بررسی نانو دی‌اکسید تیتانیوم بر ویژگی‌های مورفولوژیک و بیوشیمیایی برخی از رقم‌های توت‌فرنگی در شرایط کشت هیدروپونیک

علوم باغبانی

مقاله 16، دوره 37، شماره 2 - شماره پیاپی 58، مرداد 1402، صفحه 509-522   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhs.2022.77464.1183

نویسندگان

فاطمه جوان؛ یحیی سلاح ورزی^* ؛ مریم کمالی

گروه علوم باغبانی و مهندسی فضای سبز, دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

توت­فرنگی به دلیل عطر، طعم و دارا بودن ارزش غذایی بالا جایگاه خود را در رژیم غذایی میلیون­ها نفر در جهان پیدا کرده است. امروزه عواملی از قبیل تغیرات آب و هوایی، محدود شدن منابع آب و خاک، افزایش آلودگی محیط زیست، مشکلاتی در زمینه کشاورزی و تولید غذای کافی و سالم به وجود آورده است. از این رو دانشمندان برای غلبه بر این مشکلات ابزارهای گوناگونی به کار می­برند که از آن جمله می­توان به فناوری نانو اشاره نمود. به همین منظور پژوهشی برای بررسی تأثیر محلول­پاشی نانو دی­اکسید تیتانیوم بر برخی ویژگی­های مورفولوژیک و بیوشیمیایی در چهار رقم توت­فرنگی در گلخانه هیدروپونیک گروه علوم باغبانی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در سال 1400-1399 اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح نانو دی­اکسید تیتانیوم (صفر، 5، 10 و 20 میلی­گرم بر لیتر) و چهار رقم توت­فرنگی (’سابرینا‘، ’پاروس‘، ’گاویوتا‘ و’ کاماروسا‘) بود. آزمایش به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار انجام شد. نتایج نشان داد که اختلاف معنی­داری بین ارقام مورد مطالعه از نظر صفات مورد بررسی وجود داشت. در سطح 10 میلی­گرم بر لیتر نانو دی­اکسید تیتانیوم تعداد میوه در ارقام ’سابرینا‘ (72/1)، ’پاروس‘ (03/2)، ’گاویوتا‘ (59/2) و ’کاماروسا‘ (65/1) برابر نسبت به تیمار شاهد و سطح برگ بوته در ارقام’سابرینا‘ (1/10 درصد)، ’پاروس‘ (8/19 درصد)، ’گاویوتا‘ (3/22 درصد) و ’کاماروسا‘ (1/6 درصد) نسبت به تیمار شاهد و وزن خشک بخش هوایی در ارقام’سابرینا‘ (7/23 درصد)، ’پاروس‘ (8/18 درصد)، ’گاویوتا‘ (6/26 درصد) و ’کاماروسا‘ (5/21 درصد) نسبت به تیمار شاهد و طول رانر در ارقام ’پاروس‘ (51 درصد) و ’گاویوتا‘ (9/42 درصد) نسبت به تیمار شاهد افزایش یافت. هم چنین در سطح 10 میلی­گرم بر لیتر نانو دی­اکسید تیتانیوم بیشترین میزان وزن خشک ریشه (8 گرم) و طول ریشه (1/30 سانتی­متر) در رقم ’گاویوتا‘ و طول رانر (2/166 سانتی­متر) در رقم ’پاروس‘ بدست آمد. بیشترین میزان pH آبمیوه در رقم ’گاویوتا‘ (97/3)، اسیدیته قابل تیتراسیون در رقم ’کاماروسا‘ (4/3 میلی­گرم بر 100 گرم وزن تازه برگ)، مواد جامد محلول در رقم ’کاماروسا‘ (5/9 درجه بریکس) و آنتی­اکسیدان در رقم ’سابرینا‘ (9/90 درصد) در سطح 20 میلی­گرم بر لیتر نانو دی­اکسید تیتانیوم بدست آمد. بر اساس نتایج بدست آمده ارقام ’گاویوتا‘ و ’پاروس‘ نسبت به دو رقم دیگر، از کارایی و عملکرد بهتری برخوردار بودند.

کلیدواژه‌ها

آنتی اکسیدان؛ تعداد میوه؛ رقم؛ شاخص سطح برگ؛ میزان مواد جامد محلول

مراجع

1. Akhtar, A.N., Abbasi, A., & Hussain, A. (2010). Effect of calcium chloride treatments on quality characteristics of loquat fruit during storage. Pakistan Journal of Botany, 42(1), 181-188.
2. Alcaraz, C., Botia, M., Carlos, F., & Fernando, R. (2004). Effect of foliar sprays containing calcium, magnesium and titanium on peach (Prunus persica L.) fruit quality. Journal of the Science of Food and Agriculture, 84(9), 949-954. http://dx.doi.org/10.1002/jsfa.1703
3. Aminizade bezenjani, S. (2019). Study of the interaction of nanoparticles of titanium dioxide and selenium dioxide on increasing the resistance of tomato plant under salinity stress. University of Industrial and Advanced Technology.
4. Arena, M.E., & Curvetto, N.S. (2008). Berberis buxifolia fruiting: Kinetic growth behavior and evolution of chemical properties during the fruiting period and different growing seasons. Scientia Horticulturae, 118, 120-127. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2008.05.039
5. Asadi Gharneh, H., Arzani, K., Shogaeyan, A., Golparvar, A., & Sabbaghnia, N. (2014). Evaluation of genetic diversity in some strawberry (Fragaria × annanasa Duch.) cultivars in Iran using morphological characteristics. Plant Productions, 4(37), 93-106.
6. 6. Binesh, M., Mortazavi, A., Armin, M., & Moradi, M. (2010). Investigation of the use of titanium dioxide and silver nanocomposites in Mazafati date packaging on its microbial changes during storage. Journal of Food Science and Technology, 2(1), 1-8.
7. Chang, L., Wang, Q., & Mei, H. (2007). Effect of nanoparticles on the bacterial community of the cucumber phyllosphere. Chinese Journal of Agricultural Biotechnology, 6(2), 141-145. http://dx.doi.org/10.1017/S1479236209990179
8. Dar, T.A., Uddin, M., Khan, M.M.A., Hakeem, K.R., & Jaleel, H. (2015). Jasmonates counter plant stress: a review. Environmental and Experimental Botany, 115, 49-57. http://dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.02.010
9. Elghniji, K., Sabrine, S., Ben, Mosbah, M., Elimame, E., & Moussaoui, Y. (2014). Detoxification of 4-chlorophenolin TiO₂ sunlight system: effect of raw and treated solution on seed germination and plants growth of various sensitive vegetables. Toxicological and Environmental Chemistry, 96, 869-879. http://dx.doi.org/10.1080/02772248.2014.983511
10. Galili Marandi, R. (2007). Tiny fruits. Urmia University Jihad Publications 2: 240.
11. Ghasemi, K., Emadi, S.M., & Ghasemi, Y. (2018). Effect of different culture media on broccoli (Brassica oleracea var. italica) yield components and mineral elements concentration in soilless Culture. Journal of Horticultural Science 31(4), 694-704. https://doi.org/10.22067/jhorts4.v31i4.58860
12. Ghasemnezhad, M., Sherafati, M., & Payvast, G.A. (2011). Variation in phenolic compounds, ascorbic acid and antioxidant activity of five coloured bell pepper (Capsicum annunm) fruits at two different harvest times. Journal Scientia Functional Foods, 3(1), 44-49. http://dx.doi.org/10.1016/j.jff.2011.02.002
13. Ghasemnezhad, M., Zareh, S., Rassa, M., & Sajedi, R.H. (2013). Effect of chitosan coating on maintenance of aril quality, microbial population and PPO activity of pomegranate (Punica granatum L. cv. Tarom( at cold storage temperature. Journal Science of Food Agriculture, 93(2), 368-374. http://dx.doi.org/10.1002/jsfa.5770
14. Haghighi, M., & Daneshmand, B. (2012). Comparison of titanium and titanium nanoparticles on growth and photosynthesis of tomato in hydroponic system. Science and Technology of Greenhouse Cultures, 4(13), 73-79. (In persian).
15. Hashemi Dehkourdi, E., Mousavi, M., Moallemi, N., & Ghafariyan moghareb, M.H. (2016). Effect of nanoparticles of titanium dioxide (anatase) on physiological characteristics of strawberry (Fragaria ananassa cv. Queen Elisa) in hydroponic condition.  Journal of Plant Process and Function, 5(16), 1-8. (In Persian with English abstract)
16. Heschel, M.S., & Riginos, C. (2005). Mechanism of selection for drought stress tolerance and avoidance in Impatiens capensis (Balsaminaceae). American Journal of Botany, 92, 37-44. https://doi.org/10.3732/ajb.92.1.37
17. Hokmabadi, H., Haidarinezad, A., Barfeie, R., Nazaran, M., Ashtian, M., & Abotalebi, A. (2006). A new iron chelate introduction and their effects on photosynthesis activity chlorophyll content and nutrients uptake of pistachio (Pistacia vera L.). International Horticultural Congress and Exhibition. Seoul, Korea. August, 13-19. http://dx.doi.org/10.17660/ActaHortic.2007.741.19
18. Hong, F., Yang, P., Gao, F., Liu, C., Zheng, L., Yang, F., & Zhou, J. (2005). Effect of nano-TiO₂ on spectral characterization of photosystem II particles from spinach. Chemical Research in Chinese Universities, 21(2), 196–200.
19. Hossain, M.R., Natarajan, S., Kim, H.T., Jesse, D.M.I., Lee, C.G., Park, J.I., & Nou, I.S. (2019). High density linkage map construction and QTL mapping for runner production in allo-octoploid strawberry Fragaria × ananassa based on ddRAD-seq derived SNPs. Scientific Reports, 9, 1-11. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39808-9
20. Jung, D.H., Kim, H.J., Choi, G.L., Ahn, T.I., Son, J.E., & Sudduth, K.A. (2015). Automated lettuce nutrient solution management using an array of ion-selective electrodes. Transactions of the ASABE, 58(5), 1309-1319. http://dx.doi.org/10.13031/trans.58.11228
21. 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.
22. Kiafar, H., Mosavi, M., Ebadi, A., Moallemi, N., & Fattahi Moghaddam, M.R. (2019). Effect of Titanium Dioxide Nanoparticles on flower and fruit characteristics of early peach Alberta cultivar. 11^th Iranian Congress of Horticultural Sciences, 11: 1-5.

 

23. Li , J., Naeem, M.S., Wang, X., Liu, L., Chen, C., Ma, N., & Zhang, C. (2015). Nano- TiO₂ is not phytotoxicas revealed by the oilseed rape growth and photosynthetic apparatus ultra-structural response. PLOS One, 10(12), p.e0143885. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0143885
24. Lichtenthaler, H.K., & Buschmann, C. (2001). Extraction of photosynthetic tissues: chlorophylls and carotenoids. Food Analytical  Chemistry, F4. 2.1- F4. 2.6.
25. Mahmoodzadeh, H., Aghili, R., & Nabavi, M. (2013). Physiological effects of TiO₂ nanoparticles on wheat (Triticum aestivum). Journal of Engineering and Applied Science, 3(14), 1365-1370.
26. Marschner, P. (2012). Marschner, s mineral nutrition of higher plants. (Academic Press: London). 651 pp.
27. Mingyu, S., Xiao, W., Chao, L., Chunxiang, Q., Xiaoqing, L., Liang, C., & Fashui, H. (2007). Promotion of energy transfer and oxygen evolution in spinach photosystem II by nano-anatase TiO₂. Biological Trace Element Research, 119(2), 183-192. http://dx.doi.org/10.1007/s12011-009-8425-7
28. Moradi, I. (2020). The effect of titanium dioxide nanoparticles on modulating the effects of water stress in strawberries under soilless cultivation conditions. Faculty of Agriculture. Kordestan University.
29. Morteza, E., Moaveni, P., Farahani, H.A., & Kiyani, M. (2013). Study of photosynthetic pigments changes ofmaize (Zea mays L.) under nano TiO₂ spraying at various growth stages. Springer Plus, 2(1), 247. http://dx.doi.org/10.1186/2193-1801-2-247
30. Qi, M., Liu, Y., & Li, T. (2013). Nano-TiO₂ improves the photosynthesis of tomato leaves under mild heat stress. Biological Trace Element Research, 156, 323-328. http://dx.doi.org/10.1007/s12011-013-9833-2
31. Rezaei, F., Moaveni, P., & Mozafari, H. (2015). Effect of different concentrations and time of nano TiO₂ spraying on quantitative and qualitative yield of soybean (Glycine max L.) at Shahr-e-Qods, Iran. Biological Forum – An International Journal, 7(1), 957-964.
32. Sadeghi, P., & Hasanpour, H. (2021). Effect of foliar application of nano-TiO₂ on some quantitative and qualitative attributes of strawberry fruit (Fragaria × ananassa Duch.) cv. Sabrina under deficit fertigation. Journal of Horticultural Sciences and Techniques of Iran, 22(3), 371-382.
33. Siddiqi, K.S., & Husen,  A. (2016). Engineered  gold  nanoparticles  and  plant  adaptation  potential. Nanoscale  research  letters  11(1): 400.  http://doi.org/10.1186/s11671-016-1607-2
34. Siddiqi, K.S., &  Husen, A. (2017). Plant  response  to  engineered  metal  oxide  nanoparticles. Nanoscale  research  letters  12(1): 92. http://dx.doi.org/10.1186/s11671-017-1861-y
35. Song, C., Huang, M.C., White, J., Zhang, X., Wang, W., Kyei Sarpong, C., Jamali, Z.H., Zhang, H., Zhao, L., & Wang, Y. (2020). Metabolic profile and physiological response of cucumber foliar exposed to engineered MoS₂ and TiO₂ nanoparticles. Elsevier, 1-10. http://dx.doi.org/10.1016/j.impact.2020.100271
36. Taiz, L., & Zeiger, E. (2002). Plant Physiology. Sinauer Associates.
37. Tanada-Palmu, P., & Grosso, C. (2005). Effect of edible wheat gluten-based films and coatings on refrigerated strawberry (Fragaria ananassa) quality. Postharvest Biology and Technology, 36, 199-208. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2004.12.003
38. Tang, Y., Ma, X., Li, M., & Wang, Y. (2020). The effect of temperature and light on strawberry producthin in a solar greenhouse. Solar Energy, 195, 318-328. http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2019.11.070
39. Tehrani, A. (2014). The effect of foliar application of humic substances on some quantitative and qualitative characteristics of strawberry var. Camarosa. Ph.D Dissertation, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran. (In Persian).
40. Todeschini, V., Aitlahmidi, N., Mazzucco, E., Marsano, F., Gosetti, F., & Robotti, E. (2018). Impact of beneficial microorganisms on strawberry growth, fruit production, nutritional quality, and volatilome. Frontiers in Plant Science, 9, 1611. http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2018.01611
41. Turhan, E., & Eris, A. (2005). Changes of micronutrients, dry weight, and chlorophyll contents in strawberry plants under salt stress conditions. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 36(7-8), 1021-1028. http://dx.doi.org/10.1081/CSS-200050418
42. Yang, F., Hong, F., You, W., Liu, C., Gao, F., Wu, C., & Yang, P. (2006). Influence of nano-anatase TiO₂ on the nitrogen metabolism of growing spinach. Biological Trace Element Research, 110(2), 179-190. https://doi.org/10.1385/BTER:110:2:179
43. Zheng, L., Hong, F., Lu, S., & Liu, C. (2005). Effect of nano-TiO₂ on strength of naturally aged seeds and growth of spinach. Biological Trace Element Research, 104(1), 83-91. http://dx.doi.org/10.1385/bter%3A104%3A1%3A083
44. Zheng, L., Mingyu, S., Chao, L., Liang, C., Huang, H., Xiao, W., Xiaoqing, L., Yang, F., Gao, F., & Hong, F. (2007). Effects of nanoanatase  TiO₂ on photosynthesis of spinach chloroplasts  under different  light  illumination.  Biological Trace Element Research, 119, 68-76. https://doi.org/10.1007/s12011-007-0047-3