پایان نامه ها

پایان نامهi– (180)

دانشگاه آزاد اسلامی
واحد دامغان
دانشکده کشاورزی
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد (M.Sc.)
گرایش بیوتکنولوژی کشاورزی
عنوان
بررسی اثر کادمیوم بر رفتار کروموزوم در تقسیم میتوز و الگوی الکتروفورتیک پروتئین ها در گیاه تاج ریزی
استاد راهنما
دکتر امین باقی زاده
استاد مشاور
دکتر حسین عباسپور
نگارنده
رعنا نوروزی
مرداد 1392
سپاسگزاری
سپاس خدای را که سخنوران، در ستودن او بمانند و شمارندگان، شمردن نعمت های او ندانند و کوشندگان، حق او را گزاردن نتوانند. و سلام و دورد بر محمّد و خاندان پاك او، طاهران معصوم، هم آنان که وجودمان وامدار وجودشان است؛ و نفرين پيوسته بر دشمنان ايشان تا روز رستاخيز…
بدون شک جایگاه و منزلت معلم، اجّل از آن است که در مقام قدردانی از زحمات بی شائبه ی او، با زبان قاصر و دست ناتوان، چیزی بنگاریم.
اما از آنجایی که تجلیل از معلم، سپاس از انسانی است که هدف و غایت آفرینش را تامین می کند و سلامت امانت هایی را که به دستش سپرده اند، تضمین؛ بر حسب وظیفه و از باب ” من لم یشکر المنعم من المخلوقین لم یشکر اللَّه عزّ و جلّ” :
ازپدر و مادر عزیزم این دو معلم بزرگوارم که همواره بر کوتاهی و درشتی من، قلم عفو کشیده و کریمانه از کنار غفلت هایم گذشته اند و در تمام عرصه های زندگی یار و یاوری بی چشم داشت برای من بوده اند؛
و البته بدون تشویق برادر عزیزم ادامه این راه میسر نبود ، و از حمایت های روحیی وروانی همسرم کمال سپاسگزاری را دارم.
از استاد با کمالات و شایسته؛ جناب آقای دکتر امین باقی زاده که در کمال سعه صدر، با حسن خلق و فروتنی، از هیچ کمکی در این عرصه بر من دریغ ننمودند و زحمت راهنمایی این رساله را بر عهده گرفتند؛
از استاد صبور و با تقوا ، جناب آقای دکتر حسین عباسپور ، که زحمت مشاوره این رساله را در حالی متقبل شدند که بدون مساعدت ایشان، این پروژه به نتیجه مطلوب نمی رسید؛ همواره دعا گوی ایشان هستم.
و از استاد محترم ؛ جناب آقای دکتر جعفرمسعود سینکی که زحمت داوری این رساله را متقبل شدند؛ کمال تشکر و قدردانی را دارم.
باشد که این خردترین، بخشی از زحمات آنان را سپاس گوید .
و لازم است از زحمات و پشتیبانی روحی دوستانم سرکارخانم ها سپیده قطب زاده، عفت السادات موسوی، مژده اسماعیل بیگی تشکر و قدردانی نمایم.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول:مقدمه
1-1 تعریف فلزات سنگین3
1-2 منابع فلزات سنگین3
1-3 فلزات سنگین و خاک4
1-3-1 فرم های فلزات درخاک4
1-4 فلزات سنگین وگیاهان5
1-5 سمیت در فلزات سنگین درگیاهان5
1-6 عوامل موثر برجذب فلزات سنگین6
1-7 جذب فلزات سنگین از ریشه و انتقال به قسمت هی هوایی گیاه7
1- 8 مکانیسم مقاومت به فلزات سنگین و سمیت زدایی9
1-8-1 ترشحات ریشه10
1-8-2 غشا پلاسمایی11
1-8-3 فیتوکلاتین ها11
1-8-4 متالوتیونئین ها12
1-8-5 اسید های آلی12
1-8-6 آمینواسید ها13
1-8-7 حجره بندی واکوئل ها13
1-9 کادمیوم13
1-10 خواص شیمیایی و ویژگی کلی کادمیوم14
1-11 عوامل موثردر تحرک و قابلیت در دسترس بودن کادمیوم14
1- 12 سمیت کادمیوم دردر انسان15
1-13 سمیت درحیوانات15
1- 14 عملکرد بیولوژیک و سمیت کادمیوم در گیاه15
1-15 مکانیسم جذب کادمیوم توسط گیاه16
1-16 تاثیر عناصر دیگر در جذب کادمیوم16
1- 17 حد مجاز کادمیوم در برخی محصولات کشاورزی17
1-18 منابع کادمیوم17
1-19 زیست پالایی18
1-20 گیاه پالایی18
1-21 فرایند های خاص گیاه پالایی19
1-22 گیاهان بیش تجمع دهنده19
1-23 اطلاعات کلی در مورد گیاه تاج ریزی20
1-23-1 نام های رایج20
1-23-2 ریخت شناسی20
1-23-3 زیستگاه21
1-23-1-1 پراکند گی تاج ریزی در ایران21
1-24 خواص واثرات دارویی22
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده
2-1 عوامل موثر بر جذب فلزات سنگین24
2-2 تقسیم بندی گیاهان در برابر تنش فلزات سنگین25
2-2-1 خارج کنند گان فلز25
2-2-2 معرف فلزی25
2-2-3 گونه های گیاهی تجمع کننده فلزات25
2-3 مقاومت به فلزات سنگین26
2-3-1 خلاصه ای از مکانسیم های سلولی موثر در سمیت زدایی27
2-4 پاسخ های گیاهان به فلزات سنگین27
2-4-1 اجتناب27
2-4-2 تحمل27
2-4-3 میزان تجمع28
2-4-3-1 ممانعت كنندگان28
2-4-3- 2 نشانگرها 28
2-4-3-3 تجمع دهندگان28
2- 5 مزيت تجمع فلزات سنگين در بافت‌هاي گياهان28
2-5-1 جذب غیرانتخابي29
2-5-2 مقاومت به خشكي29
2-5-3 مقاومت به فلزات29
2-5-4 فرضيه دیسپوزال29
2- 5-5 تاثير بر رشد ساير گياهان29
2- 5 – 6 دفاع در برابر پاتوژن‌ها و گياه‌خواران29
2-6 ظرفيت تجمع فلز سنگين در بخش هوايي گیاه29
2-7 فلزات سنگین وگیاه بیش تجمع دهنده 30
2-8 كاربرد گياهان بيش‌تجمع‌دهنده32
2-8-1 به كار بردن سيستم‌هاي متعددي كارائي فیتوریمیدیشن را افزايش مي‌دهد33
2-9 مزایای استفاده ازگیاهان بیش تجمع دهنده34
2-10 پاک سازی مناطق آلوده توسط گیاه بیش تجمع دهنده34
2-10-1 فیتو اکستراکشن34
2-10-2 ریزوفیلتریشن35
2-10-3 فیتواستبیلیشن36
2-10-4 فیتوولتالیزیشن36
2-10-5 فیتودیگریدیشن36
2-11 کادمیوم وگیاه وخاک37
2-12 اثرکادميوم بررشدومورفولوژي گياه37
2-13 کادمیوم وگیاه بیش انباشته ساز40
2-13-1 سنتز پروتئین های تنش41
2-14 سیتوژنتیک41
2-14-1 تقسیم میتوز41
2-14-2 مطالعات کروموزومی42
2-14-3 پیش تیمار42
2-14-4 تثبیت42
2-14-5 هیدرولیز43
2-14-6 رنگ امیزی 43
2-14-7 له کردن43
2-15 کادمیوم وتقسیم سلولی44
فصل سوم:مواد وروش ها
3-1 تهیه بستر مناسب برای ازمایش46
3-2 تهیه ترکیب کادمیوم46
3-4 تهیه بذرتاج ریزی46
3-5 ضدعفوني مواد گياهي46
3-6 ضدعفوني وسايل و سطح کار46
3-7 تهیه نمونه کروموزمی میتوز47
3-7-1 مراحل آماده سازی نمونه میکروسکوپی47
3-7-1-1 پیش تیمار47
3-7-1-2 تثبیت 47
3-7-3-3 هیدرولیز47
3-7-3-4 رنگ آمیزی48
3-7-3-5 تهیه اسلاید کروموزومی48
3-7-3-6 بررسی های میکروسکوپی48
3-8 کاشت گلخانه ای48
3-9 برداشت گیاهان49
3-10 شاخصهاي (صفات) مورفولوژيكي 49
3-10-1 تعيين طول ريشه49
3-10-2 تعیین طول ساقه49
3-11 شاخص های(صفات) بیوشیمیای50
3-11-1 سنجش ميزان رنگيزه هاي فتوسنتزي (کلروفيل و کاروتنوئيدها) 50
3-12-2 سنجش مقدار قندهای احیا کننده (روش سوموگی،نلسون)50
3-12-2-1 تهیه عصاره گیاهی51
3-12-2-2 تهیه محلولهای مورد نیاز51
3-12-2-3 طریقه استفاده از این محلولها در سنجش مقدار قندها51
3-12-2-4 رسم منحنی استاندارد52
3-13 سنجش غلظت پروتئین به روش برادفورد52
3-13-1 استخراج پروتئین52
3-13-2 رسم منحنی استاندارد پروتئین (روش برادفورد) 52
3- 14 الکتروفورز يک بعدي پروتئينها53
3- 14- 1 روش تهيه محلولها و بافرهاي مورد نياز در الکتروفورز53
3-14- 1- 1 تهيه بافر استخراج تريس-ساکارز(pH=7.5) 53
3-14- 1-2 محلول پايه آکريلاميد-بيس آکريلاميد(30 درصد آکريلاميد +8/0 درصد بيس آکريلاميد) 53
3-14- 1-3 محلول پايه بافر ژل متراکم کننده (Tris-Hcl pH=6.8)54
3- 14- 1- 4 محلول پايه بافر ژل تفکيک کننده (Tris-Hcl pH=8.8)54
3-14- 1- 5 بافر الکترود يا بافر تانک (1000 ميلي ليتر) 54
3-14- 1- 6 محلول پايه بافر نمونه(2X) 54
3-14- 1- 7 محلول SDS54
3-14- 1- 8 محلول آمونيوم پرسولفات55
3- 14-2 روش تهيه ژلهاي فوقاني و تحتاني55
3- 14- 2- 1 روش تهيه ژل تحتاني55
3- 14-2-2 روش تهيه ژل فوقاني55
3- 14 – 3 مراحل تهیه ژل الکتروفورز سیستم ناپیوسته به روش SDS-PAGE56
3- 14- 3- 1 استخراج پروتئين از بافت برگ گیاه تاج ریزی57
3- 14- 3- 2 تثبیت پروتئینها58
3- 14- 4 رنگ آميزي ژل پلي اکريلاميد58
3- 14- 4- 1 رنگ آمیزی با کوماسی بلو R 25058
3- 14- 4-2 مواد مورد نیاز58
3- 14- 4- 3 محلولهای مورد نیاز58
3- 14- 5 تعیین وزن مولکولی با استفاده از الکتروفورز59
3- 14- 5- 1 روش کار59
3- 14- 5- 2 رسم منحنی استاندارد و تعیین وزن مولکولی پروتئینها59
3-15 تعيين ميزان يون کادمیوم در اندام هوايي و ريشه به روش جذب اتمي60
3-16 طرح آماري وآناليز دادهها 60
فصل چهارم:نتایج و بحث
4-2 نتايج حاصل از دادههاي بخش فيزيولوژي گياهي62
4-2-1 طول اندام زميني 62
4-2-2 طول اندام هوایی63
4-2-3 كلروفيل a,b وکلروفیل کل64
4-2-4 کاروتنوئید66
4-2-5 قند 67
4-3 جذب کادميوم دراندام های هوایی68
4-4 میزان پروتئین در برگ ها69
4-5 بررسی کروموزومی70
4-6 بررسی ژل آکریل آمید پروتئین71
4-6-1 ژل پروتئین72

فصل پنجم: نتیجه گیری
5-1 جذب و انتقال كادميوم درگياه74
5-2 اثر كادميوم بر رشد طولي ريشه و اندام هوایی76
5-3 اثر كادميوم برمحتواي كلروفيل وكاروتنوئيدها 77
5-4 بررسي اثر كادميوم بر محتواي قند در گياه 78
5-5 بررسی اثر کادمیوم بر پروتئین های گیاه79
5-6 بررسی اثر کادمیوم بر کروموزوم ها80
5-7 نتيجه کلي82
5-8 پيشنهادات83
فصل ششم:منابع84
چکیده انگلیسی 95
فهرست جداول
عنوان جدول صفحه
جدول ( 2-1) گونه های بیش انباشته ساز فلزات سنگین کادمیوم، مس، کروم جیوه،
نیکل، سرب32
جدول( 3-1) جدول ترکیب محلول غذایی هوگلند( میدنر 1984)49
جدول( 3-2 )جدول تهیه محلول ژل فوقانی و تحتانی با غلظت های متفاوت55
جدول(4-1) تجزیه واریانس طول اندام زمینی 62
جدول( 4-2) تجزیه واریانس طول اندام هوایی 63
جدول (4-3) تجزیه واریانس میزان کروفیل a64
جدول (4-4) تجزیه واریانس میزان کروفیل b64
جدول (4-5) تجزیه واریانس میزان کل 64
جدول (4-6) تجزیه واریانس میزان کارتنوئید67
جدول (4-7) تجزیه واریانس میزان قند68
جدول( 4-8) تجزیه واریانس جذب در اندام های هوایی 69
جدول (4-9) تجزیه واریانس پروتئین در برگ ها 70

فهرست نمودار ها
عنوان صفحه
نمودار (4- 1) تاثیر کادمیوم بر طول اندام زمینی62
نمودار( 4-2) تاثیر کادمیوم بر طول اندام هوایی63
نمودار(4-3) تاثیر کادمیوم بر کلروفیل a65
نمودار(4-4) تاثیر کادمیوم بر کلروفیل b65
نمودار(4-5) تاثیر کادمیوم بر کلروفیل کل66
نمودار(4-6) تاثیر کادمیوم بر کاروتنوئید67
نمودار(4-7) تاثیر کادمیوم بر محتوای قند68
نمودار(4-8) تاثیر کادمیوم بر جذب اندام های هوایی 69
نمودار(4-9) تاثیر کادمیوم بر پروتئین 70

فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل (1-1 ) جذب و تجمع فلـزات در گيـاهان 8
شكل (1-2 )خلاصه‌اي از مكانيسم‌هاي سلولي موثر در سميت‌زدائي و افزايش مقاومت در گياهان
عالي (مارشنر4،1995). 9
شکل( 1-1 )تقسیم بندی گیاهان 24
شکل( 2-1) شمائي از فیتوریمیدیشن .پیراساد،2004 33
شکل( 4-1 )کروموزوم های متافازی تاج ریزی در تیمار شاهد 71
شکل( 4-2 )کروموزوم های متافازی در بالاترین غلظت تیمار 1000 میلی مولار 71
شکل( 4-3 ) ژل SDS-PAGE ازگیاه تاج ریزی تحت تیمارهای مختلف کادمیوم 72

چکیده
پاكسازي مواد آلاينده از خاك،آب و هوا از طریق گياهان،گیاهپالایی گفته ميشود.از اين تكنولوژي و علم جديد امروزه جهت پاكسازي اكوسيستمها از موادآلاينده از جمله فلزات سنگين،شبه فلزات،مواد راديواكتيو، علفكشها و ئيدروكربنهاي نفتي حلالهاي كلره استفاده مي شود.گياهان مختلفي كه داراي توانايي جذب اين آلايندهها هستند،اغلب از خانوادههايAsteraceae ,Brassicaceae, Fabaceae Poaceaeو Amaranthaceae و گونههایی از خانواده Solnaceae
هستند.در این تحقیق با توجه به پدیده گیاهپالایی و توانایی تاجریزی که گونهای از خانواده سولاناسه است در این زمینه،سعی شد تا علاوه برمطالعه برخی اثرات منفی کادمیوم به عنوان فلز سنگین غیر ضروری برای رشد گیاه، برکروموزومهای متافازی میتوزو میزان پروتئین کل گیاه نیز تحقیق شود.از این رو هدف این تحقیق بررسی اثر کادمیوم بر رفتار کروموزوم در تقسیم میتوز و الگوی الکتروفورتیک پروتئینها در گیاه تاجریزی است.
آزمایش در قالب طرح کامل تصادفی با 6 سطح تیمار کادمیوم]صفر(شاهد)،1000،500،250،125،62.5 میلی مولار[ با چهار تکرار در گلخانه تحقیقاتی وآزمایشگاههای ماهان کرمان انجام شد.مطالعه کروموزوم های متافاز میتوزی از آنجا که بطور طبیعی اندازه کروموزومهای این گونه کوچک است بررسیها نشان داد که کادمیوم اثری بر تعداد کروموزومها نداشته و 2x=2n=24 می باشد واز طرفی مطالعه ژل پروتئین نیز مشخص کرد که کادمیوم نتوانسته برمیزان پروتئینها اثرمنفی بگذارد و مشخص شد که در غلظتهای 500و1000 میلی مولار نسبت به شاهد افزایش بیان پروتئین دیده شده است که این افزایش سطح پروتئین نقش حفاظتی برای سلول در حال تنش کادمیوم دارد.دراثبات توانایی جذب این گیاه بررسی جذب اتمی نیز مشخص کرد که میزان جذب کادمیوم در تاجریزی با افزایش غلظت تیمارها بصورت قابل توجهی افزایش داشته است.تنش کادمیوم به طور چشمگیری از میزان قندها گیاه کاسته است که این کاهش با توجه به بیش تجمعدهنده بودن تاجریزی یک مکانیسم سازشی برای حفظ متابولیسم پایه سلول در برابر تنش کادمیوم بوده است.نتایج بررسیهای مورفولوژیکی نشان داد که کادمیوم بر طول ریشه و اندام هوایی این گیاه بی اثر بوده است(به دلیل عدم تاثیر بر کروموزوم های میتوزی در سلول هاس مریستمی انتها ی ریشه).اندازهگیری سطوح کلروفیل a,b، کلروفیل کل،کاروتنوئید نشان داد که تیمارها اثر معنی داری بر روی رنگریزهها نداشته اند،که این یافتهها همگی حاکی از این است که تاجریزی با دارا بودن توانایی جذب و تجمع فلز سنگین کادمیوم در خود می تواند گیاه مناسبی برای مطالعات گیاهپالایی محسوب گردد.از جمله اهداف عملی و کاربردی این تحقیق می توان به بررسی میزان ظرفیت جذب کادمیوم توسط گیاه تاجریزی،تغییر احتمالی رفتار کروموزومها در تقسیم میتوز تحت استرس،مطالعه و بررسی تغییرات احتمالی الگوی الکتروفورتیک پروتئینهای تحت تنش بیان شده درتاجریزی،بررسی توانایی رفع آلودگیهای عناصر سنگین از آب و خاکهای آلوده و احتمالا هوای آلوده، به علت جذب و تجمع آسان کادمیوم و پتانسیل بالای کادمیوم در آلودگی محیط زیست اشاره کرد.
کلمات کلیدی:تاجریزی،گیاهپالایی،کادمیوم،تقسیم میتوز،میزانپروتئین
فصل اول
مقدمه
1-1 تعریف فلزات سنگین
فلزات سنگين به عناصر فلزی با وزن مخصوص بالاتر از 5 گرم بر سانتی‌متر مکعب گفته می‌شود. اين فلزات در طبيعت به صورت کاتيون‌ها و آنيون‌های اکسيد شده وجود دارند. عناصری نظير نيکل، کروم، کبالت، جيوه، روی، کادميوم، مس و منگنز به صورت کاتيون در خاک می‌باشند، در حالی که عناصری نظير موليبدن، سلنيوم،آرسنيک و بور به صورت ترکيب با اکسيژن در خاک بوده و دارای بار منفی می‌باشند (شاو،1995؛گاد2،1993).هم‌چنين فلزات سنگين به عنوان عناصري با خصوصيات فلزي (انعطاف‌ پذيري، رسانائي، پايداري مانند كاتيون‌ها، ليگاند اختصاصي و غيره) و عدد اتمي بزرگ‌تر از 20 تعريف مي‌شوند (پندیاس3،1992)به طور كلي يون‌هاي فلزات سنگين را بر اساس اسيديته‌ي لوئيس4 و تمايل آن‌ها به ليگاندهاي مختلف در دو گروه مجزا قرار مي‌دهند. گروه اول شامل يون‌هاي فلزي نرم از قبيل جیوه، کادمیوم، نقره، مس و پلاتینیوم است كه ترجيحاً از طريق پيوندهاي كوالانسي با ليگاندهاي قطبي پيوند مي‌شوند. گروه دوم شامل يون‌هاي فلزي اهن، روی، نیکل،کبالت ، سرب مي‌باشد كه بيشتر تمايل دارند با ليگاندهاي واسطه از قبيل آمين‌ها، آميد‌ها و ايمين‌ها پيوند شوند (نایبروهمکاران5، 1980). همه يون‌هاي فلزي صرف نظر از اين‌كه در كدام گروه قرار مي‌گيرند در غلظت‌هاي بالاتر از حد بحراني خود در خاك براي گياهان سمي مي‌باشند.
امروزه در اکثر کشور های صنعتی برای غلظت عناصر سنگین حد مجاز تعیین شده است. ولی به علت این که غلظت مجاز این عناصر در کشور های مختلف یکسان نبوده و دامنه تغییرات بین حداقل و حداکثر غلظت گاهی به 100 برابر هم می رسد، این مساله قابل تعمیم نیست. عناصر سنگین در رفتار بیوشیمیایی خود معمولاً از عناصر ضروری تقلید می کنند. مثلاً نیکل از کبالت، کادمیوم از روی، سرب از کلسیم و سلنیم از گوگرد تقلید می کنند.
1-2 منابع فلزات سنگین
این عناصر از دو راه کلی زیر به خاک وارد می شوند:
الف)هوادیدگی سنگ های معدنی
ب)فعالیت های انسانی
منایع آلاینده ناشی از فعالیت های انسان شامل موارد زیر است:
الف) ذوب و استخراج فلزات
ب) فعالیت های صنعتی
ج) رسوبات اتمسفری
د) فاضلاب ها
ه) فعالیت های کشاورزی مثل استفاده از آفت کش های حاوی فلزات سنگین، کود و مواد بهساز خاک و حشره کش ها
1-3 فلزات سنگين در خاك
فلزات سنگين در خاك تركيباتي طبيعي يا نتيجه‌اي از فعاليت انسان مي‌باشند. مناطق معدني غني از فلزات، گداختن فلزات، آب فلز دادن، گاز حاصل از اگزوز، استفاده از سوخت‌هاي فسيلي، به كار بردن كودها و حشره‌كش ها و توليد فاضلاب شهري از مهم‌ترين فعاليت‌هاي انسان است كه خاك را با مقادير زيادي از فلزات سمي آلوده مي‌كند (براد و همکاران، 1978 ؛ریچاردسون2، 1990).
مقادير بيش از حد طبيعی فلزات در خاک به دليل جذب توسط گياهان و ورود به زنجيره‌هاي غذائی به عنوان منابع آلاينده محيط محسوب می‌شوند و می‌توانند باعث نابودی گياهان شوند (شاو3، 1989).
1-3-1 فرم های فلزات در خاک (تسیر4 وهمکاران ، 1979)
الف) يون‌های فلزی آزاد و کمپلکس‌های فلزی محلول در محلول خاک.
ب) پيوند شده با بارهاي منفي ترکيبات غيرآلی خاک در محل‌های تبادل يونی.
پ) باند شده به موادآلی خاک.
ت) رسوب با اکسيدها، هيدروکسيدها و کربنات‌ها.
ث) حضور در ساختمان کانی‌های سيليکاتی.
فلزات فقط در حالت‌های الف و ب سريعاً توسط ريشه گياهان جذب می‌شوند(لاسات5 2000).
1-4 فلزات سنگين وگیاهان
به طور كلي در بين عناصر تشكيل دهنده يك گياه فقط1% يا كمتر از آن را فلزات سنگين تشكيل مي‌دهند. برخي از اين فلزات از قبيل آهن، روي، مس، منگنز و نيكل براي رشد و متابوليسم گياهان مورد نياز هستند، در حالي كه تاكنون براي برخي ديگر از فلزات نظير كادميوم، سرب، آرسنيك و جيوه نقش زيستي شناسائي نشده است (ممون وهمکاران ،2001). بر اساس نقش فلزات در گياهان مي‌توان آن‌ها را در يك يا تعدادي از گروه‌هاي زير قرار‌داد (الووی،1995):
1- فلزاتي كه در تركيب و ساختار گياه وارد مي‌شوند مانند كلسيم در پكتات كلسيم تيغه مياني.
2- فلزاتي كه براي فعاليت آنزيم‌ها مورد نياز هستند مانند روي در فعاليت آنزيم آلدولاز.
3- فلزاتي كه جزء تركيب اساسي آنزيم‌ها و پروتئين‌هاي خاص هستند مانند مس در سيتوكروم اكسيداز و روي در الكل دهيدر‍وژناز.
1-5 سميت فلزات سنگين در گياهان
در حالي كه برخي از فلزات سنگين براي حيات ضروري هستند، معمولاً تجمع زياد آن‌ها در ارگانيسم‌‌هاي زنده سمي مي‌باشد. غلظت‌هاي افزايش‌ يافته از فلزات سنگين ضروري و غير ضروري در خاك معمولاً منجر به ايجاد علائم مسموميت و ممانعت از رشد بيشتر گياهان مي‌گردد. به نظر مي‌رسد كه علائم سميت بواسطه گستره‌اي از روابط متقابل در سطح سلولي/ملكولي باشد (اسچه وهمکاران، 1990). به طور كلي اثرات سمي فلزات سنگين بر گياهان مي‌تواند ناشي از دلايل زير باشد (الووی، 1995):
الف- فلزات سنگيني از قبيل كادميوم، سرب، مس، نقره و طلا باعث تغيير در نفوذ‌پذيري غشاء سلولي مي‌شوند كه در نتيجه جذب و هموستازي يوني را برهم مي‌زنند.
ب- برخي از كاتيون‌هاي فلزات سنگين مانند سرب، نقره و روي با گروه‌هاي سولفيدريل پروتئين‌ها (و از جمله آنزيم‌ها) پيوند ايجاد مي‌كنند كه در نتيجه ساختار و عمل آن‌ها را تخريب مي‌نمايند.
ج- بعضي از فلزات سنگين به دليل شباهت با يون‌هاي ضروري و به ويژه كاتيون‌ها براي اشغال محل‌هاي جذب با آن‌ها به رقابت مي‌پردازند بنابر‌اين باعث كاهش جذب كاتيون‌هاي ضروري مي‌شوند.
د- برخي از فلزات سنگيني مانند موليبدن، سلنيم، آرسنيك و بور كه به صورت آنيون در خاك يافت مي‌شوند جايگاه‌هاي گروه‌هاي ضروري نظير گروه‌هاي فسفات و نيترات را اشغال نموده و بدين ترتيب به گياه آسيب مي‌رسانند.
ه- واكنش با فلزاتي از قبيل روي و بريليم از طريق پيوند با گروه‌هاي فسفات و گروه‌هاي فعال ادنوزین تری فسفات(ATP) و ادنوزین دی فسفات(ADP) باعث ايجاد اختلال در گياه مي‌شوند.
اساس سميت اين فلزات اصولاً به علت توانائي يون‌هاي فلزي براي اتصال محكم به اتم‌هاي اكسيژن، ازت و سولفور است. اين اتم‌ها به ويژه در ساختار پروتئين‌ها به فراواني وجود داشته و عموماً تاثير اين فلزات بر روي ساختارهاي پروتئيني به ويژه آنزيم‌ها است (شاو، 1989 ). به علاوه غلظت زياد فلزات سنگين باعث تحريك تشكيل راديكال‌هاي آزاد و گونه‌هاي اكسيژن فعال مي‌شود(دایتز و همکاران،1999).
اثرات سميت فلزات سنگين به طور كلي شامل: ممانعت از جوانه‌زدن بذر، ممانعت از جوانه‌زدن دانه گرده و رشد لوله‌گرده، ممانعت از رشد و نمو گياهان، ايجاد ناهنجاري‌هاي سيتوژنتيك در گياهان، تخريب بسياري از پروسه‌هاي بيوشيميائي و فيزيولوژيكي شامل آسيب به غشاء‌هاي سلولي، كاهش تنفس، تجزيه پروتئين‌ها، آسيب به دستگاه فتوسنتزي و ممانعت از سرعت فتوسنتز، اثر بر فعاليت برخي از آنزيم‌ها و ايجاد پراُكسيداسيون ليپيد مي‌باشد (لونت وهمکاران، 2005 اردی وهمکاران 2002).
1-6 عوامل موثر بر جذب فلزات سنگين
فلزات سنگين موجود در خاك عمدتاً از طريق جذب توسط ريشه به داخل گياه وارد مي‌شوند.گزارش شده است كه عوامل متعددي در جذب عناصر از طريق ريشه موثر مي‌باشند كه عبارتند از (الووی، 1995).
الف- خصوصيات فيزيكي‌_‌شيميائي خاك مانند pH، دما، رطوبت، پتانسيل اكسيداسيون و احياء، ظرفيت تبادل كاتيوني، مقدار فسفات، ميزان مواد آلي و مقدار رس موجود در خاك.
ب- نوع عنصر و مقدار آن در خاك و قابليت دسترسي گياه به آن.
ج- نوع گياه، اندازه و وضعيت ريشه.
د- رقابت با ساير عناصر.
افزايـش عواملي ماننــد رس، مقدار ماده آلي، اكسيـد‌هاي آهن و منگـنز و ظرفيت ‌تبـــادل‌ يوني (CEC) باعث كاهش دسترسي گياه به فلزات سنگين مي‌گردند. هم‌چنين افزايش كاتيون‌ها در خاك موجب كاهش جذب فلزات سنگين مي‌شود كه به دليل رقابت آنها با فلزات براي اتصال به سطوح سلولي مانند غشاء‌ها و رقابت آنها در مكانيسم‌هاي انتقال مي‌باشد (تایز زایگر،2002).
عموماً بيان شده است كه در pH خنثي، دسترسي گياهان به عناصر ضروري حداكثر و اثرات سمي فلزات حداقل مي‌باشد و به طور كلي كاتيون‌هاي فلزات سنگين تحت شرايط اسيدي بيشترين تحرك را دارند. بهبود شرايط تهويه خاك يا به عبارتي افزايش حالت اكسايش محيط باعث افزايش جذب عناصر توسط گياه ‌مي‌‌‌شود (وانگ، 2003).
1-7 جذب فلزات به ريشه و انتقال به قسمت‌های هوائی گياه
ورود فلزات سنگين به داخل گياه اکثراً از طريق جذب آن‌ها توسط ريشه‌ها و از خاک صورت مي‌گيرد و يا ممکن است از طريق هوا و توسط برگ‌ها انجام‌گيرد. از جمله عوامل موثر در جذب فلزات سنگين توسط ريشه گياهان می‌توان به شرايط محيط رشد، نوع گياه، مقدار و حلاليت عناصر در خاک اشاره‌نمود (سالت وهمکاران،2003)
تنها بخشی از مقـدار کل يون‌های همراه‌شـده با ريشه، به داخل سلـول‌ها جذب می‌شـود، از آن‌جا که اين يون‌ها به طور فيـزيـکی در مناطق باردار منفی خارج سلـولی (COO-) در ديواره سلـول‌های ريشه جذب‌سطحی مـی‌شونـد. اين نکته قابل ذکر است که اين ذرات باند‌شـده به ديواره سلـولی به قسمت‌های هوائی گيـاه منتقل نمی‌شونـد، بنـابراين گيـاه عمدتاً تجمع قابل توجهي از فلـز را در ريشه نشان مـی‌دهـد. به عنوان مثـال، بسيـاری از گيـاهان سرب را در ريـشه‌ها تجمع مـی‌دهنـد، اما انتـقال سرب به قسمت‌های هوائی بسيـار اندك ‌است. در حمـايت از ايـن نظريه، بلی لاک وهانگ (1999)بيـان‌ نمودند که مرحله محدودکننده در فیتو اکسترکشن فلز سرب، فاصله طولانی انتقال از ريشه‌ها به قسمت‌های هوائی گياه می‌باشد.
يون‌های فلـزی به دليل باردار بودن، قادر به حرکت آزادانه از عرض غشاءهای سلـولی با ساختار ليپوفيلي نيستند. بنـابراين انتقال يون به داخل سلول‌ها به واسطه پروتئين‌هائی از غشاء با عملکرد انتقال به نام ترانسپورترها صورت می‌گيرد. اين ترانسپورترها دارای يک ساختار ترانس ممبرن و نيز دارای يک دامين باند کننده خارج سلـولی به منظور اتصال يون‌ها قبل از انتقال می‌باشند. دامين بانـد کننده برای يون‌ها اختصاصی می‌باشـد و ساختار ترانس ممبرن امکان انتقال يون باند شـده را از فضای خارج سلـولی از محيط هيدروفوبيک غشاء به داخل سلول فراهم می‌کنـد.
جذب فلزات به داخل سلول‌های ريشه، نقطه ورود فلزات به داخل بافت‌های زنده می‌باشد. فلزات پس از ورود به گياه از طريق آوندها به اندام‌های هوائی گياه منتقل می‌شوند که اين انتقال در ابتدا توسط دو فرايند کنترل می‌شود: فشار ريشه‌ای و تعرق برگی (لاسات،2002). برای انتقال عناصر به بخش‌های هوائی، ابتدا يون‌های فلزی بايد از نوار کاسپاری عبور نمايند که اين خود يک مرحله محدودکننده در انتقال يون‌ها به شاخه‌ها می‌باشد. ديواره سلولی آوند چوبی نيز با دارا بودن ظرفيت تبادل کاتيونی بالا باعث کند شدن حرکت کاتيون‌های فلزی می‌شود. با اين وجود ترکيبات کلاته‌کننده‌ای مانند سيترات، مالات، فيتوکلاتين‌ها و متالوتيونئين‌ها موجب تسهيل حرکت برخی از فلزات در مسير تعرق می‌شوند (لاسات وهمکاران، 2000). بنــابراين تحرک عناصر فلـزی در خاک و گيـاه متفاوت بوده و به عبـارت ديـگر دارای ضريب‌ انتـقال متفاوتی می‌باشند. ضريب انتقال هر فلز با توجه به ميزان فلز در بخش‌های هوائی گياه نسبت به ميزان کل فلز در خاک قابل محاسبه می‌باشد. با توجه به اين موضوع کادمیوم، تیتانیوم و روی دارای بيشترين ضريب انتقال در گياه هستند در حالی که اين نسبت برای سرب حدود 100 تا 1000 برابر کمتر است (لونت وهمکاران، 2002).

شکل(1-1): جذب و تجمع فلـزات در گيـاهان (لاسات، 2000). 1- جذب سطحی فلز در ريشه. 2- حرکت فلز قابل‌دسترس زيستی2 از عرض غشاء سلول به داخل سلول‌ها. 3- غير‌متحرک‌شدن3 فلز جذب شده در ساختارهای سلولی ريشه (واکوئل). 4- حرکت داخل سلولی فلز از عرض غشاءهای سلولی به داخل بافت‌های آوندی ريشه (گزيلم). 5- انتقال فلز از ريشه به بافت‌های هوائی (ساقه و برگ‌ها).
1- 8 مكانيسم‌هاي مقاومت به فلزات سنگين و سميت‌زدائي
به طور كلي پايه و اساس مقاومت به فلزات هموستازي يوني مي‌‌باشد )مهارگ وهمکاران، 1993). گياهان غير تجمع دهنده فلزات داراي مكانيسم‌هاي عمومي جهت كنترل هموستازي يون‌هاي فلزي در داخل سلول هستند. تنظيم ورود يون از طريق تحريك ترانسپورترها در غلظت پائين فلز و بازدارندگي آن‌ها در حضور مقادير زياد فلز و ترشح يون‌ها از داخل سلول به محلول بيروني از جمله اين مكانيسم‌ها مي‌باشد.اما گونه‌هاي بيش‌تجمع‌دهنده، كه فلزات را در حد بسيار بالائي در بافت‌هاي خود تجمع مي‌دهند، داراي گستره‌اي از مكانيسم‌ها در سطح سلولي و درون سلولي هستند كه اين مكانيسم‌ها در سميت‌زدائي و بنابراين تحمل نسبت به استرس فلز سنگين دخيل هستند. اين مكانيسم‌ها شامل نقش‌هائي براي قارچ‌هاي ميكوريزا ( به علت محدوديت در جذب فلز توسط ريشه )، كاهش جذب و تجمع فلزات سنگين توسط ديواره سلولي و غشاء پلاسمائي، ترشحات بيرون سلولي، پيوند شدن فلزات در سلول توسط پروتئين‌هائي از قبيل متالوتيونئين‌ها و فيتوكلاتين‌ها، پيوند شدن فلزات در سلول توسط ليگاند‌هاي آلي با وزن ملكولي كم از قبيل اسيد‌هاي آلي، آمينواسيد‌ها و پپتيد‌ها، القاء پروتئين‌هاي شوك گرمائي و حجره‌بندي فلزات در واكوئل می باشند (لاسات ، 2000؛هال، 2002)

شكل (1-2): خلاصه‌اي از مكانيسم‌هاي سلولي موثر در سميت‌زدائي و افزايش مقاومت در گياهان عالي (مارشنر،1995). 1- محدوديت در جذب فلز توسط ميكوريزا 2- اتصال به ديواره سلولي و ترشحات ريشه 3- كاهش انتقال از خلال غشاء پلاسمائي 4- خروج فعال فلز به آپوپلاست 5- باند شدن فلز در سيتوزول توسط ليگاند‌هاي مختلف 6- ترميم و محافظت از غشاء سلولي تحت شرائط استرس 7- انتقال كمپلكس فيتوكلاتين-فلز به داخل واكوئل 8- انتقال و تجمع فلزات در واكوئل.
ويژگي‌هاي ساختماني ديواره سلولي و نقش آن به عنوان يك مكانيسم تحمل فلز موضوعي بحث انگيز بوده است. ديواره‌هاي سلولي در تماس مستقيم با يون‌هاي فلزي موجود در محلول خاك مي‌باشند. بنابراين يون‌ها قبل از جذب توسط غشاء سلولي بايد از ديواره سلولي عبور نمايند‌ (هال،2002).
برخي از تركيبـات ديواره سلـولي كه داراي بارهاي منفي هستند، قادرنـد با يون‌هاي فلزي تشكيل پيونـد دهنـد و به اين طريق ورود يون فلـزي را به سيمپلاست كنترل ‌كنند. از طرفي ديگر تجمع ترجيحي فلزات سنگين در ديواره سلـولي و نه در سيتوزول باعث كاهش اثرات سميت فلـز بر محل‌هاي فعال متـابوليسمي (سيتوزول) مي‌شونـد. در واقع اولي (باند شـدن يون‌هاي فلزي به تركيبات ديواره) نوعي مكانيسم اجتناب و دومي (تجمع فلزات در ديواره سلـولي) نوعي مكانيسم تحمل محسوب مي‌شـود.مهم‌ترين تركيبات ديواره سلولي كه با فلزات سنگين تشكيل پيوند مي‌دهنـد، پلي‌گالاكتورونيك اسيـد، پروتئين‌ها و تركيبات سيليكاتي مي‌باشنـد (ارنست وهمکاران، 1992).
1-8-1 ترشحات ريشه
بـرخي از ترشحات ريشه‌اي گيـاه از قبيل اسيـد‌هاي آلي و آمينو‌اسيـد‌ها، كيليت كننده‌هاي فلـزي هستند كه جـذب فلـزات معيني را افزايش مي‌دهند. در يك تحقيق در رابطه با نقش ترشحات كيليت كننده نيكل، مشاهـده شـد كه هيستيدين و سيترات مترشحه از ريشه گياه غيربيش‌تجمع‌دهنده تالسپی آرونس، نيكل موجود در بستر را كيليت كرده و بنـابراين جـذب آن را كاهش مي‌دهـد و به اين طريق در استراتژي سميت‌زدائي نيكل نقش دارد (سالت وهمکاران2000).
يكي از واضح‌ترين مثال‌ها براي نقش ترشحات ريشه در ارتباط با اسيد‌هاي آلي و سميت‌زدائي آلومينيم مي‌باشد . به عنوان مثال ، گندم سياه، در پاسخ به استرس آلومينيم، اسيد اگزاليك را از ريشه‌ها ترشح كرده و اگزالات آلومينيم غيرسمي را در برگ‌ها تجمع مي‌دهد (ماوهمکاران،1997). بنابراين سميت‌زدائي هم به طور داخلي و هم خارجي صورت مي‌گيرد. شواهدي وجود دارد مبني بر اين كه در گندم و ذرت چنين ترشحي از ريشه‌ها به واسطه كانال‌هاي آنيوني فعال شده به وسيله آلومينيم صورت مي‌گيرد.
1-8-2 غشاء پلاسمائي
غشاء پلاسمائي گياهان به عنوان اولين ساختمان زنده كه در معرض آسيب‌هاي ناشي از فلزات سنگين قرار مي‌گيرد، قابل توجه مي‌باشد. عملكرد و ساختمان غشاء پلاسمائي سريعاً توسط فلزات سنگين تحت تاثير قرار مي‌گيرد. به نظر مي‌رسد عملكرد غشاء پلاسمائي به دو طريق تحت تاثير قرار مي‌گيرد: اول اينكه غشاء پلاسمائي در حضور مقادير بالاي فلزات سنگين نشت‌پذير شده كه منجر به خروج پروتون و يون پتاسيم مي‌شود.دوم اينكه فعاليت H+-ATPase غشاء پلاسمائي در اين شرايط مهار مي‌شود كه خود بر جذب مواد غذائي اثر مي‌گذارد (ندلکوسکا و دورای،2000).
بنابراين مكانيسم مقاومت، حفظ استحكام غشاء پلاسمائي در مقابل آسيب فلزات سنگين مي‌باشد. البته شواهد كمي در رابطه با چگونگي انجام اين فرايند وجود دارد. از جمله فاكتورهاي مهم در حفظ استحكام غشاء پلاسمائي در حضور فلزات سنگين ، افزايش ترميم غشاء بعد از آسيب مي‌باشد كه اين فرايند از طريق پروتئين‌هاي شوك گرمائي يا متالوتيونئين‌ها صورت مي‌گيرد .
1-8-3 فيتوكلاتين‌ها (PCs)
گياهان عالي داراي دو نوع مهم از پپتيد‌هاي غني از سيستئين با قابليت اتصال به فلزات سنگين شامل فيتوكلاتين‌ها و متالوتيوتئين‌ها مي‌باشند (کوبت ،2000). كيليت فلزات در سيتوزول به وسيله ليگاند‌هائي با ميل تركيبي بالا، مكانيسم مهمي در سميت‌زدائي فلزات و تحمل نسبت به فلزات سنگين مي‌باشد (راسر،1995).فيتوكلاتين‌ها خانواده‌اي از پپتيد‌هاي كمپلكس‌كننده فلزات هستند كه در همه گياهان و برخي ميكروارگانيسم‌ها شناسائي شده‌اند.سنتز اين ماده در گياهان، سريعاً توسط فلزات سنگين به ويژه كادميم و آرسنيك القاء مي‌شود. در اين حالت آنزيم فيتوكلاتين‌سنتاز توسط يون‌هاي فلزي فعال شده و موجب توليد فيتوكلاتين از گلوتاتيون مي‌شود .فيتوكلاتين‌ها علاوه بر سميت‌زدائي فلزي (به ويژه براي كادميم)، در هموستازي فلزات سنگين ضروري، متابوليسم آهن و سولفور و به عنوان يك آنتي‌اكسيدان در سلول نقش دارند .

1-8-4 متالوتيونئين‌ها (MTs)
متالوتيونئين‌ها، پروتئين‌هاي كوچك 6 تا 7 كيلو‌دالتوني هستند كه در طول تكامل بسيار حفاظت شده مي‌باشند. اين تركيبات اولين بار به عنوان پروتئين‌هاي باند‌كننده كادميم در بافت‌هاي پستانداران شناسائي شدند. تاكنون بيش از 50 توالي شبه متالوتيونئين در گياهان مختلف شناسائي شده‌است. اين پپتيد‌ها غني از آمينواسيد سيستئين و فاقد آمينواسيدهاي آروماتيك هستند كه از طريق آمينواسيد سيستئين به عناصري مانند کاتیون 2 ظرفیتی کادمیوم، کاتیون 2 ظرفیتی روی و کاتیون 2 ظرفیتی جیوه متصل شده و از اثرات سمي آن‌ها مي‌كاهند. تا سال 1997، تنها پروتئين گياهي كه به عنوان يك متالوتيونئين مطرح شد، پروتئين EC در گندم بود .
1-8- 5 اسيد‌هاي آلي
اسيدهاي آلي از قبيل سيترات، مالات و اگزالات به عنوان ليگاندهايي براي فلزات سنگين در تحمل و سميت‌زدايي يون‌هاي فلزي نقش مهمي دارند. هم‌چنين در فرايندهايي نظير انتقال فلزات از طريق آوند چوبي و تجمع دادن فلزات در واكوئل نقش دارند. در تمام گياهان تجمع دهنده خانواده شب‌بو، مالات نقش مهمي در كيليت كردن روي در برگ‌ها دارد.گودبولدو همكارانش در سال 1984 و هارمنس و همكاران در سال‌ 1994 گزارش كردند كه سيترات پتانسيل بالايي براي كمپلكس كردن روي دارد و بنابراين سيترات سيتوزولي به منظور انتقال روي به واكوئل از مالات مناسب‌تر مي‌باشد. مشاهده شده كه كيليت شدن خارج سلولي به وسيله اسيدهاي آلي در مكانيسم‌هاي مقاومت به آلومينيوم حائز اهميت مي‌باشد. عقيده بر اين است كه به دليل وجود ميزان بالايي از مالات و سيترات در برخي از گياهان غير تجمع دهنده، اين مواد نقش مهمي در ايجاد كمپلكس با فلزات براي انتقال آن‌ها در آوندهاي چوبي دارند.
1-8-6 آمينواسيد‌ها
برخي از آمينواسيد‌ها و مشتقات آن‌ها در زمره مهم‌ترين كيليت كنندگان و يا ليگاند‌هاي فلزات سنگين مي‌باشند و در مقاومت به فلزات سنگين حائز اهميت مي‌باشند .مهم‌ترين آمينواسيد در اين رابطه هيستيدين مي‌باشد كه در برخي گياهان تجمع‌دهنده و غير تجمع‌دهنده نيكل افزايش آن مشاهده مي‌شود. به عنوان مثال، افزايش محتوي هيستيدين در شيره آوند چوبي گياه بيش‌تجمع‌دهنده نيكل، Alyssum lesbiacum به بيش از 36 برابرگزارش شده‌است . مقدار هيستيدين در گونه‌هاي غير بيش‌تجمع‌دهنده به منظور افزايش مقاومت به نيكل و افزايش انتقال آن به اندام‌هاي هوائي افزايش مي‌يابد. اما اين نكته قابل توجه است كه افزايش هيستيدين يك مكانيسم كلي مقاومت به نيكل در تمام گياهان بيش‌تجمع‌دهنده نمي‌باشد. به عنوان مثال، در گياه بيش‌تجمع‌دهنده نيكل، Thlaspi goesingense، افزايش هيستيدين مشاهده نشده است.
1-8-7 حجره‌بندي واكوئل
خروج يون‌ها از غشاء سلولي يا انتقال به واكوئل راه‌هائي هستند كه سبب كاهش سطوح فلزات سمي در سيتوزول مي‌شوند و بنابراين مكانيسم‌هاي مهمي در مقاومت گياهان به فلزات سنگين مي‌باشند. به عنوان مثال، تجمع كمپلكس فيتوكلاتين-كادميم در واكوئل از طريق ترانسپورتر ABC موجود در تونوپلاست صورت مي‌گيرد. هم‌چنين واكوئل در تجمع ساير يون‌هاي فلزي مانند روي نيز اهميت دارد.
1-9 کادمیوم

1-10 خواص شيميايي و ويژگي هاي كلي كادميوم
کادمیوم در سال 1817 توسط استرومیر هنگام کار بر روی کربنات روی کشف شد. منشا آن از کلمه یونانی کادمیا از سنگ معدن روی به نام کالامین گرفته شده است. كادميوم داراي عدد اتمي 48و عدد جرمي 4/112 مي باشد و به گروه II-B جدول تناوبي تعلق دارد و جزء عناصر واسطه مي باشد. از نظر فراواني در پوسته زمين، كادميوم در جايگاه شصت و چهارم قرار دارد(ادریانو، 1986 ) .كادميوم به علت سميت زياد و حلاليت بالا در آب به عنوان يكي از مهمترين آلاينده ها محسوب مي شود (هیرش و همکاران 1994). كادميوم هيچ گاه به تنهايي در طبيعت يافت نمي شود بلكه غالباً به عنوان عنصر ميهمان در كاني زدايي سرب و روي وجود دارد( بیکر و همکاران 1900 ) کادمیوم یک فلز نرم، جلادار و به رنگ سفید مایل به نقره ای است. وضعیت اکسیداسیون آن 2+، با پتانسیل الکتروشیمیایی طبیعی 4/0- نسبت به الکترود هیدروژن و نسبتاً بی اثرتر از روی است. شباهت بین کادمیوم و کلسیم در اندازه یون آنهاست. کادمیوم در محلول های بازی نامحلول بوده و در اسید کلریدریک و اسید سولفوریک حلالیت کمی داشته و در اسید نیتریک نسبتاً محلول است. نمک های کادمیوم با بنیان های اسید قوی به راحتی در آب حل می شوند. سولفید ها، کربنات ها، هیدروکسید ها و فلوریدها حلالیت کمتری دارند.کادمیوم با یون های هالوژن تشکیل کمپلکس داده و کمپلکس های کادمیوم پایدارتر از کمپلکس های روی هستند. برخی از ترکیبات کادمیوم رنگی ( قهوه ای، قرمز، زرد ) و برخی فاقد رنگ هستند.
1-11 عوامل موثر در تحرك وقابليت در دسترس بودن كادميوم عبارتند از:)هیرش 1998)
pH
قابليت تبادل يوني
پتانسيل ردوكس
مواد آلي خاك
گونه هاي گياهي
درجه حرارت خاك
1- 12 سمیت کادمیوم در انسان
جذب کادمیوم در انسان و پستانداران از طریق استنشاق و بلع صورت می گیرد و اثرات کوتاه مدت آن شامل تنفس تندتر، ضعف و تب پس از 24 ساعت مشاهده شده است. کادمیوم به مقدار 5 میلی گرم در متر مکعب هوا می تواند بعد از 8 ساعت سبب مرگ شود. مسمومیت از راه تغذیه پس از آلودگی آب لوله کشی با کادمیوم و آب شرب از نقاط لحیم شده در لوله های آب و شیر های آب انبار و وسایل آشپزخانه دارای روکش کادمیوم مشاهده شده است. علائمی از قبیل تهوع، استفراغ و سردرد چند دقیقه پس از بلعیدن غذای حاوی کادمیوم رخ می دهد.تماس کوتاه مدت با مقادیر کم کادمیوم سبب بروز ناراحتی های کلیوی می شود. با توجه به این که کلیه بیشتر در معرض خطر کادمیوم قرار دارد قابل توجه است که غلظت کادمیوم در افراد غیر سیگاری در حدود 40 تا 50 سالگی به 20 میلی گرم در کیلوگرم در بافت کلیه می رسد. در خون افرادی که در معرض کادمیوم بوده اند،کاهش برگشت پذیر مقدار هموگلوبین مشاهده شده است. نارسایی کلیه در اثر کادمیوم می تواند بر متابولیسم عناصر تشکیل دهنده استخوان مثل کلسیم اثر گذاشته و باعث پوکی استخوان شود. )سالت، 1980).
1-13 سمیت در حیوانات
واکنش جانداران دریایی و آب های شیرین نسبت به کادمیوم، متفاوت است. کادمیوم به مقدار بیش از 1 میلی گرم در لیتر در آب های شیرین و به مقدار بیش از 7 میلی گرم در لیتر در آب دریا می تواند ایجاد مسمومیت نماید. غلظت های بیشتر از 2 میکرو گرم در لیتر در آب شیرین و 100 میکرو گرم در لیتر در آب دریا کشنده است.گزارش شده کادمیوم به مقدار 250 میلی گرم در کیلو گرم در غذای موش ها موجب مرگ و میر می شود.(ملکوتی،1379)
1-14 عملكردهاي بيولوژيك و سميت كادميوم در گیاه
كادميوم يك عنصر غير ضروري و غير تغذيه اي براي گياه مي باشد كه در رشد و نمو گياه اختلال ايجاد مي كند. كادميوم مي تواند در جذب يونهاي معدني توسط گياه از طريق تأثير بر در دسترس بودن يونهاي معدني و كاهش جمعيت ميكروارگانيسم هاي اثر بگذارد. به طور كلي كادميوم در جذب، انتقال و عملكرد چندين عنصر از جمله كلسيم، منيزيوم، فسفر و پتاسيم و همچنين آب توسط گياهان اختلال ايجاد مي كند.(مورنو و همکارن، 1900 ) كاهش جذب نيترات و انتقال آن از ريشه به ساقه تحت اثر كادميوم القا مي شود كه مكانيسم آن ممانعت از فعاليت نيترات ردوكتاز در ريشه مي باشد. تثبيت ازت و اسيميلاسيون آمونيوم در گرهك هاي ريشه سويا، تحت اثر تيمار با كادميوم كاهش مي يابد(بالسترس،2003). ممانعت از عملكرد اهن سه ظرفیتی ردوكتاز كه توسط كادميوم ايجاد مي شود باعث كمبود اهن دو ظرفیتی در گياه مي شود و فتوسنتز را به شدت تحت تأثير قرار مي دهد. در سطح غشاي سلولي كادميوم باعث كاهش فعاليت انزیمی ادنوزین تری فسفات هاي غشا و تغيير در عملكرد غشاها با القا پراكسيداسيون ليپيدها مي شود(فودور،1995). كادميوم باعث اختلال در متابوليسم كلروپلاست از طريق ممانعت از بيوسنتز كلروفيل و كاهش فعاليت هاي آنزيم هاي شركت كننده در تثبيت هاي اكسيد كربن مي گردد و در نتيجه فتوسنتز را تحت تأثير قرار مي دهد(دفلیپس و همکاران،1993)از بارزترين نشانه هاي سميت كادميوم مي توان كلروزه شدن و پيچيده شدن برگ و باز داشته شدن رشد اشاره كرد(هجیری،1973).
1-15 مکانیسم جذب کادمیوم توسط گیاه
کادمیوم در گیاه معمولاً جذب ریشه گردیده و به کندی وارد ساقه و برگ ها می گردد و انتقال آن از برگ ها به میوه بسیار ناچیز می باشد. مقدار کادمیوم که از ریشه به ساقه، برگ و اندام های مصرفی حرکت می نماید بستگی به عوامل متعددی از جمله رقم، زیر گونه، نوع خاک، غلظت اولیه کادمیوم در خاک و وجود کارخانه های ذوب فلزات دارد. در حوالی این کارخانجات، ذرات معلق حاوی کادمیوم در هوا روی خاک زراعی نشست نموده، به طوری که گاهی اوقات در اطراف این کارخانجات غلظت کادمیوم در محصولات کشاورزی مخصوصاً میوه و سبزی در حد خطرناک می باشد. جذب کادمیوم توسط ریشه گیاهان بستگی به فرم های شیمیایی کادمیوم در محلول خاک ریزوسفر دارد.
کادمیوم عمدتاً به صورت یون فلزی آزاد در محلول خاک وجود دارد. فرم قابل جذب کادمیوم توسط گیاه کاملاً مشخص نشده ولی به نظر می رسد که ریشه عمدتاً یون فلزی آزاد را از محلول خاک جذب می نماید. جذب فلزات سنگین به دو صورت جذب فعال و غیر فعال است.
1-16 تاثیر عناصر دیگر در جذب کادمیوم
کادمیوم و روی از نظر شیمیای بسیار به هم شبیه هستند بنابراین کادمیوم می تواند جذب و وظایف متابولیسمی روی را جایگزین نماید ولی بر خلاف روی این عنصر برای انسان و حیوان سمی است. علت اصلی سمی بودن این عنصر احتمالاً میل شدید ترکیبی آن با گروه های تیول(SH) در آنزیم های پروتئین ساز است.
1-17 حد مجاز کادمیوم در برخی از محصولات کشاورزی
کاهو، اسفناج، کرفس، کلم، و سیب زمینی دارای قدرت تجمع زیاد کادمیوم بوده در حالی که ذرت، لوبیا، و نخود مقادیر کمی کادمیوم در خود ذخیره می نمایند. به عقیده بسیاری از محققین در بین گیاهان خوراکی، کاهو بالاترین ظرفیت تجمع کادمیوم را دارد. برگ های گوجه فرنگی 70 بار بیشتر از برگ های هویج از محلول غذایی دارای کادمیوم یکسان آن را جذب می نمایند. کاهش حساسیت گیاهان به سمیت کادمیوم بر اساس غلظت کادمیوم که موجب 25 درصد کاهش محصول می شود به ترتیب زیر است:
برنج< کلم< کدو< گوجه فرنگی < تربچه < گندم < لوبیا < شلغم < هویج< ذرت < کاهو< سویا< اسفناج البته در بین ارقام مختلف گونه های فوق هم تفاوت زیادی وجود دارد.
1-17 منابع کادمیوم
غلظت متوسط کادمیوم در پوسته زمین حدو 1/0 میلی گرم در کیلوگرم می باشد که معمولاً همراه با مواد معدنی دارای فسفر و روی دیده می شود. مقدار متوسط کادمیوم 4/0 میلی گرم در کیلوگرم می باشد و در خاک های غیر آلوده مقدار آن 06/0 تا 1/1 میلی گرم در کیلوگرم است. در خاک های آلوده مقدار کادمیوم فراتر از 160 میلی گرم در کیلوگرم بوده و در خاک های اطراف کارخانجات ذوب فلزات از این مقدار هم بیشتر است(بای بوردی م،1386).
در خاک های کشاورزی مقدار کادمیوم کمتر از یک میلی گرم در کیلو گرم بوده و مقادیر بیشتر از این در خاک های کشاورزی که استفاده طولانی مدت از کود های فسفری و لجن فاضلاب داشته اند مشاهده می شوند .کودهاي فسفري يکي از منابع مهم آلودگي خاک هاي زراعي با کادميوم محسوب مي شوند.
کادميوم بيشتر در مقادير کم همراه با سنگ معدن روي (اسفالريت ZnS)است که داراي 7/7 درصد کادميوم مي باشد و به صورت پوشش سولفوره بر روي آسفالريت يافت مي شود.
کاني گرينوکيت (CdS) منبع ديگر کادميوم است. همچنين اين عنصر به عنوان محصول فرعي طي فرآيند تصفيه سنگ معدن هاي روي، سرب و مس به دست مي آيد. آمريکا بزرگترين توليد کننده کادميوم بوده و بعد از آن کشور، کشور آفريقاي جنوبي، مکزيک، کانادا و استراليا توليد کننده هاي عمده کادميوم و روي هستند. از مهمترين منابع کادميوم مي توان به کودهاي فسفري(مقدار متوسط کادميوم درکود 7(میلی گرم/کیلوگرم) لجن فاضلاب ها، استخراج معادن و ذوب سنگ معدن هاي سولفيدي داراي کادميوم اشاره نمود. کادميوم معمولاً با کاني هاي روي يافت شده و کاني هاي خالص کادميوم بسيار نادرند.
1-18 زیست پالایی
زیست پالایی یک اصطلاح کلی در جهت رفع آلودگیهای زیست محیطی به وسیله فرآیندهای بیولوژیکی و توسط میکروارگانیسمها در خاکها و آبهای آلوده میباشد.تکنولوژی زیست پالایی، محیط را بهینه میسازدکه میکروارگانیسم های اختصاصی بتوانند رشد کنند و حداکثر مقدار آلودگی را تخریب کنند.زیست پالایی بر حسب مورد به دو صورت انجام می شود:زیست پالایی درجا: یعنی اصلاح آلودگی خاک در محیطی که شناسایی شده است.زیست پالایی دگرجاشامل انتقال خاکهای آلوده به محلی دیگر و سپس اصلاح آن است.استفاده از روشهای بیولوژیک در سالهای اخیر همواره مورد توجه بوده است که شامل روشهای زیست سالم سازی و گیاهپالایی  میباشند.
1-19 گیاه پالایی
در گیاه پالایی،از قابلیت گیاهان برای حذف آلایندهها استفاده میشود. گیاه پالایی با استفاده از مهندسی گیاهان سبز شامل گونههای علفی و چوبی برای برداشت مواد آلاینده از آب و خاک یا کاهش خطرات آلایندههای محیط زیست نظیر فلزات سنگین، عناصر کمیاب ، ترکیبات آلی و مواد رادیو اکتیو به کار برده میشود .مهمترین ترکیبات معدنی آلاینده، فلزات سنگین بوده و میکرو ارگانیسمهای خاک قادر به تجزیه آلایندههای آلی هستند، اما برای تجزیه میکروبی فلزات نیاز به آلی شدن یا تغییرات فلزی آنها وجود دارد که امروزه از گیاهان برای این بخش استفاده میشود. آلایندههای فلزی نظیر آرسنیک، کادمیوم، جیوه، مس و روی قابل تجزیه به ترکیبات غیر سمی نیستند و راه حل سنتی مبارزه با این نوع آلودگی، دفن خاک آلوده در مکانی دیگر است.بدیهی است که این روش بسیار مشکل و پر هزینه و غیر کارآمد میباشد.
به منظور ایجاد محیط زیستی پاک و عاری از آلودگی، قوانین و مقررات زیست محیطی جدیدی باید وضع گردد و با شناسایی منابع آلودگی و تبعات آنها روشهای جدیدتری جهت جلوگیری از تولید و یا حذف آلایندهها از منابع آب، خاک و هوا ابداع گردد. با توجه به هزینه بالای روشهای فیزیکی و شیمیایی معمول و اثرات جانبی این روشها بر محیط زیست، استفاده از روشهای بیولوژیک در سالهای اخیر مورد توجه بوده است که شامل روشهای زیست پالایی یا(درمان زیستی) و کاربرد ویژه گیاهان درمان فیتو(درمان گیاهی) میباشد. در گیاهپالایی، از قابلیت گیاهان برای حذف آلایندهها استفاده می شود. برخی از گیاهان در هر هکتار سالانه افزون بر 150 میلیون کیلومتر ریشه تولید می کنند، که این امر می تواند به جذب و تجمع آلایندهها در خاک کمک کند و ممکن است به کمک چنین گیاهانی، یک منطقه آلوده را ظرف 2 تا 3 سال از آلودگی پاک کرد.
1- 20 فرایند های خاص گیاه پالایی
الف)استخراج گیاهی فیتو: جذب ذرات از محیط زیست، همراه با ذخیره در گیاه (تجمع گیاهی).
ب)تثبیت فیتو(گیاهی): کم کردن حرکت یا انتقال ذرات در محیط زیست ، مثلا محدود کردن شسته شدن ذراتی که خاک را آلوده می کنند.
ج)تحریک فیتو:تقویت فعالیت میکروبی برای تجزیه آلاینده ها ، معمولا در اطراف ریشه گیاه.
د)تبدیل فیتو:جذب ذرات از محیط زیست که در آن تجزیه درون گیاه رخ می دهد (تجزیه فیتو).
ه)تبخیر فیتو: جدا کردن ذرات خاک یا آب به وسیله آزاد سازی در هوا ، احتمالا پس از تجزیه
و)فیلتراسیون ریشه:جدا کردن فلزات سمی از آبهای زیرزمینی
1-21 گياهان بيش‌تجمع‌دهنده
تعداد كمي از گياهان قادر به تحمل غلظت‌هاي بالاي فلزات در خاك مي‌باشند. اين گياهان كه استثنائاً فلزات را در غلظت‌هاي بالا در قسمت‌هاي هوائي (به ويژه برگ‌ها) نسبت به ريشه‌ها و بدون بروز هر گونه علائم سميت فلز تجمع مي‌دهند، گياهان بيش‌تجمع‌دهنده مي‌نامند .
مفهوم آستانه بيش‌تجمع دهندگي اولين بار توسط برکس و همكارانش (1977) بر اساس غلظت‌هاي تعيين شده نيكل در گونه‌هاي غير بيش‌تجمع‌دهنده و سپس براي ديگر فلزات سنگين بيان گرديد. گياهاني كه حداقل حاوي 100 ميكروگرم بر گرم (01/0%) از کادمیوم و يا 1000 ميكروگرم بر گرم (1/0%) از نیکل، کروم، مس، سرب و ارسنیک يا 10000 ميكروگرم بر گرم (1%) از روی و منگنز در وزن خشك خود مي‌باشند، به عنوان بيش‌تجمع‌دهنده آن فلز محسوب مي‌شوند.
از كل گونه‌هاي گياهان آوندي (حدود 300000)، تعداد 418 گونه بيش‌تجمع‌دهنده فلز مي‌باشند كه اين يك پديده نسبتاً نادر مي‌باشد. بيش‌تجمع‌دهندگان شامل گستره‌اي وسيع از گروه‌هاي تاكسونوميكي از مكان‌هاي ژئوگرافيك، داراي تنوع وسيعي از خصوصيات مورفولوژيكي، فيزيولوژيكي، اكولوژيكي و بومي مناطق معدني هستند. اين گياهان منابع ارزشمندي در زمينه فیتواکسترکشن مي‌باشند. علاوه بر اين، اين گياهان يك مدل عالي را براي مطالعات تكامل همگراي گياه-گياهخوار نشان مي‌دهند. شناخت اساس ژنتيكي تجمع بالاي فلزات به منظور زدودن آلودگي خاك اهميت ويژه‌اي دارد. بسياري از گياهان تجمع‌دهنده فلزات كوچك بوده و رشد كندي دارند و يا گياهان چوبي هستند كه بيوماس پائيني توليد مي‌كنند و غالباً گونه‌هاي كميابي هستند كه اندازه جمعيت و نيز توزيع آن‌ها محدود شده ‌است. در حال حاضر، پيشرفت در زمينه گياهان بيش‌تجمع‌دهنده، شامل شناسائي گونه‌هاي بيش‌تجمع‌دهنده جديد، مطالعات تاكسونوميكي و فيلوژني در اين زمينه و بررسي فوائد اكولوژيكي و انتخابي آن‌ها مي‌باشد )پولاردوهمکاران،2002)
اطلاعات در رابطه با گياهان تجمع‌دهنده در 4 جنبه مورد نياز است :
1- توانائي تجمع فلز گونه‌هاي مختلف به عنوان يك عملكرد از غلظت‌هاي فلز در خاك، خصوصيات فيزيكي و شيميائي خاك، حالات فيزيولوژيكي گياهان و غيره.
2- خصوصيات جذب، انتقال و تجمع فلز.
3- مكانيسم‌هاي فيزيولوژيكي، بيوشيميائي و مولكولي تجمع و بيش‌تجمع.
4- اهميت بيولوژيكي و تكاملي تجمع فلزات
1-22 اطلاعات کلی در مود گیاه تاجریزی
1-22-1 نام‌های‌ رایج
یاسمین‌ بری‌، عنب‌الثعلب‌، مره‌ حلوه‌، ثلثان‌، سیاه‌ تال (گیلان‌)،پل‌چنار (نوشهر)، كك‌ ماری‌، قلمكار (همدان‌)، اوزمی‌ ـ قوش‌ اوزومی‌ (آذربایجان‌) تاج‌ريزي به نام سگ‌انگور هم شناخته مي‌شود ولي در كتاب‌هاي قديمي طب سنتي از آن به عنوان عنب‌الثعلب (انگور روباه) ياد شد.(ویکی پدیا)
1-22-2 ریخت شناسی
تاجريزي‌ سياه‌، گياهي‌ است‌ علفي‌، يكساله‌، كوتاه‌، ارتفاع‌ آن‌ كمتر از150سانتيمتر است‌. برگها سبز تيره‌، بيضي‌ شكل‌، كامل‌ و نوك‌ تيز، كه‌ با دمبرگ‌ بلندبه‌ ساقه‌ متصل‌ است‌. گلها سفيد و در طول‌ تابستان‌ ظاهر مي‌شود. ميوة‌ آن‌ كروي‌ ودر اندازه‌ هاي‌ كوچك‌ ابتدا سبز و پس‌ از رسيدن‌ سياه‌ مي‌شود. ميوة همة تاج‌ريزي‌ها ابتدا سبزرنگ است و هنگام رسيدن، رنگين مي‌شود. تاج‌ريزي سياه، بيشترين پراكندگي را در ايران دارد.در گياه‌ و ميوه‌ تاجريزي‌ سياه‌ آلكوئيد سولانين‌، ساپونين‌، روغن‌ شامل‌ دي‌هايدروكسي‌ ، سئاريك‌ اسيد، لينولئيك‌ اسيد، اولئيك‌ اسيد و پالميتيك‌ اسيد و…وجود دارد. گیاه تاج ریزی که بیشتر به صورت بوته ای در میان کشتزارها ,باغ ها ,دامنه کوهها و دشت ها می روید و دارای میوه های کوچک و سبز رنگ که به تدریج نارنجی رنگ می شوند و بعد از چیده شدن از بوته ان به رنگ سیاه روشن تغییر رنگ می دهند.قسمت‌ مورد استفاده‌ تاجريزي‌ سياه‌ برگ‌ و سرشاخه‌هاي‌ گلدار آن‌ و تخم‌ آن‌است‌. در رابطه با ویژگیهای ریخت شناسی گیاه تاجریزی گیاهی یک ساله، بدون کرک یا کرکدار به رنگ سبز مات یا متمایل به زرد، بسیار کوتاه، خوابیده برخاک و علفی است. ساقه این گیاه منشعب با شاخه های زاویه دار گسترده و پخش می باشد.برگ گیاه تاجریزی تخم مرغی وسیع مثلثی، در قاعده مقطع با بزرگی چها تا 7 در چهار در 9 سانتیمتر، کامل یا سینوسی، دندانه دار که 21 دندانه در پایین قراردارد و نوکدار می باشد.گل این گیاه کوچک، سفید که هر پنج تا هشت گل در یک دمگل مشترک کوتاه و محوری و بطول یک تا دو سانتیمتر، کاسه پنج قسمتی و جام 5/1 بار بلندتر از کاسه است.میوه این گیاه به صورت سته می باشد که ابتدا سبز و سپس به رنگ قرمز در می آید( هرگز سیاه نمی شود)و به شکل کروی به قطرپنج تا هفت میلیمتراست. (معصومی،1389)
1-22-3 زیستگاه
این گیاه به حالت وحشی در حاشیه جنگلها و کنار رودخانه های غالب نقاط اروپای مرکزی و آفریقای شمالی می روید. معمولا در اواخر پاییز و یا در بهار قبل از ظاهر شدن جوانه ها ساقه نسبتا مسن آنرا پس از قطع کردن قطعه قطعه کرده آنرا می خشکانند.
1-22-3-1 پراکندگی تاجریزی در ایران
پراکندگی تاج ریزی در ایران، این گیاه را در مناطق و نواحی اطراف تهران، مازندران، بابل، اراک، تفرش، سنندج و کامیاران، آذربایجان، نواحی شمالی ایران و بلوچستان می توان یافت و در استان کرمانشاه در اسلام آباد غرب، کرند غرب، سرپل ذهاب، قصرشیرین و شهرستان کرمانشاه قابل برداشت می باشد.
گزارش خبرنگار باشگاه خبرنگاران مشهد، نام علمي اين گياه، Solanum nigrum است كه در بيشتر مناطق ايران ديده مي‌شود و در پرديس دانشگاه فردوسي مشهد هم وجود دارد.
علاوه بر تاج‌ريزي‌هاي يكسالة فوق‌الذكر، گونه‌هاي چندسالة ديگري هم در ايران يافت مي‌شوند كه كمتر مورد استفادة دارويي قرار مي‌گيرند.نام محلی رزله یا هله ریزه یکی از گیاهان خوراکی خودروی استان کرمانشاه و متعلق به خانواده سیب زمینی می باشد.
1-23 خواص‌ و اثرات‌ دارويي‌
طبع‌ تاجريزي‌ سياه‌ خيلي‌ سرد و خشك‌ است‌. اين گياه، كاهنده تب، بندآورنده خون، ضدّ درد، مُسكن، مُليّن، مُدر، مُعرّق، مخدّر، ضدروماتيسم، ضدسرفه و ضدآسم است. خوردن مقدار كمي از ميوه رسيده و تازه آن برایرفع يبوست، مناسب است. براي بهره‌برداري از اين گياه، مصرف روزانه سه‌مرتبه از دو تا چهار گرم خشك‌شدة آن به‌صورت دم‌كرده، توصيه شده است. ميوة خشك‌شدة تاج‌ريزي‌هاي رنگين (زرد، نارنجي و قرمز)، يكي از اقلام دارويي معروف “جوشانده يا خورده‌جوشانده” است كه معمولاً همراه با پرسياوش، گل زوفا، گل بنفشه، ختمي خبازي، عناب و سپستان مورد استفادة فراوان قرار مي‌گيرد. اين داروي تركيبي، در طب سنتي بسيار رايج است و به عنوان تب‌بُر، مُسكّن و مُليّن، به‌خصوص براي كودكان به كار مي‌رود.
از تاجريزي‌ سياه‌ در استعمال‌ داخلي‌ در موارد سياه‌ سرفه‌، رفع‌سوءهاضمه‌هاي‌ دردناك‌ همراه‌ با احساس‌ درد در معده‌ و روده‌، نرم‌ كردن‌ سينه‌(ريشه‌)، تسهيل‌ در تخليه‌ مزاج‌ (برگهاي‌ خشك‌)، اسهال‌ خوني‌، سرماخوردگي‌،زكام‌، سردرد استفاده مي شود.

فصل دوم
مروری برتحقیقات انجام شده

2-1 عوامل موثر بر جذب فلزات سنگين
فلزات سنگين موجود در خاك عمدتاً از طريق جذب توسط ريشه به داخل گياه وارد مي‌شوند.الوی (1995)گزارش کرده است كه عوامل متعددي در جذب عناصر از طريق ريشه موثر مي‌باشند كه عبارتند از:
الف- خصوصيات فيزيكي‌_‌شيميائي خاك مانند pH، دما، رطوبت، پتانسيل اكسيداسيون و احياء، ظرفيت تبادل كاتيوني، مقدار فسفات، ميزان مواد آلي و مقدار رس موجود در خاك.
ب- نوع عنصر و مقدار آن در خاك و قابليت دسترسي گياه به آن.
ج- نوع گياه، اندازه و وضعيت ريشه.
د- رقابت با ساير عناصر.
افزايـش عواملي ماننــد رس، مقدار ماده آلي، اكسيـد‌هاي آهن و منگـنز و ظرفيت ‌تبـــادل‌ يوني (CEC)2باعث كاهش دسترسي گياه به فلزات سنگين مي‌گردند. هم‌چنين افزايش كاتيون‌ها در خاك موجب كاهش جذب فلزات سنگين مي‌شود كه به دليل رقابت آنها با فلزات براي اتصال به سطوح سلولي مانند غشاء‌ها و رقابت آنها در مكانيسم‌هاي انتقال مي‌باشد (تایز و زایگر،2000) عموماً بيان شده است كه در pH خنثي، دسترسي گياهان به عناصر ضروري حداكثر و اثرات سمي فلزات حداقل مي‌باشد و به طور كلي كاتيون‌هاي فلزات سنگين تحت شرايط اسيدي بيشترين تحرك را دارند. بهبود شرايط تهويه خاك يا به عبارتي افزايش حالت اكسايش محيط باعث افزايش جذب عناصر توسط گياه ‌مي شود.
شکل (1-2): تقسيم‌بندی گياهان به سه گروه تجمع دهندگان، نشانگرها و ممانعت کننده‌ها بر اساس ميزان تجمع فلز در بخش‌های هوائی آن‌ها در پاسخ به افزايش مقادير فلز در خاک (بیکر1،1981).

2-2 تقسيم بندي گياهان در برابر تنش فلزات سنگين
گياهان سه روش را براي رشد در خاکها و آبهاي آلوده به فلزات، بکار ميبرند.
2-2-1 خارج کنندگان فلز: اين گياهان از ورود فلزات به بخشهاي هوايي جلوگيري ميکنند و يا غلظت فلزي ثابت و پائين را در گستره وسيعي از غلظتهاي فلزي در خاک حفظ ميکنند. اين گياهان معمولاً وجود فلز را در ريشههايشان محدود ميکنند و ميتوانند از طريق تغيير در نفوذپذيري غشاهايشان، ظرفيت اتصال فلزات به ديواره سلولي و يا ترشح ترکيبات کلاته کننده اين عمل را انجام دهند (کوپر و همکاران 2010).
2-2-2 معرفهاي فلزي: گونههايي که به صورت فعال فلزات را در بافتهاي هوايي جمع ميکنند و عموماً منعکس کننده ميزان وجود فلزات در خاک هستند. اين گياهان غلظتهاي موجود از فلزات را بوسيله توليد ترکيبات درون سلولي متصل شونده به فلزات (کلاتورها) و يا تغيير کده بندي فلزات و ذخيره سازي فلزات در بخشهاي غيرحساس (واکوئل) تحمل ميکنند (کوپر و همکاران 2010).
2-2-3 گونههاي گياهي تجمع کننده فلزات : اين گياهان ميتوانند فلزات را در بخشهاي هوايي خود تا سطوح بالاتر از آنچه که در خاک وجود دارد تحمل کنند. اين گياهان سطوح بالاي مواد آلوده کننده را جذب کرده و آن را در ريشهها، ساقهها و يا برگها تغليظ و نگهداري مي کنند. تقريباً 400 گونه گياهي از ۲۲ خانواده شناسايي شدهاند که از اين روش استفاده ميکنند. بيشترين تعداد از اين نوع گياهان در خانواده براسيکاسه شناسايي شدهاند که در ۷۸ گونه از ۱۱ جنس قرار گرفتهاند(کوپر و همکاران، 2010).
گونه‌هاي گياهي كه به ميزان زياد فلزات سنگين را در اندامهاي هوايي خود ذخيره مي‌كنند به اين گروه تعلق دارند. در اين گياهان 1000-100 برابر بيش از غلظت معمولي عناصر كمياب در آنها يافت شده است (بيکرو همکاران، 1987) براي پاكسازي نواحي آلوده به فلزات سنگين مي‌توان از اين گونههاي گياهي استفاده نمود. تجمع بيضرر اين فلزات، با كلاته شدن يا انتقال اين آلودگي به فرم غير فعال در داخل گياهان سبز امكان پذير مي‌باشد. گونههاي گياهي كه براي اين منظور به كار برده مي‌شوند به كندي رشد مي‌كنند و بيوماس نسبتاً پاييني دارند (کوپر، 1996).
تحمل گياه نسبت به فلزات مي‌تواند توسط استراتژيهاي مختلفي انتخاب شود. انتخاب انحصاري فلز در مدت جذب، دفع فلز، نگهداري فلز در ريشهها، ثابت نگه داشتن به وسيله ديوارههاي سلول و كربوهيدراتهاي خارج سلولي و كمپلكسهاي باند دهنده با فلزات كه پروتئينهاي كم وزن هستند (فيتوكلاتين‌ها) و تحمل ويژه سيستمهاي آنزيماتيك نسبت به فلزات جزئي از اين استراتژيها مي‌باشد (سانيتا، 1999).تالسپي احتمالاً بهترين گياه انباشته کننده از نظر فلزات روي و کادميوم است که در اکوتيپ جنوب فرانسه رشد ميکند. اين گياه ميتواند به عنوان يک گونه مدل براي شناسايي متابوليسم فلزات سنگين به منظور طراحي گياهاني با انباشته کنندگي زياد از طريق اصلاح سنتي و مهندسي ژنتيک استفاده شود (کوپر و همکاران، 2010).
2-3 مقاومت به فلزات سنگين
مقاومت به فلزات سنگين به اين صورت تعريف مي‌شود: ” توانائي يك گياه براي بقاء و توليد مثل در شرايطي كه براي بيشتر گياهان سمي يا مضر مي‌باشد و از طريق روابط متقابل بين ژنوتيپ و محيط آن بروز مي‌كند (مکنایروبیکر،2000).فری و همكاران در سال 2000 گزارش كردند كه روي درغلظت‌هاي بالا در ديواره سلولي سلول‌هاي اپيدرمي و در سلول‌هاي مزوفيل Thlaspi caerulescens پيوند شده است. در ضمن به اين نكته نيز بايد توجه كرد كه گستره باند شدن به وسيله ديواره سلولي به ميزان مقاومت به يك فلز خاص مرتبط مي‌باشد



قیمت: 12000 تومان

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *