Vliv zinečnatých nanočástic u rostlin Lycopersicon esculentum Mill.,

Bc. Josef Baltazar Šenkyřík

Master's thesis

Effect of zinc nanoparticles in plants Lycopersicon esculentum Mill.

Abstract:

Nanočástice oxidu zinečnatého (ZnO NPs) jsou schopné vyvolávat rozličné reakce při působení na rostliny, a to v závislosti na jejich koncentraci a způsobu aplikace. Nadměrné koncentrace a nevhodné způsoby aplikace jsou spojeny s problematikou oxidativního stresu, který je vyvolán zvýšenou produkcí intracelulárních reaktivních forem kyslíku (ROS). Oproti tomu, vhodné koncentrace a způsoby aplikace mohou vést k pozitivním účinkům (např. nanohnojiva, nanopesticidy). ZnO NPs mohou rostlinám poskytnout dobře přijatelnou formu zinku, kterou rostliny dále využívají jako biogenní prvek. Nicméně, informací a studií o možném fytotoxickém účinku ZnO NPs je prozatím stále nedostatek. Cílem této práce bylo vypracování literární rešerše zaměřené na vliv nanočástic na rostliny, jejich charakteristiku a možné využití v zemědělství a na fytotoxické vlastnosti ZnO NPs. Dále byla tato práce zaměřena na zkoumání a vyhodnocení vlivů různých koncentrací ZnO NPs u rostlin Lycopersicon esculentum Mill., a to ve dvou kultivačních variantách – v zemině se zálivkou obohacenou o nanočástice a při kultivaci v in vitro podmínkách s nanočásticemi přítomnými v kultivačním médiu. Výsledky těchto experimentů ukazují, že ZnO NPs mají výrazně rozdílný účinek dle po-užité kultivační varianty a způsobu aplikace. Mnohem významnější rozdílné efekty v závislosti na různých koncentracích byly pozorovány u kultivační varianty in vitro, kde povětšinou měla nejvyšší použitá koncentrace zinku ve formě ZnO NPs (500 μmol·L−1) ne-gativní vliv na vitalitu rostlin z důvodu nadměrného oxidativního stresu. Rozdíly byly také patrné na hladinách expresí vybraných genů, které jsou spojeny s oxidativním stresem rostlin.

Abstract:

Zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) are capable of activating a variety of responses to plants, depending on their concentration and form of application. Excessive concentrations and inappropriate forms of application are associated with the problem of oxidative stress, which is caused by increased production of intracellular reactive oxygen species (ROS). In contrast, appropriate concentrations and forms of application can lead to positive effects (eg, nanofertilizers, nanopesticides). ZnO NPs can provide for plants an easily absorbed form of zinc, which the plants further use as a biogenic element. However, there is still lack of information and studies on the possible phytotoxic effect of ZnO NPs. This work aims to develop a literature review focused on the influence of nanoparticles on plants, their characteristics and possible use in agriculture and on the phytotoxic properties of ZnO NPs. Furthermore, this work is focused on examination and evaluation of effects of different concentrations of ZnO NPs on Lycopersicon esculentum Mill.The results of these experiments show that the ZnO NPs have a significantly different effect depending on the variant of cultivation used and the form of application. Significantly different effects depending on different concentrations were observed in the in vitro variant of cultivation, where mostly the highest zinc concentration used in the form of ZnO NPs (500 μmol·L−1) had a negative effect on plant vitality due to excessive oxidative stress. Differences were also observed in expression levels of selected genes that are associated with plant oxidative stress.

Keywords

fytotoxicita, oxidativní stres, sekundární metabolity, exprese, nanočástice, Lycopersicon esculentum Mill.

Keywords

nanoparticles, phytotoxicity, oxidative stress, secondary metabolites, expression, Lycopersicon esculentum Mill.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2020

Thesis defence

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

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / field:
Plant Production / Plant Biotechnology