به زراعی کشاورزی

به زراعی کشاورزی

بررسی پاسخ گیاه اسطوخودوس (Lavandula angustifolia Mill.) به کاربرد منیزیم و منگنز تحت تنش فرابنفش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مهری مهدوی فرد 1
صادق موسوی فرد 2
عبدالحسین رضایی ‎نژاد 3
حسن مومیوند 4
محمد کاظم سوری 5
1 دانشجوی دکتری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
2 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.
3 استاد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‎ آباد، ایران
4 دانشیار، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران
5 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
10.22059/jci.2025.388573.2914
چکیده
هدف: این مطالعه با هدف بررسی تأثیر توأم اشعه UV همراه با تغذیه عناصر منیزیم و منگنز برای کاهش تنش اکسیداتیو، تنظیم مسیرهای بیوشیمیایی و بهبود عملکرد اسانس در گیاه  اسطوخودوس در شرایط کشت هیدروپونیک انجام شده است.
روش پژوهش: این مطالعه طی دو مرحله برداشت متوالی در سال‌های 1400-1401 در گلخانه پژوهشی دانشگاه لرستان انجام شد. آزمایش به‌صورت اسپلیت‌پلات در زمان و در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. تیمار شاهد تغذیه‌ای شامل غلظت استاندارد محلول هوگلند (2 میلی‌مولار منیزیم و 2/9 میکرومولار منگنز) بود و سایر تیمارهای تغذیه‌ای براساس کاهش و افزایش دو برابری این عناصر طراحی شد. کرت اصلی شامل سه سطح طیف فرابنفش (عدم تابش، UV-A و UV-B) و کرت فرعی شامل 11 سطح تغذیه‌ای بود.
نتایج: نتایج نشان داد تیمار UV-A با تغذیه غلظت‌های بالای منیزیم (4 میلی‌مولار) و منگنز (4/18 میکرومولار)، بیش‌ترین درصد اسانس (03/4 و 48/4 درصد) و عملکرد اسانس (13/4 و 01/5 کیلوگرم در هکتار) را در هر دو مرحله برداشت داشت. تنش نوری UV-B کلروفیل را کاهش داد، اما این کاهش در برداشت دوم کم‌تر بود. تغذیه با منیزیم زیاد و منگنز پایه، اثرات تنش نوری را تعدیل کرده و بیش‌ترین کلروفیل در برداشت دوم و شرایط بدون تنش نوری ثبت شد. میزان کاروتنوییدها در برداشت اول بیش‌تر از برداشت دوم بود و با افزایش تنش نوری افزایش یافت. بیش‌ترین کاروتنویید (26/2 میلی‌گرم بر گرم وزن‌تر) در برداشت اول با تنش UV-B و تغذیه کم منیزیم و منگنز و کم‌ترین مقدار (06/1 میلی‌گرم بر گرم وزن‌تر) در برداشت دوم بدون تنش نوری و تغذیه زیاد منیزیم و متوسط منگنز مشاهده شد. تابش UV-B در تیمار غلظت کم منیزیم و منگنز باعث افزایش پرولین شد، اما تغذیه با غلظت بالای منیزیم و منگنز در تیمارهای مربوطه میزان پرولین را کاهش داد.
نتیجه‌‎گیری: غلظت 4 میلی‌مولار منیزیم و 4/18 میکرومولار منگنز، به‌ویژه همراه با UV-A، اثرات منفی UV را تعدیل کرده و وضعیت فیزیولوژیکی گیاه و عملکرد اسانس را بهبود بخشید. تیمار UV-A با تغذیه 4 میلی‌مولار منیزیم+ 4/18 میکرومولار منگنز به‌عنوان بهترین ترکیب شناخته شد، زیرا اثرات تنش UV را کاهش و کلروفیل، کاروتنوییدها و عملکرد اسانس را افزایش داد. هم‌چنین، برداشت دوم به‌دلیل شرایط بهتر فیزیولوژیکی، عملکرد بالاتری داشت. ترکیب UV-A و تغذیه مناسب می‌تواند روشی مؤثر برای بهبود کمیت و عملکرد تولید اسطوخودوس در شرایط تنش‌زا باشد.
کلیدواژه‌ها
اشعه UV
درصد اسانس
کاتالاز
مرحله برداشت

عنوان مقاله English

Evaluation of Lavender (Lavandula angustifolia Mill.) response to magnesium and manganese application under ultraviolet stress

نویسندگان English

Mehri Mahdavifard 1
Sadegh Mousavi-Fard 2
Abdolhossein Rezaei Nejad 3
Hasan Mumivand 4
Mohammad Kazem Souri 5
1 PhD student, Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, P.O. Box 465, Iran
2 Associate Professor, Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Shahrekord
3 Professor , Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran,
4 Associate Professor, Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad
5 Associate Professor, Department of Horticultural Sciences, Tarbiat Modares University, Tehran.
چکیده English

Objective: This study aimed to evaluate the combined effects of ultraviolet (UV) radiation and nutrient supplementation with magnesium (Mg) and manganese (Mn) on mitigating oxidative stress, regulating biochemical pathways, and enhancing essential oil yield in Lavandula angustifolia grown under hydroponic conditions.
Method: The experiment was conducted over two consecutive harvests (2021–2022) in the research greenhouse of Lorestan University. A split-plot time design in a randomized complete block design (RCBD) with three replications was employed. Nutritional treatments used a Hoagland-based control solution containing 2 mM Mg and 2.9 µM Mn, with additional treatments formed by halving or doubling these concentrations. Main plots were allocated to three UV levels: no exposure (control), UV-A, and UV-B; subplots encompassed 11 nutrient treatments. Measured variables included essential oil content and yield, total chlorophyll, carotenoids, proline, and catalase (CAT) activity, among other physiological and biochemical traits.
Result: UV-A combined with high Mg and Mn (4 mM Mg and 4.18 µM Mn) produced the highest essential oil percentage (4.03–4.48%) and yield (4.13–5.01 kg ha⁻¹) across both harvests. UV-B reduced chlorophyll content, with a less pronounced decline in the second harvest. High Mg with baseline Mn mitigated light stress, yielding the highest chlorophyll content under non-stress conditions in the second harvest. Carotenoid content was greater in the first harvest and generally increased with greater UV stress, reaching a maximum of 2.26 mg g⁻¹ fresh weight under UV-B with low Mg and Mn; the lowest carotenoids (1.06 mg g⁻¹ FW) occurred in the second harvest under no UV with high Mg and moderate Mn. UV-B combined with low Mg and Mn significantly elevated proline accumulation, whereas higher Mg and Mn levels reduced proline under the same conditions.
Conclusion: A nutrient combination of 4 mM Mg and 4.18 µM Mn, especially under UV-A, effectively alleviates UV stress and enhances physiological status and essential oil production in Lavandula angustifolia. The UV-A treatment with 4 mM Mg and 4.18 µM Mn was the most effective, reducing UV-induced stress and improving chlorophyll and carotenoid contents and essential oil yield. The second harvest exhibited superior performance, likely due to improved physiological conditions. Overall, integrating UV-A exposure with optimized Mg and Mn nutrition appears to be a promising strategy to improve both quantity and quality of Lavandula angustifolia under stressful growing conditions.

کلیدواژه‌ها English

Essential oil percentage
Catalase
harvest stage
UV radiation
دوازده امامی، سعید؛ اخوان روفیگر، آزاده و اهتمام، محمدحسین (1401). ارزیابی صفات ریخت‌شناسی و ریزریخت‌شناسی با استفاده از میکروسکوپ الکترونی نگاره (SEM) در تعدادی از جمعیت‌های بومی گل‌محمدی در ایران. مجله پژوهش‌های گیاهی (مجله زیست‌شناسی ایران)، 35(2)، 342-357.
 

References

Alamer, K. H., & Attia, H. (2022). UV-C seed priming improves tomato plant growth against salt stress. Journal of Taibah University for Science, 16(1), 1181-1191.
Arnon, D.I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24, 1-15.
Bakhshi, F., Ghasemi, K., & Haddadinejad, M. (2024). Crosstalk of sucrose, potassium, and magnesium on growth, yield, and carbohydrate partitioning in bell pepper (Capsicum annuum L.) under poor light conditions. Journal of Plant Nutrition, 47(9), 1464-1474.
Bates, L. S., Waldren, R. P. A., & Teare, I. D. (1973). Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207.‏
Becker, V. I., Goessling, J. W., Duarte, B., Caoador, I., Liu, F., Rosenqvist, E., & Jacobsen S.-E. (2017). Combined effects of soil salinity and high temperature on photosynthesis and growth of quinoa plants (Chenopodium quinoa). Functional Plant Biology, 44(7), 665-679.
Blatchley, E. R., III, Brenner, D. J., Claus, H., Cowan, T. E., Linden, K. G., Liu, Y., & Sliney, D. H. (2022). Far UV-C radiation: An emerging tool for pandemic control. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 53(6), 733-753.
Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantites of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Annals of Biochemistry, 72, 248-254. Cochavi, A. (2024) Dynamic responses of chlorophyll fluorescence parameters to drought across diverse plant families, Planta, 261, 1.
Dazavdah-e-Emami, S., Akhavan-e-Rufiger, A., & Ehtemam, M. (2022). Evaluation of morphological and micromorphological traits using scanning electron microscopy (SEM) in a number of native populations of rosehip in Iran. Journal of Plant Research (Journal of Iranian Biology) (Scientific), 35(2), 342-357. (In Persian).
El-Beltagi, H. S., El-Nady, M. F., Al-Daej, M. I., El-Naqma, K. A., Rezk, A. A., El-Afry, M. M., & Metwaly, M. M. S. (2024). Exogenous application of manganese and arginine alleviates the adverse effects of salinity stress on pea (Pisum sativum L.). Cogent Food & Agriculture, 10(1).
El-Sheekh, M. M., Alwaleed, E. A., Ibrahim, A., & Saber, H. (2020). Detrimental effect of UV-B radiation on growth, photosynthetic pigments, metabolites and ultrastructure of some cyanobacteria and freshwater chlorophyta. International Journal of Radiation Biology, 97(2), 265-275.
Faiz, S.,Yasin, N. A., Khan, W. U., Shah, A. A., Akram, W., Ahmad, A., & Riaz, L. (2021). Role of magnesium oxide nanoparticles in the mitigation of lead-induced stress in Daucus carota: modulation in polyamines and antioxidant enzymes. International Journal of Phytoremediation, 24(4), 364-372.
Farzadfar, S., Zarinkamar, F., & Hojati, M. (2017). Magnesium and manganese affect photosynthesis, essential oil composition and phenolic compounds of Tanacetum parthenium. Plant Physiology and Biochemistry, 112, 207-217.
Heinze, M., Hanschen, F. S., Wiesner-Reinhold, M., Baldermann, S., Gräfe, J., Schreiner, M., & Neugart, S. (2018). Effects of developmental stages and reduced UVB and low UV conditions on plant secondary metabolite profiles in pak choi (Brassica rapa subsp. chinensis). Journal of agricultural and food chemistry, 66(7), 1678-1692.
Hosseinifard, M., Stefaniak, S., Ghorbani Javid, M., Soltani, E., Wojtyla, Ł., & Garnczarska, M. (2022). Contribution of Exogenous Proline to Abiotic Stresses Tolerance in Plants: A Review. International Journal of Molecular Sciences, 23(9), 5186.
Klein, F. R. S., Reis, A., Kleinowski, A. M., Telles, R. T., Amarante, L. D., Peters, J. A., & Braga, E. J. B. (2018). UV-B radiation as an elicitor of secondary metabolite production in plants of the genus Alternanthera. Acta Botanica Brasilica, 32(4), 615-623.
Kobayashi, N., & Yamaji, K. (2021). Leaf lettuce (Lactuca sativa L. ‘L-121’) growth in hydroponics with different nutrient solutions used to generate ultrafine bubbles. Journal of Plant Nutrition, 45(6), 816-827.
Kunc, N., Frlan, A., Baričevič, D., Kočevar Glavač, N., & Kokalj Ladan, M. (2022). Essential Oil and Hydrosol Composition of Immortelle (Helichrysum italicum). Plants, 11(19), 2573.
Lichtentaler, H. (1987). In Plant Cell Membranes. Methods in Enzymology1987Elsevier.
Nazari, M., Zarinkamar, F., & Shafaghat, Z. (2018). Manganese modulates the physiological and biochemical responses of Mentha aquatica L. to ultraviolet radiation. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 45, 1-10.
Ramesh, P., & Rajendran, A. (2023). Green synthesis of manganese dioxide nanoparticles: photocatalytic and antimicrobial investigations. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 104(19), 8464-8476.
Rojas-Lillo, Y., Alberdi, M., Acevedo, P., Inostroza-Blancheteau, C., Rengel, Z., de la Luz Mora, M., & Reyes-Díaz, M. (2013). Manganese toxicity and UV-B radiation differentially influence the physiology and biochemistry of highbush blueberry (Vaccinium corymbosum) cultivars. Functional Plant Biology, 41(2), 156-167.
Sinaga, A. O. Y., Handayani, S. A. F., & Marpaung, D. S. S. (2024). Destructive effect of UV-C light radiation on lettuce growth: risk assessment of long time exposure. Radiation Effects and Defects in Solids, 1-12.
Wang, R., Yang, X., Chen, X., Zhang, X., Chi, Y., Zhang, D., & Zhou, P. (2023). A critical review for hydrogen application in agriculture: Recent advances and perspectives. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 54(3), 222-238.
Yang, S., Imran, & Ortas, I. (2023). Impact of mycorrhiza on plant nutrition and food security. Journal of Plant Nutrition, 46(13), 3247-3272.
 
 
به زراعی کشاورزی
دوره 27، شماره 3
پاییز 1404
صفحه 485-503