Kadimiamu ni chuma kizito chenye sumu ambacho kinaweza kuchukuliwa na mimea na kuhamishwa kwenye mlolongo wa chakula wakati kinapokusanywa kwenye udongo wa kilimo. Ukusanyaji wa kadimiamu katika vyakula vya msingi kama ngano ni jambo ambalo linapaswa kuangaliwa kwa makini kwa masuala ya usalama wa chakula.

Utafiti huu wa 2009 umechunguza aina 451 za ngano kwa miaka miwili mfululizo katika mashamba yenye udongo wa alkali uliochafuliwa na kadmium, pamoja na jaribio la mimea ya hydroponic. Lengo ni kupata aina za ngano zinazokusanya kadmium kidogo katika nafaka zao na kuelewa uhusiano wa tabia hii na upokeaji wa mizizi, usafirishaji wa gawanyiko na vipengele vingine vya madini.

Watafiti wamesisitiza aina nne zinazokusanya kiwango kidogo cha cadmium: 2005, 2006, 2004 na 2007. Aina hizi zimevutia kwa kiwango cha chini cha cadmium na kiwango cha juu cha chuma cha zinki katika nafaka chini ya hali za utafiti. Matokeo yanapendekeza kuwa mzizi una jukumu muhimu katika ukuaji wa cadmium kwenye nafaka.

Tatizo ni nini?

Kadmiumu si chakula muhimu kwa mimea. Hata hivyo, inapokuwepo katika udongo inaweza kuchukuliwa na mizizi ya mimea na katika baadhi ya hali inaweza kuhamishwa hadi sehemu zinazoliwa. Hali hii ni muhimu hasa kwa nafaka kuu kama vile ngano, kwa sababu bidhaa hizi husikilizwa mara kwa mara na makundi makubwa ya watu.

Uchafuzi wa cadmium kwenye udongo; unaweza kuhusishwa na shughuli za viwanda, uchimbaji madini, mkusanyiko wa anga, matumizi ya mafuta ya asili, usimamizi wa taka na baadhi ya matumizi ya kilimo. Tatizo la cadmium ni kwamba hawezi kuondolewa kabisa na mimea na baadhi ya jenotipu hukusanya kipengele hiki zaidi kuliko vingine.

Kati ya aina za ngano, uwezo wa kukusanya cadmium si sawa. Aina mbili zinazokua kwenye udongo uleule zinaweza kuwa na viwango tofauti vya cadmium kwenye nafaka. Tofauti hii inatoa fursa muhimu kwa usalama wa chakula: Ikiwa aina zinazokusanya kidogo cadmium zinaweza kutambuliwa, kuchagua aina kwa ajili ya uzalishaji salama katika maeneo yenye uchafu mdogo au wa kati kunaweza kuwa chombo cha usimamizi.

Swali kuu la utafiti huu ni hili:

Kati ya aina 451 tofauti za ngano, je, kuna aina ambazo hukusanya kiasi kidogo cha cadmium kwenye nafaka katika udongo wa alkali uliyo na cadmium, na pia zinaweza kuwa na faida kiutakemaji wa madini?

Mbinu Inapendekeza Nini?

Utafiti unategemea majaribio mawili makuu.

Sehemu ya kwanza ni uchambuzi wa mashamba kwa miaka miwili. Wanasayansi walipanda aina 451 za ngano kwenye ardhi ya kilimo iliyochafuliwa na kadmium katika eneo la Jiyuan, jimbo la Henan, China. Eneo hili limefafanuliwa kama ardhi ya kilimo ambayo kiwango cha kadmium kimezidi kikomo cha hatari ya uchambuzi lakini kipo chini ya kipimo cha kuingilia, yaani kinaangaliwa kwa mtazamo wa mbinu za matumizi salama.

Katika majaribio ya shamba, kila aina ilipandwa kwa safu, mbinu za kilimo za kienyeji zilikuzwa na uchambuzi wa vipengele vya madini ukafanywa kwenye nafaka zilizovunwa. Hasa, chuma cha mangani, shaba, zinki, stronsiamu, molibdeni na kadmiumi vilipimwa.

Sehemu ya pili ni jaribio la mimea ya hydroponics. Katika jaribio hili, aina za ngano zilizochaguliwa zimepandwa katika suluhisho la lishe badala ya udongo. Hivyo basi, changamoto inayotokana na utofauti wa udongo imepunguzwa na uwezo wa mizizi kuchukua cadmium na vipengele vingine umefuatiliwa katika hali zinazodhibitiwa zaidi.

Katika majaribio ya hydroponic, pamoja na cadmium, antimony, risasi, lantani na gadolinium pia zilitumika. Hii ni kwa sababu ilifikiriwa kwamba vipengele hivi vinaweza kuwa na uhusiano wa mkusanyiko au usafirishaji pamoja na cadmium. Mwisho wa mbegu, mizizi na sehemu za mapambo zilifanyiwa uchambuzi tofauti.

Vipimo vya elementi vimefanywa kwa kutumia ICP-MS. ICP-MS ni njia ya kisasa ya spectroscopy ya mnyororo wa wingi inayotumika kupima viwango vya chini sana vya elementi kwa usahihi. Kwa hivyo, watafiti hawakupima tu cadmium, bali pia walitathmini profaili kubwa ya madini ya mmea.

Je, Fomula Zinamaanisha Nini?

Kazi hii inatumia viashiria vya vitendo vinavyoelezea upokeaji na usafirishaji wa vipengele kwenye mmea kuliko fomula nyingi za hisabati.

Kiashiria cha kwanza muhimukipengele cha usafirishaji, yaani 018. Thamani hii hutumika kuelewa kiwango ambacho cadmium inasafirishwa kutoka mzizi hadi kirusi.

Kwa urahisi:

TF = Maudhui ya Cadmium katika risasi / maudhui ya Cadmium kwenye mzizi

Kama TF iko juu, sehemu kubwa ya cadmium iliyopo mizizi inaweza kuhamishwa hadi kwa shina. Kama TF iko chini, mmea unaweza kushikilia cadmium zaidi kwenye mizizi au kuhamisha kidogo tu hadi kwa shina.

Kielelezo kingine muhimuni upokeaji wa cadmium kwa kila mzizi wa kitengo, yaani 2015. Thamani hii inajaribu kuonyesha ni kiasi gani shaba ya mzizi imechukuliwa kwa ufanisi.

Kwa urahisi:

CdU = Kiasi cha kadmiamu kilichokusanywa katika mmea mzima / Uzito kavu wa mzizi

Ikiwa thamani hii ni kubwa, mzizi unaweza kuwa unapata kadmium zaidi kwa kila uzito wa kitengo. Moja ya ujumbe muhimu wa utafiti ni kwamba tofauti za kadmium kwenye dandeli hazitokei tu kwa usafirishaji kutoka mzizi hadi shina, bali uwezo wa mzizi kuchukua kadmium pia una jukumu kubwa.

Ujumbe Mkuu wa Chati / Jedwali / Mchoro

Picha zilizo kwenye makala zinaweza kuelezwa kwa ufupi kama ifuatavyo bila kunakili moja kwa moja:

Ramani ya kwanza ya joto na uchambuzi wa makundi inaonyesha kuwa profaili za vipengele vya aina 451 za ngano zinatofautiana kwa uwazi. Vipengele vilivyopimwa katika mbegu, mizizi, na mapanda havitendani kwa njia ile ile. Hasa, kukusanyika kwa cadmium pamoja na vipengele vingine kama lantaniamu, gadoliniamu, na risasi katika mizizi kunaonyesha kuwa vipengele hivi vinaweza kuathiriwa na michakato ya kimfumo inayofanana ndani ya mmea.

Michoro ya usambazaji wa kadmium inaonyesha kuwa madini ya kadmium katika nafaka yamebadilika karibu na usambazaji wa kawaida kati ya aina mbalimbali kwa kipindi cha miaka miwili. Hii inaonyesha kuwa mkusanyiko wa kadmium haujatokea kutoka aina moja tu, bali kuna utofauti mkubwa wa kijeneti. Katika majaribio ya hydroponics, mizizi na matawi ya kadmium yalionyesha usambazaji mbaya zaidi; yaani, baadhi ya aina zilionyesha upokeaji wa kadmium mkubwa sana katika hatua ya viwanda vya kupanda.

Michoro ya Venn inaonyesha kuwa kutazama matokeo ya mwaka mmoja tu si ya kutosha. Watafiti walijaribu kutofautisha wingi wa baadhi za mimea zinazokusanya kasidinimu kidogo na kikubwa kwa kutathmini pamoja data za mashamba ya miaka miwili na majaribio ya kilimo cha hydroponic. Njia hii ni muhimu kupunguza athari za mazingira zisizo za lazima.

Ujumbe kuu wa michoro ya regression ni kwamba kuna uhusiano thabiti kati ya matokeo ya cadmium ya nafaka katika miaka miwili. Pia, katika baadhi ya hali, uhusiano chanya umeonekana kati ya cadmium ya nafaka na cadmium ya mizizi/vipandikizi vya miche. Hii inaonyesha kwamba uchambuzi wa mapema wa hydroponic unaweza kuwa chombo cha kusaidia katika kuchagua aina.

Grafu ambazo zinaonyesha kulinganisha aina zinazoikusanya madini ya kadmium ya chini sana na ya juu, zinaonyesha kuwa aina za kadmium ya chini hubeba madini ya kadmium kidogo kwenye mizizi na mapandikizi; katika aina za kadmium ya juu, upokeaji wa madini ya kadmium kwenye mizizi na baadhi ya viashiria vya usafirishaji vinaweza kuwa juu zaidi. Aina ya kadmium ya chini zaidi inavutia kama '007'.

Grafiki za rada zinaonyesha kuwa aina za kadmiyamu za chini na juu hazitofautiani tu kwa kadmiyamu, bali pia kwa profaili za vipengele vingine. Katika aina za kadmiyamu za chini, uhusiano na zinki ni muhimu sana. Utafiti unaarifu kuwa mkusanyiko wa kadmiyamu wa chini unaweza kuonekana katika baadhi ya hali pamoja na profaili ya zinki ya juu zaidi.

Chati ya uchambuzi wa vipengele vya msingi inaonyesha kwamba profaili za vipengele vya mzizi na shina zimegawanyika kwa uwazi. Katika mizizi, utofauti wa vipengele na mabadiliko yanayohusiana na cadmium yanaonekana zaidi. Hii inasaidia maelezo makuu ya utafiti: Katika jopo hili la ngano, uwezo wa kuwasha mizizi ni kipengele muhimu kuelewa tabia ya cadmium.

Jaribio limefanywaje?

Watafiti kwanza wameunda jopo kubwa lenye aina 451 za ngano. Jopo hili linajumuisha aina bora za ngano na vifaa vya uzao kutoka China.

Jaribio za shambani ziliofanywa katika mwaka wa 2021 na 2022 katika shamba la kilimo lililokuwa na uchafu wa cadmium. Kila aina ilipandwa katika mstari mmoja, nafaka zilizovunwa kisha kukaushwa na kuandaliwa kwa ajili ya uchambuzi wa elementi.

Vifuniko vya sampuli ya udongo viliyeyushwa na mchanganyiko wa asidi na kupimwa kwa kifaa cha ICP-MS. Kwa kutumia njia hii, sio tu cadmium bali pia viambato kama manganese, shaba, zinki, strontium na molybdeni viliamuliwa.

Katika jaribio la hydroponic, mbegu za ngano zilisafishwa, kuota, na kukua katika suluhisho la virutubisho. Viini vilipatiwa mchanganyiko ulio na cadmium, antimony, risasi, lantani, na gadolini kwa muda maalum. Baada ya mavuno, mizizi ilitibiwa na suluhisho maalum la kuosha ili kupunguza cadmium iliyoweza kushikamana kwenye uso wa mizizi. Baada ya hapo, mizizi na vilima vilikauka kando na kisha kuchunguzwa kwa uchambuzi wa vipengele.

Katika uchambuzi wa takwimu, uchambuzi wa utofauti, kulinganisha nyingi, uhusiano, urejeshaji, uchanganuzi wa kikundi na uchambuzi wa vipengele vya msingi umetumika. Kwa njia hii, aina za madini ya chumvi ya chini/juu zimebainishwa na uhusiano kati ya vipengele umechunguzwa pia.

Matokeo Yanaonyesha Nini?

Matokeo ya kwanza muhimu ya utafiti huu ni kwamba kati ya aina 451 za ngano, kuna tofauti za kikabila zinazoweza kuonekana katika mkusanyiko wa cadmium. Katika majaribio ya shamba, kiwango cha cadmium kwenye nafaka kilibadilika kutoka 0.07–0.37 mg/kg mwaka 2021, na 0.06–0.22 mg/kg mwaka 2022. Hii inaonyesha kwamba uchaguzi wa aina ndani ya spishi hiyo hiyo unaweza kuwa na maana kwa usalama wa chakula.

Matokeo ya pili ni kwamba mkusanyiko wa chini wa cadmium unaweza kufuatiliwa kwa uhakika. Wanasayansi walitambua aina nne zenye cadmium ya chini kwa kuzingatia matokeo ya mashamba ya miaka miwili na jaribio la hydroponic pamoja: 0005, 0006, 0004 na 0007. Aina hizi zinaonekana kufuata kwa kiasi kikubwa kikomo cha kiwango cha taifa la chakula la China chini ya hali za utafiti.

Matokeo ya tatu ni kwamba jukumu la mzizi ni kubwa. Yaliyomo ya cadmium katika nafaka yalihusiana na cadmium ya mzizi na uwezo wa mzizi kupokea cadmium. Hii inaonyesha kwamba katika kazi za maboresho zinazolenga kupunguza kuongezeka kwa cadmium, ni muhimu kuzingatia si tu nafaka bali pia michakato ya upokeaji katika kiwango cha mzizi.

Matokeo ya nne ni kwamba aina za shaba ya chini hazitofautiani tu kwa kiwango cha shaba, bali pia kwa wasifu mpana wa vipengele. Katika aina za shaba ya chini, viwango vya zinki vimepatikana kuwa juu kidogo; kwa upande mwingine, baadhi ya vipengele kama manganisi, antimony, lantani, gadolini na risasi vimehusishwa na viwango vya chini.

Matokeo ya tano ni kwamba aina zinazokusanya cadmium kwa kiwango kikubwa pia zina thamani ya kisayansi. Aina hizi huenda zisitekelezee moja kwa moja uzalishaji salama; lakini zinatoa vifaa vya kulinganisha vya nguvu ili kuelewa mifumo ya kijeni na ya fiziolojia ya mkusanyiko wa cadmium. Kwa hivyo, katika siku zijazo zinaweza kuweka msingi wa kuendeleza alama za molekuli, ramani za QTL na uchambuzi wa uhusiano wa genome nzima.

Hii Ni Kwa Nini Muhimu?

Kuna njia mbili za kimsingi katika maeneo ya kilimo yaliyochafuliwa na cadmium. Ya kwanza ni kuboresha udongo kwa njia za kimwili au kemikali. Hata hivyo, njia hizi zinaweza kuwa za gharama kubwa, vigumu kutekeleza katika maeneo makubwa, au kusababisha masuala ya utulivu wa muda mrefu.

Njia ya pili ni kuchagua aina ambazo hukusanya kidogo cadmium katika udongo sawa. Hii inaweza kuwa mkakati unaowezekana zaidi hasa katika maeneo yenye uchafu wa kiwango cha chini na cha wastani. Bila shaka hii haitatatua tatizo lote peke yake; inapaswa kuzingatiwa pamoja na uchambuzi wa udongo, usimamizi wa uchafuzi, umwagiliaji, mbolea, na udhibiti wa chakula.

Kazi hii inaimarisha msingi wa kisayansi wa uchaguzi wa aina. Kuchambua aina 451 kwenye paneli moja kunasaidia kubaini jenotipu zinazokusanya kiwango kidogo cha cadmium. Aidha, uchambuzi wa ionomu unaonyesha uhusiano wa cadmium na vipengele vingine, ukikumbusha kuwa mbinu ya “kupunguza cadmium tu” haijoshi. Kwa sababu usawa wa lishe ya mmea pia ni muhimu.

Ujumbe mkuu wa makala hii kwa wasomaji wa Verianla ni huu: Usalama wa chakula hauishi tu kwa vipimo baada ya mavuno, bali pia huanza shambani na aina gani ya mmea imepandwa. Muundo wa kijenetiki wa mmea, uwezo wa mzizi kunyonya metali nzito, na mtandao wa lishe ya madini unaweza kuathiri usalama wa nafaka wa mwisho.

Sehemu za Umakini

Makala hii haijapitiwa na tathmini ya rufaa. Matokeo yanaweza kubadilika baada ya mchakato wa uhakiki wa kisayansi wa kujitegemea.

Utafiti unategemea hali maalumu za udongo zenye madini ya cadmium nchini China. Katika nchi mbalimbali, matokeo yanaweza kubadilika kulingana na pH tofauti, maudhui ya kikaboni, ukubwa wa udongo wa mchanga, hali za umwagiliaji na mbolea.

Kutatua aina ya madini ya chini ya cadmium sio sawa na kufanya udongo mchafu kuwa salama. Aina hizi zinaweza kuwa zana ya kupunguza hatari; lakini hazibadilishi uchambuzi wa udongo na mazao.

Aina zinazojitokeza katika utafiti hazipaswi kulinganishwa moja kwa moja na mifumo ya uzalishaji au aina za wenyeji huko Tanzania. Urekebishaji wa kienyeji, mavuno, upinzani kwa magonjwa, ubora na hali za wakulima pia vinapaswa kuzingatiwa.

Majaribio ya hidroponiki ni muhimu kwa udhibiti na uchambuzi wa haraka; hata hivyo, yanaweza kutoweza kuwakilisha kikamilifu mwingiliano wa mizizi-mchanga-mikrobu katika mazingira halisi ya shamba.

Uhusiano wa ioniki uko katika kiwango cha uhusiano. Uhusiano wa zinki-kadmium au vipengele vingine unatoa vidokezo kimsingi; lakini kuthibitisha uhusiano wa sababu na matokeo moja kwa moja kunahitaji uthibitisho wa molekuli na fiziolojia.

Matokeo

Utafiti huu wa 2009 unaonyesha kwamba uchunguzi mkubwa wa shamba pamoja na uchambuzi wa ionomi unaweza kutumika katika kubaini aina za ngano zinazokusanya kiwango kidogo cha cadmium. Kati ya aina 451 za ngano, 2005, 2006, 2004 na 2007 ziliibuka kwa viwango vyao vya kuwasha cadmium kwa kiwango kidogo.

Matokeo yanapendekeza kuwa mizizi ina jukumu muhimu katika uwezo wa mzizi kuchukua kadmium katika mmea. Pia, akiba ya chini ya kadmium inaonekana kuhusiana na mtandao mpana zaidi wa vipengele vya madini; haswa uhusiano hasi kati ya zinki na kadmium unavutia.

Kazi hii inakumbusha umuhimu wa uchaguzi wa aina na bionomiki ya mimea kwa usalama wa chakula. Hata hivyo, matokeo haya hayapaswi kuchukuliwa kama mapishi ya utekelezaji wa moja kwa moja, bali kama uchambuzi wa kisayansi unaotokana na utafiti uliofanywa katika masharti maalum. Katika siku za usoni, ni lazima kuwajaribu aina hizi katika mikoa tofauti, kuyapima pamoja na mavuno na ubora, na kufafanua mifumo yao ya molekuli.

Kumbuka Chanzo na Mbinu

Makala hii ni tafsiri iliyorahisishwa kwa Kiswahili ya kazi isiyopitiwa kupitia ukaguzi wa rika uliopewa kichwa “Ionomic Profiling and Screening for Low Cadmium Accumulation Wheat”. Maandishi si tafsiri ya maneno kwa maneno; madhumuni, mbinu, picha na ujumbe wa jedwali, matokeo na mipaka ya makala yameelezewa upya kwa njia asilia kwa msomaji wa Verianla.

Utafiti huu umejikita katika aina 451 za ngano, majaribio ya shamba yaliyochafuliwa na cadmium kwa miaka miwili, majaribio ya kuwazamisha miche kwa njia ya hydroponic, upimaji wa vipengele vya 2010, kipengele cha usafirishaji wa cadmium, upokeaji wa cadmium kwa kila mzizi, uchunguzi wa uhusiano na uchambuzi wa vipengele vya msingi. Matokeo yanaweza kutoa msingi wa kisayansi kwa chaguo la aina zinazokusanya cadmium kidogo katika maeneo yaliyochafuliwa kidogo/kwa kiwango cha wastani; hata hivyo, uthibitisho wa shamba la kienyeji, uchambuzi wa usalama wa mazao na tathmini ya muda mrefu vinahitajika.