Document Type : Research Paper
Authors
1 MSc Agricultural Biotechnology Faculty of Agriculture Bu-Ali Sina University Hamedan, Iran
2 Professor Department of Soil Science Faculty of Agriculture Bu-Ali Sina University Hamedan, Iran
Abstract
Heavy metals are harmful to living cells, especially humans, animals, plants and microorganisms. The purpose of this study was evaluate the effect of soil and plant contamination on the abundance of endogenous bacteria or plants endophyte in two contaminated and non- contaminated soils. At the beginning, it was sampled from lead mining soils, the agricultural land around it and also from the aerial parts of the 8 plants grown in the soils mentioned. The concentrations of lead, zinc and cadmium were measured in the soil and leaves of the collected plants and counting of cultivated endogenous bacteria were performed. Investigation of soil and plant contamination showed that the concentration of heavy metals in samples taken from the mine soil is remarkably larger than the soil of agricultural land. The ability of plants to absorb metals was very different and the highest concentration of lead was observed in Mentha pulegium and the lowest was in convolvulus arvensis and the highest zinc concentrations was in Echinops echinatus and the lowest was in Euphorbia seguieriana Neck. The bacterial count showed that the abundance of bacteria in soils and plants grown in uncontaminated soils to heavy metals was low and against them in soils and plants grown in contaminated soils is considerably lower. Among the plants grown in contaminated soils, the average logarithm abundance of the bacteria cultivated on NA were the highest in the Senecio vulgaris and the cultivated bacteria on EMB were the most in the convolvulus arvensis.
Keywords
Main Subjects
بررسی آلودگی خاک و گیاهان به فلزهای سنگین و فراوانی باکتریها و کلیفرمهای درونزی اندامهای هوایی گیاهان معدن آهنگران ملایر، همدان
وحید ربانی1، اصغر میرزائی اصل1* و علیاکبر صفری سنجانی2
1 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده کشاورزی، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی
2 ایران، همدان، دانشگاه بوعلی سینا، دانشکده کشاورزی، گروه علوم خاک
تاریخ دریافت: 17/5/97 تاریخ پذیرش: 25/10/97
چکیده
فلزهای سنگین برای جانداران، بهویژه انسان، جانوران، گیاهان و ریز جانداران زیانآور میباشند. هدف از این پژوهش ارزیابی پیامد آلودگی خاک و گیاه، بر فراوانی باکتریهای درونزی یا اندوفیت گیاهان در دو جایگاه آلوده و ناآلوده بود. در آغاز از خاکهای معدن سرب و زمینهای کشاورزی پیرامون آن و همچنین از اندامهای هوایی 8 گیاه رشد یافته در خاکهای یادشده نمونهبرداری شد. غلظت سرب، روی و کادمیوم در خاک و برگ گیاهان گردآوری شده اندازهگیری و شمارش باکتریهای درونزی کشت پذیر انجام شد. نتایج نشان داد که غلظت فلزهای سنگین در نمونههای برداشتشده از خاک معدن بهاندازه چشمگیری بیش از خاک زمین کشاورزی بود. توان گیاهان در جذب فلزها بسیار ناهمانند بود و غلظت سرب به ترتیب در گیاهان پونه بالاترین و پیچک پایینترین و غلظت روی در گیاهان شکرتیغال بالاترین و فرفیون پایینترین اندازه بود. شمارش باکتریها نشان داد که فراوانی باکتریها در خاکها و گیاهان رشد یافته در خاکهای ناآلوده به فلزهای سنگین کم و در برابر آنها در خاکها و گیاهان رشد یافته در خاکهای آلوده بهاندازه چشمگیری کمتر است. در میان گیاهان رشد یافته در خاکهای آلوده میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها کشتپذیر بر NA در گیاه زلف پیر بیشترین و باکتریهای کشت پذیر بر EMB در گیاه پیچک بیشترین بود. رویهمرفته این پژوهش نشان داد که فراوانی و گوناگونی باکتریهای درونزی بسیار وابسته به خاک و نیز گونه گیاهی بود و این یافتهها در برنامهریزی و شناخت رفتار باکتریها در بوم سازهها بسیار سودمند میتواند باشد.
واژههای کلیدی: آلودگی خاک، باکتریهای درونزی، کشتگاه، گیاه پونه
* نویسنده مسئول، تلفن: 09125800769، پست الکترونیکی: a.mirzaie@basu.ac.ir
مقدمه
فلزهای سنگین از گروه آلایندههای زیستگاهها هستند که در همه شهرهای صنعتی یافت میشوند (24). واژهی فلزهای سنگین به فلزها و شبهفلزهایی که دارای چگالی بیش از 5 گرم بر سانتیمتر مکعب هستند، گفته میشود. سرب (Pb)، نیکل (Ni)، کادمیوم (Cd)، مس(Cu)، روی(Zn)، مولیبدن (Mo)، منگنز(Mn)، آهن(Fe)، آرسنیک (As)، نقره(Ag)، کروم(Cr)، جیوه(Hg)، منیزیم(Mg) و کبالت (Co) از گروه این فلزها میباشند (7).
آلودگی به فلزهای سنگین یک دشواری ویژه در ویرانی زیستگاههای خاک میباشد که مایه کاهش فراوانی و گوناگونی باکتریها در خاک و آلودگی گیاهان میگردد و بنوبه خود برای بهداشت مردم و جانوران آسیبزا میباشد. بالا بودن اندازه فلزهای سنگین و فلز مانندها در خاکها میتوانند خودزاد (Autogenic) و وابسته به هوا دیدگی سنگهای مادری باشد، از سوی دیگر انباشتگی آنها در بسیاری از خاکهای آلوده میتواند مردمزاد (Anthropogenic or man-made) و وابسته به کارهایی مانند کانساربرداری (زبالههای معدن) باشد (31). پسماندههای کانسار برداری دارای اندازه بسیار بالایی از فلزهای سنگین (نیکل، کادمیوم، سرب، مس و روی) هستند که مایه آلودگی خاک، آبهای روزمینی و زیرزمینی به فلزهای سنگین میشود (29).
بررسیهای گوناگون نشان داده است که آسیبزایی خاکهای آلوده کانسارها میتواند با فرا سنجههای گوناگونی سنجیده و ارزیابی شود (12) و فلزهای سنگین از راههای گوناگون میتواند به مردم رسیده و بیماری پدید آورد (17). رویهمرفته پسماندهای کانی دارای ویژگیهای ژئوشیمیایی میباشد که از پاگیری و رشد گیاهان جلوگیری میکند. ولی برخی از گونههای گیاهی بردبار به غلظتهای بالایی از فلزهای سنگین و فلز مانندها در کانسارها یافت شدهاند. ریز جانداران همزیست بیرونی و درونی با این گیاهان میتواند توان این گیاهان را برای زندگی در خاکها و زیستگاههای آلوده افزایش دهند (23و 27). در پژوهشها نشان دادهشده است که آلودگی فلزهای سنگین و فلز مانندها مایه کاهش گوناگونی زیستی گیاهان و جانوران در زیستگاههای گوناگون میشود. آلودگی خاک به اندازههای بالای فلزهای سنگین مایه پیدایش گزینش (فشار گزینش) در جامعه ریز جانداران میشود که در پی آن مایه پاگیری جمعیتهای ریز جانداران پایدار به فلزهای سنگین به همراه کاهش گوناگونی آنها در برابر زیستگاههای ناآلوده میشود. کاهش گوناگونی همراه با کاهش در شمار باکتری، بیومس، دگرگونی در ساختار مورفولوژیکی و کاهش فعالیتهای ریزجانداران و فرایندهای خاک مانند نیتریفیکاسیون، دنیتریفیکاسیون و تجزیه مواد آلی میباشد (9، 16و 44). پیامد بد خاکهای آلوده به فلزهای سنگین بر باکتریهای درونزی جداشده از گیاهان در چندین گزارش آورده شده است (8، 19، 36، 37 و 47). به هرگونه پیامد آلودگی خاک و گیاه به فلزهای سنگین بر فراوانی و زندگی ریز جانداران درونزی بهخوبی شناخته نشده است. پیشازاین، گزارششده است که زندگی و فراوانی ریز جانداران همزیست گیاهان، مانند باکتریهای درونزی هم وابسته به ویژگیهای زیستگاه و هم گونههای گیاهی بررسی شده است (13و 47) بنابراین، دراین پژوهش گمان شد که فلزهای سنگین و آلودگی سرب در خاک بر گیاهان و برهمکنش آنها با ریز جانداران درونزی پیامد چشمگیری میتواند داشته باشد.
ازآنجاییکه گیاهان بردبار به فلزهای سنگین و ریز جانداران همزیست آنها در گیاهبهسازی خاکها و آبهای آلوده جایگاه ویژهای دارند (46) بررسی بومشناسی (اکولوژی) ریز جانداران وابسته به گیاه برای شناخت برهمکنشهای میان ریز جانداران، گیاهان و زیستگاه آنها بسیار سودمند میتواند باشد. بر پایه آنچه در پژوهشهای پیشین دیده و گزارششده است و نبود آگاهیهای بسنده درباره باکتریهای درونزی گیاه (اندوفیت) این پژوهش با نمونهبرداری از خاک و گیاهان بومی رشد یافته در کانسارها و همچنین با نمونهبرداری از گیاهان همانند آنها در زمینهای کشاورزی پیرامون معدن سرب و روی آهنگران، برای ارزیابی پیامد آلودگی برهمکنش میان باکتریهای درونزی، گیاه همزیست و آلودگی خاک و گیاه انجام شد. دراین بررسی فراوانی باکتریهای درونزی گیاه از 8 گونه گیاهی رشد یافته در معدن سرب (جایگاه آلوده) و باکتریهای درونزی همان 8 گونه گیاهی رشد یافته در زمینهای کشاورزی (جایگاه ناآلوده) بررسی شد. همچنین پیوند میان فراوانی باکتری درون گیاه، آلودگی خاک، گونه گیاه و آلودگی آن بررسی شد.
مواد و روشها
این پژوهش بر روی گیاهان علفی رشد کرده در معدن سرب و روی آهنگران و زمینهای کشاورزی پیرامون آن انجام شد. این معدن در بازه جغرافیایی 48 درجه، 59 دقیقه و 35 ثانیه خاوری و 8 درجه، 11 دقیقه و 34 ثانیه شمالی است که پهنه آن نزدیک 25/29 کیلومترمربع میباشد. معدن سرب و روی آهنگران در 78 کیلومتری شمال باختری شهرستان اراک و 26 کیلومتری جنوب خاوری شهرستان ملایر در استان همدان است.
برای انجام این پژوهش از اندام هوایی (برگ) 8 گونه گیاه علفی رشد یافته در معدن سرب و روی آهنگران شامل پیچک صحرایی (convolvulus arvensis)، فرفیون صحرایی (Euphorbia seguieriana Neck)، شقایق (Papaver rhoeas)، پونه (Mentha pulegium)، گل قاصد (Taraxacum officirale)، شکرتیغال (Echinops echinatus)، ازمک (Lepidium draba L)، زلف پیر (Senecio vulgaris) و 8 نمونه از اندام هوایی و برگ همان گیاهان در زمینهای کشاورزی پیرامون معدن با قیچی باغبانی گندزدایی شده در 3 تکرار از رویه خاک جداشده و درون یک کیسه سترون گذاشته شدند و پس از یادداشت ویژگیها در دفترچه بیدرنگ به آزمایشگاه بیوتکنولوژی دانشگاه بوعلی سینا همدان رسانده شدند. شناسایی گونهها با بهرهگیری از کتاب فلور ایران انجام شد (2).
برای نمونهبرداری از خاک، ژرفای صفر تا 20 سانتیمتر خاک گزینش شد، از هر منطقه سه نمونه (که هر نمونه مرکب از سه نمونه بود) به روش تصادفی برداشت شد. نمونههای خاک پس از برداشت، هواخشک شده و از الک 2 میلیمتری گذر داده و برای سنجشهای شیمیایی در دمای آزمایشگاه نگهداری شدند.
اسیدیته خاک با نسبت 1 به 5 خاک به آب و بوسیله دستگاه pH (43) رسانندگی الکتریکی خاک (Electrical Conductivity) با نسبت 1 به 5 خاک (30) کربنات کلسیم معادل به روش تیتراسیون برگشتی با NaOH (38) ماده آلی به روش والکی– بلک (32) و بافت خاک به روش هیدرومتر (10) اندازهگیری شد.
برای اندازهگیری غلظت کل عناصر سنگین خاک از روش گوارش اسیدی (40) و غلظت فراهم عناصر سنگین با بهرهگیری از روش دی اتیلنتری امین پنتااستیک اسید (DTPA) عصارهگیری شد (25). غلظت فلزها در عصارههای خاک به کمک دستگاه جذب اتمی مدل واریان 220 اندازهگیری شد.
برای آنالیز نمونههای گیاه، نمونهها در درون پاکت گذاشته و برای ثابت شدن وزن خشک در درون آون در دمای 72 درجه برای 48 ساعت گذاشته شدند. پس از خشک شدن، نمونهها آسیاب شدند. از نمونههای آسیاب شده بهاندازه 2/0 گرم وزن شده و به آن 4 میلیلیتر اسید نیتریک غلیظ افزوده شد. نمونهها برای 60 دقیقه در گرمابه در دمای 65 درجه سانتیگراد گذاشته شد. پسازاین زمان دما را افزایش داده تا به 100 درجه سانتیگراد برسد و در این دما نمونهها برای 90 دقیقه گرما داده شدند. پس از سرد شدن نمونهها تا دمای آزمایشگاه، 2/0 میلیلیتر آباکسیژنه 37 درصد به نمونهها افزوده شد و برای کامل شدن واکنش نمونهها برای 30 دقیقه رها شدند، پس از پالایش عصاره، حجم پایانی آن به 25 میلیلیتر رسانده شد (11). غلظت فلزها در عصاره گیاهان به کمک دستگاه جذب اتمی مدل واریان 220 اندازهگیری شد.
برای شمارش باکتریهای خاک، از هر نمونه خاک یک گرم برداشت شد و در 99 میلیلیتر از پیرو فسفات سدیم (18/0 درصد) برای 20 دقیقه تکان داده شد تا باکتریها از خاک جداشده و به سوسپانسیون درآید. از این رقت (2-10) سری رقتهای گوناگون در آب مقطر سترون ساختهشده و برای کشت آماده شد. سپس حجم 100 میکرولیتر از رقت دلخواه (4-10) سوسپانسیونهای آمادهشده برداشته و روی کشتگاههای نوترینت آگار (Nutrient agar) و ائوزینمتیلنبلو آگار (Eosin methylene blue agar) ریخته شد و به گونه چمنی با پیپت پاستور روی رویه کشتگاه پخش گردید (5).
برای بررسی درونزیهای برگ گیاه نیاز است که رویه هر برگ گندزدایی شود، برای این کار در آغاز برگهای جداشده از گیاه زیرآب شسته شد و سپس برگها دو بار در آب مقطر سترون شسته شدند و سپس رویه آنها با اتانول 96 درصد برای 30 ثانیه گندزدایی گردید. پسازآن هر نمونه چند بار پیدرپی در آب مقطر سترون شسته شده تا بدون ماده گندزدایی کننده (الکل) شود. سپس در هاون سترون یک گرم از نمونه ساییده شد و در 9 میلیلیتر از پیرو فسفات سدیم (18/0 درصد) سوسپانسیون شد (41). فراوانی همه باکتریها در دو کشتگاه نوترینت آگار (NA) و در کشتگاه ائوزینمتیلنبلو آگار (EMB) سه روز پس از مایهزنی و گذاشتن در گرمخانه (انکوباتور) در دمای 28 درجه سلسیوس شمارش شدند. پرگنههای پدید آمده از کشت هر نمونه شمارش شد و لگاریتم فراوانی یگانهای سازنده پرگنه (Colony forming units) در یگان وزن هر نمونه (Log CFU gr) برآورد شد و دادههای آن آزمون آماری گردید. پراکنش دادههای بهدستآمده از شمارش نرمال نبود و برای دگردیسی دادهها و نرمالسازی آنها، لگاریتم فراوانی ریز جانداران شمارششده، برآورد شد و گزارش گردید (5).
هریک از دادههای بدستآمده از اندازهگیری فلزهای سنگین کادمیوم، روی و سرب در گیاه و همچنین دادههای بدستآمده از شمارش باکتریها به گونه جداگانه در طرح آماری کرتهای خردشده با سه تکرار انجام شدند و آزمون میانگینهای جذب فلز با روش دانکن و نرمافزار 9.4 SAS انجام گرفت. دراین آزمایشها کرت اصلی جایگاه نمونهبرداری بود که اندازه فلزها و یا شمار باکتریها در دو جایگاه آلوده و ناآلوده آزمایش شد و کرت فرعی گونه گیاهی بود. پراکنش دادههای بهدستآمده از اندازهگیری غلظت فلزها و شمار باکتریها در گیاه نرمال نبود که برای دگردیسی دادهها و نرمال کردن آنها از نرمافزار SPSS20 و آزمون شاپیرویلک استفاده گردید و لگاریتم دادههای بدستآمده بکار رفت.
نتایج
ارزیابی ویژگیهای خاک: بررسی خاک زمینهای کشاورزی و معدن نشان داد که pH و ECدر خاک زمینهای معدن به گونه چشمگیری بالاتر از خاکهای زمینهای کشاورزی بود و در هر دو جایگاه pH در بازه قلیایی و EC آنها در بازه خاکها ناشور است (جدول1). بافت خاک در زمینهای معدن، لومی و خاک زمینهای کشاورزی بافت لومی رسی دارد. خاکهای زمین کشاورزی به گونه چشمگیری دارای کربن آلی بالاتری در برابر خاک معدن سرب و روی بود. همچنین اندازه کربنات کلسیم معادل در خاک کشاورزی به گونه چشمگیری بیشتر از معدن بود (جدول 1).
عناصر سنگین خاک: بررسی اندازههای غلظت کل و فراهم عناصر سنگین در خاک نشان داد که اندازههای فلزهای کادمیوم، سرب و روی در جایگاه نمونهبرداری معدن به گونه چشمگیری بیشتر از جایگاه نمونهبرداری زمینهای کشاورزی میباشد و اندازه میانگین کل و فراهم فلزها برای سه عنصر به ترتیب کامیوم< روی< سرب میباشد (جدول1). میانگین غلظت فلزهای سنگین (کادمیوم، روی و سرب) در خاکهای گردآوریشده از دو جایگاه آلوده و ناآلوده در جدول 1 نشان دادهشده است و میانگین کل غلظت فلزهای سنگین در دو جایگاه با استاندارد گزارششده از سوی کیفیت منابع خاک ایران (جدول 2) سنجیده شد (1).
باکتری خاک: میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در هر دو کشتگاه EMB و NA در جایگاه معدن کمتر از زمین کشاورزی میباشد (جدول 1) که میتوان آن را وابسته به اندازههای بالاتر غلظت فلزهای سنگین و کمی مواد آلی در خاکهای معدن در برابر خاکهای کشاورزی دانست.
جدول 1- برخی ویژگیهای فیزیکو شیمیایی خاکهای بررسیشده
معدن سرب و روی (جایگاه آلوده) |
زمین کشاورزی (جایگاه ناآلوده) |
|
||
اشتباه معیار |
میانگین |
اشتباه معیار |
میانگین |
ویژگی |
763/1 |
66/28 |
403/2 |
33/23 |
درصد رس |
807/4 |
33/45 |
765/6 |
66/44 |
درصد سیلت |
033/5 |
00/26 |
165/9 |
00/32 |
درصد شن |
|
لومی |
|
لوم رسی |
بافت |
033/0 |
733/7 |
086/0 |
696/7 |
پ-اچ |
333/0 |
666/15 |
666/0 |
33/14 |
رسانندگی الکتریکی (dS.m-1) |
251/3 |
90/8 |
327/1 |
47/20 |
درصد کربن آلی |
083/3 |
91/13 |
232/3 |
66/23 |
درصد کربنات کلسیم معادل |
299/0 |
0125/2 |
268/0 |
94/1 |
کادمیوم کل |
022/0 |
084/0 |
018/0 |
05/0 |
کادمیوم فراهم |
651/46 |
75/162 |
446/24 |
35/159 |
روی کل |
675/9 |
93/12 |
718/0 |
26/2 |
روی فراهم |
781/34 |
62/280 |
217/38 |
37/214 |
سرب کل |
510/22 |
48/35 |
120/1 |
50/4 |
سرب فراهم |
066/0 |
114/6 |
012/0 |
718/6 |
میانگین لگاریتم فراوانی باکتریهای کشت پذیر بر NA |
173/0 |
301/5 |
041/0 |
819/5 |
میانگین لگاریتم فراوانی باکتریهای کشت پذیر بر EMB |
جدول 2 – غلظت استاندارد فلزهای سرب، روی کادمیوم در خاکهای با پی-اچ بالاتر از 7 ایران (میلیگرم بر کیلوگرم)
جنگل و چراگاه |
کشاورزی |
پارک سبز |
تجاری |
مسکونی |
فلز |
8 |
5 |
8 |
8 |
2 |
کادمیوم |
500 |
500 |
500 |
5000 |
500 |
روی |
290 |
75 |
290 |
700 |
80 |
سرب |
برگرفته از استاندارد کیفیت منابع خاک و راهنماهای آن (1)
ارزیابی درجه آلودگی گیاهان گردآوریشده به فلزهای کادمیوم، روی و سرب: میانگین غلظت فلزها در اندامهای هوایی گیاهان برداشتشده از هر جایگاه در جدول 3 آورده شده است. رویهمرفته میانگین کل غلظت کادمیوم برای گیاهان گردآوریشده در جایگاه معدن کمتر از زمین کشاورزی میباشد هرچند این تفاوت از دیدگاه آماری چشمگیر نمیباشد (جداول 3و 5). میانگین غلظت کل روی و سرب برای گیاهان گردآوریشده از جایگاه معدن بیشتر از زمین کشاورزی میباشد یادآوری میشود که این تفاوت از دیدگاه آماری چشمگیر نمیباشد (جداول 3و 5).
میانگین غلظت فلزهای سنگین (کادمیوم، روی و سرب) در گیاهان گردآوریشده از دو جایگاه آلوده و ناآلوده که در جدول 3 گزارششده است، با غلظتهای استاندارد گزارششده از سوی کاباتا-پندایس (21)، سنجیده و ارزیابی شد (جدول 4) تا آلودگی گیاهان به فلزهای یادشده نمایانتر شود. میانگین کل غلظت فلز کادمیوم در گیاهان گردآوریشده در هر دو زمین کشاورزی و معدن از اندازههای نرمال این فلز برای گیاهان بیشتر بود و در بازه اندازههای زهری این فلز برای گیاهان است. میانگین کل غلظت فلز روی و سرب نیز در گیاهان گردآوریشده در هر دو زمین کشاورزی و معدن از اندازههای نرمال و زهری این فلز برای گیاهان بسیار بالاتر میباشد (جداول 3و 4).
جدول 3 - میانگین اندازه کادمیوم، روی و سرب انباشتهشده در برگ گیاهان گردآوریشده از دو جایگاه آلوده و ناآلوده (میلیگرم بر کیلوگرم)
جایگاه زمین زراعی (ناآلوده) |
جایگاه معدن سرب (آلوده) |
|
|
||||
Cd |
Zn |
Pb |
Cd |
Zn |
Pb |
نام فارسی |
گونه |
08/12 |
25/466 |
91/697 |
16/11 |
54/713 |
08/802 |
پیچک |
convolvulus arvensis |
83/13 |
08/622 |
08/927 |
87/12 |
75/768 |
5/1062 |
شکر تیغال |
Echinops echinatus |
54/12 |
5/682 |
16/1104 |
75/13 |
02/558 |
91/1197 |
گل قاصد |
Taraxacum officirale |
5/13 |
06/394 |
16/1104 |
62/11 |
10/350 |
25/1406 |
ازمک |
Lepidium draba L |
87/12 |
79/324 |
58/1114 |
79/12 |
41/365 |
83/1145 |
زلف پیر |
Senecio vulgaris |
5/12 |
06/269 |
1375 |
29/13 |
60/472 |
41/1385 |
شقابق |
Papaver rhoeas |
70/12 |
97/326 |
25/1156 |
62/12 |
89/324 |
08/1427 |
فرفیون |
Euphorbia seguieriana Neck |
41/13 |
18/697 |
91/1947 |
16/14 |
72/535 |
25/2031 |
پونه |
Mentha pulegium |
جدول 4- مرزهای غلظت عناصر کادمیوم، روی و سرب در بافت برگ بالغ گونههای گیاهی (میلیگرم بر کیلوگرم)
مرز بردباری گیاهان کشاورزی |
غلظت زهری |
غلظت نرمال |
عنصر |
5/0 – 05/0 |
30 – 5 |
2/0 - 05/0 |
Cd |
100 – 50 |
400 – 100 |
150 – 27 |
Zn |
10 - 5/0 |
300 – 30 |
10 – 5 |
Pb |
برگرفته از کاباتا-پندایس (21)
آزمون آماری دادههای اندازهگیری فلزها: نتایج تجزیه واریانس پیامد تیمارهای جایگاه نمونهبرداری و گونه گیاه بر اندازه سه فلز کادمیوم، روی و سرب در اندامهای هوایی گیاهان نشان داد که تنها پیامد گونه گیاهی بر اندازه جذب دو فلز روی و سرب از دیدگاه آماری چشمگیر است، ولی پیامد جایگاه نمونهبرداری و برهمکنش تیمارها بر اندازه انباشتگی سرب و روی در گیاه چشمگیر نبود. همچنین پیامد هیچکدام از تیمارها بر اندازه انباشتگی کادمیوم چشمگیر نبود (جدول5).
جدول 5- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) پیامد تیمارها بر اندازه انباشتگی سه فلز کادمیوم، روی و سرب
سرب |
روی |
کادمیوم |
درجه آزادی |
منبع دگرگونی |
ns0250/0 |
ns251/0 |
ns0064/0 |
2 |
بلوک |
0362/0 ns |
0154/0 ns |
00027/0 ns |
1 |
جایگاه نمونهبرداری |
013/0 ns |
0008/0 ns |
0039/0 ns |
2 |
خطای اول |
0941/0 * |
1077/0 * |
0027/0 ns |
7 |
گونه گیاه |
0026/0 ns |
0217/0 ns |
0016/0 ns |
7 |
جایگاه *گونه |
0155/0 |
0186/0 |
002/0 |
28 |
خطا |
125/4 |
144/5 |
172/4 |
|
ضریب تغییرات |
*پیامد چشمگیر در پایه 05/0 ،ns نبود پیامد چشمگیر
آزمون میانگین جذب روی در گیاهان نشان داد که غلظت روی در گونههای گیاهی پیچک، شکرتیغال، گل قاصد و پونه در برابر آن در گیاهان دیگر بسیار بالا است. اندازه آن دراین چهار گونه گیاهی با گونههای زلف پیر، شقایق و فرفیون ناهمانندی چشمگیری داشت و جذب روی در گونه ازمک از دیدگاه آماری میانه بود، بهگونهای که بیشترین اندازه روی در گونه گیاهی شکرتیغال (42/695 میلیگرم بر کیلوگرم) و کمترین اندازه روی (94/325 میلیگرم بر کیلوگرم) در گونه گیاهی فرفیون به دست آمد (جدول 6).
آزمون میانگین جذب سرب در همه گونههای گیاهی (جدول 6) نشان داد که پونه بالاترین اندازه سرب (6/1989 میلیگرم بر کیلوگرم) را دارا میباشد و کمترین اندازه سرب (750 میلیگرم بر کیلوگرم) را گیاه پیچک دارا میباشد و دیگر گیاهان گرداوری شده میانه آن دو گیاه هستند (جدول 6).
جدول 6- آزمون میانگین جذب روی و سرب در گونههای گیاهی گوناگون (میلیگرم بر کیلوگرم)
گونه |
نام فارسی |
میانگین جذب سرب ± اشتباه معیار |
میانگین جذب روی ±اشتباه معیار |
convolvulus arvensis |
پیچک |
750 c ± 448/109 |
90/589 abc ± 701/132 |
Echinops echinatus |
شکر تیغال |
8/994 bc ± 252/126 |
42/695 a ± 882/120 |
Taraxacum officirale |
گل قاصد |
1151 bc ± 642/245 |
26/620 ab ± 026/77 |
Lepidium draba L |
ازمک |
2/1255 ab ± 367/201 |
08/372 bc ± 587/49 |
Senecio vulgaris |
زلف پیر |
2/1130 bc ± 046/208 |
10/345 c ± 100/20 |
Papaver rhoeas |
شقایق |
2/1380 ab ± 026/54 |
83/370 c ± 928/122 |
Euphorbia seguieriana Neck |
فرفیون |
7/1291 ab ± 798/158 |
94/325 c ± 522/16 |
Mentha pulegium |
پونه |
6/1989 a ± 486/178 |
46/616 abc ± 383/150 |
بررسی فراوانی باکتریهای درونزی گیاهان گردآوریشده از جایگاه آلوده و ناآلوده: نتایج تجزیه واریانس پیامد تیمارها بر لگاریتم فراوانی باکتریهای درونزی در دو کشتگاه NA و EMB نشان داد که برهمکنش جایگاه نمونهبرداری در گونه گیاهی در هر دو کشتگاه NA و EMB در پایه آماری 05/0 چشمگیر نمیباشد ولی پیامدهای اصلی جایگاه نمونهبرداری و گونه گیاهی بر فراوانی باکتریها در هر دو کشتگاه NA و EMB در پایه آماری 05/0 چشمگیر است (جدول 7).
جدول 7 - تجزیه واریانس (میانگین مربعات) پیامد تیمارها بر میانگین لگاریتم فروانی باکتریهای اندوفیت در دو کشتگاه NA و EMB
منبع دگرگونی |
درجه آزادی |
میانگین مربعات فراوانی باکتری در کشتگاه EMB |
میانگین مربعات فراوانی باکتری در کشتگاه NA |
بلوک |
2 |
ns495/0 |
ns442/1 |
جایگاه نمونهبرداری |
1 |
166/35 * |
448/60 * |
خطای اول |
2 |
013/0 ns |
212/0 ns |
گونه گیاه |
7 |
744/10 * |
166/8 * |
جایگاه * گونه |
7 |
406/2 ns |
835/1 ns |
خطا |
28 |
215/1 |
616/1 |
ضریب تغییرات(%) |
|
149/41 |
040/39 |
*پیامد چشمگیر در پایه 05/0 ،ns نبود پیامد چشمگیردر پایه 05/0
آزمون میانگین فراوانی باکتریهای کشت پذیر در جایگاههای نمونهبرداریشده: میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در هر گرم برگ خشک گیاه برای کشتگاه EMB برای جایگاه آلوده 87/1 و برای جایگاه ناآلوده 58/3 بود و میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در هر گرم گیاه برای کشتگاه NA برای جایگاه آلوده 876/1 و برای جایگاه ناآلوده 121/4 بود (جدول 8). آشکار است که شمار باکتریهای درونزی کشت پذیر در کشتگاه نوترینت آگار بسیار بیشتر از کلیفرمهای جداشده در کشتگاه ائوزینمتیلنبلو آگار است. از سوی دیگر میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در گونههای گیاهی در کشتگاه EMB و NA در جایگاه ناآلوده بهاندازه چشمگیری بیش از آن در گیاهان برداشت شده از جایگاه آلوده بود (جدول 8).
جدول 8-آزمون میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها درونزی در کشتگاه EMB و NA در جایگاههای آلوده و ناآلوده
جایگاه نمونهبرداری |
اشتباه معیار ± میانگین در کشتگاه EMB |
اشتباه معیار± میانگین در کشتگاه NA |
جایگاه آلوده |
87/1 b ± 958/0 |
876/1 b ± 051/1 |
جایگاه ناآلوده |
58/3 a ± 952/0 |
121/4 a ± 783/0 |
آزمون میانگین فراوانی باکتریهای کشت پذیر در گیاهان نمونهبرداریشده: آزمون میانگین لگاریتم فراوانی همه باکتریها در کشتگاه EMB نشان داد که گیاه پیچک بالاترین فراوانی باکتریها را دارا میباشد و کمترین فراوانی را گیاه فرفیون دارا میباشد و دیگر گیاهان گردآوریشده از دیدگاه آماری میانه هستند (جدول 9). همچنین آزمون میانگین لگاریتم فراوانی همه باکتریها در کشتگاه NA نشان داد که گونه گیاهی زلف پیر بالاترین فراوانی باکتریها را دارا میباشد و کمترین فراوانی را گونه گیاهی فرفیون دارا میباشد و دیگر گیاهان گردآوریشده از دیدگاه آماری میانه هستند (جدول 9).
جدول 9- آزمون میانگین لگاریتم فراوانی باکتریهای درونزی گیاهان گوناگون در کشتگاه EMB و NA
گونه |
نام فارسی |
اشتباه معیار ± میانگین در کشتگاه EMB |
اشتباه معیار± میانگین در کشتگاه NA |
convolvulus arvensis |
پیچک |
56/4 a ± 554/0 |
303/3 abc ± 523/1 |
Echinops echinatus |
شکر تیغال |
02/2 bcd ± 964/0 |
069/2 bc ± 936/0 |
Taraxacum officirale |
گل قاصد |
30/3 abc ± 083/1 |
801/3 ab ± 139/1 |
Lepidium draba L |
ازمک |
49/3 abc ± 049/1 |
863/3 ab ± 187/1 |
Senecio vulgaris |
زلف پیر |
80/3 ab ± 590/0 |
562/4 a ± 501/0 |
Papaver rhoeas |
شقایق |
61/2 bc ± 762/0 |
645/1 bc ± 064/1 |
Euphorbia seguieriana Neck |
فرفیون |
42/0 d ± 606/0 |
337/1 c ± 848/0 |
Mentha pulegium |
پونه |
59/1 dc ± 010/1 |
403/3 abc ± 345/0 |
بحث
این بررسی نشان داد که خاکهای معدن و زمینهای کشاورزی دارای اندازه بالایی از فلزهای سرب، روی و کادمیوم میباشند و همچنین غلظت بالایی از سرب در زمین کشاورزی اندازهگیری شد که میتواند وابسته به ساختار زمینشناسی، کودهای شیمیایی، آلودگی پدید آمده از دود خودروها و کارخانههای شهری در پی آن فرونشستهای اتمسفری باشد. استان همدان در بخشهای جنوب خاوری (نزدیک شهرستان ملایر)، مرکز استان (شهرستان همدان) و یک بخش کوچک در نیمه باختری استان (شهرستان اسدآباد) بر روی سنگبستر آذرین و دگرگونی، ماسهسنگ، شیل و سنگآهک دیده میشود. کاربری زمینها در این مناطق کشاورزی آبی، چراگاه و معدن میباشد که کود و زهرهای شیمیایی به گونه نادرست و بیرویه بهکاررفته است. بر پایه بررسیهای انجامشده، در سنگبستر ماسهسنگ و شیل به گونه طبیعی اندازه غلظت سرب بالاست. بنابراین افزایش غلظت سرب در زمینهای بررسیشده، به ساختار زمینشناسی (شیل و ماسهسنگ و سنگآهک) و کارهای کشاورزی (کاربرد بیرویه کودهای دامی و شیمیایی) و همچنین آلودگی شهری (آلودگی خودروها) وابسته است (3). همچنین با نگاه به گستردگی مراکز صنعتی و جادههای پررفتوآمد در منطقه و گذر آنها در میان کاربریهای کشاورزی و چراگاه فرونشستهای اتمسفری پدید آمده از فعالیتهای آنها میتواند مایه افزایش آلودگی فلزهای سنگین بهویژه سرب، روی و کادمیم در این زمینها باشد.
یافتههای این بررسی نشان داد که غلظتهای کادمیوم، روی و سرب در گیاهان بررسی شده باهم گوناگون هستند که نشاندهنده ناهمانندی در انباشتگی سرب و کادمیوم در این گونههای گیاهی میباشد در میان سه فلز میانگین غلظت فلز سرب در گیاهان بررسیشده در هردو جایگاه معدن و کشاورزی بیشتر از روی و کادمیوم بود و همچنین غلظت فلز روی در هردو جایگاه معدن و کشاورزی بیشتر از کادمیوم میباشد. آلودگی بالای کادمیم، روی و سرب در گیاهان منطقه در این پژوهش میتواند وابسته به خاک و مواد مادری آن باشد. در بررسی همانندی موسهولم و همکاران (28) گزارش کردند که ناهمانندی غلظت عناصر در گیاهان گوناگون وابسته به تواناییهای نابرابر گونههای گیاهی در جذب و انباشتگی فلزهای سنگین است. آنها همچنین نشان دادند افزون براین موارد، ناهمانندی گونهها در دوره رشد، تندی رشد و همچنین ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک نیز برجذب فلزهای سنگین بهوسیله گیاهان پیامد دارد (28). از دیگر عوامل آلودگی بالای گیاهان بررسی شده، به فلزهای سنگین میتواند فعالیت کارخانههای صنعتی، بویژه کارخانه و معدن سرب و روی و پساب آنها، فرونشستهای اتمسفری، خودروهای بنزین سوز و وزش باد که مایه افزایش پراکندگی فلزهای سنگین میشوند. در بررسیهای گوناگونی یافتههای همانندی گزارش شده است. گلچین و همکاران (6)، در بررسی اندازه آلودگی فلزهای سنگین در پیرامون مراکز صنعتی زنجان، بالاترین اندازههای روی، سرب و کادمیم فراهم را در پیرامون کارخانه سرب و روی گزارش کرد و فعالیت کارخانه و پساب رهاشده را در افزایش غلظت این فلزها کارا دانسته است. همچنین بهرهگیری لجن فاضلاب و کودهای جانوری و شیمیایی در افزایش غلظت کادمیم در زمینهای کشاورزی کارکرد ویژهای دارد (42). صفری سنجانی (33) در بررسی غلظت سرب در پیرامون بزرگراه رزن همدان گزارش کردند که با دور شدن از بزرگراه آلودگی خاک و گیاه به گونه نمایی کاهش مییابد و تندی این کاهش بستگی به راستای وزش باد چیره در این سرزمین دارد. در بسیاری از بررسیها، جذب سرب از راه اندامهای هوایی گیاهان بسیار چشمگیر و بیشتر از جذب از طریق، ریشهها گزارششده است (4). به سخن دیگر، توانایی دسترسی زیستی عناصر برای گیاهان وابسته به ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک (34) شرایط اقلیمی، ژنوتیپ گیاهی، آب آبیاری و مدیریت آگرونومیک است (18).
این پژوهش نشان داد که آلودگی بیشتر خاکهای معدن به فلزهای سنگین نسبت به خاکهای زمینهای کشاورزی مایه کاهش فراوانی و گوناگونی باکتریها گردید. کوچاو و همکاران (22) با کشت و شمارش ریزجانداران نشان داد که شمار قارچها و اکتینومیستها در خاکهای آلوده به فلزهای سنگین در برابر خاکهای شاهد، بسیار کمتر است. صفری سنجانی و یونسی (35) در بررسی پایداری باکتریهای خاکهای معدن و کشاورزی به فلزها و پادزیستها گزارش کردند که فراوانی باکتریها در زمینهای کشاورزی بهاندازه چشمگیری بیشتر از خاکهای معدن است و این نشان از پیامد بد خاک معدن و آلودگی آن بر باکتریهای خاک دارد. همچنین اسمجکالووا و همکاران (39) پیامدهای سه فلز سنگین (کادمیوم، روی و سرب) را روی یگان سازنده کلونی، فعالیتهای آنزیمی و توده کربن ریز جانداران، اندازه کربن آلی شداده را در ریز جانداران خاک بررسی کردند و آنها دیدند که همهی پارامترهای اندازهگیریشده به گونه چشمگیری با غلظت فلزهای سنگین دگرگون میشوند. به هرگونه شاید سنجش و ارزیابی زیان آلودگی خاک به فلزهای سنگین به اندازهگیری کل آنها در خاک چندان درست نباشد.
همانگونه در این پژوهش آمده، پیامد بد خاکها و در پی آن آلودگی گیاهان به فلزهای سنگین بر گوناگونی و فراوانی باکتریهای درونزی نیز چشمگیر است. این پیامد بد بر باکتریهای درونزی گیاهان در چندین گزارش دیگر نیز آمده است (37)، بنابراین، غلظت بالای فلزهای سنگین در خاک تنشهای ویژهای برای گیاه و در پی آن برای باکتریهای درونزی پدید میآورند. اگرچه کمبود فراوانی و کارکرد باکتریها در خاکهای آلودهتر به فلزها از شانس آلودگی گیاه به این باکتریها و درونزی شدن باکتریها در آنها میکاهد. اینکه کدام پدیده (آلودگی گیاه به فلز یا بخت آلودگی آن با باکتری) بر یافتههای این پژوهش پیامد بزرگتری دارد، نیاز به بررسی ویژهای دارد.
دراین بررسی فراوانی کمتر باکتریهای درونزی (در بافت برگ) در جایگاه آلوده در برابر جایگاه ناآلوده میتواند با غلظت پایین مواد مغذی و غلظت بالای فلزهای سنگین زهری در زیستگاه وابسته باشد. هرچند که آلودگی خاکهای کشاورزی و گیاهان آنها به فلزهای سنگین نیز بالا است ولی ویژگیهای بهتر خاک و بویژه مواد آلی بیشتر در خاکهای کشاورزی مایه رشد بهتر گیاه و باکتریهای پایدار به فلزهای سنگین شده (35) که به آلودگی بیشتر گیاه به باکتریهای درونزی انجامیده است. بررسیهای پیشین روی ویژگیهای زیستگاهها نشان داده است که آلودگی فلزهای سنگین روی گوناگونی گیاهان و جانوران پیامد دارد (20و 26). این یافتهها نشان میدهد که درونزیها در گیاه بسیار وابسته به ویژگیهای خاک (آلودگی فلزهای سنگین و مواد مغذی پایین) هستند و این ناهمانندی و پاسخ برای باکتریهای کشتپذیر در کشتگاه EMB در گل قاصد بسیار بیشتر از دیگر گونههای گیاهی دیده شد. باکتریهای کشتپذیر در کشتگاه NA بیشترین ناهمانندی و پاسخ به ویژگیهای خاک را در گیاه پیچک داشتند. زلقی و صفری سنجانی (45) نشان دادند که زیستفراهمی و آسیب ریختهای گوناگون فلزهای سنگین در خاک بر زندگی و کارکرد ریز جانداران ناهمانند است و پیامد بد فلزهای سنگین بیشتر وابسته به ریختهای پرجنبش و فراهم آنها است. به هرگونه اندازههای بالاتر کادمیوم، روی و سرب در جایگاه آلوده (معدن) در برابر جایگاه ناآلوده (زمین کشاورزی) دراین پژوهش که زیستگاه گوناگونی برای گیاهان و ریز جانداران فراهم نموده است نشان میدهد که پیامدهای فاکتورهای محیطی روی باکتریهای درونزی گیاهی میتواند چشمگیر باشد.
یافتههای این پژوهش نشان داد که گذشته از زیستگاه و آلودگی آن، گونه گیاهی و ویژگیهای آن برشمار و فراوانی باکتریهای درونزی در هر گیاه پیامد ویژهای دارد. شمار جدایهها و میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در کشتگاه EMB برای گیاه پیچک در هر دو جایگاه در برابر گیاه فرفیون بیشتر بود. همچنین میانگین لگاریتم فراوانی باکتریها در کشتگاه NA در گونههای گیاهی گل قاصد، ازمک و زلف پیر بسیار بیشتر از گونههای شقایق و فرفیون بود که این پیامدهای گونه میزبان گیاهی روی فراوانی درونزیها را نشان میدهد. در بررسیهای مشابه گزارششده است که گونه گیاهی میزبان بزرگترین پیامد را بر فراوانی جوامع باکتریایی درونزی دارد (15). همچنین گزارششده است که فراوانی نسبی باکتریهای درونزی ویژه برای گونههای گیاهی ویژهای بیشتر است (14). در پژوهشی همانند با این بررسی رومن پونس و همکاران (31) باکتریهای درونزی ریشه دو گیاه Prosopis laevigata و Spharealcea را در دو جایگاه ناآلوده و آلوده بررسی کردند. آنها روی هم رفته 60 درونزی جدا کردند که 40 درونزی از جایگاه ناآلوده و 20 درونزی از جایگاه آلوده بود. و آنها این کاهش شمار جدایههای درونزیها را در جایگاه آلوده در برابر ناآلوده را به غلظت بالای فلزهای سنگین در خاک جایگاه آلوده، گونه گیاه و زمان برداشت وابسته دانستند. همچنین در بررسیهای متعددی نشان داده شده که فراوانی و کارکرد ریز جانداران همزیست گیاهان، مانند باکتریهای درونزی، هم به فاکتورهای محیطی و هم به گونه گیاهی وابسته است (13و 47).
نتیجهگیری
بررسی فراوانی باکتریهای شمارششده در خاک و همچنین گیاهان در دو جایگاه معدن و کشاورزی نشان داد که رویهمرفته فراوانی باکتریها در جایگاه معدن کمتر از جایگاه زمینهای کشاورزی میباشد که میتوان آن را وابسته به غلظت بیشتر فلزهای سنگین در خاکهای معدن نسبت به خاکهای کشاورزی دانست. همچنین بررسی فراوانی باکتریها در 8 گونه گیاهی گردآوری شده نشان داد که فراوانی باکتریها در گونههای گیاهی گردآوری شده باهم ناهمانندی چشمگیر دارد. در میان گیاهان بررسیشده گیاهان زلف پیر و پیچک زیستگاه بهتری برای زندگی باکتریهای درونزی کشتپذیر بر کشتگاه NA و EMB فراهم میکنند و در برابر آنها گیاه فرفیون برای زندگی باکتریهای درونزی کشتپذیر بر کشتگاه NA و EMBناشایست میباشد. بنابراین میتوان دریافت که فراوانی و ترکیب جامعه باکتریهای درونزی بسیار وابسته به خاک و نیز گونه گیاهی است و این یافته در برنامهریزی و شناخت رفتار باکتریها در بوم سازهها بسیار سودمند میتواند باشد.
سپاسگزاری
بدینوسیله از آقای دکتر مسعود رنجبر عضو هیات علمی محترم گروه زیستشناسی دانشگاه بوعلی سینا همدان برای شناسایی گونههای گیاهی تشکر و قدردانی مینماییم.