Účinky UV záření a nanočástic na rostliny rajčat

Abylay Abenov

Master's thesis

Effects of UV radiation and nanoparticles on tomato plants

Abstract:

Vývoj nanotechnologií se stává nedílnou součástí vědeckého a inovativního rozvoje celého světa. V oblasti vědy je v současné době významným směrem výzkumu, studium účinku nanomateriálů na biologické objekty. Tyto studie se stávají nesmírně důležitými, protože spektrum a množství nanočástic vstupujících do životního prostředí se rozšiřuje a proto je nutné podrobné posouzení důsledků dopadu nanomateriálů a převážně nanočástic prvků těžkých kovů (Cd, Hg, Pb, Ag, Cr, Cu a Zn) na živé organismy. Nanočástice oxidu zinečnatého jsou široce používány v mnoha oblastech lidské činnosti, včetně biologie, medicíny a zemědělství. Existuje mnoho studií naznačujících pozitivní účinek nanočástic oxidu zinečnatého na rostliny, ale na druhou stranu existují také důkazy o toxických účincích, zejména v důsledku použití vysokých koncentrací, které v rostlinách způsobují oxidační stres. Zatímco nízké dávky naopak způsobuje pozitivní vliv na růst, vývoj a životně důležitou aktivitu rostlin. Existují také důkazy o „nulovém účinku“ a mnoho studií odhalilo různé účinky expozice u stejné koncentrace nanočástic na různých kulturních rostlinách Díky svým jedinečným vlastnostem jsou nanočástice ZnO vhodnější formou zinku, na rozdíl od jejich objemného protějšku. Navzdory zvýšenému zájmu o nanočástice oxidu zinečnatého, zůstávají otázky týkající se možnosti toxického účinku nanočástic s jiným stresorem prakticky neprozkoumané. Cílem této práce byla srovnávací analýza účinků zinku ve formě nanočástic (ZnO NPs) a zinku v chelátové formě (Zn - EDTA) na rostliny Solanum lycoperscicum L. v kombinaci s dalším stresorem (UV záření třídy C). Výsledky výzkumu odhalily, že při stanovení obecné antioxidační schopnosti ZnO NP o koncentracích 2; 10 a 50 mg / l a 2 mg/ l Zn-EDTA, může minimalizovat expozici UV záření. Toto pozorování nás přibližuje k možnostem potvrzení ochranné schopnosti nanočástic zinku před nadměrným zářením. Analýza obsahu celkového množství chlorofylů, flavonoidů a polyfenolických látek se na rozdíl od optimální skupiny rostlin, nevystavené záření pouze účinkům postřiku lišila, (zvyšovala nebo snižovala) v závislosti na formě zinku, koncentraci a kombinaci s UV zářením. Toxický účinek byl však nejčastěji pozorován ve skupině ZnO NPs v různých koncentracích spolu s dalším stresorem, UV-C, což naznačuje přítomnost oxidačního stresu v ošetřených rostlinách. Výsledky studie umožňují dospět k závěru, že toxický účinek při použití nanočástic oxidu zinečnatého závisí na koncentraci a přítomnosti nadměrného záření.

Abstract:

The development of nanotechnologies is becoming an integral part of the scientific and innovative development of the whole world. In the field of science, the study of the effect of nanomaterials on biological objects is currently an important direction of research. These studies are becoming extremely important as the spectrum and amount of nanoparticles entering the environment expands and therefore a detailed assessment of the impact of nanomaterials and mainly nanoparticles of heavy metal elements (Cd, Hg, Pb, Ag, Cr, Cu and Zn) on living organisms. Zinc oxide nanoparticles are widely used in many areas of human activity, including biology, medicine and agriculture. There are many studies suggesting a positive effect of zinc oxide nanoparticles on plants, but on the other hand there is also evidence of toxic effects, especially due to the use of high concentrations that cause oxidative stress in plants. While low doses, on the other hand, cause a positive effect on the growth, development and vital activity of plants. There is also evidence of "zero effect" and many studies have revealed different effects of exposure to the same concentration of nanoparticles on different cultivated plants. Due to their unique properties, ZnO nanoparticles are a more suitable form of zinc than their bulky counterpart. Despite the increased interest in zinc oxide nanoparticles, questions about the possible toxic effects of nanoparticles with other stressors remain virtually unexplored. The aim of this work was a comparative analysis of the effects of zinc in the form of nanoparticles (ZnO NPs) and zinc in chelated form (Zn - EDTA) on plants of Solanum lycoperscicum L. in combination with another stressor (UV radiation class C). The results of the research revealed that in determining the general antioxidant capacity of ZnO NP at concentrations of 2; 10 and 50 mg / l and 2 mg / l Zn-EDTA, can minimize UV exposure. This observation brings us closer to the possibilities of confirming the protective ability of zinc nanoparticles against excessive radiation. The analysis of the content of total chlorophylls, flavonoids and polyphenolic substances, in contrast to the optimal group of plants, unexposed to radiation only differed (increased or decreased) depending on the form of zinc, concentration and combination with UV radiation. However, the toxic effect was most often observed in the group of ZnO NPs in various concentrations together with another stressor, UV-C, indicating the presence of oxidative stress in the treated plants. The results of the study lead to the conclusion that the toxic effect when using zinc oxide nanoparticles depends on the concentration and the presence of excessive radiation.

Keywords

chlorofyly, karotenoidy, polyfenoly, flavonoidy, Nanočástice oxidu zinečnatého, ultrafialové záření C, antioxidační kapacita

Keywords

flavonoids, polyphenols, carotenoids, ultraviolet C radiation, antioxidant capacity, Zinc oxide nanoparticles, chlorophylls

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Dalibor Húska, Ph.D.

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / field:
Chemistry and Food Technology / Ecotrophology