Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology)

The effect of magnesium dioxide nanoparticles on morphological and physiological traits on Achillea millefolium L.

Document Type : Research Paper

Authors

1 Faculty of Agriculture, Islamic Azad University, Shahr-e-Qods branch, Tehran, I.R. of Iran

2 Graduated student of Faculty of Agriculture, Islamic Azad University, Shahr-e-Qods branch, Tehran, I.R. of Iran

Abstract

امروزه فناوری نانو نقش بسیار مهمی در زمینه‌های مختلف علمی کاربردی دارد. نانوذره میزیم همانند سایر نانوذرات سنتز شده زیستی دارای خواص متعددی می‌باشد که می‌تواند تغییرات مثبت یا منفی در ویژگی‌های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه ایجاد کند. در این پژوهش به‌منظور بررسی اثر غلظت‌های مختلف نانوذرات دی‌اکسید منیزیم و مراحل مختلف محلول‌ پاشی بر صفات مورفوفیزیولوژیکی، گیاه دارویی بومادران تحت تاثیر خشکی، آزمایشی به‌صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار در دو سال در مزرعه‌ای در شهرستان ملارد، شهر صفادشت اجرا شد. تیمارهای مورد بررسی‏‏، شامل تنش آبیاری در دو سطح آبیاری هر ٧ روز (شاهد) و آبیاری هر ١٤ روز‏‏‏‏‏‏‏‏،‏ در کرت‌های اصلی و چهار مرحله محلول‌پاشی (پنجه زنی، ساقه روی، قبل از گلدهی و بعد از گلدهی) و کاربرد دوزهای مختلف نانودی‌اکسید منیزیوم (عدم محلول پاشی، 1 درصد، 3 درصد و 5 درصد) به صورت فاکتوریل در کرت‌های فرعی بود. در طول فصل رشد، سطح برگ هر ماه روز یکبار‏‏، با استفاده از دستگاه سطح برگ‌سنج جهت محاسبه شاخص‌های رشد CGR و NAR اندازه‌گیری شد نمونه‌برداری‌ها به منظور اندازه‌گیری صفات آن از جمله، میزان محتوای نسبی آب برگ(RWC) ، برای هر کدام از تیمارها، 72 ساعت بعد از سومین مرحله محلول‌پاشی انجام شد. به‌طور کلی از نتایج به‌دست آمده چنین استنباط می‌شود کـه بـا افـزایش غلظت نانو ذره دی اکسید منیزیم ، اثرهای نامطلوب تنش خشکی کاهش می‌یابد. البته به نظر می‌رسد که تمایل نانوذرات برای متراکم شدن در غلظت‌های بالاتر ،موجب سرکوب آثار واقعی آن‌ها می‌شود.

Keywords

Main Subjects

تاثیر نانوذره دی­اکسید منیزیم بر صفات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی بومادران

 Achillea millefolium L.

سید ابراهیم اجاق و  پیام معاونی*

ایران، تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس، گروه زراعت

تاریخ دریافت: 01/09/1399          تاریخ پذیرش: 14/03/1400

چکیده

امروزه فناوری نانو نقش بسیار مهمی در زمینه­های مختلف علمی کاربردی دارد. نانوذره میزیم همانند سایر نانوذرات سنتز شده زیستی دارای خواص متعددی می­باشد که می­تواند تغییرات مثبت یا منفی در ویژگی­های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه ایجاد کند. در این پژوهش به­منظور بررسی اثر غلظت­های مختلف نانوذرات دی­اکسید منیزیم و مراحل مختلف محلول­ پاشی بر صفات مورفوفیزیولوژیکی، گیاه دارویی بومادران تحت تاثیر خشکی، آزمایشی به­صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار در دو سال در مزرعه­ای در شهرستان ملارد، شهر صفادشت اجرا شد. تیمارهای مورد بررسی‏‏، شامل تنش آبیاری در دو سطح آبیاری هر ٧ روز (شاهد) و آبیاری هر ١٤ روز‏‏‏‏‏‏‏‏،‏ در کرت­های اصلی و چهار مرحله محلول­پاشی (پنجه زنی، ساقه روی، قبل از گلدهی و بعد از گلدهی) و کاربرد دوزهای مختلف نانودی­اکسید منیزیوم (عدم محلول پاشی، 1 درصد، 3 درصد و 5 درصد) به صورت فاکتوریل در کرت­های فرعی بود. در طول فصل رشد، سطح برگ هر ماه روز یکبار‏‏، با استفاده از دستگاه سطح برگ­سنج جهت محاسبه شاخص­های رشد CGR و NAR اندازه­گیری شد نمونه­برداری­ها به منظور اندازه­گیری صفات آن از جمله، میزان محتوای نسبی آب برگ (RWC) ، برای هر کدام از تیمارها، 72 ساعت بعد از سومین مرحله محلول­پاشی انجام شد. به­طور کلی از نتایج به­دست آمده چنین استنباط می­شود کـه بـا افـزایش غلظت نانو ذره دی اکسید منیزیم ، اثرهای نامطلوب تنش خشکی کاهش می­یابد. البته به نظر می­رسد که تمایل نانوذرات برای متراکم شدن در غلظت­های بالاتر ،موجب سرکوب آثار واقعی آن­ها می­شود.

واژه­های کلیدی: بومادران، تنش خشکی، نانوذرات دی­اکسید منیزیم

* نویسنده مسئول، تلفن: 02146896121، پست الکترونیکی:Payam.moaveni@yahoo.com, payam.moaveni@qodsiau.ac.ir

مقدمه

 

گیاه بومادران با نام علمی Achillea millefolium L. گیاهی علفی و چندساله از خانواده کاسنی می­ باشد(Asteraceae)  که در زمین­های مرطوب مرکز و جنوب اروپا، شرق آسیا و شمال آفریقا، اجتماعات انبوهی را تشکیل می­دهند. این گیاه علف هرز مزارع بوده و به صورت خودرو در مناطقی از شمال ایران و ارتفاعات البرز و زاگرس می­روید (5). بومادران گونه مهمی از گیاهان گلدار است که دارای خواص دارویی بسیار ارزشمند از جمله درمان کننده مشکلات گوارشی و پوستی، التیام دهنده زخم و جراحات، ضد تب وغیره می­باشد. از اسانس بومادران در صنایع بهداشتی، آرایشی و دارویی، برای تهیه کرم­ها و پمادهایی برای لطافت پوست و مداوای تورم­های پوستی استفاده می­شود (2، 6).

 امروزه نانوتکنولوژی نقش بسیار مهمی در زمینه­های مختلف علمی کاربردی دارد. در بین آخرین نوآوری­های تکنولوژیک، نانوتکنولوژی یک جایگاه اصلی را در تغییر کشاورزی و تولیدات غذایی به خود اختصاص داده است. تجارب و آزمایشات انجام گرفته در زمینه­ نانوتکنولوژی، توسعه گیاهان تغییر یافته­ی ژنتیکی، مواد شیمیایی محافظت کننده گیاهان، تبدیل پسماندهای غذایی و کشاورزی به انرژی و تکنیک کشاورزی دقیق را موجب می­گردد (4، 18، 22). نانوذره منیزیم همانند سایر نانوذرات سنتز شده زیستی دارای خواص متعددی می باشد که می­تواند تغییرات مثبت یا منفی در ویژگی­های مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی گیاه ایجاد کند و منجر به افزایش یا کاهش خواص دارویی آن­ها شود.

 کمبود آب در ایران همواره به عنوان یک عامل محدود کننده کشت و پرورش گیاهان زراعی و دارویی مطرح بوده است. به گونه­ای که در مراحل مختلف رشد، به خصوص مراحل گلدهی و دانه­بندی موجب کاهش عملکرد محصول می­شود. اثرات کمبود رطوبت بر عملکرد و تغییرات مواد موثره گیاهان دارویی دارای ویژگی­های خاصی است که باید به طور کامل مورد ارزیابی قرار گیرد. گیاهان دارویی از نظر عملکرد و مواد موثر تولیدی واکنش­های متفاوتی در پاسخ به تنش خشکی نشان می­دهند. کمبود رطوبت گیاه را وادار به واکنش­های مختلف مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و متابولیکی مانند کاهش سطح برگ و اندام هوایی، خاری شدن، خزان زودرس، افزایش رشد ریشه، کاهش سرعت رشد، و غیره می­کند (3) در مورد گیاهان دارویی در شرایط محدودیت رطوبت مطالعات کمی صورت گرفته است. امروزه تاثیر نانوذرات بر گیاهان در تحقیق­های مختلف گسترش یافته و در تنش­ها نیز نقش موثری دارند. نانوذرات می­توانند از طریق افزایش جوانه­زنی، رشد، افزایش توانایی جذب آب و کود توسط ریشه و ... باعث افزایش مقاومت گیاه در مقابل انواع تنش­ها و استرس­ها شوند (9، 15).

با توجه به اهمیت اقتصادی و تقاضای روزافزون گیاه بومادران و کاربرد فراوان آن و این نکته که تاکنون هیچ مطالعه و بررسی در زمینه تاثیر ترکیبات نانو ذره دی­اکسید منیزیم بر تغییرات مورفوفیزیولوژیکی بومادران به خصوص در شرایط محدودیت آبیاری انجام نشده است، بنابراین پژوهش حاضر با هدف، تعیین اثر نانو ذره دی­اکسید منیزیم و مرحله محلول­پاشی بر صفات مورفوفیزیولوژیکی، گیاه دارویی بومادران تحت تاثیر خشکی انجام شد.

مواد و روشها

این تحقیق به­صورت اسپلیت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار در سال­های 1394 و1395 در مزرعه­ای در شهرستان ملارد، شهر صفادشت اجرا شد. تیمارهای مورد بررسی‏‏، شامل محدودیت آبیاری شامل دو سطح آبیاری هر ٧ روز یک بار (شاهد) و آبیاری هر ١٤ روز یک بار به­عنوان کرت­های اصلی و چهار مرحله محلول­پاشی (پنجه زنی، ساقه روی، قبل از گلدهی و بعد از گلدهی) و کاربرد غلظت­های مختلف نانودی­اکسید منیزیوم (عدم محلول پاشی، 1، 3 و 5 درصد) به صورت فاکتوریل در کرت­های فرعی بود. در ابتدا خاک مزرعه به منظور تعیین بافت آن، به آزمایشگاه خاک­شناسی انتقال یافت. قبل از کاشت، اقدام به آماده‌سازی زمین از طریق شخم عمیق و دیسک نموده و کرت­هایی به ابعاد 5/3 در 5 متر در زمین ایجاد شد. فاصله کرت­ها از یکدیگر، ١ متر و فاصله بلوک­ها از همدیگر، ٢ متر بود. کود­دهی و تغذیه گیاه بر اساس آزمون خاک و توصیه­های کودی صورت گرفت. بذور بومادران با فاصله ردیف 50 سانتی­متر و فاصله روی ردیف 30 سانتی­متر کاشته شد و پس از کاشت، اقدام به آبیاری شد. بعد از استقرار گیاهان، آبیاری کرت­ها بر اساس دورهای آبیاری موردنظر‏، انجام شد. عملیات داشت شامل مبارزه مکانیکی با علف‌های هرز، آفات و بیماری‌ها طبق عرف منطقه انجام شد. در طول فصل رشد، سطح برگ و میزان وزن خشک هر ماه یکبار‏‏ با استفاده از دستگاه سطح برگ­سنج جهت محاسبه شاخص­های رشد CGR و NAR اندازه­گیری شد. نمونه­برداری­ها به منظور اندازه­گیری صفاتی از جمله، میزان محتوای نسبی آب برگ (RWC) (۲۰)، برای هر کدام از تیمارها، 72 ساعت بعد از محلول­پاشی انجام شد. در زمان گلدهی گیاهان، ارتفاع گیاه و در نهایت وزن خشک گل و دمگل اندازه­گیری شد. داده­های حاصل، با استفاده از نرم­افزار SAS، تجزیه و برای رسم نمودارها و جدول­ها از نرم­افزار Excel استفاده شد.

نتایج و بحث

نتایج تجزیه واریانس نشان داد که تنش خشکی و سال تاثیر معنی­داری بر محتوای نسبی آب (RWC) پنج مرحله­ی مختلف رشدی، وزن تر و خشک گل، وزن تر و خشک دمگل، طول دمگل و ارتفاع گیاه دارند (جداول 1 و 2). اما غلظت­های مختلف محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم بجز ارتفاع گیاه بر سایر صفات مذکور تاثیر معنی­داری نداشت. هم­چنین زمان محلول ­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم بجز RWC مرحله­ی اول رشد و وزن خشک گل برسایر صفات تاثیر معنی­داری نداشت. صفات مذکور در سطح احتمال یک درصد علاوه بر اثرات اصلی، تحت تاثیر اثرات دو گانه و چندگانه نیز قرارگرفتند. به­طوری که اثرمتقابل آبیاری × سال بجز RWC مرحله­ی پنجم رشد برسایر صفات تاثیر معنی­داری نداشت. اثرمتقابل آبیاری × زمان بجز RWC مرحله­ی اول رشد بر RWC بقیه­ی مراحل رشد، وزن تر گل وطول دمگل تاثیر معنی­داری داشت. اثرمتقابل آبیاری × زمان× سال بجز RWC مرحله­ی اول رشد برسایر صفات تاثیر معنی­داری نداشت. اثرمتقابل آبیاری ×غلظت بر RWC مرحله­ی دوم رشد، وزن تر و خشک گل، وزن خشک دمگل و طول دمگل تاثیر معنی­داری داشت. اثرمتقابل غلظت ×زمان بر RWC مرحله­ی اول و پنجم رشد، وزن تر و خشک گل، وزن تر و خشک دمگل تاثیر معنی­داری داشت. اثرمتقابل غلظت ×زمان×سال بر RWC مرحله­ی پنجم رشد، وزن تر و خشک گل، وزن تر و خشک دمگل و ارتفاع گیاه تاثیر معنی­داری داشت. اثرمتقابل غلظت ×زمان×آبیاری بر RWC مرحله­ی سوم رشد، وزن تردمگل و طول دمگل تاثیر معنی­داری داشت. اثرمتقابل غلظت ×سال×آبیاری بجز طول دمگل برسایر صفات تاثیر معنی­داری نداشت. اثرمتقابل غلظت ×سال×آبیاری×زمان بجز ارتفاع گیاه برسایر صفات تاثیر معنی­داری نداشت.

محتوای نسبی آب (RWC): در هر دوسال با اعمال تنش خشکی در مراحل مختلف محلول­پاشی نانوذره دی­اکسید منیزیم، RWC مرحله­ی اول رشد روند کاهشی معنی­داری نشان داد اما در شرایط آبیاری نرمال در مراحل مختلف محلول­پاشی میزان RWC  مرحله­ی اول رشد تفاوت معنی­داری نشان نداد (شکل 1).

در شرایط آبیاری نرمال در غلظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزان  RWC مرحله­ی دوم رشد تفاوت معنی­داری نشان نداد. اما در شرایط تنش خشکی در غلظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مقایسه با غلظت صفر درصد، RWC مرحله­ی دوم رشد افزایش معنی­داری نشان داد (شکل 2).

 

 

 

جدول 1- تجزیه واریانس محتوای نسبی آب پنج مرحله مختلف رشدی در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی

 نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

 

 

میانگین مربعات                means of squares

منابع تغییرات

درجه آزادی

RWC 1

RWC 2

RWC 3

RWC 4

RWC 5
سال

1

1166.8**

2839.1*

1269.1**

6695.0**

16196.0**

خطای سال

4

53.2

139.4

44.8

126.1

230.5

آبیاری

1

254.8*

560.0*

531.4*

851.6*

977.0*

آبیاری × سال

1

67.0 ns

191.8 ns

267.8 ns

185.1 ns

1461.8*

خطای کرت اصلی

4

37.5

67.7

78.4

125.0

193.2

زمان محلول­پاشی

3

68.9*

44.2 ns

20.0 ns

56.9 ns

604.9 ns

زمان × سال

3

16.1 ns

40.8 ns

26.9 ns

10.9 ns

615.9 ns

زمان × آبیاری

3

31.7 ns

68.9*

88.4*

182.9**

913.0*

زمان × آبیاری × سال

3

79.6*

39.3 ns

44.3 ns

37.7 ns

468.4 ns

غلظت محلول­پاشی

3

3.5 ns

30.5 ns

21.1 ns

22.5 ns

587.2 ns

غلظت × سال

3

2.3 ns

23.2 ns

15.4 ns

35.4 ns

612.0 ns

غلظت × آبیاری

3

24.6 ns

70.8*

24.6 ns

21.8 ns

672.1 ns

غلظت × زمان

9

55.8 *

16.3 ns

41.0 ns

35.0 ns

1014.5**

غلظت × آبیاری × سال

3

54.9 ns

27.7 ns

53.5 ns

25.0 ns

811.7 ns

غلظت × زمان × سال

9

15.1 ns

17.9 ns

52.5 ns

43.0 ns

876.9*

غلظت × زمان × آبیاری

9

21.3 ns

23.1 ns

62.6*

49.7 ns

730.9 ns

غلظت × زمان × آبیاری × سال

9

14.4 ns

24.2 ns

48.6 ns

38.6 ns

713.8 ns

خطای کل

120

25.5

25.8

31.2

43.3

352.8

**, *, ns به­ترتیب غیر معنی­دار، معنی­دار در سطوح احتمال 5 و 1 درصد

 

جدول 2- تجزیه واریانس صفات مورفولوژیک گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

 

 

میانگین مربعات

منابع تغییرات

درجه آزادی

وزن خشک گل

وزن تر گل

وزن خشک دمگل

وزن تر دمگل

 ارتفاع
سال

1

**24938.0

70761633.3**

223439.6**

436535.2**

688.19**

خطای سال

4

2727.7

2371557.3

3861.1

7056.1

29.22

آبیاری

1

51570.0*

2067115.0*

9058.9*

48211.9*

860.3*

آبیاری × سال

1

2759.2 ns

475117.2 ns

4522.7 ns

6593.1 ns

94.95 ns

خطای کرت اصلی

4

7267.5

154502.8

1066.7

6266.7

108. 2

زمان محلول­پاشی

3

9406.0*

159076.8 ns

238.3 ns

356.8 ns

2.10 ns

زمان × سال

3

1325.0 ns

131688.9 ns

426.9 ns

991.1 ns

1.49 ns

زمان × آبیاری

3

1752.3 ns

113956.9*

279.7 ns

831.4 ns

2.33 ns

زمان × آبیاری × سال

3

871.5 ns

43998.1 ns

254.1 ns

982.8 ns

3.19 ns

غلظت محلول­پاشی

3

1969.7 ns

158078.1 ns

169.2 ns

521.5 ns

7.82*

غلظت × سال

3

1915.0 ns

194271.8 ns

559.5 ns

1563.1 ns

0.19 ns

غلظت × آبیاری

3

8144.4*

1299826.0*

1863.3*

2620.3 ns

4.07 ns

غلظت × زمان

9

7421.6*

838479.8*

1105.5*

2920.5*

6.72 ns

غلظت × آبیاری × سال

3

1811.1 ns

319172.3 ns

273.9 ns

550.4 ns

2.53 ns

غلظت × زمان × سال

9

9386.9**

1155122.2**

1008.0*

2615.2*

7.20*

غلظت × زمان × آبیاری

9

3088.9 ns

694460.2 ns

711.6 ns

2752.0*

2.40 ns

غلظت × زمان × آبیاری × سال

9

3822.2 ns

664962.0 ns

519.5 ns

907.1 ns

7.97*

خطای کل

120

3676.3

401211.1

625.7

1358.8

3.57

**, *, ns به­ترتیب غیر معنی­دار، معنی­دار در سطوح احتمال 5 و 1 درصد

 

شکل1- محتوای نسبی آب مرحله­ی اول رشد (RWC1) در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

شکل2- محتوای نسبی آب مرحله­ی دوم (RWC2) در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

در شرایط آبیاری نرمال و غظت صفر درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی، RWC مرحله­ی سوم رشد روند کاهشی معنی­داری نشان داد (شکل 3). در شرایط تنش خشکی و غظت صفر درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل اول و دوم محلول­پاشی میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد تفاوت معنی­داری نشان نداد. اما از مرحله­ی دوم محلول­پاشی به بعد RWC مرحله­ی سوم رشد روند کاهشی معنی­داری نشان داد. در شرایط آبیاری نرمال و غظت یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل اول و دوم محلول پاشی ، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی، میزانRWC  مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. اما بین مراحل دوم و سوم محلول­پاشی تفاوت معنی داری از نظر میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد مشاهده نشد. در شرایط تنش خشکی و غظت یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم بین مراحل اول و دوم محلول پاشی ، مراحل دوم و سوم محلول­پاشی تفاوت معنی داری از نظر میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد مشاهده نشد. اما در مرحله­ی سوم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی چهارم، میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. در شرایط آبیاری نرمال و غظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. در شرایط تنش خشکی و غظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، میزان RWC  مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. در شرایط آبیاری نرمال و غظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم بین مراحل اول و دوم محلول­پاشی، مراحل دوم و سوم محلول­پاشی تفاوت معنی داری از نظر میزان  RWC مرحله­ی سوم رشد مشاهده نشد. اما در مرحله­ی سوم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی چهارم، میزانRWC  مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. در شرایط تنش خشکی و غظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم بین مراحل اول و دوم محلول­پاشی، مراحل دوم و سوم، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان RWC مرحله­ی سوم رشد مشاهده نشد. ولی در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، میزانRWC  مرحله­ی سوم رشد کاهش معنی­داری نشان داد (شکل 3).

 

 

شکل 3- محتوای نسبی آب مرحله­ی سوم (RWC3) در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

در شرایط آبیاری نرمال و غظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزانRWC  مرحله­ی چهارم رشد تفاوت معنی­داری نشان نداد (شکل 4). اما در شرایط تنش خشکی و غظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزان RWC مرحله­ی چهارم رشد تفاوت معنی­داری نشان داد. به­طوری­که در غلظت­های یک و سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزان RWC مرحله­ی چهارم رشد افزایش معنی­دار یافته اما در غظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزان  RWC مرحله­ی چهارم رشد کاهش معنی­داری نشان داد (شکل 4).

 

 

شکل 4- محتوای نسبی آب مرحله­ی چهارم (RWC4) در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

در هر دوسال در غلظت­های صفر و یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم و در مراحل مختلف محلول­پاشی، میزان RWC مرحله­ی پنجم رشد تفاوت معنی­داری نشان نداد (شکل 5). درهر دو سال در غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم بین مراحل اول و دوم محلول­پاشی، مراحل دوم و سوم، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزانRWC  مرحله­ی پنجم رشد مشاهده نشد. ولی در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، میزان RWC  مرحله­ی پنجم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. در سال اول در غلظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم بین مراحل اول و دوم و سوم محلول­پاشی، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان RWC مرحله­ی پنجم رشد مشاهده نشد. اما در مرحله­ی چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، میزان RWC مرحله­ی پنجم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. درسال دوم در غلظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل دوم و سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، میزانRWC  مرحله­ی پنجم رشد کاهش معنی­داری نشان داد. اما بین مراحل دوم و سوم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان RWC مرحله­ی پنجم رشد مشاهده نشد (شکل 5).

 

 

شکل 5- محتوای نسبی آب مرحله­ی پنجم (RWC5)در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

نتایج به­دست آمده از تجزیه­ی واریانس نشان داد که محتوای نسبی آب تحت تأثیر تنش خشکی قرارمی­گیرد، با کاهش پتانسیل آب، این صفت کاهش می­یابد بسیاری از محققان کاهش محتوای نسبی آب و کاهش عملکرد را در شرایط تنش خشکی بیان کرده­اند که با نتایج این تحقیق مطابقت دارد (8). اما استفاده از تیمار محلول­پاشی با نانو ذره دی­اکسید منیزیم مانند سایر نانوذرات می­تواند اثرات منفی تنش خشکی را تا حدقابل قبولی کاهش دهد (13، 16، 24). البته به نظر می­رسد که تمایل نانوذرات برای متراکم شدن در غلظت­های بالاتر، موجب سرکوب آثار واقعی آن­ها شده باشد.

وزن خشک گل و دمگل، ارتفاع: درسال اول در غلظت صفر درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل دوم، سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول میزان وزن خشک گل کاهش معنی­داری نشان داد (شکل 6). اما بین مراحل دوم و سوم محلول­پاشی، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان وزن خشک گل مشاهده نشد. درسال دوم در غلظت صفر درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول میزان وزن خشک گل کاهش معنی­داری نشان داد. اما بین مراحل اول و دوم محلول­پاشی، مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان وزن خشک گل مشاهده نشد. درسال اول در غلظت یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان وزن خشک گل مشاهده نشد. در سال دوم در غلظت یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم درمرحله­ی چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول و دوم میزان وزن خشک گل کاهش معنی­داری نشان داد. درسال اول در غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل دوم، سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول میزان وزن خشک گل کاهش معنی­داری نشان داد. در سال دوم در همین غلظت در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول میزان وزن خشک گل کاهش معنی­داری نشان داد. در هر دو سال در غلظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان وزن خشک گل مشاهده نشد (شکل 6).

 

 

شکل 6- وزن خشک گل در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

در هر دو سال در غلظت صفردرصد و یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مراحل اول و دوم میزان وزن خشک دمگل کاهش معنی­داری نشان داد (شکل 7). در سال اول در غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل دوم، سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول میزان وزن خشک دمگل کاهش معنی­داری نشان داد. در سال دوم در همین غلظت در مرحله­ی سوم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول و در مرحله­ی چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول و سوم میزان وزن خشک دمگل کاهش معنی­داری نشان داد. در هر دو سال در غلظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل مختلف محلول­پاشی تفاوت معنی­داری از نظر میزان وزن خشک دمگل مشاهده نشد (شکل 7).

 

 

شکل 7- وزن خشک دمگل در گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

در هر دو سال در غلظت صفر و یک درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مراحل اول و دوم ارتفاع گیاه کاهش معنی­داری نشان داد (شکل8). در سال اول در غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مرحله­ی سوم محلول­پاشی نسبت به مراحل اول و دوم ، در مرحله­ی چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول، دوم و سوم ارتفاع کاهش معنی­داری نشان داد. در سال دوم در همین غلظت در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول ارتفاع کاهش معنی­داری نشان داد. در سال اول در غلظت پنج درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مراحل اول و دوم، ارتفاع کاهش معنی­داری نشان داد. در سال دوم در همین غلظت در مراحل سوم و چهارم محلول­پاشی نسبت به مرحله­ی اول ارتفاع کاهش معنی­داری نشان داد (شکل8).

 

 

شکل 8- ارتفاع گیاه بومادران در پاسخ به تنش خشکی و محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم.

* : در هر ستون حروف مشابه نشان­دهنده عدم وجود تفاوت معنی­دار بین میانگین تیمارها می­باشد.

 

نتایج نشان داد که کاربرد نانو ذره دی­اکسید منیزیم سبب افزایش ارتفاع، وزن خشک گل و دمگل می­گردد که ممکن اسـت به­دلیل نقش منیزیم در ساختمان کلروفیل، افزایش فعالیت فتوسنتزی گیاه و یا افزایش جذب گوگرد توسط گیاه باشد (14). افـزایش کلروفیـل باعـث افزایش شاخص سـطح بـرگ و در نتیجـه افـزایش وزن خشـک مـی­شـود (11). نانو ذرات از جمله مواد شیمیایی بازدارنده عمل اتیلن هستند و در نتیجه از عمل اتیلن وبه عبارتی پیری گیاه جلوگیری می­کنند. هم­چنین این نانوذرات در گیاهان از طریق افزایش فعالیت نیترات رداکتاز و گلو تامات دهیدروژناز بر متابولیسم نیتروژن اثر گذاشته و باعث افزایش و میزان فتوسنتز می­شود (24). با افزایش غلظت نانو ذره دی­اکسید منیزیم میزان وزن خشک گل و دمگل و ارتفاع کاهش می­یابد که شاید به­دلیل تمایل نانوذرات برای متراکم شدن در غلظت­های بالاتر و سرکوب شدن آثار واقعی آن­ها باشد. این نتایج با گزارشات محققین مختلف دیگرنیز  مطابقت دارد (1، 19).

سرعت رشد محصول (CGR): پارامتر سرعت رشد (CGR) یکی از شاخص­هایی اسـت کـه بـا عملکـرد گیاهان زراعی همبستگی بالایی نشان می­دهد و عبارتست از افزایش وزن ماده خشک یک جامعه گیاهی در واحد سطح و در واحد زمـان، و معمولا بر حسب گرم بر متر مربع بیان می­شود. شکل­های 9 و 10 نمودار سرعت رشد محصول (CGR) بومادران با اعمال تیمارهای مختلف را نشان می­دهند. حداکثرCGR  به­دست آمده برای همه­ی تیمارها در 20 مرداد حاصل شد. در حالت کلی بیشترین  CGRمربوط به تیمارهای آبیاری نرمال و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم (شکل 9)، آبیاری نرمال و مرحله­ی اول محلول­پاشی(شکل 10) می­باشد. و به دلیل اینکـه سـرعت رشـد روزانـه رابطـه مستقیمی با سطح برگ و سرعت جذب خـالص و در نهایـت عملکـرد دارد عملکرد بالای این دو تیمار قابل انتظار است. سرعت نـزول CGR در بین تیمارها از لحاظ زمانی نیز متفاوت بود که در ایـن بـین CGR تیمارهای آبیاری نرمال و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم (شکل 9)، آبیاری نرمال و مرحله­ی اول محلول­پاشی (شکل 9) سرعت نزول سریعتری نسبت به بقیه­ی تیمارها داشتند. سرعت رشد گیـاه در مراحل اولیه رشد بدلیل کامل نبودن پوشش گیاهی و درصد کـم نـور خورشید که توسط گیاه جذب می­شود کم است. با نمو گیاهان زراعی افزایش سریعی در سرعت رشد گیاه بوجود می­آید، زیرا سـطح برگ­هـا توسعه می­یابد و نور کمتری از لابلای پوشش گیاهی به سطح خـاک می­رسد. حداکثر سرعت رشد گیاه و تندترین شیب در منحنی تغییـرات وزن خشک کل هنگامی حاصل می­شود که گیاهان به اندازه کافی بلند و متراکم شده باشند تا بتوانند از تمام عوامـل محیطـی حـداکثر بهـره­گیری را بنمایند (17، 23) .

سرعت جذب خالص (NAR): سرعت جذب خالص  (NAR)نشـان دهنـده­ی مقـدار مـاده خشـک خالص ساخته شده در واحد سطح بـرگ در واحـد زمـان مـی‍باشـد. شکل­های 11 و 12 روند تغییرات NAR در تیمارهـای مختلـف بومادران را نشان می­دهند. NAR در همـه­ی تیمارهـا از روند مشابهی پیروی کرده و روند کاهشی داشـت، ولـی سـرعت ایـن کاهش در تیمارهای مختلف متفاوت بود.

 

 

شکل9- تأثیر تنش خشکی و غلظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم بر روند تغییرات سرعت رشد محصول (CGR) در گیاه بومادران.

 

شکل10. تأثیر تنش خشکی و مراحل مختلف محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم بر روند تغییرات سرعت رشد محصول(CGR) در گیاه بومادران.

 

بـه عنـوان مثـال در 20 خرداد NAR در تیمارهای آبیاری نرمال و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم (شکل 11)، آبیاری نرمال و مرحله­ی اول محلول­پاشی (شکل 12) از همه بیشتر بود. کـه شـاید بـدلیل شاخص سطح برگ پایین آن در طول این دوره نسبت به سایر تیمارها بوده به طوری که نور خورشید توانسته به تمام سـطوح کـانوپی نفـوذ کرده و حداکثر فتوسنتز در تمام لایه­های کانوپی انجام شود، اما در تاریخ 20 تیردر تیمارهای تنش و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم (شکل 11) ، تنش و مرحله­ی چهارم محلول­پاشی (شکل 12) نسبت به سایر تیمارها این شاخص بیشتر تحت تاثیر قرار گرفت، به­گونه­ای که در بازه­ی زمانی 20 تیر تا 20 شهریور این دو تیمار کمترین NAR را دارا بودند. که شاید دلیل این امر پیری زودرس برگ­ها و سـایه انـدازی زیاد برگ­های بالایی بر روی برگ­های پایینی باشد. بیشترین NAR در 20 شهریور مربوط به تیمارهای آبیاری نرمال و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم(شکل 11)، آبیاری نرمال و مرحله­ی اول محلول­پاشی (شکل 12) بود که روند کاهش NAR آن­ها در مقایسه با سـایر تیمارها کندتر بود که به نظر می­رسد این تیمارها تحت تاثیر عوامل مثبت محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم قرار گرفته­اند. کاهش NAR با افزایش سـن گیـاه مـی­توانـد مربـوط بـه افـزایش میانگین سن برگ­ها و افت راندمان فتوسنتزی بـرگ باشـد (10) در بین تیمارهای مختلف تیمارهای آبیاری نرمال و غلظت سه درصد نانو ذره دی­اکسید منیزیم (شکل 11)، آبیاری نرمال و مرحله­ی اول محلول­پاشی (شکل 12) از میزان NAR بالایی برخوردار بود، بنابراین از عملکرد بیشتری برخوردار بودند. NAR در اکثر گیاهان زراعی از ابتدا به صورت کاهشـی بوده و زمانی که بـرگ­هـا در معـرض نور کامل خورشید قرار بگیرند به حداکثر مقدار خود می­رسد. با افـزایش رشـد، افزوده شدن به برگ­هـای گیـاه و سایه اندازی برگ­های بالایی جامعه گیاهی بـر روی برگ­های پایین­تر مقدار NAR کاهش بیشتری نشان می­دهد. با افـزایش سـن برگ از فتوسنتز نیز کاسته می­شود که این امر به نوبـه­ی خـود موجـب افزایش شیب نزولی NAR خواهد شد (7، 12). محلـول پاشـی نانو ذره دی­اکسید منیزیم باعث بهبـود رشـد گیـاه مـی­شـود کـه ایـن احتمالاً به­دلیل بهبود جذب کربن، افزایش سنتز متابولیـت­هـا و حفظ و نگهـداری وضـعیت آب در بافـت­هـای گیـاه مـی­باشـد (21).

 

 

شکل 11- تأثیر تنش خشکی و غلظت­های مختلف نانو ذره دی­اکسید منیزیم بر روند تغییرات سرعت جذب خالص محصول(NAR) در گیاه بومادران.

 

شکل 12- تأثیر تنش خشکی و مراحل مختلف محلول­پاشی نانو ذره دی­اکسید منیزیم بر روند تغییرات سرعت جذب خالص محصول(NAR) در گیاه بومادران.

 

نتیجه­ گیری کلی

به­طور کلی از نتایج به­دست آمده چنین استنباط می­شود کـه بـا افـزایش غلظت نانو ذره دی­اکسید منیزیم ، اثرهای نامطلوب تنش خشکی کاهش می­یابد. البته به نظر می­رسد که تمایل نانوذرات برای متراکم شدن در غلظت­های بالاتر ،موجب سرکوب آثار واقعی آن­ها شده باشد. هم­چنین با توجه به محدودیت جذب عنصـر منیزیم در خاک­های مناطق خشک و نیمه­خشک محلول­پاشـی نانوذره منیزیم جهت بالا بردن میزان عناصـر کـم مصـرف در گیـاه یـک روش منطقی کاربرد کود می­باشد.

تقدیر و تشکر

پژوهش حاضر با حمایت مالی معاونت محترم پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهر قدس انجام شده است

  1. Abid, M., Haddad, M., Ferchichi, A., 2008. Effect of magnesium sulphate on the first stage of development of Lucerne. Option Mediterraneennes, Series A, 79, 405-408.
  2. Barıs, D., Kızıl, M., Aytekin, C. Kızıl, G., Yavuz, M., Ceken, B. and Selcuk Ertekin A., 2011. In vitro antimicrobial and antioxidant activity of ethanol extract of three hypericum and three Achillea species from Turkey. International Journal of Food Properties. 14(2), 339-355.
  3. Ben Ahmed, Ch., Ben Rouina, B., Sensoy, S., Boukhris, M., Ben Abdallah, F., 2009. Changes in gas exchange, proline accumulation and antioxidative enzyme activities in three olive cultivars under contrasting water availability regimes. Environmental and Experimental Botany. 67(2), 345-352.
  4. Caruthers, S. D., Wickline, S. A., Lanza, G. M., 2007. Nanotechnological applications in medicine, Curr. Opin. Biotechnol. 18, 26–30.
  5. Chevallier, A., 1996. The encyclopedia of medicinal plants. London, UK: Dorling Kindersley Publishing Inc.
  6. Demirci, F., Demirci, B., Gurbuzl, l., Yesilada, E., Baser, K.H.C., 2009. Characterization and biological activity of Achillea teretifolia Willd. and A. nobilis L. subsp neilreichii Kerner. Turkish Journal of Biology. 33, 129-136.
  7. Eddowes, M., 1962. Physiological studies of completion in Zea mays L. I. Vegetative growth and ear development in maize. Journal of Agricultural Science(Camb.). 72, 85-193.
  8. Farjzadeh Memari Tabrizi, N., Rashidi, V., 2011. Drought effects on morphological traits of bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes. Annals of Biological Research 2(5), 95-99.
  9. Gahremani, A., Akbari, K., Yousefpour, M., Ardalani, H., 2014. Effects of nano potassium and nano-calcium chelated fertilizers on qualitative and quantitative characteristics of Ocimum basilicum. International Journal for Pharmaceutical Research Scholars. 3(12), 325-241.
  10. Izumiyama, Y., 1984. Production and distribution of dry matter as a basis of sugar beet yield. Journal of A R Q. 17 (4), 219-224.
  11. Kamaraki, H., Gelavi, M., 2012. Evaluation of foliar application of micronutrient elements iron and zinc on quantitative and qualitative characteristics of safflower. Journal of Agroecology 4(3), 201-206.
  12. Koochaki, A; Sarmadnia, G., 2009. Physiology of crop Plants. Jahad- daneshgahi, Mashhad Publication, Mashhad, Iran.
  13. Krishnaraj, C., Jagan, E., Ramachandran, R., Abirami, S., Mohan, N., Kalaichelvan, P., 2012. Effect of biologically synthesized silvernanoparticles on Bacopa monnieri (Linn.) Wettst. plant growth metabolism. ProcessBiochemistry. 47(4), 651-658.
  14. Marschner, H., 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants. 2nd Ed., Academic Press, London.
  15. Mazaherinia, S., Astaraei, A.R., Fotovat, A., and Monshi, A., 2010. Nano iron oxide particles efficiency on Fe, Mn, Zn and Cu concentrations in wheat plant. World Applied Sciences 7, 36-40.
  16. Mosavi, S.R., Galavi, M., Ahmadvand, G., 2007. Effect of zinc and manganese foliar application on yield, quality and enrichment on potato (Solanum tuberosum L.). Asian Journal of Plant Sciences 6, 1256-1260.
  17. Niari Khamssi, N., Rahimzadeh Khoei, F., Naishabori, M. R.; Javanshir, A., Vahed, M. M., 2007. Effect if different soil moisture levels on growth indices, yield and yield component of lentil (Lens Culinaris Medik). Journal of Agricultural Science. Natur Resour. 13(2), 47-53.
  18. Patolsky, F., Zheng, G., Lieber, C. M., 2006. Nanowire sensors for medicine and life sciences, Nanomedicine. 1, 51–65.
  19. Rani, B., Jose, A. I., 2009. Studies on the dynamics of potassium and magnesium in okra (Abelmoschus esculentus Moench.). Proc. of the International Plant Nutrition Colloquium XVI, University of California, Davis.
  20. Riehemann, K., Schneider, S.W., Luger, T.A., Godin, B., Ferrari, M., and Fuchs, H., 2009.Nanomedicine-challenge and perspectives. Journal of Angew Chemie International Edition Engl. 48, 872-897.
  21. Sadeghipour, O., Aghaei, P., 2012. Response of common bean to exogenous application of salicylic asid under water stress conditions. Journal of Advances in Environmental Biology. 6(3), 1160-1168.
  22. Scrinis, G., Lyons, K., 2007. The emerging nano-corporate paradigm: nanotechnology and the transformation of nature, food and agri-food systems, International Jornal of Sociology Food Agriculture. 15, 22–44.
  23. Singh, S. P., 1997. Chickpea (Cicer arientinum L.). Field Crops Res. 53, 161-170.
  24. Yang, H., Sun, CH., Zhang, Q., Zou, J., Liu, G. Smith, S.C., 2008. Anatase TiO2 single crystalswith a large percentage of reactive facets. Journal of Nature. 453, 638-641.
Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology)
Volume 34, Issue 4
December 2021
Pages 819-831
  • Receive Date: 21 November 2020
  • Revise Date: 22 December 2021
  • Accept Date: 26 August 2021