Bitki büyüme düzenleyicileri (PGR'ler)Stres koşulları altında bitki savunmasını güçlendirmenin uygun maliyetli bir yoludur. Bu çalışma, iki farklı yöntemin yeteneğini araştırmıştır.PGR'lerBu çalışmada, buğdayda tuz stresini hafifletmek için tiyoüre (TU) ve arginin (Arg) kullanılmıştır. Sonuçlar, özellikle birlikte kullanıldıklarında TU ve Arg'nin tuz stresi altında bitki büyümesini düzenleyebildiğini göstermiştir. Bu uygulamalar, buğday fidelerinde antioksidan enzimlerin aktivitesini önemli ölçüde artırırken, reaktif oksijen türleri (ROS), malondialdehit (MDA) ve nispi elektrolit sızıntısı (REL) seviyelerini düşürmüştür. Ayrıca, bu uygulamalar Na+ ve Ca2+ konsantrasyonlarını ve Na+/K+ oranını önemli ölçüde azaltırken, K+ konsantrasyonunu önemli ölçüde artırarak iyon-ozmotik dengeyi korumuştur. Daha da önemlisi, TU ve Arg, tuz stresi altındaki buğday fidelerinin klorofil içeriğini, net fotosentetik oranını ve gaz değişim oranını önemli ölçüde artırmıştır. Tek başına veya kombinasyon halinde kullanılan TU ve Arg, kuru madde birikimini %9,03-47,45 oranında artırabilir ve bu artış, birlikte kullanıldıklarında en yüksek seviyede olmuştur. Sonuç olarak, bu çalışma redoks homeostazının ve iyon dengesinin korunmasının bitkilerin tuz stresine karşı toleransını artırmak için önemli olduğunu vurgulamaktadır. Ayrıca, TU ve Arg potansiyel olarak önerilmiştir.bitki büyüme düzenleyicileri,Özellikle birlikte kullanıldıklarında, buğday verimini artırırlar.
İklim ve tarım uygulamalarındaki hızlı değişimler, tarımsal ekosistemlerin bozulmasını artırmaktadır¹. En ciddi sonuçlardan biri, küresel gıda güvenliğini tehdit eden toprak tuzlanmasıdır². Tuzlanma şu anda dünya genelinde ekilebilir arazinin yaklaşık %20'sini etkilemekte olup, bu rakam 2050 yılına kadar %50'ye çıkabilir³. Tuz-alkali stresi, bitki köklerinde ozmotik strese neden olarak bitkideki iyon dengesini bozabilir⁴. Bu tür olumsuz koşullar ayrıca klorofil yıkımının hızlanmasına, fotosentez oranlarının azalmasına ve metabolik bozukluklara yol açarak nihayetinde bitki veriminin azalmasına neden olabilir⁵,⁶. Dahası, yaygın ve ciddi bir etki, DNA, proteinler ve lipitler de dahil olmak üzere çeşitli biyomoleküllere oksidatif hasar verebilen reaktif oksijen türlerinin (ROS) artan üretimidir⁷.
Buğday (Triticum aestivum), dünyadaki en önemli tahıl ürünlerinden biridir. Sadece en yaygın olarak yetiştirilen tahıl ürünü değil, aynı zamanda önemli bir ticari üründür8. Bununla birlikte, buğday tuza karşı hassastır; tuz, büyümesini engelleyebilir, fizyolojik ve biyokimyasal süreçlerini bozabilir ve verimini önemli ölçüde azaltabilir. Tuz stresinin etkilerini azaltmanın başlıca stratejileri arasında genetik modifikasyon ve bitki büyüme düzenleyicilerinin kullanımı yer almaktadır. Genetiği değiştirilmiş organizmalar (GM), tuz toleranslı buğday çeşitleri geliştirmek için gen düzenleme ve diğer tekniklerin kullanılmasıdır9,10. Öte yandan, bitki büyüme düzenleyicileri, fizyolojik aktiviteleri ve tuzla ilgili maddelerin seviyelerini düzenleyerek buğdayda tuz toleransını artırır ve böylece stres hasarını azaltır11. Bu düzenleyiciler genellikle transgenik yaklaşımlardan daha kabul görmüş ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Tuzluluk, kuraklık ve ağır metaller gibi çeşitli abiyotik streslere karşı bitki toleransını artırabilir ve tohum çimlenmesini, besin alımını ve üreme büyümesini teşvik ederek ürün verimini ve kalitesini artırabilirler. 12 Bitki büyüme düzenleyicileri, çevre dostu olmaları, kullanım kolaylığı, maliyet etkinliği ve pratiklikleri nedeniyle mahsul büyümesini sağlamak, verimi ve kaliteyi korumak için kritik öneme sahiptir. 13 Bununla birlikte, bu düzenleyicilerin benzer etki mekanizmalarına sahip olması nedeniyle, bunlardan birini tek başına kullanmak etkili olmayabilir. Olumsuz koşullar altında buğday ıslahı, verimi artırmak ve gıda güvenliğini sağlamak için buğdayda tuz toleransını artırabilecek bir büyüme düzenleyici kombinasyonu bulmak çok önemlidir.
TU ve Arg'nin birlikte kullanımını araştıran herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu yenilikçi kombinasyonun tuz stresi altında buğday büyümesini sinerjik olarak destekleyip destekleyemeyeceği belirsizdir. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, bu iki büyüme düzenleyicisinin tuz stresinin buğday üzerindeki olumsuz etkilerini sinerjik olarak hafifletip hafifletemeyeceğini belirlemektir. Bu amaçla, bitkilerin redoks ve iyon dengesine odaklanarak, tuz stresi altındaki buğdaya TU ve Arg'nin birlikte uygulanmasının faydalarını araştırmak için kısa süreli bir hidroponik buğday fide deneyi gerçekleştirdik. TU ve Arg kombinasyonunun, tuz stresi kaynaklı oksidatif hasarı azaltmak ve iyon dengesizliğini yönetmek için sinerjik olarak çalışabileceğini ve böylece buğdayda tuz toleransını artırabileceğini varsaydık.
Numunelerin MDA içeriği tiyobarbitürik asit yöntemiyle belirlendi. 0,1 g taze numune tozu hassas bir şekilde tartıldı, 1 ml %10 trikloroasetik asit ile 10 dakika süreyle ekstrakte edildi, 10.000 g'de 20 dakika santrifüj edildi ve süpernatant toplandı. Ekstrakt, eşit hacimde %0,75 tiyobarbitürik asit ile karıştırıldı ve 100 °C'de 15 dakika inkübe edildi. İnkübasyondan sonra, süpernatant santrifüj yoluyla toplandı ve 450 nm, 532 nm ve 600 nm'deki OD değerleri ölçüldü. MDA konsantrasyonu aşağıdaki gibi hesaplandı:
3 günlük tedaviye benzer şekilde, Arg ve Tu uygulaması, 6 günlük tedavi altında da buğday fidelerinin antioksidan enzim aktivitelerini önemli ölçüde artırdı. TU ve Arg kombinasyonu hala en etkili olanıydı. Bununla birlikte, tedaviden 6 gün sonra, farklı tedavi koşulları altındaki dört antioksidan enzimin aktiviteleri, tedaviden 3 gün sonraki duruma kıyasla azalan bir eğilim gösterdi (Şekil 6).
Fotosentez, bitkilerde kuru madde birikiminin temelini oluşturur ve tuza karşı son derece hassas olan kloroplastlarda gerçekleşir. Tuz stresi, plazma zarının oksidasyonuna, hücresel ozmotik dengenin bozulmasına, kloroplast ultrastrüktürünün hasar görmesine36, klorofil bozulmasına, Calvin döngüsü enzimlerinin (Rubisco dahil) aktivitesinin azalmasına ve PS II'den PS I'e elektron transferinin azalmasına37 yol açabilir. Ayrıca, tuz stresi stoma kapanmasına neden olarak yaprak CO2 konsantrasyonunu azaltabilir ve fotosentezi engelleyebilir38. Sonuçlarımız, tuz stresinin buğdayda stoma iletkenliğini azalttığını, bunun da yaprak terleme oranını ve hücre içi CO2 konsantrasyonunu azalttığını ve sonuç olarak buğdayın fotosentetik kapasitesini ve biyokütlesini azalttığını gösteren önceki bulguları doğruladı (Şekil 1 ve 3). Özellikle, TU ve Arg uygulaması, tuz stresi altındaki buğday bitkilerinin fotosentetik verimliliğini artırabilir. Fotosentetik verimlilikteki iyileşme, TU ve Arg aynı anda uygulandığında özellikle önemliydi (Şekil 3). Bu durum, TU ve Arg'nin stoma açılıp kapanmasını düzenleyerek fotosentetik verimliliği artırmasından kaynaklanıyor olabilir; bu da önceki çalışmalarla desteklenmektedir. Örneğin, Bencarti ve ark. tuz stresi altında TU'nun Atriplex portulacoides L.'de stoma iletkenliğini, CO2 asimilasyon oranını ve PSII fotokimyasının maksimum kuantum verimliliğini önemli ölçüde artırdığını bulmuşlardır.39 Arg'nin tuz stresine maruz kalan bitkilerde stoma açılıp kapanmasını düzenleyebileceğini kanıtlayan doğrudan raporlar olmamasına rağmen, Silveira ve ark. Arg'nin kuraklık koşullarında yapraklarda gaz değişimini teşvik edebileceğini belirtmişlerdir.22
Özetle, bu çalışma, farklı etki mekanizmalarına ve fizikokimyasal özelliklerine rağmen, TU ve Arg'nin özellikle birlikte uygulandıklarında buğday fidelerinde NaCl stresine karşı karşılaştırılabilir direnç sağlayabildiğini vurgulamaktadır. TU ve Arg'nin uygulanması, buğday fidelerinin antioksidan enzim savunma sistemini aktive edebilir, ROS içeriğini azaltabilir ve membran lipitlerinin stabilitesini koruyarak fidelerde fotosentezi ve Na+/K+ dengesini sürdürebilir. Bununla birlikte, bu çalışmanın da sınırlamaları vardır; TU ve Arg'nin sinerjik etkisi doğrulanmış ve fizyolojik mekanizması bir ölçüde açıklanmış olsa da, daha karmaşık moleküler mekanizma belirsizliğini korumaktadır. Bu nedenle, transkriptomik, metabolomik ve diğer yöntemler kullanılarak TU ve Arg'nin sinerjik mekanizmasının daha ayrıntılı incelenmesi gerekmektedir.
Bu çalışmada kullanılan ve/veya analiz edilen veri setleri, makul bir talep üzerine ilgili yazardan temin edilebilir.
Yayın tarihi: 19 Mayıs 2025