شکل ۴-۷-مقادیر وزن تر اندام هوایی تحت تیمار کادمیم و
غلظتهای مختلف سیلیکون………………………………………………………………….۴۰
شکل ۴-۸-مقادیر وزن تر ریشه تحت تیمار کادمیم و غلظتهای
مختلف سیلیکون ……………………………………………………………………………………..۴۱
شکل ۴-۹ – مقادیر آنتوسیانین تحت تیمار کادمیم و غلظتهای مختلف
سیلیکون…………………………………………………………………………………………………۴۲
شکل ۴-۱۰ – مقادیر پتانسیل آنتی اکسیدانی تحت تیمار کادمیم و غلظتهای
مختلف سیلیکون …………………………………………………………………………………….۴۳
فصل اول
۱- مقدمه
۱-۱- فلزات سنگین و سمیت آنها
الگوی فعالیت های صنعتی امروزی به آلودگی های زیست محیطی،به ویژه آلودگی بافلزات سنگین منجرمی شود . آلودگی محیط زیست توسط فلزات سنگین با حفر معادن و فعالیتهای صنعتی در اواخر قرن نوزده و اوایل قرن بیستم میلادی آغاز شد. با گسترش روزافزون صنایع، افزایش آلودگی فلزات سنگین و مساله مقاومت موجودات زنده به این سمیت موضوعی است که بطور وسیع در سی سال اخیر مورد توجه قرار گرفته است
عکس مرتبط با محیط زیست
.
این آلودگی ها از منابع روبه افزایش فعالیت های انسانی هم چون پساب های صنعتی، فاضلاب های شهری، فعالیت های کشتیسازی، باقیمانده سموم کشاورزی، زبالههای شهری، عملیات حفر معدن و کودهای شیمیایی وارد آب های جاری و خاک ها شده و اثرات سمی خود را بر گیاهان، جانوران و میکروارگانیسمهای خاک اعمال مینمایند
Macfarlane and Burchett, 2001] [.
پنجاه و دو عنصر از نود عنصر موجود در طبیعت فلزات سنگین هستند. در میان این فلزات نقره (Ag)، آرسنیک (As)، جیوه (Hg)، کادمیم (Cd)، سرب (pb) وآنتیموان (sb) هیچ عملکرد شناخته شدهای بعنوان عنصر غذایی در گیاهان نداشته و کم و بیش دارای اثر سمیت در گیاهان هستند [Niess, 1999].
دانش میان کنش گیاهان و فلزات سنگین نه تنها برای حفظ محیط زیست دارای اهمیت است بلکه برای کاهش خطرات ناشی از حضور فلزات سنگین در زنجیره غذایی نیز مهم است. هرساله بیش ازیک سوم افراد کشورهای توسعه یافته به بیماری های ناشی ازمواد غذایی گرفتار می شوند و میزان مرگ ومیرناشی از بیماری های منتج از آلاینده های مواد غذایی، درکشورهای درحال توسعه، سالانه ۲/۲میلیون نفر گزارش شده است
.
فلزات سنگین از طریق تغذیه انسان از گیاهان وارد بدن وی می شود. سمیت فلزات سنگین در بدن انسان شامل صدمه به سیستم عصبی، کبد، کلیهها، عروق قلب و بافت استخوان، سرطانزایی و جهش میشود که در این میان سمیت کادمیم به طور گستردهای مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. در مورد کادمیم تخمین زده شده است که چنان چه غلظت آن در کلیه از ۲۰۰ میکروگرم در گرم تجاوز کند اثرات بحرانی در بدن ایجاد خواهد شد
.
انتقال کادمیم در خون بوسیله گلبول های قرمز و پروتئینهای با وزن مولکولی زیاد هم چون آلبومین صورت میگیرد. جذب کادمیم بوسیله کاتیون های دو ظرفیتی و سه ظرفیتی مانند روی (Zn+2) ومنیزیم( Mg+2) کاهش مییابد و در اثر کمبود آهن جذب آن افزایش مییابد [Goyer, 1991].
۱-۲- کادمیم و سمیت آن در گیاهان عالی
کادمیم یک عنصر غیرضروری برای گیاه است که می تواند رشد و تکوین گیاه را تحت تأثیر قرار دهد. این ماده در طبیعت بصورت فلز آزاد نیست و اغلب به صورت یک ماده معدنی در ترکیب با عناصر دیگر همچون اکسیژن (Cadmium Oxide)، کلر (Cadmium Chloride) و گوگرد (Cadmium Sulfide) است [Norberg, 1974].
درگزارشی دیگر[Bingham, 1989] بیان شد که کادمیوم عمدتا به صورت یون فلزی آزاد در محلول خاک وجود دارد فرم قابل جذب کادمیوم توسط گیاه کاملا مشخص نشده است ولی به نظر می رسد که ریشه عمدتا یون فلزی آزادCd+2 را از محلول خاک جذب می کند[Alloway, 1990] . عوامل متعددی درجذب کادمیوم توسط گیاه تاثیردارند، که از آن جمله می توان به غلظت کادمیوم خاک و میزان دردسترس بودن آن، تغییر شکل درحضورموادآلی دیگر، ترشحات ریشه، وجود مایکوریزا PH , خاک ، مواد آلی موجود در خاک، ظرفیت تبادل کاتیونی خاک ،پتانسیل احیاکنندگی، دما وغلظت فلزات دیگراشاره نمود. خاکی که دارای غلظت کادمیم ۳۲/۰ الی ۱ میلی مولار در محلول خاک باشد به عنوان یک خاک آلوده متوسط تا بسیار سمی شناخته میشود. [Wagner, 1993]
این ماده از طریق استخراج معادن فلزی، فاضلاب های خانگی و صنعتی، سوزاندن ذغال سنگ، زبالههای خانگی، کارخانههای سیمان، دود اگزوزها، ساییدگی لاستیک های چرخ اتومبیل و نشت روغن های صنعتی در خاک های حاشیه جادهها و ایستگاههای تولید برق وارد اکوسیستم میشود .
کادمیم بعنوان یک آلوده کننده بسیار قوی شناخته شده است که این مسأله به دلیل سمیت شدید آن در غلظت کم و حلالیت بالای آن در آب است. کادمیم جذب عناصر غذایی توسط گیاه را تغییر میدهد. این تغییر میتواند از طریق رقابت با عناصر پتاسیم (K)، منیزیم (Mg)، کلسیم (Ca)، منگنز (Mn)، مس (Cu)، روی (Zn) و نیکل (Ni) باشد. تأثیر کادمیم بر جذب عناصر ذکر شده یا به دلیل ورود کادمیم از طریق ناقلین غشایی این عناصر باشد یا به علت تأثیر منفی کادمیم بر جمعیت میکروارگانیسم های خاک و تغییر در تحرک عناصر خاک میباشد .
کادمیم دارای اثرات منفی بر متابولیسم گیاه هم چون کاهش جذب عناصر غذایی، ممانعت از فتوسنتز از راه تأثیر بر متابولیسم کلروفیل و ساختار کلروپلاست ها، فعالیت فتوسیستم II و آنزیم های متابولیسم کربن فتوسنتزی و تغییر در متابولیسم نیتروژن میباشد. این عنصر باعث تغییر در ساختمان چربیها و عملکرد غشاها شده و فعالیت آنزیمی وابسته به غشاها مثل
H +ATPase را تحت تأثیر قرار میدهد ونیز موجب بسته شدن روزنهها و کاهش مقدار آب گیاه در طولانی مدت میشود. کادمیم موجب رشد کمتر و زیست توده کمتر گیاه میشود. صدمه به هسته و تغییر در سنتز RNA از اثرات سوء سمیت کادمیم است
Liang, 2005; Karantev et al., 2006] [.
سمیت کادمیم موجب تنش اکسیداتیو میشود که این مسأله هم به دلیل تولید رادیکال های آزاد اکسیژن است و هم به دلیل کاهش عملکرد سیستم آنتی اکسیدانت آنزیمی و غیرآنزیمی در گیاه میباشد
در سطح مولکولی کادمیم با تشکیل باندهای تیول فلزی و دگرگونی باندهای سولفیدریل باعث تغییر در ساختمان ثانویه پروتئینها و تغییر در وضعیت اکسیداسیون و احیاء سلول میشود. همچنین با دخالت در فرایند انتقال الکترون در کلروپلاست و میتوکندری موجب افزایش تولید رادیکال های آزاد و صدمه به پروتئینها، لیپیدها و بیومولکول های دیگر میشود .
گیاهان با شبکه درهمی از مکانیسم های فیزیولوژیکی و مولکولی به سمیت کادمیم پاسخ میدهند که شامل نگهداری و تجمع فلزات در دیواره سلولی و ترشحات ریشه میباشد. کلات شدن درون سلولی فلزات با اسیدهای آلی، آمینواسیدها، فریتینها، فیتوکلاتین ها، متالوتیونین ها و انتقال آنها به درون واکوئل از دیگر موارد است. القای سنتز آنتی اکسیدانت های آنزیمی و غیر آنزیمی نیز جزء پاسخ های دفاعی بیوشیمیایی محسوب میشود
.
فیتوکلاتینها و متالوتیونینها شناخته شدهترین مولکول های پروتئینی متصل شونده به فلزات هستند که غنی از سیستئین میباشند. متالوتیونینها توسط ژن بیان میشوند و فیتوکلاتینها بصورت آنزیمی سنتز میشوند .
امروزه تکنیک های بسیاری برای رویارویی با تنش فلزات سنگین به کار میرود. برای مثال می توان استفاده از گیاهان متحمل به فلزات سنگین برای پاکسازی محیط (phytoremediation)، استفاده از قارچ مایکوریزا و استفاده از کمپوست را نام برد. تغییر در عناصر غذایی خاک هم چون افزودن سیلیکون به عناصر غذایی خاک و هم چنین تیمار کردن بذرها قبل از کاشت و یا حتی تیمار گیاه کامل با سالیسیلیک اسید، متیل جالسمونات، اکسید نیتروژن و پراکسید هیدروژن از روش هایی است که در سال های اخیر به منظور کاهش تنش کادمیم در گیاهان بسیار مورد توجه قرار گرفته است
.
۱-۳- سیلیکون و نقش آن در تنش فلزات سنگین
سیلیکون (Silicon) (31درصد) بعد از اکسیژن (۴۹درصد) دومین عنصر فراوان در پوسته زمین است که غلظت آن ۱/۰ تا ۶/۰ میلی مولار در محلول خاک میباشد. سیلیکون در خاک به صورت اکسیدهای سیلیکون یا سیلیکات ها وجود دارد. گیاهان سیلیکون را بصورت سیلیسیک اسید(Si(OH)4 )جذب میکنند [Epstein, 1994].
تجمع سیلیکون در گیاهان بسته به جنس گیاه از ۱% تا ۱۰% وزن خشک گیاه متفاوت است. رسوب سیلیکون در داخل و خارج سلول های گیاهی به صورت (SiO2.nH2O) است. بیشتر گیاهان Si را از راه انتشار و جریان تودهای جذب میکنند، اگرچه گیاهان تجمع دهنده Si مانند گیاهان خانواده گندمیان Poaceae و دم اسبیان Equicetaceae قادرند Si را بصورت فعال نیز جذب نمایند. گیاهان زیادی به خصوص دولپهایها قادر به تجمع زیاد Si در خود نیستند که این مسأله مربوط به تراکم متفاوت در ناقلین Si در ریشه گیاهان است
[Ma, 2004; Curie and Perry, 2007].
اگرچه Si جزء عناصر ضروری محسوب نمیشود اما اثرات مفید آن بر رشد، تکوین، باروری و افزایش فعالیت آنزیم های ضداکسنده وکاهش میزان [۱]ROS درسلول های گیاهی و مقاومت به تنش های زنده و غیرزنده در جنس های مختلف گیاهی مشاهده شده است
[Epstein, 1994; Ma, 2004].
سیلیکون میتواند به صورت یک لایه در زیر اپیدرم برگ ها و یا به صورت اجسام سیلیکونی در اپیدرم برگ ها و ساقه، در غلاف برگ ها، در بافت آوندی در دایره محیطیه و آندودرم رسوب کند وگیاه را در برابر از دست رفتن آب به وسیله تعرق کوتیکولی و نیز دربرابرآلودگی های قارچی محافظت می کند. سیلیکون هم چنین دردیواره های سلول های آوند چوبی قرارگرفته واز فرو ریختن آوندها درشرایط تعرق زیاد جلوگیری می کند [Marschner, 1995] .
این رسوب های سیلیکونی گیاه را در مقابل استرس های زنده و غیرزنده محافظت میکند .
سیلیکون موجب افزایش تحمل گیاه به تنش های غیرزنده مثل تنش فلزات سنگین، شوری، خشکی، گرما، UV، عدم تعادل عناصر غذایی میشود
.[Epstein, 1999; Ma, 2004; Richmond and Sussman, 2003]
مهمترین مکانیسم عمل سیلیکون در کاهش استرس فلزات سنگین، اتصال باندهای سیلیکون- فلز سنگین در مناطق رسوب سیلیکون مثل دیواره سلول های ریشه، برگ و ساقه است .
۱-۴- روشهای اعمال تنش کادمیم در آزمایشگاه
برای اعمال تنش کادمیم از نمکهای کادمیم مثل کلرید کادمیم CdCl2 یا نیترات کادمیم CdN2O6 استفاده میشود. محیط رشد گیاه میتواند:
الف- محیط رشد هیدروپونیک
ب- محیط رشد پرلیت(perlit) ، ماسه یا مخلوط پرلیت و ماسه
ج- خاک اسیدی
مراحل گیاه برای اعمال تنش عبارتند از:
الف- القا تنش در مرحله جوانه زنی بذر
ب- القا تنش در مرحله گیاهچه
ج- القا تنش در مرحله بلوغ گیاه
۱-۵- گوجه فرنگی
برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت tinoz.ir مراجعه کنید.
حق انحصاری © 2021 مطالب علمی گلچین شده. کلیه حقوق مح