Kahramanmaraş-Acı Biber (Capsicum annuum L.) Fidelerinde

Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 14-18, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
Araştırma Makalesi
Kahramanmaraş-Acı Biber (Capsicum annuum L.)
Fidelerinde Mineral İçerik Üzerine Kadmiyumun Etkisi
Esra KOÇ1*, Nuray ERGÜN2, A. Sülün ÜSTÜN1, Işıl ÖNCEL1
1. Ankara Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü, 06100 Tandoğan, Ankara, Türkiye
2. Mustafa Kemal Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, 310434, Antakya, Hatay, Türkiye
*[email protected]
Özet: Bu çalışmada, farklı konsantrasyonlarda kadmiyum uygulanan Kahramanmaraş-Acı (Capsicum annuum cv. KahramanmaraşAcı) biber çeşidi bitkilerinin yaprak ve gövdelerinde, kadmiyum (Cd), kalsiyum (Ca), potasyum (K) ve magnezyum (Mg)
minerallerinin miktar analizleri araştırılmıştır. 6-7 yapraklı fideler 48 saat aralıkla 4 gün süresince 20, 40, 80, 100 µM CdCl 2
uygulamalarına maruz bırakılmıştır. Bu çalışmanın sonuçları, biberin bazı fizyolojik olaylarının kadmiyumdan etkilendiğini
göstermiştir. Bu çalışmada uygulamanın süresine bağlı olarak yaprak ve sürgünlerde Cd birikimi ve diğer minerallerin içeriğinin
değişebileceği tespit edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Kadmiyum, Mineral içeriği, Kalsiyum, Potasyum, Magnezyum, Capsicum annuum L.
Effect of Cadmium on Mineral Component in Kahramanmaras-Hot Pepper
(Capsicum annuum L.) Seedlings
Abstract: In this study, in leaves and stem of pepper Kahramanmaras- Hot plant were exposed to different cadmium
concentrations, cadmium (Cd), calcium (Ca), potassium (K) and magnesium (Mg) minerals analysis of amounts are investigated. 6-7
leafed seedlings were exposed to 20, 40, 80, 100 µM CdCl 2 applications for fourth days at 48 h intervals. The results of the present
study showed that the physiological status of pepper was affected by CdCl 2. In this study, depending on the application period, Cd
accumulation and may change the content of other minerals in leaves and shoots have been identified.
Key Words: Cadmium, Mineral content, Calcium , Potassium , Magnesium , Capsicum annuum cv.
Giriş
Endüstriyel faaliyetler, kentsel atıklar, madencilik, tarımda gübre ve pestisit kullanılması, motorlu taşıtların
egzoz gazları gibi pek çok kaynaktan çevreye yayılan ağır metaller, tarım ve ziraat ile ormancılıkta büyük
problemler oluşturmaktadır. Ağır metallerin çevrede yaygın bir şekilde birikmesi, bitkiden insana hemen her
çeşit organizma için boyutları giderek artan bir tehlike oluşturmaktadır (Kırbağ ve Munzuroğlu, 2006).
Bu kapsamda, kadmiyum da havada, suda ve toprakta bulunan güçlü bir çevre kirletici olup, bitkiler,
hayvanlar ve insanlar üzerinde toksik etkiye sahiptir. Kadmiyum bitkilerde strese neden olan en yıkıcı ağır
metallerden birisidir (Hegedüs ve ark., 2001). Bu metalin yüksek hareketliliği, besin zincirine kolayca girmesini
sağlamakta; sudaki yüksek çözünürlüğü nedeniyle, besin zinciri yoluyla kolaylıkla girdiği insan vücudunda, düşük
konsantrasyonlarda bile, nörotoksik, mutajenik ve karsinojenik etkilere yol açmaktadır (Nogawa ve ark.,1987).
Kadmiyum gibi ağır metallerin çevrede varlığı, bitki metabolizmasını da çeşitli düzeyde etkileyerek; dokuların
içine alınım ve taşınma olaylarında görev yapan farklı mekanizmaları aktive etmektedirler (Owen, 1982). Bu
sebeple, Cd’un toksik etkisi ile ilgili yapılan bilimsel çalışmalar her geçen gün artmaktadır. Toksisitenin
sebepleri, fizyolojik ve moleküler boyutları üzerine yapılan çalışmalar, toksisiteye karşı oluşan fizyolojik cevaplar
ve genel tolerans mekanizmalarına doğru ağırlık kazanmaya başlamıştır.
Solanaceae familyasının bir üyesi olan biber, Amerika kıtasında kültüre alınan ilk bitkiler arasındadır. Bu
bitkinin 30 kadar türü olduğuna dair bilgiler bulunmaktadır. Ancak bu türlerden Capsicum annuum L. dışında
- 14 -
Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 14-18, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
kalanların ekonomik anlamda sebze olarak tarımı yalnızca Amerika’nın orta ve güney bölümlerinde
yapılmaktadır (Abak ve Pitrat, 1981).
Çalışma materyali olarak kullandığımız biber Dünya’nın birçok ülkesinde önemli yer tutan bir sebzedir. Bir
tarım bitkisi olan biber bütün Dünya’da olduğu gibi Türkiye’de de önemli besin maddeleri arasında sayılmakta
ve geniş alanlarda tarımı yapılmaktadır. Ülkemizde Kahramanmaraş başta olmak üzere Gaziantep, Şanlıurfa,
Diyarbakır, Adıyaman ve Hatay illerinde tarla tarımı, Antalya, İçel, Muğla ve İzmir illerinde ise seracılık
üretiminde önemli bir yer tutmaktadır (Üstün, 1991).
Bitkilerin stres faktörlerine karşı olan toleransında bitkinin türü, stres faktörü, maruz kalma süresi ve bitkinin
doku veya organın yapısı etkilidir. Bitkilerin bu ağır metallere karşı hangi tepkiler verdiğini ve hangi
mekanizmaları etkilediğini belirlemek oldukça önemlidir. Bu nedenle çalışmamızda Kahramanmaraş-Acı biber
çeşidine Cd’un (CdCl 2 ) farklı konsantrasyonlarının biber fidelerinin yaprak ve gövde kısımlarında Cd ve kalsiyum
(Ca), potasyum (K) ve magnezyum (Mg) mineralleri üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır.
Materyal ve Metot
Bitkisel Materyal ve Uygulama
Araştırmada bitkisel materyal olarak Kahramanmaraş-Acı (Capsicum annuum cv. Kahramanmaraş-Acı) biber
çeşidi kullanılmıştır.
Kahramanmaraş-Acı biber çeşidine ait tohumlar %0.75’lik sodyum hipoklorürde 1-2 dakika bekletildikten
sonra steril su ile iyice yıkanarak yüzeysel sterilizasyonu yapılmıştır. Tohumlar bahçe toprağı-elenmiş yanmış
ahır gübresi-ince kum (1:1:1 v/v/v) bulunan saksılara 5 cm aralık olacak şekilde hazırlanmış yuvaya bırakılmış ve
gün aşırı sulanarak çimlenmeye bırakılmıştır. Sera şartlarında gelişen fideler 2-3 yapraklı evreye geldiklerinde
içlerinde eşit büyüme gösterenler seçilmiş ve saksılarda seyreltme yapılmıştır. Yaklaşık iki aylık süre sonunda 6-7
yapraklı evreye erişen fideler bitkisel materyal olarak kullanılmıştır. Toplanan 2 aylık biber fidelerinin kökleri
çeşme suyu ile yıkanarak, dezenfekte edilmiş, steril damıtık su ile yıkanmıştır. Fideler, su kültüründeki
uygulamalar için, içlerinde 20, 40, 80µM ve 100 µM CdCl 2 bulunan 400 ml Hoagland besin çözeltisi içeren 500
ml’lik cam kavanozlara yerleştirilmiş ve 22 ± 3˚C, %60 nem, 14 saat ışık periyoduna ayarlanmış bitki yetiştirme
odasına bırakılmışlardır. Deneylerimizde kontrol grubu olarak ağır metal içermeyen tam Hoagland çözeltisi
kullanılmıştır. Uygulamayı takiben 2. ve 4. günde rastgele alınan bitki örneklerinin yaprakları ve gövdeleri derhal
birbirinden ayrılarak sıvı azottan geçirilmiştir. Daha sonra naylon poşetlere konulup etiketlenmiş ve analize
kadar -80°C’de saklanmıştır.
Kadmiyum ve Mineral İçeriğinin Ölçülmesi
Hasat sonrası fideler gövde ve yaprak kısımları ayrılmak surety ile ağır metal ve mineral madde analizi
yapılmak üzere 105°C’ lik etüvde 48 saat süre ile kurutulmuştur. Kuru bitki örneklerindeki Cd birikimi ve mineral
madde analizi sülfürik asit-perklorik asit- nitrik asit ile yaş yakma yöntemi Varian Liberty Series II model
Inductively Couples Plasma – Atomic Adsorption Spectrophotometer (ICP-AES)’de gerçekleştirilmiştir. Bitki
örneklerinde Cd ağır metali ve mineral elementlerden kalsiyum (Ca), potasyum (K) ve magnezyum (Mg)
analizleri gerçekleştirilmiştir (Ergün, 2010).
Bulgular
Uygulamayı takiben 2. ve 4. günlerde hem yaprak hem de gövde de tüm konsantrasyonlarda Cd miktarı
kontrole göre artmıştır. En fazla Cd artışı gövde de olup, 20 µM CdCl 2 uygulamasında tespit edilmiştir (Şekil 1).
- 15 -
Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 14-18, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
Şekil 1. Biber bitkisinin yaprak ve gövdesinde kadmiyum uygulamasının Cd miktarı üzerine etkisi ( I: Kontrol, II:
20µM CdCl 2 , III: 40µM CdCl 2, IV: 80µM CdCl 2, V: 100µM CdCl 2, KA: Kuru ağırlık)
Uygulamayı takiben 4. günde, kontrol grubuna göre, en fazla K artışı yaprakta olup 80 µM CdCl 2 , en çok
azalma ise 100 µM CdCl 2 uygulamasında tespit edilmiştir. Gövdede en belirgin K artışı 4. günde 40 µM CdCl 2
uygulamasında belirlenmiştir (Şekil 2).
Şekil 2. Biber bitkisinin yaprak ve gövdesinde kadmiyum uygulamasının K miktarı üzerine etkisi ( I: Kontrol, II:
20µM CdCl 2 , III: 40µM CdCl 2, IV: 80µM CdCl 2, V: 100µM CdCl 2, KA: Kuru ağırlık)
Uygulamayı takiben 2. günde, kontrol grubuna göre, yaprakta en fazla Ca artışı 80 µM CdCl 2 , en fazla azalma
ise 100 µM CdCl 2 uygulamasında tespit edilmiştir. Gövdede en fazla Ca artışı 2. günde 20 ve 80 µM CdCl 2
uygulamasında tespit edilmiştir. Kontrol grubuna göre en az Ca miktarı ise yine 100 µM CdCl 2 uygulamasında
saptanmıştır (Şekil 3).
Şekil 3. Biber bitkisinin yaprak ve gövdesinde kadmiyum uygulamasının Ca miktarı üzerine etkisi ( I: Kontrol, II:
20µM CdCl 2 , III: 40µM CdCl 2, IV: 80µM CdCl 2, V: 100µM CdCl 2, KA: Kuru ağırlık)
- 16 -
Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 14-18, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
Biber fidelerinin yapraklarında uygulamayı takiben 2. ve 4. günlerde; 100µM CdCl 2 uygulamasında Mg
miktarında azalma tespit edilmiştir. Buna karşın, uygulamanın 2. gününde 80µM CdCl 2, Mg miktarını artırmıştır
(Şekil 4). Biber fidelerinin gövdelerinde uygulamayı takiben 2. günde 20µM CdCl 2 Mg miktarını artırırken,
100µM CdCl 2 uygulaması 2. ve 4. günlerde Mg miktarını azaltmıştır.
Şekil 4. Biber bitkisinin yaprak ve gövdesinde kadmiyum uygulamasının Mg miktarı üzerine etkisi ( I: Kontrol, II:
20µM CdCl 2 , III: 40µM CdCl 2, IV: 80µM CdCl 2, V: 100µM CdCl 2, KA: Kuru ağırlık)
Tartışma
Bitkilerde Cd, plazma membranlarının permeabilitesini etkileyerek besin alımına etki etmektedir. Kadmiyum
ve diğer besin elementleri arasındaki etkileşimler bitkinin besin içeriğinde değişikliğe ve veriminde azalmaya
neden olmaktadır (Zhang ve ark.,2002). Çalışmamızda da biber fidelerine Cd uygulamasına bağlı olarak mineral
madde birikiminin değiştiği tespit edilmiştir. Benzer şekilde Gomez ve ark. (2013) yaptıkları çalışmada Pfaffia
glomerata’ya uygulanan yüksek konsantrasyonda Cd’un esansiyel makro (Mg ve S) ve mikro (Zn, Fe, Mn ve Cu)
elementlerin gövdedeki konsantrasyonunu azalttığını belirlemişlerdir. Biber fidelerinde yaprak ve gövdede Cd
birikimini karşılaştırdığımızda gövdede daha fazla gerçekleştiği bulunmuştur. Xin ve ark. (2013) C. annuum L.
kültürlerine Cd uygulayarak meyve, kök, gövde ve yapraklarda da Cd birikimini incelemişlerdir. Araştırıcılar
özellikle köklerde Cd birikiminin daha fazla gerçekleştiğini ifade etmişlerdir. Obamate ve Umebayashi (2008)
fasulye ve bezelyede yaptıkları çalışmada uygulanan Cd konsantrasyonundaki artışa bağlı olarak K
konsantrasyonunda bir azalma olduğunu saptamışlardır. Benzer şekilde, çalışmamızda biber fidelerinin
yapraklarında özellikle 100µM Cd uygulamasında K miktarında azalma olduğu belirlenmiştir. Sun ve Shen
(2007) Cd stresi altındaki kabak bitkisinin yapraklarında Mg miktarında azalma olduğunu, buna bağlı olarak da
kabağın büyümesinde bir azalma olduğunu belirlemişlerdir. Çalışmamızda ise özellikle 100µM Cd
uygulamasında Mg miktarında kontrole göre azalma olduğu saptanmıştır. Bu sonuçlar özellikle 100µM Cd’un
toksik bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Cd uygulaması yapılan buğday fidelerinin sürgünlerinde Ca
birikiminin Lii 667 çeşitlerinde kontrole göre arttığı, bununla birlikte Huabei 45-4 ve E81513 çeşidinde azaldığı
bulunmuştur (Zhang ve ark., 2002). Çalışmamızda Cd’un yüksek konsantrasyonları ile birlikte uzun süreli
uygulanan Cd’un gerek yaprak ve gerekse gövdede Ca içeriğinde azalmaya neden olduğu belirlenmiştir. Bu
durum köklerden Ca mineralinin alımında mobil bir element olan Cd’un Ca ile yarışması nedeniyle gerçekleşmiş
olabilir.
Çalışmamızda Cd’un konsantrasyonun yansıra, uygulama süresine bağlı olarak da 4. mineral maddeleri
etkilediği ve 4. günde özellikle Ca ve Mg miktarında azalma olduğu tespit edilmiştir. Ağır metallerin toksisite
derecesi; metalin konsantrasyonuna, bulunuş formuna (metal, iyon, organik bileşik..vs), türlere, etki- uygulama
- 17 -
Anadolu Doğa Bilimleri Dergisi 4(2): 14-18, 2013
(Journal of Anatolian Natural Sciences)
süresine, bulunduğu yere vb. gibi faktörlere bağlı olarak değişmektedir. Ağır metaller bitki dokularında aşırı
biriktiği zaman canlılıkla ilgili çeşitli büyüme proseslerinin değişmesine sebep olur (Phalsson, 1989). Bunlara
örnek olarak mineral beslenme (Costa ve ark.,1994), transpirasyon, fotosentez enzim aktivitesi nükleik asit
yapısı, klorofil biyosentezi gibi bitkinin canlılık olaylarının değişmesine sebep olur.
Günümüzde Dünya nüfusunun giderek artması, uygun olmayan tarım alanlarından en verimli şekilde
yararlanılması konusunda araştırmaların yapılması gereğini ortaya çıkarmıştır. Çalışmamızda biber fidelerinde
konsantrasyona bağlı olarak Cd birikimi ve diğer minerallerin sürgün ve yapraklardaki içeriğinin değişebileceği
tespit edilmiştir. Bu hususta biber çeşitlerinin ve ağır metal konsantrasyonlarının çeşitlendirildiği daha detaylı
çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.
Kaynaklar
Abak, K., Pitrat, M. 1981. Biberlerde Kök Boğazı Yanıklığı (Phytophthora Capsici Leon.) Hastalığına Dayanıklılık Üzerine Bir Araştırma.
A.Ü.Z.F. yıllığı 29 (2-3-4): 943-947.
Costa, G., Michaut, J.C., Morel, J.L. 1994. Influence of Cadmium on Water Relations and Gas Sxchanges in Phosphorus Deficient Lupinus
alba. Plant Physiology and Biochemistry. 32: 105.
Ergün, N., Yolcu, H., Karanlık, S., Dikkaya, E. 2010. Heavy Metal Accumulation and Mineral Contents of Some Plants on Amount Mountains (
Hatay) , Turkey. Bibad-97 3(2): 121-127.
Gomes, M.P., Marques, T., Soares, A.M. 2013. Cadmium Effects on Mineral Nutrition of the Cd Hyperaccumulator Pfaffia glomerata.
Biologia Section Botany. 68 (2): 223-230.
Hegedüs, A., Erdei, S., Horváth, G. 2001. Comparative Studies of H 2 O 2 Detoxifying Enzymes in Green and Greening Barley Seedings under
Cadmium Stress. Plant Science. 160: 1085 -1093.
Kırbağ, Z.F., Munzuroğlu, Ö. 2006. Ayçiçeği (Helianthus annuus L.) Fidelerinin Toplam Çözünebilir Protein, Prolin ve Klorofil Miktarları
Üzerine Civa Klorürün (HgCl 2 ) Etkileri. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi. 18 (1): 25-30.
Nogawa, G., Honda, R., Kiod, T., Tsuritani, I., Yamanda, Y. 1987. Limits to Protect People Eating Cadmium in Rice, Based on Epidemiological
Studies. Trace Substance in Environmental Health. 21: 431- 439.
Obamate,H., Umebayashi, M. 2008. Effects of Cadmium on Mineral Nutrient Concentrations in Plants Differing in Tolerance for Cadmium.
Journal of Plant Nutrition. 20(1): 97-105.
Owen, C. 1982. Biochemical Aspects of Copper. Noyes Publications, Park Ridge. NJ.
Phalsson, A.M.B. 1989. Toxicity of Heavy Metals (Zn, Cu, Cd, Pb) to Vascular Plants. Water, Air, Soil Pollution. 47: 287-319.
Sun, J.Y., Shen, Z.G. 2007. Effects of Cd Stress on Photosynthetic Characteristics and Nutrient Uptake of Cab-bages with Different Cdtolerance. Chinese Journal of Applied Ecology. 18(11): 2605-2610.
Üstün, A.S. 1991. Biberlerde Kök Boğazı Yanıklığı (Phyhophtora Capsici Leon.) Hastalığına Dayanıklılığın Nedenlerinin Fizyolojik ve
Biyokimyasal Olarak İncelenmesi. Doktora Tezi. Ankara Üniversitesi. Fen Bilimleri Enstitüsü. Ankara. 8-10.
Xin .J., Huang B., Liu. A., W., Liiao K. 2013. Identification of Hot Pepper Cultivars Containing Low Cd Levels after Growing on Contaminated
Soil: Uptake and Redistribution to the Edible Plant Parts. Plant and Soi. DOI.10.1007/s11104-013-1805-y.
Zhang, G., Fukami, M., Sekimoto, H. 2002. Influence of Cadmium on Mineral Concentrations and Yield Components in Wheat Genotypes
Differing in Cd Tolerance at Seedling Stage. Field Crops Research. 77: 93–98.
- 18 -