بررسي آلايندگي ناشي از فلز سنگين كادميوم و اثر آن بر برخي خصوصيات فيزيولوژيكي و تغذيه اي گياه يونجه

Study of cadmium contamination and its effects on some physiological and nutritional factors on alfalfa plants

سابقه و هدف: يونجه مهمترين گياه علوفه اي در كشور و نيز استان زنجان است كه در برخي از مناطق زنجان كشت مي شود كه آلوده به فلزات سنگين از جمله فلز سمي كادميوم مي باشد. استفاده از برگ هاي آلوده ي اين گياهان مي تواند سلامت دام ها و در نهايت انسان را تهديد كند. فلزات سنگين نيز جزء مهمترين و خطرناكترين آلاينده هاي زيست محيطي از جهت ماندگاري بالا، عدم تجزيه پذيري توسط ميكروارگانيسم هاي خاك و داراي پتانسيل بالاي جذب توسط گياهان و ورود به زنجيره غذايي مي باشند. كادميوم يكي از انواع بسيار سمي فلزات سنگين براي گياهان است. بنابراين به منظور بررسي پتانسيل آلايندگي گياهان يونجه كاشته شده در مناطق آلوده به فلزات سنگين از جمله كادميوم در استان زنجان، تحقيقي با هدف بررسي ميزان انباشت سازي اين فلز در گياه و اثر آن بر برخي صفات تغذيه اي، رشدي و بيوشيميايي و فيزيولوژيكي آن انجام گرفت. مواد و روش ها: بذرهاي يونجه (Medicago sativa L. ) رقم همداني در شرايط كشت هيدروپونيك درون گلدان هايي حاوي پرليت و محيط كشت نصف غلظت هوگلند كشت گرديدند و پس از رسيدن به رشد كافي به مدت سه هفته تحت تيمار كادميوم نيترات با غلظت هاي 0، 25، 50 و100 ميكرو مولار قرار گرفتند. سپس خصوصيات رشدي از قبيل طول ريشه و ساقه، وزن خشك ريشه و ساقه و نيز ويژگي­هاي تغذيه اي از قبيل: ميزان تجمع كادميوم در اندام هاي مختلف، ميزان پروتئين، ميزان قند هاي محلول، ميزان كلروفيل ها و نيز صفات بيوشيميايي مانند فعاليت آنزيم هاي آنتي اكسيدان و ميزان پرولين و ميزان كاروتنوئيد ها در گياهان شاهد و تيمار مورد ارزيابي قرار گرفت. اين آزمايش در قالب طرح كاملا تصادفي و در 4 تكرار انجام شد. نتايج و بحث: نتايج نشان داد كه طول ريشه، طول ساقه، وزن خشك ريشه و وزن خشك ساقه بعنوان شاخص هاي رشد، ميزان كلروفيل a، ميزان كلروفيل b و ميزان پروتئين هاي محلول بعنوان شاخص هاي تغذيه اي و نيز فعاليت آنزيم كاتالاز از شاخص هاي بيوشيميايي در ريشه و اندام هوايي در گياهان تحت تنش كاهش يافت. اين كاهش از تيمار 25 ميكرو مولار تا 100 ميكرومولار براي اكثر صفات بررسي شده روند صعودي داشت و بيشترين ميزان كاهش در تمام موارد مربوط به تيمار 100 ميكرومولار كادميوم بود. در حاليكه ميزان كاروتنوئيدها، پرولين، قندهاي محلول و فعاليت آنزيم پراكسيداز در گياهان تيمار شده با كادميوم افزايش نشان داد. با افزايش غلظت كادميوم ميزان تجمع اين فلز در اندام هوايي و بخصوص در ريشه به شدت افزايش يافت. ميزان تجمع كادميوم در ريشه بسيار بالاتر از اندام هوايي بود. نتيجه گيري: بطور كلي مي توان گفت كه آلودگي ناشي از كادميوم موجب كاهش شاخص هاي رشد و تغذيه اي بخصوص از نظر مقدار پروتئين و رنگيزه هاي كلروفيلي در گياهان يونجه مورد آزمايش شد. هرچند در گياه يونجه با افزايش فاكتور هايي مانند افزايش فعاليت آنزيم پر اكسيداز و ميزان پرولين و كاروتنوئيد ها تا حدي از اثرات سمي فلز كادميوم كاسته شده است و با تجمع مقدار زياد اين فلز در ريشه تا حدي از ورود مقادير بالاي فلز در اندام هاي هوايي جلوگيري شده است اما مقادير وارد شده به بخش هوايي قابل توجه بوده و از نظر زيست محيطي خطرناك محسوب مي شود. همچنين كاهش ميزان پروتئن كل به همراه افزايش ميزان قندهاي محلول و پرولين بيانگر افت ارزش تغذيه اي در گياهان آلوده به كادميوم مي باشد. بنابر اين مصرف گياهان يونجه كاشته شده در مناطق آلوده به فلز سنگين كادميوم توسط دام ها توصيه نمي شود. كليدواژه‌ها

Introduction: Alfalfa is the most important forage plant in Iran as well as Zanjan province in which it is cultivated in soils contaminated by heavy metals like cadmium(Cd). Infected leaves of these plants can threaten the health of animals and ultimately human. Heavy metals are also among the most important and dangerous ecological contaminants because of their long maintenance and their resistance against decomposition by microorganisms and a high potential for being assimilated by plants then entering in the human food chain. Cadmium is one of the most poisonous heavy metals for plants. So in order to analysis the contamination potential of alfalfa plants which are planted in heavy metals like Cd contaminated fields in Zanjan province, a research project was performed to evaluate the rate of accumulation of Cd in alfalfa plants and its effects on some growth, nutritional biochemical and physiological traits. Material and methods: Seeds of alfalfa (Medicago sativa L.) Hamedani cultivar, were cultured in pots containing perlite and half concentrations of Hoagland’s medium in a hydroponic condition. After three weeks, plantlets with enough growth were subjected to 0(control), 25, 50 and 100 mM concentrations of cadmium nitrate treatments. Then the growth indices such as: root and shoot length, root and shoot dry weight and nutritional traits like: Cd concentration, soluble proteins and sugars and chlorophylls contents at different parts of plants and also two antioxidant enzymes activity and proline and carotenoid contents as biochemical factors were being measured. This experiment was carried out based on randomized complete block design with 4 replications in a greenhouse condition. Results and discution: Results showed that, shoot and root length and dry weight, the contents of chlorophylls a and b, soluble proteins and also the activity of catalase enzyme in treated plants were decreased at all Cd treatments. This decrease has an upward trend from 25 to 100 m Cd treatment for most of measured traits. The maximum decrease for all measured traits was observed at 100 m Cd treatment. However, the contents of carotenoids, proline, soluble sugars and the activity of peroxidase enzyme were increased in Cd treated plants. The activity of peroxidase enzyme at 100 m Cd treatment increased 1.51 and 1.97 times more than that of control plants in shoot and root respectively. The accumulated amount of Cd in roots of treated plants was much higher than that of shoots. Conclusion: Generally, it can be concluded that: contamination of alfalfa plants by Cd leads to severe decrease of its growth and nutritional indices specially its protein and chlorophyll contents. Although the negative effects of Cd have been relatively moderated in treated plants by increasing of peroxidase activity and proline and carotenoids contents however, the considerable amounts of Cd have been penetrated from root to shoot which is very harmful ecologically. Also decreasing of total soluble proteins among with increasing of soluble sugars and proline showed a considerable decrease in nutritional indices of Cd contaminated alfalfa plants. So consuming of alfalfa plants which are cultivated in Cd contaminated fields by livestock animals is not advised.