بررسی اثر نانوذرات مس سبز بر پارامترهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه لوبیا تحت تنش شوری
محورهای موضوعی : فیزیولوژی محیطی
فاطمه نقوی
1
,
سید محمد رضا خوشرو
2
*
,
مریم کاظمی پور
3
,
مهرناز محمودی زرندی
4
1 - گروه زیست شناسی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
2 - گروه زیست شناسی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
3 - گروه شیمی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
4 - گروه زیست شناسی، واحد کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران
کلید واژه: آنزیم های انتی اکسیدانی , تنش شوری, رنگریزه های فتوسنتزی , لوبیا چیتی, نانوذرات مس سبز ,
چکیده مقاله :
شوری خاک و آب، یکی از چالش‌های عمده کشاورزی در سراسر جهان، رشد و بهره‌وری محصولات را محدود می‌کند. نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری نوین، پتانسیل افزایش مقاومت گیاهان به تنش‌های محیطی را دارد. هدف این پژوهش، ارزیابی پاسخ‌های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه لوبیا چیتی (Phaseolus vulgaris) به کاربرد نانوذرات مس سنتز شده به روش سبز (با عصاره آلوئه ورا) تحت شرایط تنش شوری بود. آزمایش به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با دو عامل شامل چهار سطح شوری کلرید سدیم (صفر، 40، 80 و 120 میلی‌مولار) و چهار سطح نانوذرات مس (صفر، 20، 60 و 150 میلی‌گرم بر لیتر) در سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که تنش شوری به طور معنی‌داری (P<0.05) محتوای کلروفیل a، b، کلروفیل کل و کاروتنوئید را کاهش داد. فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان کاتالاز و پراکسیداز در سطوح پایین شوری افزایش، اما در غلظت 120 میلی‌مولار کاهش یافت. برهمکنش معنی‌داری بین تنش شوری و نانوذرات مس مشاهده شد؛ به طوری که کاربرد نانوذرات مس (به ویژه در غلظت 150 میلی‌گرم بر لیتر تحت شوری 120 میلی‌مولار) منجر به افزایش کلروفیل a، کاروتنوئید و فعالیت کاتالاز و کاهش کلروفیل b، کلروفیل کل و فعالیت پراکسیداز گردید. این یافته‌ها بیانگر پتانسیل نانوذرات مس سبز در تعدیل پاسخ لوبیا به تنش شوری است، اگرچه اثرات مشاهده شده وابسته به غلظت می‌باشد.
Soil and water salinity, a major agricultural challenge worldwide, limits crop growth and productivity. As a novel technology, nanotechnology holds the potential for enhancing plant resistance to environmental stresses. This study evaluated the pinto bean's physiological and biochemical responses (Phaseolus vulgaris) to applying green-synthesized copper nanoparticles (Aloe vera extract) under salinity stress conditions. The experiment was conducted as a factorial arrangement based on a completely randomized design with two factors: four levels of sodium chloride salinity (0, 40, 80, and 120 mM) and four levels of copper nanoparticles (0, 20, 60, and 150 mg/L), with three replications. Results showed that salinity stress significantly (P<0.05) decreased the content of chlorophyll a, b, total chlorophyll, and carotenoids. The activity of antioxidant enzymes catalase and peroxidase increased at low salinity concentrations but decreased at the 120 mM concentration. A significant interaction between salinity stress and copper nanoparticles was observed. Notably, applying copper nanoparticles (especially at 150 mg/L under 120 mM salinity) increased chlorophyll a, carotenoids, and catalase activity while decreasing chlorophyll b, total chlorophyll, and peroxidase activity. These findings indicate the potential of green copper nanoparticles to modulate the response of pinto beans to salinity stress, although the observed effects are concentration-dependent.
Abogadallah, G. M., Serag, M. M., and Quick, W. P.(2010). Fine and coarse regulation of reactive oxygen species in the salt tolerant mutants of barnyard grass and their wild-type parents under salt stress. Physiologia Plantarum.138:60–73.
Attia, H., Al-Yasi H. Alamer, K., Ali E. Hassan, F., Elshazly ,S., Hessini ,K.(2020 ).Induced anti-oxidation efficiency and others by salt stress in Rosa damascena Miller. Scientia horticulturae. 274:109681.
Bhandari, G., Dhasmana, A., Chaudhary, P., Gupta, S., Gangola, S., Gupta, A., Rustagi, S., Shende, S. S., Rajput, V. D. and Minkina, T.(2023).A Perspective Review on Green Nanotechnology in Agro-Ecosystems: Opportunities for Sustainable Agricultural Practices & Environmental Remediation, Agriculture, , vol. 13, no. 3, p. 668.
Biles , FB., Abeles, LC.( 1991). Characterization of Peroxidases in Lignifying Peach Fruit Endocar, Plant Physiology. 95, 269-273.
Bsoul, E. Y., Othman, S. A., Al-Ghzawi, A. L. A. and Massadeh, M. I.( 2023). Effect of Silver Nanoparticles on Growth and Physiological Responses of Spinach (Spinacia oleracea L.) under Salt Stress, Jordan J. Biol. Sci., , vol. 16, no. 1.
Cabús ,A., Pellini ,M., Zanzotti, R., Devigili ,L., Maines ,R., Giovannini, O., et al.(2017). Efficacy of reduced copper dosages against Plasmopara viticola in organic agriculture. Crop Protection. 96:103-8.
Da Costa, MVJ., & Sharma, PK.(2016).Effect of copper oxide nanoparticles on growth, morphology, photosynthesis, and antioxidant response in Oryza sativa. Photosynthetica. 54, 110-119.
Da Costa, MVJ., Kevat, N., Sharma PK.(2020 ).Copper Oxide Nanoparticle and Copper (II) Ion Exposure in Oryza sativa Reveals Two Different Mechanisms of Toxicity. Water, Air, and Soil Pollution. 231:1–16.
Faraz, A., Faizan, M., Hayat ,S., & Alam, P.(2022). Foliar application of copper oxide nanoparticles increases the photosynthetic efficiency and antioxidant activity in Brassica juncea. Journal of Food Quality. 2022(1):5535100.
Hnilickova, H., Kraus, K., Vachova, P. and Hnilicka, F.( 2021). Salinity stress affects photosynthesis, malondialdehyde formation, and proline content in Portulaca oleracea L., Plants, , vol. 10, no. 5, p. 845.
Islam, M. R., Sattar, D.-e.-s., Sattar, H., Perveen, S. and Akhlaq, L.( 2023).The Effect of Different Concentration of Silver Nanoparticles on the Growth, Bioactive Compound, and Scanning Electron Microscopy of Germinated Kidney Beans (Phaseolus vulgaris), Bionanoscience, , vol. 13, no. 3, p. 1064-1073.
Kolasinska, K., Szyrmer, J. and Dul, S.( 2000). Relationship between laboratory seed quality tests and field emergence of common bean seed, Crop Science, , vol. 40, no. 2, p. 470-475.
Kumar, P. P. N. V., Shameem, U., Kollu, P., Kalyani, R. L. and Pammi, S. V. N.(2015). Green Synthesis of Copper Oxide Nanoparticles Using Aloe vera Leaf Extract and Its Antibacterial Activity Against Fish Bacterial Pathogens, Bionanoscience, , vol. 5, no. 3, p. 135-139.
Mahawar ,L.,Živčák ,M., Barboricova ,M., Kovár, M., Filaček ,A., Ferencova ,J. ,& Brestič, M.(2024 ).Effect of copper oxide and zinc oxide nanoparticles on photosynthesis and physiology of Raphanus sativus L. under salinity stress. Plant Physiology and Biochemistry. 206, 108281.
Nair ,PMG., Chung ,IM.(2014 ).Impact of copper oxide nanoparticles exposure on Arabidopsis thaliana growth, root system development, root lignification, and molecular level changes. Environmental Science and Pollution Research. 21:12709–12722.
Nayak, P. R. and Begur, D. N.( 2023). Eco-friendly Biosynthesis of Silver Nanoparticles from Aloe vera Leaves Based on Various Parameters, Int. J. Multidisip. Res., , vol. 5, no. 5, p. 1-8.
Pereira , GJG., Molina, SMG., Lea .PJ., Azevedo, RA . (2002). Activity of antioxidantenzymes in response to cadmium in Crotalaria juncea. Plant Soil. 239: 123–132.
Rhaetian, Z., Fatemeh, N., Ali ,A.(2018). Effects of salinity stress on some growth, physiological, biochemical parameters and nutrients in two pistachio (Pistacia vera L.) rootstocks, Journal of Plant Interactions. 13(1):73-82.
Sarker ,U., & Oba S.(2020 ).The response of salinity stress-induced A. tricolor to growth, anatomy, physiology, non-enzymatic and enzymatic antioxidants. Frontiers in Plant Science.11:559876.
Selim, D.( 2022).Physiological responses of Phaseolus vulgaris to some Nano bio-stimulants under salt stress conditions, Annals of Agricultural Science, Moshtohor, , vol. 60, no. 3, p. 809-820.
Sevengor ,S., Yasar, F., Kusvuran ,S., Ellialtioglu ,S.(2011 ).The effect of salt stress on growth, chlorophyll content, lipid peroxidation and antioxidative enzymes of pumpkin seedling. African Journal of Agricultural Research. 6:4920-4924.
Schutzendubel ,A., Polle, A.(2002 ).Plant responses to abiotic stresses: heavy metal-induced oxidative stress and protection by mycorrhization. Journal of experimental botany. 53 (372):1351–1365.
Shahraki, S. H., Ahmadi, T., Jamali, B. and Rahimi, M.( 2024).The biochemical and growth-associated traits of basil (Ocimum basilicum L.) affected by silver nanoparticles and silver, BMC Plant Biol., , vol. 24, no. 1, p. 92.
Thabet, S. G. and Alqudah, A. M.( 2024). Unraveling the role of nanoparticles in improving plant resilience under environmental stress condition, Plant and Soil,.
Van Nguyen, D., Nguyen, H. M., Le, N. T., Nguyen, K. H., Nguyen, H. T., Le, H. M., Nguyen, A. T., Dinh, N. T. T., Hoang, S. A. and Van Ha, C.( 2022). Copper Nanoparticle Application Enhances Plant Growth and Grain Yield in Maize Under Drought Stress Conditions, J. Plant Growth Regul. , vol. 41, no. 1, p. 364-375.
Wang, D., Gao, Y., Sun, S., Lu, X., Li ,Q., Li ,L., & Liu. J.(2022 ).Effects of salt stress on the antioxidant activity and malondialdehyde, solution protein, proline, and chlorophyll contents of three Malus species. Life. 12(11):1929.
Xiong ,T., Dumat, C., Dappe ,V,. Vezin, H., Schreck, E., Shahid, M., Pierart, A. ,Sobanska, S.(2017) Copper oxide nanoparticle foliar uptake, phytotoxicity, and consequences for sustainable urban agriculture. Environmental Science & Technology.51 (9):5242–5251.