Mısır (Zea mays L.) Fidelerinde Kadmiyum Toksisitesi ile Nitrik Oksit Arasındaki Biyokimyasal İlişkiler

BEÜ Fen Bilimleri Dergisi 8 (2), 376-386, 2019 BEU Journal of Science 8 (2), 376-386, 2019 Araştırma Makalesi / Research Article Mısır (Zea mays L.) Fidelerinde Kadmiyum Toksisitesi ile Nitrik Oksit Arasındaki Biyokimyasal İlişkiler Songül ÇANAKCI-GÜLENGÜL*, Didem DEVECİ, Fadime KARABULUT Fırat Üniversitesi, Biyoloji Bölümü, Elazığ (ORCID: 0000-0002-5731-6175) (ORCID: 0000-0001-8176-8203) (ORCID: 0000-0001-5186-2303) Öz Bu çalışmada, 15 günlük mısır (Zea mays L.) fidelerine, önceden farklı sodyum nitroprussid (SNP) (25 ve 50 µM) konsantrasyonları uygulandıktan sonra, bu fidelerin farklı kadmiyum (25,50 ve 75 µM) konsantrasyonlarına karşı verdiği biyokimyasal cevaplar araştırıldı. Fidelere yapılan tüm uygulamalar hidroponik ortamda uygulandı. Kadmiyum (Cd) uygulanan mısır fidelerinin köklerinde ve yapraklarında SNP ön uygulamasız fidelerde, kontrole kıyasla okside glutatyon (GSSG) ve redükte glutatyon (GSH) miktarlarında artma ve SNP ön uygulamalı fidelerde ise azalma tespit edildi. Fidelere uygulanan kadmiyum konsantrasyonları arttıkça, hem SNP ön uygulamasız, hem de SNP ön uygulamalı fidelerde kontrol grubu fidelerine kıyasla 16:0 (palmitik asit) yapraklarda ve köklerde artmıştır. Tek başına SNP uygulamalarında, 16:0 üzerinde kontrole kıyasla, 50 µM SNP daha az bulunmuştur. Cd uygulamaları ile SNP ön uygulamasız ve SNP ön uygulamalı fidelerde 16:1 (palmioleik asit) yapraklarda genel olarak artarken, bazı konsantrasyonlarda SNP ön uygulamasıyla bu artış hafifletilmiştir. Cd uygulamaları ile SNP ön uygulamasız ve SNP ön uygulamalı fidelerde 18:0 (stearik asit) köklerde ve 18:2 (linoleik asit) kök ve yapraklarda artmıştır. Cd uygulamaları ile SNP ön uygulamasız fidelerde 18:3 (linolenik asit) yaprakta azalırken; SNP ön uygulamalı bazı fidelerde ise 18:3 miktarı yapraklarda artmıştır. Genel olarak 50 µM SNP ön uygulamasının Cd toksisitesini baskılama da 25 µM SNP’ den daha başarılı bulundu. Anahtar kelimeler: Mısır (Zea mays L.), SNP, Nitrik oksit, Kadmiyum toksisitesi. Investigation of The Relationship Between Cadmium’s Toxicity and Nitric Oxide in Corn (Zea mays L.) Plants Abstract In this study, after 15 day old corn (Zea mays L.) seedlings apply firstly to different concentrations (25 and 50 μM) of sodium nitoprusside (SNP), biochemical responses of these seedlings to different concentrations (25, 50 and 75 μM) of cadmium are examined. All applications made to seedlings were in hydroponic surroundings. In the amount of reduced glutathione (GSH) and oxide glutathione (GSSG) were increased in the roots and shoots of cadmium (Cd)-administered corn seedlings in SNP non-pretreatment seedlings once compared to the control and they was decreased in SNP pretreatment seedlings. As the cadmium concentrations applied to the seedlings increased both the SNP non-pretreatment and the SNP pretreatment seedlings, 16:0 (palmitic acid) increased in the roots and shoots once compared to the control group seedlings. Only In SNP applications was found less than 50 μM SNP at 16:0 once compared to control. With Cd applications, SNP non-pretreatment and SNP pretreatment seedlings generally increased at 16:1 (palmioleic acid) shoots, while at some concentrations this increase was alleviated by pretreatment of SNP. With Cd applications, the 18:0 (stearic acid) increased in roots and the 18:2 (linoleic acid) increased in shoots and roots; at the SNP non-pretreatment and the SNP pretreatment seedlings. With Cd applications, 18:3 (linolenic acid) decreased in shoots in the SNP non-pretreatment shoots; in some the SNP pretreatment seedlings, 18:3 increased by an amount of shoots. In general, 50 μM SNP pretreatment was found more successful than 25 μM SNP in suppressing Cd toxicity. Keywords: Corn (Zea mays L.), SNP, Nitric oxide, Cadmium toxicity. * Sorumlu yazar: Geliş Tarihi: 12.09.2018, Kabul Tarihi: 04.01.2019 376 S. Çanakcı Gülengül, D. Deveci, F. Karabulut / BEÜ Fen Bilimleri Dergisi 8 (2), 376-386, 2019 1. Giriş Ağır metaller, ekolojik dengeyi bozan, canlı büyüme ve gelişimini önemli ölçüde zarara uğratan ve çevreyi kirleten temel sebeplerden biridir [1]. Birçok kirlenmede olduğu gibi ağır metal kirlenmesinde de öncelikle etkilenen grup bitkilerdir [2]. Kadmiyum toprakta hareketli bir elementtir ve bitkiler tarafından kolaylıkla alınabilir [3]. NO (nitrik oksit) düşük molekül ağırlığına sahip olup, lipofilik özellikte olduğundan dolayı hücre membranlarından kolayca difüzyona uğrayabilmektedir. Ayrıca çiftlenmemiş elektron taşıması nedeniyle serbest radikal olarak kabul edilir. NO diğer moleküllerle kuvvetli reaksiyonlara girebilen, birkaç saniye yarı ömrü olan fizyolojik haberci molekül olarak da tanımlanmaktadır [4], [5]. Genellikle bitkiye eksojen olarak uygulanan sodyum nitropurissid (SNP) ve sodyum-nitroso-N-asetil-penisilamin (SNAP), hücre için enzimatik olmayan NO vericileridir [6]. Nitrik oksit (NO), bir azot atomu ve oksijen atomunun birleşmesiyle oluşan, hem suda hem de yağda erime özelliğine sahip, renksiz, gaz yapıda bir moleküldür. Dış yörüngesinde paylaşılmamış bir elektron içermesi nedeniyle NO hem radikal özelliği kazanmakta hem de membranlardan kolaylıkla difüzyon edebilmektedir [7]. Nitrik oksit, oldukça önemli biyolojik fonksiyonları yerine getirmek üzere üretilen nitrojen merkezli bir radikaldir. Paylaşılmamış elektron aslında nitrojen atomuna ait ise de, bu elektronun hem nitrojen hem de oksijen atomu üzerinde delokalize olması nedeniyle tam radikal özelliği taşımamaktadır. Bunun sonucu olarak, bilinen diğer radikallere göre reaktivitesi baskılandığından, oldukça uzun ömürlü bir radikaldir [8]. Ağır metallerden biri olan Kadmiyum (Cd), çevre kirliliğindeki önemli bir unsur olarak gündeme gelmiş bir metaldir [9]. Kadmiyum (Cd) gümüş beyazı renginde bir metaldir ve havada hızla kadmiyum oksite dönüşür. Kadmiyum sülfat, kadmiyum nitrat, kadmiyum klorür gibi inorganik tuzları suda çözünür [10]. Kadmiyum normalde topraklarda düşük konsantrasyonlarda bulunan toksik bir elementtir. Kadmiyumun tarım topraklarında bulunması ana metal kaynaklı olabileceği gibi endüstriyel faaliyetler, fosforlu gübreler, lağım atıkları ve atmosferik depozitler gibi insan faaliyetleri sonucunda da olabilir [11]. İnsan faaliyetleri sonucu toprağa ulaşan Cd’ nin % 54-58’ i fosforlu gübrelerden, % 2-5’ i atık çamur ve çiftlik gübresi uygulamalarından, % 39-41’ i ise atmosferik depolanmadan kaynaklanmaktadır [12]. Kadmiyum, bitkilerde strese sebep olan en yıkıcı ağır metallerden birisidir [13]. Aslında kadmiyum biyolojik fonksiyonlar açısından bitkiler için gerekli bir element değildir [14]. İnsan, hayvan ve bitkiler için toksiktir. Diğer ağır metallere göre çok daha fazla (2-20 kat) toksik etkiye sahiptir. Kadmiyum toprakta hareketli bir elementtir ve bitkiler tarafından kolaylıkla alınabilir [3]. Cd (kadmiyum), Cr (krom), Cu (bakır), Ni (nikel) ve Zn (çinko) gibi topraktaki bazı ağır metallerin yüksek konsantrasyonları doğal su ve karasal ekosistemlerinin bozulmasına neden olmaktadır. Bitk (...truncated)