لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 7
گیاه پالایی کادمیوم ازخاک با استفاده از گیاه ذرت
چکیده :
استفاده از گیاهان برای پالایش خاکهای آلوده به فلزات سنگین راهکاری اقتصادی ،ارزان وموثر می باشد.گیاه پالایی از جمله روشهای پیشنهادی است که با انباشت عناصر سنگین در گیاهان ، خروج این عناصر از خاکهای آلوده رامکانپذیر میکند. هدف این مطالعه بررسی امکان گیاه پالایی کادمیوم ازخاک با استفاده از گیاه ذرت است. این آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار سطح نیترات کادمیوم(0،200،300،400میلی گرم در کیلوگرم خاک) و گیاه ذرت با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه اجرا شد. نتایج این آزمایش نشان داد که اثر سطوح کادمیوم بر صفات مورفولوژیک و میزان کادمیوم در گیاه معنیدار بود به طوری که وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه ، ارتفاع اندام هوایی و زیرزمینی و تعداد برگ با افزایش سطح کادمیوم روند کاهشی داشتند وهمچنین هرچه سطوح کادمیوم خاک بیشتر شد غلظت ومحتوای کادمیوم در ریشه واندام هوایی افزایش نشان داد. به طور کلی گیاه ذرت توانایی بالایی در جذب و انتقال کادمیوم دارد. بیشترین محتوای کادمیوم در گیاه ذرت درغلظت ppm 400 کادمیوم به دست آمد .
کلمات کلیدی: ذرت،گیاه پالایی،کادمیوم
مقدمه:
آلودگی خاک با فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی عمده درجوامع بشری است که علاوه بر اثرات زیانآور برجوامع گیاهی و جانوری خاک و آلودگی آبهای زیرزمینی از طریق آبشویی موجب کاهش عملکرد وکیفیت محصول ودر نهایت به خطر افتادن سلامتی افراد جامعه ودیگر موجودات زنده می شود. اگرچه فلزات سنگین می توانند به طور طبیعی واز طریق هوادیدگی سنگها وکانیها وطی فرآیند خاکسازی در خاک تجمع یابند ولی این منبع طبیعی در مقایسه با آلودگی ناشی از فعالیتهای انسان از جمله احداث کارخانجات صنعتی، استخراج معادن، سوختهای فسیلی، مصرف کودهای شیمیایی وآلی، فاضلابهای صنعتی و لجن فاضلاب دارای اهمیت کمی میباشد.در بین فلزات سنگین، فلز کادمیوم به دلیل تحرک و پویایی زیاد در خاک وجذب توسط گیاه ، سمیت قابل توجه و نیمه عمر بیولوژیکی حدود بیست سال و بروز عوارضی از جمله نارسایی کبد وکلیه، بیماریهای قلبی _عروقی استخوانی، ریوی و غیره در انسان دارای اهمیت خاصی می باشد. از این رو پالایش خاکهای آلوده به فلزات سنگین از جمله کادمیوم امری ضروری واجتناب ناپذیر می باشد(14) . آلودگی خاک به فلزات سنگین را میتوان با روشهای مختلف شیمیایی ، فیزیکی و زیستی به صورت درجا وغیر در جا پالایش نمود.فناوری گیاه پالایی یا استفاده از گیاهان برای پالایش آلایندهها از خاک، آب و رسوب به عنوان فناوری نسبتا" جدید از طریق ریشه صافی ، گیاه تثبیتی ، گیاه جذبی، گیاه تصعیدی وگیاه تخریبی موجب برداشت ، تخریب یا محبوس کردن آلایندهها میگردد(10).
بهترین رهیافت گیاه پالایی جذب و انتقال آلایندهها از خاک به گیاه بدون تخریب ساختمان خاک وتغییر در باروری آن است. بعضی از گونههای اختصاصی گیاهان میتوانند فلزات سنگین را به اندام هوایی انتقال دهند. برداشت اندام هوایی غنی از فلزات سنگین از مکانهای آلوده میتواند در خروج فلزات سنگین از خاک بدون صرف هزینههای بالایی همچون خاکبرداری و انتقال وخروج خاکهای سطحی از منطقه موثر باشد(5).
درسالهای اخیر به عنوان یک جایگزین خوب به جای بیش اندوزها ، کاربرد بعضی ازگونههای گیاهی مانند ذرت ، نخود ، پیاز ،آفتابگردان ،جو و خردل که دارای تولید زیست توده بالا هستند به همراه اقداماتی در جهت افزایش مقدار جذب این فلزات توسط گیاهان پیشنهاد شده است(9). Tallio et al ,2003) ( با به کاربردن غلظت های 0و10و100 میلی گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک نشان دادند که با افزایش غلظت کادمیوم در خاک میزان جذب این عنصر در گیاه نیز افزایش می یابد(18).
(کیاسری وهمکاران 1389) بیان کردند گیاه ذرت از جمله گیاهانی است که محتوی کادمیوم بیشتری را نسبت به آفتابگردان و پنبه دارد (2).اهداف عمده این تحقیق بررسی و شناخت میزان جذب کادمیوم توسط گیاهان زراعی در خاک آلوده، به کارگیری یک روش اقتصادی و غیر مخرب برای تصفیه آلودگیهای خاک و برطرف کردن مشکلات موجود در تصفیه و استخراج فلزات سنگین وکاهش هزینهها میباشد. همچنین در این تحقیق سعی شده است گیاه ذرت به عنوان گیاه زراعی با بیوماس بالا در ارتباط با گیاه پالایی کادمیوم به عنوان آلایندهای خطرناک برای سلامتی انسان و سایر جانداران صورت پذیرد.
مواد وروشها:
به منظور بررسی توانایی ذرت در گیاهپالایی کادمیوم ازخاک، آزمایشی در مزرعه آموزشی - تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه درسال زراعی 89-1388 به اجرا درآمد. این آزمایش در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در 3 تکرار به اجرا در آمد. تیمارها شامل استفاده از سطوح مختلف نیترات کادمیوم (400و0،200،300 میلیگرم بر کیلوگرم( است. برای اینکه کاشت در محیط طبیعی وتقریبا مشابه شرایط مزرعه صورت گیرد از خاک مزرعه جهت بستر کشت وپر کردن گلدانها استفاده شد. جهت بستر کشت گلدانهای پلاستیکی با ظرفیت 10 کیلوگرم به کار گرفته شد. جهت اعمال سطوح مختلف کادمیوم در خاک برای هر گلدان 10 کیلوگرم از خاک مزرعه وزن شده وداخل کیسههای پلاستیکی ریخته شد.سپس نمک نیترات کادمیوم را به اندازه لازم (2و3و4 گرم) برای هر تیمار در آب حل کرده وداخل کیسههای پلاستیکی اضافه شد. کیسههای پلاستیکی حاوی خاک ونیترات کادمیوم به مدت یک هفته جهت تثبیت کادمیوم در خاک دست نخورده باقی ماند. پس ازیک هفته خاک داخل هر پلاستیک به گلدانها منتقل شد. جهت انجام این آزمایش از بذور گیاه ذرت (رقم 704) استفاده شد. پس از آماده سازی گلدانها کاشت بذور صورت گرفت وطی دوره رشد عملیات آبیاری ،تنک ،مبارزه باعلف هرز وکنترل آفات انجام گرفت.بعد از اینکه ذرت به مرحله گلدهی رسید برای عملیات برداشت ابتدا اندام هوایی سطح خاک قطع و سپس جهت خارج کردن ریشه از خاک ، گلدانها را در حالت مایل نگه داشته وبا استفاده از یک شلنگ آب با فشار متوسط به داخل گلدانها گرفته شد به این ترتیب پس ازبیرون رفتن خاک اطراف ریشه توسط فشار آب ریشه ها به طور کامل وسالم از گلدانها خارج شدند. در زمان برداشت گیاهان ارتفاع اندام هوایی ، طول ریشه وتعداد برگ تعیین گردید. در مرحله بعد ریشه و اندام هوایی باترازوی دیجیتالی وزن گردیدند به این ترتیب وزن تر ریشه واندام هوایی نیز اندازه گیری شد. برای اندازه گیری وزن خشک ریشه و اندام هوایی 48 ساعت در دمای 70درجه داخل آون قرار داده شد بعد از دوشبانه روز ریشه واندام هوایی از آون خارج شده وتوسط ترازو دیجیتالی وزن گردیدند. گیاهان خشک شده در آون ،در مرحله بعد کاملا به حالت پودری تبدیل شده وبا مشخصات کامل هرنمونه به آزمایشگاه دانشکده کشاورزی منتقل شدند. در آزمایشگاه عصاره گیاهی از روش هضم به روش سوزاندن خشک آماده شد وغلظت کادمیوم عصاره با دستگاه جذب اتمی تعیین شد سپس با استفاده از غلظت و وزن خشک محتوای عناصر اندازه گیری شد.
تجزیه وتحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار MSTATC انجام شد وبرای ترسیم نمودار ها از نرم افزار EXCELاستفاده گردید. مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن در سطح احتمال 5% انجام گرفت.
نتایج وبحث
با توجه به جدول مقایسه میانگین سطوح مختلف کاربرد نیترات کادمیوم بیشترین ارتفاع در حالت شاهد (بدون کاربرد کادمیوم) و کمترین میزان ارتفاع در غلطت ppm400 نیترات کادمیوم در گیاه ذرت مشاهده گردید.نتایج نشان دادافزایش میزان غلظت باعث کاهش ارتفاع گردید(جدول 1).
نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که افزایش کاربرد غلظت کادمیوم باعث کاهش ارتفاع گیاه میگردد.احتمالا افزایش یون کادمیوم در بستر رشد گیاه سبب کاهش محتوای آبی گیاه از طریق تاثیر بر کانال های آبی تونوپلاست گردیده وبه دنبال آن کاهش طویل شدگی یاخته ای وکاهش طول اندام هوایی می شود علاوه بر این کاهش ارتفاع اندام هوایی در گیاهان نه تنها تحت تاثیر ژنوتیپ است بلکه عوامل محیطی از جمله غلظت های مختلف عناصر سنگین نیز می تواند آن را تحت تاثیر قرار دهد، نتایج مشابهی توسط) ( Machul,1988 ، et al , 1992) Ludevid (،) Stribly,2006 ( گزارش شده است (17،11،12)
با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از سطوح مختلف کادمیوم بیشترین وزن تروخشک اندام هوایی وریشه در حالت شاهد (غلظت صفر) وکمترین میزان وزن ترو خشک در غلظت ppm400نیترات کادمیوم مشاهده گردید.نتایج نشان داد که افزایش غلظت کادمیوم باعث کاهش وزن تر و خشک اندام هوایی وریشه گردید(جدول 1).
با توجه به تحقیق انجام شده افزایش غلظت کادمیوم باعث کاهش وزن تر وخشک اندام هوایی وزیر زمینی شده است. بنابراین کاهش وزن اندام هوایی وزیر زمینی به عنوان اولین پاسخ فیزیولوژیکی به عوامل تنش زای محیط رشد در قالب کاهش ماده سازی مطرح است که این موضوع در حضور کادمیوم چشمگیر است. احتمالا عناصرفلزی رشد ریشه را باز داشته وسبب تغییراتی در همانند سازی مواد می شوند و همچنین سبب کاهش ماده خشک شده اند که با نتایجet al ,1993) ( Giller ،et al ,1997) (Schat و (فرزامی ،1381( همخوانی دارد (2،7،15). به طور کلی گیاهان مختلف از جمله آفتابگردان ، ذرت ، یونجه، چمن و فستوکا توانایی های متفاوتی در جمع کردن واندوختن فلزات سنگین دارند. اما دیده می شود با افزایش غلظت فلزات سنگین تحمل پذیری گیاه نسبت به سمیت این نوع عناصر کمتر شده ونهایتا جذب کاهش یافته وبا افزایش غلظت فلزات سنگین از وزن خشک اندام هوایی وریشه کاسته می شود که این نتایج با نتایج، ) shahandehetd,2000 ( و (جعفری ،1382) مشابهت دارد(16،1).با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از سطوح مختلف کادمیوم بیشترین طول ریشه مربوط به گیاه ذرت در حالت شاهد (غلظت صفر) وکمترین طول ریشه در غلظت ppm300و400نیترات کادمیوم مشاهده گردید(جدول1).
نتایج نشان داد که افزایش میزان غلظت کادمیوم باعث کاهش طول ریشه شده است .با توجه به نتایج تحقیق افزایش غلظت کادمیوم باعث کاهش طول ریشه می گردد که این موضوع را می توان با نتایج,1991) (goldbold and knetter که ریشه را در محلول هایی از یک نمک کادمیوم قرار داد وبه این نتیجه رسیدکه با افزایش غلظت کادمیوم طول ریشه کاهش می یابدمشابه دانست (8). احتمالا کاهش طول ریشه به علت این است که فلزات سنگین وسیکوزیته وقابلیت ارتجاع دیواره سلولی ریشه را کاهش داده وموجب کاهش رشد طولی ریشه می گردد که با نتایج Ma,1997) ( بر روی گیاه گندم مشابه است (13).
با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از سطوح مختلف کادمیوم بیشترین محتوای کادمیوم اندام هوایی در غلظت ppm400و300 نیترات کادمیوم وکمترین محتوای کادمیوم اندام هوایی در حالت شاهد (غلظت صفر) است(جدول1). نتایج نشان داد که افزایش محتوای کادمیوم باعث افزایش میزان این عنصر در اندام هوایی شده است. با توجه به مقایسه میانگین داده های حاصل از اثرات متقابل بین گیاه وسطوح مختلف کادمیوم بیشترین محتوای کادمیوم ریشه در غلظت ppm400نیترات کادمیوم وکمترین محتوای کادمیوم ریشه در حالت شاهد (غلظت صفر) است (جدول 1).نتایج نشان داد که افزایش محتوای کادمیوم باعث افزایش محتوای این عنصر در ریشه شده است.که این نتایج با نتایج (Zimdahl,1981)و Azcone et al, 1997 ))همخوانی دارد(19،4).همچنین (Clark,2000 ) بیان کرد گیاه ذرت از جمله گیاهانی است که محتوی کادمیوم بیشتری را در ریشه نسبت به اندام هوایی دارد(6). با توجه به نتایج این آزمایش ، رقم ذرت 704 به عنوان گیاه مناسب برای پاکسازی خاکهای آلوده می توان استفاده نمود.
محتوای کادمیوم ریشه (mg/plant)
محتوای کادمیوم اندام هوایی(mg/plant)
غلظت کادمیوم ریشه(ppm)
غلظت کادمیوم اندام هوایی(ppm)
وزن تر اندام هوایی(g/plant)
وزن خشک اندام هوایی(g/plant)
ارتفاع گیاه (cm)
وزن تر ریشه (g/plant)
وزن خشک ریشه (g/plant)
طول ریشه (cm)
تیمار
0.00d
0.00c
0.00d
0.00d
64.67a
15.83a
90.33a
34.83a
6.66a
40.33a
A1
11.87c
1.82b
2.11c
0.22c
33.00b
8.00b
56.33b
27.00b
5.43b
36.33b
A2
14.69b
3.31a
3.40b
0.63b
22.00c
5.40c
51.33bc
19.00c
4.03c
33.00c
A3
15.80a
3.91a
5.33a
1.13a
16.00d
3.26d
42.67c
15.13d
3.10d
29.67d
A4
جدول 1 : جدول مقایسه میانگین سطوح مختلف کادمیوم بر صفات مور فولوژیک وغلظت ومحتوای کادمیوم در ذرت
A : سطوح کادمیوم میانگین های دارای حرف مشترک در هرستون از لحاظ آماری در سطح 5%معنی دار نمی باشند
منابع
1-جعفری ،ر1382 ، زیست سناسی تاثیر برهم کنشی کادمیوم بر اسیدسالیسک بر روی رشدو برخی پارامترهای فیزولو‍‍ژیکی گیاه لوبیا،پایان نامه کارشناسی ارشد ، 108 صفحه
2-فرزامی .م 1381 بررسی پاسخ های فیزیولوژیک چند گیاه زراعی به تنش شوری وکادمیوم ،پایان نامه دکتری دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات
3-کیاسری و همکاران ، 1389 اثر اسید سولفوریک و EDTA بر گیاه پالایی سرب در خاک توسط سه گیاه آفتابگردان و ذرت و وپنبه . علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی ، علوم آب و خاک / شماره 51
4)Azcon , R.F., Atrash , E.L. 1997 . Influence of Arbuscular mycorrhizea and phosphorus fertilization on growth nodulation and N2 fixation (15N) in medicago sativa at four salinity levels, Biol fertils soils 24:81-85.
5) Blaylock . M, J .D.E. Salt, Dushenkov . O, Zakharova . C, Gussman and Y. Kapulnik . 1997 .Enhanced accumulation of Pb in indian mustard by soil – applied chelating agents. Technol. 31 : 860-865.
6)Clark,R.B.,and S.K.Zeto,2000,Mineral acquisition by arbuscular mycorrhizal plant. Journal of plant nutrient.23:867-902.
7)Giller , K. E., R. Nussbaum , A. M. Chaudri and S. P. Mc Grath . 1993. Rhizobium meliloti is less sensitive to heavy metal contamination in soil than R. leguminosarum bv .trifolli or R.lotti . soil Biol . Biochem. 25:273-278.
8)Goldbold , D.L . and knetter , C.(1991) . use of roor elongation studies to determine and toxivity in picea abies seedlings J.PL. Physiol 138, 231 – 235.
9)Kovalevskiy , A.L., (1999) . Biogeochemical exploration for mineral deposits , published for the USDI and the NSF , American publ .co pvt , new Delhi , 136 .
10)Lombi e., zhao F., dunham s., and McGrath p. 2001 .phytoremediation of heavy metal –contaminated soil.j.Environ . Qual , 30 :1919-1926 .
11)Ludevid , D . Hofte , H ., Himelblau , E ., chrispeels , MJ .(1992) . The expresion pattern of the tonoplast intrinsic protein Y-TIP in Arabidopsis thaliana is correlated with cell enlarge ment .plant phy siol . 100 : 1633 – 1639 .
12)Machul , M . 1988 . Response of two maize hybrids grown for sillage and or graine to different plant densities .pamiet , pula , wsk , 92 : 185-191 .
13)Ma , L . Q. , L , Angela and G.N. Rao . 1997 . Effect of incubation and phophate rock on lead extrability and speciation in contaminated soils .J.Environ .Qual . 26:801 – 807.
14)Mauskar J.M. 2007 . cadmium – An Environment Toxicant central pollution control Board , Ministry of Environment & Forests , Govt of India , parivesh Bhawan , East Arjun Nagar , Delhi -110032.
15)Schat .H ., Sharma , Vooijs . R.(1997) . Heavy metal induced accumulation of free proline in a metal tolerant and a non - tolerant ecotype of silene vulgaris . phy soil plant , 101 : 477 – 482 .
تحقیق درباره گیاه پالایی کادمیوم ازخاک با استفاده از گیاه ذرت
نویسند‌گان: مهدی فغان پور ، سیدمحسن حسینی ، محمود شریعت ، ولی اله عزیزی فر ، عباس جعفری