بررسی آلایندگی ناشی از فلز سنگین کادمیوم و اثر آن بر برخی خصوصیات فیزیولوژیکی و تغذیه ای گیاه یونجه

سابقه و هدف: یونجه مهمترین گیاه علوفه ای در کشور و نیز استان زنجان است که در برخی از مناطق زنجان کشت می شود که آلوده به فلزات سنگین از جمله فلز سمی کادمیوم می باشد. استفاده از برگ های آلوده ی این گیاهان می تواند سلامت دام ها و در نهایت انسان را تهدید کند. فلزات سنگین نیز جزء مهمترین و خطرناکترین آلاینده های زیست محیطی از جهت ماندگاری بالا، عدم تجزیه پذیری توسط میکروارگانیسم های خاک و دارای پتانسیل بالای جذب توسط گیاهان و ورود به زنجیره غذایی می باشند. کادمیوم یکی از انواع بسیار سمی فلزات سنگین برای گیاهان است. بنابراین به منظور بررسی پتانسیل آلایندگی گیاهان یونجه کاشته شده در مناطق آلوده به فلزات سنگین از جمله کادمیوم در استان زنجان، تحقیقی با هدف بررسی میزان انباشت سازی این فلز در گیاه و اثر آن بر برخی صفات تغذیه ای، رشدی و بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی آن انجام گرفت.مواد و روش ها: بذرهای یونجه  (medicago sativa l. ) رقم همدانی در شرایط کشت هیدروپونیک درون گلدان هایی حاوی پرلیت و محیط کشت نصف غلظت هوگلند کشت گردیدند و پس از رسیدن به رشد کافی به مدت سه هفته تحت تیمار کادمیوم نیترات با غلظت های 0، 25، 50 و100 میکرو مولار قرار گرفتند. سپس خصوصیات رشدی از قبیل طول ریشه و ساقه، وزن خشک ریشه و ساقه و نیز ویژگی های تغذیه ای از قبیل: میزان تجمع کادمیوم در اندام های مختلف، میزان پروتئین، میزان قند های محلول، میزان کلروفیل ها و نیز صفات بیوشیمیایی مانند فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان و میزان پرولین  و میزان کاروتنوئید ها در گیاهان شاهد و تیمار مورد ارزیابی قرار گرفت. این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی و در 4 تکرار انجام شد.نتایج و بحث:  نتایج نشان داد که طول ریشه، طول ساقه، وزن خشک ریشه و وزن خشک ساقه بعنوان شاخص های رشد، میزان کلروفیل a، میزان کلروفیل b و میزان پروتئین های محلول بعنوان شاخص های تغذیه ای و نیز فعالیت آنزیم کاتالاز از شاخص های بیوشیمیایی در ریشه و اندام هوایی در گیاهان تحت تنش کاهش یافت. این کاهش از تیمار 25 میکرو مولار تا 100 میکرومولار برای اکثر صفات بررسی شده روند صعودی داشت و بیشترین میزان کاهش در تمام موارد مربوط به تیمار 100 میکرومولار کادمیوم بود. در حالیکه میزان کاروتنوئیدها، پرولین، قندهای محلول و فعالیت آنزیم پراکسیداز در گیاهان تیمار شده با کادمیوم افزایش نشان داد. با افزایش غلظت کادمیوم میزان تجمع این فلز در اندام هوایی و بخصوص در ریشه به شدت افزایش یافت. میزان تجمع کادمیوم در ریشه بسیار بالاتر از اندام هوایی بود.نتیجه گیری:  بطور کلی می توان گفت که آلودگی ناشی از کادمیوم موجب کاهش شاخص های رشد و تغذیه ای بخصوص از نظر مقدار پروتئین و رنگیزه های کلروفیلی در گیاهان یونجه مورد آزمایش شد. هرچند در گیاه یونجه با افزایش فاکتور هایی مانند افزایش فعالیت آنزیم پر اکسیداز و میزان پرولین و کاروتنوئید ها تا حدی از اثرات سمی فلز کادمیوم کاسته شده است و با تجمع مقدار زیاد این فلز در ریشه تا حدی از ورود مقادیر بالای فلز در اندام های هوایی جلوگیری شده است اما مقادیر وارد شده به بخش هوایی قابل توجه بوده و از نظر زیست محیطی خطرناک محسوب می شود. همچنین کاهش میزان پروتئن کل به همراه افزایش میزان قندهای محلول و پرولین بیانگر افت ارزش تغذیه ای در گیاهان آلوده به کادمیوم می باشد. بنابر این مصرف گیاهان یونجه کاشته شده در مناطق آلوده به فلز سنگین کادمیوم توسط دام ها توصیه نمی شود.

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

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.