Arpa (Hordeum vulgare L.) köklerinde alüminyum toksisitesine karşı salisilik asit uygulamasının etkileri
The effects of salicylic acid application against aluminum toxicity in barley (Hordeum vulgare L.) roots
Yazar: GİZEM YALÇIN
Danışman: DOÇ. DR. FİLİZ VARDAR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Alüminyum = Aluminum

Özet:
Alüminyum (Al), asidik topraklarda ürün eldesinde en temel kısıtlayıcı faktörlerdendir. Bu çalışmanın amacı arpa  (Hordeum vulgare L.)  köklerinde alüminyum toksisitesine karşı salisilik asidin (SA) iyileştirici etkilerini incelemektir. Bunun  için arpa köklerine 72 saat boyunca 20μM AlCl3, [20μM AlCl3+5μM SA] ve [20μM AlCl3+10μM SA] uygulandı. Alternatif  grup olarak  kökler  önceden 24  saat  boyunca 5 μM  ve  10μM SA ön muamele sonrasında 72 saat 20μM AlCl3 çözeltisine maruz bırakıldılar. Pozitif kontrol grubu olarak köklere sadece  5 μM  ve  10μM SA uygulandı. Elde edilen sonuçlara  göre etkin kök uzunluğu kontrol grubunda  %89,5 iken,  20μM AlCl3 Al'da  %65.5 μM  SA ön muamele grubunda  %67.5  , 10 μM SA ön muamelede %69.8, [20 μM AlCl3 +5 μM SA] grubunda  %70.3,  [20 μM AlCl3 +10 μM  SA ] %74.2, 5 μM SA'da %73.4 ve 10 μM SA grubunda %75.6'dır. Al alınımının belirlenmesi için kökler hematoksilen ile boyandı. Spektorofotometrik değerlere göre, Al alınımı kontrole göre 20 μM AlCl3 grubunda 12.7 kat, 5 μM SA ön muamele grubunda 5.3 kat, 10 μM SA ön muamelede 4.3 kat, [ 20 μM AlCl3 +5 μM SA] da 6.3 kat, [20 AlCl3 μM +10 μM SA]  grubunda 4.7 kat yükseldi. Membran bütünlüğünün bozulması Evans mavisi boyama yöntemiyle değerlendirildi. Absorbans değerleri kontrolle karşılaştırıldığında 20 μM AlCl3 grubunda  6.4 kat,  5 μM SA ön uygulama grubunda 2.6, 10 μM SA ön uygulama grubunda 2.1 kat , [20 μM AlCl3 +5 μM  SA ] grubunda  2.1 kat, [20 μM AlCl3 +10 μM SA] grubunda 1.5  kat,  5 μM SA grubunda 1.9 kat ve 10 μM SA grubunda 2 kat  yükseldi. Mitotik aktivite kontrol grubunda %13.3, 20 μM AlCl3 grubunda %5.7, 5 μM SA ön muamele grubunda %6, 10 μM SA ön muamele grubunda %8.5, [20 μM AlCl3+5 μM SA] grubunda %9.2, [20 μM AlCl3+10 μM SA] grubunda %9.5, 5 μM SA grubunda %9.5 ve 10 μM SA grubunda %9.7'dır. Peroksidaz enzim aktivitesi kontrol ile karşılaştırıldığında 20 μM AlCl3 grubunda 3.2 kat, 5 μM SA ön muamele grubunda 3.5 kat, 10 μM SA ön muamele grubunda 3.9 kat, [20 μM AlCl3+5 μM SA] grubunda 6.5 kat, [20 μM AlCl3+10 μM SA] 7 kat, 5 μM SA grubunda 4.2 kat, 10 μM SA grubunda 7.2 kat yükseldi. Benzer şekilde süperoksit dismutaz aktivitesi kontrolle karşılaştırıldığında 20 μM AlCl3 grubunda %80.1, 5 μM SA ön uygulama grubunda %14.9, 10 μM SA ön uygulama grubunda %25.8, [20 μM +5 μM SA] grubunda %21, [20 μM AlCl3+10 μM SA] grubunda % 33.9, 5 μM SA grubunda % 26.1, 10 μM SA grubunda %53.1 yükselmiştir. Total protein içerikleri ise kontrole göre karşılaştırıldığında 20 μM AlCl3   grubunda %24.1, 5 μM SA ön uygulama grubunda %21.6, 10 μM SA ön uygulama grubunda %14, [20 μM AlCl3+5 μM SA] grubunda %14.6 oranında azaldı. Uygulamalar sonrasında [20 μM AlCl3+10 μM SA] ve pozitif kontrol gruplarının total protein miktarında kontrole göre değişiklik gözlenmedi. Agaroz jel elektroforezi sonuçları 20 μM AlCl3 uygulamasının genomik DNA'da fragmentasyonlara sebep olduğunu gösterdi. 10μM SA ön uygulama ve [20 μM AlCl3+10 μM SA] uygulamalarında fragmentasyon görülmediği halde, 5 μM SA ön muamele ve [20 μM AlCl3+5 μM SA] gruplarında fragmentasyon gözlendi. Elde edilen sonuçlara göre, 10 μM SA uygulaması arpa köklerinde Al toksisitesinin iyileştirilmesinde etkili olmuştur.

Abstract:
Aluminum (Al) is a major constraint to crop production in acid soils. This study aims to investigate alleviating effects of salicylic acid (SA) on Al toxicity in barley (Hordeum vulgare L) roots. The roots were exposed to 20μM AlCl3, [20μM AlCl3+5μM SA] and [20μM AlCl3+10μM SA] for 72 h. In an alternative group, roots were pretreated with 5μM and 10μM SA for 24 h, and then they were exposed to 20μM AlCl3. For positive control roots were treated with 5μM and 10μM SA. According to our results the relative root elongation was 89.5% in control, 65% in 20μM AlCl3, 67.7% in 5μM SA pretreatment, 69.8% in 10μM SA pretreatment, 70.3% in [20μM AlCl3+5μM SA], 74.2% in [20μM AlCl3+10μM SA], 73.4% in 5μM SA and 75.6% in 10μM SA. Hematoxylin staining was used to determine the uptake of Al ions. Spectrophotometric quantifications revealed that Al uptake was raised by fold of 12.7 in 20μM AlCl3, 5.3 in 5μM SA pretreatment, 4.3 in 10μM SA pretreatment, 6.3 in [20μM AlCl3+5μM SA], 4.7 in [20μM AlCl3+10μM SA] with regard to control. The loss of membrane integrity was evaluated by Evans blue assay.  The absorbance was increased by fold of 6.4 in 20μM AlCl3, 2.6 in 5μM SA pretreatment, 2 in 10μM SA pretreatment, 2.1 in [20μM AlCl3+5μM SA], 1.5 in [20μM AlCl3+10μM SA], 1.9 in 5μM SA and 2 in 10μM SA in compare to control. Mitotic activity was 13.3% in control, 5.7% in 20μM AlCl3, 6% in 5μM SA pretreatment, 8.5% in 10μM SA pretreatment, 9.2% in [20μM AlCl3+5μM SA], 9.5% in [20 AlCl3+10μM SA], 9.5% in 5μM SA and 9.7% in 10μM SA. Peroxidase activity was increased by fold of 3.2 in 20μM AlCl3, 3.5 in 5μM SA pretreatment, 3.9 in 10μM SA pretreatment, 6.5 in [20μM AlCl3+5μM SA], 7 in [20μM AlCl3+10μM SA], 4.2 in 5μM SA and 7.2 in 10μM SA in compare to control. Similarly superoxide dismutase activity was increased by 80.1% in 20μM AlCl3, 14.9% in 5μM SA pretreatment, 25.8% in 10μM SA pretreatment, 21% in [20μM AlCl3+5μM SA], 33.9% in [20μM AlCl3+10μM SA], 26.1% in 5μM SA and 53.1% in 10μM SA. Total protein content was decreased by 24.1% in 20μM AlCl3, 21.26% in 5μM SA pretreatment, 14% in 10μM SA pretreatment, 14.6% in [20μM AlCl3+5μM SA] with respect to control. However, after treatments there was no change in total protein content in positive controls and [20μM AlCl3+10μM SA]. Agarose gel results revealed that Al caused DNA fragmentation in genomic DNA. Although there was no fragmentation in 10μM SA pretreatment and [20μM AlCl3+10μM SA], the fragmentation was visible in 20μM AlCl3 and 5μM SA pretreatment and [20μM AlCl3+5μM SA]. These results suggested that 10μM SA SA could alleviate Al-induced toxicity in barley roots.