اثر نانو ذرات سیلیس بر خصوصیات فیزیولوژیک نهال بنه (Pistacia atlantica subsp. mutica) تحت تنش خشکی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه علوم جنگل، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران،

2 استادیار گروه زراعت، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران،

3 استاد مؤسسه تحقیقات جنگل و فرآوردههای چوب گرمسیری (INTROP ،(یو پی ام مالزی،

4 استادیار گروه علوم جنگل، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

چکیده

سابقه و هدف: یافتن گونه های مقاوم به خشکی با هدف احیای جنگل‌های زاگرس از اهمیت زیادی برخوردار است. مطالعات چندانی درباره تاثیر نانوذرات بر روی گیاهان چوبی به خصوص تغییر در خصوصیات فیزیولوژیک آنها صورت نگرفته و بیشتر تحقیقات در این زمینه به گیاهان علفی و زراعی معطوف می شود. بنابراین در پژوهش حاضر، اثر نانوذرات سیلیس بر نهال‌های بنه (Pistacia atlantica subsp. mutica) به منظور شناخت واکنش گیاه به تنش وارده جهت دستیابی احتمالی به گونه ای مقاوم به خشکی با هدف احیای جنگل های زاگرس پرداخته شد.
مواد و روش ها: پژوهش حاضر با تعداد 126 اصله نهال در قالب فاکتوریل و بر پایه طرح کاملا تصادفی با سه تکرار، شش سطح نانوذرات سیلیس (صفر، 100، 300، 700، 1500 و 3000 میلی‌گرم بر لیتر) به مدت 30 روز و سه سطح تنش خشکی (شاهد، آبیاری یک روز در میان؛ متوسط، آبیاری چهار روز در میان؛ و شدید، قطع کامل آبیاری) انجام شد. در پایان آزمایش، صفات فیزیولوژیک (کلروفیلa، b، کلروفیل کل، کاروتنوئید، هیدرات‌های کربن، محتوای پرولین و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی پراکسیداز گایاکول و کاتالاز در برگ نهال‌ها مورد اندازه گیری قرار گرفت.
یافته ها: نتایج آزمایش نشان داد که استفاده از نانوذرات سیلیس سبب افزایش انواع کلروفیل و کاروتنوئید، افزایش پرولین، کربوهیدرات و آنتی اکسیدان‌ها تحت تنش خشکی گردید. نهال‌ها به تیمارهای نانوذرات واکنش‌های متفاوتی نشان دادند، به طوری که بیشترین مقدار کربوهیدرات و کاتالاز درغلظت 700، کلروفیلa، b، کل و کاروتنوئید درغلظت 3000 و پرولین و پراکسیداز نیز در غلظت 300 مشاهده شد. همچنین، سطوح تنش خشکی سبب کاهش انواع کلروفیل، کاروتنوئید و افزایش کربوهیدرات محلول، پرولین و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان شد.
نتیجه گیری: در مجموع می‌توان نتیجه گرفت که بسیاری از صفات فیزیولوژیک تحت تاثیر تنش خشکی افزایش یافتند و نانوذرات سیلیس اثر مثبتی بر صفات انواع کلروفیل و کاروتنوئید داشتند. غلظت‌های 300، 700 و 3000 میلی‌گرم بر لیتر نسبت به سایر غلظت‌ها روی بسیاری از صفات فیزیولوژیک مذکور موثر بودند. کاهش انواع کلروفیل و کاروتنوئید و افزایش کربوهیدرات، پرولین و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان از روشهای مقابله گیاهان به تنش خشکی اعمال شده می باشد. با توجه به فقدان اطلاعات پایه‌ای درباره مکانیسم‌های مقاومتی در گونه‌های بومی جنگلی زاگرس در پاسخ به نانو ذرات، این تحقیق کمک فراوانی به توسعه دانش نانو تکنولوژی در گیاهان چوبی خواهد نمود. مطالعات در مورد تاثیر نانو ذرات سیلیس برای دوره‌های آزمایش طولانی‌تر و نیز گونه‌های مختلف می‌تواند راه مناسبی برای یافتن نتایج بهتر و مستدل‌تر باشد شاید در نهایت منجر به تولید اقتصادی نهال‌های مقاوم به خشکی شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of Nano Sio2 on Physiological Features of Pistacia atlantica subsp. mutica under Drought Stress

نویسندگان [English]

  • Kolsum Mahmoodi 1
  • Yaser Alizadeh 2
  • Hazandy Abdul-Hamid 3
  • HamidReza Naji 4
1 Dep. of Forest Sciences, Faculty of Agriculture, Ilam, Iran.
2 Dep. of Agronomy, Faculty of Agriculture, University of Ilam, Iran.
3 Institute of Tropical Forestry and Forest Research
4 Ilam University
چکیده [English]

Background and objectives: It is a strategic need to find drought-resistant tree species with the aim of reviving Zagros forests. There are no enough researches about the effect of nano particls on the woody plants especially on their physiological features, while most of recordes have focused on crops. Therefore, in the current research, we investigated the effect of Nano Sio2 on Wild Pistachio (Pistacia atlantica subsp. mutica) seedlings in order to finding a resistant plant for rehabilitation of Zagros forest.
Materials and methods: The experiment was based on a completely randomized design with 126 seedlings, six treatments of Nano Sio2 (control, 100, 300, 700, 1500, and 3000 mg. l-1) for 30 days and three replicates at three levels of drought stresses (control, every other day of irrigation; moderate, every four days of irrigation; and severe drought, with no irrigation). At the end, the physiological characteristics such as chlorophyll a, b, total, caratoneid, carbohydrate, proline content, enzyme peroxidase of guaiacol and catalase were analysed in treated leaves seedlings.
Results: The results showed that levels of drought stress decreased the chlorophyll, caratoneid contents and increased the soluble carbohydrates, proline, and antioxidant enzymes. In the other words, the seedlings reacted differently to nano Sio2 treatments that the highest amount of carbohydrates and catalase were observed in 700 mg.l-1; chlorophyll a, b, total and caratoneid in 3000 mg.l-1, and proline and peroxidase in 300 mg.l-1. Furthermore, the different levels of drought stresses made a reduction in the types of chlorophylls and caratoneid; increase in carbohydrates, proline, and antioxidant enzymes.
Conclusion: It can be concluded that the most physiological traits were increased under drought stress and the Sio2 nanoparticles mitigated some traits like types of chlorophyll and carotenoids. Concentrations of 300, 700 and 3000 mg. l-1 had a better effect on many of the physiological traits than the others. Reducing the types of chlorophyll and carotenoids and increasing carbohydrate, proline and antioxidant enzymes are occurred in plants to tolerate the drought stress. Due to the lack of basic information about the resistant mechanism in the endemic tree species from Zagros forest in response to nanoparticles, this study will be a great assistance to develop nano technology in wooden plants. It is suggested to study the effect of Sio2 nano particles for longer periods or on some more species that could be a considerable way to find reliable results. These results may lead into economical production of drought resistant seedlings in large scales.
Keywords: Drought resistant; leaf physiological features; Sio2 Nano-particles; Chlorophyll; Pistachio.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drought resistant
  • leaf physiological features
  • Sio2 Nano-particles
  • Chlorophyll
  • Pistachio

مراجع

1.Aebi, H. 1984. Catalase in vitro. Methods in Enzymology. 105: 121-126.
2.Allen, D.J., Nogues, S., and Baker, N.R. 1998. Ozone depletion and increased UV-B radiation: is there a real threat to photosynthesis? J. of Experimental Botany. 49: 1775-1788.   
3.Amini, Z., and Haddad, R. 2013. Therole of photosynthetic pigments and antioxidant enzyms against oxidative stress. J. of Cellular and Molecular Research (Iranian J. of Biology).26: 3. 251-264. (In Persian)
4.Amiri, A., Bagheri, A., khaje, M., Najafabadi Pour, F., and Yadollahi, P. 2014. Eeffect of silicone foliar application on yield and antioxidant enzymes activity of safflower under limited irrigation conditions. J. ofCrop Production Research. 5: 4. 361-373. (In Persian)
5.Ashkavand, P., Tabari, M., Zarafshar, M., Tomaskova, I., and Struve, D. 2015. Effect of Sio2 nanoparticles on drought resistance inhawthorn seedlings. Lesne Prace Badawcze/Forest Research Papers Grudzien. 76: 4. 350-359.
6.Asgarpour, E., Azadfar, D., and Saeedi, Z. 2017. Evaluation of Acer cappadocicum Gled. seedlings to drought stress. J.
of Plant Researches. 30: 10. 1-11.(In Persian)
7.Baroniya, S.S., Kataria, S., Pandey, G.P., and Guruprasad, K.N. 2012. Intraspecific variations in antioxidant defense responses and sensitivity of soybean varieties to ambient UV radiation. Acta Physiol Plant. 35: 5. 1521-1530.
8.Bates, L.S., Walderon, R.P., and Teare, J.D. 1973. Rapid determination of free prolin for water stress studies. Plant and Soil. 39: 205-208.
9.Bolton, D.K., and Friedl, M.K. 2013. Forecasting crop yield using remotely sensed vegetation indices and crop phenology metrics. Agricultural and Forest Meteorology. 173: 74-84.
10.Castillo, F.J. 1986. Extracellular peroxidases as markers of stress? P 419-426. In: H. Greppin, C. Penel, and T. Gaspar Eds. Molecular and physiological aspects of plant peroxidases. University of Geneva. Geneva.
11.Chance, B., and Maehly, A.C. 1955. Assay of catalases and peroxidase. Methods in Enzymology. 2: 764-775.
12.Cechin, I., Rossi, S.C., Oliveira, V.C., and Fumis, T.F. 2006. Photosynthetic responses and proline content of mature and young leaves of sunflower plants under water deficit. Photosynthetica.44: 1. 143-146.
13.Crusciol, C.A.C., Pulz, A.L., Lemos, L.B., Soratto, R.P., and Lima, G.P.P. 2009. Effects of silicon and drought stress on tuber yield and leaf biochemical characteristics in potato. Crop Science. 49: 949-954.
14.Ditmarova, L., Kurjak, D., Palmroth, S., Kmet, J., and Strelcova, K. 2009. Physiological responses of Norway spruce (Picea abies)seedlings to drought stress. Tree Physiology.30: 205-21.
15.Farahat, M.M., Soad Ibrahim, M.M., Taha, L.S., and Quesni, E.M. 2007. Response of vegetative growth and some chemical constitus of Cupressus sempervirense L. to foliar applicationof ascorbic acid and zink atNubaria. World J. of Agriculture Science. 3: 4. 496-502.
16.Ghahramany, L., Saeidizadeh, F., and Ghazanfari, H. 2016. Response of wild pistachio (Pistacia atlantica Desf.) to resin exploitation. J. of Wood & Forest Science and Technology. 23: 2. 25-44. (In Persian)  
17.Gong, H., Zhu, X., Chen, K., Wang, S., and Zhang, C.H.  2005. Silicon alleviates oxidative damage of wheat plants in pots under drought. Plant Science. 169: 313-321.
18.Gunes, A., Pilbeam, D.J., Inal, A., Bagci, E.G. and Coban, S. 2007. Influence of silicon on antioxidant mechanisms and lipid peroxidation in chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars under drought stress. J. of Plant Interactions. 2: 2. 105-113.
19.Hashemi, A. Abdolzadeh, A., and Sadeghipour, H.R. 2010. Beneficial effects of silicon nutrition in alleviating salinity stress in hydroponically grown canola, Brassica napus L., plants. Soil Science and Plant Nutrition. 56: 244-253. (In Persian)
20.Hashempour, F., Rostami Shahraji, T., Assareh, M.H., and Shariat, A. 2011. Impact of drought stress on some physiological traits in five Eucalypt species. Iranian J. of Forest and Poplar Research. 19: 2. 222-233. (In Persian)
21.Hekmat Shoar, H. 1994. Physiology of Agronomic Plant in Difficult Condition. Hekmat Shoar Publication. 251p.
(In Persian)
22.Ilam Department of Natural Forest and Watershed. 2016. https://ilam.frw.ir/ 00/Fa/StaticPages/Page.aspx?tid=1689.
23.Khazaei, A. Saboori, A. Sadat Shebar, Z., and Shahbazi, M. 2016. Evaluation of grain yield of cultivars and promising lines of grain sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) using of drought tolerance indices. Seed and Plant Production.
32: 1. 99-118. (In Persian)
24.Krause, G.H., and Weiss, E. 1988. The photosynthetic apparatus and chlorophyll fluorescence. An introduction. P 3-11.
In: H.K. Lichtenthaler (Eds). Applications of chlorophyll fluorescence in photosynthesis research stress physiology, hydrobiology and remote sensing. Springer. Dordrecht. Acta Physiologiae Plantarum. 29: 519-526.
25.Liang, Y. 1999. Effects of silicon on enzyme activity and sodium, potassium and calcium concentration in barley under salt stress. Plant and Soil.209: 217-224.
26.Lichtenthaler, H.K., and Wellburn, A.R. 1985. Determination of total carotenoids and chlorophyills a and b of leaf in different solvents. Biochemical Society Transactions. 11: 591-592.
27.Liu, C., Liu, Y., Guo, K., Fana, D., Li, G., Zheng, Y., Yu, L., and Yang, R. 2011. Effect of drought on pigments, osmotic adjustment and antioxidant enzymes in six woody plant species in karst habitats of southwestern China. Environmental and Experimental Botany. 71: 174-183.
28.Manivannan, P., Abdul Jaleel, C., Sankar, B., Kishorekumar, A., Somasundaram, R., Lakshmanan, G.M.A., and Panneerselvam, R. 2007.  Growth, biochemical modifications and proline metabolism in Helianthus annuus L. as induced by drought stress. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 59: 141-149.
29.Mirzaei, J., and Karamshahi, A. 2015. Effects of drought stress on growth and physiological characteristics of Pistacia atlantica seedlings. J. of Woodand Forest Science and Technology.22: 1. 31-43. (In Persian)
30.Mirzaei, J., and Yousefzadeh, H. 2013. Peroxidase, superoxide dismutase and catalase activities of the Pistacia khinjuk seedlings under drought stress. Ecopersia. 1: 4. 329-337.
31.Parvin, P., Khezri, M., and Tavasoliyan, I. 2015. Effects of drought stress on some morphological, physiological and biochemical parameters of Persian walnut seedling. J. Plant Products Research. 21: 3. 1-25. (In Persian)
32.Saeidi, M., Moradi, F., Ahmadi, A., Spehri, R., Najafian, G., and Shabani, A. 2010. The effects of terminal water stress on physiological cahractersitics and sinksource relations in two bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. J. of Agricultural Sciences of Iran.4: 13. 392-408. (In Persian)33.Schlegel, H.G. 1956. Die verwertung organischer sauren durch chlorella in lincht. Planta. 47: 510-526.
34.Shamsi, K. 2010. The effects of drought stress on yield, relative water content, proline, soluble carbohydrates and chlorophyll of bread wheat cultivars.J. of Animal and Plant Sciences.8: 3. 1051- 1060.
35.Silva, O.N., Lobato, A.K.S., Avila, F.W., Costa, R.C.L., Oliveira Neto, C.F., Santos Filho, B.G., Filho, A.P.M., Lemos, R.P., Pinho, J.M., Medeiros, M.B.C.L., Cardoso, M.S., and Andrade, I.P. 2012. Silicon-induced increase in chlorophyll is modulated by the leaf water potential in two water-deficient tomato cultivars. Plant Soil and Environment. 58: 11. 481-486.
36.Tubana, B.S., and Heckman, J.R. 2015. Silicon in Soils and Plants. P 7-51. In: F. Rodrigues and L. Datnoff (Eds). Silicon and Plant Diseases. Springer. Cham.
37.Valladares, F., Skillman. J.B., and Pearcy, R.D. 2002. Convergence in light capture efrciencies among tropical forest understory plants with contrasting crown architectures: a case of morphological compensation. American J. of Botany. 89: 1275-1284.
38.Wang, L.F. 2014. Physiological and molecular responses to drought stressin rubber tree (Hevea brasiliensisMuell. Arg.). Plant Physiology and Biochemistry. 83: 243-249.
39.Widiastuti, N., Wu, H., Ang, M., and Zhang, D.K. 2008. The potential application of natural zeolite forgrey water treatment. Desalination J. 218: 271-280.
40.Xu, X., Peng, G., Wu, Ch., Korpelainen, H., Li, C. 2008. Drought inhibits photosynthetic capacity more in females than in males of Populus cathayana. Tree Physiology. 28: 1751-1759.
 41.Yuvakkumar, R., Elango, V.,Rajendran, V., Kannan, N., and Prabu, P. 2011. Influence of nanosilicapowder on the growth of maize crop (Zea Mays L.). International J. of Green Nanotechnology. 3: 180-190.
42.Zhang, C.H., Moutinho-Pereira,J.M., Correia, C., Coutinho, J., Goncalves, A., Guedes, A., and Gomes-Laranjo, A. 2013. Foliar application of Sili-K® increases chestnut (Castanea spp.) growth and photosynthesis, simultaneously increasing susceptibility to water deficit. Plant Soil.365: 211-225.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 26، شماره 4
اسفند 1398
صفحه 85-100

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار