Determination of some chemical components of sessile oak seeds; example of Demirkoy Forest Enterprise Directorate

Abstract

Tree breeding is one of the most efficient ways to increase production in forestry. The use of improved seeds makes a significant contribution to raising the efficiency of the unit area in forestation works. Therefore, it is important to use seeds of good quality and appropriate origin. In addition to selection of seeds based on phenotypic selection, the determination of chemical content also provides a significant contribution to quality seed production. In this study, chemical measurements were made on the seeds of Quercus petraea subsp. petraea (Mattuschka) L. which is one of the natural oak species that has an important share in terms of the area covered by our country’s forests. The oak seeds were collected from the pure sessile oak stands located within Kırklareli province Demirköy Forestry Enterprise Directorate the Karacadag Forest Sub-district Directorate boundaries. The amounts of proline, glucose, sucrose, phenolic compounds, pyruvate, malondialdehyde (MDA), and hydrogen peroxide (H2O2) were measured in the seeds classified as germinated, non-germinated, damaged and rotten. In statistical analysis, a significant difference was found between the groups (p <0.05). As a result, sucrose, flavonoid, and total polyphenol contents were found to be high in healthy seeds (1 and 2 number), while glucose, MDA, and H2O2 amounts were detected to be higher in discolored- unhealthy seeds (3 number). Also, pyruvate and proline concentrations were higher in rotten seeds (4 number).

Keywords

• Chemical components
• Sessile oak
• Demırkoy
• seed quality

Sapsız meşe tohumlarının bazı kimyasal bileşenlerin belirlenmesi; Demirköy Orman İşletme Müdürlüğü Örneği

Abstract

Ağaç ıslahı, ormancılıkta üretimi artırmanın en etkili yollarından biridir. Islah edilmiş tohumların kullanılması, ağaçlandırma çalışmalarında birim alan verimliliğinin artırılmasına önemli katkı sağlamaktadır. Bu nedenle kaliteli ve uygun orijinli tohumların kullanılması önemlidir. Fenotipik seleksiyona dayalı tohum seçiminin yanı sıra kimyasal içeriğinin belirlenmesi de kaliteli tohum üretimine önemli katkı sağlamaktadır. Bu çalışmada, ülkemiz ormanlarının kapladığı alan açısından önemli bir paya sahip doğal meşe türlerinden Quercus petraea subsp. petraea (Mattuschka) Liebl.’nin tohumları üzerinde kimyasal ölçümler yapılmıştır. Meşe tohumları Kırklareli ili Demirköy Orman İşletme Müdürlüğü Karacadağ Orman İşletme Şefliği sınırları içerisinde yer alan saf sapsız meşe meşcerelerinden toplanmıştır. Çimlenen, çimlenmeyen, bozuk ve çürük tohumlar şeklinde ayrılan tohumlarda prolin, glikoz, sukroz, fenolik bileşikler, pirüvat, malondialdehit (MDA) ve hidrojen peroksit (H2O2) miktarları belirlenmiştir. İstatistiksel analizde gruplar arasında anlamlı fark bulunmuştur (p<0.05). Sonuç olarak, sukroz, flavonoid ve toplam polifenol içeriği sağlıklı tohumlarda (1 ve 2 nolu grup) yüksek bulunurken glikoz, MDA ve (H2O2) miktarları ise rengi değişmiş-sağlıksız tohumlarda (3 nolu grup) yüksek saptanmıştır. Ayrıca piruvat ve prolin konsantrasyonları da çürümüş tohumlarda (4 nolu grup) daha yüksek bulunmuştur.

Keywords

• Kimyasal bileşenler
• Sapsız meşe
• Demirköy
• seed quality

References

1. 2008. Study of genetic diversity in chamomile based on morphological traits and molecular markers. Scientia Horticulturae, 117: 281-285.
2. Alasalvar, C., & Shahidi, F. (2008). Tree nuts: Composition, phytochemicals, and health effects: An overview, CRC press, 15-24.
3. Arslan, Y., Amirnia, R., Ghiyasi, M., & Rahimi, A. (2016). Yetişme ortamının bazı Echium Amoenum genotiplerinin morfolo-jik ve tohum özellikleri üzerine etkisi. Uluslararası Tarım ve Yaban Hayatı Bilimleri Dergisi, 2(2), 80-88.
4. Ayan, S., Hasdemir, B., Turfan, N., Özel, H. B., Yer, E. N. 2018b. The effect of magnetic field applications to chemical content of stratified and unstratified seeds of Sycamore maple (Acer pseudoplatanus L.). Fresenius Environmental Bulletin. 27 (5): 3815-3822.
5. Ayan, S., Turfan, N., Nurten, Yer, E. N., Šeho, M., Özel, H. B., Ducci, F. 2018a. Antioxidant variability of the seeds in core and marginal populations of Taurus cedar (Cedrus libani A. Rich.). Šumarski List, 11–12: 593–600.
6. Ayaz, F. A., Glew, R. H., Turna, İ., Güney, D., Chuang, L. T., Chang, Y.C., Andrews, R., Power, L., Presley, J., Torun, H., Sahin, N. 2011. Fagus orientalis (Oriental beechnut) seeds are a good source of essential fatty acids, amino acids and minerals. Food 5: 48–51.
7. Baskin, C. C., Baskin, J. M., 2014. Seeds: ecology, biogeography and evolution of dormancy and germination. 2nd Edition, Academic Press, USA.
8. Bates L. S., Waldern R.P., Teare ID. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil, 39, 205-207.

9. Bewley J. D., Bradford, K., Hillhorst, H.W. M., H. Nonogaki, 2013. Seeds physiology of development, germination and dor-mancy. Springer, New York.
10. Bewley, J.D., Black, M. 1994. Seeds: Physiology of development and germination. Plenum Press, New York, 445.
11. Copeland, L.O., McDonald, M.B. 2001. Seed science and technology, Kluwer Academic Publishers, 39-58.
12. Bhaskara, G. B., Yang, T. H., P. E. Verslues, 2015. Dynamic proline metabolism: importance and regulation in water limited environments. Frontiers in Plant Science, 6. Doi. org/ 10.3389/fpls.2015.00484.
13. Boydak, M., Çalışkan, S. 2014. Ağaçlandırma. Ormancılığı Geliştirme ve Orman Yangınları ile Mücadele Hizmetlerini Destek-leme Vakfı (OGEM-VAK), 413- 444 sayfa, İstanbul.
14. Davies, M. J. 2016. Protein oxidation and peroxidation. Biochemical Journal, 473 (7): 805-825. El Maarouf-Bouteau, H., C. Bailly, 2008. Oxidative signalling in seed germination and dormancy. Plant Signal Behav. 3:175-182.
15. Genç, M. 2012. Silvikültürün Temel Esasları. S. Demirel Üniversitesi Yayın No:44, Isparta.
16. Gezer, A., Yücedağ, C. 2013. Orman Ağacı Tohumları ve Tohumdan Fidan Yetiştirme Tekniği, SDÜ Orman Fakültesi Yayın-ları, Yayın no: 56, Isparta.
17. Goel, A., I. S. Sheoran, 2003: Lipid peroxidation and peroxidescavenging enzymes in cotton seeds under natural ageing. Biolo-gia Plantarum, 46: 429–434.
18. Gruz J., Ayaz, F. A., Torun, H., Strnad, M. 2011. Phenolic acid content and radical scavenging activity of extracts from medlar (Mespilus germanica L.) fruit at different stages of ripening. Food Chemistry, 124(1), 271-277.
19. Gujjar, R. S., Pathaki, A. D., Karkute, S. G., Supaıbulwatana, K. 2019. Multifunctional proline-rich proteins and their role in regulating cellular proline content in plants under stress. Biologia Plantarum, 63: 448-454.
20. Güney, D., Bak, Z. D., Aydınoğlu, F., Turna, İ., Ayaz, F. A. 2013. Effect of geographical variation on the sugar composition of the oriental beech (Fagus orientalis Lipsky). Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 37 (2), 221-230.
21. Jang, J. C., Sheen, J. 1997. Sugar sensing in higher plants. Trends Plant Sci 2:208-214.
22. Kacprzyk, J., Daly, C. T., McCabe, P. F. 2011. The botanical dance of death: Programmed cell death in plants. advances in botanical research. K. Jean-Claude and D. Michel, Advances in Botanical Research. 60: 169-261.
23. Kaneko, M. Itoh H, Ueguchi-Tanaka M, Ashikari M, Matsuoka M. 2002. The α- amylase induction in endosperm during rice seed germination is caused by Gibberellin synthesized in Ephithelium. Plant Physiology. 128 (4): 1264-1270.
24. Kılıç, B. 2020. Prolin ön uygulamasının kuraklık stresi koşullarındaki karaçam tohumlarının çimlenmesi üzerine etkilerinin araştırılması Yüksek lisans tezi, Artvin Çoruh Üniversitesi.
25. Kimberly, L., F., Behal, R. H., Xiang, C., Oliver, D. J.,1998. Metabolic bypass of the Tricarboxylic Acid Cycle during lipid mobilization in germinating oilseeds. Plant Physiology, 117 (2), 473-481.
26. Kumaran A., Karunakaran R. J. 2006. Antioxidant and free radical scavenging activity of an aqueous extract of Coleus aromati-cus. Food Chemistry, 97: 109-114.
27. Lutts, S., Kinet, J. M., Bouharmont, J. 1996. NaCl-ınduced senescence in leaves of rice (Oryza sativa L.) cultivars differing in salinity resistance. Annals of Botany, 78(3): 389-398.
28. Miquel, M., Browse, J. 1995. Lipid biosynthesis in developing seeds. In:”Seed Development and Germination (J. Kigel ve G. Galili Edt.)”, Marcel Dekker, Inc. New York, pp. 169-192.
29. Nayak B., Liu, R. H., Tang, J. 2015. Effect of processing on phenolic antioxidants of fruits, vegetables, and grains-a review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55 (7), 887-918.
30. OGM, 2014. Orman Genel Müdürlüğü, Demirköy Orman İşletme Müdürlüğü, Karacadağ Orman İşletme Şefliği, Amenajman Planı, Tohum Meşceresi Yönetim Planı.
31. OGM, 2020. Ormancılık İstatistikleri, Ormancılık İstatistikleri 2019.rar? ogm.gov.tr/tr/e-kutuphane /resmi-istatistikler (Erişim tarihi: 25.03.2022)
32. OGM, 2021. Tohum ve Ağaç Islahı ile Tohum Üretimi Çalışmaları, Tamim No: 7325, Ankara.
33. Oku, S., Ueno, K., Tsuruta, Y., Jitsuyama, Y., Suzuki T., Onodera, S. 2019. Sugar accumulation and activities of enzymes involved in fructan dynamics from seedling to bulb formation in onion (Allium cepa L.). Scientia Horticulturea, 247: 147-155.
34. Örtel, E., 2011. Saplı Meşe (Quercus robur L.)’nin Marmara Bölgesi Orijinlerinin Tohum, Fidecik ve Fidan Özellikleri. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, Orman Genel Müdürlüğü, Batı Karadeniz Ormancılık Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, Bolu, 67.
35. Öztürk, S. 2013. Türkiye Meşeleri Teşhis ve Tanı Klavuzu. Orman ve Su İşleri Bakanlığı, OGM matbaası, 78-84.
36. Pearson, D., Melon, H. K., Ronald, S. 1976. Chemical analysis of Foods, 8th Edition. Churchill Livingston, Edinburg, Scot-land. 5-63.
37. Pöhnl T, Minor N, Carle R, Schweiggert R. 2019. Accumulation of carbohydrates and pungent principles in characteristic seed and set grown onion varieties (Allium cepa L.). Journal of Applied Botany and Food Quality, 92: 267-273.
38. Sardar, P., Kempken, F. 2018. Characterization of indole-3-pyruvic acid pathway-mediated biosynthesis of auxin in Neurospo-ra crassa. PLoS ONE, 13 (2): e0192293.
39. Shahidi, F., Yeo, J. 2016. Insoluble-bound phenolics in food. Molecules, 21 (9), 1216.
40. Singleton, V. L., Orthofer R., Lamuela-Raventos R.M. 1999. Analysis of total phenols and other oxidation substrates and anti-oxidants by means of Folin-Ciocalteu reagent. Methods Enzymology, 299: 152-178.
41. Solouki M., Mehdikhani H., Zeinali H and Emamjomeh AA.,
42. Stoll, A., Seebeck, E. 1947. Über Alliin, die genuine Muttersubstanz des Knoblauchöls. Experientia, 3: 114-115
43. Tilki, F. 2002. Türkiye’de Sarıçam (Pinus sylvestris L.) Tohumu Üzerine Teknolojik Araştırmalar. İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora tezi. İstanbul
44. Turfan, N., Yer, E. N., Ayan, S. 2017. The effect of magnetic field apllication to chemical content of stratified seeds of oreintal beech (Fagus orientalis L.). Fresenius Environmental Bulletin, 26 (7):4606-4615.
45. Ürgenç, S. 1998. Ağaçlandırma Tekniği. Yenilenmiş ve Genişletilmiş İkinci Baskı İ.Ü. Orman Fakültesi Yayın No: 441/3994. İstanbul.
46. Velikova, V., Yordanov, I., Edrava, A., 2000. Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants. Protective role of exogenous polyamines. Plant Science, 151: 59-66.
47. Yaltırık, F. 1984. Türkiye Meşeleri Teşhis Klavuzu, Orman Genel Müdürlüğü yayını. Yenilik Basımevi, İstanbul
48. Yamada, M., Morishita, H., Urano, K., Shiozaki, N., Yamaguchi-Shinozaki, K., Shinozaki, K., & Yoshiba, Y. 2005. Effects of free proline accumulation in petunias under drought stress. Journal of Experimental Botany, 56(417), 1975-1981. https://doi.org/10.1093/jxb/eri195
49. Yıldız, D. 2010. Kasnak Meşesi (Quercus vulcanica Boiss. and Heldr. Ex Kotschy)’nin Bazı Tohum Özellikleri. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Isparta.
50. Yılmaz, M. 2005. Doğu Kayını (Fagus orientalis Lipsky.) Tohumlarının Fizyolojisi Üzerine Araştırmalar, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, İstanbul.
51. Yılmaz, M. 2008. Doğu Kayını (Fagus orientalis Lipsky.) tohumlarının kimyasal bileşimi. KSÜ Doğa Bilimleri Dergisi, 11(1), 64-68.