Kurşun ve bakır uygulamasının Cucurbita moschata Duch.’nın bazı ekofizyolojik parametreleri ve antioksidan savunma sistemi üzerine etkileri

Abstract

Jeolojik etmenler, antropojenik faaliyetler, madencilik ve tarımsal uygulamalar tüm dünyada önemli bir ekolojik bir sorun haline gelen ağır metal kirliliğine sebep olmaktadır. Sesil doğaları gereği bu abiyotik stresten en fazla bitkiler etkilenmektedir. Ağır metal stresine maruz kalan bitkilerin ürünlerinde kalite kaybı ve verimliliklerinde azalma görülmektedir. Bu nedenle bitkiler, ağır metallerle kontamine olmuş topraklarda yaşayabilmek için ekolojik, fizyolojik ve moleküler düzeyde çeşitli mekanizmalar geliştirmişlerdir. Bu çalışmada, iki farklı konsantrasyonda kurşun (25 mM ve 50 mM) ve bakır (50 mM ve 100 mM) uygulamalarının bal kabağı bitkisi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Kurşun ve bakıra maruz bırakılan bal kabağı örneklerinde kök ve gövde uzunluğu, kök ve gövde yaş-kuru ağırlığı, kök ve gövde biyokütlesi, kurşun ve bakır tolerans indeksi, klorofil a, b ve toplam klorofil miktarı, lipid peroksidasyonu, toplam protein miktarı, SOD, CAT, APX enzim aktiviteleri ve bu enzimlerin gen ekspresyon seviyelerindeki değişimler belirlenmiştir. Sonuç olarak, kurşun ve bakır stresinin bal kabağında gövdeye ait ekolojik parametreleri olumlu, köke ait ekolojik parametreleri ise negatif şekilde etkilediği belirlenmiştir. Her iki metal uygulamasının da klorofil a, b ve toplam klorofil miktarlarını artırdığı ancak sadece yüksek konsantrasyonlarda metal uygulamalarının (50 mM Pb ve 100 mM Cu) MDA içeriğini artırdığı tespit edilmiştir. Kurşun ve bakır uygulanan tüm deney gruplarında SOD ve CAT enzimlerinin aktivitelerinin ve gen ifadelerinin artış gösterdiği, APX aktivitesinin ve gen ifadesinin ise 50 mM Pb ve 100 mM Cu konsantrasyonlarında arttığı tespit edilmiştir. Elde edilen ekolojik, fizyolojik ve moleküler parametreler incelendiğinde bal kabağı bitkisinin yüksek bir antioksidan savunma gücüne sahip olduğu, uygulanan kurşun ve bakır konsantrasyonlarına ise oldukça yüksek bir tolerans gösterdiği ortaya konmuştur.

Geological factors, anthropogenic activities, mining and agricultural practices cause heavy metal pollution, which has become an important ecological problem all over the world. Due to their sessile nature, plants are the most affected by this abiotic stress. Plants exposed to heavy metal stress suffer from loss of quality in products and decrease in productivity. For this reason, plants have developed various mechanisms at the ecological, physiological and molecular level to survive in soils contaminated with heavy metals. In this study, the effects of two different concentrations of lead (25 mM and 50 mM) and copper (50 mM and 100 mM) on pumpkin plants were investigated. Root and stem length, root and stem fresh-dry weight, root and stem biomass, lead and copper tolerance index, chlorophyll a, b and total chlorophyll amount, lipid peroxidation, total protein amount, SOD, CAT, APX enzyme activities and changes in gene expression levels of these enzymes were determined in pumpkin samples exposed to lead and copper. As a result, it was found out that lead and copper stress had a positive effect on the ecological parameters of the stem in pumpkin, and negatively affected the ecological parameters of the root. It was observed that both metal applications increased chlorophyll a, b and total chlorophyll amounts, but only high concentrations of metal applications (50 mM Pb and 100 mM Cu) increased the MDA content. It was determined that the activities and gene expressions of SOD and CAT enzymes increased in all experimental groups treated with lead and copper, while APX activity and gene expression increased at 50 mM Pb and 100 mM Cu concentrations. According to the obtained ecological, physiological and molecular parameters, it has been revealed that the pumpkin plant has a high antioxidant defense capacity and shows a very high tolerance to the applied lead and copper concentrations.