The effects of cadmium and biological and inorganic protectants on yield and the trend of changes of chlorophyll fluorescence components and some physiological traits of rye (Secale cereale L.)

Document Type : Original Article

Authors

Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.

Abstract

To study the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of chlorophyll fluorescence components and some physiological and biochemical traits of rye under cadmium stress, a factorial experiment was conducted based on a randomized complete block design with three replications at the research greenhouse of the Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, during 2024. Experimental factors included cadmium application at three levels (without cadmium as control, 5 and 10 mg Cd kg soil form cadmium chloride), mycorrhizal application at two levels (without and with application of Glomus mosseae), and selenium foliar application at four levels of (foliar application with water as control, foliar application of 1.5, 3 and 4.5 mg L-1 from sodium selenate). The results showed that the highest cadmium level (application of 10 mgcd.kg soil) and both application of mycorrhiza and 4.5 mg.L-1 selenium increased the chlorophyll index (57.7%), nitrogen index (38%), maximum fluorescence (33%), variable fluorescence (61.7%), and quantum yield (33.3%) in comparison with no application of mycorrhiza and selenium under the same level from cadmium. Both applications of mycorrhiza and 4.5 mg L-1 selenium decreased minimum fluorescence and leaf electrical conductivity by about 30.8% and 33.5%, respectively, compared with no application of mycorrhiza or selenium at the same cadmium level. Also, the highest soluble protein content (0.655 mg.g-1 FW) and grain yield (2 g per plant) were obtained with a 4.5 mg L-1 selenium foliar application without cadmium application. Based on the findings, this study indicates that applying mycorrhiza and selenium can increase rye growth and grain yield and mitigate the adverse effects of cadmium stress, primarily by improving chlorophyll fluorescence.
 
Introduction
Rye (Secale cereale L.) is a diploid cereal from the Poaceae family. It can act as a soil improver, as its extensive root system binds erosion-prone soil. Rye has a balanced amino acid composition and a rich content of carbohydrates, gluten protein, B vitamins, potassium, and prebiotic compounds (Torbica et al., 2021). As with other crops, rye growth and productivity are affected by environmental stresses, including water deficit, salinity, and heavy metal contamination. Among heavy metal ants, cadmium (Cd) is one of the most important environmental stressors; even at low concentrations. It can severely damage plants by reducing chlorophyll synthesis, inhibiting electron transport in photosystem II, and restricting growth and grain yield. Several strategies have been developed to reduce the toxic effects of cadmium on plant growth. Among them, the use of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is a biological approach to mitigate the adverse effects of heavy metals (Asgher et al., 2023). These fungi form symbiotic associations with plant roots, enhancing nutrient and water uptake, and secrete compounds such as glomalin, which reduce cadmium bioavailability in the soil and improve the plant’s photosynthetic performance. Also, application of trace elements, such as selenium (Se), can increase the activity of antioxidant enzymes, enhance plant resistance to cadmium, and modulate heavy metal accumulation in plant organs. Selenium application not only significantly affects growth and photosynthetic traits but also plays an essential role in human nutrition.
Considering the adverse effects of cadmium and the mitigating roles of mycorrhizal and selenium applications, the present study aimed to investigate the interactive effects of mycorrhizal and selenium on grain yield, chlorophyll content, chlorophyll fluorescence parameters, and leaf electrical conductivity of rye under cadmium stress.
 
Materials and Methods
An experimental factorial design was conducted in a randomized complete block design with three replications in the research greenhouse of the Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, in 2024. Experimental factors included cadmium application at three levels (without Cd as control, 5 and 10 mg Cd kg soil form cadmium nitrate), mycorrhizal application at two levels (without and with application of Glomus mosseae), and selenium foliar application at four levels of (foliar application with water as control, foliar application of 1.5, 3 and 4.5 mg/L from sodium selenate). To contaminate the soil, calculated amounts of Cd nitrate were dissolved in distilled water and sprayed uniformly onto the soil, which was then sieved and mixed multiple times to ensure even distribution. Soils were incubated for two months at 24 ± 4°C and 60–65% field capacity. After preparation, 14 kg of soil were transferred to pots, and local Ardabil rye seeds were sown after a 12-day vernalization at 2°C. Mycorrhizal fungi were purchased from the Zist Fanavar Turan institute, and Shimiya Azmoon Company prepared selenium.
Pots were maintained under greenhouse conditions at 20–30°C, 15–16 h photoperiod, and 60 ± 5% relative humidity. Chlorophyll fluorescence measurements have become a widely used method for studying the functioning of the photosynthetic apparatus and a powerful tool for studying the plant's response to environmental stress. In this regard, chlorophyll content, leaf electrical conductivity, chlorophyll fluorescence parameters (Fv, Fm, F0, Fᵥ/Fm), and quantum yield were measured every 4 days from the booting stage to flowering. Leaf nitrogen index, soluble protein content, and grain yield per plant were also determined. Data were analyzed using SAS v9.4, and means were compared using LSD at the 5% significance level.
 
Results and Discussion
The results showed that the highest cadmium level (application of 10 mgcd.kg soil) and both application of mycorrhiza and 4.5 mg/L selenium increased the chlorophyll index (57.7%), nitrogen index (38%), maximum fluorescence (33%), variable fluorescence (61.7%), and quantum yield (33.3%) in comparison with no application of mycorrhiza and selenium under the same level from cadmium. But, both application of mycorrhiza and 4.5 mg/L selenium decreased minimum fluorescence and leaf electrical conductivity by about 30.8% and 33.5% respectively, in comparison with no application of mycorrhiza and selenium at the same cadmium level. Also, the highest soluble protein content (0.655 mg/g FW) and grain yield (2 g per plant) were obtained with a 4.5 mg/L selenium foliar application without cadmium application. Similar results have been reported by Qiu et al. (2025).  
Conclusion
The findings indicate that cadmium stress negatively affects the physiological and biochemical traits of rye. This stress decreased the chlorophyll index, leaf nitrogen content, and flag leaf quantum yield, while increasing minimum fluorescence and leaf electrical conductivity. Combined application of mycorrhiza and 4.5 mg/L selenium improved chlorophyll index, leaf nitrogen index, soluble protein content and quantum yield. So, the application of mycorrhiza and selenium can improve chlorophyll fluorescence components in cadmium-contaminated soils.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

چاودار (Secale cereale L.) گیاهی دیپلوئید از خانواده گندمیان (Poaceae) است که با گندم و جو نزدیکی دارد و به‌علّت توزیع متعادل اسیدهای آمینه، جایگاه ویژه‌ای در رژیم‌های غذایی دارد (Torbica et al., 2021). این گیاه منبع غنی از کربوهیدرات، پروتئین گلوتن، پتاسیم، ویتامین‌های گروه B، اسید فرولیک، آلکیل‌پلی‌ساکانول‌ها و پری‌بیوتیک‌ها بوده و عمدتاً برای تولید نان، خوراک دام و چراگاه استفاده می‌شود (Ren et al., 2023). اگرچه چاودار دارای کاربردهای گسترده‌ای در کشاورزی است، ولی رشد و بهره‌وری آن، مانند بسیاری از گیاهان دیگر، تحت تأثیر عوامل نامساعد محیطی از جمله کمبود آب، شوری و آلودگی به فلزات سنگین قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین این آلاینده‌ها، کادمیم (Cd) است که توسط آب، خاک و اتمسفر وارد محیط شده و می‌تواند مشکلات جدی برای تمامی موجودات زنده و گیاهان ایجاد کند. تجمع زیستی این فلز در زنجیره غذایی، تهدیدی جدی برای سلامت گیاهان، حیوانات و انسان محسوب می‌شود (Asgher et al., 2023). کادمیم که عمدتاً از طریق فعالیت‌های انسانی وارد محیط می‌شود حتی در غلظت‌های پائین، برای گیاهان سمی است (Qiu et al., 2025). پژوهش‌ها نشان دادند که این فلز سنگین با جلوگیری از رشد ریشه، کاهش سنتز کلروفیل و مهار انتقال الکترون در فتوسیستم II، با محدود کردن رشد برگ‌ها به ساختار برگ و فرآیند فتوسنتز آسیب می‌زند و در شرایط آلودگی شدیدتر، ممکن است به مرگ گیاه منجر شود (Yuan et al., 2024). بنابراین، آلودگی کادمیم خاک یکی از چالش‌های زیست‌محیطی مهم است که امنیت غذایی و سلامت اکوسیستم‌ها را تهدید می‌کند (Qiu et al., 2025).

در سال‌های اخیر، استفاده از قارچ‌های مایکوریزا به‌عنوان یک راهکار زیستی برای کاهش اثرات منفی فلزات سنگین، مورد توجه قرار گرفته است. این قارچ‌ها که در بیشتر اکوسیستم‌های خشکی حضور دارند، با اکثر گیاهان رابطه همزیستی داشته و موجب افزایش مقاومت گیاه به تنش‌های زیستی و غیرزیستی می‌شود (Kuang et al., 2025). در شرایط تنش کادمیم، قارچ‌های مایکوریزا از طریق افزایش جذب مواد مغذی، بهبود دسترسی به آب و ایجاد موانع فیزیکی برای جلوگیری از ورود فلزات سمی به ریشه، مقاومت گیاه را افزایش می‌دهند ( He et al., 2020). همچنین این قارچ‌ها با ترشح ترکیباتی مانند گلومالین موجب کاهش فراهمی زیستی کادمیم در خاک شده و اثرات سمی آن را تعدیل می‌کنند (He et al., 2020).

 همزیستی مایکوریزایی نقش مهمی در بهبود فتوسنتز و کارایی سیستم فتوسنتزی ایفا می‌کند. پژوهش‌ها نشان دادند مایکوریزا به‌ویژه در شرایط عدم تنش، موجب افزایش سرعت انتقال الکترون در فتوسنتز می‌شود ( Ebadi et al., 2020) و اظهار داشتند که قارچ‌های میکوریزا، به‌عنوان یک کود زیستی مؤثر، با توسعه سیستم ریشه‌ای و افزایش جذب آب و مواد مغذی، موجب بهبود شاخص کلروفیل، افزایش محتوای نسبی آب برگ، شاخص‌های فلورسانس کلروفیل و کاهش هدایت الکتریکی در گیاه جو شد. این تغییرات، همراه با کاهش فلورسانس کمینه و هدایت الکتریکی برگ، منجر به افزایش عملکرد دانه جو شد (Mohammadi Kale Sarlou et al., 2024).

سلنیوم (Se) نیز به‌عنوان یک عنصرکم‌مصرف ولی ضروری برای گیاهان، در کاهش اثرات منفی فلزات سنگین نقش مهمی دارد. سلنیوم از طریق افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، کاهش تنش اکسیداتیو و بهبود فرآیندهای متابولیکی، موجب افزایش مقاومت گیاه به تنش کادمیم می‌شود. این عنصر همچنین جذب و تجمع کادمیم در اندام‌های گیاه را تنظیم کرده و اثرات سمی آن را کاهش می‌دهد (Puccinelli et al., 2017). با وجود این، استفاده بیش از حد سلنیوم می‌تواند منجر به بروز عوارضی مانند کلروز و اختلالات فیزیولوژیکی شود، بنابراین تعیین غلظت بهینه آن اهمیت زیادی دارد (Yuan et al., 2024).

پژوهش‌ها نشان دادند که سلنیوم با تحریک جریان انرژی در فتوسیستم IIو کاهش تولید رادیکال‌های آزاد، موجب بهبود کارایی فتوسنتزی گیاه و افزایش شاخص‌های فلورسانس کلروفیل می‌شود ( Sheikhzadeh et al., 2024). به‌عنوان‌مثال، محلول‌پاشی بوته‌های کلزا با سلنیوم در شرایط تنش منجر به افزایش فلورسانس بیشینه، فلورسانس متغیر، افزایش عملکرد کوانتومی و در نهایت موجب افزایش عملکرد دانه شد ( Sheikhzadeh et al., 2024). در پژوهشی دیگر کاربرد سلنیوم با بهبود شاخص‌های فلورسانس کلروفیل و کاهش هدایت الکتریکی، عملکرد دانه کلزا را در شرایط تنش بهبود بخشید (Rostamihir et al., 2023).

علاوه بر اثرات سلنیوم در بهبود فتوسنتز و کاهش تنش‌های محیطی، این عنصر نقش مهمی در تغذیه انسان ایفا می‌کند. گیاهان، به‌عنوان یک حلقه واسط در چرخه اکولوژیکی سلنیوم، روشی ایمن و کارآمد برای تأمین این عنصر ضروری از طریق محصولات کشاورزی غنی از سلنیوم ارائه می‌دهند. بنابراین، محلول‌پاشی برگی سلنیوم نه‌تنها موجب بهبود کیفیت محصولات کشاورزی و افزایش مقاومت گیاه در برابر تنش‌ها می‌شود، بلکه از جنبه تغذیه‌ای نیز برای سلامت انسان اهمیت زیادی دارد (Puccinelli et al., 2017).

با توجه به اثرات منفی کادمیم بر رشد گیاهی و نقش قارچ‌های مایکوریزا و سلنیوم در تعدیل اثرات فلزات سنگین و بهبود عملکرد کوانتومی و عملکرد دانه، این پژوهش با هدف بررسی تأثیر برهم‌کنش مایکوریزا و سلنیوم بر عملکرد دانه و روند تغییرات برخی شاخص‌های فلورسانس کلروفیل (نظیر فلورسانس حداقل، حداکثر و فلورسانس متغیر)، شاخص کلروفیل و هدایت الکتریکی چاودار تحت تنش کادمیم انجام شد.

 

مواد و روش­ها

آزمایش به­صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک­های کامل تصادفی در سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی و منابع­طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی در سال 1403 انجام شد. فاکتورهای مورد بررسی شامل سه سطح کادمیم (عدم کاربرد کادمیوم به عنوان شاهد، کاربرد 5 و 10 میلی‌گرم کادمیم در هر کیلوگرم خاک از منبع نیترات کادمیم) (Fattahi et al., 2021)، چهار سطح محلول‌پاشی سلنیوم (محلول‌پاشی با آب به­عنوان شاهد، 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر از منبع سلنات سدیم (Na2O4Se) (Adeli et al., 2022) و دو سطح کاربرد قارچ میکوریزا (عدم کاربرد (شاهد) و کاربرد قارچ Glomus mosseae) بود. غلظت‌های کادمیم نیز با توجه به نتایج آزمون خاک برابر با دو میلی‌گرم در کیلوگرم خاک بود.

برای آلوده‌سازی خاک با فلز کادمیم، غلظت‌های محاسبه شده نیترات کادمیم برای هر سطح تنش در مقدار مشخصی از آب مقطر حل شد و به‌طور یکنواخت، لایه‌به‌لایه، توسط سمپاش دستی روی سطح خاک اسپری شد تا ترکیبی یکنواخت حاصل شود. سپس، برای اطمینان از توزیع یکنواخت فلز سنگین در خاک، نمونه خاک چندین بار از الکی با منافذ دو میلی‌متری عبور داده شد.جهت برقراری تعادل بین فلز و خاک، رطوبت خاک با استفاده از آب مقطر به 65-60 درصد ظرفیت زراعی تنظیم شد و نمونه‌ها به مدت دو ماه در شرایط انکوباسیون (دمای 4±24 درجه سانتی‌گراد در پلاستیک سیاه) نگهداری شدند تا شرایط آلودگی درازمدت و طبیعی شبیه‌سازی شود (Fattahi et al., 2021). شایان ذکر است که برای آلودگی یکنواخت خاک‌ها با کادمیم و افزایش جذب این فلز توسط خاک، در طول دوره دو ماهه انکوباسیون، نمونه‌های خاک چندین بار زیر و رو شده و به طورکامل با هم مخلوط شدند.

پس از انکوباسیون، نمونه‌برداری مجدد انجام و آلودگی خاک با دستگاه جذب اتمی تأیید و خاک‌های آماده، خشک شدند. سپس 14 کیلوگرم از خاک به گلدان‌هایی با قطر 45 و ارتفاع 60 سانتی‌متر منتقل شد. از بذر چاودار رقم محلی اردبیل بر اساس تراکم بهینه این رقم (380 بذر در متر مربع) که معادل 61 عدد بذر در هر گلدان می­شد استفاده شد. البته بذور قبل از کاشت به­مدت 12 روز در دمای 2 درجه سانتی­گراد در دستگاه کُلد انکوباتور (مدل IKH.RI90، شرکت ایران خودساز، ایران) ورنالیزه شد و بعد از کاشت در هر گلدان، نسبت به آبیاری آن اقدام شد. مقدار قارچ مصرفی بر اساس پروتوکل توصیه شده توسط شرکت زیست فناوران توران 20 گرم به ازای هر مترمربع، که معادل 18/3 گرم در هر گلدان بود استفاده شد. سلنیوم از شرکت شیمیا آزمون اصفهان تهیه و در دو مرحله ساقه­دهی و سنبله­دهی به­ترتیب در مراحل 30 و 51 BBCH (Biologische Bundesanstalt Bundessortenamt and Chemical Industry ) محلول­پاشی شد (Yousefi Rad & Safa, 2021). گلدان­ها در شرایط گلخانه­ای با دمای20 تا 30 درجه سانتی­گراد، طول دوره روشنایی 15 تا 16 ساعت (توسط ترکیب لامپ­های معمولی و مهتابی) و رطوبت نسبی 5±60 درصد نگهداری شدند. شدت نور در گلخانه، به طور میانگین 1600 میکرومول فوتون بر مترمربع در ساعت 12 ظهر بود که با دستگاه سان­اسکن (SS1 SunScan Canopy Analysis System UK) اندازه­گیری شد. در طول آزمایش کود خاصی به گلدان­ها افزوده نشد. اندازه‌گیری روند تغییرات برخی صفات نظیر شاخص کلروفیل، هدایت الکتریکی، فلورسانس حداقل، حداکثر و فلورسانس متغیر، عملکرد کوانتومی از 86 روز پس از کاشت یعنی از مرحله آبستنی تا گلدهی گیاه (معادل کد 43 و 61 از مقیاس BBCH) هر چهار روز یک‌بار بر روی برگ پرچم انجام شد. شاخص کلروفیل با دستگاه کلروفیل­سنج (SPAD-502 مینولتای ژاپن) اندازه­گیری شد. همچنین، شاخص نیتروژن برگ از همان برگ­هایی که شاخص کلروفیل اندازه­گیری شد براساس رابطه زیر محاسبه شد (Scharf et al., 2006).

رابطه (1):

SPAD × 0016322/0 + 017332/0 = N

برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی، برگ‌های تمیز به ابعاد یکسان بریده و در فالکون‌های حاوی 20 میلی‌لیتر آب مقطر دوبار تقطیر پس از گذشت 24 ساعت با دستگاه ECمتر (مدلMi 180 Bench Meter) اندازه­گیری شد. شاخص‌های فلورسانس کلروفیل شامل F0 (فلورسانس کمینه)، Fm (فلورسانس بیشینه)، Fv (فلورسانس متغیر) و Fv/Fm (حداکثر عملکرد کوانتومی فتوسیستم II) بودند. این شاخص‌ها در بازه زمانی10-8 صبح با دستگاه فلورسانس کلروفیل (Chlorophyll fluorometer; Optic Science-OS-30 USA) اندازه‌گیری شدند. از هر تیمار، شش برگ پرچم به‌صورت تصادفی انتخاب و پس از 20 دقیقه تاریکی با استفاده از گیره‌های مخصوص، اندازه‌گیری انجام شد (Sourazar & Seyed Sharifi, 2023). محتوای پروتئین محلول برگ پرچم نیز در مرحله گلدهی (61 BBCH) با روش برادفورد (Bradford, 1976) اندازه‌گیری شد. در زمان رسیدگی، پنج بوته از هر گلدان برداشت و میانگین عملکرد آن‌ها به‌عنوان عملکرد تک‌بوته در تجزیه داده‌ها استفاده شد. تحلیل داده‌ها با نرم‌افزار SASver9.4 و رسم نمودارها با Excel انجام شد. میانگین‌ها با آزمونLSD در سطح احتمال پنج درصد مقایسه شدند.

 

نتایج و بحث

شاخص کلروفیل برگ پرچم: براساس نتایج تجزیه واریانس، اثر ترکیب تیماری هر سه عامل کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر شاخص کلروفیل برگ پرچم در سطح احتمال یک و پنج درصد در تمامی مراحل نمونه‌برداری (به‌جز 98 روز پس از کاشت) معنی‌دار بود (جدول 1). بررسی روند تغییرات این صفت نشان داد که در تمامی ترکیب‌های تیماری مقدار شاخص کلروفیل در ابتدای دوره نمونه‌برداری بالا بود، اما با افزایش سن گیاه کاهش یافت (جدول 2) و شدت این کاهش با کاربرد مایکوریزا و سلنیوم کاهش و در شرایط وجود کادمیم، افزایش یافت.

 

 

جدول 1- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر شاخص کلروفیل برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 1- Variance analysis (mean squares) of the effects of mycorrhiza and selenium on chlorophyll index of flag leaf of rye under cadmium stress

Sources of variation

Chlorophyll Index (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

147.51**

56.01**

588.83**

450.38**

163.99**

43.86**

32.88**

Cadmium (Cd)

2

790.95**

579.99**

249.67**

354.91**

348.54**

338.66**

498.50**

Mycorrhiza (M)

1

135.16**

95.50**

53.42**

232.81**

43.38**

60.59**

111.58**

Selenium (Se)

3

456.31**

397.54**

266.26**

321.66**

288.02**

231.96**

379.60**

Cd×M

2

25.57**

3.16ns

1.96ns

4.26ns

2.38ns

0.04ns

2.59ns

Cd×Se

6

5.36ns

12.65**

6.51ns

8.01*

8.69**

8.26**

12.56**

M×Se

3

13.32*

1.24ns

9.14*

12.44**

4.79**

6.77*

10.42**

Cd×M×Se

6

8.46*

6.66*

8.32*

3.31ns

3.52*

5.82*

7.97**

Error

46

3.30

2.86

3.07

2.53

1.12

2.25

2.40

CV (%)

-

3.4

3.3

4.3

8.3

7.2

4.5

5.5

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

 

در تمامی سطوح کادمیم، استفاده از مایکوریزا و سلنیوم موجب شد که کاهش شاخص کلروفیل نسبت به تیمارهای بدون این عوامل به‌طور معنی داری کاهش یابد (جدول 2). به نظر می‌رسد سلنیوم با کاهش تولید اتیلن می‌تواند پیری گیاه را به تأخیر اندازد (Asgher et al., 2023). بیش‌ترین مقادیر شاخص کلروفیل مربوط به کاربرد توأم مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط بدون تنش بود که در مراحل آبستنی و گلدهی (به­ترتیب 86 و 110 روز پس از کاشت) به­ترتیب 6/63 و 2/38 ثبت شد. همچنین، در شرایط بدون کاربرد مایکوریزا امّا محلول‌پاشی با 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم، این مقادیر در مراحل آبستنی و گلدهی به‌ترتیب برابر 8/62 و 8/38 بود. به بیانی دیگر کاربرد توأم مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط بدون تنش، نسبت به سطح شاهد (عدم کاربرد مایکوریزا و سلنیوم) در همان مراحل رشدی، شاخص کلروفیل را حدود 9/22 تا 8/50 درصد افزایش داد (جدول 2).

کاهش شاخص کلروفیل در شرایط تنش کادمیم می‌تواند ناشی از افزایش فعالیت آنزیم‌هایی تجزیه‌کننده کلروفیل یا کاهش سنتز کمپلکس‌هایی مانند پروتوکلروفیلید ردوکتاز و  δ-آمینولوولینیک اسید باشد که در بیوسنتز کلروفیل نقش دارند (Noriega et al., 2007; Fattahi et al., 2021). این تغییرات منجر به کاهش میزان کلروفیل در برگ‌ها شده و در نتیجه، شاخص کلروفیل برگ در گیاهان تحت تنش کادمیم، کاهش می‌یابد (جدول 2). همچنین کادمیم با اختلال در انتقال الکترون و آسیب به یکپارچگی کلروپلاست، اثرات منفی بر فتوسنتز دارد (Ran et al., 2024). از سوی دیگر، بخشی از کاهش معنی‌داری کلروفیل در گیاهان با کاربرد کادمیم، می‌تواند ناشی از تغییر ساختار کلروپلاست و مهار بیان آنزیم‌های کلیدی در سنتز کلروفیل باشد (Kuang et al., 2025). علاوه بر این، فلزات سنگین مانند Cd ضمن افزایش بیان آنزیم‌های تخریب‌کننده کلروفیل، به طور مستقیم جایگزین یون Mg²⁺ در ساختار کلروفیل و یون  Ca²⁺درخوشه Ca/Mn مجموعه PSII می‌شوند، که منجر به اختلال در سنتز کلروفیل و عملکرد فتوسنتزی گیاهان می‌شود (Qiu et al., 2025). برخی پژوهشگران کاهش شاخص کلروفیل برگ‌ها در حضور کادمیم را، به اثر این عامل تنش­زا در ایجاد آسیب‌های ساختاری، اختلال در سنتز کلروفیل و مسدود کردن انتقال الکترون نسبت دادند (Karimi et al., 2024).

پژوهش‌ها نشان دادند که سلنیوم می‌تواند ساختار کلروپلاست آسیب ‌دیده را ترمیم کرده و فعالیت فتوسنتزی را حفظ کند (Asgher et al., 2023). در این راستا، کاربرد دو میلی‌مول در لیتر سلنیوم در کلزای تحت تنش کادمیم، منجر به بازسازی فراساختار کلروپلاست، سازماندهی مجدد تیلاکوئیدها و افزایش اندازه کلروپلاست‌ها شد (Filek et al., 2010). این تغییرات می‌توانند سنتز کلروفیل را بهبود بخشیده و منجر به افزایش شاخص کلروفیل برگ شود. سلنیوم همچنین با اشباع اسیدهای چرب و بهبود سیالیت غشای سلولی، به‌طور غیرمستقیم موجب حفظ فعالیت فتوسنتزی و افزایش میزان کلروفیل می‌شود (Filek et al., 2010). قارچ‌های مایکوریزا نیز نقش مهمی در بهبود تغذیه گیاهان و افزایش کارایی فتوسنتزی دارند. یکی از اثرات مهم مایکوریزا، افزایش شاخص کلروفیل برگ است که نشان‌دهنده میزان کلروفیل و توانایی گیاه در جذب نور برای فتوسنتز است. مایکوریزا با ایجاد آربوسکول‌ها، دسترسی گیاه به نیتروژن و فسفر را افزایش داده و در نتیجه شاخص کلروفیل را بهبود می‌بخشد (Cavagnaro et al., 2015). سایر پژوهشگران نیز اظهار کردند مایکوریزا موجب افزایش تجمع نیتروژن، فسفر و پتاسیم شده که در نهایت موجب افزایش تولید کلروفیل و ظرفیت فتوسنتزی گیاه (Begum et al., 2019) و افزایش رشد و بهبود عملکرد گیاه می‌شود (Ebadi et al., 2020).

از سوی دیگر، تولید کلروفیل به میزان نیتروژن موجود در برگ‌ها وابسته است، افزایش جذب و استفاده از نیتروژن توسط سلنیوم، با بهبود شاخص نیتروژن برگ پرچم (شکل 1) به افزایش شاخص کلروفیل برگ (جدول 2) کمک می‌کند.

 

شاخص نیتروژن برگ پرچم: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر سه جانبه کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر شاخص نیتروژن در تمامی مراحل نمونه‌برداری در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار شد (جدول 3). با گذشت زمان و افزایش سن گیاه، میزان نیتروژن موجود در برگ پرچم چاودار به‌تدریج کاهش یافت و در مرحله گلدهی به کم‌ترین سطح خود رسید. استفاده توأم مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم موجب شد تا تغییرات شاخص نیتروژن با ثبات بیشتری همراه شده و نوسانات کمتری نشان دهد. به‌طور خاص، در تیمارهای عدم استفاده از تعدیل‌کننده‌ها در شرایط عدم کاربرد و کاربرد 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، شاخص نیتروژن برگ پرچم در مرحله آبستنی به‌ترتیب برابر با 1/0 و 083/0 بود. در مرحله گلدهی این شاخص به‌ترتیب به 059/0 و 050/0 کاهش یافت. نتایج نشان داد که کادمیم به‌طور قابل توجهی موجب کاهش شاخص نیتروژن برگ پرچم در مقایسه با سطح شاهد (عدم حضور کادمیم) شد (شکل 1). با این حال، کاربرد توام مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم توانست اثرات منفی کادمیم را در مرحله گلدهی متعادل کرده و موجب افزایش حدود 9/6 تا 4/18 درصدی شاخص نیتروژن نسبت به سطح شاهد شود (شکل 1).

 

جدول 2- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات شاخص­ کلروفیل برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم.

Table 2- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of chlorophyll index flag leaf of rye under cadmium stress.

 

Treatments

Chlorophyll Index (Day after planting)

86

90

94

102

106

110

Cd1×M1×Se1

51.20j-l

46.99m-o

40.78f-i

35.80l-o

31.99l-n

25.58g-i

Cd1×M1×Se2

59.70c-e

56.46c-e

45.11de

41.76fg

38.00e-h

31.58b-d

Cd1×M1×Se3

61.73a-c

58.35bc

47.79cd

44.78b-d

40.43b-e

36.58a

Cd1×M1×Se4

62.89ab

59.01a-c

50.90ab

45.31bc

43.26a

38.84a

Cd1×M2×Se1

54.74g-h

52.25g-i

41.52f-h

36.41k-m

36.20g-j

30.39cd

Cd1×M2×Se2

58.15d-f

55.40d-f

49.18a-c

42.63ef

40.94a-d

37.43a

Cd1×M2×Se3

60.42b-d

61.46a

49.88a-c

45.87ab

41.47a-c

37.79a

Cd1×M2×Se4

63.68a

60.17ab

51.59a

47.31a

42.67ab

38.28a

Cd2×M1×Se1

40.18q

41.81qr

35.08l

31.42r

28.73o

20.94l

Cd2×M1×Se2

46.47no

45.14n-p

40.78g-i

34.82n-p

30.32no

23.97i-k

Cd2×M1×Se3

52.87h-k

49.20j-m

42.79e-h

38.75ij

35.74h-j

30.02c-e

Cd2×M1×Se4

56.72e-g

54.09e-g

47.20cd

43.26d-f

38.66d-g

33.06b

Cd2×M2×Se1

48.44l-n

44.24o-q

39.93h-j

36.41k-n

32.86k-m

26.69gh

Cd2×M2×Se2

51.83i-k

49.93i-l

40.94f-h

37.23j-l

33.25k-m

27.17fg

Cd2×M2×Se3

53.82g-j

51.02h-k

45.12de

39.98hi

34.85i-k

29.24e-g

Cd2×M2×Se4

58.55d-f

57.46b-d

48.35bc

43.75c-e

39.44c-f

36.45a

Cd3×M1×Se1

40.51q

41.19r

36.50kl

29.22s

28.34o

20.47l

Cd3×M1×Se2

43.57op

43.55p-r

37.36j-l

34.43op

29.55no

22.51i-l

Cd3×M1×Se3

47.83mn

47.61l-n

42.53e-h

35.61l-o

29.86no

24.59h-j

Cd3×M1×Se4

52.25i-k

51.63g-j

44.94de

38.01jk

36.74g-i

31.54b-d

Cd3×M2×Se1

43.01pq

42.70p-r

37.97i-k

32.25qr

28.98o

21.55kl

Cd3×M2×Se2

49.98k-m

46.52m-o

42.97e-g

33.84pq

31.51mn

24.57h-j

Cd3×M2×Se3

50.59k-m

48.75k-m

41.22f-h

35.25m-p

34.07i-k

27.63e-g

Cd3×M2×Se4

55.58f-h

52.79f-h

43.51ef

40.67gh

37.38f-h

32.27bc

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

 

جدول 3- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر شاخص نیتروژن برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 3- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on nitrogen index of flag leaf of rye under cadmium stress

 

Sources of variation

Nitrogen Index (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

0.00039**

0.00015**

0.00157**

0.0012**

0.00044**

0.00013**

0.00009**

Cadmium (Cd)

2

0.00211**

0.00154**

0.00081**

0.0010**

0.00093**

0.0009**

0.0013**

Mycorrhiza (M)

1

0.00036**

0.00025**

0.00016**

0.00067**

0.00012**

0.00016**

0.00030**

Selenium (Se)

3

0.00121**

0.00106**

0.00069**

0.00083**

0.00077**

0.00062**

0.0010**

Cd×M

2

0.000068**

0.000008ns

0.000047**

0.000005ns

0.000006ns

0.0000001ns

0.000007ns

Cd×Se

6

0.000014ns

0.000033**

0.000027**

0.000024**

0.000023**

0.000022**

0.000033**

M×Se

3

0.000035*

0.000003ns

0.000022**

0.000036**

0.000013**

0.000018*

0.000028**

Cd×M×Se

6

0.000022*

0.000018*

0.000005*

0.000009*

0.000009*

0.000016*

0.000021**

Error

46

0.000009

0.000008

0.000002

0.000004

0.000003

0.000005

0.000006

CV (%)

-

8.2

7.2

6.1

2.3

2.5

9.3

3.8

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

سلنیوم به‌عنوان عنصری کم‌مصرف و ضروری برای گیاهان، نقش مهمی در کاهش تنش‌های غیرزیستی، به‌ویژه سمیت فلزات سنگین ایفا می‌کند (Adeli et al., 2022). سلنیوم می‌تواند تحمل گیاه به فلزات سنگین را از طریق بهبود جذب و استفاده از عناصر مغذی مانند نیتروژن و کلسیم افزایش دهد (Asgher et al., 2023). این عنصر با تنظیم ریخت شناسی ریشه و ساختارهای سلولی آن، موجب مهار جذب کادمیم و انتقال آن می‌شود (Wang et al., 2023). این سازوکار‌ها نه تنها موجب کاهش سمیت کادمیم توسط افزایش انباشت آن در واکوئول‌ها و تنظیم سنتز ترکیبات تیول می‌شوند، بلکه منجر به بهبود جذب نیتروژن و کارایی استفاده از آن در گیاه نیز می‌شوند (Yang et al., 2022).

بررسی­ها نشان داده است که مایکوریزا با افزایش دسترسی به نیتروژن و کوفاکتورهای ضروری برای سنتز کلروفیل مانند منگنز، منیزیم و آهن، نقش مهمی در بهبود فتوسنتز و رشد گیاه ایفا می‌کند. این عناصر اجزای کلیدی حامل‌های الکترون در دستگاه فتوسنتزی هستند که برای عملکرد مناسب فرآیند فتوسنتز ضروری‌اند. بنابراین، افزایش دسترسی به نیتروژن توسط مایکوریزا موجب افزایش تولید کلروفیل در برگ‌ها می‌شود که رابطه مستقیمی با شاخص نیتروژن دارد (Hashem et al., 2019). از این‌رو به نظر می‌رسد سلنیوم و مایکوریزا توسط تعدیل اثرات کادمیم و افزایش جذب نیتروژن، موجب افزایش شاخص‌های کلروفیل و نیتروژن برگ پرچم شده است.

شکل 1- تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات شاخص­ نیتروژن برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم. A) بدون مایکوریزا وکادمیم، B) با مایکوریزا و بدون کادمیم، C) بدون مایکوریزا با 5 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک، D) با مایکوریزا و 5 میلی­گرم کادمیم برکیلوگرم خاک، E) بدون مایکوریزا و10 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک، F) با مایکوریزا و 10 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Figure 1- The effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of nitrogen index flag leaf of rye under cadmium stress.

  1. A) without mycorrhiza and cadmium, B) with mycorrhiza and without cadmium, C) without mycorrhiza and 5 mgcd/kg soil, D) with mycorrhiza and 5 mgcd/kgsoil, E) without mycorrhiza and 10 mgcd/kgsoil, F) with mycorrhiza and 10 mgcd/kgsoil. Means with similar letters in each column are not significantly different based on LSD test.

 

جدول 4- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم برهدایت الکتریکی برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 4- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on electrical conductivity of flag leaf of rye under cadmium stress

 

Sources of variation

Electrical Conductivity (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

25.79**

65.03**

148.30**

110.90**

83.36**

32.44**

295.75**

Cadmium (Cd)

2

485.56**

427.07**

356.60**

258.08**

387.93**

581.16**

1302.92**

Mycorrhiza (M)

1

122.83**

63.24**

79.84**

58.70**

129.23**

88.64**

184.10**

Selenium (Se)

3

312.88**

311.10**

276.76**

218.02**

269.87**

450.07**

926.42**

Cd×M

2

11.70**

27.62**

11.76**

0.51ns

8.35**

5.04ns

6.96ns

Cd×Se

6

21.22**

15.24**

14.49**

7.65**

12.16**

13.54*

41.91**

M×Se

3

8.02*

8.40**

8.05**

9.50**

0.84ns

3.54ns

2.85ns

Cd×M×Se

6

7.11**

3.03*

3.03**

4.07*

6.66**

4.81ns

19.03**

Error

46

2.01

1.15

0.89

1.38

0.96

4.34

4.82

CV (%)

-

9.9

6.9

4.5

4.7

3.8

4.9

3.9

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

هدایت الکتریکی برگ پرچم (EC): نتایج نشان داد که برهم­کنش سه­جانبه سطوح کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر میزان هدایت الکتریکی برگ پرچم در سطح احتمال یک و پنج درصد در تمامی مراحل نمونه­برداری (به‌جز 106 روز پس از کاشت) معنی­دار بود (جدول 4).

با افزایش سن گیاه و نزدیک شدن به مراحل پایانی رشد، هدایت الکتریکی برگ پرچم روند افزایشی نشان داد (جدول 5). در تمامی مراحل نمونه برداری کم‌ترین مقدار هدایت الکتریکی در مرحله آبستنی (86 روز پس از کاشت) و بیش‌ترین مقدار آن در مرحله گلدهی (110 روز پس از کاشت) مشاهده شد. در شرایط بدون کاربرد کادمیم در مرحله گلدهی، پایین‌ترین میزان هدایت الکتریکی (4/39 میکروزیمنس برسانتی‌متر) به کاربرد مایکوریزا و محلول­پاشی سه میلی‌گرم در لیترسلنیوم تعلق داشت که در مقایسه با سطح شاهد (عدم کاربرد مایکوریزا و سلنیوم) از کاهش 5/63 درصدی برخوردار بود. همچنین، در شرایط آلودگی خاک به مقادیر 10 و 5 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک درمرحله گلدهی، استفاده از مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم هدایت الکتریکی را بین 3/21 تا 5/40 درصد نسبت به تیمار شاهد (عدم کاربرد تعدیل‌کننده‌ها) کاهش داد (جدول 5). کادمیم با آسیب به غشای سلولی گیاه موجب افزایش نفوذپذیری غشاء و در نتیجه خروج مواد محلول سلول‌ها، تخریب آنزیم‌های سلولی و اختلال در فرآیندهای متابولیکی می‌شود (Qiu et al., 2025). همچنین با اختلال در تعادل آنزیم‌های متصل به غشاء و ساختار غشای داخلی سلولی، ضمن تسهیل ورود مواد سمی به داخل سلول‌ها، موجب اختلال در فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه می‌شود (Yang et al., 2022). در واقع آسیب غشای سلولی ناشی از کاربرد کادمیم، می‌تواند با افزایش نفوذپذیری غشاء و خروج یون‌های محلول از سلول‌ها، منجر به افزایش هدایت الکتریکی برگ شود (Kuang et al., 2025).

 سلنیوم به­عنوان عنصری مؤثر در تنظیم رشد گیاه، قادر است تولید اتیلن را کاهش داده و نفوذپذیری غشاء را توسط تأثیر بر ترکیبات لیپیدی غشایی کاهش دهد. این امر موجب تنظیم نشت پتاسیم و تعدیل محتوای آب در فضای بین سلولی شده و در نهایت کاهش هدایت الکتریکی برگ را به همراه دارد (Asgher et al., 2023). علاوه بر این، سلنیوم توسط افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی، پاکسازی رادیکال‌های آزاد و کاهش اکسیداسیون لیپیدهای غشای سلولی، به حفظ ساختار غشاء و کاهش آسیب‌های ناشی از تنش اکسیداتیو (Yang et al., 2022 ) و در نتیجه کاهش هدایت الکتریکی برگ کمک می‌کند. نتایج مشابهی نیز مبنی بر بهبود سلامت گیاه و کاهش آسیب‌های ناشی از تنش کادمیم بواسطه کاربرد مایکوریزا توسط دیگر پژوهشگران گزارش شده است (Luo et al., 2021).

 

جدول 5- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات هدایت الکتریکی برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 5- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of electrical conductivity flag leaf of rye under cadmium stress.

 

 

Electrical Conductivity (µS/cm-1) (Day after planting)

Treatments

86

90

94

98

102

110

Cd1×M1×Se1

15.22fg

19.22f

21.79gh

27.51d-f

34.14ef

62.50d-f

Cd1×M1×Se2

8.96k-m

12.81jk

15.74m-o

21.35lm

30.59i-k

47.87mn

Cd1×M1×Se3

8.00lm

12.00kl

15.25n-p

20.23mn

25.32op

43.36o

Cd1×M1×Se4

7.64lm

9.83mn

13.73p

18.01o

24.47pq

42.32op

Cd1×M2×Se1

10.73ijk

18.85fg

19.88ij

22.95j-l

28.98k-m

53.09jk

Cd1×M2×Se2

9.38j-m

10.68l-n

15.50no

20.05mn

23.96pq

48.99lm

Cd1×M2×Se3

8.53k-m

10.38l-n

14.78op

19.11no

23.17qr

41.76p

Cd1×M2×Se4

7.14m

9.40n

14.37op

18.72no

22.23r

39.40op

Cd2×M1×Se1

24.15a

25.67ab

29.77a

31.56ab

37.69ab

67.96a

Cd2×M1×Se2

20.25cd

21.93d

25.06de

28.63c-e

31.68g-i

64.10b-e

Cd2×M1×Se3

12.55hi

18.95f

22.68fg

23.66i-k

30.87h-j

58.31g-i

Cd2×M1×Se4

9.67j-l

13.04jk

16.80l-n

20.65mn

28.28lm

50.46k-m

Cd2×M2×Se1

18.40de

21.34de

25.65d

26.98e-g

35.25de

65.70a-d

Cd2×M2×Se2

14.61gh

14.54ij

21.46gh

26.09f-h

32.33gh

57.66hi

Cd2×M2×Se3

11.39ij

15.16i

18.67jk

24.23h-j

26.48no

55.91ij

Cd2×M2×Se4

9.20j-m

11.39k-m

16.46mn

20.30mn

26.17no

44.47no

Cd3×M1×Se1

25.23a

26.57a

28.49ab

32.30a

38.80a

68.77a

Cd3×M1×Se2

21.79bc

24.84a-c

27.81b

29.99bc

38.22a

66.46a-c

Cd3×M1×Se3

19.62cd

18.02fg

26.18cd

29.05cd

35.7c-e

61.35e-g

Cd3×M1×Se4

13.91gh

16.17hi

18.06kl

22.65i-l

29.65j-l

53.87jk

Cd3×M2×Se1

23.10ab

24.27bc

27.49bc

30.44a-c

37.29a-c

67.32ab

Cd3×M2×Se2

16.97ef

23.77c

23.99ef

28.02d-f

36.59b-d

63.36c-f

Cd3×M2×Se3

15.85fg

19.61ef

20.67hi

25.17g-i

33.18fg

59.80f-h

Cd3×M2×Se4

10.33i-k

17.16gh

17.16k-m

21.86k-m

27.613mn

51.50kl

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

جدول 6- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر فلورسانس حداقل برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 6- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on minimum fluorescence of flag leaf of rye under cadmium stress

 

Sources of variation

Minimum Fluorescence (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

995.43**

461.17**

287.72**

273.56**

26.93ns

26.06ns

390.43**

Cadmium (Cd)

2

4524.1**

7315.1**

6246.5**

6188.4**

4750.6**

4538.43**

5637.7**

Mycorrhiza (M)

1

1662.7**

1144.1**

709.39**

1283.5**

1830.1**

1476.06**

1386.8**

Selenium (Se)

3

4226.4**

4283.3**

3262.7**

4165.3**

3494.7**

3420.80**

4588.3**

Cd×M

2

44.60ns

115.01**

103.1*

4.76ns

80.79*

68.35ns

37.72ns

Cd×Se

6

125.72*

158.88**

84.05**

122.08**

165.11**

97.78*

63.06*

M×Se

3

25.09ns

157.01**

33.35ns

117.67**

24.20ns

140.65**

37.15ns

Cd×M×Se

6

162.97**

40.29ns

68.56*

92.37**

65.14**

152.77**

114.42**

Error

46

48.99

22.28

25.55

21.15

17.67

33.04

24.42

CV (%)

-

6.4

3.9

4. 2

3.5

3.3

3.9

3.2
                   

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively.

 

 

حداقل فلورسانس کلروفیل برگ پرچم (F0): اثر برهم‌کنش سه‌جانبه سطوح کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر حداقل فلورسانس کلروفیل برگ پرچم در تمامی مراحل نمونه‌برداری (به‌جز 90 روز پس از کاشت) در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 6).

مقایسه میانگین‌ها نشان داد که در مراحل اولیه نمونه برداری، مقدار F0 کم بود، امّا با گذشت زمان افزایش یافت. کاربرد توأم مایکوریزا و سلنیوم موجب تعدیل تغییرات F0 شده و از نوسانات شدید جلوگیری کرد. به‌عنوان مثال کاربرد 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم همراه با مایکوریزا در شرایط بدون کاربرد کادمیم، مقدار F0 را کاهش داد و در مرحله گلدهی (110 روز پس از کاشت)، مقادیر فلورسانس حداقل به‌ترتیب 115 و 124 ثبت شد. در مقابل، در شرایط تنش کادمیم (غلظت‌های 5 و 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک) و بدون استفاده از تعدیل‌کننده‌ها، مقدار F0 به 6/188 و 191 در مرحله گلدهی افزایش یافت. با وجود این، در گیاهانی که تحت تنش Cd قرار گرفته و با مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم بر لیتر سلنیوم تیمار شده بودند، مقدار F0 به‌ترتیب به 67/136 و 146 در مرحله گلدهی کاهش یافت. این نتایج نشان دادند مایکوریزا و سلنیوم اثرات منفی تنش Cd را بین 31 تا 38 درصد در مرحله گلدهی کاهش داده و قادر بودند نقش مهمی را در بهبود عملکرد فتوسیستم II ایفا نمایند (جدول 7). افزایش غلظت کادمیم، مقدارF0  را افزایش داد و این افزایش نشان‌دهنده تخریب زنجیره انتقال الکترون در فتوسیستم IIاست که احتمالاً به­علّت کاهش ظرفیت پذیرنده اولیه الکترون (QA) و عدم اکسیداسیون کامل آن رخ داده است. کند شدن جریان الکترون در PSII، در نهایت منجر به غیرفعال شدن فتوسیستم II می‌شود (Ghasemi Masarmi et al., 2022). از سوی دیگر، بین Se و Cd یک رابطه آنتاگونیستی وجود دارد، به‌طوری که Se می‌تواند سمیت Cd را کاهش داده، سطح آنتی‌اکسیدانی را افزایش دهد و به‌عنوان یک عامل کلات‌کننده برای کاهش آسیب ناشی از Cd در گیاهان عمل کند (Shao et al., 2022). در واقع کادمیم با افزایش تنش اکسیداتیو، موجب افزایش F0 و کاهش کارایی فتوسیستم II می‌شود اما سلنیوم می‌تواند سنتز لیگنین را تنظیم کرده، بیان ژن‌های مرتبط با مقاومت به کادمیم را تعدیل کرده و از ورود بیش از حد  Cdبه سلول‌های گیاهی جلوگیری کند (Cui et al., 2018). این سازوکار‌ها از تخریب ساختار کلروپلاست و اختلال در زنجیره انتقال الکترون جلوگیری کرده و در نهایت مانع افزایش بیش از حد F0 در شرایط تنش کادمیم می‌شوند.

به نظر می‌رسد میکوریزا با ایجاد همزیستی با ریشه در شرایط تنش، جذب آب و عناصر غذایی را تسهیل می‌کند (Mohammadi Kale Sarlou et al., 2024)، این فرایند موجب افزایش محتوای نسبی آب گیاه و بهبود فاکتورهای فلورسانس کلروفیل، از جمله افزایش فلورسانس حداکثر (Fm) و متغیر (Fv) می‌شود. آنان اظهار داشتند که مایکوریزا در شرایط تنش از افزایش بیش از حد F0 در گیاه جو جلوگیری می‌کند که نشان‌دهنده نقش آن در کاهش آسیب فتوسنتزی ناشی از تنش است که با نتایج پژوهش حاضر مطابقت دارد.

 

 

جدول 7- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات فلورسانس حداقل برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم.

Table 7- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of minimum fluorescence flag leaf of rye under cadmium stress.

 

Treatments

Minimum Fluorescence (Day after planting)

86

94

98

102

106

110

Cd1×M1×Se1

107g-i

130.33f-h

143.67e-g

150.67de

157.33de

164.00ef

Cd1×M1×Se2

103.33h-j

104.00m-o

121.66m

138.33gh

140.00f-i

139.33ij

Cd1×M1×Se3

98.66ij

96.33o-q

111.00no

119.00jk

124.67kl

131.33jk

Cd1×M1×Se4

72.00lm

93.33pq

95.33q

116.66k

119.00lm

128.00k

Cd1×M2×Se1

116.33d-g

117.33j-l

129.33j-l

131.67hi

145.00f-h

148.66h

Cd1×M2×Se2

86.67kl

109.33lm

104.67op

120.00jk

138.00g-j

146.33hi

Cd1×M2×Se3

83.33lm

100.33n-p

101.66pq

109.67l

116.67lm

115.00l

Cd1×M2×Se4

82.33m

91.00q

98.33pq

106.33l

114.67m

124.00k

Cd2×M1×Se1

147.00a

149.33ab

160.33a

165.33ab

174.00ab

188.67a

Cd2×M1×Se2

122.33c-f

143.33a-d

149.33c-e

142.33fg

161.00cd

170.00c-e

Cd2×M1×Se3

108.00g-i

123.00h-j

131.33i-k

134.67h

138.67g-j

153.33gh

Cd2×M1×Se4

95.00jk

112.00k-m

113.66mn

132.66h

129.33jk

150.67h

Cd2×M2×Se1

125.33c-e

138.67c-e

141.00f-h

153.00de

146.00fg

173.00cd

Cd2×M2×Se2

105.00g-j

127.00g-i

138.33g-i

147.33ef

136.00h-j

154.00gh

Cd2×M2×Se3

105.00g-j

120.00i-k

133.00

123.33jk

139.67f-i

152.33h

Cd2×M2×Se4

86.00kl

106.33mn

118.00n

122.00jk

129.67jk

136.67j

Cd3×M1×Se1

140.66ab

151.00a

160.00ab

168.67a

177.33a

191.00a

Cd3×M1×Se2

130.33bc

145.67a-c

154.67a-c

165.66ab

165.00c-d

177.33bc

Cd3×M1×Se3

114.00e-h

141.33b-d

152.67b-d

155.33cd

161.67cd

161.33fg

Cd3×M1×Se4

113.33f-h

125.33g-j

125.33k-m

136.00gh

148.66ef

150.33h

Cd3×M2×Se1

130.33bc

147.00ab

156.66a-c

160.33bc

168.33a-c

183.33ab

Cd3×M2×Se2

127.00cd

135.67d-f

146.66d-f

154.33cd

162.00cd

167.33d-f

Cd3×M2×Se3

109.00g-i

132.33e-g

136.00ij

150.67de

158.00de

153.33gh

Cd3×M2×Se4

100.67ij

114.66kl

122.67lm

125.66ij

134.00i-k

146.00hi

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

جدول 8- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر فلورسانس حداکثر برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 8- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on maximum fluorescence of flag leaf of rye under cadmium stress

 

Sources of variation

 

Maximum Fluorescence (Day after planting)

 

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

11802.06**

9603.1**

41472.2**

8838.29*

12747.2**

47105.8**

26952.4**

Cadmium (Cd)

2

132124.43**

106638**

166481. 6**

145769.5**

158200.8**

138949.6**

161311. 1**

Mycorrhiza (M)

1

19273.3**

43414. 2**

12880. 2*

8844.5*

83368. 6**

41232.3**

26834.7**

Selenium (Se)

3

73846.87**

63901.7**

80935. 8**

77280. 8**

130238.7**

96178.05**

102527. 8**

Cd×M

2

983.85ns

4520.4**

5833.17ns

4086.79ns

786.85ns

1317.76ns

2302.60*

Cd×Se

6

3523.30**

1489.2**

2756.94ns

5888.60*

7149.63*

954.58ns

2602.40**

M×Se

3

4875.1**

93.7ns

4391.6ns

10042. 8**

497.35ns

3153.16*

2580.50*

Cd×M×Se

6

1918.35*

1218.91*

6129.76*

2228.48ns

1489.98ns

2254.41*

1667.49**

Error

46

804.76

433.12

2134.58

2112.12

2421.97

929.64

471.68

CV (%)

-

3.5

2.5

5.5

5.7

6.8

4.1

9.2

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

حداکثر فلورسانس کلروفیل برگ پرچم (Fm): اثر متقابل سطوح کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات فلورسانس بیشینه (Fm) در همه مراحل نمونه‌برداری (به‌جز روزهای 98 و 102 پس از کاشت) در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 8).

در شرایط بدون کاربرد Cd، مقدار Fm در بالاترین سطح قرار داشت، ولی با افزایش غلظت کادمیم، این شاخص به‌طور معناداری کاهش یافت. کم‌ترین مقدار Fm (6/569) در تیمارهای آلوده به 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک در شرایط بدون استفاده از تعدیل‌کننده‌ها در مرحله گلدهی مشاهده شد. در مقابل، بیش‌ترین مقدار Fm (6/932) در تیمار دارای مایکوریزا و محلول‌پاشی 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط بدون تنش ثبت شد (جدول 9).

با افزایش سن گیاه، Fm کاهش یافت و مقدار این صفت در مرحله اولیه نمونه‌برداری در تیمار شاهد، از مقادیر 3/876 به 3/708 در مرحله گلدهی کاهش یافت. با این وجود، کاربرد توأم مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم تحت تنش10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، موجب افزایش33 درصدی Fm در مرحله گلدهی شد. همچنین، محلول‌پاشی 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط بدون مایکوریزا و 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، به‌ترتیب افزایش 18 تا 7/33 درصدی Fm را در مرحله گلدهی نشان داد. این نتایج نشان‌دهنده نقش مثبت سلنیوم و مایکوریزا در کاهش اثرات منفی کادمیم و بهبود کارایی فتوسیستم II است (جدول 9). سلنیوم با افزایش محتوای کلروفیل و جلوگیری از تخریب آن تحت تنش Cd، موجب بهبود کارایی فتوسیستم II و در نتیجه افزایش شاخص‌های فلورسانس کلروفیل می‌شود (جدول‌های 9، 11 و شکل 2). همچنین، سلنیوم از طریق حفظ ساختار کلروپلاست و تنظیم پروتئین‌های آهن-گوگرد، موجب افزایش کارایی انتقال انرژی در فتوسیستم II می‌شود (Shah et al., 2022).

 هم‌زیستی مایکوریزا با گیاه نیز نقش مهمی در کاهش اختلالات متابولیکی فتوسنتز دارد. این همزیستی با افزایش جذب و جابه‌جایی آب و تنظیم مخزن کربن برای تأمین نیازهای متابولیکی گیاه، موجب حفظ عملکرد بهینه‌ی فتوسیستم‌ها در شرایط تنش می‌شود. مایکوریزا اثرات خود را به‌طور غیرمستقیم اما معنادار توسط حفظ محتوای کلروفیل و بهبود شاخص‌های فلورسانس کلروفیل اعمال می‌کند (Mathur et al., 2019).

پژوهش‌ها نشان دادند که کاربرد مایکوریزا موجب افزایش Fm و عملکرد کوانتومی فتوسیستم II گیاه جو در شرایط تنش شد (Mohammadi Kale Sarlou et al., 2024). بنابراین، استقرار مایکوریزا همراه با سلنیوم می‌تواند موجب افزایش Fm، کاهش اثرات تنش اکسیداتیو ناشی از Cd و در نهایت بهبود عملکرد فتوسنتزی و رشد گیاه شود.

 

جدول 9- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات فلورسانس حداکثر برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم.

Table 9- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of variation of maximum fluorescence flag leaf of rye under cadmium stress.

 

Treatments

Maximum Fluorescence (Day after planting)

86

90

94

106

110

Cd1×M1×Se1

876.33j-n

803.00l-n

805.67h-l

739.67i-k

708.33ij

Cd1×M1×Se2

965.33e-g

844.67h-j

930.67b-e

764.00hi

808.33ef

Cd1×M1×Se3

987.33de

924.33de

950.33a-d

838.33d-f

874.33c

Cd1×M1×Se4

1122.33a

942.67cd

1012.00a

925.00ab

890.33bc

Cd1×M2×Se1

921.67g-j

868.33f-h

853.00f-i

754.00h-j

736.33hi

Cd1×M2×Se2

1030.33cd

961.33bc

874.33e-h

883.00b-d

823.33d-f

Cd1×M2×Se3

1070.67bc

987.67ab

990.00ab

896.33bc

923.00ab

Cd1×M2×Se4

1115.00ab

1020.33a

958.33a-c

947.00a

932.67a

Cd2×M1×Se1

813.67pq

742.00p-r

666.00n

620.67no

604.00op

Cd2×M1×Se2

855.67l-p

832.00i-l

750.33k-m

678.00lm

684.00j-l

Cd2×M1×Se3

930.00f-i

843.33h-k

819.00g-k

754.00h-j

770.67gh

Cd2×M1×Se4

973.00ef

882.00fg

928.33b-f

821.00e-g

835.33de

Cd2×M2×Se1

885.00i-m

786.33m-o

756.00k-m

728.33i-k

740.00hi

Cd2×M2×Se2

911.00h-k

823.00j-l

835.33g-j

769.00hi

750.33h

Cd2×M2×Se3

919.67g-j

900.33ef

810.00h-k

751.00i-k

788.33fg

Cd2×M2×Se4

1000.00e

916.33de

880.67d-h

862.00c-e

856.33cd

Cd3×M1×Se1

802.33q

708.33r

660.67n

599.33o

569.67p

Cd3×M1×Se2

831.67n-q

727.00qr

724.33mn

635.67m-o

645.33mn

Cd3×M1×Se3

844.67m-q

783.00m-o

769.67j-m

703.00kl

671.67k-m

Cd3×M1×Se4

947.00e-h

857.67g-i

773.67j-m

772.00g-i

761.67gh

Cd3×M2×Se1

820.33o-q

759.00o-q

733.33l-n

652.67mn

627.00no

Cd3×M2×Se2

866.00k-o

772.33n-p

783.67i-m

665.67l-n

656.00l-n

Cd3×M2×Se3

924.33g-i

810.33k-m

749.67k-m

713.33j-l

695.33jk

Cd3×M2×Se4

900.33i-l

874.00f-h

887.33c-g

802.67f-h

758.33gh

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

جدول 10- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر فلورسانس متغیر برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 10- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on variable fluorescence of flag leaf of rye under cadmium stress

 

Sources of variation

Variable Fluorescence (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

17183.35**

8023.26**

47927.9**

10482.68*

12385.60**

46981.54**

25211.06**

Cadmium (Cd)

2

185480.72**

168503.85**

237218.76**

212008.22**

215268.43**

192598. 9**

224527. 3**

Mycorrhiza (M)

1

32258.00**

58653.12**

19635.01**

16866.72**

109902.34**

58311.12**

40422.7**

Selenium (Se)

3

113264. 5**

101031.4**

116562.8**

116772. 8**

175958.61**

135527. 3**

149941. 6**

Cd×M

2

990.17ns

3195.87**

7293.51*

3847.72ns

448.76ns

1717.79ns

2891.51**

Cd×Se

6

3579.37**

2200.24**

3479.97ns

7206.15**

7286.08*

1289.81ns

2937.34**

M×Se

3

4729.70**

414.38ns

5067.64ns

11774.1**

622.83ns

4191.27*

3192.68**

Cd×M×Se

6

2535.15*

1206.97*

6716.75**

2772.72ns

1185.74ns

2902.83*

2033.81**

Error

46

834.48

438.38

2057.39

2054.11

2425.36

1035.14

471.30

CV (%)

-

3.5

2.8

6.4

6.7

7.9

5.2

3.6

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

 

فلورسانس متغیر برگ پرچم (Fv): اثر برهم‌کنش سه‌گانه سطوح کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات فلورسانس متغیر برگ پرچم در تمامی مراحل نمونه‌برداری (به‌جز روزهای 98 و 102 پس از کاشت) در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 10).

مقایسه میانگین‌ها نشان داد که مقادیر Fv با گذشت زمان، هم در شرایط تنش و هم در شرایط بدون تنش، کاهش یافت. به نظر میرسدکادمیم با تسریع فرآیندپیری گیاه، کاهش قابل‌توجهی در Fv ایجاد کرد که نشان‌دهنده اثرات منفی آن بر کارایی فتوسیستم II است (جدول 11). با وجود این، استفاده از تعدیل‌کننده‌هایی مانند مایکوریزا و سلنیوم توانست تا حد زیادی از کاهش Fv و افت انرژی فتوسنتزی در گیاهان تحت تنش Cd جلوگیری کند. به‌ویژه، کاربرد مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط آلودگی 5 و 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، منجر به افزایش 7/61 تا 2/73 درصدی Fv در مرحله گلدهی نسبت به همین سطوح از کادمیم شد. علاوه بر این، با افزایش غلظت Cd از 5 به 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، مقدار Fv حدود 10 درصد کاهش یافت (جدول 11). فلورسانس متغیر (Fv) از اختلاف بین فلورسانس بیشینه (Fm) و فلورسانس کمینه (F0) حاصل می‌شود. بنابراین، هرگونه افزایش در Fm یا کاهش در F0، موجب افزایشFv می‌شود که نشان‌دهنده بهبود کارایی فتوسنتزی گیاه است. تنش کادمیم با کاهش ظرفیت جذب و انتقال الکترون، موجب می‌شود گیاه سریع‌تر به Fm برسد که در نتیجه آن، Fv کاهش می‌یابد (Sourazar & Seyed Sharifi, 2023).

سازوکار اصلی همزیستی قارچ‌های مایکوریزی مبادله کربن تثبیت‌شده فتوسنتزی با مواد مغذی، به‌ویژه فسفر و نیتروژن است که توسط این قارچ‌ها از خاک جذب می‌شود (Bennett & Groten, 2022). به نظر می‌رسد مایکوریزا توسط شبکه‌های هیفی متراکم، به فسفر کم‌تحرک خاک دسترسی آسان‌تری دارند و علاوه بر جذب فسفر به‌صورت ارتوفسفات معدنی، آن را به اشکال دیگر نیز جذب می‌کنند (Campos et al., 2018). به عبارت دیگر، افزایش جذب مواد مغذی از طریق همزیستی مایکوریزایی، به علّت نقش کلیدی این عنصر در انتقال الکترون و تثبیت انرژی فتوسنتزی، موجب افزایش کارایی فتوسنتزی و بهبود Fv می‌شود. به بیانی دیگر افزایش دسترسی گیاه به P و N توسط مایکوریزا، موجب بهبود عملکرد فتوسیستم II و افزایش Fv می‌شود که در نهایت، توانایی گیاه در مقابله با شرایط سخت محیطی را افزایش می‌دهد.

 

جدول 11- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات فلورسانس متغیر برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم.

Table 9- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on the trend of changes of variable fluorescence flag leaf of rye under cadmium stress.

 

Treatments

Variable Fluorescence (Day after planting)

86

90

94

106

110

Cd1×M1×Se1

769.33g-i

674.33jk

675.33f-j

582.33gh

544.33jk

Cd1×M1×Se2

862.00c-d

745.67g

826.67bc

624.00fg

669.00ef

Cd1×M1×Se3

888.67c

831.00cd

854.00ab

713.67c-e

743.00bc

Cd1×M1×Se4

1040.00a

857.33c

918.67a

806.00a

762.33b

Cd1×M2×Se1

805.33f-h

748.67g

735.67d-f

609.00g

587.67hi

Cd1×M2×Se2

943.67b

865.00bc

765.00c-e

745.00bc

677.00e

Cd1×M2×Se3

987.33b

897.33b

889.67ab

779.67ab

808.00a

Cd1×M2×Se4

1043.00a

932.00a

867.33ab

832.33a

808.67a

Cd2×M1×Se1

666.67l

592.67mn

516.67lm

446.67kl

415.33o

Cd2×M1×Se2

733.33i-k

694.67ij

607.00jk

517.00ij

514.00kl

Cd2×M1×Se3

822.00ef

711.00hi

696.00e-h

615.33g

617.33gh

Cd2×M1×Se4

891.67cd

775.00fg

816.33bc

691.67de

684.67de

Cd2×M2×Se1

759.67hi

646.67kl

617.33i-k

582.33gh

567.00ij

Cd2×M2×Se2

806.00f-h

697.33ij

708.33d-g

633.00fg

596.33hi

Cd2×M2×Se3

814.67e-g

784.33ef

690.00f-i

611.33g

636.00fg

Cd2×M2×Se4

878.00c

813.67de

774.33cd

732.33b-d

719.67cd

Cd3×M1×Se1

661.67l

661.67o

661.67m

661.67l

661.67p

Cd3×M1×Se2

701.33j-l

580.00no

578.67k-m

470.67j-l

468.00mn

Cd3×M1×Se3

730.67i-k

641.00kl

628.33h-k

541.33hi

510.33kl

Cd3×M1×Se4

833.67d-f

744.00gh

648.33g-k

623.33fg

611.33gh

Cd3×M2×Se1

690.00kl

614.67lm

586.33kl

484.33jk

443.67no

Cd3×M2×Se2

739.00ij

637.33l

648.00g-k

503.67ij

488.67lm

Cd3×M2×Se3

815.33e-g

692.33ij

617.33i-k

555.33hi

542.00jk

Cd3×M2×Se4

799.67f-h

759.33fg

772.67cd

668.67ef

612.33gh

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg.L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

 

عملکرد کوانتومی برگ پرچم (Fv/Fm): اثر برهم‌کنش سطوح کادمیم، مایکوریزا و سلنیوم بر عملکرد کوانتومی برگ پرچم در تمامی مراحل نمونه‌برداری در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 12). در شرایطی که مایکوریزا و سلنیوم استفاده نشدند، تنش ناشی از 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک موجب کاهش 6/18 درصدی Fv/Fm نسبت به تیمار شاهد شد. در مقابل، در شرایط عدم آلودگی به Cd، استفاده از مایکوریزا همراه با 3 و 5/4 میلی‌گرم سلنیوم، به­ترتیب موجب افزایش 6/22 تا 7/24 درصدی Fv/Fm شد (شکل 2).

 

 

جدول 12- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم برعملکرد کوانتومی برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم

Table 12- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on quantum yield of flag leaf of rye under cadmium stress

Sources of variation

Quantum Yield (Day after planting)

df

86

90

94

98

102

106

110

Repetition

2

0.0039**

0.0005ns

0.0018*

0.0023*

0.0020*

0.0020*

0.019**

Cadmium (Cd)

2

0.063**

0.063**

0.064**

0.110**

0.073**

0.080**

0.09**

Mycorrhiza (M)

1

0.014**

0.018**

0.022**

0.017**

0.0035**

0.017**

0.013**

Selenium (Se)

3

0.045**

0.044**

0.056**

0.047**

0.091**

0.067**

0.06**

Cd×M

2

0.001**

0.0015*

0.0007ns

0.003**

0.003**

0.00002ns

0.003**

Cd×Se

6

0.009**

0.0014*

0.0012ns

0.0015*

0.002**

0.002**

0.003**

M×Se

3

0.0007ns

0.0023**

0.0001ns

0.0018*

0.005**

0.0038ns

0.0015*

Cd×M×Se

6

0.0007*

0.0015**

0.0014*

0.002**

0.002**

0.001*

0.013*

Error

46

0.0003

0.0004

0.0005

0.0005

0.0004

0.0004

0.0013

CV (%)

-

2.6

8.2

3.2

3.3

3.3

6.3

4.3

ns، * و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال پنج و یک درصد

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.05, 0.01 probability level, respectively

 

به‌طورخاص، استفاده توام از مایکوریزا و سلنیوم نقش مهمی در کاهش اثرات مخرب Cd داشت. کاربرد مایکوریزا با 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط آلودگی 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، عملکرد کوانتومی گیاهان را به میزان 8/11 تا 2/33 درصد نسبت به تیمارهای بدون کاربرد تعدیل‌کننده، افزایش داد (شکل 2). تنش Cd اثرات منفی شدیدی بر فرآیند فتوسنتز گیاهان دارد که عمدتاً توسط کاهش سنتز کلروفیل و سرکوب فعالیت آنزیم‌های کلیدی مانند روبیسکو رخ می‌دهد. این امر موجب کاهش کارایی فتوسنتزی گیاه و افت فاکتورهای مرتبط با فتوسنتز می‌شود (Ran et al., 2024). پژوهش‌ها نشان دادند که تحت تنش Cd، شاخص کلروفیل و عملکرد کوانتومی فتوسیستم II (Fv/Fm) کاهش می‌یابند، که نشان‌دهنده اختلال در جذب و انتقال نور به کلروپلاست‌ها و کاهش توان فتوسنتزی گیاه است (Sun et al., 2016). این پدیده در گیاهانی مانند خیار و سیب‌زمینی که تحت استرس Cd قرار گرفته‌اند نیز، گزارش شده است (Sun et al., 2016; Ran et al., 2024).

پژوهش‌ها نشان دادند که همزیستی گندم با قارچ مایکوریزا تأثیر مثبتی بر کاهش اثرات منفی تنش‌های محیطی دارد. مایکوریزا قادر است عملکرد کوانتومی فتوسیستم II را بهبود بخشیده و کارایی فتوسنتزی گیاه را حفظ کند. علاوه براین، مایکوریزا با کاهش نشت الکترولیت، از آسیب به غشاهای سلولی و افزایش هدایت الکتریکی (جدول 5) که نمودی از صدمه وارده به غشاء است جلوگیری کرده و یکپارچگی ساختار سلولی را حفظ می‌کند (Luo et al., 2021).

گیاهان همزیست با مایکوریزا توانایی بیشتری در محافظت از برگ‌های خود در برابر آسیب‌های نوری دارند. از این‌رو کارایی فتوشیمیایی فتوسیستم  IIدر گیاهان همزیست با مایکوریزا بالاتر از گیاهان فاقد مایکوریزا است که می‌تواند منجر به افزایش عملکرد کوانتومی فتوسنتز و بازده استفاده از انرژی نوری شود (Yan et al., 2021). همزیستی قارچ‌های مایکوریزا موجب افزایش کارایی جذب انرژی کلروپلاست‌ها و بهبود ظرفیت فتوشیمیایی PSII در برگ‌های در معرض نور می‌شود (Gong et al., 2013).

سلنیوم همچنین فعالیت آنزیم‌های فتوسنتزی و پروتئین‌های کلیدی را افزایش داده و توسط تحریک بیوسنتز کلروفیل، موجب افزایش بازده فتوسنتزی می‌شود. به‌ویژه، عملکردآنزیم‌هایی مانند ریبولوز بی‌فسفات کربوکسیلاز (RuBisCO) و کلروفیلاز تحت تأثیر Se بهبود می­یابد (Sun et al., 2016). این تغییرات موجب افزایش مقادیر فلورسانس بیشینه (Fm) و دیگر شاخص‌های فتوشیمیایی مانند PSII می‌شود که نشان‌دهنده بهبود انتقال انرژی و افزایش بهره‌وری فتوسیستم II است (Sun et al., 2016).

نتایج نشان داد که کاربرد توام مایکوریزا و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم موجب افزایش فلورسانس بیشینه (Fm)  و فلورسانس متغیر (Fv) شد (جدول 9 و 11). این تغییرات نشان‌دهنده‌ی بهبود کارایی فتوسیستم  IIبوده و در نهایت می‌تواند جذب نور و فرآیند فتوسنتز را تقویت و به افزایش تولید مواد فتوسنتزی و عملکرد دانه منجر شود.

شکل 2- تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر روند تغییرات عملکرد کوانتومی برگ پرچم چاودار تحت تنش کادمیم. A) بدون مایکوریزا وکادمیم، B) با مایکوریزا و بدون کادمیم، C) بدون مایکوریزا با 5 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک، D) با مایکوریزا و 5 میلی­گرم کادمیم برکیلوگرم خاک، E) بدون مایکوریزا و 10 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک، F) با مایکوریزا و 10 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم خاک. میانگین­های با حروف مشابه درهرستون اختلاف آماری معنی­داری براساس آزمون LSD با هم ندارند.

Figure 2- The effects of mycorrhiza and selenium on the trend of variation of quantum yield flag leaf of rye under cadmium stress.

  1. A) without mycorrhiza and cadmium, B) with mycorrhiza and without cadmium, C) without mycorrhiza and 5 mgcd/kgsoil, D) with mycorrhiza and 5 mgcd/kgsoil, E) without mycorrhiza and 10 mgcd/kgsoil, F) with mycorrhiza and 10 mgcd/kgsoil. Means with similar letters in each column are not significantly different based on LSD test.

 

جدول 13- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر صفات فیزیولوژیکی گیاه چاودار تحت تنش کادمیم

Table 13- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on physiological traits of rye plant under cadmium stress.

Treatments

SPAD 98

EC 106

F0 90

Fm 98

Fm 102

Fv 98

Fv 102

 

Treatments

F0 90

Day after planting

Day after planting

 

Cd1×Se1

38.69f

44.10d

124.17d

771.50cd

748.00c

635.00e

606.83c

 

Cd1×M1

101.58d

Cd1×Se2

46.62b

37.45f

97.67g

910.67a

841.17b

797.50b

712.00b

 

Cd1×M2

98.67d

Cd1×Se3

49.38a

33.49gh

91.83h

925.50a

908.67a

819.17a

794.33a

 

Cd2×M1

131.50b

Cd1×Se4

50.44a

32.39h

86.83h

948.50a

909.67a

851.67a

798.17a

 

Cd2×M2

121.00c

Cd2×Se1

36.37g

48.04b

144.50ab

686.67e

624.50e

536.00f

465.33d

 

Cd3×M1

138.50a

Cd2×Se2

40.59e

44.73cd

131.50c

784.33cd

705.00cd

640.50e

560.17c

 

Cd3×M2

128.00b

Cd2×Se3

42.68c

40.39e

124.17d

782.00cd

703.83cd

649.83de

574.83c

 

 

Cd2×Se4

45.34b

35.82fg

104.83f

856.83b

861.17ab

741.00c

733.83b

 

Cd3×Se1

34.08h

51.29a

147.83a

692.67e

603.50e

534.33f

439.00d

 

Cd3×Se2

37.59fg

48.86b

141.00b

694.00e

654.33de

543.33f

494.33d

 

Cd3×Se3

40.81de

46.53bc

130.00c

749.83d

735.67c

605.50e

582.67c

 

Cd3×Se4

42.46cd

40.06e

114.17e

819.50bc

812.50b

695.50cd

681.67b

 

Treatments

SPAD 98

F0 90

Fm 98

Fv 98

 

 

Day after planting

 

M1×Se1

34.24e

143.11a

705.33e

550.67f

 

M1×Se2

39.10d

127.78c

774.22d

632.33e

 

M1×Se3

42.34c

122.56d

786.56cd

645.89de

 

M1×Se4

45.48ab

102.00f

896.89a

784.00a

 

M2×Se1

38.52d

134.56b

728.56e

586.22f

 

M2×Se2

44.10b

119.00d

818.44bc

688.56cd

 

M2×Se3

46.24a

108.11e

851.67b

728.11bc

 

M2×Se4

46.68a

101.89f

853.00b

741.44ab

 

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و 10 میلی­گرم کادمیوم برکیلوگرم خاک. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

 

محتوای پروتئین محلول برگ پرچم: بر اساس نتایج تجزیه واریانس، اثر سطوح کادمیم، مایکوریزا، سلنیوم و برهم‌کنش دو جانبه کادمیم با سلنیوم بر محتوای پروتئین محلول برگ پرچم در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 14). نتایج نشان داد تنش ناشی از سطوح مختلف کادمیم موجب کاهش محتوای پروتئین محلول برگ شد. با وجود این، استفاده از مایکوریزا و سلنیوم توانست اثرات منفی کادمیم را کاهش داده و محتوای پروتئین محلول برگ چاودار را افزایش دهد. بیش‌ترین محتوای پروتئین محلول برگ (655/0 میلی‌گرم بر وزن تر بافت) در محلول‌پاشی 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در شرایط عدم کاربرد کادمیم به‌دست آمد (جدول 15). آلودگی 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک منجر به کاهش 34 درصدی محتوای پروتئین محلول برگ نسبت به تیمار شاهد شد (جدول 15). در شرایط تنش ناشی از 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، کاربرد 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم موجب افزایش 86 درصدی محتوای پروتئین محلول برگ در مقایسه با تیمار بدون سلنیوم شد (جدول 15). این بهبود احتمالاً به­دلیل جلوگیری از تحلیل یا کاهش نیتروژن (شکل 1) و کاهش نشت الکترولیت‌ها توسط سلنیوم بوده است (جدول 5). به نظر می‌رسد کادمیم با آسیب به ساختار گیاه و به تبع از آن افزایش هدایت الکتریکی (جدول 5) منجر به اختلال در عملکرد کلروپلاست‌ها و فتوسنتز و کاهش سنتز پروتئین‌های فتوسنتزی و متابولیکی در برگ‌ها می‌شود. این فلزات توسط افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن و اختلال در فعالیت آنزیمی، محتوای پروتئین برگ را کاهش داده و رشد گیاه را تحت تأثیر قرار می‌دهند (Berni et al., 2019)، به بیانی دیگر کاهش محتوای پروتئین برگ نتیجه آسیب به سیستم‌های متابولیکی و فتوسنتزی در حضور فلزات سنگین است (Ran et al., 2024). یونیزاسیون کادمیم می‌تواند با واکنش‌های بیوشیمیایی حیاتی در سلول‌های گیاهی تداخل کرده و فرآیندهایی مانند فتوسنتز، تنفس، جذب مواد مغذی و آب، تقسیم سلولی، متابولیسم نیتروژن و بیان پروتئین‌ها را مختل کند ( Janeeshma & Puthur, 2020). این اختلالات به کاهش سرعت سنتز پروتئین یا افزایش هیدرولیز آن منجر می‌شود. در این شرایط، پروتئین‌ها توسط پروتئازها تجزیه شده و به اسیدهای آمینه تبدیل می‌شوند که در تنظیم pH سلول، ذخیره نیتروژن، حفاظت از ماکرومولکول‌ها، تنظیم فشار اسمزی، خنثی‌سازی سموم و مقابله با رادیکال‌های آزاد نقش دارند (Parida et al., 2004).

سلنیوم توسط تقویت فتوسنتز و محافظت از کلروپلاست‌ها، به حفظ فرآیندهای متابولیکی که شامل سنتز پروتئین‌ها هستند کمک می‌کند. همچنین، افزایش محتوای گلوتاتیون و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی ناشی از سلنیوم می‌تواند از تخریب پروتئین‌های برگ توسط گونه‌های فعال اکسیژن جلوگیری کرده و محتوای پروتئین برگ را افزایش دهد (Yuan et al., 2024). سلنیوم توسط تنظیم جذب و انتقال Cd، تشکیل کمپلکس‌های Cd-Se و کاهش اثرات مضر Cd می‌تواند از آسیب به پروتئین‌ها جلوگیری کند. همچنین، سلنیوم از طریق تنظیم بیان ژن‌های مرتبط با جذب و انتقال Cd و تقویت متابولیسم گیاه، نقش مهمی درحفظ و افزایش محتوای پروتئین برگ ایفا می‌کند (Cui et al., 2018). از سوی دیگر، قارچ‌های مایکوریزا با کلاته‌کردن کادمیم و کاهش تنش اکسیداتیو، تولید رادیکال‌های آزاد اکسیژن را کاهش می‌دهند، که این فرآیند ضمن کمک به محافظت از پروتئین‌های محلول سلولی (Kuang et al., 2025)، موجب کاهش نفوذپذیری غشاء و هدایت الکتریکی برگ (جدول 5) شده و در نهایت منجر به افزایش محتوای پروتئین برگ می‌شود (جدول 15).

عملکرد دانه تک­بوته: نتایج تجزیه واریانس نشان دادند اثرات اصلی سطوح کادمیم، مایکوریزا، سلنیوم و اثرات دوجانبه کادمیم با سلنیوم و مایکوریزا با سلنیوم بر عملکرد تک‌بوته در سطح احتمال یک و پنج درصد معنی‌دار بود (جدول 14). مقایسه میانگین‌ها نشان داد که آلودگی 5 و 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک به‌ترتیب موجب کاهش 5/6 تا 9/16 درصدی عملکرد تک‌بوته نسبت به سطح شاهد شد. با وجود این، در شرایط عدم اعمال کادمیم، استفاده از 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم توانست عملکرد تک‌بوته را (3/51 تا 9/57 درصد) نسبت به ترکیب تیماری عدم کاربرد سلنیوم تحت شرایط تنش 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک، افزایش دهد. همچنین کاربرد 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در تنش ناشی از 10 میلی‌گرم کادمیم بر کیلوگرم خاک موجب افزایش 22 تا 4/34 درصدی عملکرد تک‌بوته نسبت به تیمار عدم کاربرد سلنیوم در شرایط ناشی از تنش10 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیم شد (جدول 15).

علاوه بر این، کاربرد توام مایکوریزا و سلنیوم اثر افزایشی بیشتری بر عملکرد تک‌بوته داشت. استفاده از 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم همراه با مایکوریزا منجر به افزایش 31 تا 3/39 درصدی عملکرد تک‌بوته در مقایسه با سطح شاهد شد (جدول 15). قارچ‌های مایکوریزا با تشکیل شبکه هیفی و تولید مواد بیوشیمیایی مانند گلومالین، موجب افزایش جذب آب و مواد مغذی توسط گیاه و بهبود رشد و عملکرد گیاهان می‌شوند (He et al., 2020). استفاده از قارچ‌های مایکوریزا احتمالاً میزان جذب نیتروژن در گیاه را افزایش می‌دهد و در این راستا بررسی شاخص‌های جذب نیتروژن و کلروفیل (شکل 1 و جدول 2) بیانگر این موضوع است. از این‌رو بخشی از بهبود عملکرد دانه می‌تواند ناشی از افزایش سبزینگی برگ‌ها و بالا رفتن شاخص نیتروژن برگ باشد که در نهایت منجر به بهبود فرآیند فتوسنتز و افزایش عملکرد گیاه شده است (Luo et al., 2021).

پژوهشگران بر اساس نتایج خود اظهار داشتند که قارچ‌های مایکوریزا با افزایش تولید هورمون‌های رشد مانند جیبرلین و سیتوکینین، شرایط مناسبی را برای رشد و نمو بهتر گیاه و افزایش عملکرد فراهم کردند (Luo et al., 2021). سلنیوم توسط برهم‌کنش با آنزیم‌های دارای گروه سولفیدریل و تأثیر بر بیان ژن آنزیم نیترات ردوکتاز، در متابولیسم نیتروژن گیاه نقش دارد. این فرآیند منجر به افزایش سنتز پروتئین و ترکیبات نیتروژن‌دار می‌شود که نقشی اساسی در رشد و توسعه گیاه و بهبود کیفیت و کمیت دانه‌ها دارد (Hasanuzzaman et al., 2020). پژوهشگران نشان دادند سلنیوم احتمالاً توسط تنظیم آنزیم‌های دخیل در سنتز و هیدرولیز ساکارز (اینورتاز، ساکارز سنتاز و ساکارز فسفات سنتاز) و آنزیم‌های هیدرولیزکننده نشاسته (آمیلازها)، موجب افزایش تولید نشاسته و ساکارز می‌شود. این افزایش ضمن افزایش دسترس به سوبستراهای متابولیکی، فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاه را بهبود بخشیده و در نتیجه عملکرد دانه را ارتقا می‌بخشد (Yousefi Rad & Safa, 2021).

براساس یافته‌های پژوهش حاضر، سلنیوم و مایکوریزا با تأثیری که در افزایش شاخص کلروفیل برگ (جدول 2)، شاخص نیتروژن برگ (شکل 1) و شاخص‌های فلورسانس حداکثر و متغیر (جدول 10 و 11) و عملکرد کوانتومی (شکل 2) دارد، حین کاهش هدایت الکتریکی برگ (جدول 5) و فلورسانس حداقل (جدول 7)، بهینه‌سازی تولید و انتقال انرژی در گیاه را تسهیل کرده و در نهایت، با افزایش تولید مواد فتوسنتزی و بهبود فرآیندهای متابولیکی، منجر به افزایش عملکرد دانه چاودار (جدول 15) می‌شود.

 

جدول 14- تجزیه واریانس (میانگین مربعات) اثر مایکوریزا و سلنیوم بر پروتئین محلول برگ پرچم و عملکرد دانه چاودار تحت تنش کادمیم.

Table 14- Variance analysis (mean square) of the effects of mycorrhiza and selenium on soluble flag leaf protein and grain yield of rye under cadmium stress.

Sources of variation

df

Soluble flag leaf protein

Grain Yield

Repetition

2

0.110**

0.504**

Cadmium (Cd)

2

0.307**

0.734**

Mycorrhiza (M)

1

0.031**

0.102**

Selenium (Se)

3

0.188**

0.637**

Cd×M

2

0.003ns

0.015ns

Cd×Se

6

0.008*

0.016*

M×Se

3

0.002ns

0.027*

Cd×M×Se

6

0.0004ns

0.009ns

Error

46

0.003

0.007

CV (%)

-

13.5

5.01

ns و ** به­ترتیب غیرمعنی­دار و معنی­دار در سطح احتمال یک درصد.         

ns, * and ** show no significant and significant differences at 0.01 probability level, respectively.

 

جدول 15- مقایسه میانگین تأثیر مایکوریزا و سلنیوم بر محتوای پروتئین برگ پرچم و عملکرد دانه چاودار تحت تنش کادمیم

Table 15- Means comparison of the effects of mycorrhiza and selenium on soluble flag leaf protein and grain yield of rye under cadmium stress.

Treatment

Soluble flag leaf protein

Grain Yield

Treatment

Grain Yield

Treatment

Soluble flag leaf protein

Grain Yield

Treatment

Soluble flag leaf protein

Grain Yield

Treatment

Soluble flag leaf protein

Grain Yield

mg/g fresh weight

g per plant

g per plant

mg/g fresh weight

g per plant

mg/g fresh weight

g per plant

mg/g fresh weight

g per plant

Cd1×Se1

0.368fg

1.522e

M1×Se1

1.320e

Se1

0.292d

1.403d

Cd1

0.543a

1.814a

M1

0.436a

1.668a

Cd1×Se2

0.548bc

1.822bc

M1×Se2

1.508d

Se2

0.391c

1.564c

Cd2

0.375b

1.612b

M2

0.394b

1.593b

Cd1×Se3

0.600ab

1.914ab

M1×Se3

1.711b

Se3

0.439b

1.720b

Cd3

0.327c

1.466c

 

 

 

Cd1×Se4

0.655a

2.000a

M1×Se4

1.833a

Se4

0.538a

1.836a

 

 

Cd2×Se1

0.267ij

1.423f

M2×Se1

1.486d

 

Cd2×Se2

0.337fgh

1.518e

M2×Se2

1.621c

Cd2×Se3

0.392ef

1.701d

M2×Se3

1.728b

Cd2×Se4

0.507cd

1.808c

M2×Se4

1.838a

Cd3×Se1

0.243j

1.265g

 

Cd3×Se2

0.288hij

1.353fg

Cd3×Se3

0.325ghi

1.544e

Cd3×Se4

0.453de

1.701d

Cd1، Cd2 و Cd3 به­ترتیب عدم کاربرد و کاربرد 5 و10 میلی­گرم کادمیوم بر کیلوگرم کادمیوم. M1 و M2 به­ترتیب بدون و با کاربرد مایکوریزا. Se1، Se2، Se3 و Se4 به­ترتیب عدم محلول­پاشی، محلول­پاشی 5/1، 3 و 5/4 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم. میانگین­های با حروف مشابه در هر ستون اختلاف آماری معنی­داری بر اساس آزمون LSD با هم ندارند.

Cd1, Cd2 and Cd3 represent without cadmium and the application of 5 and 10 mg cd.kg soil, respectively. M1 and M2 indicate without and with mycorrhizal application, respectively. Se1, Se2, Se3, and Se4 are no foliar spraying and foliar spraying of 1.5, 3, and 4.5 mg. L-1 selenium, respectively. Means with the same letters in each column are not significantly different based on the LSD test.

 

 

نتیجه ­گیری

نتایج این پژوهش نشان داد که تنش کادمیم اثرات مخربی بر صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی چاودار دارد و با کاهش شاخص کلروفیل، شاخص نیتروژن و کارایی فتوسیستم  IIموجب افزایش فلورسانس حداقل و هدایت الکتریکی برگ پرچم شد که نشان‌دهنده آسیب به غشاهای سلولی و افزایش تنش اکسیداتیو در گیاه بود. با وجود این، کاربرد هم‌زمان مایکوریزا و سلنیوم، به‌ویژه در بالاترین سطح سلنیوم (5/4 میلی‌گرم در لیتر)، موجب افزایش شاخص کلروفیل، شاخص نیتروژن، کاهش هدایت الکتریکی و بهبود شاخص‌های فلورسانس کلروفیل شد. به بیان دیگر، استفاده از مایکوریزا و سلنیوم نه‌تنها موجب کاهش اثرات منفی فلزات سنگینی مانند کادمیم می‌شود، بلکه با بهبود شاخص‌های فلورسانس کلروفیل (نظیر فلورسانس حداقل، حداکثر و فلورسانس متغیر)، شاخص کلروفیل و کاهش هدایت الکتریکی چاودار تحت تنش کادمیم، می‌تواند به‌عنوان یک راهکار مؤثر برای افزایش عملکرد در مناطق آلوده به کادمیم باشد.

References

Asgher, M., Rehaman, A., Islam, S. N. U., Arshad, M., & Khan, N. A. (2023). Appraisal of functions and role of selenium in heavy metal stress adaptation in Plants. Agriculture, 13(5), 1083.           ‏ https://doi.org/10.3390/agriculture13051083
Adeli, H., Abdi, M., Faramarzi, A., Ajalli, J., & Mohebbalipour, N. (2022). Effect of application of sources and amounts of selenium on yield and some physiological traits of three wheat cultivars in Maragheh dryland conditions.‏ Plant Production Technology, 14(2), 123-133.   https://doi.org/10.22084/ppt.2023.23365.2028 [In Persian]
Begum, N., Qin, C., Ahanger, M. A., Raza, S., Khan, M. I., Ashraf, M., Ahmed, N., & Zhang, L. (2019). Role of arbuscular mycorrhizal fungi in plant growth regulation: implications in abiotic stress tolerance. Frontiers in Plant Science, 10, 1068.‏ https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01068
Bennett, A. E., & Groten, K. (2022). The costs and benefits of plant–arbuscular mycorrhizal fungal interactions. Annual Review of Plant Biology, 73(1), 649-672.‏ https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-102820-124504
Berni, R., Luyckx, M., Xu, X., Legay, S., Sergeant, K., Hausman, J. F., Lutts, S., Cai, G., & Guerriero, G. (2019). Reactive oxygen species and heavy metal stress in plants: Impact on the cell wall and secondary metabolism. Environmental and Experimental Botany, 161, 98-106.    ‏ https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.10.017
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical biochemistry, 72(1-2), 248-254.          https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
Campos, P., Borie, F., Cornejo, P., López-Ráez, J.A., López-García, Á., & Seguel, A. (2018). Phosphorus acquisition efficiency related to root traits: is mycorrhizal symbiosis a key factor to wheat and barley cropping?. Frontiers in Plant Science, 9, 752.‏ https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00752
Cavagnaro, T. R., Bender, S. F., Asghari, H. R., & Van der Heijden, M. G. (2015). The role of arbuscular mycorrhizas in reducing soil nutrient loss. Trends in Plant Science, 20(5), 283-290.          ‏ https://doi.org/10.1016/j.tplants.2015.03.004
Cui, J., Liu, T., Li, Y., & Li, F. (2018). Selenium reduces cadmium uptake into rice suspension cells by regulating the expression of lignin synthesis and cadmium-related genes. Science of the Total Environment, 644, 602-610. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.002
Ebadi, N., Seyed Sharifi, R., & Narimani, H. (2020). Effect of supplementary irrigation and biofertilizers on grein yield, dry Remobilization and some physiological traits of barley (Hordeum vulgare L.) under rainfed condition. Journal of rchive of SID Journal of Crop Production and Processing, 10(2), 123-135.        http://dx.doi.org/10.47176/jcpp.10.2.25857 [In Persian]
Fattahi, B., Arzani, K., Souri, M. K., & Barzegar, M. (2021). Morphophysiological and phytochemical responses to cadmium and lead stress in coriander (Coriandrum sativum L.). Industrial Crops and Products, 171,113979.‏ https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113979
Filek, M., Gzyl-Malcher, B., Zembala, M., Bednarska, E., Laggner, P., & Kriechbaum, M. (2010). Effect of selenium on characteristics of rape chloroplasts modified by cadmium. Journal of Plant Physiology, 167(1), 28-33.        https://doi.org/10.1016/j.jplph.2009.07.003
Ghasemi Masarmi, A., Solouki, M., Golkari, S., Mahdinezhad, N., Kalaji, M. H., Fakheri, B., & Jabbari, M. (2022). Comparison of photosystem II yield in 240 native wheat genotypes of Iran using chlorophyll fluorescence parameters under salinity stress. Plant Production and Genetics, 3(1) 67-84. https://jwr.uok.ac.ir/article_62172.html [In Persian]
Gong, M., Tang, M., Chen, H., Zhang, Q., & Feng, X. (2013). Effects of two Glomus species on the growth and physiological performance of Sophora davidii seedlings under water stress. New Forests, 44, 399-408.
https://doi.org/10.1007/s11056-012-9349-1
Hasanuzzaman, M., Bhuyan, M. B., Raza, A., Hawrylak-Nowak, B., Matraszek-Gawron, R., Nahar, K., & Fujita, M. (2020). Selenium in plants: Boon or bane?. Environmental and Experimental Botany, 178(3), 104170.        https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2020.104170
Hashem, A., Abd-Allah, E. F., Alqarawi, A. A., Malik, J. A., Wirth, S., & Egamberdieva, D. (2019). Role of calcium in AMF-mediated alleviation of the adverse impacts of cadmium stress in Bassia indica (Wight) AJ Scott. Saudi Journal of Biological Sciences, 26(4), 828-838.    ‏ https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2016.11.003
He, Y. M., Yang, R., Lei, G., Li, B., Jiang, M., Yan, K., Zu, Y. Q., Zhan, F. D., & Li, Y. (2020). Arbuscular mycorrhizal fungi reduce cadmium leaching from polluted soils under simulated heavy rainfall. Environmental Pollution, 263, 114406. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114406
Janeeshma, E., & Puthur, J. T. (2020). Direct and indirect influence of arbuscular mycorrhizae on enhancing metal tolerance of plants. Archives of Microbiology, 202(1), 1-16.‏
https://doi.org/10.1007/s00203-019-01730-z
Karimi, H., Mahdavi, S., Hasanzadeh, N., & Karimi, R. (2024). The effect of nano hydroxyapatite on physiological indices and enzymatic and non-enzymatic antioxidant systems of two grape cultivars under cadmium stress in soil. Journal of Plant Biological Sciences, 15(4), 1-22. ‏ https://doi.org/10.22108/ijpb.2024.141130.1363 [In Persian]
Kuang, Q., Wu, Y., Gao, Y., An, T., Liu, S., Liang, L., Xu, B., Zhang, S., Yu, M., Shabala, S., & Chen, Y. (2025). Arbuscular mycorrhizal fungi mitigate cadmium stress in maize. Ecotoxicology and Environmental Safety, 289,117600.        ‏ https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.117600
Luo, J., Li, X., Jin, Y., Traore, I., Dong, L., Yang, G., & Wang, Y. (2021). Effects of arbuscular mycorrhizal fungi Glomus mosseae on the growth and medicinal components of Dysosma versipellis under copper stress. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 107, 924-930.
https://doi.org/10.1007/s00128-019-02780-1
‏Mathur, S., Tomar, R. S., & Jajoo, A. (2019). Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) protect photosynthetic apparatus of wheat under drought stress. Photosynthesis Research, 139, 227-238.          ‏ https://doi.org/10.1007/s11120-018-0538-4
Mohammadi Kale Sarlou. S., Seyed Sharifi, R., & Sedghi, M. (2024). Effects of bio-organic fertilizers and foliar application of zinc and putrescine on chlorophyll fluorescence indices and some physiological traits of barley (Hordeum vulgare L.) under water limitation conditions. Journal of Plant Biological Sciences, 15(3), 115-145. https://doi.org/10.22108/ijpb.2024.140572.1356 [In Persian]
Noriega, G. O., Balestrasse, K. B., Batlle, A., & Tomaro, M. L. (2007). Cadmium induced oxidative stress in soybean plants also by the accumulation of δ-aminolevulinic acid. Biometals, 20, 841-851.  https://doi.org/10.1007/s10534-006-9077-0
Parida, A. K., Das, A. B., Mittra, B., & Mohanty, P. (2004). Salt-stress induced alterations in protein profile and protease activity in the mangrove Bruguiera parviflora. Zeitschrift für Naturforschung C, 59(5-6), 408-414.‏ https://doi.org/10.1515/znc-2004-5-622
Puccinelli, M., Malorgio, F., & Pezzarossa, B. (2017). Selenium enrichment of horticultural crops. Molecules, 22(6), 933. https://doi.org/10.3390/molecules22060933
 Qiu, Y., Wei, S., Zhan, J., Robinson, B. H., Skuza, L., Xue, J., Dai, H., Zhan, L., & Tang, Z. (2025). Physio-biochemical indexes as indicators of cadmium tolerance in Brassica napus L. cultivars. Agriculture, 15(2), 132. ‏ https://doi.org/10.3390/agriculture15020132
Ran, T., Cao, G., Xiao, L., Li, Y., Xia, R., Zhao, X., Qin, Y., Wu, P., & Tian, S. (2024). Effects of cadmium stress on the growth and physiological characteristics of sweet potato. BMC Plant Biology, 24(1), 850.‏ https://doi.org/10.1186/s12870-024-05551-1
Ren, Y., Ma, R., Xie, M., Fan, Y., Feng, L., Chen, L., Yang, H., Wei, X., Wang, X., Liu, K., Cheng, P., & Wang, B. (2023). Genome-wide identification, phylogenetic and expression pattern analysis of HSF family genes in the Rye (Secale cereale L.). BMC Plant Biology, 23(1), 441.         ‏ https://doi.org/10.1186/s12870-023-04418-1
Rostamihir, M., Sheikhzadeh, P., Khomari, S., & Zare, N. (2023). Investigating the effect of nanoselenium in improving the physiological, biochemical and agronomic characteristics of spring rapeseed under water deficit stress at the end of the season. Journal of Crop Production, 16(3), 69-90. https://doi.org/10.22069/ejcp.2024.20922.2556 [In Persian]
Scharf, P. C., Brouder, S. M., & Hoeft, R. G. (2006). Chlorophyll meter readings can predict nitrogen need and yield response of corn in the north-central USA. Agronomy Journal, 98(3), 655-665.     
https://doi.org/10.2134/agronj2005.0070
Shah, A. A., Yasin, N. A., Mudassir, M., Ramzan, M., Hussain, I., Siddiqui, M. H., Ali, H. M., Shabbir, Z., Ali, A., Ahmed, S., & Kumar, R. (2022). Iron oxide nanoparticles and selenium supplementation improve growth and photosynthesis by modulating antioxidant system and gene expression of chlorophyll synthase (CHLG) and protochlorophyllide oxidoreductase (POR) in arsenic-stressed Cucumis melo. Environmental Pollution, 307, 119413.‏ https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119413
Shao, S., Ma, B., Ai, L., Tian, X., & Zhang, L. (2022). Foliar spraying of selenium combined with biochar alleviates cadmium toxicity in peanuts and enriches selenium in peanut grains. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(6), 3542. ‏  https://doi.org/10.3390/ijerph19063542
Sheikhzadeh, P., Behzad, G., Zare, N., & Rostami, M. (2024). Improvement of photosynthetic and biochemical indices and cold tolerance in winter oilseed rape (Brassica napus L. var napu) by selenium nanoparticles application in the rosette stage. Journal of Crops Improvement, 26(2), 213-233.        https://doi.org/10.22059/jci.2022.340264.2692 [In Persian]
Sourazar, K., & Seyed Sharifi, R. (2023). The effects of vermicompost and methanol on the trend of changes of chlorophyll fluorescence components and some physiological traits of Triticale under salinity stress. Iranian Journal of Plant Biology, 14(4), 39-70.    https://doi.org/10.22108/ijpb.2023.138576.1332. ‏ [In Persian].
Sun, H., Dai, H., Wang, X., & Wang, G. (2016). Physiological and proteomic analysis of selenium-mediated tolerance to Cd stress in cucumber (Cucumis sativus L.). Ecotoxicology and Environmental Safety, 133, 114-126.          ‏ https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.07.003
Torbica, A., Belović, M., Popović, L., Čakarević, J., Jovičić, M., & Pavličević, J. (2021). Comparative study of nutritional and technological quality aspects of minor cereals. Journal of Food Science and Technology, 58, 311-322.  ‏ https://doi.org/10.1007/s13197-020-04544-w
Wang, L., Wu, K., Liu, Z., Li, Z., Shen, J., Wu, Z., Liu, H., You, L., Yang, G., Rensing, C., & Feng, R. (2023). Selenite reduced uptake/translocation of cadmium via regulation of assembles and interactions of pectins, hemicelluloses, lignins, callose and casparian strips in rice roots. Journal of Hazardous Materials, 448, 130812.‏ https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.130812
Yan, Z., Ma, T., Guo, S., Liu, R., & Li, M. (2021). Leaf anatomy, photosynthesis and chlorophyll fluorescence of lettuce as influenced by arbuscular mycorrhizal fungi under high temperature stress. Scientia Horticulturae, 280(1), 109933.  ‏ https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.109933
Yang, L., Li, N., Kang, Y., Liu, J., Wang, Y., Sun, H., Ao, T., & Chen, W. (2022). Selenium alleviates toxicity in Amaranthus hypochondriacus by modulating the synthesis of thiol compounds and the subcellular distribution of cadmium. Chemosphere, 291, 133108.     https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.133108
Yousefi Rad, M., & Safa, H. (2021). Effect of foliar application of salicylic acid and selenium on yield and yield components of dry land wheat. Cereal Research, 11(1), 31-41. https://doi.org/10.22124/cr.2021.19668.1670 [In Persian]
Yuan, Z., Cai, S., Yan, C., Rao, S., Cheng, S., Xu, F., & Liu, X. (2024). Research progress on the physiological mechanism by which selenium alleviates heavy metal stress in plants: a review. Agronomy, 14(8), 1787.‏ https://doi.org/10.3390/agronomy14081787
Journal of Plant Biological Sciences
Volume 17, Issue 2 - Serial Number 64
September 2025
Pages 25-54

Files

History

  • Receive Date: 24 February 2025
  • Revise Date: 06 October 2025
  • Accept Date: 09 October 2025

Share

How to cite

Statistics