Aspir genotiplerinde gümüş nanopartiküllerin bor stres uygulamaları üzerine etkileri

Aspir (Carthamus tinctorius L.) dünyanın birçok yerinde tarımı yapılan kurak ve yarı kurak bölgelerde de yetişebilen yağlı tohumlu bir bitkidir. Bitkiler için temel besin elementi olan bor (B)’un aşırı alımı bor stresine yol açmaktadır. Bor toksisitesi, aspir bitkisinin gelişimini ve verimini olumsuz etkileyen başlıca abiyotik stres faktörlerinden biridir. Bu çalışmada, çevre dostu ve hızlı bir yöntem olan mikrodalga destekli yeşil sentez yaklaşımı kullanılarak aspir bitkisinden gümüş nanopartikül (Ag NP) sentezlenmiştir. Sentezlenen nanopartiküllerin karakterizasyonu; UV-Görünür Bölge Spektrofotometresi, Taramalı Transmisyon Elektron Mikroskobu (STEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDX), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektrofotometresi (FTIR), İndüktif Eşleşmiş Plazma Kütle Spektrometresi (ICP MS), Zeta Potansiyeli ve X-ışını Kırınımı (XRD) ile gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, Dinçer ve Koç42 isimli iki aspir genotipi kullanılarak B stresi ve Ag NP uygulaması sonucu meydana gelen morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal yanıtlar değerlendirilmiştir. Bitki genotiplerine 50 ppm Ag NP ve 2, 4 ve 8 mM olmak üzere farklı B konsantrasyonları uygulanarak toplam 16 deney grubu oluşturulmuştur. Deney sonucu elde edilen veriler, Ag NP ve artan B konsantrasyonlarının aspir bitkisinin gelişimi üzerine etkilerini ortaya koymuştur. Artan konsantrasyonlarda B uygulamaları bitki nispi su (RWC) içeriğinin azalmasına, toplam klorofil ve toplam karotenoid miktarlarında kayıplara, fotosentetik aktivitenin düşmesine ve yapraklarda H2O2 içeriğinde artışa neden olarak nekrotik zonların oluşumunu tetiklemiştir. Genotipler stres sırasında açığa çıkan reaktif oksijen türlerini (ROS) detoksifiye edebilmek için antioksidan savunma sistemlerini etkin bir şekilde devreye sokmuştur. Klorofil floresansı ölçümlerinden elde edilen sonuçlarda ise, artan B dozlarında fotosistemler hasar görmüş ve fotosentez kapasitesi azalmışken, NP uygulamalarının, 8mM B uygulamasına kadar bitkinin fotosentetik aparatlarını korumak için katkı sağladığı belirlenmiştir. Elde edilen tüm veriler birlikte değerlendirildiğinde Koç42 çeşidi B toksisitesine daha toleranslı olarak belirlenmiştir. Bu çalışmanın bulguları; uygulanan NP konsantrasyonu, NP uygulama süresi, bitki genotipi, uygulama yapılan bitki organı ve ayrıca bitkiye NP uygulama şeklinin de tarımsal bitkilerde NP uygulamalarına bağlı oluşacak yanıtları önemli ölçüde değiştirebileceğini ortaya koymaktadır.

Safflower (Carthamus tinctorius L.) is an oilseed plant cultivated in many parts of the world and can grow in arid and semi-arid regions. Excessive uptake of boron (B), which is an essential nutrient element for plants, leads to boron toxicity stress. Boron toxicity is one of the major abiotic stress factors that adversely affect the growth and productivity of safflower. In this study, silver nanoparticles (Ag NP) were synthesized from safflower using a microwave-assisted green synthesis approach, which is an environmentally friendly and rapid method. The synthesized nanoparticles were characterized by UV Visible Spectrophotometer, Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM), Energy-Dispersive X ray Spectroscopy (EDX), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR), Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS), Zeta Potential, and X-ray Diffraction (XRD). In this study, the morphological, physiological, and biochemical responses induced by boron stress and Ag NP application were evaluated using two safflower genotypes, namely Dinçer and Koç42. A total of 16 experimental groups were established by applying 50 ppm Ag NP and boron concentrations of 2, 4, and 8 mM to the plant genotypes. The data obtained from the experiment revealed the effects of Ag NP and increasing boron concentrations on the growth of safflower. The application of B at increasing concentrations led to a reduction in relative water content (RWC), decreases in total chlorophyll and total carotenoid levels, and a decline in photosynthetic activity, while causing an increase in H2O2 content in the leaves, thereby triggering the formation of necrotic zones. The genotypes effectively activated their antioxidant defense systems to detoxify the reactive oxygen species (ROS) generated under stress conditions. According to the results obtained from chlorophyll fluorescence measurements, increasing boron doses caused damage to the photosystems and reduced photosynthetic capacity, whereas the application of NP contributed to the protection of the photosynthetic apparatus up to the 8 mM B treatment. When all the data were evaluated together, the Koç42 genotype was identified as being more tolerant to boron toxicity. The findings of this study indicate that the applied NP concentration, the duration of NP treatment, the plant genotype, the plant organ to which NP are applied, and the mode of application can all significantly influence the responses of agricultural crops to NP treatments.