Pseudomonas thivervalensis bakterisinin kolza (Brassica napus cv. Samibey) bitkisinde nikel toksisitesine etkisi
Effect of Pseudomonas thivervalensis bacteria on nickel toxicity in rape (Brassica napus cv. Samibey) plant
Yazar: MERT CAN VARDAR
Danışman: PROF. DR. AHMET AKSOY
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Botanik = Botany
Dizin: Anatomi = Anatomy ; Antioksidan enzimler = Antioxidant enzymes ; Brassica napus = Brassica napus ; Fitoremediasyon = Phytoremediation

Özet:
Bitkiler için esansiyel bir element olan Nikel (Ni+2), yüksek konsantrasyonlarda düşük büyüme ve gelişim bozukluklarına sebebiyet vermektedir. Özellikle tarımsal alanlarda meydana gelen Ni kirliliği hem ürün verimini azaltmakta hem de insan ve diğer canlılar için toksisite oluşturmaktadır. Birçok fiziko-kimyasal yöntemin yanı sıra, fitoremediasyon ile de Ni kirliliğinin giderilmesi sağlanabilmektedir. Bu yöntem için uygun bitki ve bitkinin performansını destekleyici yöntemler (bakteri uygulaması gibi) bulunmaktadır. Bu tez kapsamında Ni fitoremediasyonu için aday olan kolza (Brassica napus cv. Samibey) bitkisinin Ni alımını ve toleransını arttırmak için Pseudomonas thivervalensis bakterisi inokülasyonu uygulanmış ve farklı Ni konsantrasyonları altında kontrollü koşullardaki iklim kabininde hidroponik ortamda 14 gün steril Hoagland, 6 gün ise Ni (NiCl2.6H2O) içeren besin çözeltisinde yetiştirilmiştir. Ardından morfolojik, fizyolojik ve anatomik ölçüm ve analizler gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre, Ni uygulaması ile bitkinin sürgün ve kök dokularında Ni akümülasyonu gerçekleşmiştir. Ni oransal olarak büyük miktarda bitkinin köklerinde akümüle olmasına rağmen P. thivervalensis uygulaması sayesinde sürgüne taşınan Ni miktarı yaklaşık %56 oranında artmıştır. Sürgünde daha fazla Ni akümülasyonu olmasına rağmen morfolojik ölçüm sonuçları incelendiğinde, 0.25 mM Ni stresinde yaşanan kuru ağırlık düşüşünün P. thivervalensis uygulaması ile negatif kontrol seviyesine ulaştığı tespit edilmiştir. 
Fizyolojik ölçümler sonucunda fotosentetik pigmentlerden klorofil a ve karotenoid miktarının Ni stresi ile düştüğü, klorofil b miktarındaki değişimlerin ise genelde istatistiksel olarak anlamlı olmadığı bulunmuştur. Benzer şekilde yaprak su içerikleri Ni uygulanan tüm uygulamalarda düşmüştür ve P. thivervalensis uygulamasının iyileştirici bir etkisi gözlemlenmemiştir. Membran hasarı için alınan iyon sızıntısı oranları ise 0.50 mM Ni uygulamasında dramatik şekilde yükselmiş olmasına rağmen P. thivervalensis uygulaması ile %29 oranında iyileşmiştir. Klorofil a fluoresans parametreleri incelendiğinde ise P. thivervalensis ile inokülasyonunun Ni stresi altında yetiştirilen kolza bitkilerinde fotosentetik performansı %61.6 oranında arttırdığı tespit edilmiştir. Antioksidan yanıtlar incelendiğinde, Ni uygulaması sonucunda ortaya çıkabilecek serbest radikallerin büyük oranda süperoksit dismutaz (SOD) ve peroksidaz (POD) enzimleri yardımıyla detoksifiye edildiği düşünülmektedir. Bu enzimlerin, Ni uygulaması sonrası radikallerin zararlı etkilerini azaltmada önemli bir rol oynadığı görülmüştür. Ancak, bakteri inokülasyonu yapılan gruplarda, bu enzimlerin aktivitelerinin belirgin şekilde daha düşük seviyelerde seyrettiği izlenmiştir. 
Artan Ni ve P. thivervalensis uygulamasının bitki anatomisinde meydana getirdikleri değişimler incelendiğinde ise, Ni stresinin yapraklarda epidermis ve mezofil; gövdede epidermis ve parankimatik öz; kökte ise endodermis, trake ve trakeid boyutlarında önemli değişimler meydana getirdiği belirlenmiştir. P. thivervalensis uygulaması ile mezofil boyu, gövde parankimatik öz ve trake çapları, kök trakeid çapları kontrol grubu ile aynı seviyelere gelmiştir.
Sonuç olarak bu tez kapsamında fitoremediasyon yöntemi için aday olarak  seçilen Brassica napus cv. Samibey bitkisinin uygun bakteri inokülasyonu ile sürgünlerde Ni alımının arttırılabildiği ve bu artışa rağmen genel olarak toksik etkilerin ortaya çıkmadığı görülmüştür. Dolayısıyla fitoekstraksiyon yöntemi için kullanılma potansiyeli olan bir simbiyotik ilişki belirlenmiştir.

Abstract:
Nickel (Ni+2), an essential element for plants, causes low growth and developmental disorders at high concentrations. Ni pollution, especially in agricultural areas, reduces crop yield and causes toxicity to humans and other organisms. In addition to many physico-chemical methods, Ni pollution can be remediated by phytoremediation. There are plants suitable for this method and support the performance of the plant (such as bacterial application). In this thesis, in order to increase the Ni uptake and tolerance of the rape (Brassica napus cv. Samibey) plant, which is a candidate for Ni phytoremediation, Pseudomonas thivervalensis bacteria were inoculated and sterile Hoagland was applied for 14 days in a hydroponic environment in a climate cabinet under controlled conditions at different Ni concentrations and grown in a nutrient solution containing Ni for 6 days. Then, morphological, physiological and anatomical measurements and analyses were carried out.
According to the results, the application of Ni led to an accumulation of Ni in the shoot and root tissue of the plant. Although a relatively large amount of Ni accumulates in the roots of the plant, the amount of Ni transported to the shoot increased by approximately 56% thanks to the application of P. thivervalensis. Although Ni accumulation in the shoot was higher, when the morphological measurement results were examined, it was found that the decrease in dry weight at 0.25 mM Ni stress by the application of P. thivervalensis reached the level of the negative control. 
As a result of physiological measurements, it was found that the amount of chlorophyll-a and carotenoids, which are photosynthetic pigments, decreased with Ni stress, and the changes in the amount of chlorophyll b were generally not statistically significant. Similarly, leaf water contents decreased in all Ni applications and no curative effect of P. thivervalensis application was observed. Although ion leakage rates for membrane damage increased dramatically with 0.50 mM Ni application, they improved by 29% with P. thivervalensis application. When chlorophyll fluorescence parameters were analysed, it was found that inoculation with P. thivervalensis increased the photosynthetic performance of rape plants grown under Ni stress by 61.6%. In terms of antioxidant responses, it is thought that the free radicals potentially generated because of Ni application are largely detoxified by the enzymes superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD). These enzymes play a significant role in mitigating the harmful effects of radicals following Ni application. However, a significantly lower activity of these enzymes was observed in the groups inoculated with bacteria.
When investigating the changes in plant anatomy caused by increased Ni and P. thivervalensis application, Ni stress was found to affect the epidermis and mesophyll in the leaves, the epidermis and parenchymatous core in the stem; it was found to cause significant changes in the dimensions of the endodermis, trachea and tracheid in the root. When P. thivervalensis was applied, the mesophyll length, the diameter of the parenchymatous core and tracheids in the stem and the diameter of the root tracheids reached the same values as in the control group. With P. thivervalensis application, mesophyll length, stem parenchymatic core and tracheal diameters, and root tracheid diameters reached the same levels as the control group.
As a result, it was observed that Ni uptake in the shoots of Brassica napus cv. Samibey, which is considered a candidate plant for the phytoremediation method within the scope of this thesis, can be increased with appropriate bacterial inoculation, and despite this increase, toxic effects generally do not occur. Therefore, a symbiotic relationship was identified that can to be utilised for the phytoextraction method.