Selenium Metabolism in Plants and Using in Agriculture

Öz

Selenium, whose main source is soil, has attracted the attention of researchers since its discovery in 1817. Selenium, which is found in different charge and forms, is found in inorganic form in soil clays and water, while it is found in organic form in plants, animals fed with plants, some seafood and humans. The main source of selenium, which is an essential micronutrient element for humans and animals and causes toxicity when consumed in excess, is plants. Various studies have shown the importance of selenium in preventing cancer, cardiovascular diseases and viral infections, as well as thyroid and immune system functions, fertility and aging. Plants play a unique role in recycling and transporting Selenium from the soil to the food chain. The Se concentration in agricultural products depends on the Se content and bioavailability in the soil. Food security problem will increase even more in changing environment and climate conditions. In these conditions, the effect of micro element applications, which is an application that is not applied much in practice, will be seen more clearly. Agricultural selenium use, and knowing the positive and negative returns are important for studies on selenium. This review was conducted to reveal the metabolic behavior of selenium, which is important for human health, in plants and its importance in stress physiology, although it is not an essential element to be taken.

Anahtar Kelimeler

• Selenium
• Selenate
• Plant Selenium intake
• Selenium use in agriculture

Selenyumun Bitki Metabolizması ve Tarımsal Kullanımı

Öz

Ana kaynağı toprak olan selenyum 1817 yılında keşfinden bu yana araştırmacıların ilgisini çekmektedir. Farklı yük ve formlarda bulunan selenyum toprak killerinde ve suyunda inorganik formda bulunurken bitkiler, bitkiler ile beslenen hayvanlar, bazı deniz ürünleri ve insanlarda organik formda bulunmaktadır. İnsanlar ve hayvanlar için temel bir mikro besin elementi olan ve aşırı miktarda alındığında toksiditeye neden olan selenyumun ana selenyum kaynağı bitkilerdir. Selenyumun kanser, kardiyovasküler hastalıklar ve viral enfeksiyonların yanı sıra tiroid ve bağışıklık sistemi fonksiyonları, doğurganlık ve yaşlanmanın önlenmesindeki önemini çeşitli araştırmalar göstermiştir. Bitkiler, Selenyumun topraktan besin zincirine geri dönüştürülmesinde ve taşınmasında benzersiz bir rol oynar. Tarımsal ürünlerde Se konsantrasyonu, topraktaki Se içeriğine ve biyoyararlanımına bağlıdır. Değişen çevre ve iklim şartlarında gıda güvenliği sorunu daha da artış gösterecektir. Söz konusu bu koşullarda pratikte çok uygulanmayan bir uygulama olan mikro element uygulamalarının etkisi daha da bariz bir şekilde görülecektir. Tarımsal açıdan selenyum kullanımı, artı ve eksi getirililerin bilinmesi selenyum ile ilgili yapılacak çalışmalar için önemlidir. Bu derleme, insan sağlığı açısından önemli olan selenyumun bitkilerdeki metabollik davranışlarını ve özellikle mutlak alınması gerekli bir element olmamasına rağmen stres fizyolojisindeki önemini ortaya koymak amacıyla yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Selenyum
• Selenat
• Bitki selenyum alımı
• Tarımda selenyum kullanımı

Kaynakça

1. Duntas LH, Benvenga S. Selenium: an element for life. Endocrine, 48(3), 756-775. 2015
2. Rosenfeld I, Beath OA. Selenium: geobotany, biochemistry, toxicity, and nutrition. Academic Press. Library of congress catalog card number: 64-21674.2013
3. Terry N, Zayed AM, De Souza MP, Tarun AS. Selenium in higher plants. Annual review of plant biology, 51(1), 401-432. 2000
4. Elrashidi MA, Adriano DC, Lindsay WL. Solubility, speciation, and transformations of selenium in soils. Selenium in Agriculture and the Environment, 23, 51-63. 1989
5. Elrashidi MA, Adriano DC, Workman SM. Lindsay WL. Chemical equilibria of selenium in soils: a theoretical development1. Soil Science, 144(2), 141-152. 1987
6. Germ M, Stibilj V, Kreft I. Metabolic importance of selenium for plants. The European Journal of Plant Science and Biotechnology, 1(1), 91-97. 2007
7. Gupta M, Gupta S. An overview of selenium uptake, metabolism, and toxicity in plants. Frontiers in Plant Science, 7, 2074. 2017
8. Mirza H, Hossain MA, Fujita M. Selenium in higher plants: physiological role, antioxidant metabolism and abiotic stress tolerance. Journal of Plant Sciences, 5(4), 354-375. 2010

9. Li HF, McGrath SP, Zhao FJ. Selenium uptake, translocation and speciation in wheat supplied with selenate or selenite. New Phytologist, 178(1), 92-102. 2008
10. Rayman MP. The importance of selenium to human health. The lancet, 356(9225), 233-241. 2000
11. Läuchli A. Selenium in plants: uptake, functions, and environmental toxicity. Botanica Acta, 106(6), 455-468. 1993
12. Sors TG, Ellis DR, Salt DE. Selenium uptake, translocation, assimilation and metabolic fate in plants. Photosynthesis research, 86(3), 373-389. 2005
13. Pilon-Smits EA, Quinn CF. Selenium metabolism in plants. In Cell biology of metals and nutrients (pp. 225-241). Springer, Berlin, Heidelberg. 2010
14. White P J. Selenium metabolism in plants. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects, 1862(11), 2333-2342. 2018
15. Guignardi Z, Schiavon M. Biochemistry of plant selenium uptake and metabolism. In Selenium in plants (pp. 21-34). Springer, Cham. 2017
16. Wang Y, Böck A, Neuhierl B. Acquisition of selenium tolerance by a selenium non‐accumulating Astragalus species via selection. Biofactors 9.1 (1999): 3-10.
17. Kaur N, Sharma S, Kaur S, Nayyar H. Selenium in agriculture: a nutrient or contaminant for crops?. Archives of Agronomy and Soil Science, 60(12), 1593-1624. 2014
18. Sager M. Selenium in agriculture, food, and nutrition. Pure and applied chemistry, 78(1), 111-133. 2006
19. Olson OE, Novacek EJ, Whitehead EI, Palmer IS. Investigations on selenium in wheat. Phytochemistry, 9(6), 1181-1188. 1970
20. Shrift A, Ulrich JM. Transport of selenate and selenite into Astragalus roots. Plant physiology, 44(6), 893-896. 1969
21. Cartes P, Gianfreda L, Mora ML. Uptake of selenium and its antioxidant activity in ryegrass when applied as selenate and selenite forms. Plant and Soil, 276(1-2), 359-367. 2005
22. de Souza MP, Lytle CM, Mulholland MM, Otte ML, Terry N. Selenium assimilation and volatilization from dimethylselenoniopropionate by Indian mustard. Plant physiology, 122(4), 1281-1288. 2000
23. White PJ, Bowen HC, Parmaguru P, Fritz M, Spracklen WP, Spiby RE, Smith BM. Interactions between selenium and sulphur nutrition in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany, 55(404), 1927-1937. 2004
24. Arvy MP. Selenate and selenite uptake and translocation in bean plants (Phaseolus vulgaris). Journal of experimental botany, 44(6), 1083-1087. 1993
25. Rani N, Dhillon KS, Dhillon SK. Critical levels of selenium in different crops grown in an alkaline silty loam soil treated with selenite-Se. Plant and soil, 277(1-2), 367-374. 2005
26. Škarpa P, Hajátková I. Účinek aplikace vybraných forem selenu na výnos a kvalitu máku (Papaver sommiferum L). 2011
27. Çetinsoy MF. Daşgan HY. Hıyar Yetiştiriciliğinde Selenyum ve Silisyum Yaprak Gübrelerinin Etkileri. Nevşehir Bilim ve Teknoloji Dergisi, 5, 243-252. 2016
28. Turan MA, Taban S, Sezer SM, Türkmen N. Selenyumca zenginleştirilmiş sarımsak üretimi. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 27(1), 19-26. 2013
29. Hartikainen H, Xue T, Piironen V. Selenium as an anti-oxidant and pro-oxidant in ryegrass. Plant and soil, 225(1-2), 193-200. 2000
30. Xue T, Hartikainen H, Piironen V. Antioxidative and growth-promoting effect of selenium on senescing lettuce, Plant and Soil, 237, 55–61. 2001
31. Khattab H. Metabolic and oxidative responses associated with exposure of Eruca sativa (Rocket) plants to different levels of selenium. Int J Agric Biol, 6, 1101-1106. 2004
32. Djanaguiraman M, Devi DD, Shanker AK, Sheeba A, Bangarusamy U. Selenium-an antioxidative protectant in soybean during senescence. Plant Soil.272: 77–86.2005
33. Ramos SJ, Faquin V, Guilherme LRG, Castro EM, Ávila FW, Carvalho GS, Oliveira C. Selenium biofortification and antioxidant activity in lettuce plants fed with selenate and selenite. Plant, Soil and Environment, 56(12), 584-588. 2010
34. Yılmaz S. Selenyum uygulamalarının arpada (Hordeum vulgare L.) selenyum, kükürt ve azot alımına ve aminoasit içeriğine etkisi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı Yüksek Lisans. 2006
35. Çakır S. Selenyum Toksisitesinin İki Arpa (Hordeum vulgare L.) Çeşitinde (TARM 92, BÜLBÜL 89) Antioksidan Enzim Aktivitesine Etkisi. 2007
36. Özdemir Ö. Accumulation of selenium in different wheat genotypes and its protective role against various abiotic stress factors (Doctoral dissertation). 2008
37. Molnárová M, Fargašová A. Se (IV) phytotoxicity for monocotyledonae cereals (Hordeum vulgare L., Triticum aestivum L.) and dicotyledonae crops (Sinapis alba L., Brassica napus L.). Journal of hazardous materials, 172(2-3), 854-861. 2009
38. Harmankaya M. Orta Anadolu bölgesinde toprakların ve buğdayın selenyum düzeyinin belirlenmesi ve selenyum gübrelemesine farklı buğday genotiplerinin tepkisinin araştırılması (Doctoral dissertation, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü). 200
39. Yao X, Chu J, Wang G. Effects of selenium on wheat seedlings under drought stress. Biological Trace Element Research, 130(3), 283-290. 2009
40. Hawrylak-Nowak B, Matraszek R, Szymańska M. Selenium modifies the effect of short-term chilling stress on cucumber plants. Biological trace element research, 138(1-3), 307-315. 2010
41. Gökbulut T. Bazı buğday çeşitlerinde selenyum birikimi ve selenyum toksisitesinin antioksidan enzim aktivitesine etkisi (Doctoral dissertation, Yüksek Lisans Tezi, Erciyes Üniversitesi, Kayseri). 2010
42. Saffar Y A, Lahoutı M, Ganjealı A. The effects of dıfferent selenıum concentratıons on some morpho-physıologıcal characterıstıcs of spınach (spınacıa oleracea l.). 2012
43. Irmak S, Semercioğlu T. Çukurova Bölgesi’nde yetiştirilen bazı buğday (Triticum Spp.) çeşitlerinde toprak-bitki selenyum içeriği arasındaki ilişki. International Journal of Agricultural and Natural Sciences, 5(2), 19-23. 2012
44. Abbas SM. Low levels of selenium application attenuate low temperature stress in sorghum [Sorghum bicolor L. Moench] seedlings. Pakistan Journal of Botany, 45(5), 1597-1604. 2013