بررسی اثرات تابش اشعه ماوراءبنفش-A و نانوذرات نقره بر ویژگی‌های رشدی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه شوید (Anethum graveolens L.)
محورهای موضوعی : کشاورزی و اقلیم
محبوبه السادات حسینی
1
,
مهرناز محمودی زرندی
2
*
1 - گروه زیست شناسی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
2 - گروه زیست شناسی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
کلید واژه: اشعه ماوراءبنفش, آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان, پارامترهای رشد, پروتئین, تنش, رنگیزه‌های فتوسنتزی,
چکیده مقاله :
امنیت جهانی محصولات کشاورزی با توجه به تغییرات آب و هوایی و افزایش شدت تابش اشعه ماوراءبنفش مورد تهدید قرار گرفته است. با توجه به اثربخشی نانوذرات در افزایش مقاومت گیاهان به تنش، میتوان از فن‌آوری نانو برای کاهش اثرات سوء تنش استفاده کرد. هدف این پژوهش، بررسی آسیبهای وارد شده بر گیاه شوید با تابش اشعه ماوراءبنفش-A و ارزیابی تأثیر نانوذرات نقره در کاهش آسیبهای این تنش بر گیاه بود. به این منظور ابتدا کشت گلدانی بذرهای شوید انجام و بعد از رشد گیاه به اندازه‌ی حدود 8 سانتیمتر، گیاهان در دو مدت‌زمان 30 و 60 دقیقه تحت تابش نور UV-A قرار گرفتند و همزمان تیمار نمونه‌ها با نانوذرات نقره در سه سطح 0، 50 و 100 میلی‌گرم در لیتر به مدت 30 روز به‌صورت محلول‌پاشی بر روی برگ‌ها صورت گرفت. سپس پارامترهای رشد (وزن تر و خشک ساقه، وزن تر و خشک ریشه، طول ساقه و ریشه)، پارامترهای فیزیولوژیک (رنگدانه‌های فتوسنتزی) و پارامترهای بیوشیمیایی(فعالیت آنزیم کاتالاز، فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز، مقدار پروتئین) اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد تابش اشعه ماوراءبنفش موجب کاهش معنی‌دار پارامترهای رشد و رنگیزه‌های فتوسنتزی کلروفیل a، b و کل می‌شود، اما کاهش مقدار کاروتنوئید نسبت به کلروفیل‌ها کمتر بود. تابش اشعه ماوراءبنفش منجر به کاهش معنی‌دار فعالیت آنزیم کاتالاز و میزان پروتئین در گیاه شد، درحالی‌که فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز را به‌طور معنی‌داری افزایش داد. تیمار گیاه با نانوذرات نقره توانست اثرات تخریبی این تابش را تعدیل کند؛ به‌طوری‌که غلظت 100 میلی‌گرم بر لیتر ، به‌عنوان بهترین غلظت نانوذرات نقره برای بهبود پارامترهای رشدی و بیوشیمیایی گیاه تحت تابش 30 دقیقه‌ای اشعه ماوراءبنفش-A شناسایی گردید. بنابراین، استفاده از نانوذرات نقره در غلظت مناسب به‌منظور تقویت رشد و عملکرد گیاه در شرایط تنش ناشی از اشعه ماوراءبنفش توصیه می‌شود
The global security of agricultural products has been threatened due to climate changes and the increase in ultraviolet radiation. Considering the effectiveness of nanoparticles in improving plant resistance to stress, nanotechnology can be used to reduce the effects of stress. This research aims to investigate the UV-A stress on the dill and evaluate the effect of silver nanoparticles in reducing the damage of this stress on the plant. First, pot cultivation of dill seeds was done, when the plant grew to 8 cm, UV-A stress was applied at three levels (0, 30 minutes, and 60 minutes), at the same time, the samples were treated with silver nanoparticles at three levels(0, 50 and 100 mg/L).The growth parameters (fresh and dry weight of stem and root, length of stem and root), physiological parameters (photosynthetic pigments), biochemical parameters (catalase activity, ascorbate peroxidase activity, protein content).The results showed that ultraviolet radiation causes a significant decrease in the growth parameters and photosynthetic pigments of chlorophyll a, b, and total Chl., however, the amount of carotenoids decreased less compared to chlorophylls, so the ratio of carotenoids to total chlorophyll increased. Ultraviolet radiation significantly reduced catalase enzyme activity and protein content, while significantly increasing ascorbate peroxidase enzyme activity. Treatment of plants with silver nanoparticles mitigated the damaging effects of UV radiation, and a concentration of 100 mg/L was identified as the optimal concentration of silver nanoparticles for improving both growth and biochemical parameters of plants exposed to 30 minutes of UV-A radiation. Therefore, application of silver nanoparticles at an appropriate concentration is recommended to enhance plant growth and performance under the detrimental effects of ultraviolet radiation
1. Demarsy E, Goldschmidt-Clermont M, Ulm R. Coping with 'Dark Sides of the Sun' through Photoreceptor Signaling. Trends in Plant Science. 2018;23(3):260-271.
2. Wang J, Li M, Feng J, Yan X, Chen H, Han R. Effects of TiO2-NPs pretreatment on UV-B stress tolerance in Arabidopsis thaliana. Chemosphere. 2021; 281:130809.
3. Kreslavski VD, Khudyakova AY, Strokina VV, Shirshikova GN, Pashkovskiy PP, Balakhnina TI, et al. Impact of high irradiance and UV-B on the photosynthetic activity, pro-/antioxidant balance and expression of light-activated genes in Arabidopsis thaliana hy4 mutants grown under blue light. Plant Physiology and Biochemistry. 2021; 167:153-162.
4. Turcsanyi E, Vass I. Inhibition of photosynthetic electron transport by UV-A radiation targets the photosystem II complex. Photochemistry and Photobiology. 2000;72(4):513-520.
5. Prasad KN, Divakar S, Shivamurthy GR, Aradhya SM. Isolation of a free radical-scavenging antioxidant from water spinach (Ipomoea aquatica Forsk). Journal of the Science of Food and Agriculture. 2005;85(9):1461-1468.
6. Sarghein Hosseini S, Carapetian J, Khara J. The effects of UV radiation on some structural and ultrastructural parameters in pepper (Capsicum longum A.DC.). Turkish Journal of Biology. 2011;35(1):67-74.
7. Pourakbar L, Abedzadeh M. Effect of UV-B and UV-C radiation on some physiological and biochemical parameters of Melissa officinalis and influence of salicylic acid in UV-stress ameliorations. Plant Process and Function. 2013;2(5):1-14. [In Persian]
8. Ghavam M. Effect of silver nanoparticles on seed germination and seedling growth in Thymus vulgaris l. and Thymus daenensis celak under salinity stress. Journal of Rangeland Science. 2018;8(1):1-10. [In Persian]
9. Rasaei B, Jalali-Honarmand S, Ghobadi M, Zhou G. Changes of yield and yield components of tomato (Solanum lycopersicum L.) under the effects of ultraviolet radiation and abscisic acid application in water deficit stress conditions. Journal of Plant Production Research. 2019;25(4):101-117. [In Persian]
10. Shahraki H, Mahdi Nezhad N, Fakheri BA. The effect of synthesis nanosilver by plant extract on morphological and antioxidant properties of Artichoke (Cynara scolymus L.) under salinity stress. Plant Production. 2021;44(1):103-114. [In Persian]
11. Daeihassani B, Abedini M, Hemmati A, Fallahi S. Effect of ultraviolet radiation on physiological responses in the different varieties of radish (Raphanus sativus L.). Plant Process and Function. 2017;6(21):55-64. [In Persian]
12. Mahdavian K. The effect of different bands of ultraviolet radiation on some growth characters and biochemical changes in pepper (Capsicum annuum L.) seedling. Plant Process and Function. 2018;7(23):219-232. [In Persian]
13. Setayesh-Mehr Z, Ganjeali A. Effects of Drought Stress on Growth and Physiological Characteristics of Dill (Anethum graveolens L.). Journal of Horticultural Science. 2013;27(1):27-35. [In Persian]
14. Lightenthaler HK. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods in enzymology. 1987; 148:350-82.
15. Aebi H. Catalase in vitro. InMethods in enzymology 1984; 105: 121-126.
16. Hassanvand A, Saadatmand S, Lari Yazdi H, Iranbakhsh AR. Evaluation of photosynthetic pigments, fluorescence indexes, gas exchange, and some active flavonoid substances Pansy (Viola tricolor L.) under the effect of Bio-Silver Nanoparticles. Journal of Plant Environmental Physiology. 2023;69(1):80-98.
17. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 1976;72(1-2):248-254.
18. Mahdavian K. Effects of ultraviolet radiation on plants and their protective mechanisms. Russian Journal of Plant Physiology. 2024;71(6):184.
19. Mazaheri-Tirani M, Dayani S. Physiological responses of melissa officinalis seedling to different bands of ultraviolet (UV) radiation. Journal of Medicinal Plants and By-products. 2024;13(3):545-550. [In Persian]
20. Reddy KR, Singh SK, Koti S, Kakani VG, Zhao D, Gao W, et al. Quantifying corn growth and physiological responses to ultraviolet-B radiation for modeling. Agronomy Journal. 2013;105(5):1367-1377.
21. Gao W, Zheng Y, Slusser JR, Heisler GM. Impact of enhanced ultraviolet-B irradiance on cotton growth, development, yield, and qualities under field conditions. Agricultural and Forest Meteorology. 2003;120(1-4):241-248.
22. Soni S, Jha AB, Dubey RS, Sharma P. Application of nanoparticles for enhanced UV-B stress tolerance in plants. Plant Nano Biology. 2022; 5:100014.
23. Rasaei B, Jalali Honarmand S, Abdoli M. The use of ultraviolet radiation as a way to improve the efficiency of physiological and biochemical processes to produce optimal yield in drought stress conditions Crop Science Research in Arid Regions. 2021;3(1):127-149. [In Persian]
24. Farmahini Farahani A, Tavili A, Azarnivand H, Jafari A. Effect of priming and nano particles application on seedling emergence, establishment, growth and physiological characteristics of Sanguisorba minor Scop. and Agropyron intermedium (Host) P. Beauv forage species under drought stress in natural field. Rangeland. 2022;16(2):236-255. [In Persian]
25. Hashemi H, Secrets Z, Poursidi S. The effect of biosynthesized silver nanoparticles on growth characteristics and flavonoid content of wheat. Journal of Agriculture. 2015; 111:49–54.
26. Zare Z, Pishkar L, Iranbakhsh A, Talei D. Effects of silver nanoparticles on the growth, gas exchange capacity and photosystem II performance in purslane (Portulaca oleracea L.) plants. Journal of Plant Research. 2022;35(4):745-759. [In Persian]
27. Ramezani M, Gerami M, Majlesi Z. Comparison between various concentrations of commercial and synthesized silver nanoparticles on biochemical parameters and growth of Stevia rebaudiana B. Plant Physiology Reports. 2019;24(1):141–152.
28. Rezayi Far Z, Fallahi S, Gholinezhad E. The effect of drought stress and Ultraviolet on antioxidant defensive system of enzyme and non-enzyme in three varieties of wheat (Triticum aestivum L.). Plant Process and Function. 2018;7(24):155-170. [In Persian]
29. Bischof K, Peralta G, Krabs G, Van de Poll WH, Pérez-Lloréns JL, Anneke M. Effects of solar UV-B radiation on canopy structure of Ulva communities from southern Spain. Journal of Experimental Botany. 2002;53(379):2411-2421.
30. Firouzbakht Jahromi F, Behrouznam Jahromi B, Aboutalebi Jahromi A, Ejraei A, Jahromi SA. Studying the biochemical characteristics of lavender (Lavandula angustifolia L.) as affected by metal nanoparticles in callus tissue condition. Journal of Plant Ecophysiology. 2022;14(50):1-16. [In Persian]
31. Mahdavian K, Ghorbanli M, Kalantari K. The effects of ultraviolet radiation on the contents of chlorophyll, flavonoid, anthocyanin and proline in Capsicum annuum L. Turkish Journal of Botany. 2008;32(1):25-33.