عنوان پایان‌نامه
اثرات دی اکسیدکربن و کادمیم بر جذب کادمیم و برخی پاسخ های فیزیولوژیکی و تغذیهای گندم و سورگوم
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6555;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 70743
- تاریخ دفاع
- ۲۸ اردیبهشت ۱۳۹۴
- دانشجو
- گلاره خانبلوکی
- استاد راهنما
- حسین میرسیدحسینی
- چکیده
- افزایش غلظت دیاکسیدکربن اتمسفری و آلودگی فلزات سنگین در خاک‌ها دو مشکل عمده زیست‌محیطی می‌باشند که رشد و نمو گیاهان را تحت تأثیر قرار می‌دهند. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر دیاکسیدکربن اتمسفری و کادمیم خاک بر خصوصیات رویشی و فیزیولوژیکی گندم و سورگوم و جذب کادمیم توسط آنها در قالب آزمایش‌های کشت در خاک و کشت بدون خاک در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی و به‌صورت اسپلیت فاکتوریل در اتاقک‌های رشد انجام شد. در آزمایش خاکی اول بر روی گندم (به‌عنوان گیاه C3) تیمارها شامل دو سطح دیاکسیدکربن (L/Lµ 900 و 400)، چهار سطح کادمیم (mg/kg 40 و 20، 10، 0)، دو خاک (لوم و لوم‌شنی) و سه زمان نمونه برداری (20، 40 و 60 روز پس از کشت) بودند. آلودگی خاک‌ها با استفاده از نمک نیترات کادمیم صورت گرفت. در آزمایش خاکی دوم گیاه سورگوم (به‌عنوان گیاه C4) به همین روش بررسی شد. نتایج حاصل از آزمایش اول و دوم نشان داد افزایش غلظت کادمیم خاک سبب کاهش خصوصیات رشدی شامل ارتفاع، وزن تر و خشک شاخساره و ریشه، سطح برگ و همچنین کاهش ویژگی‌های فیزیولوژیکی مانند کلروفیل a، کلروفیل b، کاروتینوئیدها و مقدار نسبی آب برگ در دو گیاه گندم و سورگوم در هر دو خاک شد. در هر یک از تیمارهای کادمیم خاک، با افزایش غلظت دیاکسیدکربن، هر یک از شاخص‌ها به‌طور معنی‌دار (05/0p<) افزایش یافت. به‌عبارت دیگر، افزایش غلظت دیاکسیدکربن منجر به کاهش اثرات منفی کادمیم شد. اثر افزایش غلظت دیاکسیدکربن بر ارتفاع، وزن تر و خشک شاخساره و ریشه گندم بیشتر از سورگوم و بر سطح برگ سورگوم بیشتر از گندم بود. افزایش غلظت دیاکسیدکربن در مقایسه با غلظت طبیعی موجب کاهش غلظت کادمیم و عناصر غذایی آهن، مس و روی در گندم و افزایش غلظت و جذب آنها در سورگوم شد. در بین عناصر غذایی، در سورگوم عنصر روی بیشترین افزایش غلظت را در شاخساره و عنصر آهن بیشترین افزایش غلظت را در ریشه داشت. در گندم بیشترین کاهش غلظت در شاخساره و ریشه مربوط به عنصر مس بود. اندازه‌گیری فعالیت آنزیم دهیدروژناز و pH خاک ریزوسفری نشان داد افزایش فعالیت میکروبی و کاهش pH در غلظت افزایش یافته دیاکسیدکربن در مقایسه با غلظت طبیعی، دو عامل مؤثر در جذب عناصر از خاک‌های آلوده می‌باشند. افزایش غلظت دیاکسیدکربن در مقایسه با غلظت طبیعی موجب کاهش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانت سوپراکسید دیسموتا
- Abstract
- Abstract The increasing atmospheric CO2 and heavy metals contamination in soils are two major environmental problems that affect growth and development of plants. This research was aimed to investigate the effect of atmospheric CO2 and cadmium (Cd) on vegetative and physiological characteristics of wheat and sorghum and cadmium uptake by them in soil as well as in hydroponic culture experiments in growth chamber in a split factorial with completely randomized design. At the first soil experiment on wheat (as a C3 plant), treatments contained two levels of CO2 (400 and 900 µLL-1), four levels of Cd (0, 10, 20 and 40 mgkg-1), two soils (loam and sandy loam) and three sampling times (20, 40 and 60 days after cultivation). Soils were contaminated by cadmium nitrate (Cd(NO3)2. In second soil experiment, sorghum (as a C4 plant) was investigated in the same way. Results of first and second experiments showed increasing concentration of soil Cd decreased growth characteristics such as plant height, wet and dry weight of shoot and root, leaf area and physiological characteristics such as chlorophyll a and b, carotenoids and leaf relative water content in both plants and soils. In each Cd treatment of soil, with increasing CO2 concentration, each of indices rose significantly (p<0.05). In other words, increasing CO2 concentration decreased negative effects of cadmium. Effect of increase in CO2 concentration on height, wet and dry weight of shoot and root of wheat was more than sorghum; while the effect of that on leaf area was higher in sorghum. Elevated concentration of CO2 compared with natural concentration decreased concentration of Cd, Fe, Cu and Zn in wheat and increased concentration and uptake of elements in sorghum. Among these elements, for sorghum Zn had the most increase in concentration in shoot and Fe in root. For wheat, Cu had the most concentration decrease in shoot and root. Measuring of dehydrogenase activity and rhizosphere soil pH showed increasing microbial activity and decreasing pH are two effective factors in elements absorption in contaminated soils, in elevated concentration of CO2 compared to the natural CO2 concentration. With increasing in CO2 concentration, activity of antioxidant enzymes (SOD, CAT and GSH-px) decreased in wheat and increased in sorghum. It seems that is due to decreasing Cd concentration in wheat and increasing Cd concentration in sorghum due to increase in CO2 concentration compared with natural concentration. Elevated CO2 increased bio concentration factor, biological accumulation coefficient, translocation factor and remediation factor in sorghum. Third experiment performed as a hydroponic culture in a split factorial with completely randomized design to investigate effect of increase in CO2 concentration and its role on root and uptake. Experimental treatments contained three levels Cd of (0, 20 and 40 µM), two levels CO2 (400 and 900 µLL-1) and two plants (wheat and sorghum). After germination, seeds were placed in perlit and after growing to seedling stage, were transferred to nutrition solution. Samples were placed in two growth chamber with two CO2 concentrations. Ten days after Cd treatments in nutrient solution and exposing to CO2, vegetative and physiological characteristics were determined similar to first and second experiments. In this experiment roots were separated completely, then their length, area and volume determined with root scanner. Then, a digitizer software was used to determine diameter classes and length, area and volume of roots were also determined for every class. With increasing Cd concentration in nutrient solution, length, area and volume of roots decreased. In elevated CO2 concentration, these parameters were higher than natural concentration. Investigating diameter classes showed increasing effect of CO2 were more in fine roots. In other words, increasing CO2 concentration compared to natural concentration caused an increase in length and area of roots in lower diameter classes. This has main role in metals absorption in contaminated soils. According to results obtained, decreasing Cd concentration in wheat can be a factor to increase resistance against stress, but on the other hand, in case of micronutrient especially Zn can create problems in case of nutrient. About sorghum, although increase in nutrients uptake was observed, but increasing in Cd uptake is an issue that must be considered. Key words: Carbon dioxide, Growth indices, Cadmium uptake, Wheat, Sorghum
