نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه علوم و مهندسی خاک- دانشکده کشاورزی- دانشگاه رازی- کرمانشاه- ایران

چکیده

افزایش تولید و مصرف نانو ذرات نگرانی هایی را در مورد اثرات آنها بر موجودات زنده ایجاد کرده است. در این مطالعه اثر نانو ذرات اکسید مس بر رشد گیاه کاهو و جذب آن توسط گیاه و در محیط خاک در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه دیویس- کالیفرنیا بررسی شد. تیمار ها شامل شاهد، کلرید مس و نانو ذرات اکسید مس بودند که 14 روز بعد از کاشت گیاه اعمال شدند. در طول دوره رشد گیاه شاخص پلاستوکرون (به عنوان شاخص رشد گیاه)، شاخص پلاستوکرون برگ شماره 4 (به عنوان برگ مرجع)، غلظت مس در برگ شماره 4 با دستگاه ICP-MS و غلظت مس در برگهای با شاخص پلاستوکرون مشخص با دستگاه لیزر ابلیشن همراه با ICP-MS اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که اثر نانو ذرات بر شاخص پلاستوکرون کل گیاه و برگ شماره 4 معنی دار نبود. غلظت مس در برگ شماره 4 با گذشت زمان از اعمال تیمار نانو ذرات کاهش یافت. اندازه گیری غلظت مس با دستگاه لیزر ابلیشن نشان داد که تفاوت چندانی بین غلظت مس در بخش های مختلف برگ و در تیمار نانو ذرات با سایر تیمار ها وجود نداشت. همچنین، بیشترین غلظت مس در رگبرگ برگ نسبت به سایر بخش ها مشاهده گردید. به طور کلی با توجه به نتایج به نظر می رسد که نانو ذرات توسط گیاه جذب نشده و تاثیر چندانی نیز بر رشد گیاه نداشته اند. انجام مطالعات بیشتر با سایر گیاهان در این زمینه پیشنهاد می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Copper Oxide Nanoparticles (CuO- NPs) on Lettuce Growth and Uptake by Plant in Greenhouse Condition

نویسنده [English]

  • Sareh Nezami

Department of Soil Science- agriculture faculty- Razi University- Kermanshah-Iran

چکیده [English]

Increasing the production and use of nanoparticles in the environment has raised concerns about their effects on living organisms. In this study the effect of CuO- NPs on the lettuce growth and its uptake by the plant were investigated in a research greenhouse and in soil environment at Davis university of California. Treatments included control (distilled water), CuCl2 and CuO- NPs which applied 14 days after planting. During the plant growth, Plastochron Index (PI), Leaf Plastochron Index (LPI) of leaf number 4, copper (Cu) concentration in leaf number 4 by ICP-MS and Cu concentration in leaves with specific plastochron index by Laser Ablation-ICP-MS were measured. Results showed that the effect of nanoparticles on the PI of whole plant and leaf number 4 was not significant. The Cu concentration in leaf number 4 was decreased with time after application of nanoparticles treatment. Measurement of Cu concentration by LA-ICP-MS showed the insignificant difference in Cu concentration between different parts of leaf and between nanoparticles treatment with other treatment. Also, the highest concentration of Cu was observed in between veins than other parts of the leaf. It seems that CuO- NPs have not been absorbed by the plant and have little effect on plant growth. More studies with other plants are recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticle
  • Copper
  • Plastochron Index
  • Lettuce

اثر نانو ذرات اکسید مس (CuO-NPs)  بر رشد گیاه کاهو و جذب آن توسط گیاه در شرایط گلخانه

ساره نظامی*

ایران، کرمانشاه، دانشگاه رازی، دانشکده کشاورزی، گروه علوم و مهندسی خاک

تاریخ دریافت: 27/05/1398          تاریخ پذیرش: 13/07/1398

چکیده

افزایش تولید و مصرف نانو ذرات نگرانی­هایی را در مورد اثرات آنها بر موجودات زنده ایجاد کرده است. در این مطالعه اثر نانو ذرات اکسید مس بر رشد گیاه کاهو و جذب آن توسط گیاه و در محیط خاک در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه دیویس- کالیفرنیا بررسی شد. تیمارها شامل شاهد، کلرید مس و نانو ذرات اکسید مس بودند که 14 روز بعد از کاشت گیاه اعمال شدند. در طول دوره رشد گیاه شاخص پلاستوکرون (به عنوان شاخص رشد گیاه)، شاخص پلاستوکرون برگ شماره 4 (به عنوان برگ مرجع)، غلظت مس در برگ شماره 4 با دستگاه ICP-MS و غلظت مس در برگهای با شاخص پلاستوکرون مشخص با دستگاه لیزر ابلیشن همراه با ICP-MS اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که اثر نانو ذرات بر شاخص پلاستوکرون کل گیاه و برگ شماره 4 معنی­دار نبود. غلظت مس در برگ شماره 4 با گذشت زمان از اعمال تیمار نانو ذرات کاهش یافت. اندازه­گیری غلظت مس با دستگاه لیزر ابلیشن نشان داد که تفاوت چندانی بین غلظت مس در بخش­های مختلف برگ و در تیمار نانو ذرات با سایر تیمارها وجود نداشت. همچنین، بیشترین غلظت مس در رگبرگ برگ نسبت به سایر بخش­ها مشاهده گردید. به طور کلی باتوجه به نتایج به نظر می رسد که نانو ذرات توسط گیاه جذب نشده و تأثیر چندانی نیز بر رشد گیاه نداشته اند. انجام مطالعات بیشتر با سایر گیاهان در این زمینه پیشنهاد می شود.

واژه های کلیدی: نانو ذرات، مس، شاخص پلاستوکرون، کاهو

* نویسنده مسئول، تلفن: ۳۸۳۲۲۰۳۵- ۰۸۳، پست الکترونیکی: [email protected]

مقدمه

 

امروزه به دلیل کاربرد و استفاده ذرات نانو در بخش­های مختلف کشاورزی، تکنولوژی و صنعتی توجه خاصی به این ترکیبات شده است و تلاشهایی در حال انجام است تا پتانسیل این مواد را در ایجاد سمیت در محیط بررسی کنند (۱۷و ۲۳). ذرات نانو مهندسی شده بالاجبار در فاضلاب وارد شده و در نهایت وارد محیط­های آبی و خاکی می شوند. آبیاری محصولات زراعی با آب­های بازیافتی کشاورزی و شهری یا افزودن بیوسالیدها به آنها ممکن است منجر به حضور فلزات و نانو ذرات اکسیدی فلزی در منطقه ریشه شود، که بر روی محصولات کشاورزی تولید شده اثر سوء دارد. پتانسیل تجمع گونه های محلول و نانو این فلزات در محصولات زراعی باعث ایجاد نگرانی در سلامت حیوانات و انسان ها شده است و رفتار این آلاینده های ریز در خاک و گیاهان باید بیشتر مورد بررسی قرار گیرد (۵).

نانو ذرات اکسید مس یکی از نانو ذرات مهم با کاربرد وسیع در کاتالیزورها، مواد ابررسانا، مواد ترموالکتریک، مواد حساس، شیشه و سرامیک هستند. نتایج به دست آمده از تحقیقات مختلف نشانگر سمیت نانو ذرات مس برای باکتری­ها، نماتدها و سایر میکروارگانیسم های خاک و حتی گیاهان است (۳). در مقایسه با سایر نانو ذرات اکسیدی فلزی نظیر TiO2 وFe2O3 ، نانو ذرات اکسید مس اثرات منفی بر رشد گونه های گیاهی آبی و خاکی دارند، به خصوص محصولاتی که به عنوان غذا مورد استفاده قرار می گیرند (۷).پریئولت و همکاران (۲۰۱۰) اظهار داشتند که کاربرد نانو ذرات اکسید مس به مدت 48 ساعت بر روی گیاه عدس آبی، اثر بازدارندگی قوی بر فتوسنتز گیاه داشت که این امر منجر به کاهش رشد گیاه شد (۱۸). دیمکپا و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند که کاربرد نانو ذرات اکسید مس در محیط هیدروپونیک رشد بخش هوایی گیاه گندم را به طور چشمگیری کاهش داد. همچنین، اثرات تنش اکسیداتیو در گیاهان تیمار شده با نانو ذرات مشاهده گردید (۶). در مطالعه ای ادهیکاری و همکاران (۲۰۱۲) نشان دادند که نانو ذرات اکسید مس رشد ریشه گیاه سویا و نخود را کاهش داد (۳). تحقیقات قبلی در مورد اثرات نانو ذرات اکسید مس بر روی رشد گیاهان نشان دادند که اثرات آنها بر ریشه بیشتر از بخش های هوایی است که عمدتاً به واسطه سمیت فلزی Cu2+ حل شده می­باشد (۱۹). دو و همکاران (۲۰۱۶) بیان کردند که نانو ذرات اکسید مس بر روی رشد گیاهان تأثیر گذاشته که این اثر ممکن است مستقیماً در اثر ممانعت از رشد ریشه یا غیر مستقیم، با اثر بر نقش ریشه در انتقال آب باشد (۷). مارجنوت و همکاران (2018) در محیط کشت هیدروپونیک نشان دادند که نانو ذرات اکسید مس میزان هدایت هیدرولیکی ریشه کاهو را کاهش دادند که از این طریق می توانند انتقال آب را در گیاه کاهش داده و در نتیجه باعث کاهش رشد شوند (۱۴).

اندازه بیشتر نانو ذرات در حد 10 تا 100 نانومتر است. بنابراین، برای ورود غیرفعال به داخل منافذ دیواره سلولی ریشه گیاه (قطر ۲ تا 5 میلیمتر) بسیار بزرگ هستند. هنوز مشخص نیست که آیا نانو ذراتی که در ارتباط با گیاه هستند، به طور کامل جذب می شوند. اگرچه حضور ذرات نانو در داخل بافت­های گیاهی مورد بررسی قرارگرفته است اما مشخص نیست که آیا انحلال نانو ذرات و جذب فلز محلول توسط گیاه به دنبال رسوب نانو ذرات رخ می دهد یا خیر؟ (۸، ۱۰ و ۱۱)

اثر نانو ذرات اکسید مس بر گیاهان عمدتاً در محیط هیدروپونیک و یا در پتری دیش در اتاقک رشد انجام شده است. تحقیق حاضر انجام شد تا اثر نانو ذرات اکسید مس بر رشد کاهو و میزان جذب آن توسط گیاه را در خاک و در شرایط گلخانه مورد بررسی قرار دهد.

مواد و روشها

نمونه برداری از خاک: این تحقیق در سال 2014 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه دیویس در کالیفرنیا انجام شد. نمونه خاک مورد مطالعه از منطقه لاکفورد (80 کیلومتری شهر دیویس در کالیفرنیا) جمع آوری شد. رده بندی خاک مورد نظر coarse-loamy, mixed, superactive, nonacid, thermic Oxyaquic Xerofluvents بود. خاک­ها پس از جمع­آوری در سطل­های 36 کیلوگرمی به خوبی با یکدیگر مخلوط شده و سپس هوا خشک شدند. پس از عبور نمونه ها از الک 2 میلیمتری، یک نمونه بمنظور انجام آزمایشات خاک از آنها برداشته شد و به آزمایشگاه منتقل گردید.

کاشت گیاه: برای مطالعه اثر نانو ذرات اکسید مس بر رشد، از گیاه کاهو(Lactuca sativa)  و گلدان های 5/2 کیلوگرمی استفاده شد. براساس نتایج تجزیه خاک ابتدا کود های مورد نظر محاسبه شده و به خاک افزوده شدند. قبل از کاشت گیاهان رطوبت گلدان ها به ظرفیت مزرعه (FC)  رسانده شد و سپس بذرهای کاهو خیس شده بعد از 24 ساعت در گلدان­ها کاشت شدند. تعداد 15 بذر در هر گلدان کشت شده (۵ مارچ) و سپس گلدان­ها در گلخانه قرارگرفتند. در طول دوره رشد گلدان­ها تنک شده و رطوبت آنها در حد ظرفیت مزرعه نگه داشته شد. 14 روز بعد از کاشت، تیمارها به صورت محلول در آب و بترتیب زیر اعمال شدند: شاهد (آب مقطر)، کلرید مس ((CuCl2 (۵۴/۷۲ میلی گرم CuCl2 در هر گلدان) و نانو ذره اکسید مس (CuO-NP با قطر 50 نانومتر و مقدار ۶۸۵ میلی گرم CuO-NP در هر گلدان). آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی و در 6 تکرار انجام شد. یک هفته پس از اعمال تیمارها دو بار در هفته طول برگ­ها بمنظور اندازه­گیری شاخص­های پلاستوکرون ((PI) Plastochron Index) و پلاستوکرون برگ ((LPI) Leaf Plastochron Index) اندازه گیری شد. برگ شماره ۴ به عنوان مرجع انتخاب شده و در زمان های ۲۱ (۲۷ مارچ)، ۲۹ (۳ آپریل)و ۴۳ ( ۱۷ آپریل) روز پس از کاشت گیاه برداشت و جهت اندازه گیری غلظت مس با دستگاه ICP-MS نگه داشته شد. نمونه­های گیاهی برگ شماره ۴ پس از برداشت و آماده سازی با افزودن اسید نیتریک غلیظ هضم شدند. به این ترتیب که پس از افزودن اسید نیتریک نمونه­ها به مدت یک شبانه روز باقی ماندند. سپس، به مدت دو ساعت در دمای 70-60 درجه سانتیگراد قرارگرفتند. در نهایت با افزودن آب اکسیژنه فرایند هضم تا بی­رنگ شدن کامل نمونه­ها ادامه یافت. در نهایت کل گیاهان تیمارهای مختلف در تاریخ ۱ می برداشت شدند. از هر تیمار یک گلدان نگه داشته شد و در تاریخ ۱۶ می برگ های با LPI مشخص برای اندازه گیری غلظت مس با دستگاه لیزر ابلیشن همراه با (ICP-MS (LA-ICP-MS) (Laser Ablation Inductively Coupled plasma Mass Spectrometry))، فریز درای شدند.

محاسبه شاخص پلاستوکرون در گیاه: سن برگ و مراحل توسعه ای (نموی) آن شاخص­های مهمی برای تعیین بسیاری از فرایندهای مرفولوژیکی و فیزیولوژیکی در گیاهان هستند. شاخص پلاستوکرون یک شاخص مفید و غیرمخرب برای تعیین سن توسعه­ای برگها و گیاهان است. زمانی که گیاهان تحت شرایط یکنواختی کشت می­شوند، توسعه مرفولوژیکی و فیزیولوژیکی در برگهایی که سن پلاستوکرونی یکسانی دارند، مشابه است. بنابراین استفاده از شاخص پلاستوکرون اسباب تنظیم توسعه گیاه و متابولیسم آن را براساس اثرات سن فراهم می­کند. این شاخص با استفاده از فرمول میشلینی و اریکسون (1957) محاسبه می­شود. در این فرمول طول برگ 50 میلیمتر (برگ شماره 4) به عنوان طول مرجع انتخاب گردید (۱۲).

(1)                               

در این فرمول Ln+1 طول برگی است که اندازه آن از 50 میلیمتر کوچکتر است، Ln طول برگی است که اندازه آن از 50 میلیمتر بیشتر است و n شماره برگ در کل گیاه است (۲۴). LPI نیز به صورت زیر تعیین می گردد:

(2)                                                  

حرف a بیانگر شماره برگ است.

بمنظور تعیین اثر نانو ذرات اکسید مس بر رشد گیاه کاهو، شاخص های PI و LPI تعیین شدند.

اندازه گیری غلظت مس در گیاه با دستگاه LA-ICP-MS: بمنظور تعیین غلظت مس در بخش های مختلف برگ گیاه، برگ های با شاخص پلاستوکرون 3-، 1-، 7 و 12 برداشت شده و فریز درای شدند. سپس با استفاده از

دستگاه لیزر ابلیشن غلظت مس در بخش های مختلف برگ (دمبرگ (P)، رگبرگ اصلی (V) و بین رگبرگ (BV)) اندازه­گیری گردید. لیزر ابلیشن فرایند برداشت مواد از یک سطح جامد (یا گاهی مایع) با تابش پرتو لیزر بر سطح آن است.

تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم افزار SPSS نسخه ۱۶ برای بررسی سطوح معنی داری و آزمون دانکن برای مقایسه میانگین­ها انجام شد. نمودارها نیز با نرم افزار اکسل رسم شدند.

نتایج

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک: نتایج تجزیه خاک مورد مطالعه نشان داد که pH خاک در محدوده اسیدی بود. مقدار ماده آلی خاک بیش از ۲ درصد و در حد مطلوب بود. باتوجه به درصد ذرات خاک بافت خاک شنی لومی تعیین شد. باتوجه به نتایج عناصر فسفر و پتاسیم مقادیر کمتری از حد مطلوب داشتند که بعد از محاسبه مقادیر لازم به خاک افزوه شدند (جدول ۱).

جدول۱- نتایج خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک

pH

۸۲/۵

کربن آلی (درصد)

۳۵/۱

درصد شن

۷۵

درصد سیلت

۱۶

درصد رس

۹

فسفر قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۱۷

پتاسیم قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۱۲۰

کلسیم قابل تبادل (میلی گرم در کیلوگرم خاک)

۷۰۰

منیزیم قابل تبادل (میلی گرم در کیلوگرم خاک)

۱۸۰

آهن قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۱۱۵

منگنز قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۱۴

روی قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۲۲

مس قابل تبادل (میلی­گرم در کیلوگرم خاک)

۳/۶

CEC (میلی اکی والان در ۱۰۰ گرم خاک)

۵/۷

 

شاخص پلاستوکرون گیاه و برگ شماره 4: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر تیمارهای مختلف مس بر شاخص پلاستوکرون کل گیاه در سطح احتمال پنج درصد معنی­دار نشده است. نمودار 1 اثر نانو ذرات اکسید مس بر متوسط شاخص پلاستوکرون کل گیاه کاهو را با زمان نشان می دهد. همانطور که ملاحظه می­شود با گذشت زمان این شاخص در گیاه در تمامی تیمارها افزایش می­یابد و روند یکسانی در مورد هر سه تیمار مشاهده می­شود. نکته مهم اینست که تیمار نانو ذرات اکسید مس میزان شاخص پلاستوکرون را نسبت به بقیه تیمار ها با زمان بیشتر کاهش داده است، اما این کاهش معنی­دار نبوده است. رنج میانگین شاخص پلاستوکرون گیاه در طول زمان در تیمار شاهد از ۰۳/۲ تا ۸۲/۱۴ و در تیمار نانو ذرات اکسید مس از ۹۳/۱ تا ۴۰/۱۳ بود. این نتیجه نشان دهنده کمتر بودن شاخص پلاستوکرون در طول زمان در تیمار نانو ذرات اکسید مس نسبت به شاهد بود. اختلاف بین این مقادیر نیز بین دو تیمار ذکر شده با گذشت زمان افزایش یافت.

 

 

شکل 1- متوسط شاخص پلاستوکرون کل گیاه با زمان

 

برگ شماره 4 به عنوان مرجع در گیاه انتخاب شد و در نتیجه LPI در این برگ در سه زمان متفاوت (۲۷ مارچ، ۳ و ۱۷ آپریل) تعیین گردید. مقادیر میانگین این شاخص در سه زمان ذکر شده بترتیب در تیمار شاهد ۲/۳-، ۸/۰- و ۵/۲ و در تیمار نانو ذرات ۷/۲-، ۱/۱- و ۵/۲ بود. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر تیمارهای مختلف مس بر LPI در سطح احتمال پنج درصد معنی­دار نشد. بیشترین تفاوت این شاخص در تیمار نانو ذرات اکسید مس با شاهد تقریباً یک هفته پس از اعمال تیمارها مشاهده گردید، که این تفاوت در حد ۵/۰ واحد بود با گذشت زمان تفاوت بین تیمار نانو ذرات و شاهد کمتر گردید و در نهایت به حدود ۰۲/۰ رسید. روند تغییرات این شاخص با زمان نیز در نمودار 2 نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می شود تیمار نانو ذرات اکسید مس LPI را نسبت به بقیه تیمارها کاهش داده است، اما این کاهش معنیدار نیست.

 

 

شکل 2- متوسط شاخص پلاستوکرون برگ شماره 4 با زمان

 

در شکل ۳ نیز رابطه بین LPI برگ شماره ۴ و وزن خشک برگ نشان داده شده است. مقادیر میانگین وزن خشک گیاه نیز در سه زمان ذکر شده بترتیب در تیمار شاهد ۸۷/۰، ۵۰/۱۳ و ۷۰/۳۰ گرم و در تیمار نانو ذرات ۷۵/۰، ۹۰/۱۴ و ۲۰/۳۰ گرم بود. همانطور که ملاحظه می شود با افزایش LPI برگ شماره ۴ تیمار نانو ذرات اکسید مس وزن خشک کمتری نسبت به بقیه تیمار ها دارد که با نتایج حاصل از کاهش PI کل گیاه در تیمار نانو ذرات اکسید مس همخوانی دارد.

 

 

شکل ۳- رابطه بین متوسط شاخص پلاستوکرون و وزن خشک برگ شماره ۴

 

غلظت مس در برگ شماره 4: نتایج تحلیل واریانس نشان داد که اثر تیمارهای مختلف مس بر جذب مس در گیاه در سطح احتمال پنج درصد در زمان­های مختلف پس از کاشت معنی­دار شد. نمودار تغییرات غلظت مس در برگ شماره 4 در سه زمان مختلف بعد از کاشت در نمودار شماره ۴ نشان داده شده است. همانطور که ملاحظه می شود تیمار نانو ذرات اکسید مس در زمان های 22 و 29 روز پس از کاشت بیشترین غلظت مس را نسبت به تیمار 43 روز پس از کاشت دارد. اما با گذشت زمان غلظت مس در برگ کاهش یافته است. تفاوت مقادیر غلظت مس در گیاه نیز بین تیمار های شاهد و نانو ذرات در زمان های ۲۲ و ۲۹ روز پس از کاشت بترتیب ۱۱/۸ و ۶۹/۱۰ واحد و ۴۳ روز پس از کاشت ۲۱/۴ واحد بود.

 

 

شکل ۴- اثر نانو ذرات اکسید مس بر غلظت مس در برگ کاهو

 

غلظت مس در برگ گیاه با استفاده از دستگاه LA-ICP-MS: نتایج اندازه­گیری غلظت مس در گیاه با استفاده از دستگاه لیزر ابلیشن در جدول 2 آورده شده است. بیشترین غلظت مس در گیاه (۴۹/۱۷ میکروگرم بر گرم) در تیمار شاهد و در برگ با LPI، ۳- و در بخش رگبرگ اصلی برگ و کمترین غلظت (۲۹/۱ میکروگرم بر گرم) در تیمار نانو ذرات و در برگ با LPI، ۷ و در بخش دمبرگ حاصل شد. همانطور که ملاحظه می شود غلظت مس در بخش های مختلف برگ و در تیمارهای مختلف تفاوت چندانی با یکدیگر نداشته و حتی در تیمار شاهد بیشتر از بقیه تیمار ها بوده است. این نتایج با نتایج حاصل از شاخص پلاستوکرون کل گیاه همخوانی دارد. در برگ­های با LPI کم (برگهای جوان) غلظت مس در تمامی بخش­های برگ بیشتر از برگ­های با LPI بالا (برگ­های مسن) است که این امر نشان می دهد که غلظت مس عمدتاً در اندام­های جوان گیاه بیشتر می باشد. همچنین براساس نتایج، بیشترین غلظت مس در تمامی برگ­ها در بخش رگبرگ نسبت به سایر بخش­ها مشاهده شده است.

 

جدول 2- متوسط غلظت مس در بخش های مختلف برگ (میکروگرم بر گرم)

متوسط LPI

بخش برگ*

غلظت مس در گیاه در تیمار شاهد

غلظت مس در گیاه در تیمار CuCl2

غلظت مس در گیاه در تیمار CuO-NPs

۳-

V

۴۹/۱۷

۸۸/۷

۸۹/۱۰

۳-

BV

۱۵/۱۳

۲۷/۱۴

۰۳/۱۱

۱-

V

۷۵/۸

۹۶/۸

۹۷/۹

۱-

BV

۲۹/۸

۴۰/۹

۱۸/۶

۱-

P

۶۷/۴

۵۱/۹

۸۶/۳

۷

V

۲۸/۹

۵۷/۶

۸۷/۶

۷

BV

۲۱/۵

۴۵/۶

۹۰/۵

۷

P

۱۲/۳

۰۴/۳

۲۹/۱

۱۲

V

۶۸/۴

۵۷/۲

۲۰/۴

۱۲

BV

۵۳/۳

۵۸/۱

۷۳/۳

۱۲

P

۶۵/۲

۴۳/۱

۲۵/۳

*(V: رگبرگ اصلی، BV: بین رگبرگ، P: دمبرگ)

 

 

 

بحث

تغییرات نموی در رشد برگ و گیاه معمولاً بر اساس زمان خاصی از کاشت گیاه، به عنوان مثال تعداد روز پس از کاشت بیان می شود (تخصیص یک رویداد به زمان های خاص که معادل واژه کرونولوژی می باشد). اما سن کرونولوژیکی برگ یا گیاه عمدتاً به مرحله نموی آن ارتباطی ندارد به همین خاطر شاخص پلاستوکرون برگ یک راه بسیار مناسب برای تعیین سن نموی برگها و گیاهان است. این شاخص درکی از فرایند های نموی در گیاه می دهد که از زمان یا سن کرنولوژیکی به دست نمی آید. بنابراین با استفاده از این شاخص می­توان مرحله نموی (سن نموی) گیاه و متابولیسم­های موجود در آن را که در اثر سن اتفاق می-افتد با هم تطبیق داد. اندازه­گیری تغییرات نموی و دنبال کردن آن در جمعیتی از گیاهان با زمان با تغییرات بسیار زیادی همراه است که شاخص پلاستوکرون این تغییرپذیری را به شدت کاهش می دهد (۱۲، ۱۵و ۲۴). در این مطالعه شاخص پلاستوکرون به عنوان معیاری برای رشد گیاه انتخاب گردید و مشاهده شد با کاربرد نانو ذرات اکسید مس و کاهش این شاخص  رشد گیاه نیز کاهش یافته است. کمتر بودن شاخص پلاستوکرون در تیمار نانو ذرات و کاهش رشد گیاه نسبت به شاهد در این مطالعه با نتایج تحقیقات دیگری که اثر نانو ذرات اکسید مس را بر روی رشد گیاهان مختلف بررسی کرده­اند، همخوانی دارد. براساس نتایج تحقیقات انجام شده نانو ذرات اکسید مس سبب افزایش گونه­های رادیکال های آزاد و کاهش مقدار فتوسنتز (۱، ۶، ۱۶ و ۱۸)، کاهش رشد ریشه (۲، ۳، ۱۳ و ۲۲) و کاهش رشد بخش های هوایی گیاه (۲، ۶، ۲۰، ۲۱ و ۲۵) شدند. اما لازم به ذکر است که براساس نتایج تحلیل واریانس و نمودارها، اثر نانو ذرات بر شاخص PI معنی­دار نشده است و همانطور که مشاهده می شود این کاهش شاخص PI هم در کل گیاه و هم در برگ شماره 4 تفاوت چندانی با تیمار CuCl2 ندارد. مارجنوت و همکاران (2018) در محیط کشت هیدروپونیک در مطالعه­ای که بر روی همین رقم کاهو و بمنظور تکمیل نتایج این مطالعه انجام دادند مشاهده کردند که نانو ذرات اکسید مس هدایت هیدرولیکی ریشه کاهو را کاهش داده و در نتیجه در شیره آوند چوبی نیز مشاهده نشدند (۱۴). براساس این نتیجه و نتایج سایر محققین نانو ذرات منافذ سطح ریشه را مسدود کرده و در نتیجه ورود آنها به آپوپلاست نیز کاهش می­یابد (۴). کاهش هدایت هیدرولیکی ریشه توسط نانو ذرات اکسید مس و همینطور کوچک بودن قطر منافذ دیواره سلولی ریشه (کمتر از 20 نانومتر) (۹) و همچنین عدم وجود گونه­های مس در شیره آوند چوبی این فرضیه را که اثر نانو ذرات اکسید مس بر انتقال آب می تواند در سطح ریشه باشد و نه از طریق ورود آپوپلاستی و سیم پلاستی، حمایت می­کند. بنابراین به نظر می رسد که مقدار کاهش شاخص­های مطالعه شده نیز به دلیل کاهش انتقال آب در گیاه باشد.

کاهش غلظت مس در برگ کاهو با زمان نیز با نتایج آزمایشی که بمنظور بررسی انحلال نانو ذرات و آزاد سازی مس از آنها در آزمایشگاه انجام شد، مطابقت داشت. نتایج این بخش نشان داد که نانو ذرات عمدتاً در همان مراحل اولیه بیشترین مقدار مس را آزاد کرده و با گذشت زمان مقدار مس آزاد شده ثابت می باشد (داده­ها آورده نشده اند). بنابراین، به نظر می­رسد که علت بالا بودن غلظت نانو ذرات مس در برگ کاهو و در زمان­های اولیه پس از کاربرد تیمار نانو ذرات به این دلیل باشد. همچنین، مارجنوت و همکاران (۲۰۱۸) نشان دادند که اثر سوء نانو ذرات بر رشد ریشه گیاه کاهو و کاهش هدایت هیدرولیکی آن عمدتاً در مراحل اولیه رشد گیاه مشاهده می شود (۱۴).

نتیجه گیری

باتوجه به نتایج حاصل از این مطالعه نانو ذرات اکسید مس سبب کاهش شاخص پلاستوکرون گیاه نسبت به شاهد شدند، اما این کاهش معنی-دار نبود. بیشترین غلظت مس در برگ شماره ۴، ۲۹ روز بعد از کاشت مشاهد گردید و با گذشت زمان کاهش یافت. با اندازه­گیری غلظت مس در بخش­های مختلف برگ مشاهده شد که تفاوت چندانی بین تیمارهای مختلف وجود نداشت و بیشترین مقدار مس نیز در بخش رگبرگ برگ مشاهده گردید. همانطور که مشاهده می­شود نتایج تمامی بخش های این تحقیق با هم همخوانی داشته و به نوعی همدیگر را تایید می کنند. به طور کلی با توجه به این نتایج و نتایج مطالعه تکمیلی (مارجنوت و همکاران، ۲۰۱۸) در این زمینه به نظر می­رسد که نانو ذرات اکسید مس توسط گیاه کاهو جذب نشده­اند. بنابراین، در مورد محصولی نظیر کاهو که بخش­های هوایی آن مصرف می­شود، نگرانی در مورد جذب و تجمع نانو ذرات در گیاه و اثر سوء آنها بر سلامتی انسان وجود ندارد.  انجام مطالعات بیشتر در این زمینه با سایر گیاهان و در شرایط طبیعی مزرعه ضروری به نظر می­رسد.

سپاسگزاری

بدین وسیله از زحمات خانم پروفسور Wendy Silk استاد دانشگاه کالیفرنیا- دیویس که شرایط را برای انجام این تحقیق در گلخانه و آزمایشگاه ایشان فراهم آوردند، سپاسگزارم.

  • میری، م. و خندان بارانی، ه.، ۱۳۹۵. تاثیر نانو ذرات اکسید مس بر رشد، مقدار پروتئین، کلروفیل­ها و کاروتن جلبک گونه Chlorella Vulgaris) )، مجله پژوهش های گیاهی، ۲۹ (۱)، صفحات ۲۴۲-۲۳۵.
  • یوسف­زایی، ف.، پوراکبر، ل.، فرهادی، خ.، و مولایی، ر.، ۱۳۹۶. بررسی تأثیر نانو ذرات مس و محلول کلرید مس بر جوانه زنی و برخی فاکتورهای مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه ریحان Ocimum basilicum L.) )، مجله پژوهش های گیاهی، ۳۰ (۱)، صفحات۲۳۲-۲۲۱.

 

  • Adhikari, T., Kundu, S., Biswas, A. K., Tarafdar, J. C., and Rao, A. S., 2012. Effect of Copper Oxide Nano Particle on Seed Germination of Selected Crops, Journal of Agriculture and Science Technology, 2, PP: 815- 823.
  • Asli, S., and Neumann, P. M., 2009. Colloidal suspensions of clay or titanium dioxide nanoparticles can inhibit leaf growth and transpiration via physical effects on root water transport. Plant, Cell and Environment, 32, PP :577–584.
  • Brar, S. K., Verma, M., Tyagi, R. D., and Surampalli, R. Y., 2010. Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge - Evidence and impacts. Waste Management, 30(3), PP: 504-520.
  • Dimkpa, C. O., McLean, J. E., Latta, D. E., Manangon, E., Britt, D. W., Johnson, W. P., Boyanov, M. I., and Anderson, A. J., 2012. CuO and ZnO nanoparticles: phytotoxicity, metal speciation, and induction of oxidative stress in sand-grown wheat. Journal of Nanoparticle Research, 14 (1125), PP:1-15.
  • Du, W., Tan, W., Peralta-Videa, J. R., Gardea-Torresdey, J. L., Ji, R., Yin, Y., and Guo, H., 2016. Interaction of metal oxide nanoparticles with higher terrestrial plants: Physiological and biochemical aspects. Plant Physiology and Biochemistry, https://doi.org/10.1016/j, plaphy. 2016. 04. 024.
  • Fabrega, J., Luoma, S. N., Tyler, C. R., Galloway, T. S., and Lead, J. R., 2011. Silver nanoparticles: Behaviour and effects in the aquatic environment. Environment International, 37(2), PP: 517-531.
  • Fleischer, A., O'Neill, M. A., and Ehwald, R., 1999. The pore size of non-graminaceous plant cell walls is rapidly decreased by borate ester cross-linking of the pectic polysaccharide rhamnogalacturonan II. Plant Physiology, 121, PP: 829–838.
  • Gardea-Torresdey, J. L., Parsons, J. G., Gomez, E., Peralta-Videa, J., Troiani, H. E., Santiago, P., and Yacaman, M. J., 2002. Formation and growth of Au nanoparticles inside live alfalfa plants, Nano Letters, 2(4), PP: 397-401.
  • Harris, A. T., and Bali, R., 2008. On the formation and extent of uptake of silver nanoparticles by live plants, Journal of Nanoparticle Research, 10(4), PP: 691-695.
  • Horsley, S. B., and Gottschalk, K. W., 1993. Leaf area and net photosynthesis during development of Prunus serotina seedlings. Tree Physiology, 12, PP: 55-69.
  • Lee, S., Chung, H., Kim, S., and Lee, I., 2013. The Genotoxic Effect of ZnO and CuO Nanoparticles on Early Growth of Buckwheat, Fagopyrum Esculentum, Water Air Soil Pollution, 224, PP: 1668.
  • Margenot, A. J., Rippner, D. A., Dumlao, M. R., Nezami, S., Green, P. G., Parikh, S. J., and McElrone, A. J., 2018. Copper oxide nanoparticle effects on root growth and hydraulic conductivity of two vegetable crops. Plant and Soil, 431 (1-2), PP: 333-345.
  • Meicenheimer, R. D., 2014. The plastochron Index: Still useful after nearly six decades, American Journal of Botany, 101 (11), PP: 1821- 1835.
  • Nekrasovaa, G. F., Ushakovaa, O. S., Ermakovb, A. E., Uiminb, M. A., and Byzovb, I. V., 2011. Effects of Copper (II) Ions and Copper Oxide Nanoparticles on Elodea densa Planch. Russian Journal of Ecology, 6, PP: 422- 428.
  • Nowack, B., and Bucheli T. D., 2007. Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the environment. Environmental Pollution, 150(1), PP: 5-22.
  • Perreault, F., Oukarroum, A., Pirastru, L., Sirois, L., Matias, W. G., and Popovic, R., 2010. Evaluation of Copper Oxide Nanoparticles Toxicity Using Chlorophyll a Fluorescence Imaging in Lemna gibba, Journal of Botany, Doi :10. 1155/2010/ 763142.
  • Servin, A. D., and White, J. C., 2016. Nanotechnology in agriculture: Next steps for understanding engineered nanoparticle exposure and risk. NanoImpact, 1, PP: 9–12.
  • Shaw, A. K., and Hossain, Z., 2013. Impact of nano-CuO stress on rice (Oryza sativa L.) seedlings, Chemosphere, 93, PP: 906- 915
  • Shi, J., Gras, M. A., and Silk, W. K., 2009. Laser ablation ICP-MS reveals patterns of copper differing from zinc in growth zones of cucumber roots. Planta, 229, PP: 945- 954.
  • Trujillo-Reyesa, J., Peralta-Videaa, J. R., Majumdara, S., Botezc, C. E., and GardeaTorresdey, J. L., 2013. Exposure studies of core-shell Fe/Fe3O4 and Cu/CuO NPs to lettuce (Lactuca 2 sativa) plants: Are they a potential physiological and nutritional hazard? Journal of Hazardous Materials, Doi: 10.1016/j.jhazmat, 2013. 11. 067.
  • Unrine, J., Bertsch, P., and Hunyadi, S., 2008. Bioavailability, Trophic Transfer, and Toxicity of Manufactured Metal and Metal Oxide Nanoparticles in Terrestrial Environments, in Nanoscience and Nanotechnology, V. H., Grassian, Editor., Wiley-VCH: Berlin.
  • Urban, O., Sprtova, M., Kosvancova, M., Tomaskova, I., Lichtenthaler, H. K., and Marek, M. V., 2008. Comparison of photosynthetic induction and transient limitations during the induction phase in young and mature leaves from three poplar clones. Tree Physiology, 28, PP: 1189-1197.
  • Wang, Z., Xie, X., Zhao, J., Liu, X., Feng, W., White, J. C., and Xing, B., 2012. Xylem- and Phloem-Based Transport of CuO Nanoparticles in Maize (Zea mays L.). Environmental Science and Technology, 46, PP: 4434−4441.