تاثیر کاربرد کودهای بیولوژیک، هیومیک اسید و پلیمر سوپر جاذب بر جذب و پالایش کادمیوم توسط یونجه یکساله (Medicago scutellata L.)

محورهای موضوعی : یافته های نوین کشاورزی

مرتضی محمدی ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد زراعت دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج)
داوود حبیبی ² (دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، گروه زراعت، کرج، ایران)
محمدرضا اردکانی ³ (دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، گروه زراعت، کرج، ایران)
احمد اصغرزاده ⁴ (استادیار موسسه تحقیقات خاک و آب ایران)

تاریخ دریافت : 1394/09/07 تاریخ پذیرش : 1394/09/07 تاریخ انتشار : 1390/12/01

کلید واژه: جذب کادمیوم, هیومیک اسید, گیاه پالایی, یونجه یکساله, میکوریزا, باکتری محرک رشد,

چکیده مقاله :

این آزمایش در سال 1388 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی (CRD) در چهار تکرار انجام شد. املع اول در این تحقیق سطوح فلز سنگین کادمیوم در سه سطح شامل (80 – 40 – صفر میلی‌گرم در کیلوگرم خاک کلرید کادمیوم (CdCl2) و عامل دوم ترکیبات تیماری شامل کاربرد باکتری‌های محرک رشد، قارچ میکوریزا، هیومیک اسید و پلیمر سوپرجاذب به صورت جداگانه و توام در شانزده سطح بود. نتایج آزمایش نشان داد با افزایش غلظت کادمیوم در خاک میزان تجمع کادمیوم در اندام هوایی، ریشه و همچنین کادمیوم قابل دسترس خاک افزایش یافت. با توجه به اثر متقابل عامل های آزمایش مشاهده شد که کاربرد پلیمر نانو سوپر جاذب + کاربرد باکتری های ازتوباکتر و آزوسپریلیوم و سودوموناس + کاربرد هیومیک اسید و کاربرد پلیمر نانو سوپر جاذب + کاربرد قارچ میکوریزا + کاربرد هیومیک اسید و نیز کاربرد باکتری های ازتوباکتر و آزوسپریلیوم و سودوموناس + کاربرد قارچ میکوریزا + کاربرد هیومیک اسید، b15 (کاربرد پلیمر نانو سوپرجاذب + کاربرد باکتری های ازتوباکتر و آزوسپریلیوم و سودوموناس+ کاربرد قارچ میکوریزا + کاربرد هیومیک اسید) دارای بیشترین میزان تجمع کادمیوم در اندام هوایی بودند، به طوری که در تیمار‌های فوق میزان این عنصر در اندام هوایی حدود 62 % بیشتر از تیمار شاهد بود. همچنین کاربرد توام باکتری های محرک رشد، قارچ میکوریزا و پلیمر سوپرجاذب بیشترین میزان کادمیوم را توسط اندام ریشه‌ای جذب کرده بود که این میزان حدود 3/42 % بیشتر از تیمار شاهد بود. مصرف توام کود‌های بیولوژیک، هیومیک اسید و پلیمرسوپرجاذب باعث افزایش فاکتور انتقال (TF) کادمیوم از ریشه به اندام هوایی و همچنین باعث افزایش استخراج گیاهی (AF) و ضریب استخراج فلز سنگین (EC) در گونه مورد مطالعه شد.

چکیده انگلیسی:

This study was carried out to investigate  the effect of single and combined inoculations of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), mycorrhiza fungi, humic acid and super absorbent polymer on growth and uptake of cadmium in annual alfalfa (Medicago scutellata). The experiment was done at the research greenhouse of  Islamic Azad University – Karaj branch during 2009-2010 in factorial design as a completely randomized design (CRD) with four replications. The first factor was levels of  Cadmium [0- 40 - 80 mg kg-1 soil cadmium chloride (CdCl2)] and the second factor included treatments (inoculation of PGPR, mycorrhiza fungi, humic acid and superabsorbent polymer) separately and combined with 16 levels. Biofertilizers used in this experiment were bacterial species (Azotobacter chroococcum), (Azospirillum lipoferum) and (Pseudomonas putida) in a mixture form and  mycorrhiza fungi was (Glomus intraradices). Results showed that with increasing cadmium concentration in soil, the accumulation of cadmium in shoots and roots and available cadmium in soil increased. Interaction of factors indicated treatments b12, b13, b14 and b15 had the highest rate of Cd accumulation in shoots (62 percent higher than the control). treatments including combined use of PGPR, mycorrhiza fungi and superabsorbent polymer showed the highest cadmium uptake by the root (42.3 percent higher than control). Combined use of biofertilizers, superabsorbent polymer and humic acid increased transfer factor (TF) ,accumulation factor (AF) and enrichment coefficient (EC). Overall results indicated that application of PGPR, mycorrhiza fungi, Humic acid and superabsorbent polymer effect on Cd uptake in shoots and roots of annual medic. These materials can move toward success phytoremediation of contaminated area with heavy metals.

منابع و مأخذ:

1- مسلمی، ز.، حبیبی، د.،  اصغر زاده، ا.، اردکانی م.ر.، محمدی، ع. و محمدی، م. 1388. بررسی اثر باکتری‌های محرک رشد و پلیمر سوپرجاذب بر مقاومت به خشکی ذرت. اولین همایش منطقه‌ای مدیریت منابع آب و خاک و نقش آن در کشاورزی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس. ص 137.

2. Adams, J. C. and Lockaby, B. G. 1987. Commercial produced superabsorbent material increases water- holding capacity of soil medium. Tree planters Notes. 38(1):24-25.

3. Akhter, J., Mahmood, K., Malik, K. A., Marden, A., Ahmad, M. and Iqbal, M. M. 2004. Effects of hydrogel amendment on water storage of sandy loam and loam soils and seedling growth of barley, wheat and chickpea. Plant soil Environment. 50:463-469.

4. Albiach, R., Canet, R., Pomares, F. and Ingelmo,  F. 2001. Organic matter components aggregate stability and biological activity in a horticultural soil fertilized with different rates of two sewage sludges during ten years Biores. Technol. 77:109-114.

5. Angel, J. S., McGrath, S. P. and Chadrio, A. M. 1992. Effects of media components on toxicity of Cd to rhizobia. Water, Air and soil Pollution. 64:627-633.

6. Arriagada, C. A., Herrera, M. A. and Ocampo, J. A. 2007. Benficial effect of saprobe and arbuscular mycorrhizal fungi on growth of Eucalyptus globules co-cultured with Glycine max in soil contaminated with heavy metals.J.Environ.manage. 84:93-99.

7. Benavides, M. P., Gallego, S. M. and Tomaro, M. L. 2005. Cadmium toxicity in plants Braz., J. plant physiol. 17(1):21-34.

8. Burd, G. I., Dixon, D. G. and Glick, B. R. 2000. Plant growth promoting bacteria that decrease heavy metal toxicity in plants. Can. J. Microbiol. 46:237-245.

9. Cacco, G., Attina, E., Gelsomino, A. and sidari, M. 2000. Effect of nitrate and humic substances of nitrate uptake in wheat seedlings. Journal of plant nutrition and soil science. 163:313-320.

10. Cakmakci, R., Donmez, M. F. and Erdogan, U. G. 2007. The effect of plant growth promoting rizobacteria on baraley graining growth, nutrient uptake, some soil properties, and bacterial counts. Turkish Journal Agriculture. 31: 189-199.

11. Chaudhry,T. M., Hill, L., Khan, A. G. and Kuek, C. 1999. Colonization of iron and zinc contaminated dumped filtercake waste by microbs microbs, plant and associated mycorrhiza. In:Wong,M.H Wong,J.W.C.,Baker A.J.M.(Eds.),Remediation and management of Degarded land.CRC press LLC,Boca Raton,27,pp.275-283.

12. Chen, Y. and Ariad, T. 1990. Effects of Humic substances in soil and crop Science: Mac carthy, P. et al., (ed.). 161-186 madison.

13. Davis, R. D. 1984. Cadmium in sludge used as fertilizer. Environ. Protect. Direct. Vol 40:117-126.

14. Fulchieri, M., Lucangeli, C. and Bottini, R. 1993. Inoculation With Azospirillum lipoferum affects growth and gibberellins status of corn seedling roots. Plant and Cell physiology. 34(8):1305-1309.

15. Gadd, G. M. 2004. Microbial onfluence on metal mobility and application for bioremediation. Geoderma., 122:109-119.

16. Gardea-Torresdey, J. L., Peralta, J. R., De La Rosa, G. and Parsons, J. G. 2005. Phytoremediation of heavy metals and study of the metal coordination by X-ray absorption spectroscopy. Coordination Chemistry Reviews 249, 1797-1810.

17. Gholami, A., Shahsavani, S. and Nezaet, S. 2009. The effect of Plant Growth promoting Rhizobacteria (PGPR) on germination, seedling growth and yield of maize. International. Journal of Biological and Life Sciences. (1):35- 40.

18. Ghore,V. and Paszkowski, U. 2006. Contribution of the arbuscular myccorahizal symbiosis to heavy metal phytoremediation.planta. 233:1115-1122.

19. Glick, B. R., Patten, C. L., Holguin, G. and Penrose, G. M. 1999. Biochemical and genetic mechanisms used by plant growth promoting bacteria. London:Imperial College Press.

20. Grichko, V. P., Fillby, B. and Glick, B. R. 2000. Increased ability of transgenic plants expressing the bacterial enzyme ACC deaminase to accumulate Cd, Co, Cu, Ni, Pb and Zn. J. Biotech. 81:45-53.

21. Handreek, K. A. 1994. Effect of pH on the uptake of Cd and Zn from soil less media Containing sewage sludge Commun. Soil Sci. plant Anal. 25. Pp. 1913-1927.

22. Hashem, A. R. 1990. Hymenoscy phuserica and the resistance of Vaccinum macrocarpon to lead Transactions of the mycological society of Japan. 31:3. Pp. 345-353.

23. Huang, C. M. and Cuningham, S. D. 1996. Lead phytoremediation : species variation in lead uptake and translocation. New phytol. 134:75-84.

24. Jamal, A., Ayub, N., Usman, M. and Khan, A. G. 2002. Arbuscular mycorrhizal inoculation on plants growing on arsenic contaminated soil. Chemosphere 72:1092-1097.

25. Joner. E. J. and Leyval, C. 1997. Plant uptake of Cd through arbuscular mycorrhiza. An important group of symbiotic fungi. Conference – paper- Journal-article.

26. Khan, M. S., Zaidi, A., Wani, P. A. and Oves, M. 2008. Role of Plant growth prompting rhizo bacteria in the remedition of metal contaminated soils.Environ.chem.Lett.

27. Kiatkamjornwong, S. 2007. Superabsorbent polymers and superabsorbent polymer composites. Science Asia. 33:39-43.

28. Kuffner, M., Puschenreiter, M., Wieshammer, G., Gorfer, M. and Sessitsch, A. 2008. Rhizospher bacteria affect growth and metal uptake of heavy metal accumulating willows, plant Soils., 304:35-44.

29. Lombi, E., Zhao, F. J., Duham, S. J. and Mc Grath, S. P. 2001. Phytoremediation of heavymetal comtaminated soils: natural  hyperaccumulation Versus chemically enhanced phtoextraction. J. Environ. Qual. 30:1919 – 1926.

30. Marchiol, L., Assolari, S., Sacco, P. and Zerbi, G. 2004. Phytoextraction of heavy metals by canola (Brassica napus) and radish (Raphanus sativus) grown on multicotaminated soil. Environ. Pollut. 132, 21-27.

31. Norris, J. R., Read, D. J. and Varma, A. K. 1992. Methods in microbiology. Techniques for the study of mycorrhiza. Academic press, London. Volume 24.

32. Orzeszyna, H., Garlikowski, D. and Pawlowski, A., 2006. Using of geocomposite with superabsorbent synetic polymers as water retention element in vegetative laters. Institute of Agrophysics, Polish Academy of Sciences. 20:201-206.

33. Pal, A., Dutta, S., Mukherjee, P. K. and Paul, A. K. 2005. Occurrence of Heavy metal resistance in microflora from serpentine soil of Andaman. J. Basic Microbial. 45:207-218.

34. Pawlowski, A., Lejcus, K., Garlikowski, D. and Orezesyna, H. 2009. Geocomposite with superabsorbent  as an element improving water availability for plants on slopes. Geophysical Research  Abstracts. 11:1-2.

35. Peralta, J. R., Gardea Torresdey, J. L., Timann, K. J., Gomez, E., Arteaga, S., Rascon, E. and Parsons, J. G. 2001. Uptake and effects of five heavy metals on seed Germination , and Toxicology . 66:727-734.

36. Pivetz, B. 2001. Phytoremediation of contaminated soil and ground water and hazardous waste sites.Ground water Issue.United State Environmental Protection Agency.

37. Rajkumar, M. and freitas, H. 2008. Effects of inoculation of plant growth promoting bacteria on Ni uptake by Indian mustared.Biores Technol. 3491-3498.

38. Rauthan, B. S. and Schnitzer, M. 1981. Effect of soil fulvic acid on the growth and nutrient content of cucumber (Cucumis sativus) plants. Plant soil 63:491- 495.

39. Salt, D. E., Blaylock, M., KumarNanda, P. B. A., Dushenkov, V., Esley, B. D., Chet, I. and Raskin, I. 1995. Phytoremediation: a novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants. Bio/Technology. 13:468- 478.

40. Salt, D. E., Prince, R. C. and Raskin, I. 1995. Mechanisms of Cadmium mobility and accumulation in Indian mustard. Plant physiol., 109:1427-1433.

41. Sanita di Toppi, L. and Gabbrielli, R. 1999. Response to Cadmium in higher plants. Environ. EXP. Bot 41:105-130.

42. Sharif, M., Khattak, R. A. and Sarir, M. S. 2002. Effect of different levels of lignitic coal drived humic acid on growth of maize plants. Communication in soil science and plant Analysis 33(19820):3567-3580.

43. Siebe, C. 1995. Heavy metal availability to plants and soils irrigated withwastewater from Mexico City. Water Sci. Technol. 32, 29-34.

44. Silver, S. 1996. Bacterial resistances to toxic metal ions-a review. Gene., 179:9-19.

45. Smith, S. R. 1994. Effect of soil pH on availability to crops metals in sewage sludge treated soils. I. Nickel, copper and zinc uptake and toxity to rye grass. Environ. Pollut. 85:321-327.

46. Smith, S. E. and Read, D. J . 1997. Mycorrhizal symbiosis.2^nd ed.Academic press,London.

47. Vassilev, A., Vangronsveld, J. and Yordanov, I. 2002. Cadmium phytoextraction: Present state, Biological Backgrounds and Research Needs. BULG. J. plant physiol, 28(3-4): 68-95.

48. Vogel-mikus, K., Pongrac, P., kump, P., Necemer, M. and Regavar, M. 2006. colonization of a Zn,Cd and Pb hiperaccumulator Thalspi praecox wulfen with indigenous arbuscular mycorrhizal fungal mixture induces changes in heavy metal and nutrient uptake.Environ.Pollut.,139:362-371.

49. Weissenhorn, I. and Leyval, C. 1995. Root colonization of maize by a Cd-sensitive and a Cd tolerant Glomus mosseae and cadmioum uptake in sand culture.plant soil. 75:233-238.

50. Wenger, K., Gupta, S. K., Furrer, G. and Schulin, R. 2002. Zinc extraction potential of two Common Crop plants Nicotiana tabacum and Zea mays plant soil. 242:P217-225.

51. Zaidi, S., Usmani, S., singh, B. R. and Musarrat, J. 2006. significance of Bacillus subtilis strain S.J-101 as a bioinuculant for concurrent plant growth promotion and nickel accumulation in brassica juncea.chemosphere.  64:991-997.

52. Zohuriaan-Mehr, M. J. and Kabiri, K. 2008. Superabsorbent polymer materials: a review. Iranian Polymer Journal. 17(6):451-477.

53. Zu, Y. Q., Li, Y., Chen, H. Y., Qin, L. and Schvartz, C. 2005. Hyper accumulation of Pb, Zn,Cd in Yunnan, China. Inviroment international. 31:755-762.