Tuz stresine maruz bırakılan çeltik (Oryza sativa L.) çeşitlerinde radikal söndürme ve antioksidan enzim aktiviteleri
Radical scavenging and antioxidant enzyme activities in ri̇ce (Oryza sativa L.) varieties exposed to salt stress
Yazar: PINAR ORCAN
Danışman: DOÇ. DR. ÇİĞDEM IŞIKALAN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bu çalışmada, kontrollü koşullar altında yetiştirilen çeltik (Oryza sativa) çeşitleri 10 gün süre ile üç farklı konsantrasyonda uygulanan tuz stres faktörüne maruz bırakılmıştır. NaCI tuzluluğunun etkisi ile Gala, Edirne, Şumnu, Neğiş, Tunca ve Aromatik-1 çeltik çeşitleri ile 2 yerel popülasyonun (Karacadağ, Hazro) stres faktörüne karşı vermiş oldukları fizyolojik ve biyokimyasal yanıtlarda meydana gelen değişimler incelenmiştir. NaCI (100, 200 ve 300 mM) ile oluşturulan stres koşullarında, konsantrasyona bağlı olarak değişen yanıtlar çeşitlerin hassas veya tolerant seviyeleri ile ilişkilendirilmiş ve tuza dayanıklı/hassas olan çeşitler tespit edilmiştir.
İki aşamalı olarak yürütülen çalışmamızın birinci aşamasında, NaCI uygulamalarının etkisi ile kök-sürgün uzunluğu, yaprak taze-kuru ağırlığı, yaprak zararlanma derecesi, bağıl su içeriği, pigment içeriği ve lipid peroksidasyon seviyelerinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Bağıl su içeriği bakımından yüksek tuz konsantrasyonunda en az etkilenen çeşidin Tunca (%85) ve Aromatik 1 (%86) olduğu tespit edilirken, Gala (%66) ve Karacadağ (%74) ise kontrole göre en çok etkilenen çeşitler olarak belirlenmiştir. Farklı çeltik çeşitleri ile yaptığımız bu çalışmanın birinci aşamasında araştırılan parametreler içerisinden ayırt edici sonuçlar lipid peroksidasyon analizlerinden alınmıştır. 300 mM NaCI uygulaması sonucunda Tunca ve Aromatik-1 çeşitlerinde çok düşük MDA artışı gözlenmesine rağmen, Karacadağ,  Neğiş ve Gala'da MDA'ya ait bu miktar yüksek bulunmuştur. Uygulama grupları kontrolleri ile karşılaştırıldığında, çeşitler arasından Gala ve Karacadağ'ın diğerlerine göre daha hassas, Aromatik-1 ve Tunca çeşitlerinin ise tuzluluğa karşı daha dayanıklı olduğu belirlenmiştir.
Çalışmanın ikinci aşamasında ise söz konusu 4 çeltik çeşidinde tuz stresinin etkisini gözlemlemek ve hassas/tolerant seviyeleri hakkında kesin bir sonuca ulaşabilmek amacıyla, çeşitlerin prolin içeriği, antioksidan savunma sisteminde etkili olan enzimleri (SOD, CAT,  APX ve GR) ve ROT söndürme aktiviteleri araştırılmıştır. Ayrıca bu çeşitlerde toplam çözünebilir protein profilleri de SDS-PAGE tekniği kullanılarak incelenmiştir. Sonuç olarak Tunca ve Aromatik-1'de SOD, CAT, APX ve GR enzim aktivitelerinin daha yüksek olduğu belirlenmiştir. 300 mM tuz konsantrasyonu uygulamalarında Karacadağ ve Gala çeşitlerinin H2O2 miktarı kontrollerine göre önemli miktarda artış göstermiş ve bu çeşitlere ait enzim aktivitelerinin yanısıra H2O2 içeriğindeki değişimler de birinci aşamada yapılan analiz sonuçlarını destekler yönde olmuştur. 
Tüm sonuçlar değerlendirildiğinde, enzim aktivitelerinin tuza toleranslı olarak kabul edilen çeşitlerde, duyarlı olanlara kıyasla daha fazla miktarda arttığı ve çeşitlere göre farklılaşan antioksidan enzim aktivitelerinin ROT söndürme ile paralel sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, tuz toleransını sağlayan antioksidan mekanizmalarının NaCI seviyesine ve çeltik çeşitlerine göre değiştiğini ifade edebiliriz.

Abstract:
The physiological and biochemical responses of a variety of rice (Oryza sativa L.) exposed to salt (NaCI) stress was associated with their sensitive and tolerant levels. The rice varieties involve Gala, Edirne, Şumnu, Neğiş, Tunca and Aromatik-1 and 2 local populations, named Karacadağ and Hazro. These species were grown under controlled conditions and they were exposed to the salt stress factor at three different concentrations of NaCI (100, 200 and 300 mM) for 10 days. The effects of salt on the physiological and biochemical responses to the stress factors were investigated. As a result, the species having a high level of tolerance/sensitivity to salinity were identified.
In the first phase of this two-stepped study, we investigated the changes in the root-shoot length, the weight of dried fresh leaf, the level of leaf damage, the relative water content, pigment content and the level of lipid peroxidation caused by the application of the salt. It was found that the highest salt concentration mostly affects the relative water content in Gala (66%) and Karacadağ (74%) while this was the least affected in Tunca (85%) and Aromatik-1 (86%) species compared with their reference conditions. Among the parameters, lipid peroxidation produced the most significant outcomes. The application of 300 mMNaCl caused a very low malondialdehyde (MDA) increase in Tunca and Aromatik-1 while this was higher in Karacadağ, Neğiş and Gala. The results also showed that among the species Gala and Karacadağ had a higher sensitivity while Tunca and Aromatik-1 had a higher resistance against salinity compared with their respective controls.
In the second phase of the study, the investigation is focused on the measurement of proline content and the content of enzymes played roles in antioxidant defense system such as SOD, CAT, APX and GR, and also reactive oxygen species (ROS) scavenging activities. These observations will provide further concrete evidence of the influence of the salt stress on these species and their sensitivity and tolerance levels.  Besides, the total soluble protein profilesto in these species were measured by SDS-PAGE technique. The results indicated that SOD, CAT, APX and GR enzyme activities were higher in Tunca and Aromatik-1. In addition, the amount of H2O2 in Karacadağ and Gala at 300 mM salt was significantly higher compared to that in their controls. Changes in the enzyme activities in these two species and H2O2 levels are consistent with the observations reported in the previous stage.
Alltogether, it was found that the enzyme activities were higher in thespecies with the higher salt tolerance compared with those having a higher salt sensitivity. The difference in the antioxidant enzyme activity was in paralel with that in ROS scavenging activities. In conclusion, we may suggest that the antioxidant mechanisms that provide salt tolerance change depending on the types of rice and the level of NaCI.