توصيفگر ها :
سينتيك واجذب , كلات , فلزات سنگين , گياه پالايي , ليگاندهاي دوستدار محيط زيست
چكيده فارسي :
در چند دهه اخير نگراني¬هايي در خصوص اثرات زيست¬محيطي ليگاندهاي EDTA و DTPA وكلات¬هاي فلزي آن¬ها مطرح شده است. به همين دليل استفاده از ليگاندهاي زيست تخريبپذير در كشاورزي و صنايع مختلف مورد توجه قرار گرفته كه نياز است بررسي¬هايي در خصوص برهم¬كنش اين ليگاندها با فلزات سنگين صورت پذيرد. بنابراين اين مطالعه با هدف بررسي كاربرد ليگاندهاي زيست تخريب¬پذير MGDA و GLDA در تأمين، استخراج و افزايش روي قابل دسترس گياه ذرت در خاك¬هاي آهكي صورت گرفت. اين رساله در قالب سه مطالعه به صورت زير انجام شد. در مطالعه اول، مشخصه¬يابي كلات¬هاي Zn-MGDA وZn-GLDA با استفاده از نرم¬افزار 09 GAUSSIAN انجام شد و هم¬چنين كارايي اين كلات¬ها در مقايسه با Zn-EDTA به ¬عنوان كود روي در كشت ذرت به صورت گلخانه¬اي بررسي شد. نتايج اين مطالعه نشان داد كه ساختاركلات¬هاي Zn-MGDA و Zn-GLDA اكتاهدرال است و ليگاندهاي MGDA و GLDA به صورت سه دندانه به فلز +Zn2 متصل شده¬اند و همچنين، گروه سولفات از اكسيژن به Zn كئوردينه شده است. فرمول كلات¬هاي توليد شده نيز به صورت [Zn (MGDA) (H2O)2 SO4]•3Na و [Zn (GLDA) (H2O)2 SO4]•4Na مي¬باشد. كلات¬هاي Zn-MGDA وZn-GLDA در مقايسه با شاهد جرم خشك شاخساره، غلظت روي، جذب روي و غلظت كلروفيل a و b برگ را افزايش دادند. مقايسه كارايي كلات¬هاي Zn-MGDA و Zn-GLDA با كلات مرسوم Zn-EDTA نشان داد كه براي رسيدن به غلظت يكسان روي در گياه ذرت بايد كلاتهاي Zn-MGDA و Zn-GLDA در غلظت¬هاي بيش¬تري نسبت به كلات Zn-EDTA استفاده شوند. در مطالعه دوم، كارايي ليگاندهاي MGDA وGLDA در استخراج روي قابل دسترس گياه در خاك-هاي آهكي مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور، استخراج روي توسط غلظت¬هاي 005/0، 05/0 و 1/0 مولار ليگاندهاي MGDA و GLDA و در زمان¬هاي مختلف (5/،1، 2، 4، 6، 12 و 24 ساعت) در خاك¬هاي آهكي مختلف انجام شد. آزمايش گلخانه¬اي نيز براي تعيين اين¬كه چگونه جذب روي توسط گياه ذرت با پارامترهاي سينتيكي استخراج روي ارتباط دارد انجام شد. نتايج نشان داد آزاد شدن روي از خاك¬هاي آهكي تقريبا طي مدت 2 ساعت به شبه تعادل مي¬رسد و بعد از آن به كندي ادامه مي¬يابد. به¬علاوه، با افزايش غلظت ليگاندهاي MGDA و GLDA از 005/0 به 1/0 مولار نيز مقدار آزاد سازي روي افزايش يافت اما تأثير قابل ملاحظه¬اي در زمان آزاد شدن روي از خاك¬ها نداشت. سرعت اوليه آزادسازي روي از خاك¬ها با جذب روي توسط گياه هم¬بستگي (05/0P ،94/0-77/0= r) داشت. نتايج هم¬بستگي در شرايط گلخانه نشان داد كه جذب روي توسط ذرت بيش¬ترين هم¬بستگي با روي استخراج شده از خاك در حضور 05/0 مولار GLDA در زمان 2 ساعت (05/0P، 87/0= r)، 05/0 مولار MGDA در زمان 1 ساعت (05/0P، 86/0= r) و 005/0 مولار MGDA در زمان 5/0 ساعت (05/0P، 84/0= r) دارد. اين همبستگي¬ها بيش¬تر از هم¬بستگي بين روي استخراج شده با DTPA و جذب روي توسط گياه (05/0P، 77/0= r) به دست آمد. در مطالعه سوم، نقش ليگاندهاي MGDA، GLDA و EDTA در گياه¬پالايي خاك آلوده به روي و سرب بررسي شد. نتايج اين مطالعه نشان داد با افزايش غلظت كاربردي ليگاندها، جذب فلزات سنگين در شاخساره گياه ذرت افزايش يافت. جذب سرب توسط شاخساره از mg plant-1 6/10در نمونه شاهد به ترتيب به mg plant-1 416، 398، 416 در حضور غلظت 8 ميلي¬مول بر كيلوگرم MGDA، GLDA و EDTA رسيد. جذب روي توسط شاخساره نيز از mg plant-1 9/100در نمونه شاهد به ترتيب به mg plant-1 9/798، 9/718، 4/530 در حضور غلظت 8 ميلي مول بر كيلوگرم MGDA، GLDA و EDTA رسيد. هم¬چنين، در تضاد با EDTA، ليگاندهاي MGDA و GLDA غلظت فلزات را در خاك پس از برداشت گياه ذرت به طور قابل توجهي كاهش دادند. بنابراين، ليگاندهاي MGDA و GLDA مي¬توانند جايگزين ليگاند EDTA در گياه¬پالايي سرب و روي در خاك¬هاي آهكي شوند.
چكيده انگليسي :
In the past few decades, concerns have been raised over the environmental effects of EDTA and DTPA ligands and their metal chelates. For that reason, use of alternative biodegradable ligands in agriculture and various industries has attracted a lot of interest. This research intended to investigate application of the biodegradable ligands MGDA and GLDA for providing, extracting, and increasing available zinc for maize in calcareous soils. The research was carried out in the framework of three studies. In the first one, Zn-MGDA and Zn-GLDA chelates were synthesized and characterized using various instrumental and computational methods, and subsequently their efficiency was compared with that of Zn-EDTA as the zinc fertilizer for maize plants. The results showed that the structures of the Zn-MGDA and Zn-GLDA chelates were octahedral and the two ligands attached to Zn2+ in tridentate. A sulfate group was also coordinated from the oxygen atom to Zn2+. The formulas of the produced chelates were [Zn (GLDA) (H2O)2 SO4].4Na and [Zn (MGDA) (H2O)2 SO4].3Na. Soil application of Zn-MGDA and Zn-GLDA increased dry weight of shoot, zinc concentration, and leaf chlorophyll a and b concentrations as compared to those of the control plants. Comparison of the efficiency of Zn-MGDA and Zn-GLDA with the Zn-EDTA revealed that Zn-MGDA and Zn-GLDA had to be applied at higher concentrations compared to Zn-EDTA in order to yield the same Zn concentration in the maize. In the second study, the efficiency of MGDA and GLDA ligands in extraction of available plant zinc was studied in calcareous soils. For this purpose, zinc extraction was carried out using 0.005, 0.05 and 0.1 M MGDA and GLDA ligands for 0.5, 1, 2, 4, 6, 12, and 24 h. A greenhouse experiment was also conducted to determine how zinc absorption by the maize plants was related to the kinetic parameters of the zinc extraction. The results indicated that release of zinc from calcareous soils reached equilibrium after almost 2 h and then continued slowly. Moreover, increasing concentrations of MGDA and GLDA ligands from 0.005 to 0.1 M improved the amounts of the released zinc but had no considerable effect on the time required to extract Zn from the calcareous soils. The initial rate of Zn release from the soils was correlated to plant uptake (P<0.05, r=0.77-0.94). The results of correlation studies under greenhouse conditions demonstrated that plant uptake of Zn had the strongest correlation with the Zn extracted from the soils in the presence of 0.5 M GLDA after 2 h (P<0.05, r = 0.87), 0.05 M MGDA after 1 h (P<0.05, r = 0.86), and 0.005 M MGDA after 0.5 h (P<0.05, r = 0.84). These correlations were stronger than the correlation between the Zn extracted using DTPA and plant uptake (P<0.05, r = 0.77). In the third study, the role played by the GLDA, MGDA and EDTA ligands in phytoremediation of a Zn/Pb contaminated soil was investigated. The results revealed that uptake of heavy metals increased with increasing the applied ligand concentrations. For instance, Pb uptake by maize shoot increased from 10.6 mg plant-1 in the control plants to 416, 398 and 416 mg plant-1 in the presence of 8 mmol/kg MGDA, GLDA and EDTA, respectively. Zn uptake by the shoots increased from 100.9 mg plant-1 in the control plants to 530.4, 718.9 and 798.9 mg plant-1 in the presence of 8 mmol/kg MGDA, GLDA and EDTA. Furthermore, contrary to EDTA, the MGDA and GLDA ligands considerably decreased the concentrations of the metals in the soil after maize was harvested. Therefore, MGDA and GLDA ligands can replace EDTA in phytoremediation of Pb- and Zn-contaminated calcareous soils.
