Kobalt stresi altındaki buğday (Triticum aestivum L.) fidelerinde biochar uygulamalarının fizyolojik ve biyokimyasal parametreler üzerine etkileri
Effects of biochar applications on physiological and biochemical parameters in wheat (Triticum aestivum L.) seedlings under cobalt stress
Yazar: AYŞEGÜL YILDIZTUGAY
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA KÜÇÜKÖDÜK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany ; Fizyoloji = Physiology

Özet:
Kobalt (Co)'ında dahil olduğu ağır metallerin toksik düzeyleri, bitkilerdeki metabolik süreçler üzerinde negatif etkilere sahiptir. Önemli sonuçlarından biri de hücre zarına, nükleik asitlere ve kloroplast pigmentlerine zarar veren reaktif oksijen türlerinin (ROS) artan üretimidir. Sınırlı düzeyde ya da hiç oksijen kaynağı olmayan koşullar altında biyokütlenin yanmasından geliştirilen karbonca zengin olan biochar (BC) uygulaması, stres koşullarının negatif etkilerini iyileştirmektedir. Fakat, buğdayda aşırı kobalt uygulaması altında fotosentetik, fizyolojik ve biyokimyasal mekanizmaları üzerine BC'nin cevapları hakkında bilgi mevcut değildir. Bu çalışmanın amacı, aşırı Co (150 ve 300 M) altında hidroponik olarak yetiştirilen buğdayın (Triticum aestivum L.) fotosentetik, fizyolojik ve biyokimyasal cevapları üzerine BC'nin (1 ve 3 gr L-1) rolünü değerlendirmektir. Sonuçlar, artan Co düzeylerinin büyüme (RGR), bağıl su içeriği (RWC), ozmotik potansiyel () ve fotosentetik verimde (Fv/Fm) önemli azalmalara neden olduğunu göstermiştir. En fazla azalma oranı, 300 M Co uygulamasındadır. Aşırı Co uygulaması, prolin (Pro) miktarında herhangi bir değişime neden olmamıştır. Fakat, aşırı Co altında BC uygulaması, bu parametrelerdeki negatif etkileri azaltmıştır. Bunun yanı sıra, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, Co uygulaması süresince sadece katalaz (CAT), glutatyon redüktaz (GR), dehidroaskorbat redüktaz (DHAR) ve NADPH oksidaz (NOX) aktiviteleri artmıştır. Bundan dolayı, hidrojen peroksit (H2O2) ve lipid peroksidasyonu (TBARS miktarı) stresle birlikte birikmiştir. Diğer yandan, aşırı Co uygulamalarına yanıtta 1 gr L-1 BC süperoksit dismutaz (SOD), CAT, askorbat peroksidaz (APX), NOX ve monodehidroaskorbat redüktaz (MDHAR) aktivitelerini tetiklerken, 3 gr L-1 BC-aracılı artış ise SOD, peroksidaz (POX), APX, GR, MDHAR ve DHAR aktivitelerinde gözlenmiştir. Artan antioksidan düzeylerine bağlı olarak, buğdaya BC ve Co birlikte uygulandığında, H2O2 ve TBARS miktarları azalmıştır. Sonuç olarak, BC artan büyüme, su içeriği ve antioksidan enzimlerin aktivasyonuyla Co uygulamaları tarafından oluşturulan oksidatif stresin etkilerini iyileştirebilmiştir ve ağır metal ile kontamine olan topraklarda yetiştirilen bitkilerde BC eklenmesi, su yönetimi ve savunma sistemlerinin geliştirilmesi için yeni bir yaklaşım olabilmektedir.

Abstract:
Toxic level of heavy metals including cobalt (Co) has negative effects on metabolic processes in plants. One of the major consequences is the enhanced production of reactive oxygen species (ROS), which damage cell membranes, nucleic acids and chloroplast pigments. Application of biochar (BC), carbon-rich material developed from combustion of biomass under no or limited oxygen supply, ameliorates the negative effects of stress conditions. However, no information exists the BC responses on physiological and biochemical mechanisms under excess cobalt treatment in wheat. The objective of this study was to evaluate the role of BC (1 and 3 gr L-1) on the photosynthetic, physiological and biochemical responses of wheat (Triticum aestivum L.) hydroponically grown under excess Co (150 and 300 M). The results showed that increasing Co levels resulted in significant reductions of growth (RGR), relative water content (RWC), osmotic potential () and photosynthetic efficiency (Fv/Fm). The most reduction rate was at 300 M Co treatment. Excess Co application did not cause any change in the amount of proline (Pro). However, BC application under excess Co mitigates negative effects on these parameters. Besides, compared to the control groups, only the activities of catalase (CAT), glutathione peroxidase (GR), dehydroascorbate reductase (DHAR) and NADPH oxidase (NOX) increased during Co exposure. Hereby, hydrogen peroxide (H2O2) content and lipid peroxidation (TBARS content) accumulated with stress. On the other hand, while, in response to excess Co treatments, addition of 1 gr L-1 BC triggered the activities of superoxide dismutase (SOD), CAT, ascorbate peroxidase (APX), NOX and monodehydroascorbate reductase (MDHAR), 3 gr L-1 BC-mediated increase was observed in the activities of SOD, peroxidase (POX), APX, GR, MDHAR and DHAR. Depends on the activated antioxidant levels, H2O2 and TBARS contents decreased when wheat treated with BC plus Co. Consequently, BC could alleviate the effects of the oxidative stress created by Co treatments through the increased growth, water content and the activation of antioxidant enzymes, and incorporation of BC might be a novel approach to improve water management and defense systems in plants grown under heavy metal-contaminated soils.