فرآیند و کارکرد گیاهی

تأثیرات عناصرروی (Zn) و منگنز (Mn) بر پویایی جمعیت، رشد، محتوای کلروفیل a و کاروتنوئیدها در جلبک سبز میکروسکوپی Scenedesmus quadricauda

امیدوار فرهادیان^*، حسین مولایی و احمدرضا پیرعلی زفره یی

گروه شیلات، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی اصفهان

(تاریخ دریافت: 03/08/93، تاریخ پذیرش نهایی: 19/01/1394)

چکیده:

عناصرروی و منگنز برای رشد جلبک های میکروسکوپی ضروری است اما افزایش بیش از حد آنها  سبب مشکلات زیستی در ساختار جمعیت های جلبکی محیط های آبی می شود. در این تحقیق اثرات جداگانه غلظت­های مختلف روی (450، 900 و 1350 میلی‌گرم در لیتر) و منگنز (75، 150 و 225 میلی‌گرم در لیتر) و تأثیرات ترکیبی آن‌ها (450+75، 900+150 و 1350+225 ، از روی+ منگنز برحسب میلی‌گرم در لیتر) بربرخی خصوصیات فیزیولوژیکی، پویایی جمعیت، رشد، محتوای کلروفیل a و کاروتنوئیدها در جلبک سبز میکروسکوپی Scenedesmus quadricauda در دمای 2± 22 درجه سانتی‌گراد، دوره نوری 12 ساعت نور : 12 ساعت تاریکی و شدت نور 80 میکرو مول فوتون بر مترمربع بر ثانیه در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد. آزمایش با سه تکرار در مدت 22 روز در قالب یک طرح کاملاً تصادفی انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که اوج تراکم جمعیت در دوره رشد در غلظت 900  میلی­گرم در لیتر از روی، 150 میلی‌گرم در لیتر از منگنز و ترکیب 900 + 150 میلی‌گرم در لیتر (روی + منگنز) به دست آمد. حداکثر مقدار رشد ویژه برای روی، منگنز و ترکیب آن‌ها به ترتیب 060/0، 058/0 و 056/0 در روزبه دست آمد. کمترین زمان دو برابر شدن جمعیت با مقدار 6/11 روز برای تیمار روی در غلظت 900 میلی‌گرم در لیتر به دست آمد. حداکثر مقدار کلروفیلa  و کل کاراتنوئید به ترتیب 8/1و 2/93 میلی‌گرم در لیتر در غلظت 900 میلی‌گرم در لیتر روی به دست آمد که اختلاف معنی‌داری با سایر تیمارها نشان داد (05/0>P). یافته‌های این تحقیق نشان داد که افزایش میزان روی تا 900 میلی‌گرم در لیتر و افزایش میزان منگنز تا 150 میلی‌گرم در لیتر سبب بهبود جمعیت، رشد، کلروفیل و کارتنوئید در جلبک سبز S. quadricauda می‌شود. به‌طورکلی، این مطالعه نشان داد که تغییرات غلظت روی و منگنز تأثیر معنی‌داری بر تراکم سلولی، کلروفیلa  و کل کاراتنوئید می­گذارد. تأثیر روی نسبت به منگنز بیشتر است و افزایش آن تا غلظت 900 میلی‌گرم در لیتر سبب بهبود خصوصیات فیزیولوژیکی  در جلبک S. quadricauda می­شود.

کلمات کلیدی: رشد، Scenedesmus quadricauda ، روی، منگنز، کاروتنوئید، کلروفیل a

مقدمه:

جلبک­های میکروسکوپی موجودات تک‌سلولی و از تولیدکنندگان اصلی در اکوسیستم­های آبی می‌باشند که عمل فتوسنتز را انجام می­دهند و به‌عنوان اولین حلقه زنجیره غذایی و تولیدکننده غذا برای سایر موجودات نقش مهمی در پایداری اکوسیستم دارند (Xia-li et al., 2007). فلزات کمیاب روی و منگنز از عناصر غذایی کم‌مصرف موردنیاز جلبک­ها می­باشند اما در غلظت­های بالا برای آن‌ها سمی می­باشند
(Knauer et al., 1997). بسیاری از فرایندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی از قبیل فتوسنتز، تنفس، سنتز پروتئین و سنتز کلروفیل، تغییرات در پروتئین‌ها،DNA و چربی‌های سلولی به‌شدت در غلظت‌های بالای فلزات تحت تأثیر قرار می‌گیرند (Valko et al., 2005). برای مثال، جلوگیری از سنتز زیستی کلروفیل و کاروتنوئیدها و کاهش فسفوریلاسیون اغلب از علائم عمده مسمومیت با فلزات سنگین است
(Smirnoff, 1995; Poskuta et al., 1996; Prasad, 2004).

مطالعات گوناگون تأثیرات عناصر غذایی پرمصرف و کم‌مصرف مثل فلزات کمیاب بر جلبک‌های مختلف را بررسی نمودند. در مطالعه Qian و همکاران (2009) تأثیر ترکیبی مس و کادمیوم بر رشد و فتوسنتز جلبک Chlorella vulgaris بررسی شده است و نتایج آنها نشان می دهد که غلظت­های 032/0 و096/0 میلی‌گرم در لیتر مس و همچنین112/0 و 224/0 میلی‌گرم در لیتر کادمیوم رشد و محتوای کلروفیل را در جلبک Chlorella کاهش می­دهد. همچنین، در مطالعه Knaure و همکاران (1997) تأثیر یون‌های مس و روی بر میزان رشد و تجمع فلزات در جلبک­ سبز Scenedesmus subspicatus موردبررسی قرار گرفت و دامنه غلظت بهینه مس و روی را برای این جلبک به ترتیب 032/0تا 096/0و 112/0 تا224/0میلی‌گرم در لیتر بیان شد. در مطالعه دیگر  Connanو همکاران در سال 2011 تأثیر مس بر میزان رشد، فتوسنتز و تجمع مس در دو گونه جلبک قهوه­ای Ascophyllum nodosum و Fucus vesiculosus موردبررسی قرار دادند و نتایج آنها نشان داد که افزایش مس تأثیر منفی بر میزان رشد و فتوسنتز در هر دو گونه جلبک دارد.

• یکی از مهم‌ترین گونه‌های جلبک­های میکروسکوپی که به‌طورمعمول در تمام آب‌های شیرین یافت می‌شود گونه جلبک سبز S. quadricauda است (Bellinger and Sigee, 2010). این‌گونه به علت پراکنش گسترده، قابلیت پرورش در شرایط آزمایشگاهی و انبوه، ارزش غذایی مناسب به لحاظ اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه، تولید زی‌توده (Biomass) مناسب برای مصارف گوناگون ازجمله تصفیه پساب‌های مختلف شهری، کشاورزی (حیدری و همکاران، 1390( و صنعتی (معینی فیض آبادی، 1391، کوشا و همکاران، 1393، کیانی و همکاران، 1393) همواره از اهمیت بالایی برخوردار است. در این مطالعه  بعضی از خصوصیات زیست‌شناختی این جلبک تک‌سلولی در غلظت‌های جداگانه و ترکیبی روی و منگنز با تأکید بر رشد و تراکم سلولی و همچنین میزان تغییرات در رنگ‌دانه‌های کلروفیلی و کاروتنوئیدی موردبررسی قرار گرفت.

مواد و روش­ها:

جمع‌آوری و خالص‌سازی جلبک S. quadricauda: جمع‌آوری جلبک S. quadricauda از آب استخرهای خاکی کارگاه پرورش کپور ماهیان مرکز تکثیر و پرورش اصفهان صورت گرفت. جلبک S. quadricauda پس از مشاهده با میکروسکوپ اینورت (مدلCETI، ساخت بلژیک) به کمک کلیدهای موجود شناسایی شد و با روش Lavens و Sorgeloos (1996) با کشت بر روی آگار خالص‌سازی گردید. برای این منظور ابتدا با استفاده از میکرو پیپت سلول­های فیتوپلانگتونی را به‌طور ناخالص جدا نموده و با بهره­گیری از محیط کشت جامد آگار(Agar-Agar) و تجدید مداوم کشت ذخیره خالص جلبکی تهیه گردید. جهت تهیه محیط کشت جامد به 250 میلی‌لیتر آب مقطر، 2 گرم آگار جامد به محیط کشت  (Bold Basal Medium)  BBMبر اساس Nichols (1973) اضافه شد.

ترکیب محیط کشت BBM شامل NaNO₃ (25 گرم)، K₂HPO₄(10 گرم)، KH₂PO₄ (15 گرم)، MgSO₄. 7H₂O (5/7 گرم)، NaCl (5/2 گرم)، CaCl₂ (5/2 گرم)، MnCl₂ متغیر، ZnCl₂ متغیر، MoO₃ (71/0 گرم)، Co(NO₃)₂. 6H₂O (49/0 گرم)، H₃BO₄ (4/11 گرم)، KOH (31 گرم)، FeSO₄. 7H₂O (98/4 گرم) و EDTA (50 گرم) تماما در یک لیتر آب مقطر بود (Nichols, 1973). pH محیط کشت قبل از اتوکلاو نمودن با استفاده از HCl1/0 نرمال و یا NaOH 1/0 نرمال در 8/6 تنظیم گردید. محیط کشت تهیه‌شده در دمای 121 درجه سانتی‌گراد و فشار 5/2 اتمسفر به مدت 15 دقیقه اتوکلاو (اتوکلاو مدل 121A، ساخت ایران) گردید. آنگاه محلول حاصل را به‌صورت مایع و تقریباً گرم و در شرایط ضدعفونی و استریل شده در پتری دیش­های پلاستیکی (50 میلی‌متری) ریخته و درب آن با پارافیلم بسته شد. پس‌ازآنکه محیط کشت تهیه‌شده در دمای اتاق به حالت جامد تبدیل شد، نمونه ناخالص جمع آوری‌شده از استخرهای پرورش ماهی را روی محیط کشت در اتاقک رشد با شرایط دمای 22 درجه سانتی گراد قرار داده شد تا کلنی­های جلبکی ظرف 20 روز تشکیل شود. در مرحله بعد مشاهده جلبک خالص‌سازی شده  در زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی × 1000 انجام شد و بعد از حصول اطمینان، کار پرورش آن با استفاده از محیط کشت مایع  BBMانجام گردید.

بعد از کشت‌های متوالی در لوله‌آزمایش 20 میلی‌لیتر و ارلن مایرهای250 میلی‌لیتری و اطمینان از خالص بودن جلبک، پرورش جلبک در یک ارلن مایر 5 لیتری با محیط کشت مناسب BBM انجام گردید تا ذخیره اولیه جلبک
S. quadricauda جهت انجام آزمایش فراهم شود
(Nichols, 1973). ظرف حاوی محیط کشت جلبک به همراه لوله‌های هوادهی و پنبه‌های کتانی موردنیاز در دمای 121 درجه سانتی‌گراد به مدت 15 دقیقه در دستگاه اتوکلاو ضدعفونی و استریل گردید. پس از اتمام اتوکلاو و هم‌دما شدن با دمای آزمایشگاه، محلول ویتامین B طبق دستورالعمل اختصاصی کشت این جلبک (Phang and Chu, 1999) به ظرف کشت اضافه گردید و سپس با رعایت شرایط استریل، به هم زده شد. از ذخیره جلبک سندسموس  مقدار 20 میلی‌لیتر (با غلظت 10⁵سلول در میلی‌لیتر) به محیط کشت دارای ویتامین اضافه گردید و در دمای 2±25 درجه سانتی‌گراد و شدت نور80 میکرو مول فوتون بر مترمربع بر ثانیه، و در پروتکل نوری  12 ساعت روشنایی و 12ساعت تاریکی قرار داده شد (Nichols, 1973).

نحوه انجام آزمایش: آزمایش با 10تیمار (9 تیمار اصلی و یک شاهد) در نظر گرفته شد. نمونه شاهد (کنترل) عاری از روی و منگنز، تیمارهای جداگانه هرکدام دارای سطوح مختلف 450، 900 و 1350 میلی‌گرم در لیتر از فلز روی (3 تیمار) و 75، 150و 225 میلی‌گرم در لیتر از فلز منگنز (3 تیمار) بود در حالی‌که تیمارهای حاصل از ترکیب دو فلز یعنی روی + منگنز شامل450 + 75 میلی‌گرم در لیتر، 900 + 150 میلی‌گرم در لیتر و 1350 + 225 میلی‌گرم در لیتر (3 تیمار) در نظر گرفته شد. محیط کشت BBM به نسبت استاندارد موردنیاز با غلظت متغیر روی (Zn) و منگنز (Mn) مطابق تیمارهای فوق در ارلن مایرهای 250 میلی‌لیتری ریخته و آنگاه به حجم رسانده شد (Phang and Chu, 1999). سپس pH آغازین ظروف آزمایشی با اضافه نمودن هیدروکسید سدیم و اسیدکلریدریک با غلظت 1/0 نرمال با استفاده ازpH متر (مدل 744 Metrohm، ساخت سوئیس) در 9/6 تنظیم گردید. در این آزمایش از کلرید خالص فلزات روی و منگنز استفاده شد. به‌طورکلی آزمایش با 10تیمار و با سه تکرار در 30 عدد ارلن مایر 250 میلی‌لیتری انجام گردید. آزمایش به‌صورت یک طرح کاملاً تصادفی دریک دوره 22 روزه به‌منظور اطمینان از تأثیرات درازمدت در جمعیت جلبک S. quadricauda انجام شد.

در این تحقیق شمارش جلبک‌ها با استفاده از لام هموسیتومتری و با روش پیشنهادشده توسط Martinez  و Chakaroff (1975) بعد از تثبیت نمونه‌ها در محلول لوگل ایدین (مقدار 1/0 میلی‌لیتر در هر 3 میلی‌لیتر نمونه) انجام شد. میزان رشد ویژه (SGR) از رابطه /T SGR= (Ln N_t-Ln N_o)  محاسبه شد (Omori and Ikeda, 1984) که در آن SGR = میزان رشد ویژه جمعیت جلبک S. quadricauda بر حسب در روز،  N_t = جمعیت نهایی جلبک S. quadricauda بعد از زمان T ، و N₀ = جمعیت اولیه  جلبک S. quadricauda در آغاز معرفی به محیط کشت. زمان دو برابر شدن جمعیت جلبک S. quadricauda با رابطهDt = Ln2/SGR  که در آن Dt برابر با زمان دو برابر شدن جمعیت جلبک S. quadricauda بر حسب روز، و SGR برابر با میزان رشد ویژه بر حسب در روز است مورد محاسبه قرار گرفت (Omori and Ikeda, 1984). برای اندازه‌گیری کلروفیل a و کل کارتنوئیدها، 100میلی‌لیتر از محلول جلبکی توسط کاغذ صافی واتمن فیلتر شده و سپس فیلترها به مدت 24 ساعت درون استون %90 نگهداری شدند. سپس نمونه­ها به مدت 10دقیقه با 4000 دور بر دقیقه سانتریفیوژ شده و پس‌ازآن میزان جذب نوری (OD= Optical Density) آن‌ها با اسپکتروفتومتر (مدل Jenway) در طول‌موج‌های 470، 653 و  666 نانومتر به روش شرح داده‌شده توسط Parsons و همکاران (1984) انجام شد.

برای آنالیز داده‌ها از تجزیه واریانس یک‌طرفه (One-Way ANOVA) و از آزمون توکی (Tukey’s Test) جهت مشخص نمودن حد معنی‌دار بودن تیمارهای مختلف با %95 با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS 16 استفاده شد.

نتایج:

تأثیر جداگانه و ترکیبی غلظت‌های مختلف روی و منگنز بر تراکم سلولی در جلبک S. quadricauda در طول دوره آزمایش در شکل1 نشان داده ‌شده است. نتایج نشان داد که در غلظت 900 میلی‌گرم در لیتر روی (شکل1- a) ، در غلظت 150 میلی‌گرم در لیتر منگنز (شکل1-b) و در غلظت ترکیبی 900 + 150 میلی‌گرم در لیتر از روی + منگنز (شکل1-c) بیشترین اوج تراکم سلولی است. به‌ طور کلی نتایج شکل 1 نشان داد که تأثیر روی بر تراکم سلولی بیشتر از فلز منگنز است و تأثیر جداگانه این فلزات نیز از تأثیر ترکیبی آنها بیشتر است.

میزان رشد ویژه و زمان دو برابر شدن جمعیت جلبک
S. quadricauda در غلظت‌های مختلف روی، منگنز و ترکیب آن‌ها در شکل 2 نشان داده شده است. نتایج نشان داد که تأثیر آن‌ها با افزایش میزان غلظت سبب افزایش میزان رشد ویژه جمعیت جلبک S. quadricauda می‌شود که بالاترین میزان آن در تمام تیمارهای آزمایشی 06/0 در روز (day^-1) به دست آمد (شکل 2-a). زمان دو برابر شدن جمعیت نیز دامنه‌ای از 7/15-5/11 روز در تیمارهای مختلف داشت (شکل 2-b) که کمترین آن در تیمار 900 میلی‌گرم در لیتر از عنصر روی و بیشترین آن در تیمار کنترل (0 میلی‌گرم در لیتر) مشاهده گردید. به‌طورکلی نتایج نشان داد که افزایش روی، منگنز و ترکیب آن‌ها سبب کاهش زمان رشد در جمعیت جلبک
S. quadricauda می‌شود.

در این پژوهش مقایسه میزان کلروفیل a و کل کاروتنوئیدها در تیمارهای عنصر روی ، منگنز و ترکیب آن‌ها در شکل 3 نشان داده شده است. یافته‌های تحقیق نشان داد که میزان کلروفیل a (شکل 3-a) در غلظت 900 میلی‌گرم در لیتر از عنصر روی ، 150 میلی‌گرم در لیتر از منگنز  و ترکیب 900+ 150 به ترتیب 79/1، 67/1 و 48/1 میلی‌گرم در لیتر بود که تفاوت معنی‌داری را با سایر تیمارها و کنترل نشان داد اما بین آنها تفاوت معنی داری مشاهده نشد. علاوه بر این، میزان کل کاروتنوئیدها در غلظت 900 ، 150 و ترکیب 900+150 به ترتیب 2/93، 8/106 و 9/91 میلی‌گرم در لیتر را نشان داد (شکل3-b). به‌طورکلی نتایج اندازه‌گیری کلروفیل a و کل کاروتنوئیدها نشان داد که افزایش عنصر روی تا غلظت 900 و منگنز تا 150 و ترکیب آن‌ها تا 900+ 150 سبب افزایش محتوای کلروفیل a  و کل کارتنوئیدها گردید درحالی‌که در سایر تیمارها کاهش می یابد.

بحث:

تاکنون مطالعات مختلفی در مورد اثر غلظت‌های مختلف فلزات با استفاده از رشد و تولیدمثل در جلبک‌های تک‌سلولی انجام‌گرفته است. همه مطالعات بر تأثیر منفی غلظت­های بالای فلزات بر رشد و تولیدمثل دلالت دارند (Klaassen, 1996; Ouyang et al., 2002). همچنین ، تأثیرات منفی ترکیبات فلزی بر ارگانیسم‌های فتوسنتز کننده به‌صورت اختلال در بسیاری از عملکردهای فیزیولوژیکی از قبیل جذب آب، تنفس و جذب عناصر غذایی است (Burzynski and Zurek, 2007).

تغییرات در شرایط زیستی و زیستگاهی اغلب به‌طور مشخصی و به‌سرعت توسط موجودات تک‌سلولی نظیر جلبک‌های میکروسکوپی قابل ارزیابی است و عکس‌العمل سریع‌تری نسبت به موجودات با ساختار پیچیده­تر دارد (Jochem, 2000). ارزیابی تأثیرات سمیت ناشی از فلزات با استفاده از ریز جلبک‌ها سریع و کم‌هزینه است و می‌تواند به‌طور مؤثر در ارزیابی عناصر و ترکیبات سمی حتی در غلظت‌های بسیار کم سموم مورداستفاده قرار گیرد (Wong and Couture; 1986).

شکل 1- میانگین تأثیرات غلظت­های مختلف عنصر روی، منگنز و ترکیب آنها بر پویایی جمعیت در دوره پرورش 22 روزهa): ) روی،(b)  منگنز ، (c) ترکیب روی و منگنز در جلبک سبزS. quadricauda  اعداد میانگین 3 تکرار است.

مطالعه Silverberg و همکاران (1976) نشان داده است که جلبکScenedesmus subspicatus ، سم زایی فلزات را با تشکیل کمپلکس‌های درون‌سلولی انجام می‌دهند و مس و روی مازاد را با مکانیسم غیر متحرک‌سازی (Immobilization)

شکل2- میانگین (±خطای استاندارد) تأثیرات غلظت­های مختلف روی، منگنز و ترکیب آنها بر میزان ((a  رشد ویژه و(b) زمان دو برابر شدن جمعیت در جلبک سبزS. quadricauda  حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی­دار بین میانگین­ها در سطح 5 درصد است.

حذف می‌نمایند. برای مثال فیتوچلیتین (Phytochelatin) یک چلیت کننده فلزی درون‌سلولی است که القاء کننده مس در جلبک‌های آب شیرین و آب ‌شور است. تأثیرات کادمیم، کبالت، عنصر روی و نیکل را در جلبک Chlamydomonas reinhardtii توسط  Macfieو همکاران (1994) بررسی شده است و نتایج آنها نشان می­دهد که میزان تاثیرسموم بر جلبک ها این عناصر تابع نقش دیواره سلولی جلبک ها و pH محیط کشت و شرایط پرورش آنها است. برای مثال سمیت عنصر کبالت بر جلبک Chlamydomonas reinhardtii  در 5=pH، 5/2 تا 5 برابر در مقایسه با 8/6=pH افزایش می­یابد.

جلبک‌های تک‌سلولی از گونه‌های جنس Scenedesmus را اغلب برای نشان دادن تغییرات فیزیکی شیمیایی در شرایط محیط ‌زیست استفاده می­نماید و همچنین برای حذف و جذب مواد مغذی یا سموم در سیستم‌های آبی بسیار کاربرد دارند.

شکل 3- میانگین (±خطای استاندارد) تأثیرات غلظت­های مختلف روی، منگنز و ترکیب آنها بر کلروفیل(a)  و کل کارتنوئید (b) در جلبک سبزS. quadricauda  حروف یکسان بیانگر عدم اختلاف معنی­دار بین میانگین­ها در سطح 5 درصد است. اعداد میانگین 3 تکرار است.

به ‌عنوان ‌مثال Muwafq و Bernd (2006) گزارش دادند که فلزات سنگین (کادمیوم، سرب و مس) باعث کاهش رشد در جلبکS. quadricauda می­شود که شدت تأثیرات به نوع و غلظت فلزات مختلف و همچنین زمان و یا دوره تماس بستگی دارد.

نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش غلظت عنصر روی تا900 میلی‌گرم در لیتر و افزایش عنصرمنگنز تا 150میلی‌گرم در لیتر چه بصورت غیرترکیبی و چه بصورت ترکیب با یکدیگر و حفظ نسبت­ها به‌طور معنی‌داری سبب بهبود خصوصیات زیستی از قبیل تراکم جمعیت، رشد ویژه، زمان دو برابر شدن، کلروفیلa و محتوای کل کارتنوئیدها در جلبک سبز  S. quadricauda می­شود. به ترتیب با افزایش غلظت روی از 900 میلی‌گرم در لیتر و منگنز از 150 میلی‌گرم در لیتر تأثیر بازدارنده این فلزات بر خصوصیات فیزیولوژیکی جلبک سبز S. quadricauda نمایان می­گردد. فلزات سنگین، اثرات سمی بر مسیرهای متابولیکی گیاهان دارند. مکانیسم‌های مسمومیت از طریق مسدود کردن گروه‌های عملکردی (Functional groups) در مولکول‌های مهم از قبیل آنزیم‌ها، پلی نوکلئوتید‌ها، سیستم‌های انتقال مواد مغذی ضروری و یون‌ها، جابجایی و یا جایگزینی با یون‌های ضروری از مکان‌های سلولی، دناتوراسیون و غیرفعال شدن آنزیم‌ها، اختلال فیزیولوژیکی در سلول و غشاهای سلولی می‌باشد. علاوه بر این، تأثیرات فلزات از طریق تشکیل رادیکال‌های آزاد امکان‌پذیر است. رادیکال‌ها باعث اکسیداسیون مولکول‌های زیستی مانند اسیدهای نوکلئیک، پروتئین، و چربی می‌شوند و درنتیجه در ثبات سلولی و نفوذپذیری غشاء اختلال ایجاد می‌کنند (Rauser, 1995; Cobbett, 2000; Cobbett and Goldsbrough, 2002).

بررسی تأثیرات مس و روی بر رشد جلبک‌های آب شیرین توسط Knauer و همکاران (1997) نشان دادند که روی در غلظت‌های بسیار پایین لازم است و در غلظت‌های بالا سمی هستند. رشد بهینه جلبک‌ها در محیط‌های دارای مس و روی حدود 6-8 برابر تحمل آن‌ها را متفاوت می‌نماید. برای مثال، در مطالعه  کیانی و همکاران در سال 1393تاثیر کادمیوم، مس، سرب و نیکل به ترتیب سبب کاهش2/24، 1/23، 7/36 و5/35 درصد از کلروفیل a و همچنین سبب کاهش 5/51، 2/35، 9/47 و 6/56 درصد در زیست توده خشک درجلبک
S. quadricauda گردید. بطور مشابهی در جلبک­های Scenedesmus obliquus ، Chlorella vulgaris و Anabaena flos-aquae کاهش تراکم به علت فلز سنگین روی به ترتیب 71-7/27 ، 7/57-5/13 و 44-12 درصد گزارش گردید (سواری و همکاران، 1383). به طور کلی می­توان بیان کرد که تاثیرات فلزات بر کاهش تراکم جمعیت، کلروفیل و زیست توده متفاوت است که بستگی به گونه جلبک، نوع فلز سنگین و غلظت مورد استفاده دارد.

به طور کلی غلظت­های بسیار کم یا زیاد عنصر روی و منگنز موجب اختلال در خصوصیات فیزیولوژیکی جلبک سبز  S. quadricauda می­شود. همچنین تأثیر جداگانه عنصر روی و منگنز بیشتر از تأثیر ترکیبی این دو فلز است و تأثیر فلز روی بر جلبک سبز  S. quadricaudaنسبت به منگنز بیشتر است و باعث محدودیت بیشتری نسبت به منگنز می­شود. به ‌طور کلی از روی به­عنوان جایگزین منگنز و بالعکس می‌توان استفاده نمود.

تشکر و قدردانی:

از معاونت پژوهشی و تحصیلات تکمیلی دانشگاه صنعتی اصفهان به لحاظ فراهم آوردن بودجه و امکان تحقیق سپاسگزاری می‌شود.

منابع:

حیدری، ص.، فرهادیان، ا.، محبوبی صوفیانی، ن. (1390) تولید زیست توده و حذف آمونیاک و نیتریت از پساب کارگاه پرورش ماهی بوسیله کشت جلبک سبز Scenedesmus quadricauda محیط شناسی
 59: 28-15.

سواری، ا.، فلاحی، م.، کوچین، پ. (1383) تاثیر فلز سنگین روی بر سه گونه جلبک کلرلا ولگاریس، سندسموس اوبلیکوس و انابنا فلوس –اکوا. مجله علمی شیلات ایران 2: 90-83.

کوشا، م.، فرهادیان، ا.، درافشان، س.، محبوبی صوفیانی، ن. 1393. بهینه سازی جذب مالاشیت گرین از محلول­های آبی با استفاده از ریز جلبک­های سبز. محیط شناسی 40: 174-163.

کیانی، س.، فرهادیان، ا.، محبوبی صوفیانی، ن. (1393) تاثیر فلزهای سنگین (کادمیوم، مس، سرب، نیکل) بر کلروفیل a و زیست توده جلبک سبز Scenedesmus quadricauda . علوم و فنون شیلات 3: 78-67.

معینی فیض آبادی، ا. (1391) حذف فلزات سنگین از محلول های آبی با استفاده از زیتوده جلبک سبز سندسموس کوادریکودا. پایان نامه کارشناسی ارشد  مهندسی منابع طبیعی-محیط زیست، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

Bellinger, E. G. Sigee, D. C. (2010) Freshwater Algae Identification and Use as Bioindicators. John Wiley and Sons, Ltd, Publication, 271 p.

Burzynski, M. and Zurek, A. (2007) Effects of copper and cadmium on photosynthesis in cucumber cotyledons. Photosynthetica 45:239–244.

Cobbett, C. and Goldsbrough, P. (2002) Phytochelatins and metallothioneins: roles in heavy metal detoxification and homeostasis. Annual Review of Plant Physiology 53:159–182.

Cobbett, C. S. (2000) Phytochelatins and their roles in heavy metal detoxification. Plant Physiology 123:825–832.

Jochem, F. J (2000) Probing the physiological state of phytoplankton at the single-cell level.  Scientia Marine 64:183-195.

Klaassen, C. D. (1996) Casarett and Doulls Toxicology. The Basic Science of Poisons, 5th ed., International Edition 712-714.

Knaur, K. Behra, R. and Sigg, L. (1997) Effects of free Cu and Zn ions on growth and metal accumulation in freshwater. Environmental Toxicology and Chemistry 16: 220-229.

Lavens, P. and Sorgeloos, P. (1996) Manual on the production and use of live food for aquaculture. FAO Fisheries Technical Report. Belgium.

Macfie, S. M. Tarmohamed, Y. and Welbourn, P.  M. (1994) Effects of cadmium, cobalt, copper, and nickel on growth of the green alga Chlamydomonas reinhardtii:The influences of the cell wall and pH. Archiev Environmental Contamination and Toxicology 27:454-458.

Martinez, M. P. and Chakroff, J. B. P. (1975) Direct phytoplankton counting technique using using the hemacytometer. Philippine Agriculture Science 59: 43-50.

Muwafq, M. and Bernd, M. (2006) Toxicity of heavy metals on Scenedesmus quadricauda (Turp.) de Brébisson in Batch Cultures (7 pp). Environmental Science and Pollution Research 13: 98-104.

Nichols, H. W. (1973) Growth media – freshwater. In: Handbook of Phycological Methods– Culture Methods and Growth Measurements (ed. Stein, J. R.), Cambridge University Press, Cambridge.

Omori, M. and Ikeda, T. (1984) Methods in Marine Zooplankton Ecology. John Wiley and Sons Inc., New York, 332pp.

Ouyang, Y. Higman, J. Thompson, J. Toole, O. T. and Campbell, D. (2002) Characterization and spatial distribution of heavy metals in sediment from Cedar and Ortega Riverssub-basin. Journal of Contamination Hydrology 54:19–35.

Parsons, T. R., Maita, Y. and Lalli, C. M. (1984) A Manual of Chemical and Biological Methods for Seawater Analysis. Pergamon Press, Oxford.

Phang, S. M. and Chu, W. L. (1999) University of Malaya Algae Culture Collection (UMACC): Catalogue of Strains. Institute of Postgraduate Studies & Research University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaysia, 77 p.

Poskuta, J. W. Parys, E. and Romanowska, E. (1996) Toxicity of lead to photosynthesis, accumulation of chlorophyll, respiration and growth of Chlorella pyrenoidosa. Protective role of dark respiration. Acta Physiological Plant 18:165–171.

Prasad, M. N. V. (2004) Heavy metal stress in plants: from biomolecules to ecosystems. Berlin: Springer-Verlag.

Qian, H. Li, J. Sun, L. Chen, W. Sheng, G. D. Liu, W. and Fu, Z. (2009) Combined effect of copper and cadmium on Chlorella vulgaris growth and photosynthesis related gene transcription. Aquatic Toxicology 94: 56-61.

Rauser W. E. (1995) Phytochelatins and related peptides: structure, biosynthesis and function. Plant Physiology 109:1141–1149.

Silverberg, B. A. Stokes, P. M. and Ferstenberg, L. B. (1976) Intranuclear complexes in a copper-tolerant green alga. Journal of Cell Biology 69:210–214.

Smirnoff, N. (1995) Environment and plant metabolism: flexibility and acclimation. Oxford: BIOS Scientific.

Valko, M. Morris, H. and Cronin, M. T. D. (2005) Metals, toxicity and oxidative stress. Current Medicinal Chemistry 12: 1161–1208.

Wong, P. T. S. and Couture, P. (1986) Toxicity screening using phytoplankton. In: Toxicity Testing using Microorganisms (ed. Dutka, B. J., Bitton, G.). Pp. 79–100, CRC Press, Boca Raton.

Xia-li, Y. Xiao-qing, Y. Yong-hong, L. and Yuan-yan, D. (2007) Effect of Bensulfuron-Methyl on growth of Chlorella pyrenoidosa. Agricultural Sciences in China 6: 316-321.