Patlıcan (Solanum melongena L.)'da melatonin içeriğinin ve üşüme stresine karşı etkisinin belirlenmesi
Determining melatonin content and its effectiveness against chilling stress in eggplant (Solanum melongena L.)
Yazar: GÖKÇEN YAKUPOĞLU
Danışman: PROF. DR. AHMET KORKMAZ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada Hadrian F1 patlıcan çeşidinde kotiledon (çimlenme sonrası) ve 4 yapraklı fide aşamalarında gün içerisindeki melatonin (MEL) içeriğinin belirlenmesi ve değişimi incelenmiştir. Çalışmada ikinci olarak patlıcan bitkisinin çimlenme, fide, çiçeklenme ve hasat gibi büyüme evrelerinde, farklı organlarında (kök, yaprak, çiçek, meyve ve tohum gibi) MEL içeriğinin değişiminin izlenmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın üçüncü amacı olarak 4 yapraklı fide aşamasında dışarıdan (topraktan) farklı konsantrasyonlarda (0, 1, 5 ve 25 μM) MEL uygulanarak üşüme stresine toleransın arttırılması hedeflenmiştir. Bu çalışmanın sonuçları ışığında sonbahar-kış ve ilkbahar-yaz yetiştirme dönemlerinde çiçeklenme aşamasında MEL uygulamasının üşüme stresine maruz kalan bitkilerde strese toleransı arttırma ve verim üzerine etkileri araştırılmıştır.
Patlıcan bitkisinde en yüksek MEL seviyeleri kotiledon ve fide aşamalarında (kök ve yapraklarda) karanlık evrenin başında ve aydınlık evrenin ortalarında belirlenmiştir. Kotiledonlardan faklı olarak yapraklarda ikinci en yüksek seviye, aydınlık periyodun başlangıcından 8 saat sonra görülmüş ve gün içerisinde diğer zamanlarda kotiledonlarda tespit edildiği gibi oldukça düşük seviyelerde seyretmiştir. Bu değişim patlıcan bitkisinde MEL içeriğinin sirkadiyal bir değişim sergilediğini ve çevre koşullarının etkisi altında olduğunu göstermektedir.
Farklı bitki gelişme aşamalarında yapraklarda ve köklerde MEL içeriği incelendiğinde yaprak ve köklerde en yüksek MEL içeriğinin fide aşamasında belirlenmiş ve çiçeklenmeyle birlikte bu organlardaki MEL içeriği azalma eğilimi sergilemiştir. Çalışmada çiçeklerde oldukça yüksek seviyede (8,1 ng g-1 TA) tespit edilen MEL miktarı, meyvenin büyümesi ile birlikte düşüş sergilemiş ve 15-20 günlük meyvelerde en düşük seviyelerde seyrederken meyvelerin hasat olumunda ve olgun tohum aşamalarında 2,3-2,6 ng g-1 TA seviyelerine yükselmiştir. Tohumlarda MEL içeriği incelendiğinde en yüksek MEL içeriği olgun tohum aşamasında belirlenmiştir. Çiçeklenme ve tohum oluşumu gibi bitkinin çevresel streslere hassas olduğu genaratif dönemlerde MEL içeriğinin yüksek olması, MEL'in stres faktörlerine karşı bitkiyi korumak için antioksidan olarak görev almasından kaynaklanmaktadır.
Patlıcan fidelerinde karşı üşüme stresine toleransı arttırmak için topraktan değişik konsantrasyonlarda MEL uygulamaları yapılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde yaprak alanı, gövde ve kök yaş ve kuru ağırlıkları, bitki-su ilişkileri ile fotosentetik parametreler açısından en iyi sonucu genelde 5 μM ve 25 μM MEL uygulamaları vermiştir. CAT, POX ve APOX enzim aktivitelerinde 5 μM MEL uygulaması sonucunda en yüksek aktivite değerleri elde edilmiş buna karşılık 25 μM MEL uygulanmış fidelerde ciddi düşüşler gözlemlenmiştir. En az görsel hasarın gözlendiği 5 μM MEL konsantrasyonu en etkili konsantrasyon olarak belirlenmiş ve bir sonraki aşama olan çiçeklenme aşamasında kullanılmasına karar verilmiştir. Çiçeklenme aşamasında 5 μM MEL uygulamasının hasat sonuna kadar yetiştirilen bitkilerde fide aşamasında olduğu gibi olumlu etki yaptığı görülmüştür. MEL uygulamasıyla bitki başına toplam verim sonbahar-kış yetiştiriciliğinde %24, ilkbahar-yaz yetiştiriciliğinde %31 artmıştır. MEL uygulamalarıyla birlikte sonbahar-kış ve ilkbahar-yaz sezonlarında yapılan yetiştiricilikte toplam bitki başına meyve sayısında sırasıyla %27 ve %20 artış olduğu görülmüştür. İlkbahar-yaz yetiştiriciliğinde erkenci meyve sayısı MEL uygulamasıyla iki katına çıkmıştır. Tüm gözlem ve araştırma sonuçlarına dayanarak MEL'in patlıcanda çevre koşullarının etkisi altında sirkadiyen bir ritim sergilediği bununla birlikte topraktan 5 μM MEL uygulamasının patlıcan bitkisinin üşüme stresine karşı toleransının artırılmasında kullanılabileceği ortaya konmuştur.

Abstract:
In this research, diurnal changes in melatonin (MEL) contents of eggplant (Solanum melongena cv Hadrian) seedlings at cotyledon and 4-true leaf stages were determined using HPLC-FD. The presence of MEL in different organs (leaves, roots, fruits and seeds) of eggplant and its variation during various growth stages (germination, seedling, flowering, and harvest) were also investigated. Possibilities of improving chilling stress tolerance of eggplant seedlings through MEL application as soil drench in various concentrations (0, 1, 5 or 25 μM) were also explored. And finally, based on the results of the seedling experiment, the plants at flowering stage were treated with 5 μM MEL before exposure to chilling stress conditions after which they were grown in the greenhouse until harvest to determine long-term effects of MEL applications on stress tolerance and yield of eggplant.
MEL levels of seedlings at cotyledon and 4 true leaf stages showed a strong peak at the beginning of nocturnal period and a smaller peak in the middle of light period, the time of maxima differing with the seedling age. The data suggest that MEL levels in eggplant seedlings are probably controlled by plant's own circadian clock and conditions of surrounding environment.
MEL concentrations of eggplant leaves and roots were at the highest level at seedling stage decreasing significantly with the onset of flowering. Additionally, a relatively higher amount of MEL was determined in flowers (8,1 ng g-1 FW) and as the fruit growth progressed, fruit MEL content declined slightly reaching in its lowest level at 15-20 days after flowering and increasing slightly as the fruits matured (2,3-2,6 ng g-1 Fw). MEL also accumulated in large amounts in seeds and its concentration increased as the seeds matured. Higher MEL levels detected in young seedlings, flowers and seeds suggest that MEL may be essential as an antioxidant in protecting the germ tissues and young seedlings from oxidative damage due to various environmental assaults.
The effectiveness of MEL application as soil drench in enhancing chilling stress tolerance of eggplant seedlings was also investigated. The results indicated that treating the seedlings with 5 μM or 25 μM MEL resulted in increased leaf area and shoot and root mass and improvement plant water relations and photosynthetic parameters. Treating the seedlings with 5 μM MEL resulted in the highest CAT, POX and APOX enzyme activities but increasing the MEL concentration to 25 μM caused significant reductions in the activities of these enzymes. Additional, due to the fact that the least amount of visual damage was observed in the seedlings treated with 5 μM MEL, this concentration was chosen as the most effective MEL concentration which was used to improve chilling tolerance at flowering stage. Treatment of plants with 5 μM MEL at the flowering stage indicated that MEL treatments alleviated the detrimental effects of chilling stress and caused significant improvement in early yield and slight increase in the final yield. MEL pre-treatment of plants before chilling stress caused %24 and 31% in total yield during autumn-winter and spring-summer growing seasons, respectively. Number of fruits was also increased 27% in autumn-winter production and 20% in spring-summer production by MEL application. Early yields during spring-summer growing season were doubled by MEL treatment. Thus, it was deduced from the results of this research that MEL levels in eggplant seedlings exhibited dual peaks diurnally and 5 μM MEL through soil drench could be used to improve pepper plant growth and yield potential under chilling stress conditions.