Al2o3 (Aluminyum oksit) nanopartiküllerinin Triticum aestivum L. (buğday) kökleri üzerinde morfolojik, sitotoksik ve genotoksik etkileri
Morphological, cytotoxic and genotoxic effects of Al2o3 (Alumina) on the roots of Triticum aestivum L. (Wheat)
Yazar: FATMA YANIK
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ VARDAR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Eğitimi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Nanoteknolojinin gelişimi ile çevre kirliliğine sebep olan üretilmiş metal oksit nanopartiküllerinin miktarı artmaktadır. Nanopartikül miktarının artması ile birlikte toksisite ile ilgili değerlendirmeler önem kazanmaktadır. Aluminyum oksit (Al2O3) nanopartikülü kişisel bakım ürünlerinde olduğu gibi endüstride yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Bu çalışmada farklı konsantrasyonlardaki (5, 25 ve 50 mg/ml) Al2O3 çözeltisine 24, 48, 72 ve 96 saat süreyle maruz bırakılan buğday (Triticum aestivum L.) köklerinde meydana gelen morfolojik, sitotoksik ve genotoksik değişikleri ortaya koymak amaçlandı. 96 saat sonunda Al2O3 nanopartikülleri kök uzunluğunu 5 mg/ml'de %40.2, 25 mg/ml'de %50.6 ve 50 mg/ml'de %54.5 oranında düşürdü. Kök uzunluğunun inhibisyonu ile alternatif stres cevaplarını ilişkilendirmek için köklere sitokimyasal analizler uygulandı. Kökler, hücredeki değişiklikler için toluidin mavisi, lignin birikimi için floroglusin ve kalloz depolanması için anilin mavisi ile boyandı. Elde edilen sonuçlara göre 96 saat sonunda Al2O3 nanopartikülleri kök korteks hücrelerinde lignin birikimi, kalloz depolanması, hücrede vakuolleşme ve bozukluklara sebep olduğu belirlendi. Ayrıca Bradford protein miktarı sonuçlarına göre nanopartikül 96 saat sonunda kontrolle karşılaştırıldığında total proteinde düşüşe sebep olmuştur. Nanopartikül uygulaması oksidatif stres faktörü olan peroksidaz aktivitesini önemli derecede artırdı. Bunun yanında agaroz jel sonuçları Al2O3 nanopartiküllerinin, programlı hücre ölümünün önemli belirteçlerinden biri olan DNA fragmentasyonuna sebep olduğunu ortaya çıkardı. Sonuç olarak; direkt Al2O3 nanopartikülü uygulaması buğday köklerinde morfolojik, hücresel ve moleküler değişikliklerle sonuçlanan belirgin fitotoksisiteye neden oldu. Bu çalışma aynı zamanda nanopartikülleri de içeren atıkların giderilmesindeki ekolojik sorumluluğun ihtiyacını vurgulamakta, ve nanopartiküllerin çevre ve tarımsal sistemlerdeki etkileri üzerine daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulduğunun altını çizmektedir.

Abstract:
The development of nanotechnologies has increased the amount of manufactured metal oxide nanoparticles emerging environmental pollution. In view of increasing amount of nanoparticle, their toxicity assessment becomes important. Aluminum oxide (Al2O3) nanoparticles have wide range of applications in industrial as well as personal care products. The present study aims to reveal the morphological, cytotoxic and genotoxic responses of wheat (Triticum aestivum L.) roots, exposed to different concentrations of Al2O3 nanoparticles (0, 5, 25 and 50 mg/ml) at 24, 48, 72 and 96 h time periods. Al2O3 nanoparticles reduced the root elongation by 40.2% in 5 mg/ml, 50.6% in 25 mg/ml and 54.5% in 50 mg/ml after 96 h. To correlate the root elongation inhibition with the alternative stress responses, cytochemical analysis were performed.  The roots were stained with toluidine blue for cellular alteration, phloroglucinol for lignin accumulation and aniline blue for callose deposition. The results indicated that Al2O3 nanoparticles caused lignin accumulation, callose deposition, cellular vacuolization and cellular damage in the root cortex cells after 96 h. Furthermore, Bradford protein assay results indicated that the nanoparticle reduced the total protein content with respect to control after 96 h. The nanoparticle treatment increased the peroxidase activity significantly which is considered to be oxidative stress factor. Moreover, agarose gel results revealed that Al2O3 nanoparticles caused DNA fragmentation which is one of the important markers of programmed cell death. In conclusion, direct exposure to Al2O3 nanoparticles causes significant phytotoxicity in wheat roots culminating in morphological, cellular and molecular alterations. This study also emphasizes the need for ecologically responsible disposal of wastes containing nanoparticles and highlights the necessity for further study on the impacts of nanoparticles on agricultural and environmental systems.