Farklı ploidi seviyelerine sahip Türk buğday çeşitlerinde kuraklık stresi altında fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin incelenmesi

Abstract

Kuraklık bitki büyümesini sınırlayan en önemli abiyotik stres faktörlerinden biridir. Bu yüzden, kuraklık stresi buğday dâhil birçok bitkide ürün verimini düşürmektedir. Dolayısıyla, bitkilerde ve özelliklede buğdayda kuraklığa karşı hassas ve dayanıklı türlerin belirlenmesi ıslahçılar için kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, farklı ploidilere sahip olan Siyez (Triticum monococcum), Kızıltan-91 (Triticum turgidum durum) ve Yüreğir-89 (Triticum aestivum cv.) olarak bilinen Türk buğday çeşitlerinin kuraklık stresine karşı oluşturdukları cevaplar fizyolojik ve biyokimyasal seviyede incelenmiştir. Kontrol grupları ile birlikte kuraklığa maruz bırakılmış buğday türlerinin yaprak ve kök dokularında fizyolojik (taze ağırlık, kuru ağırlık ve uzunluk), biyokimyasal (membran geçirgenliği, MDA, H₂O₂, prolin ve askorbik asit miktar tayini) ve antioksidan enzim aktivite tayin (SOD, CAT, APX ve GPX) analizleri yapılmıştır. Kuraklık stresi uygulamasıyla tüm türlerin kök uzunlukları arttığı ve serbest oksijen türlerinin artmasıyla membran yapısının zarara uğradığı gözlemlenmiştir. Enzimatik olmayan antioksidanlardan olan askorbik asit ve değişen su miktarından bitkinin en az zarar görmesi için sentezlenen organik maddelerden biri olan prolin miktarının kök ve yaprak dokularında en fazla Yüreğir-89'da, en az ise Siyez'de arttığı tespit edilmiştir.Hücre için zararlı olan H2O2'nin H2O ve O2'ye parçalanmasını sağlayan CAT enzim aktivitesinin, kökte sadece Yüreğir-89'da yaprakta ise Kızıltan-91 çeşidinde arttığı belirlenmiştir. Oksidatif strese karşı bitkilerin ilk savunmalarından olan SOD enziminin aktivitesinin de benzer şekilde Yüreğir-89 ve Kızıltan-91 çeşitlerinde artış gösterdiği bulunmuştur. H2O2'nin uzaklaştırılmasında başlıca koruyucu antioksidan yolak olan GPX aktivitesininde en fazla Yüreğir-89 çeşidinde arttığı belirlenmiştir. Siyez buğday çeşidinde ise, yaprakta CAT ve kökte SOD enzim aktivitelerinin düşük oranda olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan tüm analizlerin birlikte değerlendirilmesi sonucunda, Kızıltan-91 ve Yüreğir-89 buğday çeşitleri kuraklığa dayanıklı, Siyez buğdayının ise kuraklığa duyarlı olduğu belirlenmiştir. Bu durum, Kızıltan-91 ve Yüreğir-89 çeşitlerinde kuvvetli enzimatik ve enzimatik olmayan antioksidan savunma mekanizmalarının, kuraklık stresine karşı oluşturduğu cevaplardan kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Çalışma ile farklı kromozom sayılarına sahip buğday türlerinin kuraklığa dayanıklılıkları ile ilgili bu değerli bilgilerin buğday ıslah çalışmalarında kullanılabileceği düşünülmektedir. Ayrıca bu tezin gelecekte, hayatta kalabilme şansı yüksek buğday türlerinin belirlenmesi çalışmaları için referans bir kaynak olma potansiyelinin de olduğu düşünülmektedir.

Drought is one of the most important abiotic stress factors that limit plant growth. Drought stress reduces the yield of many crops including wheat. Therefore, the identification of susceptible and tolerant plant species to drought in particular with wheat is critical for breeders. In this study, responses of against drought stress were investigated in Turkish wheat varieties, which have different ploidies and known as Siyez (Triticum monococcum), Kızıltan-91 (Triticum turgidum durum) and Yüreğir-89 (Triticum aestivum cv.), at the physiological and biochemical level. In leaf and root tissues of wheat species exposed to drought with control groups, physiological (fresh weight, dry weight and length), biochemical (membrane permeability, MDA, H₂O₂, proline and ascorbic acid amount determination) and antioxidant enzyme activity determination (SOD, CAT, APX and GPX) analyzes were performed.It was observed that root lengths of all species increased with the application of drought stress and membrane structure was damaged due to increase of free oxygen species. It was determined that ascorbic acid (non-enzymatic antioxidant) and proline (one of the organic materials synthesized for the least damage of the plant from the changing water status) amonuts increased in root and leaf tissues mostly in Yüreğir-89 and at least in Siyez. The CAT enzyme activity, which enables H2O2 to break down into H2O and O2, has raised in roots of Yüreğir-89 and in leaves of Kızıltan-91. It was found that the activity of SOD enzyme from the first defenses of the plants against the oxidative stress was similarly increased in Yüreğir-89 and Kızıltan-91 varieties. It has been determined that the GPX activity, which is the main protective antioxidant pathway for H2O2 removal, increased most in the Yüreğir-89. In the case of Siyez wheat variety, it was observed that CAT activitiy in the leaf and the SOD activitiy in the root were low.As a result of evaluation of all conducted analyzes, it was determined that Kızıltan-91 and Yüreğir-89 wheat varieties were resistant to drought and Siyez wheat was susceptible to drought. It is thought that strong enzymatic and non-enzymatic antioxidant defense mechanisms in Kızıltan-91 and Yüreğir-89 varieties may be caused by the responses to drought stress. It is also thought that this valuable information about the drought tolerance of wheat species with different chromosome numbers can be used in wheat breeding trials. In addition, it is considered that this thesis has the potential to become a reference source for studies of the identification of wheat species with high survival potential in the future.