Document Type : Research Paper
Authors
Biology Dept., Bu-Ali Sina University, Hamedan, I.R. of Iran
Abstract
Heavy metal pollution is one of the serious problems in the world. Among the heavy metals, lead is a strong pollutant that readily accumulates in soils and sediments. This study was designed to find out the effect of Pb toxicity on developmental and physiological particularity in Petunia hybrida L. For this purpose, Petunia seeds were planted in green housed condition and different concentrations of lead acetate including 400, 800 and 1200 µmol/L were spread on the plants, and control group were spread with water. Results showed that the percentage of germination, root and shoot length, leaf area, plant height, the amount of chlorophyll a, b and a+b were reduced, and an increase in the activity of catalase and peroxidase under lead treatment were observed. The peroxidase enzyme activity increased up to 800 µmol /L of lead and then slightly decreased at 1200 µmol /L. Lead treatment didn’t have a significant effect on total protein content. The results of this study showed that the toxicity of Pb had detrimental effects on plants and although plants don't need to heavy metal, uptake by plants and leading to negative effects on their function.
Keywords
Main Subjects
مطالعه اثر تیمار سرب بر برخی شاخصهای مر فولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه اطلسی (Petunia hybrida L.)
عبدالکریم چهرگانی راد، سمانه فرزان و زهره شیرخانی*
همدان، دانشگاه بوعلیسینا، دانشکده علوم، گروه زیستشناسی
تاریخ دریافت: 9/2/94 تاریخ پذیرش: 1/7/94
چکیده
آلودگی فلزات سنگین یکی از مشکلات جدی در سراسر جهان است. در میان فلزات سنگین سرب یک آلاینده قوی است که به آسانی در خاک و رسوبات انباشته میگردد. این مطالعه بهمنظور بررسی اثرات سمیت سرب بر خصوصیات تکوینی و فیزیولوژیکی در اطلسی انجام شده است. بذرهای گیاه اطلسی در شرایط گلخانهای کشت شدند، برای این منظور از غلظتهای 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر استات سرب استفاده شد. نتایج بهدست آمده کاهش در درصد جوانهزنی، طول ریشه و ساقه، مساحت سطح برگ، ارتفاع گیاه، میزان کلروفیل a، b و a+b و افزایش در فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز تحت تیمار سرب را نشان داد. در مورد آنزیم پراکسیداز افزایش فعالیت آنزیم تا غلظت 800 میکرومول بر لیتر سرب مشاهده و بعد در غلظت 1200 کاهش یافت. تیمار با سرب تأثیر معنیداری بر محتوای پروتئین کل نداشت. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که سرب بر گیاهان اثر منفی داشته و با وجود عدم نیاز گیاهان به این عنصر سنگین، جذب گیاه شده و موجب اثرات منفی بر عملکرد گیاهان میشود.
واژههای کلیدی: سرب، اطلسی، پارامترهای مرفولوژیک، پارامترهای فیزیولوژیک
* نویسنده مسئول، تلفن: 08138381058 ، پست الکترونیکی: zohreh.shirkhani@gmail.com
مقدمه
عناصر سنگین که در نتیجه فعالیتهای عمده شهری، صنعتی و کشاورزی تولید میشوند، باعث آلودگی مناطق وسیعی از جهان شدهاند و با تجمع در زنجیره غذایی خطرات بسیاری برای انسان و جانوران بهمراه دارند (1و48). بر اساس گزارشهای متعدد، سرب مهمترین فلز آلاینده در محیطزیست است. از جمله مهمترین منابع آلاینده سرب میتوان به فعالیتهای معادن، صنایع، دود حاصل از فعالیت وسایلنقلیه، ترکیبات حاوی سرب مانند رنگها، گازوئیل و مواد منفجره اشاره کرد (22و31). سرب جزء فلزات غیرضروری برای گیاهان است که عملکرد زیستی شناخته شدهای ندارد اما با توجه به انحلالپذیری این عنصر در آب به راحتی توسط ریشه جذب گیاه میشود. افزایش این فلز در محیط باعث اثراتی از قبیل اختلال در جوانهزنی دانه، اختلال در میتوز، القای کلروز و نکروز در برگ، کاهش فتوسنتز و تنفس، عدم توازن آبی و تغییر در تعادل هورمونی گیاه میشود. سرب همچنین منجر به توقف فعالیتهای آنزیمی، اختلال در تغذیه معدنی و تغییر در نفوذپذیری غشا میگردد (28، 33 و42).
در مطالعهای که توسط Jeliazkova و همکاران (2003) (25) انجام شد اثرات فلزات سنگین شامل مس، روی، سرب و کادمیوم بر رشد و جوانهزنی
Pimpinella anisum، Carum caravi و
Foeniculum vulgar مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که رشد اولیه ریشهها نسبت به جوانهزنی، بیشتر تحت تأثیر عناصر سنگین است. ایرانبخش و همکاران (1389) (2) نشان دادند که کلرید سرب تأثیر معنیداری بر درصد جوانهزنی دانهرستهای سویا (.Glycine max L) ندارد اما موجب افزایش سرعت جوانهزنی و فعالیت آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز و کاهش معنیدار طول ریشه، اندام هوایی و طول دانهرست میگردد.
مطالعات نشان داد که نیترات سرب، تغییرات مشخصی را در ساختار کلروپلاست و ترکیب لیپیدی غشا تیلاکوئیدهای Ceratophyllum demersum بهوجود آورده و روی محلهای گیرنده و دهنده الکترون در فتوسیستمها و کمپلکس سیتوکروم b/f اثر گذاشته است (24).
بررسی اثر فلزات سنگین شامل نیکل، سرب و روی در ذرت نشان داد که در شرایط تنش فتوسنتز کاهش یافته، بهطوریکه در غلظتهای بالاتر و مدت زمان بیشتر تیمار این کاهش قابل توجهتر بود (21). تحقیقات کاهش در میزان کلروفیل در برگهای Phaseolus vulgarisتحت تیمار نیکل (35) و در Riccia SP. تحت تیمار کادمیوم (39) و همچنین کاهش در فتوسنتز برگهای کلم را در تیمار با نیکل (34) نشان دادهاند.
در گیاهان مکانیسمهای حفاظتی متفاوتی برای پاکسازی ROSهای حاصل از تنش و کاهش دادن اثرات مضر آنها وجود دارد. از جمله مکانیسمهای حفاظتی، آنزیمهای آنتی اکسیدان شامل سوپراکسیددسموتاز، پراکسیداز و کاتالاز هستند (16). در گیاه برنج (36) و کلزا (45) افزایش در میزان فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدان گزارش شده است.
گیاه اطلسی (Petunia hybrida) از خانواده سولاناسه (Solanaceae) بهترین اطلسی باغچه ای شناخته شده و یک گونه زینتی است که بهطور گسترده در اکثر نقاط زمین کشت میشود (5). با گسترش شهرنشینی گیاهان زینتی یکی از مهمترین بخش تزئینات مناطق شهری هستند. اطلسی یکی از عناصر لازم در احداث پارکها و فضای سبز است. با توجه به مسئله آلودگی ناشی از فلزات سنگین از جمله سرب و خطرات ناشی از آن برای گیاهان و در نتیجه انسانها و از طرف دیگر اهمیت گیاه اطلسی بهعنوان گیاه زینتی این پژوهش با هدف بررسی تأثیر سرب بر برخی پارامترهای تکوینی و فیزیولوژیک گیاه اطلسی انجام شد.
مواد و روشها
ارزیابی جوانهزنی بذر گیاه اطلسی در حضور سرب: بذر گیاه اطلسی از شرکت گلبرگ پامچال (کرج) تهیه شد. بذرها ابتدا به مدت 10 دقیقه در محلول هیپوکلرید سدیم 5 درصد ضدعفونی گردیدند و پس از شستوشو به پتریهای حاوی پنبه و کاغذ صافی انتقال یافتند. برای تیمار شاهد از آب مقطر و برای تهیه تیمارهای عنصر سرب از غلظتهای 400، 800 و1200 میکرومول بر لیتر استات سرب استفاده شد. در هر پتریدیش 30 عدد بذر یکنواخت قرار داده شد (با سه تکرار) و در حدود 5 میلیلیتر از محلول استات سرب در غلظتهای اشاره شده به آنها اضافه گردید. برای جوانهزنی، پتری ها در 5 ساعت روشنایی و 19 ساعت تاریکی در دمای 27درجه در محفظهای درون آزمایشگاه قرار داده شدند و به مدت 7 روز در این شرایط نگهداری گردیدند. طی این مدت تعداد بذرهای جوانهزده بمنظور تعیین درصد جوانهزنی بررسی شد. خروج ریشه اصلی از بذر را بهعنوان زمان شروع جوانهزنی در نظر گرفته (41) و بعد درصد جوانه زنی بذرها Germination Percentage(GP) از رابطه زیر بدست آمد:
PG=100(N' /N) (در صد)
N: تعداد کل بذرها، N' : تعداد بذرهای جوانه زده میباشد. هفت روز پس از شروع آزمایش طول ریشه و ساقه دانه رستها اندازه گیری و در گروههای تیماری با شاهد مقایسه شد.
کشت و تیمار: بذر استریل شده اطلسی بعد از شستوشو و حذف سموم توسط ضدعفونیکننده در سینیهای مخصوص کشت حاوی کوکوپیت و پرلیت در گلخانه دانشگاه بوعلی سینا کاشته شد. بعد از جوانهزنی بذر و تشکیل اولین برگهای فتوسنتزی گیاهچهها به داخل گلدان حاوی خاک زراعی و خاکبرگ منتقل شدند. یک گروه 5 تایی از گلدانها، گیاهان شاهد و بدون تیمار سرب و گروههای دیگر با غلظتهای 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر، دو هفته قبل از گلدهی، بخش هوایی گیاهان به مدت چهار هفته به روش اسپری برگی تیمار شدند. گلدانها در داخل گلخانهای با دمای روز و شب 25 و 18 درجه سانتیگراد، شدت نور mmol/m2.s 85 و رطوبت نسبی 65% قرار گرفتند. بمنظور سنجش میزان کلروفیل، محتوای پروتئین کل، فعالیت آنزیمی آنزیمهای کاتالاز و پراکسیداز، در پایان آزمایش از بافت تازه برگهای میانی گیاه، اقدام به نمونهگیری شد. ارتفاع و مساحت سطح برگ نیز اندازهگیری گردید.
سنجش رنگیزههای فتوسنتزی: استخراج کلروفیل از برگ با کمک استون 80 درصد انجام شد (10). سائیدن 1/0 گرم برگ با 5 میلیلیتر استون تا بهدست آوردن یک محلول یکنواخت و همگن ادامه یافت. محلول حاصل به مدت 20 دقیقه با سرعت 4800 دور در دقیقه سانتریفوژ (مدل 5417R) گردید، سپس حجم محلول با استون 80 درصد به 10 میلیلیتر رسانده شد و جذب نوری محلول رویی در طول موجهای 645 و 663 نانومتر بهوسیله اسپکروفتومتر (مدل BiowaveⅡساخت کشور انگلستان) اندازهگیری شد. میزان کلروفیل a، b و کل در هریک از نمونهها با استفاده از فرمولهای زیر بر حسب میلیگرم بر گرم وزن تر محاسبه شد:
645A00269/0 - 663A0127/0 = غلظت کلروفیلa
663A0046/0- 645A0229/0= غلظت کلروفیل b
663A00802/0 +645A0202/0= غلظت کلروفیل(a+b)
645A = میزان جذب در طول موج 645
663A= میزان جذب در طول موج 663
عصارهگیری برای سنجش فعالیت آنزیمی و پروتئین: 1 گرم از بافت تر گیاهی در هاون چینی محتوی 5 میلیلیتر محلول عصارهگیری (مخلوط 2/1 گرم تریس، 1/0 گرم اسید آسکوربیک، 2/17 گرم ساکارز، 1/0 گرم سیستئین کلراید در 8/26 میلی لیتر اسیدکلریدریک 2/0 نرمال را با آب مقطر به حجم 100 میلی لیتر رسانده شد با pH=7.5) سائیده شد، آنگاه مخلوط حاصل به مدت 30 دقیقه با شتاب ثقلی g 10000 سانتریفوژ گردید. محلول رویی در دمای 4 درجه سانتیگراد تا زمان سنجش فعالیت آنزیمها و پروتئین نگهداری شد.
سنجش مقدار پروتئین کل به روش برادفورد: سنجشِ کمی پروتئینها با استفاده از روش برادفورد انجام شد. بدین منظور ml 1/0 از عصارههای تهیه شده را در لولههای آزمایش ریخته، به آنها ml 5 معرف برادفورد افزوده و به سرعت ورتکس گردیدند. جذب و غلظت نمونهها پس از 25 دقیقه در طول موج nm595 با استفاده از دستگاه اسپکتوفتومتر خوانده شد. محتوای پروتئین کل بر اساس میلیگرم بر گرم وزن تر نمونه با استفاده از منحنی استاندارد سرم آلبومین گاوی (BSA) گزارش گردید (11).
سنجش فعالیت پراکسیداز: به این منظور از عصاره آماده شده استفاده گردید. مخلوط واکنش شامل موارد زیر بود:
2 میلی لیتر تامپون استات (2/0 مولار با pH= 4.8) ، 2 میلیلیتر آب اکسیژنه 3% و 1/0 میلیلیتر بنزیدین (02/0 مولار در متانول 50 درصد) با هم مخلوط و به آن 1/0 میلیلیتر عصاره آنزیمی افزوده و جذب نوری در طول موج 530 نانومتر خوانده و فعالیت آنزیمی برحسب واحد جذب در دقیقه به ازای هر میلیگرم پروتئین در گرم وزن تر محاسبه شد (29).
سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز: بررسی میزان فعالیت آنزیم کاتالاز و میزان کاهش H2O2 با مطالعه تغییرات جذب در 530 نانومتر انجام شد. 2/0 میلیلیتر عصاره آنزیمی به 5/2 میلیلیتر تامپون فسفات با 7pH= و 2/0 میلیلیتر آب اکسیژنه 3% افزوده شد. و پس از مخلوط شدن کامل آنها تغییرات جذب در طول موج 530 نانومتر خوانده شد و فعالیت آنزیم بر حسب واحد جذب در دقیقه به ازای هر میلیگرم پروتئین محاسبه شد (15).
نتایج
نتایج ارزیابی جوانهزنی بذر گیاه اطلسی در حضور سرب: جدول 1 نتایج حاصل از تیمار سرب بر درصد جوانهزنی، طول ریشه و ساقه، مساحت سطح برگ و ارتفاع گیاه را نشان میدهد. با افزایش غلظت سرب در محیط درصد جوانهزنی، طول ریشه و ساقه، مساحت سطح برگ و ارتفاع گیاه کاهش یافت. از نظر آماری کاهش در درصد جوانهزنی، مساحت سطح برگ و ارتفاع گیاه در سطح احتمال p≤0.05 و کاهش در طول ریشه و ساقه در سطح احتمال p≤0.01 معنیدار بود. بیشترین میزان کاهش در غلظت 1200 میکرومول بر لیتر استات سرب مشاهده شد. درصد جوانهزنی از 1/31 درصد در نمونه شاهد به 44/14 درصد در تیمار 800 میکرومول بر لیتر رسید، اختلاف معنیدار در درصد جوانهزنی بین غلظتهای 400، 800 و 1200 مشاهده نشد. نتایج نشان داد که طول ریشه به میزان 8/7 میلیمتر در تیمار 1200 نسبت به شاهد کاهش یافته است. نتایج حاکی از این است که میانگین طول ساقه با افزایش غلظت استات سرب از 18 میلیمتر به 0 کاهش پیدا کرده است. نتایج حاصل از بررسی مساحت سطح برگ نشان داد که با افزایش غلظت استات سرب مساحت سطح برگ کاهش یافته است. همچنین نتایج بهدست آمده از مقایسه میانگین ارتفاع به روش دانکن نشان داد که تیمارهای شاهد، 400 و 800 میکرومول بر لیتر اختلاف معنیدار نداشتند. در حالیکه تیمار 1200 باعث کاهش معنیدار ارتفاع گیاه نسبت به نمونه شاهد شد، بهطوریکه ارتفاع گیاه از 2/28 سانتیمتر به 17 سانتیمتر رسید (شکل1).
نتایج سنجش رنگیزههای فتوسنتزی: آنالیز دادهها مشخص کرد که اثرات سرب در غلظتهای مختلف بر روی میزان کلروفیل a، b و a+b از نظر آماری معنیدار بوده است (p≤0.01).
جدول 1- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر برخی شاخصهای مرفولوژیک در گیاه اطلسی
هر ستون معرف میانگین سه تکرار ± انحراف معیار است. حروف متفاوت بیانگر اختلاف آماری معنیدار است (P≤0.05).
*ارتفاع گیاه (cm) |
*مساحت سطح برگ (cm2) |
**طول ساقه (mm) |
**طول ریشه (mm) |
*جوانهزنی (%) |
تیمار |
19/7±20/28a |
06/0±29/0a |
49/2±73/18a |
35/2±8/9a |
93/6±1/31a |
شاهد |
91/3±60/23ab |
03/0±20/0b |
36/2±16/9b |
10/1±86/2b |
33/3±99/19b |
استات سرب 400 µmol/L |
32/4±80/21ab |
03/0±17/0b |
73/0±53/2c |
96/0±03/2c |
92/1±44/14b |
استات سرب 800 µmol/L |
73/2±00/17b |
03/0±13/0b |
00/0±0d |
87/0±00/2c |
99/6±77/18b |
استات سرب 1200 µmol/L |
*: اختلاف معنیدار با گروه شاهد در سطح P≤0.05
**: اختلاف معنیدار با گروه شاهد در سطح P≤0.01
شکل 1- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر ارتفاع گیاه اطلسی
با افزایش غلظت سرب در محیط، میزان کلروفیل a، از 009/0 میلیگرم در هر گرم بافت تر گیاهی در گیاهان شاهد به 0.005 میلیگرم در هر گرم بافت تر گیاهی در محیط حاوی 1200 میکرومول بر لیتر استات سرب کاهش یافت. در این گیاه همزمان با افزایش غلظت سرب، میانگین کلروفیل b کاهش یافت. براساس آزمون دانکن میزان کلروفیل b در هریک از تیمارها با میزان کلروفیل b در نمونههای شاهد تفاوت معنیدار داشت (p≤0.01)، بهطوریکه نمونههای با تیمار 1200 میکرومول بر لیتر دارای 001/0 میلیگرم بر لیتر در هر گرم بافت تازه گیاه کمترین میزان کلروفیل b و گیاهان شاهد با 004/0 میلیگرم بر لیتر در هر گرم بافت تازه گیاه بیشترین میزان کلروفیل b را داشتند. میزان کلروفیل b در نمونههای تحت تیمار 400، 800 و 1200 اختلاف آماری معنیداری را نشان نداد. در تیمار سرب تغییر محتوای کلروفیل کل کاهش معنیداری را نشان داد، بدین صورت که میزان کلروفیل کل در نمونههای شاهد، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر استات سرب بهترتیب 013/0، 009/0، 008/0 و 007/0 میلیگرم بر لیتر در هر گرم بافت تازه گیاه بود (شکل 2).
نتایج سنجش محتوای پروتئین کل و فعالیت آنزیمی: نتایج آزمون مقایسهای دانکن نشان داد که استات سرب بر محتوای پروتئین کل اثر معنیداری نداشته است (شکل 3).
شکل 2- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر محتوای انواع کلروفیل در گیاه اطلسی
هر ستون معرف میانگین سه تکرار ± انحراف معیار است. ستونهای با حداقل یک حرف مشترک، فاقد اختلاف آماری معنیدار هستند.
شکل 3- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر محتوای پروتئین کل در گیاه اطلسی
هر ستون معرف میانگین سه تکرار ± انحراف معیار است. ستونهای با حداقل یک حرف مشترک، فاقد اختلاف آماری معنیدار هستند.
محاسبه میزان فعالیت آنزیمی مشخص کرد که آنزیم پراکسیداز گیاهانی که در معرض غلظتهای مختلف سرب قرار گرفتند دارای اختلاف معنیدار با گروه شاهد است (p≤0.01). میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز تحت تیمار سرب در دو غلظت 400 و 800 میکرومول بر لیتر بهطور معنیداری نسبت به شاهد افزایش و در غلظت 1200 میکرومول بر لیتر کاهش یافت. این میزان از 025/0 واحد جذب در دقیقه به ازای میلیگرم پروتئین در نمونه شاهد به 034/0 و 049/0 واحد جذب در دقیقه به ازای میلیگرم پروتئین بهترتیب در نمونههای تحت تیمار دو غلظت 400 و 800 میکرومول بر لیتر و 006/0 واحد جذب در دقیقه به ازای میلیگرم پروتئین در غلظت 1200 میکرومول بر لیتر سرب رسید (شکل 4).
شکل 4- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در گیاه اطلسی
هر ستون معرف میانگین سه تکرار ± انحراف معیار است. ستونهای با حداقل یک حرف مشترک، فاقد اختلاف آماری معنیدار هستند.
نتایج حاصل از اندازهگیری اثر غلظتهای مختلف سرب بر فعالیت آنزیم کاتالاز در شکل 5 نشان داده شده است. میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاهان تحت تیمار سرب افزایش نشان داد که این افزایش در همه غلظتها معنیدار بود. میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاهان شاهد به میزان 00055/0 واحد جذب در دقیقه به ازای میلیگرم پروتئین گزارش شد. این مقدار در گیاهان تیمار شده با غلظتهای 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر سرب به مقدار 00092/0، 0015/0 و 0022/0 واحد جذب در دقیقه به ازای میلیگرم پروتئین رسید.
شکل 5- اثر غلظتهای مختلف سرب (0، 400، 800 و 1200 میکرومول بر لیتر) بر میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاه اطلسی
هر ستون معرف میانگین سه تکرار ± انحراف معیار است. ستونهای با حداقل یک حرف مشترک، فاقد اختلاف آماری معنیدار هستند.
بحث
سرب یکی از فلزات سنگین است که اهمیت قابل توجهی را به عنوان آلاینده بالقوه محیطی به خود جلب کرده است. از نشانههای سمیت سرب ممانعت سریع از رشد ریشه، دوره رشد کوتاه و کلروزیس است (12). حتی زمانیکه سرب در مقادیر کم وارد سلولهای گیاهی میشود طیف وسیعی از اثرات مضر را بر فرایندهای فیزیولوژیک وارد میکند. سمیت سرب منجر به ممانعت از فعالیتهای آنزیمی، اختلال در تغذیه معدنی، بر هم زدن تعادل آب، تغییر در وضعیت هورمونی و تغییر در نفوذپذیری غشا میشود. این اختلالات فعالیتهای فیزیولوژیکی نرمال گیاه را بههم میزند. سرانجام در غلظتهای بالا ممکن است سبب مرگ سلولی شود (18).
نتایج این مطالعه نشان داد که مسمومیت با سرب درصد جوانهزنی، طول ساقه و ریشه، ارتفاع گیاه و مساحت سطح برگ گیاه اطلسی را کاهش داده است. غلظت بالای سرب (1mM) سبب کاهش درصد جوانهزنی و رشد دانهرستهای برنج شد (44). در Lupinus سرب تعداد بذرهای در حال جوانهزنی را کاهش داد و سبب کاهش رشد هیپوکوتیل بهعلاوه ریشه شد (47). در نتایج چراتی و خانلریان (1387) (4) مشخص شد که غلظتهای سرب شامل 200، 400، 600، 800 و 1000 میکرومول بر لیتر سبب کاهش جوانهزنی در کلزا شده است که با نتایج این مطالعه مطابقت دارد.
سرب جوانهزنی دانه را با کاهش جذب آب توسط دانه تحت تأثیر قرار نمیدهد، به این دلیل که پوشش دانه در مرحله اول جذب آب (زمانیکه جذب آب نسبتا شدید است) نسبت به سرب نفوذناپذیر بوده ولی در مراحل پایانی جذب آب توسط دانه (وقتیکه جذب آب کاهش مییابد) پوشش دانه نفوذپذیر میشود و سربی که در این مراحل جذب میگردد به داخل رویان نفوذ و جوانهزنی را به تأخیر میاندازد (46).
در دانهرستهای ذرت (Zea mays) کاهش شدید رشد ریشه و ساقه و ناحیه انشعابدهی کوتاهتر با ریشههای فرعی متراکمتر که ناحیه نزدیکتر به نوک ریشه در مقایسه با نمونههای شاهد را اشغال کرده است، مشاهده شد (33و38). همچنین توکلی و همکاران (1390) (3) کاهش در شاخصهای رشد گیاه بادمجان را در تیمار با استات سرب گزارش کردند. بنابراین به نظر میرسد که ممانعت از رشد ریشه تحت تیمار سرب نتیجهای از ممانعت تقسیمات سلولی در رئوس ریشه است که توسط سرب القا شده است (19).
نتایج بهدست آمده از این تحقیق نشان داد که تیمار سرب محتوای کلروفیل a، b و a+b را کاهش داده است. این کاهش میتواند در نتیجه ممانعت آنزیمهای مسئول در بیوسنتز کلروفیل در اثر استرس ناشی از فلزات سنگین باشد (49). سرب سنتز کلروفیل را با استفاده از اختلال در جذب عناصر ضروری همانند منیزیم و آهن بهوسیله گیاه بر هم میزند (13). همچنین افزایش تجزیه کلروفیل در گیاهان تحت تیمار سرب به دلیل افزایش در فعالیت کلروفیلاز رخ میدهد (17).
امینی و همکاران (1391) (1) در تحقیقات خود نشان دادند که میزان کلروفیل کل در یونجه (Medicago sativa) تیمار شده با سرب و نیکل نسبت به گیاه شاهد بهطور معنیداری کاهش یافته است. تحقیقات نشان داد که محتوای کلروفیل کل (a و b) در برگهای ده روزه لوبیا تحت تیمار با افزایش غلظت فلزات سنگین (سرب، مس، کادمیوم و جیوه) بهتدریج کاهش یافت (49). بهکارگیری غلظتهای 500، 100 و 200 میلیگرم بر لیتر سرب در Ipomoea lacunose L. محتوای کلروفیل را کاهش داد (27). همچنین کریمی و همکاران (1392) (7) گزارش دادند که با افزایش غلظت سرب در محلول غذایی، محتوای کلروفیل a، b و کلروفیل کل گیاه کنگرفرنگی کاهش معنیدار یافته است. نتایج این تحقیقات با نتایج بهدست آمده از این پژوهش مطابقت دارد.
نتایج نشاندهنده عدم اختلاف معنیدار محتوای پروتئین کل با نمونه شاهد و افزایش معنیدار فعالیت پراکسیداز و کاتالاز در نمونههای تحت تیمار بود. بهنظر میرسد یکی از اثرات سمیت سرب القا استرس اکسیداتیو در گیاه به دلیل تولید ROS و در نتیجه برهم خوردن وضعیت اکسیداسیون و احیاست. اگرچه برخی از ROSها ممکن است بهعنوان مولکولهای مهم علامتدهی تغییردهنده بیان ژن و تنظیمکننده فعالیت پروتئینهای دفاعی ویژه عمل کنند اما همه ROSها میتوانند در غلظتهای بالا برای موجودات بسیار مضر باشند. سرب تولید ROS در گیاهان را القا میکند و چنین تولیدی به شدت تنش، تکرار دورههای تنش و سن گیاه وابسته است (14). باوجود اینکه فرایندهای تولیدکننده ROS تحت شرایط نرمال آرام است اما سرب این فرایندها را تسریع میبخشد. هنگامیکه دانهرستهای برنج (Oryza sativa) تحت تیمار غلظتهای 500 و 1000 میکرومولار نیترات سرب در یک دوره 20-5 روزه قرار گرفتند افزایش 21 تا 177 درصدی در میزان فعالیت لیپید پراکسیداز مشاهده شد که نشان میدهد سرب تنش اکسیداتیو را در گیاهان القا کرده است. طیف وسیعی از مکانیسمهای حفاظتی در گیاهان وجود دارد که برای حذف ROS پیش از آنکه باعث تخریب بخشهای حساس ماشین سلولی شوند انجام وظیفه میکنند. کاتالاز بهعنوان یک آنزیم آنتیاکسیدان H2O2 را به آب و اکسیژن تجزیه میکند (44). نقش پراکسیداز نیز بهعنوان آنزیم تنش در گیاهان بهطور گستردهای پذیرفته شده است. افزایش فعالیت پراکسیداز تحت تیمار سرب به رهاسازی پراکسیداز موجود در دیوارههای سلولی مرتبط میباشد (20و43). بهطوریکه گزارش شده است که سرب فعالیت پراکسیدازی را در سویا، برنج و غیره القا کرده است (30و44).
در این تحقیق فعالیت آنزیم پراکسیداز در غلظت 1200 میکرومول بر لیتر کاهش یافت که این میتواند به علت اثرات مضر تولید بالای ROS سمی باشد.
فعالیت آنزیمهای پراکسیداز و کاتالاز در لپهها، هیپوکوتیلها و ریشهچههای Luffa cylindrica بهطور معنیداری با افزایش غلظت سرب افزایش یافت (26). در تیمار .Eichhornia crassipes Mart با نیترات سرب فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان همانند آسکوربات پراکسیداز و پراکسیداز بهطور مثبتی با افزایش غلظت سرب افزایش یافت، در حالیکه در مورد سوپراکسیددسموتاز و کاتالاز با افزایش غلظت سرب تا 800 میلیگرم بر لیتر فعالیت آنزیم افزایش و بعد در غلظتهای بالاتر هم در ریشه و هم در برگ کاهش یافت (32).
ایرانبخش و همکاران (1389) (2) نشان دادند که میزان فعالیت آنزیمهای پراکسیداز و کاتالاز در گیاه سویا (Glycine max L.) تحت تیمار با کلرید روی و کلرید سرب در همه غلظتهای استفاده شده افزایش معنیدار داشته است. همچنین افزایش معنیدار فعالیت این دو آنزیم در تیمار sugar beet (37) و کلزا (رنجبر و همکاران 1390) (6) با سرب مشاهد شد. که با نتایج بهدست آمده از این پژوهش همسو است. موسوی و همکاران (1391) (8) گزارش کردند که سیر در مواجه با افزایش غلظت نیترات سرب تا 1000میلیگرم در کیلوگرم خاک افزایش معنیداری در میزان آنزیم کاتالاز داشته است و بعد کاهش در فعالیت آنزیم در غلظت 1500 مشاهد گردید. در این آزمایش تفاوت معنیدار در سطوح فعالیت آنزیم پراکسیداز گزارش نشد.
نتیجهگیری
سرب فلزی سمی برای محیطزیست موجودات زنده است. نتایج بهدست آمده از این پژوهش نشان داد که سطوح مختلف سرب تأثیر معنیداری بر خصوصیات مرفولوژیک و فیزیولوژیکی گیاه اطلسی دارد. سرب بر رشد گیاهان اثر منفی داشته که میتواند بر محیطزیست اثرات مخربی بر جای بگذارد.
سپاسگزاری
این پژوهش با استفاده از اعتبار پژوهشی تأمین شده توسط معاونت محترم پژوهشی دانشگاه بوعلی سینا انجام شده است. مؤلفان مراتب تقدیر و تشکر خود را از همکاران محترم معاونت پژوهشی و همچنین همکاران محترم فضای سبز و گلخانه دانشگاه اعلام میکنند.