دانشگاه بیرجند تنش‌های محیطی در علوم زراعی 2228-7604 19 2 2026 05 22 Effect of biotic stimuli melatonin and sodium nitroprusside on mitigating heavy metal stress in corn (Zea mays L.) تأثیر محرک‌های زیستی ملاتونین و نیتروپروساید سدیم در کاهش اثرات فلزات سنگین در گیاه ذرت (.Zea mays L) 323 339 3939 10.22077/escs.2025.8643.2328 FA محمد عظیمی گندمانی استادیار، گروه کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 4697-19395، تهران، ایران 0000-0001-9296-3805 مصطفی علی نقی زاده استادیار، گروه کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 4697-19395، تهران، ایران 0009-0005-9636-7329 کامیار کاظمی استادیار، گروه کشاورزی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 4697-19395، تهران، ایران 0000-0003-0308-3879 Journal Article 2024 12 26 <strong>Introduction</strong><br />Heavy metals (HMs) pose a serious threat to corn (<em>Zea mays</em> L.), a key crop for global food security. Melatonin (MT) enhances tolerance to abiotic stresses by regulating antioxidant enzyme activities and reducing oxidative damage. Similarly, sodium nitroprusside (SNP) has been reported to alleviate heavy metal toxicity and enhance stress tolerance in various crops by modulating nitric oxide signaling pathways. Therefore, this study aimed to: (i) evaluate the effects of lead (Pb) and cadmium (Cd) accumulation on corn growth and biomass production, (ii) investigate the physiological responses of corn to heavy metal stress, including changes in dry matter partitioning among plant organs, and (iii) examine the interactive effects of heavy metals with MT and SNP on stress tolerance mechanisms and the phytoremediation potential of corn.<br /> <br /><strong>Materials and methods</strong><br />This pot experiment was conducted in 2024 at the research farm of Payame Noor University, Gandoman, Borujan County, Chaharmahal and Bakhtiari Province, Iran, under controlled conditions in a rain-protected shelter. The corn cultivar used in this experiment was Single Cross 704. The experiment was arranged as a factorial experiment based on a randomized complete block design (RCBD) with four replications. Treatments consisted of four levels of heavy metals as the first factor: (i) control (no heavy metals), (ii) lead (Pb), (iii) cadmium (Cd), and (iv) combined Pb + Cd; and seven levels of melatonin and sodium nitroprusside as the second factor: (i) control, (ii) 0.05 mM melatonin (MT), (iii) 0.1 mM MT, (iv) 0.5 mM sodium nitroprusside (SNP), (v) 1.5 mM SNP, (vi) 0.05 mM MT + 0.5 mM SNP, and (vii) 0.1 mM MT + 1.5 mM SNP. Data were analyzed using SAS software (version 9.2), and figures were prepared using Microsoft Excel (2013). Mean comparisons were carried out using Duncan’s multiple range test at a 95% confidence level.<br /> <br /><strong>Results and discussion</strong><br />Exposure to Pb and Cd significantly increased peroxidase (POD) activity by 24% and 12%, respectively, and enhanced superoxide dismutase (SOD) activity compared to the control. The combined Cd + Pb treatment increased peroxidase (POD) activity by 32% compared with the control. The combined Cd + Pb treatment also increased malondialdehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H₂O₂) contents by 42% and 46%, respectively, compared with the control. The combined Cd + Pb treatment reduced microbial biomass carbon (MBC) and microbial biomass nitrogen (MBN) by 8% and 33%, respectively. According to quantitative data, total plant dry weight decreased by 24% under combined Cd + Pb stress compared with the control. In contrast, MT-treated plants under combined Cd + Pb stress showed a 26% increase in total dry weight compared with the control. Similarly, SNP application resulted in a 20% increase in total dry weight.<br /><strong>Conclusion</strong><br />This study demonstrated that exogenous application of melatonin and sodium nitroprusside effectively mitigates the detrimental effects of heavy metal stress on corn growth. The results demonstrated that both treatments enhanced corn resistance to heavy metal stress. Specifically, the findings highlighted the positive effects of MT and SNP in improving corn tolerance to combined Cd and Pb stress. The results confirmed that MT and SNP treatments significantly reduced oxidative stress markers such as H₂O₂ and MDA while enhancing aboveground biomass and photosynthetic pigment content. These findings suggest that MT and SNP have the potential to improve crop resilience and productivity in heavy metal–contaminated soils. Future research should aim to elucidate the molecular pathways involved in MT- and SNP-mediated stress tolerance, validate these findings under field conditions, and develop practical application strategies for large-scale agricultural use. فلزات سنگین تأثیر قابل‌توجهی بر ذرت (<em>Zea mays</em> L.) دارد که برای امنیت غذایی جهانی حیاتی است. هدف این مطالعه ارزیابی اثربخشی نیتروپروساید سدیم و ملاتونین در کاهش اثرات مضر تنش‌های فلزات سنگین بر رشد و توسعه ذرت بود. آزمایش به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در چهار تکرار در سال 1402 اجرا شد. تیمارهای آزمایش شامل 4 سطح فلزات سنگین به‌عنوان عامل اول و هفت سطح ترکیبات ملاتونین و نیتروپروساید سدیم  به‌عنوان عامل دوم بود. تیمارهای کادمیوم و سرب و فعالیت پراکسیداز را به ترتیب 24 و 12 درصد افزایش دادند و باعث افزایش متقابل در فعالیت سوپراکسیددیسموتاز شدند در حالی‌که تیمار ترکیبی فلزات سنگین میزان فعالیت پراکسیداز را 32 درصد افزایش داد. این تیمارهای ترکیبی همچنین سطح مالون دی‌آلدهید را 42 درصد و سطح پراکسید هیدروژن را 46 درصد افزایش دادند. تیمارهای کادمیوم + سرب  صفت کربن بیومیکروبی خاک را 8 درصد و نیتروژن بیومیکروبی خاک را 33 درصد کاهش دادند. بر اساس داده‌های کمی این مطالعه، در شرایط ترکیبی فلزات سنگین (کادمیوم + سرب) وزن خشک کل گیاه تا 24 درصد در مقایسه با تیمار شاهد کاهش یافت. در مقایسه با تیمار شاهد، گیاهان تیمارشده با ملاتونین تحت تنش ترکیبی افزایش 26 درصدی وزن خشک کل را نشان دادند. به‌طور مشابه، تیمارهای نیتروپروساید سدیم باعث افزایش 20 درصدی وزن خشک کل شدند. نتایج نشان می‌دهند که ملاتونین و نیتروپروساید سدیم زیست‌توده، رنگدانه‌های فتوسنتزی و فعالیت آنتی‌اکسیدانی را در ذرت افزایش داده و بنابراین مقاومت گیاه به تنش فلزات سنگین را تقویت می‌کنند. https://escs.birjand.ac.ir/article_3939_e5afb0f2dbc6d39b312d7406054cb4c6.pdf