Pamuk (Gossypium hirsutum L.) kalluslarında tuz stresine karşı bazı morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin araştırılması
Investigation of some morphological, physiological andbiochemical parameters against salt stress in cotton (Gossypium hirsutum L.)
Yazar: MELİS SAÇU
Danışman: PROF. DR. AYNUR GÜREL ; PROF. DR. LALE AKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya = Chemistry

Özet:
En önemli abiyotik stres faktörlerinden biri olarak bilinen tuz stresinin, pamuk üretim alanlarında verimi kısıtladığı bilinmektedir. Bu çalışmada, in vitro koşullarda tuza dayanıklı (Carmen) ve duyarlı (NM-503) olduğu bilinen iki farklı pamuk çeşidine ait tohumlardan elde edilen kalluslara farklı konsantrasyonlarda NaCl uygulaması yapılarak tuz stresinin oluşturulması ve bu stresin kalluslar üzerinde meydana getirdiği morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal etkilerin incelenilmesi hedeflenmiştir. Carmen ve NM-503 çeşitlerine ait tohumlar, yüzey sterilizasyondan sonra in vitro'da yarı katı besin ortamlarında (1/2 MS) kültüre alınarak çimlendirilmişlerdir. Çimlenen 7 günlük steril fidelerin hipokotil eksplantlarından oluşturulan kalluslar altkültürlerle çoğaltılarak belirlenen tuz konsantrasyonuna sahip besin ortamlarında 4 hafta büyümeye bırakıldıktan sonra fizyolojik, morfolojik ve biyokimyasal parametreleri incelenmiş ve tuza tolerans durumları değerlendirilmiştir. 
Morfolojik ve fizyolojik olarak, yaş ağırlık, kuru ağırlık, kallus rengi, kallus yapısı, kallus oluşum yüzdesi incelenen kalluslarda 400 mM tuz uygulanan konsantrasyonda iki çeşidin de büyümesinin durduğu gözlemlenmiştir. Morfolojik ve fizyolojik gözlemlere göre duyarlı olduğu bilinen NM-503 çeşidinin in vitro'da bitki doku kültürlerine yanıtlarının daha uygun olduğu görülmüştür. Çeşitlerin artan tuz konsantrasyonunda klorofil miktarlarının değişmediği, karotenoid miktarlarının azaldığı görülmüştür. Fotosentetik aktivitelerin artan tuz konsantrasyonu varlığında pamuk bitkisinde iki çeşit için de ayırt edici bir özellik olmadığı görülmüştür. Dayanıklı olduğu bilinen Carmen çeşidinde artan tuz konsantrasyonu varlığında prolin miktarının artıp duyarlı olduğu bilinen NM-503 çeşidinde ise azalması pamuk bitkisinin ozmotik regülasyonlarla tuz stresini tolere ettiğini açıklamaktadır. DPPH analizleri sonucu artan tuz konsantrasyonundan iki çeşidin de % inhibisyonlarının azaldığı görülmektedir.
Carmen çeşidinin prolin miktarı 200 ve 400 mM NaCl uygulamasında 2.65 ve 3.10 µmol-1 g görülürken NM-503 çeşidinde aynı dozlardaki prolin miktarı 0.22 ve 0.21 µmol-1 g görülmüştür. Antioksidan enzimlerde Carmen çeşidinin POX miktarı 200 ve 400 mM NaCl uygulanan dozlarda sırası ile 15.6 ve 18.4 ünite mg-1 protein olarak en yüksek değerleri göstermiştir. SOD enzimi aktivitesinin Carmen çeşidinde yüksek görüldüğü dozlarda hidrojen peroksit miktarı düşük görülmüştür. NM-503 çeşidindeki hidrojen peroksit miktarının, aynı NaCl konsantrasyon uygulamasında daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Bunun sebebi Carmen çeşidinde POX ve APX enzimlerinin yüksek aktivite göstererek hidrojen peroksidin zararlı etkisini azaltmasına bağlı olduğunu göstermektedir.
NM-503 çeşidi in vitro seleksiyon çalışmaları için morfolojik ve fizyolojik olarak uygun olmasına rağmen, Carmen çeşidinin 200 mM tuz konsantrasyonuna kadar ozmotik regülasyon ve antioksidan enzim aktiviteleri ile tuzu tolere ettiği belirlenmiştir.

Abstract:
Salt stress, one of the most important abiotic stress factors, is accepted to limit yield in cotton production areas. In this study to obtain salt stress by applying different concentrations of NaCl on the calli obtained from the seeds of two different cotton cultivars, Carmen and NM-503 known as salt-resistant and salt-sensitive respectively, in vitro conditions and to analyze of the morphological, physiological and also biochemical effects investigation caused by the salt stress on the calli are the main points targeted.
The seeds of Carmen and NM-503 varieties were cultured in semi-solid nutrient media (1/2 MS) for in vitro germination after surface sterilization provided by sulfuric acid and commercial sodium hypochlorite. The callus, formed from hypocotyl explants of sterile seedlings after 7 days of germination, mass-propagated by subculturing and transfered into the medium with determined salt concentration for 4 weeks. After 4 weeks, the morphological and biochemical parameters of the cultures are investigated and the state of salt tolerance of the callus are evaluated. 
Among the callus, which are analyzed by morphological and physiological properties such as wet weight, dry weight, callus color, callus structure and callus formation percentage, it is observed the growth of both cultivars stopped at 400 mM salt applied concentration. According to morphological and physiological observations, NM-503 species, known as salt-sensitive, are found to be more suitable for plant tissue cultures in vitro. It is observed that chlorophyll amounts did not change and carotenoid amounts decreased in increasing salt concentration of cultivars. In the presence of increased salt concentration, photosynthetic activities are not a distinctive feature for both cultivars of cotton plant and do not have a mechanism affected by salt stress. Increasing of the amount of proline in the cultivar Carmen, which is known to be resistant, and decreasing in the cultivar NM-503, which is known to be sensitive, in the presence of increased salt concentration, explains that cotton plant tolerates salt stress by osmotic regulation.
DPPH analysis showed that % inhibition of antioxidative enzymes of both cultivars decreased with increasing salt concentration. 
While the proline content of Carmen cultivar was 2.65 and 3.10 µmol-1 g in 200 and 400 mM NaCl application, the same doses of NaCl  in NM-503 were 0.22 and 0.21 µmol-1 g. It was observed that the amount of hydrogen peroxide in NM-503 variety was higher in the same NaCl concentration application. These results show that by increasing the activity of POX and APX enzymes in Carmen cultivar, hydrogen peroxide reduces harmful effects.
Although NM-503 was morphologically and physiologically suitable for in vitro selection studies, Carmen was determined to tolerate salt with osmotic regulation and antioxidant enzyme activities up to 200 mM salt concentration.