Cıva ve kadmiyum stresi altındaki buğday yapraklarında asetilkolin uygulamalarının büyüme, fotosentetik parametreler, antioksidan sistem ve tolerans üzerine etkileri
Effects of acetylcholine treatments on growth, photosynthetic parameters, antioxidant system and tolerance in wheat leaves under mercury and cadmium stress
Yazar: BUKET KOYUKAN
Danışman: PROF. DR. EVREN YILDIZTUGAY
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Botanik = Botany
Dizin: Bitki fizyolojisi = Plant physiology ; Biyokimya = Biochemistry ; Biyokimyasal analiz = Biochemical analysis ; Oksidatif stres = Oxidative stress ; Serbest radikaller = Free radicals ; Stres faktörleri = Stress factors

Özet:
Ağır metaller antropojenik faaliyetler nedeniyle doğada artmakta ve bitkilerin büyümesini, gelişmesini ve verimliliğini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada bitkiler tarafından biriktirildiğinde tehlikeli etkilere neden olabilecek toksik metal kirleticilerden cıva (Hg) ve kadmiyum (Cd) araştırılmıştır. Bu metaller tipik olarak önemli enzimleri inhibe eder ve işlevlerini durdurur, böylece bitkilerin fotosentez, solunum ve kaliteli mahsul üretme yeteneklerini olumsuz yönde etkiler. Asetilkolin (ACh), hem ilkel hem de gelişmiş bitki türlerinde bulunan güçlü bir nörotransmitter olarak görev yapar. Çeşitli metabolik süreçlerde, özellikle de büyümenin düzenlenmesinde ve strese adaptasyonda önemli rol oynadığı iyi bilinmektedir. Bu amaçla Triticum aestivum'da Hg ve/veya Cd stresi (Hg, 50 µM; Cd, 100 µM) altında asetilkolin'in (ACh1, 10 µM; ACh2, 100 µM) etkileri araştırıldı. Buğday fideleri Hg veya Cd stresi altında yaklaşık %24'lük bir büyüme geriliği sergiledi. Kombine stres koşulları (Cd+Hg), RWC'de yaklaşık %16 oranında bir azalmaya neden oldu. Stres altındaki bitkilere uygulanan iki farklı dozda ACh uygulaması, büyüme parametrelerini olumlu etkilemiş ve su ilişkilerini düzenlemiştir. Stres gruplarında gaz değişimi sınırlıydı ve PSII'nin (Fv/Fm) fotokimyasal kuantum yeterliliği bastırılmıştır. Cd+ACh1 ve Cd+ACh2 uygulamaları stoma iletkenliğinde ve karbon asimilasyon hızında sırasıyla yaklaşık 2 kat ve 1.5 kat iyileşme ile sonuçlandı. Benzer şekilde Hg stresi altındaki buğday fidelerinde ACh uygulamalarıyla iyileşme gözlenmiştir. Cd ve/veya Hg stresi altında yüksek düzeyde H2O2 birikmiş ve lipid peroksidasyonu meydana gelmiştir. Sonuçlarımıza göre, Cd ve Hg streslerine uygulanan ACh uygulaması SOD, POX ve APX aktivitelerini iyileştirerek oksidatif hasarı azaltmıştır. Sonuç olarak, ACh uygulamasının stres toleransını sağladığı ve ağır metallerin neden olduğu olumsuz etkileri hafiflettiği bulunmuştur.

Abstract:
Heavy metals increase in nature due to anthropogenic activities and negatively impact the growth, progress, and efficiency of plants. Among the toxic metal pollutants that can cause dangerous effects when accumulated by plants, mercury (Hg) and cadmium (Cd) were investigated in this study. These metals typically inhibit important enzymes and halt their functioning, thereby adversely affecting the capability of plants to achieve photosynthesis, respiration, and produce quality crops.  Acetylcholine (ACh) serves as a potent neurotransmitter present in both primitive and advanced plant species. Its significant involvement in diverse metabolic processes, particularly in regulating growth and adaptation to stress, is well recognized. For this aim, effects of acetylcholine (ACh1, 10 µM; ACh2, 100 µM) were survey in Triticum aestivum under Hg and/or Cd stress (Hg, 50 µM; Cd, 100 µM). Wheat seedlings exhibited a growth retardation of about 24% under Hg or Cd stress. Combined stress conditions (Cd+Hg) resulted in a decrease in RWC by approximately 16%. Two different doses of ACh treatment to stressed plants positively affected growth parameters and regulated the water relations. Gas exchange was limited in stress groups, and the photochemical quantum competency of PSII (Fv/Fm) was suppressed. Cd+ACh1 and Cd+ACh2 treatments resulted in approximately 2-fold and 1.5-fold improvement in stomatal conductance and carbon assimilation rate, respectively. Similarly, improvement was observed with ACh treatments in wheat seedlings under Hg stress. Under Cd and/or Hg stress, high levels of H2O2 accumulated and lipid peroxidation occurred. According to our results, ACh treatment upon Cd and Hg stresses improved the activities of SOD, POX, and APX, thereby reducing oxidative damage. In conclusion, ACh treatment was found to ensure stress tolerance and limit the adverse effects caused by heavy metals.