نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 کارشناسی ارشد دانشگاه تهران
2 عضو هیئت علمی دانشگاه تهران
3 عضو هیات علمی دانشگاه تهران، دکتری
4 عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع
چکیده
کادمیوم که بوسیله فعالیتهای شهری، صنعتی و کشاورزی تولید میشود در گیاهان تنش ایجاد مینماید و فعالیت فیزیولوِژیکشان را متاثر می سازد. در این تحقیق تاثیر کادمیوم بر فلورسانس کلروفیل (Fv/Fm، Fo و Fm)، محتوی رنگدانههای کلروفیل (a و b) و پرولین داغداغان و اقاقیا بصورت محلول پاشی کادمیوم روی برگها، بررسی شد. نهالها دو بار در فواصل پنج روزه با غلظتهای (صفر، 250، 500، 1000 و 2000 میلی گرم در لیتر) تیمار شدند. فلورسانس کلروفیل بعد از اولین محلول پاشی ده روز بصورت یک روز در میان اندازهگیری شد. در پایان ده روز نمونه برداری از برگ نهالها جهت اندازهگیری کلروفیل و پرولین انجام شد. نتایج نشان داد که فلورسانس کلروفیل دو گونه در غلظتهای بالای کادمیوم (1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر) به میزان کمی تحت تاثیر قرار گرفت و Fv/Fm هر دو گونه کاهش یافت. کلروفیل a در اقاقیا در غلظت-های 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم افزایش یافت و در داغداغان تفاوت معنیداری دیده نشد. کلروفیل b تحت تاثیر کادمیوم در هیچ یک از گونهها تفاوت معنیداری را نشان نداد. پرولین داغداغان در غلظتهای 250، 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر افزایش یافت و در اقاقیا تغییری دیده نشد. این نتایج نشان میدهد که کادمیوم، فتوسنتز این دو گونه را به میزان کمی تحت تاثیر قرار داد بطوریکه فتوسیستم II و رنگدانههای کلروفیل آسیب جدی ندیدند. پیشنهاد میشود در مطالعات آینده سایر ابزارهای فیزیولوژیک برای نشان دادن تنش فلزات سنگین در گیاهان و انتخاب آنها برای کاشت در مناطق آلوده شهری مدنظر قرار بگیرند.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Cadmium effect on the chlorophyll fluorescence, chlorophyll pigments and proline contents of Celtis caucasica and Robinia pseudoacacia seedlings leaves
چکیده [English]
Heavy metals such as cadmium generating by urban activities, industrial and agricultural create abiotic stress in the plants which is one of the most important stress affecting physiological activities of plants. In this study, the effects of Cd was investigated on chlorophyll fluorescence (Fv/Fm, Fo, and Fm), photosynthetic pigments (a and b), and proline in one-year-old seedlings of Celtis caucasica and Robinia pseudoacacia. Saline solution containing Cd was sprayed on the leaves. The seedlings were treated during ten days, two times, with different concentrations of Cd (0 (control), 250, 500, 1000 and 2000 mg/L). Chlorophyll fluorescence was measured every other day during ten days. Chlorophyll and proline contents were measured ten days after Cd treatments. The results indicated that chlorophyll fluorescence of C. caucasica and R. pseudoacaci were affected slightly by high concentrations (1000 and 2000 mg/L) of Cd, so that Fv/Fm in both species decreased. The chlorophyll a of Robinia at 1000 and 2000 mg/L of Cd increased and in Celtis showed no significant difference in all treatments of Cd. The chlorophyll b showed no significant difference in all treatments of cadmium in C. caucasica and R. pseudoacaci. Proline content in the C. caucasica increased at 250, 500, 1000 and 2000 mg/L of Cd. C. caucasica and R. pseudoacaci were affected slightly by Cd. Photosystem II, chlorophyll pigments didn’t damage by Cd stress. Other physiological characteristics should be considered in future studies in order to selecting of tree species for afforestation projects in urban polluted areas.
کلیدواژهها [English]
اثر تنش کادمیوم بر فلورسانس کلروفیل، محتوای رنگدانههای کلروفیلی و پرولین برگ نهالهای داغداغان (Celtis caucasica L.) و اقاقیا (Robinia pseudoacacia L.)
عاطفه دژبان1، انوشیروان شیروانی1، پدرام عطارد1*، مجتبی دلشاد2 و محمد متینیزاده3
1 کرج، دانشگاه تهران، دانشکده منابع طبیعی، گروه جنگلداری و اقتصاد جنگل
2 کرج، دانشگاه تهران، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، گروه علوم باغبانی
3 تهران، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور
تاریخ دریافت: 15/5/92 تاریخ پذیرش: 4/12/92
چکیده
کادمیوم که بوسیله فعالیتهای شهری، صنعتی و کشاورزی تولید میشود در گیاهان تنش ایجاد مینماید و فعالیت فیزیولوِژیک گیاهان را تحت تأثیر قرار میدهد. در این تحقیق تأثیر کادمیوم بر فلورسانس کلروفیل (Fv/Fm، Fo و Fm)، محتوای رنگدانههای کلروفیل (a و b) و پرولین نهالهای داغداغان و اقاقیا بصورت محلول پاشی کادمیوم بر روی برگها مشابه ریزشهای جوی حاوی گرد و غبار و فلزات سنگین بررسی شد. نهالها دو بار در فواصل پنج روزه با غلظتهای کادمیوم (صفر، 250، 500، 1000 و 2000 میلی گرم در لیتر) تیمار شدند. فلورسانس کلروفیل بعد از اولین محلول پاشی ده روز بصورت یک روز در میان اندازهگیری شد. در پایان ده روز نمونه برداری از برگ نهالها برای اندازهگیری کلروفیل و پرولین انجام شد. نتایج نشان داد که فلورسانس کلروفیل داغداغان و اقاقیا در غلظتهای بالای کادمیوم (1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر) به میزان کمی تحت تأثیر قرار گرفت و Fv/Fm هر دو گونه کاهش یافت. کلروفیل a در اقاقیا در غلظتهای 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم افزایش یافت و در داغداغان تفاوت معنیداری دیده نشد. محتوای کلروفیل b تحت تأثیر کادمیوم در هیچ یک از گونهها تفاوت معنیداری را نشان نداد. پرولین داغداغان در غلظتهای 250، 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم افزایش یافت و در اقاقیا تغییری دیده نشد. این نتایج نشان میدهد که کادمیوم، فتوسنتز این دو گونه را به میزان کمی تحت تأثیر قرار داد، بهطوریکه فتوسیستم II و رنگدانههای کلروفیل آسیب جدی ندیدند. بنابراین پیشنهاد میشود در مطالعات آینده سایر ابزارهای فیزیولوژیک برای نشان دادن تنش فلزات سنگین در گیاهان و انتخاب آنها برای کاشت در مناطق آلوده شهری مدنظر قرار بگیرند.
واژههای کلیدی: کادمیوم، فلورسانس کلروفیل، داغداغان، اقاقیا
* نویسنده مسئول، تلفن: 02632249312 ، پست الکترونیکی: attarod@ut.ac.ir
مقدمه
امروزه گونههای گیاهی داغداغان (Celtis caucasica) و اقاقیا (Robinia pseudoacacia) به طور وسیع در بیشتر خیابانهای شهرهای بزرگ و پارکها به عنوان گونههای زینتی استفاده میشوند (1 و 40). فعالیتهای عمده شهری ازجمله ترافیک حاصل از وسایل نقلیه ذرات گرد و غبار حاوی فلزات سنگین ازجمله کادمیوم را تولید میکنند، رسوب ذرات گرد و غبار حاوی فلزات سنگین بر روی برگ گیاهان و خاک ممکن است فعالیت فیزیولوژیک گیاهان را تحت تأثیر قرار دهد و مانع فعالیت سیستمهای آنزیمی و فرایندهای متابولیک گیاه گردند (27 و 25). کادمیوم برای گیاهان سمی بوده و با تشکیل کمپلکسهای پیچیده با پروتئینها در بسیاری اعمال یاختهای دخالت کرده و تغییرات ژنتیکی و بیوشیمیایی را در گیاه ایجاد می نماید (32). فتوسنتز به کادمیوم حساس بوده و کادمیوم کلروفیل و آنزیمهای دخیل در تثبیت CO2 را تحت تأثیر قرار میدهد (14). Sezgin و همکاران در سال 2003 (46) بیان کردند که غلظت کادمیوم در گرد و غبارهای خیابان دو برابر غلظت آن در خاک نرمال میباشد. اقاقیا از گونههایی است که مقدار زیادی از فلزات سنگین را در برگهایش انباشته میسازد (43)، و احتیاجات اکولوژیکی محدودی دارد، برای مثال در محیطهای بدون پوشش خاک مناسب به خوبی مستقر میشود، بنابراین در محیطهایی با شرایط اکولوژیک سخت به سرعت سازگار میشود (40). Gulriz و همکاران در سال 2006 (19) با کشف غلظتهای بالای سرب در برگهای اقاقیا در مقایسه با افرا، صنوبر، عرعر، چنار و زبانگنجشک، اقاقیا را به عنوان گونه مقاوم برای کاشت در محیطهای شهری معرفی کردند. در سالهای اخیر استفاده از روش فلورسانس کلروفیل به طور گسترده در بسیاری از مطالعات اکوفیزیولوژی بکار گرفته شده است. اثرات تنشهای بلند مدت و کوتاه مدت و آسیب به اجزای فتوسنتزکننده را میتوان از طریق فلورسانس کلروفیل تشخیص داد و به محض اینکه عامل تنشزا از روی گیاه برداشته شود، فلورسانس کلروفیل به حالت اولیه باز میگردد (29). امروزه دستگاههای فلورمتر PAM (Pulse Amplitude Modulated) با تنوع فراوان برای سنجش اثرات بالقوه آلایندهها بر روی گیاهان با استفاده از پارامتر Fv/Fm= (Fm(حداکثر فلورسانس کلروفیل بعد از تابش نور به برگ)−F0(حداقل فلورسانس کلروفیل بعد از عادت دادن برگ به تاریکی))/Fm (بازده فتوشیمی فتوسیستم II) در دسترس هستند (20، 23، 28 و 35). پارامتر Fv/Fm در برگهای سالم بیشتر گونههای گیاهی مطالعه شده، و نزدیک به 83/0 است، کم بودن این مقدار نشاندهنده این است که بخشی از مراکز واکنش فتوسیستم IIآسیب دیدهاند و پدیدهای به نام مهارسازی نوری (Photoinhibition) اتفاق افتاده است (13). فلورسانس کلروفیل روشی سریع، غیرمخرب، کمی و بدون آسیب به اجزا ساختمان سلول گیاهیست (30). فلورسانس کلروفیل گونه Halophila ovalis که تحت تأثیر تنش سرب قرار گرفته بود نشان داد که سرب اثر سمی محدودی را بر روی این گونه داشته است (41). آلایندههای هوا از قبیل فلزات سنگین بر روی کمپلکس جذب کننده نور، فرگشت اکسیژن (oxygen evolution complex) و ساختمان سیتوکروم کلروپلاست برگ تأثیر میگذارند و بازده فتوسنتز کل را کاهش میدهند (38). پرولین یک آمینو اسید بوده و در ساختار پروتئین وجود دارد. تجمع این آمینو اسید برای اولین بار در تعدادی از گونههای گیاهی که در شرایط تنشزا رشد کرده بودند، مشاهده شد (8 و 21). اندازهگیری میزان کلروفیل برگ که شامل کلروفیل a، b و کلروفیل کل میباشد نیز برای ارزیابی اثرات تنش آلایندههای هوا و فلزات سنگین بر گیاهان استفاده میشود (22). Dinakar و همکاران در مطالعهای در سال 2008 (16) بیان کردند که میزان پرولین در بافتهای برگ و ریشه نهالهای بادام زمینی Arachis hypogaea که در معرض غلظتهای مختلف کادمیوم (25، 50، 100 میکرومول بر لیتر) قرار داشتند افزایش یافت و بالاترین غلظت کادمیوم (100 میکرومول بر لیتر) باعث کاهش 91 درصدی کلروفیل کل شد. میزان کلروفیل برگ گونههای شبخسب (Albizia lebbeck) و شیشه شور (Callistemon citrinus) که در معرض آلایندههای هوا که کادمیوم نیز جزئی از آنها بود، افزایش یافت (45).
هدف از تحقیق حاضر تعیین چگونگی تحمل فیزیولوژیک داغداغان و اقاقیا در مقابل افزایش غلظت عنصر سمی کادمیوم و نیز تأثیر این عنصر بر برخی از صفات فیزیولوژیک این دو گونه میباشد.
مواد و روشها
مواد گیاهی و تیمارهای آزمایشی: تحقیق حاضر بر روی نهالهای یکساله دو گونه درختی داغداغان و اقاقیا، واقع در مرکز تحقیقات البرز (مجتمع تحقیقاتی البرز)، در حدود هفت کیلومتری مرکز شهر کرج، در طول و عرض جغرافیایی بهترتیب 50 درجه و 54 دقیقه شرقی و 35 درجه و 48 دقیقه شمالی در خرداد ماه سال 1390 انجام شد. ارتفاع از سطح دریای مرکز تحقیقات 1300 متر، میانگین بارندگی سالیانه 230 میلیمتر، و میانگین درجه حرارت 7/13 درجه سلسیوس است که در طبقه آب و هوایی نیمه خشک قرار دارد (2). نود عدد نهال مشابه از هر گونه درختی انتخاب و به صورت تصادفی در پنج گروه نهتایی برای اعمال تیمارهای کادمیوم با غلظتهای صفر (شاهد)، 250، 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر مرتب شدند. هر تیمار شامل نه گیاه منفرد بوده است. بهمنظور تهیه محلول حاوی کادمیوم با غلظتهای 250، 500، 1000 و 2000 میلی گرم بر لیتر ، نمک کلراید کادمیوم (Cd.Cl2.H2O) (11، 37 و 50) بر حسب غلظت مورد نیاز، در آب مقطر دو بار تقطیر حل و غلظتهای فوق بدست آمد. سپس ده میلی لیتر از محلول حاوی فلز کادمیوم (تیمار شاهد آب مقطر دو بار تقطیر) بر روی هر نهال پاشیده شد. عمل محلول پاشی بر روی نهالها، دو بار با فاصله پنج روز انجام شد، به این صورت که اولین محلول پاشی در تاریخ 12/3/90 اجرا شد و پنج روز بعد از آن در تاریخ 17/3/90 دومین محلول پاشی انجام گردید.
اندازهگیری فلورسانس کلروفیل: فلورسانس کلروفیل با استفاده از دستگاه فلورسانس متر PAM-2500 (Walz, Germany, 2008) مورد سنجش قرار گرفت. بعد از اینکه نهالها با استفاده از غلظتهای مختلف کادمیوم تیمار شدند، برگهای گیاهان با استفاده از کلیپس به مدت 30 دقیقه در شرایط تاریکی قرار گرفتند. به دلیل بیشتر بودن میزان فتوسنتز اندازهگیریها در محدوده زمانی 11 صبح تا 14 بعدازظهر انجام شد (33)، ضمن اینکه سنجش فلورسانس کلروفیل در طول ده روز بعد از اولین محلول پاشی بصورت یک روز در میان انجام شد.
پارامترهایی از فلورسانس کلروفیل که مورد سنجش قرار
گرفتند عبارت بودند از Fv/Fm، Fo و .Fm مرور منابع نشان میدهند که این پارامترها، شاخصهای خوبی برای اندازهگیری تنش و تحمل به تنش در گیاهان هستند. به طور مثال در بافتهای سالم بیشتر گونههای گیاهی میزان Fv/Fm تقریبا برابر 83/0 است (13) و این مقدار در حضور انواع تنشها کاهش مییابد. اما اگر محلهایی غیر از مراکز واکنش PSII تحت تأثیر قرار بگیرد ممکن است دیرتر از سایر پارامترها عکسالعمل نشان دهد (5). روش فلورسانس کلروفیل از روشهای غیرمخربی است که امروزه برای سنجش انواع مختلف تنش در گیاهان در بسیاری از مطالعات استفاده میشود (34).
اندازهگیری کلروفیل و پرولین برگ: نمونه برداری برای اندازهگیری کلروفیل از برگها ده روز پس از اعمال تیمار فلز سنگین کادمیوم انجام شد. کلروفیل a و b طبق روش Arnon (1949) (6) اندازهگیری و محاسبه گردید. میزان جذب در طول موجهای 663 و 645 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتر (CAIHONG 722 UV/Spectrophotometer) خوانده شد. میزان کلروفیل a و b با استفاده از فرمولهای 1 و 2 محاسبه شدند (6):
(1)
(mg/gr)aکلروفیل = [(12.7×A663) – (2.69× A645)]
(2)
(mg/gr)bکلروفیل = [(22.9×A645) – (4.68× A663)]
در فرمولهای 1 و 2، A663 و A645 بهترتیب عبارتند از: مقدار جذب خوانده شده در طول موج 663 و 645 نانومتر.
نمونهبرداری بهمنظور سنجش پرولین برگ از برگهای کاملا رشد یافته، سالم و بدون لکههای نکروزه، ده روز پس از اولین محلولپاشی کادمیوم انجام شد. سپس نمونههای برگ به فریزر 80- درجه سلسیوس منتقل شدند. برای اندازهگیری پرولین برگ، از روش Bates (1973) (10) استفاده شد. میزان جذب پرولین با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر (Spectronic 21 UV/Spectrophotometer) در طول موج 520 نانومتر (10) خوانده شد. تولوئن خالص نیز به عنوان بلانک دستگاه مورد استفاده قرار گرفت و استانداردها نسبت به آن سنجیده شدند.
روشهای تجزیه و تحلیل آماری: این آزمایش در قالب طرح فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با سه تکرار به ازای هر تیمار انجام شد. دادهها با نرمافزار SAS 9.1 و با استفاده از آنالیز واریانس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. مقایسه میانگین تیمارها در اثرات ساده و اثرات متقابل با استفاده از آزمون چند دامنهای دانکن در سطح احتمال پنج درصد در محیط SAS با هم مورد مقایسه قرار گرفتند و نمودارها با استفاده از برنامه Excel ترسیم شدند.
|
شکل 1ـ مقایسه میانگین Fo و Fm در غلظتهای مختلف کادمیوم در اقاقیا و داغداغان (وجود حداقل یک حرف مشابه نشان دهنده عدم وجود تفاوت معنیدار بین تیمارها می باشد).
نتایج
فلورسانس کلروفیل: نتایج مربوط به تجزیه واریانس داده
های فلورسانس کلروفیل در جدول 1 آورده شده است. البته میزان Fo و Fm در بین داغداغان و اقاقیا اختلاف معنیداری را نشان نداد. فاکتور Fv/Fm بین دو گونه در سطح پنج درصد اختلاف معنیدار نشان داد، و طبق نتایج مقایسه میانگین میزان Fv/Fm داغداغان (738/0) بیشتر از اقاقیا (731/0) بود. Fo در غلظتهای مختلف کادمیوم نیز اختلاف معنیداری نداشت، و Fm و Fv/Fm اختلاف معنی دار در سطح یک درصد را نشان دادند. در زمان برداشت هر سه پارامتر در سطح یک درصد اختلاف معنیدار را نشان دادند. در اثر متقابل گونههای داغداغان و اقاقیا در غلظتهای مختلف کادمیوم در سطح یک درصد برای Fo و پنج درصد برای Fm معنیدار شدند که نتایج مقایسه میانگین در شکل 1 آورده شده است. در حالی که برای فاکتور Fv/Fm معنیدار نشدند.
جدول 2 مقایسه میانگین میزان تغییرات Fo، Fm و Fv/Fm در طول مدت اندازهگیری فلورسانس کلروفیل تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم بر اساس گروهبندی آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد را در داغداغان نشان میدهد. با افزایش غلظت کادمیوم Fo افزایش یافت که این افزایش معنیدار نبود. Fm با افزایش غلظت کادمیوم کاهش پیدا کرد که این کاهش در روز اول (روز صفر) در غلظت های 250، 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر نسبت به شاهد معنیدار بود، در روز دوم در غلظتهای 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر و در روز چهارم در غلظت 2000 میلیگرم بر لیتر نسبت به شاهد معنیدار بود. Fv/Fm در غلظتهای 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر در روزهای اول (روز صفر) و هشتم و در غلظت 2000 میلی گرم بر لیتر در روز دوم نسبت به شاهد کاهش معنی دار نشان داد. مقایسه میانگین پارامترهای فلورسانس کلروفیل نشان داد که بازده فتوشیمی فتوسیستم II در برگهای داغداغان چندان تحت تأثیر سمیت کادمیوم قرار نگرفت.
جدول 1- تجزیه واریانس پارامترهای فلورسانس کلروفیل در داغداغان و اقاقیا تحت تأثیر فلز کادمیوم
میانگین مربعات پارامترهای فلورسانس کلروفیل |
|
|
||
Fv/Fm |
Fm |
Fo |
درجه آزادی |
منابع تغییرات |
*014/0 |
ns159/0 |
ns016/0 |
1 |
نوع گونه |
**029/0 |
**521/3 |
ns015/0 |
4 |
غلظت |
**020/0 |
**880/91 |
**239/5 |
4 |
زمان (روز) |
ns 005/0 |
**822/0 |
*076/0 |
4 |
گونه × غلظت |
002/0 |
175/0 |
022/0 |
- |
خطا |
069/7 |
312/11 |
762/15 |
- |
درصد ضریب تغییرات (CV٪) |
**: معنیدار در سطح اطمینان یک درصد، *: معنیدار در سطح اطمینان پنج درصد و ns: عدم اختلاف معنیدار
جدول 3 مقایسه میانگین میزان تغییرات Fo، Fm و Fv/Fm در طول مدت اندازهگیری فلورسانس کلروفیل تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم بر اساس گروهبندی آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد را در اقاقیا نشان میدهد. با افزایش غلظت کادمیوم Fo افزایش یافت که این افزایش در روزهای مختلف، در هیچ یک از غلظت ها معنیدار نبود. در روزهای دوم و چهارم Fm تحت تأثیر غلظتهای 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم کاهش معنیداری یافت. Fv/Fm در برخی غلظتهای کادمیوم ازجمله 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر در روزهای اول (روز صفر)، دوم، ششم و هشتم و در غلظت 2000 میلیگرم بر لیتر در روز چهارم کاهش معنیداری را نشان داد.
جدول 2- مقایسه میانگین پارامترهای Fo (حداقل فلورسانس کلروفیل)، Fm (حداکثر فلورسانس کلروفیل) و Fv/Fm (بازده فتوشیمی فتوسیستم II) در داغداغان تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم و در روزهای مختلف
زمان (روز) |
کادمیوم ) (میلیگرم بر لیتر |
Fo |
Fm |
Fv/Fm |
0 |
شاهد |
73/0±18/0 a |
11/3±14/0 a |
74/0±07/0 a |
|
250 |
74/0±19/0 a |
84/2±11/0 b |
72/0±09/0 a |
|
500 |
86/0±28/0 a |
40/2±23/0 c |
70/0±07/0 a |
|
1000 |
89/0±15/0 a |
42/2±24/0 c |
63/0±04/0 b |
|
2000 |
90/0±11/0 a |
29/2±18/0 c |
61/0±06/0 b |
2 |
شاهد |
00/1±15/0 a |
66/4±34/0 b |
78/0±01/0 a |
|
250 |
03/1±13/0 a |
50/4±34/0 b |
76/0±04/0 a |
|
500 |
15/1±27/0 a |
08/4±34/0 a |
74/0±07/0 a |
|
1000 |
16/1±27/0 a |
15/4±49/0 a |
72/0±07/0 a |
|
2000 |
21/1±19/0 a |
11/4±37/0 a |
71/0±06/0 b |
4 |
شاهد |
86/0±18/0 a |
13/4±28/0 b |
77/0±01/0 a |
|
250 |
98/0±24/0 a |
80/3±74/0 ab |
76/0±02/0 a |
|
500 |
95/0±07/0 a |
89/3±30/0 ab |
75/0±02/0 a |
|
1000 |
02/1±16/0 a |
75/3±27/0 ab |
74/0±05/0 a |
|
2000 |
03/1±17/0 a |
62/3±15/0 a |
72/0±05/0 a |
6 |
شاهد |
10/1±14/0 a |
31/5±31/0 a |
78/0±02/0 a |
|
250 |
17/1±12/0 ab |
20/5±48/0 a |
75/0±04/0 a |
|
500 |
21/1±20/0 ab |
92/4±48/0 a |
76/0±02/0 a |
|
1000 |
24/1±08/0 ab |
90/4±24/0 a |
75/0±04/0 a |
|
2000 |
32/1±18/0 b |
87/4±52/0 a |
76/0±02/0 a |
8 |
شاهد |
74/0±03/0 a |
32/3±13/0 a |
79/0±01/0 a |
|
250 |
77/0±06/0 a |
30/3±30/0 a |
77/0±01/0 ab |
|
500 |
81/0±20/0 a |
24/3±21/0 a |
76/0±02/0 ab |
|
1000 |
79/0±14/0 a |
04/3±18/0 a |
73/0±06/0 b |
|
2000 |
84/0±14/0 a |
23/3±47/0 a |
74/0±04/0 b |
حروف متفاوت نشاندهنده معنیدار بودن میانگینها در سطح احتمال پنج درصد با آزمون دانکن است.
کلروفیل و پرولین: نتایج مربوط به تجزیه واریانس دادههای حاصل از استخراج کلروفیل و پرولین در جدول 4 آورده شده است. محتوای کلروفیل a و b در بین دو گونه داغداغان و اقاقیا اختلاف معنیداری نداشت و در بین غلظتهای مختلف کادمیوم کلروفیل a در سطح یک درصد معنی دار شد (شکل 2). همانطور که ملاحظه می شود در اثر متقابل گونه در غلظت کلروفیل a و b معنیدار نشد، به این معنی که اثر غلظتهای مختلف کادمیوم در دو گونه یکسان است و هر دو گونه عکس العمل نسبتا" یکسانی به غلظتهای کادمیوم نشان میدهند
شکل 2- مقایسه میانگین محتوای کلروفیل a در غلظتهای مختلف کادمیوم در اقاقیا
(وجود حداقل یک حرف مشابه نشاندهنده عدم وجود تفاوت معنیدار بین تیمارها میباشد، بارها انحراف از معیار میانگین را نشان میدهند).
تجمع پرولین برگ در دو گونه در سطح یک درصد معنی دار شد. به این معنی که میزان پرولین در دو گونه داغداغان و اقاقیا متفاوت بود. همچنین تفاوت تجمع پرولین برگ در بین غلظتهای مختلف آلاینده در سطح یک درصد معنی دار شد، به این معنی که تجمع پرولین تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم روندی افزایشی یا کاهشی داشته است.
محتوای کلروفیل a برگهای داغداغان تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم تغییر معنیداری نشان نداد. اما مقدار کلروفیل a برگهای اقاقیا تحت تأثیر غلظتهای 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم افزایش معنیداری نشان داد. همانطور که مشاهده میشود، در هیچ یک از گونهها بین غلظتهای مختلف کادمیوم از لحاظ میزان کلروفیل b اختلاف معنیداری دیده نشد، به این معنی که کلروفیل b دو گونه داغداغان و اقاقیا تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم قرار نگرفت.
جدول 3- مقایسه میانگین پارامترهای Fo (حداقل فلورسانس کلروفیل)، Fm (حداکثر فلورسانس کلروفیل) و Fv/Fm (بازده فتوشیمی فتوسیستم II) در اقاقیا تحت تأثیر غلظتهای مختلف کادمیوم و در روزهای مختلف
زمان (روز) |
کادمیوم (میلیگرم بر لیتر) |
Fo |
Fm |
Fv/Fm |
|
0 |
شاهد |
62/0±11/0 a |
40/2±49/0 a |
74/0±03/0 a |
|
|
250 |
70/0±10/0 a |
38/2±25/0 a |
70/0±03/0 ab |
|
|
500 |
70/0±20/0 a |
30/2±29/0 a |
69/0±06/0 ab |
|
|
1000 |
74/0±13/0 a |
38/2±24/0 a |
68/0±05/0 b |
|
|
2000 |
94/0±16/0 b |
58/2±18/0 a |
63/0±04/0 c |
|
2 |
شاهد |
18/1±18/0 a |
72/4±23/0 a |
74/0±03/0a |
|
|
250 |
10/1±10/0 a |
07/4±53/0a |
72/0±03/0ab |
|
|
500 |
05/1±20/0 a |
60/3±41/0b |
70/0±05/0abc |
|
|
1000 |
13/1±25/0 a |
60/3±43/0b |
68/0±06/0bc |
|
|
2000 |
17/1±17/0 a |
45/3±34/0b |
65/0±07/0c |
|
4 |
شاهد |
03/1±13/0a |
05/4±42/0a |
75/0±03/0a |
|
|
250 |
92/0±15/0a |
56/3±53/0a |
73/0±02/0a |
|
|
500 |
95/0±13/0a |
47/3±32/0b |
72/0±03/0a |
|
|
1000 |
90/0±10/0a |
33/3±33/0b |
72/0±01/0a |
|
|
2000 |
02/1±14/0a |
63/3±32/0b |
71/0±03/0b |
|
6 |
شاهد |
23/1±15/0a |
22/5±75/0a |
76/0±01/0a |
|
|
250 |
33/1±13/0a |
33/5±38/0a |
75/0±02/0ab |
|
|
500 |
36/1±16/0a |
10/5±22/0a |
73/0±03/0ab |
|
|
1000 |
36/1±12/0a |
06/5±57/0a |
72/0±04/0b |
|
|
|
2000 |
43/1±15/0a |
08/5±49/0a |
71/0±03/0b |
8 |
شاهد |
78/0±07/0a |
40/3±32/0a |
77/0±01/0a |
|
|
250 |
81/0±09/0a |
12/3±33/0a |
73/0±02/0ab |
|
|
500 |
83/0±11/0a |
02/3±29/0a |
72/0±05/0ab |
|
|
1000 |
87/0±13/0a |
18/3±15/0a |
72/0±04/0b |
|
|
2000 |
92/0±21/0a |
32/3±40/0a |
72/0±04/0b |
|
حروف متفاوت نشاندهنده معنیدار بودن میانگینها در سطح احتمال پنج درصد با آزمون دانکن است.
جدول 4ـ تجزیه واریانس کلروفیل a، کلروفیل b و پرولین در داغداغان و اقاقیا تحت تأثیر فلز کادمیوم
میانگین مربعات |
درجه آزادی |
منابع تغییرات |
||
پرولین |
کلروفیل b |
کلروفیل a |
|
|
134/476** |
0036/0 ns |
000/0 ns |
1 |
گونه |
53/79** |
0007/0 ns |
**437/0 |
4 |
غلظت |
983/115ns |
2289/0 ns |
149/0 ns |
4 |
گونه × غلظت |
488/19 |
0252/0 |
093/0 |
- |
خطا |
569/29 |
88/27 |
27/15 |
- |
درصد ضریب تغییرات (CV٪) |
**: معنیدار در سطح اطمینان یک درصد، *: معنیدار در سطح اطمینان پنج درصد، ns: عدم اختلاف معنیدار
شکل 3 مقایسه میانگین میزان پرولین برگ را تحت تأثیر کادمیوم به تفکیک گونه نشان میدهد. میزان پرولین برگ داغداغان تحت تأثیر کادمیوم، در تمام غلظتها نسبت به شاهد افزایش معنیداری نشان داد. البته پرولین برگ گونه اقاقیا در غلظتهای مختلف کادمیوم تغییر معنیداری نسبت به شاهد و سایر غلظتها نداشت.
|
|
شکل 3 ـ مقایسه میانگین محتوای پرولین در غلظتهای مختلف کادمیوم در داغداغان و اقاقیا
(وجود حداقل یک حرف مشابه نشاندهنده عدم وجود تفاوت معنیدار بین تیمارها میباشد، بارها انحراف از معیار میانگین را نشان میدهند).
بحث و نتیجهگیری
فرایندهای فیزیولوژیک از قبیل فتوسنتز در گیاهان عالی به فلزات سنگین بسیار حساس هستند (48). فاکتور Fv/Fm میتواند شاخص خوبی برای نشان دادن عملکرد اجزای فتوسنتزکننده گیاه باشد و توانایی گیاه را بهمنظور تحمل تنشهای محیطی نشان میدهد (31). در مطالعه حاضر مقدار فاکتور Fv/Fm برای تیمار شاهد از حد بهینه 83/0 Fv/Fm = (گزارش شده توسط 13 و 24) کمتر بوده است. جدولهای 1 و 2 نشان میدهد که تمام نهالها به طور یکسان تحت تنش اضافه بر تنش کادمیوم قرار داشتند (از آنجایی که نهالها در محیط خارج از گلخانه بودند و شرایط محیطی قابل کنترل نبود، ممکن است به طور مثال تحت تأثیر تغییرات جوی، یا سایر پارامترهای محیطی قرار گرفته باشند). مرور منابع نشان داد که فلورسانس کلروفیل با قرارگیری در معرض فلزات سنگین کاهش مییابد، برای مثال Baumann و همکاران در سال 2009 (11) گزارش کردند که فلورسانس کلروفیل جلبکهایFocus vesiculosu ،Cladophora rupestris ، Palmaria palmate و Polysiphonia lanos در غلظت ده میکرومول بر میلیلیتر کادمیوم به طور معنیداری کاهش یافت. Kopittke و همکاران در سال 2010 (26) اثر سمی چندین فلز ازجمله کادمیوم را بر روی تعدادی گیاه رشد کرده در محلول حاوی فلز ارزیابی کردند و غلظتهای سمی که برای کادمیوم معرفی کردند (3/0 و 5/0 میکرومول) کمتر از غلظتهای بکار گرفته شده در این بود، به عبارت دیگر در مطالعه Kopittke و همکاران (2010) (26)، گیاهان در محلولهای رقیق شده فلزات رشد کرده بودند، در حالی که در مطالعه حاضر گیاهان در معرض محلول حاوی کادمیوم در یک دوره کوتاهمدت قرار داشتند و فقط محلول بر روی برگها (پاسخ در Response sheet) پاشیده شد. در تحقیق حاضر Fm و Fv/Fm کاهش یافتند و Ekmekci و همکاران نیز در سال 2008 (17) گزارش کردند Fm و Fv/Fm در برگهای ذرت تحت تأثیر غلظتهای بالای کادمیوم (6/0 و 9/0 میکرومول) که بصورت آبیاری با محلولهای غذایی به گیاه اضافه شده بود، کاهش یافت. در شرایط نرمال و طبیعی، QA اولین پذیرنده الکترون، با انتقال الکترون به NADP و بعد به CO2 از طریق QB دومین پذیرنده الکترون، در حالت اکسایش قرار دارد، در نتیجه Fv/Fm نسبتا زیاد است. اگر اکسیداسیون مجدد QA با کاهش یا ایجاد مانعی در مسیر انتقال الکترون محدود شود، مقدار Fv/Fm کاهش مییابد (30).
در مطالعات بسیاری گزارش شده است که تحت تأثیر کادمیوم مقدار کلروفیل کل در گیاه کاهش مییابد. اولین نشانه واضح سمیت کادمیوم در گیاهان کلروز برگهاست (9 و 15). کادمیوم به ساختار کلروپلاست نیز آسیب میرساند (36 و 42). غلظتهای بالای کادمیوم در بافت برگ به طور غیرمستقیم از طریق اختلال در فرایند متابولیک گیاه و پیری زودرس بر روی محتوای کلروفیل تأثیر میگذارد (51). اما گزارش شده است که در گیاهان مقاوم محتوای کلروفیل در پاسخ به تیمار فلزات افزایش مییابد یا به طور معنیدار تغییر نمیکند (12 و 47). در تحقیق حاضر که محتوای کلروفیل را ده روز بعد از پاشیدن تیمارهای کادمیوم بر روی نهالها اندازهگیری کردیم، افزایش معنیدار کلروفیل a را در غلظتهای 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم را در اقاقیا مشاهده کردیم و در داغداغان تفاوتی در کلروفیل در غلظتهای مختلف کادمیوم دیده نشد. در برخی مطالعات، ازجمله مطالعه Tripathi و Gautam در سال 2007 (49)، افزایش 8/12 درصدی کلروفیل در برگهای انبهMangifera indica را که در معرض هوای آلوده قرار داشتند، گزارش کردهاند. سیدنژاد و همکاران در سال 2009 (45) بیان کردهاند که مقدار کلروفیلهای a، b و کلروفیل کل در برگهای برهان (Albizia lebbeck) و شیشه شور (Callistemon citrinus) تحت تأثیر آلودگی هوا که همراه با فلز کادمیوم بوده است، افزایش مییابد. نورانی آزاد و کفیلزاده در سال 1389 (4) تأثیر سمیت کادمیوم را بر کلروفیل گیاه گلرنگ بررسی و بیان کردند که در غلظتهای بالای 100 میکرومولار کادمیوم کلروفیل a و b کاهش مییابد. مرور منابع نشان میدهند که میزان متوسط و یا غلظتهای متوسط آلودگیهای هوا ممکن است سبب سنتز بیشتر پروتئین شده و بدنبال آن نسبت کلروفیل سالم به کلروفیل تخریب شده، افزایش یابد و نیز غلظت کل رنگدانهها و جذب CO2 افزایش نشان دهد (39). در مطالعه حاضر به نظر میرسد که اقاقیا با افزایش مقدار کلروفیل تنش حاصل از غلظتهای بالای کادمیوم را تحمل میکند و تنش کادمیوم بر کلروفیل داغداغان تأثیری ندارد و عکس العملی نشان نمیدهد. پرولین یک آمینو اسید و یک ترکیب منحصر به فرد است که تجمع آن در تعداد زیادی از گونههای گیاهی تحت تأثیر تنش گزارش شده است (3، 8 و 21). همچنین گزارش شده است که پرولین یکی از عمومیترین آمینواسیدهای گیاهی است که گیاه را تحت تنشهای مختلف محافظت میکند (7). El- Khatib و El-Swaf در سال 2001 (18) تجمع پرولین در درختان کاشته شده در مناطق شهری تحت ذرات ریز گرد و غبار و آلایندههای هوا را کشف کردند. در مطالعه حاضر، پرولین در برگهای داغداغان در غلظتهای 250، 500، 1000 و 2000 میلیگرم بر لیتر کادمیوم نسبت به شاهد افزایش یافت و در اقاقیا تغییری در پرولین برگ دیده نشد و ممکن است بتوان این طور بیان کرد که میزان تنش وارد شده به اقاقیا در حدی نبوده است که برگ با تولید پروتئین، گیاه را از آسیب تنش وارد شده محافظت کند. Dinakar و همکاران در سال 2008 (16) بیان کردند که با افزایش غلظتهای کادمیوم، میزان پرولین در برگها و ریشه نهالهای بادام زمینی Arachis hypogaea که به مدت 25 روز در معرض کادمیوم بودند، افزایش یافت. Schat و همکارانش در سال 1997 (44)، دلیل تجمع پرولین در بافتهای گیاهان تحت تنش کادمیوم را کاهش پتانسیل آب گیاه بیان کردند، بنابراین این تجمع میتواند وابسته به تعادل آب در بافتهای گیاه باشد.
مقاومت درختان به تنشهای محیطی ازجمله مواردی است که باید در برنامههای جنگلکاری مورد توجه قرار بگیرند. با توجه به واکنشهای ضعیفی که این دو گونه به تنش کادمیوم نشان دادند و کادمیوم باعث مختل شدن کامل فعالیت فیزیولوژیک و مرگ نهالها نشد، قابلیت تحمل داغداغان و اقاقیا را به تنش کادمیوم نشان میدهد. با وجود این لازم است که سایر خصوصیات فیزیولوژیک گیاهان در پاسخ به تنش فلزات سنگین در مطالعات آینده و در انتخاب گونههای درختی برای برنامههای جنگلکاری در مناطق شهری و صنعتی در نظر گرفته شوند.