Nano boyutlu sıfır değerlikli demirin karayemiş (prunus laurocerasus L.) bitkisinin mikroçoğaltımına, antioksidan aktivitesine ve fenolik bileşik içeriği üzerine etkisi - Kılıç, Gül Çiçek; Çiftçi, Yelda Özden (Gebze Teknik Üniversitesi, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025)
Sıfır değerlikli demir nanopartikülü (nZVI), yüksek kimyasal reaktivitesi sayesinde yer altı sularındaki kirleticilerin gideriminde yaygın olarak kullanılan etkili bir indirgeme ajanıdır. Ancak son yıllarda yapılan çalışmalar, nZVI'nın yalnızca çevresel remediasyon uygulamalarında değil, aynı zamanda bitki büyümesi ve gelişimi üzerinde de olumlu etkiler sağlayabileceğini ortaya koymuştur. Bu doğrultuda, bu çalışmada nZVI'nın farklı konsantrasyonlarının (12.5, 25, 50, 75 ve 100 mg L⁻¹) in vitro doku kültüründe karayemiş (Prunus laurocerasus L.) bitkisinin mikroçoğaltımı, toplam fenolik, flavonoid içerikleri ve antioksidan aktivitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Antioksidan aktivite DPPH, ABTS⁺, CUPRAC ve FRAP yöntemleriyle değerlendirilmiş; fenolik ve flavonoid bileşiklerin spektrofotometrik yöntemle analizlerinin yanı sıra 15 farklı bileşiğin nicel analizi de UHPLC-Orbitrap®-HRMS/MS ile gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında, başarılı bir in vitro çimlenme elde edilebilmesi için tohum testasının çıkarılması ve kotiledonun embriyoya zarar vermeden yarıya kadar kesilmesi gerektiği belirlenmiştir. Çimlenmenin ardından, yeterli bitki materyali elde edebilmek için in vitro mikroçoğaltım gerçekleştirilmiştir. Mikroçoğaltımda en iyi 6-benziladeninin (BA) konsantrasyonunu bulmak için üç farklı konsantrasyonu (1, 2, 4 mg L-1) denenmiş ve en yüksek proliferasyon oranı elde edilen (%82) 1 mg L-1 konsantrasyonu seçilmiştir. Karayemiş sürgün ucunun proliferasyonuna nZVI'nın etkisi sonuçlarında kontrol grubuna göre nZVI uygulaması yapılan tüm deney gruplarında olumlu etkiler görülmüştür. En yüksek sürgün ucu proliferasyon oranı (%85.15) 75 mg L-1 nZVI uygulamasında elde edilirken; sürgün oluşturma kapasitesi (SFC indeksi) (1.66), toplam fenolik, flavonoid içerikleri ve antioksidan aktivite bakımından en etkili konsantrasyonun 25 mg L-1 olduğu belirlenmiştir. Bu konsantrasyon, kontrol grubuna kıyasla toplam fenolik içeriği 130.80'den 140.09 mg GAE g-1 ekstrakt'a, toplam flavonoid içeriği ise 269.85'ten 297.12 mg QE g-1 ekstrakt'a yükseltmiştir. Antioksidan aktivite test sonuçlarına göre, ABTS⁺ dışındaki tüm yöntemlerde istatistiksel olarak anlamlı artışlar sağlamıştır. Fenolik bileşiklerin kantitatif analizinde ise, 25 mg L-1 nZVI uygulamasıyla kontrole kıyasla en yüksek artışlar kaydedilmiştir. Özellikle eriodiktyol miktarındaki 2.4 kat artış en belirgin artış olarak gözlemlenmiştir. Ek olarak karayemişin başlıca fenolik bileşiği olan klorojenik asit bu konsantrasyonda 1.33 kat artarak 39.58 mg/g ekstrakt'a ulaşmıştır. Ayrıca, kontrol grubunda tespit edilemeyen kuersetin ve nikotiflorin bileşikleri nZVI uygulanan tüm deney gruplarında saptanmıştır. Sonuçlar, kültür ortamındaki nZVI konsantrasyonunun artırılmasının, bitkilerin büyümesi, antioksidan aktivitesi ve fenolik içeriği üzerindeki olumlu etkileri azalttığını ortaya koymuştur. Bu nedenle, 25 mg L-1 nZVI optimum konsantrasyon olarak belirlenmiştir. Bu konsantrasyonda kültürlenen mikrosürgün yaprak kesitlerinden yapılan TEM analizi sonucunda nZVI'nın bitki yaprak dokusuna taşındığını ve bitki hücrelerinin içine girebildiği gösterilmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, in vitro bitki doku kültüründe optimum konsantrasyonda kültür ortamına eklenen nZVI'nın bitki büyüme ve gelişimini destekleyebilecek ve sekonder metabolit üretimine katkıda bulunabilecek bir potansiyele sahip olduğunu ayrıca tarımda nanogübre olarak da kullanılabileceğini göstermiştir.

Zero-valent iron nanoparticles (nZVI) are widely recognized as effective reducing agents due to their high chemical reactivity, and they have been extensively utilized for the remediation of groundwater contaminants. Beyond their environmental applications, recent research has highlighted the potential of nZVI to positively influence plant growth and development. In this context, the present study aimed to investigate the effects of varying concentrations of nZVI (12.5, 25, 50, 75, and 100 mg L-1) on the micropropagation, total phenolic and flavonoid contents, and antioxidant activity of cherry laurel (Prunus laurocerasus L.) under in vitro conditions. Antioxidant activities were assessed using DPPH, ABTS⁺, CUPRAC, and FRAP assays. Alongside spectrophotometric measurements of phenolic and flavonoid compounds, quantitative profiling of 15 specific phenolic compounds was conducted using UHPLC-Orbitrap®-HRMS/MS. For successful in vitro germination, seed testa removal and cotyledon bisection without damaging the embryo were found to be essential. Following germination, micropropagation was optimized to produce sufficient plant material. To determine the most effective concentration of 6-benzyladenine (BA), three concentrations (1, 2, and 4 mg L-1) were tested, with 1 mg L-1 resulting in the highest proliferation rate (82%) and subsequently selected for further experiments. Application of nZVI was found to positively influence shoot proliferation across all treatment groups compared to the control. The highest shoot proliferation rate (85.15%) was achieved with 75 mg L-1 nZVI. However, the most favorable concentration in terms of shoot formation capacity (SFC index = 1.66), total phenolic and flavonoid contents, and antioxidant activity was 25 mg L-1. At this concentration, total phenolic content increased from 130.80 to 140.09 mg GAE g⁻¹ extract, and total flavonoid content rose from 269.85 to 297.12 mg QE g-1 extract relative to the control group. Antioxidant activity significantly improved across all assays except ABTS⁺. Quantitative analysis revealed that 25 mg L-1 nZVI induced the highest increases in phenolic compounds. Notably, eriodictyol content showed a 2.4-fold increase, representing the most pronounced change. Furthermore, chlorogenic acid—the major phenolic compound in cherry laurel—exhibited a 1.33-fold increase, reaching 39.58 mg g-1 extract. Quercetin and nicotiflorin, which were undetectable in the control group, were identified in all nZVI-treated samples. The results revealed that increasing the nZVI concentration in the culture medium reduced the positive effects on plant growth, antioxidant activity, and phenolic content. Therefore, 25 mg L-1 nZVI was determined as the optimum concentration. TEM analysis of microshoot leaf sections cultured at this concentration demonstrated that nZVI was transported to plant leaf tissue and could enter plant cells. In conclusion, this study demonstrates that the application of nZVI at an optimal concentration in in vitro culture systems can enhance plant growth and promote the biosynthesis of secondary metabolites. These findings suggest that nZVI holds promise as a potential nanofertilizer for agricultural applications.
The influence of nanosized zero-valent iron on the micropropagation, antioxidant activity, and phenolic compound content of cherry laurel (Prunus laurocerasus L.)
Keywords: Biyoteknoloji = Biotechnology; Genetik; Genetics