اثر آرسنیک وکود زیستی فسفاته بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی توده بومی نعنا سبز(Mentha spicata L.)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشکاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

4 استاد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: امروزه آلودگی خاک به عناصر سنگین یکی از مهم‌ترین تنش‌های محیطی در اکوسیستم‌های زراعی و باغی محسوب می‌شود. نعنا سبز به عنوان یک سبزی و گیاه دارویی به صورت مستقیم و غیر مستقیم در سبد غذایی افراد جامعه قرار دارد. کشت این گیاه در زمین‌های آلوده به فلزات سنگین و یا در مزارع سبزی با آب‌های نامتعارف، فاضلاب‌ها و پساب کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی، نه تنها موجب افزایش تجمع عناصر سنگین و به ویژه آرسنیک در گیاه می‌شود بلکه روی خصوصیات رشدی گیاهان وسلامتی افراد مصرف‌کننده تاثیر دارد. بر این اساس تحقیق حاضر برای ارزیابی تأثیر کود زیستی فسفاته در کاهش سمّیت فلز سنگین آرسنیک بر ویژگی‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در گیاه نعنا سبز انجام شد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش، تاثیر کود زیستی فسفاته در افزایش تحمل به تنش آرسنیک در نعناع سبز، به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در شش تکرار در گلخانه گروه علوم باغبانی دانشگاه گیلان ارزیابی شد. فاکتورها شامل سطوح مختلف آرسنیک (صفر، 50 و 100 میلی‌گرم بر کیلوگرم خاک) و کود زیستی فسفاته (صفر و نیم میلی‌گرم از کود زیستی فسفاته) بود. داده‌برداری از گیاهان حدود دو ماه بعد از کاشت صورت گرفت و خصوصیات مورفولوژی گیاه (تعداد برگ، تعداد ساقه، ارتفاع بوته، وزن‌تر و خشک اندام هوایی و ریشه، وزن خشک ساقه و سطح برگ اندازه‌گیری شد. ویژگی‌های بیوشیمیایی از جمله محتوای کلروفیل و کاروتنوئیدهای برگ، کربوهیدرات، فعالیت آنزیم‌های آنتی اکسیدانت و پرولین اندازه‌گیری شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که با افزایش غلظت آرسنیک از صفر تا 100 میلی‌گرم در کیلوگرم، مقدار وزن خشک ریشه، وزن تر گیاه، تعداد برگ، میزان کاروتنوئید به ترتیب به 65/2 (گرم)، 8/2 (گرم)، 88/4 (عدد)، 05/2 (میلی‌گرم بر گرم وزن‌تر) واحد کاهش یافت. کاربرد کود زیستی فسفاته نیز باعث افزایش محتوای رطوبت نسبی، وزن تر گیاه، میزان کاروتنوئید برگ شد. مقایسه میانگین اثر متقابل کود زیستی فسفاته × آرسنیک نشان داد که کمترین ارتفاع گیاه، وزن خشک گیاه و سطح برگ مربوط به سطح 100 میلی‌گرم در کیلوگرم آرسنیک و بدون کاربرد کود زیستی به‌ترتیب 28/11 (سانتی‌متر)، 28/8 (گرم)، 052/12 (سانتی‌متر مربع) بود.
نتیجه‌گیری: کاربرد کود زیستی فسفاته در مقایسه با شاهد (گیاهانی که در آنها کود استفاده نشده است)، در سطوح مختلف آرسنیک، میزان پرولین، پلی‌فنل اکسیداز، پراکسیداز، کربوهیدرات، کلروفیل کل، کلروفیل a ,b را افزایش و مقدار آرسنیک ریشه و شاخه را کاهش داد. نتایج نشان داد که کود زیستی فسفاته توانسته است تـا حدودی باعث بهبود رشد و افزایش مقاومت گیاهان نعنا سبز نسبت به تنش آرسنیک گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of arsenic and phosphate Biofertilizer on physiological and Biochemical properties of green mint (Mentha spicata L.)

نویسندگان [English]

  • Jamal Hekmati 1
  • Yousef Hamidoghli 2
  • Behrooz Esmaielpour, 3
  • Mahmood Ghasemnezhad, 4
1 Ph.D. Student, Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Associate Prof., Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Associate Prof., Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 Professor, Dept. of Horticultural Sciences, Faculty of Agriculture, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Effect of arsenic and phosphate Bio fertilizer on physiological and Biochemical
properties of green mint (Mentha spicata L.)
Abstract

Background and objectives: Soil contamination by heavy metals is one of the main environmental stress in agricultural and horticultural ecosystems Green mint as a vegetable and medicinal plant are directly and indirectly in the food basket of the Iranian community. Therefore, cultivation of this plant in heavy metals polluted fields or fields irrigated with unusual waters, wastewater, effluent from factories and industrial units, increases the accumulation of heavy metals, especially arsenic in the plant. In addition to its effect on the growth characteristics of plants, it poses a serious threat to the health of consumers. Therefore, the present study was conducted to evaluate the effect of phosphate bio fertilizer on the reduction of arsenic heavy metal toxicity on physiological and biochemical properties of green mint.

Materials and methods: In this study, the effect of phosphate bio fertilizer on increasing arsenic tolerance of green mint was evaluated on a factorial experiment in completely randomized design under greenhouse condition at University of Guilan during 2016. Treatments consisted of different levels of arsenic (0, 50, 100 mg/kg soil) and phosphate bio fertilizer (0 and 0.5 mg/kg soil). Plants were taken about two months after planting. Morphological characteristics of the plants (number of leaves, number of stems, plant height, shoot and root dry weight, shoot dry weight and leaf area) were measured using ADC modeling apparatus. Biochemical properties including leaf chlorophyll and carotenoids content, carbohydrate, antioxidant enzymes and proline activity were also measured.
Results: The results showed that with increasing arsenic concentration from 0 to 100, root dry weight (2.65 g), plant fresh weight (2.8 g), leaf number (4.88) and caratenoids content (2.05 mg) were decreased. Phosphate bio fertilizer application also increased relative moisture content, plant fresh weight and carotenoid. The comparison of mean interaction of fertilizer × arsenic showed that the lowest plant height (11.28 cm), plant dry weight (8.28 g), and leaf area (12.052 cm2) were decreased under treatment of 100 mg/kg arsenic without phosphate bio fertilizer.
Conclusion:Application of phosphate bio fertilizer in different arsenic treatments increased proline content, polyphenol oxidase, peroxidase, carbohydrate, total chlorophyll, chlorophyll a, b with decreasing of arsenic concentration in roots and shoots. The results showed that phosphate bio fertilizer could partially improve the plant growth and its tolerance to arsenic stress.
Keywords: Antioxidant Enzymes, Chlorophyll , Heavy metals,Bio fertilizer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant Enzymes
  • Chlorophyll
  • Heavy metals
  • Biofertilizer

مراجع

1.Aghighi Shahverdi, M., Amini Dehaghi, M., Ataei Somagh, H. and Behnam Mamivanad, B. 2019. The effect of different nutritional systems with nitrogen and phosphorous fertilizers on quantitative and qualitative traits of basil (Ocimum basilicum L.). J. Plant Prod.4: 1-14. (In Persian)
2.Arnon, D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. J. Plant physiol.
24: 1-15.  
3.Asadi Karam, E., Keramat, B. and Mozaffari, H. 2017. Effect of interaction of triacontanol and  arsenic on growth and some biochemical and physiological in soybean (Glycine max). J. Plant Res.3: 1-11. (In Persian)
4.Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Int. J. Plant-Soil Relat. 39: 205-207.
5.Bijeni, M. and Asgharipour, M.R. 2016. Effect of mycorrhiza inoculation and phosphorus fertilizer on arsenic resistance of fenugreek. J. Greenhouse Cul. Sci. Tech. 26: 137-126. (In Persian)
6.Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.J. Anal. Biochem. 72: 248-254.
7.Chance, B. and Maehly, A.C. 1955. Assay of catalases and peroxidases. Meth. Enzymol. 2: 764-775.
8.Gill, S.S. and Tuteja, N. 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. J. Plant Physiol. Biochem. 48: 909-930.
9.Glick, B.R. 2010. Using soil bacteria to facilitate phytoremediation. Biotechnol. Adv. J. Soil Man. Sus Pro. 28: 367-374.
10.Hasanuzzaman, M. and Fujita, M.2013. Exogenous sodium nitroprusside alleviates arsenic-induced oxidative stress in wheat (Triticum aestivum L.) seedlings by enhancing antioxidant defense and glyoxalase system. J. Ecot. 22: 584-596.
11.Hashem Abadi, D., Zaredost, F., Barari Ziyabari, M., Zarchini, M., Kaviani, B., Jadid Solimandarabi, M., Torkashvand, A.M. and Zarchini, S. 2012 Influence of phosphot biofertilizer on quantity and quality features of marigold. Aust. J. Crop Sci. 6: 1101-1109.
12.Hung, K.T. and Kao, C.H. 2003. Nitric oxide counteracts the senescence of rice leaves induced by abscisic acid. J. Plant Physiol. 160: 871-879.
13.Irigoyen, J.J., Einerich, D.W. and Sánchez‐Díaz, M. 1992. Water stress induced changes in concentrations of proline and total soluble sugars in nodulated alfalfa (Medicago sativa) plants. Int. J. Plant Bio. 84: 55-60.
14.Javan Siamardi, S., Rezaei Kahkha, M.R., Safaei Moghaddam, A. and Noori, R. 2014. Survey of heavy metals concentration (Fe). Ni, Cu, Zn, (Pb) in farmland soils of Sistan central part. J. Envir. Health Eng. 1: 46-53. (In Persian)
15.Jha, A., Sharma, D. and Saxena, J. 2012. Effect of single and dual phosphate-solubilizing bacterial strain inoculations on overall growth of mung bean plants. J. Arch. Agron. Soil Sci. 58: 967-981.
16.Kar, M. and Mishra, D. 1976. Catalase, peroxidase, and polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence.
J. Plant Physiol. 57: 315-319.
17.Karimi, N., Ghaderian, S.M., Marofi, H. and Schat, H. 2010. Analysis of arsenic in soil and vegetation of a contaminated area in Zarshuran, Iran, identify two angiosperm arsenic hyperaccumulators. Int. J. Phytoremed. 12: 159-173.
18.Karimi, N. and Souri, Z. 2013. Metabolic adaptations to arsenic-induced oxidative stress in Isatis cappadocica. Iran. J. Plant Physiol.11: 785-792.‏
19.Khatami, M., Rarmoudi, M. and Glavie, M. 2018. The effect of application of phosphorus biological and chemical fertilizers on flower yield, essential percentage and osmotic adjustments in chamomile medicinal plant in response to dehydration stress. J. Crop Prod.4: 119-132. (In Persian)
20.Kranner, I. and Colville, L. 2011 Metals and seeds: Biochemical and molecular implication and their significance for seed germination. Environ. Exp. Bot. 72: 93-105.
21.Tashakorizadeh, M. and Saeidnejad, A.H. 2016. Effect of different concentrations of chromium (ш) on morphological characteristics and essential oil chemical composition of basil . Iran. J. Water. Soil. 27: 2-14.(In Persian)
22.Moreno-Jiménez, E., Esteban, E. and Peñalosa, J.M. 2012. The fate of arsenic in soil-plant systems. In Reviews
of environmental contamination and toxicology. Springer. New York, NY, 53p.
23.Muhammadi, S., Heidari, M., Dehdarah, M. and Asgharipour, M.R. 2015. The effect of nitrogen and arsenic on photosynthetic pigments, enzyme activity Antioxidants and Minerals of Safflower (Carthamus tinctorius L.).J. Crop Prod. 4: 105-120. (In Persian)
24.Wani, P.A., Khan, M.S. and Zaidi,A. 2008. Chromium-reducing andplant growth-promoting Mesorhizobium improves chickpea growth in chromium-amended soil. Biotechnol. Lett.30: 159-163.
25.Nemati, A. and Golchin, A. 2015. Effects of biological fertilizers on yield and concentrations of micronutrients in organs of tomato under cadmium stress. J. Soil Manage. Sust. Prod. 5: 45-64.(In Persian)
26.Omidbeigi, R., Sadrai Menjili, K. and Sefidkon, F. 2006. Effect of Sowing Dates in the Productivity of Fennel (Foeniculum vulgare) CV. Soroksari. Sci. J. Manage. Syst. 21: 465-479.(In Persian)
27.Ritchie, S.W., Nguyen, H.T. and Holaday, A.S. 1990. Leaf water content and gas-exchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. J. Crop Sci. 30: 105-111.
28.Safari, M. 2014. the tendency of conventional agriculture (intensive Agric.) sustainable agriculture (sustaniable Agric) solutions to improve the quality of soils in semi-arid regions of Iran. The first national conference on sustainable management of soil resources and the environment. Kerman Shahid Bahonar University. (In Persian)
29.Soon, Y.K. and Abboud, S. 1993. Distribution of nickel, manganese and cadmium in soil and crops in the Mobarakeh steel plant region. J. Water. Soil. Sci. 8: 55-67. (In Persian)
30.Yadollahi, P., Asgharipour, M.R. and Sheikhpour, S. 2014. Effect of ascorbic acid on the growth and photosynthetic pigments of basil under arsenicstress. J. Crop Ecophysiol. 4: 553-566.(In Persian)
31.Yu, X., Liu, X., Zhu, T.H., Liu, G.H. and Mao, C. 2012. Co-inoculation with phosphate-solubilizing and nitrogenfixing bacteria on solubilization of rock phosphate and their effect on growth promotion and nutrient uptake by walnut. Europ. J. Soil Bio. 90: 112-117.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 28، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 127-139

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار