Kitosanın mısırda (Zea mays L.) metilglioksal toksisitesi üzerinde koruyucu rolünün araştırılması
Investigating protective role of chitosan on methylglyoxal toxicity in maize (Zea mays L.)
Yazar: GAMZE KARACA
Danışman: PROF. DR. ÖKKEŞ ATICI
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Botanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Botanik = Botany

Özet:
Bu çalışmada, mısır (Zea mays L. cv. Arifiye) bitkilerinde ekzojen metilglioksal (MG) toksisitesinin yatıştırılmasında kitosan uygulamasının fizyolojik ve biyokimyasal etkileri araştırılmıştır. Çalışmada steril mısır tohumları, sıcaklık (24/20°C, gündüz/gece), ışık (450 μmol m−2 s−1; 16 saat fotoperiyot) ve nem kontrolü (%65) olan bir iklim odasında hidroponik ortamda çimlendirildi. Gelişen fidelerin bazılarının yapraklarına 9. gün kitosan (%0.05 ve %0.1) ve bundan 1 gün sonra MG (50 ve 100 mM) uygulandı. MG uygulamasından 3 gün sonra (13. gün) fideler hasat edildi. Kontrol dahil fidelerin kök ve gövde (sürgün) kısımları fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin değerlendirilmesi için kullanıldı. Tek başına MG uygulamaları, fidelerde kök uzunluğu, kuru ağırlığı, fotosentetik pigment miktarı ve protein içeriğini düşürmüş, ancak kitosan+MG uygulamaları bu parametreleri artırmıştır. Yine MG uygulamaları, fidelerde içsel MG, iyon sızıntısı ve süperoksit anyon radikali (O2).- ile hidrojen peroksit radikali (H2O2) gibi reaktif oksijen türlerinin (ROS) miktarını artırırken, kitosan+MG uygulamaları düşürmüştür. Kitosan+MG uygulamaları lipid peroksidasyon seviyesi (MDA olarak) üzerinde anlamlı azalış yaparken, hücrelerde MG'yi süpüren glioksalaz-I ve glioksalaz-II enzim aktivitelerini tek başına MG uygulamasına göre artırmıştır. MG uygulamaları süperoksid dismutaz, katalaz, peroksidaz ve glutatyon redüktaz aktivitelerini genelde düşürürken, Kitosan+MG uygulamaları ile bu enzim aktiviteleri artmıştır. Bulgulara göre, mısır bitkisinde MG toksisitesi koşullarında kitosan uygulamasının, fotosentetik pigment ve protein içeriğini, glioksalaz sistem ve antioksidan enzim aktivitelerini artırarak, buna karşılık ROS, lipid peroksidasyon ve membran iyon sızıntısı seviyelerini düşürerek bir koruma sağlayabildiği ileri sürülmüştür.

Abstract:
In this work, the physiological and biochemical effects of chitosan application on the mitigation of exogenous methylglyoxal (MG) toxicity in maize (Zea mays L. cv. Arifiye) plants were investigated. In the study, sterilized maize seeds were germinated in a plant growth chamber with temperature (24/20°C, day/night), light (450 μmol m−2 s−1; 16 h photoperiod) and humidity control (65%) in hydroponic conditions. On the 9th day, chitosan (0.05% and 0.1%) was applied to the leaves of the growing seedlings, followed by MG (50 and 100 mM) after 1 day. Then seedlings were harvested 3 days after the MG application (day 13). Root and stem parts of the seedlings, including the control, were used for the evaluation of physiological and biochemical parameters. The MG applications alone reduced root length, dry weight, photosynthetic pigment amount, and protein content in the seedlings, but the chitosan+MG applications increased these parameters. The MG applications increased the amount of endogenous MG, ion leakage and reactive oxygen species (ROS) such as O2.- and H2O2, while the chitosan+MG applications decreased. The chitosan+MG applications decreased significantly the lipid peroxidation level (as MDA) but increased the activity of glyoxalase-I and glyoxalase-II enzymes, which scavenge MG in the cells, compared to MG applications alone. The MG applications generally decreased superoxide dismutase, catalase, peroxidase, and glutathione reductase activities while chitosan+MG applications increased these enzyme activities. According to the findings, it is suggested that the chitosan application in maize plants under MG toxicity conditions can provide protection by increasing photosynthetic pigment and protein content, and glyoxalase system and antioxidant enzyme activities, and in addition decreasing ROS, lipid peroxidation and membrane ion leakage levels.