Document Type : Research Paper
Authors
Urmia university
Abstract
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.
Keywords
Main Subjects
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.