Soya (Glycine max L.) genotiplerinde su taşkınının indüklediği morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal değişimler
Flooding-induced morphological, physiological and biochemical changes in soybean (Glycine max L.) genotypes
Yazar: OMAR KHALID NASHAT
Danışman: PROF. DR. NURAN ÇİÇEK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Botanik = Botany

Özet:
Küresel ısınma ile meydana gelen yağış rejimindeki değişimler ve ekstremlerin (kuraklık ve su taşkını) sıklığındaki artış bitki büyüme ve gelişimini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu tez kapsamında, su taşkınlarının iki farklı tipi olan yarı batık ve tam batık taşkınının teşvik ettiği dayanımları farklı iki soya (Glycine max (L.) Merr.) genotipindeki morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal değişimlerin araştırılması amaçlanmıştır.
Soya genotiplerine ait tohumlar, 7 gün boyunca 25±1°C sıcaklık, 16 saat aydınlık/8 saat karanlık fotoperiyot, 200 µmol m-2s-1 ışık şiddeti ve %45-55 nem koşullarındaki kontrollü iklim dolabında çimlenmeye bırakılmıştır. Yedi günün sonunda fideler, 150 g silis kumu (akvaryum kumu) içeren saksılara (her saksıda 2'şer birey) aktarılmış, ½ seyreltilmiş Hoagland besin çözeltisi ile sulanmış ve kontrollü iklim dolabında 3 gün büyütülmüştür. Daha sonra 10 günlük fideler 4 gün boyunca yarı ve tam batık su taşkınına maruz bırakılmıştır. On dört günün sonunda fideler çeşitli morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal analizler yapılmak üzere hasat edilmiştir. 
Su taşkınının oluşturduğu hipoksi (oksijen eksikliği) koşulları soya genotiplerinin (Cinsoy ve Traksoy) sürgün ve kök uzunluklarında, biyokütle, oransal su içeriğinde ve yaprak alanında anlamlı bir azalmaya yol açmıştır. Tam batık su taşkını her iki genotipin de fotosentetik aktivitesini yarı batık su taşkınına göre daha olumsuz etkilemiştir. Su taşkını koşulları, genotiplerin tilakoid membranlarındaki fluoresans geçişlerinde (Kaustky eğrisi) değişimlere, spesifik (ABS/RC, TRO/RC, ETO/RC, DIO/RC, RE/RC) ve fenomenolojik (ABS/CS, TRO/CSO, ETO/CSO, DIO/CSO) enerji akışlarında azalmalara yol açmıştır. JIP-test parametrelerindeki bu değişimler genotiplerin performans indekslerinde (PIABS / PITOP) düşüşe sebep olmuştur. Su taşkınının yol açtığı fotosentetik etkinlikteki azalma, muhtemelen membran yapısının bozulması, inaktif reaksiyon merkezlerinin artması ve dolayısı ile uyarılma enerjisinin fotokimyaya yönlendirilememesi nedeniyledir. 
Su taşkını stresi, soya genotiplerinin hücrelerinde membran hasarlarına ve reaktif oksijen türlerinin üretiminde artışa neden olmuştur. Genotiplerin MDA ve H2O2 içeriklerindeki artış bu hipotezi desteklemektedir. Reaktif oksijen türleri, soya genotiplerinin enzimatik (SOD, GR, APX ve POD) ve enzimatik olmayan antioksidanlar (antosiyanin ve flavonoid) ile detoksifiye edilmeye çalışılmıştır. Bu bağlamda, dayanıklı Cinsoy genotipi Traksoy genotipine göre daha etkin ve başarılı performans sergilemiştir. 
Bu tez kapsamında elde edilen çıktılar doğrultusunda; Cinsoy genotipi hem yarı, hem de tam batık su taşkını tehdidi altındaki tarım arazilerinde ekimi tavsiye edilir.

Abstract:
Changes in the precipitation regime and the increase in the frequency of extremes (drought and flooding) due to global warming negatively affect plant growth and development. Within the scope of this thesis, it was aimed to investigate the morphological, physiological and biochemical changes in two soybean (Glycine max (L.)Merr.) genotypes with different tolerance degree induced by two different types of flooding, partial submergence and complete submergence.
The seeds of soybean genotypes were germinated in a controlled growth cabinet at 25±1°C temperature, 16 hours light/8 hours dark photoperiod, 200 µmol m-2s-1 light intensity and 45-55% humidity conditions for 7 days. At the end of seven days, the seedlings were transferred to pots (2 individuals in each pot) containing 150 g of silica sand (aquarium sand), watered with ½ diluted Hoagland nutrient solution and grown for 3 days in a controlled growth cabinet. Afterwards, the 10-day-old seedlings were exposed to partial submerge and complete submerged for 4 days. At the end of fourteen days, the seedlings were harvested for various morphological, physiological and biochemical analyzes.
Hypoxia (oxygen deficiency) conditions caused by flooding led to significant decrease in shoot and root lengths, biomass, relative water content and leaf area of soybean genotypes (Cinsoy and Traksoy). Complete submerged flooding affected the photosynthetic activity of both genotypes more negatively than partial submerged flooding. Flooding led to the changes in fluorescence transients (Kaustky curve), decreases in specific ABS/RC, TRO/RC, ETO/RC, DIO/RC, RE/RC) and phenomenological energy fluxes (ABS/CS, TRO/CSO, ETO/CSO, DIO/CSO) in the thylakoid membranes of genotypes. 
These changes in JIP-test parameters caused decreases in the performance indexes (PIABS / PITOP) of the genotypes. The decrease in photosynthetic activity caused by flooding is probably due to disruption of the membrane structure, increase in inactive reaction centers and thus the inability to direct the excitation energy to photochemistry.
Flooding caused membrane damages and increase in production of reactive oxygen species in cells of soybean genotypes. MDA and H2O2 contents of genotypes support this hypothesis. Reactive oxygen species have been tried to be detoxified by enzymatic (SOD, GR, APX and POD) and non-enzymatic antioxidants (anthocyanin and flavonoid) of soybean genotypes. In this context, the tolerant Cinsoy genotype exhibited performance more effectively and successfully than Traksoy genotype. 
With the outputs obtained within the scope of this thesis; Cinsoy genotype is recommended for cultivation in agricultural region that are prone to both partial submerged and complete submerged flooding.