Kuraklık Stresi Altında Horoz İbiği (Amaranthus albus L.) Bitkisinde Riboflavin Uygulamalarının Fizyolojik ve Biyokimyasal Özellikler Üzerine Etkisi

Year 2024, Volume: 39 Issue: 3, 495 - 514, 30.10.2024

Rüveyde Tunçtürk , Erol Oral , Murat Tunçtürk , Tülay Toprak

https://doi.org/10.7161/omuanajas.1451761

Abstract

Bu çalışma, horoz ibiği (Amaranthus albus L.) bitkisinde PEG 6000 ile oluşturulan farklı ozmotik basınçta (kontrol, -0.5 MPa, -1.0 MPa ve -1.5 MPa) kuraklık stresi ile Riboflavin (B2) (kontrol, 0.1, 0.5, 1.0 ve 2.0 mM) uygulamalarının bitkide büyüme parametreleri ile biyokimyasal değişiklikler üzerine etkilerini belirlemek amacıyla yürütülmüştür. Araştırmada uygulanan faktörlerin etkisi doğrultusunda horoz ibiğinde bitki boyu (9.0-25.83 cm), kök uzunluğu (28.07-46.07 cm), gövde yaş ağırlığı (2.57-13.23 g), gövde kuru ağırlığı (0.39-1.23 g), kök yaş ağırlığı (4.79-15.90 g), kök kuru ağırlığı (0.64-2.27 g), bitki sıcaklığı (23.60-24.87°C), askorbik asit miktarı (13.55-20.96 ppm), malondialdehit (4.06-9.65 µmol g-1), azot balans indeksi (27.60-86.40 mg g-1), klorofil (28.87-41.30 SPAD), Flavonoid (0.41-1.14 dx) , antosiyanin (0.02-0.08 dx) ve suda çözülen madde miktarı (% 3.90-10.53) incelenmiştir. Çalışma sonucunda; PEG 6000 ile oluşturulan kuraklık stersi sonucunda bitki boyu, kök uzunluğu, gövde yaş ve kuru ağırlığı, kök yaş ve kuru ağırlığı, klorofil ve Flavonoid değerlerinin kısmen ya da tamamen azaldığı görülmüştür. Araştırmada sıcaklık, MDA, azot balans indeksi ile suda çözülen madde miktarında ise artışlara neden olduğu belirlenmiştir. Kuraklık stresinin askorbik asit ve antosiyanin üzerine etkisi ise istatistiksel olarak önemsiz bulunmuştur. Bu çalışmada PEG 6000 ile oluşturulan kuraklık stersine karşı riboflavin (B2) dozu uygulamalarının incelenen fizyolojik ve biyokimyasal özellikler üzerinde olumsuz etkisini azaltıcı ve düzenleyici etkiye sahip olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

PEG 6000, Riboflavin, Horoz ibiği, Kuraklık stresi, Tolerans

Effect of Riboflavin Applications on Physiological and Biochemical Characteristics of Amaranth (Amaranthus albus L.) Plant under Drought Stress

Abstract

This study was carried out in amaranth (Amaranthus albus L.) plant with drought stress at different perturbation pressures (control, -0.5 MPa, -1.0 MPa and -1.5 MPa) created with PEG 6000 and Riboflavin (B2) (control, 0.1, 0.5, 1.0 and 2.0 mM) applications on growth parameters and biochemical changes. In the research, plant height (9.0-25.83 cm), root length (28.07-46.07 cm), stem fresh weight (2.57-13.23 g), stem dry weight (0.39-1.23), root fresh weight (4.79-15.90 g) of the amaranth plant. , root dry weight (0.64-2.27 g), plant temperature (23.60-24.87 °C), ascorbic acid (13.55-20.96 ppm), malondialdehyde (4.06-9.65 µmol g-1), nitrogen balance index (27.60-86.40 mg g-1), chlorophyll (28.87-41.30 SPAD), flavonoid (0.41-1.14 Delux index), anthocyanin (0.02-0.08 dx) and the amount of water-soluble substance (3.90-10.53 %) were examined. In the results of working; As a result of drought stress caused by PEG 6000, plant height, root length, stem fresh and dry weight, root fresh and dry weight, and Flavonoid values were partially or completely reduced. In the research, it was determined that temperature, MDA, chlorophyll, nitrogen balance index and the amount of substance dissolved in water caused increases. The effect of drought stress on ascorbic acid and anthocyanin was found to be statistically insignificant.
In this study, it was determined that riboflavin (B2) dose applications against drought stress caused by PEG 6000 had a regulating and reducing effect on the physiological and biochemical properties examined.

Keywords

PEG 6000, Riboflavin, Amarant, Drought stress, Tolerance

References

• Adak, N., Gubbuk, H., Tetik, N., 2018. Yield, quality and biochemical properties of various strawberry cultivars under water stress. J. Sci Food Agric., 98 (1): 304-311.
• Alegbejo, J.O., 2013. Nutritional value and utilization of Amaranthus (Amaranthus spp.) a review. Bayero Journal of Pure and Applied Sciences, 6 (1): 136-143.
• Alexieva, V., Sergiev, I., Mapelli, S., Karanov, E. 2001. The effect of drought ultraviolet radiation on growth and stress markers in pea and wheat. Plant, Cell and Environment 24 (12): 1337-1344.
• Alp, Y., & Kabay, T. (2017). Kuraklık stresinin yerli ve ticari domates çeşitlerinde bazı fizyolojik parametreler üzerine etkileri. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2), 86-96.
• Anjum, S. A., Xie, X., Wang, L., Saleem, M. F., Man, C., Lei, W. 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stres. Afr. J. Agric. Res., 6: 2026-2032.
• Anonim, 2015. Amaranthaceae | plant family". Encyclopædia Britannica (Erişim tarihi: 13.02.2024).
• Aqıl, F., Afmad, I., Mehmood, Z., 2006. Antioxidant and free radical scavenging properties of twelve traditionally used Indian medicinal plants” Turkish Journal of Biology, 30:177-183.
• Arendt, E.K., Zannini, E., 2013. Cereal grains for the food and beverage ındustries. woodhead Publishing Series in Food Sciences, Technology and Nutrition. 248, Philadelphia, USA.
• Aydıner, E. 2011. Topraksız tarımda yetiştirme ortamının farklı nem düzeyinde yapılan sulamaların sera domatesi verim ve kaliteye etkileri. Yüksek Lisans Tezi). Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İzmir.
• Aztekin, F., Kasım, R., 2017. Ulturaviyole Işık ve Çevresel Stres Şatlarında Meyve ve Sebzelerde Antosiyanin Oluşumu Ve Değişimi. Meyve Bilimi, 1(Özel Sayı): 181-187.
• Bat, M., Tunçtürk, R., Tunçtürk, M., 2017. Kuraklık Stresi Altındaki Ekinezya (Echinacea purpurea L.)’ da Deniz Yosununun Büyüme Parametreleri, Toplam Fenolik ve Antioksidan Madde Üzerine Etkisi. YYÜ Tar Bil Derg (Yyu J Agr Scı) 29 (3): 496-505.
• Belgati, S.M., 2004. Exogenous ascorbic acid (vitamin C) induced anabolic changes for salt tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.) plants, African Journal of Plant Science, 2:118-123.
• Belton, P. S., & Taylor, J. R. (Eds.). 2002. Pseudocereals and less common cereals: grain properties and utilization potential. Springer Science & Business Media. 269.
• Benzie I.E.F., Strain J.J., 1996. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure o ‘‘antioxidant power’’: the FRAP assay. Anal Biochem, 239: 70-76.
• Berghofer, E., Schoenlechner, R., 2002. Grain amaranth. In Belton P, Taylor J: Pseudocereals and less common cereals: grain properties and utilization potential. Springer-Verlag, 219-260 s.
• Binici, S., Çelik, C., Yildirim, F., Yildirim, A., 2022. Determination of the effect of harpin protein on NaCl salt stress in pistachio (Pistacia KSÜ Tarım ve Doğa Derg 26 (4), 778-787, 2023 KSU J. Agric Nat 26 (4): 778-787, Türk Doğa ve Fen Dergisi, 11(2), 141-150. https://doi.org/10.46810/tdfd.1120976.
• Blum, A. 2005). Drought resistance, water-use efficiency, and yield potential—are they compatible, dissonant, or mutually exclusive? Aust. J. Agric. Res. 56(11): 1159–68.
• Bressan, R. A., Hasegawa, P. M., & Handa, A. K. (1981). Resistance of cultured higher plant cells to polyethylene glycol-induced water stress. Plant Science Letters, 21(1), 23-30.
• Cerovic Z.G., Ghozlen N.B., Milhade C., Obert M., Debuisson S. Moigne M.L., 2015. Nondestructive diagnostic test for nitrogen nutrition of grapevine (Vitis vinifera L.) based on dualex leaf-clip measurements in the field. J Agric Food Chem, 63 (14): 3669-3680
• Delfine, S., Tognetti, R., Loreto, F., & Alvino, A. (2002). Physiological and growth responses to water stress in field-grown bell pepper (Capsicum annuum L.). The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 77(6), 697-704.
• Demir, S.,Başayiğit, L., 2022. Classification of some biochemical properties with J48 classification tree algorithms in hyperspectral data. Veri Bilimi, 5 (2): 20-28.
• Deng B, Jin X, Yang Y, Lin Z, Zhang, Y., 2014. The regulatoryrole of riboflavin in the drought tolerance of tobaco plants depends on ROS production. Journal of PlantGrowth Regulation 72:269–277.
• Düzgüneş, O., Kesici T, Kavuncu O, Gürbüz F., 1987. Research and experimental methods. Statistical Method II. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları. 1:1021-1295.
• Ercişli, S., Eşitken, A., Güleryüz, M., 1999. The effect of vitamines on the seed germination of apricots. Acta Hort., 488: 437-440.
• Ergun, M., Özbay, N., Osmanoğlu, A., Çalkır, A., 2014. Sebze ve tahıl olarak amarant (Amaranthus spp.) bitkisi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4 (3): 21-28.
• Farooq, M., Basra, S. M. A., Wahid A., Cheema, Z. A., Cheema, M. A., Khaliq, A., 2008. Physiological role of exogenously applied glycinebetaine in improve drought tolerance of fine grain aromatic rice (Oryza sativa L.). J. Agron. Crop Sci, 194, 325-333.
• García-Martínez, J., Delgado-Ramos, L., Ayala, G., Pelechano, V., Medina, D.A., Carrasco, F., González, R, Andrés-León, E., Steinmetz, L, Warringer J., Chávez, S., Pérez-Ortín, J.E., 2015. The cellular growth rate controls overall mRNAturnover and modulates either transcription or degrada-tion rates of particular gene regulons. Nucleic AcidsResearch 44:3643–3658.
• Ghur, A., Marcus, A., Alfons, R.W., 2017. Vitamin B2 (riboflavin) increases drought tolerance ofAgaricus bisporus. Mycologıa, 109(6):860–873.
• Güneri B.E., 2010. Nohut Çeşitlerinde Kuraklığa Bağlı Oksidatif Stresin Fizyolojik ve Biyokimyasal Parametrelerle Belirlenmesi. PhD Thesis. Ankara University (unpub¬lished), Turkey.
• Hoagland, D.R., Arnon, D.I., 1950. The Water Culture Method for Growing Plants without Soil. California Agricultural Experiment Station Circular, 347-461.
• İlhan, V., 2016. Α ve β-pinen Monoterpenlerinin buğdayda (Triticum aestivum L.) kuraklık toleransı üzerine etkileri Doktora Tezi. Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzincan.
• Ingram J, Bartels D., 1996. The molecular basis of dehydrationtolerance in plants. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 47:377–403.
• Kalefetoğlu, T., 2006 . Nohut (Cicer arietinum L.) Çeşit ve hatlarının kuraklık stresine karşı dayanıklılığının karakterizasyonu (yüksek lisans tezi). Hacettepe Üniversitesi, Biyoloji Anabilim Dalı, Ankara
• Kaya, A., Doganlar, Z.B., 2016. Exogenous jasmonic acid induces stress tolerance in tobacco (Nicotiana tabacum) exposed to imazapic. Ecotoxicology and Environmental Safety 124:470–479.
• Keskin, B., Temel, S., Çakmakcı, S., Tosun R., 2021. Bazı Horoz İbiği (Amaranthus spp.) Çeşitlerinin Kurak ve Sulu Şartlardaki Tohum Verimleri ve Verim Unsurları Üzerine Araştırma. Atatürk Üniv. Ziraat Fak. Derg., 52 (1): 11-19.
• Kıran, S., Kuşvuran, Ş., Ateş, Ç., Ellialtıoğlu, Ş.Ş., 2018. Tuzluluk ve su noksanlığı stresi altında yetiştirilen farklı patlıcan anaç/kalem kombinasyonlarında bazı meyve kalite özelliklerine ait değişimler. Derim, 5(2):111- 120.
• Manzoni, S., Schimel, J. P., & Porporato, A. (2012). Responses of soil microbial communities to water stress: results from a meta‐analysis. Ecology, 93(4), 930-938.
• Mittler, R., 2002. Oxidative stress, antioxidants and stresstolerance. Trends in Plant Science 7:405–410.
• Mori, T., Sakurai, M., 1995. Effects of riboflavin and increasedsucrose on anthocyanin production in suspended straw-berry cell cultures. Plant Science 110:147–153
• Munns, R., Tester, M. 2008. Mechanisms of salinity tolerance. Annual Review of Plant Physiology, 59:651-681.
• OAC, 1990. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemists,15th ed., Arlington VA, pp. 1058-1059.
• Oral, E., Tunçtürk, R., Tunçtürk, M., 2021. The effect of rhizobacteria in the reducing drought stress in soybean (Glycine max L.). Legume Research An International Journal, 44(10): 1172-1178.
• Öktem, A., Demir, D., Öktem, A.G., 2021. Geç olgunlaşma süresine sahip bazı tatlı sorgum (Sorghum bicolor var. saccharatum (L.) Mohlenbr.) genotiplerinin tane verimi ve biyoyakıt öğelerinin belirlenmesi Anadolu Tarım Bilim. Dergisi, 36:488-500.
• Özaslan, C., Kendal, E., 2014. Lice domatesi üretim alanlarındaki yabancı otların belirlenmesi. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 4 (3): 29-34.
• Qing, X., Zhao , X., Hu, C., Wang, P., Zhang, Y., Zhang, X., Wang, P., Shi, H., Shi, H., Jia, F., Qu, C., 2015. Selenium alleviates chromium toxicity by preventing oxidative stress in cabbage (Brassica campestris L. ssp. Pekinensis) leaves. Ecotoxicology and Environmental Safety. 114: 179–189.
• Quettier-Deleu, C., Gressier, B., Vasseur, J., Dine, T., Brunet, J., Luyck M., Cazin M., Cazin J.C., Bailleul F., Trotin F., 2000. Phenolic compounds and antioxidant activities of buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) hulls and flour. J Ethnopharmacol, 72: 35-40.
• Rastogi, A., Shukla, S., 2013. Amaranth: A new millennium crop of nutraceutical values. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 53: 109-125.
• Sani, B., Farahani, H. A., 2010. Effect of P2O5 on coriander induced by AMF under water deficit stress. Journal of Ecology and the Natural Environment, 2 (4): 52-58.
• Şelem, E., Uçar, C.P., Tunçtürk, R., Akköprü, A., Tunçtürk, M., 2023. Aynısefa (Calendula officinalis L.) bitkisinin Kimyasal, Fizyolojik ve Morfolojik Gelişim Parametreleri Üzerine Bazı Endofitik Bakterilerinin etkisi. Türkiye Tarımsal Araştırmalar Dergisi, 10(3): 200.307.
• Sevindik, B., 2021. Farklı Dozlarda PEG 6000 Uygulamalarının Safranda İn Vitro Rejenerasyona Etkileri. Turkish Journal of Forest Science 5(2): 408-417.
• Shakiba, M.R., Dabbagh, A., Mohammadi, S.A., 2010. Effects of drought stress and nitrogen nutrition on seed yield and proline content in bread and durum wheat genotypes. Journal of Food, Agriculture Environment, 8(3&4): 857-860.
• Sivritepe, N., Ertürk, U., Yerlikaya, C., Türkan, İ., Bor, M., Özdemir, F., 2008. Response of the cherry root stock to water stress ınduced in vitro. Biologia Plantarum, 52 (3): 573-576.
• Taheri, P., Tarighi, S., 2010. Riboflavin induces resistance inrice againstRhizoctonia solanivia jasmonate-mediated priming of phenylpropanoid pathway. Journal of PlantPhysiology 167:201–208.
• Tunçtürk, R., Tunçtürk, M., Oral. E., 2021. Kuraklık Stresi Koşullarında Yetiştirilen Soya Fasulyesinin (Glycine max L.) Bazı Fizyolojik Özellikleri Üzerine Rizobacterium (PGPR) Uygulamalarının Etkisi. ÇOMÜ Zir. Fak. Dergisi, 9 (2): 359–368.
• Ülker, M. Oral, E., Altuner, F., Özdemir, B., Salihi, S. J., Demiratmaca, Ş., 2022. Non-Cereal Graın. Advance Studies In Scıence. ISPEC Yayın Evi: 1-18.
• Virgin, H. I., 1965. Chlorophyll formation and water deficit. Physiologia Plantarum, 18(4): 994-1000.
• Yarnia, M., Khorshidi Benam, M.B., Farajzadeh Memari Tabrizi, E., Nobari, N., Ahmadzadeh, V., 2011. Effect of planting dates and density in drought stress condition on yield and yield components of amaranth cv. Koniz. Advances in Environmental Biology, 5 (6): 1139-1149.