بررسی خصوصیات فیتوشیمیایی، رنگیزه‌های فتوسنتزی و آنتی‌اکسیدانی باقلا(vicia faba l.)، نخودفرنگی(pisum sativum l.) و سیب‌زمینی(solanum tuberosum l.) تحت سمیت کادمیم در کشت خالص و مخلوط

سابقه و هدف: آلودگی خاک با فلزات سنگین و انتقال آن به محصولات کشاورزی به عنوان یک مشکل جهانی در حال گسترش می‌باشد. کادمیم یکی از فلزات سنگین است که افزایش غلظت آن در محیط ریشه گیاه سبب بروز اختلالات متابولیسمی در گیاه می‌شود. بررسی‌ها نشان داده است به‌کارگیری نظام‌های کشت مخلوط ضمن بالا بردن تنوع، افزایش عملکرد، بهبود کارایی استفاده از منابع، کاهش خسارت علف‌های هرز، آفات و بیماری‌ها (نظیر زنگ و لکهشکلاتی باقلا)، افزایش ثبات و پایداری نظام را به‌دنبال دارد. این پژوهش به‌بررسی اثر سطوح متفاوت کادمیم بر رنگدانه‌های گیاهی بهعنوان یکی از عامل‌های موثر در فرایند فتوسنتز، همچنین مقادیر ترکیبات فنل و فلاونوئید و فعالیت آنتی‌اکسیدانی در حبوبات (باقلا، نخود) و سیب‌زمینی به‌صورت کشت خالص و مخلوط می‌پردازد.مواد و روشها: این آزمایش گلدانی به‌‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در پنج سطح کادمیم(0، 5، 10، 20 و 30 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) و پنج سطح کشت شامل تک‌کشتی باقلا، تک‌کشتی نخودفرنگی، تک‌کشتی سیب‌زمینی و کشت مخلوط سیب‌زمینی+ باقلا(1:1) و سیب‌زمینی+ نخودفرنگی(1:1) در4 تکرار طی دو سال زراعی 97-1396 و 98-1397 در ایستگاه باغبانی قائم‌شهر مورد بررسی قرار گرفت. بدین‌منظور از برگ‌های خشک گیاهان مورد مطالعه عصاره متانولی تهیه شد. سنجش فنول و فلاونوئید کل به‌روش اسپکتروفتومتری صورت گرفت و فعالیت آنتی‌اکسیدانی عصاره‌ها ازروش‌های احیاء رادیکال آزاد dpph مورد ارزیابی قرار گرفت. تجزیه و تحلیل آماری با استفاده از نرم‌افزار sas و مقایسه میانگین‌ها از طریق آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح احتمال یک و پنج درصد انجام شد و نمودارها با‌استفاده از نرم‌افزارsigmaplot و excel رسم شدند.یافته: نتایج نشان داد که غلظت‌های مختلف کلرید کادمیوم بر میزان رنگیزه‌های فتوسننتزی تاثیر معنی‌داری داشت(p≤0.01). کاهش کاروتنوئید، کلروفیل a و کلروفیل b به‌شکل پلینومیال بود. با کاربرد بالاترین سطح کادمیم(30 میلی‌گرم کادمیم در خاک) کاروتنوئید، کلروفیل a و کلروفیل b کاهش چشمگیری داشت.در غلظت30 میلی‌گرم کادمیم در خاک، مقدار کلروفیل a موجود در گیاه باقلا به 3.84 میلی‌گرم در کیلوگرم رسید. به‌عبارت دیگر، با افزایش غلظت کادمیم در خاک، مقدار کلروفیل a 83.07 درصد نسبت به‌شاهد کاهش یافت.کاهش کادمیم در میزان کلروفیل کل می‌تواند به‌علت اثر بازدارندگی روی فعالیت مولکول‌های آن ‌باشد. کلرفیل کل گیاه باقلا با افزایش غلظت کادمیوم(از 5 تا 30 میلی‌گرم در خاک) دچار افت قابل توجهی شد. حساسیت تیمارها نسبت به افزایش غلظت کادمیوم بهترتیب باقلا(7.66 میلی‌گرم در کیلوگرم)، سیب‌زمینی (9.19 میلی‌گرم در کیلوگرم) و نخود(9.28 میلی‌گرم در کیلوگرم) بودند. در این مطالعه گیاه باقلا بیشترین میانگین فنل(0.1643 میلی‌گرم اسیدگالیک بر گرم وزن خشک) و کشت مخلوط(سیب‌زمینی+ باقلا) بیشترین فلاونوئید(0.00814 میلی‌گرم کوئرستین بر گرم وزن خشک) و همچنین آنتی‌اکسیدان(56.03 درصد) در تیمار 30 میلی‌گرم کادمیم در خاک به‌دست آمد. بیشترین مقدار فلاونوئید را در بین گیاهان به‌مقدار (0.00822 میلی‌گرم کوئرستین بر گرم وزن خشک) گیاه باقلا به‌خود اختصاص داد.در مجموع با‌افزایش غلظت کادمیم در هر پنج تیمار الگوی کشت شامل(تک‌کشتی سیب‌زمینی، باقلا و نخودفرنگی و مخلوط سیب‌زمینی+ باقلا و سیب‌زمینی+ نخود) روند افزایشی در میزان فنل، فلاونوئید و ظرفیت آنتی‌اکسیدان وجود دارد. نتیجه‌گیری: نتایج به‌دست آمده از پژوهش حاضر، نشاندهنده وجود تفاوت معنی‌دار بین تیمارهای مختلف(تک‌کشتی باقلا، نخودفرنگی، سیب‌زمینی و مخلوط سیب‌زمینی+ باقلا و سیب‌زمینی+ نخودفرنگی) از نظر مقدار کل ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی بوده که وجود چنین تنوعی می‌تواند بیانگر نقش گیاه و ژنتیک در تولید این ترکیبات باشد. همچنین با افزایش غلظت کادمیم به‌طور معنی‌داری از میزان رنگدانه‌های کلروفیل a و کلروفیل b کاسته شد. به‌طور کلی از یافته‌های این تحقیق، می‌توان چنین نتیجه‌گیری کرد که این گیاهان مانند بیشتر گیاهان به تنش عناصر سنگین واکنش نشان داده‌اند و سمیت با کادمیم در هر سه گیاه(باقلا، نخودفرنگی، سیب‌زمینی) منجر به القاء ترکیبات فنلی شد.

evaluation of phytochemical properties, photosynthetic pigments and antioxidants of faba bean (vicia faba l.), peas (pisum sativum l.) and potato (solanum tuberosum l.) in monoculture and intercropping

background and objectives: soil pollution with heavy metals and its transfer to agricultural products is expanding as a global problem. cadmium is one of the heavy metals that increase its concentration in the root environment of the plant causes metabolic disorders in the plant. studies have shown that the use of intercropping systems while increasing diversity, increasing yield, improving resource efficiency, reducing weed damage, pests and diseases(such as uromyces and botrytis viciafaba), increasing the stability of the system follows.this study investigates the effect of different levels of cadmium on plant pigments as one of the effective factors in the process of photosynthesis, as well as the amounts of phenol and flavonoid compounds and antioxidant activity in legumes (faba beans, peas) and potatoes in monoculture and intercropping culture.materials and methods: the pot experiment was carried out as a factorial based on a completely randomized design with 4 replications at gaemshar agricultural research station, mazandaran province during two agronomic seasons 20182019 examined in pot conditions. treatments were included planting pattern at five levels of monoculture potato, faba bean, pea and intercropping (potato+fababean), (potato+ pea) and five cadmium concentrations of 0 (control), 5, 10, 20 and 30 milligrams of cadmium per kilogram of soil as cadmium nitrate was added to the soil. for this purpose, methanolic extract was prepared from the dried leaves of the studied plants. total phenols and flavonoids were assayed by spectrophotometry and the antioxidant activity of the extracts was evaluated by free radical scavenging methods (dpph).statistical analysis was performed using sas software and comparison of means was performed by duncan’s multiple range test at the level of one and five percent probability and graphs were drawn using sigmaplot and excel software.results: the results showed that different cadmium concentrations had a significant effect on the amount of photosynthetic pigments (p≤0.01). the reduction trend of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids was plinomial. with the application of the highest level of cadmium (30 mg of cadmium in the soil), carotenoids, chlorophyll a and chlorophyll b were significantly reduced.in concentration of 30 mg of cadmium in soil, the amount of chlorophyll a in the faba bean reached 3.84 mg/kg soil. in other words, with increasing the concentration of cadmium in the soil, the amount of chlorophyll a decreased by 83.07%. the decrease in total chlorophyll due to cadmium may be due to the inhibitory effect on the activity of its molecules. total chlorophyll of faba bean with increasing concentrations of cadmium (from 5 to 30 mg soil) was a significant decrease. the sensitive treatments to increasing cadmium concentration were faba beans (7.66 mg/kg soil), potatoes (9.19 mg/kg soil) and chickpeas (9.28 mg/kg soil), respectively. in this study, faba bean plant had the highest mean of phenol (0.1643 mg que/g dw) and intercropping culture (potato+bean) had the highest flavonoids (0.00814 mg que/g dw) and antioxidant (56.03 %) obtained in the treatment of 30 mg of cadmium per kg of soil.conclusion: the results of the present study indicate a significant difference between the different treatments in terms of the total amount of phenolic and flavonoid compounds that the existence of such diversity can indicate the role of plants and genetics in the production of these compounds. with increasing the concentration of cadmium, the amount of chlorophyll a and chlorophyll b pigments was significantly reduced. in general, from the findings of this study, it can be concluded that these plants, cadmium toxicity in all three plants led to the induction of phenolic compounds.