Study of the Role of Nano-Silicon and Nano-Titanium in Yield and Yield Components of Durum Wheat

مقدمه

گندم دوروم (Triticum turgidum L. var. durum) همواره در تغذیه مردم، در تولید نان و ماکارونی نقش اساسی داشته و شرایط تولید آن در گستره بسیار وسیعی از سطح کشور فراهم است (Shahbazi et al., 2013). گندم دوروم یکی از رایج ترین محصولات غلات در منطقه مدیترانه و دهمین گونه کشت شده در سراسر جهان است. گندم و محصولات گندم می‌تواند 20 درصد از پروتئین و کالری مصرفی سرانه را برای یک جمعیت جهانی 7/9 میلیاردی در سال 2050 تشکیل دهد و گندم دوروم دومین گونه زراعی مهم گندم و دهمین محصول زراعی مهم دنیا است که حدود شش درصد سطح زیر کشت گندم را شامل و تولید سالانه آن بین 37 تا 40 میلیون تن است (Mohammadi & Haghparast, 2022). علی‌رغم سطح زیر کشت پائین، گندم دوروم دارای اهمیت اقتصادی زیادی است و برآوردهای سازمان ملل متحد و فائو نشان می‌دهد که تا سال 2050، تقاضای جهانی برای این محصول افزایش خواهد یافت (Beres et al., 2020). گندم دوروم در تهیه محصولات مهمی از جمله ماکارونی، لازانیا، بیسکویت و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. بلغور گندم دوروم به علّت پروتئین بالا، طعم و کیفیت پخت عالی و صفاتی مانند سفتی، مقاوم در برابر تجزیه سطحی و چسبندگی، ماده خام محصولات ماکارونی است (Ermişer et al., 2021).

عوامل متعددی بر روی رشد و نمو گیاهان تأثیر می‌گذارد. از جمله این عوامل می‌توان به اثر کودهای شیمیایی در افزایش تولید مواد غذایی اشاره کرد. علاوه بر کودهای رایج، یکسری عناصر و مواد دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند رشد گیاهان را تحت تأثیر قرار داده و یا سبب مقاومت آنها به تنش‌های زیستی و غیرزیستی شوند. سیلیکون (Si) به‌عنوان دومین عنصر فراوان در پوسته زمین، آثار مفیدی بر رشد و بهره‌وری انواع گونه‌های گیاهی تحت شرایط مختلف محیطی دارد (Wang et al., 2021). با این حال، مزایا و اهمیت آن برای گیاهان به علّت تفاوت بین گونه‌ها، ژنوتیپ‌ها و شرایط محیطی همچنان مورد بحث است. شواهد اخیر نشان می‌دهد که کاهش طبیعی مواد معدنی سیلیس خاک، کاشت و برداشت محصول می‌تواند منجر به کاهش مخزن سیلیکون موجود در خاک شده و نشان می‌دهد که کودهای سیلیکونی می‌توانند ایمنی کشت گیاهان و عملکرد محصول را افزایش می‌دهند (Li & Delvaux, 2019). اسید سیلیسیک (H₄SiO₄)، رایج‌ترین شکل موجود سیلیکون در خاک است. با وجود این که سیلیکون یک ریز مغذی مفید برای همه گیاهان نیست، امّا در سال‌های 2013-2014، انجمن مقامات کنترل غذای گیاهی آمریکا (AAPFCO) سیلیکون را به عنوان یک ریز مغذی مفید گیاهی طبقه‌بندی و تأئید کرد (Viciedo et al., 2019). کاهش سیلیکون در خاک در گیاهانی که سیستم کارآمدی برای جذب آن از ریشه ندارند اهمیت بیشتری دارد (de Souza Junior et al., 2022). علاوه بر جذب توسط ریشه‌ها، کود سیلیکون می‌تواند به طور موثری توسط برگ‌ها و عمدتاً از مسیرهای کوتیکولی و روزنه‌ها جذب می‌شود (de Souza Junior et al., 2021).

اگرچه سیلیکون در فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی گیاه نیز مهم است، امّا نقش مهمی در بقا و عملکرد گیاه تحت تنش دارد. نشان داده شده است که کاربرد سیلیکون می‌تواند آثار منفی بسیاری از تنش‌های غیر زیستی، از جمله نمک، آب، گرما، سرما، UV-B، فلزات سنگین و استرس مکانیکی را کاهش دهد (Frew et al., 2018; Yan et al., 2018). سازوکار‌های کلیدی موثر بر توانایی سیلیکون جهت کاهش اثرات تنش خشکی شامل افزایش جذب و انتقال آب، تنظیم رفتار روزنه‌ها و اتلاف آب تعرق، تجمع املاح و مواد تنظیم‌کننده اسمزی، و القای دفاع گیاهی مرتبط با رویدادهای سیگنال‌دهی، در نتیجه حفظ تعادل آب کل گیاه است (Wang et al., 2021). در سال‌های اخیر گزارش‌های متعددی درباره نقش‌های مفید سیلیکون در رشد گیاهان در شرایط عادی و تنش ارائه شده است. استفاده از سیلیکون جوانه‌زنی بذر، بنیه و رشد گیاهچه‌ها را افزایش دهد و آثاری بر فتوسنتز و مورفوژنز ساقه و ریشه (Frew et al., 2018; Yan et al., 2018)، جذب مواد مغذی و پتانسیل عملکرد (Abdel Latef & Tran, 2016; Hussain et al., 2019) دارد. سیلیکون منجر به کاهش اثر فلزات سمی از جمله آلومینیوم می‌شود (Gogonani et al., 2010) و کارایی مصرف آب همچنین با افزایش میزان کلروفیـل a و  bسرعت فتوسنتز در محصولات کشاورزی را افزایش می‌دهد (Shen et al., 2010; Haddad & Mokhlesian, 2015). نتایج نشان داده اند سیلیکون با کاهش آسیب اکسیداتیو از طریق کاهش تولید گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و یا افزایش فعالیت متابولیسم آنتی‌اکسیدانی، در کاهش استرس‌های غیرزیستی نقش ایفا می‌کند (Kim et al., 2017).

همچنین تیتانیوم (Ti) به عنوان یک عنصر سودمند سبب افزایش و تحریک رشد می‌شود. تیتانیوم نهمین فلز فراوان در پوسته زمین است که حدود 57/0 درصد وزن پوسته را تشکیل می‌دهد. پژوهش‌های متعدد نشان داده اند که تیتانیوم یک عنصر مفید برای رشد گیاه است. کاربرد تیتانیوم در محلول غذایی و یا محلول‌پاشی روی برگ‌های گیاه سبب افزایش زیست توده و رشد گونه‌های مختلف گیاهی شده است (Carvajal & Alcaraz, 1998). علاوه بر افزایش رشد، تیتانیوم همچنین منجر به افزایش کیفیت محصولات می‌شود. Hussain et al. (2021) نشان دادند که محلول‌پاشی تیتانیوم می‌تواند در کاهش اثر تنش سایه و افزایش عملکرد سویا در سیستم کشت مخلوط نواری مفید باشد. نتایج نشان دادند در شرایط تنش سایه و تنش کمبود فسفر، کاربرد تیتانیوم سبب کاهش pH خاک ریزوسفر، افزایش فعالیت آنزیمی آنتی اکسیدانی و افزایش کارایی فتوسنتزی گیاهان سویا می‌شود. تیتانیوم همچنین قدرت فیزیکی محصول و مقاومت در برابر بقایای آفت‌کش، خشکسالی، یخ زدگی، گرما و بیماری را افزایش می‌دهد که در نهایت توانایی گیاه را برای جذب کودها بهبود می‌بخشد (Choi et al., 2015). امروزه استفاده از فناوری نانو به علّت تأثیر انقلابی آن بر امنیت غذایی و پایداری کشاورزی مورد توجه قرار گرفته است. درباره نوآوری در فناوری نانو، به طور قابل توجهی پژوهش‌ها در مورد محلول‌پاشی نانو ذرات مهندسی شده به عنوان کودهای زیستی افزایش یافته است (Goodarzi, 2014). محلول‌پاشی نانو کودها می‌تواند منجر به بهبود فیزیولوژی گیاه شده و استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی را کاهش دهد و گیاه را از انواع مختلف شرایط نامطلوب محیطی نجات دهد (Yu et al., 2024). دانشمندان از نانوذرات مختلف برای کاهش اتلاف مواد مغذی، پیشگیری از بیماری‌ها و افزایش عملکرد محصول استفاده کرده‌اند و در عین حال تولید محصول در دراز مدت را ارتقا می‌دهند (Ahmad et al., 2018). سطح نسبتاً بزرگتر، اندازه کوچکتر و واکنش کاتالیزوری بهبود یافته نانوذرات به آنها اجازه می‌دهد تا فعالیت‌های گیاهی را کنترل کنند (Seleiman et al., 2021; Elshayb et al., 2022). نانو ذرات به واسطه کوچکی اندازه ذرات، سطح تماس آن با مواد افزایش یافته و کارایی و اثر بخشی بیشتری دارد. استفاده از نانوذرات دی اکسید سیلیکون (nSiO₂) به عنوان یک ابزار فیزیولوژیکی مهم برای تشویق رشد گیاه و کاهش سمیت فلزات تحت تنش فلزات سنگین ثابت شده است (Emamverdian et al., 2020). اهمیت نانوذرات دی اکسید سیلیکون در رشد و نمو گیاه به بهبود فاکتورهای فتوسنتزی مانند کارایی موثر فتوشیمیایی، فلورسانس کلروفیل، فعالیت PS II، خاموش کردن فتوشیمیایی و آنزیم‌های مرتبط نسبت داده می‌شود (Tripathi et al., 2017). به طور مشابه، نانو ذرات دی اکسید تیتانیوم (‌nTiO₂) نقش مهمی در تعدیل فرآیندهای مختلف گیاهی دارند (Ahmad et al., 2018). پژوهش‌های قبلی نشان دادند nTiO₂، منجر به تقویت رشد و نمو گیاه شده و سطح کلروفیل را بهبود می‌بخشد. همچنین فعالیت‌های فتوسنتزی و آنزیم‌های مرتبط را تنظیم می‌کند و سنتز متابولیت‌های ثانویه را افزایش می‌دهد (Ghorbanpour, 2015). علاوه بر این، عملکرد ویژه‌ای را در اجزای مختلف زیست‌شناسی فیزیولوژیکی‌- مولکولی گیاه مانند افزایش جذب نور، تنظیم کننده فعالیت روبیسکو و آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی نشان داده‌اند. همچنین، توسط تغییر در غشاهای تیلاکوئید و فتوسیستم II بر رشد تأثیر مثبت می‌گذارند (Rezaizad et al., 2021). با توجه به اهمیت فزاینده نانو ذرات در کشاورزی و آثار قابل توجه و متفاوت نانو ذرات مفید از جملهnSiO₂  و nTiO₂، ارزیابی تأثیر آنها بر گیاهان زراعی بسیار مهم است. قبلاً پژوهش‌های اندکی درباره تأثیر نانو ذرات دی‌اکسید سیلیکون و دی‌اکسید تیتانیوم در گندم دوروم صورت گرفته است، بنابراین در پژوهش حاضر، اثر این دو ماده بر روی عملکرد و اجزای عملکرد دانه گندم دوروم در شرایط زراعی دیم منطقه مغان مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها

شرایط کشت

پژوهش حاضر طی سال زراعی 99-98 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی مغان که با مختصات طول جغرافیایی 47 درجه و 10 دقیقه و عرض جغرافیایی 39 درجه و ٤2 دقیقه، اجرا شد. متوسط بارندگی سالیانه ٢45 میلی‌متر و متوسط دمای آن ١٥ درجه سلسیوس است. ویژگیهای خاک شناسی محل انجام پژوهش در جدول شماره 1 آورده شده است. در این آزمایش دو رقم اصلاح شده و 16 ژنوتیپ پیشرفته گندم دوروم معرفی شده از مرکز بین‌المللی پژوهش کشاورزی در مناطق خشک (ICARDA) و مرکز بین‌المللی اصلاح ذرت و گندم (CIMMYT)، در آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار از نظر عملکرد و تأثیر نانوذرات nSiO₂  و nTiO₂ بر روی عملکرد و اجزای عملکرد مورد بررسی قرار گرفتند. فاکتور اول شامل ژنوتیپ‌های گندم دوروم و فاکتور دوم شامل محلول‌پاشی ذرات نانو در سه سطح nSiO₂، nTiO₂ و شاهد بودند. نام و شجره ژنوتیپ‌ها در جدول 2 آورده شده است.

جدول 1- ویژگی های خاک مناطق مورد بررسی.

Table 1- Soil characteristics of the study area.

عملیات زراعی و اندازه‌گیری صفات

عملیات شخم، دیسک زنی و تسطیح زمین در پائیز انجام و بذور گندم بعد از گاورو شدن زمین در آذر ماه با استفاده از بذرکار پژوهشی اتوماتیک کشت شد. طول هر کرت آزمایشی 3 متر، فاصله بین ردیف 20 سانتی‌متر و تراکم کشت 400 بوته در متر مربع است. غلظت مناسب برای محلول‌پاشی با nSiO₂ بر اساس پژوهش‌های قبلی (Ghorbanian et al. (2017، 10 میلی مولار و برای nTiO₂ نیز 20 میلی‌مولار استفاده شده است. ذرات نانو از شرکت پیشگامان نانو تهیه و ابعاد آنها توسط میکروسکوپ الکترونی ارزیابی شد (شکل 1). محلول‌پاشی در طی سه مرحله روزت (اواخر مراحل رویشی قبل از ورود به مرحله زایشی)، اوایل به ساقه رفتن و مرحله چکمه پوش یا اوایل مرحله سنبلهدهی انجام شد. بعد از استقرار گیاهان، مراحل مختلف نموی شامل مراحل ساقه دهی، گرده‌افشانی و رسیدگی فیزیولوژیک دانه برای کلیه ارقام تعیین شد. همچنین پس از رسیدگی فیزیولوژیکی، تعداد 10 بوته از هر کرت به صورت تصادفی انتخاب و صفات عملکرد و اجزای عملکرد یادداشت‌برداری شد.

شکل 1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) از نانو ذرات دی اکسید سیلیکون (a)  و دی اکسید تیتانیوم (b).

Figure 1- Transmission electron microscopy (TEM) images of silicon dioxide nanoparticles (a) and titanium dioxide (b)

تجزیه‌های آماری

تجزیه واریانس داده‌ها و مقایسه میانگین ژنوتیپ‌ها با نرم‌افزار SAS 9.2 انجام شد. همچنین مقایسه میانگین‌ها توسط آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد انجام شد.

نتایج

نتایج تجزیه واریانس نشان داد بین ژنوتیپ‌ها از نظر ارتفاع بوته اختلاف معنی‌داری (P≤0.01) وجود دارد (جدول 3). ژنوتیپ G₄، با 8/102 سانتیمتر بیشترین طول بوته را داشت. تأثیر محلول‌پاشی با نانو ‌ذرات سیلیکون و تیتانیوم روی این صفت در سطح احتمال 5 درصد معنی‌دار بود، امّا اثر متقابل معنی‌دار بین ژنوتیپ‌ها و تیمارهای نانو ذرات مشاهده نشد. به طور متوسط نانو‌ذرات سیلیکون و تیتانیوم توانسته‌اند به ترتیب 5 و 4 درصد ارتفاع بوته را افزایش دهند. تجزیه واریانس داده‌های حاصل از تعداد پنجه و تعداد پنجه بارور نشان دادند بین ژنوتیپ‌ها از نظر این صفات اختلاف معنی‌داری (P≤0.01) وجود دارد (جدول 3). ژنوتیپ‌های G₁₈، G₂ و G₁₆ بیشترین تعداد پنجه بارور را دارا بودند. از بین این سه ژنوتیپ، G₂ و G₁₆ جز ژنوتیپ‌های دارای عملکرد بالا محسوب می‌شوند. با وجود این که تفاوت معنی‌داری بین تیمارهای مختلف محلول‌پاشی مشاهده نشد، ولی وجود اثر متقابل معنی‌دار بین ژنوتیپ و تیمار محلول‌پاشی حاکی از واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها به نانو سیلیکون و نانو تیتانیوم دارد (جدول 3).

طول سنبله نیز تحت تاثیر تیمارهای محلول‌پاشی قرار گرفته است، امّا با این تفاوت که محلول‌پاشی با نانو ذرات سیلیکون سبب کاهش طول سنبله شده است، امّا تفاوت معنی‌داری بین محلول‌پاشی با نانو تیتانیوم و تیمار شاهد مشاهده نشد. ژنوتیپ‌های G₁₇، G₁₂ و G₈ بیشترین طول سنبله را به خود اختصاص دادند. وجود اثر متقابل معنی‌دار در این صفت نیز حاکی از واکنش متفاوت ژنوتیپ‌ها به تیمارهای محلول‌پاشی است. در اکثر ژنوتیپ‌ها نانوسیلیکون منجر به کاهش این صفت شده است (جدول 4).

تجزیه واریانس وزن صد دانه و تعداد دانه در سنبله نشان داد که بین ژنوتیپ‌ها و همچنین بین تیمارهای مختلف محلول‌پاشی تفاوت معنی‌داری در سطح احتمال 1 درصد وجود دارد (جدول 3). تیمار محلول‌پاشی نانو ذرات تیتانیوم نیز در بیشتر ژنوتیپ‌ها از نانو سیلیکون و شاهد دانه بیشتری در سنبله تولید کرده است. تفاوت معنی‌داری بین شاهد و محلول‌پاشی نانو سیلیکون در این صفت مشاهده نشد. همچنین محلول‌پاشی با نانو سیلیکون نیز بطور معنی‌داری توانسته است وزن صددانه را نسبت به محلول‌پاشی با نانو تیتانیوم و تیمار شاهد افزایش دهد. بطور متوسط محلول‌پاشی با نانو سیلیکون توانسته است 5/3 درصد هزار دانه را در مقایسه با شاهد افزایش دهد. محلول‌پاشی با نانو تیتانیوم نیز تفاوت معنی‌داری با شاهد در این صفت نشان داد، امّا وزن دانه کمتری نسبت به شاهد تولید کرد. اثر متقابل ‌معنی‌دار در هر دو صفت بین ژنوتیپ‌ها و تیمارهای محلول‌پاشی مشاهده شد که نشان دهنده پاسخ متفاوت ارقام در مقابل تیمارهای مختلف محلول‌پاشی است. همچنین با وجود این که اثرات اصلی محلول‌پاشی تأثیر منفی نانو تیتانیوم را در وزن صد دانه نشان ‌داد، امّا محلول‌پاشی با این ماده در ژنوتیپ G₇ بیشترین وزن دانه را تولید کرده است و توانسته است حدود 10 درصد وزن دانه را نسبت به شاهد افزایش دهد (جدول 4).

نتایج تجزیه واریانس عملکرد دانه و وزن کاه در کل بوته 18 ژنوتیپ گندم دوروم نشان داد که بین ژنوتیپ‌ها از نظر این صفت اختلاف معنی‌داری (P≤0.01) وجود دارد (جدول 3). همچنین تأثیر اصلی تیمار محلول‌پاشی و اثر متقابل بین ژنوتیپ و تیمارهای محلول‌پاشی نیز در سطح احتمال 1 درصد معنی‌دار بود (جدول 3). ژنوتیپ‌های G₂، G₃ و G₁₃ به ترتیب با عملکرد 21/4، 97/3 و 54/3 گرم بیشترین وزن دانه در کل بوته را به خود اختصاص دادند. محلول‌پاشی با نانو تیتانیوم در مجموع بیشترین عملکرد در بوته را نسبت به شاهد و نانو سیلیکون نشان داد. در حالی که تفاوت معنی‌داری بین محلول‌پاشی با نانو سیلیکون و شاهد مشاهده نشد. در مجموع ژنوتیپ‌ها، تیمارهای nTiO₂ و nSiO₂ (به ترتیب با میانگین 06/5 و 38/5 گرم) تولید کاه بیشتری نسبت به تیمار شاهد داشتند. با وجود اثر متقابل معنی‌دار بررسی ترکیبات تیماری نشان می‌دهد که در اکثر ارقام مورد بررسی محلول‌پاشی با نانو ذرات توانسته است عملکرد دانه و وزن کاه را در بوته افزایش دهد. برای مثال ژنوتیپ G₈ و G₂ در محلول‌پاشی با نانو سیلیکون و ژنوتیپ G₂ در محلول‌پاشی با نانو تیتانیوم وزن دانه در بوته بیشتری را داشتند (جدول 4).

جدول 4- مقایسه میانگین صفات ترکیبات تیماری 18 ژنوتیپ گندم دوروم تحت تیمارهای مختلف محلول‌پاشی.

Table 4- Comparison of mean traits of 18 treatment durum wheat genotypes under different foliar treatments.

بحث

تعداد پنجه بارور از اجزای عملکرد تأثیرگزار در عملکرد غلات است. پژوهش‌ها نشان داده است که سیلیکون سبب افزایش تعداد پنجه و در نتیجه افزایش تعداد سنبله در برنج می‌شود (Agarie et al., 1993). نتایج این پژوهش نشان داد در برخی از ژنوتیپ‌ها نانو ذرات سیلیکون توانسته است توسط افزایش باروری سنبله‌ها منجر به افزایش عملکرد شود. همچنین پژوهش‌های اخیر نشان داده است که اندازه دانه تحت شرایط رشدی قبل از گلدهی و به ویژه دمای سنبله در دوره بین چکمه‌پوش تا گرده‌افشانی گندم و به ویژه مرحله خوشه‌دهی تا گرده‌افشانی تعیین می‌شود. به طوری که دماهای بالا در این مراحل سبب کاهش اندازه برچه و نهایتاً وزن دانه می‌شود (Calderini et al., 1999; Ugarte et al., 2007). قسمت دیگر وزن دانه به فتوسنتز و انتقال مواد فتوسنتزی به دانه مرتبط است. رابطه معنی‌داری بین وزن دانه و اندازه برچه وجود دارد که به نظر می‌رسد علاوه بر تغییرات دمایی در مرحله چکمه‌پوش تا گرده افشانی (Calderini et al., 1999) و نوع رقم (Calderini et al., 2001) و موقعیت گلچه در امتداد محور راشیلا سنبله و تغییر در عرضه آسیمیلات ظاهری آن در دوره بستگی دارد (Calderini & Reynolds, 2000). نانو ذرات دی اکسید سیلیکون نیز احتمالاً توانسته است با تاثیر بر یک یا چند مورد از این عوامل افزایش وزن دانه را در گندم دوروم ایجاد کند.

تعدادی از فرآیندهای فیزیولوژیکی به تشکیل دانه در محصولات کشاورزی کمک می‌کند که مهم‌ترین آنها عبارتند از فتوسنتز و انتقال از محل فتوسنتز به دانه، تقسیم و بزرگ شدن سلول، و انباشت و حمل مواد عناصر غذایی برای ذخیره‌سازی در دانه و عملکرد کلی متابولیسم سلول. این فرایندها باید در مراحل مناسب توسعه رخ دهد و در نتیجه زمان‌بندی هر سهم مهم است. مطابق با این شرایط، مناسب بودن محیط برای تأمین نور، آب و مواد مغذی برای تکمیل هر مرحله رشد ضروری است (Toyota et al., 2001). بر اساس پژوهش‌هایKamali Moghadam et al. (2005)، سیلیکون موجب افزایش کارآیی جذب نور و در نتیجه تحرک، تشدید فتوسنتز و در نهایت افزایش تولید محصول بیشتر می‌شود. برخی از اثرات مفید نانو ذرات، به‌ویژه سیلیکون و تیتانیوم، در بازسازی گیاهان می‌توانند به افزایش و تحریک سیستم‌های دفاعی تحت شرایط تنش کمک کنند. نقش سیلیکون در گیاهان تحت شرایط تنش بیشتر مشهود است. Gong et al. (2005) در پژوهش بر روی گندم نشان دادند سیلیکون می‌تواند وضعیت آب گیاه را در شرایط خشکسالی بهبود بخشد. سیلیکون ممکن است برای کاهش تنش خشکی با بهبود ساختار غشاء پلاسما و ساختار تنوپلاست، یکپارچگی و افزایش عملکرد آنزیم‌های آنتی اکسیدانت CAT، SOD، APX و POD و کاهش پراکسیداسیون لیپید باشد. گزارش شده است که سیلیکون منجر به افزایش پایداری لیپیدها در غشای سلولی گیاهان گندم در معرض تنش خشکی می‌شود که نشان می‌دهد سیلیکون از تخریب ساختاری و عملکردی غشاهای سلولی زمانی که گیاهان گندم در معرض استرس محیطی قرار می‌گیرند جلوگیری می‌کند (Gong et al., 2003). تحریک رشدی سیلیکون ممکن است به علت درگیر شدن آن در فرایند طویل شدن و یا تقسیم سلولی باشد (Elawad et al., 1982). مجموع این اثرات می‌تواند عواملی در جهت افزایش عملکرد و ماده خشک و سایر صفات مرتبط با آنها از جمله ارتفاع بوته در اثر استفاده از سیلیکون به شمار آید.

کاربرد تیتانیوم نیز اغلب سبب افزایش ماده خشک و رشد گونه‌های مختلف گیاهی شده است (Carvajal & Alcaraz, 1998). نتایج پژوهش‌های قبلی نشان داده است که نانو ذرات  TiO₂در لوبیا چشم بلبلی، منجر به افزایش محتوی کلروفیل (Ogunkunle et al., 2020)، به عنوان یک فوتوکاتالیست کارآمد با بهبود رنگدانه‌های فتوسنتزی، بهبود تثبیت نیتروژن در ماش می‌تواند رشد سلول و همچنین تولید ماده خشک و تر گیاه را افزایش دهد (Klingenfuss, 2014; Raliya et al., 2015). این پژوهش نشان داد که نانو ذرات nTiO₂  به طور موثری بر ویژگی‌های گیاهی از جمله زیتوده و عملکرد دانه گندم دوروم اثرگذار باشد. بهبود رشد گیاه توسط نانو ذرات nTiO₂ می‌تواند به علت اصلاح روابط منبع و مخزن باشد. همچنین Lei et al. (2007) نشان دادند SiO₂ و TiO₂ با افزایش میزان فتوسنتز، افزایش مقاومت برگ، غلظت کلروفیل درون برگ و طول برگ، نقش مهمی در افزایش اندازه منبع بازی می‌کنند.

جمع‌بندی

گیاهان زراعی در مناطق نیمه خشک با چالش‌های مختلف مانند خشکسالی و استرس‌های مختلف محیطی مواجه می‌شوند. محلول‌پاشی نانو کودها می‌تواند فیزیولوژی گیاه را بهبود بخشد و در عین حال استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی را کاهش دهد و گیاه را از انواع مختلف شرایط نامطلوب محیطی نجات دهد. نانوکودها  در مقایسه با کودهای شیمیایی مرسوم در مقادیر بسیار کم استفاده می‌شوند و به علّت مصرف کمتر، خطرات زیست محیطی کمتری نیز ایجاد کنند. در پژوهش حاضر، این امکان برای استفاده خارجی از عناصر سودمند نانو فراهم شده است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که نانو ذرات توانسته‌اند رشد رویشی اکثر ژنوتیپ‌ها را افزایش دهد و تأثیر مثبتی در صفات طول بوته، طول خوشه، تعداد و وزن دانه در خوشه، وزن صد دانه، وزن کاه و عملکرد دانه در بوته در اکثر ژنوتیپ‌های مورد بررسی گندم دوروم داشته باشند. از سوی دیگر، پاسخ ژنوتیپ‌ها نسبت به نانو ذرات اعمال شده تا حدودی متفاوت بود. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از محلول نانو ذرات nSiO₂ و nTiO₂ در مناطق نیمه خشک می‌تواند عملکرد دانه را بهبود بخشد و می‌توان آن را به عنوان کود مفید معرفی کرد.