Ceyhan HACIOĞLU, Elif ÖZTETİK. Anadolu Üniversitesi Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü ESKİŞEHİR

Transkript

1 Ceyhan HACIOĞLU, Elif ÖZTETİK Anadolu Üniversitesi Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü ESKİŞEHİR

2 GÜNÜMÜZDE, GİRİŞ Endüstriyel faaliyetler, yanlış yapılan tarımsal uygulamalar, trafik yoğunluğu ve doğal ortamlarda biriken kentsel atıklar, vs Toprak, su ve havadaki ağır metaller (AM) in konsantrasyonları (Stresty ve Madhava Rao 1999). AĞIR METALLERİN ARTIŞI İSE; Tüm canlıların yaşamını tehdit eden ve bitkilerin büyüme ve gelişim aşamalarını olumsuz yönde etkileyen, verim ve kalitenin düşmesine sebep olan faktörlerin başında gelmektedir.

3 Hücredeki normal metabolik süreçler esnasında devamlı şekilde serbest radikaller oluşur. Bu serbest radikaller moleküler oksijenle etkileşir ve Serbest Oksijen Radikallerini (ROS) oluştururlar. Doğrudan ya da dolaylı olarak, AM reaktif oksijen türleri (ROS) nin oluşumuyla bitkilerde oksidatif hasarlara neden olmaktadır. Abiyotik stres ve hücre ölümü (Gill ve Tuteja 2010)

4 Bununla birlikte, hücreler enzimatik ve enzimatik olmayan (non-enzimatik) antioksidan savunma mekanizmalarının yardımıyla ROS ların zararlı etkilerini detoksifiye edebilirler. Enzimatik Antioksidanlar Enzimatik olmayan antioksidanlar Süperoksitdismutaz (SOD) Katalaz (CAT) Glutatyonperoksidaz (GPx) Glutatyonredüktaz (GR) GlutatyonS-transferaz (GST) Glukoz 6-fosfat dehidrogenaz (G6PD) Vitamin E (Tokoferoller) Vitamin C (Askorbikasit) Vitamin A (β-karoten) Selenyum Transferin Laktoferrin Ürik asit Glukoz Askorbat Albumin Glutatyon Seruloplazmin Antioksidanların sınıflandırılması (Baskin ve Salem 1997)

5 Enzimatik Antioksidanlar Glutatyon S-transferaz (GST) GST ler (EC ) endojen ve ekzojen kaynaklı elektrofilik ve hidrofobik bileşiklerin GSH ile konjugasyonunu sağlayarak genellikle daha kolay atılabilen ve daha az toksik metabolitlere dönüşümünü katalizleyen enzim ailesidir (Sheehan ve ark. 2001; Hayes ve ark. 2005; Oakley 2005; Öztetik 2008). GST ler organizmalar arasında geniş bir yayılım gösterse de, yaklaşık 45 yıl önce bitkilerdeki GST nin keşfi, mısır ve onun atrazin herbisitinin yaralanmalarına karşı koruyucu etkilerinin belirlenmesi sırasında saptanmıştır (Frear ve Swanson 1970). GST lerin ortak özelliği tripeptit GSH aracılığıyla birçok hidrofobik toksik bileşiğin elektrofilik gruplarına saldırarak hücreden atılmalarını sağlama yetenekleridir. Bitkilerde ağır metal detoksifikasyonunun glutatyon aracılı yanıtı (Yadav 2010)

6 Enzimatik Olmayan Antioksidanlar Glutatyon (GSH) GSH bitkilerin sitozol, endoplazmik retikulum, vakuol ve mitokondrileri başta olmak üzere tüm hücrelerinde yoğun olarak bulunur. Yapısında sülfür bulundurması nedeniyle GSH konjugasyonu ile ksenobiyotiklerin detoksifikasyonunu sağlar (Lamb ve Dixon 1997). Antioksidan etkisini ise, yapısında merkezi olarak bulunan sistein rezidüsü ile yerine getirir. H 2 O 2 yi direk olarak, hidroksil, süperoksit radikalleri ile singlet oksijeni ise enzimatik olmayan biçimde etkisizleştirir (Avsian-Kretchmer ve ark. 1999). GSH tripeptid yapısı (Merck Index 11th Ed.)

7 Bitkileri ağır metallere karşı stres yanıtları (Anjum ve ark. 2012)

8 FAKAT, Gerekli element olsun veya olmasın AM lerin doku ve organlardaki aşırı birikimi, bitkilerin vejetatif ve generatif organlarının gelişimini olumsuz yönde etkilemektedir (Gür ve ark. 2004). VE HATTA TOKSİK ETKİLERİ NEDENİ İLE, Transpirasyon, Stoma hareketleri, Su alımı, Fotosentez, Enzim aktivitesi, Çimlenme, Protein sentezi, Zar stabilitesi, Hormonal denge gibi (Kennedy ve Gonsalves 1987). O ZAMAN, Bitkilerin AM stresinde metalin tür ve miktarı, zararın şiddeti ve türü toksisite tolerans sınırlarının bilinmesi, bitkilerin gelişimi ve canlılığı açısından oldukça önemlidir (Paschke ve ark. 2005).

9 AMAÇ Bu çalışmada ki amacımız da; Orta Anadolu dan seçilmiş iki değişik buğday varyetesine farklı konsantrasyonlarda uygulanan CdCl2 ve PbCl2 ağır metallerinin yaprak ve kök dokularında ki GST aktiviteleri, GSH ve protein miktarlarına olan etkilerinin belirlenmesidir.

10 MATERYAL ve METOD KADMİYUM (Cd) Toprak Endüstriyel faaliyetler, fosforlu gübreler, lağım atıkları, ısıtma sistemleri, trafik, güç istasyonları, çimento fabrikaları gibi çeşitli kaynaklardan ve kayaların minerilizasyonu ile yayılmaktadır (Liu ve ark. 2007; Doğan ve ark. 2009; Haktanır 1987). Bitkilerde Su ve iyon alımının azalması ile radikula büyüme ve gelişmesini engeller, Potasyum ve nitrat alımını azaltır, Sürgün gelişimini engeller (Verma ve Dubey 2003). Ayrıca, Stomaların kapanması nedeniyle transpirasyonla su kaybı azalmaktadır (Salt ve ark. 1995).

11 KURŞUN (Pb) Toprak Gübreler (fosfatlı), pestisitler, atık çamur, otomobil aerosolleri, maden eritme alanları, kentsel atıklar, boya sanayii gibi faaliyetlerin sonucunda topraktaki kurşun miktarı artmaktadır (Lamhamdi ve ark. 2011). Bitkilerde Çimlenme, Sürgün gelişimi, Hipokotil su içeriği (Lamhamdi ve ark. 2011) Hücre turgoru, Stoma hareketleri, Radikula gelişimi, Katyon anyon alımı, Besin alımı engellenmektedir (Sharma ve Dubey 2005).

12 Çalışmada Kullanılan Bitkiler Çalışmamızda buğday varyeteleri olarak, Triticum aestivum L. cv. İzgi-2001 ve Triticum aestivum L. cv. Alpu-2001 kullanılmıştır. Buğday (Triticum aestivum L.), dünyada ve Türkiye de stratejik bir bitki olup, insanların temel enerji ve protein kaynağı durumundadır. Türkiye de gıdasal enerjinin % 40 ı buğday ürünleri tarafından karşılanır. Ülkemizin ekili alanlarına bakıldığında, yaklaşık % 50 sini tahıllar, tahılların ekim alanlarının da yaklaşık % 70 ini buğday oluşturduğu görülmektedir (Güleç ve ark. 2010). Bu bitkiler özellikle Orta Anadolu Bölgemizde yaygın olarak ekimi yapıldığı için tercih edilmiş olup, Eskişehir Geçit Kuşağı Tarımsal Araştırma Enstitüsü nden temin edilmiştir.

13 Çimlenme Tohumlar; 2 saat çeşme suda 2 saat distile suda Çimlenme yatağı Çimlenme kabinin C, ± 1 0 C; 16 s aydınlık/ 8 s karanlık günlük fotoperiyot Tüm değerler üç bağımsız deney grubu ile her birinin üçlü tekrarlarından elde edilmiştir (n=9).

14 Sitosolik ekstraktın hazırlanması: Öztetik (2010) yöntemine göre gerçekleştirilmiştir. Bitki örnekleri 1:3 oranında Ekstraksiyon tamponu 4 30 saniye periyotlar ile rpm Ultra- Turrax T25 ile homojenize Homojenat +4 o C de rpm 30 dakika boyunca santrifüj GST aktivitesi Habig ve ark. (1974) yöntemine göre; Protein miktarı Lowry ve ark. (1951) yöntemine göre belirlenmiştir.

15 GSH miktarı: Ellman prosedürü (1958 ve 1959) kullanılarak belirlenmiştir. Örnek %5 lik TCA 3 30 saniye periyotlar ile rpm de Ultra-Turrax T25 ile homojenize +4 o C de rpm 15 dakika boyunca santrifüj Süpernatantın ph sı 1M NaOH kullanılarak ph

16 SONUÇLAR Farklı konsantrasyonlarda uygulanan CdCl2 varyetelerinin çimlenmeleri üzerine etkileri ve PbCl2 nin cv. Alpu 2001 ile cv. İzgi-2001

17 Yaprak GST Aktivitesi (U/mg) % Kök GST Aktivitesi (U/mg) % Farklı konsantrasyonlarda uygulanan CdCl 2 ve PbCl 2 ın buğday varyetelerinin GST aktiviteleri üzerindeki etkisi Kontrol Pb 1.5mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM Kontrol Pb 1.5mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM 100 Com 3mM 150 Com 3mM Alpu-2001 İzgi Alpu-2001 İzgi-2001 : Ağır metal uygulamaları ile kontrol değerleri arasındaki farkın p<0.05 seviyesinde önemli olduğunu ifade etmektedir. Değerler 3 tekrarın ortalaması olup, barlar ± standart hata değerlerini göstermektedir.

18 Yaprak Protein Miktarı (mg/ml) % Kök Protein Miktarı (mg/ml) % Farklı konsantrasyonlarda uygulanan CdCl 2 ve PbCl 2 ın buğday varyetelerinin protein miktarları üzerindeki etkisi 250 Kontrol 250 Kontrol Pb 1.5mM Pb 1.5mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM Com 3mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM Com 3mM Alpu-2001 İzgi Alpu-2001 İzgi-2001

19 Yaprak GSH (µl/ml) % Kök GSH (µl/ml) % Farklı konsantrasyonlarda uygulanan CdCl 2 ve PbCl 2 ın buğday varyetelerinin GSH miktarları üzerindeki etkisi 300 Kontrol 300 Kontrol Pb 1.5mM Pb 1.5mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM Pb 3mM Cd 1.5mM Cd 3mM Com 1.5mM 150 Com 3mM 150 Com 3mM Alpu-2001 İzgi Alpu-2001 İzgi-2001

20 TARTIŞMA AM ler bitki büyüme ve gelişmesinde fizyolojik ve biyokimyasal yolakları bozarak, olumsuz yönde etkilere sahiptir. AM stresine verilen cevaplar, ağır metalin türüne, konsantrasyona, uygulama süresine, bitki varyetesine ve buna benzer birçok faktöre bağlı olarak değişebilmektedir. Bir tarım ülkesi olan Türkiye nin çeşitli nedenlerle toprak ve su kaynaklarının artarak kirlendiği düşünülürse, topraklarımızda yetiştirilen ve ekonomik önemi olan türlerin daha dirençli hale getirilmesi veya dirençli türlerin ekilmesi büyük önem arz etmektedir. Bu amaçtan yola çıkılarak yaptığımız çalışmada Alpu-2001 varyetesi fizyolojik ve biyokimyasal açıdan diğer varyeteye göre daha dirençli olduğu bulunmuştur.

21 Bu kongre aracılığıyla çalışmalarımızı sizlerle paylaşma olanağı sağlayan Türk Biyokimya Derneği ne ve değerli Kongre Kurullarına, Sunumumuz için katkı sağlayan TÜBİTAK a, Ve İlginiz için siz kıymetli katılımcılara TEŞEKKÜRLER!!!