Bazı ağır metal uygulamalarının sorgum (Sorghum bicolor L.) bitkisinin enzim aktivitesi üzerine etkisi

Abstract

Çalışmanın amacı; farklı ağır metalllerin (Al, Cr ve Pb) dozlarının (0, 2, 4, 8, 16, 32 ve 64 pmm) sorgum bitkisinin enzim aktivitesi üzerine etkisini araştırmaktır. Bu amaçla Sugar Grazer II sorgum çeşidi kullanılmıştır. Tohumlar özel hazırlanmış kaplar kullanılarak hoagland içersine 50 adet tohum konularak üç tekrarlamalı 25 °C'de 10 gün stressiz 10 gün stres koşullarında iklim odasında yetiştirilmiştir. Yetiştirme süresi sonunda bitkilerin kök ve yaprakları ayrılarak analizler yapılmıştır.Ağır metaller ve bunların toksik düzeyleri reaktif oksijen türlerinin (ROS) ortaya çıkmasına neden olup fizyolojik ve biyokimyasal süreçleri etkileyebilmektedir. Bu çalışmada büyütme kabininde su kültüründe hougland solüsyonu içinde sorgum (Sorghum bicolor L.) tohumlarına farklı konsantrasyonlarda (2, 4, 8, 16, 32, and 64 ppm) alüminyum (Al), krom (Cr) ve kurşun (Pb) uygulamak suretiyle ağır metallerin kök ve yapraklarda bazı fizyolojik ve biyokimyasal özellikler üzerine etkileri incelenmiştir. Sorghum bicolor ağır metallere dayanımı açısından oldukça ilgi çekmektedir. Bu çalışmada farklı Al, Cr ve Pb dozlarında membran lipid peroksidasyonu (MDA), prolinedüzeyleri, katalaz(CAT, EC 1.11.1.6), süperoksitdismutaz (SOD, EC 1.15.1.1), askorbatperoksidaz (APX, EC 1.11.1.11), glutatyonredüktaz(GR, EC 1.6.4.2) ve glutatyon S-transferaz (GST, EC 2.5.1.18) aktiviteleri incelenmiştir. Araştırma sonuçlarına göre Al dozları 4 ppm ve üzeri dozlarda Chl a miktarını, 32 ppm ve 64 ppm dozlarında ise toplam Chl miktarını önemli düzeyde düşürmüş fakat 2 ppm dozundaki keskin artış dışında Chl b düzeylerinde herhangi bir değişime neden olmamıştır. Al, Cr ve Pb nin 64 ppm dozu toplam Chl içeriğini önemli düzeyde azaltmasına rağmen (sırasıyla yaklaşık %32, 4 ve 34), yaprak proline düzeyini arttırmıştır (kontrol uygulamasına kıyasla sırasıyla hemen hemen 5, 21 ve 40 kat). Al ve Cr uygulamalarında köklerde prolin, MDA, APX ve GST arasında ve tüm elementler için kök GST aktiviteleri arasında pozitif korelasyonlar söz konudur. Aynı şekilde, yapraklarda ise Al ve Cr için proline ve MDA arasında pozitif korelasyonlar gözlenmiştir. Buna rağmen, antioksidan enzimlerin devreye girmesi sorgum hücrelerini ağır metal toksisitesinden korumak için yeterli olmayabilir, bu nedenle söz konusu bulguların geçerliliğini ispat etmek daha ileri düzeyde çalışmalara gerek vardır.

Heavy metals and their toxic levels generate reactive oxygen species (ROS) and effect physiological and biochemical processes. Experiments were carried out by cultivating the seeds in hydroponic hoagland solution in a growth chamber for investigating the effect of Aluminum (Al), Chrome (Cr) and Lead (Pb) concentrations (2, 4, 8, 16, 32, and 64 ppm) on some physiological and biochemical characteristics of Sorghum bicolor in root and leaf. Sorghum bicolor has received great interest in terms of resistance to heavy metals. Therefore we investigated membrane lipid peroxidation (MDA), proline level, catalase (CAT, EC 1.11.1.6), superoxide dismutase (SOD, EC 1.15.1.1), ascorbate peroxidase (APX, EC 1.11.1.11), glutathione reductase (GR, EC 1.6.4.2) and glutathione S-transferase (GST, EC 2.5.1.18) activities upon exposure to Al, Cr, and Pb concentrations. Al doses significantly decreased the amount of Chl a at 4 ppm and subsequent doses, and total Chl at 32 and 64 ppm doses, however, it didn't cause any change at the level of Chl b except at 2 ppm with a sharp increase. Although 64 ppm applications of Al, Cr, and Pb significantly decreased the total Chl content (about 32, 4, and 34%, respectively), it caused increase in proline level (nearly 5, 21, and 40 times higher compared to control, respectively) in leaf. A common observation is that a positive correlation was apparent between proline, MDA, APX and GST activity for Al and Cr treatments and GST activity for all three element treatments in root. Also, the only positive correlation was evident between proline and MDA for Al and Cr applications in leaf. Despite these, induction of antioxidant enzymes may not be enough to protect sorghum cells from heavy metal toxicity; however, further studies are required to verify this.