Kadmiyum (CdCl2) stresi altında farklı kinoa (Chenopodium quinoa Willd.) genotiplerinin çimlenme ve ilk fide gelişimi

Öz

Amaç: Yalancı tahıllar arasında yer alan kinoa (Chenopodium quinoa Willd.) oldukça popülerdir ve Türkiye’de her geçen gün yetiştiriciliği artmaktadır. Bu bitki türü abiyotik stress koşullarına dayanıklı olması ile ön plandadır. Bu çalışma bazı kinoa genotiplerinin (Cherry Vanilla, Mint Vanilla, French Vanilla, Red Head ve Titicaca) farklı kadmiyum (CdCl₂) dozlarına (steril saf su/kontrol, 75, 150, 225, 300 ve 375 mg L^-1) karşı çimlenme ve ilk fide gelişimi aşamasında ki tepkilerini değerlendirmek için yürütülmüştür.

Yöntem ve Bulgular: Deneme laboratuvar şartlarında 4 tekrarlamalı olarak tesadüf parsellerinde kurulmuş ve istatistik analizi faktöriyel düzene göre yapılmıştır. Deneme sonunda çimlenme oranı (ÇO), çimlenme indeksi (Çİ) ve ortalama çimlenme süresi (OÇS) hesaplanmıştır. Gelişen fideler üzerinde kök ve sürgün uzunluğu ile yaş ağırlıkları ölçülmüştür. ÇO özelliği dışında tüm özellikler için Genotip × Doz interaksiyonları önemli bulunmuştur. ÇO için genotip ve doz ana faktörleri önemli çıkmıştır. Çimlenme parametrelerini değerlendirdiğimiz zaman, ağır metal dozları arttıkça ÇO düşmüş, Çİ dalgalanma göstermiş, OÇS ise düşüş göstermiştir. İlk fide gelişimi parametrelerini incelediğimizde ağır metal dozu arttıkça sürgün ve kök uzunluğu ile yaş ağırlık düşüş göstermiştir.

Genel Yorum: Bu çalışmanın sonuçlarına göre değerlendirilen tüm kinoa genotipleri 75 ve 150 mg L^-1 dozundaki kadmiyum stresine karşı toleranslı bulunurken, 150 mM dozunun üzerindeki dozlara hassasiyet göstermişlerdir. Genotipler arasında en toleranslı genotip Cherry Vanilla olarak belirlenmiştir.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Özellikle 150 mg L^-1’e kadar kadmiyum ile kontamine olmuş topraklar ve sulama suyu kullanılan yetiştiricilik sistemlerine kinoa bitkisinin dâhil edilebileceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Ağır metal
• Kadmiyum
• Kinoa
• Çimlenme
• İlk fide gelişimi

Germination and early seedling growth of different quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) genotypes under cadmium (CdCl2) stress

Abstract

Aims: Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) is very popular among the pseudocereals and its cultivation is increasing day by day in Turkey. This plant species is a plant that stands out with its resistance to abiotic stress conditions. This study was carried out to evaluate the germination and early seedling growth of some quinoa cadmium stress (sterile distilled water/control, 75, 150, 225, 300 and 375 mg L^-1).

Methods and Results: The experiment was established in the randomized plots with 4 replications under laboratory conditions and the statistical analysis was performed according to the factorial arrangement. At the end of the experiment, germination ratio (GR), germination index (GI) and mean germination time (MGT) were calculated. Root and shoot length and fresh weight were measured on the developing seedlings. Genotype × Dose interactions were found to be significant for all features except GR parameter. Genotype and dose main factors were found to be important for GR. When we evaluated the germination parameters, as the heavy metal doses increased, GR decreased, GI fluctuated, and MGT decreased. When we examined the first seedling growth parameters, shoot and root length and fresh weight decreased as the heavy metal dose increased.

Conclusions: All quinoa genotypes evaluated according to the results of this study were tolerant to 75 and 150 mg L^-1 doses of cadmium, while they were sensitive to doses above 150 mg L^-1. Among the genotypes, the most tolerant genotype was determined as Cherry Vanilla.

Significance and Impact of the Study: It has been determined that the quinoa plant can be included in cultivation systems using soils and irrigation water contaminated with cadmium up to 150 mg L^-1.

Keywords

• Heavy metal
• Cadmium
• Quinoa
• Germination
• Early seedling growth

References

1. Akar M (2017). Uyarıcı Uygulamalarının Ağır Metal Stresine Maruz Bırakılan Bazı Çok Yıllık Buğdaygil Çim Türlerinin Çimlenme ve Fide Gelişimi Üzerine Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bil. Ens., Tarla Bitkileri ABD, 83 s.
2. Akar M, Atış İ (2019). Priming uygulamalarının kadmiyum ve nikel stresine maruz bırakılan kırmızı yumağın çimlenme ve fide gelişimi üzerine etkisi. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9: 26-36.
3. Akar M, Atis I (2018). The effects of priming pretreatments on germination and seedling growth in perennial ryegrass exposed to heavy metal stress. Fresenius Environ. Bull., 27: 6677-6685.
4. Akıncı S, Akıncı İE (2011). Nikelin ıspanakta (Spinacia oleracea) çimlenme ve bazı fide büyüme parametreleri üzerine etkisi. Ekoloji, 20: 69-76.
5. Ayçiçek M, Kaplan O, Yaman M (2008). Effect of cadmium on germination, seedling growth and metal contents of sunflower (Helianthus annus L.). Asian J. Chem., 20: 2663-2672.
6. Ayhan B, Ekmekçi Y, Tanyolaç D (2007). Erken fide evresindeki bazı mısır çeşitlerinin ağır metal (kadmiyum ve kurşun) stresine karşı dayanıklılığının araştırılması. Anadolu Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 8: 411-422.
7. Beri A, Setia RC (1995). Assessment of growth and yield in Lens culinaris Medic var. Massar 9-12 treated with heavy metals under N-supplied conditions. J. Indian Bot. Soc., 74: 293-297.
8. Dabhi MS, Bhanderi P, Vyas AV (2005). Chromium toxicity study in fenugreek seedlings. Emerging trends in plant physiology, Ahmdabad. pp. 14.

9. Ellis RH, Roberts EH (1980). Towards a Rational Basis for Seed Testing Seed Quality. ( P. Hebblethwaitei Editör). In: Seed Production. Butterworths, London, pp.605-635.
10. Erdoğan O (2005). Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) Fidelerinde Nikel Toksitesinin Humik Asit İle Azaltılması Üzerine Bir Araştırma. Yüksek Lisans Tezi, Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Fen Bil. Ens., 36 s.
11. Ertekin EN (2018). Yaygın Olarak Tarımı Yapılan Yem Bitkilerinde Bazı Ağır Metallerin Çimlenme Üzerine Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, Akdeniz Üniversitesi Fen Bil. Ens. Tarla Bitkileri ABD, s.s. 145.
12. Ertekin EN, Bilgen M (2021). Bazı ağır metallerin at dişi mısır (Zea mays L.)’da çimlenme ve erken fide gelişimi üzerine etkileri. Biyolojik Çeşitlilik ve Koruma, 14: 198-207.
13. Ertekin EN, Ertekin İ, Bilgen M (2020). Effects of some heavy metals on germination and seedling growth of sorghum. KSU Journal of Agriculture and Nature, 23: 1608-1615.
14. Gyawali R, Lekhak HD (2006). Chromium tolerance of rice (Oryza sativa L.) cultivars from Kathmandu Valley, Nepal. Scientific World, 4: 102-108.
15. Haktanır K ve Arcak S (1998). Çevre Kirliliği. Ankara Üni. Ziraat Fak. Toprak Bölümü, Ankara Üni. Yayın No: 1503, Ders Kitabı:457, Ankara
16. Haktanır K (1987). Çevre Kirliliği. A.Ü. Ziraat Fakültesi Ders Notu, Teksir No:140
17. ISTA (1996). International Rules for Seed Testing. Rules. Seed Science and Technology 24. Supplement.
18. Kaya MD ve Kılınç M (2016). Kinoa: Besinsel ve antibesinsel özellikleri. Journal of food and health science, 2: 104-111.
19. Mishra A and Choudhuri MA (1998). Amelioration of lead and mercury effects on germination and rice seedling growth by antioxidants. Biol. Plant., 41: 469-473.
20. Muhammad S, Iqbal MZ, Mohammad A (2008). Effect of lead and cadmium on germination and seedling growth of Leucaena leucocephala. Journal of Applied Science and Environmental Management, 12: 61-66.
21. Öktüren-Asri F, Sönmez S (2006). Ağır Metal Toksisitesinin Bitki Metabolizması Üzerine Etkileri. Derim Dergisi, 2: 36- 45
22. Peralta JR, Gardea-Torresdey JL, Tiemann KJ, Gomez E, Arteaga S, Rascon E, Parsons JG (2001). Uptake and effects of five heavy metals on seed germination and plant growth in alfalfa (Medicago sativa L.). Bull. Environ. Contam. Toxicol., 66: 727-734.
23. Sert EB, Turkmen M, Cetin M (2019). Heavy metal accumulation in rosemary leaves and stems exposed to traffic-related pollution near Adana-İskenderun Highway (Hatay, Turkey). Environ. Monit. Assess., 191: 1-12.
24. Seven T, Can B, Darende B N Ocak S (2018). Hava ve Toprakta Ağır Metal Kirliliği. Ulusal Çevre Bilimleri Araştırma Dergisi, 1: 91-103. Retrieved from https://dergipark.org.tr/en/pub/ucbad/issue/38487/447131
25. Shao Y, Jiang L, Zhang D, Ma L, Li C (2011). Effects of arsenic, cadmium and lead on growth and respiratory enzymes activity in wheat seedlings. Journal of Agricultural Research, 6: 4505-4512.
26. Verma S, Dubey RS (2003). Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Science, 164: 645-655.
27. Yönal O, Özdil S (2014). Çölyak hastalığı. Güncel Gastroentoloji, 18: 93-100.