Kuraklık stresi koşullarında Moricandia, Flaveria ve Cleome cinslerinin fizyolojik özelliklerinin incelenmesi ve fotorespirasyon oranlarının modellenmesi

Abstract

Bu çalışmada, yakın akraba türler içeren, birbirlerinden farklı yaşam ortamına ve koşullarına sahip üç cins; Cleome, Moricandia ve Flaveria, 21. Yüzyılın sonlarına doğru yaşanması beklenen yüksek sıcaklık, kuraklık ve yüksek atmosferik CO2 altında, fizyolojik açıdan incelenmiştir. Bu üç cinsin farklı fotosentetik izyollarına sahip, C3, C4 ve C2 bitkileri seçilmiştir. Moricandia cinsi veya Brassicaceae familyası bilinen herhangi bir C4 türü içermediği için çalışmada bu familyanın C2 ve diğer C3 türleri kullanılmıştır. Bitkiler, gaz değişimi, anatomi, su iletimi ve enzim analizlerine tabi tutularak, her bir cins kendi türleri ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, gaz değişimi analizlerinden elde edilen veriler ile fotorespirasyon modellemeleri yapılmıştır. Bitkilerin, gövde ksilem yapısı ile su iletimleri de incelenerek karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Ayrıca, stoma anatomileri ve sayıları da incelenerek, kuraklık ve artan sıcaklıkta stoma açıklıkları ölçülmüştür. Ek olarak, bitkilerin büyüme oranları da ölçülmüş ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır.Çalışmanın sonucunda, her bir cinse ait C4 bitkilerinin, yakın akraba C2 ve C3 türlerine göre, söz konusu streslerde ve bunların aynı anda etki ettiği durumlarda gerek gaz değişimi gerekse de diğer fizyolojik parametreler açısından, daha iyi adaptasyon gösterdikleri belirlenmiştir. Fotorespirasyonun, C3 ve C2 bitkilerinin görece düşük asimilasyon hızlarının önündeki tek engel olmadığı, diğer önemli fizyolojik farklılıkların bu bitkilerin asimilasyon oranlarına etki ettiği de bulgular arasındadır. Buna ek olarak, ileride atmosferde artması beklenen CO2 oranının, fotorespirasyonun önüne geçeceği, fakat sıcaklık ve kuraklık beraber etki ettiklerinde, C3 ve C2 bitkilerinde, fotorespirasyon olmasa bile, bu bitkilerin yaşamında fizolojik açıdan olumsuz etkiler göstereceği, karşılaştırmalı olarak ve birçok farklı senaryo ile ortaya konulmuştur.

In this study, three genera with closely related plant species, with different living environments and conditions, Cleome, Moricandia, and Flaveria have been studied physiologically under high temperature, drought, and elevated atmospheric CO2, which are expected to occur towards the end of the 21st Century. C3, C4 and C2 plants with different photosynthetic pathways of these three genera were selected. C2 and other C3 species of Brassicaceae used in this study for the presence of any C4 species of this family. The plants were subjected to gas exchange, anatomy, hydraulic conductivity and enzyme assessments, and all genera were compared with their species. In addition, models of photorespiration were constructed with data obtained from gas exchange analyzes. The hydraulic conductivity of the plants was also examined and compared along with xylem structure. Moreover, by examining stomata anatomies and numbers, stomatal apertures were measured under drought and increased temperature stresses. Also, growth analysis of plants was conducted, and comparisons made for all species.As a result of the study, it was found that C4 plants of each genus had better adaptations than their relatives of C2 and C3 under the stresses mentioned above, and in the cases, where they affect the same at the same time, either by gas exchange or by other physiological parameters.Photorespiration was not the only negative factor for lower assimilation rates of C3 and C2 plants, but also the other important physiological differences affected the assimilation rates of these plants. In addition, the results showed that the expected elevation in atmospheric CO2 in the future may prevent the photorespiration, but drought and high temperatures will have negative effects on C3 and C2 plants, even if there are no effects of photorespiration.