مقاله مطالعه رشد و واکنش دفاعي ريشه گياهان در خاکهاي آلوده به نفت

توضیحات پروژه

  مقاله مطالعه رشد و واکنش دفاعي ريشه گياهان در خاکهاي آلوده به نفت دارای 13 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله مطالعه رشد و واکنش دفاعي ريشه گياهان در خاکهاي آلوده به نفت  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي مقاله مطالعه رشد و واکنش دفاعي ريشه گياهان در خاکهاي آلوده به نفت،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد

بخشی از متن مقاله مطالعه رشد و واکنش دفاعي ريشه گياهان در خاکهاي آلوده به نفت :

مقدمه

ریشه گیاهان بدلیل ارتباط مستقیم با خاك بیشترین تأثیرپذیری را از محیط و محتوای خاك دارد. در صورت وجود هر نوع شرایط نامطلوب خاك اعم از شوری، خشکی، شرایط غرقابی و وجود آلایندهها و سموم در خاك، ریشه در دسترسترین اندام گیاه برای آسیبپذیری و واکنش در برابر این تنشهاست. در خاکهای آلوده پاسخ ریشه گیاهان در مقابله با سموم یا آلایندهها شامل حذف، تجزیه و غیرفعال سازی آنهاست.

گیاهان آلایندهها را از طریق ریشه خود جذب نموده و بعد طی فرایندهایی آن را ذخیره (Phytoextraction) یا تجزیه

(Phytodegradation) میکنند .(28)

در خاکهای آلوده به مواد آلی شیمیایی گیاهان اثرات گیاه پالایی (Phytoremediation) خود را بر روی آلایندهها، با تحریک میکروارگانیسمهای ریزوسفر جهت تجزیه این سموم اعمال میکنند که به آن فرایند Rhizodegradation

میگویند (گیاهان جمعیت میکربهای محیط ریشه را با ترشحات کربنی، آنزیمی، مواد مغذی، انرژی و گاهی اوقات اکسیژن تحریک و حمایت میکنند) 5)، 8 و.(26

نوع ترشحات ریشه گیاهان میتواند بر نوع برهمکنش گیاهان و میکروارگانیسمهای خاك تأثیر بگذارد. این برهمکنشها با توجه به نوع ترشحات، میتواند اختصاصی یا غیر اختصاصی باشد .(23)

500

مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 26، شماره 4، 1392

برهمکنشهای اختصاصی زمانی روی میدهد که ترشحات ریشه گیاهان یک ترکیب شیمیایی خاص را در پاسخ به حضور نوعی آلاینده ترشح کنند .(27) در برهمکنشهای غیر اختصاصی مواد شیمیایی مشابهی از ریشه گیاهان در پاسخ به انواع آلایندهها ترشح میشوند.

آلایندههای نفتی نیز ازجمله ترکیباتی هستند که گیاهان آن را با کمک میکربها و یا پس از جذب بطور مستقیم تجزیه میکنند 10)و .(13 گیاهان بسیاری بهعنوان گیاهان مقاوم به آلودگی نفتی توسط محققان مختلف شناسایی و معرفی شدهاند .(12) از اولین علائم مسمومیت ناشی از هیدروکربنهای نفت خام بر روی گیاهان کاهش رشد است

6) و.(21

میزان تحمل به ترکیبات نفت خام در گیاهان مختلف متفاوت است. اگر سطح آلودگی نفتی خاك در حد تحمل گیاه باشد، گیاه میتواند بخوبی رشد کند، بدون اینکه علائم آسیب در آن نمایان گردد. در سال 1994، دیوید و همکاران با بررسی یونجه در خاکهای آلوده به تولوئن دریافتند که یونجه به مدت یکسال در خاکی با غلظت ppm
500 تولوئن که از رطوبت اشباع باشد، فعالانه رشد میکند. زمانیکه سطع آلودگی خاك در حد بحرانی باشد، علائم آسیب در گیاهان نمایان میگردد. دانهرستهای ذرت با افزایش غلظت نفت خام تا حد %10 v/w در خاك، علائمی ازجمله زردی برگ، تشکیل نقاط بافت مردگی در برگها، کمبود آب و توقف رشد را نشان میدهند .(25) از اولین علائم آسیب ریشه گیاهان در غلظتهای بحرانی هیدروکربنهای نفت خام کاهش بیوماس ریشه و تغییر ساختمان ریشه در برخی گونههاست که در مطالعات بسیاری از محققان گزارش شده است 17)و.(29

هیدروکربنها قادرند ریشه گیاهان را بپوشانند و مانع دسترسی ریشه به آب و مواد مغذی گردند .(15) این مسئله منجر به کاهش رشد و تولیدات ریشه میگردد و بر قابلیت ترشح ریشه نیز تأثیرگذار است.

آنچه مسلم است اینکه ریشه گیاهان بدلیل تماس مستقیم با ترکیبات نفتی در مقایسه با سایر اندامهای گیاه تأثیر بیشتری بر روی آلاینده و میکروارگانیسمهای خاك دارد و از طرف دیگر خود نیز از نظر عملکرد، رشد و ساختار تغییرات بیشتری را متحمل میشود. میزان آسیبپذیری ریشه و نحوه عملکرد آن نه تنها تعیین کننده دوام و پایداری گیاه در شرایط آلوده است بلکه کارایی گیاه را در پروسه گیاه پالایی کاملا تحت تأثیر قرار می دهد.

در این مطالعه تغییرات و عملکرد ریشه برخی گیاهان در خاکهای آلوده به پسابهای نفتی مورد بررسی قرار گرفت.

از سه گیاه ذرت (Zea mays)، جودوسر (Avena sativa) و

آفتابگردان (Helianthus annus) در این پژوهش استفاده شد. این گیاهان دارای پتانسیل قابل توجهی در تحمل محیطهای آلوده به نفت میباشند و از آنها در بسیاری از مطالعات گیاه پالایی ترکیبات نفتی استفاده شده است 6)

و.(20 لازم به ذکر است که جودوسر از گیاهان بومی اطراف پالایشگاه تهران است. در این مطالعه از خاکهای آلوده پوند 4 پالایشگاه تهران استفاده شد که قدمت آلودگی نفتی آن بالغ بر 50 سال بود. پس از انجام نمونهبرداری و تعیین میزان کل ترکیبات نفتی خاك، بذر گیاهان در خاکهای آلوده و غیرآلوده، درون گلدان کشت شد. 4 هفته پس از جوانه زنی، رشد ریشه و غلظت کل پروتئینهای ریشه اندازهگیری شد. پس از 8 هفته جمعیت میکربی محیط ریشه گیاهان و تغییرات آناتومیک بافتهای ریشه بررسی گردید.

مواد و روشها

نمونهبرداری و آماده سازی خاك: در منطقه آلوده، آلودگی به شکل لکههایی در سطح خاك نمایان بود و خاك از نظر آلودگی همگن نبود. نمونهبرداری در دو محل و از دو عمق خاك آلوده صورت گرفت. در محل اول، نمونهبرداری تا عمق 50 سانتیمتری از سطح خاك انجام شد. ترکیبات نفتی این خاك به رنگ قهوهای تیره، چسبناك

501

مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 26، شماره 4، 1392

و بشدت آبگریز بود و خواص ظاهری آن به ترکیبات نفتی سنگین یا سوختهای دیزلی نزدیک بود. در محل دوم، نمونهبرداری در عمق 50 تا 100 سانتیمتری سطح خاك انجام شد. ترکیبات نفتی خاك در این عمق شفاف و زرد رنگ، با ویسکوزیته اندك و خواص آبگریزی میانهای بود.

همچنین از یک ناحیه غیرآلوده این منطقه بهعنوان خاك شاهد تا عمق 50 سانتیمتری از سطح خاك نمونهبرداری شد. خاکهای آلوده پس از انتقال به آزمایشگاه در شرایط هوا خشک شدند و بعد با غربالهای 2 میلیمتری الک شدند تا ذرات آلاینده بطور یکنواخت در بافت خاك پخش شود، سپس خاکهای آلوده محل اول و دوم به نسبت

1 به 1 با هم مخلوط شدند. این خاك جهت کشت و مطالعه گیاهان مورد استفاده قرار گرفت.

تعیین میزان ترکیبات نفتی خاك: 5 گرم خاك پس از توزین به درون یک بالن 100 میلی لیتری ریخته شد و ترکیبات نفتی موجود در آن با استفاده از گزیلن به مقدار

mL 50 در چند مرحله استخراج شدند. در هر بار گزیلن

mL10 به خاك اضافه شد و مخلوط حاصل با دور شدید شیکر شد. سپس محلولهای استخراجی به لولههای سانتریفوژ منتقل گردیدند. لولهها بمدت 15 دقیقه و با سرعت 67g در دستگاه سانتریفوژ مدل Beckman

سانتریفوژ شدند. جذب روشناور حاصل از سانتریفوژ ترکیبات نفتی با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر UV-visible مدل Philips در طول موج 425 نانومتر بررسی شد. بهمنظور رسم منحنی استاندارد از غلظتهای 1 تا 8 ppm نفت کرایزن استفاده شد .(18)

تهیه بذر و روش کشت: بذرهای رقم SC700 ذرت و همچنین رقم آذر گل آفتابگردان از مؤسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شدند. بذر علف جودوسر از ذخایر موجود در آزمایشگاه گیاهشناسی دانشگاه الزهرا تهیه شد.

ابتدا بذر گیاهان از نظر قوه نامیه بررسی شدند. سپس

بذرها در گلدان و در دو نوع تیمار خاك آلوده و شاهد کشت شدند. آبیاری در حد ظرفیت زراعی انجام شد.

بررسی رشد و تغییرات ریشه: چهار هفته پس از جوانهزنی، جهت بررسی ریشه ابتدا گیاه (چهار نمونه از هر نوع گیاه) را با احتیاط از گلدان خارج کرده، بطوریکه ریشه گیاه آسیب نبیند و پاره نشود. سپس گیاه با آب شستشو داده شد تا کلیه ذرات خاك از ریشه شسته شود. ریشه گیاهان از نظر رشد طولی ارزیابی و محاسبه شدند.

سنجش پروتئین : با جدا کردن ریشه از گیاهان، نمونههای ریشهای جهت استخراج پروتئین از ریشه بدست آمدند.

نسبت بافر استخراج به نمونه 1 به 2 بود. به این منظور از بافر فسفات سدیم 0/2 مولار (pH=7/5) استفاده شد.

استخراج پروتئین درهاون چینی و تمامی مراحل در سردخانه و در دمای 4-0 درجه سانتیگراد انجام شد. به این منظور پس از افزودن بافر استخراج، عمل سائیدن در هاون بمدت 30 دقیقه ادامه یافت تا اینکه نمونهها همگن شدند.

سپس همگنای حاصل به لوله سانتریفوژ منتقل شد و با استفاده از دستگاه سانتریفوژ مدل (LE80K) Beckman در دمای 4 درجه سانتیگراد با سرعت 11326g بمدت 45

دقیقه سانتریفوژ شد. پس از پایان سانتریفوژ محلول روشناور از6 لایه پارچه ململ عبور داده شد. سپس سنجش پروتئین به روش برادفورد (1976) انجام شد و به منظور تهیه محلول استاندارد از غلظتهای مختلف سرم آلبومین گاوی استفاده شد. سری غلظتهای محلول استاندارد 40/5،50،5،2،0،10،15،20،25،30 میلیگرم بر میلی لیتر بدست آمدند. جذب هر نمونه پس از 15 دقیقه بوسیله دستگاه اسپکتروفتومتر UV-visible مدل Philips

در طول موج 595 نانومتر قرائت شد.

تعیین جمعیت میکربهای خاك : هشت هفته پس از جوانهزنی جمعیت میکربهای محیط ریشه تعیین شد.

تعدادی گلدان حاوی خاك آلوده و فاقد گیاه بهعنوان شاهد در همان شرایط محیطی گلدانهای حاوی گیاه بمدت هشت

502

مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 26، شماره 4، 1392

هفته آبیاری شدند تا جمعیت میکربهای خاك صرفنظر از اثرات تحریک کنندگی ریشه گیاهان تعیین گردد. به یک گرم خاك محیط ریشه هر تیمار، آب مقطر استریل به میزان
mL 9 اضافه شد و به مدت 5 دقیقه شیکر شد تا میکربهای چسبیده به ذرات خاك جدا شوند. از روشناور بالای رسوب، رقتهای 10-1، 10 -2،10 -3،10 -4،10 -5،10 -6و-7
10 در آب مقطر استریل تهیه گردید.

کشت میکربهای هوازی: یک میلی لیتر از سوسپانسیون میکربی رقیق نشده و از هر رقت 1 میلی لیتر در پلیتهای استریل ریخته شد و بعد mL 20 -15 محیط کشت حاوی آگار با دمای 50- 45 درجه سانتی گراد به هر پلیت اضافه شد. پس از منعقد شدن آگار پلیتها در حرارت 30-25

درجه سانتی گراد بمدت 72-48 ساعت انکوبه شدند.

کشت میکربهای بی هوازی: 5 میلی لیتر محیط کشت حاوی آگار (nutrient agar) در پلیت استریل 8 میلی لیتری ریخته شد، بعد از منعقد شدن آگار mL 0/5 از هر رقت در هر پلیت ریخته و پخش گردید. آنگاه 15-10 میلی لیتر آگار مغذی 45 درجه سانتیگراد مجددا روی هر پلیت ریخته شد و پس از منعقد شدن آگار، پلیتها در ظرف کشت بی هوازی و در دمای 37 درجه بمدت 36-24
ساعت قرار داده شدند. برای تعیین جمعیت میکربهای خاك، پلیتی برای شمارش انتخاب شد که حاوی 100-20

کلنی بود. بعد از شمارش با در نظر گرفتن رقت هر پلیت،

تعداد میکربها در یک میلی لیتر محلول خاك رقیق شده که معادل (n)10x است، بدست آمد که در آن n معادل تعداد کلنی و x معادل ضریب رقت است .(14)

مطالعات آناتومیک : بهمنظور مطالعات آناتومیک از گیاهان

8 هفتهای استفاده شد. از ریشه گیاهان 7 تا 11 برش عرضی به ضخامت یک لایه سلول و به روش دستی تهیه شد. پس از قرار دادن و شستشوی نمونهها بهترتیب در آب ژاول 1 بمدت 20 دقیقه و اسید استیک 1 بمدت 1

دقیقه نمونهها رنگآمیزی شدند. رنگآمیزی بوسیله کارمن زاجی و سبزمتیل انجام شد. نمونههای رنگآمیزی شده با استفاده از میکروسکوپ نوری Olympus مدل BX51TF

بررسی شدند.

تجزیه و تحلیل آماری دادهها: کلیه آزمایشات در چهار تکرار انجام شد. تجزیه آماری دادهها با روش تجزیه واریانس (ANOVA) بوسیله نرمافزار spss انجام شد. برای مقایسه میانگین دادهها از آزمون Tukey استفاده شد.

نتایج

میانگین غلظت نفت در خاك مورد آزمایش حدود 21600mg/kg بدست آمد. مطالعه ریشه گیاهان بیانگر آسیبپذیری بیشتر ذرت در مواجه با آلایندههای نفت در مقایسه با گیاهان دیگر بود. هر چند هر سه گیاه واکنش دفاعی قابل توجهی در سطح ریشه و خاك نشان دادند.

جدول -1 نتایج اندازهگیری طول ریشه و غلظت پروتئین در تیمارهای آلوده و شاهد (میانگین±انحراف معیار).

غلظت پروتئین (mg/g) طول ریشه (cm) گیاهان

شاهد آلوده شاهد آلوده

0/0026±0/0002b 0/0063 ±0/0002a 28/4±8/3a 24/8±5/7b ذرت
0/0061 ±0/0003b 0/012 ±0/0009a 8/4 ±8/9b 13/6±8/1a آفتابگردان
0/035 ±0/007b 0/75 ± 0/01a 7/3±9/3a 3/4±5/9b جودوسر

تفاوت میانگینها در سطح (p< 0/05) معنیدار است.

503

مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 26، شماره 4، 1392

بررسی رشد گیاهان در ذرت و جودوسر نمایانگر اثرات ریشه گیاهان مبین افزایش قابل توجه غلظت پروتئین هر
منفی هیدروکربنهای نفت خام بر رشد ریشه این گیاهان سه گیاه در خاك آلوده بود. هرچند این افزایش در ریشه
بود، درحالیکه در آفتابگردان ریشه آلوده افزایش جودوسر آلوده بسیار چشمگیر بود (جدول .(1
معنیداری در رشد داشت. اندازهگیری غلظت پروتئین

تعداد میکربها در هر میلی لیتر سوسپانسیون رقیق

نشده میکربی

1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
0

فاقد گیاه جودوسر آفتابگردان ذرت

ب

جمعیت

تعداد میکربها در هر میلی لیتر سوسپانسیون رقیق

نشده میکربی

1400

1200
1000

800
600

400
200

0

فاقد گیاه جودوسر آفتابگردان ذرت

الف

جمعیت

شکل – 1 مقایسه میانگین جمعیت میکربهای محیط ریشه گیاهان با تیمار شاهد (خاك آلوده فاقد گیاه) الف: میکربهای هوازی ب:

میکربهای بی هوازی (تفاوت میانگینها در سطح (p< 0/05) معنیدار است).

ث پ الف

60µm 200µm 200µm
ج ت ب

60µm 200µm 200µm

شکل -2 مقایسه تغییرات بافتهای ریشه گیاهان در خاکهای آلوده و غیرآلوده یا شاهد در برش عرضی ریشه الف: آفتابگردان غیرآلوده ب: آفتابگردان آلوده پ: جودوسر غیرآلوده ت: جودوسر آلوده ث: ذرت غیرآلوده ج: ذرت آلوده

504

Calopogonium mucunoides
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) جلد 26، شماره 4، 1392

اثرات تحریک کننده ریشه کلیه گیاهان بر رشد و توسعه جمعیت میکربهای خاك جالب توجه بود. این در حالیست که ریشه برخی گیاهان مثل ذرت با وجود آسیبپذیری و پارگی بافت پارانشیم (نتایج آناتومیک) در تحریک میکروارگانیسمهای خاك آلوده عملکرد مؤثری داشت.

ذرت و آفتابگردان در تحریک میکربهای بی هوازی و جودوسر در تحریک میکربهای هوازی محیط ریشه مؤثر بودند، در مقابل جمعیت میکربهای هوازی ذرت و آفتابگردان و همچنین جمعیت میکربهای بی هوازی در جودوسر کاهش قابل توجهی در مقایسه با خاك شاهد داشت (شکل .(1 در مطالعات میکروسکوپی مقایسه بافتهای ریشه گیاهان آلوده و غیرآلوده تغییر ساختاری یا آسیب جدی را در ریشه آفتابگردان و جودوسر نشان نداد.

در ذرت از هم گسیختگی بافت پارانشیم و آسیبدیدگی سلولها واضح بود و در بعضی قسمتها پارگی بافت عمیقتر بود ( شکل .(2
بحث

از اولین علائم مسمومیت گیاهان در خاکهای آلوده به نفت بازدارندگی رشد و بعد کاهش رشد است. خاصیت آبگریزی ترکیبات نفتی موجب تغییر رفتار خاك و ناهمگن شدن انتشار آب در خاك میگردد. این مسئله موجب کمبود آب در خاك و ایجاد شرایط خشکی در خاك میشود و قابلیت دسترسی گیاهان به آب و مواد مغذی کاهش مییابد (2)، در نتیجه رشد و تولیدات گیاهی کاهش مییابد. کاهش رشد گیاهان بهویژه ریشه در مطالعات بسیاری از محققان گزارش شده است 17)و.(29

مطالعات بنگوش در سال 2003 نشان داد که وجود نفتهای سنگینی مثل آسفالتن در خاکهای آلوده به نفت موجب بوجود آمدن نوعی نیروی مکانیکی مقاوم در خاك میگردد که طویل شدن ریشههای گیاهان را کند میسازد. کاهش رشد طولی ریشه ذرت و جودوسر با توجه به ویژگیهایی که از خاکهای آلوده پالایشگاه ذکرشد، بعلت بالا بودن

میزان نفتهای سنگین در این خاکها بود. اما ریشه آفتابگردان در شرایط آلوده افزایش رشد را نشان داد. در سال 2004
مطالعات مرك و همکاران بر روی گیاهان گرمسیری در خاکهای آلوده به نفت خام نشان داد که ریشههای

و Centrosema

brasilianum در مقایسه با ساقه در خاکهای آلوده افزایش رشد دارند، بهطوریکه نسبت رشد ساقه به ریشه این گیاهان در شرایط آلوده کاهش مییابد. آنان دریافتند که این مسئله نوعی پاسخ دفاعی و یا استراتژی گیاه در مواجه با کمبود دسترسی به مواد مغذی در خاك آلوده است، زیرا افزایش رشد و بیوماس ریشه موجب افزایش جذب نیتروژن خاك میشود .(16) افزایش رشد ریشه آفتابگردان در خاك آلوده احتمالا نوعی مکانیسم دفاعی برای دسترسی بهتر به مواد مغذی خاك بود.

در سال 1995 اسنور و همکارانش دریافتند که آنزیمها عامل اصلی تغییر آلایندههای مخلوط با خاك و رسوبات هستند. یافتههای آنها نشان داد که آنزیمها از طریق واکنشهای تجزیهای قادرند آلایندههای آلی را تغییر داده و تجزیه کنند. آنان با بررسی ترشحات ریشه و جداسازی انواع آنزیمها شامل دهالوژناز، نیتروردوکتاز، پراکسیداز، لاکاز و نیتریلاز را شناسایی کردند. افزایش غلظت پروتئین ریشه جودوسر در شرایط آلوده ممکن است یک افزایش مصنوعی و به علت تنش آب باشد یا بدلیل افزایش تولید یا انتقال آنزیم در ریشه بهمنظور افزودن بر فعالیت ترشحی باشد. ترشح آنزیم از ریشه نوعی واکنش دفاعی گیاه برای تجزیه هر چه سریعتر آلایندههای نفت خام و کاستن سطح غلظت مسموم کننده نفت در خاك است.

اشتراک‌گذاری:

• Click to share on Facebook (در پنجر تازه باز می‌شود)

• برای به اشتراک گذاشتن روی لینکداین کلیک کنید (در پنجر تازه باز می‌شود)

• Click to share on Telegram (در پنجر تازه باز می‌شود)

• کلیک کنید تا روی گوگل+ به اشتراک گذاشته شود (در پنجر تازه باز می‌شود)

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید