The growth of Matricaria chamomilla L. affected by cadmium and lead in greenhouse and field conditions

Subject Areas : agronomy

Mohammad  bagheri ¹ (Ph.D. graduate, Department of Agronomy and Plant Breeding, Isfahan (Khorasgan) Islamic Azad University, Isfahan, Iran)
Hamid Reza  Javanmanrd ² (Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Isfahan (Khorasgan) Islamic Azad University, Isfahan, Iran)
Mohammad Reza  Naderi ³ (Department of Agronomy and Plant Breeding, Isfahan (Khorasgan) Islamic Azad University, Isfahan, Iran)

Received: 2021-09-01 Accepted : 2021-09-07 Published : 2021-09-22

Keywords: Soil Pollution, plant tissue, environmental bioremediation, plant growth stages,

Abstract :

 The use of medicinal plants in contaminated soils with heavy metals is of significance for the bioremediation of the environment and for plant growth. The effects of cadmium (Cd) and lead (Pb) on the growth of roots and aerial parts, and the number of flowers in Matricaria chamomilla L. were investigated in greenhouse and field conditions using 10-kg pots containing polluted soil with Cd (0, 10, and 40 mgkg-1) and Pb (0, 60 and 180 mgkg-1) in 2018-2019 in Isfahan (Khorasgan) Islamic Azad University. The effects of the experimental treatments including metal concentration was significant at 5% level, growth stage and location, plant tissue and their interactions significantly affected plant growth (dry weight) was significant at 1% level. Increasing Cd and Pb concentrations decreased number of flowers in the field and increased it in the greenhouse. Plant growth significantly decreased by increasing heavy metal concertation was significant at 5% level as at the first, second and third contamination levels, it was equal to 480.39, 416.00, and 399.33 g, respectively. The highest plant growth was resulted at flowering (500.78) and tillering (511.67 g), significantly at 5% level higher than that of stemming (283.28 g). Compared with Pb (407.44 g), increasing Cd concentration, resulted in significantly at 5% level higher reduction (333.11 g) of plant growth. It is possible to grow Matricaria chamomilla L. in heavy metal polluted soils for the bioremediation of the environment.

References:

منابع
1 آزادبخت، ز.، بهشتی آل آقا، ع.، کهریزی، د.، و کرمی، م. - 1399 . تأثیر آلودگی کادمیم و سرب بر کیفیت
زیستی خاک و رشد گیاه کلزا ) napus Brassica (. نشریه تحقیقات آب و خاک ایران. 51 ( 1 :) 217 - 230 .
2 اسدی، س.، مقدم، م، قاسمی، ع.، فتوت، ا. - 1400 . تاثیر محلول پاشی متیل جاسمونات بر برخی خصوصیات
مورفوفیزیولوژیکی و میزان جذب سرب در گیاه دارویی ریحان تحت تنش سرب. مجله تنشهای محیطی در علوم
زراعی 13 : 1329-1344 .
3 آلبوغیش، - ن، زرین کمر، ف. 1392 . بررسی تغییرات ساختاری در اندام های زایشی بابونه آلمانی
(Matricaria chamomilla L.) ناشی از تنش سرب. پژوهشهای گیاهی ) مجله زیست شناسی ایران (27 :
336 - 345 .
4 بقائی, ا. ب.، مهان پور، ک. - 1397 . گیاه پالایی سرب توسط ذرت )رقم ماکسیما( و شبدر سفید در کشت
منفرد و مخلوط در خاک آلوده به سرب. فصلنامه سلامت و محیط زیست. 11 ( 1 :) 48-75 .
5 جمالی، ج.، انتشاری ش.، حسینی س.م. - 1391 . تاثیر عناصر پتاسیم و روی بر تغییرات بیوشیمیایی و
فیزیولوژیکی مقاومت به خشکی در ذرت )رقم سینگل کراس 704 (. مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی. 4 ( 14 )
: 44-37

جوانمرد ح. ر.، مختاری کرچگانی، ح.، غلامی، ع. - 1397 . اثر پلیمر سوپر جاذب، اسید هیومیک و باکتری
بر صفات فیزیولوژیک یونجه یکساله ) Medicago scutellata ( در خاکهای آلوده به سرب . مجله علمی
فیزیولوژی گیاهان زراعی. 10 ( 37 : ) 138-119 .
7 حسنپور درویشی، ح. - 1393 . بررسی اثر سرب و روی و نقش قارچ میکوریزا بر فعالیت آنزیمهای
آنتیاکسیدانت و بیومارکرهای تخریب در یونجه، خلر و ماشک گل خوشهای. مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی.
6 ( 24 : ) 88-73 .
8 دادنیا، م.ر. - 1391 . بررسی اثر تنش کمبود آب و محلول پاشی سلنیوم بر فعالیت برخی از آنزیم های آنتی
اکسیدانت در ارقام آفتابگردان روغنی. مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی. 4 ( 14 : ) 18-71 .
9 صادقی پور، ا. - 1396 . اثر کاربرد کلسیم بر ویژگیهای فیزیولوژیکی و عملکرد دانه سویا در شرایط آلودگی
خاک به سرب. مجله علمی فیزیولوژی گیاهان زراعی. 9 ( 35 : ) 104-89 .
10 مشایخی، ش.، ابدالی مشهدی، ع.ر.، بخشنده، ع.، لطفی جلال آبادی، ا.، سید نژاد، س.م. - 1398 .
بررسی برخی از خصوصیات مورفولوژیک و فیزیولوژیک بابونه آلمانی ) Matricaria chamomilla L ( تحت تأثیر
محلولپاشی اسید سالیسیلیک و اسید هیومیک. مجله تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران, 35 ( 3 :) 364-424 .
11- Bagheri, M., Javanmard, H.R. and Naderi, M.R. 2021. Soil cadmium and lead affecting biochemical properties of Matricaria chamomilla L. at different growth stages in the greenhouse and field. https://doi.org/10.1007/s10534-021-00314-z 12- Doostikhah, N., Panahpour, E., Nadian, H. and Gholami, A., 2020. Tomato (Lycopersicon esculentum L.) nutrient and lead uptake affected by zeolite and DTPA in a lead‐polluted soil. Plant Biology. 22: 317-322. 13- Fattahi, B., Arzani, K., Souri, M.K. and Barzegar, M., 2019. Effects of cadmium and lead on seed germination, morphological traits, and essential oil composition of sweet basil (Ocimum basilicum L.). Industrial Crops and Products. 138: 111584. 14- Huang, D., Gong, X., Liu, Y., Zeng, G., Lai, C., Bashir, H., Zhou, L., Wang, D., Xu, P., Cheng, M. and Wan, J., 2017. Effects of calcium at toxic concentrations of cadmium in plants. Planta. 245: 863-873. 15- Kumar, A., MMS, C.P., Chaturvedi, A.K., Shabnam, A.A., Subrahmanyam, G., Mondal, R., Gupta, D.K., Malyan, S.K., S Kumar, S., A Khan, S. and Yadav, K.K., 2020. Lead toxicity: health hazards, influence on food chain, and sustainable remediation approaches. International Journal of Environmental Research and Public Health. 17: 2179.
23

16- Kutrowska, A., Małecka, A., Piechalak, A., Masiakowski, W., Hanć, A., Barałkiewicz, D., Andrzejewska, B., Zbierska, J. and Tomaszewska, B., 2017. Effects of binary metal combinations on zinc, copper, cadmium and lead uptake and distribution in Brassica juncea. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 44: 32-39. 17- Lindsay, W.L. and Norvell, W.A., 1978. Development of a DTPA soil test for zinc, iron, manganese, and copper. Soil Science Society of America Journal. 42: 421-428. 18- Miransari, M., 2011. Hyperaccumulators, arbuscular mycorrhizal fungi and stress of heavy metals. Biotechnology Advances. 29: 645-653. 19- Miransari, M., Bahrami, H.A., Rejali, F. and Malakouti, M.J., 2008. Using arbuscular mycorrhiza to alleviate the stress of soil compaction on wheat (Triticum aestivum L.) growth. Soil Biology and Biochemistry. 40: 1197-1206. 20- Muszyńska, E., Hanus‐Fajerska, E. and Ciarkowska, K., 2018. Studies on lead and cadmium toxicity in Dianthus carthusianorum calamine ecotype cultivated in vitro. Plant Biology. 20: 474-482. 21- Saini, S. and Dhania, G., 2020. Cadmium as an Environmental Pollutant: Ecotoxicological Effects, Health Hazards, and Bioremediation Approaches for Its Detoxification from Contaminated Sites. In: Bharagava R., Saxena G. (eds) Bioremediation of Industrial Waste for Environmental Safety. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3426-9_15
22- Shi, Q., Wang J., Zou, J., Jiang, Z., Wang, J., Wu, H., Jiang, W. and Liu, D., 2015. Cadmium uptake and accumulation and its toxic effects on leaves in Hordeum vulgare. Fresenius Environmental Bulletin. 24: 4504–4511. 23- Száková, J., Dziaková, M., Kozáková, A. and Tlustoš, P., 2018. The risk element uptake by chamomile (Matricaria recutita (L.) Rauschert) growing in four different soils. Archives of Environmental Protection. 44(4): 12-21.
24- Wiszniewska, A., Hanus-Fajerska, E., Muszynska, E. and Smolen, S., 2017. Comparative assessment of response to cadmium in heavy metal-tolerant shrubs cultured in vitro. Water, Air and Soil Pollution. 228 (8): 1-13.
33