تأثیر گرافن اکسید و گرافن اکسید پوتریسین‌دار بر ریز غده‌زایی درون شیشه‌ای سیب زمینی رقم آگریا تحت تنش کمبود ازت (NH4NO3)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشیار گروه بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

4 دانشجوی دکتری، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

5 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

هدف: با توجه به اینکه استفاده از فناوری نانو مواد در سال‌های اخیر در مطالعات کشت بافت گسترش پیدا کرده است لذا مطالعه حاضر بر اساس استفاده از نانو مواد گرافنی و مشتقات آن که در این پژوهش گرافن اکسید و گرافن اکسید پوترسین‌دار در سطوح مختلف کمبود نیترات آمونیوم جهت افزایش کارایی ریزغده‌زایی سیب‌زمینی مورد مطالعه قرار گرفت. این پژوهش با هدف القاء شرایط محیطی مناسب برای ریزغده‌زایی و تحریک تغییرات آناتومیکی و بیوشیمیایی در شرایط درون شیشه‌ای بر ریزغده‌زایی سیب‌زمینی رقم آگریا انجام گرفت. اهداف کلی استفاده از این ترکیبات با توجه به مطالعات پیشین، افزایش پتانسیل اسمزی و همچنین امکان افزایش میزان دانه‌های نشاسته در سلول‌ها با استفاده از این نانومواد دانست.
مواد و روش‌ها: میزان ازت محیط کشت شامل شاهد (ازت کامل محیط کشت MS) ، 50 و 25 درصد ازت محیط کشت MS بود. تیمارهای گرافن به‌صورت شاهد (بدون گرافن اکسید)، 25 و 50 میلی‌گرم در لیتر گرافن اکسید (به‌‌تنهایی) و 25 و 50 میلی‌گرم در لیتر گرافن اکسید پوترسین‌دار استفاده گردید. در این آزمایش صفات تعداد ریزغده‌زایی ماه اول و دوم و تعداد ریزغده‌زایی نهایی، همچنین تعداد غده جوانه زده، تعداد چشم، متوسط وزن ریزغده، قطر غده و عملکرد ریزغده مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج: نتایج نشان داد که بیشترین پاسخ مثبت به ریزغده‌زایی در تیمارهای با 25 درصد ازت محیط کشت و تیمارهای گرافن اکسید پوترسین‌دار به دست آمد. همچنین مشاهده شد که کاهش ازت به‌میزان 25 درصد محیط کشت و افزودن گرافن اکسید پوترسین‌دار باعث افزایش میزان ریزغده‌زایی نهایی شد در حالی که ریزغده‌زایی در تیمار شاهد (بدون کاهش ازت و فاقد گرافن اکسید) کمترین درصد را نشان داد. از طرف دیگر، نتایج نشان داد که تیمار 25 درصد ازت محیط کشت همرا ه با 50 میلی‌گرم در لیتر گرافن اکسید پوترسین‌دار بیشترین متوسط وزن ریزغده با وزن 39 میلی‌گرم را دارا بود که نسبت به کمترین متوسط وزن ریزغده (تیمار گرافن اکسید پوترسین‌دار بدون کاهش ازت محیط کشت) 240 درصد افزایش را نشان داد. به‌طور کلی در این آزمایش استفاده از گرافن اکسید پوترسین‌دار و 25 درصد ازت محیط کشت توانست اثراتی مثبت در ریزغده‌زایی سیب‌زمینی در شرایط درون شیشه‌‌ای ایجاد کند.
نتیجه‌گیری: نتایج کلی نشان داد که کاهش میزان ازت محیط کشت باعث افزایش میزان ریزغده‌زایی می‌شود و استفاده از گرافن و گرافن اکسید پوترسین‌دار در ریزغده‌زایی موثر است. نتایج این آزمایش نشان داد که محیط کشت حاوی 25 درصد ازت و گرافن اکسید پوترسین‌دار مناسب‌ترین تیمارهای این آزمایش بودند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of Graphene Oxide and Putrescine on In Vitro Microtuberization of Potato (Solanum tuberosum) cv. Agria at Nitrogen (NH4NO3) Deficiency Stress

نویسندگان [English]

  • Alireza Motallebiazar 1
  • Masoumeh Abbaspour khajeh 2
  • Jaber Panahandeh 1
  • Alireza Tarinejad 3
  • Amin Jahanian 4
  • Amin Kahnamoi 5
1 Associate Professor, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, university of Tabriz, Tabriz, Iran
2 MSc Student, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, university of Tabriz, Tabriz, Iran.
3 Associate Professor, Department of Biotechnology, Faculty of Agriculture, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran
4 Ph.D. Student, Department of Horticulture, Faculty of Agriculture, university of Tabriz, Tabriz, Iran.
5 MSc Student, Department of Biothechnology, Faculty of Agriculture, university of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Due to the fact that the use of nanomaterial technology has expanded in recent years in tissue culture studies, the present study is based on the use of graphene nanomaterials and has been studied its derivatives such as graphene oxide and graphene oxide with putrescine in different levels of Ammonium nitrate was studied for increase microtuberization efficiency . This study was performed with aim of to induce suitable environmental conditions for microtuberization and stimulate anatomical and biochemical changes for in vitro conditions on potato microtuberization of Agria cultivar.The general purpose of using these compounds is to increase the osmotic potential, as well as the possibility of increasing the amount of starch grains in cells by using these nanomaterials.

Nitrogen content of control medium included control, 50 and 25 percent of nitrogen of MS medium. Graphene treatments were used as control (without graphene oxide), 25 and 50 mg / l graphene oxide (alone) and 25 and 50 mg / l graphene oxide with putrescine. In this experiment, the number of microtuber in the first, second and final month microtuber, as well as the number of microtuber sproute, number of eyes, average microtuber weight, diameter of microtubers and microtubers yield were evaluated.

The results showed that the most positive response to microtuberization was obtained in treatments with 25 percent nitrogen and graphene oxide with putrecsine treatments. It was also observed that the reduction of 25 percent of the culture medium nitrogen and the addition of graphene oxide with putrescine increased the final microtuberization, while the microtuberization in the control treatment (without nitrogen reduction and without graphene oxide) showed the lowest percentage. On the other hand, the results showed that 25 percent nitrogen and 50 mg / l graphene oxide with putrescine had the highest average microtuber weight (39 mg) compared to the lowest average microtuber weight (graphene oxide with putrescine without nitrogen reduction treatment) that Showed 240 percent increase in microtuber weight. In general, the use of graphene oxide with putrescine and 25 percent nitrogen could have positive effects on the microtuberization.

The general results showed that reducing the amount of nitrogen in the culture medium increases the amount of microtuberization and also its effective the use of graphene and graphene oxide with putrescine in microtuberization. The results of this experiment showed that the culture medium containing 25% nitrogen and graphene oxide with putrescine were the most suitable treatments for this experiment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • graphene oxide
  • microtuber yield
  • number of microtuber
  • putrescine

مراجع

Anjum NA, Singh N, Singh MKet al. (2014) Single-bilayer graphene oxide sheet impacts and underlying potential mechanism assessment in germinating faba bean (Vicia faba L.). Sci Total Environ 472, 834–841.
Cheng F, Liu YF, Lu GY  et al. (2016) Graphene oxide modulates root growth of Brassica napus L. and regulates ABA and IAA concentration. J Plant Physiol 193, 57–63.
Dobránszky J, Magyar-Tábori K (2004) Effects of tuberization conditions on the microtuber yield and on the proportion of microtuber tissues. Int Hortic Sci 10(4), 91–96.
Geim AK, Novoselov KS (2010) The rise of graphene. Nanosci Nanotechnol: a collection of reviews from nature journals (pp. 11–19). World Scientific.
Gill SS, Tuteja N (2010) Polyamines and abiotic stress tolerance in plants. Plant Signal Behave 5(1), 26-33.‏
Giraldo JP, Landry MP, Faltermeier SM et al. (2014) Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nat Mate 13(4), 400-408.‏
Gogos A, Knauer K, Bucheli TD (2012) Nanomaterials in plant protection and fertilization: current state, foreseen applications, and research priorities. J Agric Food Chem 60(39), 9781-9792.‏
Guo X, Zhao J, Wang R et al. (2021) Effects of graphene oxide on tomato growth in different stages. Plant Physiol Biochem 162, 447–455.
Heidarpour F, Mohammadabadi MR, ISM Zaidul et al. (2011) Use of prebiotics in oral delivery of bioactive compounds: a nanotechnology perspective. Pharmazie 66 (5), 319-324.
Hu X, Lu K, Mu L, Kang J, Zhou Q (2014) Interactions between graphene oxide and plant cells: Regulation of cell morphology, uptake, organelle damage, oxidative effects and metabolic disorders. Carbon 80, 665-676.‏
Iranbakhsh A, Ebadi M, Zare Z (2011) Effects of nitrogen and potasium on in vitro microtuberization of potato (Solanum tuberosum L. var Agria). Aust J Basic Appl Sci 5(12), 442–448.
Kakkar RK, Sawhney VK (2002) Polyamine research in plants - A changing perspective. Physiol. Plant 116(3), 281–292.
Khodakovskaya M, Dervishi E, Mahmood M et al. (2009) Carbon nanotubes are able to penetrate plant seed coat and dramatically affect seed germination and plant growth. ACS Nano 3(10), 3221–3227.
Khorsandi S, Motallebi azar A, Zaare nahandi F, Hatami A, Mokhtarzadeh S (2020) Effect of Different Concentrations of BAP and Putrescine on Potato Microtuberization (cv. Agria). J Indian Inst Sci 10(2), 723–731.
Kim DH, Gopal J, Sivanesan I (2017) Nanomaterials in plant tissue culture: The disclosed and undisclosed. RSC Advances 7(58), 36492–36505.
Li F, Sun C, Li X et al. (2018) The effect of graphene oxide on adventitious root formation and growth in apple. Plant Physiol Biochem 129, 122–129.
Liu Q, Chen B, Wang Q et al. (2009) Carbon nanotubes as molecular transporters for walled plant cells. Nano Lett 9(3), 1007-1010.‏
Mader JC, Hanke DE (1997) Polyamine sparing may be involved in the prolongation of cell division due to inhibition of phenylpropanoid synthesis in cytokinin-starved soybean cells. J Plant Growth Regul 16(2), 89–93.
Mader JC. (1995). Polyamines in Solanum tuberosum in vitro: free and conjugated polyamines in hormone-induced tuberization. J Plant Physiol 146(1–2), 115–120.
Mohammadabadi MR, El-Tamimy M, Gianello R, Mozafari MR (2009) Supramolecular assemblies of zwitterionic nanoliposome-polynucleotide complexes as gene transfer vectors: Nanolipoplex formulation and in vitro characterisation J Liposome Res 19 (2), 105-115.
Mohammadabadi MR, Mozafari MR (2018) Enhanced efficacy and bioavailability of thymoquinone using nanoliposomal dosage form. J Drug Deliv Sci Technol 47 (1), 445-453.
Mohammadabadi MR, Mozafari MR (2019) Development of nanoliposome-encapsulated thymoquinone: evaluation of loading efficiency and particle characterization. J Biopharm 11 (4), 39-46
Mohapatra PP, Batra VK (2017) Tissue Culture of Potato (Solanum tuberosum L.): A Review. Int J Curr Microbiol 6(4), 489–495.
Mortazavi SM, Mohammadabadi MR, Mozafari MR (2005) Applications and in vivo behaviour of lipid vesicles. Nanoliposomes from Fundamentals to Recent Developments. Trafford Publishing, England. 67-76.
Muleta HD, Aga MC (2019) Role of nitrogen on potato production: a review. J Plant Sci 7(2), 36-42.‏
Ovono PO, Kevers C, Dommes J (2010) Tuber formation and development of Dioscorea cayenensis–Dioscorea rotundata complex in vitro effect of polyamines. In Vitro Cell Dev Biol 46(1), 81–88.
Park S, Kim T, Gwon Y et al. (2019) Graphene-layered eggshell membrane as a flexible and functional scaffold for enhanced proliferation and differentiation of stem cells. Acs Appl. Bio Mater 2(10), 4242-4248.‏
Saadatian B, kafi M (2015) Study of nutritional role of silicon nano-particles on physiological characteristics of minituber potato production. J Plant Prod Res Vol. 22 (1) 173-189.
Seog K (2000)  Investigation  of a two process for potato ( Solanum tuberosum L .) microtuber production.PhD theses, University of Canterbury. Botany.
Smith TA (1985) Polyamines. Annu Rev Plant Physiol 36(1), 117–143.
Tang GX, Zhou WJ, Li HZ et al. (2003) Medium, explant and genotype factors influencing shoot regeneration in oilseed Brassica spp.  J Agron Crop Sci 189(5), 351-358.
Tlili I, Hdider C, Lenucci MS et al. (2011) Bio active compounds and antioxidant activities of different watermelon (Citrullus lanatus (Thunb.) Mansfeld) cultivars as affected by fruit sampling area J Food Compos Anal 24(3), 307-314.
Vithanage M, Seneviratne M, Ahmad M, Sarkar B, Ok YS (2017) Contrasting effects of engineered carbon nanotubes on plants: a review. Environ Geochem. Health 39(6), 1421-1439.‏
Yin L, Wang Z, Wang S, Xu W, Bao H (2018) Effects of graphene oxide and/or Cd2+ on seed germination, seedling growth, and uptake to Cd2+ in solution culture. Water Air Soil Pollut 229(5), 1-12.‏‏
Zahia K, Malika RK, Sara, et al. (2020) Interactive effect of genotype and medium on microtuberization of potatoes (L.) grown. Acta Nat Sci 7(1), 8-25.‏
Zakaria M, Hossain MM, Mian MK et al. (2007) Effect of nitrogen and potassium on in vitro tuberization of potato. Plant Tissue Cult Biotechnol 17(1), 79-85.‏
Zarrabi A, Alipoor Amro Abadi M, Khorasani S, et al. (2020) Nanoliposomes and Tocosomes as Multifunctional Nanocarriers for the Encapsulation of Nutraceutical and Dietary Molecules. Molecules 25 (3), e638.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 15، شماره 3
مهر 1402
صفحه 77-96

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار