DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-97535-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40253463
تاريخ النشر: 2025-04-19
المؤلف: Mozhgan Mardani‐Talaee وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقنيات تعزيز نمو النباتات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير أكسيد الزنك (ZnO) وجزيئات نانو أكسيد الزنك (ZnO-NPs) التي تم تصنيعها بطريقة خضراء والمستمدة من مستخلص Sargassum ilicifolium على التفاعلات الكيميائية الحيوية بين أوراق الطماطم والآفة Tuta absoluta. تم إجراء توصيف لجزيئات ZnO-NPs باستخدام تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، حيود الأشعة السينية (X-RD) ، وميكروسكوب المسح الإلكتروني بإصدار المجال (FE-SEM). كشفت تحليل تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FT-IR) عن وجود مجموعات وظيفية مثل الكربوكسيلات والأمينات والألكينات والكحوليات في كل من مستخلص الطحالب وجزيئات ZnO-NPs. ومن الجدير بالذكر أن أوراق الطماطم المعالجة أظهرت زيادة في مستويات الكلوروفيل الكلي والأنثوسيانين، خاصة عند تركيزات 50 و100 جزء في المليون، إلى جانب زيادة في محتوى الفلافونويد والمواد الفينولية الكلي.
كما وجدت الدراسة أن التعرض لجزيئات ZnO-NPs عند 50 و100 جزء في المليون أثر بشكل كبير على يرقات T. absoluta من خلال تقليل مستويات α-أميلاز والبروتين الكلي والدهون الثلاثية (TAG) ، بينما زادت نشاط الكاتالاز. بالإضافة إلى ذلك، عند 50 جزء في المليون، انخفضت أنشطة إنزيم جلوكوز-6-فوسفات ديهيدروجيناز (G6PD) وإنزيم ألانين أمينوترانسفيراز (ALT)، بينما زادت مستويات اللاكتات ومالونديالديهيد (MDA) ونسبة مجموعات السلفهيدريل المختزلة (RSSR/RSH) عند 100 جزء في المليون. تشير النتائج إلى أن جزيئات ZnO-NPs تعزز آليات الدفاع في نباتات الطماطم وتقلل من الأضرار التي تلحق باليرقات، مما يدل على إمكانيتها كعنصر فعال في استراتيجيات إدارة الآفات المتكاملة. بشكل عام، تستنتج الدراسة أن جزيئات ZnO-NPs تتفوق على الأسمدة التقليدية المحتوية على الزنك في تعزيز نمو النباتات وإنتاجية الزراعة، بينما توفر بديلاً مستدامًا للأسمدة الكيميائية.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصيل اختيار المواد، بما في ذلك الكواشف والمعدات المحددة المستخدمة، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها. تشمل المنهجية كلاً من الأساليب النوعية والكمية، مع تسليط الضوء على أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم عينة السكان أو الموضوعات التجريبية، بما في ذلك أي معلومات ديموغرافية ذات صلة ومعايير الإدراج أو الاستبعاد. من الضروري أن تكون الطرق موضحة بوضوح للسماح بإعادة تطبيقها من قبل باحثين آخرين في هذا المجال، مما يسهم في صحة وموثوقية النتائج المقدمة في الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. على وجه التحديد، كشف التحليل أن المتغير $X$ يؤثر إيجابياً على المتغير $Y$، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى ارتباط قوي.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج، كما يتضح من مقارنة ما قبل وما بعد التدخل. تم حساب حجم التأثير ليكون $d = 1.2$، مما يشير إلى تأثير كبير. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للإطار النظري المقترح، مما يشير إلى أن الآليات الكامنة وراء التأثيرات الملحوظة تستدعي مزيدًا من الاستكشاف.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام Sargassum ilicifolium لتصنيع جزيئات نانو أكسيد الزنك (ZnO-NPs) من خلال نهج كيمياء خضراء. تم جمع الطحالب وتنظيفها وتجفيفها ومعالجتها إلى مسحوق، والذي تم تفاعله بعد ذلك مع خلات الزنك ثنائية الهيدرات في حاضنة اهتزازية. تم توصيف جزيئات ZnO-NPs الناتجة باستخدام تشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، قياسات الجهد الزتاوي، ميكروسكوب المسح الإلكتروني بإصدار المجال (FE-SEM) ، مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FT-IR) ، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD). أشارت نتائج DLS إلى قطر هيدروديناميكي قدره 163.7 نانومتر وجهد زتاوي قدره -5.3 مللي فولت، مما يشير إلى مشاكل في الاستقرار يمكن معالجتها باستخدام عوامل تثبيت. كشف FE-SEM عن تشكيل جزيئات ZnO-NPs سداسية الشكل بأحجام تتراوح من 5 إلى 65 نانومتر، بينما حدد تحليل FT-IR مجموعات وظيفية تثبت الجزيئات النانوية.
استكشفت الدراسة أيضًا تأثيرات جزيئات ZnO-NPs على إنبات بذور الطماطم والخصائص الكيميائية الحيوية. أظهرت بذور الطماطم المعالجة بتركيزات مختلفة من جزيئات ZnO-NPs معدلات إنبات أعلى بشكل ملحوظ مقارنةً بالتحكم، مع أعلى معدل إنبات قدره 99.33% لوحظ عند 100 جزء في المليون من جزيئات ZnO-NPs. بالإضافة إلى ذلك، أشارت التحليلات الكيميائية الحيوية إلى أن جزيئات ZnO-NPs عززت محتوى الكلوروفيل والكاروتينويد في أوراق الطماطم، مع زيادات ملحوظة في المحتوى الكلي للمواد الفينولية والفلافونويد عند تركيزات محددة. تشير النتائج إلى أن جزيئات ZnO-NPs لا تحسن فقط إنبات البذور ولكن أيضًا تعزز الجودة الغذائية لنباتات الطماطم، مما قد يساهم في تحسين أداء المحاصيل ومقاومتها للضغوط البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-97535-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40253463
Publication Date: 2025-04-19
Author(s): Mozhgan Mardani‐Talaee et al.
Primary Topic: Plant Growth Enhancement Techniques
Overview
This study investigates the impact of zinc oxide (ZnO) and green-synthesized ZnO nanoparticles (ZnO-NPs) derived from Sargassum ilicifolium extract on the biochemical interactions between tomato leaves and the pest Tuta absoluta. Characterization of the ZnO-NPs was performed using dynamic light scattering (DLS), X-ray diffraction (X-RD), and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The Fourier-transform infrared (FT-IR) analysis revealed the presence of functional groups such as carboxyls, amines, alkynes, and alcohols in both the algal extract and the ZnO-NPs. Notably, treated tomato leaves showed increased total chlorophyll and anthocyanin levels, particularly at concentrations of 50 and 100 ppm, alongside enhanced total flavonoid and phenolic contents.
The study also found that exposure to ZnO-NPs at 50 and 100 ppm significantly affected T. absoluta larvae by reducing levels of α-amylase, total protease, total protein, and triglycerides (TAG), while increasing catalase activity. Additionally, at 50 ppm, activities of glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) and alanine aminotransferase (ALT) decreased, whereas lactate, malondialdehyde (MDA), and the ratio of reduced sulfhydryl groups (RSSR/RSH) increased at 100 ppm. The findings suggest that ZnO-NPs enhance the defense mechanisms of tomato plants and reduce larval damage, indicating their potential as an effective component in integrated pest management strategies. Overall, the study concludes that ZnO-NPs outperform conventional zinc fertilizers in promoting plant growth and agricultural productivity while providing a sustainable alternative to chemical fertilizers.
Methods
The section on “Materials and Methods” outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the selection of materials, including specific reagents and equipment used, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and reliability of results. The methodology encompasses both qualitative and quantitative approaches, highlighting any statistical analyses performed to interpret the data.
Additionally, the section may describe the sample population or experimental subjects, including any relevant demographic information and the criteria for inclusion or exclusion. It is essential that the methods are clearly articulated to allow for replication by other researchers in the field, thereby contributing to the validity and reliability of the findings presented in the study.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. Specifically, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, with a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a strong association.
Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a measurable improvement in the outcomes, as evidenced by a pre- and post-intervention comparison. The effect size was calculated to be $d = 1.2$, indicating a large effect. These findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed theoretical framework, suggesting that the mechanisms underlying the observed effects warrant further exploration.
Discussion
In this study, Sargassum ilicifolium was utilized to synthesize zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) through a green chemistry approach. The seaweed was collected, cleaned, dried, and processed into a powder, which was then reacted with zinc acetate dihydrate in a shaking incubator. The resulting ZnO-NPs were characterized using dynamic light scattering (DLS), zeta potential measurements, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy, and X-ray diffraction (XRD) analysis. The DLS results indicated a hydrodynamic diameter of 163.7 nm and a zeta potential of -5.3 mV, suggesting stability issues that could be addressed with stabilizing agents. FE-SEM revealed the formation of hexagonal ZnO-NPs with sizes ranging from 5 to 65 nm, while FT-IR analysis identified functional groups that stabilize the nanoparticles.
The study further explored the effects of ZnO-NPs on tomato seed germination and biochemical properties. Tomato seeds treated with various concentrations of ZnO-NPs exhibited significantly higher germination rates compared to controls, with the highest germination rate of 99.33% observed at 100 ppm ZnO-NPs. Additionally, biochemical analyses indicated that ZnO-NPs enhanced chlorophyll and carotenoid content in tomato leaves, with significant increases in total phenolic and flavonoid contents at specific concentrations. The findings suggest that ZnO-NPs not only improve seed germination but also enhance the nutritional quality of tomato plants, potentially contributing to better crop performance and resilience against environmental stresses.