Kuraklık ve tuz stresi altında yetiştirilen buğday (Triticum aestivum L. Ceyhan-99)'a silikon uygulamasının morfolojik, fizyolojik parametreler ve antioksidan enzim aktiviteleri ile MRNA seviyeleri üzerine etkisi
The effects of silicone application to wheat (Triticum aestivum L. Ceyhan-99) growed under drought and salt stress on morphologic, physiological parameters and antioxidant enzyme activities and MRNA levels
Yazar: HAKAN GÜNEŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMEL DIRAZ YILDIRIM
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Abiyotik faktörler = Abiotic factors ; Buğday = Wheat ; Enzim aktivitesi = Enzyme activity ; Gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) = Reverse transcription polimerase chain reaction ; Silikonlar = Silicones ; mRNA = mRNA

Özet:
Kuraklık ve tuz stresi gibi iki önemli abiyotik stres, bitkilerin gelişimini etkileyerek morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler seviyede pek çok aksaklıklara neden olmaktadır. Silikonun (Na2O3Si) biyotik ve abiyotik strese karşı etkili olduğu bilinmektedir. Bu çalışmada, tuz ve kuraklık stresi koşullarında yetiştirilen bir ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) çeşidi olan Ceyhan-99'a silikon uygulanarak bitkiler üzerindeki morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal parametrelere etkisi, antioksidan enzim aktivitelerinde meydana getirdiği değişimler ile mRNA seviyelerindeki değişimler araştırılmıştır. Ceyhan-99 tuza toleransı düşük ve kuraklığa toleransı da orta seviyede bir ekmeklik buğday çeşididir. Tuz stresi için bitkiler birinci hafta 100 mM, ikinci hafta 200 mM NaCl sulama suyuna katılarak strese maruz bırakılmışlardır. Kuraklık stresi için bitkiler birer hafta arayla sulanarak kuraklığa maruz bırakılmıştır. Silikon (0.08 mM) bitkilere toplamda 2 defa sulama suyuna katılarak uygulanmıştır. Araştırmada büyüme parametreleri, bağıl su miktarı, fotosentetik pigment miktarları, yapraklardaki prolin miktarı, MDA miktarı, toplam fenol ve toplam flavonoid miktarı, net fotosentez hızı (A), transpirasyon hızı (E), stoma iletkenliği (GH2O), su kullanım etkinliği, makro ve mikro element yüzdeleri, POX ve CAT enzim aktiviteleri ile bu iki enzimin gen bölgelerinin mRNA seviyelerindeki değişimler tespit edilmiştir. Stres durumlarında buğday bitkilerinin bitki boyu, bitki ağırlığı, kök boyu, kök ağırlığı ve bağıl su miktarı azalırken, Si uygulanan gruplarda artış görülmüştür. Her iki stres şartlarında fotosentetik pigmentlerden klorofil a ve klorofil b miktarı azalırken, karotenoid miktarı artmıştır. Si uygulanan bitkilerde ise karotenoid miktarı azalırken, klorofil a ve klorofil b miktarında artış meydana gelmiştir. Stres uygulanan gruplarda prolin miktarı, MDA seviyesi, toplam fenol ve toplam flavonoid miktarları önemli düzeyde artış gösterirken, Si uygulaması ile bu parametrelerin miktarları azalmıştır. Fotosentez ölçümleri sonucunda, stres durumlarında net fotosentez hızı, transpirasyon hızı, stoma etkinliği ve su kullanım etkinliği önemli derecede düşerken, Si uygulanan bitkilerde artış meydana gelmiştir. Makro elementlerden K ve P hem kuraklık hem de tuz stresinde kontrole göre azalırken, Si uygulanan bitkilerde miktarları artarak kontrole yakın düzeyde tespit edilmiştir. Mikro elementlerden Si, kontrol grubu, kuraklık stresi ve tuz stresindeki bitkilerde birbirine yakın seviyedeyken, Si eklenen bütün bitkilerde önemli derecede artış görülmüştür. Fe, kuraklık stresinde kontrole göre artarken, tuz stresinde kontrole göre azalmıştır. Her iki stres durumunda bitkilere uygulanan Si, önemli bir değişim meydana getirmemiştir. Cu ve Zn miktarları, kuraklık ve tuzluluk stresine maruz kalan bitkilerde kontrole göre önemli derecede düşüş gösterirken, stres durumlarında bitkilere Si uygulanması, seviyelerini bir miktar artırsa da önemli düzeyde etki etmemiştir. Her iki stres durumunda da POX ve CAT aktivitelerinde önemli derecede artış meydana gelirken, Si uygulanan buğdaylarda bu iki enziminde aktivite seviyesi düşmüştür. Benzer şekilde her iki enziminde gen bölgesindeki mRNA seviyeleri stres durumlarında artarken, Si uygulanan bitkilerde mRNA seviyeleri düşmüştür. Araştırma sonucunda çalışılan parametrelerde silikon uygulamalarının, kuraklık ve tuz stresinin zararlı etkilerinin azaltılmasına yardımcı olduğu, kuraklık ve tuzluluğun neden olduğu yarı kurak bölgelerde su kıtlığının şiddetini azaltarak buğday bitkisinin gelişmesini artırabileceği görülmektedir.

Abstract:
Two important abiotic stresses, such as drought and salt stress, affect the growth of plants and cause many malfunctions at the morphological, physiological, biochemical and molecular level. Silicone (Na2O3Si) is known to be effective against biotic and abiotic stress. In this study, silicon was applied Ceyhan-99, a bread wheat (Triticum aestivum L.) variety grown under drought and salt stress conditions, and its effect on plants morphological physiological and biochemical parameters, changes in antioxidant enzyme activities and changes in mRNA levels were investigated. Ceyhan99 is a bread wheat variety with low salt tolerance and moderate drought tolerance. For salt stress, plants were exposed to stress by adding 100 mM salt in the first week and 200 mM salt in the second week. For drought stress, plants were exposed to drought by watering at one week intervals. Silicon (0.8 mM) was applied to the plants 2 times in total. In the study, growth parameters, relative water content, photosynthetic pigment amounts, prolin amount in leaves, MDA amount, total fenol and total flavonoid amount, net photosynthesis rate (A), transpiration rate (E), stomatal conductivity (GH2O), water use efficiency (WUE), macro and micro element percentages, POX and CAT enzyme activities and changes in mRNA levels of gene regions of these enzyme were determined.  While plant height, plant weight, root length, root weight and relative water amount of wheat plants decreased in stress conditions, an increase was observed in Si applied groups. While the amount of photosynthetic pigments chlorophyll a and chlorophyll b decreased under both stress conditions, the amount of carotenoids increased. In plants with Si application, the amount of carotenoids decreased, while the amount of chlorophyll a and chlorophyll b increased. While proline amount, MDA level, total phenol and total flavonoid amounts increased significantly in stressed groups, the amounts of these parameters decreased with Si application. As a result of photosynthesis measurements, while net photosynthesis rate, transpiration rate, stomatal efficiency and water use efficiency decreased significantly under stress conditions, there was an increase in Si applied plants. While the macro elements K and P decreased in both drought and salt stress compared to the control, their amounts increased in Si applied plants and were found close to control. While the microelement Si was close to each other in the control group, drought stress and salt stress plants, a significant increase was observed in all plants with Si added. While Fe increased in drought stress compared to control, it decreased in salt stress compared to control. Si applied to the plants in both stress conditions did not cause a significant change. While the amounts of Cu and Zn decreased significantly in the plants exposed to drought and salinity stress compared to the control, Si applied to the plants in stress conditions did not have a significant effect, although their levels increased slightly. While there was a significant increase in POX and CAT activities in both stress conditions, the activity level of these two enzymes decreased in wheat applied Si. Similarly, while mRNA levels in the gene region of both enzymes increased under stress, mRNA levels decreased in plants with application of Si. It was concluded that in the parameters studied in the research, silicon applications can help reduce the harmful effects of drought and salt stress, and can help the development of wheat plant by reducing the severity of water scarcity in semi-arid regions caused by drought and salinity.