دانشگاه بیرجند تنش‌های محیطی در علوم زراعی 2228-7604 19 2 2026 05 22 Evaluation of germination characteristics and cadmium tolerance indices in various physalis (Physalis spp.) species بررسی خصوصیات جوانه ‏زنی و شاخص ‏های تحمل به تنش کادمیوم در برخی گونه‏ های گیاه فیسالیس (.Physalis spp) 341 356 3895 10.22077/escs.2025.8718.2332 FA شیما رمضانی دانشجوی کارشناسی ارشد تولید محصولات گلخانه ای، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت‌حیدریه، تربت‌حیدریه روح اله مرادی دانشیار، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت‌حیدریه، تربت‌حیدریه 0000-0001-8754-8025 مسعود علی پناه دانشیار، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت‌حیدریه، تربت‌حیدریه 0000-0002-3171-6226 سید مسعود ضیائی دانشیار، گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت‌حیدریه، تربت‌حیدریه 0000-0003-1051-0605 Journal Article 2025 01 08 <strong>Introduction</strong><br />The contamination of water, soil, and air by heavy metals has emerged as a major environmental concern driven by increasing anthropogenic activities. Major sources of heavy metals include urban and industrial wastewater and sludge, excessive chemical inputs, and metal mining activities. Cadmium (Cd) is recognized as one of the most hazardous heavy metals for both plants and humans. The permissible concentration of cadmium in agricultural soils is approximately 1 mg kg⁻¹. Cadmium has a low affinity for binding to soil stabilizing phases, such as oxides and solid organic matter; consequently, it can be readily absorbed by plants and translocated to aerial tissues. Cadmium stress inhibits several physiological and biochemical processes, including chlorophyll biosynthesis, photosynthesis, and nutrient uptake, ultimately leading to reduced plant growth and yield (Li et al., 2023). Cadmium accumulation and tolerance vary significantly among plant species and genotypes. Previous studies have reported a wide range of cadmium uptake and accumulation among different cultivars within the same plant species. Many members of the Solanaceae family, commonly grown in agricultural systems characterized by high inputs of organic and mineral fertilizers, exhibit high cadmium accumulation. Although Solanaceae species are regarded as cadmium-tolerant, their responses to cadmium stress vary among species. Physalis (Physalis spp.) is a member of the Solanaceae family valued for its bioactive compounds and its adaptability to a wide range of growing conditions. Physalis fruit possesses numerous nutritional, medicinal, and industrial benefits. The fruit is a rich source of provitamin A, vitamin C, and contains, to some extent, B‑complex vitamins, as well as essential minerals such as phosphorus, potassium, zinc, and iron. Consequently, physalis fruit has attracted considerable attention owing to its high nutritional value, antioxidant capacity, and reported anti‑inflammatory and anti‑stress properties, along with other medicinal benefits. The strong antioxidant properties of this plant are largely attributed to its high content of dihydroxy withanolides. This study aimed to evaluate the effects of different cadmium concentrations on the germination characteristics of physalis and to determine the relative tolerance and sensitivity of yellow, green, and purple cultivars to cadmium stress.<br /> <br /><strong>Materials and methods</strong><br />The experiment was conducted in 2024 as a factorial arrangement based on a completely randomized design with four replications at the University of Torbat‑e Heydarieh. The experimental factors included six cadmium concentrations (0, 60, 120, 240, 500, and 750 μM) and three physalis cultivars (purple, yellow, and green).<br /> <br /><strong>Results and discussion</strong><br />The results showed that the application of low cadmium concentrations significantly increased germination percentage and germination rate, possibly due to stimulation of seed germination. However, higher cadmium concentrations had a negative effect on all germination characteristics of the studied cultivars. Cadmium stress at 500 μM resulted in reductions of 76%, 83%, and 66% in seedling weight compared to non stressed conditions for the purple, yellow, and green cultivars, respectively. In all physalis cultivars, proline content increased with increasing cadmium stress intensity. For instance, at a cadmium concentration of 500 μM, proline content increased by 9%, 17%, and 23% compared to control conditions in the purple, green, and yellow cultivars, respectively. The highest contents of chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids were observed in all three cultivars at a cadmium concentration of 60 μM; however, the contents of these photosynthetic pigments decreased significantly with increasing cadmium concentration. The sensitivity to cadmium stress in the purple, green, and yellow cultivars was approximately 16%, 66%, and 71%, respectively. The tolerance index indicated that the purple cultivar exhibited the highest tolerance to cadmium stress (0.049), whereas the yellow cultivar showed the lowest tolerance (0.017).<br /> <br /><strong>Conclusion</strong><br />Overall, the results indicated that all physalis cultivars tolerated cadmium stress up to 500 μM; however, seedling growth was inhibited at concentrations above this level. In terms of tolerance, the purple cultivar was the most tolerant, followed by the green cultivar, while the yellow cultivar exhibited the highest sensitivity to cadmium stress. به منظور بررسی تأثیر سطوح مختلف کادمیوم بر خصوصیات جوانه‌زنی و آستانه تحمل برخی گونه ‏های گیاه فیسالیس به تنش کادمیوم، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار در سال 1403 اجرا شد. فاکتور اول شامل 6 سطح کادمیوم (صفر، 60، 120، 240، 500 و 750 میکرومولار) و فاکتور دوم شامل سه گونه فیسالیس (بنفش؛ <em>Physalis ixocarpa</em>، زرد؛ <em>Physalis philadelphic</em> و سبز؛ <em>Physalis peruviana</em>) بود. استفاده از کادمیوم در سطوح پایین باعث افزایش معنی ‏دار سرعت و درصد جوانه ‏زنی شد که می‏تواند به دلیل تحریک جوانه ‏زنی در بذر باشد. اما، کاربرد کادمیوم در سطوح بالا تأثیر منفی بر کلیه خصوصیات جوانه ‏زنی گونه‏ های مورد بررسی داشت. تنش کادمیوم در سه گونه بنفش، زرد و سبز به ترتیب در سطح 500 میکرومولار منجر به کاهش 76، 83 و 66 درصدی وزن گیاهچه نسبت به شرایط عدم تنش شد. در تمامی گونه‏ های فیسالیس، با افزایش شدت تنش کادمیوم، محتوی پرولین افزایش یافت. به‏ طوری‏ که در سطح 500 میکرومولار کادمیوم، میزان پرولین نسبت به شرایط مطلوب در گونه ‏های بنفش، سبز و زرد به ترتیب 9، 17 و 23 درصد افزایش یافت. میزان کلروفیل a، b و کارتنوئید در سطح کاربرد 60 میکرومولار کادمیوم بالاترین مقدار را در هر سه گونه دارا بود، ولی، با افزایش غلظت کادمیوم، به ‏طور معنی‏ داری از محتوی این رنگیزه ‏های فتوسنتزی کاسته شد. درصد حساسیت به تنش کادمیوم در گونه ‏های بنفش، سبز و زرد به ترتیب حدود 16، 66 و 71 درصد بود. مقایسه شاخص تحمل نشان داد گونه ‏های بنفش و زرد به ‏ترتیب بیشترین و کمترین تحمل به تنش کادمیوم را شامل شدند. به‌طورکلی، نتایج نشان داد که کلیه گونه‏ های فیسالیس تا سطح تنش کادمیوم 500 میکرومولار را تحمل کردند، اما از این سطح به بالا گیاهچه رشد نکرد. گونه زرد حساس‏ترین، گونة سبز محتمل‌تر از رقم زرد و گونه بنفش مقاوم ترین گونه‏ به تنش کادمیوم بودند. https://escs.birjand.ac.ir/article_3895_ee188463935a061dee6df8bf449cb882.pdf