Nohut çeşitlerinde düşük sıcaklığa dayanıklılığın fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler düzeyde incelenmesi

Abstract

Bu araştırmanın amacı, Türkiye'de tescil edilmiş nohut (Cicer arietinum L.) çeşitlerinin düşük sıcaklıklara karşı dayanıklıklarını, fizyolojik ve biyokimyasal analizler ile taramak, çeşitlerin düşük sıcaklıklara verdiği cevaplarla literatürde düşük sıcaklığa dayanıklı olarak tanımlanan Cicer echinospermum yabani türünü moleküler düzeyde karşılaştırmak ve dayanıklılığı sağlayan mekanizmaları ortaya koymaktır. Toprak kültüründe 25°C'de büyütülen 15 günlük nohut fideleri tez kapsamında üç aşama ile incelenmiştir: I. aşamada 21 çeşide ait fideler soğuk uyumlandırılmış (10°C, 7 gün) ve uyumlandırılmamış olarak 1°C düşük sıcaklığa (15 gün) ve ardından yeniden kontrol koşullarına (25°C, 7 gün) maruz bırakılmıştır. II. aşamada I.aşama sonucu ile belirlenen 10 çeşide ait fideler soğuk uyumlandırılarak üç farklı donma sıcaklığına (-3, -5 ve -7°C'de 2 saat) maruz bırakılmış ve ardından yeniden kontrol koşullarına alınmışlardır. Bu iki aşamada çeşitlerin MDA içeriği ve fotosentetik etkinlikleri belirlenmiştir. III. aşamada ise II. aşama sonucunda dayanıklı, orta dayanıklı ve duyarlı olarak belirlenen üç çeşidin (sırasıyla İnci, Işık-05 ve Sarı-98) uyumlandırılarak donma sıcaklıklarına (-3 ve -5°C'de 2 saat) ve ardından yeniden kontrol koşullarına verdikleri tepkiler morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal analizler ile belirlenmiştir. Ayrıca belirlenen 3 çeşit ile C. echinospermum türünün Cu/Zn SOD izoenzim aktiviteleri ile belirlenen iki genin (Cu/Zn SOD ve kuraklık ile indüklenen soğuk geni) ifadeleri karşılaştırılmıştır. Düşük sıcaklık uygulamaları nohut çeşitlerinin bazı büyüme parametrelerini (gövde büyümesi, yaprak sayısı, taze ve kuru ağırlık) ve su içeriklerini olumsuz yönde etkilemiştir. Donma ve yeniden kontrol koşullarına alınma uygulamalarında en düşük iyon sızıntısı oranı ve MDA içeriği İnci çeşidinde belirlenmiştir. Düşük sıcaklıklar tüm çeşitlerin fotokimyasal aktivitesini önemli düzeyde etkilemiş, çeşitler yeniden kontrol koşullarına alındığında ise en iyi iyileşmeyi İnci çeşidi göstermiştir. En yüksek toplam klorofil ve karotenoid miktarı İnci çeşidinde belirlenirken, çeşitlerin antosiyanin, flavonoid ve prolin miktarlarındaki değişim benzerdir. Donma sıcaklıkları tüm çeşitlerde CAT dışındaki tüm antioksidan enzimlerin (SOD, APX, GR ve POD) aktivitelerinin artışına neden olmuştur. Düşük sıcaklık zararına karşı İnci çeşidi diğer çeşitlere göre antioksidan enzim savunmasında daha etkili yanıt vermiştir. Moleküler analiz ve Cu/Zn SOD izoenzim aktivitesi sonuçlarına göre, İnci soğuğa dayanıklı olarak tanımlanan C. echinospermum'a yakın cevap verebilen ve donma sıcaklıklarına karşı diğer çeşitlere göre en iyi korunma sağlayan çeşit olarak belirlenmiştir.

The aim of this study was to screen the tolerance of chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars which are registered in Turkey to low temperatures by physiological and biochemical analyses, to compare low temperature response of these cultivars with Cicer echinospermum that is defined as cold tolerant wild species at molecular level and to exhibit the low temperature tolerance mechanisms. Chickpea seedlings were grown in soil culture at 25°C for 15 days and examined in the thesis by three stages: At stage I the 21 cultivars of chickpea seedlings were exposed to 1°C low temperature (15 days) as cold acclimated (10°C, 7 days) and nonacclimated and then rewarming (25°C, 7 days) treatments. At stage II the 10 cultivars of chickpea seedlings that determined by the results of stage I were exposed to three freezing temperatures (-3, -5 and -7°C for 2 hours) as cold acclimated and then rewarming treatments. At these two stages, the MDA contents and photosynthetic efficiencies of cultivars were determined. At stage III, the three cultivars (İnci, Işık-05 and Sarı-98) were determined as tolerant, moderate tolerant and sensitive, respectively by the results of second stage. The cultivars were subjected to freezing temperatures (-3 and -5°C for 2 hours) as cold acclimated and then rewarming to determine the responses with the physiological and biochemical analyses. In addition, Cu/Zn SOD isoenzyme activities and two target gene (Cu/Zn SOD and drought upregulated cold gene) expressions were compared between these three cultivars and C. echinospermum. Low temperature treatments affected some growth parameters (stem growth, number of leaves, fresh and dry weight) and water contents of chickpea cultivars negatively. In the freezing and rewarming treatments, the lowest ion leakage ratio and MDA content were determined in İnci. Low temperatures affected the photochemical activities of all cultivars significantly, while when the cultivars rewarmed, İnci exhibited the best recovery. The highest the total chlorophyll and carotenoid contents were detected in İnci, where the changes of anthocyanin, flavonoid and proline contents of cultivars were similar. Freezing temperatures resulted in increased activites of all antioxidant enzymes (SOD, APX, GR and POD), except CAT. The cultivar İnci responded more effectively in antioxidant enzyme defence than the other cultivars to low temperature injury. According to molecular analyses and Cu/Zn SOD isoenzyme activity results, İnci has a similar response with cold tolerant C. echinospermum and provides the better protection against freezing temperatures than the other cultivars.