درک اثرات تغییرات ناشی از کادمیوم در فرآیندهای فیزیولوژیکی و سلولی به دانشمندان کمک می کند تا استراتژی های بهتری برای بهبود گیاه چغندرقند ایجاد کنند.سمیت کادمیوم باعث کاهش قابل توجهی در پارامترهای مورفولوژِیکی ،کل پروتئین محلول در چغندرقند ، فرایند فتوسنتز ، آسیب غشاء سلولی و مرگ سلولی می شود.فعالیت کادمیوم به شدت ریشه ها را درگیر تنش می کند که این امر نشان دهنده اثر نامطلوب کادمیوم در جذب آهن در چغندرقند است. کادمیوم یک ماده سمی است که باعث آلودگی محیطی و کاهش عملکرد در محصولات می شود.

افزایش کادمیوم در خاک ناشی از دفع نامناسب زباله های کشاورزی و مواد شیمیایی کشاورزی مانند حشره کش ها، کودهای آلی و آفت کش ها است. مقدار کادمیوم در دسترس گیاهان توسط طیف وسیعی از عوامل از جمله پی اچ خاک ،مواد آلی خاک ،پتانسیل ردوکس و غیره تعیین می شود.

گیاهانی که از سمیت کادمیوم رنج می برند، هدایت روزنه ای، تبادل گاز، سرعت تعرق، غیرفعال شدن آنزیم ها، آسیب فتوسنتزی و متابولیسم پروتئین آن ها مختل می شود.

و کادمیوم باعث می شود که سنتز کلروفیل و عملکردهای گیاه مختل شود. در نتیجه، کادمیوم تأثیر منفی بر گیاهان دارد و غلظت کادمیوم در سلول ها باید برای حفظ رشد و نمو گیاه تنظیم شود.

علاوه بر این، استرس اکسیداتیو ناشی از کادمیوم می تواند باعث عدم تعادل در تجمع و حذف گونه های فعال اکسیژن غشا  شود. و این امر می تواند به عنوان یک ضربه ثانویه به پروتئین ها و اسیدهای نوکلئتیک آسیب برساند.

چغندر قند یک گیاه تجاری است که عمدتاً برای تولید شکر استفاده می شود. با این حال، رشد و عملکرد چغندرقند به دلیل سمیت کادمیوم به شدت تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین، لازم است درک کنیم که کادمیوم چگونه بر فیزیولوژی گیاهان چغندرقند تأثیر می گذارد و هدف را برای بهبود بیشتر محصول در ذهن حفظ می کند. با این حال، پیامدهای فیزیولوژیکی و فتوسنتزی در چغندرقند در معرض کادمیوم مورد مطالعه قرار نگرفته است. در این کار، ما بررسی کردیم که آیا پیامدهای سمیت کادمیوم با بی‌نظمی در ماشین‌های فتوسنتزی و تعادل ردوکس در چغندر قند و همچنین کمبود مواد معدنی تغییر یافته مرتبط است یا خیر.

در یک کار پژوهشی زمانی که گیاهان با کادمیوم تیمار شدند در مقایسه با شاهد، کلروز شدید بصری را در برگها نشان دادند. علاوه بر این، طول ریشه و ساقه و همچنین زیست توده آنها در گیاهان در معرض کادمیوم نسبت به گیاهانی که در شرایط عادی کشت شده اند به طور قابل توجهی کاهش یافت.

آسیب‌های مورفولوژیکی و سلولی تحت سمیت آهن گیاهانی که در معرض سمیت فلزی کادمیوم قرار دارند اغلب با تاخیر رشد و ناهنجاری‌های سلولی مواجه می‌شوند.کاهش طول ریشه و ساقه، و همچنین کاهش زیست توده، یکی از علائم رایج حساسیت گیاه به سمیت کادمیوم است.با این حال، گیاهان ممکن است بتوانند با استفاده از تکنیک های مختلف عناصر گیاهی را حذف کنند، اما این یک اتفاق غیر معمول است. چندین گونه گیاهی تحت تأثیر سمیت کادمیوم قرار گرفتند که رشد کلی آنها را متوقف کرد.

گیاهان به راحتی کادمیوم را از طریق انتقال دهنده های غیر اختصاصی که در ابتدا برای انتقال آهن، روی و کلسیم طراحی شده بودند جذب می کنند.

سپس کادمیوم از ریشه به قسمت هوایی منتقل می شود. در سلول‌ها، کادمیوم می‌تواند جایگزین یک فلز ضروری در پروتئین‌ها شود و عملکرد آنها را مختل کرده و باعث تغییرات فرآیند سلولی شود.

برای مقابله با سمیت فلزات، گیاهان مکانیسم‌های سم‌زدایی مانند حذف غشاء سلولی و بخش‌سازی واکوئولی را تکامل داده‌اند.گیاهان ترشحات ریشه آزاد می کنند که به کادمیوم در خاک متصل می شود و از ورود کادمیوم به داخل سلول جلوگیری می کند (فلزات سنگین ابتدا با دیواره سلولی گیاهان تماس پیدا می کنند و پلی ساکاریدها یا پروتئین ها جذب و سم زدایی می شوند.)

گیاهانی که در معرض کادمیوم قرار گرفته اند، پلی پپتیدهای متصل شونده به کادمیوم از جمله فیتوکلاتین ها را تولید می کنند. که برای سم زدایی کادمیوم با تشکیل کمپلکس های بی ضرر PC-Cd و جداسازی کادمیوم در واکوئل استفاده می شوند.

همچنین در فرایند سم زدایی جداسازی فلزات در واکوئل گیاهان صورت می گیرد و چندین خانواده ناقل درگیر هستند.در میان آنها، انتقال دهنده های ABC برای ایجاد کمپلکس های PC-Cd در واکوئل در ایجاد تحمل فلز در گیاهان یافت شده است.کاتیون های فلزی نیز توسط خانواده ناقل CDF که به عنوان پروتئین تحمل فلز شناخته می شود از سیتوزول به واکوئل منتقل می شوند.

اسیدهای آلی، علاوه بر پروتئین های ناقل، با کمک به دام افتادن و کیلاسیون یون های فلزی، در مکانیسم های سم زدایی نقش دارند.

کیلاسیون: ابزار مهمی برای کنترل واکنش پذیری یون های فلزی هستند و برای کاهش اثر مضر کاتالیزورهای فلزی استفاده می شوند.

علاوه بر این، کاربرد اگزوژن سیلیکون، هورمون های رشد گیاهی و میکروب ها در مطالعات قبلی نشان داده شده است که محافظت در برابر سمیت فلزات سنگین را بهبود می بخشد، که نشان دهنده دخالت در تحمل فلزات سنگین در گیاهان است.