Physiological and Biochemical Response To Ultraviolet Stress in Grapevine: in Vitro Modeling

Abstract

Bu çalışma, asmaların Ultraviyole B (UV-B) stresine karşı vermiş olduğu fizyolojik ve biyokimyasal yanıtların belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilmiştir. Bitkisel materyal olarak üç bin yıllık geçmişi ile Van ve yöresinin otokton üzüm çeşidi Erciş ile 18. yüzyıldandan beri Fransa'nın Bordo bölgesinde yetiştirilen ve dünyanın en önemli kırmızı şaraplık üzüm çeşitlerinden biri olan Merlot üzüm çeşidi kullanılmıştır. In vitro çalışmalar için gerekli eksplantlar, her iki üzüm çeşidine ait odun çeliklerinin kontrollü koşullarda sürdürülmesiyle elde edilen sürgünlerden hazırlanmıştır. Tek boğumlu mikro çelik eksplantları 1 mg l-1 BAP içeren MS besin ortamında kültüre alınmıştır. Her biri bir bitki büyütme kabına şaşırtılmış 45 gün yaşlı en az 6 tam yapraklı bitkiciklere, düşük (311 nm Philips TL 20W/01, 16 saat ≅ 8.25 μW cm-2) ve yüksek (311 nm Philips TL 20W/01, 4 h ≅ 33 μW cm-2) UV-B ışını 40 cm yükseklikten polyester filtre ile kaplı steril bir kabin içerisinde uygulanmıştır. Kontrol bitkicikleri ise yalnızca 16 saat soğuk beyaz floresan lambalar altında inkübe edilmiştir. UV-B stresine karşı fizyolojik ve biyokimyasal yanıt olarak toplam klorofil, toplam karotenoid, toplam fenolik bileşik, toplam antioksidan, azot denge indeksi (ADİ), klorofil, flavonol, antosiyanin, lipid peroksidasyon düzeyi, antioksidan enzimler (katalaz, süperoksit dismutaz askorbat peroksidaz), melatonin ve trans-resveratrol içerikleri belirlenmiştir. Çalışma sonucunda çeşitler arasında farklılıklar gözlenmekle birlikte, bünyelerindeki klorofil, karotenoid, toplam antioksidan, toplam fenolik bileşik, MDA düzeyi, SOD, CAT ve APX gibi antioksidan enzim aktiviteleri, ADİ, flavonol içerikleri değişirken, melatonin ve antosiyanin içeriklerinin değişmediği dikkati çekmiştir.

In vitro modeling of plant responses to ultraviolet B (UV-B) stress is a multifaceted and critical research area in plant biology, genetics, biochemistry, and agricultural sciences. This modeling not only expands fundamental scientific knowledge but also serves as an indispensable tool for developing practical solutions aimed at sustainability and plant health in agriculture. This study was conducted to determine the physiological and biochemical responses of vines to UV-B stress. 'Erci & scedil;' which is the autochthonous grape variety of Van, T & uuml;rkiye, and its region grown at an altitude of 1725 m, with a history of three thousand years, and 'Merlot' grape variety, which has been grown in the Bordeaux region of France since the 18th century and is one of the most important red wine grape varieties in the world, were used as plant material. Explants required for in vitro studies were prepared from shoots obtained by maintaining wood cuttings of both grape varieties under controlled conditions. Single-node micro-cutting explants were cultured in MS nutrient medium containing 1 mg L-1 BAP. Plantlets aged 45 days had at least six full leaves and staggered into a plant growth pot were exposed to low (16 h congruent to 8.25 mu W cm-2) and high (4 h congruent to 33 mu W cm-2) UV-B irradiation from a height of 40 cm in a cabinet. Control plantlets were incubated under cold white fluorescent lamps for only 16 h. Total phenolic compound (TP), antioxidant activity (AA), antioxidant enzymes (CAT, SOD, APX), and lipid peroxidation level (malondialdehyde [MDA]) were determined as physiological and biochemical responses to UV-B stress. By the application of low UV-B irradiation, the highest total phenolic compound and antioxidant activity were observed in the 'Merlot' grape variety with 45.72 mg GAE g-1 and 79.79 mu mol TE mg-1, respectively. As a result of the study, although differences were observed between the varieties, their TP, AA, SOD, CAT, APX and MDA contents varied under UV-B stress. The results of the study are important in terms of developing plant varieties resistant to UV-B stress, increasing agricultural productivity and preserving the quality and quantity of plant products.