Effect of polyvinyl chloride microplastics and water deficit stress on leaf greenness and antioxidant activity of maize seedlings mediated by Piriformospora indica

Document Type : Original Article

Authors

1 Department of Agriculture, Faculty of Technical and Engineering, Payame Noor University, Tehran, Iran.

2 Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran

Abstract

Given the increasing contamination of agricultural soils with microplastics and the concurrent rise in water scarcity, this study investigated the effects of symbiosis with Piriformospora indica on the physiological and biochemical parameters of maize seedlings exposed to polyvinyl chloride microplastics under water deficit stress. The experiment was carried out as a factorial based on a completely randomized design with three levels of microplastic (0, 0.1, and 1%), two levels of fungus (inoculation and non-inoculation), and three levels of water deficit stress (100, 75, and 50% of field capacity). The results showed that in plants exposed to 1% microplastic, the activities of superoxide dismutase, catalase, and peroxidase increased significantly, similar to water deficit stress. The levels of hydrogen peroxide and malondialdehyde, as well as membrane damage, in maize seedlings exposed to stress, also increased compared to the control. Inoculation with the fungus improved antioxidant enzyme activity, such that the activities of superoxide dismutase, catalase, and peroxidase in inoculated plants under the highest water deficit stress and in the presence of 1% microplastic were (65.9 and 57.2), (47.1 and 40.2), and (61.3 and 69.3) percent higher than in non-inoculated plants, respectively. Furthermore, the presence of the fungus reduced malondialdehyde and hydrogen peroxide levels, as well as electrolyte leakage, in stressed plants. Overall, the results showed that P. indica improved the growth and dry matter production of maize seedlings exposed to microplastic particle toxicity and water deficit stress by enhancing antioxidant defence and increasing the leaf greenness index.
 
Introduction
In recent years, crop plants have been increasingly exposed to various environmental stresses and emerging contaminants, such as microplastics, which threaten their growth, yield, and overall agricultural sustainability (Illanese et al., 2025). Among abiotic stresses, water deficit stress is a major constraint that limits transpiration and CO₂ uptake through stomatal closure, thereby reducing biomass accumulation and productivity (Xu et al., 2022). Water deficit stress also triggers the excessive generation of reactive oxygen species (ROS), leading to oxidative stress, membrane damage, ion imbalance, and reduced photosynthetic efficiency (Zia et al., 2021). Simultaneously, contamination of agricultural soils with microplastics has become a growing global concern (Hasan & Tarannum, 2025). These particles can abrade root surfaces and disrupt water and nutrient uptake, ultimately inhibiting plant growth (Hartmann et al., 2022). Similar to drought, microplastic exposure induces ROS overproduction and oxidative stress, which compromise cellular integrity and metabolism (Gan et al., 2023). In this context, the utilization of beneficial plant–microbe interactions has gained increasing attention as an eco-friendly and effective strategy to alleviate the adverse effects of environmental stresses on plants (Boorboori et al., 2022). Piriformospora indica, a root endophytic fungus, is known for its ability to colonize a wide range of monocot and dicot plants (Jangir et al., 2021). Symbiosis between plants and P. indica enhances stress tolerance by activating the plant defence system, upregulating stress-related genes, and boosting antioxidant enzyme activity, thereby improving the plant’s resilience to adverse environmental conditions (Li et al., 2023).
Considering the simultaneous occurrence of water deficit stress and microplastic contamination in agricultural ecosystems, it is essential to explore their combined impact on plant physiology. Therefore, this study investigates the influence of P. indica symbiosis on key physiological and biochemical traits of maize (Zea mays) seedlings exposed to polyvinyl chloride (PVC) microplastics under a water-deficit stress condition.
 
Materials and Methods
This experiment was conducted using a completely randomized factorial design with three replications in 2023 in the research greenhouse of Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran. The experimental factors comprised polyvinyl chloride (PVC) microplastics at three levels (0, 0.1, and 1% of soil weight), Piriformospora indica inoculation at two levels (inoculated and non-inoculated), and water deficit stress at three levels (no stress, moderate, and severe stress, respectively, equivalent to irrigation at 100, 75, and 50% of field capacity). Water deficit stress was initiated 14 days after sowing. Thirty days after sowing, the leaf chlorophyll content (SPAD index) was measured. Fresh leaf samples were collected for biochemical analyses, while shoot and root samples were oven-dried to determine dry biomass. To evaluate root colonization by P. indica, 1-cm-long root segments were carefully washed, stained, and observed under a light microscope to calculate the percentage of colonization. Antioxidant enzyme activities, including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), and peroxidase (POD), as well as malondialdehyde (MDA) content and electrolyte leakage, were determined using fresh leaf samples.
Data were statistically analyzed using SAS software (version 9.4) after confirming the normality of residuals. Treatment means were compared using the least significant difference (LSD) test at a 5% probability level. Graphs were prepared using Microsoft Excel.
 
Results and Discussion
The results demonstrated that P. indica fungus successfully colonized plant roots under all experimental conditions. In unstressed plants, the root colonization rate was 89%, whereas in plants exposed to 50% field capacity and 1% microplastic contamination, it was approximately 40%. Stress induced by PVC microplastic particles and reduced soil moisture led to higher hydrogen peroxide accumulation and membrane damage in maize seedlings, resulting in a decline in leaf greenness and overall growth. Inoculation with P. indica significantly enhanced the activity of antioxidant enzymes, including SOD, CAT, and POD. This enhanced enzymatic activity reflects the protective role of P. indica in mitigating oxidative stress, as evidenced by reduced malondialdehyde and hydrogen peroxide contents and lower electrolyte leakage in inoculated plants under stress. Moreover, symbiosis with P. indica contributed to chlorophyll preservation, higher leaf greenness, and greater biomass accumulation. For example, the dry weight of inoculated plants under severe water deficit and 1% microplastic stress was on average 45.8% higher than that of uninoculated controls. Overall, these findings suggest that the symbiotic association between P. indica and crop plants can serve as an effective biological strategy to alleviate the adverse effects of microplastic toxicity and improve plant resilience and productivity under water-deficit conditions.

Keywords

Main Subjects

Full Text

مقدمه

امروزه گیاهان زراعی با انواع مختلفی از تنش‌های محیطی و همچنین آلاینده‌های نوظهور نظیر میکروپلاستیک‌ها مواجه هستند و این مسأله به‌طور فزاینده‌ای رشد، عملکرد و پایداری محصول‌های کشاورزی را تحت تأثیر قرار داده و امنیت غذایی را با تهدید روبه‌رو می‌سازد (Illanese et al., 2025). تنش کمبود آب یکی از مهم­ترین تنش­های غیرزیستی است که انتظار می­رود شدّت آن به علّت گرمایش جهانی و کاهش منابع آب قابل دسترس در بسیاری از نواحی جهان به‌ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک به‌طور چشم­گیری افزایش یابد (Zia et al., 2021). بسته شدن روزنه‌ها طی تنش کمبود آب، سبب کاهش تعرق و محدود شدن جذب دی‌اکسید کربن شده و در نتیجه منجر به کاهش تولید ماده خشک و عملکرد گیاه می‌شود (Xu et al., 2022). علاوه بر این، تولید بیش ‌از حد گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و وقوع تنش اکسیداتیو سبب تخریب غشاهای سلولی، افزایش نشت الکترولیت‌ها، برهم خوردن تعادل یونی و کاهش بیشتر ظرفیت فتوسنتزی و رشد گیاه می‌شود (Zia et al., 2021).

طی چند دهه اخیر، ترکیبات پلاستیکی به علّت تنوع، دوام و مقرون به صرفه بودن به­طور گسترده­ای در جوامع مختلف مورد استفاده قرار گرفته­اند و در نتیجه سالانه مقادیر انبوهی از زباله­های پلاستیکی به محیط اضافه شده است. این موضوع سبب شده است تا امروزه آلودگی خاک­های زراعی به ذرات پلاستیک به عنوان یکی از مهم‌ترین مشکلات زیست­محیطی در سطح جهان مورد توجه قرار گیرد(Hasan & Tarannum, 2025). حضور میکروپلاستیک‌ها (ذرات پلاستیکی با ابعاد ۱۰۰ نانومتر تا پنج میلی‌متر) در خاک می‌تواند با سایش سطح ریشه گیاهان همراه باشد. تجمع این ذرات در ناحیه کورتکس ریشه نیز با انسداد فضاهای بین میکروفیبریل‌های سلولی، فرآیند جذب آب و مواد غذایی را مختل کرده و در نهایت سبب کاهش رشد و عملکرد گیاه می‌شود (Hartmann et al., 2022). مشابه تنش کمبود آب، یکی از مهم­ترین اثرات فیزیولوژیکی ناشی از سمّیت ذرات میکروپلاستیک افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن و وقوع تنش اکسیداتیو است (Gan et al., 2023). اگرچه سازوکار‌های دقیق بروز تنش اکسیداتیو ناشی از ذرات پلاستیک هنوز به‌طور کامل روشن نشده است، امّا شواهد موجود بیانگر آن است که افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن می‌تواند از چندین مسیر متفاوت ناشی شود که از جمله این مسیرها، می‌توان به آسیب‌ فیزیکی سطح ریشه گیاه، بروز کمبود آب ناشی از تغییر در ساختار خاک و نیز اختلال در فرآیند فتوسنتز اشاره نمود (Hartmann et al., 2022). در طی تنش اکسیداتیو، ساختار لیپیدی غشاءها آسیب دیده و انسجام غشاهای سلولی برهم­می‌خورد. در چنین شرایطی سطح ترکیباتی نظیر مالون­دی­آلدئید که به­عنوان نشان­گر تنش شناخته می­شود افزایش می­یابد (Hasan & Tarannum, 2025). علاوه بر این، ساختار ماکرومولکول‌های مهمی نظیر پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک دچار تخریب می­شود که در نهایت اختلال در عملکرد اندامک‌های سلولی و برهم خوردن تعادل متابولیکی گیاه را به همراه دارد (Hartmann et al., 2022; Wang et al., 2022). امروزه یکی از راهکارهای مورد توجه برای کاهش تأثیر منفی شرایط نامساعد محیطی بر گیاهان بهره­گیری از رابطه همزیستی بین گیاهان و برخی از ریز جانداران مفید است (Boorboori & Zhang, 2022). قارچ اندوفیت Piriformospora indica از جمله این ریز جانداران است که سبب بهبود رشد، افزایش جذب عناصر غذایی و افزایش مقاومت گیاه میزبان در برابر تنش‌های محیطی می­شود. این قارچ که اخیراً با نام Serendipita indica شناخته می‌شود، به خانواده‌ سباسیناسه Sebacinaceae تعلق دارد، قادر است انواع مختلفی از گیاهان تک لپه و دو لپه را کلونیزه نموده و اسپورهای گلابی‌شکل خود را در ناحیه کورتکس ریشه تشکیل دهد (Jangir et al., 2021). همزیستی گیاه با قارچ P. indica توسط تحریک سیستم دفاعی و افرایش بیان ژن‌های مرتبط با تنش، منجر به افزایش سطح فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان نظیر سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، پراکسیداز (POD) وکاتالاز (CAT) می‌شود و به این ترتیب تحمل گیاه در برابر تنش‌ها را افزایش می­دهد (Li et al., 2023). با توجه به گسترش روز افزون آلودگی خاک‌های کشاورزی به میکروپلاستیک‌ها و هم­زمانی آن با بروز تنش­های غیر زیستی نظیر کمبود آب، بررسی تأثیر این شرایط بر رشد و کارایی فیزیولوژیکی گیاهان زراعی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. بر این اساس، پژوهش حاضر، به بررسی تأثیر همزیستی قارچ P. indica بر برخی از شاخص­های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاهچه­های ذرت (Zea mays) در حضور ذرات میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید (PVC) طی تنش کمبود آب می­پردازد.

 

مواد و روش­ها

پژوهش حاضر در سال ۱۴۰۲ در قالب طرح کامل تصادفی و به‌صورت فاکتوریل در سه تکرار، در گلخانه و آزمایشگاه فیزیولوژی گیاهان زراعی دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا اجرا شد. عوامل مورد بررسی شامل میکروپلاستیک پلی‌ وینیل کلراید در سه سطح (۰، 1/0 و ۱ درصد وزنی خاک)، قارچ P. indica در دو سطح (تلقیح‌ و عدم تلقیح) و تنش کمبود آب در سه سطح (بدون تنش، تنش متوسط و شدید به ترتیب معادل آبیاری در حد100، 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی) بودند. اندازه ذرات میکروپلاستیک حدود 75 میکرومتر بود و از شرکت ال جی کمیکال (LG Chem PVC PB-1202) تهیه شد. جهت حذف اثرات ناخواسته ناشی از ریزجانداران موجود در خاک، خاک مورد استفاده طی دو نوبت و هر بار به مدت 30 دقیقه در دمای 121 درجه سانتی‌گراد توسط اتوکلاو استریل شد. برای آلوده نمودن خاک به ذرات میکروپلاستیک ابتدا مقدار میکروپلاستیک مورد نیاز برای هر گلدان (با ظرفیت سه کیلوگرم خاک) با حجمی از آب که خاک را به نقطه ظرفیت زراعی می‌رساند مخلوط و سپس به خاک اضافه شد. جدایه اولیه قارچ P. indica از گروه گیاهپزشکی دانشکده کشاورزی تهیه و در محیط PDA تکثیر شد. پس از تهیه سوسپانسیون اسپور با غلظت 105×5 اسپور در میلی لیتر حاوی 02/0 درصد توئین (Dabral et al., 2019) بذور جوانه زده ذرت رقم طه (تهیه شده از بخش تحقیقات ذرت و گیاهان علوفه‌ای موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر واقع در کرج) در آن غوطه ور شده و به مدت چهار ساعت بر روی شیکر با سرعت چرخش 50 دور در دقیقه قرار گرفتند (Mohd et al., 2017) و سپس کشت انجام گرفت. لازم به ذکر است که پیش از کاشت نیز حدود 100 میکرولیتر از سوسپانسیون قارچ در محل استقرار هر بذر به خاک افزوده شد. در هر گلدان 12 بذر کشت شد و پس از استقرار کامل گیاهچه‌ها، تعداد بوته‌ها در مرحله دو تا سه برگی به 7 بوته کاهش یافت. گلدان‌ها در گلخانه با دمای2± 32/22 درجه سانتی­گراد (روز/شب) قرار گرفتند. برای تأمین نیاز نوری گیاهان، یک دوره روشنایی 12 ساعته در نظر گرفته شد و کمبود نور طبیعی با بهره‌گیری از ترکیبی از لامپ‌های بخار سدیم و فلورسنت جبران شد. همچنین تنش کمبود آب 14 روز پس از کاشت اعمال شد. بدین منظور برای تعیین ظرفیت زراعی خاک مورد استفاده، خاک یک گلدان به‌مدت 48 ساعت در آون با دمای 72 درجه سانتی‌گراد خشک شد و سپس وزن آن اندازه‌گیری شد. در مرحله بعد، با افزودن تدریجی آب به خاک خشک‌شده، خاک به حالت اشباع رسید. پس از خروج کامل آب ثقلی، گلدان توزین شد. با کسر وزن گلدان و خاک خشک از وزن نهایی، میزان آب نگهداری‌شده در ظرفیت زراعی محاسبه شد. بر این اساس، سطوح مختلف تنش کمبود آب با توزین روزانه گلدان‌ها و جبران آب ازدست‌رفته ناشی از تبخیر و تعرق اعمال شد.

30 روز پس از کاشت شاخص سبزینگی برگ توسط کلروفیل‌سنج دستی مدل SPAD-502 (Minolta, Japan) اندازه‌گیری شد. بدین منظور، در هر گلدان از بخش میانی پهنک جدیدترین برگ کاملاً توسعه‌یافته و برگ ۳۰ یادداشت قبل از آن ثبت شد و میانگین داده‌ها به‌عنوان شاخص سبزینگی برگ گزارش شد، سپس گیاهان از سطح خاک برداشت شدند. پس از جداسازی نمونه‌های برگی تازه، بخش‌های هوایی جهت تعیین وزن خشک به مدت 72 ساعت در آون با دمای 70 درجه سانتی­گراد قرار گرفتند. نمونه‌های برگی مورد استفاده برای سنجش فاکتورهای بیوشیمیایی در نیتروژن مایع نگهداری شدند. ریشه‌ گیاهان نیز پس از جداسازی از خاک، شستشو و حذف ذرات خارجی در آون خشک شد. همچنین جهت بررسی همزیستی قارچ P. indica با ریشه گیاه و محاسبه درصد کلونیزاسیون، بلافاصله پس از جداسازی ریشه‌ها از خاک و شستشو، قطعاتی به طول 1 سانتی‌متر از ریشه‌ها تهیه و بر اساس روش Phillips & Hayman (1970) رنگ‌آمیزی شدند. در ادامه، نمونه‌های رنگ‌آمیزی‌شده زیر میکروسکوپ نوری مورد مشاهده قرار گرفتند و حضور ساختارهای قارچی شامل هیف و کلامیدوسپورها ثبت شدند. درصد کلونیزاسیون ریشه بر مبنای رابطه ارائه‌شده توسط Rai et al. (2001) محاسبه شد. اندازه­گیری فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز بر اساس روش Beauchamp & Fridovich (1971) و براساس مهار احیای نیتروبلو تترازولیوم (NBT) صورت گرفت و جذب در طول موج 560 نانومتر ثبت شد. یک واحد فعالیت آنزیمی به‌عنوان مقدار آنزیمی تعریف شد که 50 درصد کاهش در احیای NBT نسبت به شاهد ایجاد کند. فعالیت آنزیم کاتالاز به روش Aebi (1984) و بر پایه تجزیه پراکسید هیدروژن اندازه­گیری شد. تغییر جذب در طول موج 240 نانومتر پایش و نتایج به‌صورت واحد آنزیم (یک میکرومول پراکسید هیدروژن تجزیه‌شده در دقیقه) بر گرم وزن تر برگ بیان شد. فعالیت آنزیم پراکسیداز بر اساس روش Sanchez et al. (1995) توسط اکسیداسیون گایاکول و ثبت تغییرات جذب در طول موج 470 نانومتر طی یک دقیقه اندازه‌گیری شد. مقدار مالون‌دی‌آلدئید به‌عنوان شاخص پراکسیداسیون لیپیدی با روش Heath & Packer (1968) تعیین شد. برای این منظور، نمونه‌های برگی پس از استخراج با اسید تری‌کلرواستیک و واکنش با تیوباربیتوریک اسید حرارت داده شدند و جذب محلول در طول موج‌های 532 و 600 نانومتر خوانده شد. برای اندازه‌گیری نشت الکترولیت، قطعات کوچک و با وزن یکسان از بافت تازه برگ تهیه و به ‌مدت دو ساعت در آب مقطر در دمای اتاق نگهداری شدند و سپس هدایت الکتریکی محلول اندازه‌گیری شد. در ادامه، نمونه‌ها به‌مدت دو ساعت در حمام آبی با دمای 90 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند و پس از سرد شدن، هدایت الکتریکی نهایی ثبت و درصد نشت الکترولیت براساس نسبت هدایت الکتریکی اولیه به هدایت الکتریکی نهایی محاسبه شد (Dionisio-Sese & Tobita, 1998). داده‌های به‌دست‌آمده (پس از اطمینان از نرمال بودن باقی‌مانده‌­ها) توسط نرم‌افزار SAS-9.4 مورد تجزیه آماری قرار گرفتند. مقایسه میانگین تیمارها بر اساس آزمون LSD و در سطح احتمال 5 درصد انجام شد. برای رسم نمودارها نیز از نرم‌افزار اکسل استفاده شد.

 

نتایج و بحث

بررسی میکروسکوپی نمونه­ها نشان دادند در همه تیمارهای مورد بررسی کلامیدوسپورها و هیف­های قارچ P. indica در بافت ریشه گیاهان تلقیح شده به خوبی قابل مشاهده بود. درصد کلونیزاسیون ریشه در گیاهان شاهد (بدون تنش) معادل 89 درصد ‌بود و در گیاهان در معرض 50 درصد رطوبت ظرفیت زراعی و در حضور یک درصد میکروپلاستیک مقدار آن به حدود 40 درصد رسید. تداوم کلونیزاسیون در این شرایط حاکی ار آن است که قارچ P. indica حتی در شرایط نامساعد رطوبتی و آلودگی میکروپلاستیک توانایی ایجاد رابطه همزیستی مؤثر با ریشه گیاه ذرت را دارد و از سازگاری فیزیولوژیکی قابل توجهی در مواجهه با این­گونه تنش‌های محیطی برخوردار است.

  

 

آنزیم سوپراکسید دیسموتاز

براساس نتایج حاصل از تجزیه واریانس داده­ها، اثر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک بر فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز گیاهچه­های ذرت در سطح یک درصد معنی­دار بود. بر هم­کنش قارچ و میکروپلاستیک و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک نیز در سطح پنج درصد معنی­دار شد (جدول 1). فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در گیاهان در معرض 1 درصد میکروپلاستیک به­طور متوسط 13 درصد در مقایسه با شاهد افزایش یافت (جدول 2). همچنین حضور قارچ P. indica نیز سطح فعالیت این آنزیم را افزایش داد. به عبارت دیگر، در گیاهان تلقیح شده در معرض 0، 1/0 و 1 درصد میکروپلاستیک فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز به ترتیب 9/70، 9/88 و 2/57 درصد بیشتر از گیاهان فاقد قارچ بود (جدول 2). بررسی بر هم­کنش قارچ و رطوبت خاک (جدول 3) نشان دادند با کاهش رطوبت خاک به 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز به­طور متوسط و به ترتیب 9/14 و 4/31 درصد افزایش یافت. علاوه بر این، در کلیه سطوح رطوبت خاک فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در گیاهان تلقیح شده بیشتر از گیاهان فاقد قارچ بود (جدول 3). افزایش فعالیت این آنزیم بر اثر سمیت ناشی از ذرات میکروپلاستیک در گیاهچه­های برنج نیز گزارش شده است (Iqbal et al., 2024). آنزیم سوپراکسید دیسموتاز مهم‌ترین سد دفاعی آنتی‌اکسیدانی سلول محسوب می­شود که ترکیب واکنش‌پذیر و سمی سوپراکسید را به اکسیژن مولکولی و پراکسید هیدروژن تبدیل می­کند و بدین ترتیب در حفاظت از سلول در برابر تنش اکسیداتیو نقش کلیدی دارد (Martin et al., 2023). مشابه یافته­های پژوهش حاضر، در گیاهچه­های برنج در معرض آرسنیک نیز همزیستی با قارچ P. indica با افزایش سطح فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز همراه بود (Shukla et al., 2023). پژوهش Li et al. (2021) نشان داده است که قارچ P. indica با القای بیان ژن CSD1C، که مسئول سنتز سوپراکسید دیسموتاز سیتوپلاسمی نوع روی/مس است، سبب تقویت فعالیت این آنزیم در گیاهان همزیست و کاهش آسیب اکسیداتیو می‌شود.

 

 

جدول 1- تجزیه واریانس اثر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک بر فعالیت آنزیم­های آنتی­اکسیدان (SOD، CAT و POD)، محتوای پراکسید هیدروژن، محتوای مالون دی­آلدئید، درصد نشت الکترولیت­ها، شاخص سبزینگی برگ و ماده خشک کل گیاهچه‌های ذرت

Table 1- Analysis of variance of the effect of P. indica, microplastic and soil water content on activity of antioxidant enzymes (SOD, CAT and POD), hydrogen peroxide content (H2O2), malondialdehyde content (MDA), percent of electrolyte leakage (EL), leaf greenness index (SPAD) and total dry weight (T. D.W.) of maize seedlings.

Source of Variation

df

Mean of squares

SOD

CAT

POD

H2O2

MDA

EL

SPAD

T.D.W.

P. indica (P)

1

7312.4**

0.3901**

3469.9**

775.5**

76.4**

1150.4**

118.6**

8.1**

Microplastic (M)

2

199.6**

0.0105**

43.7**

374.7**

36.7**

553.9**

90.8**

1.8**

Soil Water Content (D)

2

660.0**

0.0333**

105.0**

2010.4**

197.6**

2976.2**

259.0**

14.0**

P×M

2

26.7*

0.0014*

9.1*

6.8*

0.6*

10.1*

5.8*

0.19**

P×D

2

21.6*

0.0012*

10.1*

66.1**

6.5**

98.2**

19.7**

1.0**

M×D

4

12.6n.s.

0.0007n.s.

1.2n.s.

4.7n.s.

0.4n.s.

6.9n.s.

1.9n.s.

0.06n.s.

P×M×D

4

0.7n.s.

0.00005n.s.

1.4n.s.

2.7n.s.

0.2n.s.

4.0n.s.

1.0n.s.

0.01n.s.

Error

36

6.3

0.0003

2.9

1.9

0.2

3.0

1.8

0.02

Cv (%)

 

5.6

4.4

6.0

6.5

6.6

6.8

4.0

9.5

n.s.، * و ** به ترتیب غیرمعنی­دار، معنی­دار در سطح احتمال 5 درصد و 1 درصد

n.s., * and ** Not- significant and significant at 5% and 1% probability levels, respectively.

 

جدول 2- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ P. indica و میکروپلاستیک بر فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT) و پراکسیداز (POD)

Table 2. Comparison of means of P. indica and microplastice interaction on activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD).

 

P. indica

 

Microplastic (%)

SOD

(Ug-1 FW)

 

CAT

(Ug-1 FW)

 

POD

(Ug-1 FW)

 

 

 

Absence of Fungus

0

31.45d

0.343d

19.99d

0.1

29.27d

0.328d

18.36d

1

37.48c

0.388c

22.29c

 

 

Presence of fungus

0

53.77b

0.507b

34.97b

0.1

55.32b

0.518b

36.01b

1

58.94a

0.544a

37.75a

LSD

 

2.41

0.018

1.63

میانگین­های دارای حداقل یک حرف مشترک، اختلاف معنی­داری در سطح 5 درصد ندارند.

Means followed by at least one similar letter are not significantly different at 5% probability level.

 

جدول 3- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ P. indica و درصد رطوبت خاک بر بر فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT) و پراکسیداز (POD)

Table 3. Comparison of means of P. indica and soil water content interaction on activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD).

 

P. indica

 

soil water content (%)

SOD

(Ug-1 FW)

 

CAT

(Ug-1 FW)

 

POD

(Ug-1 FW)

 

 

 

Absence of Fungus

100

28.01f

0.320f

17.16e

75

32.19e

0.351e

20.01d

50

38.00d

0.390d

23.47c

 

 

Presence of fungus

100

48.84c

0.472c

34.54b

75

56.14b

0.524b

36.32a

50

63.05a

0.574a

37.88a

LSD

 

2.41

0.018

1.63

میانگین­های دارای حداقل یک حرف مشترک، اختلاف معنی­داری در سطح 5 درصد ندارند.

Means followed by at least one similar letter are not significantly different at 5% probability level.

 

 

آنزیم کاتالاز

همان­گونه که در جدول 1 مشاهده می­شود از لحاظ آماری تأثیر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک بر فعالیت آنزیم کاتالاز در سطح یک درصد و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک به همراه برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد معنی­دار بود. فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاهان در معرض 1/0 درصد میکروپلاستیک تفاوت معنی­داری با گیاهان شاهد نداشتف اّما افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک با افزایش معنی­دار فعالیت این آنزیم همراه بود (جدول 2). حضور قارچ همزیست به‌طور معنی‌داری موجب افزایش فعالیت آنزیم کاتالاز در تمامی سطوح میکروپلاستیک شد؛ به­گونه­ای که در غلظت‌های 0، 1/0 و 1 درصد میکروپلاستیک، فعالیت این آنزیم در گیاهان تلقیح‌شده به ترتیب 8/47، 9/57 و 2/40 درصد نسبت به گیاهان بدون قارچ افزایش نشان داد (جدول 2). بر اساس نتایج ارائه‌شده در جدول 3 فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاهان درشرایط رطوبتی 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی به ترتیب و به­طور میانگین 3/10 و 7/21 درصد بیشتر از گیاهان بدون تنش رطوبتی بود. همچنین در تمامی سطوح رطوبتی خاک، همزیستی با قارچ P. indica فعالیت آنزیم کاتالاز را به­طور معنی­داری افزایش داد (جدول 3). فعالیت آنزیم کاتالاز در گیاهچه­های کاهو (Gao et al., 2019) و شاهی (Pflugmacher et al., 2021) نیز طی تنش حاصل از ذرات میکروپلاستیک افزایش یافته است. همچنین تأثیر مثبت همزیستی با قارچ P. indica بر فعالیت این آنزیم نتایج مشابهی توسط Tsai et al. (2020) در گیاهچه­های ذرت گزارش شده است. القای بیان ژن کاتالاز در گیاهان همزیست با قارچ­های اندوفیت از جمله عوامل موثر بر افزایش فعالیت این آنزیم در گیاهان تلقیح شده است (Shahabivand et al., 2016).

 

آنزیم پراکسیداز

علاوه بر اثر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک که در سطح یک درصد بر فعالیت آنزیم پراکسیداز معنی­دار بود، برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک نیز در سطح پنج درصد معنی­دار شد (جدول 1). همچنین نتایج جدول 2 نشان دادند میزان فعالیت این آنزیم در گیاهان فاقد میکروپلاستیک به‌طور متوسط برابر با 4/27 واحد در گرم برگ تازه بود، در حالی‌که در گیاهان در معرض 1 درصد میکروپلاستیک به 30 واحد در گرم برگ تازه رسید. حضور قارچ P. indica نیز سبب افزایش فعالیت این آنزیم گردید، به­گونه­ای که در کلیه سطوح میکروپلاستیک فعالیت این آنزیم در گیاهان تلقیح شده به­طور معنی­داری بیش از گیاهان بدون قارچ بود (جدول 2). بررسی برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک (جدول 3) نشان دادند کاهش رطوبت خاک به 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی به­طور میانگین سبب افزایش 9/8 و 6/18 درصدی فعالیت آنزیم کاتالاز شد. علاوه بر این، فعالیت این آنزیم در گیاهان همزیست با قارچ P. indica در شرایط رطوبتی بدون تنش، تنش متوسط و تنش شدید به ترتیب 3/50، 5/81 و 3/61 درصد بیشتر از گیاهان بدون قارچ بود (جدول 3).

در پژوهش Wang et al. (2025) و Khan et al. (2024) نیز فعالیت آنزیم پراکسیداز در گیاهچه­هایAstragalus sinicus و برنج در معرض سمیت ذرات میکروپلاستیک افزایش یافت. طی تنش ناشی از میکروپلاستیک‌ها، تولید گونه‌های فعال اکسیژن در گیاهان افزایش می­یابد که این امر برای ساختار سلولی گیاه مضر است. در این شرایط، نقش اصلی آنزیم‌ پراکسیداز تسریع اکسیداسیون ترکیبات آلی توسط پراکسید هیدروژن است و بدین ترتیب می‌تواند با کاهش سطح H₂O₂ در بخش‌های مختلف گیاه به کاهش تنش اکسیداتیو و جلوگیری از آسیب به ساختارهای سلولی کمک نماید (Batool et al., 2025). همسو با نتایج پژوهش حاضر، همزیستی با قارچ P. indica در گیاه هندوانه در معرض تنش کمبود آب با افزایش فعالیت آنزیم پراکسیداز همراه بود (Jyothymol et al., 2024). مشخص شده است که این قارچ توسط افزایش بیان ژن مربوط به سنتز این آنزیم سبب افزایش مقاومت گیاهان همزیست نسبت به تنش اکسیداتیو و کمک به حفظ تعادل اکسایش- کاهش در این گیاهان می­شود (Su et al., 2021).

 

محتوای پراکسید هیدروژن

بر اساس نتایج جدول 2 ، تأثیر سطوح مختلف قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک بر محتوای پراکسید هیدروژن گیاهچه­های ذرت در سطح یک درصد معنی­دار بود. همچنین، برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک در سطح یک درصد معنی­دار شد. نتایج ارائه ‌شده در شکل 1.  A نشان دادند افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک به­طور متوسط سطح پراکسید هیدروژن گیاهان را در مقایسه با شاهد به میزان 2/44 درصد افزایش داد. در مقابل، تلقیح گیاهان با قارچ P. indica به‌طور معنی­داری سبب کاهش این ترکیب شد؛ به‌گونه‌ای که در غلظت­های ۰، 1/0 و ۱ درصد میکروپلاستیک، محتوای پراکسید هیدروژن در گیاهان همزیست با قارچ به‌ترتیب 4/33، 0/38 و 6/21 درصد کمتر از گیاهان فاقد قارچ بود. همان­گونه که در شکل 1.  Bمشخص است کاهش رطوبت خاک سبب افزایش تجمع پراکسید هیدروژن در گیاهان شد. در شرایط بدون تنش، محتوای پراکسید هیدروژن گیاهان برابر با 6/11 نانومول در گرم برگ تازه بود، در حالی­که محتوای این ترکیب در شرایط رطوبتی 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی خاک به ترتیب و به­طور میانگین به 6/19 و 5/32 نانومول در گرم برگ تازه افزایش یافت. همچنین، نتایج نشان داد که در تمامی سطوح رطوبتی، حضور قارچ P. indica به‌طور معنی­داری سبب کاهش محتوای پراکسید هیدروژن شد. افزایش محتوای پراکسید هیدروژن در گیاهان در معرض سمیت ذرات میکروپلاستیک توسط Gao et al. (2019)  در کاهو و Ma et al. (2022)  درگیاه برنج نیز گزارش شده است. در ارتباط با تأثیر قارچ­های اندوفیت بر کاهش محتوای پراکسید هیدروژن نتایج مشابهی توسط Ma et al. (2019) در گیاهچه­های برنج در معرض کادمیوم به­دست آمده است. به نظر می­رسد کاهش محتوای پراکسید هیدروژن در گیاهان تلقیح شده با قارچ P. indica می­تواند به علّت افزایش سطح فعالیت آنزیم‌های موثر در تجزیه آن نظیر کاتالاز و پراکسیداز (جدول 2 و 3) باشد.

         

  شکل 1- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (A) و قارچ و رطوبت خاک (B) بر محتوای پراکسید هیدروژن. (P+): گیاهان تلقیح شده، (P-): گیاهان فاقد قارچ.

Figure 3- Comparison of means of P. indica and microplastice (A) and P. indica and soil water content (B) interaction on hydrogen peroxide content. (P+): inoculated plants, (P-): non-inoculated plants.

  

محتوای مالون­دی­آلدئید

براساس نتایج حاصل از تجزیه واریانس، اختلاف بین محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهچه­های ذرت در سطوح مختلف قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک در سطح یک درصد معنی­دار بود. برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک نیز در سطح یک درصد معنی­دار شد (جدول 1). افزودن 1/0 درصد میکروپلاستیک به خاک تأثیر معنی­داری بر محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهچه­های ذرت نداشت، امّا محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهچه­های در معرض 1 درصد میکروپلاستیک به­طور متوسط 0/22 درصد بیشتر از گیاهچه­های شاهد بود. در همه سطوح میکروپلاستیک، تلقیج گیاهان با قارچ P. indica سبب کاهش محتوای مالون­دی­آلدئید شد (شکل 2.  A). بررسی برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک (شکل 2.  B) نشان دادند کاهش محتوای رطوبت خاک محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهان روندی افزایش داشته است، به­گونه­ای که محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهان بدون تنش به­طور متوسط 4/9 نانومول در گرم برگ تازه بود در حالی در گیاهان تحت تنش رطوبتی متوسط و شدید محتوای این ترکیب به ترتیب به 9/11 و 0/16 نانومول در گرم برگ تازه افزایش یافت. شکل 2.  B نشان داد محتوای مالون­دی­آلدئید گیاهان تلقیح شده با قارچ P. indica در کلیه سطوح رطوبت خاک به­طور معنی­داری کمتر از گیاهان فاقد قارچ بود. افزایش محتوای مالون­دی­آلدئید در گیاهان در معرض ذرات میکروپلاستیک توسط Ma et el. (2022)  در برنج و Sajjad et al. (2025) در ذرت و گندم نیز گزارش شده است. هنگامی که پیوندهای دوگانه موجود در اسیدهای چرب چندغیراشباعی فسفولیپیدهای غشایی تحت حمله بیش از حد گونه‌های فعال اکسیژن قرار گیرند، فرآیند پراکسیداسیون لیپیدهای غشاء آغاز شده و در نتیجه، مالون­دی­آلدئید به‌عنوان یکی از محصولات نهایی این واکنش تولید می‌شود (Farmer & Mueller, 2013). در ارتباط با تأثیر همزیستی با قارچ P. indica بر کاهش محتوای مالون­دی­آلدئید نتایج مشابهی در گیاهچه­های برنج در معرض کادمیوم (Ma et al., 2019) و ذرت در معرض تنش کمبود آب (Tsai et al., 2020) وجود دارد. افزایش فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (جدول 2 و 3) و کاهش پراکسید هیدروژن (شکل 1) از جمله دلایل کاهش مالون‌دی‌آلدئید در گیاهان تلقیح‌شده باP. indica محسوب می­شود.

                                                                   

شکل 2- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (A) و قارچ و رطوبت خاک (B) بر محتوای مالون­دی­آلدئید. (P+): گیاهان تلقیح شده، (P-): گیاهان فاقد قارچ.

Figure 3- Comparison of means of P. indica and microplastice (A) and P. indica and soil water content (B) interaction on malondialdehyde content. (P+): inoculated plants, (P-): non-inoculated plants.

  

نشت الکترولیت­ها

نتایج جدول 2 نشان دادند از لحاظ آماری تأثیر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک بر میزان نشت الکترولیت گیاهچه­های ذرت در سطح یک درصد معنی­دار بود. بر هم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک نیز در سطح یک درصد معنی­دار شد. همان­گونه که در شکل 3.  A مشخص است، بیش­ترین مقدار نشت الکترولیت در گیاهچه­های ذرت فاقد قارچ در معرض یک درصد میکروپلاستیک (معادل 6/55 درصد) به­دست آمد. علاوه بر این، شکل 3.  A نشان می­دهد که در همه سطح میکروپلاستیک تلقیح گیاهچه­ها با قارچ P. indica با کاهش معنی­دار میزان نشت الکترولیت همراه بود. بررسی بر هم­کنش قارچ و رطوبت خاک (شکل 3.  B) نشان دادند با افزایش شدت تنش کمبود آب میزان نشت الکترولیت نیز افزایش یافت و این افزایش در گیاهان تلقیح شده کمتر بود، به­گونه­ای که کمترین مقدار نشت الکترولیت در گیاهچه­های تلقیح شده بدون تنش (معادل 6/31 درصد) و بیشترین آن در گیاهچه­های فاقد قارچ در معرض 50 درصد رطوبت ظرفیت زراعی (معادل 5/64 درصد) حاصل شد. افزایش میزان نشت الکترولیت بر اثر سمیت ناشی از ذرات میکروپلاستیک در گیاهچه­های ذرت توسط Irshad et al. (2025) نیز گزارش شده است. میزان نشت الکترولیت به­‌طور غیرمستقیم میزان یکپارچگی غشای سلولی در شرایط تنش را مشخص می­کند و افزایش آن نشان­دهنده کاهش پایداری غشاء و خروج یون پتاسیم از سلول است که می­تواند فرآیندهای حیاتی گیاه مانند فتوسنتز و تعادل یونی را مختل ‌سازد (Parkash et al., 2020). تأثیر مثبت همزیستی با قارچ P. indica بر کاهش میزان نشت الکترولیت در گیاهچه­های

ارزن انگشتی در معرض خشکی نیز مشاهده شده است (Tyagi et al., 2017).

 

شکل 3- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (A) و قارچ و رطوبت خاک (B) بر درصد نشت الکترولیت. (P+): گیاهان تلقیح شده، (P-): گیاهان فاقد قارچ.

Figure 3- Comparison of means of P. indica and microplastice (A) and P. indica and soil water content (B) interaction on electrolyte leakage percent. (P+): inoculated plants, (P-): non-inoculated plants.

  

شاخص سبزینگی برگ (SPAD)

همان­گونه که در جدول 2 مشاهده می­شود از لحاظ آماری اثر قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک به همراه برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک در سطح یک درصد و برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد بر شاخص سبزینگی برگ معنی­دار بود. بررسی بر هم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (شکل A.4) نشان دادند افزودن 1/0 درصد میکروپلاستیک به خاک تأثیر معنی­داری بر این شاخص نداشت، امّا شاخص سبزینگی برگ گیاهان در معرض یک درصد میکروپلاستیک به­طور متوسط 11/0 درصد کمتر از گیاهان شاهد بود. همچنین نتایج نشان داد که در کلیه سطوح میکروپلاستیک شاخص سبزینگی برگ گیاهان تلقیح شده بیشتر از گیاهان فاقد قارچ بود (شکل A.4). همان­گونه که در شکل  B4 مشخص است شاخص سبزینگی برگ در گیاهان بدون تنش رطوبتی به­طور میانگین 7/37 بود . از سوی دیگر، این مقدار در گیاهان در معرض 75 و 50 درصد رطوبت ظرفیت زراعی به ترتیب به 4/32 و 4/30 کاهش یافت. به عبارت دیگر، تأثیر مثبت همزیستی با قارچ P. indica در کلیه سطوح رطوبت خاک مشهود بود، به­گونه­ای که شاخص سبزینگی در گیاهان فاقد قارچ تحت شرایط بدون تنش رطوبتی، تنش متوسط و تنش شدید به ترتیب 1/35، 4/31 و 6/29 مشاهده شد، با این وجود، در گیاهان تلقیح شده این مقادیر به ترتیب به 4/40، 4/33 و 5/31 افزایش یافت (شکل  B4).

اندازه‌گیری محتوای کلروفیل کل توسط دستگاه‌های کلروفیل‌سنج مانند SPAD-502 روشی کارآمد، غیرمخرب و کم‌هزینه است که امکان ارائه مقادیر دقیق کلروفیل به ازای واحد سطح برگ را فراهم می‌کند (Shah et al., 2017). همچنین کاهش شاخص سبزینگی برگ طی سمیت ناشی از ذرات میکروپلاستیک در پژوهش(2024)  Khan et al. در گیاهچه­های برنج گزارش شده است. وقوع تنش اکسیداتیو، فعالیت بیشتر آنزیم کلروفیلاز، کاهش جذب عناصر غذایی و تغییر در تعادل یونی برگ که سبب اختلال در مسیر بیوسنتز این رنگدانه می­شود که از جمله عوامل موثر بر کاهش محتوای کلروفیل در این شرایط است (Jia et al., 2023). تأثیر مثبت همزیستی با قارچ P. indica بر شاخص سبزینگی برگ در گیاهچه­های مریم گلی در معرض تنش خشکی نیز مشاهده شده است (Aslani et al., 2023). افزایش فعالیت آنزیم­های ‌آنتی‌اکسیدان بر اثر همزیستی با قارچ (جدول‌های 2 و 3) و کاهش تنش اکسیداتیو در گیاهان تلقیح شده در معرض تنش بر حفظ کلروفیل و بهبود شاخص سبزینگی برگ این دسته از گیاهان موثر است. علاوه بر این، افزایش بیان ژن­های مرتبط با سنتز کلروفیل و نیز بهبود جذب عناصر غذایی از جمله سازوکار‌های مطرح در ارتباط تأثیر مثبت قارچ P. indica بر محتوای کلروفیل گیاهان است (Aslam et al., 2019; Jangir et al., 2021).

  

شکل 4- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (A) و قارچ و رطوبت خاک (B) بر شاخص سبزینگی برگ. (P+): گیاهان تلقیح شده، (P-): گیاهان فاقد قارچ.

Figure 4- Comparison of means of P. indica and microplastice (A) and P. indica and soil water content (B) interaction on leaf greenness index (SPAD). (P+): inoculated plants, (P-): non-inoculated plants.

 

ماده خشک کل

تجزیه واریانس داده­ها نشان داد که اختلاف بین ماده خشک گیاهچه­های ذرت در سطوح مختلف قارچ، میکروپلاستیک و رطوبت خاک در سطح یک درصد معنی­دار بود. همچنین بر هم­کنش قارچ و میکروپلاستیک در سطح پنج درصد و برهم­کنش قارچ و رطوبت خاک نیز در سطح یک درصد معنی­دار شد (جدول 2). همان­گونه که در شکل A5 مشخص است ماده خشک تولیدی گیاهان در معرض 1/0 درصد میکروپلاستیک تفاوت معنی‌داری با گیاهان شاهد نشان نداد، امّا افزودن یک درصد میکروپلاستیک به خاک ماده خشک تولیدی گیاهان را به­طور متوسط 6/29 درصد کاهش داد. در کلیه سطوح میکروپلاستیک، حضور قارچ P. indica با افزایش معنی­دار ماده خشک گیاهان همراه بود (شکل A5). از سوی دیگر، بررسی بر هم­کنش قارچ و رطوبت خاک (شکل B5) نشان داد کاهش رطوبت خاک به 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی سبب کاهش 9/33 و 7/66 درصدی ماده خشک گیاهان شد. حضور قارچ تأثیر منفی کاهش رطوبت خاک بر ماده خشک تولیدی گیاهان را تا حد زیادی کاهش داد. به عبارت دیگر، در گیاهان در معرض تنش متوسط و تنش شدید کمبود آب ماده خشک گیاهان تلقیح شده به ترتیب 7/51 و 8/45 درصد بیشتر از گیاهان غیر همزیست بود. تأثیر منفی ذرات میکروپلاستیک بر ماده خشک تولیدی در گیاهچه­های Astragalus sinicus و شاهی نیز مشاهده شده است (Pflugmacher et al., 2021, Wang et al., 2025). کاهش جذب آب و عناصر غذایی به همراه افزایش تولید گونه­های فعال اکسیژن و تأثیر منفی آن بر ظرفیت فتوسنتزی گیاه از جمله دلایل اصلی این موضوع محسوب می­شود (Jia et al., 2023). همچنین درباره بهبود رشد در حضور قارچ P. indica نتایج مشابهی در گیاهچه­های برنج در معرض آرسنیک (Shukla et al., 2023) و گیاهچه­های هندوانه طی تنش کمبود آب (Jyothymol et al., 2024) گزارش شده است. پژوهش‌های مختلف نشان داده است که این قارچ توسط بهبود تعادل آبی گیاه و افزایش جذب عناصر غذایی، تقویت سیستم دفاعی آنتی­اکسیدانی و افزایش محتوای کلروفیل سبب افزایش ماده خشک تولیدی گیاهان می­شود (Jangir et al., 2021; Li et al., 2023).

 

 

شکل 5- مقایسه میانگین برهم­کنش قارچ و میکروپلاستیک (A) و قارچ و رطوبت خاک (B) بر ماده خشک کل. (P+): گیاهان تلقیح شده، (P-): گیاهان فاقد قارچ.

Figure 5. Comparison of means of P. indica and microplastice (A) and P. indica and soil water content (B) interaction on total dry weight. (P+): inoculated plants, (P-): non-inoculated plants.

 

در یک جمع بندی کلی، همان­گونه که در نمودار حرارتی همبستگی (شکل 6) مشاهده می­شود بین فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی سوپراکسید دیسموتاز، کاتالاز و پراکسیداز همبستگی مثبت و قوی وجود دارد که نشان­دهنده فعالیت هماهنگ سامانه دفاع آنتی‌اکسیدانی آنزیمی گیاهچه‌های ذرت در شرایط تنش است. از سوی دیگر، همبستگی منفی نسبتاً زیاد بین شاخص‌های محتوای پراکسید هیدروژن، محتوای مالون‌دی‌آلدئید و میزان نشت الکترولیت‌ها با شاخص­های مهم سبزینگی برگ و تولید ماده خشک کل حاکی ازآن است که تنش اکسیداتیو ناشی از تنش ترکیبی خشکی و میکروپلاستیک با افزایش تجمع گونه‌های فعال اکسیژن و آسیب به سیستم غشایی سبب کاهش کلروفیل واختلال در سیستم فتوسنتزی شده و در نهایت کاهش تولید ماده خشک گیاه را به همراه داشته است که این موضوع با گزارش Parkash et al. (2020) همخوانی دارد. بدیهی است که همبستگی مثبت و قوی مشاهده شده بین شاخص سبزینگی برگ و کل ماده خشک تولیدی بیان­گر نقش کلیدی قابلیت سنتز و حفظ کلروفیل بر بهبود رشد گیاهچه‌های ذرت در حضور قارچ P. indica در این شرایط است.

 

شکل 6- نمودار حرارتی همبستگی بین سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POD)، محتوای پراکسید هیدروژن (H2O2)، محتوای مالون­دی­آلدئید (MDA)، نشت الکترولیت­ها (EL)، شاخص سبزینگی برگ (SPAD) و ماده خشک کل (TDM) تحت تنش کمبود آب و میکروپلاستیک پلی وینیل کلراید (PVC) در حضور قارچ P. indica در گیاهچه­های ذرت

Figure 6- Correlation heatmap between superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), hydrogen peroxide content (H₂O₂), malondialdehyde content (MDA), electrolyte leakage (EL), leaf greenness index (SPAD) and total dry matter (TDM) under water deficit stress and polyvinyl chloride (PVC) microplastic stress in the presence of P. indica in maize seedlings.

 

 

نتیجه­گیری کلی

نتایج این پژوهش نشان داد که تنش ناشی از حضور ذرات میکروپلاستیک  پلی وینیل کلراید و کمبود رطوبت خاک با افزایش سطح پراکسید هیدروژن و آسیب غشایی گیاهچه­های ذرت همراه بوده و سبب کاهش شاخص سبزینگی برگ و در نهایت کاهش رشد گیاهچه‌های ذرت شده است. تلقیح گیاهان با قارچ P. indica فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان سوپر اکسید دیسموتاز، کاتالاز و پراکسیداز را افزایش داد. افزایش فعالیت‌ آنزیم­های آنتی‌اکسیدانی نقش کلیدی در خنثی‌سازی گونه‌های فعال اکسیژن ایفا کرده و به‌عنوان شاخص اساسی کارآمدی سامانه دفاع آنتی‌اکسیدانی گیاه در شرایط تنش شناخته می­شوند. بنابراین، افزایش سطح فعالیت این آنزیم­ها بر اثر همزیستی با قارچ P. indica نشان‌دهنده نقش مهم حفاظتی این قارچ در افزایش تحمل گیاه در برابر تنش اکسیداتیو است. نتایج بدست آمده مبتنی بر کاهش محتوای مالون دی­آلدئید و پراکسید هیدروژن و نیز کاهش میزان نشت الکترولیت­ها در گیاهچه­های ذرت تلقیح شده در معرض تنش به­خوبی نشان دهنده این موضوع است. همچنین علاوه بر بهبود کارایی سیستم دفاع آنتی­اکسیدانی، همزیستی با قارچ P. indica به حفظ کلروفیل و افزایش شاخص سبزینگی برگ نیز کمک نمود و در نهایت موجب افزایش ماده خشک گیاهان (حتی در شرایط تنش رطوبتی شدید و غلظت یک درصد میکروپلاستیک) شد. بر این اساس، به نظر می­رسد استفاده از رابطه همزیستی قارچ P. indica با گیاهان زراعی می‌تواند به‌عنوان یک راهکار زیستی کارآمد جهت کاهش اثرات منفی ناشی از سمیت ذرات میکروپلاستیک و ارتقاء پایداری تولید در شرایط کمبود آب مورد توجه قرار گیرد.

References

Aebi, H. (1984). Catalase in vitro. In Methods in enzymology (Vol. 105, pp. 121-126). Academic Press.
https://doi.org/10.1016/S0076-6879(84)05016-3
Aslani, Z., Hassani, A., Mandoulakani, B. A., Barin, M., & Maleki, R. (2023). Effect of drought stress and inoculation treatments on nutrient uptake, essential oil and expression of genes related to monoterpenes in sage (Salvia officinalis). Scientia Horticulturae, 309, 111610. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2022.111610
Aslam, M. M., Karanja, J., & Bello, S. K. (2019). Piriformospora indica colonization reprograms plants to improved P-uptake, enhanced crop performance, and biotic/abiotic stress tolerance. Physiological and Molecular Plant Pathology, 106, 232-237.   https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2019.02.010
Beauchamp, C., & Fridovich, I. (1971). Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry, 44(1), 276-287.             https://doi.org/10.1016/0003-2697(71)90370-8
Batool, I., Anwar, A., Imran, M., & Alvi, Z. I. (2025). Prospecting carbon-based nanomaterials for harnessing multienzyme-like activities. Topics in Catalysis, 68(9), 823-855. https://doi.org/10.1007/s11244-024-01910-2
Boorboori, M. R., & Zhang, H. Y. (2022). The role of Serendipita indica (Piriformospora indica) in improving plant resistance to drought and salinity stresses. Biology, 11(7), 952. https://doi.org/10.3390/biology11070952
Dabral, S., Varma, A., Choudhary, D. K., Bahuguna, R. N., & Nath, M. (2019). Biopriming with Piriformospora indica ameliorates cadmium stress in rice by lowering oxidative stress and cell death in root cells. Ecotoxicology and Environmental Safety, 186, 109741. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109741
Dionisio-Sese, M. L., & Tobita, S. (1998). Antioxidant responses of rice seedlings to salinity stress. Plant Science, 135(1), 1-9.   https://doi.org/10.1016/S0168-9452(98)00025-9
Farmer, E. E., & Mueller, M. J. (2013). ROS-mediated lipid peroxidation and RES-activated signaling. Annual Review of Plant Biology, 64(1), 429-450. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050312-120132
Gan, Q., Cui, J., & Jin, B. (2023). Environmental microplastics: Classification, sources, fates, and effects on plants. Chemosphere, 313, 137559. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.137559
Gao, M., Liu, Y., & Song, Z. (2019). Effects of polyethylene microplastic on the phytotoxicity of di-n-butyl phthalate in lettuce (Lactuca sativa L. var. ramosa Hort). Chemosphere, 237, 124482. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124482
Hartmann, G. F., Ricachenevsky, F. K., Silveira, N. M., & Pita-Barbosa, A. (2022). Phytotoxic effects of plastic pollution in crops: what is the size of the problem?. Environmental Pollution, 292, 118420. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118420
Hasan, M. M., & Tarannum, M. N. (2025). Adverse impacts of microplastics on soil physicochemical properties and crop health in agricultural systems. Journal of Hazardous Materials Advances, 17, 100528.          https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2024.100528
Heath, R. L., & Packer, L. (1968). Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics, 125(1), 189-198.
https://doi.org/10.1016/0003-9861(68)90654-1
Irshad, M. K., Saleem, S., Ansari, J. R., Noman, A., Aqeel, M., Alshahrani, M. O., Alotaibi, M.O., Irshad, M.S., & Lee, S. S. (2025). An analysis of impact of soil co-pollution with lead and traditional/biodegradable microplastics on growth characteristics of maize (Zea mays L.). Journal of Environmental Sciences.             https://doi.org/10.1016/j.jes.2025.09.022
Jia, L., Liu, L., Zhang, Y., Fu, W., Liu, X., Wang, Q., Tanveer, M. & Huang, L. (2023). Microplastic stress in plants: effects on plant growth and their remediations. Frontiers in Plant Science, 14, 1226484. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1226484
Jyothymol, C. P., Kutty, M. S., Pradeepkumar, T., Parvathi, M. S., & Rashmi, C. R. (2024). Piriformospora indica improves water stress tolerance in watermelon (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum & Nakai). Plant Physiology Reports, 29(3), 638-650.   https://doi.org/10.1007/s40502-024-00797-1
Illanes, M., Toro, M. T., Schoebitz, M., Zapata, N., Moreno, D. A., & López-Belchí, M. D. (2025). Integrating microplastic research in sustainable agriculture: Challenges and future directions for food production. Current Plant Biology, 100458. https://doi.org/10.1016/j.cpb.2025.100458
Iqbal, B., Zhao, X., Khan, K. Y., Javed, Q., Nazar, M., Khan, I., Zhao, X., Li, G., & Du, D. (2024). Microplastics meet invasive plants: unraveling the ecological hazards to agroecosystems. Science of the Total Environment, 906, 167756. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167756
Jangir, P., Shekhawat, P. K., Bishnoi, A., Ram, H., & Soni, P. (2021). Role of Serendipita indica in enhancing drought tolerance in crops. Physiological and Molecular Plant Pathology, 116, 101691.           https://doi.org/10.1016/j.pmpp.2021.101691
Khan, K. Y., Ali, B., Ghani, H. U., Cui, X., Luo, X., Ali, Z., Ahmed, W., Tan, J., Lysenko, V., & Guo, Y. (2024). Polyvinyl chloride microplastics and drought co-exposure alter rice growth by affecting metabolomics and proteomics. Science of the Total Environment, 955, 177002. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.177002
Li, D., Bodjrenou, D. M., Zhang, S., Wang, B., Pan, H., Yeh, K. W., Lai, Z., & Cheng, C. (2021). The endophytic fungus Piriformospora indica reprograms banana to cold resistance. International Journal of Molecular Sciences, 22(9), 4973.   https://doi.org/10.3390/ijms22094973
Li, L., Feng, Y., Qi, F., & Hao, R. (2023). Research progress of Piriformospora indica in improving plant growth and stress resistance to plant. Journal of Fungi, 9(10), 965.               https://doi.org/10.3390/jof9100965
Ma, L., Li, X., Wang, L., Li, Y., Bu, N., & Yu, C. (2019). Endophytic infection modulates ROS-scavenging systems and modifies cadmium distribution in rice seedlings exposed to cadmium stress. Theoretical and Experimental Plant Physiology, 31(4), 463-474. https://doi.org/10.1007/s40626-019-00159-5
Ma, J., Aqeel, M., Khalid, N., Nazir, A., Alzuaibr, F. M., Al-Mushhin, A. A., Hakami, O., Iqbal, M.F., Chen, F., Alamri, S., and Hashem, M. & Noman, A. (2022). Effects of microplastics on growth and metabolism of rice (Oryza sativa L.). Chemosphere, 307, 135749.           https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135749
Martín, C., Pirredda, M., Fajardo, C., Costa, G., Sánchez-Fortún, S., Nande, M., Mengs, G., & Martín, M. (2023). Transcriptomic and physiological effects of polyethylene microplastics on Zea mays seedlings and their role as a vector for organic pollutants. Chemosphere, 322, 138167. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138167
Mohd, S., Shukla, J., Kushwaha, A. S., Mandrah, K., Shankar, J., Arjaria, N., Saxena, P.N., Narayan, R., Roy, S.K., & Kumar, M. (2017). Endophytic fungi Piriformospora indica mediated protection of host from arsenic toxicity. Frontiers in Microbiology, 8, 754.       https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00754
Parkash, V., & Singh, S. (2020). A review on potential plant-based water stress indicators for vegetable crops. Sustainability, 12(10), 3945.         https://doi.org/10.3390/su12103945
Phillips, J. M., & Hayman, D. (1970). Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions of the British Mycological Society, 55(1), 158-161. https://doi.org/10.1016/S0007-1536(70)80110-3
Pflugmacher, S., Tallinen, S., Kim, Y. J., Kim, S., & Esterhuizen, M. (2021). Ageing affects microplastic toxicity over time: Effects of aged polycarbonate on germination, growth, and oxidative stress of Lepidium sativum. Science of the Total Environment, 790, 148166. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148166
Rai, M., Acharya, D., Singh, A., & Varma, A. (2001). Positive growth responses of the medicinal plants Spilanthes calva and Withania somnifera to inoculation by Piriformospora indica in a field trial. Mycorrhiza, 11(3), 123-128.           https://doi.org/10.1007/s005720100115
Sajjad, M., Bahadur, S., Farooq, M. A., & Ren, M. X. (2025). Interactive impacts of heat stress and microplastics contamination on the growth and biochemical response of wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) plants. Ecotoxicology, 1-23. https://doi.org/10.1007/s10646-025-02892-x
Sanchez, M., Revilla, G., & Zarra, I. (1995). Changes in peroxidase activity associated with cell walls during pine hypocotyl growth. Annals of Botany, 75(4), 415-419.      https://doi.org/10.1006/anbo.1995.1039
Shah, S. H., Houborg, R., & McCabe, M. F. (2017). Response of chlorophyll, carotenoid and SPAD-502 measurement to salinity and nutrient stress in wheat (Triticum aestivum L.). Agronomy, 7(3), 61. https://doi.org/10.3390/agronomy7030061
Shahabivand, S., Maivan, H. Z., Mahmoudi, E., Soltani, B. M., Sharifi, M., & Aliloo, A. A. (2016). Antioxidant activity and gene expression associated with cadmium toxicity in wheat affected by mycorrhizal fungus. Zemdirbyste-Agriculture, 103(1), 53-60.              https://doi.org/10.13080/z-a.2016.103.007
Shukla, J., Narayan, S., Mishra, A., Shirke, P. A., & Kumar, M. (2023). Reduction of arsenic accumulation in rice grain by endophytic fungus Serendipita indica. Rhizosphere, 26, 100680. https://doi.org/10.1016/j.rhisph.2023.100680
Su, Z., Zeng, Y., Li, X., Perumal, A. B., Zhu, J., Lu, X., Dai, M., Liu, X., & Lin, F. (2021). The endophytic fungus Piriformospora indica-assisted alleviation of cadmium in tobacco. Journal of Fungi, 7(8), 675. https://doi.org/10.3390/jof7080675
Tsai, H. J., Shao, K. H., Chan, M. T., Cheng, C. P., Yeh, K. W., Oelmüller, R., & Wang, S. J. (2020). Piriformospora indica symbiosis improves water stress tolerance of rice through regulating stomata behavior and ROS scavenging systems. Plant Signaling and Behavior, 15(2), 1722447. https://doi.org/10.1080/15592324.2020.1722447
Tyagi, J., Varma, A., & Pudake, R. N. (2017). Evaluation of comparative effects of arbuscular mycorrhiza (Rhizophagus intraradices) and endophyte (Piriformospora indica) association with finger millet (Eleusine coracana) under drought stress. European Journal of Soil Biology, 81, 1-10.        https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2017.05.007
Wang, W., Do, A. T. N., & Kwon, J. H. (2022). Ecotoxicological effects of micro-and nanoplastics on terrestrial food web from plants to human beings. Science of the Total Environment, 834, 155333.              https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155333
Wang, H., Muhammad, M., Chen, X., Lu, C., Wang, X., Dong, H., Zhang, J., Yang, Y., Li, W., Liang, L., & Cao, Y. (2025). Modulation of soil microenvironment and plant gene expression by earthworms reduces polypropylene microplastic-induced growth stress in Chinese milk vetch (Astragalus sinicus L.). Environmental Chemistry and Ecotoxicology, 7, 2080-2093. https://doi.org/10.1016/j.enceco.2025.09.006
Xu, J., Guo, L., & Liu, L. (2022). Exogenous silicon alleviates drought stress in maize by improving growth, photosynthetic and antioxidant metabolism. Environmental and Experimental Botany, 201, 104974.    https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2022.104974
Zia, R., Nawaz, M. S., Siddique, M. J., Hakim, S., & Imran, A. (2021). Plant survival under drought stress: Implications, adaptive responses, and integrated rhizosphere management strategy for stress mitigation. Microbiological Research, 242, 126626.   https://doi.org/10.1016/j.micres.2020.126626
Journal of Plant Biological Sciences
Volume 17, Issue 3 - Serial Number 65
September 2025
Pages 89-108

Files

History

  • Receive Date: 30 December 2025
  • Revise Date: 26 January 2026
  • Accept Date: 10 February 2026

Share

How to cite

Statistics