اثر محلول‌پاشی نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اسیدسالیسیلیک بر تعدیل اثرات مخرب تنش کمبود آب در ذرت دانه‌ای سینگل کراس 704 (Zea mays L.)

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 8، دوره 18، شماره 2 - شماره پیاپی 58، تیر 1399، صفحه 241-250   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/gsc.v18i2.81953

نویسندگان

فائزه شرقی؛ ابراهیم خلیل وند بهروزیار^*

دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز

چکیده

به‌منظور بررسی اثر محلول‌پاشی نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اسید سالیسیلیک بر تعدیل اثرات مخرب تنش کمبود آب در ذرت هیبرید سینگل کراس 704، آزمایشی به‌صورت اسپلیت پلات فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در ایستگاه تحقیقاتی دانشکده‌ی کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز طی سال زراعی 1397 اجراشد. عامل اصلی تنش کمبود آب در سه سطح 50، 75 و 100 درصد رطوبت قابل دسترس و ترکیب فاکتوریلی کاربرد نانو دی‌اکسید تیتانیوم (n-TiO2) (در سه سطح صفر، 01/0 و 03/0 درصد) و اسید سالیسیلیک (SA) (در دو سطح صفر و نیم درصد) به‌عنوان عامل فرعی در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده‌ها نشان داد که اثر محلول‌پاشی  n-TiO2و SA تحت سطوح مختلف تنش کمبود آب بر صفات فعالیت آنزیم کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز در سطح احتمال پنج درصد و محتوای کلروفیل a، b و کلروفیل کل در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار بود. همچنین اثر محلول‌پاشی SA تحت تنش کمبود آب بر صفت سوپراکسید دیسموتاز در سطح احتمال پنج درصد معنی‌دار بود. اثر متقابل محلول‌پاشی n-TiO2 در سطوح مختلف تنش کمبود آب نیز بر صفت سوپراکسید دیسموتاز در سطح احتمال یک درصد و اثر محلول‌پاشی n-TiO2 و SA نیز بر صفت سوپراکسید دیسموتاز در سطح احتمال پنج درصد معنی‌دار بود. نتایج نشان داد که محلول‌پاشی با 01/0 درصد نانو دی‌اکسید تیتانیوم تحت شرایط 50 درصد رطوبت قابل دسترس بیشترین فعالیت آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز را داشت. همچنین محلول‌پاشی با 01/0 درصد نانو دی‌اکسید تیتانیوم و 5/0 درصد اسید سالیسیلیک تحت رطوبت 50 درصد قابل دسترس بیشترین مقدار فعالیت آنزیم کاتالاز را به خود اختصاص داد. کاربرد 01/0 درصد نانو دی‌اکسید تیتانیوم و 5/0 درصد اسید سالیسیلیک در شرایط آبیاری کامل در مقایسه با عدم کاربرد نانو دی‌اکسید تیتانیوم و اسید سالیسیلیک تحت آبیاری 50 درصد رطوبت قابل دسترس به‌ترتیب 79 درصد، 5/2 برابر و 82 درصد محتوای کلروفیل a، b و کلروفیل کل را افزایش داد. در این مطالعه کاربرد نانو ذرات دی‌اکسید تیتانیوم و اسیدسالیسیلیک با افزایش فعالیت آنزیم‌های سوپر اکسید دیسموتاز، کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز موجب تعدیل اثرات منفی تنش کمبود آب گردید. همچنین با توجه به این‌که نانو ذرات دی‌اکسیدتیتانیوم و اسید سالیسیلیک بر آنزیم‌های تاثیرگذار بر فیزیولوژی گیاه اثرات مثبتی داشتند از این رو میزان تولید دانه ذرت نسبت به شاهد و شرایط کم آبیاری افزایش قابل ملاحظه‌ای نشان داد.

کلیدواژه‌ها

آسکوربات پراکسیداز؛ سوپر اکسید دیسموتاز؛ کاتالاز؛ محتوای کلروفیل؛ محلول‌پاشی

مراجع

1. Agarwal, S., Sairam, K. R., Srivastava, G. C., Aruna, T., and Meena, C. R. 2005. Role of ABA,Salicylic acid, calcium and hydrogen peroxide on antioxidant enzyme induction in wheatseedlings. Plant Science 169: 559-570.

2. Ahmad, P. 2016.Water stress and crop plants. First edition. John Wiley & Sons, Ltd, 466 pp.

3. Alscher, R. G., Erturk, N., and Heath, L. S. 2002. Role of superoxide dismutase (SOD) in controlling oxidative stress in plant. Experimental Botany 153: 1331-1341.

4. Anjum, S., Xie, X., Wang, L., Saleem, M., Man, C., and Lei, W. 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agriculture Research 6(9): 2026-2032.

5. Aref, I., El Atta, H., El Obeid, M., Ahmed, A., Khan, P., and Iqbal, M. 2013. Effect of water stress on relative water and chlorophyll contents of Juniperus procera Hochst. Ex Endlicher in Saudi Arabia. Life Science Journal 10 (4): 681-685.

6. Ariano, S., Bartolomeo, D., Cristos, X., and Andras, M. 2005. Antioxidant defences in Olive trees during drought stress: changes in activity of some antioxidant enzymes. Functional Plant Biology 32: 45-53.

7. Cakmak, I., and Horst, W. 1991. Effect of aluminium on lipid peroxidation, superoxide dismutase, catalase and peroxidase activities in root tip of soybean (Glycine max). Plant Physiology 83:463-468.

8. Fadeel, B., Pietroiusti, A., and Shvedova, A. 2017. Adverse Effects of Engineered Nanomaterials. Exposure, Toxicology, and Impact on Human Health. Elsevier Academic Press, New York. Pp. 468.

9. Fung, R. W. M.,Wang, C. Y., Smith, D. L., Gross, K. C., and Tiam, M. 2004. MeSA and MeJA increase steady-state transcript levels of alternative oxidase and resistance against chilling injury in sweet peppers. Plant Science 166: 711-719.

10. Ghorbanpour, M., Hatami, M., and Hatami, M. 2015. Activating antioxidant enzymes, hyoscyamine and scopolamine biosynthesis of Hyoscyamus niger L. plants with nano-sized titanium dioxide and bulk application. Acta agriculturae Slovenica 105 (1): 23-35.

11. Giannopolities, C. N., and Ries, S. K. 1977. Superoxide dismutase: I. Occurrence in higher plants. Plant Physiology 59: 309-314.

12. Hafis, C., Romerro-Puertas,M. C., Rio, L. A., Abdelly, C., and Sandalio, L. M. 2011. Antioxidative response of Hordem maritimum L. to potassium deficiency. Acta Physiologiae Plantarum 33: 193-202.

13. Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Gill, S. S., and Fujita, M. 2014. Drought stress responses in plants, oxidative stress, and antioxidant defense. In: Gill, S. S., Tuteja, N. (ed.): Climate Change and Plant Abiotic Stress Tolerance 18: 209-249.

14. Jaberzadeh, A., Moaveni, P., Tohidi Moghadam,H.R., and Moradi,O. 2010.Assessment of particular of nano titanium in wheat agricultural characterization onthe drought steers. Journal of Crop Ecophysiology 2: 295-301. (in Persian).

15. Kamanga, R. M., Mbega, E., and Ndakidemi, P. 2018. Drought Tolerance Mechanisms in Plants: Physiological Responses Associated with Water Deficit Stress in Solanum lycopersicum. Advances in Crop Science and Technology, 6 (3): 1-8.

16. Khalilvand Behrouzyar, E., Yarnia, M., and Ghasemi, A. 2019. Effect of nano-TiO2 foliar application on ear yield and activity of some antioxidant enzymes of sweet corn under water deficit stress. Crop Physiology Journal 11 (43): 105-118. (in Persian).

17. Khalilvand Behrouzyar, E. 2017. Effect of Seed Priming with Ethanol, Methanol, Boron and Manganese on some of Morphophysiological Characteristics of Rapeseed (Brassica napus L.) under Water Deficit Stress. Journal of Crop Ecophysiology 11 (4): 805-820. (in Persian).

18. Khan, M.N., Mobin, M., Abbas, Z. K., AlMutairim, K. A., and Siddiqui, Z. H. 2017. Role of nanomaterials in plants under challenging environments. Plant Physiology and Biochemistry 110: 194-209.

19. Khater, M. S. 2015. Effect of Titanium Nanoparticles (TiO2) on Growth, Yield and Chemical Constituents of Coriander Plants. Arab Journal of Nuclear Science and Applications, 48 (4): 187-194.

20. Lei, Z., Mingyu, S., Xiao, W., Chao, L., Chunxiang, Q., Liang, C., Hao, H., Xiao-qing, L., and Fashui, H. 2008. Antioxidant stress is promoted by nano-anatase in spinach chloroplasts under UV-B radiation. Biological Trace Element Research 121: 69-79.

21. Leng, G., and Hall, L. 2019. Crop yield sensitivity of global major agricultural countries to droughts and the projected changes in the future. Science of the Total Environment 654: 811-821.

22. Lowry, O. H., Rosebrough, N. J., and Rand, R. J. 1951. Protein measurement with the folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry 193: 265-275.

23. Luxmore, B. 1990. Methods of soil Analysis. Part II, 3th Edition, pp.493-59.

24. Mahmoodzadeh, H., Aghili, R., and Nabavi, M. 2013. Physiological effect of TiO2 nanoparticles on wheat (Triticum aestivum). Technical Journal of Engineering and Applied Sciences 3(14): 1365-1370.

25. Moaveni, P., Talebi, R., Farahani, H.A., and Maroufi, K. 2011b. Study of TiO2 nano particles spraying effect on the some physiological parameters in barley (Hordem Vulgare L.). Advances in Environmental Biology 5(7): 1663-1667.

26. Morteza, E., Moaveni, M., Aliabadi Farahani, H., and Kiyani, M. 2013. Study of photosynthetic pigments changes of maize (Zea mays L.) under nano TiO2 spraying at various growth stages. Springer Plus 247 (2): 1-5.

27. Mohammadi, H., Esmailpour, M., and Gheranpaye, A. 2017. Effects of TiO2 nanoparticles and water deficit stress on morpho-physiological characteristics of dragonhead plants. Acta agriculturae Slovenica 107(2): 385-396.

28. Nakano,Y., and Asada, K. 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiology 22 (5): 867-880.

29. Nouri, H., Moaveni, P., and Soltaanieh, M. 2017. Study of nano particle TiO2 spraying on chlorophyll, yield and yield components of lentil (Lens culinaris Medik). Iranian Journal of Pulses Research 8 (2): 57-68. (In Persian).

30. Parvaiz, A., and Satyawati, S. 2008. Salt stress and Phyto-biochemical responses of plants. Plant Soil Environment 54: 89-99.

31. Porra, R. J. 2002. The chequered history of the development and use of simultaneous equations for the accurate determination of chlorophylls a and b. Photosynthesis Research 73: 149156.

32. Rao, S. R., Qayyum, A., Razzaq, A., Ahmad, M., Mahmood, I., and Sher, A. 2012. Role of foliar application of salicylic acid and L- Tryptophan in drought tolerance on maize. The Journal of Animal and Plant Sciences 22 (3): 768-772.

33. Rosi, H. S. 2018. Kalyanasundaram, Synthesis, characterization, structural and optical properties of titanium-dioxide nanoparticles using Glycosmis cochinchinensis leaf extract and its photocatalytic evaluation and antimicrobial properties. World News of Natural Sciences 17: 1-15.

34. Sairam, R., and Tyagi, A. 2004. Physiology and molecular biology of salinity stress tolerance in plants. Current Science 86(3): 407-421.

35. Senaratna, T., Touchell, D., Bunn, E., and Dixon, K. 2000. Acetyl salicylic acid (Aspirin) and salicylic acid induce multiple stress tolerance in bean and tomato plants. Plant Growth Regulation 30: 157-161.

36. Sharma, P., Jha, A., Dubey, R., and Pessarakli, M. 2012. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. Journal of Botany 14: 1-26.

37. Talebi, S., Jafarpour, M., Mohammadkhani, A., and Sadeghi, A. 2012. The effect of different concentrations of salicylic acid and sodium chloride on Iranian Borage. International Journal of Agriculture and Crop Sciences 4:1348-1352.

38. Usatii, A., Besliu, A., and Efremova, N. 2017. Effect of Fe3O4 and TiO2 nanoparticles on catalase activity and B-carotene content at pigmented yeast strain Rhodootorula gracilis. Acta Universitatis Cibiniensis Series E: Food Technology 21 (1): 35-40.

39. Wang, L. J., and Li, S. H. H. 2006. Salicylic acid induced heat or cold tolerance in relation to Ca2+ homeostasis and antioxidant system in young grape plants. Plant Science 170: 685-694.

40. Wen-Bin, W., Yun-Hee, K., Haeng-Soon, L., Ki-Yong, K., and Xi-Ping, D. 2009. Analysis of antioxidant enzyme activity during germination of alfalfa under salt and drought stresses. Plant Physiology and Biochemistry 47: 570-577.

41. Zheng, L., Su, M., Liu, C. H., Li, C., Huang, H., Wu, X., Liu, X., Yang Gao, F., and Hong, F. 2007. Effects of Nanoanatase TiO2 on photosynthesis of spinach chloroplasts under different light Illumination. Biological Trace Element Research 119:68-76.