Mısır (Zea mays L. )`ın bazı çeşitlerinde ağır metal (Cd,Pb) stresinin etkilerinin belirlenmesi

Abstract

BAZI MISIR (Zea mays L.) ÇEŞ TLER NDE AĞIR METAL (Cd, Pb) STRES N N ETK LER N NBEL RLENMESBeycan AyhanÖZBu araştırmada, kadmiyum (Cd) ve kurşun (Pb) ağır metalinin bazı mısır çeşitleri üzerindeki etkisininaraştırılması ve çeşitlerin gördüğü zararlara bağlı olarak dayanıklı çeşitlerin saptanması ile budayanıklılığı sağlayan savunma mekanizmalarının açıklanması amaçlanmıştır.ki aşamadan oluşan tezin birinci aşamasında bazı mısır çeşitlerine (Vero, Luce, Doge, DK626,DK743, 31G98, 3223 ve 32D99) ait tohumlar erken fide evresinde farklı konsantrasyonlarda Cd (0,0.1, 0.2, 0.3 ve 0.4mM) ve Pb (0, 1, 2, 4 ve 6mM) stresine maruz bırakılmıştır. Çeşitlerin çimlenmeyüzdelerinde önemli bir inhibisyon görülmezken, kök ve koleoptil uzunluklarında önemli derecedeazalma belirlenmiştir. Kök uzunluklarında meydana gelen inhibisyonların kontrole göre % oranlarıbelirlenerek yapılan sınıflandırmada az etkilenin çeşitlerin Cd için 32D99, Pb için Vero, en çoketkilenen çeşidin ise her iki ağır metal içinde 3223 olduğu saptanmıştır.kinci aşamada ise belirlenen çeşitlere ait fideler, perlit kültür yetişme ortamında, 25° sıcaklıkta, 16Csaat gün uzunluğunda ve 250µmol.m-1s-1 ışık yoğunluğunda, %50 nemde kontrollü iklim odasında,belirli bir gelişim evresine gelinceye kadar (4-5 yaprak) 14 gün süre ile yetiştirilmiştir. Daha sonrabitkilere 8 gün süre ile farklı konsantrasyonlarda Cd (0, 0.3, 0.6 ve 0.9mM) ve Pb (0, 2, 5, 8mM) ağırmetalleri uygulanmıştır. Deneme sonucunda Cd ve Pb ağır metallerinin, mısır çeşitlerinin kök ve gövdeuzunluklarında önemli derecede inhibisyona neden olduğu belirlenmiş, her iki ağır metal içindedayanıklı çeşitlerin (Vero, 32D99) yapraklarında az dayanıklı çeşide (3223) göre daha az ağır metalbiriktirdikleri saptanmıştır. Tüm çeşitlerin yapraklarında ağır metal konsantrasyonlarının artışına bağlıolarak iyon sızıntısı ve MDA miktarının arttığı belirlenmiştir. Antioksidan enzimlerin aktivitelerinde ise,ağır metalin ve mısırın çeşidine göre farklılıklar görülmekle birlikte, konsantrasyona bağlı genellikleartış yönünde önemli değişiklikler saptanmıştır. Pb ve Cd konsantrasyonunun artışına bağlı olarakçeşitlerin yapraklarındaki pigment içeriğinin önemli derecede azaldığı, ayrıca klorofil miktarınınkarotenoidlere göre ağır metal stresinden daha çok etkilendiği tespit edilmiştir. Klorofil a fluoresansölçümleri sonucunda, Cd ve Pb ağır metallerine dayanıklı çeşitlerin fotosentetik aktivitelerinde önemlideğişiklikler gözlenmezken, az dayanıklı çeşidin (3223) yapraklarında sadece yüksek Cd ve Pbkonsantrasyonlarında önemli aktivite değişiklikleri tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler : Ağır metal, antioksidan enzimler (SOD, POD, APX, GR), kadmiyum (Cd), klorofilfluoresansı, kurşun (Pb), MDA, mısır (Zea mays L).Danışman: Doç. Dr. Yasemin EKMEKÇ , Hacettepe Üniversitesi, Biyoloji Bölümü, Botanik AnabilimDalı.Eş Danışman: Doç. Dr. Deniz TANYOLAÇ, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü,Temel şlemler ve Termodinamik Anabilim Dalı.

EFFECTS OF HEAVY METAL (Cd, Pb) STRESSES ON SOME MAIZE (Zea mays L.) CULTIVARSBeycan AyhanABSTRACTThe aim of this research was to investigate effect of cadmium (Cd2+) and lead (Pb2+) stress on somemaize cultivars, determine tolerant maize cultivars based on the extent of the damage and elucidatethe defense mechanisms providing tolerance to these stresses.In the first stage of this research, the seeds of some cultivars (Vero, Luce, Doge, DK626,DK743,31G98, 3223 and 32D99) at early seedling stage was exposed to different concentrations ofCd (0, 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4mM) and Pb (0, 1, 2, 4 and 6mM) stresses. While significant inhibition inpercentage of germination was not observed, the decrease in the length of roots and coleoptile wasfound to be significant. In reference to the classification based on inhibition in the length of the rootswith respect to control treatment, the cultivars tolerant to Cd and Pb was determined as 32D99 andVero respectively, and the sensitive cultivar for both heavy metals was 3223.-2 -In the second stage, seedlings of the cultivars were grown in a phytotron at 25° under 250 µmolm sC1light intensity during 12h photoperiod at 50% humidity for 14 days, until a certain growth stage wasreached. Then, cultivars were exposed to different concentrations of Cd (0, 0.3, 0.6 and 0.9mM) andPb (0, 2, 5 and 8mM) stresses for 8 days. At the end of the experiment, it was found that Cd and Pbstresses caused significant inhibition in roots and shoot length of maize cultivars. Accumulation of bothheavy metals was found to be less in the leaves of tolerant cultivars than the sensitive cultivars.Electro leakage and MDA content of all cultivars increased with increasing heavy metal concentration.Although activity of antioxidant enzymes varied in reference of heavy metal type and cultivar, theenzymes activity increased with increasing heavy metal concentration. It was determined that pigmentcontent of leaves of the cultivars decreased with increasing concentration of Cd and Pb, and alsochlorophyll content was affected by the heavy metal stress at higher levels than carotenoid content.The results of measurement of chlorophyll fluorescence showed that while there was no significantvariations in photochemical activity of tolerant cultivars to Cd and Pb stresses, significant variationswere observed in the sensitive cultivars only at highly toxic Cd and Pb concentrations.Keywords:Antioxidant enzyme activity (SOD; APX, GR, POD), cadmium (Cd), chlorophyllfluorescence, heavy metal, lead (Pb), MDA, maize (Zea mays L.)Advisor: Doç. Dr. Yasemin EKMEKÇ , Hacettepe University, Department of Biyoloji.Co-advisor: Doç.Dr. Deniz TANYOLAÇ, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering.