مقدمه جذب نانو مواد کربنی و فلزي توسط گیاهان زمینه تحقیقاتی جديدي میباشد. جذب جابجايی و

Transcript

1 فريده بهبودي و همكاران چكيده نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم شماره سوم پاييز اثر ورمیکمپوست حاوی نانوذرات اکسید مس و اکسید روی بر برخی ویژگیهای زراعی لوبیاچیتی * فریده بهبودی ایرجاله دادی 2 و ابراهیم محمدی گلتپه 3 فارغالتحصیل کارشناسیارشد گروه زراعت دانشگاه تهران 2 دانشیار گروه زراعت دانشگاه تهران بهمنظور بررسی تأثیر 3 استاد گروه بیماريشناسی گیاهی دانشگاه تربیت مدرس تهران تاريخ دريافت: /8/2 تاريخ پذيرش: 2/6/ ورمیکمپوست نانوذرات حاوي اکسید مس و اکسید روي بر لوبیاچیتی آزمايش فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي کامل تصادفی در سه تکرار اجرا گرديد. تیمارهاي آزمايش شامل نانوذرات در 4 سطح )صفر /8 /4 و /2 گرم بر کیلوگرم وزن بستر( ورمیکمپوست در 3 سطح )2/5 5 و 7/5 درصد وزنی بستر( و نوع نانوذرات در دو سطح )اکسید مس و اکسید روي( بودند. پس از آمادهسازي بسترها به هر يک تعدادي کرم بالغ گونه Eisenia fetida اضافه و پس از يک هفته نانوذرات بهصورت محلول به بسترها اضافه گرديدند. پس از سه ماه ورمیکمپوست آماده شده با توجه به وزن بسترهاي کشت با خاک مخلوط و لوبیاچیتی بهصورت هیرمکاري کشت گرديد. نتايج نشان داد با افزايش میزان نانوذرات اکسید مس و اکسید روي طول غالف تعداد غالف در بوته عملکرد زيست توده عملکرد دانه شاخص برداشت و پروتئین دانه کاهش و غلظت مس و روي در دانه افزايش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات )بهجزء سطح اول( طول غالف تعداد غالف در بوته عملکرد دانه وزن صد دانه طول ساقه و شاخص برداشت در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود. کمترين طول غالف تعداد غالف در بوته وزن غالف عملکرد دانه و شاخص برداشت در سطح چهارم نانوذرات اکسید مس حاصل گشت. همچنین جذب و تجمع نانوذرات اکسید روي در دانه بیشتر از نانوذرات مس بود. واژههاي کلیدي: اکسید روي اکسید مس لوبیاچیتی ورمیکمپوست نانوذرات * مسئول مکاتبه: behboudi.e@gmail.com 33

2 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 مقدمه تجمع جذب نانو مواد کربنی و فلزي توسط گیاهان زمینه تحقیقاتی جديدي میباشد. جذب جابجايی و بسته به گونههاي نانوذرات گیاهی و نوع اندازه ترکیب شیمیايی ساختمان و استحکام نانوذرات متفاوت میباشد )ريکو و همکاران 2(. تاکنون بیشتر مطالعات روي نانوذرات اکسید روي اکسید آهن دياکسید سلنیوم و دياکسید تیتانیوم انجام شده است و بیشتر اين مطالعات فقط تا مرحله جوانهزنی میباشند که سبب محدوديت اطالعات در اين زمینه شده است چون در اين مرحله از رشد ريشه و سیستم آوندي گیاه به خوبی توسعه پیدا نکرده است کینرسلی و اسکات و ارزيابی نانوذرات 2 تايز و زايگر )ايسال و آراگوس 2 8(. بنابراين نیاز فوري به بررسی سمیت اکولوژيکی ريسک محیطی آنها براي موجودات زنده در سطوح غذايی متفاوت و قابلیت دسترسی زيستی و تجمع زيستی اين مواد از طريق زنجیرههاي غذايی احساس میگردد )لین و زينگ.)28 مس و روي دو عنصر اساسی براي رشد گیاه میباشند اما در غلظتهاي باال براي گیاهان سمی میباشند )آن 24(. عنصر مس در بسیاري از آنزيمهاي اکسید و احیا کننده و فرايندهاي فتوسنتز و تبادل هیدروکربنها و پروتئینها شرکت دارد و همچنین بخشی از چندين آنزيم اکسیدکننده نظیر آنزيم آسکوربیکاسید اکسیداز و پلیفنول اکسیداز میباشد )منجل و کرکباي 82( و عنصر روي براي سنتز آنزيمهايی که در سنتز تريپتوفان که پیشنیاز تولید ايندول استیک اسید میباشد ضروري است )لیندسی 72(. روي همچنین يک جزء تشکیل دهندهي کربنیک آنهیدراز است )سرمدنیا و کوچکی 6(. اين عنصر در فعالیت اکسینها و ساخت پروتئین تولید دانه و سرعت تکامل دانه ضروري است )ملکوتی و لطف الهی 8(. ون آسک و همکاران )88( اثرات سمیت فلزات سنگین روي و کادمیوم را بر لوبیا در محلول غذايی بررسی کردند و نتايج نشان داد با افزايش مقدار روي و کادمیوم مقدار اين عناصر در برگها افزايش و طول ساقه کاهش يافت. لوپزمورنو و همکاران )2( در بررسی جذب و تجمع نانوذرات اکسیدروي دانههاي سويا توسط مشاهده نمودند عنصر روي جذب شده توسط جوانهها بهطور معنیداري در غلظت 5 میلیگرم بر لیتر بیشتر بود و در غلظتهاي باالتر تجمع نانوذرات باعث کاهش جذب و تجمع گرديد. همچنین با افزايش غلظت نانوذرات طول ريشهي سويا کاهش يافت. لی و همکاران )28( در بررسی اثر نانوذرات مس بر لوبیا و گندم در محیط کشت تهیه شده از آگار 39

3 فريده بهبودي و همكاران مشاهده نمودند نانوذرات مس میتوانند از غشاء سلول عبور کرده و در سلولها تجمع يابند. همچنین اين نانوذرات سبب کاهش رشد ريشه و جوانهها در غلظتهاي باالتر شدند. دمتريوس و همکاران )2( اثرات 5 نانو ذره )نانو تیوپ کربن چند جداره نقره مس دي اکسید روي سیلسیوم( را بر جوانهزنی طول ريشه و ماده خشک کدو ارزيابی کردند و مشاهده نمودند نانوذرات مس سبب کاهش طول ريشه نسبت به شاهد شد و بیوماس گیاه تحت تأثیر نانوذرات مس نقره و نانو تیوپ کربن کاهش يافت. لین و زينگ )27( سمیت گیاهی نانوذرات روي اکسید روي آلومینیوم آلومینا و نانو لولههاي کربنی چند جداره را در سطوح جوانهزنی و رشد ريشهي در شش گونه گیاه آلی )تربچه کلزا چچم کاهو ذرت و کدو( بررسی کردند. نتايج نشان داد نانوذرات تأثیري در جوانهزنی ندارند فقط نانوذرات روي در گیاه چچم و نانوذرات اکسیدروي در ذرت تأثیر داشتند. بازدارندگی رشد ريشه عموما بین نانوذرات و گیاهان نتايج متفاوتی داشت و تحت تأثیر غلظت نانوذرات واقع شد. يورکلی و پورگالی )26( در بررسی سمیت مس بر لوبیا مشاهده نمودند در غلظت باال میزان مس در بافتهاي ريشه ساقه و برگ افزايش ولی مقدار کلروفیل )a و b( کاهش يافت. کوپیک و منیس )26( در بررسی اثر سمیت مس بر لوبیا چشم بلبلی مشاهده نمودند در غلظتهاي باالي مس رشد ريشهها و ساقهها کاهش يافت. همچنین در غلظتهاي باالي اين عنصر ريشهها قهوهاي کوتاه و الغر گرديدند. کاوندر و همکاران )23( در بررسی اثرات تغذيهاي و زيستی ورمیکمپوست بر سورگوم مشاهده نمودند ورمیکمپوست سبب افزايش قابلیت دسترسی پتاسیم فسفر و نیتروژن بهخصوص فسفر در خاک گرديد. همچنین وزن خشک ريشه و ساقه افزايش يافت. هدف از اين تحقیق با توجه به نوظهوري نسبی فناوري نانو و مطالعات کم اثرات مضر آن روي سیستمهاي زيستی بهخصوص گیاهان فراهم نمودن اطالعاتی در مورد سمیت گیاهی نانوذرات با بررسی دو نوع نانوذرات بر رشد گیاه لوبیاچیتی و تجمع زيستی اين نانوذرات در دانه گیاه بود. مواد و روشها اين آزمايش بهصورت آزمايش فاکتوريل در قالب طرح بلوکهاي کامل تصادفی با سه عامل میزان نانوذرات در چهار سطح )صفر- /2-/8-/4 گرم بر کیلوگرم وزن تر بستر با رطوبت 35 درصد( ورمیکمپوست در سه سطح )2/5 5 و 7/5 درصد وزنی بستر( و نوع نانوذرات در دو 33

4 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 سطح )اکسید مس و اکسید روي( در 3 تکرار در گلخانه دانشکده کشاورزي دانشگاه تربیت مدرس در سال 3 انجام شد. کرم خاکی گونهي نانوذرات اکسید مس از شرکت نوترينو و و خاک از مزرعه تحقیقاتی دانشگاه SMC Eisenia fetida از روي اکسید نانوذرات گرديدند. در جداول و 2 به برخی از ويژگیهاي مواد مصرفی اشاره شده است. پژوهشگاه صنعت نفت تهیه جدول - برخی از خصوصیات SMC مصرفی هدايت الکتريکی اسیديته سديم پتاسیم کلسیم روي مس کربن آلی دسی زيمنس بر متر پی پی ام درصد 6/ /6 2/37 جدول 2- برخی از خصوصیات نانوذرات مصرفی ويژگی اکسید روي اکسید مس 8 خلوص )%( >6 >5 اندازه ذرات )نانومتر( <8 <8 سطح ويژه )مترمربع بر گرم( رنگ سفید سیاه خاک مصرفی داراي بافت لومی اسیديته 7/2 هدايت الکتريکی /63 دسی زيمینس بر متر میزان مس و روي بهترتیب / 2/8 میلیگرم بر کیلوگرم بود. گیاه مورد نظر براي کشت لوبیاچیتی ).L )Phaseolus vulgaris رقم صدري انتخاب و از مؤسسه تحقیقات اصالح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه گرديد. اين رقم داراي تیپ رونده با میانگین عملکرد 2464 کیلوگرم در هکتار متوسط ارتفاع بوته 8 سانتیمتر متوسط دوره رشد و نمو 8 روز متوسط وزن دانه 45 گرم پروتئین دانه 22 درصد مقاوم به ريزش دانه و متحمل به بیماري ويروس موزائیک میباشد. براي شروع آزمايش نیاز به آمادهسازي بسترها بود. بنابراين ابتدا SMC بهمدت روز هوادهی و آبدهی گرديد تا از طريق گاز آمونیاک و نمکهاي آن کاهش يافته و سبب مرگ و میرکرمها نشود. سپس بسترهاي آماده شده داخل گلدانهاي 7 کیلويی ريخته شدند. پس از اين مراحل تعداد 3 عدد کرم - SMC: Spent mushroom compost 33

5 فريده بهبودي و همكاران بالغ انتخاب و به بسترها اضافه شدند. بهمدت يک هفته کرمها در اين شرايط با دماي 2 الی 25 درجهي سانتیگراد )محیط( و رطوبت بسترها حدود 6 تا 8 درصد که محدودهي مناسبی را جهت زيست کرمهاي خاکی تشکیل میدهد نگهداري شدند تا به شرايط جديد عادت کنند )ادوارد 8(. در اين مدت هر روز رطوبت بستر با اسپري آب روي بسترها تحت کنترل بود. بعد از يک هفته نانوذرات اکسید مس و اکسید روي بهمیزان )صفر /8 /4 و /2 گرم بر کیلوگرم وزن بستر( در 4 سیسی آب حل شده و به هر يک از بسترها اضافه گرديد. طی دو هفته متوالی تعداد 2 کرم از هر بستر بهمنظور آزمونهاي زيستمحیطی )اثر اين نانوذرات بر کرم خاکی( خارج گرديدند. در نهايت در هر بستر تعداد کرم باقی ماند و براي تولید ورمیکمپوست در شرايط رطوبتی و دمايی اشاره شده در باال بهمدت سه ماه پرورش يافتند. بعد از سه ماه با توجه به تغییر شکل و رنگ مواد بستري ورمیکمپوست آماده شده به نسبتهاي )2/5 5 و 7/5 درصد وزنی بستر کشت( با خاک کامال مخلوط شده و در گلدانها ريخته شدند. به منظور کشت لوبیا در هر گلدان تعداد 6 عدد بذر که قبال با قارچکش مانکوزب به نسبت دو در هزار ضد عفونی شده بودند بهصورت هیرمکاري کشت گرديدند. پس از جوانهزنی بذرها و در مرحلهي چند برگی که خطر از بین رفتن بوته حداقل بود عمل تنک انجام و در هر گلدان سه گیاهچه نگه داشته شد. در طی رشد و نمو گیاه کلیهي مراقبتهاي زراعی نظیر وجین دستی علفهاي هرز مبارزه با آفات و بیماريها و آبیاري انجام گرديد. براي سنجش میزان سبزينگی برگها در مرحلهي قبل از گلدهی از هر گلدان و از هر بوته سه برگ بهصورت تصادفی از وسط بوته انتخاب و میزان سبزينگی 2 اندازهگیري گرديد. پس از قهوهاي شدن حدود تعداد آنها توسط دستگاه اسپد مدل 52 3 غالفها آبیاري قطع گرديد و غالفها بهعلت غیر يکنواختی در رسیدگی در چندين مرحله برداشت و تعداد طول و وزن غالفها و تعداد دانه در غالف براي هر بوته شمارش و براي تک بوته میانگینگیري شد. متوسط وزن دانه بر اساس اندازهگیري عملکرد تک بوته از فرمول زير استفاده شد: 4 عملکرد = متوسط وزن هر دانه تعداد دانه در هر غالف تعداد غالف در بوته درصد رطوبت اندازهگیري گرديد. براي - Spad

6 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 پس از برداشت غالفها طول ساقه محاسبه و براي تک بوته میانگینگیري شد. براي اندازهگیري عملکرد زيست توده در مرحلهي رسیدگی کلیهي بوتهها از محل طوقه قطع و سپس خشک و توزين گرديدند. شاخص برداشت از نسبت عملکرد اقتصادي يا عملکرد دانه به عملکرد زيست توده به شرح فرمول مقابل بهدست آمد: عملکرد دانه عمکرد زيست توده = شاخص برداشت براي اندازهگیري پروتئین دانه مقدار يک گرم از هر نمونه آسیاب شده و در 5 سیسی اسید سولفوريک حل شده و با 5 گرم کاتالیزور به حجم رسانیده شد و سپس با استفاده از دستگاه کجلدال مدل Analyzer 030 پروتئین آنها تعیین گرديد )بردفورد 76(. همچنین براي اندازهگیري غلظت عناصر مس و روي در دانهها مقدار يک گرم از دانههاي بهدست آمده آسیاب و توسط يک گرم اسید نیتريک هضم شده و سپس مقدار غلظت روي و مس آنها توسط دستگاه فلئم فتومتر جذب اتمی مدل AA670 اندازهگیري گرديد )وينید دوناند 22(. تجزيه و تحلیل دادهها با استفاده از نرمافزار SAS به روش GLM انجام شد و مقايسه میانگین آنها به روش )%5=α( LSD تعیین گرديد. نتايج و بحث سبزینگی برگ: برهمکنش مقدار نانوذرات نوع نانوذرات و مقدار ورمیکمپوست معنیدار شد )جدول 3(. نتايج نشان داد مقدار سبزينگی برگها در سطوح يکسان ورمیکمپوست با افزايش نانوذرات اکسید مس و اکسید روي کاهش يافت. در سطوح شاهد و /4 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس و اکسید روي با افزايش ورمیکمپوست سبزينگی برگها در ابتدا افزايش و سپس کاهش يافت بهطوريکه بیشترين مقدار سبزينگی در سطح 5 درصد وزنی ورمیکمپوست حاصل گشت و در سطوح /8 و /2 گرم بر کیلوگرم )به جزء سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس( اين نانوذرات با افزايش ورمیکمپوست سبزينگی برگها کاهش يافت. بیشترين سبزينگی در سطح شاهد نانوذرات در سطح 5 درصد وزنی ورمیکمپوست بدست آمد )جدول 4(. 33

7 فريده بهبودي و همكاران جدول 3- تجزیه واریانس تأثیر نانوذرات ورمیکمپوست و نوع نانوذرات بر برخی ویژگیهاي لوبیاچیتی منبع تغییر درجه آزادي سبزينگی طول غالف تعداد غالف در بوته میانگین مربعات وزن غالف تعداد دانه در غالف وزن صد دانه عملکرد دانه /23 ns 8/5 ** 27/37 ** /8 ns 3/4 ** /2 ns /4 ns /8 ns /56 8/6 4/5 ns 75/4 ** 682/5 ** 45/63 ** 76/24 ** 2/44 * 2/2 ns 8/42 ** 4/2 7/33 /8 ns 2/77 ** /4 ns /76 * /25 ns /5 ns /4 ns /3 ns /8 7/35 /5 ns /36 ** /23 ** /357 ** /3 ** /28 ** /3 ns /8 * /7 /6 /32 ns /8 ** 6/72 ** /8 ns 2/43 ** /8 ns /24 ns /7 ns /34 /38 /6 ns /25 ** 6/83 ** /54 ns 2/5 ** /54 ns /8 ns /2 ns /42 6/52 7/87 ** 367/88 ** 35/56 ** 47/6 ** 2/46 ** 24/2 ** 7/4 ** 4/86 ** /36 2/ تکرار عامل A )نانوذرات( عامل B )نوع نانوذرات( عامل C )ورمیکمپوست( اثر متقابل A B اثر متقابل A C اثر متقابل B C اثر متقابل A B C اشتباه آزمايشی ضريب تغییرات )درصد( ** * و :ns بهترتیب معنیدار در سطوح احتمال % %5 و غیر معنیدار ادامه جدول 3- تجزیه واریانس تأثیر نانوذرات ورمیکمپوست و نوع نانوذرات بر برخی ویژگیهاي لوبیاچیتی منبع تغییر درجه آزادي عملکرد زيست توده شاخص برداشت میانگین مربعات طول ساقه پروتئین دانه غلظت مس و روي /3 ns 7/64 ** 46/5 ** 36/8 ** 7/82 ** 3/38 ** /75 ** /757 ** /3 /5 /6 ns 3/64 ** 2/523 ** /55 ** /68 ** /722 ** /67 ** /4 ** /6 /36 8/88 ns 243/65 ** 566/6 ** 38/4 ** 33/2 ** 6/57 * 22/ * 7/2 ns 6/2 2/37 6/73 ns 473/ ** 22/27 ** 22/5 ns 54/ ** 27/3 ns /8 ns /4 ns 3/6 4/2 2/4 ns 347/57 ** 65/5 ** 2/24 ns /25 ** 2/87 ** /8 ns /52 ns /76 / تکرار عامل A )نانوذرات( عامل B )نوع نانوذرات( عامل C )ورمیکمپوست( اثر متقابل A B اثر متقابل A C اثر متقابل B C اثر متقابل A B C اشتباه آزمايشی ضريب تغییرات )cv%( ** * و :ns بهترتیب معنیدار در سطوح احتمال % %5 و غیر معنیدار 32

8 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 جدول 4- مقایسه میانگین اثر متقابل نانوذرات ورمیکمپوست و نوع نانوذرات بر برخی ویژگیهاي لوبیاچیتی )%7/5( 42/3 def 37/86 ji 35/ kl 35/3 l /47 a /3 c /24 efd / gh 4/72 ab 3/3 cd 26/46 ef 7/6 i 23/8 a 22/85 d 22/7 fgh 22/4 fg 2/87 j 38/37 c 4/3 b 42/6 a )%5( )%/2/5( )%7/5( )%5( )%/2/5( سطوح ورمیکمپوست )درصد وزنی بستر( نانوذرات )گرم بر کیلو گرم( اکسید مس نوع نانوذرات سبزينگی )اسپد( اکسید روي 5/6 a 44/63 cb 3/6 ghi 37/36 jki /3 bc /26 cd /23 efd /4 ji 43/4 a 32/46 cd 26/7 ef 27/ ef 23/4 c 22/8 d 22/ fg 22/2 f 2/54 k 36/77 f 37/2 e 37/48 d 4/76 efg 4/3 fgh 38/3 ghi 38/36 hi وزن غالف )گرم ) /3 bc /24 ef /24 ef /3 jki وزن صد دانه )گرم( 3/56 b 33/4 c 2/2 de 24/23 fgh 42/36 de 36/4 jkl 32 m 32/56 m /5 a /2 c /6 hi / k 4/22 ab 22/2 h 7/35 i 3/57 j پروتئین دانه )درصد( 22/38 e 22/ fg 22/34 e 22/34 e 23/3 b 22/ fgh 2/77 j 2/8 j غلظت مس و روي در دانه )پی پی ام( 2/6 l 34/35 i 35/46 h 36/3 g 7/3 t 2/4 q 22/42 m 22/5 m 5 a 42/6 cd 37/3 kji 32/5 m /35 b /22 efg /6 hi / jk 42/72 ba 25/67 fg 22/3 h /63 j 22/7 d 22/5 g f 2/82 ji 2/83 ji 7/2 u 2/28 r 2/83 o 2/4 n 45/86 b 4/4 fg 38/43 hi 32/86 m /3 c /2 fgh /3 jki /2 jki 3/66 b 25/76 fg 22/4 gh 4/38 ij 22/36 e 2/5 hi 2/5 hi 2/7 ghi 7/2 u /5 s 2/45 pq 2/5 p در هر ستون و رديف اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. /4 /8 /2 /4 /8 /2 /4 /8 /2 /4 /8 /2 /4 /8 /2 94

9 فريده بهبودي و همكاران 9 مقدار سبزينگی برگها در صورت مصرف نانوذرات اکسید مس نسبت به عدم مصرف آنها در سطوح 5 2/5 و 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست بهترتیب 24 8 و 2 درصد کاهش و در صورت مصرف نانوذرات اکسید روي نسبت به عدم مصرف آنها در سطوح 5 2/5 و 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست بهترتیب 3/7 و 3 درصد کاهش يافت )جدول 4(. السپینا و همکاران )25( اظهار داشتند عوامل ايجاد کننده تنش اکسیداتیو مانند تنش فلزات سنگین ممکن است محتوي کلروفیل را به وسیله برهم زدن تعادل در بازگشت پروتئینهاي کمپلکس سیستم نوري 2 کاهش دهند. همچنین تنش طوالنی مدت مس موجب تخريب کلروفیل در گیاه چاودار شده است )علی و الکورانی 24(. بنابراين بهنظر میرسد کاهش معنیدار رنگیزههاي فتوسنتزي گیاهان تحت تنش مس و روي عموما بهعلت تجزيه فزاينده کلروفیل آنها باشد )واسیل و همکاران 23(. نتايج مشابهی در آزمايش يورکلی و پورگالی )26( در بررسی اثرات سمیت مس بر لوبیا مشاهده گرديد. وزن غالف طول غالف و تدداد غالف در بوته: نتايج وزن غالفها نشان داد کلیه اثرات به غیر از )برهمکنش نوع نانوذرات و ورمیکمپوست( معنیدار شد و در نتايج طول غالف و تعداد غالف در بوته برهمکنش نانوذرات و نوع نانوذرات معنیدار شد )جدول 3(. در سطوح يکسان ورمیکمپوست با افزايش هر /4 دو نانوذرات وزن غالفها کاهش يافت. با افزايش ورمیکمپوست در سطوح شاهد و گرم بر کیلوگرم نانوذرات وزن غالفها افزايش يافت و در سطوح کیلوگرم هر دو گرم بر /2 و /8 نانوذرات و نیز سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید روي تفاوت معنیداري بین سطوح مختلف ورمیکمپوست مشاهده نگرديد. بیشترين وزن غالف در سطح شاهد نانوذرات در سطح 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست حاصل گرديد )جدول 4(. با افزايش میزان نانوذرات اکسید مس و اکسید روي طول غالف و تعداد غالف در بوته کاهش يافت. بیشترين اندازه غالف در سطح شاهد هر دو نانوذرات و کمترين در سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس و کمترين تعداد غالف در بوته در سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس حاصل گشت. همچنین در سطوح يکسان نانوذرات )به جزء سطح شاهد( طول غالف و تعداد غالف در بوته در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود )جدول 5(. با توجه به غلظتهاي باال نتايج تحقیقات میتوانند لی و همکاران سبب کاهش رشد ريشه )28( و ون و همکاران )8( جذب مواد غذايی و کلروفیل مس و روي در در گیاه شوند و همچنین با توجه به کاهش میزان سبزينگی برگها در اين آزمايش احتماال بهعلت کاهش جذب مواد

10 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 غذايی توسط ريشهها و کاهش فتوسنتز گیاه مقدار رشد گیاه کاهش يافته است. همچنین نانوذرات اکسید مس تأثیر منفی بیشتري براي گیاه به همراه داشت که احتماال بهدلیل سمیت بیشتر اين نانوذرات براي گیاه بود. صفات طول غالف )سانتیمتر( تعدا غالف در بوته عملکرد دانه )گرم( عملکرد زيست توده )گرم( شاخص برداشت )درصد( طول ساقه )سانتیمتر( جدول 5- مقایسه میانگین اثر متقابل نانوذرات و نوع نانوذرات بر برخی ویژگیهاي لوبیاچیتی اکسید مس /4 نوع نانوذرات /8 نانوذرات )گرم بر کیلوگرم( /4 /2 اکسید روي /2 /6 cd 4/3 b 2/52 d 2/24 cd /68 e 3/5 cd /8 /3 c 5/84 a 3/63 c 2/34 cd /8 c 5/75 bc /66 b 5/76 a 4/3 b 4/54 b /2 b 6/36 b /3 ab 6/3 a 7/24 a /5 a /2 ab /3 a 8/25 e 3/36 d /8 f 7/35 e /35 g 5/46 e /7 d 4/25 c /82 e /84 d /56 f 8/8 e /7 c 5/7 b 3/36 c 3/45 bc /83 d /78 d /55 a 6/2 a 7/4 a /8 a /24 a 7/4 ab در هر رديف اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. وزن صددانه عملکرد دانه و تدداد دانه در غالف: نتايج وزن صد دانه نشان داد کلیه اثرات به غیر از )برهمکنش نوع نانوذرات و ورمیکمپوست( معنیدار و در عملکرد دانه اثر اصلی نانوذرات نوع نانوذرات و برهمکنش نانوذرات و نوع نانوذرات معنیدار شد. نتايج تعداد دانه در غالف نشان داد بین اثر اصلی نانوذرات و ورمیکمپوست تفاوت معنیدار وجود داشت )جدول 3(. وزن صد دانه در سطوح يکسان ورمیکمپوست با افزايش نانوذرات اکسید مس و اکسید روي کاهش يافت. در سطح شاهد نانوذرات اکسید مس تفاوت معنیداري از نظر وزن صد دانه بین سطوح مختلف ورمیکمپوست مشاهده نگرديد و در سطح شاهد نانوذرات اکسید روي با افزايش ورمیکمپوست وزن صد دانه افزايش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات و ورمیکمپوست )به جزء سطح شاهد( وزن صد داته در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود. کمترين وزن صد دانه در سطح /4 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس حاصل گشت )جدول 4(. 99

11 فريده بهبودي و همكاران سطح با افزايش میزان هر دو نانوذرات عملکرد دانه کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات )به جزء شاهد( عملکرد دانه در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود. بیشترين عملکرد دانه در سطح شاهد نانوذرات و کمترين در سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات اکسید مس بدست آمد. عملکرد دانه در صورت مصرف نانوذرات اکسید مس نسبت به عدم مصرف اين نانوذرات 73 درصد کاهش و در صورت مصرف نانوذرات اکسید روي نسبت به عدم مصرف آنها 48 درصد کاهش يافت )جدول با افزايش 5(. نانوذرات تعداد دانه در غالف کاهش افزايش ورمیکمپوست تعداد دانه در غالف در افزايش يافت )جدول 7(. با 6( و )جدول يافت با توجه به اينکه تحت شرايط ويژهي رشد گیاهان میتوانند عناصر ضروري و غیر ضروري را باالتر از نیازشان جذب کنند و در نتیجه سبب سمیت در گیاه شوند )کی و همکاران 27( و نتايج آزمايشات لوپز و همکاران مورنو )2( و دمتريوس و همکاران )2( که نشان داد نانوذرات اکسید روي و اکسید مس در غلظتهاي باال سبب کاهش رشد کوتاه باريک و قهوهاي شدن ريشهها میگردند بنابراين وقتی رشد ريشهها کاهش يابد جذب مواد غذايی و در نتیجه رشد گیاه کاهش میيابد و همچنین با توجه به کاهش میزان سبزينگی برگها مقدار فتوسنتز کاهش يافته و در مجموع اين عوامل میتواند سبب کاهش عملکرد و اجزاي عملکرد شوند. نانوذرات )گرم بر کیلوگرم( جدول 6- مقایسه میانگین تأثیر نانوذرات بر تدداد دانه در غالف لوبیاچیتی تعداد دانه در غالف 2/ a 2/6 b 2/2 c 2/5 c /4 /8 /2 در هر ستون اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. جدول ورمیکمپوست 7- مقایسه میانگین تأثیر میزان ورمیکمپوست بر تدداد دانه در غالف لوبیاچیتی )درصد وزنی بستر( تعداد دانه در غالف 2/36 b 2/32 b 2/65 a 2/5 5 7/5 93

12 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 در هر ستون اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. عملکرد زیست توده شاخص برداشت و طول ساقه: نتايج عملکرد زيست توده نشان داد برهمکنش نانوذرات و نوع نانوذرات و برهمکنش نانوذرات و ورمیکمپوست معنیداري شد. نتايج شاخص برداشت نشان داد برهمکنش میزان نانوذرات در نوع نانوذرات معنیدار و در نتايج طول ساقه کلیه برهمکنشهاي دوگانه معنیدار شد )جدول 3(. با افزايش میزان هر دو نانوذرات عملکرد زيست توده کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات )بهجزء /2 گرم بر کیلوگرم( تفاوت معنیداري بین نانوذرات اکسید مس و اکسید روي مشاهده نگرديد و در سطح /2 گرم بر کیلوگرم نانوذرات عملکرد زيست توده در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود )جدول 5(. عملکرد زيست توده با افزايش نانوذرات در سطوح مختلف ورمیکمپوست کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات )به جزء سطح شاهد( تفاوت معنیداري بین سطوح مختلف ورمیکمپوست مشاهده نگرديد و در سطح شاهد نانوذرات با افزايش ورمیکمپوست عملکرد زيست توده افزايش يافت )جدول 8(. کاهش عملکرد زيست توده گیاهی در پاسخ به تنش فلزات سنگین مختلف توسط گروهی از محققین نیز گزارش شده است )ماشوري و دوبی 28 ال کورنی 2 لو 2( با افزايش میزان هر دو نانوذرات شاخص برداشت و طول ساقه کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات )به جزء سطح شاهد( شاخص برداشت و طول ساقه در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانو ذره ديگر بود )جدول 5(. با توجه به معنیدار بودن برهمکنش نانوذرات در ورمیکمپوست مشاهده گرديد با افزايش نانوذرات در کلیه سطوح ورمیکمپوست طول ساقه کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات از نظر اين صفت تفاوت معنیداري بین سطوح مختلف ورمیکمپوست مشاهده نگرديد )جدول 8(. همچنین طول ساقه در نانوذرات اکسید مس با افزايش ورمیکمپوست کاهش يافت و در نانوذرات اکسید روي تفاوت معنیداري بین سطوح مختلف ورمیکمپوست مشاهده نگرديد و در سطوح يکسان ورمیکمپوست طول ساقه در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود )جدول (. بنابراين احتماال نانوذرات قادر به افزايش نفوذپذيري ديواره سلول گیاهی بوده و با ايجاد منافذ در ديواره به سلولها نفوذ میکنند بعد از ورود به سلول نانوذرات ممکن است از بین سلولها از طريق پالسمودسماتا انتقال يابند و به سلولهاي ساقه برسند و سبب کاهش رشد ساقه گردند. نتايج مشابهی در آزمايش ون و همکاران )88( و کوپیک و منیس )26( گزارش گرديده است. 99

13 فريده بهبودي و همكاران جدول 8- مقایسه میانگین اثر متقابل نانوذرات و ورمیکمپوست بر عملکرد زیست توده و طول ساقه لوبیا چیتی نانوذرات )گرم بر کیلوگرم( 2/5 عملکرد زيست توده )گرم( 5 میزان ورمیکمپوست )درصد وزنی بستر( 2/5 7/5 طول ساقه )سانتی متر( 7/5 /4 a 2/3 cd /6 de 7/6 e 5 8/ ab 3/73 bcd 2/6 cd /6 de 7/ ab 6/36 abc 3/68 bcd /76 cde 2/ a 3/2 cde /43 ef /3 fg 2/55 a 3/84 cd /74 def 8/87 g 7/ b 4/86 c /5 ef /2 fg /4 /8 /2 در هر ستون و رديف اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. جدول 9- مقایسه میانگین اثر متقابل نوع نانوذرات و ورمیکمپوست بر طول ساقه لوبیا چیتی نوع نانوذرات طول ساقه )سانتیمتر( 2/5 اکسید مس 5 میزان ورمیکمپوست )% وزنی بستر( 2/5 7/5 اکسید روي 7/5 6/8 ab 5 5/82 ab 6/78 a 8/3 d /3 cd 2/63 bc در هر رديف اعداد داراي حداقل يک حرف مشابه بر اساس آزمون LSD در سطح %5 فاقد تفاوت معنیدار میباشند. تجمع مس و روي در دانه و پروتئین دانه: نتايج پروتئین دانه و غلظت مس و روي در دانه نشان داد برهمکنش نانوذرات نوع نانوذرات و ورمیکمپوست معنیدار شد )جدول 3(. مقدار پروتئین دانه در کلیه سطوح ورمیکمپوست با افزايش نانوذرات اکسید مس و اکسید روي کاهش يافت. پروتئین دانه با افزايش ورمیکمپوست در سطوح شاهد و /4 گرم بر کیلوگرم نانوذرات افزايش و در سطوح /8 و /2 کاهش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات و ورمیکمپوست )بهجزء سطح شاهد نانوذرات در سطح 2/5 درصد وزنی ورمیکمپوست( میزان پروتئین دانه در نانوذرات اکسید روي بیشتر از نانوذرات اکسید مس بود. بیشترين مقدار در سطح شاهد نانوذرات اکسید روي در سطح 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست حاصل گشت )جدول 4(. در صورت مصرف نانوذرات اکسید مس پروتئین دانه در سطوح 5 2/5 و 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست بهترتیب 3/75 /8 و 6/4 درصد کاهش و در صورت مصرف نانوذرات اکسید 93

14 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 روي در سطوح 5 2/5 و 7/5 درصد وزنی ورمیکمپوست بهترتیب 3/3 /4 و 6/ درصد کاهش يافت )جدول 4(. در سطوح يکسان نانوذرات اکسید مس و اکسید روي )بهجزء سطح شاهد( با افزايش ورمیکمپوست غلظت مس و روي در دانه افزايش يافت )جدول 4(. طبق نتايج حاصل از آزمايشی در ترکیه با کاربرد ورمیکمپوست در خاک غلظت روي و مس قابل جذب خاک نسبت به شاهد افزايش معنیداري پیدا کرد )ردوان 24(. در کلیه سطوح ورمیکمپوست با افزايش نانوذرات اکسید مس و اکسید روي غلظت مس و روي در دانه افزايش يافت. در سطوح يکسان نانوذرات و ورمیکمپوست غلظت روي در دانه بیشتر از مس بود )جدول 4(. نتايج مشابهی در آزمايش ون و همکاران )88( يورکلی و پورگالی )26( و لین و زينگ )27( مشاهده گرديد. جذب مس کمتر از روي بود که نشان دهنده حساسیت بیشتر گیاهان به اين نانو ذره بود. با توجه به اينکه سلولهاي گیاهی داراي ديواره سلولی نیمه نفوذپذيرند بنابراين مولکولهاي با اندازه کمتر از چند نانومتر میتوانند از ديواره سلولی عبور کنند )استومن و همکاران 22( بنابراين با عبور نانوذرات از سلولهاي گیاهی احتماال اين نانوذرات از طريق آوندها و همراه مواد غذايی به دانهها رسیده و در آنها تجمع يافتهاند. همچنین احتماال بهدلیل اندازه کوچکتر نانوذرات اکسید روي نسبت به نانوذرات اکسید مس میزان جذب و تجمع آن در دانه از نانو ذره ديگر بیشتر بود. نتيجهگيري نهايي نتايج حاصل از اين تحقیق نشان داد با افزايش میزان نانوذرات اکسید مس و اکسید روي رشد و عملکرد گیاه کاهش يافت و همچنین اين نانوذرات توسط گیاه جذب گرديده و در دانهها تجمع يافتند. بنابراين الزم است در مورد سمیت نحوه مصرف و ورود نانوذرات به محیطزيست و اثرات زيستمحیطی آنها بر رشد و عملکرد گیاهان تحقیقات کافی به عمل آيد. منابع.Ali, A., and Alqurainy, F Activities of antioxidants in plants under environmental stress. Dep. Of Botany, Faculty of Science, Zagazig University, Zagazig, Egypt. Pp: Al-Qurainy, F Toxicity of heavy metals and their molecular detection on Phasolus vulgaris (L.). Aust. J. Basic. Appl. Sci. 3:

15 فريده بهبودي و همكاران 3.An, Y.J Soil ecotoxicity assessment using Cadmium sensitive plants. Environ. Pollut. 27: Bradford. M.M A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical. Biochemistry 72: Cavender, N.D., Atiye, R.M., and Knee, M Vermicompost stimulates mycorrhizal colonization of roots of Sorghum bicolor at the expense of plant growth. Pedobiol. 47: Dimitrioss, T., Saionk, S. and Jason C.W Assay-dependent phytotoxicity of nanoparticles to plants. Environ. Sci. Technol. 43: Edwards, C.A The use of earthworms in the breakdown and management of organic wastes. In C.A. Edwards, ed. Earthworm Ecology. St. Lucie Press, Boca Raton, FL, USA. P Isla, R., and Aragues, R Yield and plant ion concentrations in maize (Zea mays L.) subject to diurnal and nocturnal saline sprinkler irrigations. Field Crops Res. 6: Ke, W.S., Xiong, Z.T., Chen, S., and Chen, J Effects of copper and mineral nutrition on growth, copper accumulation and mineral element uptake in two Rumex japonicas populations from a copper mine and an uncontaminated field sites. Environ. Exp. Bot. 59: Kinnersley, R.P., and Scott, L.K Aerial contamination of fruit through wet deposition and particulate dry deposition. J. Environ. Radioact. 52: Kopittke, P.M., and Menzies, N.W Effect of Cu toxicity on growth of cowpea (Vigna unguiculata). Plant and Soil. 279: Laspina, N.V., Groppa, M.D., Tomaro, M.L., and Benavides, M.P Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress. Plant Sci. 69: Lee, W.M., An, Y.J., Yoon, H., and Kweon, H.S Toxicity and bioavailability of copper nanoparticles to the terrestrial plants mung bean (Phaseolus radiatus) and wheat (Triticum aestivum): plant agar test for waterinsoluble nanoparticles. Environ. Toxic. Chem. 27: Lindsay, W.L In Micronutrients in Agriculture. Madison, Wis.: Soil Science Society of America. Adv. Agron. 24: Lin, D.H., and Xing, B.S Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth. Environ. Pollution. 50: Lin, D.H, and Xing, B.S Root uptake and phytotoxicity of ZnO nanoparticles. Environ. Sci. Technol. 42: Lopez-Moreno, M.L., De La Rosa, G., Hernandez-Viezcas, J.A., Castillo- Michel, H., Botez, C.E., Peralta-Videa, J.R., and Gardea-Torresdey, J.L Evidence of the differential biotransformation and genotoxicity of ZnO and 93

16 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329 CeO 2 nanoparticles on soybean (Glycine max) plants. Environ. Sci. Technol. 44: Luo, Z.B., He, X.J., Chen, L., Tang, L., Gao, S. and Chen, F Effects of zinc on growth and antioxidant responses in Jatropha curcas seedlings. Int. J. Agri. Biol. 2: Malakoti, M.J., and Lotfollahi, M.A The role of zinc in increasing quantitative and qualitative of agriculture crops and inproving society health (zinc forgotten elemental). Politics of High council decrease of using poisones and the best use of chemical manures, agriculture ministry, Keshavarzi Amozesh press. 93 p. 20.Maheshwari, R. and Dubey, R.S Inhibition of ribonuclease and protease activities in germinating rice seeds exposed to nickel. Acta. Physiol. Plant. 30: Mengel, K., and Kirkby, E.A Principles of Plant Nutrition. 3d ed. Bern: International Potash Institute. 22.Rico, C.M., Majumdar, S., Duarte-Gardea M., Peralta-Videa, J.R., and Gardea- Torresdey, J.L. 20. Interaction of Nanoparticles with Edible Plants and Their Possible Implications in the Food Chain. J. Agri. Food. Chem. 59: Ridvan, K Cu and Zn accumulation in earth worm Lumbricus terrestrist in sewag sludge amended soil and fraction of Cu and Zn casts and surrounding. Soil. Sci. 22: Sarmadnia, Gh., and Koocheki, A Crops Physiology. Mashhad jehad. Daneshgahi Press. Sixth Edition. 467 p. 25.Stoimenov, P.K., Klinger, R.L., Marchin, G.L., and Klabunde, K.Y Metal oxide nanoparticles as bactericidal agents. Langmuir. 8: Taiz, L., and Zeiger, E Plant Physiology, 2 nd ed.; Sinauer: Sunderland, M.A. 27.Van Assche, F., Cardinaels, C., and Clijsters, H Induction of enzyme capacity in plants as a result of heavy metal toxicity: Dose-Response relations in Phaseolus vulgaris L., treated with zinc and cadmium. Environ. Pollution. 52: Vassilev, A., Lidon, F., Ramalho, J.C., Doceumatos, M., and Graca, M Effects of excess Cu on growth and photosynthesis of Na + /H + ant port in the tonoplast. Planta. 224: Vinit-Dunand. F, Epron, D., Alaoui-Sosse, B., and Badot, P.M Effects of copper on growth and on photosynthesis of mature and expanding leaves in cucumber plants. Plant Sci. 63: Yurekli, F., and Porgali, Z.B The effect of excessive exposure to copper in bean plants. Acta Biol. Cracov. Bot. 48:

17 فريده بهبودي و همكاران EJCP., Vol. 6 (2): The effect of vermicompost containing copper oxide (CuO) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles on some characteristics of the wax bean *F. Behboudi, E. Allahdadi 2 and E. Mohamadi Goltape 3 M.Sc., Department of Agronomy, Tehran University, Tehran, Iran 2 Associate Professor, Agronomy Department, Tehran University, Tehran, Iran 3 Professor in Plant Pathology, Agronomy Department, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran Received: //202 ; Accepted: 09/0/203 Abstract In order to study the effect of vermicompost containing copper oxide and zinc oxide nanoparticles on wax beans, an experiment with factorial arrangement were conducted based on a randomized complete block design in three replications. The treatments were as follows: nanoparticles in 4 levels (0, 0.4, 0.8 and.2 g/kg weight of substrate), vermicompost in 3 levels (2.5, 5 and 7.5 g/kg - weight of substrate) and kind of nanoparticles in 2 levels (copper oxide and zinc oxide). After preparation of substrates, adult worm of Eisenia fetida species was added and after a week nanoparticles solution were added to substrate. After three months, vermicompost prepared according to the weight of cultivation substrate and was mixed with soil; then, wax bean seeds were sowed as a wet planting. Results showed, with increasing copper oxide and zinc oxide nano particles; pod length, number of pod in bush, biological yield, grain yield, harvest index and grain protein decreased and copper and zinc concentration in grain increased. In similar level nanoparticles (except first level), pod length, number of pod in bush, grain yield, weight of hundred grains, stem length and harvest index in zinc oxide nanoparticles were more than copper oxide nanoparticles. The least pod length, number of pod in plant, weight of pod, grain yield and harvest index obtained from the forth level of copper oxide nanoparticle. Also absorption and accumulation of zinc oxide nanoparticles in grain was more than copper oxide nanoparticles. Keywords: Nanoparticles, Zinc oxide, Copper oxide, Vermicompost, Wax bean * Corresponding author; Behboudi.e@gmail.com 92

18 34 نشريه توليد گياهان زراعي جلد ششم )3( 329