Ağır metal stresi altındaki mısır bitkisinde antioksidant enzim savunma sisteminin davranışı ve mısırın ağır metal kirliliğinin giderilmesinde kullanılabilirliğinin araştırılması
Response of antioxidant defence system on the maize cultivars under the heavy metal stress and investigation of maize's usability for removal of heavy metal
Yazar: ŞENİZ ÜNALAN
Danışman: DOÇ. DR. DENİZ TANYOLAÇ ; YRD. DOÇ. DR. YASEMİN EKMEKÇİ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany ; Kimya = Chemistry

Özet:
AĞIR METAL STRESİ ALTINDAKİ MISIR BİTKİSİNDE ANTİOKSİDANT ENZİM SAVUNMASİSTEMİNİN DAVRANIŞI VE MISIRIN AĞIR METAL KİRLİLİĞİNİN GİDERİLMESİNDEKULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASIŞeniz ÜnalanHacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kimya Mühendisliği Anabilim DalıÖZBu çalışmanın amacı, ülkemiz tarımsal arazi ve suları için önemli bir problem olan ağır metal stresinekarşı dayanıklı mısır (Zea mays L.) çeşitlerini belirlemek, belirlenen mısır çeşitlerinde dayanıklılığısağlayan içsel savunma mekanizmalarını açıklamak ve sudaki ağır metal kirliliğinin bitki atıklarıyla(koçan) giderilmesini sağlamaktır.Erken fide evresinde artan Cu ve Zn konsantrasyonlarıyla bütün mısır çeşitlerinin kök ve koleoptiluzunluğu ile kök gerçek büyüme hızı azalmıştır. Kök nispi büyüme hızı Cu stresi altında azalmışancak Zn stresinden etkilenmemiştir. Tüm mısır çeşitleri için bu parametrelerin incelenmesi ve yapılanpuanlama ile Cu stresine dayanıklı çeşidin 31G98, daha az dayanıklı çeşidin 3223; Zn stresinedayanıklı çeşidin DK626 ve daha az dayanıklı çeşidin 3223 olduğu belirlenmiştir.Artan Cu ve Zn konsantrasyonu ile bitkilerin kök ve gövde uzunluğu, klorofil a, klorofil b, toplam klorofil(a+b) ve karotenoid içerikleri azalırken, yapraklarındaki antosiyanin, MDA ve metal içeriği artmıştır.Her iki metal stresinde de çeşitlerin yapraklarındaki protein içerikleri düşük metal konsantrasyonlarındaazalırken toksik düzeylerde artmıştır. Antioksidant enzim sistemi, uygulanan metal stresinin ve bitkininçeşidine göre farklı tepkiler oluşturmuştur. Toplam SOD ve GR aktiviteleri 3223 ün yapraklarındadüşük Cu ve Zn konsantrasyonlarında artmış, yüksek metal konsantrasyonlarında ise azalmıştır.31G98 ve DK626 mısır çeşitlerinin yapraklarında artan Cu ve Zn konsantrasyonlarıyla toplam SODaktivitesinde artış gözlenmiştir. Cu konsantrasyonunun artmasıyla 31G98 ve 3223 mısır çeşitlerininyapraklarında toplam APX ve POD aktiviteleri artmıştır. 3223'ün yapraklarında toplam APX aktivitesiartan Zn konsantrasyonu ile artarken DK626 çeşidinde toksik Zn düzeyinde kontrolüne göre azalmıştır.Her iki mısır çeşidinde de düşük Zn konsantrasyonunda toplam POD aktiviteleri artarken yüksek Znkonsantrasyonunda kontrollerine yakın değerlere düşmüştür.Kesikli sistem Cu ve Zn adsorpsiyon çalışmalarında, adsorbent olarak mısır çeşitlerine ait koçanlarkullanılmıştır. Adsorpsiyon dengesinin matematiksel tanımlanmasında Langmuir ve Freundlich İzotermmodelleri kullanılmış, model sabitleri hesaplanmış ve adsorpsiyon dengeleri için en uygun izoterminLangmuir İzoterm modeli olduğu tespit edilmiştir. Sürekli sistem adsorpsiyon çalışmalarında farklı L/Doranı, akış hızı ve başlangıç metal konsantrasyonları için breaktrough eğrileri elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler : Zn, Cu, Antioksidant savunma mekanizması, Adsorpsiyon, izoterm, mısır koçanı,Zea mays L.Danışman : Doç. Dr. Deniz TANYOLAÇ, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, KimyaMühendisliği Anabilim Dalıİkinci-danışman : Yrd. Doç. Dr. Yasemin EKMEKÇİ, Hacettepe Üniversitesi, Biyoloji Bölümü, BotanikAnabilim Dalı

Abstract:
RESPONSE OF ANTIOXIDANT ENZYME DEFENCE SYSTEM ON THE MAIZE CULTIVARS UNDER THEHEAVY METAL STRESS AND INVESTIGATION OF MAIZE?S USABILITY FOR REMOVAL OF HEAVYMETALŞeniz ÜnalanHacettepe University, Department of Chemical Engineering, Chemical Engineering SectionABSTRACTThe aim of this study is; to the determine the most tolerant maize cultivars (Zea mays L.) againstheavy metal, a major issue for agriculture and water sources in our country, to explain the internaldefense mechanisms of these cultivars and to remove heavy metal contamination in waste waters byusing corncobs, produced as waste and not utilized by any means in our country.At early seedling, root and coleoptile lengths and absolute growth rates in roots of both cultivarsdecreased with increasing copper (Cu) and zinc (Zn) concentrations. Cu stress caused significantdecrease in the relative growth rate of roots but same trend was not observed for Zn stress. Byinvestigating these parameters for all maize cultivars and after scoring; 31G98 was selected as the Cutolerant cultivar and 3223 was selected as a less tolerant cultivar under Cu stress. DK626 wasselected as the Zn tolerant cultivar and 3223 was selected as a less tolerant cultivar under Zn stress.Root and shoot lengths, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll (a+b) and carotenoid contentswere decreased whereas anthocyanin, MDA and metal contents were decreased with increasing Cuand Zn concentrations in the leaves of both cultivars. Protein contents were decreased at moderateheavy metal concentrations. In contrast, they increased at highly toxic heavy metal levels. Antioxidantenzyme system showed different responses depending on heavy metal treatments and types ofcultivars. Our results showed significant enhancement in the activities of total SOD and GR activities inthe leaves of 3223 at moderate heavy metal treatments but they decreased at highly toxic metallevels. Cu and Zn stresses caused significant increase in the activity of total SOD at all concentrationsin leaves of 31G98 and DK626 cultivars. Total APX and POD activities increased in leaves of 31G98and 3223 cultivars with increasing Cu concentration. Total APX activity increased with increasing Znconcentration in leaves of 3223 but it decreased in leaves of DK626 at highly toxic Zn level whencompared to that of control. Total POD activity in leaves of both cultivars increased at moderate Zntreatments, but there were no significant changes in the activities of POD at highly toxic Zn level inboth cultivars when compared with the control.Corncobs, which belong to maize cultivars, were used as adsorbents in fixed bed and batch systems.In batch runs, the most appropriate adsorption isotherm was determined as Langmiur one along withcorresponding parameters under both Cu and Zn stress. Breakthrough curves were determined incontinuous system adsorption studies for different L/D ratio, flow rates and initial metalconcentrations.Key Words: Zn, Cu, Antioxidant defense mechanism, Adsorption, isotherm, corncob, Zea mays L.Advisor: Assoc. Prof. Deniz TANYOLAÇ, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering, ChemicalEngineering SectionCo-advisor: Asst. Prof. Yasemin EKMEKÇİ, Hacettepe University, Department of Biology, Botany Section