Morphological and Biochemical Responses of Pomegranate Cultivars to PEG-Induced Drought Stress Under In-Vitro Conditions

Drought stress is one of the major abiotic factors limiting plant growth and agricultural productivity, and its impact is expected to intensify under climate change conditions. Understanding plant physiological and biochemical responses to water deficit is therefore essential for improving drought tolerance in economically important fruit crops such as pomegranate (Punica granatum L.). In this study, the morphological and biochemical responses of three pomegranate cultivars (‘Hicaznar’, ‘Wonderful’, and ‘Acco’) were evaluated under polyethylene glycol (PEG)-induced osmotic stress in in-vitro conditions. Increasing PEG concentrations significantly reduced shoot and root growth in all cultivars, indicating the inhibitory effect of osmotic stress on plant development. In contrast, osmotic stress stimulated the accumulation of stress-related metabolites and antioxidant responses. Total phenolic content increased from 132.4 to 205.3 mg GAE 100 g⁻¹ FW in ‘Hicaznar’, 138.7 to 214.6 mg GAE 100 g⁻¹ FW in ‘Wonderful’, and 129.8 to 198.4 mg GAE 100 g⁻¹ FW in ‘Acco’ with increasing PEG concentrations. Similarly, DPPH radical scavenging activity increased from 34.6% to 58.9%, 36.2% to 61.3%, and 33.9% to 55.7%, respectively. Proline accumulation, lipid peroxidation (MDA), and antioxidant enzyme activities (SOD, CAT, and GR) were also enhanced under PEG-induced stress. These results indicate that PEG-induced osmotic stress triggers significant physiological defense responses and reveals cultivar-dependent differences in drought tolerance in pomegranate.

Kuraklık stresi, bitki büyümesini ve tarımsal verimliliği sınırlayan en önemli abiyotik faktörlerden biri olup, iklim değişikliği koşullarında etkisinin daha da artması beklenmektedir. Bu nedenle su yetersizliğine karşı bitkilerin fizyolojik ve biyokimyasal tepkilerinin anlaşılması, nar (Punica granatum L.) gibi ekonomik açıdan önemli meyve türlerinde kuraklık toleransının geliştirilmesi bakımından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, üç nar çeşidinin (‘Hicaznar’, ‘Wonderful’ ve ‘Acco’) PEG (polietilen glikol) ile indüklenen ozmotik stres altındaki morfolojik ve biyokimyasal tepkileri in-vitro koşullarda değerlendirilmiştir. Kuraklık stresini simüle etmek amacıyla farklı PEG konsantrasyonları uygulanmış ve bunların bitki gelişimi ile stresle ilişkili çeşitli biyokimyasal parametreler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Artan PEG konsantrasyonlarının tüm çeşitlerde sürgün ve kök gelişimini önemli ölçüde azalttığı belirlenmiş ve bu durum ozmotik stresin bitki gelişimi üzerindeki baskılayıcı etkisini göstermiştir. Buna karşılık ozmotik stres, stresle ilişkili metabolitlerin birikimini ve antioksidan yanıtları artırmıştır. Toplam fenolik madde içeriği artan PEG konsantrasyonlarıyla birlikte ‘Hicaznar’ çeşidinde 132,4’ten 205,3 mg GAE 100 g⁻¹ FW’ye, ‘Wonderful’ çeşidinde 138,7’den 214,6 mg GAE 100 g⁻¹ FW’ye ve ‘Acco’ çeşidinde 129,8’den 198,4 mg GAE 100 g⁻¹ FW’ye yükselmiştir. Benzer şekilde DPPH radikal giderme aktivitesi de sırasıyla %34,6’dan %58,9’a, %36,2’den %61,3’e ve %33,9’dan %55,7’ye artmıştır. Ayrıca PEG ile oluşturulan ozmotik stres altında prolin birikimi, lipid peroksidasyonu (MDA) ve antioksidan enzim aktivitelerinde (SOD, CAT ve GR) artış gözlenmiştir. Elde edilen bulgular, PEG ile indüklenen ozmotik stresin nar bitkiciklerinde önemli morfolojik ve biyokimyasal değişimlere yol açtığını ve kuraklık stresine verilen yanıtların çeşitlere bağlı olarak farklılık gösterebildiğini göstermektedir.