آلودگی محیط زیست و مقابله با آن با کاشت گیاهان
آلودگی محیط زیست و تاثیر گیاهان در جلو گیری از آن
بررسی دو گیاه عشقه (Hedera colchica) و
کلم زینتی (Brassica oleracea) بعنوان تصفیه کننده هوا
فهرست مطالب
فهرست ۱
فصل اول ۴
مقدمه ۴
اهمیت موضوع پژوهش و پیشینة آن ۴
۱-۲- آلودگی هوا و آلایندهها ۱۵
۱-۲-۲- آلایندههای گوگردی ۲۰
۱-۲-۳- آلایندههای نیتروژنی ۲۰
۱-۲-۴- ازن ۲۱
۱-۲-۵- فلوئور ۲۲
۱-۲-۶- پراکسی استیل نیترات (PAN) 23
1-2-7- باران‌های اسیدی ۲۵
۱-۲-۸- فلزات سنگین ۲۶
۱-۳- اثرات آلودگی هوا بر گیاهان ۳۰
۱-۳-۱-عواملموثر برمیزان آسیب‌پذیری نسبت به آلودگی هوا ۳۰
۱-۳-۱-۳- عوامل محیطی: ۳۴
۱-۳-۲- اثرات آلایندههای گوناگون بر گیاهان ۳۷
۱-۳-۲-۲- اثرات آلایندههای نیتروژنی ۴۱
۱-۳-۲-۳- اثرات زیست محیطی ازن ۴۵
۱-۳-۲-۴- اثرات زیست محیطی فلوئور ۴۷
۱-۳-۲-۵- اثر زیست محیطی پراکسی استیل نیترات (PAN) 53
1-3-2-6- اثرات زیست محیطی باران های اسیدی ۵۵
۱-۳-۲-۷- اثرات زیست محیطی فلزات سنگین ۵۸
۱-۳-۳- اثرات آلودگی محیط بر روابط بین گونه‌‌ای ۶۱
۱-۳-۴- اثرات آلودگی محیط بر جوامع گیاهی ۶۵
۱-۳-۵- پاسخ‌های تکاملی گیاهان نسبت به آلودگی ۷۰
۱-۴- تاثیر گیاهان بر آلودگی محیط زیست ۷۵
۱-۵- معرفی گونه‌های گیاهی مورد پژوهش ۷۹
۱-۵-۱- کلم زینتی؛ Brassica oleracea 79
1-5-2- عشقه؛ Hedera colchica 83
فصل دوم ۸۸
مواد و روشها ۸۸
۲-۱- سنجش رنگیزه‌های فتوسنتزی ۹۰
۲-۱-۱- سنجش کلروفیل ۹۰
۲-۱-۲- سنجش کاروتنوئیدها ۹۱
۲-۲- سنجش فعالیت آنزیمها ۹۳
۲-۲- ۱- روش استخراج آنزیمی ۹۳
۲-۲-۲- سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز ۹۵
۲-۲-۳- سنجش فعالیت آنزیم پراکسیداز ۹۵
۲-۳- سنجش پروتئین ۹۶
۲-۴- بررسی تشریحی ۹۸
فصل سوم ۱۰۰
نتایج ۱۰۰
۳-۱- نتایج حاصل از سنجش میزان رنگیزه های فتوسنتزی ۱۰۰
۳-۱-۱- نتایج حاصل از سنجش میزان کلروفیل ۱۰۰
۳-۱-۱-۱-نتایج حاصل از سنجش کلروفیل در گیاه کلم زینتی ۱۰۰
۳ – ۱- ۲- نتایج حاصل از سنجش میزان کاروتنوئیدها ۱۰۲
۳ – ۱- ۲- ۱ – نتایج حاصل از سنجش غلظت کاروتنوئیدهای موجود در بافت برگی کلم زینتی ۱۰۲
۳- ۱- ۲- ۲- نتایج حاصل از سنجش میزان کاروتنوئیدهای برگی در گیاه عشقه ۱۰۳
۳ – ۲ – نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم ها ۱۰۴
۳ – ۲ – ۱ – نتایج حاصل از سنجش فعالیت آنزیم کاتالاز ۱۰۴
۳-۲-۱-۱- نتایج حاصل از ســنجش میزان فعالیت کاتالازی در برگهای گیاه کلم زینتی ۱۰۴
۳ – ۲ – ۲ – نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز ۱۰۶
۳-۲-۲-۱- نتایج حاصلاز سنجش فعالیت پراکسیدازیدربرگهای گیاه کلم زینتی ۱۰۶
۳ – ۲ – ۲ – ۲ – نتایج حاصل از سنجش میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در گیاه عشقه ۱۰۷
۳ – ۳ – نتایج حاصل از سنجش پروتئین ۱۰۸
۳ – ۳ – ۱ – نتایج حاصل از سنجش میزان پروتئین در برگهای گیاه کلم زینتی ۱۰۸
۳ – ۳ – ۲ – نتایج حاصل از سنجش غلظت پروتئین در برگ های گیاه عشقه ۱۰۹
۳ – ۴ – نتایج حاصل از بررسی های تشریحی ۱۱۰
فصل چهارم ۱۱۱
بحث در نتایج ۱۱۱
۴ – ۱ – اثر آلودگی هوا بر غلظت رنگیزه های فتوسنتزی ۱۱۱
۴ – ۱ – ۱ – اثر آلودگی هوا بر میزان کلروفیل ۱۱۱
۴ –۱-۲- اثر آلودگی هوا بر میزان کاروتنوئیدها ۱۱۳
۴ – ۲ – اثر آلودگی هوا بر فعالیت آنزیم ها ۱۱۴
۴ – ۳ – اثر آلودگی هوا بر میزان پروتئین ۱۱۵
۴ – ۴ – اثر آلودگی هوا بر ساختار تشریحی ۱۱۶
فصل اول
مقدمه
اهمیت موضوع پژوهش و پیشینة آن
آلودگی محیط زیست یکی از بزرگترین، یا حتی بزرگترین و حادترین معضل جهان امروز است. آسیب‌های بی‌شمار ناشی از آلایندههای گوناگون بر سلامتی انسان، زیست بوم‌ها و انواع موجودات زنده، توجه دانشمندان و محققان نقاط مختلف دنیا را به خود جلب نموده است. اهمیت این موضوع به حدی است که این دهه را دهة محیط زیست نامگذاری کرده‌اند تا تأکید بیشتری بر جدی بودن مساله آلودگی محیط زیست و لزوم توجه به آن و ضرورت یافتن راهکارهایی جهت جلوگیری از افزایش این مشکل باشد.
در سال ۱۸۰۳، مالتوس، بزرگترین معضل بشریت را کمبود مواد غذایی دانست و هشدار داد که با توجه به روند فزایندة افزایش جمعیت کره زمین، به زودی به جایی خواهیم رسید که غذای کافی برای تغذیه همه انسانهای ساکن این کره وجود نخواهد داشت و امروز شاهدیم که طبق گزارش‌های سازمان ملل، ۸۰۰ میلیون گرسنه در جهان وجود دارند که قادر به بدست آوردن غذای مورد نیاز خود نیستند. بعد از مالتوس، عده‌ای دیگر که خود را نئومالتوسیان نامیدند، آلودگی محیط زیست را معضلی بزرگتر و جدی تر از مساله کمبود مواد غذایی دانستند، و متاسفانه، اخبار تکان دهنده‌ای که در این زمینه بدست آمده و می‌آید این حقیقت تلخ را تایید می کند. برخی از اخبار و آمارهای ارائة شده از سوی سازمان‌های معتبر جهانی را از نظر می‌گذرانیم:
● در شهرهای بزرگ جهان، روزانه صدها نفر جان خود را در اثر آلودگی هوا از دست می‌دهند. پژوهش‌هایی که در ۱۵ شهر بزرگ اروپا انجام شده است نشان می‌دهد که آلودگی هوا در شهر لیون فرانسه سبب مرگ زودرس ۳۰ تا ۵۰ نفر در روز می‌شود و در پاریس، ۲۶۰ تا ۳۵۰ نفر هر روز بر اثر بیماریهای قلب و عروق ناشی از آلودگی هوا می‌میرند. محققان دانشگاه هارواد دریافته‌اند که میزان مرگ و میر در شــــهرهایی که بیش از استانداردهای مجاز با آلودگی هوا مواجهند حدود ۲۰ درصد بیشتر از شهرهای دارای هوای غیرآلوده است و میزان بیمارهای قلبی در شهرهای صنعتی، حدود ۳۰ درصد بیشتر از سایر شهرهاست.
● گزارشی از صندوق محیط زیست بانک جهانی حاکی است که ســـالانه ۸۰۰ هزار نفر در جهان بر اثر بیماریهای تنفسی، قلبی و سایر بیماریهای ناشی از آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.
● نازایی، اختلالات نوزادان، کم‌خونی، نارسایی‌های حاد کلیوی، اختلالات کبدی، دردهای شدید شکمی، بیماریهای چشمی حاد و بعضاً کوری، مشکلات تیروئیدی، افزایش فشار خون، سکته، فلج، اختلالات حافظه، پایین آمدن بهره هوشی، عدم تمرکز و انواع ناراحتی‌های روحی و روانی از جمله افسردگی، اضطراب‌‌های شدید، تنش‌ها و غیره ،از عواقب انتشار وسیع آلایندهها در جهان می‌باشند.
●آلودگی محیط زیست منجر به بروز عظیم‌ترین و فاجعه آمیزترین انقراض بزرگ تاریخ حیات شده است…. حیات در طول تاریخ طولانی خود، از بیش از سه میلیارد سال پیش، شاهد پنج انقراض عظیم بوده است که به ترتیب در اواخر دوران های اردوویسین، دونین، پرمین، تریاس و کرتاسه رخ دادند. در هر یک از این پنج انقراض عظیم، تنوع زیستی و تعداد گونه‌های زیستی تا حد زیادی کاهش یافت و گاه چند میلیون سال طول می‌کشید تا تنوع زیستی دوباره بهبود حاصل کند و غنای خود را بازیابد. مشهورترین آنها، انقراض پنجم بود که در آخر دورة‌کرتاسه رخ داد و باعث نابودی نسل دایناسورها شد. ولی این انقراض، مخربترین انقراض عظیم تاریخ خلقت نبود، بلکه فجیع‌ترین آنها انقراض ششم است که به دست انسان آغاز شده و بسیاری از دانشمندان احتمال داده‌اند که علاوه بر بسیاری از گونه‌های گیاهی و جانوری، منجر به نابودی نسل بشر نیز خواهد شد. وجود مقادیری از انواع آلایندهها از جمله آفت کش‌ها و سموم شیمیایی در شیر انسان، احتمال این فرض را افزایش داده است.
● آلودگی محیط زیست و گرمایش ناشی از آن، یک سوم زیستگاه‌های طبیعی جهان را تا آخر این قرن بطور اساسی دچار اختلال می‌کند و تمامی گونه‌های زیستی که امکان مهاجرت سریع، با سرعتی بیش از روند تخریب را ندارند و یا زیستگاه‌های آنها منحصر به فرد است محکوم به نابودی خواهند بود.
● طبق فهرست قرمز ارائه شده از سوی IUCN (اتحادیه بین‌المللی حفاظت از طبیعت و منابع طبیعی) در سال ۲۰۰۲، ۵۷۱۴ گونه از گیاهان و ۵۴۵۳ گونه از جانوران جهان با خطر انقراض مواجه هستند و از این میان، ۹۲۸ گونه از گیاهان دولپه‌ای، ۷۹ گونه از تک لپه‌ای‌ها، ۱۷ گونه از مخروطیان، بیش از ۲۲ گونه از نهانزادان آوندی، ۱۸۱ گونه از پستانداران، ۱۸۲ گونه از پرندگان، ۵۵ گونه از خزندگان، ۳۰ گونه از دوزیســــتان، ۲۵۷ گونه از ماهیان، ۴۶ گونه از حشـرات و ۲۲۲ گونه از نرم‌تنان در شرایط بسیار حاد و بحرانی به سر می‌برند. و البته این ارقام از میان گونه‌های شناسایی شده است و مسلماً گونه های فراوانی وجود دارند که بدون اینکه حتی شناسایی شده باشند در حال نابودی هستند ، چنانکه گفته می‌شود حدود ۹۰ درصد از گیاهان جنگل‌های جاده‌ای هنوز مورد مطالعه و بررسی قرار نگرفته‌اند و چه بسا بتوان از آنان، داروهایی ارزشمند برای بیماریهای غیرقابل درمان امروز بدست آورد.
●جنگل‌های حاره‌ای که با تنوع زیستی فوق‌العاده غنی، حداقل دو پنجم گونه‌های گیاهی و جانوری دنیا را در خود جای داده‌اند با روندی بسیارسریع، حدود بیست میلیون هکتار در سال، در حال تخریب هستند.
● طبق آمار دیگری از سوی IUCN، در حال حاضر بیش از ۵۷۱۵ گونه زیستی در قاره آسیا، ۵۶۴۳ گونه در قاره آمریکا، ۳۸۲۲ گونه در آفریقا، ۱۴۸۳ گونه در اروپا، ۱۶۶۳ گونه در استرالیا و ۲۷ گونه در قطب جنوب در خطر انقراض قرار دارند…. و این گنجینة ارزشمند و بی بدیل حیات است که حدود ۵ میلیارد سال به طول انجامیده تا به غنای امروزی رسیده است: تنوع زیستی .
…و اخبار هولناکی از این قبیل ، فراوانند.
یک زیست‌شناس می‌گوید: «معدنچیان برای اطلاع از وجود گازهای مهلک، از قناری‌های استفاده می‌کنند؛ مرگ قناری‌ها برای آنها هشداری است مبنی بر وجود گازهای کشنده. و اکنون ما نیز باید چنین هشدارها و اخطارهایی را از اجساد دلفین‌ها و شیرهای دریایی مرده بر سواحل، پرندگان بیجان افتاده بر زمین ، و جنگل‌های نابوده شده دریافت داریم و پیش از آنکه خیلی دیر شود چاره‌ای جدی بیندیشیم. مرگ گونه‌ها هشداری است برای گونة Homo sapiens (انسان خردمند)! … »
معضل بزرگ آلودگی محیط زیست، از زمانی آغاز شد که بشر به صنعت و بهره‌برداری بی‌رویه از طبیعت و منابع طبیعی روی آورد و رابطة همزیستی و مسالمت‌آمیز، متعادل و دو جانبة خود با محیط زیست و سایر موجودات زنده را به رابطه‌ای یکطرفه و متعادل تبدیل کرد و طی مدت زمانی کوتاه، تغییراتی هنگفت و فشاری عظیم و غیر قابل تحمل بر محیط زیست وارد آورد. این فشار به حدی بود که طی سال‌های ۱۹۷۰ تا ۱۹۹۵، یک سوم منابع طبیعی زمین نابود شدند، آب‌ها، خاک‌ها و هوا در سراسر کره زمین به انواع آلایندهها آلوده شدند و بسیاری از زیستگاه‌های طبیعی دچار تخریب گردیدند. فعالیتهای بشر در ده‌های اخیر منجر به ورود میلیون‌ها تن مواد آلاینده به اتمسفر شده است، و این روند آلودگی همچنان ادامه دارد. در حال حاضر، آلایندههای حاصل از فعالیتهای مختلف انسانی اعم از فعالیتهای صنعتی، نقل و انتقالات، کشاورزی، دفع فاضلاب‌ها و غیره، به نحو گسترده‌ای در سراسر کرة زمین انتشار یافته‌اند و موجب صدمات شدید بر سلامتی انسان، محیط زیست او و منابع طبیعی او می‌گردند. طبق محاسبه‌ای که در ایالات متحده امریکا انجام شده است، خسارات مالی وارد بر گیاهان زراعی و تزئینی و انواع محصولات گیاهی در اثر آلودگی هوا به تنهایی بیش از یک میلیارد دلار برآورد گردیده است.
مساله آلودگی محیط زیست و تاثیر آلایندههای ناشی از فعالیت انسان بر محیط، از قرن‌ها پیش مورد توجه بوده است. جان ایولین، نویسندة انگلیسی، در کتابی که در سال ۱۶۶۱ منتشر کرد، برخی از ابتدایی‌ترین صدمات ناشی از آلوگی هوا بر گیاهان را ذکر کرد و به شرح مشکلات رویشی گلها و درختان میوه در هوای آلوده به دود زغال سنگ انگلستان پرداخت. ایبسن در نروژ نیز مساله قابلیت جابجایی و انتشار آلایندهها در مقیاس وسیع و در سراسر جهان را مطرح کرد و نوشت: «مه دود حاصل از سوخت زغال سنگ در انگلستان، به صورت بارانی دوده‌ای و آلوده بر سراسر جهان خواهد بارید.»
در زمینة آلودگی محیط زیست، مسالة آلودگی هوا بخصوص مبحثی بسیار قابل توجه و پراهمیت است، زیرا هوا قادر است در مسافت‌های طولانی جا بجا شود و آلایندهها را در سراسر جهان منتشر کند. علاوه بر این، بسیاری از آلایندههای محیط زیست ابتدا در هوا وجود دارند و سپس از آنجا به زمین آمده، و منجر به آلودگی آب‌ها و خاک‌ها می‌گردند.
تا قبل از دهة ۱۹۴۰، آلایندههای عمده هوا، دی‌اکسید گوگرد و ذرات ریز بودند، در حالیکه امروزه طیف وسیعی از انواع آلایندههای گوگردی، نیتروژنی، فلوئوریدی، فلزی و غیره، با غلظت‌های زیاد در هوا و در کل محیط زیست یافت می شوند. صدمات ناشی از دی‌اکسید گوگرد بر گیاهان از اواسط قرن نوزدهم درمناطق صنعتی وشهرهای بزرگ مشاهده گردید. در اروپا سالها تصورمی شد که این آلاینده، تنها آلایندة هواست و صدمات گوناگون مشاهده شده بر پوشش گیاهی به آن نسبت داده می‌شد،ولی مطالعات گسترده‌تر ثابت نمود که دی اکسید گوگرد به تنهایی نمی‌تواند مسوول پیچیدگی و گستردگی صدمات وارد بر گیاهان باشد. از آن زمان، آلایندههای متعدد دیگری مورد شناسایی و بررسی قرار گرفتند و این تحقیقات همچنان ادامه دارند.
متاسفانه در کشور ما، ایران، مطالعات و تحقیقات بسیار اندکی در زمینة آلودگی محیط زیست و اقدامات بسیار کمتری در جهت کاهش آلودگی و یا حداقل جلوگیری از افزایش آن صورت گرفته است. این در حالی است که یکی از آلوده‌ترین شهرهای جهان در آن است. آمارهای ارائه شده، آلودگی هوای شهر تهران را ۳۰۰-۲۰۰ میکروگرم در هر متر مکعب برآورد کرده‌اند که دو برابر میزان آلودگی استانداردهای مجاز جهانی است، در حالیکه میزان آلودگی هوا در بسیاری از شهرهای بزرگ و صنعتی جهان کمتر از استانداردهای مجاز جهانی می‌باشد، چنانکه میزان آن در شهر لندن، ۵۰ میکروگرم در هر متر مکعب گزارش شده است.
همچنین آمارهای رسمی حاکی از این هستند که سالانه حدود ۷۰۰۰ نفر در تهران جان خود را در اثر آلودگی هوا از دست می‌دهند. با چنین میزان آلودگی محیط زیست و وخامت اثرات منفی آن، ضرورت انجام پژوهش‌های گسترده و وسیع در این زمینه و تلاش جدی جهت دستیابی به راهکارهایی برای مقابله با حادتر شدن این بحران، بخصوص برای ما که در آلوده‌ترین شهر جهان زندگی می‌کنیم و مستقیماً تحت تاثیر عوارض بسیار شدید، بیماری‌زا و مرگبار انواع آلایندهها قرار دادیم، ناگفته پیداست.
شواهد مستدلی وجود دارد منبی بر اینکه محیط زیست و انواع اکوسیستم‌ها از زمان آغاز صنعتی شدن جهان در حال تغییرند و از سال ۱۹۵۰، شدت این تغییرات افزایش چشمگیری یافته است. این تغییرات عمدتاً شامل مهار فعالیتهای زیستی انواع گونه‌های موجودات زنده، کاهش شدید زادآوری آنها و کاهش تولید زیست توده (بیوماس) می باشند. انواع اثرات زیست محیطی گوناگون آلودگی هوا به تدریج در طی سالها شناخته شده اند. به عنوان مثال، اسیدی شدن باران در اثر وجود آلایندههای حاصل از فعالیتهای انسانی در سال ۱۸۷۲ ، و افزایش فلزات سنگین از جمله سرب در بستر مناطق جنگلی از سال ۱۹۶۶ مورد توجه وبررسی قرارگرفت. بررسی‌ها و مطالعات زیستی، شیمیایی، بیوشیمیایی و فیزیکوشیمیایی گوناگونی که طی این سالها انجام گرفت ، ابعاد مختلف و گستردگی انتشار آلایندهها در هوا، آب ها و خاک ها و صدمات متعدد و شدید آنها را بر گیاهان آشکارتر ساختند. در بخش بعد، تعدادی از این آلایندهها و شدت و گستردگی عوارض ناشی از آنها به تفصیل شرح داده خواهند شد.
تحقیقات نشان داده‌اند علیرغم برخی اقدامات صورت گرفته در راستای کاهش ورود آلایندهها به محیط در برخی نقاط جهان ، آسیب‌های ناشی از آلودگی همچنان ادامه دارند، و این نتیجة بروز اثرات بلندمدت آلاینده‌هایی است که از بیش از یک قرن پیش به مقیاس وسیع و با غلظت‌های زیاد وارد محیط زیست گردیده‌اند.
تحقیقات متعدد جهانی نشان داده اندکه یکی از موثرترین، پایدارترین و ارزان‌ترین راهکارهای تصفیة محیط زیست و جلوگیری از افزایش آلودگی آن، تصفیة گیاهی محیط زیست (Phytoremediation) است. درمان گیاهی محیط زیست یا بهبود محیط زیست توسط گیاهان، فناوری زیستی جدیدی است که امروزه در نقاط مختلفی از جهان مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. در این روش، گیاهان دارای قابلیت جذب آلایندهها به مقدار زیاد و انباشتن آنها در خود (گیاهان Phytoremediator)، در مناطق آلوده کاشته می‌شوند و با جذب آلایندهها یا تبدیل آنها به فرم‌های بی‌خطر، باعث پالایش محیط زیست در مقیاس وسیع می‌گردند. برخی از گونه‌های گیاهی به طور طبیعی دارای این توانایی هستند و برخی دیگر با روشهای مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی و پس از تیمارهای گوناگون، این قابلیت را بدست می‌آورند، که البته روش اخیر، روشی پرهزینه و مستلزم فرایندهای متعدد و پیچیده می‌باشد. این فناوری جدید همچنان در حال توسعه است و دانشمندان و محققان در تلاش برای دستیابی به روشهای ارزان قیمت‌تر و پایدارتر می‌باشند.
