Arpa (Hordeum vulgare L.) çeşitlerinin hekzavalent krom stresine karşı toleransının belirlenmesi
Determination of chromium tolerance of barley (Hordeum vulgare L.) cultivars to hexavalent chromium stress
Yazar: BEHİYE URUŞAK
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA YILDIZ
Afyon Kocatepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Antioksidan enzimler = Antioxidant enzymes ; Arpa = Barley ; Büyüme = Growth ; Krom = Chromium

Özet:
Bu araştırmada, Türkiye'de ekimi yapılan bazı arpa (Hordeum vulgare L.) çeşitlerinin hekzavalent kroma [Cr(VI)] karşı toleransı erken fide evresinde hidroponik kültür ortamında incelenmiştir.Bu araştırmanın ilk aşamasında, sekiz arpa çeşidinin (Angora, Avcı-2002, Aydanhanım, Başgül, Bülbül-89, Orza-96, Tarm-92, Zeynelağa) gövde ve kök büyümesi üzerine farklı Cr(VI) konsantrasyonlarının (0, 75, 150 ve 225 µM) etkisi incelenmiştir. Cr(VI) konsantrasyonunun artışına bağlı olarak arpa çeşitlerinin gövde ve kök uzunlukları, taze ve kuru ağırlıkları genellikle önemli düzeyde azalmıştır. Arpa çeşitlerinin Cr(VI) toleransındaki farklılıkları belirlemek için gövde ve kök kuru ağırlığının bir fonksiyonu olarak tolerans indeksi (%) değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, krom stresine en toleranslı arpa çeşidi Zeynelağa, en hassas çeşit ise Orza-96 olarak belirlenmiştir.Araştırmanın ikinci aşamasında, Cr-toleranslı Zeynelağa ve Cr-hassas Orza-96 arpa çeşitlerinde Cr birikimi, fotosentetik pigment içeriği, ? -aminolevülinik asit dehidrataz (ALAD) aktivitesi, prolin içeriği, malondialdehit (MDA) içeriği, bazı antioksidant enzimlerin [süperoksit dismutaz (SOD), askorbat peroksidaz (APX), guaiakol peroksidaz (POD) ve katalaz (CAT)] aktivitesi ve total çözünebilir proteinlerin iki-yönlü (2-D) elektroforetik profilleri üzerine Cr(VI) stresinin etkisi belirlenmiştir.1)Arpa çeşitlerinin gövde dokusuna göre kök dokusunda daha fazla Cr birikmiştir. Cr-hassas Orza-96 arpa çeşidine göre Cr-toleranslı Zeynelağa arpa çeşidinin gövde dokusundaki Cr birikimi nispeten daha fazla belirlenirken, zıt durum kök dokusunda belirlenmiştir.2)Cr-toleranslı Zeynelağa arpa çeşidinin toplam klorofil (klorofil a + b) içeriği kontrole göre 75 µM Cr(VI) konsantrasyonunda önemli düzeyde artarken, 225 ? M Cr(VI) konsantrasyonunda önemli düzeyde azalmıştır. Buna karşın, Cr-hassas Orza-96 arpa çeşidinin toplam klorofil içeriği Cr(VI) konsantrasyonunun artışına bağlı olarak önemli düzeyde azalmıştır. Zeynelağa arpa çeşidine göre Orza-96 arpa çeşidinin karotenoid içeriği Cr(VI) stresinden daha fazla etkilenmiştir. Cr(VI) stresi her iki arpa çeşidinde ALAD aktivitesini önemli düzeyde azaltmış olmasına rağmen, iki arpa çeşidinin ALAD aktiviteleri arasında belirgin bir farklılık belirlenmemiştir.3)Cr-toleranslı Zeynelağa ve Cr-hassas Orza-96 arpa çeşitlerinin yaprak dokusunda prolin ve MDA içerikleri Cr(VI) konsantrasyonunun artışı ile önemli düzeyde artmıştır. Bu etki, Zeynelağa arpa çeşidine göre Orza-96 arpa çeşidinde daha belirgin bulunmuştur.4)Cr(VI) stresi, Cr-toleranslı Zeynelağa ve Cr-hassas Orza-96 arpa çeşitlerinin yaprak dokularında SOD, APX, POD ve CAT antioksidant enzim aktivitelerinde artışa neden olmuştur. Kontrole göre 225 µM Cr(VI) konsantrasyonunda SOD aktivitesi Zeynelağa arpa çeşidinde 2 kat daha yüksek bulunurken, Orza-96 arpa çeşidinde 3 kat daha yüksek bulunmuştur. APX aktivitesi Cr-toleranslı Zeynelağa arpa çeşidine göre Cr-hassas Orza-96 arpa çeşidinde daha fazla artış göstermiştir. Cr-toleranslı Zeynelağa arpa çeşidinin POD aktivitesi Cr-hassas Orza-96 arpa çeşidininkine göre daha fazla teşvik edilmiştir. Bununla birlikte, 75 ve 150 µM Cr(VI) konsantrasyonunda Zeynelağa arpa çeşidinin Orza-96 çeşidine göre önemli düzeyde daha yüksek CAT aktivitesine sahip olduğu belirlenmiştir.5)Protein analizlerinde, kontrol ve 225 µM Cr(VI) konsantrasyonuna maruz bırakılmış Cr-toleranslı Zeynelağa ve Cr-hassas Orza-96 arpa çeşitlerinin yaprak dokularından ekstrakte edilen toplam çözünebilir proteinler, iki-yönlü (2-D) elektroforezi (İEF/SDS-PAJE) takiben gümüş boyama kullanılarak analiz edilmiştir. Cr(VI) stresinin sonucu olarak, arpa çeşitlerinin yaprak dokusunda düşük moleküler ağırlıklı proteinler (<31.5 kDa) değerlendirilmiştir. Kontrole göre 225 µM Cr(VI) konsantrasyonunda, Zeynelağa ve Orza-96 arpa çeşidinde iki yeni protein (22.0 kDa, pI 6.6 ve 22.5 kDa, pI 6.9) sentezlenmiştir. Zeynelağa arpa çeşidinde 5 proteinin (21.0-23.9 kDa, pI 6.1-7.5) sentezi Cr(VI) stresi altında belirgin şekilde artarken, Orza-96 arpa çeşidinde 6 proteinin (21.0-23.9 kDa, pI 6.2-7.5) sentezi belirgin şekilde artmıştır. Bununla birlikte, Zeynelağa ve Orza-96 arpa çeşitlerinde sırasıyla 15 ve 16 proteinin (15.6-30.1 kDa, pI 5.7-7.0) miktarı belirgin şekilde azalmıştır.

Abstract:
In this research, hexavalent chromium [Cr(VI)] tolerance of some barley (Hordeum vulgare L.) cultivars grown in Turkey was investigated at early seedling stage in hydroponic culture.In the first stage of this research, the effect of different Cr(VI) concentrations (0, 75, 150 and 225 µM) on shoot and root growth of eight barley cultivars (Angora, Avcı-2002, Aydanhanım, Başgül, Bülbül-89, Orza-96, Tarm-92, Zeynelağa) was examined. In general, the lengths, fresh and dry weights of shoots and roots of barley cultivars were significantly decreased with increasing Cr(VI) concentration. To determine differences in Cr(VI) tolerance of barley cultivars, the tolerance index (%), which is a function of shoot and root dry weights, was evaluated. As a result, the most Cr-tolerant barley cultivar, Zeynelağa, and the most Cr-sensitive barley cultivar, Orza-96, were determined.In the second stage of this research, the effect of Cr(VI) stress on Cr accumulation, photosynthetic pigments content, ? -aminolevulinic acid dehydratase (ALAD) activity, proline content, malondialdehyde (MDA) content, activities of some antioxidant enzymes [superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (POD) and catalase (CAT)] and two-dimensional (2-D) electrophoretic profiles of total soluble proteins in Cr-tolerant Zeynelağa and Cr-sensitive Orza-96 barley cultivars.1)Chromium was more accumulated in roots than shoots tissues of barley cultivars. Cr accumulation in shoot tissue of Cr-tolerant Zeynelağa was relatively higher than in Cr-sensitive Orza-96, while inverse pattern was determined in root tissue.2)The total chlorophyll (chlorophyll a + b) content of Cr-tolerant Zeynelağa was significantly increased at 75 µM Cr(VI), while it was significantly decreased at 225 µM Cr(VI) compared to control. The total chlorophyll content of Cr-sensitive Orza-96 decreased significantly with an increase in Cr(VI) concentration. The carotenoid content of Orza-96 was more affected by Cr(VI) stress compared to Zeynelağa barley cultivar. Although Cr(VI) stress reduced significantly the ALAD activity compared to control, there was no consistent difference between ALAD activities of two barley cultivars.3)Proline and MDA contents in leaf tissues of Cr-tolerant Zeynelağa and Cr-sensitive Orza-96 barley cultivars were significantly increased with an increasing Cr(VI) concentration. This effect was found more pronounced in Orza-96 than Zeynelağa.4)Cr(VI) stress caused an increase in the activities of SOD, APX, POD and CAT antioxidant enzymes in leaf tissues of Cr-tolerant Zeynelağa and Cr-sensitive Orza-96 barley cultivars. The SOD activity was found 2 times higher in Zeynelağa, while it was found 3 times higher in Orza-96 at 225 µM Cr(VI) compared to their control. The APX activity was more increased in Cr-sensitive Orza-96 than Cr-tolerant Zeynelağa cultivar. The POD activity of Cr-tolerant Zeynelağa was more induced than that of the Cr-sensitive Orza-96. However, Zeynelağa had significantly higher CAT activity than Orza-96 grown at 75 and 150 µM Cr(VI).5)In protein analysis, the total soluble proteins extracted from leaf tissues of Cr-tolerant Zeynelağa and Cr-sensitive Orza-96 subjected to control and 225 µM Cr(VI) concentration were analyzed by two-dimensional (2­D) electrophoresis (IEF/SDS­PAGE) followed by silver staining. As a result of Cr(VI) stress, low molecular weight proteins (<31.5 kDa) in leaf tissues of barley cultivars were evaluated. Two proteins (22.0 kDa, pI 6.6 ve 22.5 kDa, pI 6.9) in Zeynelağa and Orza-96 barley cultivars were newly synthesized at 225 µM Cr(VI) compared to control. The synthesis of 5 proteins (21.0-23.9 kDa, pI 6.1-7.5) were markedly increased under Cr(VI) stress in Zeynelağa barley cultivar, while synthesis of 6 proteins (21.0-23.9 kDa, pI 6.2-7.5) were markedly increased in Orza-96. However, the amounts of 15 and 16 proteins (15.6-30.1 kDa, pI 5.7-7.0) were markedly decreased in Zeynelağa and Orza-96, respectively.