Tuz stresine maruz bırakılan Helianthus annuus L. ve Brassica napus L.'ta sükroz uygulamasının antioksidan savunma sistemi, prolin içerikleri ve büyüme parametreleri üzerine etkisi

Abstract

Tuz stresi, bitkilerin büyümesini ve mahsul verimliliğini sınırlayarak dünya çapında her geçen gün artan bir tehdit haline gelmektedir. Küresel bir sorun olan tuzluluk, bitkilerin ozmotik ve iyonik dengelerini bozarak nihayetinde bitkinin ölümüyle sonuçlanabilen ozmotik stres, iyonik stres ve besin dengesizliklerine yol açmaktadır. Bitkiler, tuzun zararlı etkileriyle başa çıkmak için tuza tolerans düzeylerini artırabilen ekolojik, fizyolojik ve moleküler mekanizmalarını harekete geçirmektedir. Bitkilerin tuzluluğa toleranslarının artırılması amacıyla uygulanan sükroz, trehaloz, glisin betain, prolin gibi çeşitli ozmoprotektanların ekzojen takviyeleri de, bitkilerde tuz stresinden kaynaklanan olumsuz etkilerin iyileştirilmesinde son derece etkili rol oynamaktadır. Bu çalışmada, iki farklı konsantrasyonda tuz uygulamasının (75 ve 150 mM NaCl) ve bu konsantrasyonlarla birlikte uygulanan ekzojen sükrozun (75 mM NaCl+Sükroz ve 150 mM NaCl+Sükroz) ayçiçeği ve kanola bitkileri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tuz ve ekzojen sükroz uygulanan ayçiçeği ve kanola bitkilerinin kök ve gövde uzunlukları, kök ve gövde yaş-kuru ağırlıkları, kök ve gövde biyokütleleri, tolerans indeksleri, klorofil miktarları, lipid peroksidasyonları, prolin içerikleri, toplam protein miktarları, SOD, CAT, APX enzim aktiviteleri ve antioksidanların gen ekspresyon seviyesindeki değişimleri belirlenmiştir. Sonuç olarak, tuz stresinin her iki bitki türünde de büyüme parametrelerini olumsuz etkilediği, klorofil miktarlarını azalttığı, MDA, prolin ve toplam protein miktarlarını ise artan tuz konsantrasyonuna bağlı olarak artırdığı belirlenmiştir. Tuz uygulanan ayçiçeği ve kanola örneklerinde kontrole göre SOD aktivitesinin arttığı, CAT aktivitesinin azaldığı, APX aktivitesinin ise önemli bir değişime uğramadığı tespit edilmiştir. Antioksidanlara ait P5CS, SOD-Mn ve APX gen ifadelerinin arttığı, CAT gen ifadesinin ise anlamlı düzeyde değişmediği kaydedilmiştir. Ayçiçeği ve kanola bitkilerine uygulanan ekzojen sükroz takviyesinin ise, tuz stresine maruz kalan örneklerin ekolojik parametrelerini iyileştirdiği, klorofil miktarlarını artırdığı, MDA, prolin ve toplam protein miktarlarını ise azalttığı tespit edilmiştir. Ekzojen sükroz uygulamasının, sadece tuz uygulanan örneklere kıyasla bitkilerin SOD aktivitesini azaltırken, CAT ve APX aktivitelerini artırdığı gözlenmiştir. Tuz stresi altında sükrozun, ayçiçeğinde antioksidanlara ait gen ifadelerini farklı şekilde etkilerken, kanolada antioksidanların mRNA ekspresyon seviyelerini artırdığı saptanmıştır. Bitkilerin tuzluluğa gösterdikleri toleranslar çok farklı olmasa da ayçiçeğinde büyümeye bağlı tuz toleransının nispeten kanoladan daha fazla olduğu gözlenmiştir. Ekzojen sükrozun da tuz toleransını ayçiçeğinde kanolaya göre daha fazla artırdığı ortaya konmuştur. Ekofizyolojik ve moleküler düzeyde elde edilen sonuçlar doğrultusunda, ekzojen sükrozun hem ayçiçeği hem de kanolada tuz stresinin olumsuz etkilerini hafifleterek iyileştirici bir etki oluşturduğu tespit edilmiştir.Salt stress is becoming an increasing threat worldwide, limiting plant growth and crop productivity. Salinity, which is a global problem, disrupts the osmotic and ionic balances of plants, causing osmotic stress, ionic stress and nutrient imbalances that can ultimately result in the death of the plant. To cope with the harmful effects of salt, plants activate their ecological, physiological and molecular mechanisms that can increase their tolerance level to salt. Exogenous supplementations of various osmoprotectants such as sucrose, trehalose, glycine betaine, proline, which are applied to increase the tolerance of plants to salinity, also play an extremely effective role in improving the negative effects of salt stress on plants. In this study, the effects of salt application at two different concentrations (75 and 150 mM NaCl) and exogenous sucrose applied together with these concentrations (75 mM NaCl+Sucrose and 150 mM NaCl+Sucrose) on sunflower and canola plants were investigated. Root and stem lengths, root and stem fresh-dry weights, root and stem biomass, tolerance indices, chlorophyll amounts, lipid peroxidations, proline contents, total protein amounts, SOD, CAT, APX enzyme activities and changes in the gene expression level of antioxidants of sunflower and canola plants treated with salt and exogenous sucrose were determined. As a result, it was observed that salt stress negatively affected the growth parameters in both plants species, decreased the amounts of chlorophyll, and increased the amounts of MDA, proline and total protein depending on the increasing salt concentration. It was determined that SOD activity increased, CAT activity decreased, and APX activity did not undergo a significant change in salt-treated sunflower and canola samples compared to the control. It was noted that the P5CS, SOD-Mn and APX gene expressions of antioxidants increased, while the CAT gene expression did not change significantly. It was determined that exogenous sucrose supplementation applied to sunflower and canola plants improved the ecological parameters of the samples exposed to salt stress, increased the amounts of chlorophyll, and decreased the amounts of MDA, proline and total protein. It was observed that exogenous sucrose application decreased the SOD activity of the plants and increased the CAT and APX activities compared to the only salt applied samples. It was found out that under salt stress, sucrose differently affected the gene expressions of antioxidants in sunflower, while it increased the mRNA expression levels of antioxidants in canola. Although the tolerances of plants to salinity are not very different, it has been observed that the growth related salt tolerance in sunflower is relatively higher than that of canola. Exogenous sucrose has also been shown to increase salt tolerance more in sunflower than in canola. In line with the results obtained at the ecophysiological and molecular level, it has been determined that exogenous sucrose has an amendatory effect by alleviating the negative effects of salt stress in both sunflower and canola.