The effect of selenium and biochar on some quantitative and qualitative yield traits of savory (Satureja hortensis L.) under cadmium stress conditions

Subject Areas : Sustainable production technologies

Sajedeh-Saddat Tabatabaie ¹ , Marzieh Ghanbari Jahromi ² , Weria Weisany ³

1 - Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 - Assistant Professor, Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
3 - Associate Professor, Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

Received: 2024-12-09 Accepted : 2025-01-18 Published : 2025-03-20

Keywords: Biochar, Selenium, Essential Oil Yield, Cadmium, Summer Sage,

Abstract :

Heavy metal stress, including cadmium, is one of the most important factors limiting plant growth. For this purpose, an experiment was conducted to investigate the effect of selenium nutrition and biochar application on reducing oxidative stress caused by cadmium in savory (Satureja hortensis L.) in 2022. The present study was conducted as a factorial in a completely randomized design with three replications. The research treatments included cadmium at three levels (0 (control), 10 and 20 mg/kg soil), biochar at two levels (0 and 5% of pot volume), and selenium at three levels (0, 5 and 10 mg/l). The results of the present study showed that cadmium stress, especially 20 mg/kg soil, significantly reduced the fresh and dry weight of shoots and roots, relative leaf water content, and chlorophyll content. On the other hand, cadmium stress caused a decrease in chlorophyll a compared to the control, while cadmium 10 and 20 mg/L caused a 7 and 29% decrease in chlorophyll a compared to the control, respectively. The overall results showed that the simultaneous application of 5% by volume biochar with 5-10 mg/l selenium was an important modifier of cadmium stress in summer savory.

References:


REFRENCES

Aprajeeta, J., Gopirajah, R., and Anandharamakrishnan, C. 2015. Shrinkage and porosity effects on heat and mass transfer during potato drying. Journal of Food Engineering 144, 119-128.
Bishnoi, R., and Aharwal, K. 2020. Experimental investigation of air flow field and cooling heterogeneity in a refrigerated room. Engineering Science and Technology, an International Journal 23, 1434-1443.
Chen, Y. M., Song, H. Y., Chen, Z. S., Zhao, R., Su, Q., Jin, P. Y., Sun, Y. S., and Wang, H. 2020. Sensitivity analysis of heat and mass transfer characteristics during forced‐air cooling process of peaches on different air‐inflow velocities. Food Science & Nutrition 8, 6592-6602.
Chourasia, M., and Goswami, T. 2006a. Simulation of transport phenomena during natural convection cooling of bagged potatoes in cold storage, Part I: Fluid flow and heat transfer. Biosystems engineering 94, 33-45.
Chourasia, M., and Goswami, T. 2006b. Simulation of transport phenomena during natural convection cooling of bagged potatoes in cold storage, Part II: Mass transfer. Biosystems engineering 94, 207-219.
Dadmohammadi, Y., Kantzas, A., Yu, X., and Datta, A. K. 2020. Estimating permeability and porosity of plant tissues: Evolution from raw to the processed states of potato. Journal of Food Engineering 277, 109912.
Datta, A. 2007a. Porous media approaches to studying simultaneous heat and mass transfer in food processes. I: Problem formulations. Journal of food engineering 80, 80-95.
Datta, A. 2007b. Porous media approaches to studying simultaneous heat and mass transfer in food processes. II: Property data and representative results. Journal of food engineering 80, 96-110.
Gancarz, M., and Konstankiewicz, K. 2007. Changes of cellular structure of potato tuber parenchyma tissues during storage. Research in Agricultural Engineering 53, 75.
Gulati, T., and Datta, A. K. 2013. Enabling computer-aided food process engineering: property estimation equations for transport phenomena-based models. Journal of Food Engineering 116, 483-504.
Joardder, M. U., Karim, A., Kumar, C., and Brown, R. J. 2016. Effect of porosity on drying kinetics and food properties. In "Porosity", pp. 47-64. Springer.
Karunasena, H., Gu, Y., Brown, R., and Senadeera, W. 2015. Numerical investigation of case hardening of plant tissue during drying and its influence on the cellular-level shrinkage. Drying Technology 33, 713-734.
Khan, M. I. H., Joardder, M., Kumar, C., and Karim, M. 2018. Multiphase porous media modelling: A novel approach to predicting food processing performance. Critical reviews in food science and nutrition 58, 528-546.
Khan, M. I. H., Kumar, C., Joardder, M. U. H., and Karim, M. 2017. Determination of appropriate effective diffusivity for different food materials. Drying Technology 35, 335-346.
Kumar, C., Joardder, M., Farrell, T. W., and Karim, M. 2016. Multiphase porous media model for intermittent microwave convective drying (IMCD) of food. International Journal of Thermal Sciences 104, 304-314.
Kumar, C., Joardder, M. U., Farrell, T. W., Millar, G. J., and Karim, A. 2018. A porous media transport model for apple drying. Biosystems engineering 176, 12-25.
Mudiyanselage, C. R., Karunasena, H., Gu, Y., Guan, L., and Senadeera, W. 2017. Novel trends in numerical modelling of plant food tissues and their morphological changes during drying–a review. Journal of Food Engineering 194, 24-39.
Ni, H., Datta, A., and Torrance, K. 1999. Moisture transport in intensive microwave heating of biomaterials: a multiphase porous media model. International Journal of Heat and Mass Transfer 42, 1501-1512.
Pham, N. D., Khan, M., and Karim, M. 2020. A mathematical model for predicting the transport process and quality changes during intermittent microwave convective drying. Food chemistry 325, 126932.
Srikiatden, J., and Roberts, J. S. 2007. Moisture transfer in solid food materials: A review of mechanisms, models, and measurements. International Journal of Food Properties 10, 739-777.
Tegenaw, P. D., Verboven, P., and Vanierschot, M .2022. Numerical and experimental study of airflow resistance across an array of sliced food items during drying. Journal of Food Engineering 312, 110739.
Turkan, B., Canbolat, A. S., and Etemoglu, A. B. 2019. Numerical investigation of multiphase transport model for hot-air drying of food. Journal of Agricultural Sciences 25, 518-529.
Yadav, A. K., and Singh, S. V. 2014. Osmotic dehydration of fruits and vegetables: a review. Journal of food science and technology 51, 1654-16.
Ahangarnezhad, N., Najafi, G., and Jahanbakhshi, A. 2019. Determination of the physical and mechanical properties of a potato (the Agria variety) in order to mechanise the harvesting and post-harvesting operations. Research in Agricultural Engineering, 65(2), 33–39.
Alyemeni, M. N., Ahanger, M. A., Wijaya, L., Alam, P., Bhardwaj, R., and Ahmad, P. 2018. Selenium mitigates cadmium-induced oxidative stress in tomato (Solanum lycopersicum L.) plants by modulating chlorophyll fluorescence, osmolyte accumulation, and antioxidant system. Protoplasma, 255(2), 459-469.
Arbona, V., Manzi, M., de Ollas, C., and Gómez-Cadenas, A. 2013. Metabolomics as a tool to investigate abiotic stress tolerance in plants. International journal of molecular sciences, 14(3), 4885-4911.
Arnon, D. I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant physiology, 24(1), 1.
Awa, S. H., and Hadibarata, T. 2020. Removal of heavy metals in contaminated soil by phytoremediation mechanism: a review. Water, Air, & Soil Pollution, 231(2), 1-15.
Azarmdel, H., Jahanbakhshi, A., Mohtasebi, S. S., and Muñoz, A. R. 2020. Evaluation of image processing technique as an expert system in mulberry fruit grading based on ripeness level using artificial neural networks (ANNs) and support vector machine (SVM). Postharvest Biology and Technology, 166, 111201.
Azizi, I., Esmaielpour, B., and Fatemi, H. 2020. Effect of foliar application of selenium on morphological and physiological indices of savory (Satureja hortensis) under cadmium stress. Food Science & Nutrition, 8(12), 6539-6549.
Babashpour, M., Farajzadeh-Memari-Tabrizi, E., and Yousefpour-Dokhanieh, A. 2022. Foliar-applied selenium nanoparticles alleviate cadmium stress through changes in physio-biochemical status and essential oil profile of coriander (Coriandrum sativum L.) leaves. Environmental Science and Pollution Research, 29, 80021-80031.
Elkelish, A. A., Soliman, M. H., Alhaithloul, H. A., and El-Esawi, M. A. 2019. Selenium protects wheat seedlings against salt stress-mediated oxidative damage by up-regulating antioxidants and osmolytes metabolism. Plant Physiology and Biochemistry, 137, 144-153.
Inbar, J., Abramsky, M., Cohen, D., and Chet, I. 1994. Plant growth enhancement and disease control byTrichoderma harzianum in vegetable seedlings grown under commercial conditions. European Journal of Plant Pathology, 100(5), 337-346.
Karami, N., Clemente, R., Moreno-Jiménez, E., Lepp, N. W., and Beesley, L. (2011). Efficiency of green waste compost and biochar soil amendments for reducing lead and copper mobility and uptake to ryegrass. Journal of hazardous materials, 191(1-3), 41-48.
Khosropour, E., Weisany, W., Razzak-Tahir, N. A., and Hakimi, L. 2022. Vermicompost and biochar can alleviate cadmium stress through minimizing its uptake and optimizing biochemical properties in Berberis integerrima bunge. Environmental Science and Pollution Research, doi.org/10.1007/s11356-021-17073-6.
Memari-Tabrizi, E. F., Yousefpour-Dokhanieh, A., and Babashpour-Asl, M. 2021. Foliar-applied silicon nanoparticles mitigate cadmium stress through physio-chemical changes to improve growth, antioxidant capacity, and essential oil profile of summer savory (Satureja hortensis L.). Plant Physiology and Biochemistry, 165, 71-79.
Momeny, M., Jahanbakhshi, A., Jafarnezhad, K., and Zhang, Y. D. 2020. Accurate classification of cherry fruit using deep CNN based on hybrid pooling approach. Postharvest Biology and Technology, 166, 111204.
Nasirzadeh, L., Kvarnheden, A., Sorkhilaleloo, B., Hervan, E. M., and Fatehi, F. 2022. Foliar-Applied Selenium Nanoparticles Can Alleviate Soil-Cadmium Stress Through Physio-chemical and Stomatal Changes to Optimize Yield, Antioxidant Capacity, and Fatty Acid Profile of Wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 1-12.
Nasirzadeh, L., Sorkhilaleloo, B., Majidi Hervan, E., and Fatehi, F. 2021. Changes in antioxidant enzyme activities and gene expression profiles under drought stress in tolerant, intermediate, and susceptible wheat genotypes. Cereal Research Communications, 49(1), 83-89.
Pandey, C., and Gupta, M. 2015. Selenium and auxin mitigates arsenic stress in rice (Oryza sativa L.) by combining the role of stress indicators, modulators and genotoxicity assay. Journal of Hazardous Materials, 287, 384–391.
Rezania, S., Taib, S. M., Din, M. F. M., Dahalan, F. A., and Kamyab, H. 2016. Comprehensive review on phytotechnology: heavy metals removal by diverse aquatic plants species from wastewater. Journal of hazardous materials, 318, 587-599.
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. Crop science, 30(1), 105-111.
Sapeta, H., Costa, J. M., Lourenco, T., Maroco, J., van der Linde, P., and Oliveira, M. M. 2013. Drought stress response in Jatropha curcas: growth and physiology. Environmental and Experimental Botany, 85, 76-84.
Sardar, R., Ahmed, S., Shah, A. A., and Yasin, N. A. 2022. Selenium nanoparticles reduced cadmium uptake, regulated nutritional homeostasis and antioxidative system in Coriandrum sativum grown in cadmium toxic conditions. Chemosphere, 287, 132332.
Shanmugaraj, B. M., Malla, A., and Ramalingam, S. 2019. Cadmium stress and toxicity in plants: an overview. Cadmium toxicity and tolerance in plants, 1-17.
Shiyu, Q. I. N., Hongen, L. I. U., Zhaojun, N. I. E., Rengel, Z., Wei, G. A. O., Chang, L. I., and Peng, Z. H. A. O. 2020. Toxicity of cadmium and its competition with mineral nutrients for uptake by plants: A review. Pedosphere, 30(2), 168-180.
Sohi, S., Lopez-Capel, E., Krull, E., and Bol, R. 2009. Biochar, climate change and soil: A review to guide future research. CSIRO Land and Water Science Report, 5(09), 17-31.
Windeatt, J. H., Ross, A. B., Williams, P. T., Forster, P. M., Nahil, M. A., and Singh, S. 2014. Characteristics of biochars from crop residues: potential for carbon sequestration and soil amendment. Journal of environmental management, 146, 189-197.
Yang, Q., Li, Z., Lu, X., Duan, Q., Huang, L., and Bi, J. 2018. A review of soil heavy metal pollution from industrial and agricultural regions in China: pollution and risk assessment. Science of the total environment, 642, 690-700.
Zargar Shooshtari, F., Souri, M. K., Hasandokht, M. R., and Jari, S. K. 2020. Glycine mitigates fertilizer requirements of agricultural crops: case study with cucumber as a high fertilizer demanding crop. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 7(1), 1-10.
Zhang, Y., Ding, J., Wang, H., Su, L., and Zhao, C. 2020. Biochar addition alleviate the negative effects of drought and salinity stress on soybean productivity and water use efficiency. BMC Plant Biology, 20(1), 1-11.73.

Full-Text:



50       پژوهش‏های علوم کشاورزی پایدار/جلد 4/شماره 4/زمستان 1403/ ص 48-33

https://www.sarj.iauk.ac.ir

 

اثر سلنیوم و بیوچار بر برخی صفات عملکرد کمی و کیفی مرزه (Satureja hortensis L.) در شرایط تنش کادمیم

ساجده‌سادات طباطبائی1، مرضیه قنبری جهرمی2*، وریا ویسانی3

1- دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2- استادیار، گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3- استاد، گروه علوم باغبانی و زراعی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

* ايميل نویسنده مسئول: [e-mail]

(تاریخ دریافت: 19/9/1403- تاريخ پذيرش: 29/10/1403)

 

چکیده

تنش فلزات سنگین از جمله کادمیم یکی از مهم­ترین عوامل محدودکننده رشد گیاهان می‌باشد. بدین منظور آزمایشی جهت بررسی تاثیر تغذیه سلنیوم و کاربرد بیوچار بر کاهش تنش اکسیداتیو ناشی از کادمیم در گیاه مرزه (Satureja hortensis L.) در سال 1401 انجام شد. مطالعه حاضر به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار اجرا شد. تیمارهای پژوهش شامل کادمیم در سه سطح (0 (شاهد)، 10 و 20 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک)، بیوچار در دو سطح (0 و 5 درصد حجم گلدان) و سلنیوم در سه سطح (0، 5 و 10 میلی‌گرم در لیتر) بود. نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که تنش کادمیم به ویژه 20 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک سبب کاهش معنی‌دار وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه، محتوای نسبی آب برگ و محتوای کلروفیل شد. از طرفی دیگر، تنش کادمیم سبب کاهش کلروفیل a نسبت به شاهد شد به طویکه کادمیم 10 و 20 میلی­گرم در لیتر به ترتیب سبب کاهش 7 و 29 درصدی کلروفیل a  را نسبت به شاهد به همراه داشت. نتایج کلی نشان داد که کاربرد همزمان بیوچار 5 درصد حجمی همراه با سلنیوم 5-10 میلی‌گرم در لیتر از تعدیل‌کننده‌های مهم تنش کادمیم در گیاه مرزه تابستانه بود.

واژه‏هاي کليدي: بیوچار، سلنیوم، عملکرد اسانس، کادمیم، مرزه تابستانه

 

مقدمه

آلودگي خاک به فلزات سنگين يکي از مهم‏ترين مسائل محيط‌زيست در سرتاسر جهان محسوب مي‌شود و از آنجایی که آلودگی فلزات سنگین منجر به کاهش کیفیت محصولات کشاورزی و از طرفی تهدیدی جدی برای سلامت انسان به شمار می­رود، لذا از جنبه­های زیست­محیطی آن بسیار حائز اهمیت است (Awa et al., 2021; Yang et al., 2018). کادمیم به عنوان یک عنصر غیرضروری و یک آلاینده بسیار متحرک در نظر گرفته می‌شود که به راحتی وارد سبزیجات می‌شود و می‌تواند وارد چندین فرآیند حیاتی گیاه شده و در نتیجه منجر به رشد ضعیف، عملکرد اقتصادی پایین گیاهان و تهدید سلامتی انسان­ها می‌شود. کادمیم به عنوان ماده­ای سرطان‌زا در ایجاد اغلب سرطان‌ها شناخته شده‌است و یکی از عوامل مهم تاثیرگذار در ایجاد بیماری­های قلبی و فشار خون است (Rezania et al., 2016). در شرایط سخت تنش‌های محیطی مانند آلاینده‌ها، استفاده از سیستم‌های محرک‌های رشد با القای ژن‌های مسئول در تنش خشکی موجب کاهش خسارات ناشی از شرایط نامساعد گیاهی می‌گردد (Nasirzadeh et al., 2020).  

بیوچار یک اصلاح کننده مهم خاک است که از دو واژه بیو به مفهوم زیستی و چار، به معنی زغال مشتق شده است و به‌عنوان یک ماده با منشاء آلی در سال‌های اخیر متداول گردیده و در ارتباط با مدیریت پایدار خاک و نیز توقف کربن خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد (Sohi et al., 2009). بیوچار به خنثی کردن اسیدیته خاک‌های اسیدی و آماده کردن شرایط برای فعالیت بیشتر ریزجانداران و جلوگیری از آبشویی عناصر غذایی نیز کمک می‌کند. یکی دیگر از مزایای بیوچار این است که توانایی کاهش اثر منفی آلودگی‌های آلی و معدنی خاک را داراست (Karami et al., 2011). اهمیت بیوچار به عنوان یک کاهش دهنده تنش گیاهی در چند سال گذشته به دلیل توانایی آن در افزایش حاصلخیزی خاک، جذب و رشد مواد مغذی و بهبود ظرفیت نگهداری آب در گیاهان تحت تنش افزایش یافته است (Shiyu et al., 2020). محققان نشان دادند 20 میلی‌گرم در لیتر کادمیم سبب کاهش معنی‌دار وزن گیاه زرشک شد، به طوریکه کاربرد بیوچار با تعدیل تنش کادمیم سبب بهبود رشد گیاه گردید (Khosropour et al., 2021). کاربرد بیوچار به عنوان اصلاح کننده خاک به ترکیب فیزیکی و شیمیایی آن از جمله نوع ماده اولیه مصرفی، سطح ویژه و تخلخل بستگی دارد (Zhang et al., 2020).

سلنیوم از عناصر کمیاب سطح این سیاره است و از نقره نادرتر است که به عنوان مشتقات متیل در جو وجود دارد. نقش مهم سلنیوم در کاهش اثرات تنش کادمیم و تغییر در غلظت کادمیم برگ و ریشه گزارش شده است  .(Nasirzdeh et al., 2022)سلنیوم نقش محافظتی و آنتی اکسیدانی در کاهش تنش اکسیداتیو ناشی از دما، خشکسالی، شوری، استرس مکانیکی، اشعه ماوراء بنفش، عوامل بیماری‌زا و فلزات سنگین دارد. همچنین، سلنیوم با افزایش ظرفیت آنتی‌اکسیدانی گیاه از طریق افزایش فعالیت آنتی‌اکسیدان‌های آنزیمی و آنتی‌اکسیدان‌های غیرآنزیمی، تنش را بهبود می‌بخشد (Ahangarnezhad et al., 2019; Azarmdel et al., 2020; Momeny et al., 2020; Pandey & Gupta, 2015). سلنیوم احتمالا از طریق افزایش میزان نشاسته در کلروپلاست‌ها، رشد گیاه را افزایش داده و به دلیل خاصیت آنتی‌اکسیدانی از غشای سلول گیاهی در برابر تنش اکسیداتیو حفاظت می‌کند. افزایش عملکرد گیاه با کاربرد سلنیوم در تعدیل تنش کادمیم توسطBabashpour et al. 2022)) روی گیاه گشنیز گزارش شد. 

 مرزه تابستانه (Satureja hortensis) گیاهی یک ساله و علفی  از خانواده Lamiaceae  است که به دلیل داشتن ترکیبات فنلی با ارزش بالا، مانند کارواکرول و تیمول تولید می‌شود (Memari Tabrizi et al., 2021). مهدی­زاده و همکاران (1397)، گزارش دادند که تنش شوري با اختلال در ميزان جذب پتاسيم و كاهش نسبت پتاسيم به سديم گياه سبب كاهش صفات رشدي مرزه شد و بيوچار با جذب يون­هاي نمك سبب بهبود صفات رشدي مرزه تابستانه در تيمارهاي شوري گرديد. تاکنون مطالعه­ای در رابطه با اهمیت بیوچار و سلنیوم در تعدیل تنش کادمیم روی گیاه مرزه تابستانه انجام نشده است، بنابراین لازم است این تعدیل‌کننده‌های تنش در کاهش اثرات تنش اکسیداتیو ناشی از کادمیم روی گیاه مرزه تابستانه بررسی شود. به همین منظور پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر بیوچار به عنوان یک اصلاح کننده خاک و کاربرد سلنیوم به عنوان یک عنصر مهم در مقابله با تنش­های محیطی بر گیاه مرزه تحت تنش کادمیوم اجرا شد.

مواد و روش‌ها

این آزمایش به‌منظور بررسی اثر بیوچار و سلنیوم در شرایط تنش کادمیم در سال 1401 در مجتمع گلخانه‌ای دانشگاه تهران با فتوپریود 16 ساعت روشنایی و 8 ساعت تاریکی، رطوبت نسبی 65 تا 80 درصد، حداکثر دما 29 و حداقل دمای 15 درجه سانتی‌گراد در شهرستان کرج انجام گرفت. در 20 فروردین 1401 بذرهای مرزه تابستانه کشت و پس از 100 روز برداشت شدند. بذرهای مرزه (تهیه شده از شرکت پاکان بذر) ضد عفونی و در گلدان‌های 3 لیتری حاوی خاک کشاورزی، خاک‌برگ و ماسه کشت شدند. مطالعه حاضر به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در 3 تکرار صورت گرفت. تیمارها پژوهش شامل کادمیم در سه سطح (0، 10 و 20 میلی‌گرم در کیلوگرم خاک) که با خاک بستر کشت مخلوط شد. همچنین بیوچار در دو سطح (0 و 5 درصد حجم گلدان) اعمال شد. سلنیوم به صورت سلنات سدیم (Na2SeO4) در سه سطح (0، 5 و 10 میلی‌گرم در لیتر) در مرحله 4 برگی به صورت محلول‌پاشی با فواصل 15 روزه در سه نوبت استفاده شد. قبل از کشت نمونه­ای خاک (جدول 1) و نمونه­ای از بیوچار (جدول 2) جهت بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی به آزمایشگاه ارسال شد.

 

جدول 1- ويژگي­هاي فيزيکي و شيميايي خاک گلدان­ها

نيتروژن کل (%)	فسفر قابل جذب (mg/kg)	پتاسيم قابل جذب (mg/kg)	کربن آلي (%)	بافت خاک	هدايت الکتريکي (ds/m)	pH
11/0	3/15	225	67/0	لومی-رسی	2/1	8/6

 

جدول 2- ويژگي­هاي شيميايي بیوچار استفاده شده

ماده آلی (%)	کربن آلی (%)	نیتروژن (%)	سدیم (%)	پتاسیم (%)	فسفر (%)	هدايت الکتريکي (ds/m)	pH
6/91	8/75	45/0	520/0	20	370/0	5/37	5/9

 

 

در پایان دوره رویشی گیاه، صفات مورفولوژیکی و محتوای کلروفیل اندازه‌گیری شدند. وزن تر اندام هوایی و ریشه پس از برداشت با ترازوي ديجيتال ‌Digital scale با دقت 01/0 گرم توزين شد. برای اندازه­گیری اندام هوایی، گیاه کشت­شده در هر گلدن از یقه توسط قیچی قطع شد و تمام قسمت­های هوایی گیاه (ساقه، گل و برگ) اندازه گیری شد. برای اندازه­گیری ریشه، ریشه­ها به آرامی از خاک جدا شده و با ترازوی دیجیتال وزن شدند. پس از خشك كردن اندام هوایی و ریشه گیاه در دستگاه آون در دماي 72 درجه سانتي­گراد به مدت 24 ساعت، وزن خشك آنها با ترازوي ديجيتال Digital scale با دقت 01/0 گرم به­دست آمد (Inbar et al., 1994). اندازه‌گیری میزان محتوای کلروفیل با روش Arnon (1949) انجام شد. بدین ترتیب که ابتدا 1/0 گرم نمونة برگی گیاهان را در هاون چینی با 3 میلی‌لیتر استون 80 درصد کاملاً ساییده شد و حجم نهایی عصاره به 15 میلی‌لیتر رسید. سپس عصاره با استفاده از سانتریفیوژ به‌مدت 10 دقیقه با سرعت × g 5000 صاف شد. از دستگاه اسپکتروفتومتر (Shimadzu UV-160) برای اندازه‌گیری میزان جذب نمونه‌ها استفاده شد. ابتدا دستگاه با استون 80 درصد صفر شده و سپس میزان جذب عصاره استخراج شده در طول‌موج‌های 645 نانومتر و 663 نانومتر با دستگاه اسپکتوفتومتر قرائت گردید.

برای اندازه‌گیری این پارامتر جوانترین برگ تکامل یافته گیاه جدا و به سرعت با ترازوی دقیق آزمایشگاهی LiBROR AEL مدل 40SM با دقت 0001/0 وزن گردید. سپس برگ‌های هر تیمار به طور جداگانه در لوله آزمایش درب دار حاوی آب مقطر برای مدت 4 تا 5 ساعت غوطه‌ور گردیدند و برگ‌ها را پس از گذشت این مدت، از لوله آزمایش خارج و با استفاده از کاغذ صافی خشک گردیدند، و مجدداً توزین شدند. تا وزن آن­ها در حالت تورژسانس کامل به­دست آید. برای محاسبه وزن خشک، برگ‌ها به مدت 48 ساعت در آون 70 درجه سانتی‌گراد قرار داده شدند و سپس وزن گردیدند. محتوای نسبی آب برگ از رابطه زیر محاسبه شد، که در آن FW، وزن تر برگ؛ DW، وزن خشک برگ و TW وزن اشباع برگ می‌باشد (Ritchie et al., 1990).

 

کلیه داده‌های به‌دست آمده حاصل از اندازه‌گیری متغیرها با نرم‌افزار آماری SAS (Ver 9.3) آنالیز شد. مقایسه میانگین داده‌ها در سطح معنی‌دار 1 درصد با آزمون LSD بررسی شد. رسم شکل‌ها در نرم‌افزار Excel صورت گرفت.

نتایج و بحث

صفات وزنی

 نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که اثر اصلی کادمیم، اثر بیوچار در سطح احتمال 1 درصد بر وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه معنی‌دار شد. همچنین اثر متقابل کادمیم و بیوچار روی تمامی صفات به جز وزن خشک ریشه معنی‌دار شد. اثر متقابل کادمیم و سلنیوم بر وزن تر و خشک اندام هوایی گیاه معنی‌دار شد در حالی­که اثر متقابل بیوچار و سلنیوم فقط بر وزن خشک ریشه معنی‌دار شد. اثرات سه‌گانه نیز فقط بر وزن تر ریشه معنی‌دار شد (جدول 3). نتایج مقایسه میانگین نشان داد که کاربرد بیوچار سبب تعدیل تنش کادمیم شد به طوری­که در گیاهان بدون تیمار با بیوچار کادمیم کمترین مقدار (24/5گرم) وزن تر اندام هوایی را نشان داد ولی کاربرد بیوچار سبب افزایش وزن تر اندام هوایی در گیاهان تحت تنش شدید کادمیم (62/9گرم) شدند (شکل1). برای اثر متقابل کادمیم و سلنیوم، بیشترین مقدار وزن تر اندام هوایی (63/9 گرم) در تیمار عدم تنش کادمیم با کاربرد سلنیوم 10 میلی‌گرم در لیتر مشاهده شد (شکل2).

 

 

جدول 3- تجزیه واریانس صفات وزن تر و خشک اندم هوایی و ریشه مرزه تابستانه (Satureja hortensis) تحت تاثیر کادمیم، بیوچار و سلنیوم 

منابع تغییرات	درجه آزادی	میانگین مربعات
		وزن تر اندام هوایی	وزن خشک اندام هوایی	وزن تر ریشه	وزن خشک ریشه
تکرار	2	**62/1	**68/0	**537/0	**049/0
کادمیم	2	**12/62	**94/6	**24/5	**75/0
بیوچار	1	**80/5	**74/1	**53/1	**146/0
سلنیوم	2	**39/0	**41/0	**027/0	ns001/0
کادمیم × بیوچار	2	**48/0	**04/0	**048/0	ns004/0
کادمیم × سلنیوم	4	**11/0	*02/0	ns005/0	ns001/0
بیوچار × سلینیوم	2	ns07/0	ns001/0	ns014/0	**009/0
کادمیم ×بیوچار× سلنیوم	4	ns02/0	ns01/0	*018/0	ns002/0
خطا	34	03/0	005/0	006/0	003/0
ضریب تغییرات	-	26/2	82/2	01/3	93/5
** بیانگر معنی­داری در سطح 1 درصد، * بیانگر معنی­داری در سطح 5 درصد و ns بیانگر عدم معنی­داری.

 

 

شکل 1- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و بیوچار بر وزن تر اندام هوایی مرزه تابستانه (Satureja hortensis)

 

 

شکل 2- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم، بیوچار و سلنیوم بر وزن تر اندام هوایی مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

نتایج مقایسه میانگین نشان داد که کاربرد بیوچار سبب تعدیل تنش کادمیم شد به طوریکه در گیاهان بدون تیمار با بیوچار کادمیم سبب کاهش وزن تر اندام هوایی شد (8/1گرم) ولی کاربرد بیوچار سبب افزایش (47/3 گرم) وزن تر اندام هوایی در گیاهان تحت تنش شدید کادمیم (20 میلی‌گرم کادمیم در کیلوگرم خاک) شدند (شکل3). برای اثر متقابل کادمیم و سلنیوم، بیشترین مقدار وزن خشک اندام از 85/1 گرم در تیمار 20 میلی‌گرم کادمیم در کیلوگرم خاک بدون سلنیوم تا 31/3 گرم در تیمار عدم تنش کادمیم با کاربرد سلنیوم 10 میلی‌گرم در لیتر بدست امد (شکل4).

 

 

شکل 3- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و بیوچار بر وزن خشک اندام هوایی مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

شکل 4- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و سلنیوم بر وزن خشک اندام هوایی مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

مهم­ترین دلایل کاهش در وزن گیاه در طول دوره تنش را اثرات سوء تنش بر رشد و فیزیولوژی گیاه شامل رشد رویشی، سیستم فتوسنتزی و جذب عناصر غذایی اعلام کردند. تجمع کادمیم در بافت‌های گیاهی سبب کمبود آهن، منیزیم و کلسیم می‌شود و سنتز کلروفیل را متوقف می‌کند (Shanmugaraj et al., 2019). در تحقیقی مشابه Khosropour et al. (2022) نشان دادند 20 میلی‌گرم در لیتر کادمیم سبب کاهش معنی‌دار وزن گیاه زرشک شد به طوریکه کاربرد بیوچار با تعدیل تنش کادمیم سبب بهبود رشد گیاه شد. نتایج مقایسه میانگین نشان داد که در تیمارهای بدون کاربرد بیوچار و سلنیوم، وزن‌تر ریشه تحت تنش شدید کادمیم موجب کاهش(83/1 گرم) شد. اما بیوچار با نقش مثبت سبب کاهش تنش شد به طوریکه وزن‌تر ریشه در گیاهان تحت بیوچار افزایش 16 درصدی (33/3 گرم) نسبت به عدم بیوچار در شرایط تنش شدید کادمیم و بدون سلنیوم نشان دادند. برای سلنیوم، افزیش 9 و 5 درصدی وزن‌تر ریشه با کاربرد 5 و 10 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم در گیاهان تحت تنش شدید کادمیم و تیمار با بیوچار مشاهده شد (شکل5).

 

 

شکل 5- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم، بیوچار و سلنیوم بر وزن تر ریشه مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

نتایج مقایسه میانگین اثرات متقابل کادمیوم و سلنیوم نشان داد که تنش کادمیم سبب کاهش وزن خشک ریشه شد که کادمیم 10 و 20 میلی‌گرم در لیتر به ترتیب سبب کاهش 14 و 36 درصدی وزن خشک ریشه گیاه شد (شکل 6).

 

 

شکل 6- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و بیوچار بر وزن خشک ریشه مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

 اثر متقابل بیوچار و سلنیوم نشان داد که وزن خشک ریشه از 87/0 گرم در تیمار شاهد تا 01/1 گرم در تیمار سلنیوم 10 میلی‌گرم در لیتر و بیوچار بدست آمد (شکل7). بیوچار می‌تواند رشد گیاه را عمدتاً به دلیل افزایش در دسترس بودن مواد مغذی و بهبود خواص فیزیکی خاک از جمله کاهش چگالی ظاهری افزایش دهد (Windeatt et al., 2014). در تحقیقی مشابه، بهبود بیوماس ریشه گیاه زرشک با کاربرد بیوچار تحت تنش خشکی گزارش شد (Khosropour et al., 2022). سلنیوم با محافظت از آنزیم‌های کلروپلاستی و فراهم کردن شرایط مناسب برای فتوسنتز سبب افزایش رشد گیاه در ریشه و اندام هوایی می‌شود. افزایش بیوماس ریشه گشنیز با کاربرد نانوذرات سلنیوم تحت تنش کادمیم گزارش شده است (Babashpour-Asl et al., 2022) که همسو با تحقیق حاضر است.

کلروفیل و محتوای نسبی آب برگ

نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر اصلی کادمیم، بیوچار و سلنیوم بر کلروفیل a، کلروفیل b و محتوای نسبی آب برگ معنی‌دار شد. اثر متقابل کادمیم و سلنیوم بر کلروفیل b معنی‌دار شد در حالیکه اثر متقابل بیوچار و سلنیوم بر کلروفیل a و محتوای نسبی آب برگ معنی‌دار شد (جدول 4).

 

 

 

 

 

جدول 2- تجزیه واریانس صفات کلروفیل، محتوای نسبی آب برگ و قندهای محلول مرزه تابستانه (Satureja hortensis) تحت تاثیر کادمیم، بیوچار و سلنیوم

منابع تغییرات	درجه آزادی	میانگین مربعات
		کلروفیل a	کلروفیل b	محتوای نسبی آب برگ
تکرار	2	**0124/0	**01164/0	**35/76
کادمیم	2	**5119/0	**16189/0	**13/1799
بیوچار	1	**0462/0	**00501/0	**17/104
سلنیوم	2	**0276/0	**00058/0	**02/32
کادمیم × بیوچار	2	ns0006/0	ns00008/0	ns72/0
کادمیم × سلنیوم	4	ns0004/0	*0003/0	ns57/0
بیوچار × سلینیوم	2	**0167/0	ns00001/0	**72/18
کادمیم ×بیوچار× سلنیوم	4	ns0008/0	ns00004/0	ns11/0
خطا	34	0003/0	0001/0	78/0
ضریب تغییرات	-	88/1	71/2	08/1
** بیانگر معنی­داری در سطح 1 درصد، * بیانگر معنی­داری در سطح 5 درصد و ns بیانگر عدم معنی­داری.

  

اثر متقابل بیوچار و سلنیوم نشان داد که کلروفیل a از 86/0 میلی‌گرم در گرم وزن تر در تیمار شاهد تا 1/1 گرم در تیمار سلنیوم 5 یا 10 میلی‌گرم در لیتر و بیوچار بدست آمد (شکل 8).

 

شکل 8- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و سلنیوم بر کلروفیل a مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

اثر متقابل کادمیم و سلنیوم نشان‌داد که در تیمارهای عدم کاربرد سلنیوم، تنش شدید کادمیم سبب کاهش 39 درصدی کلروفیل b شد، اما سلنیوم سبب تعدیل تنش شد به طوریکه افزیش 7 درصدی آن را در سطح 10 میلی‌گرم در لیتر کلروفیل b در تحت تنش متوسط کادمیم شد (شکل 9).

 

 

شکل 9- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و سلنیوم بر کلروفیل b مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

بیوچار مقدار کلروفیل a و b را عمدتاً به‌دلیل بهبود جذب منیزیم و نیتروژن به‌عنوان درشت مغذی‌های ضروری برای بیوسنتز کلروفیل افزایش می‌دهد (Zargar Shooshtari et al., 2020). همچنین سلنیوم با تاثیر مهمی در حفاظت آنزیم‌های کلروپلاستی و فراهم کردن عناصر ضروری برای فتوسنتز سبب افزایش فتوسنتز می‌شود. افزایش کلروفیل گیاه با تعدیل تنش کادمیم توسط سلنیوم توسط محققین پیشین گزارش شده است (Alyemeni et al., 2018; Azizi et al., 2020; Sardar et al., 2022) که همسو با نتایج تحقیق حاضر است. اثر متقابل بیوچار و سلنیوم نشان داد محتوای نسبی آب برگ از 4/77 درصد در تیمار شاهد تا 3/83 درصد در تیمار بیوچار و 5 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم مشاهده شد (شکل 10).

 

 

شکل 10- نتایج مقایسه میانگین اثر کادمیم و سلنیوم بر محتوای نسبی آب برگ مرزه تابستانه (Satureja hortensis).

 

محتوای نسبی آب برگ، پتانسیل آب برگ، مقاومت روزنه‌ای و سرعت تعرق از عوامل مهم در روابط آب گیاه هستند. کاهش محتوای نسبی آب برگ از اثرات اولیه تنش فلزلت سنگین بر گیاهان است. پایین بودن محتوای نسبی آب برگ پتانسیل آب برگ را کاهش می‌دهد و منجر به بسته شدن روزنه می‌شود (Arbona et al., 2013؛ Sapeta et al., 2013). Elkelish et al. (2019) و Nasirzadeh et al. (2022) کاهش محتوای نسبی آب برگ را تحت تنش کادمیم گزارش کردند و همچنین نشان دادند که سلنیوم سبب افزایش محتوای نسبی آب برگ در شرایط تنش می‌شود.

 

نتیجه‏گیری

نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که کادمیم به ویژه در سطح 20 میلی‎گرم در کیلوگرم خاک سبب کاهش معنی‌دار عملکرد گیاه از نظر وزن گیاه و صفات کلروفیل و محتوای نسبی آب برگ گیاه مرزه تابستانه شد. هرچند اختلاف معنی‌داری بین سلنیوم 5 و 10 میلی‌گرم در لیتر بین اکثر صفات مشاهده نشد، ولی هر دو سطح به طور معنی‌داری سبب بهبود شرایط رشد گیاه و خصوصیات بیوشیمیایی آن شدند. بیوچار با غلظت 5 درصد حجم گلدان سبب تعدیل تنش کادمیم با بهبود شرایط رشد گیاه شد. بیشترین عملکرد گیاه با کاربرد بیوچار و دامنه 5-10 میلی‌گرم در لیتر سلنیوم بدست آمد.

 

 

 

 

REFERENCES

 

Aprajeeta, J., Gopirajah, R., and Anandharamakrishnan, C. 2015. Shrinkage and porosity effects on heat and mass transfer during potato drying. Journal of Food Engineering 144, 119-128.

Bishnoi, R., and Aharwal, K. 2020. Experimental investigation of air flow field and cooling heterogeneity in a refrigerated room. Engineering Science and Technology, an International Journal 23, 1434-1443.

Chen, Y. M., Song, H. Y., Chen, Z. S., Zhao, R., Su, Q., Jin, P. Y., Sun, Y. S., and Wang, H. 2020. Sensitivity analysis of heat and mass transfer characteristics during forced‐air cooling process of peaches on different air‐inflow velocities. Food Science & Nutrition 8, 6592-6602.

Chourasia, M., and Goswami, T. 2006a. Simulation of transport phenomena during natural convection cooling of bagged potatoes in cold storage, Part I: Fluid flow and heat transfer. Biosystems engineering 94, 33-45.

Chourasia, M., and Goswami, T. 2006b. Simulation of transport phenomena during natural convection cooling of bagged potatoes in cold storage, Part II: Mass transfer. Biosystems engineering 94, 207-219.

Dadmohammadi, Y., Kantzas, A., Yu, X., and Datta, A. K. 2020. Estimating permeability and porosity of plant tissues: Evolution from raw to the processed states of potato. Journal of Food Engineering 277, 109912.

Datta, A. 2007a. Porous media approaches to studying simultaneous heat and mass transfer in food processes. I: Problem formulations. Journal of food engineering 80, 80-95.

Datta, A. 2007b. Porous media approaches to studying simultaneous heat and mass transfer in food processes. II: Property data and representative results. Journal of food engineering 80, 96-110.

Gancarz, M., and Konstankiewicz, K. 2007. Changes of cellular structure of potato tuber parenchyma tissues during storage. Research in Agricultural Engineering 53, 75.

Gulati, T., and Datta, A. K. 2013. Enabling computer-aided food process engineering: property estimation equations for transport phenomena-based models. Journal of Food Engineering 116, 483-504.

Joardder, M. U., Karim, A., Kumar, C., and Brown, R. J. 2016. Effect of porosity on drying kinetics and food properties. In "Porosity", pp. 47-64. Springer.

Karunasena, H., Gu, Y., Brown, R., and Senadeera, W. 2015. Numerical investigation of case hardening of plant tissue during drying and its influence on the cellular-level shrinkage. Drying Technology 33, 713-734.

Khan, M. I. H., Joardder, M., Kumar, C., and Karim, M. 2018. Multiphase porous media modelling: A novel approach to predicting food processing performance. Critical reviews in food science and nutrition 58, 528-546.

Khan, M. I. H., Kumar, C., Joardder, M. U. H., and Karim, M. 2017. Determination of appropriate effective diffusivity for different food materials. Drying Technology 35, 335-346.

Kumar, C., Joardder, M., Farrell, T. W., and Karim, M. 2016. Multiphase porous media model for intermittent microwave convective drying (IMCD) of food. International Journal of Thermal Sciences 104, 304-314.

Kumar, C., Joardder, M. U., Farrell, T. W., Millar, G. J., and Karim, A. 2018. A porous media transport model for apple drying. Biosystems engineering 176, 12-25.

Mehdizadeh, L., Moghadam, M., Lakzian, A., 2018. The effect of biochar on growth characteristics and potassium to sodium ratio of summer savory (Satureja hortensis L) under sodium chloride stress. Journal of Environmental Stresses in Agricultural Sciences. Volume 12 (2). 606-595

Mudiyanselage, C. R., Karunasena, H., Gu, Y., Guan, L., and Senadeera, W. 2017. Novel trends in numerical modelling of plant food tissues and their morphological changes during drying–a review. Journal of Food Engineering 194, 24-39.

Ni, H., Datta, A., and Torrance, K. 1999. Moisture transport in intensive microwave heating of biomaterials: a multiphase porous media model. International Journal of Heat and Mass Transfer 42, 1501-1512.

Pham, N. D., Khan, M., and Karim, M. 2020. A mathematical model for predicting the transport process and quality changes during intermittent microwave convective drying. Food chemistry 325, 126932.

Srikiatden, J., and Roberts, J. S. 2007. Moisture transfer in solid food materials: A review of mechanisms, models, and measurements. International Journal of Food Properties 10, 739-777.

Tegenaw, P. D., Verboven, P., and Vanierschot, M .2022. Numerical and experimental study of airflow resistance across an array of sliced food items during drying. Journal of Food Engineering 312, 110739.

Turkan, B., Canbolat, A. S., and Etemoglu, A. B. 2019. Numerical investigation of multiphase transport model for hot-air drying of food. Journal of Agricultural Sciences 25, 518-529.

Yadav, A. K., and Singh, S. V. 2014. Osmotic dehydration of fruits and vegetables: a review. Journal of food science and technology 51, 1654-16.

Ahangarnezhad, N., Najafi, G., and Jahanbakhshi, A. 2019. Determination of the physical and mechanical properties of a potato (the Agria variety) in order to mechanise the harvesting and post-harvesting operations. Research in Agricultural Engineering, 65(2), 33–39.

Alyemeni, M. N., Ahanger, M. A., Wijaya, L., Alam, P., Bhardwaj, R., and Ahmad, P. 2018. Selenium mitigates cadmium-induced oxidative stress in tomato (Solanum lycopersicum L.) plants by modulating chlorophyll fluorescence, osmolyte accumulation, and antioxidant system. Protoplasma, 255(2), 459-469.

Arbona, V., Manzi, M., de Ollas, C., and Gómez-Cadenas, A. 2013. Metabolomics as a tool to investigate abiotic stress tolerance in plants. International journal of molecular sciences, 14(3), 4885-4911.

Arnon, D. I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant physiology, 24(1), 1.

Awa, S. H., and Hadibarata, T. 2020. Removal of heavy metals in contaminated soil by phytoremediation mechanism: a review. Water, Air, & Soil Pollution, 231(2), 1-15.

Azarmdel, H., Jahanbakhshi, A., Mohtasebi, S. S., and Muñoz, A. R. 2020. Evaluation of image processing technique as an expert system in mulberry fruit grading based on ripeness level using artificial neural networks (ANNs) and support vector machine (SVM). Postharvest Biology and Technology, 166, 111201.

Azizi, I., Esmaielpour, B., and Fatemi, H. 2020. Effect of foliar application of selenium on morphological and physiological indices of savory (Satureja hortensis) under cadmium stress. Food Science & Nutrition, 8(12), 6539-6549.

Babashpour, M., Farajzadeh-Memari-Tabrizi, E., and Yousefpour-Dokhanieh, A. 2022. Foliar-applied selenium nanoparticles alleviate cadmium stress through changes in physio-biochemical status and essential oil profile of coriander (Coriandrum sativum L.) leaves. Environmental Science and Pollution Research, 29, 80021-80031.

Elkelish, A. A., Soliman, M. H., Alhaithloul, H. A., and El-Esawi, M. A. 2019. Selenium protects wheat seedlings against salt stress-mediated oxidative damage by up-regulating antioxidants and osmolytes metabolism. Plant Physiology and Biochemistry, 137, 144-153.

Inbar, J., Abramsky, M., Cohen, D., and Chet, I. 1994. Plant growth enhancement and disease control byTrichoderma harzianum in vegetable seedlings grown under commercial conditions. European Journal of Plant Pathology, 100(5), 337-346.

Karami, N., Clemente, R., Moreno-Jiménez, E., Lepp, N. W., and Beesley, L. (2011). Efficiency of green waste compost and biochar soil amendments for reducing lead and copper mobility and uptake to ryegrass. Journal of hazardous materials, 191(1-3), 41-48.

Khosropour, E., Weisany, W., Razzak-Tahir, N. A., and Hakimi, L. 2022. Vermicompost and biochar can alleviate cadmium stress through minimizing its uptake and optimizing biochemical properties in Berberis integerrima bunge. Environmental Science and Pollution Research, doi.org/10.1007/s11356-021-17073-6.

Memari-Tabrizi, E. F., Yousefpour-Dokhanieh, A., and Babashpour-Asl, M. 2021. Foliar-applied silicon nanoparticles mitigate cadmium stress through physio-chemical changes to improve growth, antioxidant capacity, and essential oil profile of summer savory (Satureja hortensis L.). Plant Physiology and Biochemistry, 165, 71-79.

Momeny, M., Jahanbakhshi, A., Jafarnezhad, K., and Zhang, Y. D. 2020. Accurate classification of cherry fruit using deep CNN based on hybrid pooling approach. Postharvest Biology and Technology, 166, 111204.

Nasirzadeh, L., Kvarnheden, A., Sorkhilaleloo, B., Hervan, E. M., and Fatehi, F. 2022. Foliar-Applied Selenium Nanoparticles Can Alleviate Soil-Cadmium Stress Through Physio-chemical and Stomatal Changes to Optimize Yield, Antioxidant Capacity, and Fatty Acid Profile of Wheat (Triticum aestivum L.). Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 1-12.

Nasirzadeh, L., Sorkhilaleloo, B., Majidi Hervan, E., and Fatehi, F. 2021. Changes in antioxidant enzyme activities and gene expression profiles under drought stress in tolerant, intermediate, and susceptible wheat genotypes. Cereal Research Communications, 49(1), 83-89.

Pandey, C., and Gupta, M. 2015. Selenium and auxin mitigates arsenic stress in rice (Oryza sativa L.) by combining the role of stress indicators, modulators and genotoxicity assay. Journal of Hazardous Materials, 287, 384–391.

Rezania, S., Taib, S. M., Din, M. F. M., Dahalan, F. A., and Kamyab, H. 2016. Comprehensive review on phytotechnology: heavy metals removal by diverse aquatic plants species from wastewater. Journal of hazardous materials, 318, 587-599.

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. Crop science, 30(1), 105-111.

Sapeta, H., Costa, J. M., Lourenco, T., Maroco, J., van der Linde, P., and Oliveira, M. M. 2013. Drought stress response in Jatropha curcas: growth and physiology. Environmental and Experimental Botany, 85, 76-84.

Sardar, R., Ahmed, S., Shah, A. A., and Yasin, N. A. 2022. Selenium nanoparticles reduced cadmium uptake, regulated nutritional homeostasis and antioxidative system in Coriandrum sativum grown in cadmium toxic conditions. Chemosphere, 287, 132332.

Shanmugaraj, B. M., Malla, A., and Ramalingam, S. 2019. Cadmium stress and toxicity in plants: an overview. Cadmium toxicity and tolerance in plants, 1-17.

Shiyu, Q. I. N., Hongen, L. I. U., Zhaojun, N. I. E., Rengel, Z., Wei, G. A. O., Chang, L. I., and Peng, Z. H. A. O. 2020. Toxicity of cadmium and its competition with mineral nutrients for uptake by plants: A review. Pedosphere, 30(2), 168-180.

Sohi, S., Lopez-Capel, E., Krull, E., and Bol, R. 2009. Biochar, climate change and soil: A review to guide future research. CSIRO Land and Water Science Report, 5(09), 17-31.

Windeatt, J. H., Ross, A. B., Williams, P. T., Forster, P. M., Nahil, M. A., and Singh, S. 2014. Characteristics of biochars from crop residues: potential for carbon sequestration and soil amendment. Journal of environmental management, 146, 189-197.

Yang, Q., Li, Z., Lu, X., Duan, Q., Huang, L., and Bi, J. 2018. A review of soil heavy metal pollution from industrial and agricultural regions in China: pollution and risk assessment. Science of the total environment, 642, 690-700.

Zargar Shooshtari, F., Souri, M. K., Hasandokht, M. R., and Jari, S. K. 2020. Glycine mitigates fertilizer requirements of agricultural crops: case study with cucumber as a high fertilizer demanding crop. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 7(1), 1-10.

Zhang, Y., Ding, J., Wang, H., Su, L., and Zhao, C. 2020. Biochar addition alleviate the negative effects of drought and salinity stress on soybean productivity and water use efficiency. BMC Plant Biology, 20(1), 1-11.73.

.

                             

 

The Effect of Selenium and Biochar on Some Quantitative and Qualitative Yield Traits of Savory (Satureja hortensis L.) Under Cadmium Stress Conditions

 

Sajedeh-Saddat Tabatabaie1, Marzieh Ghanbari Jahromi2* and Weria Weisany3

 

1 MSc student, Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

2 Assistant Professor, Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

3 Associate Professor, Department of Horticultural Science and Agronomy, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.

* Corresponding Author’s Email: [e-mail]

(Received: December. 9, 2024 – Accepted: January. 18, 2025)

 

ABSTRACT

 

Heavy metal stress, including cadmium, is one of the most important factors limiting plant growth. For this purpose, an experiment was conducted to investigate the effect of selenium nutrition and biochar application on reducing oxidative stress caused by cadmium in savory (Satureja hortensis L.) in 2022. The present study was conducted as a factorial in a completely randomized design with three replications. The research treatments included cadmium at three levels (0 (control), 10 and 20 mg/kg soil), biochar at two levels (0 and 5% of pot volume), and selenium at three levels (0, 5 and 10 mg/l). The results of the present study showed that cadmium stress, especially 20 mg/kg soil, significantly reduced the fresh and dry weight of shoots and roots, relative leaf water content, and chlorophyll content. On the other hand, cadmium stress caused a decrease in chlorophyll a compared to the control, while cadmium 10 and 20 mg/L caused a 7 and 29% decrease in chlorophyll a compared to the control, respectively. The overall results showed that the simultaneous application of 5% by volume biochar with 5-10 mg/l selenium was an important modifier of cadmium stress in summer savory.

Keywords: Biochar, Selenium, Essential Oil Yield, Cadmium, Summer Sag

---