Determination of Some Nutrient Concentrations and Antioxidant Enzyme Activities of Acacia Plant Leaves (Robinia pseudoacacia L.) Collected from Sivas and Tokat

Abstract

Objective: In this study, it was aimed to determine some macro and micronutrient concentrations, amounts of chlorophyll, and some antioxidant enzyme activities such as catalase (CAT), peroxidase (POD) and ascorbat peroxidase (APX) of the leaves of the acacia (Robinia pseudoacacia L.) plant collected from two different points and provinces. Materials and Methods: Acacia (Robinia pseudoacacia L.) plant samples collected from Sivas and Tokat provinces were used in the study. Phosphorus (P) concentration from nutrient elements is colorimetrically determined in spectrophotometer, potassium (K), calcium (Ca), Magnesium (Mg), zinc (Zn), manganese (Mn), iron (Fe) and copper (Cu) concentrations are measured in Atomic Absorption Spectrophotometer device, Nitrogen (N) determination was made according to the Kjeldahl distillation method. Results: While average N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn and Cu concentrations of acacia plant leaves collected from Sivas province were 2.41%, 0.077%, 2.23%, 1.23%, 1.29%, 161.2 mg kg-1, 41.1 mg kg-1, 57.0 mg kg-1, 19.2 mg kg-1, respectively, the leaves of acacia plant collected from Tokat province were N 3.15%, P 0.371%, K 3.83%, Ca 0.88%, Mg 0.76%, Fe 315.8 mg kg-1, Zn 60.2 mg kg-1, Mn 43.9 mg kg-1, Cu 39.7 mg kg-1 was found. While the chlorophyll a concentration of the acacia plant leaf collected from Sivas province is 0.22 mg g-1, chlorophyll b is 0.08 mg g-1 and the total chlorophyll is 0.30 mg g-1, in Tokat this situation is chlorophyll a concentration 0.22 mg g-1, chlorophyll b 0.07 mg g-1 and total chlorophyll was found to be 0.29 mg g-1. Catalase (CAT) enzyme activity of acacia plant collected from Sivas province was 139.2 EU g leaf-1, peroxidase (POD) enzyme activity was 0.06 EU g leaf-1, ascorbate peroxidase (APX) enzyme activity was 4.31 EU g leaf-1, and catalase (POD) enzyme activity was 4.31 EU g leaf-1 in Tokat province. CAT) enzyme activity was 31.94 EU g leaf-1, peroxidase (POD) enzyme activity was 0.07 EU g leaf-1, ascorbate peroxidase (APX) enzyme activity was 23.43 EU g leaf-1. Conclusion: According to the results, it was determined that the acacia plant was sufficient in terms of nutrients in both provinces, but the nutrient concentrations in Tokat had higher values in general (Wilkaniec ve ark., 2021). Chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll amounts have similar values in both provinces. In addition, it was determined that CAT activity, one of the antioxidant enzymes, was higher in the Sivas province sample and APX activity was higher in the Tokat province sample. POD activity, on the other hand, has an activity value close to each other in both provinces.

Keywords

• Acacia (Robinia pseudoacacia L.)
• Nutrient
• Antioxidant enzymes
• Chlorophyll

Sivas ve Tokat İllerinden Toplanan Akasya Bitkisi Yapraklarının (Robinia pseudoacacia L.) Bazı Besin Elementi Konsantrasyonları ve Antioksidan Enzim Aktivitelerinin Belirlenmesi

Öz

Amaç: Bu çalışmada, iki farklı ilde farklı noktalardan toplanan akasya (Robinia pseudoacacia L.) bitkisinin yapraklarının bazı makro ve mikro besin elementi konsantrasyonlarının, klorofil miktarlarının, katalaz (CAT), peroksidaz (POD) ve askorbat peroksidaz (APX) gibi bazı antioksidan enzim aktivitelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Materyal ve Yöntem: Çalışmada Sivas ve Tokat illerinden toplanan akasya (Robinia pseudoacacia L.) bitkisi örnekleri kullanılmıştır. Besin elementlerinden fosfor (P) konsantrasyonu kolorimetrik olarak spektrofotometrede, potasyum (K), kalsiyum (Ca), Magnezyum (Mg), çinko (Zn), mangan (Mn), demir (Fe) ve bakır (Cu) konsantrasyonları Atomik Absorbsiyon Spektrofotometre cihazında, Azot (N) tayini ise Kjeldahl destilasyon yöntemine göre yapılmıştır. Klorofil miktarları ve antioksidan enzim aktiviteleri spektrofometre cihazında ölçülerek literatürdeki formüller ile tespit edilmiştir. Araştırma Bulguları: Sivas ilinden toplanan akasya bitkisi yapraklarının ortalama N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn ve Cu konsantrasyonları sırası ile %2.41, %0.077, %2.23, %1.23, %1.29, 161.2 mg kg-1, 41.1 mg kg-1, 57.0 mg kg-1, 19.2 mg kg-1 iken, Tokat ilinden toplanan akasya bitkisi yapraklarının ise N %3.15, P %0.371, K %3.83, Ca %0.88, Mg %0.76, Fe 315.8 mg kg-1, Zn 60.2 mg kg-1, Mn 43.9 mg kg-1, Cu 39.7 mg kg-1 olduğu görülmüştür. Sivas ilinden toplanan akasya bitkisi yaprağının klorofil a konsantrasyonu 0.22 mg g-1, klorofil b 0.08 mg g-1 ve toplam klorofil ise 0.30 mg g-1 iken, Tokat’da bu durum klorofil a konsantrasyonu 0.22 mg g-1, klorofil b 0.07 mg g-1ve toplam klorofilin ise 0.29 mg g-1 olduğu görülmüştür. Sivas ilinden toplanan akasya bitkisinin katalaz (CAT) enzim aktivitesi 139.2 EU g yaprak-1, peroksidaz (POD) enzim aktivitesi 0.06 EU g yaprak-1, askorbat peroksidaz (APX) enzim aktivitesi 4.31 EU g yaprak-1, Tokat ilinde ise katalaz (CAT) enzim aktivitesi 31.94 EU g yaprak-1, peroksidaz (POD) enzim aktivitesi 0.07 EU g yaprak-1, askorbat peroksidaz (APX) enzim aktivitesi 23.43 EU g yaprak-1 olduğu ortaya çıkmıştır. Sonuç: Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, akasya bitkisinin her iki ilde de besin elementleri açısından Wilkaniec ve ark., (2021)’e göre yeter düzeyde olduğu fakat Tokat ilinde genel olarak besin elementi konsantrasyonlarının daha yüksek değerlere sahip olduğu belirlenmiştir. Klolofil a, klorofil b ve toplam klorofil miktarları her iki il örneğinde de benzer değerlere sahiptir. Ayrıca antioksidan enzimlerden CAT aktivitesinin Sivas ili örneğinde, APX aktivitesinin Tokat ili örneğinde daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. POD aktivitesi ise, her iki il örneğinde de bibirine yakın bir aktivite değerine sahiptir.

Anahtar Kelimeler

• Akasya (Robinia pseudoacacia L.)
• Besin elementi
• Antioksidan enzimler
• Klorofil
• Acacia (Robinia pseudoacacia L.)
• Nutrient
• Antioxidant enzymes
• Chlorophyll

References

1. Almas, S. (2016). Bitki Aktivatörlerinin Gap Bölgesi'nde Yetiştirilen Pamuk (Gossypium hirsutum L.) Çeşitlerinin Kuraklık Toleransı Üzerine Etkisi. Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 103 sy.
2. Arnon, D.I. (1949). Copper Enzymes in Isolated Chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiology, 24(1), 1-15.
3. Aslankoç, R., Demirci, D., İnan, Ü., Yıldız, M., Öztürk, A., Çetin, M., Savran, E.Ş., & Yılmaz, B. (2019). Oksidatif Stres Durumunda Antioksidan Enzimlerin Rolü-Süperoksit Dismutaz (SOD), Katalaz (CAT) ve Glutatyon Peroksidaz (GPX). SDÜ Tıp Fakültesi Dergisi, 26(3), 362-369.
4. Bremner, J.M. (1965). Method of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Methods. American Society of Agronomy Inc. Madison, Wise S-1149-1178, USA.
5. Cakmak, I., & Marschner, H. (1992). Magnesium Deficiency and High Light Intensity Enhance Activities of SOD, Ascorbate POD & Glutathione Reductase in Bean Leaves. Plant Physiology, 98, 1222-1227.
6. Cakmak, I. (1994). Activity of Ascorbate-Dependent H2O2-Scaveninig Enzymes and Leaf Shlorosis are Enhanced in Magnesium and Potassium Deficient Leaves, but Not in Phosphorus-Deficient Leaves. Journal of Experimental Botany, 45, 1259-1266.
7. Candan, N., & Tarhan, L. (2003). Relationship Among Chlorophyll-Carotenoid Content, Antioxidant Enzyme Activities and Lipid Peroxidation Levels by Mg2+ Deficiency in the Mentha pulegium Leaves. Plant Physiology and Biochemistry, 41(1), 35-40.
8. Cierjacks, A., Kowarik, I., Joshi, J., Hempel, S., Ristow, M., von der Lippe, M., & Weber, E. (2013). Biological Flora of the British Isles: Robinia pseudoacacia. Journal of ecology, 101(6), 1623-1640.

9. Çelik, S.A., & Ayran, İ. (2020). Antioksidan Kaynağı Olarak Bazı Tıbbi ve Aromatik Bitkiler. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 13(2), 115-125.
10. Dezhban, A., Shirvany, A., Attarod, P., Delshad, M., Matinizadeh, M., & Khoshnevis, M. (2015). Cadmium and Lead Effects on Chlorophyll Fluorescence, Chlorophyll Pigments and Proline of Robinia pseudoacacia. Journal of Forestry Research, 26(2), 323-329.
11. Doğru, A. (2020). Bitkilerde Aktif Oksijen Türleri ve Oksidatif Stres. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 3(2), 205-226.
12. Duman, Y.A., Acemi, A., Toygar, H.İ., Yüzügüllü, Y., & Özen, F. (2016). Tuz Stresi ve BAP Varlığında Amsonia orientalis’ in Antioksidan Enzimlerinin İncelenmesi. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(3), 543-551.
13. Ghorbanli, M., Bakand, Z., & Bakand, S. (2007). Air Pollution Effects on the Activity of Antioxidant Enzymes in Nerium oleander and Robinia pseudo acacia Plants in Tehran. Journal of Environmental Health Science & Engineering, 4(3), 157-162.
14. He F, Sheng M, & Tang M 2017. Effects of Rhizophagus irregularis on Photosynthesis and Antioxidative Enzymatic System in Robinia pseudoacacia L. Under Drought Stress. Frontiers in Plant Science 8, 183.
15. Kacar, B., & Inal, A. (2008). Plant analysis. Nobel Pres., 1241: 891.
16. Karaaslan, E.C. (2020). Afyonkarahisarda Farklı Ağaç Türleri Üzerinde Yetişen Viscum album L.un Biyolojik Özelliklerinin Belirlenmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 55 sy.
17. Karabulut, H., & Gülay, M.Ş. (2016). Antioksidanlar. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 1(1), 65-76.
18. Karakeçi, H. (2015). Şanlıurfa (Merkez)'da Motorlu Taşıt Kaynaklı Robinia pseudaacacia L." Umbraculifera" nın Yapraklarında Biriktirdiği Pb, Zn, Cu, Ni ve Cd Ağır Metallerinin Araştırılması. Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Ana Bilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, 65 sy.
19. Korkmaz, K., & Türkiş, S. (2021). Türkiye'deki bazı orkide türlerinin mineral besin elementi ve ağır metal konsantrasyonları, Akademik Ziraat Dergisi 10(1), 137-144.
20. Korkmaz, K., Kara, S. M., Özkutlu, F., Akgün, M., & Coşge Şenkal, B. (2017). Profile of heavy metal and nutrient elements in some sideritis species. Int J Pharm, 51, 209-212.
21. Kordalı, Ş., Bozhüyük, A.U., Beyzi, E., Güneş, A., & Turan, M. (2021). Tıbbi Bitki Olarak Kullanılan Malva sylvestris L. ve Alcea rosea L. Türlerinin Antioksidant Enzim, Fenolik Madde ve Bitki Besin Element İçerikleri. Journal of the Institute of Science and Technology, 11(1), 786-794.
22. Miazek, K., & Ledakowicz, S. (2013). Chlorophyll Extraction from Leaves, Needles and Microalgae: A Kinetic Approach. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 6(2), 107-115. Murphy, J., & Riley, J.P. (1962). A Modified Single Solution for the Determination of Phosphate in Natural Waters. Analtica Chemica Acta., 27, 31-36.
23. Sarac, H., Durukan, H., & Demirbas, A. (2021). Determination of Some Nutrient Concentrations and Antioxidant Enzyme Activities of Naturally Grown Spinach (Spinacia oleracea L.) Plant in Field Conditions. Mathematics and Natural Sciences, 33.
24. Sevik, H., Guney, D., Karakas, H., & Aktar, G. (2012). Change to Amount of Chlorophyll on Leaves Depend on Insolation in Some Landscape Plants. International Journal of Environmental Sciences, 3(3), 1057-1064.
25. Vural, A. (2014). Toprak ve Akasya Ağacı Sürgünlerindeki İz / Ağır Metal Dağılımı, Gümüşhane – Türkiye. Maden Tetkik ve Arama Dergisi, 148, 85-106.
26. Wakamatsu, K., & Takahama, U. (1993). Changes in Peroxidase Activity and in Peroxidase Isozymes in Carrot Callus. Physiologia Plantarum, 88(1), 167-171.
27. Wang, L., Jia, X., Zhao, Y., Zhang, C., & Zhao, J. (2022). Effect of Arbuscular Mycorrhizal Fungi in Roots on Antioxidant Enzyme Activity in Leaves of Robinia pseudoacacia L. Seedlings Under Elevated CO2 and Cd Exposure. Environmental Pollution, 294, 118652.
28. Wilkaniec, A., Borowiak-Sobkowiak, B., Irzykowska, L., Breś, W., Świerk, D., Pardela, L., Durak, R., Środulska-Wielgus, J., & Wielgus, K. (2021). Biotic and Abiotic Factors Causing the Collapse of Robinia pseudoacacia L. Veteran Trees in Urban Environments. Plos One 16(1), e0245398.
29. Yaban, İ., & Kabay, T. (2019). Kuraklık Stresinin Urfa Biberinde İyon Klorofil ve Enzim İçerikleri Üzerine Etkisi. Toprak Su Dergisi, 8(1), 11-17.