Kuraklık stresine maruz bırakılan doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky.) orijinlerinde bazı stres parametrelerinin araştırılması

Öz

İklim değişikliği ile birlikte kuraklığın artması sonucu ormanların olumsuz yönde etkilenmesi beklenmektedir. Ormanları oluşturan fertler arasında kuraklık stresine dayanıklı genleri tespit etmek, kuraklığa karşı dayanıklı türleri geliştirmek ve tolerans mekanizmalarının belirlenmesi gibi çalışmaları yapmak kuraklık tehlikesi karşısında günümüzde bir kat daha önem kazanmıştır. Aynı zamanda orijinlerin kuraklığa karşı toleranslarının karşılaştırılması gelecekteki tohum transferi ve ıslah çalışmaları için de önem arz etmektedir. Bu çalışmada kuraklık stresine maruz bırakılan Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky.) orijinlerinin kuraklık stresine verdiği tepkilerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Bolu, İstanbul, Zonguldak ve Giresun orijinli tohumlar 2021 yılında temin edilmiştir. Tohumlar Artvin Çoruh Üniversitesi, Orman Fakültesi Serasında ekilmiş ve çimlendikten sonra 2 yaşına kadar bakımları ve 2023 yılının temmuz ayından itibaren 2 yaşına gelen fidanlara kuraklık stresi uygulamaları yapılmıştır. Fidanlara kuraklık stresi uygulamak için üç farklı sulama rejimi (günde 1 sulanan (kontrol), 2 günde 1 sulanan, hiç sulanmayan) oluşturulmuştur. 15 gün süren ve kuraklık stresi uygulamalarından sonra fidanlardan alınan yaprak numuneleriyle hidrojen peroksit (H2O2) ve lipid peroksidasyonunun son ürünü olan melondialdehit (MDA) analizleri yapılmıştır. Sulama rejimlerine göre gruplandırılan orijinlerin, kuraklık stresine maruz bırakılan gruplarında, kontrol gruplarına kıyasla H2O2 içeriğinin ve MDA seviyesinin arttığı gözlemlenmiştir. Bu artış Giresun ve Bolu orijinlerinde en fazla; Zonguldak ve İstanbul orijinlerinde azdır. Sonuç olarak, kuraklık stresine maruz bırakılan orijinler arasında en toleranslı olanın İstanbul orijini olduğu önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kuraklık stresi
• hidrojen peroksit
• lipid peroksidasyonu
• iklim değişikliği

Investigation of some stress parameters in oriental beech (Fagus orientalis Lipsky.) origins exposed to drought stress

Öz

It is expected that forests will be negatively affected as a result of increased drought due to climate change. Conducting studies such as identifying genes resistant to drought stress among the members of forests, developing species resistant to drought, and determining tolerance mechanisms have become even more important in the face of drought danger. At the same time, comparing the drought tolerance of the origins is also important for future seed transfer and breeding studies. This study, it was aimed at determining the responses of Oriental beech (Fagus orientalis Lipsky.) origins exposed to drought stress. Seeds originating from Bolu, İstanbul, Zonguldak and Giresun were supplied in 2021. The seeds were planted in Artvin Çoruh University, Faculty of Forestry Greenhouse, after germination, they were cared for until they were 2 years old, and drought stress treatments were applied to the seedlings that turned 2 years old in July 2023. Three different irrigation regimes (watered once a day (control), watered once every two days, and no watered) were created to apply drought stress to the seedlings. After 15 days of drought stress applications, leaf samples taken from the seedlings were analyzed for hydrogen peroxide (H2O2) and melondialdehyde (MDA), the end products of lipid peroxidation. It was observed that the H2O2 content and MDA level increased in the groups exposed to drought stress of the origins grouped according to irrigation regimes, compared to the control groups. This increase is highest in Giresun and Bolu origins; It is less in Zonguldak and İstanbul origins. As a result, it is suggested that the İstanbul origin is the most tolerant among the origins exposed to drought stress.

Anahtar Kelimeler

• Drought stress
• Hydrojen peroxide
• Lipid peroxidation
• Climate change

Kaynakça

1. Alam SM (1999) Nutrient uptake by plants under stress conditions. Handbook of Plant and Crop Stress, Second Edition, Resived and Expanded Edited by Mohammed Pessaakli. University of Arizona. Marcel Dekker Inc. Publishing. Chapter,12, 285-314.
2. Anjum SA, Wang LC, Farooq M, Hussain M, Xue LL, Zou CM (2011) Brassinolide application improves the drought tolerance in maize through modulation of enzymatic antioxidants and leaf gas exchange. Journal of Agronomy and Crop Science, 197(3): 177-185.
3. Atalay İ (1992) Kayın (Fagus orientalis Lipsky.) ormanlarının ekolojisi ve tohum transferi yönünden bölgelere ayrılması. Orman Bakanlığı Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü Yayın No:5, Ankara.
4. Büyük İ (2014) Tuz ve kuraklık stresi altında geliştirilmiş farklı fasülye (Phaseolus vulgaris L.) çeşitlerinde LEA-3 geni mRNA ifade seviyelerinin kantitatif real-time PCR yöntemiyle incelenmesi. Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Ankara.
5. Büyük İ, Aydın S, Aras S (2012) Bitkilerin stres koşullarına verdiği moleküler cevaplar. Türk Hijyen ve Deneysel Biyoloji Dergisi, 69 (2): 97-110.
6. Cai ZQ, Chen YJ, Guo YH, Cao KF (2005) Responses of two field-grown coffee species to drought and re-hydration. Photosynthetıca, 43 (2): 187-193.
7. Cheeseman KH, Slater TF (1993) An introduction to free radical biochemistry. British Medical Bulletin, 49(3): 481-493.
8. Çepel N (1995) Orman ekolojisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İ.Ü. Yayın No: 3886, O.F Yayın No:433, İstanbul.

9. Çetin F (2018) Farklı PLOİDİ seviyelerine sahip türk buğday çeşitlerinde kuraklık stresi altında fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin incelenmesi. Kastamonu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Kastamonu.
10. Desoky EM, Rady MM, Merwad MA (2018) Response of water deficit-stressed vigna unguiculata performances to silicon, proline or methionine foliar application. Scientia Horticulturae, 228:132-144.
11. Gaweł S, Wardas M, Niedworok E, Wardas P (2004) Malondialdehyde (MDA) as a lipid peroxidation marker. Wiadomosci lekarskie (Warsaw, Poland: 1960), 57(9-10), 453-455.
12. Gill SS, Tuteja N (2010) Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48(12): 909-930.
13. Halliwell B, Gutteridge JMC (1989) Free radicals in biology and medicine. Oxford, Clarendon Press.
14. Hasanuzzaman M, Alam M, Rahman A, Hasanuzzama M, Nahar K, Fujita M (2014) Exogenous proline and glycine betaine mediated upregulation of antioxidant defense and glyoxalase systems provides better protection against salt-induced oxidative stress in two rice (Oryza sativa L.) varieties. BioMed Research International, 17.
15. Hasegawa PM, Bressan RA, ZHU JK, Bohnert HJ (2000) Plant cellular and molecular response to high salinity. Annu. Rev. Plant Physiol., Plant Mol. Biol., 51: 463–469.
16. Hodges DM, DeLong JM, Forney CF, Prange RK (1999) Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds. Planta, 207: 604-611.
17. Hung SH, Yu CW, Lin CH (2005) Hydrogen peroxide functions as a stress signal in plants. Bot Bull Acad Sin., 46:1–10.
18. Kandemir G, Kaya Z (2009) Euforgen technical guidelines for genetic conservation and use of oriental beech (Fagus orientalis). Bioversity International, Rome, Italy, 6.
19. Kayacık H (1980) Orman ve park ağaçlarının özel sistematiği, gymnospermae (açık tohumlular). L.cilt, 4. Baskı, İ.Ü.Orman Fakültesi Yayım, İ.Ü. Yayın No:2642, O.F. Yayın No:281, İstanbul.
20. Khanna-Chopra R, Selote DS (2007) Acclimation to drought stres generates oxidative stres tolerance in drought-resistant than–susceptible wheat cultivar under field conditions. Environmental and Experimental Botany, 60: 276-283.
21. Kılıç B (2020) Prolin ön uygulamasının kuraklık stresi koşullarındaki Karaçam tohumlarının çimlenmesi üzerine etkilerinin araştırılması. Artvin Çoruh Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, Artvin.
22. Lambers H, Chapin FS, Pons TL (1998) Plant physiological ecology. SpringerVerlag, 540.
23. Levitt J (1980) Responses of plants to environmental stresses. II. Water, Radiation, Salt and Other Stress, Academic Press.i 3-7: 25-74.
24. Liu H, Sultan MARF, Liu XL, Zhang J, Yu F, Zhao HX (2015) Physiological and comparative proteomic analysis reveals different drought responses in roots and leaves of drought-tolerant wild wheat (Triticum boeoticum). PLoS One, 10(4): e0121852.
25. Nounjan N, Nghia PT, Theerakulpisut P (2012) Exogenous proline and trehalose promote recovery of rice seedlings from salt-stress and differentially modulate antioxidant enzymes and expression of related genes. Journal of plant physiology, 169(6): 596-604.
26. Okuma E, Soed K, Tada M, Murata Y (2000) Exogenous proline mitigates the ınhibition of growth of nicotiana tobacum culture cells under saline condition. Soil Sci. Plant Nutr, 46 (1): 257–263.
27. Özden H (2009) Kuraklık stresinin Kasnak meşesi (Quercus vulcanica) [Boiss & Heldr. ex] Kotschy ve Boz pırnal meşesinin (Quercus aucheri) [Jaub. & Spach] karşılaştırmalı olarak incelenmesi. İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, İstanbul.
28. Pan Y, Wu LJ, Yu ZL (2006) Effect of salt and drought on antioxidat enzymes activities and SOD isoenzymes of liquorice (Glycyrrhiza uralensis Fisch). Plant Growth and Regulation, 49: 157-165.
29. Plesa IM, Al Hassan M, González-Orenga S, Sestras AF, Vicente O, Prohens J, Boscaiu M, Sestras RE (2019) Responses to drought in seedlings of European Larch (Larix decidua Mill.) from several carpathian provenances. Forests, 10(6): 511.
30. Saatçioğlu F (1969) Silvikültürün biyolojik esasları ve prensipleri. İ.Ü Orman Fakültesi, İ.Ü Yayın No: 1429, O.F Yayın No: 138, İstanbul, 323.
31. Sairam RK, Deshmunkh PS, Saxena DC (1998) Role of antioxidant systems in wheat genotypes tolerance to water stres. Biologica Plantarum, 41: 384-394.
32. Sairam RK, Srivastava GC (2001) Water stres tolarence of wheat (Triticum aestivum L.) variations in hydrogen peroxide accumulation and antioxidant activity in tolerant and susceptible genotypes. Journal of Agronomy and Crop Science, 186: 63-70.
33. Salisbury FC, Ross C (1994) Fisiologta vegetal tecnologta agraria. Grupo Editorial Iberoamericana.
34. Sgherri C, Pinzino C, Nvari Izzo F (1996) Sunflower seedlings subjected to increasing stress by water deficit: changes in superoxide production related to the composition of thylakoid membranes. Physiologia Plantarum, 96(3): 446-452.
35. Shen X, Zhou L, Duan ZY, Lı A, Enejı E, Lı J (2010) Silicon effects on photosynthesis and antioxidant parameters of soybean seedlings under drought and ultraviolet-b radiation. J. Plant Phys., 167: 1248–1252.
36. Sofo A, Scopa A, Nuzzaci M, Vitti A (2015) Ascorbate peroxidase and catalase activities and their genetic regulation in plants subjected to drought and salinity stresses. Int. J. Mol. Sci. 16: 13561-13578.
37. Terzi R, Saglam A, Kutlu N, Nar H, Kadioglu A (2010) Impact of soil drought stress on photochemical efficiency of photo system II and antioxidant enzyme activities of Phaseolus vulgaris cultivars. Turkish Journal of Botany, 34: 1-10.
38. Turan ES (2018) Türkiye'nin iklim değişikliğine bağlı kuraklık durumu. Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 4(1): 63-69.
39. Turfan N (2016) Yerel ceviz çeşidinde (Juglans regia L.) abiyotik stres faktörlerine karşı dayanıklılık mekanizmasının belirlenmesi. Anadolu Journal of Agricultural Sciences, ISSN: 1308-8750 (Print), 1308-8769 (Online), 321-331.
40. URL-1 https://www.ogm.gov.tr/tr/yararli-bilgiler/haftanin-agaci/kayin. Erişim tarihi:14.03.2024.
41. Velikova V, Yordanov I, Edreva A (2000) Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants: protective roles of exogenous polyamines. Plant Science, 151: 59-66.
42. Wutipraditkul N, Wongwean P, Buaboocha T (2015) Alleviation of salt-induced oxidative stress in rice seedlings by proline and/or glycinebetaine. Biol Plan, 59: 547–553.
43. Xiong S, Wang Y, Chen Y, Gao M, Zhao Y, Wu L (2022) Effects of drought stress and rehydration on physiological and biochemical properties of four oak species in China. Plants, 11(5): 679.
44. Yang S, Shi J, Chen L, Zhang J, Zhang D, Xu Z, Xiao J, Zhu P, Liu Y, Lin T, Zhang L, Yang H, Zhong Y (2020) Physiological and biomass partitioning shifts to water stress under distinct soil types in Populus deltoides saplings. Journal of Plant Ecology, 13(5): 545-553.
45. Yüksel B, Aksoy Ö (2017) Su stresi koşullarında bitkilerde gözlenen değişimler. Journal of Scientific Reviews, 10 (2): 01-05.