مقایسه اثر اندازه ذرات سیلیکاته در محلول غذایی بر صفات فیزیولوژیک و رشدی ذرت در مرحله گیاهچه‌ای، تحت تنش کادمیوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

به‌منظور بررسی نقش ذرات نانو و میکرو سیلیکات سدیم بر صفات فیزیولوژیک و رشدی ذرت در شرایط تنش کادمیوم، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی با چهار تکرار به‌صورت هیدروپونیک در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در سال 1394 انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل سطوح تنش کادمیوم از منبع سولفات کادمیوم (صفر، 50 (8/12 پی‌پی‌ام) و 100 (6/25 پی‌پی‌ام) میکرومول در لیتر) و تیمارهای سیلیکات سدیم (شاهد (صفر)، میکرو و نانو ذرات با غلظت دو میلی مولار) بود. نتایج نشان‌دهنده تأثیر سطوح سیلیکات سدیم، کادمیوم و اثرات متقابل آنها بر صفات شاخص پایداری غشای سلولی، سطح ویژه برگ، هدایت روزنه ای، نسبت Fv/Fm (بیشترین کارایی کوانتومی فتوشیمیایی فتوسیستم Π)، ارتفاع، قطر ساقه، سطح برگ، وزن خشک اندام هوایی، وزن خشک ریشه و نسبت وزن اندام هوایی به ریشه بود. اما اثرات متقابل تیمارها بر صفات درصد رطوبت نسبی و شاخص کلروفیل برگ معنی دار نشد. با افزایش غلظت کادمیوم شاخص پایداری غشای سلولی، شاخص کلروفیل، نسبت Fv/Fm، رطوبت نسبی برگ، سطح ویژه برگ، هدایت روزنه ای، ارتفاع بوته، قطر ساقه، سطح برگ، وزن خشک اندام هوایی و ریشه در مقایسه با شاهد به‌طور معنی داری کاهش یافت. در شرایط عدم تنش، مصرف نانو ذرات سیلیکات سدیم صفات ارتفاع، قطر ساقه، سطح برگ و وزن خشک اندام هوایی ذرت را به‌ترتیب 8/12، 9، 2/34 و 2/23 درصد نسبت به شاهد کاهش داد. درمقابل، مصرف ذرات میکرو در شرایط عدم تنش تأثیر مثبت بر صفات ذکر شده داشت. اما در غلظت 50 میکرومول در لیتر کادمیوم، مصرف نانو ذرات صفات شاخص پایداری غشای سلولی، سطح ویژه برگ، هدایت روزنه ای، قطر ساقه و وزن خشک اندام هوایی را به‌طور معنی داری افزایش داد. در بالاترین سطح تنش کادمیوم، اثر ذرات میکرو بر صفات پایداری غشای سلولی، هدایت روزنه ای و نسبت اندام هوایی به ریشه بیشتر از نانو ذرات بود، اما مصرف نانو ذرات نیز در کاهش تنش کادمیوم در صفات یاد شده تأثیر مثبت و معنی‌داری داشت. به‌طور کلی کاربرد نانو ذرات در شرایط عدم تنش اثرات فیتوتوکسینی بر رشد و نمو ذرت داشت و تنها در شرایط تنش، تأثیر مثبت آن مشاهد شد.

کلیدواژه‌ها


1. Astolfi, S., Zuchi, S., and Passera, C. 2005. Effect of cadmium on H+ATPase activity of plasma membrane vesicles isolated from roots of different S-supplied maize (Zea mays L.) plants. Plant Science 169: 361-368.
2. Adtina, M. H., and Beasford, R. T. 1986. The effects of silicon on cucumber plants grown in recirculating nutrient solution. Journal Annual of Botany 58: 343-351.
3. Al-Aghabary, K., Zhu, Z., and Shi, Q. H. 2004. Influence of silicon supply on chlorophyll content, chlorophyll fluorescence, and antioxidative enzyme activities in tomato plants under salt stress. Journal of Plant Nutrient 27: 2101-2115.
4. Amooaghaie, R., Marefat, E., and Shabani, L. 2012. Interaction of salicylic acid and cadmium on growth, photosynthetic pigments and ion distribution in Arial parts of soybean plantlets. Journal of Plant Biology 14: 75-88. (in Persian with English abstract).
5. Balestrasse, K. B., Gardey, L., Gallego, S. M., and Tomaro, M. L. 2001. Response of antioxidant defence system in soybean nodules and roots subjected to cadmium stress. Australian Journal of Plant Physiology 28: 497-504.
6. Dabin, P., Marafanet, E., Miusny, J. M., and Myttenuere, C. 1978. Adsorption, Distribution and Binding of Cadmium and Zinc in irrigated rice plant. Plant and Soil 50: 32-36.
7. Epstein, E. 1999. Silicon, Annual Review. Plant Physiology and Plant Molecular Biology 50: 641-664.
8. Haghighi, M., and Pessarakli, M. 2013. Influence of silicon and nano-silicon on salinity tolerance of cherry tomatoes (Solanum lycopersicum L.) at early growth stage. Scientia Horticulture 161: 111-117.
9. Hoagland, D. R., and Arnon, D. I. 1950. The water-culture method for growing plants without soil. California Agricultural Experiment Station Circular 347: 1-32.
10. Joner, E. J., and Leyval, C. 2001. Time course of heavy metal uptake in maize and clover as affected by root density and different mycorrhizal inoculation regimes. Biology and Fertilizer and Soils 33: 351-357.
11. Liang, Y. C., Shen, Q. R. Shen, Z. G., and Ma, T. S. 1996. Effects of silicon on salinity tolerance of two barley cultivars. Journal of Plant Nutrition 19: 173-183.
12. Liang, Y. C., Wong, J. W. C., and Wei, L. 2005. Silicon-mediated enhancement of cadmium tolerance in maize (Zea mays L.) grown in cadmium contaminated soil. Chemosphere 58 (4): 475-483.
13. Liu, C. P., Li, F. B., Lou, C. L., Liu, X. M., Wang, S. H., Liu, T. X., and Li, X. D. 2009. Foliar application of two silica sols reduced cadmium accumulation in rice grains. Journal of Hazardous Materials 161(2-3): 1466-1472.
14. Lu, C. M., Zhang, C. Y, Wen, J. Q. Wu, G. R., and Tao, M. X. 2002. Research of the effect of nanometer materials on germination and growth enhancement of Glycine max and its mechanism. Soybean Science 21: 168-172 (in Chinese with English abstract).
15. Malčovska, M. S., Dučaiova, Z., Maslaňakova, I., and Bačkor, M. 2014. Effect of Silicon on Growth, Photosynthesis, Oxidative Status and Phenolic Compounds of Maize (Zea mays L.) Grown in Cadmium Excess. Water Air Soil Pollut. 225: 2056.
16. Maxwell, K., and Johnson, G. N. 2000. Chlorophyll fluorescence- a practical guide. Experimental of Botany 51: 659-668.
17. Mohsenzadeh, S., Malboobi, M. A., Razavi, K., and Farrahi-Aschtiani, S. 2006. Physiological and molecular responses of Aeluropuslagopoides (Poaceae) to water deficit. Environmental and Experimental Botany 56: 314-322.
18. Rasouli sedghiani, M., Ghara malki, T., Besharati, H., and Karimi, A. 2013. The effect of beneficial soil microorganisms on growth and Cd uptake by maize. Iranian journal of soil research 27 (2): 205-215. (in Persian with English abstract).
19. Ruffini, C. M., and Cremonini, R. 2009. Nanoparticles and higher plants. Caryologia 62 (2): 161-165.
20. Saadatian, B., and Kafi, M. 2015. Study of nutritional role of silicon nano-particles on physiological characteristics of minituber potato production. Journal of Plant Production Research 22: 173-189. (in Persian with English abstract).
21. Sairam, R. K. 1994. Effect of moisture stress on physiological activities of two con-trasting wheat genotypes. Indian Journal. Experimental of Biology 32: 594-597.
22. Sanita ta di toppi, L., and Gabbriella, R. 1999. Response to Cd in higher plant- Review. Environmental and Experimental Botany 45: 105-130.
23. Shekari; L., Kamelmanesh, M. M., and Sadeghi, F .2014. Effects of Irrigation Water Cadmium Concentration on Yield and Growth Traits of Green Pepper (Capsicum frutescens). Iranian journal of soil research 28: 636-646. (in Persian with English abstract).
24. Vaculik, M., Luxa, A., Luxova, M., Tanimoto, E., and Lichtscheid, I. 2009. Silicon mitigates cadmium inhibitory effects in young maize plants. Environmental and Experimental Botany 67: 52-58.
25. Vasssilve, A., Liadon, C. F., Matos, M. D. C., Ramalho, J. C., and Yordanov, I. 2002. Photosynthetic performance and content of some nutrients in cadmium -and copper- treated barley plants. Journal of Plant Nutrition 25: 2343-2360.
26. Wang, M., Zou, J., Duan, X., Jiang, W., and Liu, D. 2007. Cadmium accumulation and its effects on metal uptake in maize (Zea mays L.). Bioresource Technology 98: 82-88.
27. Wang, L., Zhou, Q., Ding, L., and Sun, Y. 2008. Effect of cadmium toxicity on nitrogen metabolism in leaves of Solanum Nigarum L. Journal of Hazard Material 154: 818-425.
28. Yanar, Y., Yanar, D., and Gebologlu, N. 2011. Control of powdery mildew (Leveillula taurica) on tomato by foliar sprays of liquid potassium silicate (K2SiO3). African Journal of Biotechnology 10: 3121-3123.
29. Zhang, G., Fukami, M., and Sekimoto, H. 2002. Influence of cadmium on mineral concentration and yield components in wheat genotypes differing in Cd tolerance at seedling stage. Field Crops Research 77: 93-98.
30. Zhu, Z. J., Wei, G. Q., Li, J., Qian, Q. Q., and Yu, J. Q. 2004. Silicon alleviates salt stress and increases antioxidant enzymes activity in leaves of salt-stressed cucumber (Cucumis sativus L.). Plant Science 167: 527-533.