نوع مقاله : علمی - پژوهشی
چکیده
هدف: اندرکنش میکروب- گیاه بهعنوان یک جریان مهم کارآمد گیاه‌پالایی آلودگی نفتی مورد توجه است. استفاده از لگوم-ریزوبیوم روش مناسبی برای پالایش اراضی آلوده به نفتخام میباشد. هدف از این مطالعه ارزیابی توانایی گیاه‌پالایی همزیستی اقاقیا- ریزوبیوم در خاکهای آلوده به نفتخام میباشد. مواد و روش‌ها: گیاهچه‌های سه روزه اقاقیا به محیط هیدروپونیک منتقل و با ریزوبیوم تلقیح شدند. سپس، گیاهچه‌های 13 روزه به خاکهای آلوده به نفتخام در غلظت‌های 0(شاهد)، 1تا 5 درصد (حجمی/وزنی) منتقل و در ابتدا و انتهای یک دوره 90 روزه، میزان حذف هیدروکربن‌ها (هیدروکربن‌های کل، n- تری‌دکان، n-تترادکان و n- پنتادکان) خاک با GC اندازه‌گیری شد. مقادیر سرب، روی و کادمیم در خاک و ریشه گیاه توسط دستگاه جذب اتمی اندازه‌گیری شد. داده‌ها با کمک SPSS11 و تست دانکن آنالیز آماری شدند. نتایج: نتایج تجمع فلزات سنگین را در ریشه گیاهان و کاهش آن‌ها را در خاک نشان دادند. کاهش مقدار هیدروکربن‌ها در تمامی تیمارها در طی آزمایش مشاهده گردید. ماکزیمم برداشت در گیاهان تلقیح شده ریزوبیومی در تیمار 4 درصد نفتخام بدست آمد که در آنجا اقاقیای تلقیح‌شده 97 تا 100 درصد هیدروکربن‌ها را از خاک حذف نمود. بنابراین تلقیح اقاقیا با ریزوبیوم در حذف هیدروکربن‌ها و فلزات سنگین خاکهای آلوده به نفتخام موثر است. نتیجه‌گیری: براساس این نتایج، اقاقیای تلقیح‌شده با ریزوبیوم می‌تواند به عنوان یک انباشتگر سرب و کادمیم در خاک آلوده به نفت استفاده گردد و به منظور گیاه‌پالایی خاکهای آلوده به نفتخام انتخاب شود.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Rubinia pseudoacacia – Rhizobium Symbiosis for Phytoremediation of Petroleum Polluted Soil
چکیده [English]
Aim: Plant-microbe interactions are considered to be important processes determining the efficiency of phytoremediation of petroleum pollution. The use of legume-Rhizobium is a suitable method for modification of petroleum-contaminated soil. The aim of this study was to evaluate the phytoremediation potential of Acacia– Rhizobium symbiosis in petroleum-polluted soil. Material and methods: The three-day acacia-seedlings were transferred to hydroponic medium and inoculated with rhizobium. Then, the 13-days seedlings transferred to polluted soil with different concentration of crude oil, that is; 0% as control and 1-5% (vol. /Wight), at the start and end of the 90-days period. Soil samples were analyzed for hydrocarbon removal (total hydrocarbon, n-tridecan, n-tetradecan and n-pantadecan) by GC-FID. Contents of Pb, Zn and Cd were measured with atomic absorption from soil and plant roots. The data were statistically analyzed with the help of SPSS11 and Duncan ‘test. Results: The results showed accumulation of heavy metal in plant roots and it’s reducing in soil. Hydrocarbon reduction was found over the course of the experiment in all treatments. The maximum removal was obtained in plants inoculated with rhizobium at 4% treatment, in which inoculated-acacia removed 97-100% of the hydrocarbons from soil. There fore inoculation Rubinia pseudoacacia with Rhizobia are effective in removing TPHs and heavy metals from petroleum polluted soil. Conclusion: Based upon these results, Rubinia pseudoacacia L. inoculated with rhizobium can be used as lead and cadmium bioaccumulator in petroleum pollution and was selected for the phytoremediation of petroleum-contaminated soil.
کلیدواژه‌ها [English]
- Acacia
- Petroleum
- heavy metals
- Hydrocarbons Phytoremedaion
- Rhizobium
مقدمه
خاک از منابع تجدیدنشدنی و ضروری است. آلودگی نفتی خاک در طی قرن گذشته بسیار مورد توجه بوده است (1). آلودگی خاک به نفت به دلایل مختلف استخراج، تصادفات، حمل و نقل ، نشت، قطع و شکستگی خطوط لوله نفت، پالایش و مصرف رخ می‌دهد (2). از جمله آلاینده‌های نفتی می‌توان به هیدروکربن‌های نفتخام (TPHs) Total petroleum hydrocarbons، هیدرکربن‌های پلی‌سیکلیک آروماتیک (PAH) Polycyclic aromatic hydrocarbons ، هیدروکربن‌های هالوژنه، آفت‌کش‌ها، حلال‌ها و فلزات سنگین آن مثل سرب، کادمیوم، روی، وانادیم، آهن، نیکل، اورانیم و مس اشاره کرد (3 و 4).
نفتخام در خاک شرایط نامناسبی را برای رشد و نمو گیاه فراهم می‌کند؛ این شرایط وابسته به عدم تهویه، خشکی و سمیت ناشی از حضور هیدروکربن‌ها، کاهش مقدار عناصر ضروری در دسترس برای گیاه و یا افزایش مقدار سمی برخی عناصر معین مثل سرب، کادمیوم، آهن و روی است (5). بنابراین معمولا آلاینده‌های نفتی کارایی و رشد و نمو گیاهان را به خصوص در مراحل اولیه رشد کاهش می‌دهند (3 و 6)، به‌طوری‌که کاهش 66 و 86 درصدی جوانه‌زنی و طول ریشه‌چه اقاقیا به ترتیب در غلظت 10 درصد نفتخام توسط محققین گزارش شده است (7). اثرات شیمیایی نفت ناشی از عملکرد ترکیبات آن مثل فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفت میباشد. همه فلزات سنگین در غلظت‌های بالا اثرات بسیار سمی دارند و به عنوان آلاینده محیطی محسوب می‌شود (8). هیدروکربن‌های نفت نیز یکی از عمومی‌ترین ترکیبات آلی مقاوم محیطی هستند که برای بسیاری از موجودات زنده سمی هستند (9 و 10). چهار گروه عمده ترکیبات هیدروکربنی نفتخام شامل پارافین (مثل ان‌تری‌دکان‌ها C13H28، ان‌تترادکان‌ها C14H30 و ان‌پنتادکان‌ها C15H32)، نفتن‌ها، آروماتیک‌ها، رزین-آسفالتین‌ها میباشد (11).
پالایش آلودگی‌های محیطی بر پایه و اساس گیاه - میکروب یک تکنولوژی نسبتا جدید، کارآمد و دوست‌دار محیط زیست است که می‌تواند جهت خروج بسیاری از آلاینده‌ها مثل آلودگی هیدروکربن‌ها و فلزات سنگین نویدبخش باشد (6 و 12). ریزوباکترهای محرک رشد گیاه plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) باکتری‌هایی هستند که با ریشه گیاهان همراه شده و ایمنی و بازدهی گیاهان را افزایش می‌دهند (13). باکتری‌های فوقهمچنین در پالایش و تصفیه آلودگی‌های ریزوسفر نقش دارند (14). ریزوبیوم مشهورترین ریزوباکتر تثبیتکننده نیتروژن ملکولی از خانواده ریزوبیاسه است. باکتری فوق، آندوفیت طبیعی لگوم‌ها بوده و با آن‌ها روابط همزیستی برقرار می‌کند (15). ریزوبیوم علاوه بر تثبیت N2، ملکولهایی مثل اکسین، سیتوکینین، اسیدآبسیزیک، لومیکروم، ریبوفلاون، لیپو-کیتوالیگوساکارید و ویتامینها را تولید می‌کند بنابراین، احتمالا علاوه بر نقش متابولیتهای میکروبی در افزایش در دسترسبودن مواد معدنی در محیط گیاه، ریزوبیوم قادر به تحریک رشد گیاه، استقرار در ریشه و در نتیجه افزایش نمو گیاه میباشد. لومیکروم علاوه بر تحریک رشد گیاهان، سبب افزایش تحمل خشکی گیاهان از طریق کنترل گشودگی روزنهها می‌شوند (16). تلقیح ریزوبیومی لگوم‌ها، اثر بازدارندگی تنش‌ها را کاهش داده و باعث بقای بهتر گیاه در محیط نامناسب می‌شوند(17).
گیاهان متنوعی بهدلیل توان‌مندی بالا در تسهیل گیاه‌پالایی مناطق آلوده مورد توجه قرار گرفته‌اند. بقولات و میکروارگانیزم‌های همزیست آن‌ها بهدلیل کارایی زیاد در حذف آلودگی‌ها گزینه‌های خوبی برای گیاه‌پالایی و اصلاح زیستی اراضی آلوده به فلزات سنگین و همچنین دیگر آلاینده‌های آلی می‌باشند (18 و 19). آلودگی‌های آلی سهم مهم و بزرگی از آلاینده‌های خاک را تشکیل می‌دهند (6). خروج و حذف فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفت در خاک، اغلب به میکروارگانیسم‌های زنده ریزوسفر که تحت تاثیر ترشحات ریشه گیاهان قرار دارند نسبت داده می‌شود (10). پژوهش‌های مختلف نشان داده که جمعیت میکروبی خاکهای کشت شده بیشتر و فعال‌تر از خاکهای کشت نشده است (20). بیوماس بیشتر ریشه همراه با رشد جمعیت میکروبی و افزایش فعالیت میکروب‌های ریزوسفر سبب کارایی بیشتر گیاه‌پالایی می‌شود (6). گیاهان با تجمع و انباشت فلزات سنگین (21) و با تغییر دادن شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک و افزایش تهویه و فراهم کردن اکسیژن جهت تجزیه ترکیبات نفتی در کاهش آلودگی‌های زیست محیطی مؤثر می‌باشند (22). میکروارگانیزم‌ها نیز می‌توانند بر حلالیت و زیست فراهمی فلزات و حرکت آن‌ها در خاک بسیار تاثیرگذار باشند. بنابراین بقولات به راحتی در اراضی غیرحاصل‌خیز مستقر می‌شوند و همزیستی امکان رشد گیاهان را بدون عرضه کودهای نیتروژن فراهم می‌کند (19).در بررسی نقش باکتری Rhizobium leguminosarum و گیاهان لگوم در پالایش خاک آلوده به نفت، دو گیاه لگومی Vicia fabaو Lupinus albus و یک گیاه غیرلگومی Solanum melongena در خاک بیابان‌های آلوده به نفت در کویت کشت شدند. نتایج نشان داد که دو گیاه لگومی V. faba و L. albus کارایی بیشتری در حذف آلودگی نفتی نسبت به گیاه غیرلگوم داشتند. در خاکهای کشت شده با V. faba، L. albus و S. melongena به ترتیب 85، 77 و 55 درصد از آلودگی نفتی کاسته شد. همچنین حذف و برداشت نفت در آب اطراف ریشه‌های گرهک‌‌دار نسبت به ریشه‌های بدون گرهک بیشتر است. به علاوه باکتری‌های ریزوبیوم که باکتری همزیست با لگوم‌ها میباشد دوز وسیعی از هیدروکربن‌های آروماتیک و آلیفاتیک نفتخام را به عنوان منبع کربن و انرژی مصرف می‌کند (23).
ایران یکی از کشورهای نفت‌خیز جهان میباشد که همواره در معرض این نوع آلاینده محیطی قرار دارد. شناسایی گیاهان و میکروارگانیسم‌هایی که در پالایش آلودگی‌های نفتی نقش دارند و مطالعه شرایطی که در بهینه عمل کردن این مجموعه موثر هستند، می‌تواند راهکارهایی جهت حذف آلودگی‌ها از خاک این مناطق باشد. درخت زینتی اقاقیا به طور گسترده در نواحی شهری و روستایی رشد می‌کند، دارای محدوده جغرافیایی وسیع و توزیع اکولوژیک در کل جهان بوده، کاشت و نگهداری آن آسان و کم‌هزینه است (24)، اقاقیا متعلق به خانواده فاباسه از خانواده‌های گیاهی مقاوم به آلاینده‌های نفتی میباشد (25)، این تحقیق به منظور بررسی نقش احتمالی اقاقیا به صورت منفرد و در تلقیح با ریزوبیوم در کاهش و حذف برخی فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفتی موجود در خاک انجام شد.
مواد و روش‌ها
جداسازی، شناسایی و تهیه مایه تلقیح ریزوبیوم:ریزوبیوم یک باکتری گرم منفی از گروه α-پروتوباکترها (باکتری‌های ارغوانی) میباشد. جهت جداسازی و شناسایی باکتری ریزوبیوم از آزمایشات مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی توضیح داده شده در کتاب برگی استفاده شد (26). ریشه‌های تازه اقاقیا دارای گرهک پس از انتقال به آزمایشگاه به منظور خروج ذرات خاک اطراف گرهک‌ها، 20 دقیقه درون آب قرار گرفته و شسته شدند. جهت استریل سطحی، 10 دقیقه در اتانول 75 درصد قرار گرفته و چندین بار با آب مقطر استریل شستشو داده شدند (26). سپس گرهک‌ها در چند قطره آب استریل بوسیله انبرک له شده و یک لوپ استریل از گرهک له شده فوق به محیط اختصاصی (YMA) Yeast-manitol-mineral salts agar medium انتقال یافت (27). پتری‌دیش‌های حاوی باکتری به انکوباتور 25 درجه سانتیگراد انتقال یافتند. ریزوبیوم پس از 4 الی 5 روز کلنی‌های حلقوی، به قطر 2 تا 4 میلیمتر، محدب و برجسته نیمه‌شفاف، مات، لزج و موسیلاژی تولید می‌کند. سپس با لوپ استریل مقدار کمی از کلنی‌های حاصله به محیط کشت جدید YMA انتقال یافتند. 3 الی 4 روز پس از انکوباسیون در 25 درجه سانتیگراد، از کلنی‌های منفرد، کدر و موسیلاژی تشکیل شده تعدادی لام آماده و رنگ‌آمیزی گرم انجام گردید. نوع واکنش گرم و مورفولوژی باکتری در زیر میکروسکوپ بررسی شد. تشکیل کلنی‌های محدب و برجسته، نیمه شفاف و لزج و موسیلاژی و واکنش گرم منفی نشانه موفقیت‌آمیز بودن جداسازی ریزوبیوم در نظر گرفته شد. جهت اطمینان، تشکیل گرهک در ریشه اقاقیا توسط ریزوبیوم استخراجی در شرایط استریل بررسی گردید (28).
یک لوپ استریل از کلنی‌های ریزوبیوم در محیط کشت جامد YMA، به 100 میلیلیتر محیط کشت مایع YMA منتقل شده و به مدت 24 ساعت (فاز لگاریتمی رشد) در روتاری شیکر با دور rpm200 در شرایط تاریکی کشت و غلظت cfu/ml 105 ریزوبیوم تهیه شد. جهت تهیه غلظت فوق از جذب نوری استفاده گردید. اگر جذب نوری محلول YMA مایع در طول‌موج 620 نانومتر معادل 1/0 باشد غلظت ریزوبیومCells ml-1 108 در نظر گرفته شد. سپس غلظت cfu mL-1 105 باکتری با رقیق نمودن محلول مادر فوق توسط بافر فسفات تهیه شد (29).
تهیه و آماده‌سازی بذر اقاقیا و نفت:بذرهای سالم، دارای مغز و بدون آفت اقاقیا از پارک کلاله شهر سنجان جمع‌آوری و نفتخام از پالایشگاه شازند تهیه گردید. بذرها توسط اتانول 70 درصد به مدت 2 دقیقه و سپس هیپوکلریت‌سدیم 1 درصد به مدت 5 دقیقه ضدعفونی سطحی و سپس 5 بار با آب مقطر شستشو داده شدند (30). دانه‌های ضدعفونی‌شده بر روی کاغد صافی مرطوب با محلول هوگلند (31) غنی شده با نیترات‌پتاسیم g L-1 2/0 درون پتری‌دیش به مدت 3 روز در تاریکی و حرارت 25 درجه سانتیگراد جهت جوانه‌زنی قرار گرفتند. سپس گیاهچه‌های سه روزه به محیط هیدروپونیک حاوی محلول نیمه‌هوگلند و سوسپانسیون ریزوبیومی cfu mL-1 105 منتقل شدند. بذرهای شاهد در محلول نیمه‌هوگلند در شرایط مشابه قرار گرفتند. بعد از 10روز به گلدان‌های حاوی غلظت‌های متفاوت نفتخام انتقال یافتند.
کشت گلدانی اقاقیا: گیاهچه‌های 13 روزه به گلدان‌های (طول 20 سانتیمتر و قطر 18 سانتیمتر) شاهد و گلدان‌های محتوی خاک آلوده به نفتخام در غلظت 0، 1، 2، 3، 4 و 5 درصد (حجمی/وزنی) انتقال یافتند. بدین منظور خاک مورداستفاده در 121 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت در دو روز متوالی در اتوکلاو استریل شده و به نسبت 1:1 (v/v) با پرلیت مخلوط گردید. سپس در بیرون گلدان با توجه به تیمار نفتی، مقداری نفت اضافه و کاملا مخلوط و یکنواخت شدند. به ازای هر 2000 گرم خاک، به ترتیب برای تیمارهای 1، 2، 3، 4 و 5 درصد به ترتیب 20، 40، 60، 80 و 100 سانتی‌مترمکعب نفتخام (حجمی/وزنی) به خاک اضافه و خوب مخلوط گردید. گلدان‌ها با خاک آلوده فوق (با توجه به تیمار نفتی) پر شدند و گیاهچه‌های تلقیح شده 13 روزه به خاکهای آلوده منتقل و روی گیاهچه‌ها با همان خاک آلوده پوشانده شدند. گلدان‌های شاهد از همان خاک بدون افزودن نفتخام پر شدند. پس از پوشاندن روی دانه‌رست‌ها توسط خاک همان گلدان، آبیاری با 250 میلیلیتر محلول نیمه‌هوگلند صورت گرفت و گلدان‌ها در شرایط محیط در درجه‌حرارت 25 درجه سانتیگراد در شب و 28 درجه سانتیگراد در روز و فتوپریود D12/L12 قرار گرفتند. آبیاری هر هفته با توجه به نیاز گیاه، به میزان 250 میلیلیتر محلول نیمه‌هوگلند صورت گرفت. آزمایش در طرح کاملا تصادفی در قالب آزمایشات فاکتوریل در سه تکرار انجام شد. در پایان 3 ماه، برداشت نهایی انجام شد.
اندازه‌گیری عناصر سنگین در ریشه اقاقیای 90 روزه:به2/0گرم ریشه گیاهان 4 میلیلیتر اسیدنیتریک 65 درصد اضافه و به مدت 24 ساعت در دمای اتاق قرار داده شدند، سپس 5 تا 6 ساعت در آون 90 درجه سانتیگراد قرار گرفته تا NO2 تبخیر شود. بعد از خنک شدن، نمونه‌ها صاف و با آب مقطر به حجم 10 میلیلیتر رسانده شدند. محلول‌های استاندارد نیترات‌روی (N2o6Zn. 4H2o)، gr/mol44/261، نیترات‌کادمیم (Cd(No3)2.4H2o، gr/mol 47/308 و نیترات‌سرب (N2o6Pb)، gr/mol21/331 تهیه شدند و جذب آن‌ها و نمونه‌ها در دستگاه جذب اتمی Shimadzu AA680 خوانده شد. نمودار استاندارد براساس جذب رسم و فرمول خطی محلول‌ها به دست آمد. بیشترین جذب نیترات‌سرب، نیترات‌روی و نیترات‌کادمیم به ترتیب در 3/283، 9/213 و 8/228 نانومتر مشاهده شد (24).
اندازه‌گیری عناصر سنگین (روی، سرب، کادمیم) خاک در ابتدا و انتهای دوره 90 روزه کشت:2گرم خاک آلوده به نفتخام را پس از خشک و الک کردن (2 میلیمتر) با 5/2 میلیلیتر اسیدنیتریک غلیظ و 5/7 میلیلیتر اسیدکلریدریک غلیظ به مدت یک شب به حال خود گذاشته و پس از آن به دمای 70 تا 80 درجه سانتیگراد منتقل نموده و در نهایت پس از ته‌نشینی رسوبات با اسیدنیتریک 1 درصد به حجم 50 میلیلیتر رسانده شد. محلول‌های استاندارد نیترات‌روی، نیترات‌کادمیم و نیترات‌سرب مانند مرحله قبل تهیه شدند و جذب آن‌ها به همراه نمونه‌ها توسط دستگاه جذب اتمی مدل Shimadzu AA680 خوانده شد. نمودار استاندارد براساس جذب رسم و فرمول خطی محلول‌ها به دست آمد (24).
اندازه‌گیری هیدروکربن‌های کل خاک در ابتدا و انتهای دوره 90 روزه کشت:پس از آلوده نمودن خاک استریل با غلظت‌های مختلف نفتخام میزان هیدروکربن‌های کل، n-تری‌دکان، n-تترادکان و n- پنتادکان در خاک به روش گاز کروماتوگرافی GC اندازه‌گیری شد. 15 گرم خاک خشک (32) هر تیمار را با 25 میلیلیتر استن به مدت 24 ساعت به شیکر با دور rpm250 منتقل کرده، سپس نمونه‌ها با کاغذ صافی فیلتر شده و به دستگاه GC (Agilen 6890N) با ستون VF-1ms با برنامه دمایی 60 درجه سانتیگراد به مدت 2 دقیقه، 15 درجه سانتیگراد به مدت 15 دقیقه و 300 درجه سانتیگراد تزریق شد. این عملیات پس از گذشت سه ماه و برداشت گیاهان مجددا بر روی خاک هر گلدان صورت گرفت (18).
نتایج
به منظور بررسی حضور باکتری ریزوبیوم در ریشه گیاه و اثبات تلقیح باکتریایی، تشکیل گرهک در پایان دوره رشد گیاهان اقاقیای تلقیح‌یافته بررسی گردید (شکل 1). گیاهان تحت تیمار 3، 4 و 5 درصد نفتخام که باکتری دریافت نکرده‌اند هیچ رشدی نداشتند. ولی گیاهان تلقیح‌شده با ریزوبیوم تا غلظت 4 درصد نفتخام رشد نمودند و در غلظت 5 درصد نفتخام، هیچ گیاهی، چه تلقیح نشده و چه تلقیح‌شده با ریزوبیوم، رشد نکرد. بنابراین، غلظت 3 و 5 درصد نفتخام خاک به ترتیب برای اقاقیای تلقیح‌نشده و اقاقیای تلقیح ریزوبیومی شده غلظت کشنده در نظر گرفته شد.
شکل 1: تشکیل گرهک در گیاهان اقاقیای تلقیح‌یافته با ریزوبیوم. فلشها گرهک را نشان می دهند.
غلظت‌های مختلف نفت، تلقیح ریزوبیومی و برهم‌کنش نفت و باکتری بر تجمع عناصر کادمیوم و سرب در ریشه اقاقیا، اختلاف معنی‌داری (01/0≥p) بین گیاهان تیمار و شاهد ایجاد کرده‌اند ولی اختلاف معنی‌داری در تجمع عنصر روی در ریشه گیاهان مورد بررسی دیده نشد (جدول 1). براساس جدول مقایسه میانگین‌ها (جدول 2) بیشترین میزان کادمیوم در گیاه 2 درصد تلقیحی مشاهده می‌شود. میزان تجمع سرب و کادمیم در ریشه گیاهان شاهد که تیمار نفتی نداشته‌اند با توجه به عدم حضور نفت در خاک مربوطه صفر بود. میزان تجمع سرب در ریشه گیاه 2 و 4 درصد تلقیح شده به ppm40 می‌رسد که بیشترین میزان تجمع را نشان داد. با افزایش غلظت نفتخام، مقدار سرب در ریشه گیاهان تحت تیمار نفتی، تلقیحی و غیرتلقیحی، افزایش را نشان داد. در تمامی حالات مقدار تجمع سرب در یک تیمار نفتی، در گیاه تلقیح‌شده نسبت به گیاه تلقیح‌نشده در همان تیمار نفتی، افزایش معنی‌داری را نشان داد. مقدار عنصر روی در گیاهان مختلف اختلاف معنی‌داری را نشان نداد، اگرچه مقدار عنصر روی در تمامی تیمارها نسبت به عنصر کادمیم بیشتر بود.
جدول 1: جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3 و 4 درصد حجمی/وزنی) و تلقیح باکتری ریزوبیوم و برهم‌کنش نفتخام و باکتری بر میزان تجمع عناصر کادمیم cd(ppb)، سرب pb(ppm) و روی (zn)(ppm) در ریشه گیاه اقاقیای 90 روزه. مقایسه برای هر ستون جداگانه انجام شده است.
|
منابع تغییر |
Cd |
Pb |
Zn |
|
اثر نفتخام |
**685 |
**2548 |
ns1 |
|
اثر تلقیح باکتری |
**804 |
**1315 |
ns1 |
|
برهم‌کنش نفتخام و باکتری |
**1424 |
**374 |
ns2 |
nsمعنی‌دار نیست **معنی‌دار در سطح 1 درصد
جدول 2: میانگین غلظت عناصر کادمیم cd (ppb)، رویzn (ppm) و سربpb(ppm) در ریشه اقاقیای تلقیح‌شده +R و بدون تلقیح -R با باکتری ریزوبیوم در غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3و 4 درصد حجمی/وزنی). حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار بین میانگین‌های مندرج را مطابق آزمون دانکن و برای هر ستون نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار (SE±) میباشد.
|
تیمار نفت |
ریزوبیوم |
غلظت عناصر |
||
|
کادمیوم ppb |
سرب ppm |
رویppm |
||
|
شاهد |
-R |
d0 |
f0 |
9/1±a05/2 |
|
+R |
d0 |
f0 |
4/0±a2/1 |
|
|
1 درصد |
-R |
d0 |
1/0±d1 |
6/3±a6/0 |
|
+R |
1/0±c3/0 |
0±e2 |
13/0±a2 |
|
|
2 درصد |
-R |
04/0±b5/ |
4/0±b35 |
01/0±a1 |
|
+R |
04/0±a5/1 |
3/0±a40 |
08/0±a2 |
|
|
3 درصد |
+R |
04/0±b5/0 |
4/0±c30 |
0±a1 |
|
4 درصد |
+R |
01/0±b5/0 |
3/0±a40 |
02/0±a1 |
جدول 3: جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3 و 4 درصد حجمی/وزنی) و تلقیح باکتری ریزوبیوم و برهم‌کنش نفتخام و باکتری بر میزان برداشت عناصر کادمیم cd(ppm)، سرب pb(ppm) و روی zn(ppm) موجود در خاک بعد از دوره کشت سه ماهه. مقایسه برای هر ستون جداگانه انجام شده است.
|
منابع تغییر |
Cd |
Pb |
Zn |
|
اثر نفتخام |
**38/300 |
**38/399 |
**3/60 |
|
اثر تلقیح باکتری |
ns001/0 |
ns 02/0 |
ns 054/0 |
|
برهم‌کنش نفتخام و باکتری |
ns008/0 |
ns 06/0 |
ns 048/0 |
nsمعنی‌دار نیست **معنی‌دار در سطح 1 درصد
جدول 4: میانگین کاهش غلظت عناصر کادمیوم Cd (ppb)، روی zn(ppm) و سرب pb(ppm) در خاک آلوده به غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3 و 4 درصد حجمی/وزنی) و تحت کشت گیاهان اقاقیای تلقیح‌شده +R و بدون تلقیح –R با باکتری ریزوبیوم. حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار بین میانگین‌های مندرج را مطابق آزمون دانکن و برای هر ستون نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار (SE±) میباشد.
|
تیمار نفت |
ریزوبیوم |
کاهش عناصر مورد بررسی |
||
|
کادمیم (ppb) |
سرب (ppm) |
روی (ppm) |
||
|
شاهد |
-R |
d0 |
e0 |
12/0±d62/11 |
|
+R |
d0 |
e0 |
05/0±d55/11 |
|
|
1 درصد |
-R |
058/0±c292/0 |
002/0±d442/0 |
13/0±c35/12 |
|
+R |
007/0±c293/0 |
055/0±d445/0 |
62/0±c38/12 |
|
|
2 درصد |
-R |
08/0±b342/0 |
008/0±c522/0 |
03/0±b07/13 |
|
+R |
005/0±b34/0 |
009/0±c521/0 |
05/0±b05/13 |
|
|
3 درصد |
+R |
004/0±a396/0 |
006/0±b634/0 |
04/0±b46/13 |
|
4 درصد |
+R |
002/0±a392/0 |
077/0±a923/0 |
13/0±a87/13 |
مطابق جدول آنالیز واریانس (جدول 3) غلظت‌های مختلف نفتخام بر میزان برداشت و حذف عناصر کادمیوم، سرب و روی بین خاکهای آلوده به نفتخام که تحت کشت گیاهان تلقیح و بدون تلقیح با باکتری ریزوبیوم هستند اختلاف معنی‌داری (01/0≥p) ایجاد نموده است. بیشترین حذف عنصر کادمیوم مربوط به گیاهان تلقیح‌یافته در خاک 3 و 4 درصد نفت است که به ترتیب 99 و 98 درصد کادمیوم را از محیط برداشت نموده‌اند. بیشترین برداشت و حذف سرب توسط گیاهان تیمار 4 درصد تلقیحی با ریزوبیوم رخ داده است که تقریبا بیشتر عنصر سرب موجود در خاک (2/99 درصد) را برداشت نموده‌اند. در گیاهان شاهد تلقیح‌شده و بدون تلقیح، که غلظت نفتخام صفر است، مشابه ابتدای آزمایش، هیچ کادمیوم و سربی مشاهده نشد. بیشترین برداشت و حذف عنصر روی Zn از خاک نیز در گیاهان تلقیح‌شده با ریزوبیوم در خاک آلوده به نفت 4 درصد مشاهده می‌شود که تقریبا تمام عنصر Zn موجود در محیط (8/99 درصد) را برداشت نموده‌اند. کمترین میزان حذف عنصر روی مربوط به شاهد است. با افزایش مقدار نفتخام (هم در گیاهان تلقیح ریزوبیومی و هم گیاهان غیرتلقیحی)، میزان حذف و برداشت کادمیوم، سرب و روی توسط گیاهان افزایش معنی‌داری داشته است. بین گیاهان تلقیح با ریزوبیوم و گیاهان تلقیح‌نشده در خصوص حذف سرب، کادمیوم و روی خاک اختلاف معنی‌داری مشاهده نمی‌شود (جدول4).
نفت، تلقیح باکتری ریزوبیوم و برهم‌کنش نفت و باکتری اختلاف معنی‌داری (01/0≥p) را بین خاکهای آلوده به نفت و تحت کشت گیاهان تلقیح‌شده و بدون تلقیح در خصوص کاهش مقدار هیدروکربن‌های کل، n-تری‌دکان، n-تترادکان و n- پنتادکان خاک ایجاد کرده‌اند (جدول 5). میزان هیدروکربن‌های کل به طور قابل ملاحظه‌ای در همه تیمارها در طی 90 روز کاهش معنی‌داری یافته است. بیشترین و کمترین برداشت هیدروکربن‌های کل به ترتیب در گیاه 4 درصد تلقیح‌شده و 1 درصد بدون تلقیح میباشد. اقاقیا به تنهایی (بدون باکتری)، به ترتیب مقدار ppm992 (95 درصد) و ppm6/1765 (94 درصد) هیدروکربن‌های خاک آلوده به نفت 1 و 2 درصد را از خاک حذف نموده است، یعنی میزان حذف هیدروکربن‌های کل توسط اقاقیا در تیمار 2 درصد نفت 78/1 برابر بیش از گیاه 1 درصد بوده است. تلقیح باکتریایی میزان حذف هیدروکربن‌ها را به‌طور معنی‌داری افزایش داده است، بطوری‌که گیاه 2، 3 و 4 درصد تلقیح‌شده به ترتیب 81/1، 2/2 و 6/3 برابر گیاه 1 درصد بدون تلقیح هیدروکربن‌های کل را از خاک آلوده به نفت حذف نموده‌اند (جدول 6).
جدول 5: جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3 و 4 درصد حجمی/وزنی) و تلقیح باکتری ریزوبیوم و برهم‌کنش نفتخام و باکتری بر میزان کاهش هیدروکربن‌های کل، n-تری‌دکان، n-تترادکان و n-پنتادکان (ppm) در خاک بعد از یک دوره کشت 90 روزه اقاقیا. مقایسه برای هر ستون جداگانه انجام شده است.
|
منابع تغییر |
هیدروکربن کل |
n- تری دکان |
n- تترادکان |
|
اثر نفتخام |
**29E2/1 |
**7E6/1 |
**772902 |
|
اثر تلقیح باکتری |
**33E6/1 |
**26/58421 |
**66/87 |
|
برهم‌کنش نفتخام و باکتری |
**28E2/8 |
**35/15131 |
**81/479 |
ns معنی‌دار نیست **معنی‌دار در سطح 1%
جدول 6: میانگین میزان حذف هیدروکربن‌های کل، n- تری دکان، n- تترادکان و n- پنتادکان (ppm) در خاک آلوده به غلظت‌های مختلف نفتخام (0، 1، 2، 3 و 4 درصد حجمی/وزنی) و تحت کشت گیاهان تلقیح شده +R و بدون تلقیح –R با باکتری ریزوبیوم. حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار بین میانگین‌های مندرج را مطابق آزمون دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار (SE±) میباشد.
|
تیمار نفت |
ریزوبیوم |
میزان برداشت هیدروکربن‌های نفتخام از خاک برحسب (ppm) |
|||
|
هیدروکربن کل |
n-تری‌دکان |
n-تترادکان |
n-پنتادکان |
||
|
شاهد |
-R |
g0 |
g0 |
g0 |
e0 |
|
+R |
g0 |
g0 |
g0 |
e0 |
|
|
1 درصد |
-R |
0±f992 |
2/0±f76 |
28/0±e115 |
0±d106 |
|
+R |
5/0±e995 |
0±e88 |
53/0±e35/111 |
0±d106 |
|
|
2 درصد |
-R |
7/1±d6/1765 |
02/0±d4/148 |
02/0±d2/203 |
3/0±c209 |
|
+R |
23/0± c5/1792 |
03/0± c158 |
5/0±c6/211 |
3/0±c209 |
|
|
3 درصد |
+R |
04/0±b2185 |
5/0±b95/252 |
54/0±b15/298 |
45/0±b281 |
|
4 درصد |
+R |
2/7±a3573 |
73/0±a85/341 |
2/0±a35/417 |
65/0±a415 |
از دیگر هیدروکربن‌های مورد بررسی n- تری‌دکان میباشد که در گیاه 1 درصد تلقیح‌شده کاملا حذف شده است. در حالی که در گیاه 1 درصد بدون تلقیح حدود ppm12 از این هیدروکربن در خاک باقی مانده است و تنها 86 درصد حذف شده است. بیشترین و کمترین برداشت n-تری‌دکان از خاک آلوده به نفت به ترتیب در گیاه اقاقیای تلقیحی تیمار نفتی 4 درصد و غیرتلقیحی با 1 درصد نفت صورت گرفته است. اقاقیا به تنهایی در خاک آلوده به نفت 1 و 2 درصد به ترتیب 86 و 92 درصد از هیدروکربن n-تری‌دکان را حذف نموده است. با افزایش غلظت نفت (چه گیاهان تلقیح یافته و چه غیرتلقیحی)، میزان برداشت n-تری‌دکان افزایش معنی‌داری نموده است. بطور مثال اقاقیا بهتنهایی در خاک‌آلوده به نفت 2 درصد، 95/1 برابر بیشتر n-تری‌دکان را نسبت به خاک 1 درصد حذف نموده است و همچنین اقاقیای تلقیح‌شده در خاک‌آلوده به نفت 2 درصد، 8/1 برابر بیشتر n-تری‌دکان را نسبت به اقاقیای تلقیح‌شده در خاک 1 درصد حذف نموده است. به دنبال تلقیح ریزوبیومی، میزان حذف n-تری‌دکان افزایش معنی‌داری داشته است (جدول 7).
n-تترادکان در گیاهان تلقیح‌نشده در تیمار 1 درصد نفت و گیاهان تلقیح‌شده در تیمار 4 درصد نفت به طور کامل از خاک حذف شده است. بیشترین برداشت n-تترادکان، در تیمار 4 درصد نفت توسط اقاقیای تلقیح شده با ریزوبیوم رخ داده است و کمترین در تیمار 2 و 1 درصد توسط اقاقیای غیرتلقیحی صورت گرفته است. حذف n-تترادکان نیز مانند هیدروکربن‌های قبلی، با افزایش غلظت نفت، چه در گیاهان تلقیحی و چه گیاهان تلقیح‌نیافته، افزایش معنی‌داری داشته است. تلقیح ریزوبیومی میزان حذف n-تترادکان را بطور معنی‌داری افزایش داده است. بطور مثال گیاهان تلقیح یافته در خاک به نفت 1، 2، 3 و 4 درصد به ترتیب 97/0، 84/1، 6/2 و 63/3 برابر بیش از اقاقیای تنها در خاک آلوده به 1 درصد نفت، n-تترادکان را حذف نموده‌اند (جدول 6).
n-پنتادکان، در انتهای دوره در هیچ یک از تیمارها حضور نداشت، یعنی 100درصد n-پنتادکان در تمامی تیمارهای نفتی (چه تلقیح‌شده و چه غیرتلقیحی) از خاک حذف شده است، بنابراین بین تیمارها اختلافی موجود نبود که آنالیز واریانس انجام شود ولی مسلم است که کل هیدروکربن n-پنتادکان موجود در خاک کشت شده با اقاقیا حذف شده است (جدول 6). با توجه به اینکه تنها 02/0 درصد از هیدروکربن‌های کل نفتخام در خاک آلوده در طی آبیاری آبشویی می‌شود، خروج هیدروکربن‌های نفت در طی آزمایش به دنبال آبیاری نادیده گرفته شده است، ضمن اینکه این پدیده برای کل تیمارها رخ داده است (33). از آنجا که کل خاکهای مورد بررسی استریل و فاقد هر گونه باکتری بودند، پس امکان تجزیه و حذف هیدروکربن‌ها توسط باکتری‌های طبیعی موجود در خاک صفر میباشد. بنابراین حذف تمامی هیدروکربن‌ها توسط گیاهان اقاقیا، بدون ریزوبیوم و یا همراه ریزوبیوم، انجام شده است.
بحث
در این پژوهش، تلقیح با باکتری ریزوبیوم، غلظت کشنده نفتخام خاک را از 3 درصد به 5 درصد برای اقاقیا ارتقا داد. یعنی تلقیح ریزوبیومی توانایی بقا اقاقیا را در خاکهای آلوده به نفتخام افزایش داده است. تلقیح باکتریایی دارای اثرات مثبت بر رشد گیاهان حتی در خاکهای آلوده از طریق تاثیر بر شرایط تغذیه گیاه دارد (6). ریزوباکترهای محرک رشد گیاهان PGPR جذب یون‌های معدنی را از طریق تحریک پمپ پروتون ATPase باعث می‌شود، بدین ترتیب سبب رشد و بقا بیشتر گیاهان در محیط‌های آلوده مثل نفت می‌شوند (34).
تجمع عنصر روی در ریشه گیاهان تحت بررسی اختلاف معنی‌داری نشان نمی‌دهد، اگرچه مقدار آن در تمامی تیمارها نسبت به کادمیوم بیشتر است که با توجه به ضروری بودن عنصر روی Zn و حضور آن در محیط هوگلند، این کاملا طبیعی است (24). بیشترین میزان روی در ریشه گیاه شاهد غیرتلقیحی مشاهده شد. مشابه عدم انباشت فلزات سنگین کادمیوم، مس، سرب، نیکل و روی در بخش هوایی و ریشه گیاه Phaseolus vulgaris L. در خاک آلوده به نفت، که به همین علت گیاه فوق به عنوان گیاه انباشتگر و تجمع‌کننده فلزات فوق در نظر گرفته نشد (3).
گیاهان مورد بررسی از لحاظ تجمع عناصر سرب و کادمیوم در ریشه تفاوت معنی‌داری نشان می‌دهند. با افزایش غلظت نفتخام مقدار سرب در ریشه گیاهان تحت تیمار نفتی، چه تلقیح‌شده و چه تلقیح‌نشده، افزایش را نشان می‌دهد. گیاهان غیرتلقیحی در تیمار 2 درصد نفت، 35 برابر بیش از تیمار 1 درصد، سرب را در خود انباشت کرده‌اند. این نتایج با مطالعه فلزات سنگین در اقاقیا که در ترکیه انجام شده است مطابقت دارد (24). همچنین انباشت 8/20 برابری سرب در برگ‌های اقاقیا در خاک آلوده به 1 درصد نفتخام توسط محققین گزارش شده است. انباشت مقادیر بالای فلزاتی مثل سرب توسط اقاقیا بهتنهایی (بدون تلقیح باکتریایی) در محیط‌های آلوده، ضمن حفظ بقا و رشد معمولی خود و بدون داشتن علائم مرئی مشخص مثل کلروز و نکروز برگی صورت گرفته است (35). همچنین تجمع فلزات سنگین در بخش هوایی گیاه لوبیا رشد یافته در خاک آلوده به نفت خام گزارش شده است (3). یکی از تغییرات شیمیایی گیاهان در حضور نفتخام ذخیره و تجمع فلزات سنگین میباشد(21). در تمامی تیمارهای نفتی مقدار تجمع سرب، در اقاقیای تلقیح شده نسبت به گیاه تلقیح‌نشده در همان تیمار نفتی، افزایش معنی‌داری را نشان می‌دهد. بیشترین تجمع سرب در گیاهان با تیمار 2 درصد تلقیح‌شده است که نسبت به 2 درصد بدون تلقیح 14 درصد تجمع بیشتر سرب را نشان می‌دهد. این امر نشان دهنده نقش مفید و موثر باکتری ریزوبیوم در میزان انباشت عنصر سرب میباشد. در مطالعه‌ای تاثیر غلظت‌های مختلف سرب (0، 50، 100 و 200ppm ) بر گیاه Pisum sativum در تیمارهای حاوی ریزوبیوم و بدون ریزوبیوم بررسی شد. جذب سرب از خاک توسط گیاه تلقیح شده با ریزوبیوم، نسبت به گیاه بدون تلقیح افزایش داشت (36). گیاه لوبیا عناصر سرب، روی و کادمیوم را در ریشه انباشته می‌سازد ولی در گیاه تلقیح شده این انباشتگی بیشتر میباشد. توانایی انباشته‌سازی این عناصر در غلظت‌های بالاتر مشهودتر است (37). غلظت نرمال سرب در گیاهان کمتر از ppm 10است (38). غلظت کمتر از ppm3 سرب، غلظت طبیعی برای گیاهان گزارش شده است. غلظت مرگ‌آور سرب در درختان به سطح ppm43 می‌رسد (24). در بیشتر تیمارهای نفتی مورد بررسی غلظت سرب در ریشه نزدیک به غلظت مرگ‌آور (ppm40-35) است، یعنی اقاقیا چه تلقیح‌یافته با ریزوبیوم و چه تلقیح‌نشده یک انباشتگر سرب محسوب می‌شود. احتمال دارد یکی از دلایل عدم بقا اقاقیای تلقیح نشده در غلظت 3 و 4 درصد، غلظت بالای سرب موجود در نفت و تجمع بیش از حد آن در ریشه گیاه باشد. فلزات سنگین با اختلال در فتوسنتز، تنفس، کاهش کلروفیل و کاروتنوئیدها و متابولیسم نیتروژن در گیاهان منجر به کاهش رشد می‌شوند (39).
اختلاف معنی‌داری در تجمع کادمیوم در ریشه گیاهان تلقیح‌یافته و بدون تلقیح براساس غلظت‌های نفتخام دیده می‌شود. بیشترین میزان کادمیوم در ریشه گیاه 2 درصد تلقیحی مشاهده می‌شود که 3 برابر مقدار کادمیم ریشه اقاقیای غیرتلقیحی در تیمار 2 درصد نفت و 5 برابر مقدار کادمیوم ریشه اقاقیای تلقیح‌شده در تیمار 1 درصد نفت است. یعنی افزایش غلظت نفت و تلقیح ریزوبیومی با تجمع و انباشت بیشتر کادمیم همراه شده است. کادمیوم اگرچه برای رشد گیاه ضروری نیست اما این فلز به راحتی از طریق پوست ریشه جذب می‌شود و سپس از راه سیمپلاستی یا آپوپلاستی وارد بافت چوب می‌شود (40). کادمیوم اغلب در واکوئل سلول‌های گیاهان عالی تجمع می‌یابد، تجمع کادمیوم در دیواره سلول و تیغه میانی بین آندودرم و دایره محیطیه نیز گزارش شده است (41). تاخیر در رشد گیاهان در خاکهای آلوده به نفت و فلزات سنگین از نشانه‌های سمیت با کادمیوم است (18). کادمیوم بر تقسیم و رشد سلول‌ها، رشد کلی گیاه، تقسیم سلولی منطقه مریستمی و رشد و نمو گیاهان اثر می‌گذارد (9)، سبب کاهش مقدار کلروفیل a، b و کاروتنوئیدها (40)، کلروز و نکروز برگی (42)، اختلال در متابولیسم کربوهیدرات‌ها (39)، افزایش مقدار قندهای احیا و کاهش قندهای غیراحیا (43)، تشکیل مالون‌دی آلدئید (شاخص افزایش پراکسیداسیون لیپید) (44)، کاهش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت (45) می‌شود. پاسخ‌های گوناگون به کادمیوم احتمالا به سطح کادمیوم ذخیره شده و به غلظت گروه‌های تیولی موجود در گیاه بستگی دارد. تیول‌ها با خصوصیات آنتی‌اکسیدانتی قوی که دارند می‌توانند تنش اکسیداتیو را بی‌اثر کنند (46). کادمیوم به گروه تیول (-SH) آنزیم‌ها و پروتئین‌ها میل شدید دارد، بنابراین در صورت وجود کادمیوم فعالیت آنزیم‌ها مختل می‌شود (44). در جذب کادمیوم، عواملی مانند pH، مقدار هوموس خاک، میزان کادمیوم محلول خاک و قابل دسترس برای گیاه، تعیین‌کننده هستند (46). از طرفی توانایی ریزوبیوم در تولید سیدروفور، آنزیم ACC-دآمیناز و هورمون ایندول‌استیک‌اسید منجر به افزایش قابلیت دسترسی عناصر از جمله سرب و کادمیوم، برای گیاه شده و به این ترتیب جذب و تجمع کادمیوم توسط ریشه گیاه افزایش می‌یابد (47). حضور باکتری‌های محرک رشد در ریزوسفر گیاهان در خاکهای آلوده به فلزات سنگین سبب افزایش غلظت برخی از این فلزات همچون روی، مس، سرب و کروم در اندام‌های گیاهی می‌شود (48). در اغلب گونه‌های گیاهی تجمع فلزات در قسمت‌های زیرزمینی گیاه یعنی ریشه بیشتر از قسمت‌های بالای سطح زمین میباشد (3 و41). یک گیاه انباشتگر می‌تواند بیشتر از 10 میلیگرم بر کیلوگرم جیوه Hg، 100 میلیگرم بر کیلوگرم کادمیوم Cd، 1000 میلیگرم بر کیلوگرم سرب Pb، مس Cu، کروم Cr و کبالت Co، 10000 میلیگرم بر کیلوگرم روی Zn و نیکل Ni را در خود انباشته سازد (49). میکروب‌ها از طریق آزاد کردن عوامل کلات‌کننده (مثل سیدروفور)، اسیدی کردن محیط، انحلال‌پذیر شدن فسفات و تغییرات اکسیداسیون و احیا، بر میزان دردسترس بودن فلز سنگین برای گیاه تاثیر می‌گذارند و بنابراین توان افزایش فرآیندهای گیاه‌پالایی را دارند (47).
بیشترین برداشت و حذف عناصر سرب، روی و کادمیوم از خاک، توسط اقاقیای تلقیح‌شده با ریزوبیوم در غلظت 4 درصد نفت انجام شده است که تقریبا 99 درصد عناصر فوق از خاک آلوده به نفت برداشت شده‌اند. با افزایش مقدار نفت خاک، چه در گیاهان تلقیح‌شده و چه گیاهان غیرتلقیحی، مقدار برداشت سه عنصر سرب، کادمیوم و روی توسط گیاه افزایش معنی‌داری داشته است. نتایج شناسایی گیاهان انباشتگر فلزات سنگین از جمله Noea mucronata, Gundelia tournefortii, Polygonum aviculare, Amaranthus retroflexus و Scariola orientalis نشان داد که گیاه N. murcronata بهترین انباشتگر کادمیوم، مس، روی و سرب میباشد. همه عناصر از جمله سرب، کادمیوم، نیکل، مس و روی در خاک کشت شده توسط این گیاه کاهش یافتند. کاهش سرب (98 درصد) بیش از سایر عناصر خاک بود. کاهش کادمیوم، نیکل، مس و روی نیز به ترتیب 04/72، 61/33، 38/73 و 03/79 درصد بود (8).
میزان تمامی هیدروکربن‌های مورد سنجش (هیدروکربن‌های کل، n-تری‌دکان، n-تترادکان، n-پنتادکان) به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای (اکثر بالای 90 درصد) در همه تیمارها در خاک آلوده به نفت، کاهش معنی‌داری یافته است. n- پنتادکان در همه تیمارها کاملا حذف شده است. بیشترین برداشت و حذف تمام هیدروکربن‌های فوق توسط اقاقیای تلقیح‌شده با ریزوبیوم در تیمار نفتی 4 درصد اتفاق افتاده است. اقاقیا بدون باکتری، حدود 94 درصد هیدروکربن‌های کل خاک آلوده به نفت را برداشت نموده است ولی تلقیح باکتریایی میزان حذف هیدروکربن‌ها را بطور معنی‌داری (2/1 تا 5/4 برابر) افزایش داده است. مشابه نتایج بررسی تاثیر آلودگی نفتی بر گیاهان فستوکا و ذرت که نشان‌دهنده کاهش میزان هیدروکربن کل در همه تیمارها بود. بیشترین برداشت هیدروکربن در گیاه فستوکا به میزان 3/96 درصد بود (6). غلظت هیدروکربن‌های آروماتیک در خاک کشت شده با گیاهان مختلف، به خصوص خانواده گندمیان، نسبت به خاک کشت نشده کاهش قابل‌ملاحظه‌ای دارد. در بین گندمیان، آندروپوگون و چمن خیلی موثرتر از بقیه محرک مصرف هیدروکربن‌های آروماتیک هستند (50). در یک آزمایش گلخانه‌ای کشت چاودار، سورگوم، ذرت، یونجه، برنج در خاک آلوده به نفت، سبب کاهش معنی‌دار غلظت هیدروکربن‌های کل نفت در خاک کشت‌شده نسبت به کنترل که گیاهی در آن وجود نداشت شدند (32). ریزوبیوم قادر به مصرف ترکیبات هیدروکربنی و هیدروکربن‌های هتروسیکلیک آروماتیک است (51). در تلقیح یونجه با ریزوبیوم ملیلوتی، به میزان قابل‌توجهی تجزیه هیدروکربن‌های آروماتیک، فعالیت میکروبی خاک و توانایی مصرف کربن در خاک آلوده به میکروب افزایش یافت. یونجه، مقادیری از هیدروکربن‌های آروماتیک PAHs را در بخش هوایی و ریشه خود انباشت کرد. درصد برداشت این ترکیبات توسط یونجه تلقیح شده با ریزوبیوم بیش از یونجه بدون تلقیح بود (29). کاهش غلظت هیدروکربن‌ها در خاک می‌تواند به دلیل میکروارگانیسم‌های ریزوسفر یا در اثر تغییر ترشحات ریشه طی فرایند گیاه‌پالایی یا تجزیه زیستی باشد. انجام فعالیت‌های متابولیکی گیاه تلقیح‌شده با باکتری ممکن است منجر به تحریک رشد باکتری تجزیه‌کننده هیدروکربن‌ها شود (5 و 29). بعلاوه باکتری‌های ریزوبیوم مقدار زیادی از هیدروکربن‌های آروماتیک و آلیفاتیک نفتخام را به عنوان منبع کربن و انرژی مصرف می‌کند (23). گیاهان و ریشه‌های آن‌ها می‌توانند به طور غیرمستقیم از طریق تغییر دادن شرایط فیزیکی و شیمیایی خاک و افزایش تهویه و فراهم کردن اکسیژن جهت تجزیه ترکیبات نفتی موثر باشند (22).
نتیجه‌گیری
اندرکنش میکروب-گیاه به عنوان یک جریان مهم و کارآمد در گیاه‌پالایی آلاینده‌های نفتی مطرح است. گیاه اقاقیا بهتنهایی یا همراه با ریزوبیوم، انباشتگر سرب و کادمیوم میباشد. برداشت و حذف 97 تا 99 درصدی عناصر سرب، روی، کادمیوم، هیدروکربن‌های کل، n-تری‌دکان، n-تترادکان و n-پنتادکان از خاکهای آلوده به نفتخام، توسط اقاقیای تنها و اقاقیا-ریزوبیوم، نشان‌دهنده نقش اقاقیا و باکتری ریزوبیوم در پالایش، تصفیه و کاهش فلزات سنگین و هیدروکربن‌های نفت است. کشت اقاقیا در مناطق آلوده به غلظت‌های پایین نفتخام و فضاهای سبز ایران به عنوان یک گونه درختی، زینتی، غیرخوراکی، انباشتگر سرب و کادمیوم، گیاه‌پالا و موثر در کاهش هیدروکربن‌های نفتی پیشنهاد داده می‌شود.
تشکر و قدردانی
نویسندگان مقاله لازم می‌دانند از حوزه معاونت محترم پژوهشی و فناوری دانشگاه اراک که حمایت مالی و اجرایی این طرح پژوهشی را به عهده داشتند صمیمانه تشکر و قدردانی بنمایند. همچنین از مسئولین محترم پتروشیمی شازند به خصوص همکاران آزمایشگاه پتروشیمی که در اندازه‌گیری‌های با گاز-کروماتوگراف و جذب اتمی همکاری نمودند تشکر می‌شود.
)