The responses of antioxidant system against the heavy metal-induced stress in tomato

Abstract

Plants maintain their life cycles under the various environmental conditions such as oxidative stress induced by heavy metals. Accumulation of metal ions in plants causes the formation of free radicals and stimulates the antioxidative defense systems. In this study, the activities of APX, POD, and SOD are investigated in the leaves and roots of tomato cultivated under the heavy metal-induced stress. The activities of APX, POD, and SOD exhibited remarkable induction with the treatment of Cd, Cu and Pb (10, 20 and 50 ppm) in the leaves of tomato compared to control plants except for 50 ppm Pb. In roots, APX activity changed depending on the heavy metal types and concentrations, while Cd clearly increased it with stress conditions, but Cu decreased in tomato compared to control. The activity of POD clearly exhibited that the all doses of heavy metals reduced the enzyme activity in roots polluted with heavy metals. The treatment of Cd (10, 20 and 50 ppm) significantly increased the activity of SOD, however, Cu showed the opposite effect which significantly decreased with increasing doses in roots compared to uncontaminated plants. Also, roots from plants grown on the high concentration of Pb (20 and 50 ppm) induced the activity of SOD. Briefly, it is clear responses which Cd significantly raised the activities of APX and SOD in leaves and roots of tomato. The decreases caused by these metals in the activity of POD and Cu in the activities of APX and SOD in roots of tomato can be clarified by the result of heavy metal-induced the over production of free radical.

Bitkiler ağır metal kaynaklı oksidatif stres gibi çeşitli çevresel koşullar altında yaşamlarını sürdürürler. Ağır metallerin bitkilerde birikimi serbest radikallerin oluşmasına neden olur ve bu radikaller antioksidatif savunma sistemlerini uyarır. Mevcut çalışmada, ağır metal kaynaklı stres altında yetiştirilen domates bitkisinin kök ve yapraklarında ROS’u ortadan kaldırabilen APX, POD ve SOD enzim aktiviteleri araştırılmıştır. Bu enzimlerin aktiviteleri Cd, Cu ve Pb (10, 20 and 50 ppm) uygulaması sonucu yapraklarda 50 ppm Pb dışında kontrol grubuyla karşılaştırıldığında belirgin bir biçimde artış göstermiştir. Bitki köklerinde, APX aktivitesi ağır metal çeşit ve dozuna bağlı olarak değişmiştir. Kontrol grubuna kıyasla domateste, Cd uygulaması APX aktivitesini stres koşullarında artırırken, Cu enzimin aktivitesini azaltmıştır. Ağır metalle kirletilmiş köklerde POD aktivitesi tüm dozlarda açık bir şekilde azalmıştır. Köklerde kontrol grubuyla karşılaştırıldığında Cd (10, 20 and 50 ppm) uygulaması SOD aktivitesini önemli şekilde artırmıştır, fakat Cu ilavesi artan dozla birlikte ters etki göstererek SOD aktivitesini azaltmıştır. Ayrıca, yüksek konsantrasyonda Pb uygulaması (20 ve 50 ppm) bitki köklerinde SOD aktivitesini artırmıştır. Kısaca, kadmiyum uygulamasının domates kök ve yapraklarında APX ve SOD aktivitelerini artırması açık bir cevap olarak görülmüştür. Domates köklerinde her üç ağır metalin POD aktivitesinde, bakırın APX ve SOD aktivitelerinde azalmaya neden olması ağır metal kaynaklı aşırı serbest radikal üretiminin bir sonu olarak görülebilir.