Bitkilerde Ağır Metal Stresine Verilen Fizyolojik ve Moleküler Yanıtlar
Öz
Artan antropojenik etki ve endüstrileşme ile birlikte doğal ekosistemlerin dengeleri bozulmakta ve birçok canlının tolere edilebileceği düzeylerin üzerinde ağır metal birikmektedir. Sesil organizmalar olan bitkiler ağır metal kirliliğine maruz kaldıklarında verimliliğin azalması ve ürünlerde kalite kaybının yaşanması gibi ciddi sonuçlarla karşı karşıya kalınmaktadır. Bu ağır metallerden bakır (Cu), çinko (Zn), kobalt (Co), mangan (Mn), molibden (Mo) ve nikel düşük düzeylerde bitkiler için gerekli olduğu halde yüksek seviyelerde bulunması bitkilerde stres oluşturmaktadır. Alüminyum (Al), arsenik (As), civa (Hg), kadmiyum (Cd), krom (Cr) ve kurşun (Pb) ise bitki gelişiminde gerekli olmayıp çok düşük konsantrasyonlarda bile bitkiye zarar vermekte ve toksik özellik göstermektedir. Ağır metal kirliliğine maruz kalmış bitkilerde oluşan etkiler ağır metal çeşidi, konsantrasyonu, maruziyet süresi, bitki türü gibi faktörlere göre değişebilmektedir. Ağır metal stresi bitkide sürgün ve kök gelişimi, biyokütle, fotosentetik hız, stoma iletkenliği ve transpirasyon hızının azalmasına; kloroz ve nekroza sebep olmaktadır Ayrıca ROS ve MDA miktarında artışa sebep olmakta, DNA’da lezyonlar oluşturmakta ve tamir edilmeyen hasarlar ile genomun kararlılığını bozmaktadır. Bitkiler ağır metallerin bu olumsuz etkileriyle mücadele edebilmek için enzimatik olan ve olmayan antioksidanların da içinde bulunduğu bazı savunma stratejileri geliştirmişlerdir. Yüksek seviyelerde ağır metallerin bulunduğu topraklarda bile gelişimini sürdürebilen ağır metal stresine toleranslı hiperakümülatör bitkiler ise ağır metallerle kontamine olmuş toprakların fitoremediasyonunda sıklıkla kullanılmakta ve transgenik bitki teknolojisinde bir model oluşturmaktadır.
Anahtar Kelimeler
Abiyotik stres , Ağır metal , oksidatif stres , reaktif oksijen türleri
References
- Agarwal, P., Mitra, M., Banerjee, S. & Roy, S. (2020). MYB4 transcription factor, a member of R2R3-subfamily of MYB domain protein, regulates cadmium tolerance via enhanced protection against oxidative damage and increases expression of PCS1 and MT1C in Arabidopsis. Plant Science, 297: 110501.
- Ahmad, R., Ali, S., Abid, M., Rizwan, M., Ali, B., Tanveer, A., Ahmad, I., Azam, M. & Ghani, M.A. (2020). Glycinebetaine alleviates the chromium toxicity in Brassica oleracea L. by suppressing oxidative stress and modulating the plant morphology and photosynthetic attributes. Environmental Science and Pollution Research, 27(1): 1101-1111.
- Brunetti, P., Zanella, L., De Paolis, A., Di Litta, D., Cecchetti, V., Falasca, G., Barbieri, M., Altamura, M.M., Costantino, P. & Cardarelli, M., (2015). Cadmium-inducible expression of the ABC-type transporter AtABCC3 increases phytochelatin-mediated cadmium tolerance in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 66(13): 3815-3829.
- Chandrakar, V., Pandey, N. & Keshavkant, S. (2018). Plant responses to arsenic toxicity: morphology and physiology. In Mechanisms of arsenic toxicity and tolerance in plants, Springer, Singapore, pp. 27-48. Chaturvedi, R., Talwar, L., Malik, G. & Paul, M.S. (2020). Heavy metal-induced toxicity responses in plants: an overview from physicochemical to molecular level. Cellular and Molecular Phytotoxicity of Heavy Metals, pp. 69-88.
- Chen, Q., Zhang, X., Liu, Y., Wei, J., Shen, W., Shen, Z. & Cui, J. (2017). Hemin-mediated alleviation of zinc, lead and chromium toxicity is associated with elevated photosynthesis, antioxidative capacity; suppressed metal uptake and oxidative stress in rice seedlings. Plant Growth Regulation, 81(2): 253-264.
- Dalvi, A.A. & Bhalerao, S.A. (2013). Response of plants towards heavy metal toxicity: an overview of avoidance, tolerance and uptake mechanism. Ann Plant Sci, 2(9): 362-368.
- Delangiz, N., Khoshru, B., Asgari Lajayer, B., Ghorbanpour, M. & Kazemalilou, S. (2020). Molecular mechanisms of heavy metal tolerance in plants. Cellular and Molecular Phytotoxicity of Heavy Metals, 125-136.
- Dennis, K.K., Uppal, K., Liu, K.H., Ma, C., Liang, B., Go, Y.M. & Jones, D.P. (2019). Phytochelatin database: a resource for phytochelatin complexes of nutritional and environmental metals. Database, 2019.
- Dutta, S., Mitra, M., Agarwal, P., Mahapatra, K., De, S., Sett, U. & Roy, S. (2018). Oxidative and genotoxic damages in plants in response to heavy metal stress and maintenance of genome stability. Plant Signaling & Behavior, 13(8): e1460048.
- Farraji, H., Zaman, N. Q., Tajuddin, R. & Faraji, H. (2016). Advantages and disadvantages of phytoremediation: A concise review. Int J Env Tech Sci, 2: 69-75. Fu, S., Lu, Y., Zhang, X., Yang, G., Chao, D., Wang, Z., Shi, M., Chen, J., Chao, D.Y., Li, R., Ma, J.F. & Xia, J. (2019). The ABC transporter ABCG36 is required for cadmium tolerance in rice. Journal of Experimental Botany, 70(20): 5909-5918.
