Kadmiyum stresine maruz bırakılan soya fasulyesi [Glycine max (L.) merrill] fidelerinde 24-epibrassinolid'in büyüme ve antioksidan sistem üzerine etkileri

Abstract

Ağır metaller bitkiler üzerinde negatif etkilere sahiptir. Bu metallere karşı bitki savunma sisteminin yanı sıra bu sisteme destek sağlayacak hormonların kullanımı son yıllarda artış göstermektedir. Önemli bir hormon grubu olan brassinosteroid (BR)'ler bitki büyüme ve gelişiminde önemli roller oynamakla birlikte, çevresel stresler karşısında da bitki toleransını arttırmaktadır. Bu çalışmada, küresel ölçekte en fazla ekimi yapılan dördündü kültür bitkisi olan soya fasulyesi [Glycine max (L.) Merril] fidelerinin yapraklarında önemli derecede toksik ve toprakta varlığı giderek artan kadmiyum (Cd) ağır metalinin meydana getirdiği strese karşı brassinosteroid hormon grubundan olan, 24-Epibrassinolid (EBL)'in etkileri moleküler ve fizyolojik düzeyde araştırılmıştır. Yapılan çalışmada, soya fasulyesi fideleri 10 gün boyunca hidroponik sistemde 20 ve 40 mg L-1 içeren kadmiyuma maruz bırakılmış ve 2 gün aralıklarla yapraklara spreyleme yöntemi ile EBL (1 µM) uygulanmıştır. Soya fasulyesi fidelerinde Cd konsantrasyonundaki artışa bağlı olarak büyüme parametrelerinde (gövde ve kök yaş ve kuru ağırlıkları, kök ve gövde uzunlukları ve pigment içeriği) azalma tespit edilirken, Cd miktarında artış belirlenmiştir. Kadmiyum ile birlikte yapılan EBL uygulamaları gövde yaş ve kuru ağırlığı, gövde uzunluğu ve pigment seviyesinde kontrole göre artış meydana getirmiştir. Kadmiyum uygulamaları antioksidan enzimlerin (SOD, CAT, APX ve POD) aktivitelerinde artmaya neden olurken, 20 mg L-1 Cd ile birlikte yapılan EBL uygulamaları kontrole ve tek başına yapılan 20 mg L-1 Cd uygulamasına kıyasla enzim aktivitelerin daha da artmasına neden olmuştur. Hidrojen peroksit ve malondialdehit (MDA) seviyesi Cd uygulamaları ile artarken, Cd ve EBL'nin kombine uygulaması söz konusu stres indikatörlerinin azalmasına neden olmuştur. Kadmiyum stresi altında EBL uygulaması soya fasulyesi yapraklarında prolin, toplam fenolik ve flavonoid içeriklerinin kontrol ve kadmiyum uygulamalarına kıyasla daha fazla artmasına neden olmuştur. Kadmiyum stresine maruz bırakılan fidelerin yapraklarında antioksidan sistem ile ilgili bazı genlerin (CSD5, FSD3, MSD1, CAT1, APX1 ve POD) ekspresyon seviyeleri üzerine EBL'nin etkileri araştırılmıştır. Kadmiyum ve EBL uygulamaları CSD5 geni hariç ekspresyon seviyesi araştırılan genleri pozitif regüle etmiştir. Sonuçlar Cd stresi altında soya fasulyesi fidelerinin yapraklarında spreyleme yöntemi ile uygulanan EBL hormonu antioksidan sistemi biyokimyasal ve moleküler düzeyde olumlu anlamda regüle ettiğini göstermiştir.

Heavy metals have negative effects on plants. In addition to the plant defense system against these metals, the use of hormones to support this system has increased in recent years. Brassinosteroids (BR), an important group of hormones, play important roles in plant growth and development, and increase plant tolerance against environmental stresses. In this study, 24-Epibrassinolide (EBL) which is a brassinosteroid hormone group against the stress caused by cadmium (Cd) heavy metal, which is significantly toxic in the leaves of soybean [Glycine max (L.) Merril] seedlings, which is the fourth crop plant globally, were investigated. The effects of have been investigated at the molecular and physiological levels. In the study, soybean seedlings were exposed to cadmium containing 20 and 40 mg L-1 in a hydroponic system for 10 days and the EBL (1 µM) was applied to the leaves by spraying method at 2-day intervals. Depending on the increase in Cd concentration in soybean seedlings, a decrease was detected in growth parameters (stem and root fresh and dry weights, root and stem lengths and pigment content), while an increase in the amount of Cd was determined. The EBL applications with cadmium caused an increase in stem fresh and dry weight, stem length and pigment level compared to the control. While cadmium applications caused an increase in the activities of antioxidant enzymes (SOD, CAT, APX and POD), the EBL applications with 20 mg L-1 Cd caused an increase in the activities compared to the control and 20 mg L-1 Cd application alone. While hydrogen peroxide and malondialdehyde (MDA) levels increased with Cd applications, the combined application of Cd and EBL caused a decrease in the mentioned stress indicators. EBL application under cadmium stress caused a higher increase in proline, total phenolic and flavonoid contents in soybean leaves. The effects of the EBL on the expression levels of some genes related to the antioxidant system (CSD5, FSD3, MSD1, CAT1, APX1 and POD) in the leaves of seedlings exposed to cadmium stress were investigated. Cadmium and EBL treatments positively regulated the genes whose expression level was investigated, except for the CSD5 gene. As a result, the EBL hormone applied by spray method on the leaves of soybean seedlings under Cd stress regulated the antioxidant system at the biochemical and molecular levels.