نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
دانشگاه مراغه
10.22092/ijmapr.2025.366587.3463
چکیده
سابقه و هدف: نعناع گریپ‌فروتی، با نام علمی Mentha suaveolens × piperita، یکی از گیاهان دارویی باارزش است که به خانواده نعناعیان (Lamiaceae) تعلق دارد. علاوه بر این، خشکی یکی از مهمترین عوامل محدودکننده رشد گیاهان در سراسر جهان و شایع‌ترین تنش محیطی است که از طریق ایجاد اختلال در تعادل بین گونه‌های فعال اکسیژن و فعالیت‌های دفاعی آنتی‌اکسیدانی، موجب تنش اکسیداتیو می‌گردد. نانوتکنولوژی راهبرد مدرنی است که نشان داده می‌تواند مقاومت گیاهان را در برابر تنش خشکی افزایش دهد. نقاط کوانتومی کربن یکی از این نانو مواد می‌باشد که در سال 2004 کشف شد که به عنوان یک نانو مواد جدید با اندازه کوچک‌تر از 10 نانومتر هستند و در مقایسه با سایر نانو مواد مبتنی بر فلز، نانو موادی مبتنی بر کربن بوده که سمیت کمتر و زیست‌سازگاری بالاتری به دلیل ساختار کربنی از خود نشان می‌دهند و به دلیل این ویژگی‌های منحصربه‌فرد در سال‌های اخیر کانون توجه بسیاری از پژوهشگران بوده است. بنابراین، این پژوهش با هدف ارزیابی اثر نقاط کوانتومی کربن بر رشد، میزان و ترکیبات اسانس نعناع گریپ‌فروتی (Mentha suaveolens × piperita) در شرایط تنش کم‌آبی اجرا شد.
مواد و روش‌ها: این پژوهش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با 4 تکرار به صورت گلدانی در بهار و تابستان 1402 در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه مراغه- آذربایجان‌شرقی انجام شد. فاکتور اول شامل آبیاری در 90 درصد ظرفیت زراعی به عنوان شاهد (آبیاری نرمال)، آبیاری در 70 درصد ظرفیت زراعی (تنش متوسط) و آبیاری در 50 درصد ظرفیت زراعی (تنش شدید) و فاکتور دوم شامل سطوح مختلف نقاط کوانتومی کربن (0، 5، 10، 15 و 20 پی‌پی‌ام) بود. در نهایت، داده‌های حاصل از نمونه‌برداری‌ها با استفاده از نرم‌افزار آماری SAS مورد تجزیه واریانس قرار گرفته و مقایسه میانگین‌های صفات به روش آزمون حداقل تفاوت معنی‌دار در سطح پنج درصد انجام شد.
نتایج: تجزیه واریانس صفات نشان داد که اثر رژیم‌های مختلف آبیاری، تیمارهای کودی و اثر متقابل آنها بر روی کلیه صفات اندازه‌گیری شده معنی‌دار بود. نتایج نشان داد استفاده از 15 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن در شرایط آبیاری نرمال وزن تر، وزن خشک، محتوای کلروفیلa و کلروفیلb را نسبت به عدم مصرف در شرایط تنش خشکی شدید به ترتیب 110، 86، 184 و 163 درصد افزایش داد. علاوه بر این، محتوی و عملکرد اسانس در تنش متوسط با کاربرد 15 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن به‌ترتیب 135 و 298 درصد نسبت به تنش شدید بدون کاربرد نقاط کوانتومی کربن افزایش یافتند. همچنین، بیشترین لینالیل استات با کاربرد تیمار 15 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن در آبیاری 50 درصد ظرفیت زراعی بدست آمد که در مقایسه با تیمار شاهد 1/50 درصد افزایش را نشان داد. علاوه بر این، بیشترین لینالول در آبیاری نرمال و با کاربرد 10 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن ثبت شد که نسبت به تیمار عدم کاربرد نقاط کوانتومی کربن در شرایط آبیاری 50 درصد ظرفیت زراعی 4/67 درصد افزایش یافت. علاوه بر این، کاربرد 15 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن در شرایط آبیاری نرمال در مقایسه با عدم مصرف آن در شرایط تنش خشکی شدید، محتوای مالون‌دی‌آلدهید و پراکسید هیدروژن را به ترتیب 51 و 58 درصد کاهش داد. همچنین، در شرایط تنش ملایم استفاده از غلظت 15 پی‌پی‌ام نقاط کوانتومی کربن فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز، گایاکول پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز را در مقایسه با عدم مصرف در شرایط نرمال به ترتیب 123، 111 و 72 درصد افزایش داد.
نتیجه‌گیری: نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان داد که کاربرد نقاط کوانتومی کربن با غلظت 15 پی‌پی‌ام می‌تواند با تأثیر بر متابولیت‌های ثانویه و بالا بردن پارامترهای دفاعی مانند فعال کردن آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانتی و افزایش مقدار اسمولیت‌های سازگاری مانند پرولین و کربوهیدرات‌های محلول در آب موجب کاهش محتوای مالون‌دی‌آلدهید و پراکسید هیدروژن شده و به گیاه نعناع گریپ‌فروتی کمک کند تا سازگاری بیشتری در برابر خشکی داشته و در نهایت بهبود کمیت و کیفیت اسانس را به همراه داشته باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
- Ahmad, A. and Hassim, M.F.N., 2024. Effects of silica nanoparticles on morpho-histological and antioxidant activities of rice seedlings under drought stress. South African Journal of Botany, 168: 497-508. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2024.03.052.
- Ahmadi, H., Morshedloo, M.R., Emrahi, R., Javanmard, A., Rasouli, F., Maggi, F., Kumar, M. and Lorenzo, J.M., 2022. Introducing three new fruit-scented mints to farmlands: insights on drug yield, essential-oil quality, and antioxidant properties. Antioxidants, 11(5): 866. https://doi.org/10.3390/antiox11050866.
- Akbarzadeh, S., Morshedloo, M.R., Behtash, F., Mumivand, H. and Maggi, F., 2023. Exogenous β-aminobutyric acid (baba) improves the growth, essential oil content, and composition of grapefruit mint (Mentha suaveolens× piperita) under water deficit stress conditions. Horticulturae, 9(3): 354. https://doi.org/10.3390/horticulturae9030354.
- Alexieva, V., Sergei, I., Mapelli, S. and Karanov, E., 2001. The effect of drought and ultraviolet radiation on growth and stress markers in pea and wheat. Plant Cell Environment, 24: 1337-1344. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2001.00778.x
- Aqeel, U., Parwez, R., Aftab, T., Khan, M.M.A. and Naeem, M., 2023. Silicon dioxide nanoparticles suppress copper toxicity in Mentha arvensis L. by adjusting ROS homeostasis and antioxidant defense system and improving essential oil production. Environmental Research, 236: 116851. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116851.
- Araniti, F., Prinsi, B., Cocetta, G., Negrini, N., Nocito, F.F. and Espen, L., 2024. Impact of cyclic-mild-drought stress on the metabolism of Mentha spicata L.: A strategy to improve quality traits. Industrial Crops and Products, 210: 118129. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118129
- Asghari, J., Mahdavikia, H., Rezaei-Chiyaneh, E., Banaei-Asl, F., Amani Machiani, M. and Harrison, M.T., 2023. Selenium nanoparticles improve physiological and phytochemical properties of basil (Ocimum basilicum L.) under drought stress conditions. Land, 12(1): 164. https://doi.org/10.3390/land12010164
- Ayyaz, A., Fang, R., Ma, J., Hannan, F., Huang, Q., Sun, Y., Javed, M., Ali, S., Zhou, W. and Farooq, M.A., 2022. Calcium nanoparticles (Ca-NPs) improve drought stress tolerance in Brassica napus by modulating the photosystem II, nutrient acquisition and antioxidant performance. NanoImpact, 28: 100423. https://doi.org/10.1016/j.impact.2022.100423
- Azizi, A., Bagnazari, M. and Mohammadi, M., 2024. Seaweed and phosphate-solubilizing bacteria biofertilizers ameliorate physiochemical traits and essential oil content of Calendula officinalis L. under drought stress. Scientia Horticulturae, 328: 112653. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112653
- Bahreininejad, B., Razmjou, J. and Mirza, M., 2013. Influence of water stress on morpho-physiological and phytochemical traits in Thymus daenensis. International Journal of Plant Production,7(1): 151-166. https://doi.org/0.22069/IJPP.2012.927
- Bai, L., Lv, S., Xiang, W., Huan, S., McClements, D.J. and Rojas, O.J., 2019. Oil-in-water Pickering emulsions via microfluidization with cellulose nanocrystals: 1. Formation and stability. Food Hydrocolloids, 96: 699-708.
- Bates, L.S., Waldren, R.P. and Teare, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil, 39: 205-207. https://link.springer.com/article/10.1007/BF00018060
- Beauchamp, C. and Fridovich, I., 1971. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry, 44: 276-287. https://doi.org/10.1016/0003-2697(71)90370-8
- Chakravarty, D., Erande, M. and Late, D.J., 2015. Graphene quantum dots as enhanced plant growth regulators: effects on coriander and garlic plants. Journal of the Science of Food and Agriculture, 95(13): 2772-2778. https://doi.org/10.1002/jsfa.7106
- D’Agostino, A., Di Marco, G., Canini, A. and Gismondi, A., 2024. Gallic acid as a phytostimulant enhancing yield and quality of Mentha spicata L. under deficit-and well-watered conditions. Environmental and Experimental Botany, 219: 105656. http://dx.doi.org/10.1016/j.envexpbot.2024.105656
- de Sousa Barros, A., de Morais, S.M., Ferreira, P.A.T., Vieira, Í.G.P., Craveiro, A.A., dos Santos Fontenelle, R.O., de Menezes, J.E.S.A., da Silva, F.W.F. and de Sousa, H.A., 2015. Chemical composition and functional properties of essential oils from Mentha species. Industrial Crops and Products, 76: 557-564. http://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.07.004
- Farhangi-Abriz, S., Ghassemi-Golezani, K., Torabian, S., Rahimzadeh, S., Osati, F. and Safarpour, H., 2024. Response of soybean plants to the foliar application of carbon quantum dots under drought stress: A Field Study. Journal of Plant Growth Regulation, 4492): 621-631. http://dx.doi.org/10.1007/s00344-024-11464-y
- Feng, P., Geng, B., Cheng, Z., Liao, X., Pan, D. and Huang, J., 2019. Graphene quantum dots-induced physiological and biochemical responses in mung bean and tomato seedlings. Brazilian Journal of Botany, 42(1): 29-41. http://dx.doi.org/10.1007/s40415-019-00519-0
- Giglou, M.T., Giglou, R.H., Esmaeilpour, B., Azarmi, R., Padash, A., Falakian, M., Sliwka, J., Gohari, G. and Lajayer, H.M., 2022. A new method in the mitigation of drought stress by chitosan-coated iron oxide nanoparticles and growth stimulant in peppermint. Industrial Crops and Products, 187: 115286. https://doi.org/ 10.1016/j.indcrop.2022.115286
- Gohari, G., Panahirad, S., Sadeghi, M., Akbari, A., Zareei, E., Zahedi, S.M., Bahrami, M.K. and Fotopoulos, V., 2021. Putrescine-functionalized carbon quantum dot (put-CQD) nanoparticles effectively prime grapevine (Vitis vinifera cv. Sultana) against salt stress. BMC Plant Biology, 21: 1-15. https://doi.org/10.1186/s12870-021-02901-1
- Gohari, G., Panahirad, S., Sepehri, N., Akbari, A., Zahedi, S.M., Jafari, H., Dadpour, M.R. and Fotopoulos, V., 2021. Enhanced tolerance to salinity stress in grapevine plants through application of carbon quantum dots functionalized by proline. Environmental Science and Pollution Research, 28 (4): 42877-42890. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13794-w
- Haghaninia, M., Javanmard, A., Mahdavinia, G.R., Shah, A.A. and Farooq, M., 2023. Co-application of biofertilizer and stress-modulating nanoparticles modulates the physiological, biochemical, and yield responses of camelina (Camelina sativa L.) under limited water supply. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 23(4): 6681-6695. http://dx.doi.org/10.1007/s42729-023-01521-y
- Haghaninia, M., Javanmard, A., Radicetti, E., Rasouli, F., Ruiz-Lozano, J.M. and Sabbatini, P., 2024a. Adoption of arbuscular mycorrhizal fungi and biochar for alleviating the agro-physiological response of lavander (lavandula angustifolia L.) subjected to drought stress. Plant Stress, 12: 100461. https://doi.org/10.1016/j.stress.2024.100461
- Haghaninia, M., Rasouli, F., Javanmard, A., Mahdavinia, G., Azizi, S., Nicoletti, R., Murariu, O.C., Tallarita, A.V. and Caruso, G., 2024b. Improvement of physiological features and essential oil content of Thymus vulgaris after soil amendment with chitosan nanoparticles under chromium toxicity. Horticulturae, 10(6): 659. https://doi.org/10.3390/horticulturae10060659
- Heath, R.L. and Packer, L., 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125: 189-198. https://doi.org/10.1016/0003-9861(68)90654-1
- Hedge, J.E. and Hofreiter, B.T., 1962. Carbohydrate, 1-19. In: Whistler, R.L. and Be Miller, J.N., (Eds). Methods in Carbohydrate Chemistry. Academic Press, New York, 1962p.
- Jahanafrooz, Z., Mousavi, M.M.H., Akbarzadeh, S., Hemmatzadeh, M., Maggi, F. and Morshedloo, M.R., 2024. Anti-breast cancer activity of the essential oil from grapefruit mint (Mentha suaveolens× piperita). Fitoterapia, 174: 105875. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2024.105875
- Kakaei, K., Javan, H., Khamforoush, M. and Zarei, S. A., 2016. Fabrication of new gas diffusion electrode based on carbon quantum dot and its application for oxygen reduction reaction. International journal of hydrogen energy, 41(33): 14684-14691. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.06.093
- Khan, I., Raza, M.A., Awan, S.A., Shah, GA., Rizwan, M., Ali, B., Tariq, R., Hassan, M.J., Alyemeni, M.N., Brestic, M. and Zhang, X., 2020. Amelioration of salt-induced toxicity in pearl millet by seed priming
with silver nanoparticles (AgNPs): the oxidative damage, antioxidant enzymes, and ions uptake are major determinants of salt-tolerant capacity. Plant Physiology and Biochemistry, 156: 221-232. https://doi.org/1016/j.plaphy.2020.09.018
with silver nanoparticles (AgNPs): the oxidative damage, antioxidant enzymes, and ions uptake are major determinants of salt-tolerant capacity. Plant Physiology and Biochemistry, 156: 221-232. https://doi.org/1016/j.plaphy.2020.09.018
- Kulak, M., Yaldiz, G. and Camlica, M., 2023. Applications of some nanoparticles and responses of medicinal and aromatic plants under stress conditions. Sustainable Agriculture in the Era of the OMICs Revolution, 193-222. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15568-0_9
- Kumar, D., Kumar, A., Nilofer, N., Singh, A.K., Chaudhary, A., Kumar, R., Kedar, S.C., Chanotiya, C.S., Khare, P. and Singh, S., 2024. Maximizing essential oil yield and quality in menthol mint (Mentha arvensis L.) by reducing water requirement through deficit irrigation practices. Agrotechniques in Industrial Crops, 4(1): 24-37. https://doi.org/10.22126/ATIC.2023.9687.1116
- Li, H., Huang, J., Lu, F., Liu, Y., Song, Y., Sun, Y. and Lifshitz, Y., 2018. Impacts of carbon dots on rice plants: boosting the growth and improving the disease resistance. ACS Appl Bio Mater 1(3): 663-672. https://doi.org/10.1021/acsabm.8b00345
- Lichtenthaler, H.K., 1987. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 148: 350-382. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
- Lim, S.Y., Shen, W. and Gao, Z., 2015. Carbon quantum dots and their applications. Chemical Society Reviews, 44: 362-381.
- Mohammadi, H., Parviz, L., Beyrami, A., Anosheh-Bonab, F. and Ghorbanpour, M., 2024. Exposure to TiO2 nanoparticles (NPs) and zeolite stimulates growth, physiology, and phytochemical characteristics and elevates Mentha piperita L. tolerance to salinity stress. Industrial Crops and Products, 211: 118228. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2024.118228
- Morshedloo, M. R., Mumivand, H., Craker, L. E., and Maggi, F. 2018. Chemical composition and antioxidant activity of essential oils in Origanum vulgare subsp. gracile at different phenological stages and plant parts. Journal of Food Processing and Preservation, 42(2): e13516. https://doi.org/10.1111/jfpp.13516
- Mukarram, M., Khan, M.M.A., Kurjak, D., Lux, A. and Corpas, F.J., 2023. Silicon nanoparticles (SiNPs) restore photosynthesis and essential oil content by upgrading enzymatic antioxidant metabolism in lemongrass (Cymbopogon flexuosus) under salt stress. Frontiers in Plant Science, 14: 1116769. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1116769
- Mustafa, H., Ilyas, N., Akhtar, N., Raja, N.I., Zainab, T., Shah, T., Ahmad, A. and Ahmad, P., 2021. Biosynthesis and characterization of titanium dioxide nanoparticles and its effects along with calcium phosphate on physicochemical attributes of wheat under drought stress. Ecotoxicology and Environmental Safety, 223; 112519. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112519
- Nakano, Y. and Asada, K., 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidasein spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiology, 22(5): 867-875. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232
- Nekoukhou, M., Fallah, S., Pokhrel, L.R., Abbasi-Surki, A. and Rostamnejadi, A., 2023. Foliar enrichment of copper oxide nanoparticles promotes biomass, photosynthetic pigments, and commercially valuable secondary metabolites and essential oils in dragonhead (Dracocephalum moldavica L.) under semi-arid conditions. Science of the Total Environment, 863: 160920. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.160920
- Panahirad, S., Dadpour, M., Gohari, G., Akbari, A., Mahdavinia, G., Jafari, H., Kulak, M., Alcázar, R. and Fotopoulos, V., 2023. Putrescine-functionalized carbon quantum dot (put-CQD) nanoparticle: a promising stress-protecting agent against cadmium stress in grapevine (Vitis vinifera cv. Sultana). Plant Physiology and Biochemistry, 197: 107653. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2023.107653
- Salehi, B., Stojanović-Radić, Z., Matejić, J., Sharopov, F., Antolak, H., Kręgiel, D., Sen, S., Sharifi-Rad, M., Acharya, K., Sharifi-Rad, R. and Martorell, M., 2018. Plants of genus Mentha: From farm to food factory. Plants, 7(3): 70. https://doi.org/10.3390/plants7030070
- Samadiyan-Sarbangholi, V., Abaszadeh, B., Sefidkon, F. and Yarnia, M., 2024. Biofertilizers' effect on Satureja bachtiarica Bunge. traits under irrigation stress at various growth stages. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 40(1): 142-154. https://doi.org/10.22092/ijmapr.2021.352328.2887
- Sarani Mallak, M., Allahdou, M., Mehravaran, L. and Piri, H., 2024. Effects of drought stress on biochemical traits and its relationship with growth stage in milk thistle (Silybum Marianum L.). Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 40(1): 191-205. https://doi.org/10.22092/ijmapr.2023.361669.3301
- Sepehri, S., Abdoli, S., Asgari Lajayer, B., Astatkie, T. and Price, G.W., 2023. Changes in phytochemical properties and water use efficiency of peppermint (Mentha piperita L.) using superabsorbent polymer under drought stress. Scientific Reports, 13(1): 21989. https://doi.org/10.1038/s41598-023-49452-z
- Shojaei Baghini, M. H. and Naghizadeh, M., 2024. Evaluation of the effect of foliar application of brassinosteroid and melatonin on some physiological, grain yield and cumin (Cuminum cyminum L.) essential oil under drought stress conditions, Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 40(1): 155-173. https://doi.org/10.22092/ijmapr.2023.362048.3310
- Su, L.X., Ma, X.L., Zhao, K.K., Shen, C.L., Lou, Q., Yin, D.M. and Shan, C.X., 2018. Carbon nanodots for enhancing the stress resistance of peanut plants. Acs Omega, 3(12); 17770-17777. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02604
- Upadhyaya, A., Sankhla, D., Davis, T.D., Sankhla, N. and Smith, B.N., 1985. Effect of paclobutrazol on the activities of some enzymes of activated oxygen metabolism and lipid peroxidation in senescing soybean leaves. Journal of Plant Physiology, 121: 453-461. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(85)80081-X
- Wang, H., Zhang, M., Song, Y., Li, H., Huang, H., Shao, M., Liu, Y. and Kang, Z., 2018. Carbon dots promote the growth and photosynthesis of mung bean sprouts. Carbon, 136; 94-102. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.04.051
- Wang, J., Li, R., Tan, J. and Jiang, Z.T., 2016. Chemical composition of essential oil of grapefruit mint (Mentha suaveolens× piperita) from China. Journal of Essential Oil-Bearing Plants, 19(4): 1047-1050. http://dx.doi.org/10.1080/0972060X.2013.831559
- Xu, X., Ray, R., GU, Y., Ploehn, H. J., Gearheart, L., Raker, K. and Scrivens, W. A., 2004. Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society, 126(40): 12736-12737. https://doi.org/10.1021/ja040082h
)