بومشناسی کاربردي/ سال چهارم/ شماره يازدهم / بهار ۱۳۹۴
بررسی برخی از پاسخهاي فیزیولوژیکی گیاه کاج بروسیا (Pinus brutia)
به انباشت کادمیم و سرب
1* 2 1 1 3اصغر مصلحآرانی، مهري خسروي، حمیدرضا عظیمزاده، حمید سوداییزاده و اصغر سپهوند
(تاریخ دریافت: 4/6/1391 ؛ تاریخ پذیرش: 30/1/1394)
چكيده
بهمنظور مقايسه انباشت سرب و كادميم در ريشه و برگ در گياه كاج بروسيا و همچنين بررسي تاثير غلظتهاي مختلف اين عناصر بر ميزان پرولين و قندهاي محلول، پژوهش حاضر در قالب طرح فاكتوريل در سه تكرار انجام گرفت. با افزايش غلظت سرب تغيير معنيداري در ميزان پرولين مشاهده نشد. در مقابل كادميم بهويژه در غلظت ۵۰۰ ميليگرم بر ليتر باعث افزايش معنيدار ميزان پرولين شد. با افزايش غلظت كادميم، تغيير معنيداري در ميزان قندهاي محلول مشاهده نشد. در مقابل سرب در غلظت ۵۰۰ ميليگرم بر ليتر باعث افزايش نسبي ميزان قندهاي محلول شد. با افزايش غلظت كادميم و سرب ميزان جذب آن در ريشه و برگ افزايش يافت. براساس نتايج اين تحقيق بهنظر ميرسد كه گياه كاج بروسيا با توليد پرولين با اثر سميت كادميم مقابله ميكند. انباشت كادميم در ريشه بيشتر از سرب و مقدار آن قابل توجه بود، بنابراين ميتوان از كاج بروسيا جهت گياه تثبيتي در خاكهاي آلوده به كادميم و سرب استفاده نمود.
واژههاي كليدي: پرولين، سرب، كاج بروسيا، كادميم

۱. گروه محيط زيست، دانشکده منابع طبيعي، دانشگاه يزد
۲. گروه جنگلداري دانشکده منابع طبيعي، دانشگاه يزد
۳. گروه جنگلداري، اداره کل منابع طبيعي استان لرستان
*: مسئول مكاتبات، پست الكترونيكي:amosleh@yazd.ac.ir
۶۷
مقدمه
بهعلت افزایش فعالیتهاي انسانی از اواخر قرن 19 و اوایـ ل قـرن20، آلودگیهاي ناشی از فلزات سنگین بهطور وسـ یعی در دنیـ ا افزایش داشته است. در بین فلزات سنگین، سـرب و کـادمیم از مهمترین آلوده کنندهها هسـتند کـه در اثـر فعالیـ تهـا ي مـدرنانسانی تولیـ د مـ یشـوند (38). سـرب بیشـتر از طریـق صـنایعســاخت بــاطريهــاي ســربی، افزودنــیهــاي رنــگ و بنــزین ،حشرهکشها، کودهاي شیمیایی، اگـزوز اتومبیـل و لحـیمکـاريوارد محیط زیست میگردد (13). سرب یکـ ی از فلـزات سـمیبراي انسان و همچنین جزو فلزات غیر ضـرور ي بـرا ي گیاهـاناست که عملکرد بیولوژیک شناخته شدهاي ندارد، ولی بـه علـتانحلالپذیري این عنصر در آب، بهراحتی توسط ریشـه جـذبگیاه میگردد (19) و از این طریق رشد و متابولیسـم گ یاهـان بـاافزایش این فلزات در محیط تحتتأثیر قرار میگیرد (34).
کادمیم نیز یک فلز آلاینـده مح یطـ ی اسـت کـه در طبیعـتمنتشر میشود. منابع مختلف شامل صـنا یع، فاضـلاب شـهري و مواد سوختی غلظت این آلاینده را افزایش میدهنـد . هـم چنـ ین استفاده از کودهاي شیمیایی، مخصوصاً کودهاي فسـفاته مقـداراین عنصر را در خاك افزایش میدهد (7 و 25). کادمیم اگرچـهبراي رشد گیاه ضروري نیست، اما این فلز بـه راحتـ ی از طریـ ق پوست ریشـه جـذب مـیشـود و سـپس از راه سیمپلاسـت ی یـ ا آپوپلاستی وارد بافت چوب میشود (31). کادمیم بـر تقسـیم و رشد سلولها، رشد کلی گیاه، تقسیم سلولی منطقه مریسـتم ی و تنظیم رشد و نمو گیاهـان اثـر مـیگـذارد (11). کـادم یم سـببکلروز و نکروز برگها (18 و 39)، کاهش مقـدار کلروف یـ ل کـل،کلروفیل b، a و کاروتنوئیدها در گیاهان آلی (31 و 36) و باعث اختلال در متابولیسم کربوهیدراتها نیز میشود (17). مهمترین دلیل اثر تخریبی سرب و کادمیم این است که این عناصر باعـثتولیــد رادیکــالهــاي فعــال اکســیژن مثــل رادیکــالهــاي آزاد ســوپراکســاید (-2O )، رادیکــالهــاي هیدروکســیل (-OH ) و پراکسیدهیدروژن( 2H2O) میشود. این رادیکالها بهسرعت بـاDNA، چربیها و پروتئینها واکـنش کـرده و موجـب تخر یـ ب
۶۸
سلولها میگردند. گیاهان براي مقابله با این رادیکـال هـا ي آزاد از آنتیاکسیدانهاي آنزیمی و غیرآنزیمی استفاده مـ یکنـد (33). در بین آنتیاکسیدانهاي غیرآنزیمـی پـرولین از اهمیـت ویـژهاي برخوردار است. پرولین آنتی اکسـ یدانی اسـت کـه پـاك کننـدهرادیکالهاي آزاد بوده و با اتصال به سرب و تشـک یل کمـپلکسسرب- پرولین مانع سمیت این عنصـر مـیگـردد (15). عناصـرسنگین در بسیاري از گیاهان باعث افزایش قندهاي محلول نیـزمیگردد. افزایش مقدار قندهاي احیاکننده تحـت شـرایط تـنششوري، غرقابی و سرما نیز گزارش شده است (37).
از طرف دیگر گونههاي مختلف گیاهی میتواننـد بـهعنـوانفیلترهاي زیستی نقش مهمی را در حذف آلودگیهـا ي محیطـ یبهعهده داشته باشند. برخـ ی از عناصـر سـنگین ماننـد سـرب وکادمیوم میتوانند جذب گیـ اه شـده و در بـرگ و یـا شـاخههـاانباشت شوند. اطـلاع از ایـ ن امـر کمـک شـایانی بـه مـدیریت طرحهاي زیست پـالا یی در منـاطق آلـوده مـینماینـد (1 و 3).
گیاهپالایی (Phytoremediation) بـه فلـزات سـنگین شـامل دوفرایند اصلی است. یکی گیاه تثبیتی (Phytostabilization) است که به تثبیت فلزات در خاك یا ریشه گفتـه مـیشـود و دیگـريگیاه استخراجی (Phytoextraction) بهمعناي جـذب آلاینـدههـاتوسط گیاه از محیط خـاك و انتقـال آن از ریشـه بـه انـدامهايهوایی است (30). در این تحقیق گیاه کاج بروسیا که در فضـايسبز شهري به مقدار زیاد بهکار میرود، استفاده شد. کاج بروسیا با نـام علمـیPinus brutia از خـانوادهPinaceae اسـت . کـاجبروسیا از معروفترین گونههـا از گـروه کـاجهـا ي مدیترانـه اياست که در جنوب و شرق اروپا پراکنـده اسـت. ایـ ن گونـه درخاكهاي آهکی و فقیر که عمق کمی دارند رشـد مـیکنـد (5).
کاج بروسیا گونهاي کمتوقع است که در مناطقی با زمستانهـا يملایم و تابستانهاي گرموخشک رشد مـ یکنـد و از گو نـه هـا يتندرشد بوده و رشد آن بـه و یـژه در جـوان ی سـر یع اسـت و درپاركها و فضاي سبز شهري و زیبایی منظـر در زمسـتان مـورداستفاده قرار میگیرد (4).
در تحقیق حاضر اثر سـرب و کـادمیم بـر میـزان پـرولین وقندهاي محلول در گیاه کاج بروسیا مورد ارزیابی قرار میگیرد.
این تحقیق همچنین میزان کادمیم و سرب انباشته شده بهوسیلهریشهها و برگها در گونه کاج بروسیا را براي تعیین توانـایی آنجهت گیاه پالایی مورد مقایسه قرار میدهد.
مواد و روشها
نهالهاي دو ساله گیاه کاج بروسیا که در مخلـوط رس، ماسـه وکود حیوانی به نسبت مسـاوي کشـت شـده بودنـد از نهالسـتانشهرستان خرمآباد تهیه شد. نهالهاي هماندازه انتخاب و در یک طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار قرار داده شد. گلدانها در نـوریکســان و در دمــاي شــبانهروزي فصــل تابســتان در نهالســتان شهرستان خرمآباد و در فضاي باز قرار داده شـدند . بـراي تهیـهتیمار سرب و کادمیم از کلرید سرب و نیترات کـادمیم اسـتفادهشد و غلظتهاي 200، 500 و 1000 میلیگرم بر لیتـر از مـوادف وق س اخته ش د. ب راي تیم ار ش اهد از آب مقط ر اس تفاده
شــد.گلــدانها 3 بــار در هفتــه و هــربــار بــا 200 میلــیلیتــر از محلولهاي فوق در طول 70 روز از اوایل فصل تابسـتان مـورد آبیاري قرار گرفتند، بهطـور يکـه در هـربـار آب یـ اري آب از تـهگلدانها خارج شد. در اواسط شـهر یور مـاه نمونـههـا ي بـرگ وریش ه جه ت ان دازهگی ري مق دار پ رولین، قن ده اي محل ول نمونهبرداري شد. جهت اندازهگیـ ري انباشـت عناصـر سـنگین ،گیاهان بهطور کامل از خاك خارج بهمنظور زدودن آلاینـده هـا يسطحی با آب شستشو داده شده و کاملاً خشک گردیدند.
اندازهگیري مقدار پرولین
مقدار 5/0 گـرم از بـرگ گیاهـان را تـوزین و در 10 میلـ یلیتـرمحلول 3 درصد اسید سولفوسالیسیلیک ساییده و سپس نمونهها صاف گردید.مقدار 2 میلیلیتر معرف نین هیدرین و 2 میلیلیتـراسید استیک خالص به نمونهها افزوده شد و لولهها در بنمـار يبا دماي 100 درجه سانتیگراد بهمـدت یـ ک سـاعت قـرار دادهشد، سپس لولهها در حمام یخ بهمدت نیم ساعت قـرار گرفتنـد.
پس از آن به هر لوله آزمایش 4 میلیلیتر تولوئن افزوده و آنها را خوب تکـان داده و م یـ زان جـذب لا یـ ه رنگـ ی فوقـان ی(حـاو يتولوئن و پرولین) با دستگاه اسپکتروفتومتر در طـول مـوج 520نانومتر قرائت گردید (6).
اندازهگیري مقدار قندهاي محلول
براي سنجش قندهاي محلول ،10 میلیلیتر اتانول 70 درصد به 1/0 گرم از ماده خشک گیاهی (برگ) اضافه و بهمدت یک هفته در یخچال نگهداري شد. پس از گذشت یک هفته ،1 میلـ یلیتـراز محلول رویی نمونه برداشته و سپس بر روي آن 1 میلـ یلیتـرفن ل 5 درص د اض افه ک رده و خ وب ه مزده و پ س از آن 5میلیلیتر سولفوریک اسید غلیظ اضافه شـد . محلـول زرد رنگـیبهدست آمد که به مـرور زمـان تغییـ ر رنـگ داده و بـه قهـوه ايروشن تمایل پیدا کرد. پس از 30 دقیقه جـذب آن بااسـتفاده ازدستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 485 نانومتر قرائت شد و با اس تفاده از منحن ی اس تاندارد گل وکز، می زان تغیی رات قنــدها برحسب میلیگرم بر گرم وزن خشک ارزیابی گردید (20).
اندازهگیري میزان سرب و کادمیم
با درنظر گرفتن تیمارهاي مورد مطالعه، تعداد 48 نمونه گیـ اهی(ریشه و برگ) تهیه شد که پـس از کـدگـذار ي بـه آزما یشـگاهانتقال داده شدند، سپس نمونهها بـه منظـور زدودن آلا ینـده هـا يسطحی بـا آب شستشـو داده شـده و کـاملاً خشـک گرد یدنـد .
نمونههاي خشک شده با آسیاب برقی بهصـورت پـودر درآوردهشد. سپس 2 گرم برگ و 1 گرم ریشه از هـر نمونـه گیـ اهی در بالن ژوژههاي 250 میلیلیتري ریختـه شـد و بـا اضـافه نمـودناسید نیتریک و اسید کلریدریک غلیظ با نسبت 1:3 بهمـدت 16ساعت در دماي اتـاق قـرار داده شـدند تـا نمونـههـا ي گیـ اهیبهخوبی در اسید حل شوند. پس از آن محلـول حاصـل را گـرمکرده تا بخارات اسیدي از محلول خارج گـردد، سـپس محلـولمذکور را از کاغذ صافی واتمن 42 عبور داده و حجم محلول را با آب مقطر Deionized به 100 میلیلیتر رسانده تا براي تجزیـ ه
۶۹
با دستگاه جـذب اتمـ ی آمـاده شـوند. در پایـ ان مقـدار سـرب و کادمیم با استفاده از دستگاه جذباتمی مـدل (300novAA) کـهبهروش شعله کار میکند ،مورد سنجش قرار گرفتنـد . دادههـا يحاصل با نرمافـزارVersion 14) Spss ) و بـا اسـتفاده از آنـالیز واریانس یکطرفه مـورد تجز یـ ه و تحلیـ ل قـرار گرفتنـد. بـرا يمقایسه میـ انگینهـا از آزمـونDuncan اسـتفاده شـد. محاسـبهاحتمال معنیدار بودن تفاوتها در سـطح 0.05<P انجـام شـد.
رسم نمودارها بهکمک نرمافزار Excel صورت گرفت.
نتایج
نتایج تجزیه واریانس صفات مـورد مطالعـه در جـدول 1 نشـانداده شده است. اثر غلظت دو عنصر سنگین مـورد آزمـایش بـرپرولین، انباشت سرب و کادمیم در برگ و ریشه معنـی دار بـود .
نوع عنصر بر میزان پرولین و قندهاي محلول معنیدار نبود. اثـر
۷۰
جدول 1. نتایج تجزیه واریانس تأثیر افزایش غلظت دو عنصر سرب و کادمیم بر صفات مورد مطالعه در گونه کاج بروسیا

تغییر

منابع
مربعات

میانگین
درجه
آزادي

پرولین
قند

محلول
هاي
انباشت
عناصر

سنگ
ی
ن
برگ
در

انباشت
عناصر
سنگ

ی
ن

در
ریشه

تغییر

منابع

مربعات

میانگین

درجه

آزادي



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید