Α ve β-pinen monoterpenlerinin buğdayda (Triticum aestivum L.) kuraklık toleransı üzerine etkileri
Effects of α and β-pinene monoterpenes on drought tolerance in wheat (Triticum aestivum L.)
Yazar: VELİ İLHAN
Danışman: DOÇ. DR. SALİH MUTLU ; PROF. DR. ÖKKEŞ ATICI
Erzincan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany

Özet:
Bu çalışmada, bitkilerde kuraklık stresi ile artışı bilinen α ve β-pinen monoterpenlerinin kuraklık stresine hassas (Cumhuriyet-75) ve dayanıklı (Karahan-99) iki buğday (Triticum aestivum L.) çeşidinin kuraklığa toleransında oynadığı roller araştırılmıştır. Bu amaçla, kontrol şartlarında (25-18°C ve %75 tarla kapasitesi) saksılarda yetiştirilen bitkilerin yapraklarına ekimden sonraki 7. günün sonunda her bir saksıya 100 mL olacak şekilde 1 ve 10 µM'lık α ve β-pinen solüsyonları dışsal olarak uygulanmıştır. Saksılar kesim gününden önceki 3 gün boyunca solma noktasında tarla kapasitesinde (%30) tutularak bitkiler kuraklık stresine maruz bırakılmıştır. 18. günde bitkilerden özdeş yapraklar hasat edildikten sonra laboratuvara taşınarak araştırma materyali olarak kullanılmıştır. α ve β-pinen monoterpenlerinin kuraklık stresi altındaki buğday bitkisi üzerindeki etkisi dayanıklı ve hassas çeşitlerin yapraklarında bağıl su içeriği (RWC), elektrolit sızıntı, lipid peroksidasyonu (MDA), reaktif oksijen türleri (ROS) [hidrojen peroksit (H2O2), süperoksit anyonu (O2●-), hidroksil radikali (●OH) süpürülme aktivitesi, toplam oksidan kapasite (TOS)], osmoprotektanlar (prolin, çözünür protein, indirgen şeker, toplam karbohidrat), antioksidan bileşikler [karotenoid, fenolik madde, flavonoid, glutatyon (GSH), askorbik asit (ASA), toplam antioksidan kapasite (TAS)], klorofil miktarı, antioksidan enzimlerin [katalaz (CAT), peroksidaz (POD), süperoksid dismutaz (SOD), askorbat peroksidaz (APX) ve glutatyon redüktaz (GR)] aktiviteleri ve proteinlerin SDS-PAGE profilleri gibi fizyolojik ve biyokimyasal parametrelere bakılarak değerlendirilmiştir. Kuraklık uygulaması her iki varyete de elektrolit sızıntı, MDA, ROS'lar (H2O2, O2●- ve TOS) ve antioksidan enzim aktivitelerini (CAT, POD, APX ve GR), osmoprotektan (prolin, indirgen şeker ve toplam karbohidrat) ve antioksidan bileşiklerin (fenolik madde, flavonoid, karotenoid, GSH ve TAS) seviyelerini artırırken, SOD aktivitesi ile birlikte AsA ve çözünür protein miktarını düşürmüştür. Her iki varyetede de 1 ve 10µM'lık α ve β-pinen uygulamaları kuraklık uygulamasıyla artış gösteren elektrolit sızıntı ve lipid peroksidasyon seviyesi ile H2O2, O2●- ve TOS miktarını önemli derecede azaltarak kuraklık stresine karşı koruma sağlanmıştır. Kuraklıkla birlikte α ve β-pinen uygulaması ile her iki varyetede de osmoprotektan bileşiklerin ve oksidan madde miktarı düşerken hassas varyetede GR, dayanıklı varyetede ise SOD, CAT ve APX aktiviteleri artış göstermiştir. Ayrıca her iki varyetede de ASA ve TAS artış gösterirken, fenolik madde, flavonoid, karotenoid, GSH, prolin, indirgen şeker ve toplam karbohidrat miktarları da genel olarak düşüş göstermiştir. SDS-PAGE sonuçlarına göre 50 kDa'luk bir polipeptitte bant yoğunluğu kuraklıkla birlikte her iki varyetede de artış göstermiştir. Ayrıca bu bant şiddeti kurak şartlarda dayanıklı varyetede 1 µM β-pinen uygulamasıyla artarken hassas varyetede önemli bir değişikliğe sebep olmamıştır.

Abstract:
In this study, the roles of α and β-pinene monoterpenes on plant drought tolerance were investigated in two cultivars of wheat:  drought sensitive Cumhuriyet-75 and drought resistant Karahan-99 (Triticum aestivum L.) under drought conditions. For this purpose, after 7 days of planting, 100 ml of 1 and 10 µM α and β-pinene solutions were applied exogenously to the leaf of the plants grown in pots at the control conditions (25 to 18 °C and 75% of field capacity). The plants were subjected to three day drought stress before harvesting at the wilting point at field capacity (30%). After harvesting, the identical leaves from plants were sampled at day 18 and transported to the laboratory to use as research material. The effects of α and β-pinene monoterpenes on wheat plants that are under the drought stress were evaluated by the following parameters: relative water content (RWC), electrolyte leakage, lipid peroxidation (MDA) and reactive oxygen species (ROS) [hydrogen peroxide (H2O2), superoxide anion (O2●-), hydroxyl radical (●OH) swept the activity total oxidant capacity (TOS)], osmoprotectant by (proline, soluble protein, reducing sugar and total carbohydrates), antioxidant compounds [carotenoids, phenolics, flavonoids, glutathione (GSH), ascorbic acid (AsA) and total antioxidant capacity (TAS)], the amount of chlorophyll, antioxidant enzymes [catalase (CAT), peroxidase (POX), superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR)] activities and as SDS-PAGE profile of protein was also assessed by reference to physiological and biochemical parameters. Drought stress caused an increase in electrolyte leakage, MDA, ROSs (H2O2, O2●- and TOS), antioxidant enzyme activities (CAT, POX, APX and GR), osmoprotectant (proline, reducing sugar and total carbohydrate) and the antioxidant compound (phenolics, flavonoids, carotenoids, GSH and TAS) levels while caused a decrease on the amount of soluble protein and AsA on both varieties. Applications of 1 and 10 μm of α and β-pinene decreased the H2O2, O2●- and TOS levels, lipid peroxidation and electrolyte leakage, which of all are known to inecare under drought conditions,  provided a significant protection against the drought stress. The application of α and β-pinene decreased the amount of osmoprotectant compounds and oxidants substance in both cultivars, whereas, GR level in sensitive cultivar and SOD, CAT and APX level in resistant cultivar showed an increase. In addition, ASA and TAS increased in both varieties but the amounts of phenolics, flavonoids, carotenoids, GSH, proline, reducing sugar and total carbohydrate decreased in general. The results of SDS-PAGE showed that the band intensity of protein with 50 kDa polypeptide increased in both varieties. In addition, the application of 1 µM β-pinene in under conditions caused an increase in the band intensity of the protein in resistant cultivar; on the other hand it did not cause a significant change in the sensitive cultivar.