نوع مقاله : مقاله پژوهشی
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله English
نویسندگان English
In the world, salinity is one of the most important abiotic factors that limit seed germination and the establishment and initial growth of seedlings, which causes a significant decrease in the productivity of agricultural products. In recent years, engineered nanoparticles have been proposed as a promising alternative in combating abiotic stress factors such as salinity. The present study investigated the effects of copper green nanoparticles (using Aloe vera leaf extract) in reducing salinity stress on the germination indicators of pinto beans. The treatments were factorial and in the form of a completely random design with two factors of green copper nanoparticles at four levels of 0, 40, 80 and 120 mg/L and salinity (NaCl) at four levels of 0, 40, 80 and 120 mM was considered in 3 replicates. The analysis of variance showed that the interaction between salinity stress and nanoparticles on germination parameters was significant at the 5% probability level. Principal component analysis was performed to differentiate nanoparticle and salinity treatments based on the investigated parameters. Thermal map clustering was drawn to investigate and relate salinity levels and copper nanoparticles with germination parameters. The findings showed that using green copper nanoparticles as agents for reducing salinity stress effectively affects the germination parameters of pinto beans. Based on a multivariate general linear model and heat map clustering, 60 mg/L green copper nanoparticles and 80 mM sodium chloride were the most effective concentrations for reducing the effects of salinity on the investigated parameters.
کلیدواژهها English
تاثیر نانوذرات سبز مس سنتز شده با عصاره آبی آلوئه ورا بر پارامترهای جوانهزنی لوبیا چیتی تحت تنش شوری
فاطمه نقوی1، سید محمد رضا خوشرو1*، مریم کاظمی پور2 و مهرناز محمودی زرندی1
1 ایران، کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمان، گروه زیست شناسی
2 ایران، کرمان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمان، گروه شیمی
تاریخ دریافت: 06/04/1401 تاریخ پذیرش: 25/10/1401
چکیده
در جهان، شوری یکی از مهمترین عوامل غیرزیستی و محدود کننده جوانهزنی بذر و همچنین استقرار و رشد اولیه گیاهچهها است که باعث کاهش قابل توجهی در بهرهوری محصولات کشاورزی میشود. در سالهای اخیر، نانوذرات مهندسی شده بهعنوان یک جایگزین امیدوار کننده در مبارزه با عوامل تنش غیرزیستی مانند شوری مطرح شدهاند. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات نانوذرات سبز مس (با استفاده از عصاره برگ گیاه آلوئه ورا) در کاهش تنش شوری بر شاخصهای جوانهزنی گیاه لوبیا چیتی انجام شد. تیمارها بهصورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو فاکتور نانوذرات سبز مس در 4 سطح 0، 20، 60 و 150 میلیگرم بر لیتر و شوری (NaCl) در 4 سطح 0، 40، 80 و 120 میلیمولار در 3 تکرار در نظر گرفته شدند. نتایج تجزیه و تحلیل واریانس نشان دادند که برهمکنش تنش شوری و نانو ذرات بر پارامترهای جوانهزنی در سطح احتمال 5 درصد معنیدار بود. تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی به منظور تمایز تیمارهای نانوذرات و شوری بر اساس پارامترهای مورد بررسی انجام شد. خوشهبندی نقشه حرارتی برای بررسی و ارتباط بین سطوح شوری و نانوذرات مس با پارامترهای جوانهزنی ترسیم شد. یافتهها نشان دادند که بکارگیری نانوذرات سبز مس به عنوان عوامل کاهش دهنده تنش شوری بر پارامترهای جوانهزنی لوبیا چیتی به خوبی موثر میباشند. بر اساس مدل خطی عمومی چند متغیره و خوشهبندی نقشه حرارتی غلظت 60 میلیگرم بر لیتر نانوذرات سبز مس و 80 میلیمولار کلرید سدیم موثرترین غلظت برای کاهش اثرات شوری بر پارامترهای مورد بررسی داشتند.
واژههای کلیدی: آلوئه ورا، تنش شوری، جوانهزنی، لوبیا چیتی، نانوذرات سبز
* نویسنده مسئول، تلفن: 09133976635، پست الکترونیکی: khoshroo@iauk.ac.ir
مقدمه
امروزه زیست فناوری نانو به عنوان انقلابی بزرگ، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها را در جهان تحت تاثیر جدی قرار داده است. در دهههای گذشته، بازارهای جهانی فناوری نانو در بخشهای مختلف از جمله بخش کشاورزی، به میزان قابل توجهی رشد یافته است. بخش وسیعی از مردم جهان به دلیل اثرات زیست محیطی با کمبود مواد غذایی روزانه یا کاهش کیفیت فراوردههای غذایی مواجه هستند. فناوری نانو، رویکرد علمی نوینی است که قادر به رفع این موانع بوده و انتظار میرود که در سالهای آینده موجب افزایش تولید و بهبود کارآیی گیاهان زراعی شده و پاسخگوی چالشهای فراروی بخش کشاورزی باشد. در این راستا استفاده از نانوذرات در کشاورزی میتواند در بهبود وضعیت غذایی گیاه و انجام اقدامات اصلاحی مورد نیاز جهت رسیدگی به اختلالاتی که سبب کاهش عملکرد گیاه میشوند، سودمند و موثر باشد [35, 55].
لوبیا چیتی که به آن لوبیای رومی هم میگویند، یکی از انواع لوبیا (Phaseolus vulgaris L.) و از گیاهان دولپهای میباشد و یکی از محبوبترین لوبیاها در ایران، ایتالیا، پرتغال، مکزیک، آمریکا و ترکیه است. لوبیا چیتی منبع خوبی از پروتئین، فیبر، ریز مغذی ها، آنتی اکسیدانها، آهن، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، فسفر، و ویتامین های B، فولات، تیمین، ریبوفلاوین، و نیاسین است [53]. از آنجا که لوبیا چیتی حاوی فیبر محلول است، باعث کاهش کلسترول خون شده و برای رژیمهای غذایی کم سدیم مناسب است. بهعلاوه، ترکیبات فیتوشیمیایی از جمله برخی ترکیبات پلیفنولیک در لوبیا چیتی بر اختلالات متعددی مانند قند خون، سرطان روده بزرگ، چاقی، و بیماریهای قلبی عروقی موثرند و همچنین فعالیت آنتی اکسیدانی بالایی را نشان می دهند [19].
رشد و نمو گیاه از جوانهزنی بذر شروع میشود و بهدنبال آن خروج گیاهچه از خاک و رشد ریشه ادامه مییابد. افزایش غلظت شوری باعث کاهش درصد جوانهزنی و زمان جوانهزنی بذر می شود. شوری با تغییر تعادل هورمونهای گیاهی مانند هورمونهای اکسین، سیتوکینین، اسید جیبرلیک و اسید سالیسیلیک و افزایش اسید آبسیزیک و جاسمونات در بافت گیاه، از طریق کاهش دسترسی به آب، تغییر ذخایر داخلی و همچنین با تاثیر بر تغییر در ساختارهای پروتئینی بذر باعث آسیب جدی به جوانهزنی بذر میشود [47].
یکی از کاربردهای زیست فناوری نانو در زراعت، بهکارگیری روشهایی است که از طریق آن بتوان زمان جوانهزنی بذر را کاهش و درصد جوانهزنی آنرا افزایش داد. تحقیقات متعددی در زمینه توانایی نانوذرات در نفوذ به دیواره سلولی گیاهان و ایجاد سیستم توانمند انتقال آب و املاح معدنی انجام شده است. نانوذرات میتوانند منافذ جدیدی را برای نفوذ آب در پوسته بذر ایجاد کنند و به این ترتیب سرعت جوانهزنی را افزایش دهند [59]. تحقیقات در مورد اثرات نانوذرات بر جوانهزنی و پارامترهای رشد در گیاهان، نشان دادهاند که نانوذرات میتوانند به دیواره سلولی نفوذ کنند. زیرا نفوذ آب و به ویژه املاح معدنی در بذر به سبب ضخامت قابل توجه پوسته بذر، پیچیده و سخت است [27].
پژوهشهای انجام شده در ارتباط با اثرات مس روی گیاهان نشان دادهاند که مس بهعنوان یک عنصر ضروری برای گیاهان، در تعدادی از فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مانند زنجیره انتقال الکترون تنفس (سیتوکروم اکسیداز) و ناقل الکترونی در زنجیره انتقال الکترون فتوسنتز (پلاستوسیانین) و فتوسنتز نقش دارد و نیز قسمتی از پیشساز و یا کوفاکتور آنزیمهای مرتبط با چرخههای متابولیکی و متفاوت نظیر آمینو اکسیداز، سیتوکروم اکسیداز، سوپر اکسید دیسموتاز، و پلی فنل اکسیداز می باشد [16, 33, 37]. همچنین مس در عمل فتوسنتز گیاهان و در ساخت و عملکرد کلروفیل و رنگدانههای گیاهی نقش موثری دارد. کمبود مس در گیاهان منجر به کم شدن میزان قندهای محلول و نشاسته در گیاه و دانهها و در نتیجه باعث کم شدن باروری میشود [17]. بکارگیری نانوذرات مس میتواند نقش مهم و مفید در رشد، نمو و پارامترهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهان داشته باشد [4, 5, 14, 20, 24].
استفاده از نانوذرات مس در باغبانی یک استراتژی امیدوارگکننده برای ترویج رشد گیاهان بوده است [23]. در مطالعه انجام شده بر روی جو (Hordeum vulgare L.)، غلظت پایین نانوذرات مس بر پارامترهای جوانهزنی مانند درصد جوانهزنی نهایی (FGP)، سرعت جوانه زنی (T50)، یکنواختی جوانهزنی (T10-90) و شاخص بنیه بذرها اثرات تحریک کنندگی داشتند [23].
سنتز سبز نانوذرات با توجه به مقرون به صرفه بودن، سادگی اجرا، استفاده از درجه حرارت کمتر و استفاده از مواد غیر سمی نسبت به روشهای دیگر دارای مزیت هستند. در این روش از ترکیبات زیستی مختلف از قبیل عصارههای گیاهی به عنوان عامل کاهنده و پایدار کننده برای نانوذرات استفاده میشود [22]. روش های مختلفی برای تشکیل نانوذرات مانند فرآیند سل ژل، تهنشینی شیمیایی، روش هیدروترمال، مایکروویو و رسوب بخار شیمیایی وجود دارد. روش های فوق شامل استفاده از معرفهای خطرناک برای سنتز نانوذرات هستند. با توجه به کاهش آلودگی زیست محیطی، نیاز فوری به توسعه یک روش سازگار با محیط زیست از سنتز مواد نانو وجود داشت. روش های بیولوژیکی مختلفی برای سنتز نانوذرات با استفاده از میکروارگانیسم ها، آنزیم ها و گیاهان یا عصارههای گیاهی پیشنهاد شده است که جایگزینهای سازگار با محیط زیست نسبت به روشهای شیمیایی و فیزیکی هستند. روشهای سنتز زیستی، راه را برای سنتز سبز نانوذرات هموار کردهاند و این روشها ثابت کردهاند که به دلیل سینتیک کندتر، روشهای بهتری هستند و دستکاری و کنترل بهتری بر رشد کریستال و تثبیت آن ها ارائه می دهند. این امر انگیزهای برای افزایش تحقیقات در مورد مسیرهای سنتز ایجاد کرده است که اجازه کنترل بهتر شکل و اندازه نانوذرات را برای کاربردهای مختلف فناوری نانو میدهد [40].
آلوئه ورا (Aloe vera) گیاهی همیشگی، گرمسیری، مقاوم در برابر خشکسالی، گوشتی متعلق به خانواده لیلیاسیه (Liliaceae) است که در طول تاریخ برای انواع مقاصد دارویی مورد استفاده قرار گرفته است. ارزیابی های بیوشیمیایی نشان داده است که مواد فعال زیستی هم در ژل و هم در لایه بیرونی برگ آلوئه ورا متمرکز شدهاند. در تحقیقات متعددی از گیاه آلوئه ورا برای سنتز سبز نانوذرات استفاده شده است [36, 40, 50].
در گیاهان تحت تنش شوری میزان و جذب آب توسط گیاه کاهش مییابد. غلظت بالای نمک در محلول خاک منجر به افزایش تنش اسمزی میشود که جذب آب توسط گیاه را محدود میکند و به نوبه خود بر پارامترهای جوانهزنی، محتوای نسبی آب بذر و در نهایت آب گیاهچه تأثیر میگذارد و در نهایت منجر به کاهش جوانهزنی و رشد گیاه میشود. گونههای مختلف گیاه پاسخهای متفاوت و خاصی را به تنشهای غیرزیستی نشان میدهند [6, 39]. تحقیقات گسترده برای کشف محدودیتهای تحمل به شوری در طول جوانهزنی بذر انجام میشود. با توجه به اینکه گیاه لوبیا حساس به شوری است [8, 25, 52] در این مطالعه، تاثیر نانوذرات سبز مس در بهبود و یا کاهش برخی از پارامترهای جوانهزنی گیاه لوبیا چیتی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روشها
آماده سازی عصاره برگ آلوئه ورا: برای آماده سازی عصاره برگ گیاه آلوئه ورا، 25 گرم برگ را به طور کامل شسته، خشک و ریز خرد شد. مواد ریز خرد شده به مدت 5 دقیقه در دمای 80 درجه سانتیگراد با 100 میلیلیتر آب غیر یونیزه در ارلن 250 میلی لیتر جوشانده و سپس تا دمای اتاق سرد شد. محلول حاصل از یک باند استریل برای حذف هر گونه ذرات جامد عبور داده و سپس دوباره از طریق کاغذ صافی واتمن با اندازه منافذ 2/0 میکرومتر فیلتر شد. عصاره بدست آمده در دمای 4 درجه سانتیگراد برای سنتز نانوذرات اکسید مس ذخیره شد.
سنتز سبز نانوذرات اکسید مس: پنجاه میلی لیتر محلول آبی 10 میلیمولار سولفات مس (99/99 درصد خلوص، مرک) در ارلن 100 میلیلیتری با همزدن مداوم بر روی همزن مغناطیسی در 98–100 درجه سانتیگراد به 5 میلیلیتر عصاره آلوئه ورا اضافه شد. تغییر رنگ مخلوط واکنش از آبی به قرمز و سپس به قهوهای تیره با هم زدن بعد از مدت 24 ساعت مشاهده شد. سپس محلول در دمای اتاق به مدت 10 دقیقه با 10000 دور در دقیقه سانتریفیوژ و بعد از دور ریختن محلول رویی، رسوب جمعآوری شد. نانوذرات اکسید مس جمعآوری شده در یک شیشه ساعت خشک شدند. رسوب سیاه باقی مانده جمعآوری و برای بررسی ویژگیهای نانوذرات حاصل آسیاب شد.
بررسی ویژگیهای نانوذرات سبز اکسید مس سنتز شده: ویژگیهای مورفولوژیکی (اندازه)، ساختاری و شیمیایی نانوذرات سبز اکسید مس با استفاده از پراش پرتوایکس (XRD-Philips X'pert Pro- Netherlands) در طول موج λ=1.5406A° در محدوده اسکن 20 تا 80 و میکروسکوپ الکترونی روبشی ( SEM) (Mira- Czech) در ولتاژ 26 Kv و بزرگنمایی 40 هزار برابر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ویژگی های نوری نانوذرات سبز اکسید مس سنتز شده با استفاده از تجزیه و تحلیل اسپکتروسکوپی ماوراء بنفش (JENWAY 6405-UV VIS) در محدوده 200-800 نانومتر و طیفسنجی مادون قرمز انتقالی (FTIR) نانوذرات سنتز شده (IRSpirit FTIR SHIMADZU) در محدوده طیفی 400 تا 4000 بر سانتیمتر مورد بررسی قرار گرفت.
رشد گیاه و تیمارها: در این بررسی از بذر لوبیا چیتی رقم کوشا (k221193) استفاده شد. تعداد 300 بذر (تقریبا هم شکل، هم اندازه و هم وزن) در محلول هیپوکلریت سدیم 10 درصد به مدت 3 دقیقه و اتانول 70 درجه برای 2 دقیقه گندزدایی و سپس دو بار با آب مقطر دو بار تقطیر استریل آبکشی شدند.
طرح آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با دو فاکتور شوری و نانوذرات مس (چهار غلظت نمک کلرید سدیم و چهار غلظت نانوذرات مس) با سه تکرار برای هر تیمار انجام شد. جهت بهینه سازی تیمارها، ابتدا آزمایشهای مقدماتی در قالب آزمون جوانه زنی استاندارد (ISTA) انجام شد [12, 29].
تهیه محلولهای سدیم کلرید و نانوذرات سبز مس: محلول اولیه 1000 میلیمولار سدیم کلرید تهیه شد. براساس روش سریال رقت محلولهای سدیمکلرید با غلظتهای 0، 40، 80 و 120 میلیمولار از محلول اولیه ساخته و pH محلولها با استفاده از محلول 01/0 مولار HCl و NaOH بر روی 7 تنظیم شد. محلول های نانوذرات سبز سنتز شده مس با غلظتهای 0، 20، 60 و 150 میلیگرم بر لیتر تهیه شد. آب مقطر دوبار تقطیر بهعنوان کنترل در غلظت صفر مورد استفاده قرار گرفت.
تیمار نانوذرات سبز مس بر جوانهزنی بذر لوبیا چیتی تحت تنش شوری: پانزده بذر وزن شده هم وزن به مدت 4 ساعت در هر غلظت به صورت جداگانه در محلولهای نانوذرات سبز مس قرار داده شدند. بذرهای پیش تیمار شده با نانوذرات، در دمای آزمایشگاه در زیر هود لامینار تدریجا خشک و میزان رطوبت آنها به مقدار اولیه (با کنترل وزن بذرها) رسانده شد. سپس ده بذر از هر پیش تیمار نانوذرات در پتریدیش (قطر 15 سانتیمتر) (سه پتریدیش برای هر تیمار شوری و کنترل) بر روی سه لایه کاغذ صافی قرار داده و با یک لایه کاغذ صافی پوشانده شدند. پتریها هر روز با 5 میلیلیتر از محلول های NaCl بهتدریج تا حجم نهایی 20 میلیلیتر (برای جلوگیری از شوک شوری) از هر غلظت مورد نظر نمک آبیاری و در دمای 25 درجه سانتیگراد، رطوبت نسبی 50 درصد، و تاریکی در یک اتاق رشد انکوبه شدند. شمارش تعداد بذرهای جوانه زده (بر اساس خروج 2 میلیمتر ریشهچه) به طور روزانه و مرتب تا روز پانزدهم از شروع آزمایش ادامه یافت.
اندازه گیری پارامترهای فیزیولوژیکی جوانه زنی بذر: درصد جذب آب (WUP) بر اساس تغییر وزن قبل و بعد از جذب آب توسط بذر به مدت 20 ساعت بر اساس فرمول زیر محاسبه شد [2].
(1)
که W1: وزن اولیه دانه، و W2: وزن دانه پس از جذب آب در یک زمان مشخص است.
فاکتورهای فیزیولوژیکی شامل درصد جوانهزنی (GP)، شاخص جوانهزنی (GI) [60]، میانگین زمان (روز) جوانهزنی (MGT) [9]، شاخص بنیه بذر (قدرت جوانهزنی) (VI) [13, 42] بر اساس زمان (روز) برای جوانه زدن یک تا 95 درصد بذرها (پارامترهای T1، T10، T25،T50 و T95)، شاخص تحمل به نمک (STI) [11, 21, 26]، میزان نسبی آسیب نمک (RSIR) [30] و درصد محتوای آب بافت (TWC) [10] بر اساس فرمولهای زیر محاسبه شدند.
(2)
(3)
(4)
که n: تعداد بذرهـای جوانهزده جدید، N: تعداد کل بذرهـا
است، ni: تعداد بذرهای جوانهزده در روز Ti و Ti تعداد روز پس از شروع آزمایش است.
(5)
(6)
که S0 نشان دهنده کنترل (غلظت صفر نمک) و Sx غلظت
نمک در تیمارهای مختلف نانوذرات مس مورد نظر است.
(7)
(8)
کهFW: وزن تر کل گیاه (ریشهچه و ساقهچه)و DW: وزن خشک کل گیاه (ریشهچه و ساقهچه) است.
تجزیه و تحلیل آماری
تجزیه دادههای آزمایش پس از بررسی نرمال بودن، کشیدگی و چولگی آنها به صورت یک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 غلظت نمک، 4 غلظت نانوذره مس با 3 تکرار با استفاده از نرمافزار SPSS v.26 انجام شد. تجزیه و تحلیل واریانس یکطرفه و مقایسه میانگینها با آزمون دانکن در سطح احتمال پنج درصد (P≤0.05) انجام شد. تجزیه و تحلیل واریانس دوطرفه برای بررسی اثر متقابل تیمارها و پارامترهای مورد بررسی همراه با آزمون تعقیبی دانکن انجام گرفت. تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) به منظور تمایز تیمارهای نانوذرات و شوری بر اساس پارامترهای مورد بررسی با استفاده از نرمافزارGraphPad Prism v.9.3.1.471 انجام شد. به منظور بررسی نحوه اثر و ارتباط متغیرهای وابسته و مستقل بر اساس تیمارهای نانوذرات سبز مس و شوری، نقشه حرارتی (Heat maps) با استفاده از نرمافزار بر خط CIMminer ساخته شد.
نتایج
ویژهگیهای نانوذرات سبز اکسید مس سنتز شده: نتایج حاصل از سنتز و پیشرفت تشکیل نانوذرات سبز مس با احیاء یونهای آبی مس با استفاده از عصاره برگ آلوئه ورا مورد بررسی قرار گرفت (شکل 1). طیف سنجی UV–Vis بررسی احیاء یونهای مس و تشکیل نانوذرات در تعلیق های آبی مورد استفاده قرار گرفت. طیف سنجی جذبی سوسپانسیون کلوئیدی نانوذرات اکسید مس سنتز سبز با استفاده از آلوئه ورا، دو قله مشخص در 260 تا 265 و دیگری با رزونانس ضعیفتر در 675 تا 685 نانومتر که نشان دهنده تشکیل نانوذرات اکسید مس است (شکل 2الف) را نشان داد. احیاء یونهای مس و تشکیل نانوذرات
پایدار پس از 30 دقیقه از واکنش ایجاد شدند.
تجزیه و تحلیل FTIR (شکل 2ب) نانوذرات سنتز شده سبز، تشکیل باند در 529 (cm-1) می تواند مربوط به ارتعاشات اکسید مس باشد، که تشکیل نانوذرات خالص اکسید مس را تایید می کند [28, 43, 62]. نتایج FTIR وجود مولکولهای زیستی در عصاره برگ آلوئه ورا مانند اسیدهای آمینه، فنلها، فلاونوئیدها و آنزیمها را تایید میکند و مسئول ایجاد پوشش و تثبیت نانوذرات اکسید مس هستند [44, 57].
تکنیک XRD برای تعیین و تأیید ساختار کریستال نانوذرات استفاده تشکیل فاز اکسید مس در نمونه با پراکنش اشعه ایکس تایید شد. تجزیه XRD مجموعه ای از پیک های پراش در 2θ را نشان داد (شکل 2ج). طیف XRD به وضوح ماهیت کریستالی نانوذرات اکسید مس را که از عصاره برگ آلوئه ورا سنتز شده است، مشخص کرد. موقعیت قلهها، ساختار مونوکلینیک CuO را نشان داد که توسط مرکز بینالمللی دادههای پراش (ICDD) ذرات کوچکتر با اندازه حدود 100 نانومتر قابل تایید است [49, 51].
تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانوذرات سنتز شده، مورفولوژی کروی، پراکندگی نسبتا یکنواخت و همگن با میانگین اندازه ذرات مس حدود 33-35 نانومتر را نشان داد (شکل 2د).
شکل1- مراحل تشکل نانوذرات مس با استفاده از گیاه آلوئه ورا
شکل 2- الف) طیف UV–Vis.، ب) طیف FTIR، ج) الگوی XRD و د) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (بزرگنمایی 40 هزار برابر و ولتاژ 26 هزار ولت) نانوذرات اکسید مس سبز سنتز شده با استفاده از عصاره برگ آلوئه ورا
نتایج کلی نانوذرات مس بر روی پارامترهای مورد مطالعه تحت تنش شوری: نتایج جدول تجزیه واریانس یکطرفه نشان داد که اثرات اصلی نانوذرات مس و شوری در تمامی پارامترهای اندازهگیری شده معنیدار بود (جدول 1).
جدول 1- تجزیه واریانس یکطرفه برای صفات مورد بررسی
|
صفات |
منابع تغیرات |
درجه آزادی |
میانگین مربعات |
مقدار F |
سطح معنی داری |
|
درصد جذب آب Water Uptake % |
بین گروهی |
15 |
0.646 |
18.787 |
0.001> |
|
درون گروهی |
32 |
0.034 |
|
|
|
|
درصد جوانه زنی Germination % |
بین گروهی |
15 |
431.067 |
100.933 |
0.001> |
|
درون گروهی |
32 |
4.271 |
|
|
|
|
میانگین زمان جوانه زنی Mean Time Germinating |
بین گروهی |
15 |
3.654 |
2.104 |
0.038 |
|
درون گروهی |
32 |
1.737 |
|
|
|
|
شاخص جوانه زنی Germination Index |
بین گروهی |
15 |
487.853 |
100.933 |
0.001> |
|
درون گروهی |
32 |
4.833 |
|
|
|
|
شاخص مقاومت به شوری Salt Tolerance Index |
بین گروهی |
15 |
735.580 |
2.630 |
0.011 |
|
درون گروهی |
32 |
279.636 |
|
|
|
|
میزان نسبی آسیب نمک Relative salt-injury rate |
بین گروهی |
15 |
0.049 |
101.575 |
0.001> |
|
درون گروهی |
32 |
0.000 |
|
|
|
|
شاخص بنیه بذر Seed Vigor Index |
بین گروهی |
15 |
0.151 |
2.538 |
0.013 |
|
درون گروهی |
32 |
0.060 |
|
|
|
|
درصد محتوی آب بافت Tissue Water Content % |
بین گروهی |
15 |
0.014 |
2.332 |
0.022 |
|
درون گروهی |
32 |
0.006 |
|
|
مقایسه میانگین اثر نانو ذرات مس بر صفات مورد مطالعه تحت تنش شوری در جدول 2 نشان داده شده است. افزایش شوری باعث کاهش درصد جذب آب، درصد جوانه زنی، میانگین زمان جوانه زنی، شاخص جوانه زنی، شاخص مقاومت به شوری، شاخص بنیه بذر و محتوای آب برگ شده است در حالیکه میزان نسبی آسیب نمک را افزایش داده است.
همچنین اثر متقابل نانوذرات مس × کلرید سدیم (شوری) بر اساس تجزیه و تحلیل واریانس دو طرفه بر روی صفات مورد مطالعه معنیدار بود (جدول 3). از آنجائیکه تاثیر نانو ذرات مس بر روی صفات مورد مطالعه تحت تنش تفاوت زیاد را نشان داد (جدول 2)، برای مشخص شدن بهتر اثر نانوذرات مس بر کاهش اثرات تنش شوری بر روی صفات مورد مطالعه از مدل خطی عمومی چند متغیره (Multivariate General Linear Model) استفاده شد (جدول 4).
جدول 2 - مقایسه میانگین اثر نانوذرات مس بر صفات مورد مطالعه تحت تنش شوری
میانگینهای دارای حروف مشترک در هر ستون اختلاف معنیداری با آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.
جدول 3- آزمونهای اثرات بین نانوذرات مس و نمک بر صفات مورد مطالعه
ns، * و ** به ترتیب غیر معنیداری و معنیداری در سطح احتمال 5 و 1 درصد.
در بررسی اثرات متقابل نانوذرات مس و شوری، بر اساس نتایج بدست آمده در جدول 4، در سطح اطمینان %95، مدل yijk = µ + τi + βj + (τβ)ij + ℇijk استخراج شد (i(Cu-NPs) = 1, 2, 3, 4; j(NaCl) = 1, 2, 3, 4; k(Repeat) = 3, 2, 3). با توجه به اینکه در این مدل سطح معنیداری (P-Value) کمتر از 05/0 شد، مدل میزان معنیداری تغیرات را توجیه کرد. در این مدل τi اثر نانوذرات مس iام، βj اثر غلظت نمک jام، (τβ)ij اثر متقابل نانوذرات مس iام و نمک jام، ijkℇ خطای تصادفی حاصل از تکرار و µ مقدار ثابت است.
جدول 4- مقایسه میانگین صفات مورد مطالعه تحت اثر متقابل فاکتورهای نانوذرات مس و نمک بر اساس مدل خطی عمومی چند متغیره
|
صفات |
درجه آزادی |
نمک (میلیمولار) |
اثرات نمک |
نانوذرات مس (میلیگرم بر لیتر) |
اثرات نانوذرات مس |
|
درصد جذب آب |
12 |
0 |
a |
0 |
d |
|
12 |
40 |
b |
20 |
c |
|
|
12 |
80 |
c |
60 |
b |
|
|
12 |
120 |
d |
150 |
a |
|
|
درصد جوانهزنی |
12 |
0 |
a |
0 |
d |
|
12 |
40 |
b |
20 |
c |
|
|
12 |
80 |
b |
60 |
a |
|
|
12 |
120 |
c |
150 |
b |
|
|
میانگین زمان جوانهزنی |
12 |
0 |
c |
0 |
a |
|
12 |
40 |
b |
20 |
a |
|
|
12 |
80 |
ab |
60 |
a |
|
|
12 |
120 |
a |
150 |
a |
|
|
شاخص جوانهزنی |
12 |
0 |
a |
0 |
d |
|
12 |
40 |
b |
20 |
c |
|
|
12 |
80 |
b |
60 |
a |
|
|
12 |
120 |
c |
150 |
b |
|
|
شاخص مقاومت به شوری |
12 |
0 |
c |
0 |
b |
|
12 |
40 |
b |
20 |
bc |
|
|
12 |
80 |
a |
60 |
c |
|
|
12 |
120 |
a |
150 |
a |
|
|
میزان نسبی آسیب نمک |
12 |
0 |
c |
0 |
a |
|
12 |
40 |
b |
20 |
b |
|
|
12 |
80 |
b |
60 |
d |
|
|
12 |
120 |
a |
150 |
c |
|
|
شاخص بنیه بذر |
12 |
0 |
a |
0 |
a |
|
12 |
40 |
ab |
20 |
a |
|
|
12 |
80 |
b |
60 |
a |
|
|
12 |
120 |
c |
150 |
a |
|
|
درصد محتوی نسبی آب بافت |
12 |
0 |
a |
0 |
ab |
|
12 |
40 |
a |
20 |
a |
|
|
12 |
80 |
b |
60 |
a |
|
|
12 |
120 |
c |
150 |
c |
میانگینهای دارای حروف مشترک برای هر صفت در دو فاکتور نانوذرات مس و نمک، اختلاف معنیداری با آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد ندارند.
بر اساس این مدل افزایش شوری باعث کاهش درصد جذب آب، درصد جوانهزنی، شاخص جوانهزنی، شاخص بنیه بذر و محتوای آب برگ شده است اما استفاده از نانوذرات درصد جذب آب (150 میلیمولار) (28/72 درصد)، درصد جوانهزنی (60 میلیمولار) (8/31 درصد) و شاخص جوانهزنی (60 میلیمولار) (49/21 درص) را بطور معنیدار (05/0=α) افزایش داده است. افزایش شوری باعث افزایش میانگین زمان جوانهزنی شده است. نانوذرات مس بر روی میانگین جوانه زنی و شاخص بنیه بذر تاثیر معنی دار نشان نداده است. افزایش شوری شاخص مقاومت به شوری را کاهش داده است در حالیکه بکار گیری نانوذرات (150 میلیمولار) باعث افزایش شاخص مقاومت به شوری (16/11 درصد) شده است. میزان نسبی آسیب نمک با افزایش شوری افزایش و با بکارگیری نانوذرات (150 میلیمولار) این شاخص به طور معنیدار کاهش (25 درصد) نشان داد. نانوذرات مس همانند شوری بر روی محتوی آب بافت اثر کاهشی نشان داده است اما در غلظت 60 میلی مولار باعث بهبود محتوی آب بافت در شوری 80 میلیگرم بر لیتر (92/13 درصد) شده است.
خوشه بندی نقشه حرارتی و تجزیه و تحلیل مؤلفه های اصلی پارامترهای مورد بررسی: خوشهبندی نقشه حرارتی به منظور تجسم، شفاف سازی و ارتباط یافتهها با گروههای آزمایشی بر اساس فاصله اقلیدسی برای ستون (پارامترهای مورد ارزیابی) و ردیف (تیمارها) با روش Average Linkage ساخته شد. با توجه به خوشهبندی نقشه حرارتی، تیمارهای ترکیبات مختلف نانوذرات و سطوح مختلف شوری در 9 گروه مجزا برای پارامترهای مورد بررسی طبقهبندی شدند (شکل 3). با توجه به تیمار شاهد (NaCl 0-CuNPs 0)، تیمارهای NaCl 80-CuNPs 60 و NaCl 120-CuNPs 150 نیز از سایر تیمارها جدا شدند. از طرف دیگر، پارامترهای مورد بررسی در سه گروه (گروه اول درصد جوانهزنی و شاخص جوانهزنی، گروه دوم شاخص مقاومت به شوری و گروه سوم میانگین زمان جوانهزنی، درصد جذب آب، میزان نسبی آسیب نمک، شاخص بنیه بذر و درصد محتوی آب بافت) قرار گرفتند. گروه اول پارامترها با افزایش شوری، کاهش داشتند و با بکارگیری نانوذرات اثرات شوری کاهش یافته و درصد جوانهزنی و شاخص جوانهزنی بهبود یافتند. تاثیر نانوذرات نیز بر بهبود و افزایش شاخص مقاومت به شوری نیز در NaCl 120-CuNPs 150 مشخص شد. سایر پارامترها (گروه سوم) به دلیل شوری به طور معنیداری کاهش یافتند اما بیشترین مقادیر این اجزا در هر دو گروه شاهد و تیمار با نانوذرات ثبت شد.
شکل 3- خوشهبندی نقشههای حرارتی مربوط به متغیرهای وابسته و مستقل همراه با تیمارها
برای ارزیابی کاملتر اثرات شوری و نانوذرات بر صفات مورد مطالعه، دادههای بدست آمده از آزمایشات، مورد تجزیه و تحلیل مؤلفههای اصلی قرار گرفتند. با توجه به نمرات دو مؤلفه اول و دوم، گروههای آزمایشی در یک بایپلات مشخص شدند (شکل 4). دو مؤلفه اصلی با مقادیر ویژه بزرگتر از 1، 81/80 درصد از تغییرپذیری داده های اصلی را تشکیل میدهند. نسبت واریانس از مؤلفهها نشان میدهد که پارامترهای ارزیابی شده همراه با تیمارها می توانند با تجزیه و تحلیل مؤلفههای مربوطه توضیح داده شوند. اولین مؤلفه اصلی، PC1، که 71/55 درصد از کل تغییرات را به خود اختصاص می دهد، همبستگی مثبت معنی داری با میزان نسبی آسیب نمک و میانگین زمان جوانهزنی نشان داد. این مؤلفه به عنوان مؤلفه میزان نسبی آسیب نمک و زمان جوانهزنی در نظر گرفته شد و بهترین پاسخ مربوط به تیمار NaCl 120-CuNPs 150 بود. در دومین مؤلفه اصلی، PC2، که 10/25 درصد از کل تغییرات را به خود اختصاص می دهد، شاخص مقاومت به شوری و شاخص بنیه بذر دارای بردارهای ویژه بالاتری هستند که بهترین پاسخ مربوط به NaCl 80-CuNPs 150 بود. از سوی دیگر، در اولین مؤلفه اصلی، محتوی آب بافت قرار گرفته است که بهترین پاسخ مربوط به تیمار NaCl 40-CuNPs 20 بود و در دومین مؤلفه اصلی درصد جذب آب، درصد جوانه زنی و شاخص جوانه قرار گرفتند که بهترین پاسخ مربوط به تیمار NaCl 40-CuNPs 150 بود (شکل 4).
شکل 4- بایپلات تیمارهای شوری و نانوذرات بر روی پارامترهای مورد بررسی بر اساس نمرات دو مؤلفه اول و دوم
بحث
امروزه استفاده از عصاره گیاهان برای سنتز سبز نانو ذرات به خاطر مقرون به صرفه بودن و همچنین سازگار بودن با محیط زیست بیشتر مورد توجه محققین قرار میگیرد. در بررسی حاضر، نانوذرات اکسید مس با استفاده از عصاره برگ گیاه آلوئه ورا سنتز شد. تشکیل نانوذرات سبز مس توسط طیف سنجی UV-Visible، پراش اشعه ایکس (XRD), تبدیل فوریه طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی و تایید قرار گرفت. تجزیه و تحلیل پراش پودر اشعه ایکس (XRD) تشکیل تک فاز اکسید مس با ساختار مونوکلنیک را نشان داد. مطالعه و بررسی طیف جذبی نانوذرات سبز اکسید مس سنتز شده با استفاده ازاسپکتروفتومتری(UV-Vis) ، وجود فلز مس را در محدوده nm300 λmax= در عصاره برگ گیاه آلوئه ورا به خوبی نشان داد. نتایج FTIR وجود پیوند Cu-O و گروههای عاملی موجود در عصاره، به عنوان عوامل اکسیداسیون (احیاء کننده) و همچنین پایدار کننده را توجیه میکند. از نانوذرات سبز سنتز شده جهت بررسی اثر آنها بر کاهش تنش شوری بر برخی از پارامترهای مرتبط با جوانهزنی بذر لوبیا چیتی استفاده شد.
شوری خاک یکی از تهدیدات عمده محصولات در سراسر جهان است، محدود شدن سریع جذب آب و متعاقباً ایجاد تنش اسمزی باعث انباشته شدن یونها در خاک و در نتیجه منجر به تنش یونی میشود [31]. در گیاهان تحت تنش شوری میزان و جذب آب توسط گیاه کاهش مییابد. غلظت بالای نمک در محلول خاک منجر به افزایش تنش اسمزی میشود که جذب آب توسط گیاه را محدود میکند و به نوبه خود بر جوانهزنی، محتوای آب بذر و در نهایت آب گیاهچه، هدایت روزنهای، رشد برگ (حساسیت و مرگ برگ) و فتوسنتز (کاهش غلظت کلروفیل) تأثیر میگذارد و در نهایت منجر به کاهش جوانهزنی و رشد گیاه میشود. گزارشهایی وجود دارد که نشان میدهد نانوذرات میتوانند وضعیت آب و کارایی استفاده از آب را در بسیاری از گونههای گیاهی بهبود بخشند. علاوه بر این، مطالعات متعددی گزارش دادهاند که گیاهان تحت تیمار با نانوذرات، هدایت و تعرق روزنهای بالاتر، محتوای آب، و هدایت هیدرولیکی ریشه و کل گیاه را حفظ میکنند [15].
در تحقیقات برای اکثر گونه های گیاهی به طور کلی، و لوبیا به طور خاص، رشد آهسته و تاخیری در سطوح بالاتر شوری خاک گزارش شده است [7, 52]. به دلیل عدم مقبولیت عمومی از محصولات ترا ریخته در بسیاری از کشورها، استفاده از نانوذرات به عنوان یک ابزار جایگزین بالقوه و عالی برای کاهش آسیب تنش در گیاهان مورد توجه فزایندهای قرار گرفته است و نتایج قابل قبول و واضحی بسته به نوع و میزان مصرف به دست آمده است [18]. اگرچه پیشرفت هایی در مورد پاسخ های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی در خصوص استفاده از نانوذرات صورت گرفته است، اما دانش کلی فعلی در مورد مکانیسمهای عمل در مرحله ابتدایی باقی مانده است [63].
با بررسی تحقیقات انجام شده، مشخص شده است که نانوذرات اکسید مس اثرات مثبتی در جهت افزایش تحمل به شوری در گیاهان زراعی دارند [34, 41, 56]. به همین دلیل، در مطالعه حاضر برهمکنش بین نانوذرات اکسید مس و تنش شوری در گیاه لوبیا چیتی مورد ارزیابی قرار گرفت. لوبیا چیتی، به عنوان یک محصول تجاری عمده، بیشتر در مناطقی کشت میشود که با مشکلات شوری مواجه هستند، که باعث کاهش عملکرد و کیفیت میشود [7, 52]. با توجه به شرایط ایران و حساسیت ارقام لوبیا به شوری، کاربردهای احتمالی و بالقوه نانوذرات اکسید مس را در کاهش اثرات منفی شوری بر روی برخی پارامترهای جوانهزنی بررسی شد.
کیفیت جوانهزنی برای ظهور و نمو گیاه مهم است. جوانهزنی مناسب و یکنواخت، برای ایجاد مزارع یکدست لازم است. کیفیت جوانهزنی بذر با ویژگیهایی مانند درصد و شاخص جوانهزنی بیان میشود [61]. رشد سالم و مناسب نهالها باعث افزایش بهترین جمعیت گیاه به ویژه در شرایط تنش شوری میشود. بنابراین، آزمایش جوانهزنی میتواند ابزار مفیدی برای انتخاب و توسعه ارقام برای کاشت در خاک شور به ویژه در مناطق خشک باشد [3].
در مطالعه حاضر، با توجه به مشاهدات فنوتیپی گیاهان لوبیا چیتی (جدول 4)، بکارگیری نانوذرات اکسید مس باعث اثرات مثبت و قابل توجهی در گیاهان تیمار شده در مقایسه با شاهد و تحت تنش شوری شد. نمک موجود در محیط پتانسیل اسمزی را تا حدی کاهش میدهد که جذب آب لازم برای جذب مواد غذایی مورد نیاز برای جوانهزنی را به تاخیر می اندازد یا مانع از آن میشود. نتایج ما با نتایج کایماکانوا [25]، که جوانهزنی مستقیماً با مقدار آب جذب شده و تاخیر در جوانهزنی با غلظت نمک محیط ارتباط دارد، مطابقت داشت. همراه با افزایش شدت شوری، فشار اسمزی منجر به کاهش جذب آب و مهار تقسیم و تمایز سلولی میشود که بر فرآیندهای متابولیکی و فیزیولوژیکی تأثیر منفی میگذارد و این باعث تاخیر بیشتر در شروع جوانهزنی و به دنبال آن طولانی شدن مدت جوانهزنی بذر و در نهایت کاهش پارامتر جوانه زنی میشود [1].
بکارگیری نانوذرات مس باعث افزایش درصد، شاخص و میانگین زمان جوانهزنی در گیاه لوبیا چیتی شد (جدول 2و 4). در این مطالعه نیز مشخص شد که درصد و شاخص جوانهزنی ارتباط نزدیک با درصد جذب آب دارد (شکل 4). با افزایش شوری که باعث کاهش جذب آب میشود، بکارگیری نانوذرات مس باعث بهبود جذب آب و بدنبال آن افزایش درصد و شاخص جوانهزنی شده است (شکل 3). در ارتباط با تحمل شوری (نمک)، ممکن است بین تحمل به شوری در مرحله جوانهزنی و در مراحل بعدی رشد همبستگی مثبتی وجود نداشته باشد. با این وجود، تحمل بیشتر به شوری در طول جوانهزنی با نرخ تنفس کمتر و ذخیره بیشتر مواد تنفسی همراه است. میزان تحمل به نمک گیاهان با نوع نمک و پتانسیل اسمزی محیط متفاوت است [48, 58]. اما مقادیر متناظر همراه با افزایش غلظت نانوذرات افزایش یافت (جدول 4).
در این مطالعه، کاهش مشاهده شده در درصد محتوی نسبی آب تحت تأثیر شوری و کاربرد نانوذرات، ممکن است به دلیل استراتژیهای دفاعی گیاه برای کاهش جذب نانوذرات به دنبال مسیرهای انتقال نانوذرات از طریق جریان و انتقال آب باشد [45, 46]. علاوه بر این، برگهای در معرض نانوذرات، تنظیم افزایشی برخی از عوامل رونویسی را نشان دادهاند که نقش مهمی در توسعه زایشی و رویشی گیاهان دارند [54]. در مطالعه حاضر نانوذرات مس (غلظت 60 میلیگرم بر لیتر) تا حدودی اثرات منفی شوری (80 میلی مولار نمک) بر درصد محتوی نسبی آب در گیاهان تیمار شده را نیز بهبود بخشیده است (جدول 2) (شکل 3).
تیمارهای نانوذرات مس با افزایش شوری جذب و حفظ آب را در گیاه لوبیا چیتی بهبود بخشید، و این امر منجر به افزایش جوانهزنی بذر نسبت به گروه شاهد شد. به نظر میرسد تیمار با نانوذرات با افزایش شوری، اثرات مضر شوری را کاهش میدهد (جدول 2 و 4). در مطالعه انجام شده بر روی بذر گوجه فرنگی با نانوذرات کربن پس از انکوباسیون 2 روزه، محتوای آب بذرها با نانوذرات، 19 درصد بیشتر از دانه های تیمار نشده گزارش شده است [15]. یافتهها نشان میدهند که نانوذرات جذب و حفظ آب را افزایش میدهند. مکانیسم به طور کامل درک نشده است. شاید نانوذرات منافذ بسیار ریز و کانالهای نفوذ آب را در لایه های بذر ایجاد میکنند. فرض بر این است که نانوذرات آکواپورینهای موجود در پوشش دانه را تنظیم میکنند [32].
تنش شوری بر پروتئینها و ژنهای اندامهای گیاهی بهویژه در ریشه تأثیر میگذارد. تنش شوری جذب آب در ریشه را محدود میکند و همچنین بر بیان آکواپورین ها تأثیر میگذارد. تنش شوری (150 میلی مولار NaCl) هدایت هیدرولیکی پایینی را در ریشه ایجاد میکند. علاوه بر این، ژنهای مرتبط با پروتئینهای شوک حرارتی، روبندههای انواع اکسیژن فعال و اسمولیتها نیز بیان متفاوتی را تحت تنش نمک نشان میدهند که در گیاهان سورگوم تحت تنش شوری مشاهده شد [63].
آکواپورینها پروتئینهای کانالی که متعلق به ابر خانواده اصلی پروتئین هستند که نقش مهمی در روابط آب گیاهی دارند. نقش اصلی آکواپورین ها در گیاهان انتقال آب و دیگر مولکول های خنثی کوچک در سراسر غشاهای زیستی سلولی است. گزارش شده است که نانوذرات میتوانند هدایت هیدرولیک ریشه را از طریق افزایش بیان آکواپورینها، این پروتئین غشاء پلاسمایی را افزایش دهند که ممکن است تا حدودی به افزایش جذب آب و کاهش تنش اکسیداتیو و آسیب غشایی کمک کنند و در نتیجه باعث بهبود و افزایش تحمل به شوری شوند [15]. تحقیق حاضر نیز نشان داد که بکارگیری نانوذرات مس تا حدودی باعث بهبود شاخص مقاومت به شوری در گیاه لوبیا چیتی شده است (جدول 2 و 4) (شکل 4).
این تحقیق همچنین نشان داد که نانوذرات اکسید مس درصد جذب آب را در لوبیا چیتی بهبود داده است (جدول 4). بررسیهای انجام شده بر روی کلم بروکلی، تاثیر نانوذرات بر روی افزایش درصد جذب آب تحت تنش نمک نشان داده شده است [15].
مشخص شده است که تنش اکسیداتیو، تنش ناشی از نمک، باعث آسیب غشای پلاسمایی میشود و بر فعالیت آکواپورینها (تنظیم منفی فعالیت آکواپورینهای غشای پلاسمایی) و متعاقباً هدایت هیدرولیکی تأثیر میگذارد و منجر به آسیب نسبی مرتبط با نمک در هنگام جوانهزنی بذر میشود (جدول 2 و 4). به نظر میرسد که کاربرد نانوذرات ممکن است تعادل آب گیاه را در شرایط شوری با تنظیم مثبت آنزیمهای آنتی اکسیدانی کلیدی نیز بهبود بخشد، که باید در تحقیقات آینده بر روی لوبیای چیتی مورد مطالعه قرار گیرد.
نتایج این تحقیق نشان داد که شوری تأثیر کاهنده بر سرعت جوانهزنی در لوبیا چیتی داشت که یافته تحقیقات مشابه را تایید می کند [47]. اگر جذب آب توسط بذر دچار اختلال شود و یا جذب به آرامی صورت گیرد فعالیتهای متابولیکی جوانهزنی در داخل بذر به آرامی انجام خواهند شد و در نتیجه مدت زمان لازم برای خروج ریشهچه از بذر افزایش یافته و سرعت جوانهزنی کاهش مییابد [25].
قدرت جوانهزنی یکی از شاخصهای بسیار مهم در ارزیابی کیفیت بذر است و نقش تعیین کنندهای در جوانهزنی و سبز شدن یکنواخت تحت شرایط تنش و بدون تنش دارد. به عبارت دیگر بنیه یا قدرت بذر به توان تولید گیاهچه قوی و نرمال در کمترین زمان ممکن گفته میشود که این صفت مهمترین عامل مؤثر بر استقرار و سبز شدن و به دنبال آن رشد گیـاه است که در نهایت به افزایش عملکرد منجر میشود. بنیه بذر تحت تأثیر عوامل محیطی و شرایط نگهداری بذرها نیز قرار میگیرد [47]. در مطالعه حاضر شاخص بنیه بذر همراه با تنش شوری کاهش یافت که این روند مطابق با روند درصد جوانهزنی بود و با شاخص مقاومت به شوری در ارتباط است (جدول 2 و 4) (شکل 4). شاخص بنیه بذر در شرایط عدم شوری نسبت به غلظتهای پائین و بالای نانو ذرات حساسیت نشان داد و در شوری 80 میلیمولار در ارتباط با شاخص مقاومت به شوری و در غلظت 40 میلیمولار در ارتباط با درصد و شاخص جوانهزنی با غلظت 150 میلیگرم بر لیتر نانوذرات مس بهینه بود (شکل 3 و 4). به نظر میرسد که تیمار با نانوذرات سبب سازگاری بیشتر گیاه با تنش شوری شده و به دلیل فعالیت بهتر برخی آنزیمها در بذر، قابلیت دسترسی به مواد غذایی در طول جوانهزنی در بذرهای تیمار شده آسانتر شده و این بذرها قادر به کامل کردن فرآیند تحمل به تنش شوری میگردند [38].
نتیجهگیری کلی
از آنجا که شوری یکی از مشکلات رو به گسترش در جهان است و سطح وسیعی از اراضی کشور ما را نیز در بر میگیرد، بررسی و ابداع تکنیکهای فیزیولوژیک برای افزایش پارامترهای کیفیت بذر از جمله جوانهزنی جهت تداوم بقا در انواع تنشها به ویژه تنش شوری به عنوان یکی از مهمترین تنشهای محیطی ضروری است. در شرایط تنش شوری نانوذرات مس در تمام پارامترهای مورد بررسی تأثیر افزایشی و یا بهبود داشت که این نتیجه توانایی نانوذرات مس را در تقلیل اثرات منفی تنش شوری به اثبات رساند. بر اساس تجزیه و تحلیلهای پیشرفته آماری مانند خوشه بندی نقشه حرارتی بهترین غلظت مشاهده شده که بر روی پارامترهای جوانهزنی مور بررسی برای مقابله با شوری تاثیر مثبت داشت، غلظت 60 میلیگرم بر لیتر نانوذرات سبز مس بود. از آنجا که جوانهزنی مطلوب و رشد سریع گیاهچه باعث استقرار بهتر و کاهش رقابت با دیگر گیاهان میشود؛ بنابراین استفاده از نانوذرات مس در گیاه لوبیا چیتی میتواند راهکار مناسبی برای تولید این گیاه در شرایط شوری باشد. در عرصه زندگی گیـاه بهندرت شرایط مطلوب از لحاظ ویژگیهای مختلف محیطی فراهم است و در نتیجه میزان جوانهزنی و سبز شدن واقعی کمتر از میزان پیشبینی شده در آزمونهای جوانهزنی است. از اینرو شاخص بنیه بذر بهطور قویتری میتواند میزان جوانهزنی بذر در عرصه را نشان دهد. هرچند افزایش شاخص بنیه بذر با حضور نانوذرات مس در سطوح شوری پایین در این گیاه به اثبات رسید ولی برای بررسی سایر مشخصههای گیاه لوبیای چیتی نیازمند آزمایش تکمیلی در شرایط مزرعه هستیم. و همچنین نیاز به بررسی اثرات سمی نانوذرات مس در غلظتهای بالاتر از 150 میلیگرم بر لیتر میباشد.
تضاد منافع
نویسندگان اعلام می کنند که هیچ تضاد منافعی ندارند.
سپاسگزاری
از دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهید حاج قاسم سلیمانی (واحد کرمان) بخاطر فراهم کردن شرایط آزمایشگاهی، دستگاهی و تجهیزات تشکر میشود.
مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران)(علمی)