برخی شاخصهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه آلوئهورا (Aloe vera) تحت تیمار پسابهای شهری و صنعتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی دانشکده علوم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 گروه زیست شناسی دانشکده علوم، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

یکی از معضلات محیط ‌زیستی، آلودگی خاک به فلزات سنگین موجود در پساب‌های شهری و صنعتی است و پالایش این آلودگی‌ها توسط گیاهان، روشی مقرون به‌صرفه و دوست‌دار محیط زیست است. در این تحقیق، آزمایشی جهت بررسی میزان پالایش گیاه آلوئه‌ورا (صبر‌زرد) از نظر شاخص انباشت فلزات (روی، کروم، سرب، مس، منگنز، نیکل، منیزیم، کادمیم، جیوه) و خصوصیات مورفولوژیک آن تحت دو نوع تیمار پساب شهری و صنعتی در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که تیمار‌های پساب شهری و صنعتی باعث ایجاد تغییرات معنی‌داری (05/0P ≤) در تمام شاخص‌های مورد بررسی (وزن تر برگ، وزن خشک برگ، محتوی نسبی آب برگ، طول برگ، وزن ژل برگ، نسبت ژل به برگ، وزن تر ریشه، وزن تر بوته، بیومس کل، طول ریشه، ارتفاع بوته، تعداد پاجوش، ارتفاع پاجوش، وزن پاجوش و شاخص بردباری ریشه) گیاه آلوئه‌ورا شدند. بالاترین شاخص انباشت فلزات، در تیمار پساب شهری مشاهده شد و تمامی شاخص‌های ذکر شده، تحت تیمار پساب شهری کاهش بیشتری نسبت به پساب صنعتی داشتند. در تیمار پساب صنعتی نیز تمامی شاخص‌ها کاهش داشت، ولی میانگین تعداد پاجوش‌ها نسبت به شاهد افزایش نشان داد. در مجموع براساس نتایج به‌دست آمده از این تحقیق، می‌توان گفت که گیاه آلوئه‌ورا در خاک حاوی پساب صنعتی نسبت به خاک حاوی پساب شهری عملکرد بهتری داشت.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Some morphological and physiological characteristics of Aloe vera under the treatment of urban and industrial wastewater

نویسندگان [English]

  • Sareh Ebrahimi Nokande 1
  • Seyed Mehdi Razavi 1
  • Mansour Afshar Mohammadian 2
1 Department of Biology, Faculty of Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Department of Biology, Faculty of Sciences, University of Guilan, Rasht. Iran
چکیده [English]


One of the environmental problems is soil pollution with heavy metals from urban and industrial wastewater, and the treatment of these pollutants by plants is a cost-effective and environmentally friendly method. In this study, an experiment was conducted to evaluate the phytoremediation rate of Aloe vera in terms of metal accumulation index (zinc, chromium, lead, copper, manganese, nickel, magnesium, cadmium, mercury) and its morphological characteristics under two types of urban and industrial wastewater treatment. The design was completely randomized with three replications. The results showed that urban and industrial wastewater treatments caused significant changes (P≤0.05) in all examined parameters including leaf fresh weight, leaf dry weight, relative leaf water content, leaf length, leaf gel weight, the ratio of gel to leaf, root fresh weight, fresh plant weight, total biomass, root length, plant height, number of ramets, ramets height, ramets weight and root tolerance index in Aloe vera. The highest index of metal accumulation was observed in plants treated by urban wastewater and all the mentioned parameters showed a more significant decrease by treatment of urban wastewater than industrial wastewater. In the industrial wastewater treatment, all parameters decreased, but the average number of ramets increased compared to the control. In general, based on the parameters studied in this study, it can be said that the Aloe vera plant had better performance in soils containing industrial wastewater than in soils containing urban wastewater.
 
Introduction
One of the environmental problems is soil pollution with heavy metals from urban and industrial wastewater. Human activities such as the disposal of household waste and industrial activities mainly import heavy metals into the soil (European Commission, 2013; USEPA, 2021). Heavy metal pollution of soil can harm human life and the ecosystem through direct intake or entering the food chain (soil-plant-human or soil-plant-animal-human) (European Commission, 2013). Phytoremediation is a biological and cost-effective method to remove or reduce environmental pollutants. Some plants can remove, stabilize or transfer contaminants of soil or groundwater (Gajic and Pavlovic, 2018). Therefore, choosing a suitable plant for phytoremediation can be a crucial step in eliminating pollution based on region and type of pollution and expansion of urban wastewater.
The province of Guilan, located in the north of Iran, has a humid subtropical climate and is a fertile province in terms of agriculture. The increased urban population in this province can cause pollution transfer into the river or land fields. This problem threatens the agricultural products of Guilan and causes a critical challenge. It seems that the cultivation of plants with high phytoremediation ability and the creation of a green belt in the landfill site of urban and industrial wastewaters is the most feasible and low-cost method to decrease the risk of soil and water pollution. 
In this study, we examined the ability of Aloe vera for phytoremediation of urban and industrial wastewater (UWW and IWW) and the possible alterations of, its morphological and physiological characteristics under wastewater pollution.
 
Materials and Methods
For this study, Aloe vera plants gathered from the local nursery were planted in the pots containing 11 kilos of soil suitable for A. vera cultivation. After a month of transferring the plants to the pots and adapting them to the new conditions, they were divided into three groups. Each group was irrigated for 14 months (every twice a week) with 300 mL of one type of solutions consideredas treatments for this experiment, including urban water (drinking water), UWW collected from the landfill site of Saravan, and IWW collected from the paper factory. Moreover, pots without plants were irrigated like pots with plants to determine the amounts of heavy metals (zinc, chromium, lead, copper, manganese, nickel and magnesium) after wastewater addition to the soil and compare it with maximum standard levels, pots with plants.
Soil samples were homogenized and dried in an oven at 30°C for 24h and the concentration of heavy metals was determined. The relative water content (RWC) of leaves was measured before harvesting plants (Barrs and Weatherley, 1962). After harvesting the whole plants, leaf fresh weight, leaf length, leaf gel weight, ratio gel to leaf, root fresh weight, plant fresh weight, root length, plant height, number of ramets, ramets height, ramets weight, and tolerance index were measured. Leaf dry weight and total biomass were determined after drying plant tissues (oven 50 ºC for 72 hours). All dried plant tissues were turned into powder. Then the concentration of metal elements in plant samples was determined using ICP-OES based on the method of Salt et al. (1998) and Al-Oud Saud (2003).
Metal Accumulation Index (MAI) was calculated using the following formula to determine the amount of metals accumulated in plants. (Liu et al., 2007):
 
 
Results and discussion
Comparison of means showed that urban and industrial wastewater treatments caused significant changes in all examined parameters, including the fresh weight of leaf, root, whole plant, and ramets, dry weight of leaf, length of leaf and roots, the height of plants and ramets, relative leaf water content, leaf gel weight, ratio gel to leaf, total biomass, number of ramets and root TI. The highest index of MAI was observed in plants treated by UWW, and the reduction of all mentioned parameters was more under treatment with UWW than IWW. Under the IWW treatment, all parameters decreased, but the average number of ramets increased compared to the control.
Considering that MAI shows the overall performance of plants for co-accumulation of metal elements (Liu et al., 2007), A. vera was successful in accumulating Zn, Cr, Pb, Cu, Mn, Ni, and Mg. Previous studies have reported that plant species with a high MAI value should be used as barriers between contaminated and vulnerable areas, such as parks and residential areas (Nadgorska–Socha et al., 2017). It has been reported that high levels of metals in the soil inhibit various metabolic functions of plants and cause a delay in growth. The toxicity of heavy metals in different plants varies according to factors such as the type of plant, the bioavailability of metals, and the amount of metal displacement in the plant organs (Wang et al., 2006; Usman et al., 2005).
The results indicate that an increase in the concentration of heavy metals probably decreases the amount of plant production, the size of the cells, and the dry weight of the organs. (Sharma and Dubey, 2005; Yadollahi et al., 2016).
 
Conclusion
According to MAI, morphological and physiological characteristics of the A.vera under UWW and IWW treatments, A.vera can be a good refining plant for cultivating and creating a green belt in contaminated soils. Due to the remarkable purifying ability of A.vera in removing heavy metals from contaminated soils, it is recommended to cultivate A.vera in areas polluted with industrial and urban wastewater to prevent the spread of pollution to the surrounding lands.
 
 
Acknowledgement
This article is extracted from the results of Sareh Ebrahimi Nokande’s Ph.D. thesis from the Faculty of Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran. The authors would like to thank University of Guilan for the technical supports.
 
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Metal accumulation
  • urban wastewater
  • industrial wastewater
  • Aloe vera
  • Phytoremediation

مقدمه

امروزه یکی از چالش‌های مهم در زمینه محیط زیست، افزایش تدریجی و تجمع فلزات سنگین در محیط زیست است که باعث ایجاد نگرانی‌های جدی شده است. فلزات سنگین موجود در اجزای محیط زیست نظیر خاک، آب و هوا، ممکن است منبع طبیعی داشته و یا ناشی از فعالیت‌های انسانی باشند. برخی فعالیت‌های انسان از قبیل رهاسازی ضایعات، زباله‌های شهری و بیمارستانی در محیط، تخلیه پسماند کارخانجات و صنایع مختلف، ریخته‌گری و پساب تعمیرگاه‌ها در محیط‌های آبی و خاکی و ایجاد شیرابه‌های سمی ناشی ازآن، و همچنین استفاده از کود‌های شیمیایی و آفت‌کش‌ها و نیز استفاده از لجن فاضلاب و غیره در زمین‌های کشاورزی باعث افزایش غلظت فلزات سنگین در محیط زیست می‌شود (Kabata-Pendias, 2001; USEPA, 2021). در محیط زیست، آلودگی خاک با فلزات سنگین، با آلودگی آب یا هوا متفاوت است، زیرا فلزات سنگین در داخل خاک به‌مدت طولانی‌تری نسبت به سایر بخش‌های بیوسفر باقی می‌مانند (Lasat, 2002). مشکل اصلی مربوط‌‌به فلزات سنگین، تجزیه پذیر نبودن آن‌ها، بر خلاف آلاینده‌های آلی است و این واقعیت، فلزات سنگین را به یکی از خطرناک‌ترین گروه آلاینده‌های زیست محیطی تبدیل کرده است (Kabata-Pendias, 2001). واژه فلزات سنگین به فلزات و شبه فلزاتی که دارای عدد اتمی بالای 20 و یا چگالی آنها بیش از 5 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، گفته می‌شود. سرب (Pb)، کادمیم (Cd)، نیکل (Ni)، روی (Zn)، آهن (Fe)، آرسنیک (As)، مولیبدن (Mo)، منگنز (Mn)، منیزیم (Mg)، کبالت (Co)، کروم (Cr)، مس (Cu)، جیوه (Hg)، نقره (Ag)، سلنیم (Se) ازجمله این فلزات هستند (Adriano, 2001). سمیت فلزات سنگین در گیاهان زمانی اتفاق می‌افتد که فلز مربوطه بتواند از خاک، هوا یا آب وارد گیاه شود. البته گیاهان به برخی از فلزات سنگین در غلظت‌های بسیار پایین (فلزات ضروری) مثل روی، مس، آهن، منگنز نیاز دارند، اما زمانی‌که غلظت این فلزات یا فلزات غیر ضروری مانند سرب، کروم وغیره از حد معینی بالاتر رود، به بروز اختلالات متابولیکی و رشد و نموی در اغلب گونه‌های گیاهی منجر می‌شوند(Kabata-Pendias, 2001).‌

تنش فلزات سنگین بر جذب عناصر ضروری و تغذیه معدنی گیاه، رشد و نمو، فرآیند‌های فیزیولوژیک مختلف از قبیل سنتز پروتئین‌ها، فعالیت‌های آنزیمی و غیرآنزیمی، تنفس و متابولیسم سلولی تأثیر دارند. قرار گرفتن در معرض تنش، ممکن است سبب افزایش تولید گونه‌های اکسیژن فعال و تنش اکسیداتیو شود و در نهایت به آسیب به غشاها و DNA، تغییر در رشد و ساختار فیزیولوژیک سلول و تخریب آنزیم‌ها منجر شود  (Sytar et al., 2013). با ورود فلزات سنگین به زنجیره غذایی از طریق گیاهان یا حیوانات و به واسطه مصرف طولانی مدت مقادیر عناصر سنگین، به تدریج غلظت آن در بافت‌های بدن افزایش می‌یابد و پیامد‌هایی از قبیل مشکلات قلبی‌عروقی، بیماری‌های پوستی، گوارشی، عصبی، کاهش ضریب هوشی، از دست دادن حافظه کوتاه مدت و اختلالات هماهنگی اعضا، مشکلات کبدی، استخوانی، تولید مثلی و سرطانی برای سلامت انسان خواهد داشت (European Commission, 2013; Ling et al., 2008) ازاین‌رو، به‌منظور احیای دوباره اراضی و به حداقل رساندن ورود عناصر سمی به زنجیره غذایی، پاک‌سازی مکان‌های آلوده به فلزات سنگین امری ضروری است.

اگرچه امکان اصلاح خاک‌های آلوده به فلزات سنگین با استفاده از تکنیک‌های مهندسی، شیمیایی، فیزیکی و یا زیست میکروبی وجود دارد، اما این روش‌ها هزینه‌بر، وقت‌گیر و غالبا مخرب محیط زیست است. ازاین‌رو،طی سال‌های اخیر، محققین درصدد یافتن روش‌های زیستی بر‌آمدند که بتوانند مکان‌های آلوده به فلزات سنگین را بدون آن‌که بر حاصل‌خیزی و تنوع زیستی خاک تأثیر مخرب داشته باشند، پاک‌سازی و تعدیل نمایند  (Torresday et al., 2005). استفاده از گیاهان برای ذخیره‌سازی، انتقال و حذف آلاینده‌های محیط زیست ازجمله فلزات سنگین، آلودگی‌های آلی و ترکیبات شیمیایی سمی، فرایندی است که گیاه پالایی نامیده می‌شود.

گیاه پالایی (Phytoremediation) به‌عنوان یک فن‌آوری اصلاح شده مبتنی بر جذب و تصفیه پساب‌ها و فلزات سنگین، ازجمله فن‌آوری های سبز و دوست‌دار محیط زیست است که از لحاظ اقتصادی مقرون به‌صرفه و از لحاظ انرژی کم‌هزینه هست و همچنین کم‌خطر بوده و امکان بهره‌برداری در سطح وسیع را داراست و برای مناطق دارای میزان آلودگی کم تا متوسط بسیار مناسب است. علاوه‌بر‌این، به دلیل بهره‌گیری از گیاهان، این فن‌آوری از لحاظ زیبایی نیز بسیار جاذب است. ولی متاسفانه علی‌رغم این پتانسیل ارزشمند، هنوز گیاه پالایی در برخی از کشور‌ها به عنوان یک فن‌آوری، استفاده تجاری ندارد(Pilon Smits, 2005; Gajic and Pavlovic, 2018). روش‌های مختلف فن‌آوری گیاه پالایی شامل: تجزیه ریشه‌ایی، تجزیه گیاهی، استخراج گیاهی، تصفیه ریشه ای، تبخیر گیاهی، کنترل هیدرولیکی و تثبیت گیاهی هستند (Rashkin et al., 1997).

گیاهانی که جهت گیاه پالایی در انواع خاک‌های آلوده به‌کار می‌روند، باید دارای خصوصیاتی نظیر سازگاری اکولوژیک با محیط خاک و اقلیم مورد نظر، رشد سریع، مورفولوژی مناسب ریشه، توانایی تحمل فلزات سنگین باشند و بسیاری از گیاهان احتمالاً دارای چنین توانایی‌هایی هستند، ولی تاکنون تعداد معدودی از آن‌ها استفاده شدند. بنابر‌این، مطالعات بیشتر جهت شناسایی و انتخاب گیاهان مناسب برای گیاه پالایی در هر منطقه جغرافیایی دارای اهمیت قابل توجهی است.(Sharma and Dubey, 2005)

در مورد اثر انواع پساب‌ها روی گیاهان و موضوع گیاه پالایی تحقیقات زیادی تاکنون انجام شده است (Gajic et al., 2018; Jalali and Hemati Matin, 2019; Kouhi and Moudi 2020; Petoussi and Kalogerakis, 2022; Placido and Lee, 2022). ولی نکته پراهمیت آن است که اطلاعات این تحقیقات برای همه کشورها کاملاً مشابه و قابل استفاده نیست و محققان گیاه‌پالایی در اروپا و آمریکا نیز اعلام نموده‌اند که در مورد پساب و گیاهان در هر منطقه بخصوص، باید مطالعات دقیق محلی انجام گیرد. استان گیلان در شمال ایران دارای آب و هوای نیمه گرمسیری مرطوب و از نظر کشاورزی، استانی حاصلخیز است. جمعیت شهری و کارخانجات صنعتی در این استان روزبه‌روز در حال افزایش است و پسماند‌های شهری و صنعتی کارخانه‌ها جای مناسبی برای تخلیه ندارند. به‌طوری‌که در برخی مناطق، پسابها مستقیماً به رودخانه‌ها و مزارع سرازیر می‌شوند. لازم به‌ذکر است که علاوه‌بر فلزات سنگین، مقادیر اضافی برخی عناصر غذایی در پساب‌ها نیز می‌تواند مانع رشد و موجب کاهش تولید زیست توده گیاهان شود (Taiz and Zeiger, 2014; Mohsenzadeh, et al., 2016) .

آلوئه‌ورا یا صبر‌زرد گیاهی گوشتی و چندساله از خانواده لیلیاسه (Liliacea) و از راسته مارچوبه‌ای‌ها (Asparagales) است. دارای الگوی رشد روزت و همیشه سبز است که به ارتفاع تقریبی 60 سانتی‌متر می‌رسد. ساقه چوبی و کوتاه به ضخامت 5 تا 10 سانتیمتر و بـرگ‌هـا به شکل نیزه‌ای هستند که به‌طور مستقیم به محور سـاقه متصـل می‌شوند. به‌راحتی در مناطق مختلف از جمله آب و هوای گیلان، بدون خطر ایجاد مسمومیت و یا تهاجم به مناطق دیگر یافت می‌شوند و رشد می‌کنند(Sabitha and Mohamed, 2021). در بررسی توانایی گیاه‌پالایی گیاه آلوئه‌ورا، از فاضلاب آزمایشگاه شیمی دانشکده‌ خود گزارش کردند که استفاده از گیاه آلوئه‌ورا، در تصفیه فاضلاب آزمایشگاهی مقرون به صرفه و کارآمد بوده است.

باتوجه‌به اینکه کاشت گیاهان با قابلیت گیاه پالایی خوب، در نزدیکی محل خروجی پساب، به‌عنوان کمربند سبز، عملی‌ترین و کم هزینه‌ترین روش به‌سازی است و این روش می‌تواند علاوه بر تثبیت اراضی در برابر فرسایش‌های حاصل از باد و آب، منطقه آلوده را نیز بی‌خطر کند (Weinberg et al., 2004). بنابراین، در این مطالعه به بررسی پتانسیل جذب و توانایی زیستی گیاه آلوئه‌ورا به‌عنوان یک گیاه پالاینده برای حذف فلزات سنگین از خاک تحت تأثیر آلودگیهای پساب شهری و صنعتی در استان گیلان پرداخته شد و شاخص انباشت (همزمان) کل فلزات شامل: روی، کروم، سرب، مس، منگنز، نیکل، منیزیم، کادمیم، جیوه و برخی ویژگی‌های رشد و نموی گیاه آلوئه‌ورا تحت دو تیمار پساب شهری و صنعتی ارزیابی شد.

 

مواد و روشها

تهیه خاک و پساب: به‌منظور بررسی اثر پساب شهری و صنعتی بر برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک گیاه آلوئه‌ورا، آزمایش گلدانی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی در3 تکرار، در محوطه دانشکده علوم دانشگاه گیلان در فضای مسقف شیشه‌ای در شرایط دمای محیط اجرا شد. خاک مورد استفاده از نقاط مختلف جنگل شفارود واقع در استان گیلان از عمق صفر تا 30 سانتی‌متر به‌طور تصادفی برداشت و الک شد. سپس خصوصیات فیزیکوشیمیایی (Walkley and Black, 1934; Richards, 1954; Uba et al., 2009) و مقدار فلزات سنگین با دستگاه Inductively Coupled Plasma Optical Emission (ICP-OES) Spectrometer مدل (ARCOS, Spectro, Germany) در نمونه خاک اولیه و قبل از شروع آزمایش سنجش شد (Salt et al., 1998) . که نتایج در جدول 1 ارائه شده است. در بین عناصر مورد نظر برای ارزیابی، مقدار عناصر کادمیم و جیوه بسیار کم و زیر 1 میلی‌گرم بر کیلو‌گرم بود و بنابراین، در حد تشخیص دستگاه ICP -OES  جهت تعیین میزان دقیق این عناصر نبود. تیمار‌های آزمایشی شامل سه گروه بودند: آب شهری به‌عنوان تیمار اول (شاهد)، تیمار دوم پساب زباله‌های شهری که از محل دفن زباله سراوان برداشت شد و تیمار سوم پساب صنعتی که از محل خروجی پساب کارخانه چوب و کاغذ برداشت شد. پساب‌ها به‌صورت ماهانه جمع‌آوری و در دبه‌های مخصوص نگهداری شدند.

 

 

جدول 1- ویژگی‌های فیزیکو شیمیایی و فلزات سنگین خاک اولیه (شاهد)

Table 1- Physicochemical properties and heavy metals of primary soil (control)

بافت  خاک

پتاسیم قابل جذب میلی‌گرم بر کیلو‌گرم

فسفر قابل جذب میلی‌گرم بر کیلو‌گرم

رس%

سیلت%

شن%

از تکل%

کربن آلی%

pH

    EC

(ds/m)

 

فلزات سنگین (میلی‌گرم بر کیلو‌گرم)

منیزیم

نیکل

منگنز

مس

سرب

کروم

روی

SL

131

5/13

14

22

64

28/0

19/3

6/6

88/0

2400

9

240

20

8

14

16

 

 

آمادهسازی گلدانها: گلدان‌های پلاستیکی به عرض 40 سانتی‌متر و ارتفاع 35 سانتی‌متر با 11 کیلوگرم خاک الک زده پر شدند. گیاهان سالم و جوان آلوئه‌ورا از محل‌های رشد و نمو آن‌ها در حوالی شهر رشت جمع‌آوری و سپس بوته‌ها (تقریبا هم وزن و هم ارتفاع) در گلدان‌ها کاشته شدند. برای جلوگیری از تأثیر تنش بر گیاهان و سازگاری با شرایط جدید، تمامی گیاهان آزمایشی به مدت 4 هفته با آب شهری (هفته‌ای دو بار و هر بار 200 میلی‌لیتر) آبیاری شدند. پس از یک ماه از شروع کشت، گلدان‌های شاهد با 300 میلی‌لیتر آب شهری و گلدان‌های تیمار با 300 میلی‌لیتر پساب شهری و یا 300 میلی‌لیتر پساب صنعتی 2 بار در هفته به مدت 14 ماه به‌طور جداگانه آبیاری شدند. همچنین برای تعیین میزان کل عناصر اضافه شده از پساب به خاک، گلدان‌هایی با 11 کیلوگرم خاک پر شده بدون گیاه در نظر گرفته و مانند گلدان‌های حاوی گیاهان آبیاری شدند.

سنجش محتوی آب نسبی برگ RWC :(RWC) 14 ماه پس از تیمار دهی به روش(Barrs and Weatherley, 1962) اندازه‌گیری و با استفاده از رابطه 1 بر حسب درصد محاسبه شد که در آن FW وزن تر برگ، SW وزن اشباع برگ پس از قرار گرفتن در آب مقطر و DW وزن خشک برگ است.

رابطه 1:  RWC = ((Fw-Dw)/(Sw-Dw))×100

برداشت خاک و گیاه: پس از گذشت 14 ماه از شروع کشت، هر گلدان به آرامی بر‌گردانده و خالی شد. مقداری از خاک هر گلدان نیز (پس از مخلوط و همگن کردن کل خاک) برداشت و در دمای 30 درجه سانتیگراد آون به‌مدت 24 ساعت خشک شد. کل گیاه نیز برداشت و پس از شستشو با آب، از نظر برخی صفات مورفولوژیک (وزن تر برگ، طول برگ، وزن تر ریشه، وزن تر بوته، طول ریشه، ارتفاع بوته، تعداد پاجوش، ارتفاع پاجوش، وزن پاجوش، وزن ژل برگ، نسبت ژل به برگ) بررسی شد. برای تعیین وزن ژل، پس از جداسازی پوست رویـی برگ، ژل داخـل برگ‌ها به کمک یـک کاردک کاملاً جـدا و وزن شدند (Salighedar et al., 2016). برای ارزیابی وزن خشک، اندام‌های مختلف گیاهان شاهد و تیمار در آون تحت دمای 50 درجه سانتیگراد به‌مدت 72 ساعت خشک شدند.

ارزیابی اسیدیته و شوری: اسیدیته و شوری در خاک نهایی (خاک گلدان‌های بدون‌گیاه) که تحت آبیاری آب شهری، پساب شهری و پساب صنعتی قرار داشتند اندازه گیری شد (Richards, 1954; Uba et al., 2009) و نتایج آن قبلاً منتشر شده است (Ebrahimi nokande et al., 2022). برای اسیدیته مقادیر 57/6، 43/5، 3/6 و برای شوری مقادیر 79/0، 12/8، 35/2 به‌ترتیب در تیمار‌های آب شهری، پساب شهری و پساب صنعتی است.

بررسی غلظت فلزات سنگین نهایی: نمونه‌های خاک در آون با دمای 30 درجه سانتیگراد به‌مدت 24 ساعت خشک و سپس الک شدند. 1 گرم از نمونه با HCl غلیظ (37 درصد) و HNO3 غلیظ (65 درصد) به نسبت 1:3 مخلوط شد و به‌مدت 15 دقیقه تا دمای150 درجه سانتیگراد در حمام آب گرم حرارت داده شد تا هضم رخ دهد. سپس محلول در دمای اتاق به‌مدت دو ساعت قرار داده شد تا خنک شود. مخلوط حاصل از طریق کاغذ صافی واتمن No.54  فیلتر شد و با آب دیونیزه شده در یک بالن حجمی به حجم (100 میلی‌لیتر) رسید(Salt et al., 1998; AL-Oud Saud, 2003). سپس محلول شفاف توسط دستگاه طیف‌سنج انتشار نوری پلاسمای جفت شده القایی ICP-OES مدل (ARCOS, Specto, Germany) برای بررسی فلزات سنگین روی، سرب، مس، کروم، منگنز، نیکل، منیزیم، جیوه و کادمیم، آنالیز شد.

میزان کل عناصر فلزی که از طریق پساب شهری و صنعتی به‌صورت تیمار به گلدان‌ها داده شده بود، در جدول 2 آمده است. البته میزان کادمیم و جیوه بسیار کم و در حد تشخیص دستگاه ICP-OES نبود. باتوجه‌به مطالعه قبلی (Ebrahimi nokande, et al., 2022) مقدار تمام فلزات اندازه‌گیری شده به‌غیراز عناصر کروم و نیکل، در گلدان‌های بدون‌گیاه (که جهت بر‌آورد نهایی کل عناصر فلزی اضافه شده از پساب به خاک تعبیه شده بودند)، از میزان استاندارد‌های جهانی بیشتر بود ((WHO, 2000; USEPA, 2005). همچنین غلظت همه عناصر فلزی (به غیر از مس) در خاک پساب شهری بیشتر از خاک پساب صنعتی بود. مقدار کادمیم و جیوه نیز زیر 1 میلی‌گرم بر کیلو‌گرم و در حد تشخیص دستگاه ICP-OES نبود.

 

 

 

 

جدول 2: مقادیر کل عناصر فلزی سنگین در خاک گلدانهای شاهد (بدون گیاه) پس از پایان آزمایش و مقادیر استاندارد فلزات سنگین در خاک

Table 2- Total amount of heavy metals added to the soil, after 14 months, under different treatments (urban, urban and industrial wastewater) and the standard rate of heavy metals in the soil.

Mg

Ni

Mn

Cu

Pb

Cr

Zn

فلز سنگین (میلی‌گرم بر کیلوگرم)

33/2933

67/7566

33/8

24

264

33/663

29

67/79

9

33/52

33/12

67/42

30

67/117

خاک آب شهری  

خاک پساب شهری

6900

67/20

630

92

67/45

38

67/99

خاک پساب صنعتی                   

-

7/33

437

30

10

65

50

مقدار استاندارد فلز درخاک

 

 

محاسبه شاخص انباشت فلزات (MAI): برای تعیین غلظت فلزات سنگین، گیاهان خشک شده با آسیاب برقی پودر و همگن شدند، سپس برای هر نمونه گیاهی روش استخراج فلزات سنگین همانند روش استخراج فلزات سنگین در خاک، که قبلا توضیح داده شد، انجام شد (Salt et al., 1998; (AL-Saud, 2003 و پس از آن غلظت فلزات سنگین به تفکیک با استفاده از دستگاهICP- OES ارزیابی شد. باتوجه‌به اینکه اندام‌های گیاهی قادرند همزمان چند نوع فلز را در ساختار خود جمع کنند، شاخص انباشت فلزات (MAI) برای بررسی مقدار تجمع همزمان فلزات گوناگون در گیاه آلوئه ورا از طریق رابطه 2 محاسبه شد.

 
   

 

 

رابطه 2:

 

در این رابطه N تعداد فلزات اندازه‌گیری شده که در این آزمایش برابر با 7 بود، Ij برای هر فلز از تقسیم میانگین غلظت فلز در اندام گیاه شامل ریشه و برگ (X) به مقدار انحراف معیار آن (δx) به دست آمد (Liu et al., 2007).

محاسبه شاخص تحمل (بردباری) ریشه IT)): شاخص بردباری برای ارزیابی توانایی گیاه در استرس‌های ناشی از آلاینده‌ها استفاده می‌شود. برای محاسبه این شاخص، نسبت طول ریشه در گیاه کشت شده در غلظت بالای فلز آلاینده، به طول ریشه در گیاه شاهد برآورد شد (Aravind and Prasad, 2005).

تجزیه و تحلیل آماری: تمامی داده‌های به دست آمده از انجام آزمایشات با برنامه آماری (24) SPSS، با آزمون دانکن و در سطح احتمال 05/0P≤ تحلیل و رسم نمودار‌ها با نرم‌افزار Microsoft Excel 2019 انجام شد.

 

نتایج و بحث

شاخص انباشت فلزات MAI: عملکرد کلی گیاهان برای تجمع عناصر فلزی باتوجه‌به انحراف معیارآن در جذب فلز توسط MAI نشان داده می‌شود (Liu et al., 2007). باتوجه‌به نتایج شاخص انباشت 7 فلز Zn،Cr ،Pb ،Cu ، Mn، Ni، Mg در گیاه آلوئه‌ورا در پژوهش حاضر، مشخص شد که MAI گیاه آلوئه‌ورا، تحت هر دو تیمارپساب شهری و صنعتی بالاتر از تیمار شاهد بود (شکل1). مقدار MAI گیاه آلوئه‌ورا در تیمار پساب شهری 72/36 و در تیمار پساب صنعتی 30/32 بود که نشان داد که گیاه آلوئه‌ورا در تیمار پساب شهری توانایی بیشتری در جذب همزمان فلزات مختلف داشت. البته این موضوع بی‌ارتباط به بیشتر بودن غلظت فلزات سنگین در تیمار پساب شهری نیست، زیرا گزارش شده است بین میزان جذب فلزات سنگین و غلظت آن‌ها در خاک، تقریباً رابطه خطی وجود دارد و این با نتایج Brunner et al. (2008) هم‌خوانی دارد. لازم به‌ذکر است که گیاهان در برابر تنش فلزات سنگین ناشی از پساب، دارای حساسیت و راهکار‌های متفاوتی هستند. میزان سمیت فلزات سنگین در گیاهان مختلف، متناسب با عواملی مانند نوع گیاه، مقدار فلز در پساب، نوع خاک و اقلیم، قابلیت دسترسی زیستی فلزات، میزان جذب فلز توسط گیاه و مقدار جابجایی آن در اندام‌های گیاهی، تغییر می‌کند (Wang et al., 2006; Usman et al., 2005) .  قابلیت دسترسی فلزات در خاک عمدتاً متأثر از ماهیت فلز و ویژگی‌های خاک است. برای مثال از ویژگی‌های مهم خاک جهت قابلیت دسترسی زیستی فلز، اسیدیته و شوری خاک هستند. همان‌طورکه ذکر شد پس از 14 ماه تیمار دهی با پساب شهری و صنعتی به خاک، کاهش اسیدیته و افزایش شوری در خاک نهایی نسبت به شاهد گزارش شد. محققان اعلام کردند که کاهش اسیدیته و افزایش شوری سبب افزایش و فراهمی جذب فلزات توسط گیاه می‌شوند. البته میزان فراهمی جذب، به نوع و مقـدار کـل فلـزات سنگین و نوع نمکی که باعث شوری می‌شود، بسـتگی دارد. بنـابر‌این، در مورد اثر شوری بر آزاد سازی فلزات سنگین، همه این فاکتور‌ها می‌توانند تاثیر‌گذار باشند (Weggler et al., 2000; Acosta, et al., 2011). علت کاهش اسیدیته در خـاک‌های تیمـار شـده بـا پساب را می‌توان به حضور اسید‌های آلی حاصل از تخمیر مـواد آلی ربط داد. همچنین علـت افـزایش شوری در خاک‌های تیمار شده با هر دو پساب احتمالاً به افزایش برخی عناصر مثل کلسیم، سدیم وغیره) مربوط است (Abbaspour et al., 2008).

تأثیر پساب‌های شهری و صنعتی بر برخی خصوصیات مورفولوژیک (جدول 3) و فیزیولوژیک (جدول 4) گیاه آلوئه‌ورا بررسی شد و طبق نتایج آنالیز واریانس تأثیر تیمار پساب بر همه شاخص‌های مورد بررسی، در گیاه آلوئه‌ورا در سطح اطمینان  05/0 ≤ P معنی دار بود.

وزنتر برگ: وزن‌تر برگ در هر دو تیمار پساب شهری و صنعتی کاهش معنی‌داری در مقایسه با گیاه شاهد (آب شهری) نشان داد. کم‌ترین وزن‌تر برگ (یک برگ) مربوط به تیمار پساب شهری (6/46 گرم) و بالاترین وزن تر برگ مربوط به تیمار آب شهری (63/247 گرم) بود (شکل 2-A).

وزن خشک برگ: باتوجه‌به شکل 2-B  وزن خشک برگ آلوئه‌ورا پس از 14 ماه تیمار‌دهی به طور معنی‌داری (05/0P ≤) تحت تیمار پساب صنعتی 89/7 درصد و تحت تیمار پساب شهری 94/69 درصد کاهش نشان داد. به‌نظر می‌رسد تنش فلزات سنگین از طریق محدودیت در جذب برخی عناصر غذایی، یا سمیت برخی عناصر غذایی یا کمبود آب قابل استفاده گیاه، سبب کاهش رشد سلول، فتوسنتز و کربوهیدرات تولیدی می‌شوند که در نهایت کم شدن رشد اجزای مختلف گیاه و متعاقب آن کاهش وزن تر و خشک اندام‌های گیاه نتیجه آن است Ali et al., 2004)). لازم به ذکر است مقدار آب مورد نیاز گیاه آلوئه‌ورا در مقایسه با اکثر گیاهان، به دلیل داشتن برگ‌های گوشتی و روش فتوسنتزی کراسولاسه، کمتر است، به‌طوری‌که آبیاری در حد ظرفیت زراعی، برای حداکثر عملکرد گیاه توصیه نشده است (Cousins and Witkowski, 2012).

محتوی آب نسبی برگ (RWC): نتایج نـشان داد در خصوص میزان RWC بـرگ، اخـتلاف معنی‌‌داری در بین شاهد (96/83 درصد) و تیمار پساب (42/83 درصد) وجود نداشت.

 

 

شکل 1- شاخص انباشت فلزات )روی، کروم، سرب، مس، منگنز، نیکل، منیزیم( در گیاه آلوئه‌ورا تحت تیمار آب شهری، پساب شهری و پساب صنعتی

Figure 1 – Metal accumulation index (Zn, Cr, Pb, Cu, Mn, Ni, Mg (under different treatments (urban water, urban and industrial wastewater in Aloe vera

 

جدول 3. تجزیه واریانس تأثیر پساب‌های شهری و صنعتی بر برخی خصوصیات مورفولوژیک گیاه آلوئه‌ورا.

Table 3- The variance analysis of urban and industrial wastewater effects on morphological indices of Aloe vera.

میانگین مربعات

 

IT

وزن پاجوش

ارتفاع پاجوش

تعداد پاجوش

ارتفاع بوته

طول ریشه

بیومس کل

وزن ترکل بوته

درجه آزادی

منابع تغییرات

126/0 *

58/276*

03/162*

11/98*

25/105*

11/235*

37/169051*

96/9038147*

2

تیمار

012/ 0     

54/12

44/5

00/3

33/1

19/16

31/474

60/139656

6

خطا

*معنی دار در سطح احتمال 5 درصد                                                                                       *Significant at 0.05 probability level

 

جدول 4. تجزیه واریانس تأثیر پسابهای شهری و صنعتی بر برخی خصوصیات فیزیولوژیک گیاه آلوئهورا.

Table 4- The variance analysis of urban and industrial wastewater effects on physiological indices of Aloe vera.

 

 

 

میانگین مربعات

 

 

 

 

 

وزن تر ریشه

نسبت ژل به برگ

وزن ژل برگ

طول برگ

محتوی آب نسبی برگ

وزن خشک برگ

وزن تر برگ 

 

درجه آزادی

منابع تغییرات

108/235*

029/0*

25/14252*

9/634*

21/100*

88/19*

37844/74*

2

تیمار

194/16

001/0

86/19

32/5

67/0

06/0

506/32

6

خطا

                     

*معنی دار در سطح احتمال 5 درصد                                                                                      *Significant at 0.05 probability level

 

 

ولی در تیمار پساب شهری(69/73 درصد) کاهش معنی‌داری دیده شد (شکل 2-C ). اندازه گیری RWC روشی برای تعیین وضعیت آب گیاه است که محتوای نسبی حجمی آب برگ را به محتوای آب برگ در حالت تورژسانس می‌سنجد (Blum, 2011). در شرایط تیمار پساب صنعتی که محتوی آب نسبی برگ تغییر معنی‌داری نسبت به شاهد نداشت، احتمالاً گیاه با تلاش جهت سازگاری با تنش، با بستن روزنه‌های خود مانع خروج آب و کاهش محتوی آب برگ می‌شود. گزارش شده است که بالا بودن RWC در شرایط تنش می‌تواند با رفتار روزنه‌ها و سیستم ریشه‌ای گیاه در ارتباط باشد (Gupta et al., 2001). اما در تیمار پساب شهری، احتمالاً با افزایش غلظت فلزات سنگین و شور شدن خاک (باتوجه‌به شوری 8/12) رطوبت در دسترس گیاه محدود شده و گیاه رطوبت نسبی آب آب برگ خود را از دست داده و میزان آن کاهش یافته است.

 

 

 

 

   
   

شکل2- تاثیر پساب شهری و صنعتی بر وزن تر برگ (A)، وزن خشک برگ (B)، محتوی آب نسبی برگ (C) و طول برگ (D) گیاه آلوئه‌ورا. در نمودارها مقادیر میانگین 3 تکرار ± SE است و حروف یکسان بیان‌گر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح (05/0P≤) است.

Figure 2 - The effects of urban and industrial wastewater on the fresh weight (A), dry weight (B), relative water content (C) and leaf length (D) of Aloe vera leaf. The values are the average of three replications ± SE. Mean values with the same letters are not significantly different at the level of p≤ 0.05.

 

 

طول برگ: باتوجه‌به شکل 2-D ، طول برگ در مقایسه با شاهد، کاهش معنی‌داری (05/0P ≤) در هر دو تیمار پساب شهری و صنعتی نشان داد. بیشترین مقدار طول برگ با مقدار میانگین 17/58 سانتی‌متر در گیاه شاهد و کم‌ترین طول برگ با میانگین 2/30 سانتی‌متر در گیاه تحت تیمار پساب شهری مشاهده شد. گزارش‌ها کاهش طول و سطح برگ را به کاهش تقسیم و گسترش سلولی در شرایط تنش فلز سنگین نسبت داده اند (Nik et al., 2011). بازدارندگی تقسیم سلولی منطقه مریستمی و رشد سلول‌های منطقه رشد و در نهایت کاهش طول برگ در گیاه آلوئه‌ورا تحت تنش فلزات سنگین گزارش شده است (Yadollahi et al., 2016).

نسبت ژل به برگ: نسبت ژل به برگ در تیمار شاهد بالا‌ترین مقدار و 61/0 بود. اما در هر دو تیمار پساب صنعتی و شهری، کاهش معنی‌داری نسبت به شاهد داشت (شکل 3-A ). کمترین نسبت ژل به برگ با عدد 41/0 در گیاه تحت تیمار پساب شهری مشاهده شد. محققان از کاهش وزن ژل آلوئه‌ورا در تنش فلزات سنگین گزارش کرده‌اند. احتمالاً این کاهش به‌علت کاهش بهره‌وری آب و مواد مغذی Yadollahi et al., 2016)) یا افزایش سمیت فلز و آلودگی در پساب شهری رخ داده است. در شرایط عادی و بدون تنش یا تنش کم، جذب بیشتر مواد غذایی و فعالیت مناسب تنظیم کننده‌های رشد، سبب افزایش میزان فتوسنتز و ماده خشک گیاهی می‌شود که این مسئله در نهایت به بهبود رشد و افزایش میزان ژل در گیاه منجر می‌شود (Arancon et al., 2004).  

وزن ژل برگ: از میزان ژل برگ آلوئه‌ورا باتوجه‌به شکل 3-B ، به طور معنی‌داری (05/0P ≤) تحت تنش فلزات سنگین کاسته شد، به‌طوری‌که وزن ژل به‌ترتیب در تیمار پساب صنعتی و شهری کاهش62/22 و 5/88 درصدی داشتند.

وزن تر ریشه: باتوجه‌به شکل 3-C ، تغییرات کاهشی معنی‌داری در وزن تر ریشه آلوئه‌ورا تحت تیمار هر دو پساب شهری و صنعتی مشاهده شد و بیشترین درصد کاهش وزن تر ریشه مربوط به گیاه تحت تیمار پساب شهری بود. ریشه‌ها به عنوان اندام جذب کننده آب و مواد غذایی، تأثیر زیادی در جذب آب و املاح دارند و عوامل مختلف محیطی از طریق تأثیر بر ریشه، می‌توانند بر رشد گیاه اثر بگذارند. تنش فلزات سنگین ازجمله عوامل محدود ‌کننده رشد ریشه است و کاهش رشد ریشه باعث تغییراتی در فعالیت‌های رشدی گیاه می‌شود. ممکن است آلودگی زیاد سبب عدم توسعه و گسترش مناسب سیستم ریشه‌ای و باعث کاهش سطوح جذب کننده مواد غذایی یا تغییر در ساختار غشا سلولی و کاهش جذب و محتوی آب شود که این امر بر فرآیند‌های فیزیولوژیک مانند فتوسنتز اثر گذاشته و در نهایت موجب کاهش رشد در سایر قسمت‌های گیاه و ازجمله وزن تر گیاه می‌شود (Sharma and Dubey, 2005).

وزن تر (کل) بوته آلوئهورا: وزن تر کل گیاه شامل برگ‌ها، ریشه و ساقه باتوجه‌به شکل 3-D ، کاهش معنی‌داری نسبت به گیاه شاهد داشت. بیشترین وزن بوته متعلق به تیمار شاهد با وزن 37/4626 گرم و کمترین وزن بوته آلوئه‌ورا مربوط به تیمار پساب شهری با وزن 5/1254 گرم بود. کم شدن وزن گیاه نشان دهنده تنش ناشی از غلظت‌های بالای فلز سنگین در خاک است. قرار گرفتن گیاهان در معرض سطوح سمی فلزات سنگین، باعث ایجاد طیف وسیعی از تغییرات فیزیولوژیک و متابولیک می‌شود (Dubey et al., 2011). ازآنجایی‌که فلزات سنگین مختلف، مکان‌‌های عمل متفاوتی در داخل گیاه دارند، پاسخ قابل مشاهده در گیاه در برابر سمیت فلز نیز متفاوت است و بارز‌ترین پاسخ قابل مشاهده، کاهش رشد گیاه است. از شواهد سمیت فلزات سنگین می‌توان کاهش رشد گیاه، کلروز برگ، نکروز، از دست دادن تورگر، کاهش کارایی دستگاه فتوسنتزی و غیره که اغلب با فرآیند‌های پیری در حال پیشرفت یا با مرگ گیاه ارتباط دارد، نام برد(Sharma and Dubey, 2007). برای مثال، Malik و همکاران (2011) گزارش کردند که سطوح بالای روی در خاک، بسیاری از عملکرد‌های متابولیک گیاه را مهار می‌کند و در نتیجه باعث تأخیر در رشد و در نهایت باعث محدود شدن رشد ریشه و اندام‌های ‌هوایی می‌شود. سمیت روی همچنین باعث کلروز در برگ‌های جوان می‌شود که می‌تواند در طولانی مدت به برگ‌های مسن نیز گسترش یابد. غلظت بالای فلزات سنگین از طریق تأثیر بر محتوای کلروفیل و فتوسنتز نیز سبب کاهش تعداد برگ و وزن گیاه می‌شود. علاوه‌براین، کاهش پروتئین در نتیجه آسیب به مسیر بیوسنتزی پروتئین و آنزیم‌ها نیز می‌تواند باعث کاهش بیومس گیاه شود (Hou et al., 2007; Ayman et al., 2014; Yadollahi et al., 2016). در تحقیق حاضر، بالاتر بودن وزن تر کل بوته در گیاه آلوئه‌ورا تحت پساب صنعتی، احتمالاً به دلیل کمتر بودن غلظت فلزات سنگین در پساب صنعتی است. گزارش شده است که گیاه آلوئه‌ورا قادر است روزنه‌های خود را در شرایط تنش و کم آبی نیز باز نگه داشته و عمل فتوسنتز را به خوبی انجام ‌دهد و به خاطر این عامل از کاهش زیاد عملکرد جلوگیری می‌کندRodriguez- Garcia et al., 2007).

 طول ریشه: طبق نتایج آمده در شکل 4-A  طول ریشه گیاه در تیمار پساب صنعتی علی‌رغم کاهش، اختلاف معنی‌داری با طول ریشه گیاه در تیمار شاهد نداشت، اما در تیمار پساب شهری، کاهش معنی‌دار 72/39 درصدی نشان داد. ریشه اولین اندام گیاه در برخورد مستقیم با محیط آلوده خاک است. یکی از پیامد‌های تنش شدید فلزات سنگین در خاک، می‌تواند آسیب دیدن وکوتاه شدن ریشه گیاه باشد. همچنین باتوجه‌به آلودگی بیشتر فلزات و شوری بالاتر در پساب شهری، ممکن است گیاه برای ساختن مواد آلی، بخشی از انرژی خود را جهت تنظیم اسمزی صرف کند که این صرف انرژی، باعث کاهش رشد و کارایی ریشه در تأمین عناصر غذایی و آب برای سایر اندام‌ها ‌شود که در نتیجه کاهش رشد اندام‌های هوایی را نیز در پی خواهد داشت. برای مثال گزارش شده است که کاهش طول ریشه یا سفت شدن ریشه در غلظت‌های سمی فلز سرب یا کروم در گیاهان رخ می‌دهد (Arias et al., 2010) کاهش رشد ریشه تحت تنش فلزات سنگین برای مثال فلز کروم را می‌توان به اثر مهـار کننـده کـروم بـر فاز‌های تقسـیم سلولی، طویـل شـدن سـلولی یـا هـر دو فرآینـد دانست.(Sundramoorthy et al., 2010)

بیومس کل: وزن خشک کل بوته آلوئه‌ورا نیز تحت تیمار هر دو نوع پساب کاهش معنی‌داری (05/0P≤) در مقایسه با شاهد داشت، به‌طوری‌که زیستتوده گیاهی با وزن 94/716، 8/553 و 24/249 گرم به‌ترتیب در تیمار آب شهری، پساب صنعتی، پساب شهری بود (شکل 4-B ). احتمالاً با افزایش سطوح تنش، میزان تولیدات گیاهی، حجم و اندازه سلول‌ها کاهش می‌یابد و در نتیجه از وزن خشک اندامها کاسته می‌شود (Ayman et al., 2014). این کاهش در بیومس کل گیاه آلوئه‌ورا تحت تیمار پساب شهری بیشتر مشهود است که نشان از تأثیرات سمی‌تر تیمار پساب شهری نسبت به تیمار پساب صنعتی در تحقیق حاضر است. 

ارتفاع بوته: ارتفاع بوته اصلی آلوئه‌ورا (شکل 4-C)، در تیمار پساب صنعتی اختلاف معنی‌داری نسبت به شاهد نداشت، ولی تحت تیمار پساب شهری کاهش 98/29 درصدی نشان داد. کاهش ارتفاع 7/22 درصدی گیاه آلوئه‌‌ورا تحت تنش فلز سنگین، در تحقیق Yadollahi et al. (2016) نیز گزارش شده است. فلزات سنگین از طریق تحریک تولید رادیکال‌های آزاد و القا تنش اکسیداتیو باعث بروز ناهنجاری‌های کروموزومی شده و در نتیجه باعث کاهش رشد گیاه می‌شوند (Shanker et al., 2005).

تعداد پاچوش: بعد از گذشت 14 ماه، میانگین تعداد پاجوش در تیمار شاهد 33/13 عدد بود. در تیمار پساب شهری این تعداد کاهش معنی‌داری با میانگین تعداد 33/6 پیدا کرد و در پساب صنعتی با میانگین تعداد 67/17 پاجوش، افزایش معنی‌داری (05/0P ≤) نسبت به شاهد داشت (شکل4-D ). گیاه آلوئه‌ورا به طور طبیعی تولید پاجوش می‌کند و روش اصلی افزایش غیر‌جنسی گیاه آلوئه‌ورا از طریق پاجوش است. باتوجه‌به نتایج، به‌نظر می‌رسد که پساب یا شیرابه با غلظت کمتر عناصر سنگین، مانند پساب صنعتی در این آزمایش، باعث تولید تعداد پاجوش بیشتر در آلوئه‌ورا خواهد شد، اما تیمار پساب شهری از تعداد پاجوش آلوئه‌ورا می‌کاهد.

افزایش تعداد پاجوش در تیمار پساب صنعتی را می‌توان به آلودگی کمتر پساب صنعتی و همچنین بالاتر بودن وزن تر ریشه در تیمار پساب صنعتی نسبت به تیمار پساب شهری، مرتبط دانست.

وزن پاجوش: نتایج نشان داد که علی‌رغم کاهش وزن پاجوش آلوئه‌ورا در تیمار پساب صنعتی، اختلاف معنی‌داری نسبت به پاجوش گیاه شاهد نداشت، اما وزن پاجوش در تیمار پساب شهری نسبت به شاهد کاهش معنی‌داری (05/0P ≤) نشان داد (شکل 5- A) این کاهش وزن را می‌توان به کاهش رشد ریشه، ساقه و برگ پاجوش در نتیجه کاهش تأمین عناصر غذایی و آب برای اندام پاجوش نسبت داد. محققین گزارش کردند برگ های جوان گیاه آلوئه‌ورا به تنش کم آبی حساسیت بیشتری دارند. بنابراین، پتانسیل آب خاک پایین میزان رشد، عملکرد و توسعه برگ‌های جوان، مثل برگ‌های جوان پا جوش را در گیاه آلوئه‌ورا کاهش می‌دهد (Rodriguez-Garcia et al., 2007).

 

 

 

 

 

   
   

شکل3- تاثیر پساب شهری و صنعتی بر نسبت وزن ژل به برگ (A)، وزن ژل برگ (B)، وزن تر ریشه (C) و وزن تر کل گیاه (D) گیاه آلوئه‌ورا. در نمودارها مقادیر میانگین 3 تکرار ± SE است و حروف یکسان بیان‌گر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح (05/0P≤) است.

Figure 3 - The effects of urban and industrial wastewater on the ratio gel weight to leaf (A), gel weight leaf (B), root fresh weight (C) and plant fresh weight (D) of Aloe vera leaf. The values are the average of three replications ± SE. Mean values with the same letters are not significantly different at the level of p≤ 0.05.

 

   
   

شکل4- تاثیر پساب شهری و صنعتی بر طول ریشه (A)، بیومس کل (B)، ارتفاع بوته (C) و تعداد پاجوش (D) گیاه آلوئه‌ورا. در نمودارها مقادیر میانگین 3 تکرار ± SE است و حروف یکسان بیان‌گر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح (05/0P≤) است.

Figure 4 - The effects of urban and industrial wastewater on the root length (A), total biomass (B), height (C) and number of ramets (D) of Aloe vera leaf. The values are the average of three replications ± SE. Mean values with the same letters are not significantly different at the level of P≤ 0.05

 

ارتفاع پاجوش: طبق شکل 5-B ، بالا‌ترین میانگین ارتفاع پاجوش متعلق به گیاه شاهد بود (5/34 سانتی‌متر) و در تیمار‌های پساب شهری و صنعتی کاهش معنی‌داری داشت. کم‌ترین ارتفاع پا جوش در تیمار پساب شهری (98/19 سانتی‌متر) دیده شد.

شاخص تحمل ریشه (IT): این شاخص در گیاهان تحت تیمار پساب شهری در مقایسه با گیاه شاهد کاهش معنی‌داری داشت و عدد 6/0 را نشان داد در صورتی‌که گیاه تحت تیمار پساب صنعتی با عدد 89/0 علی‌رغم کاهش در مقابل شاهد، اختلاف معنی‌داری با گیاه شاهد نشان نداد (شکل 5-C ). کاهش شاخص تحمل ریشه با افزایش تیمار پساب شهری که دارای آلودگی بیشتری بود، می‌تواند بیانگر تأثیر سمی فلزات بر رشد ریشه ‌باشد. شاخص تحمل ریشه که نشان دهنده رشد ریشه در حضور آلاینده است، در حالت عادی دارای مقدار یک است، ولی وقتی گیاه در معرض تنش آلایندهها قرار گیرد، این نسبت به شدت کاهش پیدا می‌کند (Cao et al., 2008). باتوجه‌به نتایج، کاهش کمتر (11 درصدی) شاخص تحمل ریشه (IT) در تیمار پساب صنعتی می‌تواند بیانگر تحمل خوب گیاه آلوئه‌ورا تحت تیمار پساب صنعتی در این تحقیق باشد. در تحقیقات دیگر نیز از افزایش شاخص تحمل در تنش کم و کاهش شاخص تحمل در تنش شدید فلز کروم (Bonet et al., 1991; Azizi et al., 2016) و فلز روی (Zoufan et al., 2016) گزارش شده است.

 

 

 

   
 

شکل5- تاثیر پساب شهری و صنعتی بر وزن پاجوش (A)، ارتفاع پاجوش (B)، شاخص تحمل ریشه (C) گیاه آلوئه‌ورا. در نمودارها مقادیر میانگین 3 تکرار ± SE است و حروف یکسان بیان‌گر عدم اختلاف معنی‌دار در سطح (05/0P≤) است.

Figure 5 - The effects of urban and industrial wastewater on the ramets weight (A), ramets height (B) and root tolerance index (C) of Aloe vera leaf. The values are the average of three replications ± SE. Mean values with the same letters are not significantly different at the level of p≤ 0.05.

 

 

جمع بندی: باتوجه‌به شاخص انباشت کل فلزات و بررسی‌های فیزیولوژیک و مورفولوژیک انجام شده در این تحقیق، بالاترین شاخص انباشت فلزات، در تیمار پساب شهری مشاهده شد. البته تمامی شاخص‌های بررسی شده، تحت تیمار پساب شهری کاهش بیشتری به نسبت پساب صنعتی داشتند. در مجموع بر اساس نتایج به‌دست آمده در این پژوهش، گرچه گیاه آلوئه‌ورا در خاک حاوی پساب صنعتی نسبت به خاک حاوی پساب شهری عملکرد بهتری داشت، ولی باتوجه‌به پالایش قابل توجه فلزات موجود در هر دو پساب ذکر شده، پیشنهاد می‌شود گیاه آلوئه‌ورا در خاک مسیرهای خروجی پساب‌های صنعتی و شهری جهت پالایش نسبی آن‌ها و پیشگیری از انتشار گسترده‌تر عناصر آلاینده در این خاک‌ها کشت شود.

  1. Abbaspour, A., Kalbasi, M., Hajrasuliha, S. and Fotovat, A. (2008) Effect of organic matter and salinity on ethylene diaminetetra acetic acid extractable and solution species of cadmium and lead in three agricultural soils. Communications in Soil Science and Plant Analysis 39(7-8): 983-1005. 

    Acosta, J. A., Jansen, B., Kalbitz, K., Faz, A. and Martinez, S. (2011) Salinity increases mobility of heavy metals in soils. Chemosphere 85: 1318-1324.

    Adriano, D. C. (2001) Trace elements in terrestrial environments; biochemistry, bioavailability and risks of metals. Springer-Verlag. New York.

    Ali, Y., Aslam, Z., Ashraf, M. Y. and Tahir, G. R. (2004) Effect of salinity on chlorophyll concentration, leaf area, yield and yield component of rice genotypes grown under saline environment. International Journal of Environmental Science and Technology 1(3): 221-225.

    AL-Oud Saud, S. (2003) Heavy metal contents in tea and herb leaves. Pakistan Journal of Biological Sciences 6: 208-212.

    Arancon, N., Edwards, C. A., Bierman, P., Welch, C. and Metzger, J. D. (2004) Effect of vermicomposts produced from food waste on the growth and yields of greenhouse peppers. Bioresource Technology 93: 139-143.

    Aravind, P. and Prasad, M. N. V. (2005) Cadmium Zinc interaction in hydroponic system using Ceratophyllum demersum L.: adaptive ecophysiology, biochemistry and molecular toxicology. Brazilian Journal of Plant Physiology 17: 3-20.

    Arias, J. A., Peralta-Videa, J. R., Ellzey, J. T., Ren, M., Viveros, M. N. and Gardea-Torresdey, J. L. (2010) Effects of Glomus deserticola inoculation on Prosopis: enhancing chromium and lead uptake and translocation as confirmed by X-ray mapping, ICP-OES and TEM techniques. Environmental and Experimental Botany 68: 139-148.

    Alyazouri, A. H., Jewsbury, R. A., Tayim, H. A., Humphreys, P. N. and Al-Sayah, M. H. (2013) Phytoextraction of Cr (VI) from soil using Portulaca oleracea. Toxicological and Environmental Chemistry 95(8): 1338-1347.

    Azizi, E., Rahbarian, R. and Mirbolook, A. (2016) Phytoremediation of Cr+6 in contaminated soil using portulaca oleracea. Iranian Journal of Soil Research 30(2): 161-172 (in Persian).

    Barrs, H. D. and Weatherley, P. E (1962) A re-examination of the relative turgidity technique for estimating water deficits in leaves. Australian Journal of Biological Sciences 15: 413-428.

    Blum, A (2011) Plant breeding for water-limited environments. Springer Verlag- New York.

    Bonet, A., Poschenrieder, C. and Barcelo, J. (1991) Chromium III-iron interaction in Fe-deficient and Fe-sufficient bean plants. I. growth and nutrient content. Journal of Plant Nutrition. 14(4): 403-414.

    Brunner, I., Luster, J., Gunthardt-Goerg, M. S. and Frey, B. (2008) Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. Environmental Pollution 152(3):.559-568.

    Cao, L., Jiang, M., Zeng, Z., Du, A., Tan, H. and Liu, Y (2008). Trichoderma atroviride F6 improves phytoextraction efficiency of mustard (Brassica juncea (L.) Coss. var. foliosa Bailey) in Cd, Ni contaminated soils. Chemosphere 71(9): 1769-1773.

    Cousins, S. R. and Witkowski, E. T. F. (2012) African aloe ecology: A review. Journal of Arid Environments 85: 1-17.

    Dubey, R. S. (2011) Metal toxicity, oxidative stress and antioxidative defense system in plants. In: Reactive oxygen species and antioxidants in higher plants (Ed, Gupta, S. D.) CRC Press, Boca Raton.

    Ebrahimi nokande, S., Razavi, S. M. and Mohammadian, M. A (2022) The capacity of heavy metal remediation by Cyperus alternifolius, Chrysopogon zizanioides (L.) Roberty, and Aloe vera (L.) Burm.f. Chiang Mei University of Natural Science 21(4): 1-14.

    European Commission. (2013) Soil contamination: impacts on human health. science for environmental policy. Report produced for the European Commission DG Environment. September. Science Communication Unit. University of the West of England. Bristol.

    Gajic, G. and Pavlovic, P. (2018) The role of vascular plants in the phytoremediation of fly ash deposits. In: Phytoremediation: methods, management and assessment (Ed. Matichenkov, V.) 151-236. Nova Science Publishers, New York.

    Hou, W., Chen, X., Guanling, S., Wang Q. and Chang, C. (2007) Effects of copper and cadmium on heavy metal polluted waterbody restoration by duckweed (Lemna minor). Plant Physiology and Biochemistry 45: 62 - 69.

    Jalali, M. and N. Hemati Matin. (2019) Nutritional status and risks of potentially toxic elements in some paddy soils and rice tissues. International Journal of Phytoremediation 18: 1-9.

    Kabata-Pendias, A. (2001) Trace elements in soils and plants. CRC Press, Boca Raton.

    Kouhi, S. M. M. and M. Moudi. (2020) Assessment of phytoremediation potential of native plant species naturally growing in a heavy metal-polluted saline–sodic soil. Environmental Science and Pollution Research 27(9): 10027-10038.

    Lasat, M. M. (2002). Phytoextraction of toxic metals. A review of biological mechanisms. Journal of Environmental Quality 31: 109-120.

    Ling, W., Shen, Q., Gao, Y., Gu, X. and Yang, Z. (2008) Use of bentonite to control the release of copper from contaminated soils. Soil Research 45(8): 618-623.

    Liu, Y. J., Zhu, Y. G., Ding, H. (2007) Lead and cadmium in leaves of deciduous trees in Beijing, China: development of a metal accumulation index (MAI). Environmental Pollution 145: 387-390.

    Malik, N. J., Chamon, A. S., Mondal, M. D., Elahi, S. F. and Faiz, S. (2011) Effect of different levels of zinc on growth and yield of red amaranthus and rice. Journal of the Bangladesh Association of Young Researchers 1(1):79-91.

    Mohsenzadeh, S., Naderi, N. and Nazari, M. (1395) Physiological responses of Vetiver zizanioides to municipal waste leachate. Plant Biology 8 (28) :79-96 (in Persian).

    Nik, S. J., Meyer, J. and Watts, R. (2011) Cadmium toxicity in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology 17: 21-34.

    Petoussi, M. A. and Kalogerakis, N. (2022) Olive mill wastewater phytoremediation employing economically important woody plants. Journal of Environmental Management 302: 114076.

    Pilon Smits, E. (2005) Phytoremediation. Annual Review of Plant Biology 56: 15-39.

    Placido, D. F. and Lee, C. C. (2022) Potential of industrial hemp for phytoremediation of heavy metals. Plants 11(5): 1-9.

    Raskin, I., Smith, R. D. and Salt, D. E. (1997) Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment. Current Opinion in Biotechnology 8(2): 221-226.

    Richards, L. A. (1954) Agriculture, handbook, phytoremediation with the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. Plant and Soil. US Department of Agriculture, Washington.

    Rodriguez-Garcia, R., Rodriguez, D. J. De., Gil-Marin, J. A., Angulo-Sanchez, J. L. and Lira-Saldivar, R. H. (2007) Growth, stomatal resistance, and transpiration of Aloe vera under different soil water potentials. Industrial Crops and Products 25: 123-128.

    Sabitha, M. A. and Mohamed, A. S. (2021) Phytoremediation of laboratory wastewater using Ocimum sanctum, Cymbopogon citratus, Aloe barbadensis and reusing for domestic purposes. Wutan Huatan Jisuan Jishu 17(1): 593-604.

    Salighehdar, F., Safari, A. R., Molaahmad Nalousi, A. and Avestan, S. (2016) The effect of different ratios of peat and perlite on quantitative and qualitative characteristics of Aloe vera grown in hydroponic system. Journal of Soil and Plant Interactions 7(2): 113-124 (In Persian).

    Shanker, A. K., Cervantes, C., Loza-Tavera, H. and Avudainayagam, S. (2005) Chromium toxicity relationship with growth and yield of wheat cultivars at different stages. Journal Agronomy and Crop Science 186: 55-62.

    Sharma, P. and Dubey, R. S. (2005) Lead toxicity in plants. Journal of Plant Physiology 17(1): 35-52.

    Sharma, P. and Dubey, R. S. (2007) Involvement of oxidative stress and role of antioxidative defense systemin growing rice seedlings exposed to toxic concentrations of aluminum. Plant Cell Reports 26(11):2027-2038.

    Sundaramoorthy, P., Alagappan, C., Kaliyaperumal, S. G., Pachikkaran, U. and Logalashmanan, B. (2010) Chromium stress in paddy: (i) Nutrient status of paddy under chromium stress; (ii) Phytoremediation of chromium by aquatic and terrestrial weeds. Comptes Rendus Biologies 333: 597-607.

    Sytar, O., Kumar, A., Latowski, D., Kuczynska, P., Strzałka, K. and Prasad,

    1. N. V. (2013) Heavy metal-induced oxidative damage, defense reactions, and detoxification mechanisms in plants. Acta Physiologiae Plantarum 35(4): 985-999.

    Torresday, J. L., Videa, J. R., Rosa, G. D. and Parsons, J. (2005) Phytoremediatoin of heavy metals and study of the metal coordination by X- ray absorption spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews 249: 1797-1810.

    Taiz, L. and Zeiger, E. (2014) Plant physiology. 6th Edition, Sinauer Associates, Massachusetts.

    Uba, S., Uzairu, A., and Okunola, O. J. (2009) Content of heavy metals in Lumbricus Terrestris and associated soils in dump sites. International Journal of Environmental Research 3(3): 353-358.

    United States Environmental Protection Agency (USEPA). (2005) United States of environmental protection agency. Office of water regulations and standards. EPA 440/5-86-001, p. 273.

    United States Environmental Protection Agency (USEPA). (2021) http://www.epa.gov/hw/household-hazardous-waste-hhw.

    Usman A., Kuzyakov, Y. and Stahrk, L. A. (2005) Effect of immobilizing substances and salinity on heavy metals availability to wheat grown on sewage sludge-contaminated soil. Soil and Sediment Contamination 14: 329-344.

    Walkley, A. and Black, I. A. (1934). An examination of the degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science 37(1): 29-38.

    Wang, S., Angle, J., Chaney, L., Delorme, A. and Reeves, D. (2006) Soil pH effects on uptake of Cd and Zn by Thlaspi caerulescens. Plant and Soil 281: 325-337.

    Weggler-Beaton K., McLaughlin M. J. and Graham, R. D. (2000) Salinity inceases cadmium uptake by wheat and Swiss chard from soil amended with biosolids. Australian Journal of Soil Research 38: 37-45

    Weinberg, Z. G., Ashbell, G., Chen, Y., Gamburg, M. and Sela, S. (2004) The effect of sewage irrigation on safety and hygiene of forage crops and silage. Animal Feed Science and Technology 116(3-4): 271-280.

    WHO. (2000) Safety evaluation of certain food additives and contaminants. International Programme on Chemical Safety. WHO Food Additive Series 52.

    Yadollahi, P., Asgharipour, M. and Golshani, F. (2016) Effect of foliar application of humic acid on Aloe Vera (Aloe Vera L.) In cadmium contaminated soil. Journal of Plant Process and Function 4: 51-59 (In Persian).

    Zoufan, P., Shiralipour, N. and Rastegharzadeh, S. (2016) Investigation of uptake and accumulation of zinc in Malva parviflora: a population collected from areas surrounding production industries of steel in Ahvaz. Journal of Plant Process and Function 5(15): 43-50