ارزیابی جوانه‌زنی، مقدار کلروفیل و رشد گیاه اقاقیا (Rubinia pseudoacacia L.) در پاسخ به آلودگی نفت‌خام

نویسندگان

گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

در کشورهای تولیدکننده نفت، آلودگی خاک به نفت‌خام، یکی از مهمترین آلودگی‌های زیست-محیطی محسوب می‌شود. آلوده شدن خاک به نفت‌خام به هنگام استخراج، انتقال و پالایش آن رخ می‌دهد. آلودگی سبب آسیب به محیط، جمعیت گیاهی و جانوری می‌شود. در این پژوهش، تأثیر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 2%، 4%، 6%، 8% و 10% وزنی/وزنی) بر جوانه‌زنی، رشد و مقدار کلروفیل‌ اقاقیا بررسی شد. نتایج کاهش معنی‌دار درصد جوانه‌زنی دانه و طول ریشه‌چه را متناسب با افزایش غلظت نفت‌خام نشان دادند. شاخص‌های رشد مانند ارتفاع گیاه، تعداد برگ، سطح برگ، وزن تر و خشک ریشه و بخش هوایی گیاه اقاقیا در خاک آلوده به نفت‌خام (0%، 1%، 2%، 3%، 4% حجمی/ وزنی) روند کاهشی را نشان دادند. در غلظت‌های بالاتر از 4%، گیاهان هیچ‌گونه رشدی نداشتند. بیشترین سطح برگ (503 سانتی‌مترمربع) در شاهد و کمترین سطح برگ (13 سانتی‌مترمربع) در تیمار 4% در پایان هفته دوازدهم اندازه‌گیری ‌شد. با افزایش آلودگی تا 4% مقدار کلروفیلb کاهش داشت. بیشترین مقدار کلروفیل a در تیمار 2% اندازه‌گیری گردید. بنابراین، نفت‌خام می‌تواند سبب القای تنش‌های محیطی در گیاه اقاقیا گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of germination, growth and chlorophyll content of Rubinia pseudoacacia L. as affected by petroleum pollution

نویسندگان [English]

  • Mehri Askary Mehrabadi
  • Mitra Noori
  • Fariba Amini
  • Fatemeh Beigi
Department of Biology, Faculty of Science, University of Arak, Arak, Iran
چکیده [English]

In oil producing countries, soil contamination by petroleum is one of the most important environmental pollutions. Crude oil can leak into the soil during extraction purification and transportation. The soil pollution could damage the environment as well as plant and animal populations. In this study, effects of different concentration of crude oil (0%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10% w/w) on germination, growth and chlorophylls content in Rubinia pesudoacacia was investigated. The results showed that the germination rate and radicle lengths decreased significantly (p≤0.05) with increasing concentrations of petroleum. The growth parameters such as plant length, leaf number, leaf area, root and aerial part fresh and dry weight of plants decreased progressively from 1-4% crude oil in soil. In concentrations higher than 4% no growth was observed. The highest total leaf area of 503 cm2 was found in the control plant and least was found in the 4% soil (13 cm2) after 12 weeks. The cholorophyll b content progressively decreased from 1-4% crude oil in soil. The highest chlorophyll a content was measured for 2% plants. These results seemed to suggest that crude oil induced environmental stress in seedlings.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Petroleum pollution
  • Plant growth and germination
  • Rubinia pseudoacacia L
  • Chlorophyll

 

نفت‌خام منبع انرژی عمده‌ای در رشد اقتصادی و اجتماعی یک کشور محسوب می‌شود (Peng et al., 2009). آلودگی ناشی از فعالیت نفتی در یک کشور تولید‌کننده نفت اجتناب‌ناپذیر است. آلودگی‌‌های نفتی، سمّی، جهش‌زا و سرطان‌زا هستند و علاوه بر تأثیر گسترده بر اکوسیستم منطقه، با گذشت زمان و ورود به چرخه غذایی، به جوامع انسانی نیز راه می‌یابند و به این ترتیب، سلامت انسان، گیاهان، جانوران، رودخانه‌ها، آب‌های زیرزمینی و تولیدات کشاورزی (Anigboro and Tonukari, 2008) را تهدید می‌کنند. از جمله آلاینده‌های نفتی می‌توان به هیدروکربن‌های نفت‌خام، هیدرکربن‌های پلی‌سیکلیک آروماتیک، هیدروکربن‌های هالوژنه، آفت‌کش‌ها، حلال‌ها و فلزات سنگین موجود در نفت‌خام اشاره کرد (Greenberg et al., 2007). تأثیرات فیزیکی نفت بر روی گیاهان با پوشاندن قسمت‌های هوایی گیاه، سدی در برابر جذب اشعه‌های مورد نیاز فتوسنتز ایجاد می‌کند. همچنین، ضمن پوشاندن سطح خاک، عدم تهویه کامل خاک را نیز سبب می‌شود (Anigboro and Tonukari, 2008). آثار شیمیایی ناشی از عملکرد نفت و ترکیبات آن، مثل فلزات سنگین، هیدروکربن‌های پلی‌سیکلیک آروماتیک است که یک اختلال تدریجی در متابولیسم و رشد‌ و نمو گیاه ایجاد می‌کند (Meudec et al., 2007). نفت‌‌خام باعث کاهش شاخص‌های رشد در گیاه، برای مثال ارتفاع، تعداد برگ‌، سطح برگ‌، زرد شدن برگ و مرگ سلول‌های برگی، وزن خشک و تر گیاه، کاهش زیست‌توده ریشه (Omosun et al., 2008)، کاهش رنگیزه‌های فتوسنتزی (Malallah et al., 1998) و کندسازی جذب مواد غذایی می‌شود (Rosso et al., 2005). همچنین، بخش‌هایی از نفت‌خام می‌تواند غشای بیولوژیک را حل کرده، باعث از هم گسیختن ریشه گیاه شود (Maila and Cloete, 2002). در این پژوهش، تأثیر غلظت‌های مختلف نفت‌خام بر شاخص‌های رشد گیاه اقاقیا (Rubinia pseudoacacia L.) که یک گیاه زینتی متعلق به خانواده Fabaceae از خانواده‌های گیاهی مقاوم به آلاینده‌های نفتی است (Anoliefo et al., 2006) بررسی شد تا بقا و مقاومت این گیاه در خاک آلوده به نفت‌خام و سپس ارزیابی امکان استفاده از آن به عنوان یک گیاه زینتی در پالایش آلودگی‌های مختلف نفت‌خام (شامل هیدروکربن‌های اشباع و آروماتیک نفت‌خام و فلزات سنگین موجود در نفت‌خام) بررسی شود.

مواد و روش‌ها

تهیه و آماده‌سازی بذر و نفت‌خام: بذرهای سالم، سفت، دارای مغز و بدون آفت اقاقیا از پارک کلاله شهر سنجان، واقع در استان مرکزی جمع‌آوری شد. نفت‌خام از پالایشگاه اراک تهیه شد. بذرها توسط اتانول 70% به مدت 2 دقیقه و سپس با هیپوکلریت ‌سدیم 1% به مدت 5 دقیقه ضدعفونی سطحی و سپس 5 بار با آب مقطر شستشو داده شدند (Wang and Oyaizu, 2009). اسکاریفیکاسیون (خراش دادن) بذرها با نوک اسکالپل در ناحیه‌ای غیر از ناف انجام شد (Finch-Savage and Leubner-Metzger, 2006).

کشت بذر اقاقیا در غلظت‌های مختلف نفت‌خام و تعیین درصد جوانه‌زنی: درون 10 پتری‌دیش کمی پنبه استریل و روی آن کاغذ صافی استریل قرار داده و در هر پتری‌دیش 10 عدد بذر ‌استریل خراش داده شده با فاصله مناسب قرار داده شد. سپس تیمارهای مختلف 0%، 2%، 4%، 6%، 8% و 10% (وزنی/ وزنی) نفت‌خام تهیه شدند. تیمار 0% که فاقد ترکیب نفتی است، به عنوان شاهد انتخاب گردید. سپس پتری‌دیش‌ها در تاریکی در دمای 28 تا 30 درجه سانتیگراد برای جوانه‌زنی قرار داده شد(Nasir et al., 2005). پس از دو روز، تعداد بذرهای جوانه‌زده و طول ریشه‌چه اندازه‌گیری ‌شد. آزمایش در 3 تکرار و در یک طرح کاملاً تصادفی انجام گردید.

کشت گلدانی بذرهای غیرآلوده اقاقیا در خاک آلوده به نفت‌خام و اندازه‌گیری شاخص‌های رشد: بذرهای اقاقیای ضدعفونی سطحی و خراش داده شده، درون پتری‌دیش‌های محتوی کاغذ صافی استریل با فواصل منظم، در هر پتری‌دیش 10 بذر، قرار داده شدند. برای تقویت بذرها برای جوانه‌زنی، به هر پتری‌دیش 10 میلی‌لیتر محلول نیترات پتاسیم 2% افزوده و درب پتری‌دیش‌ها بسته شد و سپس در شرایط محیط °C 25 در تاریکی جهت جوانه‌زنی قرار گرفتند. پس از دو روز دانه‌رُست‌های دو روزه غیرآلوده به طور تصادفی در عمق 2سانتی‌متری خاک، درون گلدان‌های شاهد و گلدان‌های محتوی خاک آلوده به نفت‌خام در غلظت 0%، 1%، 2%، 3%، 4%، 5%، 6%، 7% و 8% (حجمی/ وزنی) انتقال یافتند. درون گلدان‌ها از پرلیت و خاک زراعی استریل به نسبت 1:1 (حجمی/ حجمی) پر شد. بافت خاک مورد استفاده لومی رسی با 3/7pH= بود. درصد کربن آلی، نیتروژن کل، فسفر و پتاسیم در دسترس خاک به ترتیب 2%، 2/0%، ppm 50 و ppm1000 اندازه‌گیری شد. گلدان‌ها با خاک‌های آلوده به غلظت‌های ذکر شده پُر شدند. گلدان‌های شاهد از همان خاک بدون افزودن نفت‌خام پر شدند. درون هر گلدان 10 گیاهک اقاقیای دو روزه غیرآلوده کشت شد. پس از پوشاندن روی دانه‌رست‌ها توسط خاک همان گلدان، آبیاری با mL 250 محلول هوگلند (Hoagland  and Arnon, 1950) انجام شد و گلدان‌ها در شرایط محیط در درجه حرارت °C25 در شب و °C28 در روز و دوره نوری 12 ساعت تاریکی/ 12 ساعت روشنایی قرار گرفتند. آبیاری هر هفته به میزان mL 250 محلول نیمه هوگلند صورت گرفت. طرح آماری مورد استفاده طرح کاملاً تصادفی و در 3 تکرار در نظر گرفته شد. هر 15 روز، شاخص‌های رشد مانند طول بخش هوایی، تعداد برگ و برگچه و سطح برگ اندازه‌گیری شد. در پایان 3 ماه، برداشت نهایی انجام شد. عمق ریشه (Root Length, RL)، وزن تر بخش زیرزمینی (Root Fresh Weight, RFW) و هوایی (Shoot Fresh Weight, ShFW) (شامل ساقه و برگ)، وزن تر برگ (Leaf Fresh Weight, LFW) و وزن تر ساقه (Stem Fresh Weight, StFw) اندازه‌گیری شد. وزن خشک ریشه (Root Dry Weight, RDW)، ساقه (Stem Dry Weight, StDW) و برگ (Leaf Dry Weight, LDW) با خشک کردن نمونه‌ها در آون °C75 به مدت 24 ساعت تا رسیدن به وزن ثابت اندازه‌گیری شد. سنجش کلروفیل‌‌ها طبق روش Clementina و همکاران (2008) انجام شد. برای آنالیز داده‌ها از نرم‌افزار SPSS نسخه 11 و برای مقایسه میانگین‌ها از آزمون دانکن و برای رسم نمودارها از نرم‌افزار Excel استفاده گردید.

 

نتایج

الف- درصد جوانه‌زنی و حداکثر طول ریشه‌چه در گیاهک‌های دو روزه

نتایج آنالیز واریانس (جدول 1) نشان می‌داد که اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام بر درصد جوانه‌زنی و طول ریشه‌چه در سطح 5% معنی‌دار است. با افزایش غلظت نفت‌خام (جدول 2) درصد جوانه‌زنی و میانگین حداکثر طول ریشه‌چه‌ بذرهای جوانه‌‌زده اقاقیا کاهش یافته، بین گیاهان شاهد و تیمارها اختلاف معنی‌داری مشاهده ‌شد. بیش‌ترین درصد جوانه‌زنی در شاهد به میزان 80% و کم‌ترین در تیمار 10% نفت‌خام به میزان 3/13% بود. بیشترین و کمترین طول ریشه‌چه در شاهد و تیمار 10% به ترتیب 6/2 و 03/0 سانتی‌متر بود؛ یعنی 66/86% کاهش در تیمار 10% نسبت به شاهد مشاهده گردید.

 

جدول 1- جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 2%، 4%، 6%، 8% و 10% وزنی/ وزنی) بر درصد جوانه‌زنی و طول ریشه‌چه گیاه اقاقیا؛ ns معنی‌دار نیست، * معنی‌دار در سطح 5%، **معنی‌دار در سطح 1%

منابع تغییر

درصد جوانه‌زنی

طول ریشه‌چه

اثر نفت‌خام

*073/7

*01/3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


جدول 2- میانگین درصد جوانه‌زنی و طول ریشه‌چه‌ بذرهای جوانه‌‌زده اقاقیا پس از دو روز در غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 2%، 4%، 6%، 8% و 10% وزنی/وزنی) ± انحراف‌معیار؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار بین میانگین‌ها ‌(p≤0.05) مطابق آزمون دانکن و برای کل جدول نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار است.

شاخص مورد سنجش

تیمار

شاهد

2%

4%

6%

8%

10%

درصد جوانه‌زنی

d80

77/5±

cd67/66

82/8±

Bcd33/63

33/13±

bc67/46

67/6±

ab67/36

02/12±

a33/13

33/3±

طول ریشه‌چه

(سانتی‌متر)

b6/2

67/0±

b38/2

51/0±

ab57/1

1/0±

ab57/1

98/0±

ab16/1

26/0±

a03/0

02/0±

 

 

ب- نتایج اثر نفت‌خام بر ارتفاع، تعداد برگچه، تعداد و سطح برگ اقاقیا در خاک آلوده به نفت‌خام

نتایج آنالیز واریانس و میانگین ارتفاع شاهد و گیاهان رشد یافته در خاک آلوده به نفت‌خام در جدول‌های 3 و 4 ارائه شده است. در غلظت‌های بالاتر از 4% نفت‌خام، هیچ گیاهی رشد نکرد. در 15 روز اول اختلاف معنی‌داری بین تیمارها و شاهد مشاهده شد؛ به‌طوری‌که فقط گیاهان شاهد رشد کردند. سپس از 30 روز، شاهد با ارتفاع 97/6 بلندترین و تیمار 4% با ارتفاع 33/1 سانتی‌متر کوتاه‌ترین گیاه بود. این روند در تمامی دوره‌های اندازه‌گیری وجود داشت. کاهش ارتفاع گیاهان 90 روزه در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% نسبت به شاهد به ترتیب 89/24%،80/68% ، 59/69%، 68/89% اندازه‌گیری شد (جدول 4).

مطابق شکل 1 رشد صعودی ارتفاع نسبت به زمان در همه تیمارها بجز تیمار 4% مشاهده گردید. رشد گیاه شاهد از 15 روز اول شروع شد، در حالی‌که سایر تیمارها نسبت به شاهد یک فاز تأخیر رشد داشتند. با آنکه در تیمار 1% نسبت به شاهد، تأخیر شروع رشد نمایی مشاهده گردید و از روز 45 به بعد روند رشد نمایی شد، ولی در دوره‌های بعد، شدت رشد گیاهان تیمار 1% نسبت به شاهد افزایش بیشتری را نشان ‌داد. برای مثال، شدت رشد گیاه
(Crop Growth Rate, CGR) در فاصله زمانی 30 تا 45 روز در تیمار 1% و شاهد به ترتیب 06/0 و 50/0 سانتی‌متر در روز بود، در حالی‌که در فاصله زمانی 60 تا 75 به ترتیب 76/0 و 20/0 سانتی‌متر در روز بود؛ یعنی در ابتدای دوره، شاهد رشد بیشتری‌ نسبت به تیمار 1% داشته، ولی پس از گذشت یک دوره زمانی 45 روزه شدت رشد تیمار 1% نسبت به شاهد افزایش داشته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 3- میانگین ارتفاع اقاقیا ± انحراف‌معیار در غلظت‌های (0%، 1%، 2%، 3%و 4% حجمی/وزنی) نفت‌خام؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار را بین میانگین‌ها، مطابق دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار است.

سن

(روز)

ارتفاع (Cm)

شاهد

1%

2%

3%

4%

15

26/1± b5/2

a0

a0

a0

a0

30

03/0± c97/6

33/0± ab33/2

5/0± ab5/2

93/0± b67/3

67/0± a33/1

45

04/1± c5/14

17/0± ab16/3

33/0± ab67/3

72/0± b41/4

93/0± a8/1

60

25/3± c5/28

67/0± b3/8

76/0± ab5

51/0± ab6/5

33/1± a67/2

75

37/4± c5/31

88/0± b67/19

33/1± a67/8

88/0± a3/10

86/1± a67/3

90

46/5± b67/41

46/5± b3/31

52/2± a13

73/0± a67/12

33/2± a3/4

 

جدول 4- جدول آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 1%، 2%، 3%، 4% حجمی/وزنی) بر ارتفاع گیاه، تعداد برگچه و سطح برگ. مقایسه در هر ردیف و هر شاخص جداگانه انجام شده است؛ nsمعنی‌دار نیست، *معنی‌دار در سطح 5%، **معنی‌دار در سطح 1%

منابع تغییر

سن گیاه

ارتفاع گیاه

تعداد برگچه

سطح برگ

اثر نفت‌خام

15 روزه

*94/3

*2/4

*5/3

30 روزه

**24/14

*5/9

ns4/3

45 روزه

**83/57

**7/34

**1/14

60 روزه

**6/40

**6/50

**6/50

75 روزه

**4/23

**7/24

*8/9

90 روزه

**43/16

**07/15

**12/51

 

 

شکل 1- منحنی تغییرات ارتفاع گیاهان شاهد و گیاهان رشد یافته در خاک آلوده با غلظت‌های (0%، 1%، 2%، 3%و 4% وزنی/ وزنی) نفت‌خام نسبت به زمان.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


اختلاف معنی‌داری (05/0≥p) بین میانگین تعداد برگچه و سطح برگ شاهد و تیمارها مشاهده گردید (جدول 4). در 15 روز اول فقط در شاهد (Cm213) برگ تولید شد و تولید برگ در خاک آلوده با تأخیر آغاز گردید. در پایان دوره سه ماهه، شاهد دارای بیشترین تعداد برگچه 261 و سپس با اختلاف معنی‌دار تیمار 1% با 173 و کمترین تعداد برگچه در تیمار 4% به تعداد 13 بود (جدول 5). کاهش سطح برگ گیاهان 90 روزه در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% نسبت به شاهد به ترتیب 66%، 85%، 87% و 9/99% است. افزایش سطح برگ در شاهد روندی صعودی داشت. شدت رشد سطح برگ تیمار 1% در دوره‌های چهارم، پنجم و ششم به ترتیب معادل Cm2/day 7/1، 1/4 و 7/4 است، یعنی از دوره پنجم به بعد (از 60 تا 90 روز)، افزایش سطح برگ نمایی می‌شود. در سایر تیمارها سطح برگ در کل دوره رشد کمی داشت (جدول 6).

اختلاف معنی‌داری (01/0≥p) بین شاهد و تیمارها از لحاظ تعداد برگ وجود داشت (جدول 7). کاهش تعداد برگ در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% نسبت به شاهد به ترتیب 19% ، 38%، 47% و 84% بود. بین تیمارهای 1% و سایر تیمارها نیز اختلاف معنی‌داری مشاهده ‌شد (جدول 8).


 

جدول 5- میانگین تعداد برگچه اقاقیا ± انحراف معیار در غلظت‌های (0%، 1%، 2%، 3%و 4% حجمی/وزنی) نفت‌خام؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار را بین میانگین‌ها (میانگین 3 تکرار)، مطابق دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد.

سن

روز

تعداد برگ‌

شاهد

1%

2%

3%

4%

15

17/6± b7/12

a0

a0

a0

a0

30

8/5± b35

33/0± a7/7

2/1± a33/8

2/1± a3/6

91/2± a3/5

45

6/7± b3/78

58/0± a17

9/4± a16

4/2± a3/17

3/5± a10

60

5/11± c136

7/1± b42

8/1± ab3/35

53/3± ab3/32

5/8± a7/16

75

9/25± d3/193

01/14± c103

17/6± bc67/68

67/0± ab3/45

37/7± a14

90

05/54± c261

21/10± b173

18/3± a3/76

57/11± a3/66

51/7± a13

 

جدول 6- میانگین سطح برگ اقاقیا ± انحراف معیار در غلظت‌های (0%، 1%، 2%، 3%و 4% حجمی/وزنی) نفت‌خام؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار را بین میانگین‌ها (میانگین 3 تکرار)، مطابق دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد.

سن

روز

سطح برگ (Cm2)

شاهد

1%

2%

3%

4%

15

93/6± b13

a0

a0

a0

a0

30

5/8± b35

58/0± a17

9/4± a16

4/2± a3/17

3/5± a10

45

6/7± c3/78

b41

76/1± ab7/35

77/6± ab3/35

5/8± a7/16

60

53/11± c136

7/1± b42

76/1± ab3/35

53/3± ab3/32

5/8± a7/16

75

2/35± c213

3/13± b3/102

17/6± ab7/68

2/35± ab7/77

37/7± a14

90

0/59± c3/503

21/10± b173

17/3± a3/76

56/11± a3/66

5/7± a13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


ج- نتایج اثر نفت‌خام بر مقدار کلروفیل در خاک آلوده

اختلاف معنی‌داری (05/0≥p) از لحاظ مقدار کلروفیل a،b و کلروفیل کل بین شاهد و تیمارها مشاهده ‌شد، ولی در خصوص نسبت کلروفیل a/b اختلاف معنی‌داری مشاهده نشد (جدول 7). بیشترین‌ و کمترین میزان کلروفیل a به ترتیب در تیمار 2% و 4% معادل 41/2 و 193/0 میلی‌گرم در گرم اندازه‌گیری شد. مقدار کلروفیل aدر تیمارهای 1%، 2% و 3% نسبت به شاهد به ترتیب 3، 6 و 3 برابر افزایش و در تیمار 4% تقریباً نصف شاهد بود. کاهش مقدار کلروفیل b در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% نسبت به شاهد به ترتیب 38%، 56%، 58% و 88% است. مقدار کلروفیل کل در تیمارهای 1%، 2% در مقایسه با شاهد 80% افزایش و 79% کاهش در تیمار 4% را نشان می‌دهد (جدول 8).


 

جدول 7- آنالیز واریانس اثر غلظت‌های (0%، 1%، 2%، 3% و 4% حجمی/وزنی) نفت‌خام بر مقدار کلروفیلa، کلروفیلb، کلروفیل کل، نسبت a/b، تعداد برگ، وزن ‌تر و خشک برگ و طول ریشه گیاه اقاقیاهای 90 روزه؛ nsمعنی‌دار نیست، *معنی‌دار در سطح 5%، **معنی‌دار در سطح 1%

منابع تغییر

کلروفیل

تعداد برگ

وزن‌ برگ

طول ریشه

a

b

کل

a/b

تر

‌خشک

اثر نفت

*96/6

*34/13

*14/10

ns89/1

**48/15

**5/18

**3/17

ns02/5

 

جدول 8- میانگین تعداد برگ، مقدار کلروفیلa، b و کلروفیل کل(میلی‌گرم بر گرم وزن‌تر برگ) در اقاقیا در غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 1%، 2%، 3%و 4% حجمی/وزنی)؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار بین میانگین‌های مندرج را مطابق آزمون دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار است.

شاخص

شاهد

1%

2%

3%

4%

تعداد برگ

38/3± c3/24

86/1± bc6/19

53/1± b15

16/1± b13

08/2± a4

کلروفیل a

04/0± a4/0

31/0± bc2/1

73/0± c4/2

03/0± ab18/1

18/0± a19/0

کلروفیل b

06/0± c06/1

09/0± b66/0

12/0± b47/0

03/0± b45/0

12/0± a13/0

کلروفیل کل

12/0± b5/1

39/0± c7/2

44/0± c8/2

15/0± b5/1

32/0± a32/0

کلروفیل a/b

04/0± a44/0

03/0± a08/3

64/4± a50/7

12/0± a64/2

5/0± a497/0

 


د-نتایج تأثیر غلظت‌های مختلف نفت‌خام بر شاخص‌های وزنی و طول ریشه در اقاقیا

بین وزن تر و خشک برگ شاهد و تیمارها اختلاف معنی‌داری (05/0≥p) وجود داشت (جدول 7). با افزایش غلظت نفت‌خام از 1%، 2%، 3% و 4% وزن‌ تر برگ به ترتیب در مقایسه با شاهد 42%، 80%، 82% و 1/99% و وزن خشک 41%، 64%، 82% و 6/99% کاهش را نشان ‌داد (جدول 10). بین وزن تر و خشک ساقه (بدون برگ)، بخش هوایی و کل شاهد و آلوده اختلاف معنی‌داری (01/0≥p) وجود دارد (جدول 9). وزن ‌تر ساقه در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% در مقایسه با شاهد به ترتیب 72%، 94%، 2/94% و 45/99 و وزن خشک 75%، 91%، 96% و 6/99% کاهش را نشان می‌دهد. وزن ‌تر بخش هوایی در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% در مقایسه با شاهد به ترتیب 49%، 83%، 95% و 2/99% کاهش را نشان داد. بیشترین و کمترین‌ وزن خشک بخش هوایی مربوط به شاهد (g 16/3) و تیمار 4% (g 0178/0) است. بیشترین و کمترین‌ وزن ‌تر کل (Total Fresh Weight, TFW) به ترتیب در شاهد (g 2/17) و تیمار 4%
(g 17/0) است. وزن ‌تر کل در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% در مقایسه با شاهد به ترتیب 53%، 81%، 87% و 1/99% کاهش داشت. وزن خشک کل (Total Dry Weight, TDW) در تیمار 1%، 55% کاهش و در تیمار 4%، 4/99% کاهش نسبت به شاهد را نشان داد (جدول 10).

اختلاف معنی‌داری بین وزن تر ریشه، طول ریشه و نسبت وزن خشک کل به وزن‌تر کل شاهد و تیمارها مشاهده نمی‌شود، در حالی که وزن خشک ریشه بین شاهد و تیمارها اختلاف معنی‌داری نشان می‌دهد (جدول 9). وزن خشک ریشه در تیمارهای 1%، 2%، 3% و 4% در مقایسه با شاهد به ترتیب 72%، 87%، 93/99% و 99/99% کاهش را نشان ‌داد (جدول 10).


 

جدول 9- آنالیز واریانس اثر غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 1%، 2%، 3% و 4% حجمی/وزنی) بر وزن‌ تر و خشک ساقه، ریشه، بخش هوایی، وزن تر و خشک کل، نسبت وزن خشک کل/وزن تر کل اقاقیاهای 90 روزه؛‌ ns معنی‌دار نیست، * معنی‌دار در سطح 5%، **معنی‌دار در سطح 1%

منابع

تغییر

وزن ساقه

وزن ریشه

وزن بخش هوایی

وزن کل

وزن خشک/تر

تر

خشک

تر

خشک

تر

خشک

تر

خشک

اثر نفت‌

**

07/20

**

94/37

ns

96/6

*

43/8

**

15/22

**

43/20

**

2/15

**

73/17

ns

76/2

 

جدول 10- میانگین شاخص‌های وزنی (g) و طول ریشه (Cm) اقاقیا در غلظت‌های مختلف نفت‌خام (0%، 1%، 2%، 3%و 4% حجمی/وزنی)؛ حروف یکسان عدم اختلاف معنی‌دار را بین میانگین‌های مندرج مطابق آزمون دانکن و برای هر ردیف نشان می‌دهد. هر رقم میانگین 3 تکرار است.

شاخص

شاهد

1%

2%

3%

4%

LFW

73/1± b9/8

36/0± b2/5

39/0± a8/1

36/0± a6/1

05/0± a09/0

StFW

63/0± b07/3

11/0± a85/0

05/0± a18/0

07/0± a18/0

01/0± a02/0

ShTW

16/2± c02/12

42/0± b09/6

43/0± a03/2

38/0± a8/1

06/0± a1/0

RFW

66/1± b19/5

33/0± a99/1

37/0± a26/1

09/0± a4/0

04/0± a06/0

TFW

82/3± c2/17

21/0± b08/8

59/0± ab3/3

47/0± a2/2

09/0± a17/0

LDW

42/0± d2/2

03/0± c3/1

15/0± bc8/0

09/0± ab4/0

008/0± a01/0

StDW

14/0± c95/0

03/0± b24/0

01/0± ab09/0

01/0± ab04/0

002/0± a004/0

ShDW

54/0± c16/3

02/0± b6/1

28/0± a6/0

1/0± a46/0

01/0± a02/0

RDW

25/0± b82/0

03/0± a23/0

03/0± a11/0

01/0± a06/0

006/0± a01/0

TDW

78/0± c97/3

03/0± b8/1

28/0± ab71/0

09/0± a52/0

02/0± a03/0

RL

45/1± b3/29

7/8± b67/31

33/2± b3/41

87/1± b17/33

08/6± a11

TDW/TFW

02/0± ab23/0

006/0± ab22/0

08/0± ab18/0

006/0± b31/0

05/0± a11/0

علایم اختصاری جدول: وزن ‌‌تر کل TFW، وزن‌ خشک کل TDW، وزن ‌تر برگ LFW، وزن‌ خشک برگLDW، وزن‌ تر ساقه StFW، وزن ‌خشک ساقهStDW، وزن ‌تر ریشه RFW، وزن‌ خشک ریشه RDW، وزن ‌تر بخش هوایی ShFW، وزن‌ خشک بخش ‌هوایی ShDW، نسبت وزن خشک به وزن‌ تر کل TDW/TFW و طول ریشه RL.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بحث

جوانه‌زنی یک مرحله مهم رشد است که به تنش‌ها بسیار حساس است (Banks and Schultz, 2005). کاهش درصد جوانه‌زنی 33/13% (تیمار 2%) تا 67/66% (تیمار 10%) نسبت به شاهد، حاکی از تأثیر بازدارندگی نفت‌‌خام بر این شاخص است. جلوگیری از جوانه‌زنی دانه و کاهش رشد جوانه به دنبال آلودگی نفتی وابسته به غلظت‌ و گونه گیاهی توسط محققان گزارش شده است (Peretiemo-Clarke and Achuba, 2007). در بررسی تأثیر آلودگی نفت‌خام در لوبیا چشم ‌بلبلی؛ کاهش فعالیت آمیلاز همراه با افزایش میزان نفت‌خام مشاهده شد. این آنزیم‌‌ با تبدیل نشاسته به مونوساکاریدها، انرژی و کربن مورد نیاز برای تنفس و سنتز ترکیبات بی‌شمار برای رشد و جوانه‌زنی را فراهم می‌کند (Anigboro and Tonukari, 2008). همچنین لایه گازوئیلی پوشاننده سطح بذر، مرزی فیزیکی را ایجاد و از دسترسی بذر به آب و اکسیژن جلوگیری می‌کند و از این طریق، سبب تأخیر در جوانه‌زنی و مرگ جنین می‌شود (Adam and Duncan, 2002). در تیمار 10% طول ریشه‌چه نسبت به شاهد 66/86% کاهش نشان ‌داد که نشان‌دهنده اثر بازدارنده نفت‌ بر رشد ریشه‌چه‌است. نتایج بررسی اثر غلظت‌های متفاوت نفت‌ بر سورگوم نیز تأثیر بازدارنده نفت را بر رشد ریشه‌چه تأیید می‌کند (Adam and Duncan 2002).

کاهش 89/24% تا 68/89% ارتفاع اقاقیا در تیمارهای نفتی نسبت به شاهد نشان‌دهنده اثر بازدارندگی نفت‌خام بر این شاخص رشدی است. مشابه کاهش ارتفاع گیاه ذرت در خاک آلوده به نفت که از نظر محققان به علت عدم تهویه خاک است که با کاهش مواد غذایی، سبب توقف رشد، کوتاهی گیاه و پژمرد‌گی گیاه می‌شود (Agbogidi and Eshegbeyi, 2006).

تیمارهای نفتی سبب کاهش 34% تا 99% تعداد برگچه شدند. مشابه رشد تاج‌خروس در خاک آلوده، که تعداد برگ‌ها نیز مثل سایر شاخص‌های رشد در شاهد بالاتر و با افزایش غلظت نفت‌، کاهش نشان داد (Omosun et al., 2008). در شرایط تنش‌زا حفظ مقدار آب درون بافت برای گیاه مهم است (Agbogidi et al., 2007). از طرفی، خواص هیدروفوبیک نفت، توانایی رطوبتی رسوبات را کاهش داده، بنابراین، آب و مواد غذایی در دسترس گیاه قرار نمی‌گیرد (Meudec et al., 2007) و سبب ایجاد تنش آبی می‌شود که تنش آبی، نمو برگ را به دو طریق، کاهش در اندازه و تعداد سلول محدود می‌کند (Peretiemo-Clarke and Achuba 2007). بررسی‌های اخیر، تأخیر در شروع تولید برگ، کلروز، کاهش سطح و کاهش وزن ‌تر و خشک برگ اقاقیای موجود در خاک آلوده به نفت را نشان داد. محققان بر نقش آلودگی نفتی خاک بر فرآیندهایی مانند آغاز برگ‌دهی، توسعه سطح برگ و توانایی فتوسنتز تاکید دارند که دلیل آن را محدودیت جذب آب توسط ریشه ذکر کرده‌اند (Agbogidi et al., 2007; Peretiemo-Clarke and Achuba, 2007).

نفت‌خام تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر طول ریشه نشان نداد (جدول‌های 7 و 10). محققان یکی از سازوکارهای گیاهان در برابر برخی تنش‌ها، مثل آلاینده‌های نفتی را توسعه ریشه می‌دانند که گیاه با افزایش طول ریشه آب و مواد غذایی مورد نیاز خود را تأمین می‌کند (Huang et al., 2004).

بازدارندگی نفت‌خام بر وزن ‌تر و خشک ساقه اقاقیا، با افزایش غلظت نفت‌خام موجود در خاک وابسته بود. محققان تهویه ناکافی به دنبال آلودگی نفتی را علت پوسیدگی ساقه و در نتیجه کاهش رشد می‌دانند (Smith et al., 1989). نفت سنگین سبب کلروز، کاهش ارتفاع ساقه و شل شدن و مرگ ساقه Salicornia virginica شد که همگی از علایم حضور یک تنش هستند (Rosso et al., 2005).

کاهش 40 تا 99 درصدی وزن ‌تر و خشک برگ، ساقه، بخش هوایی و کل اقاقیا نسبت به شاهد وابسته به غلظت نفت‌خام مشاهده شد (جدول 10). محققان علت این کاهش را، خواص آب‌گریزی ترکیبات هیدروکربنی می‌دانند که با کاهش رطوبت‌، به اختلال در نمو ریشه‌ها و کاهش جذب آب و مواد غذایی و رشد تمامی بخش‌ها (Chaineau et al., 1997; Palmroth et al., 2002) منجر می‌گردد.

در بررسی وزن‌ تر ریشه تفاوت معنی‌داری بین شاهد و تیمارها دیده نشد، در حالی‌که اختلاف معنی‌دار در خصوص وزن خشک ریشه مشاهده شد. در بررسی وزن‌ تر ریشه گلرنگ Carthamus tinctorius و ذرت Zea mays توسط چاقری و همکاران (1385) نیز به غیر از تیمار 5/13% کاهشی در این شاخص رشدی وجود نداشت، زیرا برخی گونه‌های گیاهی به آلودگی نفتی حساس و برخی مقاوم هستند. تفاوت بزرگی بین گیاهان حساس و مقاوم در پاسخ دیده می‌شود. یکی از سازوکارهای گیاهان برای حفظ و بقا در شرایط تنش، حفظ و نگهداری مقدار آب بافت گیاهی است. در خاک آلوده به قیر، نسبت وزن خشک به وزن ‌تر بخش هوایی چاودار (Secale montanum) و پوآ
(Poa paratensis) با افزایش آلودگی افزایش دارد (یعنی مقدار آب درون بافتی در گونه‌های حساس کاهش می‌یابد)، ولی فستوکا (Festuca arundinacea) به عنوان یک گیاه متحمل، با افزایش آلودگی نفت‌خام نسبت وزن خشک به وزن ‌تر در مقایسه با شاهد کاهش نشان داد؛ یعنی آب درون بافتی کاهش نداشته است (Huang et al., 2004). در بررسی اثر گازوئیل بر شاخص‌های رشد ذرت، در بخش هوایی بین تیمارهای گازوئیل اختلاف معنی‌دار مشاهده شد، در حالی‌که در ریشه بین تیمارهای گازوئیلی تفاوت معنی‌داری وجود نداشت؛ یعنی آلودگی دارای آثار بیشتری بر بخش‌های هوایی گیاه نسبت به ریشه است و پاسخ به اندام گیاهی وابسته است (چاقری و همکاران 1385).

بیشترین و کمترین مقدار کلروفیل a وکل به ترتیب در تیمار 2% و 4% اندازه‌گیری شد. بیشترین و کمترین نسبت کلروفیل a/b به ترتیب در تیمار 2% و شاهد مشاهده شد (جدول 8). با افزایش غلظت نفت‌خام مقدار کلروفیل b کاهش یافت. کاهش مقدار کلروفیل و کاروتنوئیدها متناسب با افزایش نفت خاک در بادام‌زمینی نیز گزارش شده است (Peretiemo-Clarke and Achuba, 2007). در سنجش اثر غلظت‌های متفاوت قیر در چاودار، فستوکا و پوآ کاهش مقدار کلروفیل کل و افزایش نسبت کلروفیل a/b متناسب با افزایش غلظت قیر مشاهده شد. این نتیجه به گونه گیاهی متفاوت وابسته است؛ به‌طوری‌که در گیاه مقاوم (فستوکا) این افزایش در حد مینیمم بود و از نظر آماری قابل ملاحظه نبود (Huang et al., 2004). هیدروکربن‌های پلی‌سیکلیک آروماتیک، انتقال الکترون را از طریق آسیب به پلاستوکینون‌ها مسدود می‌کنند و بدین‌‌وسیله مانع جریان الکترون از فتوسیستم II به فتوسیستم I می‌شوند و در نتیجه، سبب اشباع بیش از حد PSII از الکترون و اکسیداسیون فتوشیمیایی کمپلکس‌های حاصل از نور که با کلروفیل b پیوند دارند، می‌شوند و در نهایت باعث افزایش حساسیت به نور در گیاه می‌شوند (Huang et al., 2004). افزایش نسبت کلروفیلb /a در تنش سموم شیمیایی گزارش شده است. تأثیرات بنزوپیرین در فتوسنتز و تنفس گیاه از طریق آسیب به کلروفیل و بازدارندگی آنزیمی در انتقال الکترون مشاهده شده است (Meudec et al., 2007). کاهش میزان کلروفیل درCorchorus olitorius متناسب با افزایش میزان تنش آلودگی نفتی نیز گزارش شده است (Clementina et al., 2008). بنابراین، نفت‌خام می‌تواند باعث القای تنش‌های محیطی در گیاه اقاقیا گردد، تأخیر در شروع رشد و کاهش اکثر شاخص‌های رشدی، به خصوص در مراحل اولیه رشد مبین این مسأله است، ولی در دوره‌های بعدی رشد (از 45 روز به بعد) شدت رشد در تیمار 1% بیش از شاهد شد؛ به‌طوری‌که در پایان دوره سه ماهه اختلاف معنی‌داری بین ارتفاع شاهد و تیمار 1% مشاهده نمی‌شود. بنابراین، اقاقیا را می‌توان یک گیاه متحمل به آلودگی نفتی در غلظت‌های کم در نظر گرفت. سازوکار گیاه برای حفظ بقا در برابر تنش فوق عدم تغییر طول ریشه به منظور کسب آب و مواد غذایی و حفظ آب درون بافتی است.

 

قدردانی

نویسندگان مقاله لازم می‌دانند از حوزه معاونت محترم پژوهشی و فناوری دانشگاه اراک، جهت حمایت مالی و اجرایی این تحقیق صمیمانه تشکر و قدردانی کنند.

 

 

چاقری، ز.، آقایاری، ف.، ابراهیمی پور، غ. و شاکر بازارنو، ح. (1385) بررسی تأثیرات گازوئیل بر میزان جوانه‌زنی و رشد گیاهچه برخی از گونه‌های زراعی. علوم محیطی 4(13):69-80.

 

 

 

 

Adam, G. and Duncan, H. (2002) Influence of petroleum hydrocarbon on seed germination. Journal of Environmental Pollution 120: 363-370.

Agbogidi, O. M. and Eshegbeyi, O. F. (2006) Performance of Dacryodes edulis (Don. G. Lam H. J.) seeds and seedlings in a crude oil contaminated soil. Journal of Sustainable 22:1-13.

Agbogidi, O. M., Eruotor, P. G. and Akparobi, S. O. (2007) Effects of crude oil levels on the growth of maize (Zea mays L.). Journal of Food Technology 2(6): 529-535.

Anigboro, A. and Tonukari, N. (2008) Effect of crude oil on inverase and amylase activities in Cassava leaf extract and germinating Cowpea seedlings. Asian Journal of Biological Sciences 1: 56-60.

Anoliefo, G. O., Isikhuemhen, O. S. and Ohimain, E. I. (2006) Sensitivity studies of the common bean (Vigna unguiculata) and maize (Zea mays) to different soil types from the crude oil drilling sites at Kutchalli, Nigeria. Journal of Soils Sediments 6(1): 30-36.

Banks, M. K. and Schultz, K. E. (2005) Comparison of plants for germination toxicity tests in petroleum-contaminated soils. Water, Air and Soil Pollution 167: 211-219.

Chaineau, C. H., Morel, J. L. and Oudot, J. (1997) Phytotoxicity and plant uptake of fuel oil hydrocarbons. Journal of Environmental Quality 26: 1478-1483.

Clementina, O. A., Olusola, J. O. and Luqman, S. K. (2008) Effect of spent engine oil on the growth parameters and chlorophyll content of Corchorus olitorius L. Journal of Environmentalist 28: 446-450.

Finch-Savage W. E and Leubner-Metzger, G. (2006) Seed dormancy and the control of germination. New Phytologist 171: 501-523.

Greenberg, B. M., Huang, X. D., Gerhardt, K., Glick, B. R. Gurska, J., Wang, W., Lampi, M., Khalid, A., Isherwood, D., Chang, P., Wang, H., Shah Wu, S., Yu, X. M. and Dixon, D. G. (2007) Field and laboratory tests of a multi-process phytoremediation system for decontamination of petroleum and salt impacted soils. In: Proceedings of the 9th International In Situ and On-Site Remediation Symposium. Batelle Press, Columbus.

Hoagland, D. R. and Arnon, D. I. (1950) The water-culture method for growing plants without soil. California Agricultural Experiment Station Circular 347: 1-32.

Huang, X. D., El-Alawi, Y., M.Penrose, D. R., Glick, B. and Greenberg, B. (2004) Responses of three grass species to creosote during phytoremediation. Journal of Environmental Pollution 130: 453-463.

Maila, M. P. and Cloete, T. E. (2002) Germination of Lepidium sativum as a method to evaluate polycyclic aromatic hydrocarbons removals from contaminated soil. International Biodeterioration and Biodegradation 50: 107-113.

Malallah, G., Afzal, M., Kurian, M., Gulshan, S. and Dhami, M. S. I. (1998) Impact of oil pollution on some desert plants. Journal of Environment international 24(8): 919-924.

Meudec, A., Poupart, N., Dussauze, J. and Deslandes, E. (2007) Relationship between heavy fuel oil phytotoxicity and polycyclic aromatic hydrocarbon contamination in Salicornia fragilis. Journal of Science of the Total Environment 381: 146-156.

Nasir, H., Iqbal, Z., Hiradate, S. and Fujii, Y. (2005) Allelopathic potential of Robinia pseudo-acacia L. Journal of Chemical Ecology 31: 2179-2192.

Omosun, G., Markson, A. A. and Mbanasor, O. (2008) Growth and anatomy of Amaranthus Hybridus as affected by diferrent crude oil concentrations. American-Eurasian Journal of Scientific Research 3(1): 70-74.

Palmroth, M. R. T., Pichtel, J. and Puhakka, J. A. (2002) Phytoremediation of subarctic soil contaminated with diesel fuel. Bioresource Technology 84: 221-228.

Peng, S., Zhou, Q., Cai, Z. and Zhang, Z. (2009) Phytoremediation of petroleum contaminated soils by Mirabilis Jalapa L. in greenhouse plot experiment. Journal of Hazardous Materials 168: 1490-1496.

Peretiemo-Clarke B. O. and Achuba, F. I. (2007) Phytochemical effect of petroleum on peanut (Arachis hypogea) seedlings. Journal of Plant Pathology 6(2): 179-182.

Rosso, P. H. C., Pushnik, J., Lay, M. L. and Ustin, S. (2005) Reflectance properties and physiological responses of Salicornia virginica to heavy metal and petroleum contamination. Journal of Environmetal Pollution 137: 241-252.

Smith, B., Stachowisk, M. and Volkenbugh, E. (1989) Cellular processes limiting leaf growth in plants under hypoxic root stress. Journal of Experimenal Botany 40(1):89-94.

Wang, Y. and Oyaizu, H. (2009) Evaluation of the phytoremediation potential of four plant species for dibenzofuran-contaminated soil. Journal of Hazardous Materials 168: 760-764.