Mısır varyetelerinin kuraklık stresine morfolojik, fizyolojik, enzimatik ve moleküler tepkileri
Morphological, physiological, enzymatic and molecular responses of maize varieties to drought stress
Yazar: GÖKHAN ESKİKÖY
Danışman: DOÇ. DR. İMREN KUTLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı / Tahıllar ve Tane Baklagiller Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Cin mısırı (Zea mays var. everta), şeker mısırı (Zea mays var. saccharata) ve atdişi mısır (Zea 
mays var. indentata) gibi ticari açıdan önemli mısır varyeteleri yaygın olarak üretilmekte ve 
tüketilmektedir. Mısır su talebi yüksek bir bitki olduğu için kuraklık mısır üretimini sınırlayan 
temel faktördür. Bu çalışmada, kuraklık stresinin mısır varyeteleri üzerindeki etkileri, bitki boyu, 
yaprak alanı, bitkinin taze ve kuru ağırlığı, klorofil içeriği, membran dayanıklılık indeksi, 
malondialdehit ve hidrojen peroksit içeriği, yaprak oransal su kapsamı, turgor kaybı, prolin 
içeriği, antioksidan enzim aktiviteleri ve HSP70 ve HSP90 gen ekspresyonu özellikleri 
bakımından araştırılmıştır. Artan kuraklık stresi altında bitki boyu, yaprak alanı, bitki yaş ve 
kuru ağırlığı, klorofil içeriği azalırken, elektrolit sızıntısı artmıştır. Farklı mısır türleri arasında 
bitki boyu en yüksek olan şeker mısırında kuraklık stresi bitki boyunda en fazla azalmaya neden 
olmuştur. Atdişi mısır orta dereceli kuraklık altında yaprak alanında en az negatif değişimi 
göstermiş, bunu şeker ve cin mısırı izlemiştir. Şiddetli kuraklık bitkilerde %50'nin üzerinde 
ağırlık kaybına neden olurken, at dişi mısır en az kuru madde kaybına uğramıştır. Ek olarak, 
atdişi mısır tüm sulama seviyelerinde en yüksek klorofil içeriğine sahip olmuştur. Şiddetli 
kuraklığın etkileri, nispeten yüksek su kapsamı ve turgor kaybına, membran hasarına, enzim 
aktivitelerine ve HSP90 gen ekspresyonuna sahip olan şeker mısırda daha belirgin olarak 
gözlemlenmiştir. Hem orta hem de şiddetli kuraklıkta su kapsamını ve turgorunu koruyabilen ve 
daha az MDA ve H2O2 birikimine rağmen antioksidan enzim aktivitelerini belirli bir düzeyde 
tutarak savunma mekanizmasını etkin bir şekilde kullanan atdişi mısır, nispeten yüksek kuraklık 
toleransı sergilemiştir. Cin mısırındaki yüksek MDA ve H2O2 seviyelerine rağmen, antioksidan 
enzim aktivitelerinin ve HSP70 gen ve protein ekspresyonunun yukarı regülasyonu, kuraklıkla 
başa çıkma mekanizmasının aktive olduğunu göstermektedir. Özellikle HSP70'in prolin ve 
HSP90'ın enzim aktiviteleriyle pozitif korelasyonu, HSP'ler ile diğer stres yanıt sistemleri 
arasındaki ilişkileri inceleyen çalışmalar için önemli bir sonuçtur. İncelenen tüm özellikler bir 
arada değerlendirildiğinde atdişi mısırının diğer mısır varyetelerine göre kuraklığa daha 
toleranslı olduğu görülmüştür.

Abstract:
Maize subspecies of commercial importance, including popcorn (Zea mays everta), sugar 
maize (Zea mays saccharata), and dent maize (Zea mays indentata), are widely produced 
and consumed. Given that maize is a plant with high water demand, drought is the main 
factor limiting maize production. The present study examined the effects of drought stress 
on maize plants, including plant height, leaf area, fresh and dry weight of the plant, 
chlorophyll content, membrane durability index, malondialdehyde and hydrogen peroxide 
and leaf relative water content, turgor loss, proline content, antioxidant enzyme activities 
and HSP70 and HSP90 gene expression characteristics. These were examined according to 
differences between subspecies. In response to increasing drought stress, plant height, leaf 
area, fresh and dry weight, and chlorophyll content decreased, while electrolyte leakage 
increased. The greatest decrease in plant height was observed in sugar maize. The least 
negative change in leaf area was observed in dent maize under moderate drought conditions, 
followed by sugar and popcorn maize. While severe drought resulted in over 50% weight 
loss in plants, dent maize exhibited the least dry matter loss. Furthermore, dent maize showed 
the highest chlorophyll content at all irrigation levels. The effects of severe drought were 
more pronounced in sugar maize, which exhibited relatively high water content and turgor 
loss, membrane damage, enzyme activities, and HSP90 gene expression. Dent maize 
demonstrated the capacity to maintain its water content and turgor in both moderate and 
severe droughts, and exhibited effective utilization of its defense mechanism, evidenced by 
the maintenance of antioxidant enzyme activities at a consistent level despite a reduction in 
MDA and H2O2 accumulation. Despite the high levels of MDA and H2O2 in popcorn, the 
upregulation of antioxidant enzyme activities and HSP70 gene and protein expression 
indicates that the drought coping mechanism is activated. In particular, the positive 
correlation between HSP70 and proline, also HSP90 and enzyme activities is a significant 
finding for studies examining the relationships between HSPs and other stress response 
systems. Upon comprehensive evaluation of all examined characteristics, it was observed 
that dent maize had greater drought tolerance than other maize subspecies.