Kuraklık stresi uygulanan karpuz (Citrullus lanatus (Thunb.) Mansf.) bitkisinde hormonal değişim ve etkileşimlerin incelenmesi
Investigation of hormonal change and interactions in watermelon (Citrullus lanatus (Thunb.) Mansf.) plant with drought stress
Yazar: RANA BAYTİN ALACI
Danışman: PROF. DR. FİKRET YAŞAR
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Küresel ölçekte yaşanan iklim değişiklikleri ve kuraklık önemli bir sorun olarak gündemi meşgul etmektedir. Kuralık stresinin olumsuz sonuçlarını gözlemleme ve çözüme odaklı çalışmalar önem kazanmıştır.  Bu çalışma, karpuz (Citrullus lanatus (Thunb.) Mansf.) bitkisinin Crimson Sweet (standart) çeşidi ve Diyarbakır (yerel üreticilerden temin edildi) genotipi olmak üzere iki farklı karpuz genotipi kullanıldı. Deneme tesadüf parselleri deneme desenine göre iklim odasında, 25 0C sıcaklık, %65 oransal nem ve 600 µmol m-2 s-1 ışık yoğunluğunda 16 saat aydınlık, 8 saat karanlık koşullarında yürütüldü. Bitkiler farklı Polietilen Glikol (6000) dozları kullanılarak hidroponik ortamda yetiştirildi. PEG (6000) dozları (%2.5, %5, %7.5 ve %10) kullanılarak, uygulama yapılması akabinde 4. ve 8. günler olmak üzere iki ayrı zamanda bitkilerden kantitatif örnekler alınmıştır. Kök, gövde ve yaprak ağırlıkları (g), gövde uzunluğu (cm) ve çapı (mm), boğum arası uzunluğu (mm), yaprak sayısı, 1-5 kuraklık stresi skala özellikleri incelenmiştir. Ayrıca incelenen karpuz bitkilerinin değişik kısımlarında (kök, gövde ve yaprak) makro ve mikro (K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+ ve Zn2+) besin elementi içerikleri, antioksidatif enzim aktiviteleri (süperoksit dismutaz, katalaz ve askorbat peroksidaz) MDA içerikler, klorofil okuma değerleri (SPAD), net fotosentez oranları, hormonal düzeyleri (giberellik asit, indol asetik asit, absisik  asit ve zeatin), uygulanan PEG dozları ile bitkilerde oluşan stresin bu parametreler açısından etkileri araştırıldı. 
Kuraklık stresinin, kullanılan PEG dozlarının yükselmesine paralel olarak bitki gelişim parametreleri üzerinde olumsuz etkileri bakımından artış gözlendi. Bitkilere uygulanan PEG dozlarının artışı ile ortaya çıkan önemli belirtiler, bitkilerde yaprak ağırlığı ve yaprak sayısında saptandı. Bu semptomları takiben, özellikle yaşlı yapraklardan başlayarak sararma, bu yapraklardan itibaren kuruma ve dökülme, yaprak alanının azalması ve kök gövde bütünlüğünü etkileyerek genel anlamda bitkinin büyümesinde sınırlanmalara neden oldu. Kuraklık stresinin bitkilerin gelişim parametreleri üzerinde farklı etkiler yarattığını ve çeşit/genotiplere bağlı olarak değişim gösterdiği saptandı. Oluşturulan stres %2.5 PEG ve %5 PEG uygulamalarında hafif düzeyde etkisini göstermiş ve %7.5 PEG uygulamasında karpuz bitkilerin savunma mekanizmalarını harekete geçirerek mücadele etmiş, %10 PEG uygulamasında ise belirgin kloroz ve gelişimde yavaşlama gözlemlenmiştir. İncelenen kapuz çeşitlerinin stres altında bulunma gün sayıları arttıkça kloroz ve gelişimde yavaşlama şiddetlendi. Diyarbakır genotipi, Crimson Sweet çeşidine nazaran gelişim parametreleri açısından PEG dozlarından daha az etkilendiği tespit edildi.  
Kuraklık stresi bitkilerde hormonal değişimlere neden olmuş, özellikle ABA, GA3, IAA, ve Zeatin miktarlarında belirgin artışlar gözlemlenmiştir. Her iki çeşitte de özellikle %7.5 ve %10 PEG uygulamalarında hormonal cevaplar daha belirgindir. Diyarbakır (Yerel) genotipi, özellikle ABA ve GA3 hormonlarında daha yüksek birikim göstermiştir. Bu değişiklikler, bitkilerin kuraklık stresine adaptasyon mekanizmalarını incelemek adına önemli veriler sunmaktadır. Her iki çeşitte de PEG dozları arttıkça ABA miktarında artış gözlemlenmiş, özellikle %7.5 ve %10 PEG uygulamalarında belirgindir. Karpuz bitkileri stres altında ABA gibi stres hormonlarının üretimini artırmıştır. Bu durum %7.5 ve %10 PEG uygulamalarında önemli bir stresle başa çıkmaya çalıştığının önemli bir göstergesidir.  
Kuraklık stresi altındaki karpuz bitkilerinde MDA ve antioksidan enzim aktivitelerinde genel anlamda artışlar saptandı. Kuraklık etkisi ile fotosentez hızında düşüşler görüldü. Bitkilerin kök, gövde ve yaprak aksamlarında farklı PEG dozları ve farklı günlerinde iyonlarındaki değişimler genellikle çeşitlere özgü olduğu belirlendi. Özellikle belirgin değişimler, çeşitlere ve iyon türlerine bağlı olarak farklılık göstermektedir.

Abstract:
Global-scale climate changes and drought have become significant issues occupying the agenda. Observing the adverse effects of drought stress and engaging in solution-oriented studies have gained importance. This study utilized two different watermelon genotypes, namely the Crimson Sweet (standard) variety and the Diyarbakır genotype (obtained from local producers). The experiment was conducted in a randomized complete block design in a climate chamber under conditions of 25°C temperature, 65% relative humidity, and 600 µmol m-2 s-1 light intensity for 16 hours of light and 8 hours of darkness. Plants were grown hydroponically using different doses of Polyethylene Glycol (6000). Quantitative samples were taken from the plants on the 4th and 8th days after the application of PEG (6000) doses (%2.5, %5, %7.5, and %10).
Various parameters related to plant growth, including root, stem, and leaf weights (g), stem length (cm), and diameter (mm), internode length (mm), leaf number, and a 1-5 drought stress scale, were examined. Furthermore, the effects of drought stress induced by increasing PEG doses on macro and micro-nutrient contents (K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+, and Zn2+), antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase, catalase, and ascorbate peroxidase), MDA content, chlorophyll readings (SPAD), net photosynthesis rates, and hormonal levels (gibberellic acid, indole acetic acid, abscisic acid, and zeatin) were investigated in different parts of the examined watermelon plants (root, stem, and leaf).
An increase in drought stress was observed in terms of negative effects on plant growth parameters, parallel to the rise in the applied PEG doses. Significant symptoms emerged with the increase in PEG doses, particularly in leaf weight and leaf number. Subsequently, yellowing, drying, and shedding starting from older leaves, reduction in leaf area, and limitations in overall plant growth by affecting root-stem integrity were observed. It was determined that drought stress had different effects on plant growth parameters and varied depending on the variety/genotype. The induced stress showed a mild effect in %2.5 PEG and %5 PEG applications, activated the defense mechanisms of watermelon plants in %7.5 PEG application, and exhibited pronounced chlorosis and growth retardation in the %10 PEG application. The severity of chlorosis and growth retardation intensified with the increasing number of days under stress for the examined watermelon varieties. The Diyarbakır genotype was found to be less affected by PEG doses in terms of growth parameters compared to the Crimson Sweet variety.
Drought stress led to hormonal changes in plants, with significant increases observed in ABA, GA3, IAA, and zeatin levels, especially in %7.5 and %10 PEG applications for both varieties. The Diyarbakır (Local) genotype showed higher accumulation, particularly in ABA and GA3 hormones. These changes provide important data for examining plant adaptation mechanisms to drought stress. An increase in ABA levels was observed in watermelon plants as PEG doses increased, especially in %7.5 and %10 PEG applications. Watermelon plants increased the production of stress hormones such as ABA under stress conditions, indicating a significant effort to cope with stress, particularly in %7.5 and %10 PEG applications.
Overall increases were detected in MDA and antioxidant enzyme activities in watermelon plants under drought stress. Reductions in photosynthetic rates were observed due to drought effects. Changes in ion concentrations in the roots, stems, and leaves of plants under different PEG doses and on different days were generally found to be specific to varieties. Significant variations were observed, depending on the varieties and ion types.