دانشگاه اراک سلول و بافت 2228-7035 14 1 2023 03 21 The effect of foliar application of Titanium dioxide nanoparticle on the physiological and antioxidant performance of two Origanum species تأثیر محلول‌پاشی نانوذره ‌دی‌اکسیدتیتانیوم بر عملکرد فیزیولوژیکی و آنتی‫ اکسیدانتی دو گونه مرزنجوش 50 65 705493 10.61186/JCT.14.1.50 FA آمنه اسدی دانشجوی کارشناسی ارشد، فیزیولوژی‌گیاهی، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد منیره چنیانی استادیار، فیزیولوژی‌گیاهی، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد 0000-0001-6390-1752 مهرداد لاهوتی استاد، فیزیولوژی‌گیاهی، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد Journal Article 2023 06 17 Aim: Nanoparticles are superior to conventional elemental forms due to the novel physicochemical properties that enable them to act as plant growth promoters. Recent research on nanomaterials has been shown both positive and negative effects. Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) are assayed worldwide in large quantities for various purposes. This study investigated the effect of TiO2 NPs on some physiological and biochemical traits and the induction of the antioxidant systems in Origanum vulgare L. and Origanum majorana L., in a completely randomized design with three repetitions. Material and Methods: Surface-sterilized seeds were sown with 2 cm depth in each plastic pots filled with a 1: 1 mix of loamy soil and sand. Until reaching the appropriate physiological age, they were exposed to greenhouse conditions (16 h light/8 h dark photoperiod). Two-month-old plants were foliar sprayed with 10, 60, and 120 mg/L TiO2 NPs and harvested 14 days after the last treatment. Plants sprayed with distilled water were used as controls. Changes in the photosynthetic pigments (the content of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, and carotenoid), biochemical properties (the levels of membrane stability index, malondialdehyde, and proline contents), and the activity of antioxidant enzymes (Guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, polyphenol oxidase, superoxide dismutase, catalase, and glutathione s-transferase) were measured in the collected samples. Results: The comparison of data means showed that the treatment of 60 mg/L TiO2 NPs caused the maximum amount of chlorophyll a, total chlorophyll, and carotenoids in both Origanum species. However, the highest content of chlorophyll b in O. majorana was observed in the treatment of 120 mg/L TiO2 NPs. It is worth mentioning that the negative effect of the concentration of 120 mg/L TiO2 NPs on the membrane system of two species is statistically significant and remarkable due to the leakage of electrolytes. Although the increase in the concentration of TiO2 NPs led to fewer levels of malondialdehyde in O. vulgare in comparison with O. majorana; this concentration was found to be effective to the high levels of proline in O. vulgare. Most of the antioxidant enzymes (Guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, polyphenol oxidase, superoxide dismutase, and glutathione s-transferase) of O. vulgare showed their maximum activity at the concentration of 60 mg/L TiO2 NPs. However, the lower activity of catalase in O. vulgare, compared to O. majorana was remarkable. Conclusion: The results of this research show that the treatment of 60 mg/L TiO2 NPs improves the physiological characteristics of the medicinal plant Origanum, including the increase of photosynthetic pigments, followed by the rate of photosynthesis and the increase of biomass. It is noteworthy that higher levels than the optimal concentrations of TiO2 NPs can lead to an increase in the levels of ROS and oxidative burst, which leads to a decrease in plant performance. Therefore, the plant response to nanoparticles depends significantly on the concentration and time of application, as well as the size, shape, and surface functionalization of the particles. Finally, O. vulgare is introduced as a more successful species due to the higher activity of antioxidant enzymes when treating TiO2 NPs. هدف: نانوذرات به دلیل ویژگیهای فیزیکوشیمیایی ویژه خود که آنها را قادر میسازد بهعنوان محرک رشد گیاه عمل کنند، نسبت به اشکال معمولی عنصر برتر میسازد. تحقیقات اخیر بر روی نانوذرات بیانگر هم اثرات مثبت و هم اثرات منفی این ذرات است. نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم (TiO2 NPs ) در مقادیر زیاد در سراسر جهان برای اهداف مختلف بررسی میشود. این پژوهش با هدف ارزیابی تأثیرنانوذرات دیاکسیدتیتانیوم بر برخی صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی و القای سیستم آنتیاکسیدانی دو گونه مرزنجوش مدیترانهای (Origanum vulgare L.) و مرزنجوش اروپایی (Origanum majorana L.)، درقالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار صورت گرفت. مواد و روشها: اندامهوایی گیاهان دو ماهه پرورش داده شده در شرایط گلخانه، با غلظتهای 10، 60 و 120 میلیگرم درلیتر نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم محلولپاشی شدند. برای گیاهان شاهد، تیمار با آبمقطر صورت گرفت. سنجش روند تغییرات رنگیزههای فتوسنتزی، میزان مالوندیآلدئید، پرولین و فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی در نمونههای جمعآوری شده انجام شد. نتایج: مقایسة میانگین دادهها نشان دادکه غظت 60 میلیگرم درلیتر نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم، موجب بیشترین میزان کلروفیل a، کلروفیل کل و کاروتنوئیدهای هر دو گونه مرزنجوش شد. ولی بیشترین میزان کلروفیل b مرزنجوش اروپایی، در تیمار 120 میلیگرم درلیتر نانوذرات مشاهده گردید. شایان ذکر است که تاثیر منفی غلظت120 میلیگرم درلیتر نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم بر سیستم غشایی دو گونه از لحاظ آماری معنیدار و قابلتوجه بود که میتواند اشاره به نشت الکترولیتها داشته باشد. هر چند افزایش غلظت نانوذراتدیاکسیدتیتانیوم، موجب مقادیر پایین میزان مالوندیآلدئید گونه مدیترانهای در مقایسه با گونه اروپایی شد؛ اما سطح پرولین مرزنجوش مدیترانهای به شدت افزایش یافت. بیشترین میزان فعالیت اکثر آنزیمهای آنتیاکسیدان (گایاکولپراکسیداز،آسکورباتپراکسیداز، پلیفنلاکسیداز، سوپراکسیددیسموتازوگلوتاتیون اس-ترانسفراز) نوع مدیترانهای، در غلظت 60 میلیگرم درلیتر تیمار مشاهده شد؛ اما فعالیت کاتالاز گونه مدیترانهای نسبت به گونه اروپایی خود بهطور قابلتوجهی پایین بود. نتیجهگیری: مجموعه نتایج این تحقیق نشان می دهد که تیمار 60 میلیگرم درلیتر نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم باعث بهبود ویژگیهای فیزیولوژیکی گیاه دارویی مرزنجوش از جمله افزایش رنگیزههای فتوسنتزی و بهدنبال آن سرعت فتوسنتز و افزایش زیستتوده گیاه میشود. قابل ذکر است که سطوح بالاتر از غلظت بهینه نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم میتواند منجر به افزایش سطوح گونههایکنشگراکسیژن و انفجار اکسیداتیو شود که منجر به کاهش عملکرد گیاه میشود. بنابراین، پاسخ گیاه به نانوذرات به طور قابلتوجهی به غلظت و زمان کاربرد، و همچنین اندازه، شکل و عملکرد سطحی ذرات وابسته است. در نهایت مرزنجوش مدیترانهای بهدلیل فعالیت بیشتر آنزیمهای آنتیاکسیدانی در شرایط تیمار با نانوذرات دیاکسیدتیتانیوم بهعنوان گونه گیاهی موفقتر معرفی میگردد.

https://jct.araku.ac.ir/article_705493_438fc239738a572e1f3a2d4559705290.pdf