Yeşil sentezlenen magnetit nanopartikülün (Fe3O4NP) domatesin (Solanum lycopersicum L.) çimlenme, büyüme ve fizyolojisi üzerindeki etkileri
Assesment of the effects of green synthesized magnetit nanoparticle (Fe3O4NP) on germination, growth and physiology of tomato (Solanum lycopersicum L.)
Yazar: BESTE TOTKANLI
Danışman: PROF. DR. LALE AKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Domates = Tomato ; Fotosentez = Photosynthesis ; Manyetit = Magnetite ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Yeşil sentez = Green synthesis

Özet:
Bitki büyüme ve gelişiminin uyarılması ve bitkilerin stres faktörlerinden korunması, nanopartiküllerin (NP) uygulanma alanları arasında yer almaktadır. Magnetit nanopartiküller; manyetik özellikleri ve yüksek yüzey/hacim alanları nedeniyle çok çeşitli alanlarda kullanılan ve en fazla tercih edilen demir oksit formudur. Bu çalışmada, fitosentezlenen Fe3O4 NP ile priming uygulaması yapılan domates bitkisinde, büyüme ve gelişime etki eden fizyolojik ve biyokimyasal süreçler araştırılmıştır. Magnetit nanopartiküller, defne (Laurus nobilis L.) yaprak ekstraktı kullanılarak sentezlenmiş ve spektrofotometrik UV/Vis ölçümü, Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Geçirimli elektron mikroskobu (TEM), Zeta potential, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ve X Işını Difraktometresi (XRD) analizleri ile karakterize edilmiştir. UV-Vis spektrofotometrik ölçüm analizinde en yüksek pik değeri 300 ve 400 nm dalga boyları aralığında bulunarak magnetit NP oluştuğu belirlenmiştir. FT-IR sonuçları yeşil sentezlenen nanopartiküllerin fitobileşenler ile kaplandığını göstermiştir. Zeta potansiyeli analizi sonucunda nanopartikül yükü-20.7 mV olarak belirlenmiştir. SEM ile TEM sonuçlarına göre partikülün şekli küresel ve ortalama boyutu sırası ile 8 -12 nm olduğu gözlenmiştir. 
Fitosentezlenen Fe3O4 nanopartikülleri, beş farklı konsantrasyonda (0.1-1000 mg L-1) domates tohumlarına priming yöntemi ile uygulanmıştır. Bu tohumlarda çimlenme parametreleri yanı sıra, sera koşullarında da büyütülerek çimlenme, tohum gücü, fide büyümesi parametreleri ve magnetit partikülün fizyolojik ve biyokimyasal süreçler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Domates tohumlarına uygulanan 0.1, 100 ve 1000 mg L-1 magnetit NP konsantrasyonları çimlenme yüzdesinde artışa neden olmuştur. Bitki, kök sürgün uzunluğu ve biyokütle birikiminde en yüksek artış oranları 100 mg L-1 magnetit NP uygulamasında belirlenmiştir. Tohum gücü (vigor) analizinde ise konsantrasyon artışına paralel olarak tüm konsantrasyonlarda kontrole oranla önemli bir artış görülmüştür. Uygulamaların bitkide fotosentetik pigment miktarları üzerinde herhangi bir etkisi tespit edilmemiştir. Bitkilerde yaprak H2O2 miktarı 1000 mg L-1 konsantrasyona kadar yükselirken bu konsantrasyondan itibaren kontrol grubu seviyesine düşmüştür. Oksidatif stresin belirdiği konsantrasyonlara karşın, lipid peroksidasyon düzeyi magnetit NP uygulaması yapılan tüm gruplarda kontrol düzeyinde gerçekleşmiştir. Süperoksit dismutaz, katalaz ve peroksidaz aktiviteleri üzerinde konsantrasyona bağlı farklı farklılık gösterirken, total antioksidan aktivite 10 mg L-1 itibaren, konsantrasyon artışına paralel olarak artmıştır. Bu sonuçlarla fitosentezlenmiş magnetit nanopartiküllerin bitki hücrelerinde, membran bütünlüğünde hasar oluşturacak seviyede bir oksidatif strese neden olmadığı görülmüştür. Magnetit NP ile nanopriming uygulamasının tüm konsantrasyonlarda (1000 mg L-1 dahil) bitki gruplarında fitotoksik bir etki göstermediği aksine çimlenme ve fide gelişimi üzerine stimüle edici etkisi olduğu belirlenmiştir.
 
Anahtar kelimeler: Magnetit Nanopartikül, Solanum lycopersicum L., Fitosentez, Tohum Priming

Abstract:
Stimulation of plant growth and development and protection of plants from stress factors are among the application areas of nanoparticles (NP). Magnetite nanoparticles are the most preferred form of iron oxide, which are used in a wide variety of fields due to their magnetic properties and high surface/volume areas. In this study, physiological and biochemical processes affecting growth and development were investigated in tomato plant primed with phyto-synthesized Fe3O4 NP. Magnetite nanoparticles were synthesized using laurel (Laurus nobilis L.) leaf extract and characterized by UV/Vis spectrophotometry, Scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscope (TEM), Zeta potential, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-Ray diffractometer (XRD) analysis. The highest peak obtained between 300-400 nm from UV/Vis spectrophotometry proved the formation of magnetite NPs. FT-IR results displayed the NPs were coated with phytocontent. Zeta potential results revealed that NP charge was -20.7 mV. SEM and TEM images presented that NPs have average size between 8-12 nm and spherical shape.
Phytosynthesized Fe3O4 nanoparticles were applied to tomato seeds at five different concentrations (0.1-1000 mg L-1) by priming method. In addition to the germination parameters of these seeds, germination, seed vigor, seedling growth parameters and the effects of magnetite particles on physiological and biochemical processes were investigated under greenhouse conditions. Tomato seeds which were treated with of 0.1, 100, and 1000 mg L-1 magnetite NP, showed increased germination rate. The highest rates of plant, root shoot length, and biomass accumulation were observed after 100 mg L-1 magnetite NP application. In the vigor analysis a significant increase was observed with the increasing concentration of NPs compared to control. The amount of photosynthetic pigment in the plant was unaffected by the treatments. NP treatments up to 1000 mg L-1 increased the leaf H2O2 content in plants, while 1000 mg L-1 concentration had the same level with the control group. Despite the concentrations at which oxidative stress appeared, the level of lipid peroxidation was at the control level in all groups treated with magnetite NP. The superoxide dismutase, catalase and peroxidase activities showed different differences depending on the concentration, the total antioxidant activity increased in parallel with the increase in concentration, starting from 10 mg L-1. Obtained results, revealed that phytosynthesized magnetite nanoparticles did not cause oxidative stress in plant cells at a level that would damage the membrane integrity. It was determined that nanopriming application with magnetite NP did not have any phytotoxic effect on plant groups at all concentrations (including 1000 mg L-1), on the contrary, it had a stimulating effect on germination and seedling growth.

Keywords: Magnetite Nanoparticle, Solanum lycopersicum L., Phytosynthesis, Seed Priming