Investigation of growth, nitrate reductase activity, total content of flavonoids, anthocyanins and some elements in Zamioculcas zamiifolia Engl. under the influence of three types of nitrogen fertilizers in greenhouse conditions

Rahmani, Alireza; Sateei, Aryan; Ebadi, Mehdi; Ahmadi Golsefidi, Mazeyar

doi:10.30495/iper.2021.679564

Manuscript ID : IPER-2010-1642 (R2) Visit : 166 PDF XML

Article Type: Original Research

Investigation of growth, nitrate reductase activity, total content of flavonoids, anthocyanins and some elements in Zamioculcas zamiifolia Engl. under the influence of three types of nitrogen fertilizers in greenhouse conditions

Alireza Rahmani ¹ ( Department of Biology, Faculty of Science, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran )
Aryan Sateei ² ( Department of Biology, Faculty of Science, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran )
Mehdi Ebadi ³ ( Department of Chemistry, Faculty of Science, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran )
Mazeyar Ahmadi Golsefidi ⁴ ( Department of Chemistry, Faculty of Science, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran )

Submited date : 2020-10-23 Accepted date : 2020-10-31

Keywords: nitrogen, Urea, Fertilizer, Medicinal plant, flavonoid, Ornamental plant, Anthocyanin, Nitrate reductase, Zamioculcas Zamiifoli Engl,

Abstract :

In the present study, the effect of nitrogen fertilizers including urea, NPK and Dr. Bio biofertilizer on growth, content of some elements, flavonoids and anthocyanins in the ornamental-medicinal plant Zamioculcas zamiifoliaEngl. was investigated. Plants were planted in pots and in random blocks in the greenhouse of Farhikhtegan of Islamic Azad University of Gorgan under the influence of different concentrations of fertilizer at the levels of 0, 2 and 4 g/l. Based on the results, urea and biofertilizer treatments had more significant effects on various aspects of growth such as fresh weight and dry weight of roots and leaves than NPK fertilizer. Although the flavonoid content of leaves was not affected by fertilizer, but biofertilizer had a significant positive effect on the anthocyanin content of them. Also, concentration 2 g/l of NPK or urea had a negative effect and concentration 4 g/l of urea had a positive effect on the total anthocyanin content of leaves. All treatments had a positive effect on increasing the nitrogen content of roots. Total nitrogen of leaves was not affected by biofertilizer, but showed some increases in other treatments. Both biofertilizer and urea showed positive and significant effects on increasing nitrate reductase activity of leaves. The effect of NPK fertilizer on this enzymatic activity was increased at a concentration of 4 g/l but decreased at a concentration of 2 g/l. All treatments showed significant effects in reducing phosphorus and potassium of leaves and instead increasing them in the roots. Both biofertilizer and NPK had significantly decreased iron content of leaves and roots. In the case of urea, this decrease was observed only for roots and in treatment 2g/ l, while the treatment 4 g/l increased the iron content in both roots and leaves.

References:
_||_

Full-Text:

بررسي رشد، فعالیت نیترات ردوکتازی، محتوای کلی فلاونوئیدها، آنتوسیانین‌ها و برخی عناصر در گیاه زینتی- دارویی زامیفولیا (Zamioculcas zamiifolia Engl..) تحت اثر
سه نوع کود نیتروژنه در شرايط گلخانه‌اي

چكيده

در پژوهش حاضر، اثر کودهای نیتروژنه شامل اوره، NPK و کود زیستی حاوی ازتوباکتر با نام تجاری دکتر بیو بر روی رشد، محتوای برخی عناصر و محتوای ترکیبات فلاونوئیدی و آنتوسیانین‌های کل در گیاه زینتی- دارویی زامیفولیا (Zamioculcas zamiifolia Engl.) مورد بررسی قرار گرفت. گیاهان در بلوك‌هاي تصادفي در گلخانه فرهيختگان دانشگاه آزاد اسلامي گرگان در گلدان و تحت تاثیر غلظت‌های مختلف کود در سطوح ۰، ۲ و ۴ گرم بر لیتر کشت شدند. بر اساس نتايج حاصل، تیمارهای اوره و کود زیستی تاثیرات معنی‌دار بیشتری بر جنبه‌های مختلف رشد نظیر وزن تر و وزن خشک ریشه و برگ‌ها نسبت به کود NPK داشتند. هرچند محتوای فلاونوئید برگ‌ها تحت تاثیر کود قرار نگرفت، ولی کود زیستی تاثیر مثبت معنی‌داری بر محتوای آنتوسیانین کل برگ‌ها داشت. همچنین غلظت ۲ گرم بر لیتر کود NPK و اوره تاثیر منفی و غلظت ۴ گرم بر لیتر اوره تاثیر مثبت بر محتوای کلی آنتوسیانین برگ‌ها داشتند. کلیه تیمارها تاثیر مثبت در افزایش محتوای نیتروژن کل ریشه داشتند. نیتروژن کل در برگ‌ها تحت تاثیر کود زیستی قرار نگرفت، ولی از این جنبه تاثیراتی مثبت در مورد سایر تیمارها مشاهده شد. هم کود زیستی و هم اوره تاثیرات مثبت و معنی‌داری را بر افزایش فعالیت نیترات ردوکتازی برگ‌ها نشان دادند. تاثیر کود NPK بر این فعالیت آنزیمی در غلظت ۴ گرم بر لیتر افزاینده، ولی در غلظت ۲ گرم بر لیتر کاهنده بود. کلیه تیمارها تاثیراتی معنی‌دار را در کاهش فسفر و پتاسیم برگها و در عوض افزایش این عناصر در ریشه ها نشان دادند. کود زیستی و کود NPK تاثیراتی معنی دار در کاهش آهن برگ‌ها و ریشه داشتند. در مورد اوره، این کاهش فقط بر روی ریشه و در تیمار ۲ گرم بر لیتر مشاهده شد، ولی تیمار ۴ گرم بر لیتر هم در ریشه و هم در برگ‌ها افزایش آهن را باعث شد.

واژگان كليدي: آنتوسیانین، اوره، زاموفيليا (Zamioculcas zamiifolia Engl..)، فلاونوئید، كود زيستي، نيتروژن، نیترات ردوکتاز، گياه دارويي، گیاه زینتی

مقدمه

گونه‌ی گیاهی Z. zamiifolia متعلق به راستهی قاشقواشسانان، تیرهی گلشیپوریان (Araceae) و زیر تیرهی Zamioculcadoideae و سرده Zamioculcas می‌باشد. زادگاه این گیاه همیشه سبز و کم‌توقع، شرق آفریقاست و از این‌رو نام جواهر زنگبار نیز به آن داده شده است. ارتفاع معمول آن 90-60 سانتیمتر است و برگ‌های جذاب آن دلیل نگهداری این گیاه در آپارتمان است. زامیفولیا دارای ریزوم‌هایی (ساقه‌های زیرزمینی) متراکم و غده‌ای شکل است و رشد ریزوم‌ها در خاک موجب تولید برگ‌های جدید در بالای خاک می‌شود. برگ‌های گیاه در واقع یک محور ساقه‌ای شکل است که 8-6 جفت برگچه در دو سوی آن روییده است. برگچه‌ها 15-7 سانتیمتر طول دارند و تخم‌مرغی شکل و براق هستند. گل‌ها بر گیاه بالغ زامیفولیا ظاهر می‌شوند. گل زامیفولیا از گل‌های ریز و پرتعداد شیری رنگ بر گل آذین سنبله‌ای محصور در برگواره (اسپات) سبز رنگ غلاف مانند تشکیل می‌شود. این گیاه به دلیل ظاهر عالی، توانایی رشد در شرایط کم نور، تحمل بسیار بالایی نسبت به تنش خشکی دارد و بیماری و مشکلات آفات را ندارد (Chen and Henny, 2003).

این گیاه جزء گیاهان دارویی و زینتی گران می‌باشد و منبع غنی از فلاوونوییدها و به خصوص آپی‌ژنین‌ها میباشد که ترکیبات آروماتیک اصلی برگها است. همچنین تحت شرایط مطلوب هم رشد آهستهای دارد. به همین دلیل تولیدکنندگان متخصص در آن وجود دارند. از طرفی مطالعات سم‌شناسی اولیه نیز شواهد مبنی بر فرض سمی بودن Z. zamiifolia را رد کرده‌اند (Papafotiou and Martini, 2009). اگرچه مواد موثره گياهان دارويي اساساً با هدايت فرآيندهاي ژنتيكي ساخته مي‌شوند، ولي سنتز آنها به طور بارزي تحت تاثير عوامل محيطي نظير رطوبت، آب، عناصر غذايي، نور و ارتفاع از سطح دريا قرار مي‌گيرد (Habibi et al., 2006). مديريت كود يكي از عوامل اصلي در كشت موفقيت‌آميز گياهان دارويي است (Griffe et al., 2003). كاربرد صحيح و مناسب عناصر و مواد غذايي در طول مراحل كاشت، داشت و برداشت گياهان دارويي نه تنها نقش عمده‌اي در افزايش عملكرد دارد، بلكه در كميت و كيفيت مواد موثره آنها نيز موثر است (Poshtdar et al., 2016). در اين بين سطوح مختلف كودي از كودهاي متفاوت، يكي از عوامل تاثيرگذار براي دستيابي به شرايط مناسب در طول دوره رشدونمو جهت حصول حداكثر عملكرد كمي و كيفي در گياهان دارويي مي‌باشد. كاربرد سطوح مختلف كود سبب برخورد مراحل رشد رويشي و زايشي گياه با عناصر غذايي متفاوت شده و از اين طريق بر رشد، نمو و عملكرد گياه تاثير مي‌گذارند (Eblagh et al., 2014). نيتروژن يكي از مهمترين عناصري است كه در تمام دوره رشد گياه ضروري بوده و در بسياري از فرآيندهاي متابوليسم گياهان نقش قابل توجهي دارد (Saxena, 2004). توجه به نقش اساسي نيتروژن در افزايش محصول از يك طرف و كاهش ميزان آن در خاك از طرف ديگر باعث شده كه پژوهشگران به طور فزاينده‌اي به مطالعه اثر كودهاي نيتروژني روي آورده و از آنها جهت افزايش توليد استفاده نمايند (Izadi et al., 2010). از آنجايي كه در توليد گياهان دارويي مهمترين مساله، طبيعي بودن مواد استحصال شده از آنها مي‌باشد، تعيين مقدار مناسب كود حائز اهميت است و بايد در به‌كارگيري كودها شيميايي دقت‌نظر بيشتري اعمال شود (Mehrabani et al., 2014).

در اين پژوهش به بررسي تغييرات فيزيولوژيكی زاموفيليا تحت تاثير غلظت‌هاي مختلف سه نوع كود نیتروژن‌دار مي‌پردازيم.

مواد و روشها

ريزوم‌هاي برگدار دو ماهه و تقریباً مشابه از نظر میزان رشد گیاه زاموفيليا از گلخانه دانشگاه آزاد اسلامي گرگان تهيه شد و به گلدان انتقال و پس از انتقال ريزوم در دو مرحله مقادير كود نیتروژنه در فواصل يك ماهه به گلدان‌ها اضافه گرديد. گياه در گلدان‌هايي با خاك كوكوپيت و پيت‌ماس با نسبت مساوی رشد كرده و آبياري هر دو هفته يك‌بار به مقدار خيلي كم انجام شد. در این آبیاری به جز موارد استفاده از کود، در سایر موارد از آب فاقد کود استفاده شد. هنگام آبیاری دقت کافی به کار رفت تا آب اضافی از زیر گلدان خارج نشود و کود اضافه شده از گلدان شسته و خارج نگردد. آزمايشات شامل شش تيمار با به کارگیری کود ترکیبی NPK (که از بین انواع مختلف آن نوع سه ۲۰ انتخاب شد)، کود زیستی دکتر بیو ¹ و اوره² به ميزان ۲ و ۴ ‌گرم بر ليتر و شاهد (بدون استفاده از کود) مي‌باشند. به این ترتیب گیاهان چهار ماهه که در تمام دوره رشد در شرایط کنترل شده گلخانه‌ای رشد کرده بودند برای سنجش‌ها مورد استفاده قرار گرفتند.

سنجش‌ها شامل تعیین وزن تر و خشك برگ و ريشه، ‌فعاليت نيترات ردوكتازی برگ‌ها،‌ محتوای فلاونوئيدی و آنتوسيانينی کل در برگ‌ها و همچنین سنجش مقدار کلی عناصر نیتروژن، فسفر، پتاسيم و آهن در برگ و ريشه مي‌باشد.

به‌منظور تعیین وزن تر نمونهها، از هر گلدان یک بوته خارج و پس از جدا کردن برگها، وزنتر آن‌ها با ترازوی دیجیتال اندازه‎گیری شد. لازم به ذکر است که اندازهگیری وزن خشک و سنجش عناصر بر روی همین نمونهها انجام گرفت. به‌منظور تعیین وزن خشک، نمونههای جمع‌آوری‌شده از مرحلهی قبل درون پاکت کاغذی به مدت ۴۸ ساعت در آون با دمای۸۰ درجه سانتی‌گراد قرار داده شد و پس از خشک شدن، با ترازوی دیجیتال توزین نمونهها انجام گرفت. قابل‌توجه است که این نمونه‎ها با دستگاه آسیاب کن، پودر و برای سنجش‎های بعدی مورداستفاده قرار گرفتند.

سنجش فعالیت نیترات ردوکتازی: فعالیت نیترات ردوکتازی برگها با سنجش مقدار نیتریت تولید شده به ازای هر گرم برگ در مدت یک ساعت و مطابق روش Harper و Hageman (۱۹۷۲) تعیین گردید.

سنجش فلاونوئیدها و آنتوسیانین‎ها: برای تخمین محتوای کلی فلاونوئیدها و آنتوسیانین‌ها در برگ‌ها با استفاده از روش Stark و Wray (۱۹۸۹)، از اندازه گیری جذب نوری عصاره استخراج شده در متانول اسیدی برگها به ترتیب در طول‌موج ۳۰۰ نانومتر و ۵۳۰ نانومتر استفاده شد. غلظت این متابولیت‌های ثانویه هم ارز با میزان جذب نوری عصاره درنظر گرفته شد و مقدار آنها با لحاظ حجم عصاره به صورت مقدار جذب نوری به ازای هر گرم وزن تر برگ محاسبه شد. خواندن جذب نوری با به‌کارگیری دستگاه اسپکتروفتومتر UV مدل Shimadzu انجام گرفت.

تعیین نیتروژن کل به روش کجلدال: در روش Kjeldahl (1883) به کمک تیتراسیون، مقدار آمونیاک تقطیر شده حاصل از مرحله هضم مقدار مشخصی از نمونه برگ گیاه تعیین و با توجه به وزن نمونه، مقدار کل نیتروژن موجود در آن محاسبه گردید.

سنجش فسفر کل بخش‌هوایی و زیرزمینی: ابتدا حل هضم نمونه به کمک اسید نیتریک و مراحل تنظیم اسیدیته به کمک آمونیاک و اسید نیتریک طی شد و در نهایت پس از تشکیل کمپلکس رنگی در مجاورت معرف فسفو مولیبدو وانادات، میزان جذب نوری در ۴۵۰ نانومتر تعیین گردید. برای تعیین غلظت فسفر، از محلول‌های دی‌هیدروژن فسفات پتاسیم برای تهیه محلول‌های استاندارد استفاده شد (Gupta et al., 1993).

سنجش آهن و پتاسیم: از عصاره‌های اسیدی به کار رفته برای سنجش فسفر، برای تعیین غلظت آهن و پتاسیم به کمک دستگاه اسپکتروسکپی جذب اتمی مدل Trace 1800-Arora با توجه به غلظت‌های معلوم از کلرور آهن و یا کلرور پتاسیم به عنوان محلول‌های استاندارد استفاده شد. سپس میزان این عناصر با عنایت به وزن خشک نمونه‌های مورد استفاده در تهیه عصاره محاسبه گردید.

ملاحظات آماری

کلیه نتایج حاصل از سنجش‌ها با لحاظ چهار تکرار جهت محاسبه میانگین و خطای معیار مورد استفاده قرار گرفتند. آنالیز واریانس (ANOVA) با استفاده از نرم‌افزار SPSS و آزمون Tukey جهت بررسی اثرات کلی تیمارها (نوع و غلظت کود) و تعیین اختلافات معنی دار و نیز تحقیق همبستگی متغیرهای مورد سنجش انجام گرفت و برای رسم نمودارها از نرم افزار EXCEL استفاده شد (جداول 1 و 2 و شکلهای 1 تا 15).

نتايج

تاثیر کلی تیمارها

مطابق جدول 1 اثر کلی تیماری (نوع و غلظت کود نیتروژن دار) بر روی متغیرهای مورد سنجش در تمام موارد به جز در مورد محتوای فلاونوئیدی برگها، در سطح 0.05 معنی دار بوده است.

تاثير كود بر ميزان وزن تر و خشك برگ و ريشه

مقايسه ميانگين داده‌ها نشان داد كه كاربرد كود زيستي و اوره تاثير معني‌داري بر ميزان وزن تر برگ گياه داشته، به‌طوري كه هر دو غلظت موجب افزايش وزن تر گياه نسبت به شاهد شد. كود NPK نيز موجب افزايش وزن تر شد، ولي اين افزايش معني‌دار نبود. نتايج نشان داد در مقايسه دو غلظت كاربردي كود اوره، غلظت g/l2 نسبت به غلظت g/l4 تاثير بيشتري در افزايش وزن تر برگ داشته است، در حالي كه در مقايسه دو غلظت كاربردي كود Dbio تفاوت معني‌داري مشاهده نشد.

شكل 1: مقايسه ميانگين مقادير مختلف كود زيستي Dbio، NPK و اوره با شاهد بر روي وزن تر برگ.