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金属ナノ粒子の葉面散布がオークリーフレタス苗の抗酸化システムに及ぼす影響
Impact of foliar application of some metal nanoparticles on antioxidant system in oakleaf lettuce seedlings.
PMID: 32576147 PMCID: PMC7313224. DOI: 10.1186/s12870-020-02490-5.
抄録
背景:
ナノ粒子(NP)は様々な産業や家庭で使用されているが、その使用量の増加は生態系への制御不能な放出のために環境ハザードを引き起こす。ナノ粒子のリスク評価において重要なのは、ナノ粒子と植物との相互作用を理解することである。本研究の目的は、金（10ppmと20ppm）、銀（Ag）、白金（20ppmと40ppm）のNPがオークリーフレタスに及ぼす影響を、特に植物の抗酸化メカニズムに重点を置いて検討することであった。ナノ粒子を2週間後のレタス苗の葉に1回塗布し、翌週に実験室で分析を行った。
BACKGROUND: Nanoparticles (NPs) serve various industrial and household purposes, and their increasing use creates an environmental hazard because of their uncontrolled release into ecosystems. An important aspect of the risk assessment of NPs is to understand their interactions with plants. The aim of this study was to examine the effect of Au (10 and 20 ppm), Ag, and Pt (20 and 40 ppm) NPs on oakleaf lettuce, with particular emphasis on plant antioxidative mechanisms. Nanoparticles were applied once on the leaves of 2-week-old lettuce seedlings, after next week laboratory analyses were performed.
結果:
金属NPを異なる濃度で散布したオークリーフレタスの苗の抗酸化力を調べた。また，クロロフィル，生鮮重量，乾燥重量も測定した。苗を金属NPに葉面曝露してもアスコルビン酸ペルオキシダーゼ活性に影響はなく，総ペルオキシダーゼ活性はAu-NPs処理後に上昇したが，Ag-NPsとPt-NPsを散布した後には低下した。テストされたAu-NPsとPt-NPsの両方の濃度は、NPが植物のL-アスコルビン酸含量に影響を与えない間、グルタチオン（GSH）含量の増加を引き起こした。40ppm溶液として適用したAg-NPsおよびPt-NPは、対照と比較して、それぞれ17および15％の総フェノリック含量の増加を示した。カロテノイドの含有量は、Ag-NPsとAu-NPs（20ppmと40ppm）、Pt-NPs（20ppm）を適用した場合に増加した。Ag-NPsとPt-NPsを40ppmで施用した植物は、対照と比較して、総抗酸化能が有意に高く、クロロフィルa濃度が高かった（Ag-NPsのみ）。また、40ppmのPt-NPはレタスの鮮度重量と全乾燥重量を増加させた。
RESULTS: The antioxidant potential of oakleaf lettuce seedlings sprayed with metal NPs at different concentrations was investigated. Chlorophylls, fresh and dry weight were also determined. Foliar exposure of the seedlings to metal NPs did not affect ascorbate peroxidase activity, total peroxidase activity increased after Au-NPs treatment, but decreased after applying Ag-NPs and Pt-NPs. Both concentrations of Au-NPs and Pt-NPs tested caused an increase in glutathione (GSH) content, while no NPs affected L-ascorbic acid content in the plants. Ag-NPs and Pt-NPs applied as 40 ppm solution increased total phenolics content by 17 and 15%, respectively, compared to the control. Carotenoids content increased when Ag-NPs and Au-NPs (20 and 40 ppm) and Pt-NPs (20 ppm) were applied. Plants treated with 40 ppm of Ag-NPs and Pt-NPs showed significantly higher total antioxidant capacity and higher concentration of chlorophyll a (only for Ag-NPs) than control. Pt-NPs applied as 40 ppm increased fresh weight and total dry weight of lettuce shoot.
結論:
その結果、塗布されたナノ粒子の濃度と様々な種類の金属ナノ粒子が、オークリーフレタスの抗酸化状態に様々な影響を与えていることが示された。金属NPによるPOX活性の変化、グルタチオン、総フェノール、カロテノイドの生合成の変化から、試験したナノ粒子がストレス刺激として作用することが示された。しかし、植物の葉緑素濃度のわずかな変化、新鮮重量と乾燥重量の変化、およびM-NPs処理後のこれらの形質のいくつかの増加に基づいて判断すると、ストレスの強度は比較的低く、植物はその負の影響に対処することができました。
CONCLUSIONS: Results showed that the concentrations of NPs applied and various types of metal NPs had varying impact on the antioxidant status of oakleaf lettuce. Alteration of POX activity and in biosynthesis of glutathione, total phenolics, and carotenoids due to metal NPs showed that tested nanoparticles can act as stress stimuli. However, judging by the slight changes in chlorophyll concentrations and in the fresh and dry weight of the plants, and even based on the some increases in these traits after M-NPs treatment, the stress intensity was relatively low, and the plants were able to cope with its negative effects.