اثر محلول‌پاشی نانوکود کربن‌دار پالونیا بر عملکرد و برخی صفات فیزیولوژیک سویا تحت سطوح مختلف آبیاری

. مقدمه

سویا، به­عنوان یکی از مهم­ترین حبوبات و به دلیل ترکیبات ارزشمند دانه، از محصولات غذایی است که به­طور گسترده در جهان کشت می­شود (Arya et al., 2021). سطح زیر کشت سویا در ایران 86000 هکتار و میزان تولید آن 210000 تن با میانگین عملکرد 2442 کیلوگرم در هکتار است (Faostat, 2022). افزایش دمای جهانی، تغییر الگوی بارندگی و بروز خشکی­های ممتد، تهدید قابل توجهی برای تولید گیاهان زراعی به­ویژه در مناطق کم­آب محسوب می‌گردد
(Jin et al., 2017; Cotrim et al., 2021). تولید مطلوب سویا در بسیاری از مناطق، به وجود آب کافی وابسته است (Suriadi et al., 2021; Droppers et al., 2021)؛ مطالعات نشان داده است وقوع تنش خشکی، عملکرد دانه سویا را شدیداً تحت تأثیر قرار می­دهد و حتی می­تواند عملکرد این گیاه را بیش از 50٪ کاهش دهد و باعث زیان­های مالی قابل توجهی برای کشاورزان شود (Wei et al., 2018).

گیاهان برای مقابله با تنش خشکی مکانیسم­های مختلفی را به کار می­گیرند. یکی از راه‌های مقابله گیاهان با تنش خشکی افزایش فعالیت آنزیم­های آنتی اکسیدان می‌باشد. سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POD)، و آسکوربات پراکسیداز (APX) آنزیم‌های مهمی برای حفاظت از گیاه و کاهش آسیب اکسیداتیو ناشی از تنش خشکی هستند (Gill & Tuteja, 2010). همچنین محتوای پرولین آزاد، قندها و پروتئین­­های محلول ارتباط نزدیکی با مقاومت به تنش در گیاهان دارد. به­طور کلی، این مواد در تنظیم اسمزی و پیشگیری از وقوع کم­آبی در گیاه تحت شرایط تنش خشکی نقش دارند. از طریق تنظیم محتویات این ترکیبات، مقدار پتانسیل آب در سلول­ها برای حفظ فشار تورگر کاهش می­یابد و بنابراین فعالیت­های متابولیکی به­صورت طبیعی انجام خواهد شد (Dong et al., 2019). کمبود مواد مغذی معدنی در محصولات کشاورزی به­ویژه در شرایط نامساعد خاکی و اقلیمی، رایج است ) Ahmadi & Souri, 2019;
 (Souri & Bakhtiarizade, 2019. وقوع تنش‌هایی مانند تنش خشکی به­ویژه در مرحله رشد زایشی گیاه به کمبود جذب و انتقال مواد معدنی به گیاه منجر می­شود (Di Sia, 2017). از این رو، کمیت و کیفیت دانه تولیدشده در چنین شرایطی به‌طور جدی به چالش کشیده می­شود (Basal et al., 2020) و نیازمند تعیین و به­کار‌گیری استراتژی‌هایی برای کاهش اثرات تنش خشکی بر تولید این گیاه در راستای تأمین نیاز جهانی آن است.

کارایی استفاده از مواد شیمیایی در کشاورزی زیر 30 درصد می‌باشد .(Albanese et al., 2012) این در حالی است که مقدار مصرف یک نانوکود در مقایسه با کودهای رایج، بسیار پایین و کارایی آن بسیار بالا می­باشد و استفاده از این کودها می­تواند آلودگی آب­های زیرزمینی و آلودگی­های زیست­محیطی را تا حد زیادی کاهش دهد
 (Morales-Díaz et al., 2017). امروزه استفاده از نانوکودها رو به افزایش است. سنتز سبز نانوذرات، ارزان و سازگار با محیط زیست است، به آسانی برای سنتز در مقیاس بزرگ قابل انجام است و نیازی به استفاده از فشار، انرژی، دما و مواد شیمیایی سمی ندارد و بنابراین استفاده از روش­های فیزیکی و شیمیایی برای سنتز کاهش می­یابد (Bisht et al., 2022). نانو­کودهای برگی برای استفاده در مزرعه مناسب هستند، زیرا می­توان آنها را به تدریج و کاملاً کنترل­شده روی گیاهان اعمال کرد که در نهایت، باعث کاهش علائم سمیتی می­شود که ممکن است به دنبال کاربرد خاکی آن ایجاد گردد
 .(Kah et al., 2019) علاوه بر این، کوددهی به روش محلول­پاشی ضمن مصرف کمتر کود، ساده­تر و ارزانتر از مصرف خاکی نانو­کودها است و گیاهان واکنش بهتری به کوددهی برگی نسبت به کوددهی خاکی نشان می­دهند
.(Gutiérrez-Ruelas et al., 2021; Guo et al., 2019) کاربرد کود به صورت محلول­پاشی، مواد مغذی را مستقیماً به اندام هدف می­رساند و به کاهش اثرات منفی تنش کمک می­کند (Morales-Díaz et al., 2017). نانوکودها می­توانند دسترسی سریع به مواد مغذی در مکان­های رشد گیاه را افزایش دهند و در نتیجه، موجب افزایش تولید کلروفیل، بهبود سرعت فتوسنتز و در نهایت، افزایش رشد و نمو گیاهان شوند (Babu et al., 2022). در مطالعه­ای، کاربرد نانو­کودهای کربن­دار به واسطه تأمین بخشی از عناصر غذایی مورد نیاز گیاه باعث افزایش سنتز پروتئین­های محلول و افزایش محتوای رنگیزه­های کلروفیل و کاروتنوئید گردید. افزایش سنتز پروتئین­های محلول که به عنوان تنظیم­کننده و محافظت­کننده اسمزی عمل می­کنند، وضعیت گیاه را در شرایط تنش بهبود می­بخشد. علاوه­بر­این، افزایش سنتز رنگدانه­های فتوسنتزی و جلوگیری از تخریب آنها باعث بهبود فتوسنتز در گیاه می­شود که در نهایت، به افزایش رشد و عملکرد گیاه منجر می­گردد. لذا، محلول­پاشی گیاه توسط این نانوکودهای کربن­دار می­تواند برخی از اثرات تنش خشکی را تعدیل نماید (Sohrabi et al., 2022).

افزایش عملکرد گیاهان استراتژیکی مانند سویا در راستای تأمین خوراک دام و طیور و همچنین روغن مورد نیاز جمعیت رو به رشد دنیا خصوصاً در مناطقی که با تنش­های جدی مواجه هستند از اهمیت بالایی برخوردار است. تنش کمبود آب در اکثر مناطق ایران وجود دارد و به دلیل تغییرات اقلیمی ایجاد شده، وقوع آن شدت بیشتری گرفته است. این مطالعه با هدف بررسی اثرات احتمالی محلول‌پاشی نانوکود بیوسنتز شده از برگ­های درخت پالونیا روی رشد، عملکرد و برخی خصوصیات فیزیولوژیکی گیاه سویا تحت سطوح مختلف آبیاری طراحی شد. تحقیق حاضر، به دنبال پاسخ به این سوال است که آیا می­توان اثرات نامطلوب تنش خشکی بر رشد و عملکرد سویا را با استفاده از غلظت­های مختلف نانوکود پالونیا تعدیل کرد؟

2. روش­شناسی پژوهش

تحقیق حاضر به صورت گلدانی در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه کردستان با حداقل و حداکثر دمای 18 تا 35 درجه سانتی­گراد و رطوبت نسبی 62 درصد در سال 1398 انجام شد. آزمایش به صورت فاکتوریل با دو فاکتور در قالب طرح پایه بلوک­های کامل تصادفی و در سه تکرار انجام شد. آبیاری در سه سطح شامل آبیاری به میزان 100% (آبیاری کامل یا شاهد)، 80% (تنش متوسط) و 60% ظرفیت زراعی خاک (تنش شدید) به عنوان فاکتور اول در نظر گرفته شد. محلول­پاشی نانوکود در پنج سطح شامل صفر (محلول­پاشی با آب مقطر)، 15، 30، 60 و 120 پی­پی­ام به عنوان فاکتور دوم مد نظر قرار گرفت. محلول­پاشی طی فصل رشد گیاه دو بار و با فاصله 14 روز همزمان با اعمال تیمارهای آبیاری روی گیاهان انجام شد (Sohrabi et al., 2022). نانوکود پالونیا از نانو­کودهای کربن­دار می­باشد که از پودر برگ درخت پالونیا به روش هیدروترمال سبز تهیه می­شود. روش تهیه کود به این صورت بود که 1/0 گرم پودر برگ درخت پالونیا با 10 میلی­لیتر آب مقطر و 2/0 میلی­لیتر هیدروکلرید حل و داخل اتوکلاو با دمای 180 درجه سانتی­گراد به مدت 20 ساعت قرار داده شد. سپس محلول در دمای اتاق، سرد شده و به­دنبال آن فیلتراسیون و سانتریفیوژ با 12000 دور به مدت 30 دقیقه صورت گرفت. سپس به محلول حاصله کلروفرم اضافه شد تا نمک­ها و یون­ها در یک فاز آبی باقی بمانند. سپس نانو­کود موجود در محلول کلروفرم به آرامی روی بخار حرارت داده شد تا کلروفرم حذف گردد. در ادامه، نقاط کربن جامد برای تشکیل نقاط کربن پراکنده در محلول آب با آب مخلوط شدند. نانو کود کربن­دار پالونیا مورد استفاده در این آزمایش ساختار کروی داشت و ترکیب شیمیایی آن دارای کربن، نیتروژن و اکسیژن بوده و از لحاظ اندازه دارای قطری بین پنج تا هشت نانومتر بود (Sohrabi et al., 2022).

آبیاری گیاهان تا مرحله غلاف­بندی برای همه گیاهان به­طور یکسان انجام شد. اعمال تیمارهای آبیاری در مرحله شروع غلاف­بندی آغاز شده و تا مرحله رسیدگی ادامه پیدا کرد. اعمال تیمارهای آبیاری در گلدان­ها به روش وزنی انجام شد. به این ترتیب که ابتدا ظرفیت زراعی خاک گلدان تعیین و گلدان در این سطح رطوبتی توزین شد. فواصل آبیاری هر پنج روز یکبار بود و در هر آبیاری، وزن گلدان تحت آبیاری کامل ملاک عمل قرار گرفت، یعنی بعد از پنج روز میزان آبی که نیاز بود تا وزن گلدان­ها به حد ظرفیت زراعی برسد، تعیین و مصرف شد. برای تیمارهای 60 و 80 درصد ظرفیت زراعی خاک، به میزان 60 و 80 درصد آب مورد نیاز تیمار آبیاری کامل، آب مصرف شد (Kiani & Sohrabi, 2022). به منظور جلوگیری از بروز خطای ناشی از اضافه­شدن وزن بوته­ها به وزن گلدان­های مورد بررسی، برای هر تیمار آبیاری چند گلدان اضافی کاشته شد تا با استفاده از بوته­های مشابه در گلدان­های مذکور وزن بوته­ها از وزن گلدان کسر گردد. رقم سویای مورد استفاده  L9 بود. بذور سویا به تعداد شش عدد در هر گلدان (135 گلدان) با ابعاد 25×30×25 سانتی­متر حاوی دو کیلوگرم خاک (مخلوطی از دو قسمت خاک زراعی، یک قسمت ماسه و یک قسمت کود دامی پوسیده) کاشته شدند. در هر گلدان بعد از تنک­کردن، دو بوته نگه داشته شد. برخی از اطلاعات مربوط به خاک مورد استفاده، در جدول (1) نشان داده شده است.

2-1. اندازه­گیری صفات

به منظور بررسی صفات فیزیولوژیک، ده روز پس از اعمال مرحله دوم محلول­پاشی و تیمارهای تنش، از برگ‌های توسعه­یافته و بالغ بالایی (دوم و سوم) از دو بوته نمونه‌برداری انجام گرفت. نمونه­های برگی بلافاصله در ازت مایع قرار گرفته و تا زمان اندازه­گیری صفات به آزمایشگاه منتقل و در فریزر 40- درجه سانتی­گراد نگهداری شدند.

2-2. اندازه­گیری حجم و وزن خشک ریشه

برای اندازه‌گیری حجم ریشه گیاه، در مرحله رسیدگی ریشه‌های هر گلدان از هر تیمار از طریق شستشوی کامل و به آرامی از خاک گلدان جدا شد. سپس از طریق قراردادن ریشه­ها در استوانه‌های مدرج حاوی آب و تعیین میزان تغییر سطح آب، حجم ریشه اندازه­گیری شد. برای اندازه­گیری وزن خشک ریشه، در زمان برداشت ریشه­های هر تیمار به صورت جداگانه شسته شدند و در آون با دمای 70 درجه سانتی­گراد خشک و با ترازوی دقیق دیجیتالی اندازه­گیری شدند.

2-3. اندازه­گیری محتوای نسبی آب برگ

بعد از اعمال تیمارها، حدود 1/0 گرم نمونه برگی از قسمت میانی برگ‌های تازه از طریق توزین جدا و به عنوان وزن تر (Wf) برگ در نظر گرفته شد. در ادامه، نمونه برگی به مدت 12 ساعت در آب مقطر قرار داده شد و بعد از خارج­کردن از آب و خشک­کردن سطح برگ، مجددا توزین و به عنوان وزن اشباع (Wt) ثبت گردید. سپس در آون با دمای 105 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 تا 15 دقیقه قرار داده شد تا خشک شود. در نهایت، وزن خشک (Wd) پس از قرار گرفتن در دمای 80 درجه سانتی گراد تا زمانی که به وزن ثابتی برسد اندازه­گیری شد. در نهایت، محتوای نسبی آب (RWC) برگ با استفاده از رابطه (1) محاسبه شد (Li, 2003).

 RWC= [(Wf-Wd)/(Wt-Wd)] ×100(%)                                                                                                            (رابطه 1)

2-4. اندازه­گیری محتوای پرولین، فعالیت آنزیم پراکسیداز، محتوای کلروفیل، پروتئین­ها و قند­های محلول

به منظور اندازه‌گیری مقدار پرولین برگ، فعالیت آنزیم پراکسیداز، میزان پروتئین‌های محلول برگ و محتوای کلروفیل، ده روز پس از محلول­پاشی و اعمال تیمارها، بین ساعت 9:30 تا 11:00 صبح نمونه‌برداری از برگهای جوان و کاملاً توسعه­یافته بالایی (دوم و سوم) انجام شد. نمونه­ها بلافاصله در ازت مایع قرار داده و به فریز 40- درجه سانتی­گراد منتقل شدند. محتوای پرولین مطابق روش ((Bates et al., 1973، فعالیت آنزیم پراکسیداز با روش (Zhang et al., 2004) و محتوای کلروفیل طبق روش (Lichtenthaler & Wellburn, 1983) اندازه­گیری شد. برای اندازه­گیری محتوای پروتئین­های محلول از روش (Bradford, 1976)، و برای تعیین محتوای قندهای محلول از روش (Wang et al., 2003) استفاده شد.

در نهایت، تجزیه واریانس داده­ها به کمک نرم­افزارSAS  و مقایسه میانگین­ها به روش LSD در سطح احتمال پنج درصد انجام گرفت. رسم نمودارها با استفاده از نرم­افزار Excel انجام گرفت.

3. نتایج پژوهش و بحث

3-1. حجم و وزن خشک ریشه

بر اساس نتایج تجزیه واریانس، حجم و وزن ریشه تحت تاثیر اثرات ساده آبیاری و کاربرد نانوکود پالونیا قرار گرفتند (جدول 2). نتایج تحقیق حاضر نشان داد که در بین تیمارهای مختلف آبیاری، بیشترین حجم و وزن خشک ریشه در تیمار آبیاری کامل و 80 درصد ظرفیت زراعی خاک به­دست آمد. با اعمال تنش خشکی به میزان 60 درصد ظرفیت زراعی خاک، کمترین حجم و وزن خشک ریشه حاصل شد (شکل 1 الف و ج). ریشه یکی از اندام­های رویشی مهم گیاهان است که از بخش‌های هوایی گیاه حمایت می­کند و آب و عناصر معدنی لازم برای بقای گیاه را جذب می­کند (Du et al., 2020). تصور می‌شود که شرایط خشکی تخصیص مواد جذب­شده از اندام­های فتوسنتزی مانند برگ‌ها را به اندام‌های هتروتروف مانند ریشه‌ها و دانه‌ها (مخازن) تغییر می‌دهد که باعث افزایش بقا در محیط‌های نامساعد می‌شود (Rich & Watt, 2013).

توانایی گیاه در تغییر توزیع ریشه خود برای بهره­برداری از آب ذخیره­شده در خاک ممکن است مکانیسم مهمی برای جلوگیری از تنش خشکی باشد (Wright & RCN, 1994). ریشه­زایی عمیق، طول ریشه، تراکم و توزیع ریشه به عنوان صفات سازگار با تنش خشکی شناسایی شده است (Matsui & Singh, 2003; Taiz & Zeiger, 2006) که می­تواند به عنوان معیار انتخاب مقاومت به خشکی در گیاهان مورد استفاده قرار گیرد. مطالعات مختلف نشان داده است که تنش خشکی باعث کاهش طول و حجم ریشه، همچنین کاهش شاخص سطح برگ، ارتفاع بوته، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیکی می­گردد (Ohashi et al., 2006; Mejia et al., 2000; Hosseini et al., 2017).

شکل 1. مقایسه میانگین اثر سطوح مختلف آبیاری و محلول‌پاشی نانوکود پالونیا بر حجم (الف و ب) و وزن خشک ریشه (ج و د) گیاه سویا.

در بین تیمارهای مختلف محلول‌پاشی با نانوکود پالونیا، غلظت 120 پی­پی­ام نانوکود بیشترین حجم و وزن خشک ریشه را ایجاد کرد که به لحاظ حجم ریشه با تیمار محلول­پاشی 60 و 30 پی­پی­ام نانوکود و از نظر وزن خشک ریشه با غلظت 30 پی­پی­ام نانوکود تفاوت معنی‌داری نداشت. کمترین حجم و وزن خشک ریشه نیز به تیمار شاهد و محلول­پاشی با 15 پی­پی­ام نانوکود اختصاص یافت (شکل 1 ب و د). نتایج مطالعه­ای نشان داد که در سویای محلول­پاشی­شده با نانواکسید گرافن، طول کل ریشه، سطح ریشه، قطر ریشه و حجم ریشه به­ترتیب 33، 38، 34 و 35 درصد نسبت به گیاهان شاهد افزایش یافت (Zhao et al., 2022). مطالعات نشان داده است که تیمار نانو اکسید گرافن در غلظت­های کم تأثیر مثبتی بر جوانه­زنی و رشد ریشه و اندام هوایی گیاه داشته است (Zhao et al., 2015). طبق گزارش
Siddiqi & Husen  (2017) نانو اکسید گرافن به­طور قابل توجهی بر جوانه­زنی بذر، طول ریشه، تعداد برگ، طول ساقه، ارتفاع بوته، محتوای کلروفیل، فعالیت آنزیمی و ترکیب اسیدآمینه تأثیر می­گذارد. با توجه به اینکه ذرات نانو­کود به دلیل اندازه کوچک، به میزان بیشتر و به­طور سریعتری توسط گیاه جذب می­شوند، سرعت رشد گیاه را افزایش می­دهند
 ((Guru et al., 2015 که احتمالاً این امر به تحریک رشد ریشه برای جذب بیشتر عناصر غذایی خاک و در نهایت، رشد مضاعف بخش­های مختلف گیاه منجر خواهد شد.

3-2. محتوای نسبی آب برگ

وضعیت آب گیاه به­طور مستقیم بر فرآیندهای متابولیکی و بنابراین رشد گیاه تأثیر می­گذارد. محتوای نسبی آب (RWC) برگ یکی از پارامترهای مهم محتوای آب گیاه است که ارتباط نزدیکی با مقاومت به خشکی در گیاه دارد
 (Dong et al., 2019). نتایج تجزیه واریانس داده­ها حاکی از معنی­دار بودن اثرات ساده آبیاری و محلول­پاشی نانوکود در سطح احتمال یک درصد بر محتوای نسبی آب برگ سویا بود (جدول 2).

همانطور که شکل 2 نشان می­دهد، سطوح مختلف آبیاری و همچنین مقادیر مختلف نانوکود اثر معنی­داری بر محتوای نسبی آب برگ داشتند؛ به‌طوری­که در آبیاری 60 درصد ظرفیت زراعی خاک، محتوای نسبی آب برگ نسبت به تیمار آبیاری کامل 8/22 و نسبت به آبیاری 80 درصد ظرفیت زراعی خاک حدود 12 درصد کاهش نشان داد (شکل 2 الف). نتایج مطالعات Dong et al. (2019) نشان داد که اعمال تنش خشکی در هر مرحله از رشد گیاه سویا محتوای نسبی آب را کاهش داد و با افزایش شدت و طول مدت تنش، این پارامتر به میزان بیشتری کاهش یافت.

در بین تیمارهای محلول‌پاشی، غلظت 30 پی­پی­ام نانوکود‌، بیشترین محتوای نسبی آب (88/81 درصد) را دارا بود که از این نظر با غلظت 120 پی­پی­ام در یک گروه آماری قرار گرفت. کمترین محتوای نسبی آب برگ به تیمار محلول‌پاشی با آب مقطر (شاهد) و محلول­پاشی با غلظت 15 پی­پی­ام نانوکود اختصاص یافت (شکل 2 ب). علت این افزایش را شاید بتوان به افزایش حجم ریشه (شکل 1 ب) در تیمارهای فوق نسبت داد که سبب جذب آب بیشتری از خاک می­شود. در تحقیقی روی گیاه سویا، محتوای نسبی آب ساقه‌ها و برگ‌های گیاهان تیمار شده با نانو اکسید گرافن به­ترتیب 127 و 128 درصد بیشتر از گیاهان تیمار نشده بود (Zhao et al., 2022).

شکل 2. مقایسه میانگین اثر سطوح مختلف آبیاری (الف) و مقادیر مختلف محلول‌پاشی نانوکود پالونیا (ب) بر محتوای نسبی آب برگ گیاه سویا.

3-3. محتوای پرولین

نتایج تجزیه واریانس داده­ها بیانگر اثر معنی­دار آبیاری و اثر متقابل آبیاری × محلول­پاشی نانوکود در سطح احتمال یک درصد بر محتوای پرولین سویا بود (جدول 2). مطالعه حاضر نشان داد که در تمام سطوح محلول‌پاشی، تنش خشکی باعث افزایش معنی‌دار محتوای پرولین گردید و در تمامی تیمارهای مصرف نانوکود، بیشترین محتوای پرولین در سطح آبیاری 60 درصد ظرفیت زراعی خاک مشاهده شد (شکل 3). تیمار شاهد و محلول‌پاشی با 15 پی­پی­ام نانوکود در این سطح آبیاری، بیشترین مقدار پرولین را در بین تیمارهای مورد مطالعه دارا بودند و با تیمارهای محلول­پاشی با 60 و 120 پی­پی­ام نانوکود در یک سطح آماری قرار گرفتند. در بالاترین سطح پرولین (آبیاری به میزان60 درصد ظرفیت زراعی خاک و عدم محلول­پاشی)، مقدار پرولین حدود 55 درصد نسبت به شاهد بدون کود تحت آبیاری کامل افزایش پیدا کرد. مقایسه میانگین­ها حاکی از این است که در شرایط آبیاری کامل که کمترین محتوای پرولین در گیاه تولید شد تفاوتی بین غلظت­های مختلف کاربرد نانوکود با شاهد وجود نداشت. در شرایط کمبود آب، کابرد نانوکود به­ویژه در غلظت­های بالا باعث کاهش قابل توجه محتوای پرولین در سویا شد؛ اگرچه این کاهش در تیمار تنش شدید خشکی معنی­دار نگردید. به­طور کلی، تأثیر تیمارهای آبیاری بر محتوای پرولین گیاه نسبت به غلظت‌های مختلف کاربرد نانوکود بسیار چشمگیرتر بود.

در تحقیق حاضر، افزایش پرولین به دلیل کاهش قابل توجه محتوای نسبی آب برگ (شکل 2) صورت گرفت، زیرا پرولین با تنظیم اسمزی درون­سلولی به حفظ آب سلول‌ها کمک می­کند .(Krüger, 2002) علاوه بر این، افزایش محتوای پرولین می­تواند به دلیل کاهش هدایت روزنه­ای باشد که تجمع ABA را افزایش می­دهد و به نوبه خود به تنظیم بالای P5CS (دلتا پیرولین 5 کربوکسیلاز سنتتاز) و سنتز پرولین منجر می­شود. از طرف دیگر، افزایش تجزیه یا کاهش سنتز پروتئین می­تواند از دلایل تجمع پرولین باشد (Yang et al., 2009). افزایش تجمع پرولین در تنش خشکی به­طور گسترده‌ای در گیاهانی مانند چغندرقند و سویا مشاهده گردیده است (Krüger, 2002; Putnik-Delic et al., 2012). پرولین می­تواند در پتانسیل اسمزی برگ و در نتیجه تنظیم اسمزی نقش داشته باشد، بنابراین غلظت بالاتر پرولین تحت تنش برای گیاهان مطلوب است. گزارش­های زیادی وجود دارد که پرولین علاوه بر نقش اسمولیت، می­تواند نقش محافظت از آنزیم­ها و افزایش پایداری غشاء تحت شرایط مختلف را نیز ایفا کند (Nagesh & Devaraj, 2008).

شکل 3. مقایسه میانگین اثر متقابل سطوح آبیاری و غلظت­های مختلف محلول­پاشی نانوکود پالونیا بر محتوای پرولین در برگ سویا.

تولید اسمولیت­هایی مانند پرولین و قندهای محلول به دلیل تنظیم بالادستی در مسیر بیوسنتز آنها در شرایط تنش خشکی افزایش می­یابد زیرا پرولین نقش مهمی در حفظ ساختار پروتئین­ها، وضعیت آب سلولی و حفاظت از غشاء در شرایط تنش ایفا می­کند (Gohari et al., 2020; Zhang et al., 2020). در مطالعه ما، تأثیر مثبت نانوکود پالونیا در کاهش محتوای پرولین را می­توان به تأثیر این کود در بهبود حجم و وزن خشک ریشه، افزایش جذب آب و به تبع آن بهبود محتوای نسبی آب برگ و در نتیجه، کاهش تنش خشکی نسبت داد. نتایج ما با نتایج تحقیقات(Sahitya et al., 2018)  مطابقت داشت. این محققان اعلام کردند که کود نانو می‌تواند با تنظیم اسمزی، آسیب ناشی از تنش خشکی را بهبود یا کاهش دهد، اما کاربرد نانوکود نمی‌تواند به­طور کامل از اثرات تنش شدید خشکی بر گیاه جلوگیری نماید.

3-4. فعالیت آنزیم پراکسیداز

بر اساس نتایج تجزیه واریانس، فعالیت آنزیم پراکسیداز به­طور معنی­داری تحت تأثیر برهمکنش سطوح آبیاری و غلظت­های مختلف محلول­پاشی نانو کود پالونیا قرار گرفت (جدول 2). با بروز تنش خشکی و محلول­پاشی کود نانو میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در برگ‌ها افزایش یافت، به­طوری­که حداکثر فعالیت این آنزیم در تیمار تنش متوسط با محلول­پاشی 120 پی­پی­ام نانو کود مشاهده گردید که با تیمار محلول­پاشی 60 پی­پی­ام در همان سطح آبیاری تفاوت معنی­داری نداشت (شکل 4). با افزایش شدت تنش (تنش شدید)، افزایش غلظت کاربرد نانو کود تا 30 پی­پی­ام موجب افزایش میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز گردید و غلظت­های بالاتر نانوکود در چنین شرایطی موجب کاهش فعالیت آنزیم شد (شکل 4). علت کاهش آنزیم پراکسیداز در تیمار آبیاری به میزان 60 درصد ظرفیت زراعی خاک (تنش شدید خشکی) در مقایسه با تیمار آبیاری 80 درصد ظرفیت زراعی خاک، احتمالاً به این دلیل بوده است که گیاه در این سطح از تنش خشکی یا قادر به افزایش بیشتر فعالیت این آنزیم نبوده است و یا احتمالاً گیاه همزمان با افزایش فعالیت این آنزیم، مکانیزم­های محافظتی دیگری مانند افزایش محتوای آنتی­اکسیدان­های غیر آنزیمی از جمله پرولین را در مقابله با تنش خشکی به­کار گرفته است.

همان­طوری که در تحقیق حاضر ملاحظه شد تنش خشکی باعث ایجاد گونه­های فعال اکسیژن (ROS) می‌شود. حضور طولانی‌مدت این گونه­های فعال باعث مرگ سلول می­شود. سیستم آنتی­اکسیدانی می­تواند گونه­های فعال اکسیژن را به­طور فعال، کنترل و از بین ببرد. PODها گروهی از آنزیم­ها هستند که اکسید شدن بسیاری از سوبستراها را کاتالیز می­کنند (Asada, 1987). افزایش فعالیت این آنزیم‌ها، سطح ROS را کاهش می­دهد که یک روش مؤثر برای افزایش تحمل به خشکی است. در تأیید نتایج تحقیق حاضر، نتایج مطالعه­ای نشان داد که قرار گرفتن گیاه سویا در معرض تنش خشکی موجب افزایش فعالیت پراکسیداز گردید (Wu et al., 2019).

در تیمار 100 درصد آبیاری، در تمام سطوح محلول­پاشی کمترین میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز مشاهده گردید هر چند مقداری افزایش، با افزایش غلظت محلول­پاشی با کود نانو مشاهده شد (شکل 4). فعالیت سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، کاتالاز (CAT)، پراکسیداز (POD) و آسکوربات پراکسیداز (APX) در سویای محلول­پاشی شده با نانو اکسید گرافن 29، 57، 28 و 66 درصد افزایش یافت (Zhao et al., 2022). ذرات نانوکود می­توانند به دیواره­های سلولی گیاهان نفوذ کنند و به مواد مغذی اجازه دهند سریعتر به سیستم ریشه و سایر قسمت­های گیاه برسند. علاوه بر این، نانوکودها ممکن است به گیاهان کمک کنند تا عوامل تنش­زای محیطی مانند خشکی یا دمای شدید را بهتر تحمل کنند. به عنوان مثال، نانوکودها می­توانند مواد مغذی ضروری را فراهم کنند که به گیاهان کمک می­کنند علیرغم کمبود آب یا امواج گرما سالم بمانند. همچنین، نانوکودها می­توانند موجب تولید ترکیبات محافظتی مفیدی مانند آنتی اکسیدان­ها شوند که به گیاه کمک می­کند تا با تنش­های محیطی مقابله نماید .(Yadav et al., 2023) این اثرات می­توانند انعطاف­پذیری محصول را در برابر تنش بهبود بخشند و در نتیجه، عملکرد و کیفیت محصول را افزایش دهند. مشابه با نتایج تحقیق حاضر در مطالعه­ای، محلول پاشی نانو­کود کیتوزان- سیلیس ظرفیت دفاع آنتی اکسیدانی گیاه ذرت را بهبود بخشید، محتوای کلروفیل را افزایش داد و به بهبود رشد و عملکرد گیاه منجر شد (Ding et al., 2023). همچنین در تحقیقی روی بادام­زمینی مشخص گردید که میزان قندهای محلول و پرولین در شرایط کمبود آب در گیاه افزایش می­یابد و کاربرد نانو کودهای روی و آهن باعث افزایش محتوای پرولین و قندهای محلول، افزایش فعالیت آنزیم­های آنتی­اکسیدان و همچنین افزایش سطح برگ شد (.(Fatollahpour Grangah et al., 2020

شکل 4. مقایسه میانگین اثر متقابل سطوح آبیاری و غلظت­های مختلف محلول­پاشی نانوکود پالونیا بر فعالیت آنزیم پراکسیداز در برگ سویا.

3-5. قندهای محلول در آب و الکل

مطابق نتایج تجزیه واریانس داده­ها، اثر ساده آبیاری و اثر متقابل آبیاری × محلول­پاشی در سطح احتمال یک درصد بر محتوای قندهای محلول در آب و الکل معنی­دار بود (جدول 2). همچنین اثر ساده محلول­پاشی نیز بر محتوای قندهای محلول در الکل در سطح احتمال یک درصد معنی­دار گردید. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، قندهای محلول در آب و الکل پاسخ مشابهی را به تمام غلظت­های نانو­کود مورد مطالعه در سطوح آبیاری نشان دادند. در تحقیق حاضر، تنش خشکی در همه سطوح محلول­پاشی باعث افزایش محتوای قندهای محلول در آب و الکل گردید. برای مقابله با کمبود آب، تنظیم اسمزی گیاهان تحت تنش از طریق افزایش محتوای قندهای ریشه و برگ حفظ می‌شود و رشد نسبتاً بیشتری در ریشه در مقایسه با اندام‌های هوایی در گیاهانی که قبلاً تحت تنش خشکی قرار داشتند مشاهده شده است (Miranda et al., 2021). پایین­ترین مقدار قندهای محلول در آب و الکل به تیمار آبیاری کامل تعلق داشت و در این سطح آبیاری بین غلظت­های محلول­پاشی نانوکود تفاوتی مشاهده نشد. در مجموع با افزایش شدت تنش خشکی، اثرات نانو­کود بر افزایش محتوای قندهای محلول بیشتر آشکار شد و بیشترین محتوای قندهای محلول در آب به تیمار آبیاری 60% و استفاده از 30 پی­پی­ام نانوکود و بالاترین مقدار قندهای محلول در الکل به تیمارهای 30 و 60 پی­پی­ام در همین سطح آبیاری اختصاص پیدا کرد. استفاده از نانو­کود ZnO-N باعث افزایش فعالیت آنزیم­های دخیل در متابولیسم کربوهیدرات­ها و به تبع آن، افزایش تولید کربوهیدرات­ها در گیاه گردید (Sun et al., 2021). غلظت بالای کربوهیدرات­ها باعث کاهش خسارت­های اکسیداتیو و حفظ ساختار پروتئین در طی کمبود آب می­شود. به نظر می­رسد که برخی از نانو کودها با کاهش تنش اکسیداتیو و حفاظت از غشاهای کلروپلاستی، سلولی و حفاظت از ماکرومولکول­هایی، نظیر پروتئین­ها، موجب افزایش میزان قندهای موجود در گیاهان می­شوند و قندها علاوه بر نقش­های اصلی خود، در تنظیم، اسمزی به گیاهان کمک می­کنند
 (Khodary, 2004)؛ این مسأله می­تواند اثرات مثبتی بر رشد و نمو گیاه داشته باشد.

3-6. محتوای پروتئین‌های محلول برگ

نتایج تجزیه واریانس داده­ها حاکی از معنی­دار بودن اثرات ساده آبیاری و محلول­پاشی نانوکود در سطح احتمال یک درصد بر محتوای پروتئین­های محلول برگ سویا بود (جدول 2). نتایج نشان می­دهد که اثر متقابل تیمارهای مختلف آبیاری و مقادیر مختلف محلول­پاشی نانوکود بر محتوای پروتئین‌های محلول در برگ سویا تأثیر معنی­داری داشت (شکل 6). اعمال تنش خشکی باعث کاهش معنی‌دار محتوای پروتئین‌های محلول در برگ گردید و با افزایش شدت تنش، این کاهش شدیدتر بود؛ به­طوری­که کمترین مقدار این صفت در همه سطوح محلول‌پاشی به گیاهان تحت تیمار تنش خشکی به میزان 60 درصد ظرفیت زراعی خاک اختصاص پیدا کرد.

در این سطح آبیاری، تیمار شاهد (بدون کاربرد نانوکود) کمترین مقدار را به خود اختصاص داد و با گیاهان تحت تیمار محلول­پاشی با 15 پی­پی­ام نانوکود در یک گروه آماری قرار گرفت. همچنین، مقایسات میانگین نشان می‌دهد بالاترین مقدار این صفت در گیاهان تحت تیمار آبیاری  کامل و محلول‌پاشی نانوکود به میزان 120 پی­پی­ام (13/5 میلی­گرم در گرم) به­دست آمد که با بقیه تیمارهای محلول­پاشی بجز شاهد در این سطح آبیاری تفاوت معنی­داری نداشت و در یک گروه آماری قرار گرفتند. محتوای پرولین، قندها و پروتئین­های محلول ارتباط نزدیکی با مقاومت گیاه به تنش دارد. به­طور کلی، این مواد در تنظیم اسمزی و پیشگیری از کم­آبی در شرایط تنش خشکی نقش دارند. از طریق تنظیم محتویات آنها، مقدار پتانسیل آب در سلول­ها برای حفظ فشار تورگر کاهش می­یابد و بنابراین فعالیت­های متابولیکی به صورت طبیعی انجام می­شود (Dong et al., 2019).

شکل 6. مقایسه میانگین اثر متقابل سطوح مختلف آبیاری و مقادیر مختلف کاربرد نانوکود بر محتوای پروتئین‌های محلول در برگ سویا.

همان­طوری­که در شکل 6 ملاحظه می­گردد در همه سطوح آبیاری، کاربرد غلظت­های مختلف نانوکود پالونیا باعث افزایش محتوای پروتئین­های محلول برگ شد. بروز تنش خشکی در گیاهان، معمولاً به کاهش سنتز پروتئین و افزایش هیدرولیز آن منجر می­شود که به تولید ترکیبات نیتروژن مانند اسیدهای آمینه محلول آزاد منتهی می­شود (Rivas-Ubach et al., 2014;
Obata et al., 2015). روبیسکو یک آنزیم کلیدی در فرآیند جذب کربن است که حدود 50 درصد پروتئین­های محلول برگ را شامل می­شود و مطابق نتایج به­دست­آمده، فعالیت و محتوای آن به­طور قابل توجهی تحت تنش خشکی کاهش می­یابد
 Wang et al., 2022)  .(شاید بخشی از اثرات مثبت نانوکود پالونیا به تاثیر آن در بهبود رشد ریشه (شکل 1) و بهبود وضعیت آب گیاه (شکل 2) و کاهش اثرات تنش خشکی مربوط باشد. کاربرد نانوکودها به افزایش دسترسی گیاه به عناصر غذایی و افزایش سنتز پروتئین­های محلول در برگ منجر می­شود. در تحقیقی، استفاده از نانو کود پالونیا در دو شرایط نرمال و تنش خشکی مقدار پروتئین­های محلول برگ را به­طور قابل توجهی افزایش داد (Sohrabi et al., 2022). بهبود جذب مواد مغذی نانوکودها را می­توان در رساندن مؤثر مواد مغذی به گیاهان دانست که می­تواند به بهبود جذب و کاهش تلفات مواد مغذی کمک کند.

3-7. محتوای کلروفیل‌های a،  bو کل

مطابق نتایج تجزیه واریانس داده­ها، تمامی اثرات ساده و اثر متقابل دوگانه آبیاری × محلول­پاشی بر محتوای کلروفیل­های a،  bو کل سویا در سطح احتمال یک درصد معنی­دار شد (جدول 2). همان­طوری­که در شکل 7 ملاحظه می­گردد محتوای کلروفیل­های a، b و کل به شدت تحت تأثیر تنش خشکی و غلظت­های مختلف محلول­پاشی نانوکود قرار گرفتند. بروز تنش خشکی و افزایش شدت آن به‌طور قابل توجهی مقادیر کلروفیل­های a، b و در نتیجه کلروفیل کل را کاهش داد، اگرچه این تفاوت‌ها در مواردی معنی‌دار نشد. مقایسات میانگین حاکی از این است که در همه سطوح کاربرد نانوکود، تنش شدید (60 درصد ظرفیت زراعی خاک) کمترین محتوای کلروفیل‌های a،  bو کل را به خود اختصاص داد و این نشان می‌دهد که رنگیزه­های فتوسنتزی به کاهش دسترسی به آب حساس هستند و وقوع تنش خشکی باعث بروز خسارت در کلروفیل می‌شود. در مطالعات دیگر نیز تنش خشکی، کلروفیل‌هایa ، b و محتوای کلروفیل کل را به میزان قابل توجهی کاهش داد (Wu et al., 2019; Basal et al., 2020). تنش خشکی فرآیند فتوسنتز را با تغییر محتوای کلروفیل و سایر رنگدانه­های فتوسنتزی محدود می­کند و در نتیجه، موجب توقف رشد گیاه می­شود (Lee et al., 2016). کلروفیل جزء مهم کمپلکس پروتئین- رنگدانه روی غشای تیلاکوئید است که برای فتوسنتز بسیار مهم است. محتوای کلروفیل تا حدی بیانگر میزان فتوسنتز گیاه بوده و می‌تواند به­طور قابل توجهی بر رشد گیاه تأثیرگذار باشد (Dong et al., 2019). کاهش میزان کلروفیل نتیجه آسیب به غشاء و ساختار کلروپلاست و فتواکسیداسیون کلروفیل، افزایش فعالیت کلروفیلاز و سرکوب بیوسنتز کلروفیل به دلیل کمبود آب است .(Kabiri et al., 2014)

شکل 7. مقایسه میانگین اثر متقابل سطوح آبیاری و غلظت­های مختلف کاربرد نانوکود پالونیا بر محتوای کلروفیل‌های a (الف) و b (ب) و کلروفیل کل در گیاه سویا.

در تحقیق حاضر، بیشترین محتوای کلروفیل­های a، b و کل به گیاهان تحت شرایط آبیاری کامل و تیمار محلول‌پاشی 120 پی­پی­ام نانوکود پالونیا مربوط بود که تفاوت معنی‌داری با سایر تیمارها نشان داد. در گیاهان در معرض تنش شدید (60% ظرفیت زراعی خاک)، تیمار محلول­پاشی با 120 پی­پی­ام نانوکود بالاترین مقدار کلروفیل کل را دارا بود که با تیمارهای محلول­پاشی 60 و 30 پی­پی­ام در همین سطح آبیاری و تیمار 15 پی­پی­ام نانوکود و تیمار شاهد در شرایط تنش متوسط (80% ظرفیت زراعی خاک) در یک گروه آماری قرار گرفتند. اثرات مثبت نانو­کود بر محتوای کلروفیل می­تواند به دلیل افزایش سنتز پروتئین­های محلول و کاهش تجزیه آنها به دلیل کاهش فعالیت پروتئولیتیک باشد. محلول­پاشی نانوکودها ممکن است بهترین گزینه برای بهبود عملکرد در مناطق کم­آب باشد، زیرا مقدار زیادی آب برای حل­شدن و جذب کودهای سنتی توسط سیستم ریشه مورد نیاز است
 (Kumar et al., 2023). در تحقیق حاضر، کاربرد نانوکود به­واسطه بهبود رشد ریشه و توان گیاه در جذب آب (شکل 1) باعث بهبود وضعیت آب گیاه (شکل 2) و در نتیجه، کاهش تنش اکسیداتیو و کاهش آسیب به کلروفیل گردید.

3-8. عملکرد دانه در گلدان

نتایج تجزیه واریانس داده­ها نشان می­دهد عملکرد دانه در گلدان به وسیله اثر متقابل آبیاری و کاربرد نانوکود تحت تأثیر قرار گرفت (جدول 2). مقایسه میانگین تیمارها حاکی از آن است که در تمامی سطوح محلول‌پاشی، با کاهش مقدار آب آبیاری، عملکرد دانه در گلدان روند کاهشی نشان داد و کمترین مقدار این صفت در تمام سطوح نانوکود به گیاهان تحت تیمار تنش شدید خشکی اختصاص یافت. کاهش محتوای نسبی آب گیاه و به تبع آن، کاهش آماس سلولی، کاهش فتوسنتز به دلیل بسته­شدن روزنه­ها، آسیب به غشای سلولی و کاهش تولید رنگیزه­های فتوسنتزی، کاهش تولید و دژنره­شدن پروتئین­های محلول در برگ و همچنین کاهش جذب عناصر غذایی می­تواند از دلایل کاهش عملکرد دانه سویا در تحقیق حاضر باشد. غلاف­دهی سویا حساس‌ترین مرحله رشد گیاه به تنش خشکی است و افزایش تنش خشکی، علاوه بر کاهش مواد فتوسنتزی، انتقال مواد مغذی به دانه­ها را مختل می­کند و در نتیجه، موجب کاهش عملکرد دانه می­گردد (Liu et al., 2019).

در تحقیق حاضر، بالاترین عملکرد دانه در گلدان (27/2 گرم) به گیاهان تحت شرایط آبیاری کامل و تیمار کاربرد 120 پی­پی­ام نانوکود پالونیا مربوط بود که نسبت به گیاهان شاهد (بدون مصرف نانوکود) تحت شرایط تنش شدید خشکی که کمترین وزن دانه در گلدان (68/0 گرم) را داشتند، 70 درصد افزایش عملکرد نشان داد. در همه سطوح آبیاری، کاربرد نانوکود به­ویژه در غلظت­های بالاتر باعث افزایش معنی­دار عملکرد دانه سویا گردید. کاربرد غلظت­های30، 60 و 120 پی­پی­ام نانوکود پالونیا در گیاه سویا، عملکرد دانه را تحت شرایط تنش خشکی شدید به­ترتیب حدود 41، 39 و 2/38 درصد نسبت به گیاهان تیمار نشده افزایش داد (شکل 8). محققان اثرات مثبت نانوکود بر جوانه­زنی، رشد و عملکرد گیاه را گزارش کرده­اند. به عنوان مثال، افزایش جوانه­زنی بذر و رشد گیاهچه و بهبود بازده فتوسنتزی، زیست­توده و پروتئین کل، قند، نیتروژن و ریز مغذی­ها در گیاهان زراعی مختلف مثل سویا مشاهده شده است (Dimkpa et al., 2017; Dimkpa et al., 2019a). در تحقیق دیگری با کاربرد نانو­کود روی، بیوماس اندام هوایی و ریشه در مقایسه با تیمار شاهد افزایش یافت (Moghaddasi et al., 2017). نانوکودها می­توانند دسترسی سریع به مواد مغذی در مکان­های رشد گیاه را افزایش دهند و در نتیجه، تولید کلروفیل، سرعت فتوسنتز و در نهایت رشد و نمو گیاهان را افزایش دهند (Babu et al., 2022).

شکل 8. اثر سطوح مختلف آبیاری و محلول­پاشی نانوکود بر عملکرد دانه سویا در گلدان.

4. نتیجه­گیری

این مطالعه، نتایج مهمی را در مورد اثر نانو­کود سبز سنتز شده از گیاه پالونیا بر کاهش اثرات تنش خشکی در گیاه سویا ارائه می­کند. غلظت­های 30، 60 و 120 پی­پی­ام نانو­کود پالونیا با افزایش وزن خشک و حجم ریشه و افزایش تنظیم اسمزی گیاه به­واسطه افزایش محتوای کربوهیدرات­های محلول باعث بهبود محتوای نسبی آب گیاه شد، همچنین فعالیت آنزیم پراکسیداز و محتوای پروتئین­های محلول برگ را افزایش داد. نانوکود پالونیا نیز از طریق تأثیر بر وضعیت آب گیاه و بهبود مکانیسم­های دفاعی گیاه، محتوای رنگیزه­های فتوسنتزی گیاه و به تبع آن، فتوسنتز و ماده­سازی در گیاه را بهبود بخشید که در نهایت به افزایش عملکرد دانه سویا منجر شد. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که محلول‌پاشی نانوکود کربن­دار پالونیا در غلظت‌های 30، 60 و 120 پی­پی­ام می­تواند در افزایش مقاومت گیاه سویا به تنش خشکی و افزایش عملکرد این گیاه و احتمالا سایر گیاهان در مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند بسیار مفید و قابل توصیه باشد؛ هر چند که بایستی مطالعات بیشتری در این زمینه صورت گیرد.

5. منابع

Ahmadi, M., & Souri, M.K. (2019). Nutrient uptake, proline content and antioxidant enzymes activity of pepper (Capsicum annuum L.) under higher electrical conductivity of nutrient solution created by nitrate or chloride salts of potassium and calcium. Acta Scientiarum Polonorum Hortorum Cultus, 18(5), 13–22.

Almaroai, Y.A., & Eissa, M.A. (2020). Role of marine algae extracts in water stress resistance of onion under semiarid conditions. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 20, 1092-1101.

Albanese, A., Tang, P.S., & Chan, C.W. (2012). The effect of nanoparticle size, shape and surface chemistry on biological systems. Annual Review of Biomedical Engineering, 14, 1-16.

Arya, H., Singh, M.B., & Bhalla, P.L. (2021). Overexpression of PIF4 affects plant morphology and accelerates reproductive phase transitions in soybean. Food and Energy Security, 10(3), 291.

Asada, K. (1987). The water-water cyclein chloroplasts: Scavenging of active oxygens and dissipation of excess photons. Annual Review of Plant Physiology, 50, 601-639.

Babu, S., Singh, R., Yadav, D., Rathore, S.S., Raj, R., Avasthe, R., & Singh, V.K. (2022). Nanofertilizers for agricultural and environmental sustainability. Chemosphere, 292, 133451.

Basal, O., Szabó, A., & Veres, S. (2020). Physiology of soybean as affected by PEG-induced drought stress. Current Plant Biology, 22, p. 100135.

Bates, L.S., Waldren, R.P., & Tear, I.B. (1973). Rapid determination of free proline for water- stress studies. Plant Soil, 39, 205-207.

Bisht, S., Sharma, V., & Kumari, N. (2022). Biosynthesized hematite nanoparticles mitigate drought stress by regulating nitrogen metabolism and biological nitrogen fixation in Trigonella foenum-graecum. Plant Stress, 6, 100-112.

Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72(1-2), 248-254.

Cotrim, M.F., Gava, R., Campos, C.N.S., de David, C.H.O., Reis, I.D.A., Teodoro, L.P.R., & Teodoro, P.E. (2021). Physiological performance of soybean genotypes grown under irrigated and rainfed conditions. Journal of Agronomy and Crop Science, 207(1), 34-43.

Dimkpa, C.O., Bindraban, P.S., Fugice, J., Agyin-Birikorang, S., Singh, U., & Hellums, D. (2017). Composite micronutrient nanoparticles and salts decrease drought stress in soybean. Agronomy for Sustainable Development, 37, 1-13.

Dimkpa, C.O., Singh, U., Bindraban, P.S., Adisa, I.O., Elmer, W.H., Gardea-Torresdey, J.L., & White, J.C. (2019). Addition-omission of zinc, copper, and boron nano and bulk oxide particles demonstrate element and size-specific response of soybean to micronutrients exposure. Science of the Total Environment, 665, 606-616.

Ding, Y., Zhao, W., Zhu, G., Wang, Q., Zhang, P., & Rui, Y. (2023). Recent trends in foliar nanofertilizers: A review. Nanomaterials, 13(21), 2906.                                                                                                                                          

Di Sia, P. (2017). Nanotechnology among innovation, health and risks. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 237, 1076-80.                                                                                                                                                                

Dong, S., Jiang, Y., Dong, Y., Wang, L., Wang, W., Ma, Z., & Liu, L. (2019). A study on soybean responses to drought stress and rehydration. Saudi Journal of Biological Sciences, 26(8), 2006-2017.      

Droppers, B., Supit, I., Van Vliet, M.T., & Ludwig, F. (2021). Worldwide water constraints on attainable irrigated production for major crops. Environmental Research Letters, 16(5), 055016.

Du, Y., Zhao, Q., Chen, L., Yao, X., & Xie, F. (2020). Effect of drought stress at reproductive stages on growth and nitrogen metabolism in soybean. Agronomy, 10, 302.

Faostat (2022). Crops and livestock products [Online]. Available at: http://www. fao.org/faostat/en/#data/QCL (Accessed 23, December 2023).                                                                  

Fatollahpour Grangah, M., Rashidi, V., Mirshekari, B., Khalilvand Behrouzyar, E., & Farahvash, F. (2020). Effects of nano-fertilizers on physiological and yield characteristics of pinto bean cultivars under water deficit stress. Journal of Plant Nutrition, 43, 2898-2910.

Gill, S.S., & Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48(12), 909–30.

Gohari, G., Mohammadi, A., Akbari, A., Panahirad, S., Dadpour, M.R., Fotopoulos, V., & Kimura, S., (2020). Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) promote growth and ameliorate salinity stress effects on essential oil profile and biochemical attributes of Dracocephalum moldavica. Scientific Reports, 10, 1-14.                                                                                                                                             

Guo, K., Hu, A., Wang, K., Wang, L., Fu, D., Hao, Y., & Tan, W. (2019). Effects of spraying nano‐materials on the absorption of metal (loid) s in cucumber. IET Nanobiotechnology, 13(7), 712-719.

Guru, T., Veronica, N., Thatikunta, R., & Reddy, S.N. (2015). Crop nutrition management with nano fertilizers. Crop Nutrition Management with Nanofertilizers, 1(1), 4-6.

GutiéRrez-Ruelas, N.J., Palacio-MáRquez, A., Sanchez, E., MuñOz-MáRquez, E., CháVez-Mendoza, C., Ojeda-Barrios, D.L., & Flores-Cordova, M.A. (2021). Impact of the foliar application of nanoparticles, sulfate and iron chelate on the growth, yield and nitrogen assimilation in green beans. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 49(3), 12437-12437.

Hosseini, F., Mosaddeghi, M.R., & Dexter, A.R. (2017). Effect of the fungus Piriformospora indica on physiological characteristics and root morphology of wheat under combined drought and mechanical stresses. Plant Physiology and Biochemistry, 118, 107-120.

Jin, Z., Zhuang, Q., Wang, J., Archontoulis, S.V., Zobel, Z., & Kotamarthi, V.R. (2017). The combined and separate impacts of climate extremes on the current and future US rainfed maize and soybean production under elevated CO₂. Global Change Biology, 23(7), 2687-2704. 

Kabiri, R., Nasibi, F., & Farahbakhsh, H. (2014). Effect of exogenous salicylic acid on some physiological parameters and alleviation of drought stress in Nigella sativa plant under hydroponic culture. Plant Protection Science, 50(1), 43-51.

Kah, M., Tufenkji, N., & White, J.C. (2019). Nano-enabled strategies to enhance crop nutrition and protection. Nature Nanotechnology, 14(6), 532-540.

Kiani, H., & Sohrabi, Y. (2022). The effect of katira on some morphophysiological characteristics and related to the seed yield of black seed plant (Nigella sativa L.) under dry conditions. Journal of Horticultural Science, 35(4), 631-645. (In Persian).

Kumar, N., Samota, S.R., Venkatesh, K., & Tripathi, S.C. (2023). Global trends in use of nano-fertilizers for crop production: Advantages and constraints–A review. Soil and Tillage Research, 228, 105645.

Khodary, S.E.A. (2004). Effect of salicylic acid on the growth, photosynthesis and carbohydrate metabolism in salt stressed maize plants. International Journal of Agriculture and Biology, 6, 5-8.

Krüger, H.G. (2002). Separately and simultaneously induced dark chilling and drought stress effects on photosynthesis, proline accumulation and antioxidant metabolism in soybean. Journal of Plant Physiology, 159(10), 1077-1086.

Lee, D.E., Ayoub, N., & Agrawal, D.K. (2016). Mesenchymal stem cells and cutaneous wound healing: Novel methods to increase cell delivery and therapeutic efficacy. Stem Cell Research & Therapy, 7, 1-8.

Li, H. (2003). Principles and techniques of plant physiological and biochemical experiments. Higher Education Press, Beijing, pp. 191-205.

Lichtenthaler, H.K., & Wellburn, A.R. (1983). Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 11(5), 591-592.

Liu, Y., Ji, D., Turgeon, R., Chen, J., Lin, T., Huang, J., & Lv, Z. (2019). Physiological and proteomic responses of mulberry trees (Morus alba L.) to combined salt and drought stress. International journal of Molecular Sciences, 20(10), 2486.

Matsui, T., & Singh, B.B. (2003). Root characteristics in cowpea related to drought tolerance at the seedling stage. Experimental Agriculture, 39(1), 29-38.

Mejia, M.N., Madramootoo, C.A., & Broughton, R.S. (2000). Influence of water table management on corn and soybean yields. Agricultural Water Management, 46(1), 73-89.

Miranda, M.T., Da Silva, S.F., Silveira, N.M., Pereira, L., Machado, E.C., & Ribeiro, R.V. (2021). Root osmotic adjustment and stomatal control of leaf gas exchange are dependent on citrus rootstocks under water deficit. Journal of Plant Growth Regulation, 40, 11-19.

Moghaddasi, S., Fotovat, A., Karimzadeh, F., Khazaei, H.R., Khorassani, R., & Lakzian, A. (2017). Effects of coated and non-coated ZnO nano particles on cucumber seedlings grown in gel chamber. Archives of Agronomy and Soil Science, 63(8), 1108-1120.

Morales-Díaz, A.B., Ortega-Ortíz, H., Juárez-Maldonado, A., Cadenas-Pliego, G., González-Morales, S., & Benavides-Mendoza, A. (2017). Application of nanoelements in plant nutrition and its impact in ecosystems. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 8(1), 1-13.

Nagesh, B.R., & Devaraj, V.R. (2008). High temperature and salt stress response in French bean
Phaseolus vulgaris). Australian Journal of Crop Science, 2(2), 40-48.

Obata, T., Witt, S., Lisec, J., Palacios-Rojas, N., Florez-Sarasa, I., Yousfi, S., & Fernie, A.R. (2015). Metabolite profiles of maize leaves in drought, heat, and combined stress field trials reveal the relationship between metabolism and grain yield. Plant Physiology, 169(4), 2665-2683.

Ohashi, Y., Nakayama, N., Saneoka, H., & Fujita, K. (2006). Effects of drought stress on photosynthetic gas exchange, chlorophyll fluorescence and stem diameter of soybean plants. Biologia Plantarum, 50, 138-141.

Putnik-Delić, M., Maksimović, I., Venezia, A., & Nagl, N. (2012). Free proline accumulation in young sugar beet plants and in tissue culture explants under water deficiency as tools for assessment of drought tolerance. Romanian Agricultural Research, 30, 141-148.

Rich, S.M., & Watt, M. (2013). Soil conditions and cereal root system architecture: Review and considerations for linking Darwin and Weaver. Journal of Experimental Botany, 64(5), 1193-1208.

Rivas-Ubach, A., Gargallo-Garriga, A., Sardans, J., Oravec, M., Mateu-Castell, L., Pérez-Trujillo, M., & Peñuelas, J. (2014). Drought enhances folivory by shifting foliar metabolomes in Quercus ilex trees. New Phytologist, 202(3), 874-885.

Sahitya, U.L., Krishna, M.S.R., & Deepthi, R.S. (2018). Biochemical and physiological changes induced by water stress in hot pepper (Capsicum annum L.) genotypes. Plant Cell Biotechnology & Molecular Biology, 19, 179-195.

Siddiqi, K.S., & Husen, A. (2017). Plant response to engineered metal oxide nanoparticles. Nanoscale Research Letters, 12, 1-18.

Sohrabi, Y., Sharifi Kalyani, F., Heydari, M., Yazdani, M., Omer, K.M., & Yousefi, A.R. (2022). Plant-based nano-fertilizer prepared from Paulownia tomentosa: Tabrication, characterization, and application on Ocimum basilicum. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 9(1), 1-13.

Souri, M.K., & Bakhtiarizade, M. (2019). Biostimulation effects of rosemary essential oil on growth and nutrient uptake of tomato seedlings. Scientia Horticulturae, 243, 472-476.

Sun, L., Song, F., Zhu, X., Liu, S., Liu, F., Wang, Y., & Li, X. (2021). Nano-ZnO alleviates drought stress via modulating the plant water use and carbohydrate metabolism in maize. Archives of Agronomy and Soil Science, 67(2), 245-259.

Suriadi, A., Zulhaedar, F., Nazam, M., & Hipi, A. (2021). Optimal irrigation at various soil types for soybean production. In IOP Conference Series: Earth and Environmental, 648(1), p. 012081). IOP Publishing.

Taiz, L., & Zeiger, E. (2006). Stress physiology. In: Taiz L, Zeiger E, editors. Plant Physiology. Sunderland: Academic, p. 671-81.

Tang, Y., Sun, X., Wen, T., Liu, M., Yang, M., & Chen, X. (2017). Implications of termina oxidase function in regulation of salicylic acid on soybean seedling photosynthetic performance under water stress. Plant Physiology and Biochemistry, 112, 19-28.

Wang, X., Liu, Y., Li, H., Wang, F., Xia, P., Li, W., & Guo, Y.D. (2022). SlSNAT2, a chloroplast-localized acetyltransferase, is involved in Rubisco lysine acetylation and negatively regulates drought stress tolerance in tomato. Environmental and Experimental Botany, 201, 105003.

Wang, J.Y., Ao, H., Zhang, J., & Qu, G.Q. (2003). Experimental techniques and principles of plant physiology and biochemistry. Harbin, China: Northeast Forestry University Press. Search in.                         

Wei, Y., Jin, J., Jiang, S., Ning, S., & Liu, L. (2018). Quantitative response of soybean development and yield to drought stress during different growth stages in the Huaibei plain, China, Agronomy, 8(7), 97.

Wright, G.C., & Rao, R.C.N. (1994). Peanut water relations. In: Smartt J, editor. The peanut crop. London: Chapman & Hall;. p. 281-325.                                                                                                                                                                          

Wu, Yang, R., Wang, J., & Xiujuan, G. (2019). Physiological response of flax seedlings with different drought-resistances to drought stress. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 34, 145-153.

Yadav, A., Yadav, K., & Abd-Elsalam, K.A. (2023). Nanofertilizers: Types, delivery and advantages in agricultural sustainability. Agrochemicals, 2(2), 296-336.

Yang, S.L., Lan, S.S., & Gong, M. (2009). Hydrogen peroxide-induced proline and metabolic pathway of its accumulation in maize seedlings. Journal of Plant Physiology, 166(15), 1694-1699.

Zhang, F., Yang, Y., He, W., Sun, F., & Zhang, L. (2004). Changes of antioxidant enzymes in wheat subjected to water deficit and rewatering. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 24(2), 205-209.

Zhang, Y., Liu, N., Wang, W., Sun, J., & Zhu, L. (2020). Photosynthesis and related metabolic mechanism of promoted rice (Oryza sativa L.) growth by TiO2 nanoparticles. Springer, p. 14.                                                                                                                                     

Zhao, S.Q., Wang, Q.Q., Zhao, Y.N., Rui, Q., & Wang, D.Y. (2015) Toxicity and translocation of graphene oxide in Arabidopsis thaliana. Environmental Toxicology and Pharmacology, 39, 145-156.

Zhao, L., Wang, W., Fu, X., Liu, A., Cao, J., & Liu, J. (2022). Graphene oxide, a novel nanomaterial as soil water retention agent, dramatically enhances drought stress tolerance in soybean plants. Frontiers in Plant Science, 13, 810905.