Endüstride kullanılan titanyum dioksit (TiO2) ve çinko oksit (ZnO) nanopartiküllerinin arpa (Hordeum vulgare L.) ve ekmeklik buğday (Triticum aestivum L. Michelangelo) bitkileri tarafından alınımının ve birikiminin incelenmesi
Investigation of the uptake and accumulation of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles used in industry by barley (Hordeum vulgare L.) and bread wheat (Triticum aestivum L. Michelangelo)
Yazar: ZEYNEP GÖRKEM DOĞAROĞLU
Danışman: PROF. DR. NURCAN KÖLELİ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Buğdaygil yembitkisi = Graminae forage ; Ekmeklik buğday = Bread wheat

Özet:
Nanopartiküller (NP) giderek artan sayıda ticari ürün olarak piyasaya sürülmekte ve bu ürünlerin üretimi çevresel ortamlara yayılmasını arttırmaktadır. Bitkiler, nanopartiküllerin besin zincirine girmesinde önemli bir potansiyele sahiptir. Şimdiye kadar, nanopartiküllerin bitkiler üzerindeki etkileri konusunda yapılan araştırmalar az olup, nanopartiküllerin toksik etkilerini ve bitkiye alımını gösteren literatür çalışmaları çelişkilidir. Bu çalışmada, iki tarımsal açıdan önemli tarım bitkisinde (arpa (Hordeum vulgare L.) ve buğdayda (Triticum aestivum L. Michelangelo), ZnO (̴30 nm) ve TiO2 (̴30 nm) olmak üzere iki metal oksit nanopartikülünün fitotoksisitesi, bitkiye alım ve antioksidan seviyelerine etkisi araştırılmıştır. Denemeler iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Artan derişimlerde ZnO ve TiO2 nanopartiküllerine (0 (kontrol), 5, 10, 20, 40 ve 80 mg/L) maruz bırakılan buğday ve arpa tohumları, birinci aşamada 7 gün süreyle tohum çimlenmesi ve kök uzaması testlerine maruz bırakılmıştır. İkinci aşamada ise çimlenen bitkiler torf ortamına aktarılarak 14 gün süreyle yetiştirilmiştir. Toplam 21. gün hasat edilen bitkilerin yeşil aksamlarında klorofil içerikleri ve antioksidan (süperoksit dismütaz-SOD, katalaz-CAT, askorbat peroksidaz-APX, İndirgenmiş Glutatyon ve prolin) seviyeleri ile Ti ve Zn alımları belirlenmiştir. Kullanılan her iki bitki türünün tohum çimlenmesine TiO2 ve ZnO nanopartiküllerinin herhangi bir etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Buğday ve arpa bitkisinin TiO2 ve ZnO nanopartikülüne maruziyeti sonucunda kök uzamasında farklı tepkiler gösterdiği belirlenmiş olup arpa bitkisi üzerine TiO2 ve ZnO nanopartikülleri pozitif etki göstererek gövde uzamasının artmasına sebep olmuştur. Glutatyon seviyelerinde arpa-TiO2 denemesi hariç diğer denemelerde azalmaların olduğu prolin seviyesinde ise arpa-ZnO denemesi hariç diğer denemelerde artışların olduğu belirlenmiştir. Antioksidan seviyeleri açısından buğday denemelerinde 20 mg/kg derişiminin önemli olduğu belirlenmiştir.  Arpa ve buğday bitkilerinde TiO2 nanopartikül stresine bağlı SOD aktivitesinde artış ve azalışların olduğu, ZnO nanopartikül stresinde ise her iki bitkinin SOD aktivitesinin azaldığı belirlenmiştir. Arpa bitkisinin her iki nanopartikül türünü de bünyesine aldığı belirlenmiş olup en yüksek alımın 40 mg/kg derişiminde olduğu gözlenmiştir. Tüm bu veriler değerlendirildiğinde, tez kapsamında kullanılan ekmeklik buğday türünün arpa türüne göre TiO2 ve ZnO nanopartiküllerine daha duyarlı olduğu ve TiO2 nanopartikülünü

Abstract:
Nanoparticles (NP) are introduced in a growing number of commercial products and their production may lead to their release in the environment. Plants may be a potential entry point for nanoparticles in the food chain. Up to now, the effects of nanoparticles on plants have been seldom studied and results describing toxic effects and uptake of nanoparticles are contradictory.  In this work, the phytotoxicity of two metal oxide nanoparticles - ZnO ( ̴30 nm)  and TiO2 ( ̴30 nm)- and their uptake and antioxidants have been studied in two agriculturally significant crop plants (barley (Hordeum vulgare L.)  and wheat (Triticum aestivum L. Michelangelo)). The experiments were carried out in two stages. In the first step, wheat and barley seeds exposed to ZnO and TiO2 nanoparticles (0 (control), 5, 10, 20, 40 and 80 mg/L) at increasing concentrations were subjected to seed germination and root growth tests for 7 days. In the second stage, the germinated plants were transferred to the turf media and chlorophyll content and antioxidant levels (superoxide dismutase-SOD, catalase-CAT, ascorbate peroxidase-APX, Glutathione and proline) were determined in the green component of the harvested plants after 21 days. The seed germination rate was not affected by both TiO2 and ZnO nanoparticles types and concentrations. It was determined that the root elongation gave different responses to the nanoparticles on the other hand TiO2 and ZnO nanoparticles increased the shoot elongation of barley. The glutathione levels decreased under exposure of TiO2 and ZnO nanoparticles except barley and TiO2 nanoparticles test and also proline levels decreased only barley and ZnO nanoparticles test. It must be note that the 20 mg/kg concentrations of both type of nanoparticles has important effects in antioxidant levels of bread wheat plants. It was determined that the SOD activities decreased in both types of plants under ZnO nanoparticles exposure. Barley plants uptake both TiO2 and ZnO nanoparticles and the maximum uptake was determined at 40 mg/kg concentration. Results showed that the bread wheat plants are more sensitive to TiO2 and ZnO nanoparticles than the barley plants and TiO2 nanoparticles have more toxic effects on bread wheat and barley than ZnO nanoparticles.