Photosynthetic and biochemical response of Kochia (Bassia scoparia L.) seedlings to cadmium and polyvinyl chloride microplastics stresses

Photosynthetic and Biochemical Response of (Bassia scoparia L.) Seedlings to Cadmium and Polyvinyl Chloride Microplastics Stresses

Atefeh Mirzaei1ǀ Ali Sepehri 2🖂

1. Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.

2. Corresponding Author, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran. Email: a_sepehri@basu.ac.ir

Article Info

ABSTRACT 

Article type: 

Research Article 

Article history: 

Received: January 07, 2024

Received in revised form: February 22, 2024

Accepted: March 03, 2024

Published online: September 22, 2024

Keywords: 

Chlorophyll, 

dry matter, 

soil pollution, 

transpiration, 

total phenol.

The contamination of agricultural soils with microplastics and cadmium is considered as an important environmental problem affecting the growth and development of plants. In this research, the physiological and biochemical reaction of Kochia seedlings under the mentioned stresses has been investigated. The study was conducted as a factorial experiment in a completely randomized design with three replications at Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University in 1401. Polyvinyl chloride (PVC) microplastics were used at three levels of zero, 0.1, and 1% by weight of soil and cadmium chloride at two levels of 0 and 10 mg kg-1 of soil. The results showed that with the increase of soil cadmium to 10 mg kg-1 and in the presence of 1% microplastic, the amount of total chlorophyll decreased by 52%, the rate of net photosynthesis by 31%, transpiration by 22%, and as a result, the total dry matter of seedlings decreased by 24% compared to the control. Microplastic stress of 1% and cadmium 10 mg increased malondialdehyde concentration by 35%, hydrogen peroxide concentration by 43% and total phenol by 62%. With the increase of cadmium concentration from 0 to 10 mg, the amount of ionic leakage of seedlings increased by 55%. Therefore, soil contamination with cadmium and polyvinyl chloride microplastics, especially in high amounts of stress (cadmium 10 mg and microplastic 1%) by affecting photosynthetic indicators (net photosynthesis rate, chlorophyll) caused a decrease in total dry matter and as a result the yield of Kochia seedlings. It seems that with the increase in the percentage of polyvinyl chloride in the soil, the access of Kochia seedlings to cadmium increased and it affected the amount of damage and intensity of stress in traits such as total chlorophyll, net photosynthesis rate, transpiration, instantaneous water consumption efficiency, and total dry matter increased in seedlings. 

Cite this article: Mirzaei, A., & Sepehri, A. (2024). Photosynthetic and biochemical response of (Bassia scoparia L.) seedlings to cadmium and polyvinyl chloride microplastics stresses. Iranian Journal of Field Crop Science, 55(3), 149-160. DOI: 10.22059/ijfcs.2024.370559.655055. 

© The Authors. Publisher: University of Tehran Press. 

DOI: http//doi.org/10.22059/ijfcs.2024.370559.655055.

پاسخ فتوسنتزی و بیوشیمیایی گیاهچه‌های کوشیا (Bassia scoparia L.) به تنش کادمیوم و میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید

عاطفه میرزایی 1 ǀ علی سپهری🖂2

1. گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2. نویسنده مسئول، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران. رایانامه: a_sepehri@basu.ac.ir

اطلاعات مقاله

چکیده 

نوع مقاله: مقالة پژوهشی

تاریخ دریافت: 17/10/1402

تاریخ بازنگری: 03/12/1402

تاریخ پذیرش: 13/12/1402

تاریخ انتشار: 01/07/1403

کلیدواژه‌ها: 

آلودگی خاک، 

تعرق، 

فنل کل، 

کلروفیل، 

ماده خشک.

آلودگی خاکهای زراعی به کادمیوم و میکروپلاستیک به عنوان یک مسئله مهم زیست محیطی تأثیرگذار در رشد و نمو گیاهان مطرح است. در این پژوهش واکنش فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهچه‌های کوشیا تحت تنش‌های مذکور بررسی شده است. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار در دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا در سال 1401 انجام شد. از میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید (PVC) در سه سطح صفر، 1/0 و یک درصد وزنی خاک و کلرید کادمیوم در دو سطح صفر و 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش کادمیوم به 10 میلی‌گرم در کیلوگرم در خاک و در حضور پلیوینیلکلراید به میزان یک درصد، غلظت کلروفیل کل 52%، سرعت فتوسنتز خالص 31%، تعرق 22% و در نتیجه ماده خشک کل گیاهچهها 24% نسبت به شاهد کاهش یافت. همچنین تنش کادمیوم 10 میلی‌گرم در کیلوگرم و میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید یک درصد در خاک، سبب افزایش غلظت مالون‌دی‌آلدئید به میزان 35% ، غلظت پراکسید ‌هیدروژن 43% و فنل کل 62% شد. با افزایش غلظت کادمیوم از صفر به 10 میلی‌گرم میزان نشت یونی گیاهچه‌ها نیز 55% افزایش یافت. نتایج نشان داد آلودگی خاک به کادمیوم و میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید به خصوص در مقادیر بالا (کادمیوم 10 میلی‌گرم در کیلوگرم و میکروپلاستیک یک درصد) با تأثیر بر شاخص‌های مهم فتوسنتزی مانند کلروفیل، سرعت فتوسنتز خالص و تعرق، سبب کاهش ماده خشک کل در نتیجه عملکرد گیاهچههای کوشیا شد. به نظر می‌رسد که با افزایش درصد پلیوینیلکلراید در خاک، میزان دسترسی گیاهچههای کوشیا به کادمیوم بیشتر شده؛ لذا آسیب وارده و شدت تنش در صفاتی مانند کلروفیل کل، سرعت فتوسنتز خالص، تعرق، کارایی مصرف لحظهای آب و ماده خشک کل افزایش یافت.

استناد: میرزایی، ع.، و سپهری، ع. (1403). پاسخ فتوسنتزی و بیوشیمیایی گیاهچه‌های کوشیا (Bassia scoparia L.) به تنش کادمیوم و میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید. علوم گیاهان زراعی ایران، 55(3)، 149-160. DOI: 10.22059/ijfcs.2024.370559.655055.

ناشر: موسسه انتشارات دانشگاه تهران. © نویسندگان                                                                                               

1. مقدمه 

در حال حاضر مصرف پلاستیک‌ها در سراسر جهان منجر به پراکندگی و تجمع گستردة زباله‌های پلاستیکی در محیط‌های آبی و خشکی شده است (Dainelli et al., 2023). به‌طوری که آلودگی خاک به میکروپلاستیک‌ به یک مسئله مهم زیستمحیطی در اراضی کشاورزی تبدیل شده است (Huang et al., 2023). میکروپلاستیک‌ها ذراتی کوچک‌تر از پنج میلی‌متر بوده که از تخریب ذرات پلاستیکی بزرگ‌تر ایجاد می‌شوند (Manjate et al., 2020). اکوسیستم‌های کشاورزی یکی از منابع اصلی آلودگی به میکروپلاستیکها در نظر گرفته می‌شوند. فرآیند ریزشدن پلاستیک‌ها باعث تولید میکروپلاستیک‌های ثانویه از طریق عوامل محیطی مانند نور، دما و آب شده که بهطور آهسته وارد محیط رشد گیاه می‌شوند. گرچه وزن مولکولی بالای میکروپلاستیک‌ها و اندازه بزرگ آن‌ها از نفوذ مستقیم به دیواره سلولی در سطح ریشه گیاه تا حدودی جلوگیری می‌کند، ولی سایر آلاینده‌های شیمیایی آزادشده از میکروپلاستیکها توسط گیاهان جذب و در طول فعالشدن الگوهای متابولیک باعث تنش اکسیداتیو میشوند (Pignattelli et al., 2020). اثرات منفی میکروپلاستیک‌ها روی انسان و جانوران تا اندازهای مورد بررسی قرار گرفته، ولی در حال حاضر مطالعات بیشتری لازم است تا به چگونگی تأثیرپذیری گیاهان توسط میکروپلاستیک‌های موجود در خاک در شرایط مختلف پرداخته شود (Karalija et al., 2022). 

گزارش شده در میان پلاستیک‌ها، پلیوینیلکلراید (PVC) و پلیاتیلن مقدار بیشتری از آلودگی را در محیط زیست ایجاد می‌کنند .(Yuan et al., 2019) پلیوینیلکلراید یکی از پرمصرف‌ترین پلاستیک‌ها در سراسر جهان است که بهطور گسترده‌ای به عنوان پوشش گلخانه‌های خورشیدی، پلاستیکی و سایر تأسیسات کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرد. پلیوینیلکلراید با سایر پلاستیک‌ها متفاوت بوده و اغلب بلافاصله پس از استفاده به محیط زیست وارد میشود (Li et al., 2020). اخیرا در چندین مطالعه اثرات مخرب میکروپلاستیک‌ها بر رشد و نمو گیاهان گزارش شده است (Khan et al., 2023; Dainelli et al., 2023; 

(Huang et al., 2023 . اظهار شده میکروپلاستیک‌ها با تجمع بر سطوح و اطراف ریشه بر رشد، فیزیولوژی و بیوشیمی گیاهان تأثیر می‌گذارند (Wu et al., 2020). کاهش زیستتوده گیاهان خردل هندی (Brassica juncea L.) در مجاورت با میکروپلاستیک خاک با افزایش گونه‌های اکسیژن واکنشگر و پراکسید هیدروژن همراه بوده است، گزارش شده آلودگی خاک به میکروپلاستیک‌ها در حضور فلزات سنگین مانند کادمیوم، با افزایش تحرک و جذب بیشتر فلز سنگین، اثرات سمی بیشتری در گیاه داشته و تهدیدی جدی برای سلامت انسان و جانوران است (Wang et al., 2024). بالاترین میزان آلایندگی در میان آلاینده‌های معدنی مربوط به کادمیوم می‌باشد (Lian et al., 2022). کادمیوم (Cd) به عنوان یک عنصر سمی و غیر ضروری، یک آلایندة مهم برای محیط‌های طبیعی و کشاورزی است که از طریق فعالیت‌های مختلف انسانی ناشی می‌شود. 

کادمیوم دارای سمیت بالا برای گیاه، انسان و دام بوده و می‌تواند رشد و عملکرد گیاهان را مختل سازد و از طریق زنجیره غذایی تهدیدی جدی برای سلامتی انسان باشد. ریشه‌ گیاهان فلز کادمیوم را بهراحتی از خاک جذب و به اندام‌های هوایی منتقل میکند (Tekdal & Çetiner, 2018). گزارش شده کادمیوم سبب افزایش نشت یونی، افزایش تولید پراکسید ‌هیدروژن و پراکسیداسیون لیپیدی در گیاه گندم(Triticum aestivum L.) ‌شده است (Lian et al., 2022). عوامل مؤثر بر جذب در سطح ریشه ممکن است بر تجمع فلزات سنگین درگیاهان تأثیر بگذارد. در بررسی اثر آلودگی میکروپلاستیک و کادمیوم در گیاه گندم

 (Triticum aestivum L.) مشخص شد میکروپلاستیک‌ها از طریق تأثیر بر pH خاک و اشکال شیمیایی فلزات سنگین، بر فراهمی زیستی آن در اکوسیستم‌ کشاورزی تأثیر گذاشته و تجمع آن‌ها را افزایش میدهند، در نتیجه سبب آسیب بر سیستم فتوسنتزی، رنگیزه‌های فتوسنتزی و عملکرد گیاه میشوند (Chen et al., 2023). همچنین در بررسی اثر میکروپلاستیک و کادمیوم بر گیاه ذرت (Zea mays L.) مشخص شد که میکروپلاستیک از طریق تأثیر بر بیولوژی خاک، رشد و نمو گیاه را تغییر داده و سبب ایجاد مشکلاتی از جمله افزایش سمیت کادمیوم و در نتیجه کاهش عملکرد گیاه میشود (Zhao et al., 2023). کوشیا 

(Bassia scoparia) به عنوان یک هالوفیت علفی یکساله بسیار مقاوم به شوری و خشکی، گیاهی از خانواده Chenopodiaceae بوده که در نواحی معتدله آفریقای شمالی، آسیا، اروپا و جنوب غربی آمریکای شمالی پراکنده و به علت سازگاری با دماها و اقلیم‌های مختلف، دامنة گسترش وسیعی دارد. تجربیات موفقی از کشت کوشیا به عنوان علوفه در سراسر جهان وجود دارد

 (Shi et al., 2022). این گیاه در شرایط نیمهخشک ایران در کشت تابستانه و بهاره بهترتیب حدود 10 و 23 تن در هکتار علوفه تولید می‌کند که دارای توده‌های مختلف بوده و در شرایط اقلیمی مختلف از جمله خراسان بین 30 تا 35 تن در هکتار علوفه تر و 11 تا 14 تن در هکتار زیستتوده خشک تولید میکند (Kafi et al., 2010). مصرف علوفه‌ توسط دام در واقع بخشی از چرخه غذایی انسان محسوب می‌شود و در مناطقی که خاک دارای آلودگی کادمیوم است بهویژه در مجاورت مناطق صنعتی، افزایش جذب کادمیوم توسط گیاهان علوفه‌ای می‌تواند سبب تجمع و آسیب متابولیکی در دامها ‌شود (Anderson et al., 2022). علاوهبر کادمیوم، آلودگی خاک به میکروپلاستیکها سبب کاهش رشد و عملکرد محصول شده و سبب افزایش تجمع فلز سنگین در گیاه و به تبع آن ورود به زنجیره غذایی می‌شود. قابل ذکر است در خصوص گیاه کوشیا در شرایط آلودگی خاک به عنصر کادمیوم و همچنین میکروپلاستیک‌ها بهویژه میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید اطلاعاتی در دسترس نیست. از این رو پژوهش حاضر به بررسی پاسخهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه کوشیا تحت تأثیر آلودگی خاک به فلز سنگین کادمیوم و میکروپلاستیک‌ پلیوینیلکلراید پرداخته است.

2. روششناسی پژوهش

آزمایش بهصورت گلدانی در گلخانه تحقیقاتی فیزیولوژی گیاهان زراعی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار روی گیاه کوشیا در سال 1401 انجام شد. خاک مورد استفاده از عمق صفر تا 30 سانتی‌متری مزرعه تحقیقاتی تهیه و به نسبت یک به دو خاک و ماسه مخلوط شد. سپس در دمای 121 درجه سانتی‌گراد به مدت 30 دقیقه در اتوکلاو استریل شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک براساس روش‌های استاندارد آزمایشگاهی تعیین شد (جدول 1). عوامل مورد آزمایش شامل میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید (PVC) با قطر 75 میکرون در سه سطح صفر، 1/0 و 1 درصد وزنی خاک و کادمیوم ((Cd در دو سطح صفر و 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک بود. از گلدان‌های سه لیتری با قطر دهانه 20 سانتی‌متر استفاده شد. غلظت‌های مورد نظر کادمیوم از منبع کلرید کادمیوم (شرکت Merck) ((Shi et al., 2022 و درصدهای مورد نظر میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید (PVC) (شرکت LG-Chemical) بر اساس آزمایشات مقدماتی و مطالعات قبلی تعیین شد

 ((Li et al., 2020. به منظور ایجاد آلودگی کادمیوم در خاک، وزن مورد نظر برحسب میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک توزین و پس از حلنمودن در حجمی از آب که خاک را به نقطه ظرفیت زراعی می‌رساند، به خاک اضافه شد. قبل از کشت خاک‌های آلوده به کادمیوم و پلیوینیلکلراید به مدت چهار هفته تا حد رطوبت ظرفیت زراعی چندین مرتبه مرطوب شدند تا وضعیت شیمیایی آن‌ها تثبیت و به شرایط طبیعی نزدیک شود. به منظور نفوذ بهتر کادمیوم و تثبیت میکروپلاستیک، خاکها در دمای اتاق نگهداری و سپس مورد استفاده قرار گرفتند ((Shi et al., 2022; Li et al., 2020. 

بذور گیاه کوشیا ابتدا با محلول هیپوکلریت سدیم یک درصد به مدت یک دقیقه ضدعفونی شده و پس از سه بار شستشو با آب مقطر در گلدان‌های سه لیتری کشت شدند. رشد گیاهچه‌های کوشیا در گلخانه با طول دوره روشنایی 12 تا 14ساعت و دمای 25 تا 30 درجه سانتی‌گراد انجام شد. در طول دوره رشد رطوبت گلدان‌ها در فواصل زمانی مختلف از طریق وزنی در حد ظرفیت زراعی نگه داشته شد، بهگونه‌ایکه میزان رطوبت گلدان‌ها هیچگاه کمتر از 70 درصد ظرفیت زراعی نبود. پس از سپریشدن 60 روز از کاشت در دوره رشد رویشی و قبل از شروع گلدهی، اندام هوایی و ریشه جهت اندازه‌گیری‌های مورد نظر جمعآوری شدند. سپس به منظور تعیین ماده خشک کل (اندام هوایی و ریشه) نمونه‌ها در آون با دمای 70 درجه سانتی‌گراد به مدت 48 ساعت قرار گرفتند. 

جدول 1. ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی خاک مورد استفاده در آزمایش.

K

(ppm)

P

(ppm)

Total nitrogen

(%)

Organic carbon

(%)

EC

(dsm m-1)

pH

Soil texture

274

15

0.07

0.78

1.08

7.5

Sandy clay loam

بهمنظور سنجش کلروفیل کل، نمونه‌هایی از آخرین برگ توسعهیافته در گیاهچه انتخاب شد، سپس میزان کلروفیل با دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج‌های 663 و 645 نانومتر تعیین شد (Arnon, 1949). میزان کلروفیل کل با استفاده از رابطه یک بهدست آمد: 

=کلروفیل کل 17.76 A645 + 7.34 A663 × V/Wرابطه 1:                

که در این رابطه V حجم نهایی عصاره (10 میلیلیتر)، W وزن تر بافت برگ برحسب میلی‌گرم، A645 میزان جذب نور در طول موج 645 نانومتر و A663 میزان جذب نور در طول موج 663 نانومتر می‌باشد.

بهمنظور اندازه‌گیری سرعت فتوسنتز خالص، تعرق و کارایی مصرف آب لحظه‌ای (نسبت فتوسنتز خالص به تعرق)

 (Zhu et al., 2024)، از دستگاه فتوسنتزمتر ساخت انگلستان (LCi, ADC BioScientific Ltd., England) استفاده شد. اندازه‌گیری‌ها بین ساعت 9 تا 11 صبح و در شدت نور 1100 میکرومول فوتون بر متر مربع در ثانیه در محیط گلخانه انجام شد. میزان نشت یونی (EL) بر اساس نفوذپذیری نسبی غشاء اندازه‌گیری شد (Dionisio & Tobita, 1998). تکه‌های کوچک و یکسان برگ‌های تازه در یک لوله آزمایش حاوی 10 میلی‌لیتر آب مقطر قرار داده شد. سپس هدایت الکتریکی آب (EC1) لوله‌های آزمایش در دمای اتاق ثبت شد. سپس برای آزادسازی الکترولیت‌ها و تخریب بافت، لوله‌ها به بنماری (دو ساعت در دمای 90 درجه سانتی‌گراد) منتقل شد. پس از سردشدن نمونهها، هدایت الکتریکی (EC2) ثبت شد و نشت یونی طبق رابطه دو محاسبه شد:

رابطه 2: EL = (EC1/EC2) × 100

برای سنجش محتوای مالون‌دی‌آلدئید، از نمونه‌های برگی تازه استفاده شد و جذب هر نمونه در طول موج 532 و 600 نانومتر توسط دستگاه اسپکتروفتومتر ثبت شد (Bao et al., 2009). محتوای پراکسید هیدروژن در بافت برگ با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 390 نانومتر ثبت شد (Sinha & Gupta, 2005). محتوای فنل کل از طریق اسپکتروفتومتری با معرف فولین سیوکالتیو تعیین شد. جذب نمونه‌ها در طول موج 760 نانومتر اندازه‌گیری شد. نتایج از یک منحنی کالیبراسیون مبتنی بر اسیدگالیک محاسبه و بهصورت میلی‌گرم معادل اسیدگالیک بیان شد (Ali & Hadi, 2015). قابل ذکر است برای اندازهگیری خصوصیات بیوشییایی از هر تیمار حداقل سه نمونه مورد ارزیابی قرارگرفت.

محاسبات آماری دادهها با استفاده از نرمافزار9.4) ) SAS و مقایسه میانگین داده‌ها از طریق آزمون LSD در سطح احتمال پنج درصد انجام شد. برای رسم نمودارها از نرمافزار Excel استفاده شد.

3. نتایج پژوهش و بحث

3-1. غلظت کلروفیل کل

براساس نتیجه تجزیه واریانس داده‌ها اثرات کادمیوم، میکروپلاستیک و برهمکنش کادمیوم و میکروپلاستیک بر غلظت کلروفیل کل برگ در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). مقایسه میانگین‌ دادهها نشان داد که با افزایش میزان کادمیوم و میکروپلاستیک در محیط کشت، غلظت کلروفیل کل کاهش می‌یابد. در مقادیر مختلف میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید، بیشترین غلظت کلروفیل کل در تیمار بدون کادمیوم حاصل شد (جدول 3). غلظت کلروفیل کل در تیمار کادمیوم 10 میلی‌گرم در کیلوگرم و میکروپلاستیک 1/0 و یا یک درصد به کمترین مقدار خود رسید. در تیمار کادمیوم 10 میلی‌گرم در کیلوگرم با افزایش میکروپلاستیک به 1/0 و یک درصد خاک غلظت کلروفیل کل بهترتیب 65/36 و 03/52 درصد نسبت به شاهد کادمیوم کاهش یافت (جدول 3). 

محتوای کلروفیل یک پارامتر ضروری برای فعالیت فتوسنتزی است که به عنوان شاخص تنش در گیاه نیز شناخته می‌‌شود (Huang et al., 2023 ; .(Chen et al., 2022بهطور کلی، میکروپلاستیک‌ها با القای تنش اکسیداتیو سبب کاهش و ممانعت در سنتز کلروفیل می‌شوند، در نتیجه فتوسنتز و رشد گیاه را مهار و یا متوقف می‌کنند (Wang et al., 2022b). 

جدول 2. تجزیه واریانس برهمکنش تیمارهای کادمیوم و میکروپلاستیک بر صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاهچه‌های کوشیا.

S.O.V

df

Ms

Total chlorophyll content

Total dry matter

Total phenol

Net photosynthesis rate

Transpiration

rate

Water use efficiency

Hydrogen peroxide

Electrolyte linkage

Malondialdehyde

Cadmium

1

**12.86

**19.84

**6799.33

**2.41

**3.48

**0.015

**0.0014

**2335.8

**0.0007

Microplastic

2

**0.94

**3.84

**1089.83

**1.09

**0.330

0.073**

**0.0039

*275.51

**0.0001

Cadmium ×

Microplastic

2

**0.23

**2.24

**384.26

0.46**

**0.051

**0.091

**0.0008

33.09 ns

**0.0006

Error

12

0.014

0.107

3.899

0.006

0.008

0.006

0.00004

52.15

0.00009

CV (%)

-

5.04

7.95

5.05

5.53

5.72

8.98

7.97

12.19

13.08

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

جدول 3. مقایسه میانگین برهمکنش کادمیوم و میکروپلاستیک بر صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاهچه‌های کوشیا.

Cadmium (mg kg-1)

Microplastic

(%)

Total chlorophyll content

(µg g-1 FW)

Total dry matter (g plant-1)

Net photosynthesis rate

(µmol m-2 s-1)

Transpiration rate

(µmol m-2 s-1)

Hydrogen peroxide

(µmol g-1 FW)

Malondialdehyde (µmol g -1)

0

3.45 a

5.530 a

2.64 a

a 2.35

0.060 d

0.019 bc

0

0.1

3.24 ab

4.516 b

1.53 b

b 2.11

0.094 a

0.021 bc

1

3.04 b

4.330 c

1.37 c

c 1.71

0.134 b

0.034 a

0

2.21 c

3.176 d

1.27 cd

d 1.33

0.063 d

0.017 c

10

0.1

d 1.40

2.593 e

1.21 d

e 1.16

0.080 bc

0.022 bc

1

1.06 e

2.416 f

0.870 e

1.04 e

0.090 c

0.023 b

در هر ستون میانگین‌های دارای حروف غیر مشابه نشاندهنده وجود اختلاف معنی‌دار می‌باشند.

گزارش شده انواع میکروپلاستیک‌ها از جمله پلیوینیلکلراید تغییراتی را در رنگیزه‌های فتوسنتزی گیاه ایجاد می‌کنند

 (Yang et al., 2021). همچنین میکروپلاستیک‌ها از طریق افزایش pH خاک انتقال مواد معدنی ضروری برای سنتز کلروفیل را کاهش می‌دهند و بدین شکل مانع سنتز کافی کلروفیل در گیاه می‌شوند. در ذرت (Zea mays L.) آلودگی به کادمیوم در خاک بهطور قابل توجهی محتوای کلروفیل را کاهش داده است ((Wang et al., 2022a. گزارش شده میکروپلاستیک‌ها از طریق جایگزینی با منیزیم کلروفیل، سبب کاهش بیوسنتز رنگدانه‌های فتوسنتزی شده، در نتیجه باعث کاهش فتوسنتز و رشد گیاه می‌شوند (Wang et al., 2022b) ، از سوی دیگر برهمکنش کادمیوم و میکروپلاستیک سبب کاهش بیشتر رنگیزه‌‌های فتوسنتزی شده و در نهایت فتوسنتز کاهش مییابد.

2-3. ماده خشک کل

اثر میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید و کادمیوم بر میزان ماده خشک کل در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود (جدول 2). برهمکنش کادمیوم و میکروپلاستیک نیز تأثیر معنی‌داری بر ماده خشک کل در گیاهچه داشت (جدول 3). مقدار ماده خشک کل گیاه در شرایط بدون کادمیوم، در غلظتهای 1/0 و یک درصد تیمار میکروپلاستیک بهترتیب 516/4 و 330/4 گرم در بوته بود. ماده خشک کل در تیمار حاوی 10 میلی‌گرم کادمیوم در حضور میکروپلاستیک 1/0 و یک درصد 35/18 و 92/23 درصد نسبت به شاهد کادمیوم کاهش یافت (جدول 3). گیاهان در معرض میکروپلاستیک، فلزات سنگین را در سطح ریشه‌های خود جذب و انباشته کرده (Sun et al., 2023) و از طریق ایجاد سمیت در سطح ریشه‌ها سبب اختلال در رشد و کاهش ماده خشک کل می‌شوند (Dainelli et al., 2023). گزارش شده غلظت میکروپلاستیک در خاک با رشد گیاه رابطه معکوس دارد؛ بهطوریکه میکروپلاستیک پلیوینیلکلراید بر رشد و ارتفاع بوته‌های برنج (Oryza sativa L.) تأثیری منفی گذاشته است (Ma et al., 2022). همچنین تنش همزمان کادمیوم و میکروپلاستیک از طریق تغییر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، بر رشد گیاه گندم 

(Triticum aestivum L.) تأثیر گذاشته و سبب کاهش وزن خشک در گیاه شده است؛ لذا میکروپلاستیک به صورت غیر مستقیم بر ریزوسفر و در نتیجه تأمین مواد غذایی و تجمع وزن خشک در گیاه تأثیر می‌گذارد (Chen et al., 2023). 

3-3. غلظت فنل کل

براساس نتایج تجزیه واریانس اثرات اصلی و برهمکنش میکروپلاستیک و کادمیوم بر غلظت فنل کل گیاهچهها در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار شد (جدول 2). شکل 1 نشان می‌دهد کادمیوم سبب افزایش معنی‌دار غلظت فنل کل شده و برهمکنش کادمیوم و میکروپلاستیک نیز در این خصوص روند افزایشی نشان داده است. در شرایط بدون کادمیوم، تیمار میکروپلاستیک در غلظتهای 1/0 و یک درصد سبب افزایش معنی‌دار غلظت فنل کل نسبت به شاهد شد. در حضور 10 میلی‌گرم بر کیلوگرم کادمیوم و غلظت 1/0 و یک درصد میکروپلاستیک غلظت فنل کل نسبت به شاهد کادمیوم بهترتیب 51 و 70/61 درصد افزایش یافت (شکل 1). فنل‌ها به عنوان آنتیاکسیدان غیر آنزیمی و محلول در آب معمولاً تحت شرایط تنش به عنوان یک سیستم دفاعی در گیاها