ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerin yeşil sentezi ve buğday genotipleri üzerindeki etkilerinin doku kültüründe araştırılması
Green synthesis of ZnO, CuO and γ-Fe3O4 nanoparticules and the investigation of these nanoparticules' effects on wheat genotypes in tissue culture
Yazar: ÖZGE BALPINAR NALCI
Danışman: PROF. DR. HAYRUNNİSA NADAROĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Yapılan bu tez çalışmasında; ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartikül yapılarının yeşil sentez yoluyla sentezlenmesi, karakterize edilmesi, iki farklı buğday genotipi üzerine olgun embriyo kültür tekniği kullanılarak etkilerinin araştırılması amaç edinilmiştir.
Nanopartikül yapılarını sentezlemek için Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) bitkisi ekstraktından elde edilen peroksidaz enziminden faydalanılmıştır. Kısmi olarak saflaştırılan peroksidaz enziminin %60-80 amonyum sülfat çöktürme yöntemiyle Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) bitkisinden 149.5 kat saflaştırıldığı belirlenmiştir. Peroksidaz enzimi kullanılarak ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartikül (NP)'lerin yeşil sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla; NP'lerin sentezi için pH, sıcaklık, zaman, metal iyonu konsantrasyonu gibi çeşitli biyokimyasal verilerin optimizasyon işlemleri yapılmıştır. Elde edilen bulgulara göre ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerin sentezlenme süreleri sırasıyla 30 dk, 30 dk ve 15 dk olmuştur. Optimum sentezlenme pH'larının 7.5, 8.0 ve 11.0 olduğu saptanırken, 30°C, 25°C ve 20°C'ler optimum sentez sıcaklıkları olarak belirlenmiştir. Elde edilen nanopartikül yapılarının karakterizasyonu için FT-IR, XRD ve SEM spektrum analizleri yapılmıştır. ZnO NP yapıları 60-80 nm arasında boyutlara sahipken, CuO NP yapıları 50-120 nm arasında, γ-Fe3O4 NP yapılarının ise 30-80 nm arasında boyutları arasında olduğu belirlenmiştir.
Çalışmanın devamında ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerinin, Kırik ve ES-26 olmak üzere iki ayrı buğday (Triticum aestivum L.) genotipinin olgun embriyo kültüründe, mikro element olarak etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda NP yapılarının hem Murashige and Skoog besi ortamında var olan normal miktarıyla(1x), hem de bu miktarın iki(2x) ve üç(3x) katları şeklinde test edilmiştir. Çalışma negatif ve pozitif kontrollerle desteklenmiştir. Elde edilen bulgularda, nanopartikül içeren uygulamalarda gelişmeye bırakılan buğday embriyolarının nanopartikül yapılarından aktif bir biçimde yararlanamadığı düşünülmektedir. Sonuç olarak kontrole kıyasla nanopartikül içeren uygulamaların gelişimleri daha az olmuştur. Tüm uygulamalar arasında kallus oluşum oranı bakımından 3x CuO NP içeren ortamlar ile 3x ZnO NP içeren ortamların kontrollere kıyasla daha başarılı sonuç verdiği belirlenmiştir. Bitki oluşturma kabiliyeti bakımından en başarılı grup kontrol grubu olmuştur. Bu doğrultuda kontrole kıyasla bitki rejenerasyonunun nanopartikül uygulamalarıyla artış göstermediği görülmektedir. Ancak bu durumun temelde nanopartiküllerin bitki tarafından yararlanım süreciyle ilgili olduğu düşünülmektedir. Toksik bir etki oluşturup oluşturmadığı ise gelecek çalışmaların konusu olmaya adaydır. Bu çalışma, olgun embriyo kültüründe yeşil sentez yoluyla elde edilen NP yapılarının test edilmesi noktasında bir ilk olma özelliği taşımaktadır. Bu durum embriyoların doku kültürü gelişim aşamalarına NP'lerin oluşturacağı etkilerin belirlenmesi noktasında literatürde bir eksikliği giderecektir.

Abstract:
In this thesis study; ZnO, CuO and γ-Fe3O4 nanoparticle structures were synthesized by green synthesis, characterized, investigated by using mature embryo culture technique on two different wheat genotypes.
To synthesize nanoparticle structures, the peroxidase enzyme obtained from Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) plant extract was utilized. It was determined that the partially purified peroxidase enzyme was purified to 149.5-fold by the 60-80% ammonium sulfate precipitation method from the Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) plant. Green synthesis of ZnO, CuO and γ-Fe3O4 nanoparticles (NP) was performed using peroxidase enzyme. For this purpose; For the synthesis of NPs, various biochemical data such as pH, temperature, time, metal ion concentration were optimized. According to the findings, the synthesis times of ZnO, CuO and γ-Fe3O4 nanoparticles were 30 min, 30 min and 15 min respectively. Optimum synthesis pHs were found to be 7.5, 8.0, and 11.0, while optimum temperatures for synthesis at 30, 25, and 20 were determined. FT-IR, XRD and SEM spectrum analyzes were performed for the characterization of the obtained nanoparticle structures. ZnO NP structures have dimensions between 60-80 nm, CuO NP structures have been determined to be between 50-120 nm and γ-Fe3O4 NP structures have been found to be between 30-80 nm.
The effects of ZnO, CuO, and γ-Fe3O4 nanoparticles on two different wheat (Triticum aestivum L.) genotypes, namely, Kırik and ES-26, in mature embryo culture were investigated. In this context, NP constructions have been tested with both the normal amount (1x) and the two (2x) and three (3x) quantities available in the Murashige and Skoog media. The study was supported by negative and positive controls. In the results obtained, wheat embryos left to develop in applications containing nanoparticles are thought not to be actively exploited by nanoparticle structures. As a result, the development of nanoparticle-containing applications is less than control. It was determined that media containing 3x CuO NP and media containing 3x ZnO NP gave better results in terms of callus formation rate among all applications. The most successful group in terms of plant-building ability was the control group. In this direction, it is seen that plant regeneration did not increase with nanoparticle application compared to control. However, it is thought that this situation is mainly related to the utilization process of the nanoparticles by the plant. Whether or not it creates a toxic effect is the point of future studies. This study is a first in the test of NP structures obtained by green synthesis in mature embryo culture. This would lead to a shortage of literature in the point of determining the effects NPs will have on the tissue culture development stages of embryos.