Melatoninin biber tohumlarının yaşlanması üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigating the effects of melatonin on the ageing process of pepper seeds
Yazar: ŞEBNEM KÖKLÜ
Danışman: PROF. DR. AHMET KORKMAZ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Sebze tohumu = Vegetable seed

Özet:
Tohumlarda kalite kaybı, tohum daha anne bitki üzerindeyken başlamakta ve hasattan tohum işlemeye ve depolamadan tarlaya ekilene kadar olan bütün süreci kapsamaktadır. Tohum hasat edildikten sonra üreticiye geçene kadar olan en fazla kalite kayıpları depolama sırasında gerçekleşmektedir. Yüksek nem ve sıcaklık gibi uygunsuz koşullarda yapılan depolamada yaşlanma hızlı bir şekilde gerçekleşmekte ve bunun da nedeni tohum içerisinde oluşan serbest radikal türevlerinin yağ asitlerini ve fosfolipitleri oksidize etmeleri olarak gösterilmektedir.
Bugün varlığı hemen tüm canlı organizmalarda kanıtlanan bir molekül olan melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine), ilk olarak 1958 yılında sığır beyin üstü bezinden izole edilen bir indol amindir. Yapılan çalışmalarda melatoninin fotoperyodik düzenleyici veya 24 saatlik ritim düzenleyici olarak ifade edilmesinin yanında geniş spektrumlu bir antioksidan olarak görev yaptığı araştırıcılar tarafından bildirilmiştir. Melatoninin bitkilerde çeşitli abiyotik stres faktörlerine karşı tolerans kazanılmasında etkin rol aldığının ortaya konması; fide ya da bitki düzeyinde yapılan çalışmalarla ortaya konmuş olup buna karşılık tohum yaşlanması üzerinde sahip olması muhtemel etkileri üzerinde hemen hemen hiç çalışma yapılmamıştır. Bu nedenle amacı melatoninin tohum yaşlanması üzerine etkilerini araştırmak olan bu çalışmada; farklı konsantrasyonlarda (0 μM, 5 μM ve 25 μM) melatonin ile muamele edilmiş canlılıkları benzer fakat farklı vigor seviyelerine sahip iki biber çeşidinin (Sena ve Yalova-341) tohumları iki farklı sıcaklıkta (4 oC ve 25 oC) 1 yıl süreyle depolanmıştır. Melatoninin tohum kalitesi ya da yaşlanma üzerine etkisi periyodik olarak (0, 4, 8 ve 12 ay sonra) yapılan çeşitli test ve analizlerle ortaya konmuştur.
Yapılan çalışmalar sonucunda düşük sıcaklıklarda (4 oC) bir yıl süreyle yapılan depolamanın oda koşullarında (25 oC) yapılan depolamaya kıyasla tohumlarda zamana bağlı meydana gelen yaşlanma etkisini azalttığı görülmüştür. Ayrıca depolama öncesi her iki çeşidin tohumlarına uygulanan melatoninin tohumlarda bozulmanın bir göstergesi olan elektriksel iletkenlik, MDA ve H2O2 içeriklerini, hiç melatonin uygulanmamış tohumlara kıyasla önemli derecelerde azalttığı; bununla birlikte CAT, POX ve APOX gibi antioksidan enzimlerin aktivitelerini olumlu yönde arttırdığı görülmüştür. Uygulanan melatonin konsantrasyonlarının etkinliği değerlendirildiğinde ise yüksek konsantrasyonun (25 μM) melatonin ile muamele edilmiş tohumların daha yüksek antioksidan enzim aktivitesi ve dolayısıyla da daha yüksek çimlenme yüzdesi ve hızına sahip oldukları görülmüştür. Ayrıca bu çalışmada, depolama süresince tohumların içsel melatonin seviyelerinde mevsimsel olarak bir değişimin olduğu ve melatonin seviyesinin depolamanın 8. ayına denk gelen kış aylarında ciddi derecede yükseldiği ortaya konmuştur. Yapılan melatonin uygulamalarının yaşlanma ile meydana gelen hasarın şiddetini azaltıldığı ve özellikle düşük sıcaklıkta çimlenme performansının iyileştirildiği dolayısıyla vigor olarak daha zayıf durumda olan Yalova-341 çeşidinde daha etkili olduğu belirlenmiştir. Melatonin içeriğinde görülen bu mevsimsel dalgalanma 1 yıl süren depolama sırasında tohum yaşlanma sürecini de etkilemiştir. Melatonin içeriğinin depolamanın 8. ayında yükselmesi antioksidan enzim aktivitelerinde ve dolayısıyla da çimlenme performansında iyileştirmelere neden olmuştur. Sonuç olarak bu çalışmayla melatonin uygulamalarının tohumların yaşlanması üzerine olan etkileri ortaya konmuş ve melatonin uygulaması yapılan biber tohumlarının optimum ve stres koşulları altında çimlenme yüzdesinin daha yüksek olduğu dolayısıyla yaşlanma hızının yavaşladığı belirlenmiştir.

Abstract:
Even though seed quality starts to decline while the seeds are still on the mother plant and continues through harvest and storage until sowing in the field; most of the quality loss occurs during storage. Storing the seeds in an environment with unfavorable conditions such as high relative humidity and temperature accelerates the ageing process due to the fact that reactive oxygen species formed in seeds oxidase the phospholipids and fatty acids.
Melatonin (N-acetyl-5-methoxytryptamine) is an indolamine which was first isolated from bovine pineal gland in 1958 and since its discovery, it's been identified in almost all life forms. It has been postulated that melatonin may serve as a photoperiodic and circadian rhythm regulator as well as a universal antioxidant because of its wide distribution in fungi, algae, bacteria, animals and plants. Most of the data on melatonin being a broad spectrum antioxidant that enhances stress tolerance come from investigations conducted on whole plant level studies but no data are available on the involvement of melatonin on seed ageing. The main aim of this project is to identify the possible effects of melatonin on seed ageing process. For this purpose, seeds of two pepper cultivars (Sena and Yalova-341) with contrasting vigor levels were treated with melatonin (0, 5 or 25 μM) for one day after which they were stored for up to a year under two different temperature regimes (4 or 25 oC). The effects of exogenous application of melatonin on seed ageing and seed quality were assessed periodically (0, 4, 8 and 12 months after storage) with various tests and analyses.
The results indicated that storing the seeds at low temperature (4 oC) for up to one year slowed the ageing process significantly compared to storing at room temperature (25 oC). Pre-treatment of seeds of both cultivars with melatonin before storage slowed seed deterioration significantly by reducing electrolyte leakage, H2O2 and MDA contents and by boosting the activities of such antioxidant enzymes as CAT, POX and APOX and restoring membrane properties. Seeds pre-treated with higher concentration of melatonin (25 μM) before storage usually exhibited higher antioxidant enzyme activities and higher germination percentages and rates. The effects of melatonin application on seed ageing
were more effective on low vigor cultivar-Yalova-341 with considerable improvement in low temperature germination performance. The results also showed that seed melatonin content varied significantly during one year storage reaching its peak during winter months or after 8 months of storage. Seasonal variation in melatonin content also affected seed ageing process and higher melatonin content after 8 month of storage resulted in higher antioxidant enzyme activity and higher germination performance. Therefore, it could be deduced from the results of this research that pre-treating the seeds with melatonin before storage could be used to slow the ageing process in pepper seeds since it has a potential to improve the germination performance under both optimum and low temperature conditions.