بررسی اثر نانوذرات تیتانیوم‌دی‌اکسید (TiO2) بر رنگیزه های فتوسنتزی و برخی از خصوصیات بیوشیمیایی و آنتی اکسیدانی گیاه رزماری (Rosmarinus officinalis L.)

نویسندگان
اتنا غلامی 1
حسین عباسپور 2
مهیار گرامی 3
حمید هاشمی مقدم 4
1 دانش آموخته دکتری، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه آزاد اسلامی،واحد دامغان
2 دانشیار زیست گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دامغان
3 استادیار زیست گیاهی، عضو هیات علمی موسسه آموزش عالی سنا ساری
4 دانشیار شیمی تجزیه، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دامغان
10.52547/fsct.17.105.123
چکیده
استفاده از فناوری نانو، می­تواند کاربردهای مهم و جدیدی را در زمینه های مختلف علوم کشاورزی ایجاد نماید به گونه ای که بر بهبود عملکرد گیاهان، افزایش رشد ­و فتوسنتز­ تاثیرگذار باشد. با استفاده از این فناوری می­توان شیوه های مدیریت محصول را بهبود بخشید. میزان جذب نانو ذرات در گیاهان متفاوت بوده و بستگی به نوع گیاه، ترکیب شیمیایی و اندازه این ذرات دارد. نانو ذره دی اکسید تیتانیوم (TiO2) به طور وسیعی در صنایع کشاورزی به جهت افزایش خصوصیات رشدی گیاهان به کار می­رود. بدین منظور این پژوهش به مطالعه اثر نانوذرات تیتانیوم­دی­اکسید بر رنگیزه های فتوسنتزی و برخی از خصوصیات بیوشیمیایی و آنزیم های آنتی اکسیدانی گیاه رزماری (Rosmarinus officinalis L.) پرداخته است. این تحقیق بصورت طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در سال 1396-97 در گلخانه دانشگاه آزاد دامغان صورت پذیرفت. غلظت­های مختلف نانوذره تیتانیوم در هفت سطح (0، 20، 40، 80، ،100، 200 و 400 پی پی ام ) طی سه مرحله با بازه زمانی یکهفته بر گیاه رزماری محلول پاشی شدند. نتایج نشان داد که با افزایش غلظت نانوذره تیتانیوم مقدار کلروفیل a ، کلروفیلb، کلروفیل کل و کاروتنوئید روند افزایشی را نشان داد به گونه­ای که بیشترین مقدار کلروفیل کل و کاروتنوئید مربوط به غلظت 200 پی پی ام نانوذره تیتانیوم بود. همچنین اثر نانوذره تیتانیوم بر مقدار قند محلول حاکی از آن بود که با افزایش غلظت­های نانوذره تیتانیوم روند افزایشی در این صفت مشاهده گردید که بیشترین مقدار مربوط به غلظت­های100، 200 و 400 پی پی ام نانوذره بود. نتایج محلول پاشی نانوذره تیتانیوم بر مقادیر آنزیم های آنتی اکسیدانی بیانگر آن بود که در سطوح بالای غلظتی نانوذره تیتانیوم (80،100، 200 و 400 پی پی ام) مقدار این آنزیم های آنتی اکسیدانی افزایش معنی داری را نسبت به نمونه شاهد داشت.
کلیدواژه‌ها
فناوری نانو
نانوذره تیتانیوم
رنگیزه های فتوسنتزی‌
گیاه رزماری

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of effect of titanium dioxide nanoparticles (TiO2) on photosynthetic pigments and some biochemical and antioxidant properties of the Rosmarinus officinalis L.

نویسندگان English

Atena Golami 1
Hossein Abbaspour 2
Mahyar Gerami 3
Hamid Hashemi-Moghaddam 4
1 Islamic Azad University, Damghan Branch
2 Islamic Azad University, Damghan Branch
3 Sana University
4 Islamic Azad University, Damghan Branch
چکیده English

The use of nanotechnology can create new important applications in various fields of agricultural resulting in improvement of plant yield, and increase of growth and photosynthesis. Using this technology, the techniques in product management can be improved. The absorption rate of nanoparticles varies in plants, depending on type of plant, chemical composition and size of particles. Nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) are widely used in agricultural industries to enhance plant growth properties. In this case, the aim of this study was to study the effect of titanium dioxide nanoparticles on photosynthetic pigments and some biochemical properties and antioxidant enzymes of Rosmarinus officinalis L. This research was carried out in a completely randomized design with three replications in the greenhouse of Sana Institute of Higher Education of Sari in 2017-2018. Different concentrations of titanium nanoparticles in seven levels (0, 20, 40, 80, 100, 200 and 400 ppm) were sprayed onto rosemary plants in three stages with a one-hour interval. The results showed that the contents of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids were increased by increasing the concentration of titanium nanoparticles, since the highest total chlorophyll content and carotenoids were related to 200 ppm nanoparticle titanium concentration. Also, the effect of titanium nanoparticle on the amount of soluble sugar indicated that by increasing the concentration of titanium nanoparticles as 100, 200 and 400 ppm nanoparticles, there was an increasing trend in this trait. In addition, there was a significant increase in the amount of antioxidant enzymes studied in high concentration of titanium nanoparticles (80, 100, 200 and 400 ppm).

کلیدواژه‌ها English

nanotechnology
Titanium nanoparticle
Rosemary plant
Photosynthetic pigments
Alcaraz, C., Botia, M., Carlos, F. and Fernando, R (2004) Effect of foliar sprays containing calcium, magnesium and titanium on peach (Prunus persica L.) fruit qulity. Journal of the Science of Food and Agriculture 949-954.

Arnon D.I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenol oxidase in Beta vulgaris. Plant physiology ,24: 1-15.
Castiglione M.R., Giorgetti L., Geri C., Cremonini R.2011. The effects of nano-TiO 2 on seed germination, development and mitosis of root tip cells of Vicia narbonensis L. and Zea mays L, Journal of Nanoparticle Research, 13 .2443-2449.
Chang C,Yang M, Wen H, Chern J. 2002. Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods. Journal Food Drug Analaysis, 10: 178-182.

Duffy E.F., Touati F.A., Kehoe S.C..2004. A novel TiO2-assisted solar photocatalytic batchprocess disinfection reactor for the treatment of biological and chemical contaminants in domestic drinking water in development contries, Sol. Energy., 77 .649-655.
Elfeky AS., Mohanned MA., Khater MS., Osman YAH, et al.2013. Effect of magnetite nano-fertilizer on growth and yield of Ocimum basilicum L.International Journal of Indigenous Medical Plants, 46(3): 1286-1293.
Feizi H, Moghaddam PR, Shahtahmassebi N and Fotovat A. 2012. Impact of bulk and nanosized titanium dioxide (TiO2) on wheat seed germination and seedling growth. Biological Trace Element Research ,146:101-106.
Gao F., Chao I., Zheng L., Mingyu S., Xiao W., Yang F., Cheng W., Ping Y.2006. Mechanism of nano anatase TiO2 on promoting photosynthetic carbon reaction of spinach, Biological Trace Element Research, 111 .239-245.
Gupta SM & Tripathi M, A review of TiO2 nanoparticles, Chin. Sci. Bull, 56 (2011) 1639–1657.

Hong, F., Zhou, J., Liu, C., Yang, F., Wu, C., Zheng, L., & Yang, P. (2005). Effect of nano-TiO2 on photochemical reaction of chloroplasts of spinach. Biological trace element research, 105(1-3), 269-279.
Kiss, F., Deak, G. Feher, M. Balo gh, A. Szabolsci, L. and Pais, I. (1985) The effect of titanium and gallium in photosyntetic rate of algae. Journal of Plant Nutrition 8: 825-832.
Luck, H. 1974. In: Methods in Enzymatic Analysis (ed. Bergmeyer,H.) p885. Academic press.New York.
McCready, R.M., J. Guggolz V. Silviera and H.S. Owens. 1950. Determination of starch and amylase in vegetables. Analytical chemistry, 22: 1156-1158.
Ma X., 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.
Martínez-Sánchez F.M. Nunez A, Amoros J, Gimenez C.F. 2010. Effect of titanium leaf spray treatments on ascorbic acid levels of Capsicum annuum L. fruits. J. Plant Nutr. 16(5): 975-981.
Miliauskas, G., Yenkutonis, P. R. and Vanbeek, T. A. (2004) Screening of radical scavenging activity of some medicinal and aromatic plants extracts. Food Chemistry 85: 231-237.

Mita S, Murano N, Akaike M, Nakamura K. 1997. Mutants of Arabidopsis thaliana with pleiotropic effects on the expression of the gene for beta-amylase and on the accumulation of anthocyanin that are inducible by sugars. Plant Journal, 11: 841-851.

Montano P.A., Shenoy G.K., Alp, E.E., Schulze, W., and Urban, J. (1986). Lett Nanomaterials Toxicity Health and Environmental, 56: 2076.
Morteza, E., Moaveni, P., Farahani, H. A., & Kiyani, M. (2013). Study of photosynthetic pigments changes of maize (Zea mays L.) under nano TiO 2 spraying at various growth stages. SpringerPlus, 2(1): 247.
Nair R., Varghese S.H., Nair B.G., Maekawa T., Yoshida Y., Sakthi Kumar D. 2010. Nano particulate material delivery to plants, Plant Science, 179: 154–163.

Qi, M., Liu, Y, & T. Li, 2013. Nano-TiO2 Improve th e Photosynthesis of Tomato Leaves Biological trace element research, 156: 323-328.

Reynolds, G.H., 2002. Forward to the Future Nanotechnology And Regulatory Policy. Pacific Research Institute, 20p.
Saber S.,Z Ghasimi Hagh and Sh Mostafavi.2014. Effect of Titanium Nano Mechanism on Physiological Processes of Spinach (Spinacia oleracea). The 2nd National Conference on Sustainable Agriculture and Environment,16pp.Hamedan,Iran. . (In Persian).
Salama H. Effects of silver nano-particles in some crop plants, common bean (Phaseolus vulgaris L.) and corn (Zea mays L.). Int Res J Biotech. 2012:3(10): 190-7.
Song U., Jun H., Waldman B., Roh J., Kim Y., Yi J., Lee E. J. 2013. Functional analyses of nanoparticle toxicity: a comparative study of the effects of TiO2 and Ag on tomatoes (Lycopersicon esculentum). Ecotoxicology and Environmental Safety, 93 (1): 60–67.

Sato F, Yoshioka H, Fujiwara T, Higashio H, et al. Physiological responses of cabbage plug seedlings to water stress during lowtemperature storage in darkness. J. Sci. Hortic.2004; 101(4): 349-57.
Sergiev, I. Alexieva, V. and Karanov, E (1997) Effect of spermine, atrazine and combination between them on some endogenous protective systems and stress markers in plants. Comptes Rendus Academic Bulgare Science 51: 121-124.


Sharifi Ashorabady, A. 2000. Effect of soil fertility in agricultural ecosystem. The PhD Thesis of Agriculture, Islamic Azad University, Science and Research, page 252. (In Persian).

Sungkaworn, T., Triampo, W., Nalakarn, P., Triampo,D., Tang, I.M. and Lenbury, Y., 2007. The effects of TiO2 nanoparticles on tumor cell colonies: fractal dimension and morphological properties.International Journal of Biomedical Science, 2(1):67-74.
Tang, W. and Newton, J.R. (2005). Polyamines reduced salt induced oxidative damage by increasing the activities of antioxidant enzymes and decreasing lipid peroxidation in Virginia pine. journal of Plant Growth Regulation, 46: 31-43.
Yang, F. and Hong, S (2006) Influence of nano anatase TiO2 on the nitrogen metabolism of growing spinach . Biological Trace Element Research 110: 179-190.
Ze Y, Liu C, Wang L, Hong M, Hong F. 2011. The regulation of TiO2 nanoparticles on the expression of light- harvesting complex II and photosynthesis of chloroplasts of Arabidopsis thaliana. Biological Trace Element Research 143: 1131–1141.