وزوم 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 سنگین1 به عناصر فلزی با وزن مخصوص بالاتر از 5 گرم بر سانتی‌متر مکعب گفته می‌شود. این فلزات در طبیعت به صورت کاتیون‌ها و آنیون‌های اکسید شده وجود دارند. عناصری نظیر نیکل، کروم، کبالت، جیوه، روی، کادمیوم، مس و منگنز به صورت کاتیون در خاک می‌باشند، در حالی که عناصری نظیر مولیبدن، سلنیوم،آرسنیک و بور به صورت ترکیب با اکسیژن در خاک بوده و دارای بار منفی می‌باشند (شاو،1995؛گاد2،1993).هم‌چنین فلزات سنگین به عنوان عناصری با خصوصیات فلزی (انعطاف‌ پذیری، رسانائی، پایداری مانند کاتیون‌ها، لیگاند اختصاصی و غیره) و عدد اتمی بزرگ‌تر از 20 تعریف می‌شوند (پندیاس3،1992)به طور کلی یون‌های فلزات سنگین را بر اساس اسیدیته‌ی لوئیس4 و تمایل آن‌ها به لیگاندهای مختلف در دو گروه مجزا قرار می‌دهند. گروه اول شامل یون‌های فلزی نرم از قبیل جیوه، کادمیوم، نقره، مس و پلاتینیوم است که ترجیحاً از طریق پیوندهای کوالانسی با لیگاندهای قطبی پیوند می‌شوند. گروه دوم شامل یون‌های فلزی اهن، روی، نیکل،کبالت ، سرب می‌باشد که بیشتر تمایل دارند با لیگاندهای واسطه از قبیل آمین‌ها، آمید‌ها و ایمین‌ها پیوند شوند (نایبروهمکاران5، 1980). همه یون‌های فلزی صرف نظر از این‌که در کدام گروه قرار می‌گیرند در غلظت‌های بالاتر از حد بحرانی خود در خاک برای گیاهان سمی می‌باشند.
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 سنگین در خاک
فلزات سنگین در خاک ترکیباتی طبیعی یا نتیجه‌ای از فعالیت انسان می‌باشند. مناطق معدنی غنی از فلزات، گداختن فلزات، آب فلز دادن، گاز حاصل از اگزوز، استفاده از سوخت‌های فسیلی، به کار بردن کودها و حشره‌کش ها و تولید فاضلاب شهری از مهم‌ترین فعالیت‌های انسان است که خاک را با مقادیر زیادی از فلزات سمی آلوده می‌کند (براد 2و همکاران، 1978 ؛ریچاردسون2، 1990).
مقادیر بیش از حد طبیعی فلزات در خاک به دلیل جذب توسط گیاهان و ورود به زنجیره‌های غذائی به عنوان منابع آلاینده محیط محسوب می‌شوند و می‌توانند باعث نابودی گیاهان شوند (شاو3، 1989).
1-3-1 فرم های فلزات در خاک (تسیر4 وهمکاران ، 1979)
الف) یون‌های فلزی آزاد و کمپلکس‌های فلزی محلول در محلول خاک.
ب) پیوند شده با بارهای منفی ترکیبات غیرآلی خاک در محل‌های تبادل یونی.
پ) باند شده به موادآلی خاک.
ت) رسوب با اکسیدها، هیدروکسیدها و کربنات‌ها.
ث) حضور در ساختمان کانی‌های سیلیکاتی.
فلزات فقط در حالت‌های الف و ب سریعاً توسط ریشه گیاهان جذب می‌شوند(لاسات5 2000).
1-4 فلزات سنگین وگیاهان
به طور کلی در بین عناصر تشکیل دهنده یک گیاه فقط1% یا کمتر از آن را فلزات سنگین تشکیل می‌دهند. برخی از این فلزات از قبیل آهن، روی، مس، منگنز و نیکل برای رشد و متابولیسم گیاهان مورد نیاز هستند، در حالی که تاکنون برای برخی دیگر از فلزات نظیر کادمیوم، سرب، آرسنیک و جیوه نقش زیستی شناسائی نشده است (ممون وهمکاران 3،2001). بر اساس نقش فلزات در گیاهان می‌توان آن‌ها را در یک یا تعدادی از گروه‌های زیر قرار‌داد (الووی4،1995):
1- فلزاتی که در ترکیب و ساختار گیاه وارد می‌شوند مانند کلسیم در پکتات کلسیم تیغه میانی.
2- فلزاتی که برای فعالیت آنزیم‌ها مورد نیاز هستند مانند روی در فعالیت آنزیم آلدولاز.
3- فلزاتی که جزء ترکیب اساسی آنزیم‌ها و پروتئین‌های خاص هستند مانند مس در سیتوکروم اکسیداز و روی در الکل دهیدر‍وژناز.
1-5 سمیت فلزات سنگین در گیاهان
در حالی که برخی از فلزات سنگین برای حیات ضروری هستند، معمولاً تجمع زیاد آن‌ها در ارگانیسم‌‌های زنده سمی می‌باشد. غلظت‌های افزایش‌ یافته از فلزات سنگین ضروری و غیر ضروری در خاک معمولاً منجر به ایجاد علائم مسمومیت و ممانعت از رشد بیشتر گیاهان می‌گردد. به نظر می‌رسد که علائم سمیت بواسطه گستره‌ای از روابط متقابل در سطح سلولی/ملکولی باشد (اسچه وهمکاران5، 1990). به طور کلی اثرات سمی فلزات سنگین بر گیاهان می‌تواند ناشی از دلایل زیر باشد (الووی، 1995):
الف- فلزات سنگینی از قبیل کادمیوم، سرب، مس، نقره و طلا باعث تغییر در نفوذ‌پذیری غشاء سلولی می‌شوند که در نتیجه جذب و هموستازی یونی را برهم می‌زنند.

ب- برخی از کاتیون‌های فلزات سنگین مانند سرب، نقره و روی با گروه‌های سولفیدریل پروتئین‌ها (و از جمله آنزیم‌ها) پیوند ایجاد می‌کنند که در نتیجه ساختار و عمل آن‌ها را تخریب می‌نمایند.
ج- بعضی از فلزات سنگین به دلیل شباهت با یون‌های ضروری و به ویژه کاتیون‌ها برای اشغال محل‌های جذب با آن‌ها به رقابت می‌پردازند بنابر‌این باعث کاهش جذب کاتیون‌های ضروری می‌شوند.
د- برخی از فلزات سنگینی مانند مولیبدن، سلنیم، آرسنیک و بور که به صورت آنیون در خاک یافت می‌شوند جایگاه‌های گروه‌های ضروری نظیر گروه‌های فسفات و نیترات را اشغال نموده و بدین ترتیب به گیاه آسیب می‌رسانند.
ه- واکنش با فلزاتی از قبیل روی و بریلیم از طریق پیوند با گروه‌های فسفات و گروه‌های فعال ادنوزین تری فسفات(ATP) و ادنوزین دی فسفات(ADP) باعث ایجاد اختلال در گیاه می‌شوند.
اساس سمیت این فلزات اصولاً به علت توانائی یون‌های فلزی برای اتصال محکم به اتم‌های اکسیژن، ازت و سولفور است. این اتم‌ها به ویژه در ساختار پروتئین‌ها به فراوانی وجود داشته و عموماً تاثیر این فلزات بر روی ساختارهای پروتئینی به ویژه آنزیم‌ها است (شاو، 1989 ). به علاوه غلظت زیاد فلزات سنگین باعث تحریک تشکیل رادیکال‌های آزاد و گونه‌های اکسیژن فعال6 می‌شود(دایتز و همکاران7،1999).
اثرات سمیت فلزات سنگین به طور کلی