مطالعه تأثیر تنش کادمیم بر خصوصیات مورفولوژیکی و میزان تجمع این عنصر در جو

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 13، دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 36، دی 1393، صفحه 751-765   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/gsc.v12i4.24913

نویسندگان

محسن سعدلوپاریزی¹؛ علی اصغری^{* 1}؛ عبدالرضا اخگر²

¹دانشگاه محقق اردبیلی

²دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان

چکیده

کادمیم فلزی سمی است که تهدیدی برای سلامتی انسان و سایر موجودات زنده می باشد. برای بررسی تأثیر تنش کادمیم بر خصوصیات مورفولوژیکی 40 ژنوتیپ جو، آزمایشی به صورت طرح کرت های خرد شده در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در سال 1390 در دانشگاه محقق اردبیلی انجام شد. عنصر کادمیم در دو سطح شاهد و 50 میکرو مولار مورد استفاده قرار گرفت. بذور در بستر پرلیت و پیت‌ماس کشت و با محلول غذایی هوگلند بدون کادمیم (شاهد) و حاوی کادمیم آبیاری شدند. بعد از مرحله رسیدگی، صفات مورفولوژیکی اندازه گیری گردید. تجزیه واریانس تنوع قابل ملاحظه‌ای را بین ژنوتیپ‌ها از نظر تجمع کادمیم نشان داد. در سطح شاهد تجمع کادمیم در ژنوتیپ‌ها وجود نداشت. در سطح تنش کادمیم، در دانه ارقام آبیدر، دشت، صحرا، قره‌آرپا، ینسیوی، دایتون رانی و سهند تجمع کادمیم وجود نداشت و لاین 18 (F-A2-11) همراه با برخی دیگر از لاین‌ها و رقم بهمن بیشترین تجمع کادمیم در دانه را داشتند. همچنین، بیشترین مقدار تجمع کادمیم در شاخ و برگ در لاین 18 مشاهده گردید. سپس، لاین‌های 24، 25، 29 و رقم بهمن تجمع کادمیم بیشتری در شاخ و برگ ها داشتند. لاین‌های 3، 6، 7، 12، 13، 16، 20 و ارقام ینسیوی و ماکویی کمترین تجمع کادمیم را در شاخ و برگ خود داشتند. در مجموع، در اغلب ژنوتیپ‌ها تنش کادمیم باعث کاهش میانگین صفات اندازه‌گیری شده گردید. در دو سطح شاهد و تنش کادمیم، گروه بندی ژنوتیپ‌ها با استفاده از روش تجزیه خوشه‌ای بر مبنای صفات اندازه‌گیری شده، ژنوتیپ‌ها را در 5 گروه مجزا قرار داد. رقم قره‌آرپا از نظر اکثر صفات اندازه‌گیری شده بهتر بود و در هر دو سطح شاهد و تنش در گروه‌هایی قرار گرفت که میانگین صفات بالاتری نسبت به بقیه گروه‌ها داشتند.

کلیدواژه‌ها

تنوع ژنتیکی؛ فلزات سمی؛ تنش؛ تحمل ارقام

مراجع

1- ثواقبی، غ. ر. و م. ج. ملکوتی. 1379. اثرات روی و کادمیم بر غلظت عناصر و ترکیب شیمیایی دانه گندم. مجله آب و خاک، ویژه نامه کشاورزی پایدار، مؤسسه تحقیقات آب و خاک 9(12): 54-65.

2- Arduini, I., A. Masoni, M. Mariotti, and L. Ercoli. 2004. Low cadmium application increase miscanthus growth and cadmium translocation. Environmental and Experimental Botany, 52: 89-100.

3- Beyersmann D. 2002. Effect of carcinogenic metal on gene expression. Toxical Letter, 127: 63-68.

4- Ci D., D. Jiang, B. Wollenweber, T. Dai, Q. Jing and W. Cao. 2010. Genetic variance in cadmium tolerance and accumulation in wheat materials differing in ploidy and genome at seedling stage. Journal of Agronomy andCrop Science, 196: 302-310.

5- Dudjak J., J. Lachman, D. Miholova, D. Kolihova and V. Pivec. 2004. Effect of cadmium on polyphenol content in young barley plants (Hordeum vulgare L.). Plant Soil and Environment, 11: 471-477.

6- Eriksson J., I. Oborn, G. Jansson and A. Andersson. 1996. Factors influencing Cd-content in crops. Results from Swedish field Investigations. Swedish Journal of Agricultural Research, 26: 125–133.

7- Esfandiari E., M. Shokrpour and S. Alavi-Kia. 2010. Effect of Mg deficiency on antioxidant enzymes activities and lipid peroxidation. Journal of Agricultural Science, 3: 131-136.

8- Graham R.D., R.M. Welch, D.A.Saunders, I. Ortiz-Monasterio, H.E. Bouis and M. Bonierbale. 2007. Nutritious subsistence food systems. Advanced Agriculture, 92: 69–74.

9- Greger M. and M. Lofstedt. 2004. Comparison of Uptake and Distribution of Cadmium in Different Cultivars of Bread and Durum Wheat. Crop Science, 44: 501–507.

10- Hall J.L. 2002. Cellular mechanism for heavy metal detoxification and tolerance. Journal of experimental botany, 53: 1-11.

11- Golldack D. and V.J.K. Dietz. 2003. Expression of subtilisin-like serin proteases in Arabidopsis thaliana is cell-specific and responds to jasmonic acid and heavy metals with developmental differences. Physiologia Plantarum, 118: 64-73.

12- Hassan M.J., G. Zhang, F. Wu, K. Wei and Z. Chen. 2005. Zinc alleviates growth inhibition and oxidative stress caused by cadmium in rice. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 168: 255-261.

13- Hassan M.J., Z. Zhu, B. Ahmad and Q. Mahmood. 2006. Influence of cadmium toxicity on rice genotypes as affected by zinc, sulfur and nitrogen fertilizers. Caspian Journal of Environmental Science, 4(1): 1-8.

14- Howden R., C.R. Andersen, P.B. Goldsbrough and C.S. Cobbet. 1995. Cadmium-sensitive, glutathione mutant of Arabidopsis thaliana. Plant Physiology, 107: 1067-1073.

15- Jianguo L., Q. Min, C. Guoliang, Y. Jianchang and Z. Qingsen. 2006. Uptake and translocation of Cd in different rice cultivars and the relation with Cd accumulation in rice grain. Journal of Hazardous Materials, 143: 443–447.

16- Kennedy C.D. and F.A.N. Gonsalves. 1987. The action of divalent zinc, cadmium, mercury, copper and lead on the transroot potential and H+ efflux of excised roots. Journal of Experimental Botany, 38: 800-817.

17- Khan N.A., S. Singh and R. Nazar. 2007. Activities of antioxidative enzymes, sulphur assimilation, photosynthetic activity and growth of wheat cultivars differing in yield potential under cadmium stress. Journal of Agriculture and Crop Science, 193: 435-444.

18- Kinraide T.B., P.R. Ryan and L.V. Kochian. 1992. Interactive effects of Al3+, H+ and other actions on root elongation considered in terms of cell-surface electrical potential. Plant Physiology, 99: 1461-1468.

19- Lee S.H., S.S. Jew, P.S. Chang, I.J. Hong, E.S. Hwang, K.S. Kim and K.T. Kim. 2003. Free radical scavenging effect and antioxidant activities of barley leaf blades. Food Science and Biotechnology, 12: 268–273.

20- Mane A.V., R. Sankpal and S. Ambawade. 2010. Cadmium chloride induced alteration in growth and cadmium accumulation in Triticum aestivum. International Journal of Pharmaceutical Chemistry, 5: 206-215.

21- Prince W.S., P. Senthil Kumar, K.D. Doberschutz and V. Subburam. 2002. Cadmium toxicity in mulberry plants with special reference to the nutritional quality of leaves. Journal of Plant Nutrient, 25: 689 –700.

22- Perriguey J., T. Sterckeman and J.L. Morel. 2007. Effect of rhizosphere and plant related factors on the cadmium uptake by maize (Zea mays L.). Environmental and Experimental Botany, 10: 201-215.

23- Qian H., J. Li, L. Sun, W. Chen, G.D. Sheng, W. Liu and Z. Fu. 2009. Combined effect of copper and cadmium on Chlorella vulgaris growth and photosynthesis-related gene transcription. Aquatic Toxicology, 94: 56–61.

24- Romero-Puertas M.C., M. Rodriguez-Serrano, F.J. Corpas, M. Gomez, L.A. delRio and L.M. Sandalio. 2004. Cadmium-induced subcellular accumulation of O2- and H2O2 in pea leaves. Plant Cell and Environment, 27: 1122-1134.

25- Sandalio L.M., H.C. Dalurzo, M. Gomes, M. Romero-Puertas and L.A. delRio. 2001. Cadmium-induced changes in the growth and oxidative metabolism of pea plants. Journal of Experimental Botany, 52: 2115–2126.

26- Shanker A.K., C. Cervantes, H. Loza-Tavera and S. Avudainayagam. 2005. Cadmium toxicity in plants. Environment International, 31: 63-68.

27- Shi G.R. and Q.S. Cai. 2008. Photosynthetic and anatomic responses of peanut leaves to cadmium stress. Photosynthetica, 46(4): 627–630.

28- Tamas L., J. Huttova and I. Mistrik. 2003. Inhibition of Al-induced root elongation and enhancement of Al induced peroxidase in Al-sensitive and Al-resistant barley cultivars are positively correlated. Plant Soil, 250: 193–200.

29- Vassilev A. and I. Yordanov. 1997. Reductive analysis of factors limiting growth of cadmium–treated plants: A review. Plant Physiology, 23(3-4): 114-133.

30- Vassilev A., I. Yordanov and T. Tsonev. 1998. Physiological responses of two barley cultivars to soil pollution with cadmium. Environmental Pollution, 100: 1–7.

31- Vassilev A. and P. Manolov. 1999. Chlorophyll fluorescence of barley (Hordeum vulgare L.) seedlings grown in excess of Cd. Bulg. Journal of Plant Physiology, 25: 67-76.

32- Vassilev A. 2003. Barley seedlings as bio-indicators for water contamination by cadmium. Journal of Environmental Protection and Ecology, 4(2): 354-360.

33- Vassilev A. 2003. Physiological and agro ecological aspects of cadmium interactions with barley plants: An overview. Journal of Central Europian Agriculture, 4(1): 65-76.

34- Vecera Z. 1999. Additional comments about trace elements in crop plants. Academy of Science, Czech Republic, Brno,veveri, 97: 61-142.

35- Wang H., S.C. Zhao, R.L. Liu, W. Zhou and J.Y. Jin. 2009. Changes of photosynthetic activities of maize (Zea mays L.) seedlings in response to cadmium stress. Photosynthetica, 47(2): 277-283.

36- Woodies T.C., G.B. Hunter and F.J. Johnson. 1977. Statistical studies of matrix effects on the determination of cadmium and lead in fertilizer and material and plant tissue by flame atomic absorption spectrophotometry. Analytica Chemica Acta, 90:127-136.

37- Wong S.C., X.D. Li, G. Zhang, S. Qi and Y.S. Min. 2002. Heavy metals in agriculture soils of the Pear River Delta, South China. Environmental Pollution, 119: 33-44.

38- Wu F.B. and G.P. Zhang. 2002. Alleviation of cadmium-toxicity by application of zinc and ascorbic acid in barley. Journal of Plant Nutrients, 25: 2745-2761.

39- Wu F.B., G.P. Zhang and P. Dominy. 2003. Four barley genotypes respond differently to cadmium. Lipid peroxidation and activities of antioxidant capacity. Environmental and Experimental Botany, 50: 67–78.