Kırmızıbiberde bazı ağır metallerin (Cd, Cr ve Ni) birikimi ve bitki gelişimi üzerine etkileri
Accumulation of some heavy metals (Cd, Cr and Ni) in red pepper and their effects on plant growth
Yazar: HAVA ŞEYMA İNCİ
Danışman: PROF. DR. SERMİN AKINCI
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu tez çalışması kırmızıbiberde kadmiyum (Cd), krom (Cr) ve nikel (Ni) elementlerinin/ağır metallerinin bitkide meydana getirdiği morfolojik değişiklikleri, biyokimyasal özellikler üzerindeki etkilerini ve bitki organlarında bu ağır metallerin birikim ve dağılımlarını belirlemek amacıyla sera şartlarında yürütülmüştür.
Araştırmada Doğu Akdeniz Geçit Kuşağı Tarımsal Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü'nden temin edilen "Maraş-1" kırmızıbiber çeşidine ait fideler kullanılmıştır. Çalışma üç farklı deneme şeklinde, her element için ayrı ayrı (Cd elementi x 5 doz x 3 tekerrür; Cr elementi x 5 doz x 3 tekerrür; Ni elementi x 5 doz x 3 tekerrür) tesadüf parselleri deneme desenine göre kurulmuş ve 2017-2018 yıllarında 2 yıl süre ile yürütülmüştür. Uygulanan kadmiyum (Cd) dozları 0, 5, 10, 20 ve 40 mg kg-1, krom (Cr) dozları 0, 15, 30, 60 ve 120 mg kg-1 ve nikel (Ni) dozları 0, 10, 20, 40 ve 80 mg kg-1 şeklindedir.
Çalışmada incelenen özellikler morfolojik yönden; bitki boyu (cm), bitki gövde çapı (mm), bitkide yaprak sayısı (adet), yaprak eni (mm), yaprak boyu (mm), bitki yaş ve kuru ağırlığı (g),  kök yaş ve kuru ağırlığı (g), bitki başına toplam meyve sayısı (adet), bitki başına toplam meyve ağırlığı (g), ortalama meyve ağırlığı (g/adet), meyve çapı (mm), meyve boyu (mm), meyve şekil indeksi (boy/çap), meyve et kalınlığı (mm), meyve eti yaş ve kuru ağırlığı, meyve tohum evi yaş ve kuru ağırlığı olmuştur. Biyokimyasal yönden incelenen özellikler; biber meyvelerinde antioksidan aktivite (µg trolox/g yaş örnek), toplam fenolik madde (µg gallik asit/g yaş örnek), askorbik asit içeriği (mg askorbik asit/100 g yaş örnek)  ve yapraklarda klorofil SPAD değeri olmuştur. Bitkide gerçekleşen akümülasyonu belirlemek için ise bitkinin kök, gövde, yaprak, meyve eti ve tohumlarında Cd, Cr ve Ni için element/ağır metal analizleri yapılmıştır. Ayrıca hasat sonrası toprakta kalan ağır metal konsantrasyonları DTPA (Dietilen Triamin Pentaasetik Asit) yöntemi ile belirlenmiştir.
Kadmiyum uygulamasının 2017 ve 2018 yılları ortalama sonuçlarında, bitki gövde çapı (mm), bitkide yaprak sayısı (adet), yaprak boyu (mm), bitki başına toplam meyve sayısı (adet), bitki başına toplam meyve ağırlığı (g), meyve boyu (mm), meyve tohum evi yaş ve kuru ağırlığı (g), antioksidan aktivite (µg trolox/g yaş örnek), toplam fenolik madde (µg gallik asit/g yaş örnek), askorbik asit içeriği (mg askorbik asit/100 g yaş örnek), klorofil SPAD değeri ve tüm bitki organlarındaki birikim (mg kg-1) istatistiksel olarak çok önemli (p<0.01) bulunmuştur. Bitki boyu (cm), yaprak eni (mm), ortalama meyve ağırlığı (g/adet), meyve eti yaş ve kuru ağırlığı ise istatistiksel olarak önemli (p<0.05) bulunmuştur. Bitki yaş ve kuru ağırlığı (g),  kök yaş ve kuru ağırlığı (g),  meyve çapı (mm), meyve şekil indeksi (boy/çap) ve meyve et kalınlığı (mm) istatistiksel olarak önemsiz bulunmuştur.
Kadmiyum uygulanan tüm dozlarında biber bitkisine olumsuz etki göstermiştir. Cd esas itibariyle bitkinin köklerinde akümüle olmakla beraber bitkinin diğer organlarına taşınmıştır. 2017-2018 yılları ortalamasında biber bitkisinde Cd dağılımı kök>yaprak>tohum>meyve eti>gövde şeklinde sıralanmıştır. Bitkinin tüketilen kısmı olan meyve eti ve tohumda bulunan Cd konsantrasyonu tüm uygulanan dozlarda izin verilen sınır değeri (WHO) aşmıştır.
Krom uygulamasının 2017 ve 2018 yılları ortalama sonuçlarında,  meyve çapı (mm) istatistiksel olarak önemli (p<0.05) bulunurken meyve şekil indeksi (boy/çap) önemsiz bulunmuş ve incelenen diğer tüm özellikler (bitki boyu (cm), bitki gövde çapı (mm), bitkide yaprak sayısı (adet), yaprak eni (mm), yaprak boyu (mm), bitki yaş ve kuru ağırlığı (g),  kök yaş ve kuru ağırlığı (g), bitki başına toplam meyve sayısı (adet), bitki başına toplam meyve ağırlığı (g), ortalama meyve ağırlığı (g/adet), meyve boyu (mm), meyve et kalınlığı (mm), meyve eti yaş ve kuru ağırlığı, meyve tohum evi yaş ve kuru ağırlığı, antioksidan aktivite (µg trolox/g yaş örnek), toplam fenolik madde (µg gallik asit/g yaş örnek), askorbik asit içeriği (mg askorbik asit/100 g yaş örnek), klorofil SPAD değeri ve tüm bitki organlarındaki birikim (mg kg-1) istatistiksel olarak çok önemli (p<0.01) bulunmuştur. 
Krom uygulamaları biber bitkisnin incelenen özelliklerine negatif etkide bulunmuştur. En yüksek iki doz olan 60 ve 120 mg kg-1 Cr uygulamasında biber bitkisinde meyve tutumu gerçekleşmemiştir. Toprakta bulunan Cr, bitkinin esas olarak köklerinde birikmekle beraber diğer organlarına transfer olmuştur (kök>gövde>yaprak> tohum>meyve eti). Bitkinin tüketilen kısmı olan meyve eti ve tohumda bulunan Cr konsantrasyonu tüm uygulanan dozlarda izin verilen sınır değeri (WHO) aşmıştır.
Nikel uygulamasının 2017 ve 2018 yılları ortalama sonuçlarında, bitki boyu (cm), yaprak eni (mm), yaprak boyu (mm), bitki başına toplam meyve ağırlığı (g), bitki başına toplam meyve sayısı (adet), ortalama meyve ağırlığı (g/adet), meyve boyu (mm), meyve et kalınlığı (mm), meyve eti yaş ve kuru ağırlığı, meyve tohum evi kuru ağırlığı (g), antioksidan aktivite (µg trolox/g yaş örnek), toplam fenolik madde (µg gallik asit/g yaş örnek), askorbik asit içeriği (mg askorbik asit/100 g yaş örnek), klorofil SPAD değeri ve tüm bitki organlarındaki birikim (mg kg-1) istatistiksel olarak çok önemli (p<0.01) bulunmuştur. Kök kuru ağırlığı (g), bitkide yaprak sayısı (adet), meyve tohum evi yaş ağırlığı (g)  ise istatistiksel olarak önemli (p<0.05) bulunmuştur. Bitki gövde çapı (mm), bitki yaş ve kuru ağırlığı (g),  kök yaş ağırlığı (g),  meyve çapı (mm) ve meyve şekil indeksi (boy/çap) istatistiksel olarak önemsiz bulunmuştur.
Nikel uygulamaları biber bitkisnin incelenen bazı özelliklerine düşük dozlarda olumlu etki ederken yüksek dozlarda negatif yönde etkide bulunmuştur. Nikel topraktan bitkiye transfer olmuş ve bitkinin esas olarak köklerinde akümüle olmakla beraber diğer organlarına taşınmıştır Yıllar ortalamasında biber bitkisinde Ni dağılımı kök>gövde> meyve eti >yaprak> tohum şeklinde sıralanmıştır. Nikelin en düşük doz uygulamasında (10 mg kg-1) meyve etinde izin verilen sınır değerin çok az üzerinde birikim gerçekleşmiş ve tohumda ise (10, 20 ve 40 mg kg-1) dozlarında izin verilen (WHO) sınırı aşan birikim gerçekleşmemiştir. En yüksek doz olan 80 mg kg-1 uygulamasında tohumda izin verilen sınır değeri çok az aşan Ni akümülasyonu gerçekleşmiştir.

Abstract:
This thesis was carried out under greenhouse conditions in order to determine the morphological changes caused by cadmium (Cd), chromium (Cr) and nickel (Ni) elements/eavy metal in red pepper plant, their effects on biochemical properties and the accumulation and distribution of these heavy metals in plant organs.
In the research, seedlings of the "Maraş-1" red pepper variety obtained from the Doğu Akdeniz Geçit Kuşağı Agricultural Research Institute were used. The study was conducted in three different experiments, separately for each element (Cd element x 5 doses x 3 replications; Cr element x 5 doses x 3 replications; Ni element x 5 doses x 3 replications) according to a randomized block design for each element, and was carried out for 2 years in 2017-2018. Treated cadmium (Cd) doses were 0, 5, 10, 20 and 40 mg kg-1, the chromium (Cr) doses were 0, 15, 30, 60 and 120 mg kg-1 and the nickel (Ni) doses were 0, 10, 20, 40 and 80 mg kg-1. 
In the study, morphologically; plant height (cm), plant stem diameter (mm), number of leaves per plant (piece), leaf diameter (mm), leaf length (mm), plant fresh and dry weight (g), root fresh and dry weight (g), total fruit number per plant (piece), total fruit weight per plant (g), average fruit weight (g/piece), fruit diameter (mm), fruit length (mm), fruit shape index (length/diameter), fruit wall thickness (mm), fruit flesh fresh and dry weight, fruit placenta fresh and dry weight properties were investigated. Biochemically, antioxidant activity (µg trolox/g fresh sample), total phenolic substance (µg gallic acid/g fresh sample), ascorbic acid content (mg ascorbic acid/100 g fresh sample) in pepper fruits and chlorophyll SPAD value in leaves were investigated. In order to determine the accumulation in the plant, element/heavy metal analyzes were performed for Cd, Cr and Ni in the root, stem, leaf, fruit flesh and fruit placenta of the plant. In addition, heavy metal concentrations remaining in the soil after harvest were determined by DTPA (Diethylene Triamine Pentaacetic Acid) method. 
In the average results of cadmium treatment in 2017 and 2018, plant stem diameter (mm), number of leaves per plant (number), leaf length (mm), total fruit number per plant (piece), total fruit weight per plant (g), fruit length (mm), fruit placenta fresh and dry weight (g), antioxidant activity (µg trolox/g fresh sample), total phenolic substance (µg gallic acid/g fresh sample), ascorbic acid content (mg ascorbic acid/100 g fresh sample), chlorophyll SPAD value and accumulation in all plant organs (mg kg-1) were found to be statistically very significant (p<0.01). Plant height (cm), leaf diameter (mm), average fruit weight (g/piece), fresh and dry fruit flesh weight were found to be statistically significant (p<0.05). Plant fresh and dry weight (g), root fresh and dry weight (g), fruit diameter (mm), fruit shape index (height/diameter) and fruit wall thickness (mm) were found to be statistically insignificant.
Cadmium had a negative effect on the pepper plant at all treated doses. Cd was mainly accumulated in the roots of the plant and transported to other parts of the plant. In the average of 2017-2018 years, the distribution of Cd in pepper plants was listed as root>leaf>seed>fruit flesh>stem. The concentration of Cd in the fruit and seed, which is the consumed part of the plant, exceeded the allowable limit value (WHO) at all treated doses.
In the average results of chromium treatment in 2017 and 2018, fruit diameter (mm) was found to be statistically significant (p<0.05), while fruit shape index (height/diameter) was found to be insignificant, and all other parameters examined (plant height (cm), plant stem diameter (mm) ), number of leaves per plant (piece), leaf diameter (mm), leaf length (mm), plant fresh and dry weight (g), root fresh and dry weight (g), total number of fruit per plant (piece), per plant total fruit weight (g), average fruit weight (g/piece), fruit length (mm), fruit wall thickness (mm), fruit flesh fresh and dry weight, fruit placenta fresh and dry weight, antioxidant activity (µg trolox/ g fresh sample), total phenolic substance (µg gallic acid/g fresh sample), ascorbic acid content (mg ascorbic acid/100 g fresh sample), chlorophyll SPAD value and accumulation in all plant organs (mg kg-1) were found to be statistically very significant (p<0.01).
Chromium treatments had a negative effect on the investigated properties of the pepper plant. In the two highest doses of 60 and 120 mg kg-1 Cr treatment, fruit formation did not occur in the pepper plant. Cr in the soil accumulated mainly in the roots of the plant, but transferred to other organs (root>stem>leaf>seed>fruit flesh). The Cr concentration in fruit and seed, which is the consumed part of the plant, exceeded the allowable limit value (WHO) at all treatment doses.
In 2017 and 2018 average results of nickel treatment, plant height (cm), leaf diameter (mm), leaf length (mm), total fruit weight per plant (g), total fruit number per plant (piece), average fruit weight (g/piece), fruit length (mm), fruit wall thickness (mm), fruit flesh fresh and dry weight, fruit placenta dry weight (g), antioxidant activity (µg trolox/g fresh sample), total phenolic substance (µg gallic acid/g fresh sample), ascorbic acid content (mg ascorbic acid/100 g fresh sample), chlorophyll SPAD value and accumulation in all plant organs (mg kg-1) were statistically very significant (p<0.01). Root dry weight (g), number of leaves per plant (pieces), fruit placenta fresh weight (g) were found to be statistically significant (p<0.05). Plant stem diameter (mm), plant fresh and dry weight (g), root fresh weight (g), fruit diameter (mm) and fruit shape index (height/diameter) were found to be statistically insignificant.
Nickel treatment had a positive effect on some parameters of the pepper plant examined at low doses, while it had a negative effect at high doses. Nickel was transferred from the soil to the plant and accumulated in the main roots of the plant, but moved to other organs. In the average of 2017-2018, the distribution of Ni in the pepper plant was listed as root>stem> fruit flesh>leaf>seed. In the lowest dose treatment of nickel (10 mg kg-1), the accumulation was slightly above the allowable limit value in the fruit flesh and the accumulation did not exceed the allowable (WHO) limit in the seed (10, 20 and 40 mg kg-1) doses. In the treatment of the highest dose, 80 mg kg-1, Ni accumulation in the seed, which slightly exceeded the allowed limit value, was realized.