Pro-graft-Poly(HEMA) nanopartikülünün buğday (Triticum aestivum) bitkisinde fizyolojik ve biyokimyasal etkilerinin belirlenmesi
Determination of biochemical and physiological effects of Pro-graft-Poly(HEMA) nanoparticle on wheat (Triticum aestivum)
Yazar: YİĞİT KÜÇÜKÇOBANOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. LALE AKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Nanoteknoloji, nanometre boyutunda malzemelerin üretimi ve işlenmesini kapsayan bir bilim dalıdır. Günümüzde nanoteknolojiye olan ilgi her ne kadar giderek artsa da nanopartiküllerin bitkiler üzerindeki etkileri henüz tam olarak aydınlatılmamıştır. HEMA bazlı polimer nanopartiküllerin çeşitli alanlarda yaygın kullanımı olmasına karşın bu partiküllerin bitki büyüme ve gelişmesi üzerindeki etkisini araştırmaya yönelik çalışmalar yapılmamıştır. Yaptığımız tez çalışması kapsamında HEMA, HEMA-MAPA ve Pro-graft-Poly(HEMA) nanopartiküllerinin buğday (Triticum aestivum L.) bitkisi üzerindeki fizyolojik ve biyokimyasal etkileri araştırılmıştır. Pro-graft-Poly(HEMA) nanopartikülü bu çalışma için HEMA polimeri üzerine prolin graftlanması ile ilk kez sentezlenmiştir. Bitki büyüme ve gelişmesi üzerindeki etkilerin belirlenmesi için 0,01, 0,1 ve 1 ppm dozlarında nanopartikül uygulamaları yapılmıştır. Çimlenme denemeleri, 5 gün boyunca petri kaplarında yetiştirilen buğday tohumlarının çimlenme oranı, kök-gövde uzunluğu ve yaş-kuru ağırlıkları ölçülmüştür. Fizyolojik denemeler ise 14 gün boyunca sera şartlarında yetiştirilen bitkilere, nanopartikülüler foliar spreyleme ile uygulanmıştır. Bu bitkilerde fotosentetik verim miktarı, klorofil içeriği, kök hücrelerinde canlılık testi, lipid peroksidasyonu, ROS birikimi ve antioksidan enzimlerin aktiviteleri araştırılmıştır. HEMA ve HEMA-MAPA nanopartiküllerinin bitki büyüme ve gelişmesi üzerinde sınırlı iyileştirici özelliği, Pro-graft-Poly(HEMA) nanopartikülünün ise sınırlı inhibitör etkisi olduğu sonucuna varılmıştır. Uygulamaların fizyolojik etkilerinin belirlenmesi amacı ile yapılan denemelerde bitkilerin klorofil b miktarının ve MDA miktarlarının azaldığı, ROS birikiminin olmadığı ve H2O2 miktarının azalmasına paralel olarak HEMA-MAPA uygulamasında CAT, Pro-graft-Poly(HEMA) uygulamalarında CAT ve APX aktvitesinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca yapılan bütün uygulamalarda SOD aktivitesinin azaldığı sonucuna varılmıştır. Elde edilen bu sonuçlara göre HEMA bazlı nanopartiküllerin ROS birikimine bağlı olarak toksik etki göstermediği sonucuna varılmıştır. Bu sonuçların gelecekte bitkilerde yapılacak polimer bazlı nanopartikül uygulamalarına kaynak oluşturabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Nanotechnology is a field including production and processing of nanometer scale materials. Today, the interest to nanotechnology has been increased however the effects of nanoparticles on plants has not been elucidated yet. HEMA based polymer nanoparticles have wide range usage areas but there are limited reports about their effects on plant growth and development. In this study, physiological and biochemical effects of HEMA, HEMA-MAPA and Pro-graft-Poly(HEMA) nanoparticles on wheat (Triticum aestivum L.) have been investigated. Pro-graft-Poly(HEMA) nanoparticle synthesized first time by prolin grafting on HEMA polymer for this study. 0,01, 0,1 and 1 ppm doses nanoparticle treatments have been made for determining the effects on plant growth and development. Wheat seeds were germinated on petri dishes and observed for 5 days and germination rate, root-shoot length and fresh-dry weights were measured. Wheat seedlings were grown for 14 days in greenhouse conditions and nanoparticles treated with foliar spraying. These plants were used to determine photosynthetic efficiency (Fv/Fm), chlorophyll content, root cell viability test, reactive oxygen species (ROS) accumulation, lipid peroxidation, and antioxidant enzyme activities. Exposed nanoparticles; HEMA and HEMA-MAPA have limited stimulating effect and Pro-graft-Poly(HEMA) nanoparticles have limited inhibitory effects on plant growth and development. HEMA-MAPA decreased chlorophyll b, ROS accumulation was not observed in consistent with lower MDA content. While The nanoparticle induced CAT activity Pro-graft-Poly(HEMA) treatment increased both CAT and APX activities of wheat leaves. All exposed nanoparticles and proline caused a decrease in SOD activities of leaves. According to these results, HEMA based nanoparticles shows no noticeable toxic effect on wheat growth and development.  It is foreseen, these results may be the source for future researches with polymer-based nanoparticles treatments on plants.