Arpa bitkisinin kuraklık toleransı üzerine tio2 nanopartikül ön uygulamalarının etkileri
Effects of titanium nanoparticle pretreatments on drought tolerance of barley plant
Yazar: MEHMET UFUK ASLAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞİN GÜZEL DEĞER
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Kuraklık stresi tarımsal verimi sınırlayan en önemli faktörlerden biridir. Küresel ısınmanın sonucu olarak dengesiz yağış rejimlerinin ve yer yer çölleşmenin meydana geldiği gözlenmektedir. Bu sebeple de gün geçtikçe verimli tarım arazilerine olan ihtiyaç artmakta ve  kuraklığa dayanıklı bitkilerin geliştirilmesi anbean daha fazla önem kazanmaktadır. Tarımsal uygulamalarda stresin etkilerini azaltmak ve ürün verimini arttırmak için kullanılması düşünülen alternatiflerden biri de nanoteknoloji/nanopartiküllerin uygulanmasıdır.  TiO2 nanopartikülü beyaz renkli, birçok endüstriyel alanda kullanılan bir nanopartiküldür. Arpa (Hordeum vulgare L.) dünya üzerinde birçok alanda kullanılan, kısa bir büyüme periyodu olan stratejik öneme sahip bir tahıl bitkisidir. Bu çalışmada arpa bitkilerine çimlenme sonrası 3., 5. ve 7. günlerde 25 mg L-1 ve 50 mg L-1 dozlarında TiO2 nanopartikülü spreyleme yoluyla uygulanmıştır. 10.günde bitkiler kuraklık stresine maruz bırakılmıştır. Kuraklık stresinin başlamasını takiben 1. 3. ve 5. günlerde bitkiler hasat edilmiştir. Hasat edilen bitkiler fizyolojik, moleküler ve mikroskobik olarak incelenmiştir. Özellikle kuraklık stresinin 5. gününde TiO2 nanopartikül ön uygulamasının sürgün boyunu ve yaprak su potansiyelini arttırdığı belirlenmiştir. TiO2 nanopartikül ön uygulamalarının kuraklık stresinde arpa bitkisinin turgor durumunu korumasına yardımcı olduğu gözlemlenmiştir. TiO2 nanopartikül ön uygulaması ile kuraklık stresi koşullarında Lazer Konfokal incelemesinde süperoksit radikalinin ışıma seviyesinin düştüğü ve böylelikle stresin etkilerinin azaldığı tespit edilmiştir.  Nitrik oksit ise tüm uygulama gruplarında kontrole göre artış göstermiştir. Özellikle stresin 3. gününde nanopartikül uygulanan gruplarda CAT gen aktivite seviyesi dikkat çekici bir şekilde artış göstermiştir.  Spreyleme sonucu dokularda Ti02 nanoparçacıklarının varlığı Geçirimli Elektron Mikroskobu incelemesi ile tespit edilmiştir. Çalışma sonuçlarımıza göre normal koşullar altında TiO2 nanopartikül uygulamasının bitkiler üzerinde negatif etki gösterdiği ancak kuraklık stresi altındaki bitkilerde stresin etkilerini azalttığı ve bitkileri stres koşullarına karşı daha dayanıklı hale getirdiği tespit edilmiştir. Bu etkilerin ise konsantrasyona ve güne bağlı olarak değişiklik gösterdiği belirlenmiştir.

Abstract:
Drought stress is one of the most important factors limiting agricultural productivity. As a result of global warming, unbalanced precipitation regimes and occasional desertification are observed. Therefore, the need for fertile agricultural land is increasing day by day and the development of drought-resistant plants is becoming more important. One of the alternatives used to reduce the effects of stress in agricultural applications and increase product yield is the applications of nanotechnology/nanoparticles. TiO2 nanoparticles is a white colored nanoparticle used in many industrial fields. Barley (Hordeum vulgare L.) is a strategically important cereal plant that has a short growth period and is used in many areas around the world. In this study, TiO2 nanoparticle was applied to barley plants by spraying 25 mg L-1 and 50 mg L-1 on the 3rd, 5th and 7th days after germination. On the 10th day, the plants were exposed to drought stress. Plants were harvested on days 1, 3 and 5 following the onset of drought stress. Harvested plants were examined physiologically, molecularly and microscopically. It was determined that TiO2 nanoparticle pretreatment increased the shoot height and leaf water potential especially on the 5th day of drought stress. It has been observed that TiO2 nanoparticle pretreatments helps the barley plant to maintain turgor status in drought stress. With the treatment of TiO2 nanoparticle, it was found that the radiation level of superoxide radical decreased in the laser confocal examination under drought stress conditions and thus the effects of stress decreased. Nitric oxide increased in all application groups compared to control group. CAT gene activity levels were significantly increased especially in the groups treated with nanoparticles on day 3 of stress.  The presence of TiO2 nanoparticles in the tissues as a result of spraying was spotted out by Transmission Electron Microscope (TEM) examination. According to the results of the study, under normal conditions, TiO2 nanoparticle application had negative effects on the plants but it decreased the effects of stress in the plants under drought stress and made the plants more protected against stress conditions. These effects were determined to vary depending on concentration and day.