Effect of Some Priming on Germination and Enzyme Activity in Sunflower (Helianthus annuus L.) under Salinity Stress Conditions

Year 2024, Volume: 14 Issue: 2, 901 - 912, 01.06.2024

Ferzat Turan , Ebru Yağcı

https://doi.org/10.21597/jist.1434111

Abstract

In nature, plants constantly fight against the negative effects of biotic and abiotic stress factors. Salinity encountered in agricultural areas in the world and in our country is one of the most important factors that negatively affects sustainable agriculture. This study was carried out to investigate the effects of Gibberellic Acid (GA3) and Glycine Betaine (GB) applied as pre-treatment to sunflower seeds under salt stress conditions on germination and seedling development. In the experiment, the seeds were pre-treated with four different concentrations of GA3 and GB (0, 15, 30, 45 mg/l) before planting, and then four different salt (Na+Cl-) concentrations (0, 6, 9, 12 dS/m) was put into salt stress application. The experiment was set up with 3 replications according to the Randomized Plot Factorial Trial Design. In the study, germination rate, germination power, seedling length, root length, seedling fresh weight, root fresh weight characteristics and enzyme activities such as CAT, SOD and POD were examined. In the experiment, parallel to the increase in salinity stress, decreases in germination rate and germination power and negative effects on other seedling characteristics were observed. According to the results obtained, positive results were observed for germination and seedling characteristics at 6 dS/m salt stress in 30 and 45 mg/l GB and GA3 applications. As a result, it was concluded that Glycine Betaine applications to sunflower seeds as an alternative to plant regulator groups under salt stress conditions will be beneficial in production.

Keywords

Sunflower, Germination, Glycine Betaine, GA3, Salinity

Supporting Institution

Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi - BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ BİRİMİ

Project Number

099-2022

Thanks

Bu araştırma yüksek lisan tezinden üretilmiştir bu vesile ile bu çalışmanın gerçekleşmesinde maddi imkan sağlayan Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) birimine katkılarından dolayı teşekkür ederiz.

Ayçiçeğinde (Helianthus annuus L.) Bazı Ön Uygulamaların Tuzluluk Stresi Koşullarında Çimlenme ve Enzim Aktivitesi Üzerine Etkisi

Abstract

Bitkiler doğada, biyotik ve abiyotik stres faktörlerinin olumsuz etkilerine karşı sürekli savaşmaktadırlar. Dünyada ve ülkemizde tarımsal alanlarda karşılaşılan tuzluluk, sürdürülebilir tarımı olumsuz etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Bu çalışma, tuz stresi koşullarındaki ayçiçeği tohumlarına ön muamele olarak uygulanan Gibberellik Asit (GA3) ve Glisin Betain’in (GB) çimlenme ve fide gelişimine etkilerini araştırmak amacıyla gerçekleştirilmiştir. Araştırma Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri laboratuvarında yürütülmüştür. Denemede tohumlar ekim öncesi GA3 ve GB’nin dört farklı konsantrasyonu (0, 15, 30, 45 mg/l) ile ön muameleye alınmış ve daha sonra dört farklı tuz (Na+Cl-) konsantrasyonu (0, 6, 9, 12 dS/m) ile tuz stresi uygulamasına alınmıştır. Deneme Tesadüf Parselleri Faktöriyel Deneme Desenine göre 3 tekerrürlü olarak kurulmuştur. Çalışmada çimlenme hızı, çimlenme gücü, fide uzunluğu, kök uzunluğu, fide yaş ağırlığı, kök yaş ağırlığı özellikleri ve enzim aktiviteleri olarak CAT, SOD ve POD incelemeye alınmıştır. Denemede tuzluluk stresinin artışına paralel olarak, çimlenme hızı ve çimlenme gücünde düşüşler ve diğer fide özelliklerinde olumsuz etkiler görülmüştür. Ancak araştırma sonuçlarına göre çimlenme ve fide özelliklerini incelediğimizde, genel olarak 6 dS/m tuz stresinde 30 ve 45 mg/l GB ve GA3 uygulamalarının tuz stresine karşı olumlu sonuçlar verdiği görülmüştür. Tuz stresinde özellikle 45 mg/l GB uygulaması; çimlenme hızı, çimlenme gücü ve kök yaş ağırlığı özelliklerinde olumlu sonuçlara rastlanmıştır. Sonuç olarak, ayçiçeği tohumuna tuz stresi koşullarında bitki düzenleyici gruplarına alternatif olarak Glisin Betain uygulamalarının üretimde fayda sağlayacağı kanısına varılmıştır.

Keywords

Ayçiçeği, Çimlenme, Glisin Betain, GA3, Tuzluluk

Project Number

099-2022

References

• Angelini, R., Manes, F. and Federico, R. (1990). Spatial an funtional correlation between daimineoxsidase and peroxidase activities and their dependence upon deetilation and wounding in chick-pea. Planta, 182: 89-96.
• Azevedo Neto, A. D., Prisco, J. T., Eneas-Filho, J., Abreu, C. E. B., Filho, E. G. (2006). Effect of salt stress on antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of salt-tolerant and salt-sensitive maize genotypes. Environ. Exp. Bot, 56: 87-94.
• Badawi, G.H., Kawano, N., Yamauchi, Y., Shimada, E., Sasaki, R., Kubo, A., Tanaka, K. (2004). Over-expression of ascorbate peroxidase in tobacco chloroplasts enhances the tolerance to salt stress and water deficit. Physiologia Plantarum. 121: 231–238.
• Badawy, A.A., Alamri, A.A., Hussein, H.A.A., Salem, N.F.G., Mashlawi, A.M., Kenawy, S.K.M., El-Shabasy, A. (2024). Glycine Betaine Mitigates Heavy Metal Toxicity in Beta vulgaris (L.): An Antioxidant-Driven Approach. Agronomy, 14, 797.
• Bakhoum, G., Sadak, M. (2016). Physiological role of glycine betaine on sunflower (Helianthus annuus L.) plants grown under salinity stress. Int.J. Chem Tech Res, 9(3), pp 158-171.
• Barbosa-Nascimento, J., Freitas Barrigossi, J. A. (2014). The role of antioxidant enzymes in plant defense against herbivorous insects and phytopathogens. Agrarian Academy, Centro Científico Conhecer–Goiânia, 1: 234–250.
• Coşkun, Y., Taş, İ., Akçura, M., Oral, A., Tütenocaklı, T., Yeter, T. (2020). Farklı sulama suyu tuzluluk düzeylerinin mısırın fide gelişimine etkileri. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi 7(4): 1139-1147.
• Day, S., Kaya, M. D., Kolsarıcı, Ö. (2008). Bazı çerezlik ayçiçeği (Helianthus annuus L.) genotiplerinin çimlenmesi üzerine NaCl konsantrasyonlarının etkileri. Tarım Bilimleri Dergisi, 14 (3) 230-236.
• Dölarslan, M., Gül, E. (2012).Toprak Bitki İlişkileri Açısından Tuzluluk. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 5 (2): 56-59.
• El-Tayeb, M. A. (2005). Response of barley grains to the interactive effect of salinity and salicylic acid. Plant Growth Regul., 45: 215-224.
• Erdemli, H., Kaya, M. D. (2015). Ayçiçeği (Helianthus annuus L.)’de Giberellik AsitDozlarının Verim ve Abiyotik Stres Koşullarında Çimlenme Üzerine Etkileri. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü, Dergisi 24(1):38-46.
• Feierabend, J., Engel, S. (1986). Photoinactivation of catalase In vitro and in leaves. Archv. Biochem. Biophys., 251: 567-576.
• Foyer, C. H., Noctor, G. (2000). Tansley Review 112. Oxygen processing in photosynthesis: regulation and signaling. New Phytol., 146: 359-388.
• Hertwig, B., Streb, P., Feierabend, J. (1992). Light Dependence of Catalase Synthesis and Degradation in Leaves and the Influence of Interfering Stress Conditions. Plant Physiology, 100, 3, 1547–1553.
• Imran, M. A., Sajid, Z. A., Chaudhry, M. N. (2015). Arsenic (As) Toxicity to Germination and Vegetative Growth of Sunflower (Helianthus annuus L.). Pol. J. Environ. Stud. Vol. 24, No. 5: 1993-2002.
• Jain, P., Pandey, B., Singh, P., Singh, R., Singh, S.P., Sonkar, S., Gupta, R., Rathore, S.S., Singh, A.K. (2021). Plant Performance and Defensive Role of Glycine Betaine under Environmental Stress. In Plant Performance Under Environmental Stress: Hormones, Biostimulants and Sustainable Plant Growth Management, Springer. Cham, Switzerland, pp. 225–248.
• Kang, H. M., Saltiveit, M. E. (2002). Chilling tolerance of maize, cucumber and rice seedling (leaves and roots) and differentially affected by salicylic acid. Physiologia Plantarum, 115: 577– 576. Kaya, M. D., Okçu, G., Atak, M., Çıkılı, Y., Kolsarıcı, Ö. (2006). Seed treatments to overcome salt and drought stress during germination in sunflower (Helianthus annuus L.), European Journal of Agronomy, 24(4): 291-295.
• Khan, M. A., Gul, B., Weber, D. J. (2004). Action of plant growth regulators and salinity on seed germination of Ceratoides lanata, Canadian Journal of Botany, 82: 37-42.
• Külahtaş, B. ve Çokuysal, B. (2016). Biyostimulantların Sınıflandırılması ve Türkiye’deki Durumu . Çukurova Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 185-200. Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/cutarim/issue/30644/332749, Erişim tarihi: 20 Nisan 2023.
• Mittal, R., Dubey, R. S. (1991). Behaviour of peroxidases in rice: changes in enzyme activity and isoforms in relation to salt tolerance. Plant Physiol. Biochem., 29: 31-40.
• Mudgal, V., Madaan, N., Mudgal, A. (2010). Biochemical Mechanisms of salt Tolerance in Plants: A Review. International Journal of Botany. 6: 136-143.
• Nakano, Y., Asada, K. (1981). Hydrogen peroxide is Scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts plant. Cell Physiol, 22(3), 867-880.
• Orcutt, D. M., Nilsen, E.T. (1996). The physiology of plants under stres. Soil and biotic factors. pp: 177-237.
• Sarabi, B., Bolandnazar, s., Ghaderi, N., Tabatabaei., S. J. (2016). Multivariate analysis as a tool for studying the effects of salinity in different melon landraces at germination stage. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 44(1):264-271.
• Safarnejad, A., Collin, H.A., Bruce, K.D., Mc Neily, T. (1996). Characterization of alfalfa (Medicago sativa) following in vitro selection for salt tolerance. Euphytica, 92:55-61.
• Singh, B. N., Singh, B. R., Sarma, B. K. Singh, H. B. (2009). Potential chemoprevention of N-nitrosodiethylamine-induced hepatocarcinogenesis by polyphenolics from Acacia nilotica bark. Chemico-Biological Interactions, 181: 20–28.
• Kazemi Afshar, S., Çelen, A. E. (2021). Ayçiçeği (Helianthus annuus L.) tohumluklarına yapılan bazı uygulamaların bitki gelişimi ve tohum verimine etkisi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 58(1), 55-61.
• Sudhakar, C., Lakshmi, A., Giridarakumar, S. (2001). Changes in the antioxidant enzyme efficacy in two high yielding genotypes of mulberry (Morus alba L.) under NaCl salinity. Plant Sci., 161: 613-619.
• Tianzi, C., Baolong, Z. (2016). Measurements of Proline and Malondialdehyde Content and Antioxidant Enzyme Activities in Leaves of Drought Stressed Cotton. Bio-protocol, 6(17): e1913.
• Turhan, H., Genç, L., Bostancı, Y. B., Sümer, A. Kavdır, Y. (2006). Tuz stresinin ayçiçeği (Helianthus annuus L.) üzerine etkilerinin yansıma teknikleri yardımıyla belirlenmesi. http://uzalcbs.org/wp-content/uploads/2016/11/2006_44.pdf, Erişim tarihi: 20 Nisan 2023. Wu, G. Q., Jiao, Q., Shui Q. Z. (2015). Effect of salinity on seed germination, seedling growth, and inorganic and organic solutes accumulation in sunflower (Helianthus annuus L.). Plant Soil Environ. Vol. 61, No. 5: 220–226.
• Yılmaz, E., Tuna, M., Bürün, B. (2011). Bitkilerin tuz stresi etkilerine karşı geliştirdikleri tolerans stratejileri, gösterdikleri tolerans stratejileri, C.B.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 7.1: 47–66.