Bitkilerde Stres Mekanizması

Bitkilerde Stres Olur Mu?

Toprağa bağlı yaşayan ve ihtiyaçlarını kendi karşılayan bitkiler, yaşadıkları ortamda pek çok farklı faktörün etkisi ile strese girebilmektedir. Bilim insanı Levitt’e göre bu durumun faktörlerini biyotik ve abiyotik faktörler olmak üzere iki başlık altında inceleyebiliriz. Biyotik faktörler; mikroorganizmaların (fungus, nematod, böcek, yabani otlar, bakteri ve virüs gibi) enfeksiyonları ve zararlı hayvanların saldırıları sonucu oluşan faktörlerdir. Hasat öncesi ve sonrası kayıplar nedeniyle, biyotik faktörleri önem arz etmektedir. Abiyotik faktörler ise; su, sıcaklık, kuraklık,  tuzluluk,  radyasyon, kimyasal, manyetik ve elektriksel alanlar gibi çevresel kaynaklı faktörlerdir.

Bitkilerin bu maruz kaldığı stresler, bitkilerin büyüme ve gelişmesini veya üretkenliğini olumsuz olarak etkileyebilir. Gen ekspresyonu, hücresel metabolizma, büyüme oranlarındaki değişiklikler, mahsul verimliliği vb. gibi pek çok bitkisel tepkiyi tetiklemektedir.

Abiyotik Faktörler

Mahsul verimini etkileyen, birbirleriyle bağlantılı  ve osmotik stres, iyon dağılımının bozulması ve bitki hücrelerinin homeostasisi şeklinde ortaya çıkabilmektedir. Bu stres faktörleri gen gruplarının ifade modellerini değiştirerek neden olduğu bir yanıttan etkilenirler. Bu sebeple, tarımsal bitkilerde özellikle abiyotikten etkilenen gen bölgelerinin belirlenmesi önemlidir.

Soğuk Faktörü

Tarım ürünlerinin (mahsüllerin) kalitesini ve hasat sonrası yaşamını etkileyen, verimliliği düşüren ana abiyotik faktörler arasında yer alır.

Tuz Faktörü

Toprağın tuzluluk oranı, tuzdan etkilenen bölgelerde mahsul verimini ve sonucunda tarımsal faaliyetleri etkileyen, dünya tarımını tehdit eden abiyotik bir faktördür. Ürünlerin büyümesini ve verimini pek çok yönden etkiler ve azaltır. Daha fazla tuzun varlığı nedeniyle bitki hücrelerindeki ozmotik basıncı aşar ve böylece bitkilerin su ve K+ ve Ca2+ gibi mineralleri akma yeteneğini sınırlar.

Kuraklık Faktörü

Bitkilerin yaşamlarını sürdürebilmeleri için topraktan belirli maddeleri ve toprak suyunu almaları gerekmektedir. Değişen iklim şartları ve küresel ısınma sonucu, toprak bünyesindeki suyun buharlaşarak yok olması bitkilerin topraktan yeterince su alamamasına neden olmaktadır. Bu durum bitkiler sürgünlerin büyümesini durdurur ve metabolik talepleri azaltır.

Isı Faktörü

Sıcaklık artışı bitki büyümesini ve verimliliklerini etkileyen büyük bir sorundur. Bitkiler ısı ile karşılaştıkları zaman, tohum çimlenme yüzdesi, fotosentetik verimlilikleri ve verimleri düşer.

Ayrıca tarım kimyasallarının (gübreler vb.) gübre ve sulama sularına karışmaları, sanayileşmeye bağımlılığın artması, toprak-bitki-çevre sistemi üzerinde zararlı etkilere neden olan toksik metaller de bitkilerin bu duruma girmelerine sebep olabilmektedir.

Biyotik Faktörler

Mantar, virüs, bakteri, nematod, böcek vb. canlıların neden olduğu bir çok durum bulunmaktadır .

Biyotikler, bu duruma sebep olan ajanların genetik mekanizmaları incelenerek aşılabilir. Bilim insanları bu durumun üstesinden gelebilmek amacıyla farklı araştırma yaklaşımları ve farklı mekanizmalar keşfetmişlerdir.

Stresle Nasıl Başa Çıkabiliyorlar?

Bitkiler doğaları gereği toprağa bağımlı olup, herhangi bir stres durumunda kaçamazlar ve direkt olarak bu faktörlere maruz kalırlar.

Yapılan araştırmalarda bitkilerin bu faktörlere karşı verdikleri fizyolojik, biyokimyasal ve moleküler cevapları olduğunu ortaya koymuştur. Elde edilen sonuçlara göre, bu duruma karşı verilen moleküler cevap mekanizmalarını makromoleküllerin ve iyonların homeostasisi, koruyucu moleküllerin sentezi, reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumu ve detoksifikasyonu olmak üzere üç grupta toplanmıştır. Dehidrasyona karşı verilen temel moleküler cevap mekanizması; su iletimi ve iyon dengesinin kontrolünde görevli aquaporinlerin aktivasyon/inaktivasyonunu kapsamaktadır.

Bu duruma karşı verilen cevaplardan bir diğeri ise düşük moleküler ağırlıklı çözünen maddeler veya ozmolitler (prolinler, polioller gibi aminoasitler, şekerler), ısı şoku proteinleri (Heatshock) ve LEA proteinleri (geç embriyogenez bağımlı proteinler) gibi farklı özel proteinlere dayanmaktadır.

ROS yani reaktif oksijen türleri, bitkilerde kloroplastladaki fotosentez reaksiyonlarında, plastit ve peroksizomlarda, mitokondrilerdeki sitrik asit döngüsünde, NADPH oksidaz, hücre duvarı peroksidazları ve aminooksidazlar gibi enzimlerin etkisiyle oluşan en yoğun serbest radikallerdir. Diğer moleküllere elektron verebildikleri ve elektron alabildikleri için indirgeyici veya yükseltgeyici olarak rol oynarlar. Hücrelerde görevli başlıca ROS’lar; singlet oksijen (¹O₂ ), süperoksit anyonu (O₂), hidrojen peroksit (H₂O₂)  ve hidroksil radikali (OH ^• )’dir.

Kaynaklar: 

1. https://www.intechopen.com/books/abiotic-and-biotic-stress-in-plants/biotic-and-abiotic-stresses-in-plants
2. https://plantstress.com/

Görsel Kaynak: https://orbitbiotech.com/temperature-stress-plants-high-temperature-stress/

Editör: Hazal Kalsın DEMİR