Bazı sinyal bileşikleri ile ultraviyole ışıgının fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisinin soğuk toleransı üzerine fizyolojik ve biyokimyasal etkileri
Physiological and biochemical effects of some signal compounds and ultraviolet light on cold tolerance of bean (Phaseolus vulgaris L.)
Yazar: BAGHER SHEIKHI DIDANI
Danışman: PROF. DR. RAHMİ DUMLUPINAR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Antioksidan enzimler = Antioxidant enzymes ; Fenolik maddeler = Phenolic matters ; Karbohidrazid = Carbohydrazide ; Klorofil = Chlorophyll ; Phaseolus vulgaris = Phaseolus vulgaris ; Proteinler = Proteins ; Reaktif oksijen türleri = Reactive oxygen species ; Soğuk stresi = Cold stress

Özet:
Amaç: Bu çalışmada bazı bitki hormonları (salisilik asit ve absisik asit) ve memeli cinsiyet hormonlarının (östrojen ve progesterone) fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisinde, UV-B ve soğuk stresine karşı iyileştirici etkileri araştırılmıştır. 
Yöntem: Çimlendirilmiş fasulye tohumları kum içeren saksılara eşit olacak şekilde ekilmiştir. Bitkiler 17 günlük olduğunda, 1 dk aralıklarla 3 kez 10 sn UV-B ışığına maruz bırakılmıştır. Daha sonra bitki hormonları olarak 10-4 M salisilik asit (SA) ve 10-4 M absisik asit (ABA), memeli cinsiyet hormonları olarak 10-6 M östrojen (ÖS) ve 10-9 M progesteron (PRO) ayrı ayrı veya kombinasyonlar halinde fide yapraklarına uygulanmıştır. Normal koşullarda (24/20 °C, gündüz/gece) büyüyen bitkiler, ilave 3 gün için sıcaklığı 9/5 °C olan bir iklim dolabına aktarılmıştır. Uygulama yapılmış ve yapılmamış bitkilerde büyüme parametreleri (kök ve gövde uzunluğu) ve kuru madde miktarı, hidrojen peroksit (H2O2) içeriği, lipid peroksidasyon (MDA olarak) seviyesi, toplam çözünebilir protein, klorofil, karbohidrat ve fenolik madde miktarları belirlenmiştir. Aynı bitkilerde, antioksidan enzimleri (süperoksit dismutaz, katalaz, peroksidaz, askorbat peroksidaz ve glutatyon redüktaz) ile bitki azot metabolizması enzimlerinin (nitrat redüktaz, NR; nitrit redüktaz, NiR; ve glutamin sentaz, GS) aktiviteleri ve çözünebilir proteinlerin SDS-PAGE'deki değişimleri de değerlendirilmiştir.
Bulgular: Tek başına soğuk ve UV uygulaması fasulye bitkisinin kök-gövde uzunluğu ve kuru madde miktarını kontrole göre azalmıştır. Çalışılan bitki ve memeli cinsiyet hormonlarının ayrı veya kombinasyonları genelde aynı parametreleri artırmıştır. Tek başına soğuk, protein miktarını artırırken, Soğuk+UV uygulaması ise düşürmüştür. Bitki ve memeli cinsiyet hormonları protein içeriğini soğuk uygulamasına göre azaltırken, Soğuk+UV'ye göre artırmıştır. Çoklu hormon uygulamalarında ise genel olarak artış belirlenmiştir. Çözünebilir şeker miktarı, soğuk uygulanan bitkilerde artarken, Soğuk+UV uygulanmış bitkilerde düşmüştür. Bitki ve memeli cinsiyet hormonları şeker miktarını tek başına soğuğa göre azaltırken, çoklu hormon uygulamaları genelde artırmıştır. Tek başına soğuk, toplam klorofil miktarını düşürürken, UV uygulaması soğuğa göre artırmıştır. Bitki ve memeli cinsiyet hormon uygulamaları klorofil miktarını düşürmüş, ancak çoklu hormon uygulamaları artırmıştır. Soğuk ve Soğuk+UV uygulamaları H2O2 içeriğini kontrole göre artırırken, bitki ve memeli cinsiyet hormonları soğuk ve Soğuk+UV uygulamasına göre düşürmüştür. Lipid peroksidasyonu (LPO) seviyesi (MDA olarak), soğuk ve Soğuk+UV ile artmıştır. Ancak LPO her iki grup hormon uygylamalarında, tek başına soğuğa göre düşmüştür. Soğuk ve Soğuk+UV uygulamaları SOD, CAT, APX, POD ve GR aktivitelerini artırmıştır. Bitki ve memeli cinsiyet hormonlarının hem ayrı hem de kombinasyonları aynı enzimlerin aktivitelerini genelde düşürmüştür. Soğuk ve Soğuk+UV uygulamaları NR, NiR ve GS aktivitelerini azaltmıştır. Uygulanan hormonlar UV ve soğuğun aynı enzimler üzerindeki etkisini belirgin şekilde hafifletmiştir. SDS-PAGE bulgularına göre, soğuk uygulamasıyla, bazı polipeptidlerin bant şiddeti artarken, bitki ve memeli cinsiyet hormonları, birçok polipeptidin bant şiddetini artırmanın yanında, yeni polipeptid bantlarının sentezine neden olmuştur.
Sonuç: Çalışma sonucunda her iki stres (soğuk ve UV-B) etkisine maruz kalan fasulye bitkisinde fizyolojik ve biokimyasal olarak olumsuzluklar olduğu tespit edilmiş, ancak bu olumsuzlukların bitki ve memeli cinsiyet hormonlarıyla belirgin şekilde hafifletildiği belirlenmiştir.

Anahtar kelimeler: Antioksidan enzim, Phaseolus vulgaris, protein, peaktif oksijen, MDA, klorofil, fenolik madde, karbohidrat, azot metabolizması, soğuk stresi, UV stresi

Abstract:
Purpose: In this study, the improvement effects of plant hormones (salicylic acid and abscisic acid) and mammalian sex hormones (estrogen and progesterone) against UV-B and cold stress in bean plant (Phaseolus vulgaris L.) were investigated.
Method: The bean seeds were planted equally in pots filled with sand. After 17 days from the germination, the developing seedlings were exposed to UV-B irradiation 3 times for 10 seconds at 1- minute intervals. Then, the plant hormones, salicylic acid (SA) 10-4 M, abscisic acid (ABA) 10-4 M, and mammalian sex hormones estrogen (ES) 10-6 M, progesterone (PRO) 10-9 M were applied on seedling leaves. The plants under normal conditions (24/20 °C, day/night) were transferred to a climate cabinet with a temperature of 9/5 °C for 3 days. In treated and untreated seedlings growth parameters (root and stem length), dry matter amount, and hydrogen peroxide (H2O2) and lipid peroxidation (LPO) level (as MDA), and total soluble protein, chlorophyll, carbohydrate, and phenolic substance contents, and antioxidant enzyme (superoxide dismutase, catalase, peroxidase, ascorbate peroxidase and glutathione reductase) actitvities were determined. In addition, the changes in nitrogen assimilation by measuring the activity of nitrogen metabolism enzymes, and the protein patterns after SDS-PAGE analysis were evaluated in the same seedlings. 
Findings: The cold alone and the UV treatment decreased the root -stem length and dry matter amount of the bean plant compared to control. Separate or combinations of the studied plant and mammalian sex hormones generally increased the same parameters. Cold alone increased   soluble protein content while Cold+UV decreased it. Plant and mammalian sex hormones decreased protein content compared to cold alone while increasing it compared to Cold+UV. In the multi-hormone applications, an increase was determined in general. Soluble sugar content increased with the cold application while decreasing with Cold+UV. Plant and mammalian sex hormones decreased sugar content compared to cold alone, yet it was generally increased by the multi-hormone applications. While cold alone decreased the total chlorophyll content, UV application increased it compared to cold. Plant and mammalian sex hormones decreased the chlorophyll content, yet multiple hormone applications increased it. Cold and Cold+UV increased H2O2 content compared to control while plant and mammalian sex hormones decreased it compared to cold and Cold+UV. LPO increased to with cold and Cold+UV applications. However, LPO decreased in both groups of hormones compared to cold alone. Cold and Cold+UV increased SOD, CAT, APX, POD, and GR activities. Plant and mammalian sex hormones, both separately and in combination, generally reduced the activities of the same enzymes compared to cold and Cold+UV. Cold and Cold+UV applications decreased NR, NiR and GS activities. The hormones studied significantly attenuated the effect of UV and cold on the same enzymes. According to the SDS-PAGE findings, while the band intensity of several polypeptides increased by cold application, plant and mammalian sex hormones increased the intensity of many polypeptide bands as well as caused the synthesis of new polypeptide bands. 
Results: Both stresses (cold and UV-B) caused physiological and biochemical disorders in the bean plants, but it was determined that these negative effects were significantly mitigated by the studied plant and animal sex hormones.

Keywords: Antioxidant enzymes, Phaseolus vulgaris, protein, reactive oxygen, MDA, chlorophyll, phenolic substance, carbohydrate, nitrogen metabolism, cold stress, UV stress