كليدواژه :
آرسنيك , ذرت , عناصر غذايي , نانوذرات هماتيت
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: آرسنيك يكي از شبه فلزات است كه اخيرا توجهات زيادي را به سوي خود جلب كرده است. قرار گرفتن طولاني مدت در معرض آرسنيك سبب بروز سرطان هاي پوست، شش و پروستات مي شود. حضور آرسنيك در آب و خاك منجر به انتقال آن به بخش هاي مختلف گياهان مي شود. تاكنون تاثير نانوذرات هماتيت بر غلظت آرسنيك در گياهان كشت شده در مناطق آلوده بررسي نشده است. پژوهش حاضر با هدف بررسي كارايي نانوذرات هماتيت در كاهش تحرك و گياه -فراهمي آرسنيك و تاثير آن بر غلظت عناصر فسفر، آهن، روي و منگنز گياه ذرت كشت شده در خاكهاي آلوده انجام شد.
مواد و روش ها: بدين منظور يك آزمايش فاكتوريل با دو فاكتور سطوح نانوذرات هماتيت (صفر، 0/05، 0/1 و 0/2 درصد وزني) و سطوح مختلف آرسنيك (صفر، 6، 12، 24، 48 و 96 ميلي گرم بر كيلوگرم خاك) در قالب طرح كاملا تصادفي در سه تكرار در گلخانه انجام شد. خاك بصورت مصنوعي و با استفاده از نمك آرسنات سديم (Na2HAsO4.7H2O) به سطوح مختلف آرسنيك آلوده و به مدت پنج ماه خوابانيده شد. نانوذرات هماتيت (α-Fe2O3) از نيترات آهن سنتز شدند و خصوصيات آنها به وسيله تكنيكهاي XRD، SEM و TEM بررسي گرديد. پس از پايان زمان خوابانيدن، نانوذرات هماتيت به خاكهاي الوده و غيرآلوده افزوده شد و پس از يك ماه غلظت آرسنيك قابل جذب خاك ها اندازه گيري شد. از گياه ذرت به عنوان شاخص زيستي استفاده شد. پس از گذشت 75 روز گياهان برداشت شدند و ارتفاع بوته، وزن خشك ريشه و بخش هوايي، غلظت آرسنيك، فسفر، آهن، روي و منگنز ريشه و بخش هوايي اندازه گيري شد.
يافته ها: مورفولوژي نانوذرات هماتيت بوسيله ميكروسكوپ الكتروني روبشي و عبوري كروي تشخيص داده شد و ميانگين اندازه آنها 30 نانومتر اندازه گيري گرديد. نتايج نشان داد كه با افزايش غلظت آرسنيك كل خاك، غلظت آرسنيك قابل جذب، غلظت آرسنيك ريشه و بخش هوايي ذرت افزايش يافت. تجمع آرسنيك در ريشه بيش از بخش هوايي ذرت بود. آرسنيك سبب افزايش غلظت عناصر فسفر و منگنز و كاهش غلظت عناصر آهن و روي ريشه ذرت شد. همچنين در بخش هوايي غلظت فسفر، آهن و روي را كاهش ولي منگنز را افزايش داد. آرسنيك همچنين سبب كاهش انتقال فسفر از ريشه به بخش هوايي شد. نانوذرات هماتيت در كليه سطوح آرسنيك خاك، غلظت آرسنيك قابل جذب و غلظت آرسنيك ريشه و بخش هوايي ذرت را بطور معني دار كاهش دادند. اين نانوذرات با افزايش غلظت عناصر غذايي آهن و روي، كاهش تجمع آرسنيك، فسفر و منگنز ريشه گياهان كشت شده در خاكهاي آلوده، سبب افزايش وزن خشك ريشه شدند و با افزايش غلظت عناصر فسفر، آهن و روي و كاهش تجمع آرسنيك و منگنز بخش هوايي سبب افزايش وزن خشك آن شدند، ولي در خاك هاي غيرآلوده با كاهش غلظت عناصر غذايي فسفر، آهن، روي و منگنز ريشه و بخش هوايي گياهان كشت شده منجر به كاهش وزن خشك گياه شدند. موثرترين سطح مصرف نانوذرات هماتيت 0/2 درصد بود بطوري كه مقدار كاهش غلظت آرسنيك ريشه و بخش هوايي گياهان كشت شده در خاك تيمار شده با2/ 0 درصد نانوذرات هماتيت و 96 ميلي گرم آرسنيك بر كيلوگرم 54/64 و 40/20 درصد بود.
نتيجه گيري: آرسنيك در غلظت هاي كمتر از 12 ميلي گرم بر كيلوگرم رشد و وزن ريشه و بخش هوايي ذرت را افزايش داد ولي در غلظتهاي بيش از آن با ايجاد اثرات سمي و بر هم زدن تعادل عناصر غذايي رشد گياه را كاهش داد. بطور كلي نتايج نشان دادند كه نانوذرات هماتيت مي توانند براي پاكسازي خاك هاي آلوده به آرسنيك بكار روند به شرط آنكه تحقيقات تكميلي در خصوص اثرات زيست محيطي آنها صورت گيرد.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Arsenic is one of the metalloid that recently attracted much attentions because of its chronic effects on human health. Long-term exposure to As can cause skin, bladder, lung and prostate cancers. The presence of As in soil and water leads its transfer to the different parts of plants. So far the effect of hematite nanoparticles (α-Fe2O3) on the concentration of As in plants grown in contaminated soils has not been evaluated. Therefore this study was conducted to evaluate the effects of hematite nanoparticles on the concentrations of As, P, Fe, Zn and Mn of corn plant grown in contaminated soils.
Materials and Methods: A factorial experiment was conducted using a completely randomized design and three replications. The experimental factors were hematite nanoparticles (0, 0.05, 0.1 and 0.2%) and soil As (0, 6, 12, 24, 48 and 96 mg/kg) levels. The soil was artificially contaminated with different levels of As using Na2HAsO4.7H2O salt and incubated for 5 month. Hematite nanoparticles were synthesized from iron nitrate and their properties were investigated by XRD, SEM and TEM techniques. At the end of incubation time, the hematite nanoparticles were added to the As contaminated and control soils and after 1 month the concentrations of available As was measured. Then, the corn plant was used as bioindicator. After 75 days, the plants were harvested and the dry weights as well as concentrations of As, P, Fe, Zn and Mn of aerial parts and roots were measured.
Results: The spherical morphology of the hematite nanoparticles was diagnosed by SEM and TEM images and the mean diameter of the particles were predominantly less than 30 nm. The results showed that the concentration of soil available arsenic and arsenic concentrations of root and aerial parts increased as the concentration of soil total arsenic increased. The accumulation of arsenic in the root was higher than the corn aerial parts. Contamination of soil by As increased the concentrations of P and Mn and decreased Fe and Zn in corn root. The concentrations of P, Fe and Zn in the aerial parts of corn decreased while Mn increased as a result of As application. As also reduced P translocation from the roots to the aerial parts of corn plants. The application of hematite nanoparticles significantly decreased the concentrations of arsenic in soil and in root and aerial parts of corn. The application of hematite nanoparticles increased the dry weight of root by increasing Fe and Zn concentrations in root and decreasing the accumulation of As, P and Mn in the plant root. The nanoparticles utilization also increased the dry weight of aerial parts as a result of increased concentrations of P, Fe and Zn and reduced accumulation of As and Mn. However, in case of uncontaminated soils, nanoparticles decreased the concentrations of P, Fe, Zn, Mn and dry weight of root and aerial parts of plants. The most effective level of application of hematite nanoparticles was 0.2% in which the decrease of As concentration in root and arial parts of plant were 54.64 and 40.20 percent, respectively for the soils with total As of 96 mg As/kg.
