SUPERVISOR
Mehran Shirvani,Hossein Shariatmadari
مهران شیروانی جوزدانی (استاد مشاور) حسین شریعتمداری (استاد راهنما)
STUDENT
Saeid Amani
سعید امانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Effect of Silicon Nutrition on Alleviation of the Oxidative Damages Related to Nickel and Cadmium Toxicity in Two Wheat Cultivars
Silicon (Si) is the second most abundant element in the soil, presents as silicic acid in soil solution. Although silicon has not been considered as an essential element for higher plants, it has been proved to be beneficial for the healthy growth and development of many plant species, particularly graminaceous plants. The beneficial effects of silicon are distinct in plants exposed to abiotic and biotic stresses. Heavy metals such as nickel and cadmium are entered to the soils as the results of human activities, causing great environmental problems. In fact heavy metals by accumulation in plants, not only causing damage to the plants, but also directly or indirectly enter to the the human and animal food chain and threaten their health. The main objective of the present study was to elucidate the beneficial effects of silicon on alleviation of oxidative damages caused by nickel and cadmium toxicity in two wheat cultivars (durum and back cross) in a hydroponic experiment. In this study, silicon was supplied as sodium silicate solution in two levels (0 and 1 Mm), Six concentration levels of nickel and cadmium (0, 2.5, 5, 10, 30 and 50 µM) and (0, 5, 10, 30, 50 and 100 µM) were supplied as NiCl 2 and CdCl 2 respectivily. After 60 days, the plants were harvested and the dry weight, concentrations of nickel, cadmium, silicon, iron and zinc in shoot and root, antioxidant enzyms activity (CAT and POX) and electrolyte leakage (EL) were determined. The results of this study indicated that regardless of cultivar, Si at 0, 2.5 and 5 µM of Ni treatments and at 0, 5 and 10 µM of Cd treatments increased shoot dry weight, and Si at 2.5 and 5 µM of Ni treatments and at 5 and 10 µM of Cd treatments increased root dry weight. Not regarding the cultivar, Si at 2.5 and 5 µM of Ni treatments and 5 and 10 µM of Cd treatments decreased shoot Cd and Ni concentrations. In durum cultivar, Si at 0 and 50 µM of Ni treatments and in back cross cultivar, at 0, 30 and 50 µM of Ni levels increased shoot iron concentration and Si at all Cd levels increased shoot iron concentration. In durum cultivar, Si at 0 and 2.5 µM of Ni and in back cross cultivar, in all Ni levels except for 10 µM level, increased shoot zinc concentration. Regardless of cultivar, Si at 0 and 5 µM of Cd treatments increased and in the other Cd levels decreased shoots zinc concentration. In durum cultivar, Si at all Ni levels except for 30 and 50 µM of Ni concentrations and in back cross, at 0, 2.5 and 5 µM of Ni levels increased catalase activity. While in durum cultivar, Si at all Ni levels except for 2.5 and 5 µM, increased peroxidase activity, in back cross cultivar , Si at all Ni treatment levels decreased peroxidase activity. In durum cultivar, Si at all Cd treatments except for 5 and 10 µM, and in back crosses cultivar at all Cd levels, increased catalase activity. Also in durum cultivar, Si at all Cd levels except for 100 µM and in back cross cultivar at 0 and 5 µM of Ni increased peroxidase activity. Regardless of cultivar, Si at 0, 2.5 and 5 µM of Ni treatments and 0, 5 and 10 µM of Cd concentrations decreased electrolyte leakage and in the other levels increased electrolyte leakage. According to the results, the effects of silicon on alleviation of heavy metal toxicity, depending on the type and concentrations of heavy metal and wheat cultivars were different. Key Words: Heavy metal pollution, Silicon, Nickel, Cadmium, Oxidative damage, Durum , Back cross , Wheat
سیلیس دومین عنصر فراوان در خاک بوده و عمدتاً به فرم اسید سیلیسیک در محلول خاک حضور دارد. اگرچه سیلیس به عنوان عنصر ضروری برای گیاهان عالی در نظر گرفته نشده است ولی به عنوان عنصری مفید برای رشد و توسعه بسیاری از گونه های گیاهی به ویژه گیاهان خانواده گرامینه تشخیص داده شده است. اثرات مفید سیلیس در گیاهان تحت تنش های زیستی و غیر زیستی قابل ملاحظه می باشد. فلزات سنگین نظیر نیکل و کادمیوم در نتیجه فعالیت های انسانی به طور فزاینده ای وارد خاک شده و یک معضل بزرگ زیست محیطی را موجب شده است. در حقیقت فلزات سنگین با تجمع در گیاهان علاوه بر ایجاد خسارت در گیاه، به طور مستقیم یا غیر مستقیم وارد چرخه غذایی انسان و دام شده و سلامت آنها را تهدید می کند. لذا پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر سیلیس بر کاهش خسارات اکسیداتیو ناشی از سمیت نیکل و کادمیوم در دو رقم گندم (دوروم و بک کراس) در محیط آبکشت انجام گرفت. در این پژوهش سیلیس از منبع محلول سیلیکات سدیم در دو سطح 0 و 1 میلی مولار تامین شد. تیمار نیکل در سطوح (0، 5/2، 5، 10، 30 و 50 میکرو مولار) و تیمار کادمیوم در سطوح (0، 5، 10، 30، 50 و 100 میکرو مولار) از منابع کلرید نیکل و کلرید کادمیوم تامین شد. ارقام گندم ( دوروم و بک کراس) پس از مدت 60 روز برداشت و پارامتر هایی شامل عملکرد وزن خشک ریشه و شاخساره، غلظت عناصر شامل غلظت نیکل، کادمیوم، سیلیس، آهن و روی ریشه و شاخساره، فعالیت آنزیم های کاتالاز و پراکسیداز و نفوذپذیری غشاء ریشه اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد صرف نظر از رقم ، سیلیس در سطوح 0، 5/2 و 5 میکرو مولار نیکل و 0، 5 و 10 میکرو مولار کادمیوم، سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش وزن خشک شاخساره شده است. همچنین سیلیس در سطوح 5/2 و 5 میکرو مولار نیکل و 5 و 10 میکرو مولار کادمیوم سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش وزن خشک ریشه شده است. سیلیس در سطوح 5/2 و 5 میکرو مولار نیکل و 5 و 10 میکرو مولار کادمیوم سبب کاهش و در سایر سطوح سبب افزایش غلظت نیکل و کادمیوم شاخساره نیز شده است. سیلیس در رقم دوروم در سطوح 0 و 50 میکرو مولار نیکل و در قم بک کراس در سطوح 0، 30 و 50 میکرو مولار سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش غلظت آهن شاخساره شده است. صرف نظر از رقم، سیلیس در تمام سطوح کادمیوم سبب افزایش غلظت آهن شاخساره شده است. سیلیس در رقم دوروم در سطوح 0 و 5/2 میکرو مولار نیکل و در رقم بک کراس در تمامی سطوح به جزء سطح 10 میکر مولار سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش غلظت روی شاخساره شده است. صرف نظر از رقم، سیلیس در سطوح 0 و 5 میکرو مولار کادمیوم سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش غلظت روی شاخساره شده است. در رقم دوروم، سیلیس در تمام سطوح نیکل به جزء سطوح 30 و 50 میکرو مولار و در رقم بک کراس در سطوح 0، 5/2 و 5 میکرو مولار سبب افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز شده است. همچنین در رقم دوروم، سیلیس در تمام سطوح نیکل به جزء سطوح 5/2 و 5 میکرو مولار سبب افزایش و در رقم بک کراس در تمام سطوح نیکل سبب کاهش فعالیت آنزیم پراکسیداز شده است. سیلیس در رقم دوروم در تمام سطوح کادمیوم به جزء سطوح 5 و 10 میکرو مولار و در رقم بک کراس در تمام سطوح کادمیوم سبب افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز شده است. همچنین در رقم دوروم، سیلیس در تمام سطوح کادمیوم به جزء سطح 100 میکرو مولار و در رقم بک کراس در سطوح 0 و 5 میکرو مولار سبب افزایش و در سایر سطوح سبب کاهش فعالیت آنزیم پراکسیداز شده است. صرف نظر از رقم، سیلیس در سطوح 0، 5/2 و 5 میکرو مولار نیکل و در سطوح 0، 5 و10 میکرو مولار کادمیوم سبب کاهش و در سایر سطوح سبب افزایش نفوذپذیری غشاء ریشه شده است. بر اساس نتایج فوق اثر سیلیس بر کاهش سمیت فلزات سنگین با توجه به نوع و غلظت فلز سنگین و همچنین رقم گندم متفاوت است. کلمات کلیدی: آلودگی فلزات سنگین، سیلیس، نیکل، کادمیوم، خسارات اکسیداتیو، رقم دوروم، رقم بک کراس، گندم