Investigation of al stress induced alterations in bryophyllum daigremontianum (Raym.-hamet & perrier) A.berger by using physiological methods and molecular markers

Abstract

YÖK Tez No: 456321Bu çalışmada, Bryophyllum daigremontianum (Raym.-Hamet & H. Perrier) A.Berger bitkisinin Al elementine karşı mineral beslenme, fotosentetik pigment, total protein ve genotoksik özellikleri açısından ne gibi yanıtlar verdiği araştırılmıştır. Bitkiler 0 (kontrol), 50, 100 ve 200 konsantrasyonlarda AlCl3 içeren Hoagland çözeltileri (20 ml) ile 2,5 ay boyunca gün aşırı sulandılar. Toprak pH'sı düştüğünde (4,5-5,0) Al çözünerek fitotoksik hali olan Al3+ formuna dönüşmekte, taban suyunda çözünerek bitki kökleri tarafından emilmektedir. Bu yüzden, deney gruplarına ek olarak asit kontrol grubu eklendi. Sulamanın sonrasındaki gün deney gruplarına toprağa püskürtülmek suretiyle sülfirik asit (% 0,2) verildi. Asit kontrol grubu, asitin bitkide meydana getirdiği etkileri görmek amacıyla oluşturulmuş olup, gruba yalnızca Hogland solüsyonu ve sonraki gün sülfirik asit verildi. 2,5 ayın sonunda, hasat edilen bitkilerde fotosentetik pigmentler (klorofil a, klorofil b, total klorofil, klorofil a/b ve karotenoid) ve total protein miktarına bakıldı. Bitkide kök, gövde ve yapraklardaki Al elementi ve diğer mineral besin elementleri (Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Mn ve Zn) ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer ) cihazı ile ölçüldü, RAPD-PZR ve ISSR-PZR yöntemleri ile genotoksisite analizleri yapıldı. Klorofil a-b ve karotenoid miktarları Arnon (1949) formülasyonuna göre ve total protein miktarı Bradford (1976) baz alınarak hesaplandı. Sonuç olarak 50, 100 ve 200 ?M konsantrasyonları; kontrol grubu ile kıyaslandığında sırasıyla; klorofil a % ~6,57, ~3,61, ~8,88, ~8,22; klorofil b % ~22,11, ~21,60, ~21,60, ~1,00; total klorofil % ~11,76, ~11,96, ~21,60, ~11,37; karotenoid değişim yok, % ~7,03, ~6,25, ~7,81 olarak genel bir düşüş olduğu klorofil a/b oranlarında ise % ~4,19, ~15,05, ~12,75, ~12,29 olarak arttığı gözlenmiştir. Total protein miktarında ise konsantrasyona bağlı olarak yükselme olduğu gözlenmiştir. Mineral besin elementlerinden Ca, Cu, K, Fe, Mg, Mn ve Zn değerleri bütün bitki kısımlarında kontrol grubu ile karşılaştırıldığında uygulanan Al konsantrasyonunun (50, 100 ve 200 µM) artmasına bağlı azalmıştır. Bitki besin elementlerinden, Na elementinin kontrol grubunun köklerinde en düşük değerini aldığı, asit kontrol grubunda en yüksek değerde olduğu ve 200 µM konsantrasyon grubuna doğru, Al konsantrasyonu arttıkça Na değerlerinde düşüş olduğu saptanmıştır. Yaptığımız çalışmada RAPD ve ISSR profil sonuçlarımıza göre yeni bant oluşumları ve bant yoğunluklarında değişim gözlenmiştir. Bu çalışma ile birlikte genotoksisite, çevresel toksikoloji ve Al toksisitesi araştırmalarında RAPD-RZR ve ISSR- PZR tekniğinin yararlı olabileceği görülmüştür.In this study, effects of aluminum on genotoxicity, photosynthetic pigment composition, total protein content and mineral nutrient status in Bryophyllum daigremontianum plants have been investigated. Plants were watered with Hoagland solution (20 ml) containing 0 (normal), 50, 100 and 200 ?M AlCl3 on alternate days for 75 days. As soil pH decreases (4,5–5,0) Al is converted into phytotoxic form Al3+, and solubilized in soil water and absorbed by plant roots. Thus, in addition to experimental groups an acid control group was added to investigate the effects of acid on plants. On the day after watering, experimental groups were sprayed with sulfuric acid (0,2%). After experimental period, plants were harvested and effects of Al treatment on photosynthetic pigments (chlorophyll a, b, a/b, total chlorophyll and carotenoids) and total protein contents were analyzed. Al and other mineral nutrient elements (Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, Mn and Zn) in plant roots, stems and leaves were analyzed by using ICP-OES (Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer). The genotoxic analysis was performed by employing RAPD and ISSR methods. The chlorophyll and carotenoid contents were calculated based on Arnon (1949) and total protein contents were according to Bradford (1976). Compared to control groups, acid control, 50, 100 and 200 ?M concentrations respectively showed a slight decrease in chlorophyll a (~6,57, ~3,61, ~8,88 and ~8,22%), chlorophyll b (~22,11, ~21,60, ~21,60 and ~1,00%), total chlorophyll (~11,76, ~11,96, ~21,60 and ~11,37) and carotenoid (no change, ~7,03, ~6,25 and ~7,81) contents whereas an increase was observed in chlorophyll a/b (~4,19, ~15,05, ~12,75 and ~12,29) contents. Besides, total protein content was also found to increase depending on the applied Al concentration. In all plant parts, concentrations of Ca, Cu, K, Fe, Mg, Mn and Zn decreased in relation to increasing Al concentrations (50, 100 and 200 µM). From nutrients, Na had the lowest value in roots of control group, the highest value in the acid control group, and showed a decrease toward 200 ?M concentration group with increasing Al concentration.Moreover, RAPD and ISSR analyses demonstrated the appearance of new band formations and variations in band intensities. Therefore, this work showed that RAPD and ISSR techniques can be effectively employed in genotoxicity, environmental toxicology and Al toxicity-related studies