مجله باروری خاک

مجله باروری خاک

پاسخ‌های رشدی، آناتومیکی و بیوشیمیایی گیاه اسفناج به تیمار نانوذرات اکسید روی

نوع مقاله : مقاله علمی- پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم گیاهی،سلولی ومولکولی، دانشکده علوم طبیعی، دانشگاه تبریز،تبریز،ایران
2 پژوهشکده کشاورزی هسته ای، پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای، کرج، ایران
3 گروه علوم و مهندسی خاک،دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
چکیده
گسترش روزافزون کاربرد نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs) در کشاورزی مدرن، با وجود مزایای عملکردی، نگرانی‌هایی جدی پیرامون سمیت سلولی و پیامدهای زیست‌محیطی آن‌ها ایجاد کرده است. پژوهش حاضر با هدف واکاوی دقیق برهم‌کنش‌های این نانوذرات با گیاه اسفناج (Spinacia oleracea L.) و ارزیابی پاسخ‌های چندجانبه گیاه طراحی گردید. بدین منظور، پس از سنتز و مشخصه‌یابی دقیق نانوذرات با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته TEM، XRD و FT-IR، تأثیر غلظت‌های مختلف (۰، ۳۵، ۷۵ و ۱۵۰ میلی‌گرم بر لیتر) بر شاخص‌های مورفولوژیکی (وزن و طول اندام‌ها)، ویژگی‌های تشریحی (ضخامت دیواره سلولی و ساختار آوندی) و پارامترهای بیوشیمیایی (رنگدانه‌های فتوسنتزی، متابولیت‌های ثانویه و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی) مورد سنجش قرار گرفت. یافته‌ها حاکی از رفتار دوگانه و وابسته به دوز نانوذرات بود؛ به‌طوری‌که غلظت‌های پایین محرک رشد بوده، اما سطوح بالا با القای تنش اکسیداتیو، منجر به فعال‌سازی مکانیسم‌های دفاعی گیاه شامل ضخیم‌شدن دیواره‌های سلولی و ارتقای فعالیت سیستم آنتی‌اکسیدانی گردید. این مطالعه با ارائه شواهد علمی از نحوه سازگاری آناتومیکی و بیوشیمیایی اسفناج، الگویی کارآمد جهت بهینه‌سازی مصرف نانوکودها، مدیریت ریسک سمیت و توسعه کشاورزی پایدار و ایمن فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Growth, anatomical and biochemical responses of spinach plants to zinc oxide nanoparticles treatment

نویسندگان English

Hanie Mohajjel-Shoja 1
Vahideh Ajir 1
Elham Mohajel Kazemi 2
Elham Lamizadeh 3
Mehdi Nourzadeh Hadad 2
1 Department of Plant, Cell and Molecular Biology, Faculty of Natural Sciences, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Nuclear Agriculture Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Karaj, Iran
3 Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده English

The widespread application of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) in modern agriculture, despite their functional benefits, has raised serious concerns regarding cytotoxicity and environmental implications. The current study was designed to rigorously investigate the interactions of these nanoparticles with spinach (Spinacia oleracea L.) and to evaluate the plant’s multifaceted responses. To this end, following the synthesis and precise characteriza-tion of the nanoparticles utilizing advanced TEM, XRD, and FT-IR techniques, the effects of various concentra-tions (0, 35, 75, and 150 mg/L) on morphological indices (organ weight and length), anatomical features (cell wall thickness and vascular structure), and biochemical parameters (photosynthetic pigments, secondary metabolites, and antioxidant enzymes) were assessed. The findings revealed a dual, dose-dependent behavior of the nanopar-ticles; low concentrations stimulated growth, whereas high levels induced oxidative stress, triggering the activa-tion of plant defense mechanisms, including cell wall thickening and the enhancement of antioxidant system ac-tivity. By providing scientific evidence regarding the anatomical and biochemical adaptation mechanisms of spinach, this study offers a valuable framework for optimizing nano-fertilizer application, managing toxicity risks, and fostering the development of safe and sustainable agriculture.

کلیدواژه‌ها English

antioxidant enzymes
morphology
nanotechnology in agriculture
zinc oxide nanoparticles
Alia, N., Sardar, K., Said, M., Salma, K., Sadia, A., Sadaf, S., & Miklas, S. (2015). Toxicity and bioaccumulation of heavy metals in spinach (Spinacia oleracea) grown in a controlled environment. International Journal of Environmental Research and Public Health12(7), 7400-7416.
Aly, A. A., Safwat, G., Eliwa, N. E., Eltawil, A. H., & Abd El-Aziz, M. H. (2023). Changes in morphological traits, anatomical and molecular alterations caused by gamma-rays and zinc oxide nanoparticles in spinach (Spinacia oleracea L.) plant. BioMetals36(5), 1059-1079.
Amirjani, M. R., Askari-Mehrabadi, M., & Azizmohammadi, M. (2016). Investigation of the effects of zinc oxide nanoparticles on vegetative traits, elemental content, and photosynthetic pigments of wheat plants. Plant Biology Journal, 8(27), 33–48. (In Persian)
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical biochemistry72(1-2), 248-254. 
Casa, M., Sarno, M., Paciello, L., Beaumont, M. R., & Ciambelli, P. (2016). Synthesis and characterization of water stable ZnO quantum dots based-sensor for nitro-organic compounds. Chemical Engineering Transactions47, 7-12.
Chance, B., & Mealy, A.C. (1955) Assay of catalases and peroxidases. Methods in Enzymology. 11, 764-755
Dadkhah, N., Ebadi, A., Parmoon, G., Ghlipoori, E., & Jahanbakhsh, S. (2014). Effect of spraying zinc on photosynthetic pigments and grain yield of chickpea under level different irrigation. Iranian Dryland Agronomy Journal3(2), 141-160. (In Persian)
Feyzi, H., Azimi, R., & Kianian, M. K. (2020). Nano-technology research in agronomic, non-agronomic, medicinal, and ornamental plants. Torbat Heydariyeh University Press, pp. 1–3. (In Persian)
Halliwell, B. (2006). Reactive species and antioxidants. Redox biology is a fundamental theme of aerobic life. Plant physiology141(2), 312-322.
Jensen, W. A. (1962). Botanical Histochemistry: Principles and practice, WH Freeman and Co.: San Francisco, CA, USA.
Laware, S. L., & Raskar, S. (2014). Influence of zinc oxide nanoparticles on growth, flowering and seed productivity in onion. International Journal of Current Microbiology Science3(7), 874-881.
Lichtenthaler, H. K., & Wellburn, A. R. (1983). Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. 591-592.
Lin, D., & Xing, B. (2007). Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth. Environmental pollution150(2), 243-250.
Lv, J., Christie, P., & Zhang, S. (2019). Uptake, translocation, and transformation of metal-based nanoparticles in plants: recent advances and methodological challenges. Environmental Science: Nano, 6(1), 41-59.
Ma, M., Geiser-Lee, J., Deng, Y., & Kolmakov, A. (2010). Interactions between engineered nanoparticles (ENPs) and plants: Phytotoxicity, uptake and accumulation. Science of the Total Environment, 408: 3053-3061.
Mazaheri Tirani, M., Madadkar Haghjou, M., & Ismaili, A. (2019). Hydroponic grown tobacco plants respond to zinc oxide nanoparticles and bulk exposures by morphological, physiological and anatomical adjustments. Functional Plant Biology46(4), 360-375.
Meda, A., Lamien, C. E., Romito, M., Millogo, J., & Nacoulma, O. G. (2005). Determination of the total phenolic, flavonoid and proline contents in Burkina Fasan honey, as well as their radical scavenging activity. Food chemistry91(3), 571-577. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.10.006.
Nakabayashi, R., YonekuraSakakibara, K., Urano, K., Suzuki, M., Yamada, Y., Nishizawa, T., & Saito, K. (2014). Enhancement of oxidative and drought tolerance in Arabidopsis by overaccumulation of antioxidant flavonoids. The Plant Journal77(3), 367-379. https://doi.org/10.1111/tpj.12388.
Nakano, Y., & Asada, K. (1981). Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant and cell physiology22(5), 867-880.
Navarro, E., Baun, A., Behra, R., Hartmann, N. B., Filser, J., Miao, A. J., & Sigg, L. (2008). Environmental behavior and ecotoxicity of engineered nanoparticles to algae, plants, and fungi. Ecotoxicology17(5), 372-386.
Noor, R., Maqsood, A., Baig, A., Pande, C. B., Zahra, S. M., Saad, A., & Singh, S. K. (2023). A comprehensive review on water pollution, South Asia Region: Pakistan. Urban Climate48, 101413.  
Pandey, A. C., S. Sanjay, S., & S. Yadav, R. (2010). Application of ZnO nanoparticles in influencing the growth rate of Cicer arietinum. Journal of Experimental nanoscience5(6), 488-497.
Pandjaitan, N., Howard, L.R., Morelock, T., & Gil, M.I. (2005). Antioxidant capacity and phenolic content of spinach as affected by genetics and maturation. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 53, 8618-8623.
Raliya, R., Nair, R., Chavalmane, S., Wang, W. N., & Biswas, P. (2015). Mechanistic evaluation of translocation and physiological impact of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles on the tomato (Solanum lycopersicum L.) plant. Metallomics7(12), 1584-1594.
Singleton, V. L., Orthofer, R., & Lamuela-Raventós, R. M. (1999). Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. In Methods in enzymology (Vol. 299, pp. 152-178). Academic press.
Tripathi, S., Sonkar, S. K., & Sarkar, S. (2011). Growth stimulation of gram (Cicer arietinum) plant by water soluble carbon nanotubes. Nanoscale3(3), 1176-1181.
Wang, C., Zhang, S. H., Wang, P. F., Hou, J., Zhang, W. J., Li, W., & Lin, Z. P. (2009). The effect of excess Zn on mineral nutrition and antioxidative response in rapeseed seedlings. Chemosphere75(11), 1468-1476.

  • تاریخ دریافت 04 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 30 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 10 آذر 1404
  • تاریخ انتشار 01 آذر 1404