بررسی تاثیر کاربرد برگی نانوکیتوزان بر رنگیزه های فتوسنتزی و برخی آنتی اکسیدان های آنزیمی
محورهای موضوعی : فیزیولوژی گیاهی
سیده نسرین وقار موسوی
1
,
سارا سعادتمند
2
,
رشید جامعی
3
*
,
رضا درویش زاده
4
1 - دانشجوی دکتری، گروه زیست شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - دانشیار، گروه زیست شناسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - استاد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
4 - استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
کلید واژه: آنتی اکسیدان, کاربرد برگی, کشاورزی سازگار, کیتوزان, نانوذرات,
چکیده مقاله :
این مطالعه برای ارزیابی تغییرات فیزیولوژیک دراثر اسپری برگی گیاه ذرت با نانوکیتوزان اجرا شد. در این تحقیق، گیاهان ذرت با نانوکیتوزان اسپری شدند و تغییرات در سیستم آنتی اکسیدانی آنزیمی و رنگیزه های فتوسنتزی مورد بررسی قرار گرفت. گیاهچه های ذرت ده روزه با نانوکیتوزان در غلظت های 50 و 100 میلی گرم در لیتر به مدت پنج روز متوالی اسپری شدند. کاربرد برگی نانوکیتوزان در هر دو غلظت منجر به افزایش معنی دار وزن تر برگ نسبت به گروه شاهد شد. افزایش معنی دار وزن تر ریشه نیز از اسپری برگی با نانوکیتوزان نتیجه شد. محلول‌پاشی برگی نانوکیتوزان همراه با افزایش معنی‌دار غلظت رنگیزه‌های فتوسنتزی شامل کلروفیل Chl a، Chl b و کاروتنوئیدها بود. اسپری برگی با نانوکیتوزان منجر به تحریک قابل ملاحظه فعالیت کاتالاز نسبت به گروه شاهد شد. فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز بدنبال اسپری برگی با نانوکیتوزان نیز روند صعودی نسبت به شاهد داشت. فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز نیز در اثر کاربرد نانوکیتوزان نسبت به شاهد افزایش معنی داری را نشان داد. در روندی مشابه، نانوکیتوزان اثر تحریکی بر فعالیت آنزیم گلوتاتیون ردوکتاز در مقایسه با گروه شاهد داشت. براساس نتایج این تحقیق، کاربرد برگی نانوکیتوزان به طور قابل توجهی همراه با افزایش رنگیزه های فتوسنتزی و آنتی اکسیدان های آنزیمی است که از آن طریق موجب بهبود رشد و مقاومت دربرابر تنش ها می شود.
This study evaluated the physiological responses of corn seedlings following the foliar application of chitosan nanoparticles (CSNPs). The CSNPs-mediated changes in enzymatic antioxidants and photosynthetic pigments were investigated. Ten-day-old corn seedlings were sprayed with CSNPs at concentrations of 0 (control), 50 and 100 mg/L for five consecutive days. Foliar application of CSNPs at both concentrations significantly increased leaf fresh weight compared to the control group. A significant increase in the root fresh weight also resulted from the foliar application of CSNPs. Foliar spraying with CSNPs was associated with a significant increase in the concentration of photosynthetic pigments, including chlorophylls (Chl a and Chl b), and carotenoids. Compared to the control group, the foliar utilization of CSNPs led to a significant stimulation in catalase activity. The activity of the polyphenol oxidase enzyme had an upward trend in response to the application of CSNPs. The activity of the superoxide dismutase enzyme also showed a significant increase due to the use of CSNPs compared to the control. In a similar trend, CSNPs had a stimulating effect on glutathione reductase enzyme activity compared to the control group. According to the results of this research, the foliar application of CSNPs is significantly associated with an increase in photosynthetic pigments and induction in enzymatic antioxidants, thereby improving plant growth and resistance to stresses.
Abuelsoud, W., Saleh, A.M., Mohammed, A.E., Alotaibi, M.O. and AbdElgawad, H., 2023. Chitosan nanoparticles upregulate C and N metabolism in soybean plants grown under elevated levels of atmospheric carbon dioxide. International Journal of Biological Macromolecules, 252, p.126434.
Ali, E.F., El-Shehawi, A.M., Ibrahim, O.H.M., Abdul-Hafeez, E.Y., Moussa, M.M. and Hassan, F.A.S., 2021. A vital role of chitosan nanoparticles in improvisation the drought stress tolerance in Catharanthus roseus (L.) through biochemical and gene expression modulation. Plant Physiology and Biochemistry, 161, pp.166-175.
Arya, S.S., Rookes, J.E., Cahill, D.M. and Lenka, S.K., 2022. Chitosan nanoparticles and their combination with methyl jasmonate for the elicitation of phenolics and flavonoids in plant cell suspension cultures. International Journal of Biological Macromolecules, 214, pp.632-641.
Attaran Dowom, S., Karimian, Z., Mostafaei Dehnavi, M. and Samiei, L., 2022. Chitosan nanoparticles improve physiological and biochemical responses of Salvia abrotanoides (Kar.) under drought stress. BMC Plant Biology, 22(1), p.364.
Balusamy, S.R., Rahimi, S., Sukweenadhi, J., Sunderraj, S., Shanmugam, R., Thangavelu, L., Mijakovic, I. and Perumalsamy, H., 2022. Chitosan, chitosan nanoparticles and modified chitosan biomaterials, a potential tool to combat salinity stress in plants. Carbohydrate Polymers, 284, p.119189.
Chun, S.C. and Chandrasekaran, M., 2019. Chitosan and chitosan nanoparticles induced expression of pathogenesis-related proteins genes enhances biotic stress tolerance in tomato. International Journal of Biological Macromolecules, 125, pp.948-954.
El Amerany, F., Meddich, A., Wahbi, S., Porzel, A., Taourirte, M., Rhazi, M. and Hause, B., 2020. Foliar application of chitosan increases tomato growth and influences mycorrhization and expression of endochitinase-encoding genes. International journal of molecular sciences, 21(2), p.535.
Esyanti, R.R., Dwivany, F.M., Mahani, S., Nugrahapraja, H. and Meitha, K., 2019. Foliar application of chitosan enhances growth and modulates expression of defense genes in chilli pepper ('Capsicum annuum'L.). Australian Journal of Crop Science, 13(1), pp.55-60.
Geng, W., Li, Z., Hassan, M.J. and Peng, Y., 2020. Chitosan regulates metabolic balance, polyamine accumulation, and Na+ transport contributing to salt tolerance in creeping bentgrass. BMC Plant Biology, 20, 506. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02720-w
Hassan, F.A.S., Ali, E., Gaber, A., Fetouh, M.I. and Mazrou, R., 2021. Chitosan nanoparticles effectively combat salinity stress by enhancing antioxidant activity and alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus (L.) G. Don. Plant Physiology and Biochemistry, 162, pp.291-300.
Lichtenthaler, H.K., 1987. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. In Methods in enzymology (Vol. 148, pp. 350-382). Academic Press.
Li, K.C., Zhang, X.Q., Yu, Y., Xing, R.E., Liu, S. and Li, P.C., 2020. Effect of chitin and chitosan hexamers on growth and photosynthetic characteristics of wheat seedlings. Photosynthetica, 58(3), 816-826. DOI: 10.32615/ps.2020.021
Liu, Z., Liu, T., Liang, L., Li, Z., Hassan, M.J., Peng, Y. and Wang, D., 2020. Enhanced photosynthesis, carbohydrates, and energy metabolism associated with chitosan‐induced drought tolerance in creeping bentgrass. Crop Science, 60(2), pp.1064-1076.
Malerba, M. and Cerana, R., 2020. Chitin-and chitosan-based derivatives in plant protection against biotic and abiotic stresses and in recovery of contaminated soil and water. Polysaccharides, 1(1), pp.21-30.
Mejdoub‐Trabelsi, B., Touihri, S., Ammar, N., Riahi, A. and Daami‐Remadi, M., 2020. Effect of chitosan for the control of potato diseases caused by Fusarium species. Journal of Phytopathology, 168(1), pp.18-27.
Mohammed, K.A., Hussein, H.M. and Elshamly, A.M., 2024. Monitoring plant responses in field-grown peanuts exposed to exogenously applied chitosan under full and limited irrigation levels. Scientific Reports, 14(1), p.6244.
Pirbalouti, A.G., Malekpoor, F., Salimi, A. and Golparvar, A., 2017. Exogenous application of chitosan on biochemical and physiological characteristics, phenolic content and antioxidant activity of two species of basil (Ocimum ciliatum and Ocimum basilicum) under reduced irrigation. Scientia Horticulturae, 217, pp.114-122.
Sadeghipour, O., 2021. Chitosan application improves nickel toxicity tolerance in soybean. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 21(3), pp.2096-2104.
Sharif, R., Mujtaba, M., Ur Rahman, M., Shalmani, A., Ahmad, H., Anwar, T., Tianchan, D. and Wang, X., 2018. The multifunctional role of chitosan in horticultural crops; a review. Molecules, 23(4), p.872.
Turk, H., 2019. Chitosan-induced enhanced expression and activation of alternative oxidase confer tolerance to salt stress in maize seedlings. Plant Physiology and Biochemistry, 141, pp.415-422.
Zhang, G., Wang, Y., Wu, K., Zhang, Q., Feng, Y., Miao, Y. and Yan, Z., 2021. Exogenous application of chitosan alleviates salinity stress in lettuce (Lactuca sativa L.). Horticulturae, 7(10), p.342.
Zhao, J., Pan, L., Zhou, M., Yang, Z., Meng, Y. and Zhang, X., 2019. Comparative physiological and transcriptomic analyses reveal mechanisms of improved osmotic stress tolerance in annual ryegrass by exogenous chitosan. Genes, 10(11), p.853.