بررسی تاثیر فاضلاب تصفیه شده شهری بر رشد و فیزیولوژی گیاه ختمی (Althaea officinalis)

احمد مهتدی ¹ ( فیزیولوژی گیاهی، گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج )
فروزان قاسمی ² ( گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران )
اطهرالسادات جوانمرد ³ ( گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران )
شکوفه حاجی هاشمی ⁴ ( گروه زیست شناسی گیاهی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء (ص) بهبهان، ایران )

تاریخ ارسال : 1401/07/13 تاریخ تایید : 1401/10/04

کلید واژه: شاخص رشد, عناصر سنگین, ختمی, فاضلاب, ویژگی های فیزیولوژیک,

چکیده مقاله :

استفاده از فاضلاب تصفیه‌شده جهت آبیاری گیاهان در مناطق خشک و نیمه‌خشک از اهمیت به‌سزایی برخوردار است. ختمی (Althaea officinalis) گیاه دارویی از تیره پنیرکیان است و دارای ترکیبات لعاب‌دار و موسیلاژ فراوانی می‌باشد. این تحقیق با هدف بررسی اثر فاضلاب بر رشد و برخی از خصوصیات فیزیولوژیک گیاه ختمی صورت گرفت. بدین منظور بذر گیاهان ختمی در گلدان‌های حاوی پرلیت کشت شدند. گیاهان در مرحله چهار برگی با غلظت‌های مختلف فاضلاب تصفیه‌شده شهری یاسوج (صفر، 25 ،50،75 و 100 درصد) در سه تکرار آبیاری شدند. آزمایش در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی انجام شد. برداشت گیاهان سه هفته پس از اولین آبیاری با سطوح مختلف فاضلاب انجام شد و برخی از صفات رویشی و فیزیولوژیکی مورد سنجش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تیمار فاضلاب سبب افزایش طول گیاه، وزن تر و خشک اندام هوایی و سطح برگ گیاهان شد. بیشترین میزان رشد در تیمار گیاهان با فاضلاب رقیق‌ نشده بدست آمد. در پاسخ به تیمار فاضلاب، میزان رنگیزه‌های فتوسنتزی از قبیل کلروفیل‌های a، b و کلروفیل کل و کاروتنوئیدها افزایش معنی‌دار یافت و بیشترین میزان افزایش در تیمار 100 درصد فاضلاب مشاهده شد. آنتوسیانین‌ها و فلاونوئیدها در پاسخ به فاضلاب افزایش یافتند درحالیکه میزان پروتئین ها کاهش یافت. در پاسخ به آبیاری فاضلاب، عناصر سرب و کادمیوم در ریشه و برگ گیاهان یافت نشد. به طور کلی، نتایج این تحقیق نشان‌دهنده واکنش مثبت گیاه ختمی، به آبیاری با فاضلاب تصفیه‌شده شهری بود.

چکیده انگلیسی :

Treated wastewater is important for plant irrigation in arid and semi-arid regions. Althaea officinalis belongs to the Malvaceae family and contains high levels of glazed compounds and mucilage. The aim of this study was to investigate the effect of different levels of ‏ ‏urban wastewater on growth and some ‎physiological characteristics of Althaea officinalis. The seeds of A. officinalis were cultured in the pots containing perlite. The plants were treated with different levels of urbane wastewater of Yasouj (0, 25, 50, 75 and 100%) in three replications. The experiment was conducted in the form of randomized complete blocks design. The plants were harvested after three weeks’ irrigation with different concentrations of wastewater for further analysis. The results have shown that wastewater treatments increased the fresh and dry weight of shoots, the leaf area, the height of plant and roots length. The highest growth rate was obtained in plants irrigated with un-diluted wastewater. In response to wastewater treatment, the amount of photosynthetic pigments including chlorophylls a, b, a+b, and carotenoids increased and the highest level of increase was observed at 100% of wastewater. Anthocyanins and flavonoids increased in response to wastewater irrigation while proteins decreased. No cadmium and lead were detected in the leaves and roots of wastewater-irrigated plants. Overall, the results of this study showed a positive response of A. officinalis to urbane-wastewater-irrigation.

متن کامل:



بررسی تاثیر فاضلاب تصفیه شده شهری بر رشد و فیزیولوژی گیاه ختمی (Althaea officinalis)

 

چکیده

استفاده از فاضلاب تصفیه­شده جهت آبیاری گیاهان در مناطق خشک و نیمه­خشک از اهمیت به‌سزایی برخوردار است. ختمی (Althaea officinalis) گیاه دارویی از تیره پنیرکیان است و داراي ترکیبات لعاب‌دار و موسیلاژ فراوانی می‌باشد. این تحقیق با هدف بررسی اثر فاضلاب بر رشد و برخی از خصوصیات فیزیولوژیک گیاه ختمی صورت گرفت.‏ بدین منظور بذر گیاهان ختمی در گلدان‌های حاوی پرلیت کشت شدند. گياهان در مرحله چهار برگی با غلظت‌های مختلف فاضلاب تصفیه­شده شهری یاسوج (صفر، 25 ،50،75 و 100 درصد) در سه تکرار آبیاری شدند. آزمایش در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی انجام شد. برداشت گیاهان سه هفته پس از اولین آبیاری با سطوح مختلف فاضلاب انجام شد و برخی از صفات رویشی و فیزیولوژیکی مورد سنجش قرار گرفتند. نتايج نشان داد که تیمار فاضلاب سبب افزایش طول گیاه، وزن تر و خشک اندام هوایی و سطح برگ گیاهان شد. بیشترین میزان رشد در تیمار گیاهان با فاضلاب رقیق­ نشده بدست آمد. در پاسخ به تیمار فاضلاب، میزان رنگیزه‌های فتوسنتزی از قبیل کلروفیل­های a، b و کلروفیل کل و کاروتنوئیدها افزایش معنی­دار یافت و بیشترین میزان افزایش در تیمار 100 درصد فاضلاب مشاهده شد. آنتوسیانین‌ها و فلاونوئیدها در پاسخ به فاضلاب افزایش یافتند درحالیکه میزان پروتئین ها کاهش یافت. در پاسخ به آبیاری فاضلاب، عناصر سرب و کادمیوم در ریشه و برگ گیاهان یافت نشد. به طور کلی، نتایج این تحقیق نشان­دهنده واکنش مثبت گیاه ختمی، به آبیاری با فاضلاب تصفیه­شده شهری بود.

واژه­های کلیدی: ختمی، شاخص­رشد، عناصر سنگین، فاضلاب، ویژگی­های فیزیولوژیک

 

Effect of different levels of treated urban wastewater on growth and some physiological characteristics of Althaea officinalis

 

Abstract

Treated wastewater is important for plant irrigation in arid and semi-arid regions. Althaea officinalis belongs to the Malvaceae family and contains high levels of glazed compounds and mucilage. The aim of this study was to investigate the effect of different levels of ‏ ‏urban wastewater on growth and some ‎physiological characteristics of Althaea officinalis. The seeds of A. officinalis were cultured in the pots containing perlite. The plants were treated with different levels of urbane wastewater of Yasouj (0, 25, 50, 75 and 100%) in three replications. The experiment was conducted in the form of randomized complete blocks design. The plants were harvested after three weeks’ irrigation with different concentrations of wastewater for further analysis. The results have shown that wastewater treatments increased the fresh and dry weight of shoots, the leaf area, the height of plant and roots length. The highest growth rate was obtained in plants irrigated with un-diluted wastewater. In response to wastewater treatment, the amount of photosynthetic pigments including chlorophylls a, b, a+b, and carotenoids increased and the highest level of increase was observed at 100% of wastewater. Anthocyanins and flavonoids increased in response to wastewater irrigation while proteins decreased. No cadmium and lead were detected in the leaves and roots of wastewater-irrigated plants. Overall, the results of this study showed a positive response of A. officinalis to urbane-wastewater-irrigation.

Keywords: Althaea officinalis, Growth parameters, Heavy metals, Physiological characteristics, Wastewater

 

مقدمه

کمبود آب یکی از مشکلات کشت و پرورش گیاهان در مناطق خشک و نیمه‌خشک مانند ایران است و کشاورزی به عنوان یکی از صنایع اصلی مصرف کننده آب در سرتاسر جهان مطرح است (Hajihashemi et al., 2019; 2020). امروزه مسئله خشکسالی و کمبود آب در بسیاری از نقاط جهان به حد بحرانی و خطرناک رسیده است، بنابراین استفاده از آب‌های غیر­متعارف در زمینه صنعت کشاورزی در بسیاری از مناطق رواج پیدا کرده است. در سالهای اخیر طرح استفاده مجدد از پساب تصفیه شده به عنوان یک منبع ارزشمند آبی برای ایجاد پوشش‌های گیاهی مطرح می‌باشد (Shahriari et.al., 2011). افزایش شهرنشینی و صنعتی شدن سالیانه باعث تولید حجم وسیعی پساب می‌شود که استفاده مجدد از آن کمک شایانی به جبران کمبود آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک و صرفه‌جویی در میزان مصرف منابع آب‌ قابل شرب می‌کند (Ghazavi and Arast, 2016). فاضلاب‌های شهری و صنعتی یک ماده زائد غنی از مواد آلی و شیمیایی مفید و مضر فراوانی می­باشند که می­توانند پس از تصفیه مجددا مورد استفاده قرار گیرند. از آنجاییکه فاضلاب حاوی عناصر معدنی می­باشد و تغذیه معدنی نقش به‌سزایی در تنظیم رشد، عملکردهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی، و محصول‌دهی گیاهان دارد، مطالعه تاثیر آبیاری گیاهان زراعی و غیرزراعی با فاضلاب اهمیت به‌سزایی دارد (Shahriari et.al., 2011). پساب‌ها بر اساس منبع تولید آنها حاوی عناصر مفید نیتروژن، فسفر، گوگرد، کلسیم، پتاسیم، منیزیوم، آهن، مس، روی، منگنز، سیلیس و غیره و عناصر سنگین مضر کادمیوم، نقره، سرب، جیوه و غیره هستند Hajihashemi et al., 2020)). بنابراین یکی از مشکلات اساسی در استفاده از پساب تنش فلزات سنگین به گیاهان است و همچنین غلظت بالای عناصر مفید نیز می­تواند به گیاهان تنش وارد نماید (Yazdani et al., 2018). در فرایند تصفیه فاضلاب مقادیر عناصر به سطح استاندارد کاهش می­یابد که در این صورت قابلیت استفاده جهت آبیاری گیاهان را دارد (Rahmani et al., 2014).

تاکنون مطالعات متعددی بر روی استفاده از پساب­ها جهت آبیاری گیاهان زراعی و غیر زراعی صورت گرفته است. نتایج مطالعات بر روی استفاده از فاضلاب تصفیه نشده بر روی گیاه گندم نشانگر اثرات مضر آن بر روی گیاه گندم است لذا استفاده از پساب تصفیه نشده به دلیل غلظت بالای عناصر توصیه نمی­شود (Hajihashemi et al., 2020). با وجود آنکه برخی از عناصر موجود در فاضلاب‌ها مانند آهن، مس و روی در غلظت‌های مناسب برای رشد و عملکرد گیاهان ضروری هستند (Yazdani et al., 2018)، تجمع بیش از حد فلزات یکی از مشکلات استفاده از آن­ها است که علاوه بر آلوده شدن خاک با این عناصر، باعث تجمع آن‌ها در گیاهان و ایجاد سمیّت در آنها می‎شود (Falahati Marvast et al., 2013). همچنین لازم به ذکر است که استفاده طولانی مدت فاضلاب باعث تجمع عناصر در خاک و آسیب به محیط زیست و گیاهان می‎شود (Lucho-Constantino et al., 2005). گیاه پالایی یکی از روش­های کاربردی در راستای حذف آلاینده‌های محیطی می‌باشد که ضمن سادگی، ارزان و مفید بودن باعث آسیب به محیط زیست نیز نمی‌شود. این روش با حذف عناصر سنگین از خاک‌های آلوده، باعث حذف فلزات سنگین از محیط زیست می باشد. مطالعات نشان داده­اند که گیاه دارویی مانند ختمی مقاومت زیادی نسبت به فلزات سنگین دارند و به منظور گیاه­پالایی قابل کاربرد هستند (Asgari et al., 2015). ختمی یک گیاه دارویی مهم از تیره پنیرکیان، علفی، چندساله و خودرو است. گیاه ختمی لعاب و موسیلاژ زیادی دارد. ختمی دارای مواد نشاسته­ای، چربی، اسانس، آنتوسیانین، آلتئین و سیانیدین است و خواص درمانی زیادی دارد (Kashefi and Ahmadian, 2018).

یکی از نگرانی‌های استفاده از فاضلاب‌ها، شور شدن زمین‌های کشاورزی و تجمع فلزات سنگین در محیط زیست است (Yazdani et al., 2018). زیاد بودن غلظت نمک در فاضلاب باعث کاهش آب گیاه، اثرات منفی بر خصوصیات فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و رشد گیاه می‌شود (Castro et al, 2011). بر همین اساس انتخاب گیاه مناسب جهت آبیاری با فاضلاب دارای اهمیت است. شهر نشینی سالیانه سبب تولید حجم زیاد پساب می­شود که در صورت مدیریت صحیح و تصفیه مناسب قابلیت استفاده مجدد در صنعت کشاورزی دارد. در واقع فاضلاب شهری تصفیه شده یکی از منابع آبی غیر قابل شرب قابل استفاده در آبیاری گیاهان است که تحقیقات وسیعی بر روی آنها صورت گرفته است (Bolhasani et al., 2014; Sohrabi et al., 2017; Ghasemi et al., 2018). از آنجاییکه فاضلاب تصفیه شده حاوی عناصر مفید برای رشد گیاهان است، مطالعات نشان می­دهد که آبیاری فاضلاب سبب افزایش زیست توده گیاهان شده است (Zare et al., 2015). در همین راستا، تحقیق حاضر با هدف بررسی اثرات فاضلاب شهری تصفیه شده یاسوج در رقت­های مختلف بر روی رشد و برخی از خصوصیات فیزیولوژیک گیاه ختمی صورت گرفته است. بدین منظور پاسخ­های فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی گیاه از وزن‌تر و خشک گیاه، طول گیاه و ریشه، رنگیزه­های فتوسنتزی، فلاونوئیدها، آنتوسیانین­ها، پروتئین­ها و عناصر سرب و کادمیوم مورد ارزیابی قرار گرفتند. 

 

مواد و روش‌ها

به منظور بررسی اثر فاضلاب بر رشد و برخی خصوصیات فیزیولوژیک گیاه ختمی، آزمایشی گلدانی در بهار 1398 در آزمایشگاه فیزیولوژی گیاهی دانشکده علوم پایه دانشگاه یاسوج انجام گرفت. فاضلاب تصفیه شده شهری از تصفیه­خانه فاضلاب شهر یاسوج تهیه شد که بر اساس گزارش مرکز به‌ترتیب حاوی نیترات و فسفات در غلظت‌های 9-13 و 4-6 میلی گرم در لیتر و مقدار 7.5 pH بود. بذر گیاه ختمی (Altahea officinalis) از مؤسسه پاکان بذر اصفهان تهیه گردید. ابتدا بذرها را چند بار با آب معمولي شسته شدند تا مواد زايد آن جدا شود. سپس بذرها به محلول 5% حجمی/حجمی (هيپوكلريت سديم) منتقل شده و به مدت 15 دقيقه در آن محلول قرار گرفتند و بعد از آن 3 بار با آب مقطر شستشو داده شدند. پس از ضدعفوني كردن بذرها، 30 عدد بذر در عمق دو سانتیمتری در گلدان­های با ارتفاع 13 و قطر 14 سانتی­متر و حاوی پرلیت شسته شده با آب مقطر و ضدعفونی شده در اتوکلاو کشت شدند. گلدان­ها به اتاق کشت با دمای 25 درجه سانتی­گراد در روز و ۲۰ درجه سانتی­گراد در شب و تناوب نوری ۱۳ ساعت نور و ۱۱ ساعت تاریکی منتقل شدند. آبیاری گلدان­ها از مرحله کاشت بذر تا جوانه­زنی با آب مقطر انجام گرفت. سپس آبیاری با ماده غذایی یک دهم هوگلند صورت گرفت. دو هفته بعد از جوانه زنی بذرها، گلدان‌ها به هشت گیاه دارای ظاهر تقریباً یکسان تنک شدند. در مرحله چهار برگی، تیمار­ فاضلاب در غلظت های‏ صفر، (آب مقطر) ، 25، 50، 75 و 100 درصد حجمی/حجمی در سه تکرار‏ اعمال شد. آبیاری گیاهان هر سه روز یک بار و به مدت سه هفته به طول انجامید.

اندازه­گیری شاخص‌های رشد: پس از اتمام دوره تیمار، گیاهان برداشت شدند و در ابتدا طول ریشه و بخش هوایی گیاه اندازه گیری شدند. وزن تر اندام هوایی بلافاصله پس از برداشت گیاه توسط ترازویی با دقت 0001/0 میلی‌گرم توزین شد. سپس نمونه‌ها به مدت 48 ساعت در آون با دمای 70 درجه سانتیگراد خشک شدند و مجدداً توسط ترازو وزن خشک اندازه­گیری شد. اندازه گیری سطح برگ در جوان­ترین برگ­های کاملا توسعه یافته توسط دستگاه سطح سنج برگ مدل WiNAREA-ut-11 صورت گرفت.

برای بررسی وضعیت آب در گیاه معمولاً از دو معیار محتوای آب گیاه و مقدار انرژی آب در گیاه استفاده می‌کنیم محتوای آب معمولاً به صورت نسبی و به عنوان درصدی از آب در حال آماس کامل و با اصطلاح محتوای آب نسبی (RWC) بیان می­شود. این شاخص را می‌توان با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد Martinez et al., 2004)).

RWC= [(وزن خشک شده در آون – وزن آماس) / (وزن خشک شده در آون – وزن تر)] × 100

سنجش رنگیزه­های فتوسنتزی: مقدار 01/0 گرم از برگ تازه‌ی گیاهان در هاون چینی به خوبی ساییده شد و سپس مقدار 5/1 میلی­لیتر استون 80% به آن اضافه شد و با دور 13000 به مدت 5 دقیقه سانتریفوژ گردید. سپس میزان جذب محلول روشناور در طول موج‌های ۶۶۳، ۶۴۵ و ۴۷۰ نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر مدل Philler Scientific SU-6100 اندازه‌گیری شد. از استون 80% به عنوان بلانک استفاده شد (Arnon et al., 1949). غلظت رنگیزه‌های کلروفیل های a، b، کل و کاروتنوئیدها بر حسب میلی‌گرم در گرم وزن‌تر محاسبه و ارائه شد.

سنجش آنتوسیانین: مقدار 5/0 بافت تر برگ توسط 10 میلی­لیتر متانول اسیدی (متانول و HCl به نسبت 99 به 1 حجمی/حجمی) به خوبی ساییده شد. نمونه ها به مدت 24 ساعت در تاریکی و در دمای 25 درجه سانتی­گراد قرار گرفتند. سپس نمونه‌ها با سرعت ۴۰۰۰ دور در دقیقه به مدت ۱۰ دقیقه سانتریفوژ شدند. جذب نمونه‌ها در طول موج ۵۵۰ نانومتر اندازه گیری شد و با استفاده از ضريب خاموشي M-1 Cm-1 33000 محاسبه شد Wagner, 1979)).

سنجش فلاونوئیدها: مقدار 5/0 از بافت برگ تازه در 10میلی­لیتر اتانول اسیدی (الکل اتیلیک و اسید استیک گلایسال به نسبت 99 به 1 حجمی/حجمی) ساییده شد و محلول به دست آمده با سرعت 6000 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفوژ شد. سپس نیم میلی­لیتر عصاره‌ متانولی با 5/1 میلی­لیتر متانول، 1/0 میلی­لیتر کلرید آلومینیوم (%10 متانولی)، 1/0 میلی­لیتر استات پتاسیم (M1) و 8/2 میلی­لیتر آب مقطر ترکیب شد. نمونه در دمای اتاق به مدت 30 دقیقه قرار داده شد و سپس جذب نمونه ها با دستگاه اسپکتروفتومتراندازه­گیری شد و میزان فلاونوئیدها بر اساس منحنی استاندارد تهیه شده با محلول‌های کوئرستین محاسبه شد (Chang et al., 2002).

سنجش پروتئین­ها: استخراج پروتئین های بافت برگ با استفاده از بافر فسفات پتاسیم 1/0 مولار (pH 6.8) انجام شد. عمل عصاره­گیری 2/0 گرم بافت تر برگ با 2 میلی لیتر بافر استخراج درون حمام یخ انجام شد. سپس نمونه­ها با سرعت 13000 دور در دقیقه به مدت 15 دقیقه در دمای 4 درجه سانتیگراد سانتریفوژ شدند. مقدار پروتئین نمونه ها با استفاده از روش برادفورد اندازه­گیری شد Bradford, 1976)). براي رسم منحني استاندارد پروتئين­ها از سرم آلبومين گاوي استفاده شد. غلظت پروتئین نمونه­ها بر حسب میلی­گرم در گرم وزن‌تر گزارش شد.

سنجش عناصر: جهت اندازه­گیری میزان کادمیوم و سرب در بافت­های گیاهی، نمونه های خشک بخش­های هوایی و ریشه گیاهان در هاون کاملا ساییده شدند. مقدار 10 میلی لیتر اسید نیتریک 65% به 05/0 گرم ماده گیاهی افزوده شد و نمونه‌ها به مدت ۱۲ ساعت در زیر هود قرار داده شدند. در مرحله بعد، نمونه­ها به مدت دو ساعت در دمای ۹۰ درجه سانتی­گراد در حمام آب گرم قرار گرفتند. پس از سرد شدن نمونه­ها، یک میلی­لیتر هیدروژن پراکسید به هرکدام از آنها اضافه گردید و مجدداً نمونه ها در حمام آب گرم در دمای ۹۰ درجه سانتی­گراد به مدت یک ساعت قرار گرفتند تا کاملا شفاف شوند. پس از سرد شدن نمونه­ها در دمای آزمایشگاه، حجم نمونه­ها با افزودن آب مقطر دوبار تقطیر به 10 میلی­لیتر رسانده شد. در نهایت مقدار عناصر سرب و کادمیوم با استفاده از دستگاه طیف سنج جذب اتمی مدل (Hitach-770-8324) اندازه­گیری شدند.

آنالیز آماری: تمام آزمايشات طبق طرح بلوک­های کامل تصادفي انجام شد و براي هر تيمار 3 گلدان و هرگلدان حاوی 8 گیاه در نظر گرفته شد. پردازش داده­ها بوسیله نرم افزار آماری SPSS version 23 و رسم نمودارها با نرم افزار Excel انجام شد. مقایسه میانگین داده­ها با استفاده از آزمون Tukey در سطح معنی­داری 05/0 P≤ صورت گرفت. داده­ها به صورت میانگین ± خطای استاندارد میانگین ارائه گردید.

 

نتایج 

نتایج آنالیز واریانس شاخص­های مورفولوژیکی گیاه در پاسخ به تیمار فاضلاب در جدول شماره 1 نمایش داده شده است. نتایج آنالیز رشد گیاهان نشان داد که آبیاری گیاهان با غلظت های 50، 75 و 100 درصد فاضلاب سبب افزایش معنی‌دار (05/0 P< ) طول گیاه شد و بیشترین افزایش طول در تیمار گیاهان با فاضلاب رقیق نشده 100% ملاحظه شد (شکل 1A). طول ریشه گیاهان در پاسخ به تیمار فاضلاب افزایش معنی­داری را در تمام غلظت‌ها نشان داد و بیشترین طول ریشه گیاهان در گیاهان آبیاری شده با فاضلاب رقیق نشده مشاهده شد (شکل 1B). آبیاری گیاهان با غلظت های 75 و 100 درصد فاضلاب باعث افزایش معنی­دار وزن تر و خشک اندام هوایی گیاهان شد درحالیکه در غلظت های 25 و 50 درصد افزایش معنی‌دار نبود (شکل 1C و D). بر اساس نتایج بدست آمده، میزان محتوای نسبی آب گیاهان در پاسخ به آبیاری با غلظت های 75 و 100 درصد فاضلاب در سطح معنی‌داری کمتر از گیاه شاهد بود ولی در غلظت‌های 25 و 50 درصد کاهش ملاحظه شده معنی‌دار نبود (شکل 1E). آبیاری گیاهان با فاضلاب تاثیر معنی‌داری بر سطح برگ گیاهان داشت و بیشترین سطح برگی در آبیاری گیاهان با فاضلاب خالص بدست آمد (شکل 1F).

 

جدول1- میانگین مربعات حاصل از تجزیه واریانس اثر غلظت‌های مختلف فاضلاب بر شاخص‌های مورفولوژیکی گیاه ختمی

منابع تغییرات

میانگین مربعات

درجه آزادی

طول اندام هوایی

طول ریشه

وزن تر اندام هوایی

وزن خشک اندام هوایی

سطح برگ

محتوای آب نسبی برگ

فاضلاب

4

*21/18

*63/24

*275/8

*1857/0

*12/32

*15/89

خطا

10

4065/0

9632/0

9068/0

1969/0

680/3

282/3

ضریب تغییرات

درصد

29/3

38/12

14/27

93/43

75/0

76/30

* نشان‌دهنده معنی‌دار بودن تفاوت بین تیمارهای مختلف در سطح احتمال 05/۰ می‌باشد.

 

 

 

شکل 1- اثر غلظت­های مختلف فاضلاب شهری تصفیه­شده یاسوج بر طول ساقه (A)، طول ریشه (B)، وزن تر اندام هوایی (C)، وزن خشک اندام هوایی (D)، محتوای آب نسبی برگ (E) و سطح برگ (F). حروف متفاوت قرار داده شده در بالای ستون­ها نشان­دهنده تفاوت معنی­دار بین غلظت­های مختلف فاضلاب تصفیه­شده می­باشد.

 

طبق نتایج جدول (2)، مقدار رنگیزه های فتوسنتزی در پاسخ به تیمار فاضلاب در سطح معنی‌داری افزایش یافتند. تیمار فاضلاب در تمام سطوح به استثنای غلظت 25 درصد سبب افزایش معنی‌دار میزان کلروفیل a شد و بیشترین میزان در تیمار 100 درصد فاضلاب مشاهده شد (شکل 2A). میزان کلروفیل b در پاسخ به آبیاری گیاه با غلظت های مختلف فاضلاب در سطح معنی‌داری بیشتر از گیاه شاهد بود و بیشترین افزایش در تیمار گیاهان با فاضلاب خالص بدست آمد (شکل 2B). مقدار کلروفیل کل در گیاهان تیمار شده با قاضلاب 50، 75 و ۱۰۰ درصد افزایش معنی‌داری در مقایسه با گیاه شاهد نشان داد که بیشترین محتوی کلروفیل در تیمار 100% ملاحظه گردید (شکل 2C). همچنین میزان کاروتنوئیدها در پاسخ به آبیاری گیاهان با فاضلاب 50، 75 و ۱۰۰ درصد افزایش معنی‌داری نشان داد درحالیکه در بین غلظت‌های مذکور تفاوت معنی‌داری مشاهده نشد (شکل 2D).

 

جدول2- میانگین مربعات حاصل از تجزیه واریانس اثر غلظت‌های مختلف فاضلاب بر محتوی رنگیزه‌های فتوسنتزی گیاه ختمی

منابع تغییرات			میانگین مربعات
	درجه آزادی	کلروفیل a	کلروفیل b	کلروفیل کل	کارتنوئیدها
فاضلاب	4	*4637/0	*1889/0	*233/1	*08597/0
خطا	10	1634/0	09765/0	2291/0	06336/0
ضریب تغییرات	درصد	76/17	91/15	77/13	90/14

 * نشان‌دهنده معنی‌دار بودن تفاوت بین تیمارهای مختلف در سطح احتمال 05/۰ می‌باشد.

 

شکل 2- اثر غلظت­های مختلف فاضلاب شهری تصفیه­شده یاسوج بر محتوای کلروفیل a (A)، کلروفیل b (B)، کلروفیل کل (C) و کاروتنوئیدها (D). حروف متفاوت قرار داده شده در بالای ستون­ها نشان­دهنده تفاوت معنی­دار بین غلظت­های مختلف فاضلاب تصفیه­شده می­باشد.

 

نتایج تجزیه آنالیز واریانس شاخص‌های آنتوسیانین‌ها، فلاونوئیدها و پروتئین‌ها در جدول 3 نشان داده شده است. نتایج نشان داد که مقدار آنتوسیانین های گیاه ختمی تحت تأثیر فاضلاب با غلظت‌های 50، 75 و 100 درصد افزایش معنی‌داری نشان داد درحالیکه در غلظت 25 درصد فاضلاب تغییر معنی‌داری مشاهده نشد (شکل 3A). مقدار آنتوسیانین‌ها در غلظت‌های 50، 75 و 100 درصد تفاوت معنی‌داری با یکدیگر نداشت. در پاسخ به آبیاری گیاهان با غلظت 50 درصد فاضلاب میزان فلاونوئیدها در سطح معنی‌داری بیشتر از گیاه شاهد بود درحالیکه در سایر غلظت‌های فاضلاب تفاوت معنی‌داری با گیاه شاهد مشاهده نشد (شکل 3B).

 

 

 

جدول3- میانگین مربعات حاصل از تجزیه واریانس اثر غلظت‌های مختلف فاضلاب بر مقادیر پروتئین‌ها، فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌های برگهای گیاه ختمی

منابع تغییرات			میانگین مربعات
	درجه آزادی	پروتئین‌‌ها	فلاونوئیدها	آنتوسیانین‌ها
فاضلاب	4	*0/292	*03525/0	*1159/0
خطا	10	273/6	07313/0	05079/0
ضریب تغییرات	درصد	56/33	26/36	70/7

* نشان‌دهنده معنی‌دار بودن تفاوت بین تیمارهای مختلف در سطح احتمال 05/۰ می‌باشد.

 

 

شکل 3- اثر غلظت­های مختلف فاضلاب شهری تصفیه­شده یاسوج بر آنتوسیانین ها (A) و فلاونوئیدها (B). حروف متفاوت قرار داده شده در بالای ستون­ها نشان­دهنده تفاوت معنی­دار بین غلظت­های مختلف فاضلاب تصفیه­شده می­باشد.

 

مقدار پروتئین برگ گیاه ختمی تحت تأثیر فاضلاب در غلظت 75 و 100 درصد کاهش نشان داد درحالیکه در سایر غلظت‌ها تفاوت مشاهده شده معنی‌دار نبود (شکل 4). در تحقیق حاضر مقدار هر دو عنصر سرب و کادمیوم در ریشه و برگ صفر بودند که نشان­دهنده عدم وجود عناصر مذکور در فاضلاب می‌باشد.

 

 

شکل 4- اثر غلظت­های مختلف فاضلاب شهری تصفیه­شده یاسوج بر پروتئین ها. حروف متفاوت قرار داده شده در بالای ستون­ها نشان­دهنده تفاوت معنی­دار بین غلظت­های مختلف فاضلاب تصفیه­شده می­باشد.

 

بحث

آبیاری گیاهان ختمی با فاضلاب سبب افزایش شاخص های رشد گیاه از قبیل طول ساقه و ریشه، وزن‌تر و خشک اندام هوایی و سطح برگ شد که بیشترین میزان افزایش در شاخص های مذکور در تیمار گیاهان با غلظت 100 درصد فاضلاب مشاهده شد. مطابق گزارشات سایر محققان تیمار فاضلاب سبب افزایش رشد گیاهان زیتون (Zare et al., 2015)، رزماری (Ghasemi et al., 2018)، چمن (Paliwal et al., 1998)، گندم (Fathololomi et al., 2015)، کاهو (Sohrabi et al., 2017)، ذرت (Soleymani et. Al., 2007) و درخت ماهون (Ali et al., 2011) شده است که یکی از دلایل آن می‌تواند وجود مقدادیر بالایی از مواد آلی و مواد مغذی ضروری مانند نیتروژن و فسفر باشد (Zare et al., 2015). در مرحله رشد رویشی، دریافت نیتروژن از محیط از طریق کنترل سوخت و ساز پروتئین­ها، به تشکیل برگ­های جدید، ساقه و ریشه کمک می­کند. وجود یون نیترات در فاضلاب، همچنین می­تواند بر ارتباط یون­های کاتیون-آنیون در گیاهان تأثیرگذار باشد. چنانچه حدود 70% کاتیون­ها و آنیون­های جذب شده همراه با یون­های نیترات یا آمونیوم ارائه می­شوند (Vanlauwe et al., 2002). براساس گزارشات محققان، گیاهانی که توسط یون آمونیوم تغذیه می­شوند با نسبت جذب بالای کاتیون به آنیون شناخته می­شوند و در مقابل مشخصه گیاهانی که توسط نیترات تغذیه می­شوند، نسبت جذب بالای آنیون به کاتیون می­باشد (Tak et al., 2013). فسفر عنصر ضروری دیگری است که در ساختار ماکرومولکول­ها مورد استفاده قرار می­گیرد و برای رشد گیاهان ضروری است و در بسیاری از مناطق جهان محدودکننده تولید محصولات گیاهی است (Holford, 1997). فسفر نقش مهمی را در فرآیندهای سلولی بازی می­کند، مانند حفظ ساختار غشاء، سنتز مولکول­های زیستی و تشکیل مولکول­های پرانرژی. این عنصر همچنین به تقسیم سلولی، فعال­سازی/ غیرفعال­سازی آنزیم­ها و سوخت و ساز کربوهیدرات­ها کمک می­کند (Razaq et al., 2017). در مقیاس گیاه کامل، فسفر جوانه­زنی بذر، نمو ریشه­ها، استحکام ساقه­ها، کمیت و کیفیت محصول گیاه را تحریک می­کند (Malhorta et al., 2018). با توجه به گزارشات ارائه شده توسط محققان مبنی بر نقش نیترات و فسفات بر بهبود رشد گیاهان و شناسایی آنها در پساب به‌کار رفته در مطالعه حاضر، می‌توان پیشنهاد نمود که یکی از دلایل افزایش رشد گیاه ختمی در پاسخ به آبیاری گیاه با پساب نیترات (به عنوان منبع نیتروژن) و فسفات (به عنوان منبع فسفر) می‌باشد. یکی از عوامل اصلی محدود کننده رشد گیاهان کاهش محتوی آب گیاه است و استفاده از پساب می‌تواند سبب افزایش مقاومت گیاهان به تنش خشکی شود (Najafi et al., 2015). براساس نتایج بدست آمده در مطالعه حاضر، تیمار پساب سبب کاهش معنی‌دار محتوی آب گیاه در غلظت‌های بالای پساب شد که مطابق با گزارش صورت گرفته توسط Najafi و همکاران (2015) در گیاه یونجه است. کاهش محتوی آب گیاه در پاسخ به غلظت‌های بالای پساب می‌تواند به‌دلیل افزایش معنی‌دار وزن خشک گیاه در مقایسه به گیاه کنترل باشد (Najafi et al., 2015). 

علاوه بر اهمیت تغذیه معدنی در بهبود رشد گیاهان، افزایش میزان فتوسنتز می تواند در گیاه سبب بهبود رشد گیاه گردد (Hajihashemi et al., 2020). آبیاری گیاهان ختمی با پساب سبب افزایش معنی‌دار میزان کلروفیل‌های a، b و کل شد که بیشترین افزایش در آبیاری گیاهان با فاضلاب خالص بدست آمد. گزارشات مشابهی مبنی بر افزایش کلروفیل ها در گیاهان زیتون، رزماری، کاهو، بامیه، مرزنجوش و کنگر فرنگی در پاسخ به آبیاری با فاضلاب وجود دارد (Bolhasani et al., 2014; Sohrabi et al., 2017; Ghasemi et al., 2018). براساس گزارش Najafi و همکاران (2015)، دلیل افزایش کلروفیل‌ها در پاسخ گیاه یونجه به کمپوست لجن فاضلاب، مواد مغذی موجود در فاضلاب به ویژه نیتروژن است، زیرا یک ارتباط مستقیم بین نیتروژن برگ و مقدار کلروفیل وجود دارد. همچنین نیتروژن موجود در فاضلاب با تاثیر بر تولید جیبرلین موجب افزایش کلروفیل گیاهان می‌شود (Bolhasani et al., 2014). میزان کاروتنوئیدهای گیاه ختمی در پاسخ به تیمار فاضلاب افزایش معنی‌داری نشان داد. وظیفه اصلی کاروتنوئیدها به عنوان یک رنگدانه کمکی در سیستم فتوسنتزی، انتقال انرژی نورانی جذب شده به کلروفیل است (Maltsev et al., 2021). بنابراین افزایش میزان کاروتنوئیدها در پاسخ به تیمار فاضلاب می‌تواند به بهبود عملکرد سیستم‌های فتوسنتزی کمک نماید. همچنین، کاروتنوئيدها جزئي از سيستم آنتي‌اکسيداني گياهان هستند که باعث محافظت کلروپلاست‌ها در برابر آسيب‌هاي ناشي از ROS مي‌شوند. کاروتنوئيدها با جاروب کردن اکسيژن يکتائي و واکنش با کلروفيل‌هاي سه‌تايي و تبديل آن به کلروفيل يکتايي و عمل آنتي‌اکسيداني مي‌توانند فتوسيستم‌ها را در برابر راديکالهاي آزاد حفاظت کنند (Anjum et al., 2011) و به اين ترتيب با افزايش ميزان کاروتنوئيدها تحت تيمار فاضلاب از صدمات سيستم فتوسنتزي و رنگيزه‌هاي گياه ختمی کاسته مي‌شود. 

در گیاهان ختمی آبیاری شده با فاضلاب میزان آنتوسیانین­ها در غلظت های بالای فاضلاب افزایش معنی داری نشان داد درحالیکه تاثیر فاضلاب بر میزان فلاونوئیدها تنها در غلظت 50 درصد مشاهده شد. در گیاهان آنتوسیانین‌ها دارای نقش‌های محافظتی و آنتی­اکسیدانی هستند که در شرایط تنش افزایش پیدا می‌کنند (Ghorbanli and Kiapour, 2012). این ترکیبات با کاهش تولید گونه­های فعال اکسیژن از آسیب­های اکسیداتیو نوری بر گیاهان جلوگیری می­کنند (Feild et al., 2001). فلاونوئیدها متابولیت­های ثانویه پلی­فنولی با وزن مولکولی کم هستند که همانند آنتوسیانین­ها دارای قدرت آنتی­اکسیدانی هستند و در تنش‌های زیستی و غیر زیستی میزان آنها افزایش می­یابد (Buer et al., 2010). بر اساس گزارش Abeed و همکاران (2022)، آبیاری گیاه دارویی داتوره توسط فاضلاب سبب افزایش معنی‌دار متابولیت‌های ثانویه از قبیل آنتوسیانین‌ها، فلاونوئیدها، فنل‌ها و آلکالوئیدها شد که دلیل آن می‌تواند افزایش سنتز ترکیبات نیتروژنی مذکور در پاسخ به وجود منبع نیتروژن در فاضلاب باشد. تیمار فاضلاب در غلظت­های بالا سبب کاهش میزان پروتئین­های برگ در گیاه ختمی شد که بر اساس گزارش Zeid و Abou El Ghate در سال 2007 می­تواند به دلیل افزایش فعالیت آنزیم پروتئاز باشد. مطابق با نتایج پژوهش حاضر، فاضلاب بر میزان سرب و کادمیوم ریشه و اندام هوایی ختمی تاثیر نداشت که با سایر گزارشات در گیاهان کنگرفرنگی (Bolhasani et al., 2014) و کلم بروکلی (Rajabisorkhani and Ghaemi, 2013) مطابقت دارد. 

 

نتیجه­گیری:

بررسی نتایج این تحقیق نشان­دهنده واکنش مثبت گیاه ختمی به آبیاری با فاضلاب شهری تصفیه­شده یاسوج بود. آبیاری با فاضلاب موجب افزایش شاخص‌های رشد گیاه ختمی شد درحالیکه فلزات سنگین کادمیوم و سرب در گیاه یافت نشد. در بررسی صفات فیزیولوژیکی گیاه ختمی مشاهده شد که میزان کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و آنتوسیانین‌ها افزایش معنی‌داری نشان دادند. با مشاهد اثرات مطلوب فاضلاب بر شاخص‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک گیاه ختمی، می‌توان با استفاده از فاضلاب شهری جهت آبیاری این گیاه دارویی در مصرف آب صرفه­جویی کرد.

منابع

Abeed, A. H., Ali, M., Eissa, M. A., and Tammam, S. A. (2022). Impact of sewage water irrigation on Datura innoxia grown in sandy loam soil. BMC Plant Biology. 22(1): 1-15.

Anjum, S.A., Xie, X., Wang, L., Saleem, M.F., Man, C. and Lei, W. (2011). Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African journal of agriculture science. 6: 2016-2032.

Asgari, H., Nagafi, N. Moghiseh, A. (2015). Cultivation of medicinal plants in soils contaminated with heavy metals: strategy for managing contaminated land. 3(2): 107-119.

Arnon, D.I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology. 24: 1-10.

Bolhasani, N., Ghasemnezhad, A. and Baranimotlagh, M. (2014). Effects of sewage sludge and zeolite on the Artichoke (Cynara scolymus L.) leaf yield and leaf quality. Journal of Soil Management and Sustainable. 4(1): 165-181.

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.

Buer, C.S., Imin, N. and Djordjevic, M.A. (2010). Flavonoids: New roles for old molecules. Journal of Integrative Plant Biology 52: 98–111.

Castro, E., Manas, M.P. and De Las Heras, J. (2011). Effects of wastewater irrigation on soil properties and turfgrass growth. Water Science and Technology 63:1678-88.

Chang, C.C., Yang, M.H., Wen, H.M. and Chern, J.C. (2002). Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods. Journal of food and drug analysis 10(3): 178-182.

Falahati Marvast, A., Hosseinpur, A. and Tabatabaei, S.H. (2013). Effect of salinity and sewage sludge on heavy metal availability and uptake by barley plant. Journal of Water and Soil. 5(27): 985-997.

Fathololomi, S., Asghari, Sh. and Goli Kalanpal, E. (2015). Effects of municipal sewage sludge on the concentration of macronutrients in soil and plant and some agronomic traits of wheat. Journal of Soil Management and Sustainable. 5(2): 49-70.

Feild, T.S., Lee, D.W. and Holbrook, N.M. (2001). Why leaves turn red in autumn. The role of anthocyanins in senescing leaves of red-osier dogwood. Plant Physiology 127: 566–574.

Ghasemi, Z., Karimian, A.A., Azimzadeh, H. and Sodaeizadeh, H. (2018). Effect of irrigation with wastewater on some physiological and morphological characteristics of Rosmarinus officinalis (Case Study: Yazd City Wastewater). 3(3): 29-38.

Ghazavi, R. and Arast, M. (2016). Investigation the effect of irrigation with municipal wastewater on accumulation of some pollutants and chemicals elements in plant and its effect on their ecological characteristics (Eucalyptus Globulus). Journal of Plant Ecosystem Conservation. 4(8): 13-29.

Ghorbanli, M. and Kiapour, A. (2012). Copper-induced changes on pigments and activity of non-enzymatic and enzymatic defense systems in Portulaca oleracea L. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants. 28(2): 235-247.

Hajihashemi, S., Mbarki, S., Skalicky, M., Noedoost, F., Raeisi, M. and Brestic, M. (2020). Effect of Wastewater Irrigation on Photosynthesis, Growth, and Anatomical Features of Two Wheat Cultivars (Triticum aestivum L.). Water 12(2): 607.

Hajihashemi, S., Noedoost, F. and Hedayatzadeh, F. (2019). Characterization of Brassica napus responses to diluted and undiluted industrial wastewater. Physiology and Molecular Biology of Plants 25(6): 1469-1482.

Holford, I.C.R. (1997). Soil phosphorus: its measurement and its uptake by plants. Australian Journal of Soil Research 35: 227–239.

Kashefi, B. and Ahmadian, E. (2018). Effect of Hexaconazole and Drought Stress in some Morpho- physiological and biochemical Traits on Althaea Offisinalis. Journal of Plant Process and Function. 7(24): 171-182.

Lucho-Constantino, C.A., Alvarez-Suarez, M., Beltran-Hernandez, R I., Prieto-Garcla, F. and Poggi-Varaldo, H.M. (2005). A multivariate analysis of the accumulation and fractinoation of major and trace elements in agricultural soils in Hidalgo State, Mexico irrigated with raw wastewater. Environment International 31: 313-323.

Maltsev, Y., Maltseva, K., Kulikovskiy, M., and Maltseva, S. (2021). Influence of light conditions on microalgae growth and content of lipids, carotenoids, and fatty acid composition. Biology 10(10): 1060-1084.

Martı̀nez, J.P., Lutts, S., Schanck, A., Bajji, M. and Kinet, J.M. (2004). Is osmotic adjustment required for water stress resistance in the Mediterranean shrub Atriplex halimus L? Journal of plant physiology 161(9): 1041-1051.

Najafi, N., Mahmoudi, S. and Reyhanitabar, A. (2015). Effects of soil moisture and sewage sludge compost on leaf chlorophyll index and some growth traits of alfalfa in greenhouse conditions. Journal of Soil and Plant Interaction 5 (4): 205-218.

Rahmani, H.R., Moayyeri, M., Mazaheri Kouhanestani, Z., Khodabakhsh, N. and Sharifi, H. (2014). Studying some of the qualitative properties and concentration of heavy metals in dried sewage sludge from Shahin-Shahr WWTP in Isfahan. Journal of Environmental Science and Technology 16(2): 55-66.

Rajabisorkhani, M. and Ghaemi, A.A. (2013). Consequences of using treated wastewater and chemical fertilizers on Broccoli (Brassica oleracea) growth. Water and Irrigation Management. 2(2): 13-23.

Razaq, M., Zhang, P. and Shen H.L. (2017) Influence of nitrogen and phosphorus on the growth and root morphology of Acer mono. PLoS One 12: 1–13.

Shahriari, A.R., Noori. S., Abedi Koupai, J. and Asaleh, F. (2011). Effect of irrigation with treated municipal wastewater on yield of Nitraria schoberi under greenhouse conditions. Journal of Soil and Plant Interactions. 2011; 1(4):13-22

Sohrabi, N., Alinejadian Bidabadi, A., Feizian, M. and Maleki, A. (2017). A Comparative Study of the Effects of Sewage Sludge on Heavy Metals Concentrations and Some Morphological Characteristics of Lettuce. Iranian Journal of Soil Science 31(2): 291-303.

Soleymani, A., Najafi, P. and Laraei, H. (2007). Effects of Using Treated Municipal Wastewater on Physiological Growth Indices in Maize. Journal of Research in Agricultural Science. 2(1): 11-24. 

Tak, H.I., Babalola, O.O., Huyser, M.H. and Inam, A. (2013). Urban wastewater irrigation and its effect on growth, photosynthesis and yield of chickpea under different doses of potassium. Soil Science and Plant nutrition, 59(2): 156-167.

Vanlauwe, B., Palm, C.A, Murwira, H.K. and Merckx, R. (2002). Organic resource management in sub-Saharan Africa: Validation of a residue quality-driven decision support system. Agronomie. 22: 839-846.

Wagner G.J. (1979). Content and vacuole/extra vacuole distribution of neutral sugars, free amino acids, and anthocyanins in protoplasts. Plant Physiology. 64, 88-93.

Yazdani, A.A., Saffari, M. and Ranjbar, Gh.H. (2018). Effects of irrigation with treated wastewater on yield and grain heavy metals content of barley (Hordeum vulgare L.) genotypes. Iranian Journal of Crop Sciences. 19(4): 284-296.

Zare, M., Chorom, M. and Moallemi, N. (2015). Effect of treated urban sewage sludge on soil essential nutrients, soil chemical properties and physiological properties of olive tree. Journal of Agricultural Engineering. 37(2):1-15.

Zeid, I.M. and H.M. Abou El Ghate. (2007). Effect of sewage water on growth, metabolism and yield of bean. Journal of Biological Sciences 7(1): 34-40.

---