Effect of biologically synthesized silver nanoparticles on growth characteristics and flavonoid contents of Wheat (Triticum aestivum)

Document Type : Research Paper

Authors

1 1Biology department, faculty of science, shahid bahonar university, Young research ,s society, shahid bahonar university

2 Biology department, faculty of science, shahid bahonar university

3 Biotechnology department, faculty of agriculture , shahid bahonar university

Abstract

Nanoparticles (NPs) are atomic or molecular with dimension 1-100 nm that can modify their physico-chemical properties compared to the bulk material. In present investigation, Ag nanoparticles were synthesized from AgNO3 (20mM concentration) using leaves extracts of Aloe vera and effects of these biologically Ag nanoparticles and Ag at different concentrations (0, 40, 80ppm) were studied on growth characteristics and leaf flavonoid contents of Wheat. Formation of Ag nanoparticles was identified using UV–visible spectroscopy and X-ray diffraction (XRD). Synthesized Ag nanoparticles were confirmed by the absorption maxima at the wavelength of 460 nm. X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the size of synthesized silver nanoparticles had 25nm. The result of treatments biologically Ag nanoparticles and Ag at different concentrations on Wheat showed that at 40 80 ppm of Ag nanoparticle and at 80 ppm of Ag increased root and shoot fresh weight. Application of 40, 80ppm of both Ag nanoparticles and Ag increased flavonoid contents at 300, 330nm wavelengths but had no effect flavonoid contents at 270nm wavelength.

Keywords

Full Text

مقدمه

نانوذرات به ذراتی به ابعاد 1 تا 100 نانومتر گفته می شود (Ostiguy and Roberge, 2010). به دلیل خواص و ویژگی های جدیدی که نانوذرات دارند، تمایل بسیار زیادی به کاربرد آن ها در زمینه های کشاورزی، صنایع و پزشکی وجود دارد (Kim et al., 2004). معمولا نانوذرات با روش های مختلف مصنوعی سنتز می شوند. برخی از روش های مصنوعی عبارتند از: روش های احیا، سل-ژل،  و الکتروشیمیایی (Sundrarajan and Gowri, 2001). در روش های مصنوعی از مواد خطرناک مانند حلال های آلی و عوامل سمی احیا کننده مانند سدیم تترا هیدروبورات وان- ان دی متیل فرمامید استفاده می شود (Bhattacharya and Gupta, 2005). با توجه به استفاده فراوان نانوذرات و برای به حداقل رساندن استفاده از مواد مضر زیست مجیطی، سنتز نانوذرات با استفاده از روش زیستی پیشنهاد شده است (Mohanpuria et al., 2008). بهترین روش سنتز زیستی نانوذرات توسط عصاره گیاهان می باشد (Shankar et al., 2004., Khatami. and Pourseyedi, 2015) . روش سنتز زیستی نانوذرات توسط عصاره گیاهان دارای مزایای متعدد در زمینه دارویی و دیگر برنامه های کاربردی پزشکی می باشد و به عنوان یک جایگزین ساده برای روش های پیچیده فیزیکی و شیمیایی است. بنابراین ما در این تحقیق از گیاه آلوئه ورا برای سنتز نانوذرات نقره استفاده کردیم. آلوئه ورا،گیاهی دارویی می باشد که دارای خواص درمانی گوناگونی از جمله بهبود زخم، ترمیم آسیب های ناشی از تابش پرتوها، ضد التهاب، ضد ویروسی، باکتری و قارچ است (Choi and Chung, 2003). از طرف دیگر، نانوذرات به دلیل اثرات خاص و ویژگی های منحصر به فردشان ورود گسترده ای به دنیای پزشکی، دارویی، صنعت و کشاورزی داشته اند (Oberdorster etal., 2005). این ذرات به اشکال مختلف در محیط زیست آزاد شده و تاثیرات ناشناخته آنها بر گیاهان و اکوسیستم، موجبات نگرانی های بسیاری را فراهم آورده است. Krishnarj و همکاران در سال 2012، اثر نانوذره نقره سنتز شده زیستی را روی رشد گیاه باکوپا مطالعه کردند و مشاهده کردند که نانوذرات نقره اثر مثبتی روی جوانه زنی دانه و القا سنتز پروتئین و کربوهیدرات دشته ولی محتوای فنل کل و فعالیت آنزیم کاتالاز و پراکسیداز را کاهش داده است. تحقیقات دیگری که توسط Yin و همکاران در سال 2011 انجام گرفت مشاهده شد که نانوذرات نقره، رشد گیاه چمن لولیوم را کاهش داده اند.

از طرف دیگر، اصلی ترین مشکلات اقتصادی جوامع در حال توسعه، تأمین غذا  است و در این رابطه غلات و به ویژه گندم اهمیت بیشتری دارند. گندم در الگوی مصرف و در الگوی تولیدات کشاورزی جهان نقش حیاتی دارد .(Martin et al., 1998) بنابراین هدف این پژوهش سنتز نانوذرات نقره از عصاره گیاه آلوئه ورا و تاثیر آن بر روی رشد و رنگیزه های فلاونوئید گندم است.

مواد و روشها

این تحقیق با هدف تولید نانوذره نقره توسط عصاره آلوئه ورا و اثر نانوذره نقره و نقره بر ویژگی های رشدی و محتوای فلاونوئید گیاه گندم در دانشگاه شهید باهنر کرمان در سال 1391 اجرا شد. برای شروع پژوهش ابتدا عصاره آلوئه ورا برای تولید نانوذرات نقره تهیه شد.

تهیه عصاره برای تولید نانوذرات نقره

برای تهیه عصار ه برگ آلوئه ورا، ابتدا برگ های آلوئه ورا از گلخانه دانشگاه شهید باهنر کرمان جمع آوری شدند. سپس، برگ های آلوئه ورا در آزمایشگاه (دمای 23 درجه سانتی گراد) دانشگاه شهید باهنر کرمان 2 بار با آب مقطر شسته شدند. 30 گرم برگ تر آلوئه ورا وزن شده و به قطعات کوچک ریز شدند. قطعات در داخل یک ارلن ریخته وبا آب مقطر به حجم 100میلی لیتر رسانده شده و سپس به مدت 5 دقیقه جوشانده و عصاره حاصل از آن ها پس از  سرد شدن، توسط کاغذ صافی صاف شد. 80 سی سی از عصاره به بشر حاوی عصاره، نمک نیترات نقره با غلظت 20 میلی مولار افزوده شد. مخلوط واکنش یک ساعت  در دمای آزمایشگاه قرار گرفت و بعد از یک ساعت  رنگ عصاره از زرد کم رنگ به قهوه ای تیره که نشان دهنده تولید نانو ذرات نقره بود، تغییر یافت. سپس توسط دستگاه اسپکتروفوتومتری UV-Visible (مدل Cary 50) از محلول ها برای سنجش طیف استفاده شدند. برای تعیین اندازه نانوذرات توسط پراش پودری پرتو ایکس (X-Ray Diffraction)، محلول ها به مدت 3 روز در دمای آزمایشگاه قرار گرفته تا کاملا خشک شود  و برای آنالیز استفاده شدند.

آنالیزاسپکتروفوتومتریUV-Visible

برای آنالیز اسپکتروفوتومتری UV-Visible، جذب محلول قهوه ای تیره  رنگ ( عصاره  حاصل از برهمکنش عصاره گیاهی آلوئه ورا و نمک نقره) و محلول زرد رنگ (عصاره)، با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتری در بازه طول موج  400-600 نانومتر بررسی شد (Huang et al., 2007).

اندازه نانوذراتنقره بهکمکپراشپودریپرتوایکس (XRD)  

اندازه متوسط ذرات با استفاده از معادله شرر مشخص شد که در آن β پهنای طیف در نصف ارتفاع ماکزیمم میباشد و افزایش آن مبین کوچکتر شدن ابعاد ذرات  پودری است.(Sadowski et al.,2008)

معادله شرر..........

تیمار نانوذرات نقره روی گندم

بعد از تهیه نانوذرات نقره ، برای خالص سازی نانوذرات، پودر نانوذرات 3 بار با آب مقطر به مدت 10 دقیقه در ×g 2000 سانتریفوژ شدند و محلول رویی دور ریخته شد و محلول زیرین در دمای آزمایشگاه به مدت 3 ساعت خشک شد و برای تیمار نانوذرات نقره بر گندم استفاده شدند. گیاه مورد آزمایش در این پژوهش گیاهگندم aestivum)Triticum) رقم پیشتاز می باشد.  ابتدا بذرهای گندم با هیپوکلریت سدیم 5/0 درصد  برای 6 دقیقه ضدعفونی شده و سپس بخوبی با آب مقطر دو بار شسته شد. دانه ها در گلدان های حاوی پرلیت قرار داده شد و به مدت یک هفته با محلول غذایی هوگلند آبیاری شد. بعد از این مدت محلولهای نانوذره نقره که قبلا آلتراسونیک شده در غلظت های (0، 40، 80 پی پی ام) و نیترات نقره در غلظت های (0، 40، 80 پی پی ام) به محلول غذایی هوگلند اضافه شدند. بعد ازدو هفته گیاهان برای سنجش وزن تر ریشه و ساقه و فلاونوئیدها برگ گندم برداشت شدند.

فلاونوئیدها

اندازه‌گیری فلاوونوئید‌ها به روش اسپکتروفتومتری با استفاده‌از روش Krizek و همکاران (1998) انجام گرفت. 1/0 گرم از برگ گیاه در ‌ها‌ون چینی با 10 میلی‌لیتر اتانول اسیدی (الکل اتیلیک و اسید استیک گلاسیال به نسبت حجمی‌1:99) ساییده شده و به مدت 15 دقیقه در ×g 2000 سانتریفوژ شدند و محلول رویی به‌مدت ده دقیقه در حمام آب گرم با دمای 80 درجه سانتی‌گراد قرار گرفت. شدت جذب در طول موج های 270،  300و 330 نانومتر خوانده شد. نتایج بر حسب درصد جذب گزارش گردید.

Flavonoid= ABS (V/700 × 100)

V: حجم عصاره

تجزیهوتحلیلآماری

این تحقیق در قالب طرح کاملاً تصادفی با تعداد 3 تیمار و هر تیمار 4 تکرار انجام شد. آنالیز داده ها با استفاده از نرم افزار آماری SPSS و آزمون ANOVA صورت گرفت. مقایسه میانگین ها با استفاده  از آزمون دانکن در سطح احتمال 5 درصد و رسم نمودارها با استفاده از نرم افزار Excel صورت پذیرفت .

نتایج

نتایج سنتر نانوذرات نقره

تغییررنگ عصاره

شکل(1)، تغییر رنگ، برهم کنش عصاره گیاهی آلوئه ورا و محلول نمک نقره را نشان می دهد که این تغییر رنگ از زرد کم رنگ (رنگ عصاره قبل از اضافه کردن نیترات نقره) به قهوه ای تیره (رنگ عصاره بعد از اضافه کردن نیترات نقره) می باشد.

آنالیزاسپکتروفوتومتریUV-Visible

برای آنالیز اسپکتروفوتومتریUV-Visible، جذب محلول زرد رنگ (عصاره) و محلول قهوه ای رنگ (عصاره+نیترات نقره) حاصل از برهمکنش عصاره گیاهی آلوئه ورا و نمک نقره ، با استفاده از دستگاه اسپکتروفوتومتری در بازه طول موج  400-600 نانومتر بررسی شدند (شکل2). با توجه به  شکل 2، ماکزیمم جذب در حدود طول موج 460 نانومتر در محلول قهوه ای تیره  رنگ مشاهده می شود که در عصاره این پیک جذبی وجود ندارد. این ماکزیمم پیک جذب در حدود طول موج 460 نانومتر نشان دهنده وجود نانوذرات نقره و در واقع تولید نانوذرات توسط عصاره است.

اندازه نانوذراتنقره بهکمکپراشپودریپرتوایکس (XRD)  

شکل (3) پراش پرتو X نانوذرات نقره را نشان می دهد. نانوذرات نقره دارای صفحات کریستالی (111)، (200) و (311) می باشند و با استفاده از معادله شرر، ابعاد نانوذرات  حاصل  توسط عصاره آلوئه ورا 25 نانومتر می باشد.

نتایج اثر نانوذرات نقره بر گندم

اثر نانوذرات نقره بر رشد گندم

همانطور که در شکل 4 و5 مشاهده می شود، با افزایش غلظت نقره و نانوذرات نقره وزن تر ریشه و ساقه افزایش می یابد و این افزایش در تیمار نانوذره نقره نسبت به نقره چشمگیرتر است. ماکزیمم وزن تر ریشه و ساقه مربوط به غلظت  80 پی پی ام نانوذرات نقره می باشد.

اثر نانوذرات نقره بر رنگیزه های فلاونوئید گیاه گندم

 

همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود، تیمار نقره و نانوذرات نقره بر محتوای رنگیزه فلاونوئید در طول موج 270 نانومتری تاثیر معنی داری نداشته، اما بر محتوای رنگیزه  فلاونوئید در طول موج 300 و 330 نانومتر تاثیر افزایشی داشته است. بالاترین محتوای رنگیزه  فلاونوئید در طول موج 300 و 330 نانومتر مربوط به غلظت نقره 80 پی پی ام می باشد.

بحث

نانو ذرات در زمینه های کشاورزی، صنایع و پزشکی کاربردهای فراوانی دارند .(Kim et al., 2004) امروزه، سنتززیستی نانو ذرات با استفاده از عصاره گیاهان، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است. بنابراین هدف این پژوهش، سنتز نانوذرات نقره  توسط عصاره گیاه آلوئه ورا و اثر این نانوذرات بر گندم بود. در اثر برهم کنش عصاره گیاهی آلوئه ورا و محلول نمک نقره تغییر رنگی مشاهده  شد که این تغییر رنگ از زرد کم رنگ (رنگ عصاره قبل از اضافه کردن نیترات نقره) به قهوه ای تیره (رنگ عصاره بعد از اضافه کردن نیترات نقره) بود. نتایج حاصل از این پژوهش با تحقیقات Reddy و Gandhi (2012)کاملا مشابه بود و اولین  نشانه از تولید نانوذرات نقره محسوب می شد. جذب نانوذرات نقره سنتز شده توسط آلوئه ورا با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری UV-Visible، ماکزیمم جذب در طول موج 460 نانومتر را نشان داد. زمانی که یک پرتو نوری به سطح نانوذرات فلزی بتابد، میدان نوسانی موج فرودی، موجب نوسان الکترون های رسانش فلز به صورت دسته جمعی می شود. این نوسان های دسته جمعی الکترون های رسانش، پلاسمون سطحی نامیده می شوند. پلاسمون سطحی نانوذرات یکنواخت دارای فرکانس شدیدی هستندکه در آن فرکانس بیشترین جذب و پراکندگی را از خود نشان می دهند (Willets and Duyne, 2007) . نتایج ماکزیمم جذب در طول موج 460 نانومتر با نتایج Sivaraman و همکاران ( 2009 ) و Sathyavathi و همکاران (2010) مشابهت داشت. در ادامه پژوهش، برای بررسی، اثر نانوذرات نقره زیستی و نقره بر ویژگی های رشدی و محتوای فلاونوئید برگ گیاه گندم، نانوذرات نقره و نقره  در غلظت های مختلف (0، 40، 80 پی پی ام) استفاده شدند. تیمار نقره در غلظت 80 پی پی ام و نانوذرات نقره در هر دو غلظت 40 و 80 پی پی ام باعث افزایش وزن تر ساقه و ریشه شدند. اما نانوذرات نقره اثر افزایشی چشمگیرتری داشت. مشابه با نتایج ما، Sharma و همکاران در سال 2012 گزارش کردند که تیمار نانوذرات نقره منجر به افزایش رشد گیاه خردل شده است. همچنین Amooaghaie و همکاران در سال 2015 که تیمار نانوذرات نقره منجر به افزایش رشد گیاه خردل سیاه شده است. Rezvani  و همکاران در سال 2012 گزارش کردند که نانوذرات نقره بدلیل بلوکه کردن مسیر سیگنالینگ اتیلن رشد گیاه زعفران را افزایش داده است. اثر نانوذرات نقره و نقره بر محتوای فلاونوئید گندم نشان داد ر تیمار نقره و نانوذرات نقره در هر دو غلظت 40 و 80 پی پی ام، محتوای فلاونوئید در طول موج 300 و 330 نانومتر را افزایش داد. Suriyaprabha  و همکاران در سال 2012، اثر نانوذرات را بر گیاه ذرت مطالعه کردند و گزارش کردند که نانوذرات اثر افزایشی بر محتوای فنل داشته است.

نتیجه گیری

بهترین روش سنتز زیستی نانوذرات توسط عصاره گیاهان می باشد و به عنوان یک جایگزین ساده برای روش های پیچیده فیزیکی و شیمیایی است. در این مطالعه نانوذرات نقره بوسیله نیترات نقره (20میلی مولار) با استفاده از عصاره برگ آلوئه ورا سنتز شد. تشکیل نانوذرات نقره با استفاده از اسپکتروفوتومتری UV-Visibleو پراش پودری پرتو ایکس شناسایی شد. سنتز نانوذرات نقره با ماکزیمم طول جذب در 460 نانومتر تایید شد. آنالیز پراش پودری پرتو ایکس نشان داد که اندازه نانوذرات نقره 25 نانومتر بودند. نتایج تیمارهای نانوذرات نقره زیستی و نقره در غلظت های مختلف بر گندم نشان داد که نانوذرات نقره و نقره در غلظت 80 پی پی ام وزن تر ساقه و ریشه را افزایش دادند. کاربرد نانوذرات نقره و نقره در غلظت 40 و 80 پی پی ام منجر به افزایش محتوای فلاونوئید طول موج 300 و 330 نانومتر شدند اما بر محتوای فلاونوئید طول موج 270 نانومتر اثری نداشتند.

References

Amooaghaie, R. Tabatabaei, F and MohammadAhadi, A. (2015). Role of hematin and sodium nitro prusside in regulating Brassica nigra seed germination under nano silver and silver nitrate stresses. Ecotoxicology and Environmental Safety, Vol 113, pp:259–270.
Bhattacharya, D and Gupta, R. K. (2005). Nanotechnology and potential of microorganisms. Critical Reviews in Biotechnology, Vol,25, pp: 199–204.
Choi, S. Chung, M.H. (2003). A review on the relationship between Aloe vera components and their biologic effects. Seminar: Internal Medicine. Vol, 1. pp: 53–62.
Huang, J. Li, Q. Sun, D. Lu, Y. Su, Y. Yang, X. et al. (2007). Biosynthesis of silver and gold nanoparticles by Cinnamomum camphora leaf. Nanotechnology, Vol,18. pp: 1–11.
Khatami, M. and Pourseyedi, S. (2015). Phoenix Dactylifera (Date Palm) pit aqueous extract mediated novel route for Synthesis high stable silver nanoparticles with high antifungal and antibacterial Activity. IET Nanobiotechnology. Vol, 9, No, 4. pp. 184-190.
Kim, F. Connor, S. Song, H. Kuykendall, T and Yang, P. (2004). Platonic Gold Nano-crystals. Angewandte Chemie, Vol, 116, pp: 3759-3763.
Krishnaraj, C. Jagan, E.G. Ramachandran, R. Abirami, SM. Mohan, N. Kalaichelvan, P.T. (2012). Effect of biologically synthesized silver nanoparticles on Bacopa monnieri plant growth metabolism. Process Biochemistry. Vol, 47, No, 4. pp:51–658.
Krizek, D.T. Britz, S.J and Mirecki, R.M. (1998). Inhibitory effect of ambient levels of solar UV-A and UV-B radiation on growth of cv. New red fire lettuce. Physiologia Plantarum, Vol 103, pp: 1-7.
Martin, J. S. Hary, T. C. Condle, J. M. Rodney, W. B. and Corson, K. H. (1998). Above and below ground interference of wheat by Italian rye grass. Weed Science, Vol, 46, pp: 438-441.
Mohanpuria, P. Rana, N. K and Yadav, S. K. (2008). Biosynthesis of nanoparticles: technological concepts and future applications. Journal of Nanoparticle Research, Vol, 10, pp: 507–517.
Oberdorster, G. Maynard, A. Donaldson, K. Castranova, V. Fitzpatrick, J. Ausman, K. et al. (2005). Principles f or Characterizing the Potential Human Health Effects from Exposure to Nanomaterials: Elements of a Screening Strategy. Toxicology, pp:2-8.
Ostiguy, C. B. Roberge, L. (2010). Best practices guide to synthetic nanoparticle risk management.Bibliothèque et Archives nationales. pp:334-337.
Reddy, G.R and Gandhi, N.N. (2012). Environmental friendly biosynthesis,characterization and antibacterial activity of silver nanoparticles by using Senna Saimea plant leaf aqueous extract. International Journal of Pharmaceutical and Life Sciences, Vol, 2, No, 1, pp: 186-193.
Sadowski, Z. Maliszewska, I. Grochowalska, I.H. Polowczyk, I. and Kozlecki, T. (2008). Synthesis of silver nanoparticles using microorganism. Materials Science-Poland,Vol,26. pp: 419–424.
Sakihama, Y. Cohen, M.F. Grace, S.C. and Yamasaki, H. (2002). Plant phenolics antioxidant and oxidant activity: phenolics-induced oxidative damage mediated by metal in plants. Toxicology. Vol, 177, pp: 67-80.
Sathyavathi, R. Balamurali, K.M. Venugopal, R.S. Saritha, R. and Narayana, R.D. (2010). Biosynthesis of Silver Nanoparticles Using Coriandrum Sativum Leaf Extract and Their Application in Nonlinear Optics. Advanced Science Letters, Vol, 3, pp:138-143.
Shankar, S.S. Rai, A. Ahmad, A and Sastry, M. (2004). Rapid synthesis of Au, Ag, and bimetallic Au core Ag shell nanoparticles using Neem (Azadirachta indica) leaf broth. Journal of Colloidal and Interface Science, Vol,275. pp: 496–502.
Sharma, P. Bhatt, D. Zaidi, M.G.H. Pardha Saradhi, P. Khanna, P.K. Arora, S. (2012). Silver nanoparticle-mediated enhancement in growth and antioxidant status of Brassica juncea. Applied Biochemistry and Biotechnology. Vol, 167, pp: 2225–2233.
Sivaraman, S.K. Elango, S.K. and Santhanam, V. A. (2009). Green protocol for room temperature synthesis of silver nanoparticles in seconds. Current Science, Vol, 97, pp: 1055-1059.
Sundrarajan, M and Gowri, S. (2011). Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles by Nyctanthes arbortristis leaves extract. Chalcogenide Letters , Vol,8, pp: 447–451.
Suriyaprabha, R. Karunakaran, G. Yuvakkumar, R. Prabu, P. Rajendran, V. Kannan, N. (2012). Growth and physiological responses of maize (Zea mays L.) to porous silica nanoparticlesin soil. Journal of Nanoparticle Research, Vol 14, pp:1294–1296.
Willets, K A and Duyne, V. (2007). Localized Surface Plasmon resonance spectroscopy and sensing. Annual Review of Physical Chemistry, Vol, 58, pp: 267–97.
Yin,L. Cheng,Y. Espinasse, B. Colman, B.P. Auffan,M. Wiesner, M. (2011). More than the ions:the effects of silver nanoparticles on Lolium multiflorum. Environmental Science Technology.Vol, 45. pp:2360–2367.
Applied Field Crops Research
Volume 29, Issue 2 - Serial Number 111
papers
June 2016
Pages 49-54

Files

Share

How to cite

Statistics