Physiological and Biochemical Changes in Pumpkin Grown in the Sakarya Region Under Flooding Stress Conditions

Yıl 2025, Cilt: 8 Sayı: 1, 142 - 148, 15.01.2025

Necibe Kayak , Ömer Beyhan , Ecenur Sarı

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1566359

Öz

Floods caused by climate change are a significant abiotic stress factor that has a profound impact on plant growth and development, substantially affecting crop yield. One of the most important strategies today to mitigate the adverse effects of flood stress is the cultivation of tolerant species or varieties. In this study, the effects of artificially induced ten-day flood stress on the agronomic, physiological, and biochemical changes of commercially grown Arıcan 97 and Balkız pumpkin varieties were investigated. The study was conducted using a randomized complete block design, with two irrigation treatments: full irrigation and artificially induced flood stress. Each treatment was organized with three replicates, and each replicate included three pots. At the end of the stress period, all treatments were harvested on the same day, and agronomic, physiological, and biochemical measurements were conducted to determine the effects of flood stress on the pumpkin varieties. The results indicated that flood stress caused significant losses in the agronomic characteristics of the pumpkin varieties at the seedling stage. The results obtained from different harvest periods under flood stress in pumpkins were subjected to Principal Component Analysis (PCA). The first five components explained 87.060% of the variation in the study, showing that these components captured a high proportion of the variability. As a result, for pumpkin cultivation in the Sakarya region, it is crucial to avoid lowland areas where the natural flow of water is slow, and which are located near riverbeds, as they pose a high risk of flooding.

Anahtar Kelimeler

Abiotic stress, Antioxidant activity, Pumpkin, Principal Component Analysis (PCA)

Etik Beyan

Bu araştırmada hayvanlar ve insanlar üzerinde herhangi bir çalışma yapılmadığı için etik kurul onayı alınmamıştır.

Destekleyen Kurum

The production of this study as a thesis project was made possible by Sakarya Unıversity of Applıed Sciences BAP unit number 194-2024

Proje Numarası

194-2024.

Teşekkür

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesi, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi BAP birimi tarafından 194-2024 numaralı proje kapsamında mümkün olmuştur.

Sakarya Bölgesinde Yetiştirilen Kestane Kabağında Sel Baskını Stresi Şartlarında Fizyolojik ve Biyokimyasal Değişimler

Öz

İklim değişikliği kaynaklı sel (su) baskınları, bitki büyümesi ve gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olup verimi büyük ölçüde etkileyen abiyotik stres faktörlerindendir. Sel baskını stresinin olumsuz etkisinden korunmak için tolerant tür veya çeşitlerin kullanılması en önemli stratejilerden birisidir. Bu amaçla yapılan çalışmada, kestane kabağında oluşturulan on günlük sel baskını stresinin, Sakarya bölgesinde yoğun olarak yetiştiriciliği yapılan Arıcan 97 ve Balkız çeşitlerinin, agronomik, fizyolojik ve biyokimyasal değişimleri üzerine etkileri belirlenmeye çalışılmıştır. Tesadüf parselleri deneme deseni kullanılarak yürütülen çalışmada, tam sulama ve yapay sel baskını stres konularını içeren iki sulama uygulaması yapılmış; her uygulama, üç tekrarlı ve her tekrarda üç saksı olacak şekilde düzenlenmiştir. Çalışma sonucunda, sel baskını stresi kabak çeşitlerinin fide döneminde agromorfolojik özelliklerinde önemli kayıplara neden olmuştur. Kestane kabağında sel stresinde farklı hasat dönemlerinde elde edilen sonuçlar temel bileşenler analizine (PCA) tabi tutulmuştur. Bileşenler göz önüne alındığında ilk beş bileşen çalışmanın % 87,060’ını açıklamıştır. Dolayısıyla ilk beş bileşenin çalışmayı yüksek oranda açıkladığı görülmüştür. Sonuç olarak, özellikle Sakarya bölgesinde kabak yetiştiriciliği için sel baskını riski taşıyan ve suyun doğal akışının yavaş olduğu, akarsu ve nehir yataklarına yakın taban arazilerinin tercih edilmemesi büyük önem taşımaktadır. Bu tür arazilerde, verim ve kalite kayıplarını önlemek amacıyla tolerant çeşitlerin kullanılması önerilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Abiyotik stres, Antioksidant aktivite, kestane kabağı, PCA

Etik Beyan

Bu araştırmada hayvanlar ve insanlar üzerinde herhangi bir çalışma yapılmadığı için etik kurul onayı alınmamıştır.

Proje Numarası

194-2024.

Teşekkür

Bu çalışmanın gerçekleştirilmesi, Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi BAP birimi tarafından 194-2024 numaralı proje kapsamında mümkün olmuştur.

Kaynakça

• Agarwal S, Pveey V. 2004. Antioxidant enzyme responses to NaCl stress in Cassia angustifolia. Biol Plantarum, 48(4): 555-560.
• Angelini R, Federico R. 1989. Histochemical evidence of poly amine oxidation and generation of hydrogen peroxide in the cell wall. J Plant Physiol 135(2): 212–217. https://doi. org/10.1016/S0176-1617(89)80179-8
• Anonim. 2022. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı Strateji Geliştirme Başkanlığı Tarımsal Yatırımcı Danışma Ofisi. Tarım ve Orman Bakanlığı, Ankara, Türkiye, ss: 23.
• Ashraf MJBA. 2009. Biotechnological approach of improving plant salt tolerance using antioxidants as markers. Biotechnol Adv, 27(1): 84-93.
• Bailey-Serres J, Lee SC, Brinton E. 2012. Waterproofing crops: effective flooding survival strategies. Plant Physiol, 160(4): 1698-1709.
• Bates L, Waldren RPA, Teare ID. 1973. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil, 39(1): 205-207.
• Bradford MM. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem, 72(1-2): 248-254.
• Brown JS. 1991. Principal component and cluster analysis of cotton cultivar variability a cross the U.S. cotton belt. Crop Sci, 31: 915-922.
• Chance B. 1955. Assay of catalase and peroxidase. Methods Enzymol, 2: 765-775.
• Cramer G, Urano K, Delrot S, Pezzotti M, Shinozaki K. 2011. Effects of abiotic stress on plants: a systems biology perspective. BMC Plant Biol, 11(1): 163.
• Drew M, Lynch JM. 1980. Soil anaerobiosis, microorganisms, and root function. Annual Rev Phytopathol, 18 (1): 37-66.
• Düzeltir B. 2004. Çekirdek kabağı (Cucurbita pepo L.) hatlarında morfolojik özelliklere göre tanımlama ve seleksiyon çalışmaları. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, ss: 76.
• Fırıncıoğlu HK, Ünal S, Pank Z, Beniwal SPS. 2012. Growth and development of narbon vetch (Vicia narbonensis L.) genotypes in the semi-arid central Turkey. Spanish J Agri Res, 10(2): 430-442.
• Gupta KJ, Stoimenova M, Kaiser WM. 2005. In higher plants, only root mitochondria, but not leaf mitochondria reduce nitrite to NO, in vitro and in situ. J Exp Bot, 56(420): 2601-9.
• Hao X-y, Han X, Ju H, Lin E. 2010. Impact of climatic change on soybean production; A review. J Appl Ecol, 21(10): 2697-706.
• Havir EA, McHale NA. 1987. Biochemical and developmental characterization of multiple forms of catalase in tobacco leaves. Plant Physiol, 84(2): 450-455.
• He L, Yu L, Li BDN, Guo S. 2018. The effect of exogenous calcium on cucumber fruit quality, photosynthesis, chlorophyll fluorescence, and fast chlorophyll fluorescence during the fruiting period under hypoxic stress. BMC Plant Biol, 18: 1-10.
• Heath RL, Packer L. 1968. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Arch Biochem Biophys, 125(1): 189-198.
• Irfan M, Hayat S, Hayat Q, Afroz S, Ahmad A. 2010. Physiological and biochemical changes in plants under waterlogging. Protoplasma, 241(1-4): 3-17.
• İkiel C. 2018. Sakarya’nın fiziki, beşeri ve iktisadi coğrafya özellikleri. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, Türkiye, ss: 76.
• İnan N. 2008. Çekirdek kabaklarında morfolojik ve moleküler karakterizasyon. Yüksek Lisans Tezi. Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü, Adana, Türkiye, ss: 83.
• Kayak N. 2024. The effect on morpho-physiological and biochemical characteristics of cauliflower and cabbage harvested at different times under flooding stress conditions. J Crop Health, 76(1): 145-159.
• Kıratlı H, Seymen M, Kıymacı G. 2024. Determination of tolerance to flooding stress in melon cultivars by agronomic and physio-biochemical responses. Genet Resour Crop Evol, 71(4): 1643-1657.
• Lin HH, Lin KH, Huang MY, Su YR. 2020. Use of non-destructive measurements to identify Cucurbit species (Cucurbita maxima and Cucurbita moschata) tolerant to waterlogged conditions. Plants, 9(9): 214586.
• Mohammadi SA, Prasanna BM. (2003.) Analysis of genetic diversity in crop plants-salient statistical tools and considerations. Crop Sci, 43: 1235–1248
• Nguyen LTT, Osanai Y, Anderson Ian C, Bange MP, Tissue DT, Singh BK. 2018. Flooding and prolonged drought have differential legacy impacts on soil nitrogen cycling, microbial communities and plant productivity. Plant Soil, 431(1): 371–387
• Nishiuchi S, Yamauchi T, Takahashi H, Kotula L, ve Nakazono M. 2012. Mechanisms for coping with submergence and waterlogging in rice. Rice, 5, 1-14.
• Patel PK, Singh A, Tripathi N, Yadav D, Hemantaranjan A. 2014. Flooding: abiotic constraint limiting vegetable pro ductivity. Adv Plants Agricult Res 1(3): 00016. https://doi. org/10.15406/apar.2014.01.00016
• Seymen M. 2021. How does the flooding stress occurring in different harvest times affect the morpho-physiological and biochemical characteristics of spinach. Sci Hortic, 275: 109713.
• Soltekin RO. 2019. Bazı sofralık üzüm çeşitlerinde su stresinin omca gelişimi, verimi ve üzüm kalitesi üzerine etkileri. Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesii Fen Bilimleri Enstitüsü Bahçe Bitkileri Bölümü, İzmir, Türkiye, ss: 79.
• Tewari S, Mishra A. 2018. Flooding Stress in Plants and Approaches to Overcome. Academic Press, 2018: 355-366.
• Velikova V, Yordanov I, Edreva A. 2000. Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain-treated bean plants: Protective role of exogenous polyamines. Plant Sci, 151(1): 59-66.