بررسی اثر سمیت فلز مس بر خصوصیات رشدی، فیزیولوژیک و مورفولوژیک گندم نیای وحشی آژیلوپس تائوشی (Aegilops tauschii)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فارغ التحصیل زیست شناسی-فیزیولوژی گیاهی دانشکده علوم دانشگاه رازی

2 استاد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

3 دانش آموخته دکتری اصلاح نباتات دانشگاه گیلان

چکیده

مقدمه: فلزات سنگین به گروهی از فلزات یا شبه فلزات اطلاق می‌شود که چگالی اتمی آن‌ها بیشتر از 4 یا 5 گرم بر سانتیمتر مکعب است. آنچه که امرزوه باعث نگرانی در مورد آلودگی‌های محیط زیست شده است، تجمع مواد زائد شیمیایی در خاک می‎باشد. مس اگرچه یک عنصر ریزمغذی برای گیاهان محسوب می‌‌شود، اما در غلظت‌های بالا سمی است. این عنصر باعث تأثیر بر خصوصیات ساختاری، مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی در گیاهان می‌گردد. امروزه از تکنیک گیاه‌پالایی به‌عنوان یک روش مناسب برای پاک‌سازی و زدودن آلودگی‌های آب، خاک و هوا استفاده می‌کنند. بیش از 400 گونه گیاه بیش انباشتگر، شناسایی ‌شده است.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش به­منظور بررسی اثر فلز سنگین مس بر برخی از پارامترهای فیزیولوژیک، مورفولوژیک و بیوشیمیایی گیاه آژیلوپس تائوشی، اثر غلظت‌های مختلف مس (صفر، 5، 25 و 125 میکرومولار) بر 37 ژنوتیپ آژیلوپس تائوشی در قالب طرح آگمنت در گلخانه دانشکده علوم دانشگاه رازی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش غلظت مس، میزان کلروفیل b، کاروتنوئید، پایداری غشاء سلول، قطر دانه، محتوای نسبی آب برگ، آب حفظ‌شده برگ و عملکرد تک بوته کاهش پیدا کردند؛ درحالی‌که کلروفیل کل، کلروفیل a، کربوهیدرات، پرولین، تلفات نسبی آب برگ، طول ریشه و وزن ریشه به‌طور معنی‌دار افزایش یافتند. از نظر پارامترهای بیوشیمیایی، ژنوتیپ‌های 11، 58 و 85 با داشتن بیشترین مقادیر شاخص‌های مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی مقاوم به فلز مس بودند که در بین آنها ژنوتیپ 58 با بیشترین میزان عملکرد به‌عنوان ژنوتیپ مقاوم شناخته شد.ژنوتیپ‌های 23، 28، 30، 52، 99 و 123 بیشتر از بقیه ژنوتیپ‌ها تحت تنش مس قرار گرفتند، که در بین آنها ژنوتیپ 99 با کمترین عملکرد به‌عنوان حساسترین ژنوتیپ معرفی می‌گردد..
نتیجه‌گیری: با توجه به نتایج به‌دست‌آمده، به‌نظر می‌رسد که برخی ژنوتیپ‌های گیاه آژیلوپس تائوشی مقاوم به فلز سنگین مس بوده و می­توان آن‌ها را جهت گیاه­پالایی در مناطق آلوده به مس توصیه نمود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation the effect of copper metal toxicity on growth, physiological and morpphological characteristics of wild wheat of Aegilops tauschii

نویسندگان [English]

  • Vida Moradi 1
  • Naser Karimi 2
  • Mehran Falaknaz 3
1 Graduated Ms.c in Plant Biology-Physiology, Faculty of Science, Razi University
2 Professor, Biology Department, Faculty of Science, Razi University, Kermanshah, Iran.
3 PhD Graduate of Plant Breeding, University of Guilan
چکیده [English]

Introduction: Heavy metals refer to a group of metals or semi-metals whose atomic density is greater than 4 or 5 grams per cubic centimeter. What has caused concern about environmental pollution today is the accumulation of the chemical waste in the soil. Although copper is a micro-element for plants, it is toxic at high concentrations. This element causes structural, morphological, physiological, and biochemical changes in plants. Today, the phytoremediation technique is used as a suitable method for cleaning and removing water, soil, and air pollution. More than 400 species of overgrown plants have been identified. Studies have shown that Aegilops tauschii is a drought-resistant plant. Since, the stress of heavy metals can cause secondary drought stress.
Material and Method: This research was performed to investigate the effect of the heavy metal copper on some physiological, morphological, and biochemical parameters of Aegilops tauschii. Therefore, the effect of different concentrations of copper (zero, 5, 25, and 125 micromolar) was studied on the physiological, biochemical, and morphological characteristics of 37 genotypes of Aegilops tauschii in the greenhouse condition.
Result: The results showed that increasing copper concentrations decreased the amount of chlorophyll b, carotenoid, cell membrane stability, seed diameter, relative leaf water content, leaf retained water and single plant yield; while total chlorophyll, chlorophyll a, carbohydrate, proline, relative leaf water loss, root length, and root weight increased significantly. In terms of biochemical parameters, Genotypes 11, 58, and 85 with the highest values of morphological, physiological, and biochemical indices were resistant to copper. Among the mentioned genotypes, Genotype 58 with the highest yield as a resistant genotype, and Genotype 23, 28, 30, 52, 99 and 123 were subjected to copper stress more than other genotypes based on the morphological, physiological and biochemical indicators, among which Genotype 99 with the lowest yield could be introduced as the most sensitive genotype.
Conclusion: According to the results, it seems that some genotypes of Aegilops tauschii were resistant to the heavy metal copper. Resistant genotypes could be recommended for phytoremediation in copper-contaminated areas.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aegilops Tauschii
  • Overcrowding
  • Phytoremediation
  • Copper

مراجع

Agrawal, A., Sharma, I., Tripathi, B. N., Munjal, A. K., Baunthiyal, M. and Sharma, V. 2012. Metal toxicity and photosynthesis. In: Photosynthes: Overview on rescent progress and future perspectives (eds.) Shigeru, I., Mohanty, P. Guruprasad, K. pp. 229-236. International Publisher, New Delhi.Almeida, A. A. F. D., Valle, R. R., Mielke, M. S., & Gomes, F. P. 2007. Tolerance and prospection of phytoremediator woody species of Cd, Pb, Cu and Cr. Brazilian Journal of Plant Physiology, 19 (2), 83-98.
Arnon, D. I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24 (1): 1-16‏.
Azizpour, K., Shakiba, M., Khosh, Kholgh. Sima, N., Alyari, H., Moghadam M., Esfandiari, E. & Pessarakli M. 2010. Physiological response of spring durum wheat genotypes to salinity. Journal of Plant Nutrition, 33 (6): 859-873.
Bajji, M., Lutts, S. J., & Kinet, M. 2001. Water deficit effects on solute ontribution to osmotic adjustment as function of leaf ageing in three durum wheat (Triticum durum Desf.) cultivars performing differently in arid conditions. Plant Science, 160 (4): 669–681.
Barzin, M., Kheirabadi, H., & Afyuni, M. 2015. An investigation into pollution of selected heavy metals of surface, water and soil science. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 19 (72): 69-79 (In Persian).
Bates, l. S. R. P., Waldern. & Teare, I. D. 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant and Soil, 39: 205-207.
Becerril, J. M., González-Murua, C., Muñoz-Rueda, A., De, M. R., Becerril, J. M., González-Murua, C. & Muñoz-Rueda, A. 1998. Changes induced by cadmium and lead in gas exchange and water relations. Plant Physiology and Biochemistry,27 (6): 913- 918.
Behera, R. K., Mishra, P. C. & Choudhury, N. K. 2002. High irradiance and water stress induce alterations in pigment composition and chloroplast activities of primary wheat leaves. Journal of Plant Physiology, 159 (9): 967-973.
Brini, F., Hanin, M., Lumbreras, V., Amara, I., Khoudi, H., Hassairi, A. & Masmoudi, K. 2007. Overexpression of wheat dehydrin DHN-5 enhances tolerance to salt and osmotic stress in Arabidopsis thaliana. Plant cell reports, 26 (11): 2017-2026.
Clarke, G. 1982. Excised leaf water retention capacity as an indicator of drought resistance of Triticum genotypes. Canadian Journal of Plant Science, 62 (3): 571-576.
Dubois, M., Gilles, K, A., Hamilton, J, K., Fischer, A., Kwapuliński, J., Wiechuła, D., Fischer, T. & Loska, M. 1956. The occurrence of copper in deciduous teeth of girls and boys living in Upper Silesian Industry Region (Southern Poland), Science of the total environment. Analytical Chemistry, 28 (2-3): 350-356.
Dvorak, J., Luo, M. C., Yang, Z. L. & Zhang, H. B. 1998. The structure of the Aegilops tauschii gene pool and the evolution of hexaploid wheat. Theoretical and Applied Genetics, 97 (4): 657-670.
Fageria, N. K. 2001. Adequate and toxic levels of copper and manganese in upland rice, common bean, corn, soybean, and wheat grown on an oxisol. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 32 (9-10):1659-1676.
‏Gambin, B. L. & Borras, L. 2007. Plasticity of sorghum kernel weight to increase assimilate availability. Field Crops,100 (2):272-284.
Ghosh, M. & Singh, S. P. 2005. A review on phytoremediation of heavy metals and utilization of it’s by products. Asian J Energy Environ, 6 (4) 214-231.
Khaveri Nejad, R. A., Najafi, F., & Babri Bonab, R. 2010. Effects of different concentration of copper sulfat (cuso4) on cenrtain physiological parameters of Bean (Phaseolus vulgaris L.), Quartely Journal of biological Science, 4 (11): 77-85. (In Farsi with English abstract)
Kitahata, N., Han, S. Y., Noji, N., Saito, T., Kobayashi, M., Nakano, T., & Tsujimoto, M. 2006. A 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase inhibitor for use in the elucidation of abscisic acid action mechanisms. Bioorganic and medicinal chemistry, 14 (16): 5555-5561.
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 (1): 79-83.
Lobato, A. K. S., Costa, R. C. L., Neto, M. A. M., Oliveira, N., Santos, F., Alves, G. A. R.  & Coimbra, G. K. 2009. Responses of the photosynthetic pigments and carbon metabolism in Vigna unguiculata cultivars submitted to water deficit. Research Journal of Biological Sciences, 4 (5): 593-598.
Luna, C. M., González, C. A. & Trippi, V. S. 1994. Oxidative damage caused by an excess of copper in oat leaves, Plant and Cell Physiology. 35 (1): 11-15.
Menon, M., Hermle, S., Günthardt-Goerg, M. S. & Schulin, R. 2007. Effects of heavy metal soil pollution and acid rain on growth and water use efficiency of a young model forest ecosystem. Plant and soil, 297 (1): 171-183.
Noorani, A. H., & Kafilzadeh, F. 2011. The effect of cadmium toxicity on growth, soluble sugars, photosynthetic pigments and some of enzymes in safflower (Carthamus tinctorius L.). Iranian Journal of Biology, 24 (6): 857-867.
Nriagu, J. O. 1989. A global assessment of natural sources of atmospheric trace metals, Nature, 338: 47-49.
Quartacci, M. F., Cosi, E., & Navari‐Izzo, F. 2001. Lipids and NADPH‐dependent superoxide production in plasma membrane vesicles from roots of wheat grown under copper deficiency or excess. Journal of Experimental Botany, 52 (354): 77-84.
Rostami, M., Karamian, R., & Joulaei, Z. 2015. Effect of different heavy metals on physiological traits of saffron (Crocus sativus L.). Saffron Agronomy and Technology, 3(2): 83-96 (In Persian).
Shulan, Z., Qing, L., Yanting, Q., & Lian, D. 2010. Responses of root growth and protective enzymes to copper stress in turfgrass. Acta Biologica Cracoviencia Series Botanica, 52 (2): 7-11.
Sudhakar, C., Lakshmi, A., & Giridarakumar, S. 2001. Changes in the antioxidant enzyme efficacy in two high yielding genotypes of mulberry (Morus alba L.) under NaCl salinity. Plant Science, 161 (3): 613-619.
Sultana, N., Ikeda, T., & Itoh, R. 1999. Effect of NaCl salinity on photosynthesis and dry matter accumulation in developing rice grains. Environmental and Experimental Botany, 42 (3): 211-220.
Taghizadeh. M., & Mohtadi, A., A., T. 2017. Investigating of copper rffect on growth and physiological characteristics of Nasturtium officinale. Journal of Plant Productions (Agronomy, Breeding and Horticulture), 39(4):101-114 (In Persian).
Theriappan, P., Gupta, A. K., & Dhasarrathan, P. 2011. Accumulation of proline under salinity and heavy metal stress in cauliflower seedlings. Journal of Applied Sciences and Environmental Management, 15 (2): 251-255.
Wainwright, S. J., & Woolhouse, H. W. 1997. Some physiological aspects of copper and zinc tolerance in Agrotis tenuis sibth: cell elongation and membrane damage. Journal of Experimental Botany, 28 (4):1029-1036.
Xiong, Z. T., & Wang, H. 2005. Copper toxicity and bioaccumulation in Chinese cabbage (Brassica pekinensis Rupr.). Environmental Toxicology. An International Journal, 20 (2): 188-194.
Zaier, H., Ghnaya T., Lakhdar, A., Baioui, R., Ghabriche, R., Mnasri, M., Sghair, S., Lutts, S., & Abdelly, C. 2010. Comparative study of pb- phytoextraction potential in Sesuvium portulacastrum and Brassica juncea: tolerance and accumulation. Journal of Hazardous Materials, 138 (1-3): 609-615.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار