بررسی اثرات فلزات سنگین بر درختان فضای سبز شهری با توجه به تغییرات فصلی و شرایط اکوفیزیولوژیکی

1. بررسی اثرات فلزات سنگینبر درختان فضای سبز شهری با توجه به تغییرات فصلی و شرایط اکوفیزیولوژیکی

2. چکیده • به خاطر افزایش صنعتی شدن شهرها و آلودگی هوا با انواع فلزات سنگین و آلاینده های دیگر گیاهان نیز همچون موجودات دیگر تحت تأثیر این آلودگی قرار می گیرند. • درختان فضای سبز شهری: • خزان کننده ها • همیشه سبز • که توسط این آلاینده ها به طرق مختلف تحت تأثیر قرار می گیرند. • و مکانیسم های پاسخ متفاوتی را در برابر تنش ناشی از فلزات سنگین خاک ، آب و هوای اطراف دارند. • هر دسته پاسخ های متفاوتی را برای اجتناب یا تحمل دارند.

3. در گیاهان خزان کننده چون؛ زبان گنجشک Fraxinus، تبریزی Populus، چنار Platanus، افرا Acer و...آثار تنشی به صورت تخریب سیستم های فتوسنتتیک و آسیب به اندام های هوایی به ویژه برگها ظاهر می شود. • در گیاهان همیشه سبز چون کاج میلاد Picea abiesو... میزان رشد اندامها تحت تأثیر تنش تغییر کرده و به صورت عدم تعادل در بخش هوایی و زمینی تظاهر می یابد.

4. مقدمه • اصطلاح فلزات سنگین در منابع علمی برای توضیح تمام فلزاتی به کار می رود که عدد اتمی بزرگتر از 20 دارند. (عموماً فلزات قلیایی خاک مستثنی هستند). • شماری از فلزات سنگین برای گیاهان و حیوانات ضروری اند : • عناصر کم مصرفی چون Cu ، Fe ، Mn ، Mo ، Ni وCo • اگر غلظت این عناصر از حدی فراتر رود ایجاد سمیت کرده و در واقع یونهای فلزی عوامل تنش زایی می شوند • فلزات سنگین آلوده کننده محیط : Cd،Pb،Cu،Zn وNi (گروه فلزات واسطه )

5. تأثیر فعالیت های ترافیکی • فعالیت های ترافیکی، مواد ذره ای و اورسل ( جسم یا مایع معلق در هوا به صورت گرد و گاز) و فلزات سنگین را در محیطهای خیابانی شهرها تولید می کندلذا: • نهشت فلزات سنگین روی پوشش گیاهی و خاک • تحت تأثیر قرارگرفتن ترکیبات اصلی برگ و فیزیولوژی آنها • ممانعت از سیستم های آنزیمی و فرآیندهای متابولیکی • سازگاری تکاملی گیاهان به خاکهای فلز دار از دیر باز قابل قبول بوده است

6. علایم سمیت فلزات سنگین در گیاهان فضای سبز • ارزیابی گونه های گیاهی مختلف می تواند به عنوان شاخص زیستی مناسب در مطالعه پاسخ های گیاهی به فلزات سنگین باشد. • پاسخ های فیزیولوژیکی یک گیاه به فلزات سنگین در دوره های فعالیت پراکسیدازی و فتو شیمیایی می تواند منعکس کننده اثرات سمیت گیاهی باشد.

7. اثرات • کاهش محتوی کلروفیل از طریق دخالت در بیوسنتز کلروفیل و دخالت در فرآیندهای پراکسید شدن لیپید در غشاهای فتوسنتتیکدر گیاهانخزان کننده چون : • تبریزی ( Populus) ، چنار( Platanus) ، عرعر( Ailanthus)، زبان گنجشک ( Fraxinus)، افرا(Acer)، Robinia و Aesculus • در بلوط انگلیسی (Quercus robur) در خاکهای غنی از مس آسیب به سیستم های فتوسنتتیک که با: • نسبتهای کلروفیل دگرگون شده • و پیگمانهای کاروتنوئید شامل چرخه زانتوفیل منعکس می شود • بیوسنتز زآرانتین ، حساسیت ویژه ای ندارد یا شاخص قابل اطمینانی از تنش گیاهی است. • اختلال در جذب عناصر معدنی و ریز مغذیها در کاجها ( Conifers) (همبستگی منفی بین جذب عناصر و مس و سرب ).

8. در برگهای بید Salix viminalis انباشتگی موضعی کادمیوم در آوند های کوچک نزدیک هم باعث تشکیل تانن در زایلم و ایجاد لکه های نکروزه در مجاور مزوفیل و اپیدرم فوقانی می شود. • Cdباعث تنش اکسیداتیو می شود و پیری سلول در مزوفیل حتی با یک محتوی کم کادمیوم افزایش می یابد • انباشتگی مس در ریشه ها در بلوط انگلیسی ( Quercus robur): محدود کردن نقل و انتقال مواد به اندام های هوایی کاهش ریشه دهی و رشد کلروز برگها

9. توزیع کادمیوم در برگهای جوان و مسن بید

10. ریز استقراری کادمیوم در آوند های برگ بید Salix : • ( نهشت فلز با زرد متمایل به قهوه ای نشان داده شده است). • میزان فلز؛ کلانشیم > مغز(p)> فلوئم (ph)> پارانشیم بیرونی (cp)> زایلم (x)

11. غلظتهای سمی فلزات سنگین در گیاهان نسبت به هم • غلظت سمیت فلزات سنگین در گیاهان به: • گونه گیاهی و مراحل رشد گیاهی • تغییرات پارامتر های فیزیکی و شیمیایی خاک (pH ، ظرفیت تبادل کاتیون، شکل شیمیایی فلزات ، محتوی مواد آلی و غیره) • پارامترهای بیولوژیکی از قبیل حضور میکروارگانیسم ها که تعیین کننده دسترسی برای گیاه است بستگی دارد • Cd:(mg kg¯¹ dw) 30-50 • Pb: 300-30) سمیت سرب تحت شرایط مزرعه بسیار کم است): • به دلیل غلظت پائین Pb در خاک • یا دسترسی زیستی کم Pb باشد • Ni : mg kg¯¹ 246-40 ( به آسانی جذب می شود) • mg kg¯¹: Zn 400-300

12. محل خسارت ناشی از سمیت فلزات سنگین کادمیوم • مراحل فیزیولوژیکی در گیاهان بوسیله افزایش محتوی فلزات سنگین اطراف گیاه تحت تأثیر قرار می گیرد. • حضور فلزات سنگین در سلول تشکیل انواع رادیکال آزاد ( ناشی از اثر مستقیم یا غیر مستقیم فلزات ) آسیب شدید به ترکیبات سلولی • تأثیر روی کلروپلاست یا سیستم های فتوسنتتیک از طریق تأثیر روی آنزیم ها به ویژه آنزیم هایی که غنی از گروه سولفیدریل هستند. • آسیب به هسته؛ تخریب فعالیت هسته • آسیب به واکوئل؛ بوسیله تخریب تشکیل وزیکولها • آسیب به میتوکندری؛ به علت تورم، تشکیل حفرات و سرانجام تخریب ارگانلها • تسریع پیری سلول بوسیله تولید اتیلن تنشی • اشباع دیواره سلولی و حفرات سلولی در زایلم با مواد فنولیک

13. اثر متقابل بین سمیت عناصر و فاکتورهای محیطی • غلظت فلزات سنگین در گیاهان گاهی اوقات اثرات فصلی را نشان می دهد. • سطوح سرب در گیاهان در پائیز و زمستان رو به افزایش می گذارد. • بهترین گونه درختی انباشته گر فلزات سنگین افرا( Acer) است. • عرعر Ailanthus، تبریزی Populus ، بلوط Quercus، Robinia و بید Salixدر مراتب بعدی قرار دارند. • غلظت های Pb ، Znو Cu در خاک و بافت های گیاهی در مناطقی که تراکم ترافیک بالاتر و آلودگی هوا بیشتر بود بالاتر بود. • توس (Betula pubescens Ehrh ) : افزایش آلودگی هوا افزایش انباشتگی مواد فنولیک(همچون 1-O – گالیول-β- D – (2- O- استیل)- گلوکوپیرانوز) با جرم مولکولی پائین (یک فاکتور تنشی و یک شاخص تنش )

14. میزان سمیت عناصر با توجه به نوع گونه گیاهی • بافتهای برگ ممکن است منعکس کننده ورود عناصر در نزدیکی منابع انتشار باشند . • تفاوتهای فیزیولوژیکی گونه های گیاهی به علاوه خصوصیات خاک متفاوت ممکن است در پتانسیل انباشتگی عناصر بسته به درجه آلودگی نقش داشته باشد. • در خاک ( عمق cm5-0) در مکان های یکسان دارای مقادیر بالای سرب در نمونه های پائیزه Robinia( 40/34) و عرعر( 91/28) که دلیل بر تفاوت فیزیولوژیکی دو گونه گیاهی می باشد • تأثیر قارچ میکوریزای همزیست با ریشه: • انباشتگی فلز روی به وسیله چندین گونه قارچی در Pinus sylvestris کاهش یافته است • بعضی نژادها غلظت روی در گیاهان میزبان را افزایش می دهند

15. مکانیزم های مقاومت گیاهان به فلزات سنگین 1- سنتز و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیداتیو • سیستم های آنتی اکسیداتیو شامل چندین مکانیزم آنزیمی و غیر آنزیمی است که در سلول در پاسخ به انواع مختلف شرایط خسارت زا به ویژه با فلزات سنگین فعال می شود. • فعال شدن پراکسیدازهای داخل سلولی و خارج سلولی ( محلول و متصل به دیواره سلول): • تقلیل دهنده مؤثر تشکیلات میانجی واکنش پذیرناشی از افزایش سطوح فلزی در سلول چون؛ رادیکالهای پراکسی و اکسیژن القاء شده • کاتالیز کننده پلیمریزاسیون الکلهای فنولیک ( کونیفرل، سیناپیل، p- کاماریل الکل) یک پلیمر لیگنین افزایش مقدار لیگنین در دیواره سلول که نشانه سختی استرس است • آنزیم های آنتی اکسیداتیو : سوپر اکسید دیسموتاز، کاتالاز، α- دی اکسیژناز، گلوتاتیون پراکسیداز یا آسکوربات پراکسیداز

16. افزایش در فعالیت پراکسیداز به عنوان یک پاسخ است که به دنبال شکست غشاء پلاسمایی به وسیله پراکسید شدن لیپید و تولید ROS به وسیله انباشتگی فلزات سنگین رخ می دهد که به عنوان یک شاخص مورد اطمینان از تنش یا پتانسیل سمیت فلزات سنگین در گیاهان است. • نوسان سطوح آنتی اکسیدانت سبب ایجاد یک پاسخ سازگاری مهم به شرایط ناسازگار می شود • در کاج میلاد (Picea abies) به موازات افزایش در محتوی کادمیوم برگهای سوزنی کاج طی دوره طولانی تیمار افزایش فعالیت پراکسیداز محلول و متصل به دیواره سلول سبب می شود.

17. 2- بیوسنتز کلاتهای گیاهی و ترکیبات دیگر • کلاتهای گیاهی تیولهای غیر پروتئینیهستند. Phytochelatins(PCS) • بیوسنتز کلاتهای گیاهی به وسیله فلزات سنگین تحریک و تنظیم می شود • PCSبه فلزات سنگین متصل شده و مانع فعالیت یونهای آزاد فلزات در سیتوسول شده از تونوپلاست عبور و به واکوئول انتقال می یابد • در واکوئل از هم جدا شده و فلز با اسیدهای آلی کمپلکس می شود. • میل ترکیبی PCS با فلزات سنگین متفاوت است. • ماده پایه برای ساخت کلاتهای گیاهی گلوتاتیون است لذا تولید فیتوکلاتین، گلوتاتیون را کاهش می دهد • گلوتاتیون خود به عنوان یک آنتی اکسیدانت در مقابل رادیکالهای آزاد و پراکسید شدن است که به وسیله فزونی Cu تشکیل شده است

18. 3- انتقال و ذخیره فلزات در واکوئول • انتقال و ذخیره در واکوئول نیاز به افزایش پپتیدهای سولفوردار دارد که شامل کلات های گیاهی و اسیدهای آلی است ( ویگل و جاگر 1980، لیچتنبرگر و نئومن 1997، دی تاپی و گابریلی 1999).

19. 4. خصوصیات مورفولوژیکی مناسب در برابر فلز سنگین • بسته به طبیعت گیاه ، گیاه می تواند مقادیر بالای فلز سنگین را غیر سمی کند که از طریق: • اپیدرم های برگ( شاردوننس و همکاران 1998). • کرک های روی سطح برگ (سالت و همکاران 1995، چویی و همکاران 2001، آگر وهمکاران2002) • غده ها و مخازن آبی ( لیوید و همکاران 2001) • بافت های نگهدارنده در آوندهای برگ • پکتین ( ارنست 1980، خان و همکاران 1984، دی تاپی و گابریلی 1999) . • هیستیدیل (دی تاپی و گابریلی 1999) • کلانشیم با ضخیم شدن و دیواره سلولی غنی از پکتین( باوز 1997) ممکن است یک مخزن مهم Cd باشند

20. نتیجه گیری

21. Pbدر نمونه های گیاهی با افزایش تراکم ترافیک رو به افزایش است. • روند زودگذر در غلظت ها بستگی دارد به : • منابع غالب ، • خصوصیات خاک، • جذب از خاک، • اثرات رقیق شدن، • افزایش نهشت اورسل، • و تغییرات فصلی . • تفاوتهای اکوفیزیولوژیکی یا ژنتیکی درختان خزان کننده شامل خصوصیات متفاوت برگ و ریشه ممکن است سبب ظهور نتایج متفاوت در آثار فلزات سنگین می شود.

22. تبریزی به عنوان یک گیاه بیومارکر مقاوم به سطوح انباشتگی بالا از Zn وPb در برگهای درختان مناطق شهری است ،دارای فعالیت POD بالا و سمیت گیاهی پائین روی بیوسنتز کلروفیل • همچنین عرعرAilanthus و Robinia بیومارکرهای مقاوم برای محیطهای شهری بعد از تبریزی به شمارمی روند. • در درختان شهری مکانیزم مقاومت در برابر فلزات سنگین از نوع مکانیزم های مقاومتی تحمل می باشد به دلیل تشکیل ترکیبات کمپلکس و سمیت زدایی یون های فلزی در سیمپلاست و ذخیره آنها در واکوئول.

23. www.Hortilover.net افکار خوب، میوه های خوب می دهد، افکار بد میوه های بد می دهد، و انسان باغبان خودش است. « جیمز آلن»