova,  I. 2009. Influence of metal nanoparticles on the soil microbial community and germination of lettuce seeds. Water Air and Soil Pollution,  97,143-148.

23-Tzvetkova N. and Kolarov, D. 1996. Effect of air pollutionon carbohydrate and nutrients concentrations in some deciduous tree species, Bulg.Journal of Plant Physiology 22(1-2), 53.

24- W.-M., Lee Y.-J. An , H. Yoon , H.-S. 2008.Kweon,Toxicity and bioavailability of copper nanoparticlesto terrestrial plants Phaseolus radiatus (Mung bean)and Triticum aestivum (Wheat); plant agar test for water-insoluble nanoparticles, Environ.Toxicology and chemistry. 27 : 1915–1921 

25-Wagner, G.J. 1979. Content and vacuole/extra vacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanins in protoplast. Journal of Plant Physiology. 64: 88-93.

26-Yang, F., Hong, F.S., You, W.J., Liu, c., Gao, F.Q., Wu, C . and Yang, P. 2006. Influences of nanoanatase Tio2 on the nitrogen metabolism of growing spinach. Biological Trace Element Research. 110: 179-190.

27-Zhang, ZY., Zhang,He X., HF., Zhang P., Ding, YY., and Zhao, YL. 2011. Uptake and distribution of ceria nanoparticles in cucumber plants. Metallomics 3:816–822.

28-Zheng, L., Hong, F., Lu, S. and Liu, C. 2005. Effect of nano-TiO2 onstrength of naturally aged seeds and growth of spinach, Biological Trace Element Research, vol. 104)1 :(83–91.

29-Zhu, H. J. Han, Q. and Jin Y. 2008. Uptake, translocation, accumulation of manufactured iron oxide   nanoparticles by pumpkin plants.Journal Environmental monitoring.10: 713-717.

30- https://en.wikipedia.org