Effect of heavy metal pollution of soil around the BidBoland 1 gas refinery site on growth, photosynthesis and proline of Vigna radiata L.

Document Type : Research Paper

Authors

1 university of khatam al anbia

2 university of tehran

Abstract

This investigation was designed to study the effect of heavy metal pollution of soil around the BidBoland 1 gas refinery site on morphological and biochemical characteristics of mung bean. A pot experiment was conducted in a completely randomized design with four replications. The soil sampling was carried out at three stations in about 500, 1000 and 1500 m away from Bidboland gas refinery site. The control soil from a farm away from refinery site. Soil analysis indicated that the soil around the refinery site was contaminated with cadmium, chromium, lead, vanadium, mercury and arsenic, which their contents reduced by increasing the distance from the refinery site. The mung bean seeds were cultured in control soil and three levels of contaminated soil with heavy elements. The results showed significant changes in plant growth and photosynthetic traits of mung bean plants in response to heavy metal pollution of soil. Soil contamination with heavy metals significantly reduced the amount of chlorophylls a and b, total chlorophyll, carotenoids, photosynthesis, chemical quantum function of photosystems (PIABS), intercellular CO2, transpiration, and water use efficiency. The highest and lowest reduction in photosynthetic parameters was observed in the soil collected from distances of 500 and 1500 meters to the refinery, respectively, as compared to the control soil. Heavy metal pollution increased the proline content. Based on the results of present study and the danger of heavy metals pollution on mung bean growth and photosynthesis, it is suggested to avoid cultivation of crops around the gas refinery site.

Keywords

Main Subjects

تأثیر آلودگی عناصر سنگین خاک اطراف پالایشگاه بر ویژگی های رشد، فتوسنتز

و پرولین گیاه Vigna radiata L.

عصمت لجم اورک رمه چری1، نظام آرمند2*، شکوفه حاجی هاشمی2 و ستار سلطانیان1

1 ایران، بهبهان، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص)، گروه محیط زیست

2 ایران، بهبهان، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا (ص)، گروه زیست شناسی

تاریخ دریافت: 10/08/1397          تاریخ پذیرش:  25/10/1397

چکیده

به منظور بررسی تأثیر تنش فلزات سنگین موجود در خاک اطراف پالایشگاه گازی بیدبلند1 بر خصوصیات مورفولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه ماش، آزمایش گلدانی در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 تکرار انجام شد. نمونه برداری از خاک در سه ایستگاه به مرکزیت پالایشگاه و به فواصل 500، 1000 و 1500 متر و یک منطقه دور از پالایشگاه (خاک شاهد و فاقد آلودگی فلزات سنگین) صورت گرفت. بذرهای ماش در خاک شاهد و سه سطح خاک آلوده با عناصر سنگین کشت شدند. نتایج آنالیز خاک حاکی از آلوده بودن خاک اطراف پالایشگاه به عناصر کادمیم، کروم، سرب، وانادیم، جیوه و آرسنیک بود که میزان آلودگی با افزایش فاصله از پالایشگاه کاهش یافت. همچنین نتایج، تغییرات معنی داری را در میزان رشد و صفات فتوسنتزی گیاه ماش در پاسخ به آلودگی عناصر سنگین خاک نشان داد. آلودگی خاک با فلزات سنگین میزان کلروفیل های a و b، کلروفیل کل، کاروتنوئیدها، فتوسنتزخالص، عملکرد کوانتوم شیمیایی فتوسیستم ها (PIABS)، CO2 بین سلولی، تعرق و کارایی مصرف آب را در سطح معنی داری کاهش داد. بیشترین و کمترین میزان کاهش در پارامترهای فتوسنتزی به ترتیب در خاک های جمع آوری شده از فواصل 500 و 1500 متر به پالایشگاه در مقایسه با خاک شاهد ملاحظه شد. میزان پرولین در پاسخ به آلودگی خاک با فلزات سنگین در سطح معنی داری افزایش یافت که در تنظیم اسمزی و حذف رادیکال‌های آزاد اکسیژن در پاسخ به تنش‌های محیطی نقش دارد. با توجه به نتایج این تحقیق و اثرات منفی فلزات سنگین بر رشد و فتوسنتز گیاه ماش، پیشنهاد می‌شود که از کشت گیاهان زراعی در زمین های کشاورزی اطراف پالایشگاه گاز خودداری شود.

واژه‏های کلیدی: آلاینده، زیست­ محیطی، حبوبات، رشد، فتوسنتز

* نویسنده مسئول، تلفن: 061522222119 ، پست الکترونیکی: [email protected]

مقدمه

 

عناصر سنگین از مهم ترین آلاینده های زیست محیطی محسوب می شوند که سمیت آنها به دلایل بوم شناختی، تکاملی، تغذیه ای و محیطی مشکل بزرگی به شمار می رود (19). معضل اصلی مربوط به فلزات سنگین آن است که این آلاینده های غیرآلی بر خلاف آلاینده های آلی، تجزیه پذیر نمی باشند. این واقعیت، فلزات سنگین را به یکی از خطرناکترین گروه آلاینده های زیست محیطی مبدل ساخته است (21). منابع مختلف شامل صنایع، فاضلاب شهری و مواد سوختی و همچنین استفاده از کودهای شیمیایی، مخصوصاً کودهای فسفاته، مقدار و غلظت این عناصر را در خاک افزایش می دهند (32). فلزات سنگین از آلاینده­های پایدار غیرقابل تجزیه بیولوژیکی هستند که می توانند در محیط زیست به آب و خاک وارد شوند و از آنجا جذب گیاه شوند و بدین ترتیب وارد زنجیره غذایی می شوند. برای هرکدام از فلزات سنگین، حد مشخصی تعیین شده است که بالاتر از آن می تواند سمی و خطرناک باشد. در واقع به علت پایداری زیست­ محیطی فلزات سنگین و نیز افزایش استفاده از این مواد، امروزه مشکل آلودگی حاصل از آن­ها به یکی از مهمترین معضلات زیست­ محیطی بشر تبدیل شده است (45).

در مطالعه ای، اثر ترکیبات فلزات سنگین مس و منگنز، مس و سرب، کادمیم و منگنز، و کادمیم و سرب بر روی رشد و جوانه زنی بادیان، زیره سیاه و رازیانه مورد بررسی قرار گرفتکه نتایج حاکی از کاهش جوانه زنی بذرها و رشد اولیه ریشه ها تحت تأثیر عناصر سنگین بود (20). همچنین کاهش رشد گیاهان تحت تاثیر تیمارهای 10 میلی گرم بر لیتر کروم و کادمیم و غلظت های 20 میلی گرم بر لیتر مس و نیکل و غلظت های بالاتر گزارش شد (30). تنش عناصر سنگین به طور عمده از طریق کاهش سنتز کلروفیل اثر مستقیمی بر فتوسنتز دارد (41). کاهش رنگیزه ها به واسطۀ افزایش تولید رادیکالهای آزاد اکسیژن است که این رادیکالهای آزاد باعث پراکسیداسیون و در نتیجه تجزیه کلروفیل می‌شود (34). مطالعات حاکی از کاهش فتوسنتز در گیاهان تیمار شده با سرب می باشد که ناشی از تخریب فرا ساختار کلروپلاست، جلوگیری از سنتز کلروفیل، پلاستوکوئینون و کارتنوئیدها، ممانعت از انتقال الکترون و جلوگیری از فعالیت آنزیمهای چرخه کالوین است. فلزات سنگین با ایجاد اختلال در جذب عناصر ضروری مثل منیزیم و آهن مانع از سنتز کلروفیل می شوند (36). پرولین یکی از ترکیبات مهم سیستم دفاعی گیاهان در شرایط تنش می باشد و به مقدار زیادی در گیاهان آلی دیده می شود. تجمع پرولین یکی از پاسخ‌های گیاهان به تنش فلزات سنگین است که  در افزایش مقاومت گیاهان به تنش نقش دارد (15). پرولین تحمـل گیاهـان بـه تـنش را از طریـق مکانیـسم­هـایی ماننـد تنظـیم اسمزی، حفاظـت از آنـزیم­هـا و پروتئین‌ها، تثبیت ساختارهای درون سلولی مانند غشاء‌ها و نقش آنتی اکسیدانی افزایش می­دهد (43).

حبوبات به دلیل دارا بودن برخی ویژگی های غذایی و زراعی قابل ملاحظه، جایگاه ویژ ه ای در صنعت کشاورزی در کشورهای در حال توسعه دارند (2). ماش گیاهی است که به علت دوره رشد و نمو کوتاه، قابلیت تثبیت نیتروژن هوا، تقویت زمین و جلوگیری از فرسایش خاک بر سایر گیاهان به منظور کشت دوم، برتری دارد. دانه ماش به واسطه داشتن 25درصد پروتئین و 340 کالری انرژی که از مصرف 100 گرم دانه خشک آن حاصل می شود، از منابع مهم تأمین کننده پروتئین گیاهی برای انسان به شمار می رود (3). در مناطق با دوره رشد کوتاه، ماش به عنوان گیاه فی مابین گیاهان زراعی اصلی مانند کشت ماش در خوزستان بین گندم زمستانه و ذرت تابستانه، قابل استفاده است (1).

در استان خوزستان به لحاظ وجود منابع سرشار نفت، گاز و توسعه روز افزون صنایع مختلف از جمله صنایع پالایشگاه، موجب بروز مشکلات متنوعی در اکثر جنبه های زیست محیطی از قبیل افزایش آلودگی هوا، آب و خاک شده است. پالایشگاه گازی بید بلند بهبهان با توجه به آلودگیهای هوا و آلاینده های خروجی )بطور مثال پساب( آن، احتمال انتشار گسترده ی آلودگی به محیط زیست را دارد. با توجه به وجود اراضی کشاورزی )کشت محصولاتی مانند گندم، کنجد، ماش، لوبیا، ذرت و غیره(، مناطق روستایی، عشایری و شهری در اطراف پالایشگاه گاز و تاثیرات زیست محیطی، اکولوژیکی و زیست شناختی ناشی از آلودگی فلزات سنگین در منطقه مورد نظر، تحقیق حاضر انجام شد. با توجه به خطرات ناشی از انتقال عناصر سنگین از خاک آلوده به گیاه و سپس ورود آن به چرخه غذایی انسان و عدم وجود گزارش در این زمینه، انجام تحقیق حاضر بر روی آلودگی فلزات سنگین خاک حومه پالایشگاه بید بلند1 بر روی گیاه ماش مهم است.لذا هدف از این تحقیق، بررسی غلظت عناصر سنگین خاک و همچنین تاثیرات این فلزات بر میزان رشد گیاه، فتوسنتز، رنگیزه های فتوسنتزی و محتوی پرولین گیاه ماش بود.

مواد و روشها

پالایشگاه گاز بیدبلند 1 در 32 کیلومتری غرب بهبهان و 40 کیلومتری شمال آغاجری در استان خوزستان واقع شده است. برای سنجش میزان فلزات سنگین در خاک محدوده پالایشگاه، از خاکهای سمت غرب پالایشگاه در سه ایستگاه به فواصل 500 ، 1000 و 1500 متر از پالایشگاه به علاوه یک ایستگاه شاهد در مزرعه ای با فاصله ی دور از پالایشگاه که فاقد آلودگی فلزات سنگین بود جمع آوری شد. نمونه های خاک تا عمق 30 سانتی متری برداشت و بعد از حذف سنگهای بزرگ و سایر مواد خارجی، در کیسه های پلاستیکی قرار داده شدند. نمونه خاک ها جهت سنجش مقدار و نوع فلزات سنگین، با استفاده از دستگاه (Australia- Spectra AA 220) آنالیز (ICP (Inductively coupled plasma شدند. نتایج در جدول 1 آورده شد. بر اساس نتایج آنالیز عناصر، خاک جمع آوری شده از مزرعه دور از پالایشگاه فاقد فلزات سنگین بود و به عنوان خاک شاهد در نظر گرفته شد.

به منظور بررسی اثرات عناصر سنگین بر ویژگی های فتوسنتزی گیاه ماش (رقم مهر)، آزمایش گلدانی در آذرماه 1395 در آزمایشگاه زیست شناسی دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان طراحی شد. آزمایش بصورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی در4 تکرار انجام گرفت. از هر نوع خاک 4 گلدان آماده شد. بذر ماش رقم مهر از مرکز تحقیقات صفی آباد دزفول تهیه و با هیپوکلریت سدیم 20% به مدت 20 دقیقه استریل شدند و سپس با آب مقطر استریل چندین بار شستشو داده شدند. سپس بذرهای استریل به تعداد 15 عدد داخل هر پتری دیش حاوی کاغذ صافی قرار داده شدند و 15 میلی لیتر آب مقطر به پتری دیش­ها اضافه شد. پتری ها به اتاقک رشد با شرایط دمای 18 درجه سانتیگراد و دوره نوری 16 ساعت و دمای 16 درجه و 8 ساعت تاریکی با شدت 150 میکرومول فوتون بر متر در ثانیه انتقال داده شدند. پس از جوانه زنی بذرها، تعداد 8 عدد بذر جوانه زده تقریبا یکسان به هر گلدان منتقل شدند. گلدان ها به اتاقک رشد با دوره نوری 14 ساعت روشنایی شدت 150 میکرومول فوتون بر متر در ثانیه و 10 ساعت تاریکی و میانگین دمای 22 درجه در روز و 20 درجه در شب منتقل شدند. در مرحله سه برگی، تعداد گیاهان هر گلدان به 4 گیاه با ظاهر تقریبا یکسان تنک شد. آبیاری گلدان­ها به مدت یک ماه بصورت هر 4 روز یک بار با آب مقطر صورت گرفت. پس از یک ماه گیاهان به منظور انجام آنالیزها برداشت شدند.

آنالیز شاخص های رشد: به منظور مطالعه تغییرات مورفولوژیکی گیاه ماش در پاسخ به آلودگی فلزات سنگین، طول ساقه، طول ریشه اصلی، سطح برگ، وزن تر و خشک ساقه، ریشه و برگ در 4 گیاه از 4 گلدان مختلف اندازه­گیری شدند. جهت اندازه­گیری سطح برگ گیاهان از دستگاه اندازه­گیری سطح برگ Portable Leaf Area Meter (Korea Tech, Korea) استفاده شد. برای به دست آوردن نتایج این آزمایش، از 4 گیاه و از هر گیاه سطح همه برگ­های آن اندازه­گیری شد. پس از برداشت گیاهان، اندامهای هوایی و ریشه از یکدیگر تفکیک شدند و وزن تر ساقه، ریشه و برگ 4 گیاه اندازه گیری شد. سپس قطر و حجم ریشه ها اندازه گیری شدند. به منظور اندازه­گیری وزن خشک، ساقه، برگ و ریشه به طور جداگانه در آون 70 درجه سانتی گراد به مدت 48 ساعت قرار گرفتند و سپس وزن آن ها با ترازوی AND مدل GT-300 ساخت کشور چین با دقت 0001/0 گرم تعیین شد.

سنجش رنگیزه های فتوسنتزی: برای سنجش میزان کلروفیل ها و کاروتنوئیدها از روش Lichtentaler (1987) استفاده شد (26). ابتدا 1/. گرم برگ با 4 میلی لیتر استن 80% در هاون چینی ساییده شد و سپس محلول حاصل به مدت 5 دقیقه در 3000 دور سانتریفوژ شد و جهت تعیین میزان کلروفیل ها و کارتنوئیدها، جذب محلول رویی توسط اسپکتروفتومتر (Model SPEKOL 2000, Analyticjena, Germany) در طول موج های 647، 664 و 470 نانومتر قرائت شد. میزان کلروفیل های a و b، میزان کل کلروفیل و کارتنوئیدها از طریق معادله های زیر محاسبه شد (26).

معادله (1)                   Chla=12/25(A664) - 2/79(A647)

معادله (2)                     Chlb=21/21(A647) - 5/1(A664)

معادله (3)

Carotenoide = (1000 A470-1/8 Chla - 85/02 Chlb) /198

معادله (4)                                  Chlb Chla +  ChlT=

اندازه گیری عملکرد فتوسیستم ها: سنجش عملکرد فتوسیستم II بوسیله دستگاه Chlorophyll Fluorimeter (Pocket PEA, Hansatech Instruments Ltd., England) تعیین شد. بدین منظور، ابتدا گلدانها به مدت 20 دقیقه در تاریکی انکوبه شدند. سپس برگ های دوم و سوم هر گیاه انتخاب شدند و برای سنجش عملکرد فتوسیستم II نسبت FV (تفاوت حداکثر فلئورسانس با حداقل فلئورسانس [Fm –F0] به Fm (حداکثر فلئورسانس) توسط دستگاه اندازه­گیری شد. نسبت Fv/Fm و PIABS به ترتیب نشانگر عملکرد فتوسیستم II و هر دو فتوسیستم I و II هستند (48).

 

اندازه گیری سایر شاخص های فتوسنتزی: تعیین میزان فتوسنتز خالص (net photosynthetic rate (PN، CO2 درون سلولی (intercellular CO2 concentration)، رطوبت برگ leaf moisture (LM)، تعرق  (E) transpiration rate و کارایی مصرف آب water use efficiency (WUE) بوسیله دستگاه فتوسنتزمتر (KR8700 system; Korea Tech Inc., Korea) انجام شد. برای اندازه گیری از برگ های سالم و توسعه یافته (برگ های دوم و سوم در هر گیاه) استفاده شد. در زمان اندازه گیری صفات ذکر شده، به منظور رعایت شریط استاندارد برای تمامی تیمارها، شرایط محیطی اتاقک رشد تنظیم و یکسان شد.

سنجش میزان پرولین: برای استخراج و سنجش پرولین از روش Bates و همکاران (1973) استفاده شد (13). بدین منظور 0.2 گرم از بافت برگ در 4 میلی لیتر اسید سالفوسالیسیلیک آبدار 3 درصد کاملا سائیده شده تا همگن شود. سپس عصاره برای سنجش پرولین استفاده شد. 2 میلی­لیتر از عصاره و 2 میلی­لیتر نین هیدرین با 2 میلی لیتر اسید استیک گلاسیال مخلوط شدند و نمونه‌ها به مدت یک ساعت در حمام آب داغ قرار گرفتند. سپس به نمونه‌ها 4 میلی­لیتر تولوئن افزوده شد و به مدت 30 ثانیه به شدت مخلوط شدند. پس از مدت 20 دقیقه جذب نوری محلول رنگی فوقانی در طول موج 520 نانومتر به وسیله دستگاه اسپکتروفوتومتر خوانده شد و با استفاده از منحنی استاندارد، غلظت پرولین در محلول محاسبه شد.

تجزیه و تحلیل آماری: آنالیزهای اماری به وسیله نرم افزار IBM SPSS STATISTICS  انجام شد و ترسیم نمودارها به وسیله نرم افزار Excell انجام شد. به منظور تعیین سطح معنی داری کلیه پارامترها از در اثر تنش فلزات سنگین از آنالیز واریانس ANOVA)) استفاده شد. میانگین ها با استفاده از آزمون چند دامنه­ای دانکن با یکدیگر مقایسه شدند.

نتایج

آنالیز عناصر سنگین خاک:    نتایج آنالیز ICP خاک در جدول 1 مشاهده می­شود. بیشترین مقدار میانگین فلز، برای کروم ثبت شد و بیشترین ضریب تغییرات مربوط به آرسنیک و وانادیم می باشد. در هر صورت، میانگین غلظت فلزات سنگین در نمونه های خاک منطقه از روند کاهشی Cr>Hg>Pb>V>As>Cd تبعیت می کنند. لازم به ذکر است که خاک شاهد فاقد عناصر سنگین بود. مقایسه نتایج با محدوده استاندارد جهانی شیل و میانگین خاک جهانی حاکی از بالا بودن میزان دو عنصر کادمیم و جیوه نسبت به استاندارد بود و غلظت سایر عناصر سنگین در منطقه مورد مطالعه کمتر از حد استاندارد بود. غلظت عناصر با افزایش فاصله از پالایشگاه از یک روند کاهشی پیروی می­کردند. داده­ها نشان داد که بالاترین میزان عناصر مربوط به نزدیکترین فاصله نمونه برداری یعنی شعاع 500 متری از پالایشگاه و کمترین میزان هم مربوط به منطقه ای بود که در شعاع 1500 متر از پالایشگاه واقع شده بود. بنابراین پالایشگاه می­تواند عامل اصلی در الگوی پراکنش این عناصر باشد.

 

جدول 1- عناصر سنگین خاک منطقه و مقایسه آن با استانداردها

 

 

مناطق نمونه برداری از خاک

فلزات سنگین خاک

(mg Kg-1)

میانگین جهانی خاک

استاندارد جهانی شیل

منطقه آلودگی کم (1500 متر)

منطقه آلودگی متوسط (1000 متر)

منطقه آلودگی شدید (500 متر)

شاهد

0.13

0.07

0.82c

1.19b

1.95a

0d

 جیوه (Hg)

60

130

0.36c

0.42b

1.88a

0d

وانادیم  (V)

42

90

1.24c

1.79b

1.85a

0d

  کروم (Cr)

6.83

13

0.31c

0.51b

1.91a

0d

 آرسنیک (As)

27

20

0.75c

1.19b

1.85a

0d

 سرب (Pb)

1.1

0.22

0.61c

0.81b

0.93a

0d

 کادمیم (Cd)

 

 

آنالیز شاخص های رشد: نتایج مقایسه میانگین داده­ها نشان داد که آلودگی فلزات سنگین خاک تاثیر معنی­داری بر ارتفاع گیاه ماش داشت و ارتفاع بوته در گیاهان کشت شده در خاک های آلوده نسبت به گیاه شاهد کاهش معنی داری (P < 0.05) را نشان داد، ولی طول گیاه در بین سطوح مختلف آلودگی تفاوت معنی داری را نشان نداد (شکل 1 الف). آلودگی خاک با فلزات سنگین سبب کاهش معنی­دار (P < 0.05) سطح برگ گیاهان شد و میزان این صفت در گیاهان کشت شده در خاک­های با آلودگی کم، متوسط و زیاد تفاوت معنی داری با یکدیگر نداشتند (شکل 1 ب). بیشترین میزان سطح برگ در گیاهان کشت شده در خاک شاهد مشاهده شد و کم­ترین میزان سطح برگ مربوط به بالا­ترین سطح آلودگی فلزات سنگین بود. میزان کاهش سطح برگ در گیاهان کشت شده در خاک با آلودگی کم، متوسط و زیاد نسبت به گیاهان شاهد به ترتیب 39%، 43% و 52% بود. نتایج آنالیز ریشه نشان داد که آلودگی کم فلزات سنگین تاثیر معنی داری (P < 0.05) بر میزان طول ریشه نداشت، درحالیکه سطوح آلودگی متوسط و زیاد خاک با فلزات سنگین سبب کاهش معنی دار صفت مذکور شد (شکل 1 ج). قطر ریشه کاهش معنی داری (P < 0.05) در پاسخ به آلودگی خاک نشان داد و بیشترین و کمترین میزان قطر ریشه به ترتیب مربوط به گیاهان شاهد و گیاهان کشت شده در خاک با آلودگی بالا بودند (شکل 1 د). نتایج آنالیز نشان داد که آلودگی فلزات سنگین تاثیر معنی داری (P < 0.05) بر حجم ریشه داشت و تمام سطوح آلودگی خاک با فلزات سنگین سبب کاهش معنی دار صفت مذکور شدند (شکل 1 و).

آلودگی فلزات سنگین در خاک سبب کاهش معنی­دار
(P < 0.05) وزن تر و خشک ساقه شد (شکل 2 الف و ب). گیاهان شاهد بیشترین میزان وزن تر و خشک ساقه را نشان دادند، درحالیکه کم­ترین میزان صفات مذکور مربوط به سطح شدید آلودگی فلزات سنگین بود. وزن تر و خشک برگ تحت تاثیر آلودگی خاک قرار گرفت و میزان صفات مذکور کاهش معنی داری (P < 0.05) را در آلودگی متوسط و زیاد خاک نشان دادند.



 

شکل 1- تغییرات ارتفاع بوته (الف)، سطح برگ (ب)، طول ریشه (ج)، قطر ریشه (د) و حجم ریشه (و) تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد( ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار SD± و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.

 

 

 

بیشترین میزان وزن تر و خشک برگ مربوط به گیاهان کشت شده در خاک شاهد بوده که به استثنای گیاهان رشد یافته در سطح آلودگی کم، با سطوح دیگر تفاوت معنی داری داشت و کمترین میزان صفات مذکور در آلودگی زیاد خاک مشاهده شدند (شکل 2 ج و د). میزان کاهش وزن تر برگ در گیاهان رشد یافته در خاک های آلوده به فلزات سنگین در سطوح کم، متوسط و زیاد به ترتیب 11%، 29% و 45% نسبت به گیاهان شاهد بود و مقدار کاهش وزن خشک نیز به ترتیب 16%، 30% و54% بود. وزن تر و خشک ریشه در پاسخ به آلودگی خاک تغییر معنی داری (P < 0.05) را نشان ندادند و میزان آن در تمام سطوح تقریبا یکسان بود (شکل 2 ه و ی).

رنگیز­های فتوسنتزی: نتایج نشان داد که آلودگی فلزات سنگین در خاک، تاثیر معنی داری بر میزان کلروفیل a، کلروفیلb، کلروفیل کل و کاروتنوئیدها در گیاه ماش داشت (شکل 1الف، ب، ج و د). مقایسه میانگین داده ها در اثرات سطوح مختلف آلودگی فلزات سنگین نشان داد که بیشترین میزان این صفات مربوط به گیاهان کشت شده در خاک شاهد بود که در خاک های با سطوح آلودگی کم،

متوسط و شدید کاهش معنی داری داشتند.

میزان کلروفیل a در گیاهان کشت شده در سطوح کم، متوسط و شدید فلزات سنگین به ترتیب کاهش 29 %،51% و 53% را نسبت به گیاه شاهد نشان داد. در کلروفیل b نیز شاهد روند کاهشی 24%، 53% و54%  نسبت به گیاهان شاهد بودیم. در کلروفیل کل گیاهان کشت شده در سه سطح آلودگی کم، متوسط و شدید به ترتیب کاهش 26% ، 53% و 53% نسبت به گیاه شاهد مشاهده شد. میزان کاروتنوئیدها در گیاهان کشت شده در سطوح کم، متوسط و زیاد فلزات سنگین نیز کاهش 18%، 45% و 52% را نسبت به گیاهان شاهد نشان داد.

اندازه گیری عملکرد فتوسیستم ها: نتایج مطالعه نشان داد، عملکرد فتوشیمیایی فتوسیستم II (Fv/Fm) تحت تاثیر فلزات سنگین قرار نگرفته و تغییر معنی­داری را در سطوح مختلف آلودگی خاک نشان نداد (شکل 4 الف). برخلاف Fv/Fm، میزان PIABS، شاخصعملکرد فتوشیمیایی هر دو فتوسیستم I و II، کاهش معنی داری را نشان داد.

 

 

شکل 2- تغییرات وزن تر ساقه (الف)، وزن خشک ساقه (ب)، وزن تر برگ (ج)، وزن خشک برگ (د)، وزن تر ریشه (ه) و وزن خشک ریشه (ی) تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد (ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار ±SD و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.


شکل 3- تغییرات کلروفیل a (الف)، کلروفیل b (ب)، کاروتنوئید (ج) و کلروفیل کل (د) تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین  (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد( ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار SD± و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.

 

 

طبق شکل 4 (ب) میزان PIABS در گیاهان کشت شده در خاکهای حاوی آلودگی متوسط و شدید نسبت به گیاهان خاک کاهش معنی داری (P≤ 0.05)  نشان داد و میزان کاهش در غلظت های متوسط و زیاد نسبت به گیاه شاهد به ترتیب 12% و21 % بود.

شاخص های فتوسنتزی: نتایج اثرات سطوح مختلف آلودگی فلزات سنگین نشان داد که بیشترین میزان فتوسنتز خالص مربوط به گیاهان کشت شده در خاک شاهد بود و کم­ترین میزان این پارامتر مربوط به شدید­ترین سطح آلودگی با فلزات سنگین بود که نسبت به گیاه شاهد کاهش معنی­داری (P≤ 0.05) نشان داد. این کاهش در سه سطح آلودگی کم، متوسط و زیاد به ترتیب 16%، 23% و 51% نسبت به گیاهان شاهد بود (شکل 5 الف). نتایج مقایسه اثرات سطوح مختلف آلودگی فلزات سنگین نشان داد که میزان CO2 درون سلولی تحت تاثیر آلودگی خاک کاهش معنی داری (P≤ 0.05) نشان داد که این کاهش در آلودگی های کم، متوسط و زیاد به ترتیب میزان 18%، 29% و 46% در مقایسه با گیاهان خاک شاهد بود (شکل 5 ب). نتایج نشان داد که تیمار فلزات سنگین در آلودگی متوسط و زیاد سبب کاهش معنی دار (P≤ 0.05) کارایی مصرف آب در گیاهان شد و بیشترین و کمترین میزان کارایی مصرف آب به ترتیب در گیاهان شاهد و آلودگی زیاد فلزات سنگین مشاهده شد (شکل 5 ج). میزان کاهش کارایی مصرف آب در تیمار های با آلودگی متوسط و زیاد نسبت به گیاهان خاک شاهد به ترتیب 6% و 49% بود.

 

شکل 4- تغییرات Fv/Fm (الف) و PIABS تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد( ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار SD± و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.

 

نتایج نشان داد که اثر تیمار های با آلودگی کم بر میزان تعرق با شاهد اختلاف معنی داری وجود نداشت. در پاسخ به آلودگی خاک میزان رطوبت برگ تفاوت معنی داری نشان نداد (شکل 5 د). آلودگی خاک سبب کاهش معنی دار  ( P < 0.05 )میزان تعرق در غلظت های متوسط و زیاد فلزات سنگین شد و بیشترین و کمترین میزان تعرق به ترتیب در خاک های شاهد و آلودگی شدید ملاحظه شد که روند کاهشی نسبت به گیاهان خاک شاهد در آلودگی متوسط و زیاد به ترتیب به میزان 6% و 46% بود (شکل 5 و).

پرولین: نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان دهنده تأثیر معنی­داری آلودگی فلزات سنگین  خاک در سطح 5 درصد بر میزان پرولین در گیاه ماش است. نتایج مقایسه میانگین داده­ها در اثرات سطوح مختلف آلودگی فلزات سنگین  نشان داد که کمترین میزان پرولین مربوط به گیاهان کشت شده در خاک شاهد بوده که با خاک های با سطوح آلودگی‌های کم، متوسط و شدید تفاوت معنی داری (P≤ 0.05) داشت. بیشترین میزان این صفت هم  مربوط به شدیدترین سطح آلودگی فلزات سنگین است که با همه سطوح تفاوت معنی­داری (P≤ 0.05) داشت (شکل 6).

بحث

وجود فلزات سنگین در محیط زیست گیاهان نوعی عامل تنش‌زا می باشد که باعث ایجاد تغییرات فیزیولوژیک شده و می‌تواند موجب کاهش توان رشد گیاه و در حالت شدیدتر باعث از بین رفتن گیاه شود  (11و 42). فعالیت پالایشگاه های فراورده های نفت و گاز یکی از منابع ورود فلزات سنگین به محیط زیست است و خاک های آلوده دارای ترکیبات سمی فلزات سنگین از جمله Pb، Cd، Cr و Hg هستند (29 و 36). پالایشگاه گاز طبیعی می تواند باعث آلودگی محیط زیست شود و متعاقبا بر کشاورزی و سلامت انسانها تأثیر منفی می گذارد. سیستم های گاز طبیعی آلاینده هایی از جمله دی اکسید گوگرد، دی اکسید نیتروژن، بنزن و سایر مواد شیمیایی خطرناک را در هوا آزاد می کنند (23). این مطالعه به منظور بررسی اثرات فلزات سنگین ناشی از فراوری گاز طبیعی در زمینهای کشاورزی اطراف بیدبلند طراحی شده بود. نتایج این مطالعه نشان دهنده آلودگی خاک اطراف پالایشگاه با فلزات Cr، Hg، Pb، V، As و Cd بود که سطح آن با افزایش فاصله از پالایشگاه کاهش یافت. برای شناسایی اثر آلودگی خاک ناشی از سایت پالایشگاه بیدبلند، گیاه ماش به منظور بررسی تأثیر آلودگی فلزات سنگین بر کشاورزی، انتخاب شد.

فلزات سنگین از طریق آسیب های فیزیولوژیکی سبب مهار رشد و کاهش تولید محصول گیاهان می شوند (9 و 28).



 

شکل 5- تغییرات میزان فتوسنتز خالص (الف)، CO2 درون سلولی (ب)، کارایی مصرف آب (ج)، رطوبت (د) و تعرق (و) تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد( ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار ±SD و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.

 

 

 

 

شکل 6- تغییرات میزان پرولین تحت تاثیر تیمارهای مختلف فلزات سنگین (Control: شاهد، low: کم، med: متوسط، high: زیاد( ذکر شده در جدول 1. داده‌ها میانگین 4 تکرار ±SD و حروف نامشابه نشان‌دهنده اختلاف معنی‌دار (P≤ 0.05) بر اساس آزمون Duncan می‌باشد.

 

آلودگی خاک با فلزات سنگین بیشترین اثر منفی بر رشد گیاه ماش را در نزدیکترین منطقه مورد مطالعه (500 متر) به پالایشگاه بید بلند نشان داد. اثرات منفی فلزات سنگین بر رشد و عملکرد بسیاری از گیاهان از جمله گندم، نخود، ذرت و آلفا الفا، مشابه با تحققیق حاضر گزارش شده است (38). میزان مهار فلزات سنگین بر رشد گیاه بستگی به غلظت آن داشت و در آلودگی کم خاک در دورترین منطقه به پالایشگاه (1500 متر) کمترین میزان کاهش در طول بوته، سطح برگ، طول ریشه، قطر ریشه، حجم ریشه، وزن تر و خشک ساقه، ریشه و برگ مشاهده شد، درحالیکه بیشترین کاهش پارامترهای مذکور در نزدیکترین فاصله به پالایشگاه (500 متر) مشاهده شد. طبق گزارش Sharma and Agrawal (2005) اثرات سمی Cr، Pb، Vg، Hg، Ag و Cd، کاهش طول گیاه، تولید وزن تر تازه و خشک، و عملکرد گیاه است که با نتایج مشاهده شده در گیاه ماش مطابقت دارد (38). فلزات سنگین با مهار فعالیت آنزیم های حساس به فلزات سنگین منجر به کلروز، مهار رشد و مرگ ناگهانی گیاه می شوند (33 و 38). در خاک اطراف پالایشگاه آلودگی سرب مشاهده شد و طبق نظر Nagajyoti و همکاران (2010) تأثیرات مهار کننده Pb بر رشد و تولید زیست توده مربوط به اثر منفی آن بر روند فرایندهای متابولیک و مهار اکسیداسیون اسید استیک است (29). سمیت کروم و وانادیوم باعث کاهش عملکرد گیاهان از طریق مهار فعالیت های آنزیمی و کاهش رشد برگ و ریشه می‌شود (18 و 35) که در خاک اطراف پالایشگاه یافت شده اند. ریشه ها به عنوان سطوح جذب کننده آب و مواد غذایی تأثیر بسیار زیادی در جذب آب و املاح گوناگون دارند و عوامل مختلف محیطی از طریق تأثیر بر ریشه بر رشد گیاه اثر می گذارند. تنش فلزات سنگین از جمله عوامل محدود کنندة رشد ریشه است و کاهش رشد ریشه فعالیتهای رشدی گیاه را تحت تأثیر قرار می دهد. عدم توسعه و گسترش مناسب سیستم ریشه ای باعث کاهش سطوح جذب کننده مواد غذایی، تغییر در ساختار غشا سلولی و کاهش جذب و محتوی آب می شود که این امر بر فرآیندهای فیزیولوژیکی مانند تعرق، تنفس و فتوسنتز اثر گذاشته و در نهایت موجب کاهش رشد در سایر قسمتهای گیاه و از جمله کاهش زیست توده و سطح برگ گیاه می شود (36). در تحقیق حاضر نیز کاهش سیستم ریشه ای و متعاقبا میزان رشد گیاه ملاحظه شد تحت تاثیر تجمع فلزات سنگین در خاک اطراف پالایشگاه مشاهده شد و همچنین سیستم فتوسنتزی را تحت تاثیر قرار داده است که در ادامه بحث شده است.

در سال های اخیر توجه زیادی به ویژگی های فتوسنتزی در پاسخ به استرس های محیطی داده شده است (17). اندازه گیری خسارت ناشی از استرس می تواند بر اساس کاهش میزان Fv/Fm، PIABS، فتوسنتز خالص، غلظت CO2 درون سلولی و کارایی مصرف آب برآورد شود. مقدار Fv/Fm نشان دهنده کارایی کوانتومی فتوسیستم II است، در حالی که شاخص عملکرد (PIABS) کارایی فتوسیستم های I و II را نشان می دهد (37). در خاک های آلوده به فلزات سنگین، شاخص های فتوسنتزی (از قبیل PIABS، فتوسنتز خالص، غلظت CO2 درون سلولی و کارایی مصرف آب) و رنگدانه های فتوسنتزی (کلروفیل a، کلروفیل b و کاروتنوئیدها) در گیاه ماش به طور قابل توجهی کاهش یافتند. عنصر کروم سبب ناهنجاری ساختاری در ساختار کلروپلاست و اختلال در فرایند انتقال الکترون از فتوسیستم I به کروم می‌شود (35) که می‌تواند دلیل کاهش میزان PIABS در گیاه ماش رشد یافته در خاکهای آلوده اطراف پالایشگاه باشد. یکی از مکانیسم هایی که منجر به مهار فتوسنتز می شود، جایگزینی مولکول های Mg2+ در مولکول های کلروفیل توسط فلزات سنگین است (22). کمبود آهن ناشی از فلزات سنگین باعث تضعیف تجمع رنگدانه های فتوسنتزی در گیاهان می‌شود (13)، که  به طور مشابهی کاهش کلروفیل‌ها در گیاه ماش در پاسخ به آلودگی فلزات سنگین مشاهده شد. کاهش محتوای کلروفیل در اثر استرس ناشی از فلزات سنگین ممکن است نتیجه ممانعت آنزیم های مسئول در بیوسنتز کلروفیل باشد (47). علاوه بر مهار بیوسنتز کلروفیل به وسیلۀ فلزات سنگین، این فلزات باعث تجزیه زیستی کلروفیل نیز می شوند. برخی از فلزات سنگین مانند کادمیم از تشکیل کلروفیل از طریق تداخل با تولید پروتوکلروفیلید جلوگیری می‌کنند (31). به علاوه غلظت بالای فلزات سنتز کلروفیل را از طریق مختل کردن جذب دیگر یون های اساسی مانند منیزیم و آهن به وسیله گیاهان (14) و یا افزایش فعالیت کلروفیلاز کاهش می دهد  (16). کاهش میزان فتوسنتز گیاه ماش در خاک آلوده به فلزات سنگین می‌تواند به سمیت عناصر کادمیم آرسنیک مربوط باشد زیرا کادمیم از طریق مهار انتقال الکترون در سیستم های فتوسنتزی کلروپلاست میزان فرایند فتوسنتز را کاهش می دهد (46) و آرسنیک از طریق آسیب به غشای کلروپلاست و تخریب کلروپلاست بر روی میزان فتوسنتز تاثیر منفی دارد (40). همچنین بر اساس گزارش Lefevre و همکاران (2014) کادمیوم با تاثیر بر روی سیستم روزنه ای، تنفس و آنزیم ردوکتاز سبب کاهش فتوسنتز در Zygophyllum fabago شد (24). اثرات زیان آور کروم بر فتوسنتز، CO2 درون سلولی، انتقال الکترون، فتوفسفریلاسیون، فعالیت های آنزیم دخیل در بیوسنتز رنگدانه های فتوسنتزی گزارش شده است (29) که در خاک آلوده اطراف پالایشگاه مشاهده شده است. از آنجاییکه کاهش میزان فتوسنتز در پاسخ به آلودگی خاک با فلزات سنگین می تواند به دلیل کاهش محتوای کلروفیل و بسـته شـدن روزنـه هـا و آنزیم ها باشد (41)، آلودگی خاک اطراف پالایشگاه با فلزات سنگین Hg، Ag، Pb، As، Cd و V باعث کاهش عملکرد فتوسنتز گیاه ماش شد.

اولین پاسخ همه گیاهان به تنش تنظیم اسمزی است که گیاهان با انباشته کردن محلول‌های سازگار از تنش اسمزی پیشگیری می‌کنند. این عمل برای فعالیت‌‌های فیزیولوژیک مثل فتوسنتز، فعالیت آنزیم‌ها و گسترش سلول لازم می‌باشد  (44). به‌منظور بررسی چگونگی پاسخ گیاه ماش به تنش فلزات سنگین، میزان پرولین به‌عنوان یکی از شاخص‌ترین مواد محلول سازگار در پاسخ به تنش‌های محیطی در گیاهان مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در برگ‌های گیاه ماش رشد یافته در خاک آلوده به فلزات سنگین، افزایش معنی‌داری در میزان پرولین نسبت به گیاهان شاهد مشاهده شد. گزارشاتی مبنی بر افزایش پرولین در پاسخ به فلزات سنگین در گیاهان نخود (28) ، اسفناج (27) و ذرت خوشه‌ای (25) وجود دارد که تاکید کننده نتایج تحقیق حاضر است. از آنجایی‌که تنش‌های محیطی سبب القای تنش اکسیداتیو در گیاهان می‌شوند، پرولین می‌تواند به‌عنوان تصفیه‌کننده رادیکال‌‌های آزاد اکسیژن حاصل از تنش عمل کند (39). نتایج این مطالعه نشان داد که علیرغم افزایش پرولین به عنوان یک آنتی اکسیدان و حفاظت کننده سیستم فتوسنتزی گیاهان در برابر تنش‌ (10)، آلودگی خاک با فلزات سنگین سبب کاهش رنگیزه‌های فتوسنتزی و فتوسنتز گیاه ماش شد.

نتیجه گیری کلی

آلودگی خاک به علت تکنولوژی فراوری گاز طبیعی ممکن است اثرات منفی جدی بر سلامت و اقتصاد را ایجاد کند. تجزیه و تحلیل مقایسهای عملکرد گیاه در مطالعه حاضر نشان دهنده تأثیر منفی تکنولوژی پالایشگاه گاز طبیعی بر روی خاک و در نتیجه کشاورزی به علت آلودگی فلزات سنگین در محیط زیست است. بر اساس یافته های این پژوهش، میزان آلودگی های فلزات سنگین موجود در نمونه های مورد مطالعه، با کاهش فاصله از پالایشگاه بید بلند رابطه مستقیم دارد. یعنی هر چه زمینهای کشاورزی به پالایشگاه نزدیکتر باشد، تمرکز فلزات سنگین در آن بیشتر است و در نهایت اثرات منفی فراوانی بر کشاورزان حومه پالایشگاه وارد می کند. کاهش میزان رنگیزه های فتوسنتزی نشان دهنده سمیت فلزات سنگین در گیاهان است که کاهش رشد گیاه ماش را به دنبال داشت. به طور کلی، تنش فلزات سنگین، کاهش صفات رشد و فتوسنتز را بدنبال داشت. البته تحقیقات بیشتری بر روی متابولیت های مختلف گیاهان مناطق آلوده و سیستم آنتی اکسیدانی گیاه ماش در پاسخ به تنش فلزات سنگین ضروری می باشد.

  • حبیب زاده، ی، مامقامی، ر، کاشانی، ع ، 1387، بررسی تاثیر تراکم های مختلف کاشت روی مراحل نمو و شاخص رشد سه ژنوتیپ ماش در شرایط آب و هوایی اهواز، چکیده مقالات هفتمین کنگره زراعت و اصلاح نباتات، ص 107
  • سهرابی، م، 1385، نتایج آزمایشات ماش سال 70 ، موسسه تحقیقات ، اصلاح و تهیه نهال و بذر، بخش تحقیقات حبوبات، شماره طرح 100- 12- 69242
  • قوامی،ف ، رضایی ،ع، 1385 ، بررسی تنوع خصوصیات مورفولوژیک ، فنولوژیک و الگو های الکتروفورتیک پروتئین دانه ماش، اطلاعات و مدارک علمی ایران (بخش پایان نامه)
  • کاظم علیلو، س، رسولی صدقیانی، ح ،1392، اثر آلودگی کادمیمی خاک بر برخی شاخصهای فیزیولوژیک گیاه بنگدانه (Hyoscyamus niger L)در حضور و عدم حضور ریزجانداران محرک رشد گیاه، تحقیقات کاربردی خاک شماره یک
  • کریمی، ن، خان احمدی،م، مرادی، ب ، 1392، اثر غلظت های مختلف سرب بر برخی پارامترهای فیزیولوژیکی گیاه کنگر فرنگی، مجله پژوهش های تولید گیاهی جلد بیستم شماره اول.
  • کشته گر، م، صفی پور افشار، ا، سعید نعمت پور. ف، 1393، اثر فلزات سنگین مس و سرب بر برخی صفات رشدی، میزان پرولین و پراکسیداسیون لیپیدی در دو رقم ماش، نشریه علمی پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی،جلد هشتم، شماره3(31) صفحه 363-374
  • لاری یزدی ، ح ، قربانعلی، م ، میرزایی، م، هاشمی، ا ، ۱۳۹۰، بررسی اثر غلظتهای مختلف سرب بر پرولین، قندهای محلول، نشاسته و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی کاتالاز و پراکسیداز در گیاه گندم Triticum aestivum L. رقم پیشتاز، اولین همایش ملی مباحث نوین در کشاورزی، ساوه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه
  • نورانی آزاد، ح ،کفیل زاده، ف ، 1390، تاثیر سمیت کادمیم بر رشد، قندهای محلول، رنگیزه های فتوسنتزی و برخی آنزیمها درگلرنگ (Carthamus tinctorius L). مجله زیست شناسی ایران ، جلد 24، شماره 6.
  • رضانژاد، ف، علومی، ح، قلی پور، ز، منوچهری کلانتری، خ، 1396، پاسخ دو گونه کاج (Pinus nigra و elderica) اطراف کارخانه مس سرچشمه در جذب فلزات سنگین و برخی ویژگی‌های ساختاری برگ. مجله زیست شناسی ایران، جلد 163، شماره 2، 376-390.

 

  • Anjum, S. , Xie, X., Wang, L., Saleem, M. F., Man, C. and Lei, W. 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afric. J. Agric. Res. 6(9): 2026-2032.
  • Baker, A. J. M., McGrath S. P., Reeves, R. D. and Smith, J. A. C. 2000. Metal hyperaccumulator plants: a review of the ecology and physiology of a biological resource for phytoremediation of metal-polluted soils. In: fhytoremediation of contaminated soil and water (eds. Terry, N. and Banuelos, G.). CRC Press, Boca Raton, Florida, USA; 85-107.
  • Bates, L., Waldren, R. P. and Tear, I. P. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil. 39: 205-207.
  • Bertrand, M. and Poirier I. 2005. Photosynthetic organisms and excess of metals. Photosynthetica 43: 345-353.
  • Bruzynski, M. 1987. The influence of lead and cadmium on the absorption and distribution of potassium, calcium, magnesium and iron in cucumber seedlings. Acta Physiol. Plant. 9: 229-238.
  • Costa, G. and Morel, J. L. 1994. Efficiency of H+-ATPase activity on cadmium uptake by four cultivars of lettuce. J. Plant Nut. 17: 627–637.
  • Drazkiewicz, M. 1994. Chlorophyll-occurrence, functions, mechanism of action, effects of internal and external factors. Photosynthetica 30: 321-331.
  • Guo, Y. and Tan, J. 2015. Recent advances in the application of chlorophyll a fluorescence from photosystem II. - Photochem. Photobiol. 91: 1-14.
  • Imtiaz, M., Rizwan, M. S., Xiong, S., Li, H., Ashraf, M., Shahzad, S. M., Shahzad, M., Rizwan, M. and Tu, S. 2015. Vanadium, recent advancements and research prospects: a review. Environ. Int. 80: 79-88.
  • Ingle, R. A., Smith, J. A. C. and Sweetlove, L. J. 2005. Responses to nickel in the proteome of the hyperaccumulator plant Alyssum lesbiacum. BioMetals. 18: 627-641.
  • Jeliazkova, E. A., Craker, L. E., and Xing, B. 2003. Seed germination of anise, caraway, and fennel in heavy metal contaminated solutions. J. Herbs Spices Med. Plants. 10(3): 83-93.
  • Kabata-Pendias, A., 2001. Trace Elements in Soils and Plants. CRC Press, Boca Raton, FL. pp. 413
  • Küpper, H., Šetlík I., Spiller M., Küpper F. C., Prášil O. 2002. Heavy metal‐induced inhibition of photosynthesis: targets of in vivo heavy metal chlorophyll formation. J. Phycol. 38: 429-441.
  • Lattanzio, R. K. 2013. Air quality issues in natural gas systems. Congressional Research Service 42833: 1-72.
  • Lefevre, I., Vogel-Mikus, K., Jeromel, L., Vavpetič, P., Planchon, S., Arcon, I., Elteren, J. T. V., Lepoint, G., Gobert, S., Renaut, J., Plicon, P. and Lutts, S. 2014. Differential cadmium and zinc distribution in relation to their physiological impact in the leaves of the accumulating Zygophyllum fabago Plant Cell Environ. 37: 1299-1320.
  • Li, J., Xu, X. and Feng, R. 2018. Soil fertility and heavy metal pollution (Pb and Cd) alter kin interaction of Sorghum vulgare. Environ. Exp. Bot. 155: 368-377.
  • Lichtentaler, H. K. 1994. Chlorophyll and carotenoids pigments of photosynthetic biomembranes. Method Enzymol. 148: 352-382.
  • Menon, G., Kamthe, S. and Gharge, S. 2018. effect of metal on germination and proline accumulation in Spinacea oleracea. Int. J. Curr. Res. Life Sci. 7: 1376-1380.
  • Metwally, A., Safronova, V. I., Belimov, A. A. and Dietz, K.J. 2008. Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in Pisum sativum. J. Exp. Bot. 56: 167.
  • Nagajyoti, P., Lee, K. and Sreekanth, T. 2010. Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: a review. - Environ. Chem. Lett. 8: 199-216.
  • Peralta, J. R., Gardea-Torresdey, J. L. and Tiemann, K. J. 2000. Study of the effects of heavy metals on seed germination and plant growth on alfalfa plant (Medicago sativa) grown in solid media. Roceedings of the 2000 Conference on Hazardous Wast Research, pp:135-140.
  • Prasad, S., Dwivedi, R., Zeeshan, M. and Singh, R. 2004. UV-B and cadmium induced changes in pigments, photosynthetic electron transport activity, antioxidant levels and antioxidative enzyme activities of Riccia sp. Acta Plant. 26: 423-430.
  • Sanita di Toppi, L. and Gabbrielli, R. 1999. Response to cadmium in higher plants- review. Environ. Exp. Bot.41: 105-130.
  • Sankar Ganesh, K., Baskaran, L., Rajasekaran, S., Sumathi, K., Chidambaram, A. L. A. and Sundaramoorthy, P. 2008. Chromium stress induced alternations in biochemical and enzyme metabolism in aquatic and terrestrial plants. Coll. Surf. B: Biointerfaces 63: 159-163.
  • Schutz, H. and Fangmier, E. 2001. Growth and yield responses of spring wheat (Triticum aestivum) to elevated CO2 and water limitation. Environ. Pol. 114: 187-194
  • Shanker, A. K., Cervantes, C., Loza-Tavera, H. and Avudainayagam, S. 2005. Chromium toxicity in plants. Environ. Int. 31(5): 739-753.
  • Sharma, P. and Dubey, R. S. 2005. Lead toxicity in plants. J Plant Physiol. 17(1): 35–52.
  • Sharma, D. K., Andersen S. B., Ottosen C. O. and Rosenqvist, E. 2012. Phenotyping of wheat cultivars for heat tolerance using chlorophyll a fluorescence. Func. Plant Biol. 39: 936-947.
  • Sharma, R. K., Agrawal M. 2005. Biological effects of heavy metals: an overview. J. Environ. Biol. 26: 301-313.
  • Sivakumar, P., Sharmila, P. and Saradhi, P. P. 2000. Proline alleviates salt-stress induced enhancement in ribulose-1,5-bisphosphate oxygenase activity. Biochem. Biophys. Res. Comm. 279: 512-515.
  • Stoeva, N., Bineva T. 2003. Oxidative changes and photosynthesis in oat plants grown in As-contaminated soil. Bulg. J. Plant Physiol. 29: 87-95.
  • Stoeva, N., Berova, M. and Zlatev, Z. 2005. Effect of arsenic on some physiological parameters in bean plants. Biol. Plant. 49: 293-296.
  • Toth, G., Hermann, T., DaSilva, M. and Montanarella, L. 2016. Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety. Environ. Int. 88: 299-309.
  • Trotel-Aziz, P., Niogret, M. F. and Larher, F. 2000. Proline level is partly under the control of abcisic acid in canola leaf discs during recovery from hyperosmotic stress. Physiol. Plant. 110: 376-383.
  • Tyree, M. T. and Jarvis, P. G. 1982. Water in tissue and cells. In: encyclopedia of plant physiology (eds. Lange, O. L., Nobel, P. S., Osmond, O. B. and M. Ziegler.). Springer, Berlin. 36-77.
  • Wang, J. and Chen. C. 2006. Biosorption of metals by Sacchharomyces cerevisia: A review. Biotechnol. Adv. 24: 427-451.
  • Xue, Z., Gao H. 2017. The difference of photosynthetic responses to the cadmium stress between a wild soybean (Glycine soja et Zucc.) and a cultivated soybean. Bull. Environ. Cont. Toxicol. 99: 405-410.
  • Zengin, F. K. and Munzuroglu, O. 2005. Effects of some heavy metaleson chlorophyll, proline and som antioxidant and chemicals in Bean (Phaseolus vulgaris L) seedlings. Acta Biol. Cracoviensla Series Botanica. 47(2): 157–164
  • Zivčák, M., Brestič, M., Olšovská, K., and Slamka, P. 2008. Performance index as a sensitive indicator of water stress in Triticum aestivum Plant Soil Environ. 54: 133–139.
Volume 34, Issue 4
December 2021
Pages 818-831
  • Receive Date: 14 November 2017
  • Revise Date: 01 November 2018
  • Accept Date: 15 January 2019
  • First Publish Date: 28 November 2021