Impact of Green Synthesis of Silver Nanoparticles on Antioxidant Activity in Drought-Sensitive and Drought-Tolerant Pimpinella anisum L.

Abstract

The rapid advancement and evolution of nanotechnology have raised concerns about the potential release of nanoparticles (NPs) into the environment. Since plants are vital components of ecosystems, they play a crucial role in interacting with these substances. This study is the first to investigate how green-labeled silver nanoparticles (AgNPs) affect the activity of three key antioxidant enzymes: catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and guaiacol peroxidase (GPOx), in anise (Pimpinella anisum L.). Two varieties of anise were examined: drought-sensitive (DS) and drought-tolerant (DT). These plants were exposed to varying concentrations of AgNPs (1, 5, and 10 mg/L) for 21 and 28 days. The results showed no significant difference in CAT activity across all AgNP concentrations for both cultivars. However, SOD activity increased significantly in DT plants treated with 5 mg/L AgNPs for 21 days. In contrast, SOD activity at other concentrations and exposure durations did not yield statistically significant results. For GPOx activity, DT plants exhibited a significant increase after 21 days at both 1 mg/L and 5 mg/L AgNPs. Results at other concentrations varied and were not statistically significant according to the exposure duration and plant variety. Overall, this study suggests that the increased enzyme activity at low AgNP concentrations in DT plants after 21 days indicates an acceptable, harmless level of toxicity. These findings underscore the complexity of AgNP effects on antioxidant enzyme activity in anise plants, highlighting the need for further investigation into the underlying mechanisms and long-term effects of AgNP exposure on plant antioxidant defense systems.

Keywords

• AgNPs
• Antioxidant enzymes
• Pimpinella anisum L
• Drought-sensitive
• Drought-tolerant
• Catalase
• Superoxide dismutase
• Guaiacol peroxidase

Kuraklığa Duyarlı ve Dayanıklı Pimpinella anisum L. Tiplerinde Yeşil Sentez ile Gümüş Nanopartiküllerin Antioksidan Aktivitesi Üzerine Etkisi

Abstract

Nanoteknolojinin hızlı ilerlemesi ve evrimi, nanopartiküllerin (NP'ler) çevreye potansiyel salınımı konusunda endişelere yol açmıştır. Bitkiler ekosistemlerin hayati bileşenleri olduğundan, bu maddelerle etkileşimde önemli bir rol oynarlar. Bu çalışma, yeşil etiketli gümüş nanopartiküllerin (AgNP'ler) anasonda (Pimpinella anisum L.) üç temel antioksidan enzimin: katalaz (CAT), süperoksit dismutaz (SOD) ve guaiakol peroksidaz (GPOx) aktivitesini nasıl etkilediğini araştıran ilk çalışmadır. İki anason çeşidi incelendi: kuraklığa duyarlı (DS) ve kuraklığa dayanıklı (DT). Bu bitkiler 21 ve 28 gün boyunca değişen konsantrasyonlarda AgNP'lere (1, 5 ve 10 mg/L) maruz bırakıldı. Sonuçlar, her iki kültür çeşidi için de tüm AgNP konsantrasyonlarında CAT aktivitesinde önemli bir fark olmadığını gösterdi. Ancak, SOD aktivitesi 21 gün boyunca 5 mg/L AgNP ile muamele edilen DT bitkilerinde önemli ölçüde arttı. Buna karşılık, diğer konsantrasyonlarda ve maruz kalma sürelerinde SOD aktivitesi istatistiksel olarak anlamlı sonuçlar vermedi. GPOx aktivitesi için, DT bitkileri hem 1 mg/L hem de 5 mg/L AgNP'lerde 21 gün sonra anlamlı bir artış gösterdi. Diğer konsantrasyonlardaki sonuçlar, maruz kalma süresine ve bitki çeşidine göre değişti ve istatistiksel olarak anlamlı değildi. Genel olarak, bu çalışma DT bitkilerinde düşük AgNP konsantrasyonlarında 21 gün sonra artan enzim aktivitesinin kabul edilebilir, zararsız bir toksisite seviyesini gösterdiğini öne sürüyor. Bu bulgular, AgNP'nin anason bitkilerindeki antioksidan enzim aktivitesi üzerindeki karmaşıklığını vurgulayarak, AgNP maruziyetinin bitki antioksidan savunma sistemleri üzerindeki altta yatan mekanizmaları ve uzun vadeli etkileri hakkında daha fazla araştırma yapılması gerektiğini vurgulamaktadır.

Keywords

• AgNP
• Pimpinella anisum L.
• Kuraklığa duyarlı
• Kuraklığa dayanıklı
• Antioksidan enzimler
• Katalaz
• Süperoksit dismutaz
• Guaiacol peroksidaz

References

1. K. L. Kelly, E. Coronado, L. L. Zhao, et G. C. Schatz, The optical properties of metal nanoparticles: The influence of size, shape, and dielectric environment », Journal of Physical Chemistry B, vol. 107, no 3, p. 668 677, 2003. https://doi.org/10.1021/jp026731y
2. Nanotechnology Market Size, Share & Industry Analysis, By Type (Nanodevices and Nanosensors), By Industry (Electronics, Healthcare, Manufacturing, Energy & Power, Automotive, Aerospace & Defense, Food & Beverages, and Others), and Regional Forecast, 2024-2032. Source: https://www.fortunebusinessinsights.com/nanotechnology-market-108466
3. A. Mohajerani et al., « Nanoparticles in construction materials and other applications, and implications of nanoparticle use », 1 octobre 2019, MDPI AG. https://doi.org/10.3390/ma12193052
4. S. Marella, A. R. Nirmal Kumar, et N. V. K. V. Prasad Tollamadugu, « Nanotechnology-based innovative technologies for high agricultural productivity: Opportunities, challenges, and future perspectives », dans Recent Developments in Applied Microbiology and Biochemistry: Volume 2, Elsevier, 2021, p. 211 220. doi: 10.1016/B978-0-12-821406-0.00019-9
5. M. Taran, M. Safaei, N. Karimi, et A. Almasi, « Benefits and application of nanotechnology in environmental science: an overview », Biointerface Res Appl Chem, vol. 11, no 1, p. 7860 7870, janv. 2020, https://doi.org/10.33263/BRIAC111.78607870
6. L. Wei, J. Lu, H. Xu, A. Patel, Z. S. Chen, et G. Chen, « Silver nanoparticles: Synthesis, properties, and therapeutic applications », 1 mai 2015, Elsevier Ltd. DOI: 10.1016/j.drudis.2014.11.014
7. Z. Ferdous et A. Nemmar, « Health impact of silver nanoparticles: A review of the biodistribution and toxicity following various routes of exposure », 1 avril 2020, MDPI AG. https://doi.org/10.3390/ijms21072375
8. M. Usman et al., « Nanotechnology in agriculture: Current status, challenges and future opportunities », 15 juin 2020, Elsevier B.V. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.137778

9. W. Sun, M. H. Shahrajabian, et Q. Cheng, « Anise ( Pimpinella anisum L .), a dominant spice and traditional medicinal herb for both food and medicinal purposes », Cogent Biol, vol. 5, no 1, p. 1673688, janv. 2000, https://doi.org/10.1080/23312025.2019.1673688
10. K. Dzi et al., « antioxidants Antioxidant Therapy in Inflammatory Bowel Diseases », 2021, https://doi.org/10.3390/antiox10030412