Yaşlanan domates tohumlarının melatonin profilinde meydana gelen değişimlerin incelenmesi
Investigating the changes occurring in the melatonin profile of aging tomato seeds
Yazar: AYGÜL KARACA
Danışman: PROF. DR. AHMET KORKMAZ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Tohumda kalite kavramı, tohumun performansını veya gücünü belirleyen tüm özelliklerin toplamı olarak ifade edilmektedir. Kalite kaybı ise tohum daha anne bitki üzerindeyken başlamakta ve hasattan tohum işlemeye ve depolamadan tarlaya ekilene kadar olan bütün süreci kapsasa da en fazla kalite kayıpları depolama sırasında gerçekleşmektedir. Yüksek nem ve sıcaklık gibi uygun olmayan koşullarda yapılan depolamada tohum içerisinde oluşan serbest radikal türevlerinin yağ asitlerini ve fosfolipitleri oksidize etmeleri sonucu yaşlanma hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir.
Melatonin (Mel) hayvanlarda olduğu gibi bitkilerde de bir antioksidan gibi koruyucu etki gösteren ve ışık/karanlık sinyalizasyonunda görev yapan bir moleküldür. Son zamanlarda bitkisel bir hormon olarak kabul edilmesinin yanında reaktif oksijen ve azot türlerini ortamdan uzaklaştırma özelliğine sahip olmasından dolayı geniş spektrumlu antioksidan olma adayıdır. Bitkiler, hayvanlar, algler ve bakteriler de dahil olmak üzere tüm canlılarda Mel sentezi bir amino asit olan triptofan (Trp)'dan başlar. Trp sadece Mel'nin değil, tüm bitki ve hayvanlarda bulunan bir bileşik olan serotonin (Ser) ve yine bitkisel bir hormon olan indol-3-asetik asitin (IAA) de sentezinin başladığı bir maddedir. 
Yapılan bu çalışma ile değişik sıcaklık koşullarında uzun süre depolanan domates (Lycopersicon lycopersicum cv. Rio Grande) tohumlarında Mel ve onun öncü maddelerinin içeriğinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Bu amaca yönelik olarak domates tohumları Mel, Trp ve Ser ile muamele edilmiş ve sonrasında iki farklı sıcaklık koşulunda (4 oC ve 25 oC) 28 ay süreyle depolanmışlardır. Depolama öncesi yapılan uygulamaların tohum kalitesi ve yaşlanma üzerine etkisi düzenli olarak her 2 ayda bir yapılan test ve analizlerle ortaya konmuştur. Ayrıca Mel, Trp ve Ser uygulamalarının kontrollü bozulma ile yaşlandırılmış domates tohumları üzerine olan etkilerinin incelenmesi amacıyla yapılan bir diğer çalışmada doğal yaşlandırma ile suni yaşlandırma arasındaki farklılıklar ya da benzerliklerin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu çalışmanın devamında ise %24 nem içeriğine sahip ve 3 gün süreyle 47 °C'de kontrollü bozulma testi koşullarında suni olarak yaşlandırılan domates tohumlarına yapılan Mel, Trp ve Ser uygulamalarının tohumların canlılığı ve çimlenme performansları üzerine olan etkilerini incelemek amacıyla bir başka çalışma yürütülmüştür.
Araştırmada elde edilen veriler 4 °C yapılan depolamanın 25 °C yapılan depolamaya kıyasla uzun süreli depolama sırasında tohumlarda bozulmayı dolayısıyla tohumların yaşlanmasını yavaşlattığını ve daha iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir. Depolama öncesi yapılan Mel ve onun öncü maddesi olan Trp ve Ser ile yapılan uygulamalar yaşlanma ile oluşan hasarın etkisini azaltmış ve özellikle düşük sıcaklıkta çimlenme performansını iyileştirmiştir. Yirmi sekiz ay süren depolama esnasında tohumların Mel, Trp, Ser ve triptamin (Trpt) içeriğinde mevsimsel dalgalanmalar tohum yaşlanma sürecini etkilemiştir. Tohumların Mel içerikleri Ağustos 2018-Haziran 2019 aylarına denk gelen 12 ve 22 ay depolamanın sonlarında en yüksek seviyeye ulaşmıştır. Buna karşılık Trp seviyeleri, Mel'in güçlü pik gösterdiği aylarda tam tersi bir eğilim göstermiştir. Ayrıca Trp içeriğinde keskin artışların meydana geldiği aylarda Trpt içeriğinde azalmalar gözlemlenmiştir. Tohumlardaki Ser içeriği ise ilk 6 aylık depolama süreci boyunca Trp içeriğindeki artışlara paralellik göstermiş ancak bu süreçten sonra tam tersi bir eğilim göstermiştir. Suni yaşlandırma sırasında ve sonrasında Mel ve öncü maddelerinin değişimlerini ve bu değişimlerin tohum canlılığı üzerine olan etkilerini belirlemek amacıyla yapılan kontrollü bozulma çalışmalarında uygulamaların etkisi net bir şekilde gözlemlenmiştir. Tohumların Mel, Trp, Ser ve Trpt içeriğinde ise doğal yaşlandırma çalışmasındaki sonuçlardan kısmen farklı değişimler görülmüştür. Ancak hem doğal yaşlandırma hem de kontrollü bozulma çalışmalarında hiç uygulama yapılmayan kontrol tohumlarının Mel içeriği ile Trp içeriğinin birbirleri ile zıt bir şekilde değişim gösterdiği belirlenmiştir. Hem doğal hem de suni olarak yaşlandırılan kontrol tohumlarının Mel içeriğinde artış olması durumunda Trp içeriğinde azalma tespit edilmiştir. Her iki çalışmada da tohum yaşlanma süreci süre bakımından farklılık göstermiş ancak tohumun Mel ve Trp içeriğindeki değişim benzerlik göstermiştir. Suni yaşlandırma sürecindeki Ser içeriğine bakıldığında ise yapılan tüm uygulamalarda Ser içeriğindeki değişim yaşlandırma süresindeki artışa paralel olarak yaşlanma öncesi (0. gün) değerlerine kıyasla artış göstermiştir. Trpt içeriğindeki değişim ise tüm uygulamalarda ve farklı yaşlanma sürelerde dalgalanmalar (artış-azalış) şeklinde gözlenmiştir. Ayrıca her iki çalışmada yapılan Mel ve öncü maddeleriyle yapılan uygulamaların kontrol tohumlarına kıyasla tohumların yaşlanmasını yavaşlattığı ve daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.
 Yapılan bu araştırmada tarımsal üretimin başlangıcı olan tohumun canlılığının korunması ve hasattan bir sonraki tohum ekimine kadar olan süreçte depolama kayıplarının en aza indirgenmesi konusunda Mel ve onun öncü maddelerinin önemi araştırılmış ve Mel'in sürdürülebilir tarım için olası katkılarının ne olacağı hakkındaki sorular cevaplanmıştır. Çalışmalar sonucunda; sürdürülebilir tarım açısından önemli olduğu düşünülen Mel ve onun öncü maddeleri ile yapılan uygulamaların tohum yaşlanmasını yavaşlatmak için çok değerli bir araç olarak kullanılabileceği, özellikle nesli tükenmekte olan türlerin tohumlarını veya değerli üreme materyallerini saklarken önemli pratik uygulamalar olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur

Abstract:
The concept of seed quality is expressed as the sum of all characteristics that determine the performance or vigor of the seed. Even though seed quality starts to decline while the seeds are still on the mother plant and continues through harvest and storage until sowing in the field; most of the quality loss occurs during storage. Storing the seeds in an environment with unfavorable conditions such as high relative humidity and temperature accelerates the ageing process due to the fact that reactive oxygen species formed in seeds oxidase the phospholipids and fatty acids.
Melatonin (Mel) is a molecule that acts as an antioxidant and in light/dark signaling in plants as well as in animals. In addition to being accepted as a phytohormone recently, it is a candidate for being a broad spectrum antioxidant due to its ability to remove reactive oxygen and nitrogen species from the environment. The synthesis of Mel in all living organisms, including plants, animals, algae and bacteria, starts from tryptophan (Trp), an amino acid. Trp is the pre-cursor molecule not only for Mel but also serotonin (Ser), a compound found in all plants and animals, and indole-3-acetic acid (IAA), also a phytohormone.
In this study, the changes in the content of Mel and its precursors in tomato (Lycopersicon lycopersicum cv. Rio Grande) seeds stored for long-term period under different temperature conditions were investigated. For this purpose, tomato seeds were treated with Mel, Trp and Ser after which they were stored under two different temperature conditions (4 oC and 25 oC) for 28 months. The effects of pre-storage applications on seed quality and aging were demonstrated through various tests and analyses conducted every 2 months. Additionally, a different study aimed to reveal the differences or similarities between natural aging and artificial aging was conducted to examine the effects of Mel, Trp and Ser applications on tomato seeds aged through controlled deterioration. Following this study, another experiment was conducted in order to examine the effects of Mel, Trp and Ser applications on the viability and germination performance tomato seeds that had 24% moisture content and artificially aged through controlled deterioration test for 3 days at 47 °C.
The data obtained in this study suggest that storing the seeds at 4 °C slows the aging process or seed deterioration thus giving better results compared to storage at 25 °C. Treating the seeds with Mel and its pre-cursors, Trp and Ser, before storage mitigated the effects of aging damage and improved the seed germination performance especially at low temperatures. Seasonal fluctuations observed in the Mel, Trp, Ser and tryptamine (Trpt) content of the seeds during 28 month long storage affected the seed aging process. Mel contents of seeds reached their highest levels at the end of 12 and 22 months of storage corresponding to August 2018 and June 2019. In contrast, Trp levels showed an opposite trend during the months when Mel showed a strong peak. Additionally, seed Trpt content decreased significantly during the months when sharp increases in Trp content were observed. The change in the Ser content showed similarities with the increases in Trp content during the first 6 months of storage but there was an opposite trend afterwards. The effects of the treatments were clearly observed in the controlled deterioration studies conducted to determine the changes in the contents of Mel and its precursors and the effects of these changes on seed viability during and after artificial aging. Partially different fluctuations were observed in the Mel, Trp, Ser and Trpt content of the seeds compared to the results of the natural aging study. However, contrasting changes were observed in the Mel and Trp contents of untreated control seeds in both natural and artificial ageing studies, meaning that where there was an increase in Mel content, a decrease in Trp content was detected. These results revealed that the seed aging process differed in terms of duration, but the changes in the Mel and Trp content of the seed were similar in both studies. In controlled deterioration study, the Ser content in all treatments increased in parallel with the increase in the aging time compared to the day 0 (before artificial ageing) values. The Trpt content, however, exhibited fluctuating trend with increased artificial ageing duration in all treatments. In addition, it has been observed that the treatments with Mel and its precursors in both studies slowed the aging of the seeds and gave better results compared to the untreated control seeds. 
In this research, the importance of Mel and its precursors in preserving the vitality of the seed, which is the beginning of agricultural production, and minimizing the storage losses from the harvest to next planting were investigated and questions about the possible contributions of Mel for sustainable agriculture were answered. As a result, it has been concluded that the treatment of seeds with Mel and its precursors that are considered to be important for sustainable agriculture, could be used as a valuable tool to slow down seed aging, which could have potential important practical applications especially when storing the seeds of valuable breeding materials or endangered species.