SUPERVISOR
Hasan Karemmojeni,Parviz Ehsanzadeh,Morteza Zahedi
حسن کریم مجنی (استاد مشاور) پرویز احسان زاده (استاد راهنما) مرتضی زاهدی (استاد مشاور)
STUDENT
Layegh Morady
لایق مرادی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Evaluation of some physiological responses of safflower genotypes to cadmium pollution under hydroponic conditions
Cadmium (Cd) is one of the heavy metals that it is produced from industrial, urban and agricultural activities which leads to environmental pollution. Accumulation of heavy metals in agricultural lands, soil pollution and finally transformation of these elements into crops in industrial areas is one of environmental problems which is hazardous for human health, animals and plants. In order to evaluate the effect of Cd on physiological parameters of safflower genotypes, an experiment was conducted under hydroponic condition at the College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan-Iran, during June to October 2013. The experiment was arranged as a factorial based on a randomized complete block design with three replications. Six safflower ( Carthamus tinctorius L.) genotypes (Nebraska-10. Arak-2811, kouseh , S 149 , C 111 and K 12 ) were four levels of Cd including 0 (control), 1.5, 3 and 4.5 mgl -1 during the vegetative stage. Plant height, dry matter, leaf area, root dry weight, shoot dry weight, chlorophyll fluorescence (F 0, F m , F v /F m ), net photosynthetic rate (A), stomatal conductance to the CO 2 (g s ), substomatal CO 2 concentration (C i ), leaf chlorophyll a, b, and total chlorophyll and carotenoid contents, leaf proline content, lipid peroxidation (LP), membrane stability index and Cd concentration in shoot and root were measured. Leaf proline content of safflower genotypes was increased when Cd level at the solution increased, the highest increase (121.3%) was observed in 4.5 mgl -1 level of the Cd compared to the control. Leaf area, net photosynthetic rate (A), g s , leaf total chlorophyll content, leaf carotenoid content and quantum efficiency of PS II (F v /F m ) under 4.5 mg.l -1 level of Cd were decreased by 84.4, 50.5, 50, 31.8, 32.9 and 11.2%, respectively, compared to under control condition. Due to increase in Cd level lipid peroxidation of all genotype were increased. The greatest (77%) and smallest (60% and 61%) increases in lipid peroxidation under the 1.5 mgl -1 level of Cd compared to control were observed in Nebraska-10 and K 12 and C 111 , respectively. The smallest (44.7%) and greatest (62.1%) decreases in membrane stability index under the 4.5 mgl -1 level of Cd, compared to under control conditions were observed in C 111 and Arak-2811, respectively, suggesting is that the former genotype is more sensitive to the oxidative stress and hence indicates a higher level of electrolyte leakage. Cadmium concentrations of shoot and root under the 4.5 mgl -1 level of Cd were 52- and 156- fold of the control condition, respectively. Cadmium concentration at shoot for all genotypes was clearly lower than its concentration at root. Cadmium led to significant decreases in shoot biomass of all safflower genotypes. The latter decrease could be related to the decreases in photosynthetic surfaces, leaf chlorophyll and carotenoid concentration and PS II quantum efficiency. It was concluded that while Cd leads to considerable changes in growth and physiological attributes of safflower, some differences exist among genotypes. Keywords: Cadmium, safflower, proline, chlorophyll, lipid peroxidation, membrane stability index
کادمیوم یکی از فلزات سنگین است که در نتیجه فعالیت های عمده صنعتی، شهری و کشاورزی تولید و باعث آلودگی محیط زیست می شود. تجمع فلزات سنگین در زمین های کشاورزی و آلودگی خاک و در نهایت انتقال این عناصر به محصولات در مناطق صنعتی یکی از مهمترین مسایل زیست محیطی محسوب می شود که زندگی گیاهان، حیوانات و انسان را تهدید می کند. از این رو به منظور بررسی اثر کادمیوم بر برخی پارامترهای فیزیولوژیکی ژنوتیپ های گلرنگ آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار و در محیط آبکشت در گلخانه آموزشی دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1391 اجرا گردید. چهار سطح کادمیوم شاهد (صفر) و 5/1، 3 و 5/4 میلی گرم در لیتر کادمیوم و شش ژنوتیپ گلرنگ شامل اراک2811، کوسه، نبراسکا 10، ,C 111 K 12 و S 149 به عنوان فاکتورهای آزمایشی در نظر گرفته شدند. پارامترهای ارتفاع گیاه، سطح برگ در گیاه، وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه، فلورسانس کلروفیل (F 0 ، F m ، F v /F m )، سرعت فتوستز خالص ( A ) برگ، هدایت روزنه ای ( gs ) برگ، غلظت داخلی دی اکسیدکربن (C i ) برگ، محتوای کلروفیل برگ، محتوای کاروتنوئید برگ، میزان پرولین برگ، شاخص پایداری غشا، پراکسیداسیون لیپید و غلظت کادمیوم در ریشه و اندام هوایی اندازه گیری شد. محتوای پرولین ژنوتیپ های مختلف گلرنگ با افزایش سطح کادمیوم افزایش یافت و بیشترین افزایش در سطح 5/4 میلی گرم در لیتر کادمیوم و به میزان 3/121% نسبت به سطح شاهد مشاهده شد. سطح 5/4 میلی گرم در لیتر کادمیوم به ترتیب منجر به کاهش4/84، 5/50، 50، 8/31، 9/32 و 2/11 درصد میانگین سطح برگ در گیاه، سرعت فتوسنتز خالص ( A ) ، میزان gs ، محتوای کلروفیل کل، محتوای کاروتنوئید و کارایی کوانتومی فتوسنتز شد. با افزایش شدت آلودگی میزان پراکسیداسیون لیپد در همه ژنوتیپ ها افزایش یافت. ژنوتیپ نبراسکا با 77 درصد افزایش از سطح شاهد به سطح 5/1 میلی گرم در لیتر کادمیوم بیشترین و ژنوتیپ های k 12 و C 111 به ترتیب با 61 و 60 درصد افزایش کمترین افزایش در میزان پراکسیداسیون لیپید را نشان داد. در سطح 5/4 میلی گرم در لیتر ژنوتیپ C 111 با 07/44 درصد کاهش کمترین و ژنوتیپ اراک با 1/62 درصد کاهش بیشترین کاهش میزان پایداری غشا را از خود نشان داد، که این امر نشان می دهد میزان نشت الکترولیت در ژنوتیپ اراک بیشتر از سایر ژنوتیپ های گلرنگ تحت سطح 5/4 میلی گرم در لیتر کادمیوم بوده و این ژنوتیپ نسبت به سایر ژنوتیپ ها به تنش اکسیداتیو حساس تر بود. غلظت کادمیوم اندام هوایی و ریشه در سطح 5/4 میلی گرم در لیتر کادمیوم نسبت به سطح شاهد به ترتیب افزایش حدود 52 و 156 برابری را نشان داد. غلظت کادمیوم اندام هوایی در تمامی ژنوتیپ های مورد مطالعه کمتر از غلظت این عنصر در ریشه بود. تیمار کادمیوم منجر به کاهش وزن خشک اندام هوایی در تمامی ژنوتیپ های مورد مطالعه شد که این امر می تواند به دلیل کاهش سطح فتوسنتز کننده گیاه، کاهش محتوای کلروفیل، کاهش محتوای کاروتنوئید وکاهش کارایی فتوسنتز در گیاهان تیمار شده با کادمیوم باشد. از نتایج این آزمایش می توان چنین نتیجه گیری نمود که کادمیوم سبب تغییر جدی در خصوصیات فیزیولوژیک و رشد گلرنگ گشته و برخی تفاوت ها بین ژنوتیپ های گلرنگ از این نظر وجود دارد. کلمات کلیدی: کادمیوم، گلرنگ، پرولین، کلروفیل، پراکسیداسیون لیپید، شاخص پایداری غشا