تأثیر برخی قارچ های همزیست و نانوذرات آهن بر پارامترهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه دارویی خرفه (Portulaca oleracea L.) تحت تنش کادمیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری اکولوژی گیاهان زراعی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 گروه زراعت، پژوهشکده ژنتیک و زیست‌فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

4 گروه گیاهپزشکی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

امروزه آلودگی خاک به انواع فلزات سنگین مانند کادمیوم یکی از مشکلات زیست ­محیطی است که با اثرات زیان­آور بر گونه­های جانوری و گیاهی خاک، علاوه بر کاهش عملکرد گیاه، با ورود به زنجیره غذایی سلامت انسان و دیگر موجودات زنده را به مخاطره می­اندازد. یکی از روش­های پاک­سازی خاک­های آلوده به عناصر سنگین روش گیاه پالایی یعنی کشت گیاهان بیش انباشتگر در این نوع خاک­ها می­باشد از طرفی همزیستی قارچ­ها با ریشه­ی گیاهان کارایی گیاهان همزیست را در پالایش خاک­های آلوده افزایش می­دهد. به این منظور آزمایشی جهت بررسی تأثیر کاربرد برخی قارچ های همزیست و نانوذرات آهن بر پارامترهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه دارویی خرفه (Portulaca oleracea L.) تحت تنش کادمیوم، به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح عنصر کادمیوم (صفر، 25، 50 و 75 میلی­گرم در کیلوگرم خاک از منبع کلرید کادمیوم)، تیمار همزیستی قارچی در چهار سطح (عدم تلقیح و تلقیح با قارچ­های Chaetomium subaffine (SF)، Trichoderma atroviride (SN) و Trichoderma longibrachiatum) و محلول­پاشی نانوذرات آهن در سه سطح (صفر، 15/0 و 3/0 گرم در لیتر) بودند. نتایج نشان داد با افزایش غلظت کادمیوم خاک روند پاسخ ارتفاع بوته و قطر ساقه به صورت خطی و کاهشی (به ترتیب با 6/69 و 6/56 درصد نسبت به سطح شاهد) بود. در سطح صفر کادمیوم میزان سطح برگ در گیاهان تلقیح شده با قارچ T. longibrachiatum، 4/18 درصد نسبت به گیاهان شاهد (عدم تلقیح) افزایش یافت. در سطح 25 کادمیوم نیز افزایش 4/11 درصدی در گیاهان تلقیح شده با قارچ C. subaffine (SF) مشاهده شد. بیشترین محتوای کلروفیل a+b در تمامی غلظت­های محلول­پاشی نانوذرات آهن، در سطح 25 میلی­گرم در کیلوگرم کادمیوم خاک به دست آمد. در مجموع، برهمکنش قارچ‌های همزیست و محلول­پاشی نانو­ذرات آهن (به ویژه در غلظت 15/0 گرم در لیتر) اثر هم‌افزایی داشته و با تشدید اثرات مثبت یکدیگر باعث بهبود برخی از پارامترهای رشدی و غلظت کلروفیل در گیاه خرفه شد.

کلیدواژه‌ها


اصلانی، ز.، حسنی، ا.، رسولی صدقیانی، م.، سفیدکون، ف.، و بارین، م.، 1390. تأثیر دو گونه قارچ آربوسکولار مایکوریزا (Glomus mosseae و Glomus intraradices) بر رشد، مقادیر کلروفیل و جذب فسفر در ریحان (Ocimum basilicum L.) در شرایط تنش خشکی. مجله گیاهان دارویی و معطر ایران، شماره 27 (3) صص 471-486.
آقابابایی، ف.، رئیسی، ف.، و حسین پور، ع.، 1392. اثر کرم خاکی و قارچ میکوریزا بر زیست توده میکروبی و فعالیت آنزیمی در خاک­های آلوده شده به کادمیم در کشت آفتابگردان (Helianthus annuus L.)، نشریه آب و خاک، علوم و صنایع کشاورزی، شماره 27، صص 949-962.
بارنده، ف.، و کاووسی، ح.، 1395. اثر کلرید کادمیوم بر رنگیزه­های فتوسنتزی، محتوای پرولین، میزان پروتئین­های محلول و برخی آنزیم­های آنتی اکسیدانی در گیاهچه عدس، مجله فرآیند و کارکرد گیاهی، شماره 5(16)، صص 133-117.
پوراکبر، ل.، و اشرفی، ر.، 1390. اثر کادمیوم بر میزان تولید هیدروژن پراکسید و فعالیت برخی آنزیم­های آنتی اکسیدانی در گیاه ذرت، نشریه علوم دانشگاه تربیت مدرس، شماره 9، صص 484-473.
پیوندی، م.، کمالی جامکانی، ز.، و میرزا، م.، 1390. تأثیر نانو کلات آهن با کلات آهن بر رشد و فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان مرزه Satureja hortensis، مجله تازه­های بیوتکنولوژی سلولی- مولکولی، شماره 2(5)، صص32-25.
تفویضی، م.، متشرعزاده، ب.، و ثواقبی  غ.، 1393. بررسی اثر محلول­پاشی آهن و آلودگی سرب بر برخی صفات فیزیولوژی دو هیبرید ذرت علوفه­ای در یک خاک آهکی. نشریه علوم گیاهان زراعی ایران، شماره 45(2)، صص 226- 213.
تقوی قاسمخیلی، ف.، پیردشتی، ه.، تاجیک قنبری، م.ع.، و بهمنیار، م.ع.، 1393. تأثیر قارچ تریکودرما هارزیانوم (Trichoderma harzianum) و کادمیوم بر شاخص تحمل و عملکرد جو (Hordeum vulgare L.)، نشریه علمی  پژوهشی اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی، شماره 8 (4)، صص 482-465.
تقوی قاسمخیلی، ف.، پیردشتی، ه.، تاجیک قنبری، م.ع.، و بهمنیار، م.ع.، 1394. بررسی تأثیر قارچ تریکودرما و نیترات کادمیوم بر قابلیت جذب، انتقال و تجمع کادمیوم در گندم (Triticum aestivum L.)، نشریه تحقیقات کاربردی اکوفیزیولوژی گیاهی، شماره 2(1)، صص 16-1.
حسین­زاده، م.ه.، قلاوند، ا.، مشهدی اکبر بوجار، م.، مدرس ثانوی، س.ع.، و  مختصی بیدگلی، ع.، 1398. تغییرات مورفولوژیکی، زراعی، محتوی اسانس و روغن گیاه خرفه (Portulaca oleracea L.) تحت تأثیر خشکی، مایکوریزا و کود آلی/ شیمیایی نیتروژن، مجله تنش­های محیطی در علوم زراعی، شماره 12(3)، صص 864-831.
حیدری، م.، گلیج، م.، قربانی، ه. و برادران­فیروزآبادی، م.، 1394. تأثیر تنش خشکی و محلول پاشی نانواکسید آهن بر عملکرد دانه، محتوای یونی و رنگدانه های نورساختی کنجد، علومگیاهانزراعیایران، شماره 46(4)، صص 628-619.
خلیقی جمال آباد، ا.، و خارا، ج.، 1387. تأثیر قارچ میکوریزای آربوسکولار Glomus intraradices بر روی تنش اکسیداتیو برخی پارامترهای رشدی و فیزیولوژی در گیاه گندم رقم آذر2، مجله زیست شناسی ایران، شماره 21(5)، صص 15-1.
دالوندگماری ک.، و افتخاری س.ع.، 1397. تأثیرکادمیم بر صفات رویشی، شاخص­های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی تربچه نقلی (Raphanus sativus Lنشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، شماره 32 (3)، صص 529 - 517.
رفیعی، م.، مداح حسینی، ش.، حمیدپور، م.، و محمدی میریک، ع.ا.، 1397. برهمکنش کلرید سدیم و کادمیوم بر برخی صفات فیزیولوژیک و محتوای سدیم و کادمیوم ریشه و اندام هوایی خرفه (Portulaca oleraceaنشریه مدیریت خاک و تولید پایدار، شماره 8 (4)، صص 60-43.
سلطانی، ف.، قربانلی، م.، منوچهری کلانتری، خ.، 1385. اثر کادمیوم بر مقدار رنگیزه های فتوسنتزی، قندها و مالون دآلدئید در گیاه کلزا (Brassica napus L.)، مجله زیست شناسی ایران، شماره 2، صص 136-145.
شهقلی، ح.، طلائی، ق.ح.، و خواجه، م.، 1391. برهمکنش ریزسازواره­ها و کلات­ها بر پالایش عناصر سنگین توسط گیاهان، مجله ایمنی زیستی، شماره 5 (2)، صص 94-75.
صدوری، م.، و قرچه، ن.، 1392. نقش قارچ­های همزیست ریشه در احیای زمین­های آلوده به مواد سمی، دانش بیماری شناسی گیاهی، شماره 2(2)، صص60-45.
غفاری، ز.، داودی، م.ج.، و شهبازی، ک.، 1391. اصلاح آب­های آلوده به کادمیوم با استفاده از نانوذرات آهن صفر. اولین کنفرانس ملی نانو فناوری و کاربردهای آن در کشاورزی و منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی تهران، کرج. 26-27 اردیبهشت.
فلاح، س.، و سلطانی­نژاد، ف.، 1395. برهمکنش کادمیم و سطوح مختلف نیتروژن آلی و معدنی بر برخی خصوصیات فیزیولوژیک و مورفولوژیک گیاه دارویی خرفه (Portulaca oleraceaمجله علوم و فنون کشت­های گلخانه­ایی، شماره 7 (26)، صص 178-163.
کاشانی، آ.، پیردشتی، ه.، بی پروا، پ.، و عمادی، س.م.، 1398. پاسخ صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی کلزا (Brassica napus L.) به کاربرد نانوذرات آهن صفرظرفیتی پایدارشده تحت تنش شوری، مجله فرآیند و کارکرد گیاهی، شماره 8 (29)، صص113-95.
کاظم علیلو، س.، رسولی صدقیانی، م.، 1391. اثر آلودگی کادمیومی خاک بر برخی شاخص­های فیزیولوژیک گیاه بنگدانه (Hyoscyamus niger L.) در حضور و عدم حضور ریزجانداران محرک رشد گیاه، نشریه آب و خاک، شماره 22 (4)، صص 30-18.
کوچکی، ع.، و سرمدنیا، ع.، ترجمه. 1392. فیزیولوژی گیاهان زراعی. مشهد: انتشارات جهاد دانشگاهی (دانشگاه فردوسی مشهد).
محمدی کشکا، ف.، پیردشتی، ه.، یعقوبیان، ی.، و بهاری ساروی. س.ح.، 1395. تأثیر همزیستی قارچ­های Trichoderma virens و Piriformospora indica  به همراه باکتری Enterobacter .sp بر رشد رویشی و رنگیزه­های فتوسنتزی گیاه فلفل (Capsicum annuum L)، مجله اکوفیزیولوژی گیاهی، شماره 26، صص 133-121.
نوری آکندی، ز.، مکاریان، ح.، پیردشتی، ه.، عامریان، م.، برادران فیروزآبادی، م.، و تاجیک­قنبری، م.، 1398. شناسایی برخی قارچ­های اندوفیت در ریشه گیاهان علف چشمه (Nasturtium officinale) و اناریجه (Froriepia subpinnata). مجموعه خلاصه مقالات چهارمین کنگره قارچ­شناسی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران، 4-6 شهریور. صص 112.
نوری حسینی، م.، 1384. اثرات محلول پاشی و مصرف خاکی عناصر آهن و روی بر عملکرد و اجزاء عملکرد پنبه. چکیده مقالات نهمین کنگره علوم خاک، تهران، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری کشور، ایران، 6 شهریور. صص 98.
یعقوبیان، ی.، 1394. اثر قارچ­های Piriformospora indica و Trichoderma spp در تحمل به سمیت کادمیوم در گیاهان دارویی بادرنجبویه (Melissa officinalis L.) و خرفه (Portulaca oleracea L.). پایان نامه دکتری. دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان.
یعقوبیان، ی.، سیادت، س.ع.ا.، مرادی‌تلاوت، م.ر.، و پیردشتی، ه.ا.، 1395. کمی‌سازی پاسخ رشد رویشی و مؤلفه‌های فلورسانس کلروفیل گیاه دارویی بادرنجبویه (Melissa officinalis L.) به غلظت کادمیوم در خاک، نشریه پژوهش‌های تولید گیاهی، شماره 23(2)، صص 165- 185.
Akhtar, K., Akhtar, M.W., and A.M. Khalid. 2007. Removal and recovery of uranium from aqueous solutions by Trichoderma harzianum. Water Research. 41:1366-1378.
Auge, R.M., H.D. Toler, and A.M. Saxton. 2015. Arbuscular mycorrhizal symbiosis alters stomatal conductance of host plants more under drought than under amply watered conditions: a meta-analysis. Mycorrhiza. 25(1): 13-24.
Aydinalp, C., and S. Marinova. 2009. The effects of heavy metals on seed germination and plant growth on alfalfa (Medicago sativa) plant. Bulgarian Journal of Agricultural Science. 15: 347-350.
Barcelo, L., and C. Poschenriedr. 1990. Plant water relations as affected by heavy metal stress: A reaview. Journal of Plant Nutrition. 13:1-37.
Briat, J. F., Dubos, C., and F. Gaymard. 2015. Iron nutrition, biomass production, and plant product quality. Trends in Plant Science. 20(1): 33-40.
Demir, S. 2004. Influence of arbuscular mycorrhiza on some physiological growth parameters of pepper. Turkish Journal of Biology. 28: 85-90.
Feng, G., Li, X. L., Zhang, F. S., Tian, C.Y., and C. Tang. 2002. Improved tolerance of maize plant to salt stress by arbuscular mycorrhiza is related to higher accumulation of solouble sugars in roots. Mycorrhiza 12: 185-190.
Gaiero, J.R., McCall, C.A., Thompson, K.A., Day, N.J., Best, A.S., and K.E. Dunfield. 2013. inside the root microbiome: bacterial root endophytes and plant growth promotion. American Journal of Botany. 100: 1738-1750.
Greger, M., and E. Ogren. 1991. Direct and indirect effects of Cd on photosynthesis in sugar beet (Beta vulgaris). Physiologia Plantarum. 83: 129-135.
Hrynkiewicz, K., Dabrowska, G., Baum, C., Niedojad, K., and P. Leinweber. 2012. Interactive and single effects of ectomycorrhiza formation and Bacillus cereus on metallothionein MT1 expression and phytoextraction of Cd and Zn by willows. Water, Air and Soil Pollution. 223(3):957–968.
Huang, S., Wang, L., Liu, L., Hou, Y., and L. Li. 2014. Nanotechnology in agriculture, livestock, and aquaculture in china. A review. Agronomy for Sustainable Development. 35: 369–400.
Hussain, I., Ashraf, M.A., Rasheed, R., Asghar, A., Sajid, M.A., and M. Iqbal. 2015. Exogenous application of silicon at the boot stage decreases accumulation of cadmium in wheat (Triticum aestivum L.) grains. Brazilian Journal of Botany. 38(2): 223-234.
Jianpeng, F., Qinghua, S., Xiufeng, W., and W. Min. 2010. Silicon supplementation ameliorated the inhibition of photosynthesis and nitrate metabolism by cadmium toxicity Cucumis satvius L. Scientia Horticulturae. 123:521-530.
Kapoor, R., Sharma, D., and A.K. Bhatnagar. 2008. Arbuscular mycorrhizae in micropropagation systems and their potential applications. Scientia Horticulture. 116: 227-239.
Konate, A., He, X., Zhang, Z., Ma, Y., Zhang, P., Alugongo, G.M., and Y. Rui. 2017. Magnetic (Fe3O4) nanoparticles reduce heavy metals uptake and mitigate their toxicity in wheat seedling. Sustainability. 9 (790): 1-16.
Kristin, A., and H. Miranda. 2013. The root microbiotae-a fingerprint in the soil. Plant Soil. 370: 671-686.
Liamas, A., Ullrich, B., and A. Sanz. 2000. Cadmium effects on transmembrance electrical potential difference, respiration and membrane permeability of rice roots. International Journal of Plant and Soil Science. 219: 21-28.
Lukacov, Z., svubov, R., Kohanov, J., and A. Lux. 2013. Silicon mitigates the Cd toxicity in maize in relation to cadmium translocation, cell distribution, antioxidant enzymes stimulation and enhanced endodermal apoplasmic barrier development. Plant Growth Regulation. 70(1): 89-103.
Lutts, S., Kinet, J.M., and J. Bouharmont. 1995. Changes in plant response to NaCl during development of rice (Oryza sativa L.) varieties differing in salinity resistance. Journal of Experimental Botany. 46: 1843–1852.
Mazhabi, M., Nemati, H., Rouhani, H., Tehranifar, A., Moghadam, E.M., Kaveh, H., and A. Rezaee. 2011. The effect of Trichoderma on polianthes qualitative and quantitative properties. Journal of Animal and Plant Sciences. 21(3): 617-621.
Naderi, M., Danesh-Shahraki, A., and R. Naderi. 2013. The role of nanotechnology in improving the use efficiency of nutrients and chemical fertilizers. Mon Nanotechnology. 11 (12): 16 - 32.
Oelmuller, R., Sherameti, I., Tripathi, S., and A. Varma. 2009. Piriformospora, a cultivable root endophyte with multiple biotechnological applications. Symbiosis. 49: 1-17.
Porra, R.J. 2002. The chequered history of the development and use of simultaneous equations for the accurate determination of chlorophylls a and b. Photosynthesis Research. 73(1): 149-156.
Sanita, D.T., and R. Gabbrielli. 1999. Response to cadmium in higher plants- review. Environmental and Experimental Botany. 41:105-130.
Savasari, M., Emadi, M., Bahmanyar, M.A., And P. Biparva. 2015. Optimization of Cd (II) removal from aqueous solution by ascorbic acid-stabilized zero valent iron nanoparticles using response surface methodology. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 21: 1403-1409.
Schonfeld, M.A., Johnson, R.C., Carver, B., and D.W. Morhinweg. 1988. Water relation in winter wheat as drought resistance indicator. Crop Science. 28: 526-531.
Sheoran, V., Sheoran, A.S., and F. Navari-Izzo. 2016. Factors affecting phytoextraction: A review. Pedosphere 26(2): 148–166.
Shi, G., Liu, C., Cai, Q., Liu, Q., and C. Hou. 2010. Cadmium accumulation and tolerance of two safflower cultivars in relation to photosynthesis and antioxidative enzymes. Bulletin of Environmental Contam Toxicology. 85(3):256-63. 
Soltani, A., Hammer, GL., Torabi, B., Robertson, M.J., and E.  Zeinali. 2006. Modeling chickpea growth and development: phonological development. Field Crops Research. 99: 1-13.
Sun, Y.M., Horng, C.Y., Chang, F.L., Cheng, L.C., and W.X. Tian. 2010. Biosorption of lead, mercury and cadmium ions by Aspergillus tereuss immobilized in a natural matrix. Polish Journal of Microbiology. 59 (1): 37-44.
Suzuki, M., Takeda, S., Teraoka-Nishitani, N., Yamagata, A., Tanaka, T., and M. Sasaki. 2017. Cadmiuminduced malignant transformation of rat liver cells: Potential key role and regulatory mechanism of altered apolipoprotein expression in enhanced invasiveness. Toxicology. 382: 16-23.
Tiwari, K., Dwivedi, S., Mishra, S., Srivastava, S., Tripathi, R., Singh, N., and S. Chakraborty. 2008. Phytoremediation efficiency of Portulaca tuberosa rox and Portulaca oleracea L. naturally growing in an industrial effluent irrigated area in Vadodra, Gujrat, India. Environmental Monitoring and Assessment. 147(1-3): 15- 22.
Vassilev, A., and I. Yordanov. 1997. Reductive analysis of factors limiting growth of cadmium - treated plants: A review. Plant Physiology. 23:114-133.
Wang B., Liu L., Gao Y., and J. Chen. 2009. Improved phytoremediation of oilseed rape (Brassica napus) by Trichoderma mutant constructed by restriction enzyme-mediated integration (REMI) in cadmium polluted soil. Chemosphere. 74: 1400–1403.
Xue, Z., Gao, C., Y, H., and L.T. Zhang. 2013. Effects of cadmium on growth, photosynthetic rate and chlorophyll content in leaves of soybean seedlings. Biologia Plantarum. 57: 587-59.
Zago, M.P., and P.I. Oteiza. 2001. The antioxidant properties of zinc: Interactions with iron and antioxidants. Free Radical Biology and Medicin. 31:266-274.
Zarea, M.J., Hajinia, S., Karimi, N., Mohammadi Goltapeh, E., Rejali, F., and A. Varma. 2012. Effect of Piriformospora indica and Azospirillum strains from saline or non-saline soil on mitigation of the effects of NaCl. Soil Biology and Biochemistry. 45: 139-146.
Zhang, M., He, F., Zhao, D., and X. Hao. 2011. Degradation of soil sorbed trichloroethylene by stabilized zero valent iron nanoparticles: Effects of sorption, surfactants, and natural organic matter. Water Research. 45: 2401-2414.