Ayçiçeği bitkisinde (Helianthus annuus L.) kombine uygulanan borik asit ve sıcaklık stresinin bazı ekolojik parametreler, antioksidan enzimler ve gen ifadeleri üzerine etkisi

Abstract

Değişen iklim koşulları özellikle bitkilerin ekolojik, fizyolojik ve moleküler düzeydeki metabolik faaliyetleri üzerinde olumsuz etkiler oluşturmakta; bitki verimi, kalitesi ve üretimini olumsuz yönde etkilemektedir. Sıcaklığın yanı sıra bitkilerde abiyotik strese sebep olan bir diğer faktör ise toprakta bulunan makro ve mikro besin elementlerinin miktarlarıdır. Mikro besin elementleri içerisinde yer alan bor elementi, bitkilerin en fazla tepki gösterdiği elementler arasındadır. Bor elementi, bitkide zar geçirgenliği, kök büyümesi, nükleik asit ve ATP sentezi gibi önemli metabolik olaylarda etkilidir. Borun bitkiler üzerindeki bu etkileri, başka bir abiyotik stres faktörünün etkisini inhibe ya da teşvik edebileceğini düşündürmektedir. Bu çalışmada sıcaklık ve bor uygulamasının hem ayrı ayrı hem de kombine etkileri araştırılmıştır. 15, 25 ve 40°C'de yetiştirilen, 10 mM ve 25 mM borik asit uygulanan ayçiçeği bitkisinde kök ve gövde uzunluğu, kök ve gövde yaş-kuru ağırlığı, kök ve gövde biyokütlesi, borik asit tolerans indeksi, lipit peroksidasyonu, toplam protein miktarı, SOD, CAT, APX enzim aktiviteleri ve bu enzimlerin gen ekspresyon seviyelerindeki değişimleri belirlenmiştir. Sonuç olarak 25 ve 40°C'deki örneklerin artan borik asit konsantrasyonuna bağlı olarak kök ve gövdeye ait ekolojik parametrelerde azalmanın olduğu 15°C'deki örneklerde ise literatürde yer alan düşük sıcaklıkla ilgili çalışmaların aksine kök ve gövdeye ait ekolojik parametrelerin olumlu etkilendiği ve artış gösterdiği tespit edilmiştir. 40°C'deki kök ve yaprak örneklerinin antioksidan enzim aktiviteleri ve mRNA seviyelerinin arttığı belirlenmiştir. 15°C'de ise antioksidan enzim aktiviteleri ve mRNA seviyelerinin kök örneklerinde arttığı, yaprak örneklerinde azaldığı tespit edilmiştir. Ekolojik parametreler incelendiğinde düşük sıcaklıkta yüksek bor uygulamasının ilginç bir şekilde bitki büyümesini teşvik ettiği, antioksidan enzim aktiviteleri ve mRNA ekspresyon seviyeleri incelendiğinde ise bitkinin düşük sıcaklığı tolere etmesinde oldukça etkili olduğu ortaya konmuştur.The changes in climatological conditions have negative effects on the ecological, physiological, and molecular metabolic activities of plants; it adversely affects plant yield, quality, and production. In addition to temperature, another factor that causes abiotic stress in plants is the amount of macro and micronutrients in the soil. The boron element, which is within the micronutrients, is in the elements that plants react most to. Boron element is effective in important metabolic events in the plant such as membrane permeability, root growth, nucleic acid, and ATP synthesis. It suggests that boron may inhibit or promote another abiotic stress factor that affects plants. Although there are studies about the effects of temperature or boron on plants in the literature, there are no studies unraveling the combined effects of boron element on plant metabolism, which are applied simultaneously at different temperatures. In this study, individually and combined effects of heat and boron application were investigated. Root and stem length, root and stem wet-dry weight, root and stem biomass, boric acid tolerance index, lipid peroxidation, total protein amount, SOD, CAT, APX enzyme activities, and changes in gene expression levels of these enzymes were determined in sunflower plants grown at 15, 25 and 40°C and treated with 10 mM and 25 mM boric acid. As a result, the ecological parameters of the root and stem decreased due to the increasing boric acid concentration of the plants at 25 and 40°C. Besides the ecological parameters of the root and stem were positively affected and increased at 15°C in contrast to the studies on low temperature in the literature has been determined. Antioxidant enzyme activities and mRNA levels of root and leaf samples increased at 40°C. However, antioxidant enzyme activities and mRNA levels increased in root samples and decreased in leaf samples at 15°C. When ecological parameters are examined, interestingly it has been revealed that the application of high boron concentration at low temperature encourages the growth of the plant, and when the antioxidant enzyme activities and mRNA expression levels are examined, it has been shown that the plant is very effective in tolerating low-temperature stress.