Farklı Tuzluluk Sınıfındaki Topraklarda Yetiştirilen Domates Tohumlarında Bazı Antioksidan Enzim Aktivitelerinin Belirlenmesi

Abstract

Toprak tuzluluğu bitkisel üretimde verim kaybına yol açmakla birlikte doğrudan veya dolaylı olarak tohum verim ve kalitesini de etkilemektedir. Iğdır ovası yazları sıcak ve kurak geçmesi, yıllık ortalama yağış miktarının Türkiye ortalamasının altında olması ve taban suyu yüksekliği nedeniyle yüksek tuzlanma potansiyeli taşımaktadır. Bu durum hali hazırda ovanın bir kısım topraklarının tarım dışı kalmasına yol açmıştır. Bu çalışma ile Iğdır üniversitesi Tarımsal Uygulama ve Araştırma Merkezinde bulunan altı farklı toprak tuzluluğuna sahip alanlarda iki yıl hasat edilmiş ‘Süper domates’ genotiplerinde bazı antioksidan enzim aktiviteleri belirlenmeye çalışılmıştır. Ayrıca çalışma sırasında SOD, KAT ve APX enzim aktiviteleri spektrofotometrik olarak belirlenen tohumlarda doğal poliakrilamit jel elektroforezleri (Doğal PAGE) ayrı ayrı yapılmıştır. Her bir enzim için elektroforez sonrası jellere substrat boyama yapılarak enzimlerin varlığı gösterilmiştir. Elde edilen veriler ışığında tuzlu-alkali topraklarda hasat edilen tohumlarda protein aktivitesi düşük belirlenmişken, en yüksek protein aktivitesi tuzlu topraklardan alınan tohumlarda belirlenmiştir. Toprak tuzluluğunun bitkide oluşturduğu tuz stresi ile tuzlu-alkali alanlarda SOD ve KAT enzim aktiviteleri en yüksek bulunmuşken, normal topraklardan hasat edilen topraklarda SOD ve KAT aktiviteleri daha düşük hesaplanmıştır. APX enzim aktivitelerinde ise normal toprak koşullarında tuzlu-alkali toprak koşullarına doğru aktivitenin arttığı gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar toprak tuzluluğu ve alkaliliğine bağlı olarak bitkide tuz stresinin şiddeti arttıkça hasat edilen tohumlardaki antioksidan enzim aktivitelerinin de arttığını göstermiştir.

Keywords

• APX
• KAT
• SOD
• doğal-PAGE
• solanum lycopersicon
• toprak tuzluluğu
• tuz stresi

Determination of Some Antioxidant Enzyme Activities in Tomato Seeds Grown in Soils of Different Salinity Classes

Abstract

Soil salinity causes yield loss in plant production, but also directly or indirectly affects seed yield and quality. Iğdır plain has a high salinization potential due to hot and dry summers, low annual average rainfall for Turkey, and high groundwater. This situation has already caused some lands of the plain to be out of agriculture. In this study, it was tried to determine some antioxidant enzyme activities in ‘Süper domates’ genotypes harvested for two years in six different soil salinity areas in Iğdır University Agricultural Application and Research Center. In addition, Native Polyacrylamide Gel Electrophoresis (Native-PAGE) was performed separately on the seeds whose SOD, CAT and APX enzyme activities were determined spectrophotometrically during the study. After electrophoresis for each enzyme, the presence of enzymes was demonstrated by performing substrate staining on the gels. In the light of the data obtained, while the protein activity was low in the seeds harvested in saline alkaline soils, the highest protein activity was determined in the seeds taken from saline soils. SOD and CAT enzyme activities were found to be highest in salt stress caused by soil salinity in the plant and in salinealkaline areas, while SOD and CAT activities were calculated lower in soils harvested from normal soils. In the APX enzyme activities, it was observed that the activity increased from normal soil to saline-alkaline soil conditions. The results showed that the antioxidant activity in the harvested seeds increased as the severity of salt stress increased in the plant depending on the soil salinity and alkalinity.

Keywords

• APX
• CAT
• SOD
• Solanum lycopersicon
• soil salinity
• salt stress
• Native-PAGE

References

1. Aebi H, 1984. Catalase İn Vitro, In: Methods in Enzymology, Eds: Elsevier, 121-126.
2. Ali AA, Alquraıiny F, 2006. Activities of Antioxidants in Plants Under Environmental Stress. The Lutein-Prevention and Treatment For Diseases, 187-256.
3. Apel K, Hirt, 2004. Reactive Oxygen Species: Metabolism, Oxidative Stress and Signal Transduction. Annual Review of Plant Biology, 55:373-399.
4. BeauchampC, Fridovich I, 1971, Superoxide Dismutase: Improved Assays and An Assay Applicable to Acrylamide Gels. Analytical Biochemistry, 44:276-287.
5. Blokhina O, Virolainen E, Fagerstedt KV, 2003. Antioxidants, Oxidative Damage and Oxygen Deprivation Stres. Anals of Botany, 91:179-194
6. Bor M, Özdemir F, Türkan I. 2003. The Effect of Salt Stress on Lipid Peroxidation and Antioksidants in Leaves of Sugar Beet vulgaris L. and wild beet Beta maritima L. Plant Science, 164(1):77-84.
7. Bradford MM, 1976. A Rapid and Sensitive Method for the Quantitationof Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding. Analytical Biochemistry, 72: 248–254.
8. Brown-Peterson NJ, Salin ML, 1993. Purification of Catalase-Peroxidase from Halobacterium Halobium: Characterization of Some Unique Properties of the Halophilic Enzyme. Journal of bacteriology, 175(13): 4197-4202.

9. Chaudiere J, Ferrari-Iliou R, 1999. Intracellular Antioxidants from Chemical to Biochemical Mechanism. Food Chemical Toxicology, 37:949-962.
10. Chen TH, Murata N, 2002. Enhancement of Tolerance of Abiotic Stress by Metabolic Engineering of Betaines and Other Compatible Solutes. Current Opinion in Plant Biology, 5: 250–257.
11. Cui J, Shao G, Lu J, Keabetswe L, Hoogenboom G, 2020. Yield, Quality and Drought Sensitivity of Tomato to Water Deficit during Different Growth Stages. Scıentia Agricola, 7(2):e20180390.
12. Çulha Ş, Çakırlar H, 2011. Tuzluluğun Bitkiler Üzerine Etkileri ve Tuz Tolerans Mekanizmaları. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11:11-34.
13. Demir S, 2009. Tuz gölü Çevresinde Yetiştirilen Yöresel Kavun Populasyonunun (Koçhisar Kavunu) Tuza Tolerans Özellikleri Bakımından İncelenmesi. Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi. Ankara.
14. Demiral T, 2003. Genç Prinç Fidelerine Dışarıdan Glisinbetain Uygulamasıyla, Tuza Toleransının Arttırılmasında Antioksidant Enzim Aktivitelerinin Rolünün Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
15. Dere S, 2021. Kuraklık Stresi Koşullarında Bakteri Uygulamasının Domates Bitkileri Üzerine Etkileri. Türk Doğa ve Fen Dergisi, 10(1):52-62.
16. Dere S, Daşgan HY, 2019. Effect of Waterlogging on Three Different Tomato Genotypes. 2th International Mersin Symposium, Mersin;2003.p.145-158.
17. Dinçer B, 2005. Bazı Termofilik Bakterilerden Katalazın Aktivitesinin İncelenmesi, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktra Tezi, Trabzon.
18. Durukan H, 2011. Tescilli Haşhaş (papaver somniferum l.) Çeşitlerinde tuz stresinin antioksidant enzimler üzerine etkisi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyoloji Anabilimdalı Yüksek Lisans tezi. Tokat.
19. FAO, 2020. The Global Status of Vegatable Production, Trade and Utilization. Crop Production Manual. https://www.fao.org/3/ca7556en/CA7556EN.pdf
20. Gonçalves VM, de Cerqueira Leite, LC, Raw I, Cabrera-Crespo J, 1999. Purification of Catalase from Human Placenta. Biotechnology and Applied Biochemistry, 29:73-77.
21. Gökoğlu BÇ, Aycı G, 2021. Organik Materyal Kullanımının Alkali Bir Toprağın Bazı Islah Göstergeleri Üzerine Etkisi. Toprak Su Dergisi, 10(1): 60-67.
22. Kapoor D, Singh S, Kumar V, Romero R, Prasad R, 2019. Antioxidant Enzymes Regulation ın Plants in Reference to Reactive Oxygen Species (Ros) and Reactive Nitrogen Species (rns). Plant Gene, 19.
23. Karadağ F, 2013. Farklı dozlarda selenyum uygulamalarının Haşhaş (papaver somniferum l.)Yapraklarında Antioksidan Enzimler Üzerine Etkisi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi.
24. Karaoğlu M, Yalçın AM, 2018. Toprak Tuzluluğu ve Iğdır Ovası Örneği. Journal of Agriculture, 1(1):27-41.
25. Keskin G, 2021. Türkiye’nin Domates Üretimindeki Kayıpları Ve Rekabet Gücü. Eurasian Journal of Agricultural Economics, 1(2):18-37.
26. Korkmaz Ş, 2021. In Vıtro Tuz Stresinde Ayçiçeğinin (Helianthus annuus l.) Çimlenme ve Fide Gelişimine Putresinin Etkisi. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarla Bitkileri Anabilim Dalı, Yüksek Lisans tezi.
27. Laemmli DK, 1970. Cleavage of Structural Proteins during in Assembly of the Head of Bacteriophage T4. Nature, 227: 680.
28. LiY,2009. Physiological Responses of Tomato Seedlings (Lycopersicon esculentum) to Salt Stress. Modern Applied Science, 3(3):171.
29. Mittler R, 2002. Oxidative Stress, Antioxidants and Stress Tolerance. Trends in Plant Science, 7:405- 410.
30. MittlerR, Zilinskas BA, 1993. Detection of Ascorbate Peroxidase Activity in Native Gels by Inhibition of the Ascorbate Dependent Reduction of Nitroblue Tetrazolium. Analytical Biochemistry, 212:540-546.
31. Nakano Y, Asada K, 1981. Hydrogen Peroxide is Scavenged by Ascorbate Specific Peroxidase in Spinach Chloroplast. Plant Cell Physiology, 22:867–80.
32. Nangare DD, Singh Y, Kumar PS, Minhas PS, 2016. Growth, Fruit Yield and Quality of Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) as Affected by Deficit İrrigation Regulated on Phenological Basis. Agricultural Water Management, 171:73-79.
33. Ozden E, Light ME, Demir I, 2021. Alternating Temperatures İncrease Germination ând Emergence in Relation to Endogenous Hormones and Enzyme Activities in Aubergine Seeds. South African Journal of Botany, 139:130-139.
34. Özkan A, Gündüz G, Çıplak B, Fışkın K, 2000. Kimyasal mücadele uygulanmış Dociostaurus maroccanus epidemik populasyonundan alınan örneklerde antioksidan enzim aktiviteleri. Turkish Journal of Biology, 24(1): 141 - 149.
35. Patel R, Prasher S, Bonnell R, Broughton R, 2002. Development of Comprehensive Soil Salinity Index. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 128(3):185-188.
36. Rogers M, 2002. Irrigating Perennial Pasture with Saline Water: Effects on Soil Chemistry, Pasture Production and composition. Australian Journal of Experimental Agriculture, 42(3):265-272.
37. Shao GC, Deng S, Liu N, Wang MH, She DL, 2015. Fruit Quality and Yield of Tomato as Influenced by Rain Shelters and Deficit İrrigation. Journal of Agricultural Science and Technology, 17:691-704.
38. Sharma I, Bhardwaj R, Pati PK, 2013.Stress Modulation Response of 24- epibrassinolide Sgainst Imidacloprid in An Elite Indica Rice Variety Pusa Basmati-1. Pesticide Biochemistry and Physiology, 105(2):144-153.
39. Talhouni M, Sönmez K, Ellialtıoğlu ŞŞ, Kuşvuran Ş, 2017. Tuz Stresi Altında Yetiştirilen Aşılı Patlıcan Bitkilerinde Bazı Bitki ve Meyve Özelliklerinin İncelenmesi. Akademik Ziraat Dergisi, 6:71-80.
40. Tang J, Wang SO, Hu KD, Huang ZO, Li YH, Han Z, Chen XY, Hu LY, Yao GF, Zhang, H, 2019. Antioxidative Capacity is Highly Associated with the Storage Property of Tuberous Roots in Different Sweet potato Cultivars. Scientific Reports, 9:11141.
41. Temel S, Şimşek U, 2011. Iğdır Ovası Toprakların Çoraklaşma Süreci ve Çözüm Önerileri. Alınteri, 21(B):53-59.
42. Wayne LG, Diaz GA, 1986. A Double Staining Method for Differentiating Between Two Classes of Mycobacterial Catalase in Polyacrylamide Electrophoresis Gels. Analytical Biochemistry, 157: 89-92.
43. Woodbury W, Spencer AK, Stahmann MA, 1971. An İmproved Procedure Using Ferricyanide for Detecting Catalase Isozymes. Analytical Biochemistry, 44: 301-305.
44. Yaşar F, Ellialtıoğlu Ş, Özpay T, Uzal Ö, 2008. Tuz Stresinin Karpuzda (Citrulluslanatus (Thunb.) Mansf.) Antioksidatif Enzim (SOD, CAT, APX ve GR) Aktivitesi Üzerine Etkisi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi. Ziraat Fakültesi, Tarım Bilimleri Dergisi, 18(1): 61-65.
45. Yıldıztugay E, 2011. Endemik Centaurea Tuzgoluensıs Aytaç & H. Duman ve Centaurea Lycaonıca Boıss. & Heldr.’Nın Fizyolojik ve Biyokimyasal Özellikleri Üzerine Tuz Stresinin Etkileri, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Konya.