نوع مقاله : علمی - پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده کشاورزی، گروه علوم باغبانی، مشهد، ایران
چکیده
هدف: هدف از این مطالعه بررسی تلقیح دو گونه قارچ مایکوریزا بر برخی خصوصیات رشدی، درصد همزیستی،فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی و شاخص خطر و سلامت گشنیز تحت تنش فلز سنگین کادمیوم است.
مواد و روشها: این تحقیق بهصورت گلدانی در گلخانه تحقیقاتی گروه علوم باغبانی و مهندسی فضای سبز دانشگاه فردوسی مشهد در سال 1397 بهصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 2 فاکتور و در 3 تکرار انجام شد. فاکتور اول نیترات کادمیوم در 4 سطح 0، 20، 40 و80 میلیگرم در کیلوگرم خاک و فاکتور دوم قارچ مایکوریزا در 3 سطح عدم تلقیح باقارچ و تلقیح با قارچهایGlomus mosseae و Glomus intraradices بود.
نتایج: نتایج نشان داد که با افزایش غلظت کادمیوم مقادیر زیست توده تر اندام هوایی، سطح برگ، تعداد بذر، وزن هزار دانه، درصد همزیستی، پروتئین محلول، فعالیت آنزیمهای کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایکول پراکسیداز، پلیفنول اکسیداز در گیاه گشنیز بهطور معنیداری کاهش پیدا کرد؛ ولی مقادیر مالوندیآلدئید و شاخص خطر و سلامت افزایش یافت. درحالیکه کاربرد قارچهای مایکوریزا توانست اثرات زیانبار کادمیوم را در گیاه کاهش دهد، بهطوریکه باعث کاهش 1/47 درصدی شاخص خطر و سلامت و 2/17 درصدی مالوندیآلدئید در گیاه شدند.
نتیجهگیری: براساس دستآوردهای این پژوهش در شرایط تنش فلز سنگین کادمیوم استفاده از قارچهای مایکوریزا تاثیر بهسزایی در بهبود اثرات مضر کادمیوم در گیاه گشنیز داشت، بهطوریکه باعث اصلاح شاخص خطر و سلامت برای مصرفکنندگان شد و استفاده از قارچهای مایکوریزا بهعنوان راهکاری مدیریتی در مناطق آلوده به این فلز سنگین توصیه میشود.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
The effect of cadmium toxicity on health and risk index, coexistence and activity of some coriander antioxidant enzymes inoculated with Mycorrhiza fungi
نویسندگان [English]
- F Mohammadifard
- M Moghaddam
- Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]
Aim: The aim of this study was to investigate the effects of inoculation of two species of mycorrhizal fungi on growth, colonization percentage, antioxidant enzymes activity, health and risk index of coriander under cadmium stress.
Material and methods: A pot experiment was conducted in a completely randomized design with 2 factors and 3 replications in the research greenhouse of the Department of Horticultural Science and Landscape Engineering at the Ferdowsi University of Mashhad in 2018. The first factor was cadmium nitrate at 4 levels of 0, 20, 40, and 80 mg kg-1 soil and the second factor was mycorrhiza application at 3 levels of non-inoculation, inoculation with Glomus mosseae and Glomus intraradices.
Results: The results showed that with increasing cadmium concentration in the soil, the shoot and total biomass of plant, leaf area, number of seeds, 1000 seeds weight, colonization percentage, soluble protein, catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, and polyphenol oxidase activities were significantly decreased in coriander. But malondialdehyde content, health and risk index increased. However, the use of mycorrhizal fungi reduced the harmful effects of cadmium in the plant. This resulted in a decrease of 47.1% of the risk and health index and 17.2% of malondialdehyde in the plant.
Conclusion: According to the findings, use of mycorrhizal fungi had a significant effect on the improving of harmful effects of cadmium in coriander, thus improved the risk and health index for consumers. Therefore, using mycorrhizal fungi as a management strategy in polluted areas with this heavy metal is
کلیدواژهها [English]
- Biomass
- Colonization
- Guaiacol peroxidase
- Leaf area
مقدمه
یکی از مباحث چالش برانگیز در جهان امروز و مهمترین آلایندههای محیط زیست فلزات سنگین هستند که شامل عناصری با عدد اتمی بالاتر از 20 و چگالی بالاتر از 5 گرم بر سانتیمتر میباشند (1). در بین فلزات سنگین، کادمیوم با نیمهعمر زیستی حدودا 20 سال، قابلیت تحرک بالای آن در خاک و جذب توسط گیاه دارای سمیت قابل توجهی میباشد (2). کادمیوم یکی از فلزات سنگین دو ظرفیتی و بهعنوان یک ماده سرطانزا شناخته شده که عامل اثرگذاری در ایجاد بیماریهای قلبی، فشار خون، جنین ناقص و جهش ژنی میباشد (3). کادمیوم در خاک بسیار متحرک است و در صورت حضور در محیط ریشه بهراحتی توسط گیاه جذب و به قسمتهای هوایی گیاه منتقل و در اندامهای مختلف آن مانند برگ، میوه و دانه انباشته میگردد (4)، که باعث تغییرات نامطلوبی در خصوصیات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه میشود (5 و 6). کادمیوم در غلظتهای بسیار پایین هم برای طیف وسیعی از گیاهان سمی است. بهطوریکه در غلظتهای بالاتر از ۵ تا۱۰ میکروگرم بر وزن خشک گیاه میتواند باعث مرگ گیاه شود (7). از اثرات نامطلوب تجمع کادمیوم میتوان به کاهش جوانهزنی، مهار رشد ریشه، ساقه، کاهش سطح برگ، کلروزه شدن برگها، اختلال در جذب آب و اختلال در جذب مواد غذایی اشاره کرد (8 و 9). از دیگر آسیبهایی که ﻓﻠﺰات ﺳﻨﮕﻴﻦ ایجاد میکنند، افزایش تولید ﮔﻮﻧﻪ فعال اﻛﺴﻴﮋن ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺳﻮﭘﺮاﻛﺴﻴﺪﻫﺎ، رادﻳﻜﺎل اﻛﺴﻴﮋن، هیدروکسل و ﭘﺮاﻛﺴﻴﺪﻫﺎ میﺑﺎﺷﻨﺪ (10). در ﺻﻮرت ﻋﺪم ﺗﻨﻈﻴﻢ ﻏﻠﻈﺖ فلزات سنگین، ﺳﺒﺐ آسیب به ﭘﺮوﺗﺌﻴﻦها، تغییر در فرایندهای رشد، چرخه سلولی، DNA و غشا میگردند (11و 2). از آنجاکه یکی از مهمترین راههای قرارگیری انسان در معرض کادمیوم، دریافت این عنصراز طریق غذاست، ارزیابی و کنترل مقدار آلودگی منابع غذایی و شناسایی منابع آلاینده و تعدیل یا حذف آنها نقش چشمگیری در سلامت و طول عمر انسان دارد. هنگامیکه فلزات سنگین بهصورت عنصر یا مواد آلی فلزی حضور دارند، میتوانند تاثیر قابلتوجهی بر سلامت جوامع انسانی داشته باشند. زیستپالایی از جمله این روشها میباشد که در سالهای اخیر برای جذب عناصر سنگین بسیار مورد توجه قرارگرفته است. استفاده از عوامل زیستی مانند گیاهان، جلبکها، قارچها و باکتریها در این رهیافت حائز اهمیت بسیاری است (12). از جمله راهکارهای افزایش مقاومت گیاهان در خاکهای آلوده استفاده از قارچهای همزیست مانند قارچهای آربوسکولار مایکوریزا با ریشه گیاهان میباشد (13). قارچهای آربوسکولار مایکوریزا یکی از مهمترین میکروارگانیسمهای خاک محسوب میشود که با اکثر گیاهان رشد کرده در مناطق آلوده به فلزات سنگین روابط همزیستی دارند (14). قارچهای مایکوریزا از طریق رابطهی همزیستی با ریشه گیاهان موجب افزایش آب، عناصر غذایی در گیاهان شده و آنها را در مقابل تنشهای زنده و غیرزنده کمک میکند و موجب بهبود رشد و عملکرد در گیاهان میشوند (15). همچنین با بهبود ساختمان خاک از طریق اتصال ذرات خاک به یکدیگر موجب افزایش رشد گیاهان میشوند (16). مصرف سبزیها در سالهای اخیر بهویژه در بین جوامع شهری رو به فزونی است که ناشی از افزایش آگاهی عمومی از ارزش مفید غذاهای حاوی سبزیها است (17). یکی از سبزیهای پر مصرف گشنیز میباشد. گشنیز (Coriandrum sativum L.) گیاهی یکساله و علفی از خانواد چتریان (Apiaceae) است، که بهعنوان سبزی و گیاه دارویی نقش ویژهای در برنامه غذایی انسان دارد. اندامهای مختلف گیاه از جمله برگ، ساقه و ریشه آن کاربرد خوراکی، آرایشیو دارویی دارد (18و 19). از دیگر کاربردهای آن میتوان بهعنوان هضمکننده غذا، اشتهاآور، برطرف کننده دردهای عضلانی و دارا بودن اثرات آرامشبخشی است (20). هدف از این مطالعه بررسی تاثیر قارچهای مایکوریزا بر برخی ویژگیهای رشدی، درصد همزیستی، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی و شاخص خطر و سلامت گشنیز تحت تنش فلز سنگین کادمیوم است.
مواد و روشها
این آزمایش بهصورت گلدانی در گلخانه گروه علوم باغبانی و مهندسی فضای سبز دانشگاه فردوسی مشهد (واقع در عرض جغرافیایی 36 درجه و 18 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 59 درجه و 31 دقیقه شرقی و ارتفاع 985 متری از سطح دریا) براساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با 2 فاکتور و در 3 تکرار انجام شد. فاکتور اول کاربرد نیترات کادمیوم در 4 سطح 0، 20، 40 و 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک (بهترتیب دارای 0، 002/0، 004/0 و 008/0 درصد کادمیوم) که این غلظتها بر پایه پژوهشهای پیشین (21 و22) انتخاب شد. و فاکتور دوم قارچ مایکوریزا در 3 سطح بدون تلقیح قارچ و تلقیح با قارچهایGlomusmosseae و Glomus intraradicese (200 گرم بستر حاوی مسیلیوم و قارچ به خاک هر گلدان) بود. مخلوط خاک مورد استفاده شامل خاک زراعی، خاک برگ و ماسه به نسبت 1:1:1 بود (جدول1).
جدول 1: نتایج تجزیه واریانس تاثیر قارچهای مایکوریزا بر صفات رشدی و درصد همزیستی گشنیز تحت تنش کادمیوم.
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
|
|
میانگین مربعات |
|
|
|
|
|
زیست توده تر اندام هوایی |
زیست توده تر کل گیاه |
سطح برگ
|
تعداد بذر |
وزن هزار دانه |
درصد همزیستی |
کادمیوم |
3 |
**44/89 |
**95/92 |
**6/14608 |
**44/3594 |
**82/16 |
**88/2901 |
مایکوریزا |
2 |
**21/17 |
**84/18 |
**8/7499 |
**71/1210 |
**33/1 |
**11/4644 |
کادمیوم × مایکوریزا |
6 |
**93/1 |
**96/1 |
**5/561 |
**88/214 |
**75/0 |
**52/229 |
خطا |
24 |
25/0 |
25/0 |
6/6 |
12/10 |
02/0 |
11/4 |
ضریب تغییرات |
|
33/5 |
24/5 |
59/2 |
94/4 |
11/2 |
52/4 |
** معنیدار در سطح احتمال 1 درصد.
سطوح مختلف نیترات کادمیوم و قارچ مایکوریزا به خاک مورد نظر قبل از کاشت اضافه شد. نحوهی آمادهسازی تیمارهای حاوی نیترات کادمیوم به این شرح بود که غلظتهای مشخص آن را در یک لیتر آب مقطر برای حجم خاک یک گلدان (12 کیلوگرم) حل کرده و بر روی خاکی که بر روی پلاستیک به ضخامت 1 یا 2 سانتیمتر پهن شده بود، اسپری شد. بهمنظور اینکه شرایط آلودگی تا حدی شبیه به شرایط طبیعی باشد، نمونههای تیمار شده تا حد ظرفیت زراعی، مرطوب و بهمدت 15 روز در این شرایط نگهداشته شدند. نیتروژن اضافه شده به خاک توسط نمک نیترات کادمیوم، با اضافه کردن مقادیر محاسبه شده با استفاده از اوره به تیمارهای مختلف اصلاح شد. پس از اعمال تیمارها و آمادهسازی خاک، بذرها بهطور مستقیم در گلدانها کشت شدند. ابتدا تعداد 20 بذر در هر گلدان کاشته و پس از استقرار گیاهان، تنک کردن در مرحله 6-4 برگی انجام و تعداد بوتهها به 8 عدد در سطح هر گلدان (در گلدانهای با قطر دهانه 30 و ارتفاع 40 سانتیمتر) رسانده شد. در طول دوره رشد گیاهان کلیه اعمال زراعی شامل آبیاری (براساس نیاز گیاه و هر 2 تا 3 روز یکبار انجام شد) و دفع علفهایهرز بهطور یکنواخت در بین تیمارها انجام شد. اندازهگیری صفات در مرحله گلدهی صورت گرفت. صفات مورد اندازهگیری شامل زیست توده تر اندام هوایی و کل گیاه، سطح برگ، تعداد بذر و وزن هزاردانه، درصد همزیستی، میزان پروتئین و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی، میزان مالوندیآلدئید و تعیین شاخص خطر و سلامت در گیاه بود.
زیست توده تر: با اندازهگیری وزن تر اندام هوایی (با استفاده از ترازویی با دقت 001/0 گرم) بهدست آمد.
سطح برگ: جهت سنجش سطح برگ از دستگاه سنجش سطح برگ (مدل LI-COR – 3100) استفاده شد.
تعیین درصد همزیستی: ﯾﮏ ﮔﺮم از رﯾﺸﻪﻫﺎی ﻇﺮﯾﻒ و رﯾـﺰ از ﻫﺮ ﮔﻠﺪان اﻧﺘﺨﺎب و با آب مقطر شستشو و به قطعات یک سانتیمتری برش داده شد. جهت شفافسازی قطعات ریشه، آنها را بهمدت 45 دقیقه در محلول هیدروکسید پتاسیم 10 درصد در حمام آب گرم 90 درجه سانتیگراد قرار داده شد. در مرحله بعد ریشهها را برای خارج شدن اثر محلول پتاسیمی بهخوبی با آب مقطر شستشو داده، سپس قطعات ریشه بهمدت 3 الی 5 دقیقه در محلول اسید کلریدریک 1 درصد قرار گرفتند. ریشهها در محلول 05/0 درصد تریپان بلو در لاکتوگلیسرول بهمدت 5 دقیقه رنگآمیزی شد. برای رنگبری، قطعات ریشه در محلول رنگبر لاکتوگلیسرول قرار گرفت. در این روش اندامهای قارچی بهرنگ آبی مشاهده شدند (23) و برای تعیین درصد همزیستی از روش تلاقی خطوط مشبک استفاده شد (24).
تهیه عصاره آنزیمی: جهت سنجش میزان پروتئین و فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانتی مختلف نیاز است که از نمونههای گیاهی عصاره پروتئینی تهیه شود. بدین منظور 5/0 گرم از نمونه تازه گیاهی در پنج میلیلیتر بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار حاوی پلیوینیل پیرولیدین(PVP) یک درصد و EDTA یک میلیمولار ساییده و عصارهگیری انجام شد. تمامی مراحل فوق در داخل یخ انجام گرفت. سپس عصارهها بهمدت 20 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد با 5000 دور در دقیقه سانتریفیوژ، محلول شفاف رویی جهت سنجش فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانتی و پروتئین محلول مورد استفاده قرار گرفت (25).
پروتئین محلول: برای سنجش میزان پروتئین محلول در گیاه، به لولههای آزمایش ابتدا 5 میلیلیتر معرف بیوره و سپس100 میکرولیتر عصاره پروتئینی افزوده و بهسرعت همزده شد و در نهایت جذب آن در طول موج 595 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. غلظت پروتئین با استفاده از منحنی استاندارد آلبومین محاسبه شد (26).
فعالیت آنزیم کاتالاز: روشهای مختلفی برای سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز وجود دارد؛ اما بهطور کلاسیک، فعالیت این آنزیم را از روی تغییرات غلظت پراکسید هیدروژن در طول موج 240 نانومتر ارزیابی میکنند (27). جهت اندازهگیری، مخلوط واکنش (3 میلیلیتر) شامل بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار، آب اکسیژنه 15 میلیمولار و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی تهیه شد که با اضافه کردن آب اکسیژنه به مخلوط واکنش، واکنش شروع و کاهش در جذب آب اکسیژنه در مدت 30 ثانیه در طول موج 240 نانومتر با دستگاه اسپکتروفتومتر اندازهگیری شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادل mM-1 Cm-140 استفاده شد.
فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز: مخلوط واکنش جهت اندازهگیری فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز شامل بافر فسفات 50 میلیمولار (7pH=)، آسکوربات 5/0 میلیمولار، آب اکسیژنه 1/0 میلیمولار و 150 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود تا واکنش اکسیداسیون توسط آنزیم موجود در بافت گیاهی انجام شد. فعالیت آنزیم براساس اکسیداسیون اسید آسکوربیک و کاهش جذب در طول موج 290 نانومتر بهمدت 2 دقیقه اندازهگیری شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادلmM-1 Cm-18/2 استفاده شد (28).
فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز: جهت سنجش فعالیت آنزیم گایاکول پراکسیداز از روش پلوا و همکاران (29) استفاده شد.
فعالیت آنزیم پلیفنلاکسیداز: جهت سنجش فعالیت آنزیم پلیفنلاکسیداز از پیروگالل بهعنوان پیشماده آنزیم استفاده شد. مخلوط واکنش شامل 5/2 میلیلیتر بافر فسفات پتاسیم 50 میلیمولار (7pH=)، 200 میکرولیتر پیروگالل 02/0 مولار و 100 میکرولیتر عصاره آنزیمی بود. جذب نمونهها در طول موج 420 نانومتر و بعد از سه دقیقه در دستگاه اسپکتروفتومتر خوانده شد. برای محاسبه واحد آنزیمی از ضریب خاموشی معادلmM-1 Cm-12/6 استفاده شد (30).
میزان مالوندیآلدئید: برای سنجش میزان آسیب به غشاها میتوان با اندازهگیری مقدار مالوندیآلدئید (MDA) که بهعنوان فراورده نهایی پراکسیداسیون لیپیدهای غشا است، میزان آن را تعیین کرد که با استفاده از روش دیوی و همکاران (31) در دو طول موج 532 و 600 نانومتر قرائت شد. در نهایت برای تعیین غلظت مالوندیآلدئید از فرمول زیر با ضریب خاموشی 155 میلیمولار بر سانتیمتر استفاده شد.
MDA= (A532-A600/155) ×1000
شاخص خطر و سلامت: میزان کادمیم گیاه با استفاده از دستگاهICP (مدلICP-OES) اندازهگیری شد. بهمنظور ارزیابی خطر سلامت برای مصرف کنندگان براساس مصرف محصولات آلوده با فلز با استفاده از شاخص خطر و سلامت (HRI) مشخص شد. اگر (HRI< 1) باشد هیچ خطری برای جمعیت در معرض وجود نداشت، اما اگر شاخص خطر بالاتر از یک باشد خطر برای مصرفکنندگان وجود خواهد داشت. برای محاسبه شاخص خطرپذیری از فرمول ارائه شده توسط سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا (USEPA) استفاده شد (32).
HRI = DIM / RFD
DIM = CV× CF × DFI / BAW
(CV: غلظت فلز سنگین درگیاه میلیگرم بر کیلوگرم بر اساس وزن خشک گیاه، CF: عامل تبدیل وزن سبزیجات تازه به خشک براساس میلیگرم بر کیلوگرم، DFI: مصرف روزانه (افراد بالغ (345/0) و کودکان (232/0)، BAW: وزن بدن انسان (افراد بالغ (کیلوگرم 9/55) و کودکان (کیلوگرم 7/32)، RFD: دوز مرجع کادمیوم (001/0) در سبزیجات میباشد که توسط سازمان بهداشت جهانی اعلام شده است).
تحلیل آماری
برای تجزیه و تحلیل دادهها از نرمافزار Minitab17استفاده شد. مقایسه میانگینها بر اساس آزمون Bonferroni در سطح احتمال 5 درصد انجام شد. همچنین برای رسم نمودارها از نرمافزارExcel 2016 استفاده شد.
نتایج
زیست توده تر اندام هوایی و کل گیاه
نتایج تجزیه واریانس اثرات ساده و متقابل تیمارها نشان داد که تاثیر قارچهای مایکوریزا و فلز سنگین بر زیست توده تر اندام هوایی و کل گیاه گشنیز معنیدار بود (جدول1). مقایسه میانگین دادهها نشان داد که با افزایش سطح کادمیوم خاک، زیست توده تر اندام هوایی و کل گیاه گشنیز بهطور معنیداری کاهش پیدا کرد. بهطوریکه کاهش آن در گیاهان تلقیح نشده با قارچ بیشتر از گیاهان تلقیح شده با قارچ بود. بیشترین مقدار زیست توده تر اندام هوایی (71/15 گرم در بوته) و زیست توده تر کل گیاه (07/16 گرم در بوته) در تیمار شاهد (بدون تنش کادمیوم و کاربرد قارچ Glomus mosseae) حاصل شد، در حالیکه کمترین مقدار زیست توده تر اندام هوایی (36/4 گرم در بوته) و زیست توده تر کل گیاه (72/4 گرم در بوته) در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و بدون اعمال قارچ مایکوریزا بهدست آمد (جدول2). نتایج همبستگی بین صفات نشان داد که بین زیست توده تر اندام هوایی و کل گیاه و فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز همبستگی مثبتی (بهترتیب 902/0 و 901/0) در سطح احتمال یک درصد وجود دارد (جدول3).
جدول2: مقایسه میانگین تاثیر قارچهای مایکوریزا بر برخی خصوصیات رشدی، پروتئین محلول و مالوندیآلدئید گشنیزتحت تنش کادمیوم.
مالون دی آلدئید (mg-1 g Fw) |
پروتئین محلول (mg-1 g Fw) |
وزن هزار دانه (g) |
تعداد بذر |
سطح برگ(cm2) |
زیست توده تر کل گیاه (g/plant) |
زیست توده تر اندام هوایی (g/plant) |
*مایکوریزا |
نیترات کادمیوم (mg/kg) |
120/0f |
066/0ab |
65/7b |
33/71cd |
33/98d |
c36/11 |
15/11c |
0 |
|
153/0ef |
062/0a-c |
46/8a |
44/90a |
95/170a |
07/16a |
a71/15 |
1 |
0 |
173/0ef |
062/0a-c |
70/7b |
86ab |
63/146b |
b47/13 |
b17/13 |
2 |
|
217/0e |
067/0a |
38/7bc |
55/70cd |
23/79e |
54/9de |
de39/9 |
0 |
20 |
193/0ef |
061/0bc |
01/7cd |
55/83ab |
79/144bc |
c32/11 |
c04/11 |
1 |
|
207/0e |
061/0c |
02/7cd |
33/78bc |
71/137c |
cd33/10 |
cd10 |
2 |
|
367/0cd |
059/0cd |
59/6d |
44/57f |
88/96f |
fg31/7 |
fg16/7 |
0 |
40 |
317/0d |
056/0de |
15/7c |
78/58ef |
88/96d |
d-f85/8 |
d-f61/8 |
1 |
|
357/0d |
060/0cd |
96/6cd |
66/67de |
67/90d |
ef62/8 |
ef40/8 |
2 |
|
540/0a |
045/0f |
66/3f |
67/11h |
96/34h |
h72/4 |
h36/4 |
0 |
80 |
447/0bc |
051/0e |
31/5e |
49fg |
40/54g |
g75/6 |
g57/6 |
1 |
|
457/0ab |
051/0e |
25/5e |
33/47g |
99/53g |
g70/6 |
g55/6 |
2 |
* 0، 1 و 2 : به ترتیب نشان دهنده عدم تلقیح، تلقیح با Glomus mosseae و Glomus intraradices.
جدول3: مقادیر ضرایب همبستگی صفات مورد مطالعه در این پژوهش
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
صفات |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 - زیست توده تر اندام هوایی |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
**1 |
2 - زیست توده تر کل گیاه |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
**924/0 |
**919/0 |
3 - سطح برگ |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
**884/0 |
**873/0 |
**871/0 |
4 - تعداد بذر |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
**917/0 |
**802/0 |
**858/0 |
**858/0 |
5 - وزن هزار دانه |
|
|
|
|
|
|
1 |
**685/0 |
**792/0 |
**946/0 |
**805/0 |
**798/0 |
6 - درصد همزیستی |
|
|
|
|
|
1 |
446/0** |
**882/0 |
**826/0 |
**624/0 |
**702/0 |
**705/0 |
7 - پروتئین محلول |
|
|
|
|
1 |
**695/0 |
**287/0 |
**682/0 |
**584/0 |
**445/0 |
**635/0 |
**641/0 |
8 - کاتالاز |
|
|
|
1 |
**317/0 |
**594/0 |
**788/0 |
**629/0 |
**783/0 |
**892/0 |
**799/0 |
**795/0 |
9 - آسکوربات پراکسیداز |
|
|
1 |
**807/0 |
**736/0 |
**851/0 |
**651/0 |
**864/0 |
**869/0 |
**827/0 |
**901/0 |
**902/0 |
10 - گایاکول پراکسیداز |
|
1 |
**514/0 |
**560/0 |
**213/0 |
**587/0 |
**611/0 |
**636/0 |
**717/0 |
**631/0 |
**470/0 |
**463/0 |
11 - پلیفنل پراکسیداز |
1 |
**617/0- |
**952/0- |
**811/0- |
**623/0- |
**877/0- |
**665/0- |
**897/0- |
**879/0- |
**825/0- |
**863/0- |
**864/0- |
12- مالون دی آلدئید |
**907/0 |
**650/0- |
**880/0- |
**657/0- |
**625/0- |
**881/0- |
**626/0- |
**949/0- |
**914/0 |
**765/0- |
**832/0- |
**833/0- |
13- شاخص خطر و سلامت |
**و* به ترتیب معنیدار در سطح احتمال 1 و 5 درصد
سطح برگ، تعداد بذر و وزن هزار دانه
نتایج حاصل از آنالیز واریانس نشان داد (جدول1) که تاثیر سطوح مختلف کادمیوم و میکوریزا و اثرات متقابل آنها بر میزان سطح برگ، تعداد بذر و وزن هزار دانه گیاه گشنیز در سطح احتمال یک درصد معنیدار شد (جدول1). مقایسه میانگین اثرات متقابل کادمیوم و قارچ مایکوریزا نشان داد مقادیر صفات مذکور در تیمارهای میکوریزایی و شاهد با افزایش غلظت کادمیوم روند کاهشی داشت با این تفاوت که این روند کاهشی در گیاهان غیرهمزیست بهمراتب بیشتر بود. براساس نتایج مقایسه میانگین دادهها (جدول2) کمترین سطح برگ (96/34 سانتیمتر مربع در گیاه)، تعداد بذر در بوته (66/11 عدد)، وزن هزار دانه (66/3 گرم در گیاه) در تیمار عدم تلقیح با قارچ مایکوریزا و کاربرد 80 میلیگرم در کیلوگرم نیترات کادمیوم خاک بهدست آمد. درحالیکه کاربرد قارچهای مایکوریزا موجب بهبود صفات شد. بهطوریکه بالاترین مقدار صفات مذکور در تیمار تلقیح با قارچ مایکوریزا در تمامی سطوح نیترات کادمیوم بهدست آمد.
درصد همزیستی
نتایج حاصل از تجزیه واریانس دادهها نشان داد (جدول1) که تیمار فلز سنگین بهطور معنیداری درصد همزیستی قارچها را با ریشه گشنیز تحت تاثیر قرار دادند. بهطوریکه اثرات ساده و متقابل کادمیوم و قارچ مایکوریزا در سطح احتمال یک درصد معنیدار شد. کمترین میزان همزیستی (3/12 درصد) در تیمار80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم کاربرد قارچ مایکوریزا مشاهده شد. در حالیکه بالاترین میزان همزیستی (79 درصد) در تیمار بدون آلودگی کادمیوم و کاربرد قارچ Glomus mosseae مشاهده شد (شکل 1). همانطور که مشاهده میشود با افزایش سطح کادمیوم درصد همزیستی قارچها کاهش یافت، بهطوریکه در بالاترین سطح تنش 4/58 درصد کاهش نسبت به تیمار شاهد مشاهده شد. از نظر آماری اختلاف معنیداری بین دو گونه قارچ مایکوریزا در بالاترین سطح تنش مشاهده نشد. همچنین نتایج همبستگی بین صفات نشان داد که بین میزان درصد همزیستی ریشه و سطح برگ همبستگی مثبتی (946/0) در سطح احتمال یک درصد وجود دارد (جدول3).
شکل 1: درصد همزیستی ریشه گشنیز با قارچهای مایکوریزا تحت تنش کادمیوم
پروتئین محلول
در پژوهش حاضر میزان پروتئین محلول برگ گشنیز تحت تیمار توام فلز سنگین کادمیوم و کاربرد قارچهای مایکوریزا قرار گرفت. بهطوریکه اثر متقابل تیمارها در سطح احتمال یک درصد بر این صفت معنیدار شد (جدول1). همچنین اثرات ساده فلز سنگین کادمیوم و قارچهای مایکوریزا بهترتیب در سطح احتمال یک و پنج درصد معنیدار شد. بیشترین مقدار پروتئین محلول (067/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار20 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم کاربرد قارچ مایکوریزا و کمترین مقدار آن (045/0 میلیگرم در گرم وزن تر برگ) در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم کاربرد قارچ مایکوریزا مشاهده شد (جدول2). در بالاترین سطح تنش کاربرد قارچهای مایکوریزا باعث افزایش میزان پروتئین در گیاه شدند، ولی از نظر آماری تفاوت معنیداری بین دو گونه قارچ مایکوریزا مشاهده نشد. نتایج همبستگی نشان داد که بین میزان پروتئین محلول و وزن هزار دانه همبستگی مثبتی (882/0) در سطح احتمال یک درصد وجود دارد (جدول3).
جدول4 نتایج تجزیه واریانس تاثیر قارچهای مایکوریزا بر میزان پروتئین محلول، فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانتی، مالوندیآلدئید و شاخص خطر و سلامت گشنیز تحت تنش کادمیوم.
منابع تغییرات |
درجه آزادی |
|
|
|
میانگین مربعات |
|
|
|
||||||||
|
|
پروتئین محلول |
کاتالاز |
آسکوربات پراکسیداز |
گایاکول پراکسیداز |
پلی فنل اکسیداز |
مالون دی آلدئید
|
شاخص خطر و سلامت |
|
|||||||
کادمیوم |
3 |
00041/0** |
**00060/0 |
**0554/0 |
**000001/0 |
**0317/0 |
**1999/0 |
**1/177 |
||||||||
مایکوریزا |
2 |
00001/0* |
**00010/0 |
**0119/0 |
**0000001/0 |
**0161/0 |
*0034/0 |
**89/12 |
|
|||||||
کادمیوم × مایکوریزا |
6 |
00003/0** |
**00032/0 |
**0049/0 |
**0000001/0 |
**0090/0 |
**0030/0 |
**75/13 |
|
|||||||
خطا |
24 |
000003/0 |
000005/0 |
0002/0 |
00000001/0 |
0001/0 |
0007/0 |
86/0 |
|
|||||||
ضریب تغییرات |
|
99/2 |
09/11 |
52/7 |
11/11 |
92/1 |
95/8 |
67/17 |
|
|||||||
فعالیت آنزیم کاتالاز
نتایج جدول تجزیه واریانس نشان داد که اثرات ساده و متقابل تیمارها بر میزان فعالیت آنزیم کاتالاز در سطح احتمال 1 درصد معنیدار شد (جدول 4). براساس نتایج مقایسه میانگین دادهها، بیشترین فعالیت آنزیم کاتالاز (044/0 واحد بینالمللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار 20 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم تلقیح با قارچ مایکوریزا ثبت شد، در حالیکه کمترین (شکل2) فعالیت این آنزیم (007/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم تلقیح با قارچ مایکوریزا مشاهده شد.
شکل2: فعالیت آنزیم کاتالاز برگ گشنیز تحت کاربرد قارچهای مایکوریزا و تنش کادمیوم
فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز
نتایج تجزیه واریانس دادهها در جدول 2 نشان داد که اثرات ساده و متقابل تیمارها بر فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز در گیاه گشنیز در سطح احتمال 1 درصد معنیدار شد. بیشترین فعالیت این آنزیم (332/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار20 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و کاربرد قارچ مایکوریزا Glomus mosseae و کمترین فعالیت آن (097/0 واحد بین المللی در میلیگرم پروتئین) در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم تلقیح با قارچ مایکوریزا مشاهده شد (شکل3). طبق نتایج جدول مقایسه میانگین، قارچهای مایکوریزا توانستند باعث بهبود فعالیت این آنزیم در شرایط تنش شوند. براساس نتایج همبستگی بین فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز و سطح برگ همبستگی مثبتی (892/0) در سطح احتمال یک درصد وجود دارد (جدول3).
شکل3: فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز برگ گشنیز تحت کاربرد قارچهای مایکوریزا و تنش کادمیوم
فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز
آنالیز آماری نشان داد، اثرات ساده و متقابل تیمارها بر میزان فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز در سطح احتمال یک درصد معنیدار شد (جدول4). با افزایش غلظت کادمیوم در خاک، فعالیت این آنزیم در گیاه بهطور معنیداری کاهش یافت، بهطوریکه بین تیمار شاهد و بالاترین سطح کادمیوم (80 میلیگرم بر کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم) در شرایط عدم تلقیح با قارچ مایکوریزا فعالیت آن بهمیزان 67/66 درصد کاهش مشاهده شد. بالاترین سطح فعالیت این آنزیم در تیمار شاهد و کاربرد قارچ Glomus mosseae بهمیزان 0013/0 واحد بینالمللی در میلیگرم پروتئین و کمترین سطح فعالیت آن در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم کاربرد قارچ مایکوریزا بهمیزان 0003/0 واحد بینالمللی در میلیگرم پروتئین مشاهده شد (شکل4).
شکل4: فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز برگ گشنیز تحت کاربرد قارچهای مایکوریزا و تنش کادمیوم
فعالیت آنزیم پلیفنول اکسیداز
نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر متقابل و ساده کادمیوم و قارچ مایکوریزا در سطح احتمال یک درصد بر فعالیت آنزیم پلیفنول اکسیداز معنیدار شد (جدول 4). با افزایش غلظت کادمیوم در خاک، فعالیت این آنزیم درگیاه کاهش پیدا کرد. فعالیت این آنزیم در تیمارهای همزیست با مایکوریزا بهمراتب بالاتر از تیمارهای غیرهمزیست بود، بهطوریکه کمترین فعالیت آن در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و بدون اعمال قارچ مایکوریزا بهمیزان 363/0واحد بینالمللی در میلیگرم پروتئین مشاهده شد، درحالیکه بیشترین فعالیت آن در تیمار 20 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و کاربرد قارچ Glomus intraradices بهمیزان 694/0 واحد بینالمللی در میلیگرم پروتئین دیده شد (شکل 5).
شکل5: فعالیت آنزیم پلیفنل اکسیداز برگ گشنیز تحت کاربرد قارچهای مایکوریزا و تنش کادمیوم
مالوندیآلدئید
نتایج تجزیه واریانس دادهها نشان داد که تاثیر فلز سنگین کادمیوم و برهمکنش آن با قارچهای مایکوریزا بر میزان مالوندیآلدئید در سطح احتمال یک درصد معنیدار شد،درحالیکه اثر ساده کاربرد قارچهای مایکوریزا در سطح احتمال پنج درصد بر آن معنیدار شد (جدول4). بیشترین مقدار مالوندیآلدئید (540/0 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) در تیمار 80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و عدم کاربرد قارچ مایکوریزا بود، درحالیکه کمترین مقدار آن (120/0 میلیگرم بر گرم وزن تر برگ) در تیمار شاهد مشاهده شد (جدول2). کاربرد قارچهای مایکوریزا در بالاترین سطح تنش (80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم) باعث کاهش معنیداری این صفت نسبت به تیمار شاهد شدند، بهطوریکه قارچ Glomus mosseae بهمیزان 22/17 درصد و قارچ Glomus intraradices بهمیزان 37/15 درصد کاهش مشاهده شد.
شاخص خطر و سلامت
آنالیز آماری نشان داد که اثرات ساده و متقابل تیمار کادمیوم و قارچهای مایکوریزا بر میزان شاخص خطر و سلامت گشنیز در سطح احتمال یک درصد معنیدار شد (جدول4). نتایج مقایسه میانگین دادهها نشان داد که میزان غلظت عنصر کادمیوم در گیاه گشنیز بالاتر از حد استانداردهای بینالمللی میباشد. بالاترین شاخص خطر و سلامت (86/15 میلیگرم بر کیلوگرم وزن خشک) در تیمار80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم و بدون حضور قارچ مایکوریزا مشاهده شد. کمترین مقدار آن در تیمار شاهد بهدست آمد (شکل6). کاربرد قارچهای میکوریزا توانست سبب کاهش شاخص خطر و سلامت در گشنیز شود، بهطوریکه در بالاترین سطح تنش (80 میلیگرم در کیلوگرم خاک) کاربرد قارچ Glomus mosseae بهمیزان 5/42 درصد و قارچ Glomus intraradice 1/47 درصد آن را کاهش داد.
شکل6: شاخص خطر و سلامت در گیاه گشنیز تحت سطوح مختلف نیترات کادمیوم خاک و کاربرد قارچهای مایکوریزا
بحث
از دلایل کاهش زیست توده گیاه میتوان به این مورد اشاره نمود که فلز کادمیوم چه بهصورت مستقیم و چه غیرمسقیم موجب مهار فرایندهای فیزیولوژیکی مانند فتوسنتز، تنفس، جذب نیتروژن و رشد طولی سلولها میشود که کاهش رشد و زیست توده تر اندام هوایی گیاه را بهدنبال دارد (33). همچنین فلزات سنگین با ایجاد ناهنجاریهای کروموزومی موجب کاهش رشد گیاه میشوند (34). علت افزایش مقادیر زیست توده تر اندام هوایی در تیمارهای همزیست با قارچهای مایکوریزا در این پژوهش میتواند به این دلیل باشد که همزیستی ریشه با قارچهای مایکوریزا باعث جذب بهتر آب و عناصر غذایی میشود که افزایش فتوسنتز را درپی خواهد داشت و درنتیجه رشد گیاه را بهبود میبخشد (35). علاوهبراین قارچهای مایکوریزا از طریق افزایش هورمون آبسیزیک اسید (ABA) بر روی فعالیت روزنهها اثر گذاشته و باعث بسته شدن روزنهها میشوند که این امر از کمبود آب در گیاه جلوگیری و منجر به رشد بهتر گیاه در شرایط تنش میشود (36). در تحقیقاتی که بر روی تاثیر ﻗﺎرچ ﻣﯿﮑﻮرﯾﺰا ﺑﺮ رﺷﺪ و ﻋﻤﻠﮑﺮد ﮔﯿﺎه داروﯾﯽ رزﻣﺎری (21)، همیشهبهار (22) و سیاهدانه (37) در شرایط تنش فلزات سنگین (بهترتیب سرب و کادمیوم، سرب و کادمیوم و کادمیوم) انجام گرفت مشاهده شد، ﮐﻪ با افزایش غلظت فلزات سنگین میزان رشد و زیست توده تر اندام هوایی کاهش پیدا کرد؛ اما تلقیح گیاهان با قارچ مایکوریزا باعث افزایش رشد و زیست توده تر اندام هوایی در این شرایط شد که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد. اﻓﺰاﯾﺶ وزن ﻫﺰار داﻧﻪ بیانگر ﺗﺄﻣﯿﻦ ﻣﻮاد ﻓﺘﻮﺳﻨﺘزی ﻣﻮرد نیاز داﻧﻪها ﻣﯽﺑﺎشد. فسفر یکی از عناصر مورد نیاز برای تشکیل گل و بذر در گیاه میباشد (38)، در این راستا تامین فسفر برای گیاه موجب افزایش تعداد بذر و وزن هزار دانه در گیاه میشود که همزیستی گیاه با قارچهای مایکوریزا سبب استفاده بهتر گیاه از فسفر غیرقابل جذب موجود در خاک (توسط هیفهای قارچ) میشود (38). در این پژوهش با افزایش غلظت کادمیوم میزان تعداد برگ، سطح برگ، تعداد بذر و وزن هزار دانه کاهش چشمگیری پیدا کردند، اما در شرایط تلقیح با قارچ مایکوریزا باعث بهبود صفات مذکور شد. که نتایج این پژوهش با نتایج سایر محققین که بر روی گیاهانی از جمله رزماری (21) در شرایط تلقیح با قارچ مایکوریزا و آلودگی با فلزات سنگین سرب و کادمیوم و گیاه ذرت (39) در شرایط تلقیح با قارچ مایکوریزا انجام گرفت،کاملا همخوانی دارد. برقراری رابطهی همزیستی قارچهای مایکوریزا با ریشه گیاه باعث بهبود در جذب فسفر و پتاسیم، تجمع ماده خشک، عملکرد و افزایش کارایی مصرف آب میشود (40).تحقیقاتی که بر روی گیاه سویا در شرایط آلودگی با فلز سنگین کادمیوم و همزیستی با قارچ مایکوریزا صورت گرفت، نتایج بیانگر کاهش درصد همزیستی با افزایش سطح کادمیوم در گیاه بود (41). نتایج پژوهشهایی که بر روی گیاه آفتابگردان (42) و سه گونه گیاهی (43) در شرایط آلودگی با فلز سنگین سرب و همزیستی با قارچ مایکوریزا صورت گرفت نشان داد که با افزایش غلظت فلز سنگین میزان درصد همزیستی کاهش پیدا کرد.
علت کاهش میزان پروتئین در طی تنش فلزات سنگین را میتوان به میل ترکیبی بالایی رادیکالهای آزاد اکسیژن تولید شده با پروتئین موجود دانست، که در نهایت سبب اکسید شدن پروتئینها میگردد (44). در آزمایشی که بر روی گیاه گشنیز در شرایط تنش فلز سنگین نیکل انجام گرفت، کاهش پروتئین در شرایط این تنش گزارش شد (45). همچنین در پژوهشی که بر روی گیاه ازمک (46) در شرایط تنش با فلزات سنگین روی و نقره صورت گرفت نتایج حاکی از کاهش میزان پروتئین در این شرایط بود که با نتایج این آزمایش همخوانی دارد. مکانیسمهایی که قارچهای آربوسکولار مایکوریزا برای کاهش تنش فلزات سنگین برای گیاهان اعمال میکنند شامل کلات شدن و غیرپویایی فلزات سنگین در میسلیومهای خارجی و بهبود تغذیه معدنی بهویژه فسفر میباشند (47). فلزات سنگین با تولید رادیکالهای آزاد و گونههای مختلف اکسیژن فعال سبب تنش اکسیداتیو در گیاه میشوند (48) بهطوریکه اکسیژن فعال تولید شده با لیپیدها واکنش داده و منجر به آسیبهای غشایی، پراکسیداسیون لیپیدها و غیرفعالسازی آنزیمی میشود (49). کاتالاز آنزیمی است که پراکسید هیدروژن تولید شده در مسیرهای تنفس نوری در درون پراکسیزومها را مهار میکند (50) و هیدروژن پراکسید تولید شده را به آب و اکسیژن تجزیه میکند، از جمله آنزیمهای آنتیاکسیدانتی هست که در غلظتهای پایین گونههای اکسیژن فعال فعالیتی ندارد (51). میزان فعالیت این آنزیم بهشدت و مدت تنش بستگی دارد (52). در پژوهشی که بر روی گیاه برنج صورت گرفت، نتایج بیانگر این بود که کادمیوم در غلظتهای بالا منجر به کاهش فعالیت این آنزیم میشود که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد (53). همزیستی مایکوریزایی گیاه گشنیز با قارچهای آربوسکولار باعث بهبود فعالیت آنزیم کاتالاز در شرایط تنش با فلز کادمیوم شد. قارچهای مایکوریزایی از طریق افزایش فعالیت آنزیمیهای آنتیاکسیدانتی از جمله کاتالاز باعث حذف رادیکالهای آزاد اکسیژن تولید شده در شرایط تنش میشود (54). در شرایط تنش از جمله فلزات سنگین گیاهان جهت اجتناب از تنش اکسیداتیو و پاکسازی گونههای اکسیژن فعال، سیستم دفاعی آنتیاکسیدانتی آنزیمی و غیرآنزیمی خود را فعال میکنند (55، 56). آنزیم آسکوربات پراکسیداز، آنزیم اصلی در مهار ROSاست که قادر به از بین بردن H2O2 تولید شده در کلروپلاستها میباشد (57). قارچهای مایکوریزا قادر به تنظیم واکنشهای اکسیداتیو و دفاع آنتیاکسیدانتی هستند (58). در این پژوهش مشاهده شد که در بالاترین سطح تنش قارچهای مایکوریزا سبب بهبود فعالیت این آنزیم شدند. در راستا با نتایج این پژوهش، میتوان به پژوهشی که بر روی گیاه لوبیا در شرایط همزیستی با قارچهای مایکوریزا صورت گرفت اشاره کرد، نتایج بیانگر این بود که در حضور قارچهای مایکوریزا فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز افزایش یافت (59). آنزیم گایکول پراکسیداز یکی از مهمترین گروههای پراکسیدازی میباشد (60). کاهش فعالیت آنتیاکسیدانتی و افزایش پراکسیداسیون لیپدها باعث پیری و کاهش عمر گیاهان میشود (61). قرار دادن گیاهان در معرض کادمیوم موجب علائم قابلتوجهی از مسمومیتها مانند مهار رشد، فعالیت آنزیمها، اختلال در روابط آب-گیاه، متابولیسم یونها و تشکیل رادیکالهای آزاد میشود (62). بههمین دلایل ذکر شده در این پژوهش با افزایش سطح تنش میزان فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز هم کاهش پیدا کرد. قارچ مایکوریزا در شرایط تنش فلز سنگین کادمیوم باعث تحریک فعالیت آنزیم گایکول پراکسیداز شدند. همچنین نتایج مربوط به پژوهشی که بر روی گیاه گاوزبان آلمانی در شرایط تنش فلزات سنگین و تلقیح با قارچ مایکوریزا انجام گرفت، بیانگر این بود که در طی همزیستی با قارچ مایکوریزا میزان فعایت آنزیم گایکول پراکسیداز افزایش یافت که با نتایج این پژوهش همخوانی دارد (63). قارچهای مایکوریزا با افزایش جذب مواد مغذی بر فعالیت آنزیمهای آنتی اکسیدانتی تاثیر میگذارند (64). بنابراین میتوان گفت حضور قارچهای مایکوریزا باعث بهبود سیستم آنزیمی آنتی اکسیدانتی در مواجه با تنش فلز سنگین کادمیوم میشود. آنزیمهای آنتی اکسیدانتی از جمله پلیفنول اکسیداز در پاکسازی رادیکالهای آزاد و بهعنوان اولین سد دفاعی در برابر صدمات ناشی از تنش نقش دارند (65). در اثر سمیت فلزات سنگین، تولید گونههای فعال اکسیژن افزایش مییابد که منجر به اکسیداسیون چربیهای غشا سلولی شده که بهدنبال آن میزان مالوندیآلدئید افزایش یافته که این مسئله بیانگر تخریب ساختار غشا سلولی است (66). مالوندیآلدئید را بهعنوان نشانگر زیستی برای اندازهگیری پراکسیداسیون لیپیدها شناخته میشود (67). یکی از دلایل افزایش غلظت مالوندیآلدئید را میتوان به القای تنش اکسیداتیو تحت تنش کادمیوم، آسیب رساندن به ساختار و عمل غشا سلولی از طریق اتصال به پروتئینهای غشا و آنزیمها دانست (68). افزایش غلظت مالوندیآلدئید در گیاه ریحان در شریط تنش فلز سنگین نیز مشاهده شد (69) که با نتایج این تحقیق همخوانی دارد. تجمع بیش از حد فلزات سنگین در خاکهای کشاورزی علاوه بر آلودگی محیط زیست، کیفیت غذایی را نیز از طریق جذب توسط گیاهان بهخطر میاندازد (70). مصرف غذا یکی از مهمترین راههای قرارگیری در معرض فلزات سنگین میباشد. سبزیها بخش مهمی از برنامهی غذایی را تشکیل میدهند، جذب فلزات سنگین در سبزیجات برگی به مراتب بالاتر از سبزیجات ریشهای و غدهای میباشد (71). اگر مقدار شاخص خطر سلامت کمتر از یک بود، این مطلب بیانگر این است که مصرف ماده غذایی هیچ تاثیر منفی بر سلامتی برای مصرف کننده ندارد و اگر مقدار شاخص خطر سلامت بیشتر از یک بود ، نشان دهنده این است که مصرف ماده غذایی اثرات مخربی بر سلامتی مصرف کننده دارد (72). در این پژوهش کاربرد قارچهای مایکوریزا تاثیر بهسزایی در میزان کاهش شاخص خطر و سلامت در گیاه داشتند. در بررسیهای صورت گرفت بر روی سبزیجاتی که با آب فاضلاب آبیاری شدند محققین به این نتیجه رسیدند که فلز سنگین کادمیوم و منگنز بهشدت سلامت مصرفکننده را بهخطر میاندازند (73). در بررسیهای که بر روی سبزیهای اسفناج و تربچه در شرایط آلودگی با فلزات سنگین سرب، روی و کادمیوم بهمنظور ارزیابی شاخص خطر سلامت صورت گرفت، نتایج نشان داد که غلظت این عناصر در این گیاهان بالاتر از سطح مجاز میباشد (74). در آزمایشی که بر روی سبزیجات شهرستان ورامین (75) انجام گرفت، نشان داد که فاکتور انتقال بر روی سبزی جعفری در شرایط آلودگی با کادمیوم بالاتر از یک بود. همچنین در پژوهشهای که بر روی سبزیکاریهای شاهرود (76) انجام شد، نتایج بیانگر این بود که میزان غلظت فلزات سنگین در انواع سبزیجات بالاتر از یک میباشد که این مسئله خود بیانگر این است که احتمال خطر ابتلا به بیماریهای غیرسرطانی برای مصرفکنندگان این نواحی وجود دارد.
نتیجهگیری
فلزات سنگین را میتوان یکی از آلایندههای اکوسیستم نام برد که بهدلیل اثرات فیزیولوژیکی خاص خود بر روی موجودات زنده حتی در غلظتهای پایین هم از اهمیت بالایی برخودار هستند. قرار گرفتن در معرض غلظت بالای فلزات سنگین بر رشد و نمو گیاه تاثیر میگذارد. اثر منفی تیمار کادمیوم بر روی زیست توده تر و خشک اندام هوایی، پروتئین محلول، درصد همزیستی، فعالیت آنزیمهای کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایکول پراکسیداز، پلیفنولاکسیداز گشنیز کاملا مشهود بود، بهطوریکه در بالاترین سطح کادمیوم (80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم) کمترین مقادیر برای این صفات بهدست آمد، ولی در صفاتی چون مالوندیآلدئید و شاخص خطر و سلامت رابطه مستقیمی با سطوح غلظت کادمیوم در خاک مشاهده شد، بهطوریکه بیشترین مقادیر آن در بالاترین سطح تنش (80 میلیگرم در کیلوگرم خاک نیترات کادمیوم) دیده شد. براساس دستآوردهای این پژوهش در شرایط تنش فلز سنگین کادمیوم استفاده از قارچهای مایکوریزا تاثیر بهسزایی در بهبود اثرات مضر آن در گیاه گشنیز داشت، بهطوریکه باعث کاهش جذب کادمیوم و اصلاح شاخص خطر و سلامت برای مصرفکنندگان شد. با توجه به جذب بالای عناصر سنگین بهویژه کادمیوم توسط این گیاه و با وجود آلودگی جزئی اکثر خاکها به عناصر سنگین از جمله کادمیوم، استفاده از قارچهای مایکوریزا بهعنوان راهکاری مدیریتی در مناطق آلوده به این فلز سنگین توصیه میشود. در نهایت، طبق نتایج این پژوهش کاربرد قارچ mosseae Glomus جهت بهبود رشد و شاخص خطر و سلامت گشنیز در راستای کشاورزی ارگانیک توصیه میشود.