Titanyum Oksit Nanopartiküllerinin Aktinobakteriler Aracılığıyla Sentezi ve Nanopestisit Olarak Potansiyel Kullanımı

Abstract

Nanobilim, yeni materyallerin üretiminde bilim ve teknolojide uygulama alanı olan, gelişmekte olan önemli araştırma alanlarından biridir. Nanoteknolojideki son gelişmeler, yeni yöntemlerin kullanılarak nanopartiküllerin sentezlenmesine dayanmaktadır. Nanopartiküller fiziksel, kimyasal veya biyolojik yöntemlerle üretilebilmektedir. Ancak, nanopartiküllerin fiziksel ve kimyasal yollarla sentezi, toksisiteye ve çevresel sorunlara yol açmaktadır. Mikrobiyal sistemler, zararlı metal iyonlarını indirgeme ve çöktürme yoluyla çözünmez, toksik olmayan metal nano-kümelerine dönüştürebilmektedir. Streptomyces gibi bazı aktinobakteri cinsleri çeşitli boyutlarda ve geniş aktivite spektrumuna sahip nanopartikülleri sentezleyebilmektedir. Aktinobakteriler tarafından sentezlenen metalik nanopartiküllerin antimikrobiyal aktivite gösterdiği bildirilmektedir. Ancak, aktinobakteriler aracılığıyla titanyum nanopartiküllerinin sentezi ve bu nanopartiküllerin antifungal, antibakteriyel veya herbisidal ajanlar gibi pestisit olarak potansiyel kullanımına yönelik çok az çalışma bulunmaktadır. Bu çalışmada, titanyum oksit nanopartiküllerinin biyolojik olarak üretimi, topraktan izole edilen aktinobakteriler aracılığıyla gerçekleştirildi. Sentezlenen titanyum oksit nanopartiküllerinin antimikrobiyal aktiviteleri bitki patojeni küfler ve bir bakteri türüne (Alternaria alternata, Fusarium culmorum, Fusarium graminearum, Rhizoctonia cerealis and Xanthomonas campestris) karşı analiz edildi. Ayrıca, bu nanopartiküllerin herbisidal ajan olarak kullanım potansiyelini değerlendirmek amacıyla, turp tohumlarının (Raphanus sativus L. cv. Cherry Belle) çimlenmesi üzerine etkisi incelendi. Titanyum oksit nanopartiküllerinin fizikokimyasal karakterizasyonu, UV-Vis spektroskopi, taramalı elektron mikroskopisi (SEM), X-ışını difraksiyonu (XRD) ve Fourier transfer-infrared spektroskopi (FT-IR) analizleri ile gerçekleştirildi. Titanyum oksit nanopartikülü sentezinde kullanılan aktinobakteriler, 16S rRNA gen dizi analizi ile cins düzeyinde tanımlanmış olup bu izolatların Streptomyces ve Rhodococcus cinslerinin üyeleri olduğu tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışmadan elde edilen veriler, aktinobakteriler aracılığıyla sentezlenen titanyum oksit nanopartiküllerinin tarımda uygulama alanı olabileceğini göstermektedir.

Nanoscience is one of the significant emerging research areas with its application in science and technology to manufacture new materials. Recent advancements in nanotechnology are based on the synthesis of nanoparticles and nanomaterials by employing novel techniques. Nanoparticles can be produced by physical, chemical, or biological methods. However, creating nanoparticles by physical and chemical pathways causes toxicity and environmental concerns. Microbial systems can detoxify metal ions by converting soluble hazardous inorganic ions to insoluble, non-toxic metal nanoclusters by reduction or precipitation. Some genera of Actinobacteria, such as Streptomyces, can synthesize nanoparticles with a wide range of sizes and broad-spectrum activities. The antimicrobial activity of various metallic nanoparticles produced by actinobacteria has been reported. However, there are few studies of the use of titanium nanoparticles biosynthesized by Actinobacteria and their potential application as pesticides such as antifungal, antibacterial, or herbicidal agents. In this study, biological production of titanium oxide nanoparticles was achieved by employing actinobacteria isolated from soil samples. The synthesized titanium oxide nanoparticles were analysed for antimicrobial activities against plant pathogenic fungi and a bacterium, i.e., Alternaria alternata, Fusarium culmorum, Fusarium graminearum, Rhizoctonia cerealis and Xanthomonas campestris. In addition, their potential use as herbicidal agents was evaluated for inhibition of germination in radish (Raphanus sativus L. cv. Cherry Belle) seeds. Physicochemical characterization of the titanium oxide nanoparticles was acquired by UV-Vis spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transfer-infrared spectroscopy (FT-IR) analyses. The actinobacteria employed for titanium oxide nanoparticle synthesis were identified at the genus level by 16S rRNA gene sequence analysis and they were found to be members of the genera Streptomyces and Rhodococcus. Consequently, the present results suggest that titanium oxide nanoparticles synthesized by actinobacteria may have application in agriculture.