Document Type : Research Paper
Authors
University of Mazandaran
Abstract
Sesame is one of the oldest, industrial and Pharmaceutical crops in the world that has been being cultivated in most parts of Iran from very long time ago. Since the importance of the promotion and development of oilseed crops like Sesame and given there are a lot of unanswered questions about the effects of nanoparticles on the environment and agriculture and since the use of Nano silver in industry has been identified more than the other nanoparticles, the impact of different concentrations of silver nanoparticles on the Sesame seed germination factors and its anatomical structure was studied at primary stages of plant development. The results of data analysis showed that according to increase of silver nanoparticles concentration, seed germination percent, germination speed and all of the factors related to seedling growth, decreased. High concentrations of silver nanoparticles caused some anatomical changes including: diameter increasing of stem, root and midrib, deforming of cortex paranchymic cells of stem and root vessels, reduction of collenchyma cells differentiation and increasing of fiber differentiation in the stem. Also it was found that due to reduction of root apical meristem size and cells staining intensity, cell division rate reduced under 1000 mg.ml-1 concentrations of sliver nanoparticles. According to the findings, it can be said that sliver nanoparticles, as a stressor cause germination and seedling growth reduction and young Sesame reply to presence of sliver nanoparticles in the environment with anatomical changes.
Keywords
Main Subjects
جوانه زنی دانه و تغییرات تشریحی گیاه کنجد تحت تاثیر نانوذرات نقره
صدیقه کلیج* و مینا کاظمیانروحی
بابلسر، دانشگاه مازندران، دانشکده علوم پایه، گروه زیست شناسی
تاریخ دریافت: 25/1/95 تاریخ پذیرش: 24/7/95
چکیده
گیاه کنجد یکی از قدیمیترین گیاهان زراعی، صنعتی و دارویی جهان است که از زمانهای دور در بیشتر نقاط ایران کشت میشده است. با توجه به اهمیت ترویج و توسعه کشت نباتات روغندار از جمله گیاه کنجد و با توجه به اینکه پرسشهای زیادی در مورد اثرات نانوذرات بر محیط زیست و کشاورزی وجود دارد و از آنجایی که بکارگیری نانو ذرات نقره در صنعت بیشتر از دیگر نانوذرات مشخص شده است، غلظتهای مختلف نانوذرات نقره بر عوامل جوانه زنی دانه گیاه کنجد و ساختار تشریحی آن در مراحل اولیه تکوین گیاه بررسی شد. نتایج آنالیز دادهها نشان داد که با افزایش غلظت نانو ذرات نقره صفاتی چون درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی و به طور کلی ویژگیهای مرتبط با رشد گیاهچه کاهش یافت. غلظتهای بالای تیمار نانو ذرات نقره موجب برخی تغییرات تشریحی از جمله افزایش قطر ساقه، ریشه و رگبرگ اصلی در منطقه پوست، تغییرشکل سلولهای پارانشیمی پوست ساقه و آوندهای چوبی ریشه، کاهش تمایز سلولهای کلانشیمی و برعکس افزایش تمایز فیبر در ساقه شد. همچنین مشخص شد که تحت تاثیر غلظت 1000 میلیگرم در لیتر نانو ذرات نقره اندازه مریستم رأس ریشه و شدت رنگ پذیری سلولها و در نتیجه میزان تقسیمات سلولی در آن کاهش یافت. با توجه به یافتههای این پژوهش میتوان گفت که نانوذرات نقره به عنوان یک عامل تنش زا، احتمالا با تاثیر بر متابولیسم گیاه موجب کاهش فاکتورهای جوانه زنی و رشد گیاهچه می گردد و گیاه جوان کنجد با تغییرات تشریحی به حضور نانوذرات نقره در محیط پاسخ میدهد.
واژه های کلیدی: "جوانه زنی; تغییرات آناتومی; کنجد; نانوذرات نقره"
* نویسنده مسئول، تلفن: 09112111687 ، پست الکترونیکی: s.kelij@umz.ac.ir
مقدمه
امروزه با گسترش علم نانو تکنولوژی و تولید نانوذرات در زمینههای مختلف و کاربرد بیشتر از این نوع نانوذرات در صنعت، داروسازی و تولید انرژی موجب شده تا خطرات ناشی از آنها به محیط زیست و سلامت آسیب رسانده و توجه بسیاری از کارشناسان محیط زیست را به خود جلب نماید (11). مطالعات در مورد سرنوشت نانوذرات در محیط محدود است و ممکن است این ذرات با ورودشان به زنجیرهی غذایی، در نهایت به انسانها سرایت کنند. گیاهان مهمترین عضو در سیستم اکولوژی هستند که امکان انتقال نانوذرات به دیگر موجودات از طریق آنها وجود دارد (32). گیاهان ممکن است این مواد را از راه های مختلف چون خاک و آب های آلوده جذب کنند (30). در میان نانوذرات، بیشترین میزان استفاده به نانونقره و نانو اکسیدروی (ZnO) مربوط میشود زیرا اثر ضد باکتریایی و ضد قارچی دارند. این مسئله نگرانی انسانها را در زمینه تاثیر این ذرات بر محیط و سلامت برانگیخته است (22).
سمیت نانوذرات بر گیاهان با توجه به نحوه انتشار، سطح تماس، تراکم، میزان حلالیت و اندازه آنها مطرح میشود (28). تحقیقاتی در زمینه اثر مثبت و منفی نانوذرات بر گیاهان عالی گزارش شده است. به گونهای که ترکیب نانوذرات SiO2 و TiO2 باهم موجب افزایش نیترات رودکتاز در سویا و تحریک سیستم آنتی اکسیدانی و در نهایت تسریع جوانه زنی شد (18). با توجه به اظهارات Hong و همکاران (2005)، TiO2 موجب افزایش فتوسنتز و متابولیسم نیتروژن شده و در نتیجه در غلظتهای مناسب بر بهبود رشد گیاه اسفناج اثر گذاشته است. این در حالی است که مطالعات Kumari و همکاران (2009)، نشان داده که نانوذرات نقره بر سلول و تقسیمات نوک ریشه پیاز اثر منفی داشته است. همچنین در غلظتهای پایین موجب کاهش 41 تا 57 درصد مقدار بیوماس شد. از طرفی اثر نانوذرات نقره بر جوانه زنی و رشد ریشه نشان داد که این ذرات موجب تاخیر در جوانه زنی میشوند و همچنین موجب کاهش شاخصهای رشد ریشه به ویژه در مراحل اولیه نمو شده اند (16). طبق یافتههای Murashov در سال 2006، نانوذرات Al2O3 موجب محدودیت رشد و طویل شدن ریشه گیاهان ذرت، خیار، سویا، کلم و هویچ شده است.
کنجد با نام علمی Sesamum indicum L. از تیره Pedaliaceae (تیره کنجدیان) است. کنجد گیاهی یک ساله و علفی و به ارتفاع تقریبی یک متر است. برگها در ساقه دارای دو وضع متناوب و متقابل هستند (17). همچنین گیاه کنجد دارای ریشه بلند و مقاوم است. میوهی آن کپسول میباشد و محتوی دانهها کوچک و بیضوی شکل هستند. قسمت مورد استفادهی کنجد دانههای آن است که از آن استخراج روغن به عمل میآید (21). همچنین کنجد از معروفترین گیاهان مورد استفاده خوراکی و دارویی میباشد. ایران از جمله کشورهایی است که قدمتی طولانی در کشت و زراعت دانههای روغنی و به خصوص کنجد دارد (1).
از آنجایی که امروزه اثرات ناشی از نانوذرات یکی از مهمترین پرسشها در محیط زیست و کشاورزی میباشد، در نتیجه مطالعه دقیق اثر این ذرات بر گیاهان میتواند به فهم بیشتر در این زمینه کمک کند. گیاه کنجد به علت طول دوره رویشی کوتاه و ارزش غذایی و دارویی میتواند برای ازریابی تاثیر نانوذرات بر محصول زراعی و پرمصرف مناسب باشد. بنابراین این تحقیق به تاثیر غلظتهای متفاوتی از نانوذرات نقره بر جوانه زنی دانه، رشد ریشه، مریستم رأس ریشه ، ساختار تشریحی اندامهای رویشی در مراحل اولیه تکوین گیاه میپردازد.
مواد و روشها
آزمون جوانه زنی: محلول نانوذرات نقره (با اندازه ذرات کمتر از 100نانومتر از شرکتNANOSAV) با غلظتهای0، 10، 100، 500، 1000 میلی گرم بر لیتر تهیه کرده و سپس به مدت 2 ساعت بر روی شیکر قرار داده تا به خوبی حل شود (21؛24).
بذر گیاه کنجد (رقم ناز چند شاخه) از شرکت پاکان بذر اصفهان تهیه شد. پس از استریل کردن بذرها با آب ژاول تجاری که 10% رقیق شده و شستشوی آنها با آب مقطر، 5 میلی لیتر از محلول نانوذرات نقره به هر پتری دیش اضافه شد. انتقال پتری دیشها به تاریکی در دمای 25 درجه سانتی گراد صورت گرفت و هر دو روز یک بار، فاکتورها مورد بررسی قرار گرفتند. سرعت جوانه زنی (1) و درصد جوانه زنی (2) و سرعت رشد نسبی (3) نیز از طریق معادلههای زیر محاسبه گردید و سنجش صفات ریخت شناسی با خط کش میلی متری انجام شد (22).
14ط²ظ†ظٹ طظˆط§ظ†ظ‡ ط¯ط±طµط¯ = niNأ—100"> (2)،
14 =GiNiGi"> سرعت جوانه زنی (1)
14 ظ†ط³ط¨غŒ ط±ط´ط¯ ط³ط±ط¹طھ= ظ†ظ‡ط§غŒغŒ ط·ظˆظ„-ط§ظˆظ„غŒظ‡ ط·ظˆظ„ط±ظˆط² طھط¹ط¯ط§ط¯"> (3)
Gi = تعداد بذرهای جوانه زده در روز i ام، Ni = شماره روز، N = تعداد کل بذرهای کشت شده میباشد.
آزمایشات گلدانی: بذر ها در گلدان های حاوی مخلوطی از کوکوپیت و خاک باغچه ای کاشته شده و در اتاق رشد گیاهی در دانشگاه مازندران با رطوبت نسبی 65-80% ، دوره نوری 14 ساعت روشنایی و 10 ساعت تاریکی و دمای حداقل 25 و حداکثر 30 درجه سانتی گراد قرار داده شدند. برای هر تیمار 3 گلدان و درون هر گلدان 20 بذر کاشته و روزی یکبار با آب مقطر آبیاری شدند. هنگامی که گیاهان به مرحله 4 برگی رسیدند اولین تیماردهی آغاز گردید. به این صورت که هر 5 روز یکبار بر مقدار حجم تیمار با غلظتهای مذکور افزوده و به گلدان ها اعمال شد. در مجموع 200 میلی لیتر از هر غلظت به هر کدام از گلدانها اعمال گردید (25).
همچنین از قسمتهای برگ، ساقه و ریشه به منظور تهیه برشهای دستی و میکروتومی در مرحلهی 8 برگی نمونه برداری شد. برای برش گیری از اندامهای رویشی، ابتدا نمونهها در الکل-گلیسیرین (50:50) تثبیت شده و سپس برش گیری دستی و رنگ آمیزی به روش مضاعف با رنگ های آبی متیل و کارمن زاجی انجام شد. برای برش میکروتومی مریستم رأس ریشه، نمونهها به مدّت 8 ساعت در فیکساتور فرمالدئید، اتانول، اسید استیک(FAA) تثبیت شدند. پس از آبگیری با درجات رو به افزایش الکل، شفافسازی با تولوئن و سپس قالبگیری در پارافین، با میکروتوم برشهایی با ضخامت 10 میکرومتر تهیّه گردید. پس از طی مراحل پارافین زدایی و آبدهی، رنگ آمیزی با هماتوکسیلین و ائوزین صورت گرفت (24).
در این پژوهش صفات تشریحی اندام رویشی با نرم افزار micro measurement نسخه 1.0.0اندازهگیری شد و تمام محاسبات آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه 21 صورت پذیرفت. همچنین مقایسه میانگینها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.
نتایج
آزمون جوانه زنی: نتایج تجزیه واریانس دادهها در جدول 1 ارائه شده است. دادههای حاصل نشان داد که غلظت های500 و 1000 میلی گرم بر لیتر از نانوذرات نقره بر درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، طول ریشه چه، وزن خشک و تر گیاهچه و سرعت رشد نسبی ریشهچه و ساقهچه در سطح 5% اختلاف معنیدار بود (جدول 1). این درحالی است که نانوذرات نقره در غلظت 50 میلی گرم بر لیتر اثر معنیداری بر سرعت جوانه زنی، وزن خشک و تر گیاهچه و سرعت رشد نسبی ریشه چه و ساقه چه نسبت به گیاهان شاهد نداشت (شکل 1 ).
شکل1- تاثیر غلظت های نانوذرات نقره (میلی گرم بر لیتر) بر جوانه زنی دانه کنجد.
مقایسه میانگینها با آزمون دانکن نشان داد که گیاهان شاهد دارای بیشترین درصد بذر جوانه زده بودند. در بررسی تاثیر غلظتهای مختلف نانو ذرات نقره مشخص گردید که میزان درصد جوانه زنی و همچنین سرعت جوانه زنی دانه با افزایش غلظت نانو ذرات نقره کاهش مییابد (جدول 1). در واقع درصد جوانه زنی در گیاهان شاهد از 90 درصد به 50 درصد در بذر های تحت تنش نانونقره با غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر رسید. مقایسه میانگینها با آزمون دانکن مشخص کرد که از نظر تاثیر غلظت های نانو ذرات نقره بر سرعت جوانه زنی، کمترین مقدار مربوط به غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر و بیشترین مقدار آن در غلظت 50 میلی گرم بر لیتر نانونقره مشاهده شد (جدول 1).
جدول 1- مقایسه میانگین اثر نانو ذرات نقره بر صفات جوانه زنی.
سرعت رشد نسبی ساقه چه |
سرعت رشد نسبی ریشه چه |
وزن تر گیاه چه (گرم) |
وزن خشک گیاهچه (گرم) |
طول ساقه چه (میلی متر) |
طول ریشه چه (میلی متر) |
سرعت جوانه زنی |
درصد جوانه زنی |
غلظت (میلی گرم بر لیتر نانو نقره) |
a98/0 |
a9/0 |
a24/0 |
a05/0 |
a48 |
a35 |
a30 |
a90 |
0 |
a94/0 |
b6/0 |
a 21/0 |
a04/0 |
a45 |
b31 |
a28 |
a80 |
50 |
b75/0 |
b4/0 |
a 20/0 |
a04/0 |
b38 |
c25 |
b27 |
b60 |
100 |
c68/0 |
c3/0 |
b15/0 |
b02/0 |
c30 |
d18 |
b25 |
b60 |
500 |
e55/0 |
c2/0 |
b11/0 |
b01/0 |
e26 |
e12 |
c24 |
b50 |
1000 |
میانگین های دارای حروف مشترک در هر ستون مطابق آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد اختلاف.
با توجه به جدول1، طول ریشهچه و ساقهچه تحت تأثیر غلظتهای مختلف نانوذرات نقره در سطح 5% تفاوت معنیداری داشته و در گیاهان تحت تنش غلظتهای بالای نانو ذرات نقره نسبت به گیاهان شاهد کاهش قابل توجهی نشان داد. در حقیقت بیشترین طول ریشه در غلظت های مختلف نانو نقره مربوط به غلظت 50 میلی گرم بر لیتر (35 میلی متر) بوده و کمترین میزان طول ریشه در غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر (12 میلی متر) مشاهده شد. همچنین کمترین میزان طول ساقه (26 میلی متر) نیز مربوط به غلظت های بالا نانو نقره بوده است. علاوه بر این میزان سرعت رشد نسبی ریشهچه و ساقهچه با افزایش غلظت نانو ذرات نقره کاهش قابل ملاحظهای پیدا کرد (شکل 1).
همانطور که در جدول 1 مشخص است، بیشترین وزن خشک و تر گیاهچه با میزان میانگین به ترتیب 05/0 و 24/0 گرم مربوط به بذر گیاهان شاهد میباشد. بررسی میانگینهای تنش غلظتهای مختلف نانو ذرات نقره نشان داد که در گیاهان تحت تیمار نانو ذرات نقره کمترین وزن خشک و تر مربوط به غلظت 1000 میلی گرم بر لیتر بود، این در حالی است که وزن خشک و تر گیاه چه در غلظتهای 0و100 میلی گرم بر لیتر تفاوت معنیداری نداشت (جدول1).
تاثیر نانو ذرات نقره بر ساختار تشریحی اندامهای رویشی
ساختارتشریحی ساقه: نتایج تجزیه آماری دادهها نشان داد که تاثیر غلظتهای مختلف نانوذرات نقره بر روی قطر ساقه افزایش معنیداری دارد. طوری که با افزایش مقدار تیمار قطر ساقه افزایش یافت. بیشترین قطر ساقه در تیمار 1000 میلی گرم در لیتر نانو ذرات نقره و کمترین در شاهد مشاهده شد (جدول 2).
جدول2- جدول مقایسه میانگین صفات مورد بررسی ساختار تشریحی ساقه.
غلظت نانونقره (میلی گرم بر لیتر) |
قطر ساقه (میکرومتر) |
ضخامت بافت پارانشیم (میکرومتر) |
ضخامت منطقه آوندی (میکرومتر) |
قطر آوند چوب (میکرومتر) |
0 |
b 2700 |
b 278 |
b 166 |
b 30 |
50 |
b 2790 |
b 286 |
b 180 |
b 34 |
100 |
a 2963 |
a333 |
a 208 |
b 40 |
500 |
a 2983 |
a453 |
a 228 |
a48 |
1000 |
a3015 |
a485 |
a 244 |
a 52 |
میانگین های دارای حروف مشترک در هر ستون مطابق آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد اختلاف.
نتیجه بررسی تجزیه واریانس دادهها نشان داد که تاثیر نانوذرات نقره بر روی ضخامت منطقه آوندی ساقه در سطح 1% معنیدار است (جدول2). با بررسی مقایسه میانگین دادهها در جدول2 مشخص شد که تیمارهای مختلف نانونقره اثر افزایشی بر روی ضخامت منطقه آوندی ساقه نسبت به شاهد داشته است. تیمار50 میلی گرم در لیتر نانونقره اختلاف معنیداری با شاهد نداشتند. نانوذرات نقره بر روی ضخامت پوست ساقه اثر افزایشی داشته به گونهای که با افزایش غلظت تیمار، بر ضخامت بافت پارانشیم پوست افزوده شد (جدول2). نانوذرات نقره بر شکل برخی سلولهای پارانشیم پوست اثر نامطلوبی گذاشته و موجب تغییر شکل آنها گردید از طرفی تمایز سلولهای کلانشیمی در مقایسه با شاهد بسیار کاهش یافته است (شکل 2).
شکل 2- برش عرضی ساقه جوان با بزرگنمایی10 و رنگ آمیزی سبز متیل- کارمن زاجی. الف) نمونه شاهد. ب)تیمار 50 میلی گرم بر لیتر نانو ذرات نقره. ج) تیمار 100 میلی گرم بر لیتر نانونقره. د) تیمار 500 میلی گرم بر لیتر نانونقره. ه) تیمار 1000 میلی گرم بر لیتر نانونقره. E: اپیدرم، C: پارانشیم پوست(کرتکس)، PH: بافت آبکش پسین، X: بافت چوب پسین، Co: کلانشیم، P: مغز. Fi : فیبر. فلش نشانهی تغییر شکل برخی سلولهای پارانشیمی است.
با توجه به جدول 2، قطر آوند چوب ساقه تحت تاثیر نانوذرات نقره در سطح احتمال 5% افزایش معنیدار پیدا کرد اما غلظتهای پایین نانونقره اثر معنیداری را در این صفت نشان ندادند. همچنین افزایش تمایز فیبر در بافت گزیلمی در غلظتهای 500 و 1000 میلی گرم بر لیتر نانونقره مشاهده شد.
ساختار تشریحی ریشه: با توجه به بررسی آماری دادهها، تیمارهای مختلف نانوذرات نقره در غلظتهای پایین اثر معنیدار را بر قطر ریشه نسبت به شاهد نشان نداد. همچنین جدول 3 نشان میدهد که کمترین قطر آوند چوب ریشه در گیاه شاهد و بیشترین قطر آوند چوب را در ریشهی تیمار 1000 میلی گرم در لیتر نانونقره نشان میدهد.
اثر نانو ذرات نقره بر روی ضخامت پوست ریشه در سطح احتمال 5% افزایش معنیدار نسبت به شاهد نشان داد. در تیمار 1000 میلی گرم در لیتر نانو ذرات نقره بیشترین ضخامت پارانشیم پوست و نمونه های شاهد کمترین ضخامت پوست ریشه مشاهده شد(شکل 3). همچنین تیمارهای مختلف بر ضخامت منطقه آوندی ریشه اثر افزایشی معنیدار و متغیّر نسبت به شاهد دارد (جدول3). با توجه به شکل 4، برخی از آوندهای چوب ریشه تحت تاثیر نانوذرات نقره با تغیر شکل دیده شده و شکل طبیعی خود را از دست دادند.
شکل 3- برش عرضی ریشه کنجد با بزرگنمایی10 و رنگ آمیزی سبز متیل- کارمن زاجی. الف) نمونه شاهد. ب) تیمار 50 میلی گرم بر لیتر نانونقره. ج) تیمار 100 میلی گرم بر لیتر نانونقره. د) تیمار 500 میلی گرم بر لیتر نانونقره. ه) تیمار 1000 میلی گرم بر لیتر نانونقره. Pr: پریدرم، C: پوست (کرتکس)، PH: بافت آبکش پسین، X: بافت گزیلم پسین.
جدول3- جدول مقایسه میانگین صفات مورد بررسی ساختار تشریحی ریشه.
غلظت نانونقره (میلی گرم بر لیتر) |
قطر ریشه (میکرومتر) |
ضخامت منطقه آوندی (میکرومتر) |
ضخامت منطقه پوست (میکرومتر) |
قطر آوند چوب (میکرومتر) |
0 |
b 3209 |
b2605 |
b 124 |
b 46.3 |
50 |
b 3213 |
b2617 |
b 131 |
b 47.2 |
100 |
b 3218 |
a2813 |
a148 |
a55.4 |
500 |
a3321 |
a2824 |
a152 |
a57.6 |
1000 |
a3328 |
a 2831 |
a160 |
a68.2 |
میانگینهای دارای حروف مشترک در هر ستون مطابق آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد اختلاف.
شکل 4- آوند چوب پسین ریشه کنجد با بزرگنمایی100 و رنگ آمیزی آبی متیل- کارمن زاجی. الف) گیاه شاهد. ب) تیمار 50 میلی گرم بر لیتر نانونقره. ج) تیمار 100 میلی گرم بر لیتر نانونقره. د) تیمار 500 میلی گرم بر لیتر نانونقره. ه) تیمار 1000 میلی گرم بر لیتر نانونقره. X: چوب پسین. فلش نشانهی نافرم شدن برخی سلولهای بافت گزیلم است.
ساختار تشریحی برگ: با توجه به مقایسه میانگین دادهها در جدول 4، نانوذرات نقره بر روی قطر رگبرگ اصلی برگ اثر افزایشی نسبت به شاهد نشان میدهند. همچنین ضخامت منطقه آوندی رگبرگ اصلی با افزایش غلظت تیمارها، افزایش یافت (جدول 4). با توجه به شکل5، برخی سلولهای پارانشیم پوست شکل خود را از دست داده و نافرم شدند.
ساختار مریستم رأس ریشه: در برش طولی مریستم رأس ریشه حاصل از جوانه زدن دانه گیاهان شاهد و تحت تیمار، ناحیه کلاهک ریشه (Rc) در انتها مشاهده میشود (شکل 6). در بالای کلاهک، ناحیه کالیپتروژن (C) قرار گرفته است. منطقه فعال و مریستم زمینه (Gm) با تقسیمات خود، لایههای پارانشیم پوست و بخشهای مختلف استوانه آوندی را میسازد.
جدول 4- جدول مقایسه میانگین صفات مورد بررسی ساختار تشریحی برگ.
غلظت نانونقره (میلی گرم بر لیتر) |
قطر رگبرگ اصلی (میکرومتر) |
ضخامت منطقه آوندی رگبرگ اصلی (میکرومتر) |
ضخامت آوند چوب رگبرگ اصلی (میکرومتر) |
0 |
b 610 |
b 103 |
b 52 |
50 |
b 622 |
b 115 |
b 56 |
100 |
a 742 |
a 134 |
a76 |
500 |
a 752 |
a 142 |
a80 |
1000 |
a 761 |
a153 |
a84 |
میانگینهای دارای حروف مشترک در هر ستون مطابق آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح احتمال 5 درصد اختلاف.
شکل 5- برش عرضی برگ در محل رگبرگ اصلی با بزرگنمایی10 و رنگ آمیزی سبز متیل- کارمن زاجی. الف) نمونه شاهد. ب) تیمار50 میلی گرم بر لیتر نانو نقره. ج) تیمار 100 میلی گرم بر لیتر نانو نقره . د) تیمار 500 میلی گرم بر لیتر نانو نقره. ه) تیمار 1000 میلی گرم بر لیتر نانو نقره. C: پارانشیم پوست (کرتکس)، PH: بافت آبکش پسین، X: بافت چوب پسین ، Tr:کرک.
گیاهان شاهد و تحت تیمار نانوذرات نقره تفاوت قابل ملاحظهای در شدت رنگ پذیری نشان دادند و با توجه به شکل 6 در گیاهان تحت تاثیر تیمار با غلظت بالای نانوذرات نقره در مقایسه با شاهد رنگ پذیری سلولها کمتر شده که این امر نشان دهندهی کاهش تقسیم سلولی در این ناحیه بوده و با نتایج حاصل از جوانه زنی مطابقت دارد. تحت تاثیر تیمار 1000 میلی گرم بر لیتر، اندازه RAM ( مریستم رأس ریشه) بطور مشخصی کاهش یافته است.
شکل 6- برش طولی مریستم رأس ریشه، بزرگ نمایی 100 اشکال ب و ج ،رنگ آمیزی ائوزین- هماتوکسیلین. الف) بذر های جوانه زده، منطقه تهیه برش ب) برش طولی مریستم رأس ریشه شاهد. ج) برش طولی مریستم رأس ریشه تحت تاثیر 1000میلی گرم در لیتر نانونقره. Rc:کلاهک ریشه، C:کالیپتروژن، Gm:مریستم زمینهای.
بحث
یکی از اثرات تنش های محیطی و غیر محیطی، اختلال در چرخه حیات و فعال شدن تعدادی از واکنش های بیوشیمیایی می باشد(3). پاسخ گیاهان به نانوذرات به نوع گیاه، مراحل رشد و غلظت این ذرات بستگی دارد (7). طبق نتایج این مطالعه تمامی ویژگیهای جوانه زنی و رشد گیاهچه تحت تاثیر غلظت بالای نانوذرات نقره کاهش قابل ملاحظهای نشان داد. اثرات سمی فلزات سنگین بر فاکتورهای رشد در گیاه گوجه فرنگی نیز گزارش شده است که براساس این نتایج، افزایش غلظت فلزات سنگین در خاک موجب تغییر در صفات جوانه زنی میشود (14). همچنین بازدارندگی جوانه زنی ازجمله اثرات شناخته شده فلزات سنگین به شمار میرود. سمیت نانوذرات بستگی به محتوی شیمیایی، اندازه ذرات، ساختار و سطح تماس آنها دارد (11). اثرات سمی نانوذرات ممکن است به دو طریق رخ دهد: 1. سمیت شیمیایی 2. تنشی که ناشی از سطح تماس گیاهان با این ذرات حاصل میشود (6). Ahmad و همکاران (2012) اظهار داشتند که تنش فلزات سنگین موجب مهار رشد ریشه و ساقه گندم شده و همچنین اثرات این تنش بر ریشه بیشتر از اندامهای هوایی بوده است. این نتایج نشان میدهد که طول ریشه و ساقه یکی از شاخصهای مناسب جهت تعیین سمیت فلزات میباشد. احتمالا رشد گیاهچه تحت تنش فلزات و برهمکنش آنها با واکنشهای بیوشیمیایی درون گیاه موجب تخریب متابولیسم گیاه میشوند (4).
پاسخ گیاهان نسبت به توزیع نقره در گونههای مختلف، متفاوت است. در اکثر گیاهان با تنش نانونقره، طول ریشهها کاهش یافت (5).از طرفی فلزات سنگین تمایز زودرس و چوبی شدن دیواره سلول های واقع در منطقه رشد طولی ریشه را تحریک نموده و از رشد آن ممانعت مینماید (2). نتایج نشان داد که رشد ریشه و ساقه نسبت به نانونقره حساس بوده اما در برخی گیاهان ممکن است اثر منفی بر رشد ریشه بیشتر از ساقه باشد (26) که نتایج این تحقیق با یافتههای گذشته همسویی دارد. به نظر میرسد اثر متقابل نانونقره و گیاهان موجب آزاد شدن نقره از این ذرات میشود یا به عبارتی نانونقرهی دریافتی توسط گیاه، منبعی را فراهم میکند که نقره و سلولهای گیاهی برهمکنش داشته باشند و موجب افزایش سمیت نانونقره شود (29). نانوذرات با عبور از دیواره سلولی و لایه اپیدرم ریشه به درون گیاه نفوذ کرده و به ساقه و برگ راه پیدا میکنند (10).
بررسیها نشان داد که با افزایش غلظت فلزات سنگین، وزن تر گیاهچه به تدریج رو به کاهش رفته که پژوهشگران این علت را احتمالا کاهش تقسیم سلولی و کاهش رشد گیاه مطرح کردند(31).
مطالعات نشان داده که تغییرات محیطی می تواند منجر به تغییرات تشریحی در سلول و بافتهای گیاهی شود (15). در گزارشی مشخص شد که غلظتهای سمی فلزات سنگین مانند نیکل سبب افزایش قطر سیستم آوندی ساقه شده که با نتایج پژوهش حاضر مطابقت دارد (23). تغییرات در شکل و اندازه سلولها و تمایز آنها در مراحل اولیه رشد و تکوین گیاه جوان نسبت به گیاه بالغ میتواند به فهم بهتر تاثیر نانوذرات بر گیاه کمک کند (9). در پژوهشی که توسط Mahajan و همکاران(2011) صورت گرفت، در غلظت بالای نانوذرات اکسید روی آشفتگی در بافتهای ریشه لوبیا مشاهده شد. همچنین منجر به گسترش سیستم واکوئلی در سلولهای پارانشیم پوست و فشرده شدن استوانه آوندی شد. از طرفی نانو ذرات نقره در غلظت 100 میلی گرم بر لیتر، بر تعداد لایههای پارانشیم برگ تاثیر گذاشته و ضمن افزایش تعداد آنها، موجب تغییر شکل برخی از سلول ها شد(27) که نتایج فوق با یافتههای حاصل از این پژوهش همسویی دارد.
نتایج نشان میدهد تاثیر نانوذرات در مسیر مکانیسم ژنتیکی هورمونهای رشد میتواند در شکل گیری آوندهای آبکش و چوب تاثیرگذار باشد. بنابراین تغییر شکل برخی سلولهای بافت آوند چوب ریشه قابل توجیه خواهد بود (9). همچنین به گفته برخی محققان تاثیر نانو ذرات بر دیواره سلولی موجب تغییر شکل سلول شده است (22).
تحت تاثیر بالاترین غلظت نانوذرات نقره، تغییراتی در مریستم رأس ریشه چون کاهش اندازهی آن و کاهش رنگ پذیری سلولها در این منطقه مشاهده شد. کاهش رنگ پذیری نشان دهندهی کاهش تقسیمات سلولی است. در واقع کاهش اندازه RAM می تواند هم ناشی از کاهش تقسیمات سلولی و هم ناشی از کاهش رشد سلولها در این منطقه باشد. تجمع نانوذرات در رأس ریشه بسیار مهم است چون رأس ریشه حاوی سلولهای بنیادی پوست، آوندی و کلاهک و همچنین سلولهای مریستمی است که برای رشد و تشکیل بافتهای مختلف ریشه نیاز است. سلولهای بنیادی کلاهک یا همان کالیپتروژن برای تشکیل کلوملا یا ستون مرکزی کلاهک بسیار حائز اهمیت هستند. گزارش شده است نانو ذرات نقره به سرعت در رأس ریشه تجمع یافته و از سلولی به سلول دیگر تا کلوملا و کلاهک ریشه انتقال مییابند. در 1تا 2 میلیمتری ابتدای ریشه نانوذرات از طریق فضاهای بین سلولی منتقل شده و بعد از آن از طریق پلاسمودسماتا که قطر آنها تقریبا 50 تا 60 نانومتر است انتقال مییابند (12). در این مطالعه تنها غلظت بالای نانوذرات نقره اثر کاملا مشهودی در مریستم رأس ریشه نشان داد این مطلب را میتوان اینگونه توجیه کرد که برخی نانوذرات در اندازههای بزرگتر از این منافذ بوده و قابلیت نفوذ به این منافذ را ندارند، در نتیجه اثر معنیداری بر سلولهای گیاهی نمیگذارند (8).
نتیجه گیری
به طور کلی نتایج نشان داد که حضور نانو ذرات نقره موجب کاهش درصد جوانه زنی بذر، سرعت جوانه زنی بذر و رشد گیاهچه و همچنین غلظتهای 500 و 1000 میلی گرم در لیتر نانو ذرات نقره موجب تغییرات قابل ملاحظه ای در آناتومی ساقه، ریشه، برگ و نیز مریستم رأس ریشه گردید. اما غلظت 50 میلی گرم در لیتر نانو ذرات نقره را می توان تا حدودی بی ضرر برای رشد گیاه کنجد در نظر گرفت. در کل بر اساس نتایج حاصل میتوان گفت که گیاهچه کنجد به حضور نانوذرات نقره در محیط حساس بوده و نانوذرات نقره به عنوان یک عامل تنش زا موجب تغییرات تشریحی در گیاه جوان کنجد، به شمار میرود. به منظور درک بهتر تاثیر نانوذرات نقره بر روی رشد و نمو گیاه کنجد استفاده از تیمارهای بیشتر با غلظتهای متعدد و مطالعات گسترده تر بر روی مناطق حساس چون مریستم راس ساقه و مریستم زایشی پیشنهاد میگردد.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله از زحمات کلیه افرادی که در انجام پژوهش حاضر در گروه زیست شناسی دانشگاه مازندران نقش داشتند بویژه خانم حسین زاده کارشناس آزمایشگاه های علوم گیاهی تشکر و قدردانی می نماییم.