نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد رشته بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

2 هیئت‌علمی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

3 دانشجوی دکتری رشته بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

چکیده

فلزات سنگین به عنوان یکی از مشکلات زیست محیطی مهم بوده که به دلیل سمیت حاصل از تجمع در خاک، تولید گیاهان زراعی و باغی از جمله گیاهان دارویی را تحت تاثیر قرار داده و منجر به کاهش رشد، عملکرد و کیفیت این گیاهان می‌شود. جذب فلز سنگین کادمیوم توسط گیاهان نیز منجر به ایجاد اختلال در انواع واکنش‌های متابولیکی و نیز غیرفعال‌سازی بسیاری از فرایندهای حیاتی سلول می‏شود. در سال‏های اخیر بکارگیری از انواع نانومواد با هدف نقش حمایتی و بهبود عملکرد در زمینه کشاورزی و تولید مواد غذایی مورد بررسی گسترده قرار گرفته است. با توجه به اینکه سیلیکون دومین عنصر فراوان خاک است و سبب کاهش تاثیر تنش‌های زیستی و غیرزیستی می‌شود، در این پژوهش تاثیر کادمیوم (صفر، 81 و 243 میکرومولار) و نانوسیلیکون ( صفر و 1.5 میلی‌مولار) در سه بازه زمانی 24 ساعت، یک هفته و دو هفته پس از اعمال تیمار بر گیاه گاوزبان اروپایی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش غلظت کادمیوم از 81 به 243 میکرومولار میزان پروتئین کل کاهش و میزان پراکسید هیدروژن و مالون‌دی‌آلدئید افزایش یافت. حضور 1.5 میلی‏ مولار نانوسیلیکون باعث کاهش اثرات تخریبی کادمیوم شده به گونه‌ای که میزان تجمع کادمیوم در تیمار کادمیوم 243 میکرومولار+ نانوسیلیکون 1.5 میلی‏ مولار و میزان پراکسید هیدروژن و مالون دی آلدئید در هر دو غلظت، 81 و 243 میکرومولار بطور معنی‌داری در مقایسه با تیمار بدون نانوسیلیکون کاهش یافته است. بنابراین، نتایج این پژوهش نشان داد که کاربرد نانوسیلیکون در خاک‌های آلوده به کادمیوم می‏تواند به عنوان ایده‏ای در جهت افزایش کیفیت و تولید گیاه گاوزبان اروپایی باشد و اثرات نامطلوب تنش کادمیوم را بهبود بخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

 
Aksoy, M., Ssechln Dlnler, B., 2012. Changes in pysiological parameters and some antioxidant enzymes activities of soybean (Glycine max L. Merr.) leaves under cadmium and salt stress. Journal of Stress Physiology & Biochemistry. 8, 179-190.
Alizadeh Oskooi, P., Ali Asgharzad, N., Shariatmedari, H., Asgharzadeh, S., 2009. The effect of two species of mycorrhizal fungi on reducing cadmium toxicity in tomato plants with different levels of phosphorus. Journal of Soil Research (Soil and Water Sciences). 23, 15-29. [In Persian with English summary].
Ashraf, M., 2009. Biotechnological approach of improving plant salt tolerance using antioxidants as markers. Biotechnology Advances. 27, 84-93.
Bates, L.S., Waldren, R.P., Teare. I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil. 39, 205-207.
Bian, Z.H., Cheng, R.F., Yang, Q.C., Wang, J., Lu. C.G., 2016. Continuous light from red, blue, and green light- emitting diodes reduces nitrate content and enhances phytochemical concentrations and antioxidant capacity in lettuce. Journal of American Society for Horticultural Science. 141, 186–195.
Bradford, M.M., 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 72, 248-254.
Brecht, M., Krauss, A., Muhammad, S., Sinai Esfahani, L., Bellanca, S., Margrie, T.W., 2004. Organization of rat vibrissa motor cortex and adjacent areas according to cytoarchitectonics, microstimulation, and intracellular stimulation of identified cells. Journal of Comparative Neurology. 479, 360-373.
Bienert, G.P., Schűssler, M.D., Jahn, T.P., 2008. Metalloids: essential, beneficial or toxic? Major intrinsic proteins sort it out. Trends in Biochemical Sciences, 33, 20–26.
Chang, C.J., Koa, C.H., 1988. H2O2 metabolism during senescence of rice leaves changes in enzyme activities in light and darkness. Plant Growth Regulation. 25, 11-15.
Clemens, S., Aarts, M.G., Thomine, S., Verbruggen, N., 2013. Plant science: the key to preventing slow cadmium poisoning. Trends in Plant Science. 18, 92-99.
Gallego, S.M., Pena, L.B., Barcia, R.A., Azpilicueta, C.E., Iannone, M.F., Rosales, E.P., Benavides. M.P.. 2012. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms. Environmental and Experimental Botany. 83, 33-46.
Hajiboland, R., Cheraghvareh, L., 2014. Influence of Si supplementation on growth and some physiological and biochemical parameters in salt- stressed tobacco (Nicotiana rustica L.) plants. Journal of Sciences. 25, 205-217.
Heath, R.L., Packer, L., 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplast, kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Biochemistry Biophysics. 125, 189-198.
Hegedus, A.S., Horvath, G., 2001. Comparative studies of H2O2 detoxifying enzymes in green and greening barley seedling under cadmium stress. Plant Science. 160, 1085- 1093.
Hoagland, D.R., Arnon, D.I., 1950. The water-culture method for growing plants without soil. Circular. California Agricultural Experiment Station. 347p.
Hossain, M.A., Piyatida, P., da Silva, J.A.T., Fujita, M., 2012. Molecular mechanism of heavy metal toxicity and tolerance in plants: central role of glutathione in detoxification of reactive oxygen species and methylglyoxal and in heavy metal chelation. Journal of Botany. 32, 1–37.
Hussain, I., Ashraf, M.A., Rasheed, R., Asghar, A. Sajid, M.A., Iqbal, M., 2015. Exogenous application of silicon at the boot stage decreases accumulation of cadmium in wheat (Triticum aestivum L.) grains. Brazilian Journal of Botany 38, 223-234.
John, R., Ahmad, P., Gadgil, K., Sharma, S., 2008. Effect of cadmium and lead on growth, biochemical parameters and uptake in Lemna polyrrhiza L. Plant, Soil and Environment. 54, 262–270.
Kar, M., Mishra, D., 1976. Catalase, peroxidase, and polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence. Plant Physiology. 57, 315-319.
Khan, M.H., Panda, S.K., 2008. Alterations in root lipid peroxidation and antioxidative responses in two rice cultivars under NaCl-salinity stress. Plant Physiology. 30, 81-89.
Liu, D., Jiang, W., Gao, X., 2003. Effects of cadmium on root growth, cell division and nucleoli in root tip cells of garlic. Biologia Plantarum. 47, 79-83.
Lutts, S., Majerus, V., Kinet, J.M., 1999. NaCl effects on proline metabolism in rice (Oryza sativa) seedlings. Physiologia Plantarum. 105, 450–458.
Matejovic, I., Durackova, A., 1994. Comparison of microwave digestion, wet and dry mineralization, and solubilization of plant sample for determination of calcium, magnesium, potassium, phosphorus, sodium, iron, zinc, copper, and manganese. Communications in soil science and plant analysis. 25(9-10), 1277-1288.
Moghadam Ali, M.A., Ramezani, A., Mansuri Far, S., Aslani, K.S., Moradi-Ghahderijani, M.M., Jamian, S.S., 2013. Application of silicon ameliorates salinity stress in sunflower (Helianthus annuus L.) plants. International Journal of Agriculture and Crop Sciences. 6, 1367-1372.
Mohsenzadeh, S., Shahrtash, M., Mohabatkar, H., 2011. Interactive effects of salicylic acid and silicon on some physiological responses of cadmium-stressed maize seedlings. Iranian Journal of Science and Technology Transaction A- Science. 201, 57-60.
Pei, Z.F., Ming, D.F., Liu, D., Wan, G.L., Geng, X.X., Gong, H.J., Zhou, W.J., 2010. Silicon improves the tolerance to water-deficit stress induced by polyethylene glycol in wheat (Triticum aestivum L.) seedling. Journal Plant Growth Regulation. 29, 106-115.
Rizwan, M., Ali, S., Rehman, M.Z., Rinklebe, J., Tsang, D.C., Bashir, A., Maqbool, A., Tack, F.M., Ok, Y.S., 2018. Cadmium phytoremediation potential of Brassica crop species: a review. Science of the Total Environment. 631, 1175–1191.
Sheikhzadeh, P., Zare, N., Mahmoudi, F., 2020. The synergistic effects of hydro and hormone priming on seed germination, antioxidant activity and cadmium tolerance in borage. Acta Botanica Croatica. 80, https://doi.org/10.37427/botcro-2021-007
Shi, G.R., Cai, Q.S., Liu, C.F., Wu, L., 2010. Silicon alleviates cadmium toxicity in peanut plants in relation to cadmium distribution and stimulation of antioxidative enzymes. Plant Growth Regulation. 61, 45-52.
Song, A., Li, Z., Zhang, J., Xue, G., Fan, F., Liang, Y., 2009. Silicon-enhanced resistance to cadmium toxicity in Brassica chinensis L. is attributed to Si-suppressed cadmium uptake and transport and Si enhanced antioxidant defense capacity. Journal of Hazardous Materials. 172, 74-83.
Spurvey, S. A., Shahidi, F., 2000. Concentration of gamma linolenic acid (GLA) from borage oil by urea complexation: optimization of reaction conditions. Journal of Food Lipids, 7, 163-174.
Velikova, V., Yordanov, I., Edreva, A., 2000. Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants: protective role of exogenous polyamines. Plant Science. 151, 59-66.
Wang, L., Zhou, Q., Ding, L., Sun, Y., 2008. Effect of cadmium toxicity on nitrogen metabolism in leaves of Solanum nigrum L. Journal of Hazard Mater. 154, 818-825.
Zofan, P., Nissi, E., Rastgarzade, S., 2019. Assessment of some growth indices and Cd accumulation in shoots and roots of Malva parviflora L. under hydroponic system. Journal of Plant Research, 31, 316-331.
Zhu, G.X., Guo, Q.J., Xiao, H.Y., Chen, T.B., Yang, J., 2017. Multivariate statistical and lead isotopic analyses approach to identify heavy metal sources in topsoil from the industrial zone of Beijing capital iron and steel factory. Environmental Science and Pollution Research. 24, 14877–14888.