بهبود تولید کورم زعفران تحت تنش دمای بالا: تلفیق تیمارهای بیولوژیک و نانوذرات

زمینه: کشت زعفران (Crocus sativus L.) با چالش‌های فزاینده‌ای ناشی از تغییرات آب‌وهوایی و کاهش عملکرد مواجه است. توسعه بهینه کورم در دمای 15/6 درجه سانتی‌گراد (روز/شب) رخ می‌دهد. با این حال، تغییرات آب‌وهوایی کشت را تحت رژیم‌های دمایی بالاتر تحمیل می‌کند. این مطالعه اثرات تیمارهای Trichoderma harzianum Bi، نانو-TiO2 و میدان مغناطیسی را بر تولید کورم زعفران تحت شرایط گلخانه‌ای با دمای بالا (25/15 درجه سانتی‌گراد روز/شب، که 10 درجه سانتی‌گراد بیش از دماهای بهینه است) بررسی کرد، که نمایانگر شرایط تنش شایع در مناطق کشت سنتی است. در حالی که تولید در محیط کنترل شده راه‌حل‌های بالقوه ارائه می‌دهد، اثرات ترکیبی تیمارهای بیولوژیک و فیزیکی برای کاهش تنش دمای بالا هنوز بررسی نشده است. روش‌ها: یک آزمایش فاکتوریل اثرات محیط غنی شده با T. harzianum Bi (0، 100% حجمی/حجمی)، نانو-TiO2 (0، 250، 500 میکرولیتر بر لیتر) و قرارگیری در معرض میدان مغناطیسی (0، 60 میلی‌تسلا، قرارگیری ثابت 30 دقیقه‌ای) را بر کورم‌های زعفران با اندازه یکنواخت (13 ± 0.5 گرم) کشت شده در محیط کوکوپیت-پرلیت (3:1 حجمی/حجمی) بررسی کرد. تجزیه و تحلیل شامل پارامترهای تولید کورم و پروفایل‌سازی متابولیک جامع ترکیبات کلیدی از جمله کربوهیدرات‌ها، اسیدهای آمینه و اسیدهای آلی بود. نتایج: تیمار ترکیبی T. harzianum و نانو-TiO2 با غلظت 250 میکرولیتر بر لیتر به طور معنی‌داری تولید کورم را افزایش داد و وزن تک کورم را 68.9% (از 0.2 ± 9.0 به 0.3 ± 15.2 گرم بر کورم، p < 0.05) بهبود بخشید و متابولیت‌های کلیدی را ارتقا داد: نشاسته (افزایش 37.6% به 20.4 ± 255.2 میلی‌گرم بر گرم وزن تر)، GABA (افزایش 159.6% به 0.11 ± 1.35 میکرومول بر گرم وزن تر) و مایواینوزیتول (افزایش 111.1% به 0.08 ± 0.95 میلی‌گرم بر گرم وزن تر). قرارگیری در معرض میدان مغناطیسی تعداد کورم‌ها را افزایش داد اما وزن تک‌تک آن‌ها را 20% کاهش داد. تجزیه و تحلیل متابولومیک بهبود هماهنگ متابولیسم کربوهیدرات و مسیرهای پاسخ به تنش را نشان داد. نتیجه‌گیری: برای تولید تجاری، استفاده ترکیبی از T. harzianum (غنی‌سازی 100% حجمی/حجمی محیط) همراه با تیمار نانو-TiO2 با غلظت 250 میکرولیتر بر لیتر تحت شرایط گلخانه‌ای کنترل شده (25/15 درجه سانتی‌گراد روز/شب) را توصیه می‌کنیم. این پروتکل به طور مداوم کورم‌های بزرگ‌تر و قوی‌تر با پروفایل‌های متابولیک بهبودیافته تولید می‌کند، اگرچه کاربردهای میدان مغناطیسی نیاز به بهینه‌سازی بیشتر دارند. این یافته‌ها راهبردهای عملی فوری برای مقابله با چالش‌های کشت تحت شرایط تنش دمایی فزاینده ارائه می‌دهد، که به ویژه برای سیستم‌های تولید گلخانه‌ای تجاری مرتبط است.

Background: Saffron (Crocus sativus L.) cultivation faces increasing challenges from climate change and declining yields. Optimal corm development occurs at 15/6 °C day/night temperatures. However, climate change is forcing cultivation under higher temperature regimes. This study investigated the effects of Trichoderma harzianum Bi, nano-TiO2, and magnetic field treatments on saffron cormlet production under high-temperature greenhouse conditions (25/15 °C day/night, exceeding optimal temperatures by 10 °C), representing increasingly common stress conditions in traditional growing regions. While controlled environment production offers potential solutions, the combined effects of biological and physical treatments for mitigating high-temperature stress remain unexplored. Methods: A factorial experiment examined T. harzianum Bi-enriched medium (0, 100% v/v), nano-TiO2 (0, 250, 500 μl l−1), and magnetic field exposure (0, 60 millitesla, 30-min constant exposure) effects on uniform-sized saffron corms (13 ± 0.5 g) grown in cocopeat-perlite medium (3:1 v/v). Analysis included cormlet production parameters and comprehensive metabolic profiling of key compounds including carbohydrates, amino acids, and organic acids. Results: Combined T. harzianum and 250 μl l−1 nano-TiO2 treatment significantly enhanced cormlet production, increasing individual cormlet weight by 68.9% (from 9.0 ± 0.2 to 15.2 ± 0.3 g/cormlet, p < 0.05) and improving key metabolites: starch (37.6% increase to 255.2 ± 20.4 mg g−1 FW), GABA (159.6% increase to 1.35 ± 0.11 μmol g−1 FW), and myoinositol (111.1% increase to 0.95 ± 0.08 mg g−1 FW). Magnetic field exposure increased cormlet numbers but reduced individual weights by 20%. Metabolomic analysis revealed coordinated enhancement of carbohydrate metabolism and stress response pathways. Conclusion: For commercial production, we recommend applying combined T. harzianum (100% v/v medium enrichment) with 250 μl l−1 nano-TiO2 treatment under controlled greenhouse conditions (25/15 °C Day/night). This protocol consistently produces larger, more vigorous cormlets with enhanced metabolic profiles, though magnetic field applications require further optimization. These findings provide immediate practical strategies for addressing cultivation challenges under increasing temperature stress conditions, particularly relevant for commercial greenhouse production systems.