Bitki büyüme düzenleyicilerinin nikel ve krom stresi altındaki biber bitkilerinin fizyolojik gelişimi, oksidatif stres ve azotmetabolizması üzerine etkisi
Effect of plant growth regulators on physiological development,oxidative stress and nitrogen metabolism of pepper plants undernickel and chromium stress
Yazar: FERHAT UĞURLAR
Danışman: PROF. DR. CENGİZ KAYA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Yüksek seviyelerde Nikel (Ni) ve Krom (Cr) bitkilerde toksisiteye yol açarak fizyolojik bozulmalara
ve büyümesinin gerilemesine neden olur. Bu çalışmada Ni stresi (100 μM) koşullarında biber
bitkilerine yapraktan Nitrik Oksit (NO, 0.1 mM) ve diüre (400 mg L-1) uygulamasının bireysel ve
kombine etkileri incelendi. Benzer şekilde eksojen Tiamin (TA, 50 mg L-1) ve Hidrojen Sülfit (H2S,
0.2 mM) uygulamalarının Cr stresi (100 μM) altında bireysel ve kombine etkileri araştırıldı.
Sonuçlarımız, Ni stresinin biber bitkilerinin üst aksam ve kök kuru ağırlığını sırasıyla %73 ve %62
oranında düşürdüğünü, ayrıca hidrojen peroksit (H2O2, %398), malondialdehit (MDA, %471) ve
elektrolit sızıntısı (ES, %204) gibi oksidatif stres belirteçlerinin seviyelerini arttırdığını gösterdi. Ni
stresi toplam klorofil içeriğini (%44), maksimum kuantum verimini (Fv/Fm, %23), bağıl su içeriğini
(BSİ, %21), toplam çözünebilir şekerleri (%47) azalttı, ancak prolin (4,5 kat) ve fenolik içeriklerini
(%43) arttırdı. NO ve diürenin ayrı ayrı veya birlikte uygulanması, biber bitkilerinde BSİ, prolin,
toplam şekerleri ve fenolik içeriğini artırarak bitki büyümesini iyileştirdi. NO ve diüre uygulaması ile
antioksidan enzimlerinin aktivitelerinde meydana gelen artış oksidatif stres parametrelerinde azalmaya
neden oldu. Ni stresi nitrat redüktaz (NR, %57), glutamin sentetaz (GS, %32), glutamat sentaz
(GOGAT, %36), glutamat dehidrojenaz (GDH, %38), protein içeriğini (%50) ve nitrat içeriğini (%35)
azalttı. Ancak amonyum ve amino asit içeriğini sırasıyla %48 ve %73 oranında arttırdı. NO ve diüre
uygulaması Ni stresi koşullarında azot asimilasyonunu ve protein içeriğini iyileştirdi. NO+Diüre
uygulaması yaprak hücre duvarlarında ve kök vakuollerinde Ni'yi arttırdı, ancak hücre organellerinde
Ni konsantrasyonunu azalttı. NO ve diüre kombinasyonu Ni birikimini azaltarak mineral besin alımını
(N, P ve K) iyileştirdi. Ni stresi koşullarında NO ve diürenin birlikte uygulanması, tek başına
uygulamalarına kıyasla daha belirgin sonuçlar ortaya çıkardı. Cr stresi, toplam klorofil içeriğini
(%49), Fv/Fm (%29), BSİ (%30), toplam çözünebilir şekerleri (%48) azalttı, ancak prolin (5,7 kat) ve
fenolik içeriklerini (%50) arttırdı. Cr stresi H2O2 (%488), MDA (%565) ve ES (%244) seviyelerinde
artışa neden oldu ve bu durum bitki büyümesinin azalmasına yol açtı. TA ve H2S'in ayrı ayrı veya
birlikte uygulanması, biber bitkilerinde BSİ, prolin, toplam şekerleri ve fenolik içeriğini artırdı.
Antioksidan enzimlerinin aktivitelerini iyileştirerek Cr kaynaklı oksidatif stresi önemli ölçüde
hafifletti. Cr stresi NR (%61), GS (%34), GOGAT (%40) ve GDH (43), protein (%33) ve nitrat (%49)
içeriğini azalttı, ancak amonyum (%51) ve amino asit içeriğini (%105) artırdı. TA ve H2S Cr stresli
bitkilerde azot asimilasyonunu ve protein içeriğini iyileştirdi. Yapraktan TA ve H2S uygulaması Cr
toksisitesi nedeniyle azalan mineral besin (N, P ve K) alımını iyileştirdi ve sürgünlerde Cr birikimini
azalttı. Genel olarak TA ve H2S'in Cr stresi altında kombinasyon halinde uygulanması Cr stresinin
hafifletilmesinde bireysel uygulamalarına göre daha etkiliydi. Sonuç olarak, mevcut çalışma, bitki
büyüme düzenleyicilerinin sinerjistik etki göstererek ağır metal stresine karşı daha etkili bir toleransın
geliştirilmesine yönelik bilgiler sağlamaktadır.

Abstract:
High levels of Nickel (Ni) and Chromium (Cr) cause toxicity in plants, causing physiological
disruptions and growth retardation. In this study, the individual and combined effects of foliar
application of Nitric Oxide (NO, 0.1 mM) and diurea (400 mg L-1) to pepper plants under Ni stress
(100 μM) conditions were examined. Similarly, the individual and combined effects of exogenous
Thiamine (TA, 50 mg L-1) and Hydrogen Sulfite (H2S, 0.2 mM) applications under Cr stress (100 μM)
were investigated. Our results showed that Ni stress reduced the upper part and root dry weight of
pepper plants by 73% and 62%, respectively, while also increasing the levels of oxidative stress
markers such as hydrogen peroxide (H2O2, 398%), malondialdehyde (MDA, 471%), and electrolyte
leakage (EL, 204%). Furthermore, Ni stress reduced total chlorophyll content (44%), maximum
quantum yield (Fv/Fm, 23%), relative water content (RWC, 21%), total soluble sugars (47%), but
increased proline (4.5-fold) and phenolic content (43%). Application of NO and diurea separately or
together improved plant growth by increasing RWC, proline, soil sugars and phenolic content in
pepper plants. The increase in the activities of antioxidant enzymes with NO and diurea application
caused a decrease in oxidative stress parameters. Ni stress decreased nitrate reductase (NR, 57%),
glutamine synthetase (GS, 32%), glutamate synthase (GOGAT, 36%), glutamate dehydrogenase
(GDH, 38%), protein content (50%), and nitrate content (35%). However, it increased the ammonium
and amino acid contents by 48% and 73%, respectively. NO and diurea application improved nitrogen
assimilation and protein content under Ni stress conditions. NO+Diurea application increased Ni in
leaf cell walls and root vacuoles, but decreased Ni concentration in cell organelles. The combination
of NO and diurea improved mineral nutrient uptake (N, P, and K) by reducing Ni accumulation.
Under Ni stress conditions, the combined application of NO and diurea produced more significant
results than their sole application. Cr stress reduced total chlorophyll content (49%), Fv/Fm (29%),
RWC (30%), total soluble sugars (48%), but increased proline (5.7-fold) and phenolic content (50%).
Cr stress caused an increase in H2O2 (488%), MDA (565%) and EL (244%) levels, which led to
reduced plant growth. Application of TA and H2S separately or together increased RWC, proline, total
sugars and phenolic contents in pepper plants. It significantly alleviated Cr-induced oxidative stress
by improving the activities of antioxidant enzymes. Cr stress reduced NR (61%), GS (34%), GOGAT
(40%) and GDH (43), protein (33%) and nitrate (49%) content. However, it increased the ammonium
(51%) and amino acid content (105%). TA and H2S improved nitrogen assimilation and protein
content in Cr-stressed plants. Foliar TA and H2S application improved mineral nutrient (N, P, and K)
uptake, which was reduced due to Cr toxicity, and reduced Cr accumulation in shoots. In general, the
combination application of TA and H2S under Cr stress was more effective in alleviating Cr stress
than their individual applications. In conclusion, the current study provides information on the
development of a more effective tolerance to heavy metal stress by synergistic effects of plant growth
regulators.