T.C.
SELÇUK ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
TUZA TOLERANSLI NAX GENLERĠ ĠÇĠN GELĠġTĠRĠLEN 3. GERĠ MELEZ
MAKARNALIK BUĞDAY
POPÜLASYONLARININ FĠZYOLOJĠK TARAMASI
Hatice SÜSLÜ YÜKSEK LĠSANS
Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı
Temmuz-2019 KONYA Her Hakkı Saklıdır
TEZ KABUL VE ONAYI
Hatice SÜSLÜ tarafından hazırlanan “Tuza Toleranslı Nax Genleri Ġçin GeliĢtirilen 3. Geri Melez Makarnalık Buğday Popülasyonlarının Fizyolojik Taraması” adlı tez çalışması 16/07/2019 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği ile Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı‟nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Jüri Üyeleri Ġmza
BaĢkan
Prof. Dr. Nermin BİLGİÇLİ DanıĢman
Prof. Dr. Erdoğan Eşref HAKKI
Üye
Doç. Dr. Mehmet HAMURCU
Yukarıdaki sonucu onaylarım.
Prof. Dr. Mustafa YILMAZ FBE Müdürü
Bu tez çalışması S.Ü. BAP Koordinatörlüğü tarafından 19401017 nolu proje ile desteklenmiştir.
TEZ BĠLDĠRĠMĠ
Bu tezdeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edildiğini ve tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
DECLARATION PAGE
I hereby declare that all information in this document has been obtained and presented in accordance with academic rules and ethical conduct. I also declare that, as required by these rules and conduct, I have fully cited and referenced all material and results that are not original to this work.
Hatice SÜSLÜ 02.07.2019
iv ÖZET
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
TUZA TOLERANSLI NAX GENLERĠ ĠÇĠN GELĠġTĠRĠLEN 3. GERĠ MELEZ MAKARNALIK BUĞDAY POPÜLASYONLARININ FĠZYOLOJĠK
TARAMASI Hatice SÜSLÜ
Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Anabilim Dalı
DanıĢman: Prof. Dr. Erdoğan EĢref HAKKI 2019, 61 Sayfa
Jüri
Prof. Dr. Erdoğan EĢref HAKKI Prof. Dr. Nermin BĠLGĠÇLĠ Doç. Dr. Mehmet HAMURCU
Çevre kirliliği, toprak ve su tuzluluğu küresel su kaynaklarının azalmasına yol açar. Artan insan nüfusu nedeniyle tarım arazisindeki azalma, tarımsal sürdürülebilirlik için büyük bir tehdittir. Aşırı sıcaklıklar, toprak tuzluluğu, kuraklık ve sel gibi çeşitli abiyotik stresler, tarım ürünlerinin yetiştirilmesini ve üretimini etkiler. Farklı abiyotik stresler arasında, toprak tuzluluğu, ekili arazi alanı için en yıkıcı çevresel streslerden biridir ve bu da ürün veriminde ve kalitesinde bir azalmaya yol açar. Türk topraklarının büyük bir kısmı yüksek pH ve tuzluluk özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, bitki besin maddeleri bitkiler için uygun formlarda mevcut değildir. Türkiye de dahil olmak üzere dünya için önemli bir tahıl olan abiyotik streslere karşı toleranslı buğday genotiplerinin geliştirilmesi faydalıdır.
Durum buğdayında D genomunun yokluğu göz önüne alındığında, bu tür tuz stresine karşı daha az toleranslıdır. Laboratuvarımızda daha önce yapılan bir çalışmada, en sık yetiştirilen Türk makarnalık buğday genotiplerinden biri olan Mirzabey-2000 ve Nax genleri içeren Avustralya makarnalık buğday hatları, AUS-5004 ve AUS-5020-7 çaprazlanmış ve tuz tolerans genleri Avustralya genotiplerinden Türk genotiplerine aktarılmıştır. Bu çalışmada deneysel materyal olarak Mirzabey-2000, 5004 ve AUS-5020-7 buğday hatları ve 3. nesil geri çapraz melez popülasyonlar kullanılmıştır. GM3 materyali ve test malzemesi olan ebeveynler, sera koşullarında tuz stresi uygulanan toprak büyüme ortamında yetiştirilmiştir. Çeşitli elementel ve fizyolojik analizlerin sonuçları, Nax genlerine sahip olan materyalde gösterilmesi beklenen sonuçlara uygun olarak bulunmuştur. Ölçüm yapılan parametre sonuçlarında çeşit ve hatlar arasında önemli farklar görülmüştür. Özellikle AUS-5004 ebeveyninde tuz uygulamasıyla birlikte, tuz toleranslılığının tespitinde önemli bir parametre olan bitki kuru ağırlığında artış görülmüş, GM3 Mirzabey x 5004 hattında da bitki kuru ağırlığı içeriğinin yüksek olduğu tespit edilmiştir. Bulguya göre aktarılan Nax genlerinin melez hattında aktif olup tuza toleranslılılığı artırdığı belirlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Geri melezleme, makarnalık buğday, marker destekli seleksiyon, Nax geni,
v ABSTRACT MS THESIS
PHYSIOLOGICAL SCREENING OF DEVELOPED BACKCROSS 3. DURUM WHEAT POPULATIONS FOR TRANSFERRED SALT TOLERANT NAX
GENES
Hatice SÜSLÜ
THE GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCE OF SELCUK UNIVERSITY
THE DEGREE OF MASTER OF SCIENCE IN SOIL SCIENCE AND PLANT NUTRITION DEPARTMENT
Advisor: Prof. Dr. Erdoğan EĢref HAKKI 2019, 61 Pages
Jury
Prof. Dr. Erdoğan EĢref HAKKI Prof. Dr. Nermin BĠLGĠÇLĠ Doç. Dr. Mehmet HAMURCU
Environmental pollution, soil and water salinity leads to a reduction in global water resources. The decrease in the agricultural land due to the increasing human population is a major threat for agricultural sustainability. Various abiotic stresses, extreme temperatures, soil salinity, drought and floods affect the cultivation and production of agricultural products. Among different abiotic stresses, soil salinity is one of the most destructive environmental stresses for cultivated land area, which leads to a decrease in product yield and quality. A large part of Turkish soil has high pH and salinity characteristics. Therefore, plant nutrients are not available for plants in suitable forms. Being an important cereal for world including Turkey, it is beneficial to develop wheat genotypes that are tolerant to abiotic stresses.
Given the absence of the D genome in durum wheat, it is less tolerant towards salt stress. Mirzabey-2000, one of the most common durum wheat varieties produced in Turkey, and Australian durum wheat lines, AUS-5004 and AUS-5020-7 containing Nax genes were crossed and salt tolerance genes were transferred. Thus, in this study, Mirzabey-2000 genotype, AUS-5004 and AUS-5020-7 wheat lines, and 3rd generation back-crossed hybrid populations were used as the experimental material. The results obtained from the various elemental analyzes carried out on samples of GM3 material and the parents which are the test material against the salt stress applied in the soil growth environment under the greenhouse-potting conditions and the results obtained from the physiological analyses were found to be compatible with the reactions expected to show the material having Nax genes. Significant differences were observed between varieties and lines in the measured parameter results. Especially with the application of salt in AUS-5004 parent, an increase in plant dry weight, which is an important parameter in the determination of salt tolerance, was observed and GM3 Mirzabey x 5004 line was found to have high plant dry weight content. According to the findings, it was determined that the transferred Nax genes were active in the hybrid line and increased salt tolerance.
vi ÖNSÖZ
Lisans üstü eğitimim boyunca bilgisiyle ve tecrübesiyle yol gösteren, akademik alanda gelişmemi sağlayan, sahip olduğu çalışma imkanlarını benimle paylaşan, yaptığım çalışmalarda gerekli maddi ve manevi desteğini esirgemeyen danışman hocam Sayın Prof. Dr. Erdoğan Eşref HAKKI‟ya teşekkür ederim.
Yüksek lisans tez çalışmama yaptığı katkılardan ve bilgisiyle çalışmalarımıza yön veren, bütün bölüm imkanlarından faydalanmamızı sağlayan bölüm başkanımız Sayın Prof. Dr. Sait GEZGİN hocama, bilgisini paylaşan çalışmamla yakından ilgilenen ve çalışmamın her aşamasında destek veren Sayın Doç. Dr. Mehmet HAMURCU hocama ve çalışma ekibine, değerli bilgilerini ve tecrübelerini paylaşan Sayın Prof. Dr. Ahmet TAMKOÇ hocama ve Sayın Prof. Dr. Ali TOPAL hocama yaptığı yardımlardan dolayı teşekkür ederim.
Yüksek Lisans eğitimime başladığım günden beri bilgilerini ve yardımlarını esirgemeyen, desteklerini her zaman hissettiğim, birlikte çalışmaktan daima keyif aldığım, hoşgörülerine ve bilgilerine çok saygı duyduğum, Sayın Dr. Öğr. Üyesi Anamika PANDEY ve Sayın Dr. Öğr. Üyesi. Mohd Kamran KHAN hocalarıma sonsuz teşekkür ederim.
Çalışmamda bana yardımcı olan lisans üstü laboratuvar arkadaşlarım Pamela ARACENA SANTOS‟a, Noyan EKEN‟e, Kamer GÜLCAN‟a, Merve İNANÇ‟a ve çalışmamda büyük desteği olan birçok şeyi birlikte öğrendiğim arkadaşım Makbule Rumeysa OMAY‟a teşekkür ederim. Çalışmam boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen yüksek lisans arkadaşlarım A. Hümeyra OMAY ve İsmail KAYA‟ya teşekkür ederim.
214O072 nolu proje ile materyal ve finans kaynağı sağlayan TÜBİTAK„a ve 19401017 nolu proje ile finansal destek sağlayan S.Ü. BAP Koordinatörlüğüne teşekkür ederim.
Eğitimimin her aşamasında bana güvenip inanan, her zaman gayretlendiren ve bana güç kaynağı olan, maddi ve manevi destek sağlayan anneme, babama ve kardeşlerime sonsuz minnet ve teşekkürlerimi sunarım.
Hatice SÜSLÜ KONYA-2019
vii ĠÇĠNDEKĠLER ÖZET ... iv ABSTRACT ... v ÖNSÖZ ... vi ĠÇĠNDEKĠLER ... vii SĠMGELER VE KISALTMALAR ... ix ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ... xi ÇĠZELGE DĠZĠNĠ ... xii 1. GĠRĠġ ... 1 2. KAYNAK ARAġTIRMASI ... 5 3. MATERYAL VE YÖNTEM ... 13 3.1. Materyal ... 13
3.1.1. Denemede kullanılan bitki materyali ... 13
3.1.2. Sera denemesinde kullanılan toprak materyali ... 13
3.2. Yöntem ... 14
3.2.1. Deneme ön hazırlıkları ... 14
3.2.1.2. Tohumların vernalizasyonu ... 15
3.2.2. Sera denemesinin kurulması ve yürütülmesi ... 16
3.2.3. Sera denemesinde yapılan ölçümler ... 17
3.2.3.1. Bitki boy uzunluğu ... 17
3.2.3.2. Bitki kuru ağırlığı ... 18
3.2.3.3. Bitki örneklerinin analize hazırlanması ... 18
3.2.3.4. Bitkilerin element içeriklerinin belirlenmesi ... 18
3.2.3.5. Klor (Cl) analizi ... 18
3.2.3.6. Hücre zarı geçirgenliği (elektrolit sızıntısı) ... 19
3.2.3.7. Lipid peroksidasyonu (MDA) analizi ... 19
3.2.3.8. Prolin analizi ... 19
3.2.3.9. İstatistiki sonuçların değerlendirilmesi ... 20
4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA ... 21
4.1. Büyüme Parametreleri Sonuçları ... 21
4.1.1. Bitki kuru ağırlık sonuçları ... 21
4.1.2. Bitki boyu sonuçları ... 24
4.2. Bitki Besin Elementi Analiz Sonuçları ... 26
4.2.1. Bitki K içeriği analiz sonuçları ... 26
4.2.2. Bitki Mg içeriği analiz sonuçları ... 28
4.2.3. Bitki Ca içeriği analiz sonuçları ... 30
viii
4.2.5. Bitki Cl içeriği analiz sonuçları ... 35
4.2.6. Bitki B içeriği analiz sonuçları ... 38
4.2.7. Bitki P içeriği analiz sonuçları ... 40
4.3. Fizyolojik Analiz Sonuçları ... 42
4.3.1. Bitki EC içeriği (elektrolit sızıntısı) analiz sonuçları ... 42
4.3.2. Bitki lipid peroksidasyonu (MDA) içeriği analiz sonuçları ... 44
4.3.3. Bitki prolin içeriği analiz sonuçları ... 46
5. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 49
5.1 Sonuçlar ... 49
5.2 Öneriler ... 53
KAYNAKLAR ... 54
ix SĠMGELER VE KISALTMALAR Simgeler AgNO3 :Gümüş Nitrat B :Bor Ca :Kalsiyum
CaCO3 :Kalsiyum Karbonat
Cl :Klor Cu :Bakır Fe :Demir
HNO3 :Nitrik Asit
K :Potasyum
KH2PO4 :Potasyum Fosfat
Mg :Magnezyum Mn :Mangan N :Azot
NaCl :Sodyum Klorür
NH4NO3 :Amonyum Nitrat
P :Fosfor S :Kükürt Zn :Çinko ZnSO4.7H2O :Çinko Sülfat
Kısaltmalar Ç :Çeşit EC :Elektrolit Sızıntısı FW :Fresh wheat GM :Geri Melez g :Gram H :Hat T0 :0 mM NaCl T1 :100 mM NaCl
MAP :Mono Amonyum Fosfat MDA :Malondialdehit
x ml :Mililitre
mMol :Milimolar
ppm :Parts Per Million μl :Mikrolitre μmol :Mikromol
xi
ġEKĠLLER DĠZĠNĠ
ġekil 2.1. Oksijenin seviyeli indirgenmesiyle oluşan AOT‟ların kimyası (Desikan ve ark., 2005)‟den modifiye edilerek kullanılmıştır.………..……..12 ġekil 3.1. Steril edilen tohumların üç saat saf suda bekletilmesi ve perlite ekimi…...15 ġekil 3.2. 7. Hafta vernalizasyonun sonunda bitkilerin gelişimi………...15 ġekil 3.3. a) Bitkilerin dikimden 20 gün sonra, b) Bitkilerin dikimden 40 gün sonraki görselleri………..17 ġekil 4.1. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların kuru ağırlıkları (g)……..22 ġekil 4.2. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların boy uzunlukları (cm)…..25 ġekil 4.3. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların K içerikleri değişimi (%)………...27 ġekil 4.4. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların Mg içerikleri değişimi
(%)………29
ġekil 4.5. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların Ca içerikleri değişimi (%)………...31 ġekil 4.6. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların Na içerikleri değişimi
(%)………....33
ġekil 4.7. Kontrol (T0) şartlarında çeşit ve hatların Na içerikleri değişimi (%)……….33 ġekil 4.8. Tuz stresi (T1) koşullarında çeşit ve hatların Na içerikleri değişimi (%)…...34 ġekil 4.9. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların Cl içerikleri değişimi (%)………...36 ġekil 4.10. Kontrol (T0) şartlarında çeşit ve hatların Cl içerikleri değişimi (%)………36 ġekil 4.11. Kontrol (T1) şartlarında çeşit ve hatların Cl içerikleri değişimi (%)………37 ġekil 4.12. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların B içerikleri değişimi (mg
kg-1)………..39
ġekil 4.13. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların P içerikleri değişimi
(%)………41
ġekil 4.14. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların EC içerikleri değişimi (%)………...43 ġekil 4.15. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların MDA içerikleri (nmol g -1
FW)……… 45 ġekil 4.16 Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların prolin içerikleri (nmol g -1
xii
ÇĠZELGE DĠZĠNĠ
Çizelge 3.1. Sera denemesinde kullanılan toprağın analiz sonuçları………..14 Çizelge 3.2. Sera denemesi planı………...16 Çizelge 4.1. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının kuru ağırlık üzerine etkileri ile ilgili varyans analiz sonuçları………....21 Çizelge 4.2. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitki kuru ağırlığında meydana gelen değişimler (%)……….22 Çizelge 4.3. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının bitki boyu üzerine etkileri ile ilgili varyans analiz sonuçları………....24 Çizelge 4.4. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitki boyunda meydana gelen değişimler (%)………...24 Çizelge 4.5. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen K içeriği değişimleri (%)………26 Çizelge 4.6. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının K içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………..26 Çizelge 4. 7. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının Mg içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………...28 Çizelge 4.8. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen Mg içeriği değişimleri (%)………28 Çizelge 4.9. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının Ca içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………..30 Çizelge 4.10. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen Ca içeriği değişimleri (%)………30 Çizelge 4.11. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının Na içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları……….32 Çizelge 4.12. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen Na içeriği değişimleri (%)………32 Çizelge 4.13. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının Cl içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları……….35 Çizelge 4.14. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen Cl değişimleri (%)………...35 Çizelge 4.15. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının B içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları……….38
xiii
Çizelge 4.16. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen B içeriği değişimleri (%)………38 Çizelge 4.17. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının P içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………..40 Çizelge 4.18. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen P içeriği değişimleri (%)………40 Çizelge 4.19. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının EC içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………...…..42 Çizelge 4.20. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen EC değişimleri (%)……….………...42 Çizelge 4.21. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının MDA içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………..44 Çizelge 4.22. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen MDA değişimleri (%)………....44 Çizelge 4.23. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının prolin içerikleri ile ilgili varyans analiz sonuçları………..46 Çizelge 4.24. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen prolin değişimleri (%)………46
1. GĠRĠġ
Gün geçtikçe artan insan nüfusu ve tarıma elverişli topraklarda azalma, tarımsal sürdürülebilirlik için iki önemli tehdit durumuna gelmiştir. Güçlü rüzgârlar, aşırı sıcaklıklar, toprak tuzluluğu, kuraklık ve sel gibi çeşitli abiyotik stresler tarımsal ürünlerin üretimini ve ekimini etkilemektedir. Abiyotik stresler arasında toprak tuzluluğu, ekili arazi alanında, ürün veriminde ve kalitedeki büyük düşüşlere neden olan en yıkıcı çevresel streslerden biridir. Çevre kirliliği ile toprak ve suyun tuzlanması küresel su kaynaklarının azalmasına neden olmaktadır. Dünyadaki toplam arazinin %7'si, sulu tarım yapılan arazinin %50'si, ekilebilir arazinin ise %20'si tuzluluk problemiyle karşı karşıyadır. Bu durumda, tuzluluk ciddi bir çevresel sorun haline gelmiştir (Szabolcs, 1994; Kumar ve ark., 2015) . Ayrıca, tuzlanmış alanlar, düşük yağış, yüksek yüzey buharlaşması, doğal kayaların ayrışması, tuzlu su ile sulama ve kötü kültürel uygulamalar gibi çeşitli nedenlerle yıllık %10 oranında artmaktadır. Ekilebilir arazinin % 50'sinden fazlasının 2050 yılına kadar tuzlanacağı tahmin edilmektedir (Jamil ve ark., 2011).
Türkiye toprakları özellikle Akdeniz, İç Anadolu, Ege ve Doğu Anadolu bölgelerinde karakteristik olarak organik metaryali düşük, kireç içeriği yüksek ve bu yüzden de yüksek pH ve tuzluluk özelliklerine sahiptir. Bu da bitki besin elementlerinin bitkiler tarafından elverişli formlarda alınmasını engellemektedir.
Kültür bitkilerinin gelişmesini olumsuz etkileyecek derecede tuzlu ve alkali olan topraklar tarımsal üretimde büyük bir sorundur. Bu nedenlerden dolayı, ülkemizde önemli tarla bitkileri için besin element streslerine karşı tolerant olan çeşitlerin belirlenmesi veya geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Tuz stresine tolerant çeşitlerin sayılarının artırılması özellikle tuz stresi görülen bölgelerdeki üreticiler için büyük ekonomik katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Dünya ve ülkemiz nüfusunun beslenmesinde tahıllar önde gelen enerji kaynağıdır. Tahıllar içerisinde önemli bir yere sahip olan buğday ise dünyanın birçok ülkesinde temel besin kaynağı olarak tüketilmektedir. Buğday insanın enerji ihtiyacını karşılayabileceği en kolay elde edilebilen zengin karbonhidrat ve mineral içeriğiyle bolca tükettiğimiz bir tahıl bitkisi ve temel gıda maddelerindendir. Artan insan nüfusu
ve tarıma elverişli topraklarda azalma, tarımsal sürdürülebilirlik için sorun oluşturmaktadır. Hızla büyüyen nüfusa paralel olarak, gelecekte daha büyük besinsel sorunlarla karşı karşıya kalmamak ve mevcut ihtiyaçların karşılanabilmesi için birim alan başına üretim ve kalite artışı dikkate alınmalıdır. Üretim alanlarımızın sınırlı olması ve artırılamayacağı göz önünde bulundurularak üretimi artırmanın başlıca yolları arasında uygun yetiştirme tekniklerinin seçimi, uygun tohumluk kullanımı, üreticilerin bilinçlendirilmesi, yüksek verim ve kaliteye sahip ve de biyotik/abiyotik stres faktörlerine karşı dayanıklı/toleranslı yeni çeşitlerin ıslah edilerek üretime kazandırılması gerekmektedir.
Bütün topraklarda suda çözünür tuzlar bulunur. Bitkiler temel besinleri çözünür tuzlar şeklinde bünyelerine alırlar, ancak aşırı birikim bitki gelişimini olumsuz bir şekilde etkiler. Son yüzyılda, fiziksel, kimyasal ve biyolojik arazi bozunma süreçleri, küresel doğal kaynaklar (örneğin, sıkıştırma, inorganik/organik kirlenme ve azaltılmış mikrobiyal aktivite/çeşitlilik) için ciddi sonuçlar doğurmuştur. Çeşitli sorunlardan etkilenen toprak miktarı yanlış sulama uygulamasına bağlı olarak her yıl artmaktadır (Patel ve ark., 2011).
Tuzluluğu ortadan kaldırmayı amaçlayarak kullanılabilecek konvansiyel yöntemlerin güçlüğü ve masraflı olması nedeniyle, son zamanlarda tuza toleranslı bitki türleri ve bu türlere ait tuza toleransı yüksek genotiplerinin seçilmesi doğrultusunda birçok çalışma gerçekleştirilmiştir. Tuzluluğun üretim için sorun teşkil ettiği alanlarda bu stres her ne kadar yavaş etkisini gösterse de uzun yıllar sonunda kaçınılmaz son olarak karşımıza çıkacaktır. Bu nedenle araştırmacılar bu sorunla kalıcı olarak mücadele edebilmek için genetik dayanıma yönelmişler ve çalışmalarına bu yönde ağırlık vermeye başlamışlardır. Tuz zararından etkilenme durumlarının bitkilerde genetik bir özellik olduğu bilinmektedir (Marschner, 1995). Mansour ve Salama (2004)‟e göre eğer ki bir bitkide tuzdan sakınım (exclusion) ya da tuzu kabullenme (inclusion) mekanizmalarından herhangi birisi iyi gelişmişse, bu bitki genotipinin tuza toleransının yüksek olduğu söylenebilir. Tuzdan kaçınma mekanizması bulunan bitkiler, tuzu bünyelerinden uzak tutarak tuzun alınmasını kısıtlayarak hücredeki tuz yoğunluğunu sabit tutup, tuz toksisite zararından korunabilirler.
Yapılan bir çalışmada (Huang ve ark., 2006) makarnalık buğdayda tuza karşı yeni bir tolerans mekanizması olan Nax‟ı tanımlamışlardır. Bu işleyiş kantitatif karakter tabanlı olup bitkide düşük Na konsantrasyonu sağlamaktadır. İlgili bölge Triticum monococcum L. kökenli olup melezleme ile makarnalık buğdaya kazandırılmıştır. Bahsedilen bölgenin buğdayda tanımlanması sırasında çeltik (4 kromozomunda benzer dizi bilgilerinin yer alması sebebiyle) ve buğday genom dizi bilgilerinden faydalanılmıştır. Buğdayın uzun kolunda (2A) yer alan bu bölgeyi Nax1 bölgesi olarak adlandırmışlardır. Bu bölgede tespit edilen iki adet genin düşük Na oranının sürdürülmesinde rol oynadığı ifade edilmiştir. Bu iki genden birisi TmHKT7 ailesinin üyesi olan ve tuza dirençli hassas hatlar arasında polimorfizm gösteren TmHKT7-A1 genidir. İkinci gen ise yine TmHKT7 ailesi üyesi olup TmHKT7-A2 olarak tanımlanmıştır. Ayrıca; bu iki gen arasında %83 oranında aminoasit dizi benzerliği bulunduğu ve genlerden TmHKT7-A2‟nin kök ve yapraklarda bitki tuz içeriğini yaprak ayasından Na+ geri atarak ve kökte ise Na+‟un ksileme yüklemesini durdurarak Na yoğunluğunu düşürdüğü belirtilmiştir.
Bölümümüzde yürütülmüş olan bir TÜBİTAK 1003 projesinde Avusturalya‟dan temin edilerek çoğaltılan tuza toleranslı ekmeklik ve makarnalık buğday hatlarından klasik ve moleküler ıslah yöntemleri ile bu toleranslılığı sağlayan Nax1, Nax2 genlerinin (iki farklı Yüksek Afiniteli Potasyum Transporter (HKT) geni) Orta Anadolu tarım kuşağına iyi adapte olmuş yerel buğday çeşitleri ve ümitvari hatlara aktarılması gerçekleştirilmiştir. İlgili projede, Avusturalya‟dan temin edilerek çoğaltılan tuza toleranslı ekmeklik ve makarnalık buğday hatlarından klasik ve moleküler ıslah yöntemleri ile bu toleranslılığı sağlayan Nax1, Nax2 genlerinin Orta Anadolu tarım kuşağına iyi adapte olmuş, verim ve kalite özellikleri yüksek olan yerel buğday çeşitlerine ve bazı ümitvari hatlara aktarımı ve tuzluluğa toleranslı buğday genotiplerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır (Hakki ve ark., 2018).
Bu proje kapsamında kullanılmış olan genler AA genomlu diploid bir buğday olan Triticum monococcum‟dan ilk defa tetraploid bir yerel Avustralya buğdayına aktarılmış, daha sonra ise ilgili karakterler ticari önemi yüksek Avustralya kökenli makarnalık ve ekmeklik buğday çeşitlerine kazandırılmıştır. Proje önerisi olan tuza toleranslılığı sağlayan genleri taşıyan ilerletilmiş hatlar ile yapılmış ve Avustralya şartlarında tuzlu ortamlarda tarla seviyesindeki çalışmalarda genlerin etkinliği açıkça
ortaya konmuş olup ilgili hatların kullanıldığı tuzlu alanlarda kayda değer verim artışı gerçekleşmiştir (Hakki ve ark., 2018).
Bitkilerin karşılaştığı birçok abiyotik stres arasında önde gelen stres faktörlerinden olan ve bitkisel üretiminin sınırlanmasına yol açan toprak tuzluluğuna toleranslı yerel makarnalık buğday çeşitlerinin geliştirilmesi söz konusu projenin konusunu oluşturmaktadır. Bu çerçevede ele alınan projede, ülkemizde halihazırda tuza toleranslı makarnalık buğdayların bulunmamasına bağlı olarak, bu toleranslılığı sağlayan yabani buğday türlerinden olan Triticum monococcum kökenli Nax genlerinin yerel çeşitlerimize moleküler destekli ıslah programı (Markör Destekli Seleksiyon = MAS) kullanılarak ayrı ayrı aktarılması ile elde edilmiş olan gerimelez 3 (GM3) hatlarında kontrollü sera-saksı-toprak şartlarında tuz stresi uygulanarak bu geliştirilme sürecindeki hatların verecekleri fizyolojik reaksiyonlar ve söz konusu genlerin beklenen fonksiyonları gösterip göstermeyeceği bu tez çalışması kapsamında tespit edilmiştir. Çalışmada genlerin makarnalık buğdaylara aktarılması bilhassa önemlidir. Zira ekmeklik buğdaylara göre makarnalık buğdaylar tuz stresine çok daha hassastırlar.
2. KAYNAK ARAġTIRMASI
Abiyotik bir stres çeşidi olan tuzluluk, oluşum nedenlerine göre primer (doğal) ve sekonder tuzluluk olarak ikiye ayrılır. Doğal tuzluluğun ortaya çıkış sebepleri; ana kayaçların parçalanması, okyanuslar ve iklimsel nedenler olarak sıralanabilir (Munns ve Tester, 2008). Sekonder tuzlanmanın ortaya çıkışı ise tarım alanlarındaki aşırı ve bilinçsiz sulama, tuz mineralleri açısından zengin yer altı su seviyelerinin toprak yüzeyine kadar yükselmesi, bilinçsiz otlatma, bölgelerin tabii vejetasyonlarını yok ederek yeni tarım arazilerinin oluşturulması ve toprakta tuzluluğa sebep olan kimyasal maddelerin kullanımı olarak sıralanmaktadır (Pessarakli ve Szabolcs, 1999).
Abiyotik stres etmenlerinden olan üretim alanlarındaki tuzluluk, verimliliği olumsuz etkileyen, ürün verimini sınırlandıran en önemli sorunlardan birisidir. Toprak tuzluluğu genellikle az yağış alan, sıcaklık dereceleri yüksek olan kurak ve yarı kurak bölgelerde kendini göstermektedir. Böyle alanlarda sulama yapılması durumunda tuzlanma daha hızlı ortaya çıkabilmektedir. Sulama ile toprağın alt katmanlarında bulunan tuz, evaporasyon sırasında kapillarite ile yukarı taşınmakta ve bitkinin kök bölgesinde birikmektedir. Yanlış sulama programlarının uygulanması, sulama suyunda eriyebilir tuzların yüksek seviyede bulunması ve gerekli drenaj sistemlerinin sağlanamaması da toprak tuzluluğunun farklı nedenleri arasındadır (Epstein ve ark., 1980).
Topraklarda bitkinin kök bölgesinde verim kaybına neden olacak kadar tuz biriktiyse tuzluluk problemi ortaya çıkar. Dünyada tarımsal üretim yapılan bölgelerde, kaliteli suların yetersizliğinde tuzlu sular sulama amaçlı kullanılmaktadır. Toprakta ve suda artan tuz yoğunluğu bitki köklerinin su alımını kısıtlar bu sebeple bitkinin çimlenme ve gelişmesinde gerileme, verimde azalmalara sebep olur (Wahome, 2003). Tuzluluk ile karşılaşılan topraklarda yaygın olarak sodyumun Cl-, ve SO4- tuzları baskın olarak görülmekte ve topraklardaki tuzluluk genellikle Na tuzları (NaCl) tarafından ortaya çıkmaktadır (Shannon, 1985).
Tuz stresi bitkinin bütün gelişim evrelerini etkilemesine rağmen, en çok etkilenen evre tohum üretim safhası, dolayısıyla da tohum verimidir (Khatun ve Flowers, 1995). Ayrıca tuzluluk, bitkilerde reprodüktif evrede üretken çiçek sayısında
azalmalara ve çiçeklenme zamanında değişimlere de neden olur (Munns, 2002). Kök tüyleri ise artan tuz konsantrasyonuna bağlı olarak işlevlerini yitirir ve kaybolurlar (Ali ve ark., 1999).
Yüksek toprak tuzluluğu, bitkiye verdiği zararın yanı sıra toprağın fiziksel ve kimyasal özelliklerini de olumsuz yönde etkilemektedir. Böylece bitkiler, mikroorganizmalar, protozoa ve nematodlar gibi toprakta ya da üzerinde yaşayan organizmaların büyümesini ve çeşitliliğini doğrudan etkilemiş olur. Tuzluluğun olumsuz sonuçları arasında, tarımsal üretimde azalma, ekonomik kazançların azalması ve toprak yapısının bozularak erozyona uğraması sayılabilir (Hu ve Schmidhalter, 2004). Tuzluluk etkileri, tohum çimlenmesi, bitki büyümesi, tohum oluşturma, su ve besin alımı dahil morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal işleyişler arasındaki karmaşık etkileşimlerin sonucudur (Reynolds, 2001; Akbarimoghaddam ve ark., 2011).
Tuzluluk, çimlenme, bitkisel büyüme ve üreme gelişimi gibi bitki gelişiminin tüm aşamalarında etkilidir. Toprak tuzluluğu, bitkiler üzerinde iyon toksisitesi, ozmotik stres, besin (N, Ca, K, P, Fe, Zn) eksikliği ve oksidatif strese yol açar ve topraktan su alımını sınırlar (Bano ve Fatima, 2009). Tuzdan ilk etkilenen kısım olan plazma membranı geçirgenliğindeki farklılık genotip çeşitliliğine bağlıdır. Tuzluluk koşullarında, hücre zarında oluşan zararın tuza hassas bireylerde daha çok olduğu görülmüştür Mansour ve Salama (2004) .
Bitkilerin tuzluluğa karşı gösterdikleri tepkiler gelişim dönemlerinde göre farklılık gösterebilir ve şiddetleri farklı olabilir. Sodyum, klor ve bor gibi bazı besin elementleri bitkiler üzerinde belirli toksik etkilere sahiptir. Hücre duvarlarında sodyumun aşırı birikmesi, hızla ozmotik strese ve hücre ölümüne yol açabilir (Munns, 2002) .
Tuza toleranslı bitkilerin geliştirilmesi, yarı kurak ve tuzlu topraklarda ürün verimliliğini korumak ve artırmak için onlarca yıldır bitki yetiştirme programlarının temel bir amacı olmuştur. Tuza toleransı farklı birçok çeşit kullanılmasına rağmen, geleneksel yöntemlerle tuz stresine karşı ıslahın genel gelişimi yavaş olmuştur ve tuz toleransının genetik özelliği iyi tespit edilemediği için istenilen başarıya ulaşılamamıştır (Schubert ve ark., 2009; Dodd ve Pérez-Alfocea, 2012).
Cuin ve ark. (2010) çalışmalarında; tuz stresi altında buğday genotiplerini en iyi şekilde değerlendirmek ve tuza karşı gösterdikleri toleransı belirlemek adına agronomik ve fizyolojik parametreleri kullanarak karar vermeye yarayacak olan kriterlerin ölçümünü ve etkinliğini kolaylaştırmak için 14 parametre kullanmışlardır. Bu parametrelerden elde edilen sonuçları çeşitli istatistik programlarıyla analiz etmişlerdir. Bu ölçümler sonucunda tuz uygulanmış bitkiler üzerinden 6. haftada aldıkları klorofil ölçümleri ile bitki özsuyundan aldıkları örneklerde ölçtükleri potasyum kriterinin buğday ıslahında seçilimde en etkili parametreler olduğunu ifade etmişlerdir.
Bir başka araştırmacı grubu olan Ahmad ve ark. (2014), yapmış oldukları çalışmalarında tuz stresi altında dokuz adet buğday genotipini elemental ve fizyolojik açıdan ele almışlar ve bu genotiplerden iki adedi çalışma sonucunda ön plana çıkmıştır. Çalışma kapsamında ön plana çıkan genotipler Pasban-90 ve Sehr-2006‟ya değişen dozlarda uyguladıkları NaCl tuzunun bitkilerin büyüme evresinde gösterdikleri etkilerini, büyüme oranlarını, fotosentez aktivitelerini ve iyon içeriklerini incelemişlerdir. Uyguladıkları 200 mM tuz stresi altında aldıkları tüm ölçümlerde diğer genotiplerden ayrılan bu iki genotip arasında yukarıda belirtilen parametreler kapsamında yapılan kıyaslamada Pasban-90 genotipinin tuzlu topraklarda ekilmesinin daha iyi olacağı sonucuna varılmıştır. Kıyaslamada 200 mM tuz stresi altında maksimum tüm parametrelerde Pasban-90 genotipinin Sehr-2006 genotipinden daha iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.
Çoğu tahıl ürününde tohum konsantrasyonundaki çinko (Zn) ve demir (Fe) gibi mikro besinlerin konsantrasyonlarını arttırmak için genetik çeşitliliği kullanmak önemli bir stratejidir. Araştırmacıların buğdayın yabani formlarıyla yaptıkları bir çalışmada (Çakmak ve ark., 2004) Verimli Hilal'den çok sayıda yabani buğday türü toplanmış ve mineral besin içerikleri taranmıştır. Yabani buğdaylar içinde, özellikle yabani emmer buğdayı koleksiyonları, Triticum turgidum ssp. dicoccoides (825 katılım), yüksek çeşitlilik ve en yüksek mikro besin elementi konsantrasyonlarını göstermiştir. Tohum başına toplam Zn içeriği 7 μg ve Fe içeriği 3,7 μg olarak belirlenmiş olup modern buğdaylara göre çok daha yüksek sonuçlar saptanmıştır. Yabani emmerin, modern buğdaylarda Zn ve Fe gibi mikro besinlerin konsantrasyonunu arttırmak için önemli bir genetik kaynak olacağı tespit edilmiştir.
Tuzlulukla ilgili gerek ülkemiz içinde gerekse farklı ülkelerdeki araştırma merkezlerinde birçok çalışma yürütülmüş ve hala yürütülmektedir. Ege Üniversitesi Tarla Bitkileri Bölümü‟nde 2013-2014 yıllarında yapılan bir çalışmada 5 farklı tuz (0, 2, 4, 6, 8 ds/m) ve salisilik asidin 5 farklı konsantrasyonu (0, 0.5, 1.0, 1.5, 2 mM) 4 kanola çeşidine (Brassica napus L.) uygulanmış ve bunların morfolojik ve fizyolojik özelliklere etkileri incelenmiştir. Bu çalışmada, salisilik asit uygulamasının tuzluluğun olumsuz etkisini giderdiği ya da, azalttığı izlenmiş ve buna bağlı olarak salisilik asit uygulamalarında kontrollere göre daha yüksek verim elde edilmiştir (Nazarian, 2016).
Bitkilerdeki tuza toleranslılık türler arasında ve kısmen de tür içinde (Epstein, 1983) farklılık göstermekle birlikte genellikle kabul edilen, deniz suyu tuzluluğunun 1/3‟ünden daha fazlasına kültür bitkilerinin dayanmadığı belirtilmiştir (Flowers, 2004). Buğdayın belirli bölgelerindeki DNA dizi bilgilerine benzerliğiyle dikkat çeken çeltikte de Na+ ve K+ dengesinin tuza toleransa etkisi aynı dönemde anlaşılmaya başlanmıştır (Horie ve ark., 2001).
Erba ve ark. (2011) yaptıkları çalışma, kapsamında da T. monococcum subsp. monococcum türü kullanılmış ve bu çalışma kapmasında farklı yıllarda ve farklı aksesyonlar kullanarak Zn, Fe, Cu ve Mn gibi iz elementlerin yanında Ca, Mg, P ve K bitki besin elementleri de araştırılmıştır. Çalışma sonucunda Zn, Fe, Mn, Cu, Mg ve P gibi elementlerin konsatrasyonlarının çalışma kapsamında değerlendirilen ekmeklik buğdaydan daha yüksek olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, Mg‟un Zn ve Ca ile pozitif korelasyon gösterdiği de açıklanmıştır.
Farklı iki buğday türüne ait 6 genotipin tuz stresine tepkilerinin incelendiği bir başka çalışmada ise bitkilere besin çözeltisine ek olarak 200 mM NaCl eklenmiştir. Çalışma sonunda kontrol grubuyla kıyaslandığında bitkilerde tuz stresi altında bitki büyümesi ve oransal su içeriğinin (OSİ) önemli miktarda azaldığı, klorofil a, b ve toplam klorofil içeriği önemli ölçüde azalırken, klorofil a/b oranının çeşitlere göre farklılık gösterdiği gözlenmiştir. Tuz stresi altındaki fidelerde prolin miktarının arttığı bulunmuştur. Çözünür protein ve çözünür fenolikler biraz artış gösterirken, bazı çeşitlerde çözünür karbonhidrat miktarı azalmıştır. Sonuçta, incelenen genotipler arasında tuzluluğa tepkide çeşit farklılığının önemli olduğu görülmüştür (Öncel ve Keleş, 2002).
Farklı kaynaklardan temin edilen 595 adet Triticum spelta genotipinin tuz ve bor toksisitesine karşı toleranslarını test etmek ve toleransı yüksek olan genotiplerin seçilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, tarla koşullarında tuzluluk ve B toksisitesi problemine sahip iki farklı deneme alanında yürütülen bir tez çalışmasında, T. spelta genotiplerinin B ve Na konsantrasyonları ile kuru madde verimleri arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Sonuç olarak, görülen farklılıkların genotiplerin tuzluluk ve bor toksisitesine karşı geliştirmiş oldukları mekanizmalardan kaynaklandığı ve bu koşullar altında T. spelta genotiplerinin yerel çeşitlere göre daha iyi performans gösterdiği belirtilmiştir (Öztürk, 2015).
Toprakta aşırı tuz bileşikleri oluştuğunda su potansiyeli azalır. Bu durum bitkilerin topraktan gelen besinlerin yanı sıra su almasını da kısıtlar. Bu şartlar altında, bitkilerde iki sorun meydana gelir. Birincisi, köklerdeki yüksek Na + konsantrasyonunun ozmotik strese neden olması ve ikincisi de temel besin dengesindeki bozulmanın iyonik strese neden oluşudur (Munns ve ark., 2006).
Kabullenme mekanizması olan bitkiler ise Na
+
ve Cl
iyonlarına doku toleransı gösterirler. Bu tolerans, bitki Na+ iyonunu fazla aldığı halde, herhangi bir zararlanma belirtisi göstermediğinde ya da bitki bu durumdan çok az etkilendiğinde kendinden söz ettirir. Bu tip bitkilerde tuzun metabolizmaya alınmadan hücre içerisinde tuz bezleri gibi özelleşmiş hücrelerde biriktirildiği bilinmektedir Bu iki tolerans mekanizması işleyiş bakımından kabul ediliyor olsa da, tuza karşı toleransın mekanizması henüz tam olarak açıklanabilmiş değildir (Babourina ve ark., 2000).
Bitki hücresinin yüksek tuzluluğa adaptasyonu, ozmotik ayarlamayı ve toksik iyonların tolere edilmesini içerirken, artan değerler, yüksek tuzluluğun da reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumunu tetiklediğini göstermektedir. Osmolitler ROS, dehidratasyon, membran hasarının çok sayıda proteini stabilize etmesiyle ayrıca enzim aktivitesinin uyarılmasıyla başlatılan oksidatif strese karşı hücreleri korurlar (Ashraf ve Foolad, 2007; Singh ve ark., 2015).
Tuz stresli bitkiler en az üç ana kısıtlamaya sahiptir. Bunlar; su eksikliği, iyon toksisitesi ve iyon dengesizliğidir. Toprak ozmotik potansiyelindeki azalmaya bağlı
olarak azalan su miktarı, toprak potansiyeli açısından su potansiyelini dengeleyemeyen hassas türleri etkiler. Esas olarak Na + ve Cl - olan anyon fazlası çoğu bitki için aşırı derecede toksiktir; bu da enzim aktivitesini ve membran stabilitesini olumsuz yönde etkileyerek ve ROS üretimini artırarak, bitki metabolizmasını ve büyümesini tehlikeye sokar (Marschner, 1995) .
Toprağın tuzlu olduğu bölgelerde, bitki dokularındaki Na iyonlarının yüksek birikimine bağlı olarak bitki büyümesi ve metabolizması olumsuz yönde etkilenir. Na iyonlarının bitki dokularındaki birikimi, fotosentezi baskılar ve ROS oluşumunu arttırır. Bu da, bitki üzerinde, DNA‟da mutasyon, protein yıkımı ve membran hasarı olabilecek toksik reaksiyonların hızlandırılması gibi birçok olumsuz etkiye neden olur (Sudhir ve Murthy, 2004; Islam ve ark., 2015).
Kökler, ozmotik basıncın düşük olması nedeniyle tuz birikmiş bölgelerden suyu alamadığından, rizosfer bölgesindeki tuzluluk bitkilerin büyümesini olumsuz yönde etkileyebilir. Diğer önemli sorun, bitki büyümesi üzerinde zararlı etkilere sahip olan suda yüksek seviyelerde tuz iyonlarının bulunmasıdır. Topraktaki bol miktarda bulunan Na ve Cl iyonu, toprak çözeltisinin ozmotik potansiyelinin artmasına ve besin alımının yetersizliğine neden olur (Sairam ve Tyagi, 2004).
Ozmotik basıncın kontrolünde indükleyici bir madde olan prolin, bitki hücrelerinde serbest olarak bulunur ve düşük moleküler ağırlığa, suda yüksek çözünürlüğe ve fizyolojik pH aralığında net yüke sahip değildir. Bitki hücreleri tuz stresinin neden olduğu ozmotik stresi hafifletmek için çözünür ozmotik ayarlama maddelerini biriktirme eğilimindedir, özellikle de prolin biyosentezi açıkça aktive edilir. Prolin içeriği, stres toleransına karşı bitki direncinin fizyolojik bir indeksi olarak kullanılabilir (Silveira ve ark., 2003).
Proje önerimizde, buğday türlerinden AA genomlu bir Triticum monococcum aksesyonundan köken alan tuza toleranslılığı sağlayan Yüksek Afiniteli Potasyum Taşıyıcı (HKT) genlerinin makarnalık buğdaylara aktarılması ile bu A genomlu HKT lerin yerel bir Türk buğday çeşidimiz olan Mirzabey-2000 çeşidine moleküler destekli ıslah programı (Markör Destekli Seleksiyon = MAS) kullanılarak aktarılması neticesinde Mirzabey-2000 ile ardarda geri melezlemeler yapılarak elde edilmiş olan
gerimelez 3 (GM3) hatları tuz stresi oluşturularak sera şartlarında yetiştirilmiştir. Geliştirilme sürecindeki hatların verdikleri fizyolojik reaksiyonlar ve söz konusu genlerin beklenen fonksiyonları gösterip göstermeyeceği bu tez önerisi kapsamında detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmada genlerin makarnalık buğdaylara aktarılması bilhassa önemlidir. Çünkü ekmeklik buğdaylara göre makarnalık buğdaylar tuz stresine çok daha hassastırlar.
Tuzluluk, düşük ve yüksek sıcaklık, kuraklık gibi farklı abiyotik stres etmenlerinde görüldüğü gibi bitkinin karbon mekanizması ve elektron aktarım işleyişini kısıtlamaktadır. Tuz stresine maruz kalan bitkiler bünyelerindeki su kaybını azaltmak için stomalarını kapatırlar. Bu durumda CO2‟in girişi kısıtlanmakta ve CO2 fiksasyonu
ve fotosentez azalmaktadır (Brugnoli ve Lauteri, 1991). Bu şekilde, fotosentez metabolizmasında aksamalar meydana gelmektedir. CO2‟in fiksasyonunda
kullanılmayan elektronlar ile emilen ışık enerjisi O2‟nin indirgenmesinde yani
radikallerin üretilmesinde kullanılır (Halliwell ve Gutteridge, 1985). Üretilen serbest oksijen radikalleri, protein zar lipitleri ve nükleik asitler ile klorofil gibi birçok hücre yapısını tahrip etmektedir (Fridovich, 1986). Bu konuda yapılan birçok araştırmada, tuz stresinde yaşayan bitkilerde oksijen radikallerinin neden olduğu lipid bozunmalarının yol açtığı nekrozlara, O2 radikallerinin klorofile zarar vermesinden dolayı da bitkide
kloroza neden olduğu bildirilmiştir (Streb ve Feierabend, 1996).
Bitkilerin tuz, sıcaklık gibi stres faktörlerine dayanıklılıkta iki yol izledikleri belirlenmiştir. Bu yollardan birincisi stresten kaçınmadır ve bitkiler bu durumda yapılarında morfolojik ve kimyasal birtakım değişiklikler meydana getirmektedir. İkinci yol ise, dayanıklılık mekanizması olup, bitkilerin stres faktörünün etkilerini hücre ve doku seviyesinde değişiklikler yaparak azaltma çabasıdır (Avcıoğlu ve ark., 2003).
Bitkiler ve tüm aerobik canlılar için atmosferik oksijen (O2) düzeyi oldukça
önemlidir. O2 normal koşullar altında bitki büyümesi ve gelişmesi için gerekli iken,
konsantrasyonu gereğinden fazla arttığı zaman, ölüm ile sonuçlanabilecek hücresel hasarlar oluşmasına neden olabilir. Bunun sebebi, moleküler oksijenin hücrede sürekli indirgenerek çeşitli aktif oksijen türlerini (AOT) oluşturmasıdır (Şekil 2.1.).
ġekil 2.1. Oksijenin seviyeli indirgenmesiyle oluşan AOT‟ların kimyası (Desikan ve ark., 2005)‟den
modifiye edilerek kullanılmıştır.
Moleküler O2‟nin H2O oluşturmak için enerji veya elektron transferinde
gerçekleşen indirgenme reaksiyonlarının ara ürünleri olan AOT‟lar (Apel ve Hirt, 2004) bitki hücresel aktivitelerinde daima üretilmektedir ve hücreler standart şartlar altında bu AOT‟ların seviyesini farklı koruma mekanizmaları ve antioksidanlar yardımıyla zararsız düzeylerde tutmaktadırlar. Fakat dışsal stres etmenleri, (tuzluluk, yüksek veya düşük sıcaklık, kuraklık, UV, gaz gibi) bitkinin sahip olduğu antioksidan sistem etkinliğini kısıtlarlar ve bu stres koşulları AOT‟ların sentezlenmesini indükleyerek birikmelerine sebep olur (Van Breusegem ve ark., 2001). Biriken AOT‟lar DNA, protein, klorofil ve zar fonksiyonu gibi birçok metabolik faaliyetin işleyişine zarar verir.
Tuz stresinin bitkiler üzerindeki etkileri, bitkinin çeşidine, uygulanan tuz çeşidi ile miktarına ve maruz kalma süresine, gelişim evresine bağlı olarak, farklılık gösterir. Tuzlu ortamlarda bitkiler sahip oldukları genotipik farklılıklara göre de çok farklı tepkiler verebilmektedirler (Dajıc, 2006).
3. MATERYAL VE YÖNTEM
3.1. Materyal
3.1.1. Denemede kullanılan bitki materyali
Denemede kullanılan buğday materyalleri bölümümüz tarafından gerçekleştirilen (214O072) „Klasik ve Moleküler Islah Yöntemleri Kullanılarak Bazı Buğday Çeşitlerine Tuza Toleranslılık Genlerinin Aktarılması‟ adlı 1003 projesinden temin edilmiştir.
Bu tez çalışmasında yerel üretimde tercih edilen makarnalık buğday Mirzabey-2000 ve yurt dışı kaynaklı tuza tolerans sağladığı bilinen genleri (Nax1 ve Nax2) içeren AUS-5004, AUS-5020-7 ilerletilmiş makarnalık buğday hatları ebeveyn olarak kullanılmıştır. Bu ebeveynler ve bunların 3. geri melezlenmesinden elde edilen Mirzabey x 5004 ve Mirzabey x 5020-7 hatları materyal olarak kullanılmıştır.
3.1.2. Sera denemesinde kullanılan toprak materyali
Denemede kullanılan toprak Selçuk Üniversitesi Alaaddin Keykubat Kampüsü bölgesinden temin edilmiştir. Kullanılan toprağın analiz sonuçları tabloda (Çizelge 3.1.)‟de verilmiştir.
Çizelge 3.1. Sera denemesinde kullanılan toprağın analiz sonuçları Parametreler Sonuçlar pH (1:2.5 toprak:su) 7.58 EC (1:5 toprak:su) (µS cm-1) 52 % CaCO3 34.6 Organik madde 1.64 Kil 24 Silt 26 Kum 50
Tekstür sınıfı Kumlu killi tın
mg kg-1 N (NH4-4 + NO3-N) 15.19 P 14.4 K 222 Ca 6229 Mg 231 Na 9 Fe 0.8 Zn 1.6 Mn 0.2 B 0.36 Cu 0.8 3.2. Yöntem 3.2.1. Deneme ön hazırlıkları
3.2.1.1. Tohumların sterilizasyonu ve çimlendirilmesi
Makarnalık buğday tohumları çimlendirilmeden önce herhangi bir ilaç ve zararlı kalıntısı olmaması için sterilizasyon işlemine tabii tutulmuştur. Sterilizasyon işleminde %5‟lik sodyum hipoklorit kullanılmıştır. Saf sodyum hipokloritten 50 ml alınıp üzerine 950 ml saf su ilave ederek son hacim 1000 ml‟ye tamamlanmıştır. Tohumlar 5 dakika boyunca bu çözelti içinde bekletilmiştir. Daha sonra bol saf su ile sodyum hipoklorit kokusu gidene kadar yıkanmıştır. Önce çeşme suyu sonra saf su ile yıkanan tohumlar çimlenmenin kolay olması için 3 saat saf su içerisinde bekletilmiştir.
ġekil 3.1. Steril edilen tohumların üç saat saf suda bekletilmesi ve perlite ekimi
Tohumların çimlendirilmesinde rahat kök gelişimi sağladığı ve toprak şartlarına aktarırken kolaylık tanıdığı için perlit ortamı tercih edilmiştir. Perlitler de %5‟lik sodyum hipoklorit çözeltisi kullanılarak sterilize edilmiş ve etüvde 700 C‟de kurutulduktan sonra viyollere yerleştirilmiştir. Steril edilen tohumların ekimi perlite yapılmıştır.
3.2.1.2. Tohumların vernalizasyonu
Perlite ekimi yapılan tohumlar iki gün boyunca oda sıcaklığında patlamaları beklenmiştir. Daha sonra düşük sıcaklığa adapte olabilmeleri için +7o
C‟de bir gece bekletilip, sıcaklık ve nem kontrollü karanlık odada +4o
C‟de 7 hafta bekletilmiştir.
3.2.2. Sera denemesinin kurulması ve yürütülmesi
Deneme, Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi bünyesinde bulunan Toprak Bilimi ve Bitki Besleme bölümüne ait olan bilgisayar kontrollü tam donanımlı araştırma serasında ısı, ışık ve nispi nemi bilgisayar kontrollü olarak yürütülmüştür. Deneme süresince gündüzleri sera içi sıcaklığının 25±3o
C, solar radyasyonun 1700±50 kcal/m2 ve nispi nemin %60 ± 10 olması sağlanmıştır.
Deneme tesadüf parselleri deneme desenine göre 4 tekerrürlü olarak kurulmuştur. Denemede plastik saksılara 4 mm‟lik elekten geçirilmiş 3,5 kg toprak + torf (2:1) karışımı konulmuştur. Vernalizasyonu tamamlayan çimlenmiş tohumların şekildeki deneme planına göre her saksıya yedi fide olacak şekilde dikimleri yapılmıştır.
Çizelge3.2. Sera denemesi planı
UYGULAMALAR
0 mM NaCl Uygulaması 100 mM NaCl Uygulaması
GE NOT İPLE R Mirzabey-2000 Mirzabey-2000 AUS-5004 AUS-5004 AUS-5020-7 AUS-5020-7 Mirzabey x 5004 Mirzabey x 5004 Mirzabey x 5020-7 Mirzabey x 5020-7
Denemede, fidelerde gelişme başladığında saksılarda seyreltme yapılmış ve her saksıdaki fide sayısı beşe düşürülmüştür. Seyreltme işleminin ardından toprak analiz sonuçlarına göre bitkinin genel gelişimlerine destek olmak için 250 ppm saksı N (üre + MAP), 200 ppm saksı P (MAP + KH2PO4), 150 ppm saksı K (KH2PO4), 1 ppm saksı Zn (ZnSO4.7H2O) ve 1 ppm saksı B (Etidot-67) gübreleri çözelti halinde her bir saksıya uygulanmıştır. Denemenin sulaması saf su ile yapılmıştır. Kardeşlenme dönemi öncesinde yeterli büyüklüğe ulaşan bitkilere NaCl çözeltisi (0 mM ve 100 mM) yüksek tuz dozundan etkilenip şoka girmemeleri için aşamalı olarak uygulanmıştır.
Deneme süresince yapılan gözlemlerde makarnalık buğday çeşitlerinin gelişmelerinde farklar belirlenmiştir. Farklı zamanlarda fotoğraflanarak tespit edilmiştir. Bitkiler dikimden 55 gün sonra hasat edilmiştir.
ġekil 3.3. a) Bitkilerin dikimden 20 gün sonra, b) Bitkilerin dikimden 40 gün sonraki görselleri
3.2.3. Sera denemesinde yapılan ölçümler
3.2.3.1. Bitki boy uzunluğu
Hasada başlamadan önce ilk olarak metre yardımıyla saksının toprak yüzeyinden bitki boy uzunluğu ölçülerek kaydedilmiştir.
a
3.2.3.2. Bitki kuru ağırlığı
Toprak üstü kısmından hasat yapılarak kese kağıtları içerisinde laboratuvara getirilen örnekler hassas terazide tartılarak ağırlıkları tespit edilmiştir. Daha sonra tamamen temizleninceye kadar musluk suyu ile yıkandıktan sonra sırasıyla 0.2 N HCl çözeltisi, musluk suyu ve deiyonize su ile yıkanmış, fazla suları kaba filtre kağıdı üzerinde alınmıştır. Bitkiler numaralandırılmış kese kağıtları içerisine ayrı ayrı alındıktan sonra hava sirkülasyonlu kurutma dolabında 70°C‟de sabit ağırlığa gelinceye kadar kurutulmuştur. Kurutulduktan sonra bitkiler hassas terazide tekrar tartılarak kuru ağırlıkları kaydedilmiştir.
3.2.3.3. Bitki örneklerinin analize hazırlanması
Ağırlıkları belirlenmiş olan bitki materyalleri tungsten kaplı btki öğütme değirmeninde öğütülmüştür. Polietilen kavanozlara konulan öğütülmüş bitki örnekleri analizde kullanılmadan önce 70oC‟de sabit ağırlığa gelinceye kadar kurutma dolabında kurutulmuştur.
3.2.3.4. Bitkilerin element içeriklerinin belirlenmesi
Öğütülen bitki örneklerinden yaklaşık 0.2 g tartılmış, 5 ml HNO3 ile yüksek
sıcaklık (210°C) ve yüksek basınç (200 PSI) altında mikrodalga cihazında (CEM Mars 5) örnekler çözündürülmüştür. Daha sonra örnekler 50 ml‟lik falkon tüplere aktarılarak soğutulmuş, deiyonize su ile 20 ml‟ye tamamlanmıştır. Bu süzükler hemen ince gözenekli (Whatman No:42 veya mavi bant) filtre kağıdı ile süzülerek 25 ml‟lik polietilen şişelere aktarılmış ve süzükteki element içerikleri ICP-OES cihazı ile yaprak P, K, Ca, Mg ve B içerikleri element analiz laboratuvarlarımızda belirlenmiştir (Burt, 2004).
3.2.3.5. Klor (Cl) analizi
Sabit kuru ağırlığa gelinceye kadar kurutulmuş ve öğütülmüş bitki örneklerinden 0.1 g tartılmıştır. Johnson ve Ulrich (1959)‟un belirttiği metoda göre potasyum kromat
indikatörü kullanılarak ve AgNO3 ile titre edilerek elde edilen değerlere göre
hesaplanmıştır.
%Cl=(Ö-Ş) / A*100
Ö: Örnek için harcanan AgNO3 miktarı (ml)
Ş: Şahit için harcanan AgNO3 miktarı (ml)
A: Örnek miktarı (mg)
3.2.3.6. Hücre zarı geçirgenliği (elektrolit sızıntısı)
Hücre zarı geçirgenliği elektrolit sızıntısının ölçümüyle Dionisio-Sese ve Tobita (1998)‟e göre belirlenmiştir. Bunun için 100 mg yaprak örnekleri 5 mm uzunluğunda kesilerek 10 ml deiyonize su içeren deney tüplerine transfer edilmiştir. Tüpler plastik tıpalarla kapatıldıktan sonra 32°C‟lik bir su banyosunda 2 saat süreyle tutulmuştur. Ortamın elektrik iletkenliği EC metre ile ölçülerek (EC1) örnekler 121°C‟de 20 dk boyunca tüm dokuların ölmesi ve elektrolitlerin dışa çıkması için otoklavlanmıştır. Sonra, örnekler 25°C‟ye kadar soğutularak bu ortamdaki elektrik iletkenliği ölçülmüştür (EC2).
Elektrolit sızıntısı (ES) aşağıdaki formüle göre hesaplanmıştır. ES = EC1/EC2×100
3.2.3.7. Lipid peroksidasyonu (MDA) analizi
Lipid peroksidasyonu, lipid bozunması belirteci olan malonaldialdehit (MDA) miktarının ölçümüyle, Rao ve Sresty (2000)‟nin belirttiği yönteme göre yapılarak tayin edilmiştir. Aktivite için 532-600 nm aralığında çoklu Multıskango spektrofotometre cihazında değişimlerine bakılmıştır.
3.2.3.8. Prolin analizi
Prolin içeriğini belirlemede Bates ve ark. (1973)‟nın belirtmiş oldukları yöntem izlenmiştir. Sıvı fazdan aspire edilen toluen fraksiyonunun 520 nm'deki absorbansı spektrofotometreden okunmuştur. Prolin konsantrasyonu, kalibrasyon eğrisi kullanılarak hesaplanmış ve μmol prolin g-1
3.2.3.9. Ġstatistiki sonuçların değerlendirilmesi
Tez çalışmasında, bitkiler üzerinde yapılan gözlem ve ölçümler Minitab-16 paket programından yararlanarak tesadüf parsellerde faktöriyel deneme desenine göre varyans analizine tabii tutulmuş, Tukey testine göre önem seviyesinde etkili olduğu belirlenen özelliklerin ortalama değerleri ilişkilendirilmiştir.
4. ARAġTIRMA SONUÇLARI VE TARTIġMA
Araştırmada kullanılan çeşit (Mirzabey-2000) ve hatlara (5004, AUS-5020-7, Mirzabey x 5004, Mirzabey x 5020-7) tuz uygulamalarına bitkilerin verdiği tepkiler alt başlık halinde verilmiştir.
4.1. Büyüme Parametreleri Sonuçları 4.1.1. Bitki kuru ağırlık sonuçları
Tuz uygulamalarının Mirzabey-2000 makarnalık buğday çeşidi ve AUS-5004, AUS-5020-7, GM3 (Mirzabey x 5004, Mirzabey x 5020-7) makarnalık buğday hatlarının, kuru ağırlık değerlerine ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.1.‟de, elde edilen ortalama kuru ağırlık değerleri Çizelge 4.2.‟de ve kuru ağırlık değerlerine ait grafikler Şekil 4.1.‟de verilmiştir.
Çizelge 4.1. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının kuru ağırlık (g) üzerine etkileri
ile ilgili varyans analiz sonuçları
Varyans Kaynağı SD Kareler Toplamı Kareler Ortalaması F Değeri
Genel 29 0,76 --- ---
Çeşit-Hat (Ç-H) 4 0,09 0,022 3,14*
Tuz Uyg. (TU) 1 0,11 0,107 15,58**
Ç-H X TU int. 4 0,43 0,108 15,83**
Hata 20 0,14 0,007 ---
**,p<0.01 *,p<0.05
Araştırmada kullanılan çeşit ve hatların kuru ağırlıkları varyans analiz sonuçlarına göre tuz uygulaması ve çeşit-hat X tuz interaksiyonu istatistiki bakımdan %1 düzeyinde, çeşit-hat istatistiki bakımdan %5 düzeyinde önemli bulunmuştur (Çizelge 4.1.).
Çizelge 4.2. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitki kuru ağırlığında (g) meydana gelen değişimler (%)
Kuru Ağırlık (g)
ÇEŞİT / TUZ 0 mM NaCl 100 mM NaCl % Değ. Ort.
Mirzabey-2000 0,93 abc** 0,64 cd** -31 0,78 a* AUS-5004 0,54 d** 0,85 abc** 57 0,66 a* AUS-5020-7 0,94 ab** 0,70 bcd** -30 0,82 a* Mirzabey x 5004 0,74 a-d** 0,71 bcd** -4 0,73 a* Mirzabey x 5020-7 1,01 a** 0,66 bcd** -34 0,84 a* Ort. 0,83 a* 0,71 b* -14
Mirzabey-2000 çeşidinde kontrole (T0) göre %31 oranında bir azalma olurken, Avustralya hatlarında ise, kontrole (T0) göre AUS-5020-7‟de %30 oranında azalma görülmüştür. AUS-5004‟de %57 oranında artış görülmüştür. Melez hatlarda kontrole (T0) göre Mirzabey x 5004‟de %4, Mirzabey x 5020-7‟de %34 oranında azalma gözlenmiştir (Çizelge 4. 2.).
Çeşit ve hatlara yapılan tuz uygulamasının bitki kuru ağırlığı değişim değerlerine göre Mirzabey-2000 çeşidinin kuru ağırlığında artış gözlenirken AUS-5004 hattının kuru ağırlığında azalma görülmüştür. Mirzabey x 5004 melezinin kuru ağırlığı Mirzabey-2000 çeşidine kıyasla daha azdır.
ġekil 4.1. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların kuru ağırlıkları (g)
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
Mirzabey-2000 AUS-5004 AUS-5020-7 Mirzabey
x 5004 Mirzabey x 5020-7 K uru Ağ ırlık ( g) Genotipler 0 mM NaCl 100 mM NaCl
Araştırmada kullanılan Avusturalya hatları (AUS-5004, AUS-5020-7), Mirzabey-2000 çeşidi ve bunların 3. geri melezlemesinden elde edilen hatlar (Mirzabey x 5004 ve Mirzabey x 5020-7) kontrol grubu (T0) ile karşılaştırıldığında tuz (T1) uygulanan gruplar arasında kuru ağırlık oranında en fazla değişim Mirzabey x 5020-7 melezinde en az değişim (Mirzabey x 5004 melezinde, kaydedilmiştir (Şekil 4.1.).
Tuz stres çalışmalarında bitki kuru ağırlığı önemli bir parametredir. Araştırmacılar stres çalışmalarındaki kuru ağırlık değişimlerinin sonucunu belirlemede etkin rol aldığını belirtmektedir. Araştırmacılar tarafından 13 çeşit buğday kullanılarak gerçekleştirilen tuz stresi çalışmasında dört farklı (0 mM, 50 mM, 100 mM, 150 mM NaCl) tuz dozu kullanılmıştır. Ölçülen bütün parametrelerde genotipler arası farklılık gözlenmiştir. Bütün genotiplerde (her genotipin uygulamaları arasındaki değişim oranları farklı olmakla birlikte) artan dozlarda NaCl uygulamasında bitki kuru ağırlığında azalma gözlenmiştir (El-Hendawy ve ark., 2005). İki farklı buğday çeşidinin kullanıldığı başka bir tuzluluk çalışmasında artan dozlarda tuzun (0 mM, 50 mM, 100 mM, 150 mM NaCl) kontrol uygulamasına ve çeşidin kendi dozlarına göre bitki kuru ağırlığında ciddi azalmalara neden olduğu bildirilmiştir (Ahmad ve ark., 2014). Çalışmamızın sonunda bulduğumuz kuru ağırlık değişimleri daha önceki yapılan tuz stresi çalışmalarıyla paralellik göstermektedir.
4.1.2. Bitki boyu sonuçları
Tuz uygulamalarının Mirzabey-2000 makarnalık buğday çeşidi ve AUS-5004, AUS-5020-7, GM3 (Mirzabey x 5004, Mirzabey x 5020-7) makarnalık buğday hatlarının, bitki boyu değerlerine ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.3.‟de, elde edilen ortalama bitki boyu değerleri Çizelge 4.4.‟de ve bitki boyu değerlerine ait grafikler Şekil 4.2.‟de verilmiştir.
Çizelge 4.3. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının bitki boyu (cm) üzerine etkileri
ile ilgili varyans analiz sonuçları
Varyans Kaynağı SD Kareler Toplamı Kareler Ortalaması F Değeri
Genel 29 406,20 --- ---
Çeşit-Hat (Ç-H) 4 231,28 57,82 16,14**
Tuz Uyg. (TU) 1 80,03 80,03 22,33**
Ç-H X TU int. 4 23,22 5,80 1,62
Hata 20 71,67 3,58 ---
**,p<0.01 *,p<0.05
Araştırmada kullanılan çeşit ve hatların bitki boyu varyans analiz sonuçlarına göre çeşit-hat ve çeşit-hat X tuz interaksiyonu istatistiki bakımdan %1 düzeyinde önemli bulunmuştur (Çizelge 4.3.).
Çizelge 4.4. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitki boyunda (cm) meydana gelen değişimler (%)
Bitki Boyu (cm)
ÇEŞİT / TUZ 0 mM NaCl 100 mM NaCl % Değ. Ort.
Mirzabey-2000 46,33 44,17 -4 45,25 AUS-5004 50,67 48,17 -4 49,42 AUS-5020-7 51,33 47,33 -7 49,33 Mirzabey x 5004 46,66 40,33 -13 43,50 Mirzabey x 5020-7 43,66 42,33 -3 43,00 Ort. 47,73 44,47 -6
Mirzabey-2000 çeşidinde kontrole (T0) göre %4 oranında bir azalma olurken, Avustralya hatlarında, kontrole (T0) göre 5004‟de %4 oranında azalma, AUS-5020‟de %7 oranında azalma olduğu görülmüştür. Melez hatlarda ise kontrole (T0) göre
Mirzabey x 5004‟de %13, Mirzabey x 5020-7‟de %3 oranında azalma gözlenmiştir (Çizelge 4.4.).
ġekil 4.2. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların boy uzunlukları (cm)
Araştırmada kullanılan Avusturalya hatları (AUS-5004, AUS-5020-7), Mirzabey-2000 çeşidi ve bunların 3. geri melezlemesinden elde edilen hatlar (Mirzabey x 5004 ve Mirzabey x 5020-7) kontrol grubu (T0) ile karşılaştırıldığında tuz (T1) uygulanan gruplar arasında bitki boy uzunluğu oranında en fazla değişim Mirzabey x 5004 melezinde en az değişim Mirzabey x 5020-7 melezinde kaydedilmiştir (Şekil 4.2.).
Farklı tuz dozlarında (0.6, 6, 12 dS/m NaCl) stres şartlarına tabii tutulan on farklı buğday genotipinin, artan tuz dozlarında erken çiçeklenme gösterdiği, bitki gelişiminin farklı dönemlerinde uygulanan tuz stresinin bitkinin bütün gelişim evrelerinde bitki boyunda kısalmalara neden olduğu Atak ve ark. (2015) tarafından tespit edilmiştir. Kara ve ark. (2011) tarafından beş farklı tritikale hattına uygulanan tuz stresinin (3.9, 6.1, 8.3, 10.5, 14.9, 19.3, 25 dS/m NaCl) bitki gelişimi üzerine sonuçları incelenmiştir. Bitkilerin çimlenmesi ve fide boyunda hatlar arasında farklılıklar görülmüş ve tuz stresinin artan dozlarında kontrole göre tüm hatlarda azalmalar tespit edilmiştir. Genel olarak yapılan tuz stresi çalışmalarında bitki boyu olumsuz etkilenmiştir ve elde ettiğimiz sonuçlar litaratür taramasıyla örtüşmektedir.
0 10 20 30 40 50
Mirzabey-2000 AUS-5004 AUS-5020-7 Mirzabey
x 5004 Mirzabey x 5020-7 B itk i B o y u ( cm ) Genotipler 0 mM NaCl 100 mM NaCl
4.2. Bitki Besin Elementi Analiz Sonuçları
4.2.1. Bitki K içeriği analiz sonuçları
Tuz uygulamalarının Mirzabey-2000 makarnalık buğday çeşidi ve AUS-5004, AUS-5020-7, GM3 (Mirzabey x 5004, Mirzabey x 5020-7) makarnalık buğday hatlarının, K içeriği değerlerine ait varyans analiz sonuçları Çizelge 4.5.‟de, elde edilen ortalama K içeriği değerleri Çizelge 4.6.‟de ve K içeriği değerlerine ait grafikler Şekil 4.3.‟de verilmiştir.
Çizelge 4.5. Tuz uygulamalarının makarnalık buğday çeşit ve hatlarının K içerikleri ile ilgili varyans
analiz sonuçları
Varyans Kaynağı SD Kareler Toplamı Kareler Ortalaması F Değeri Genel 29,00 68,63 --- ---
Çeşit-Hat (Ç-H) 4,00 5,01 1,25 7,55**
Tuz Uyg. (TU) 1,00 53,34 53,34 321,59**
Ç-H X TU int. 4,00 6,96 1,74 10,49**
Hata 20,00 3,32 0,17 ---
**,p<0.01 *,p<0.05
Araştırmada kullanılan çeşit ve hatların K içeriği varyans analiz sonuçlarına göre çeşit-hat, tuz uygulaması ve çeşit-hat X tuz interaksiyonu istatistiki bakımdan %1 düzeyinde önemli bulunmuştur (Çizelge 4.5.).
Çizelge 4.6. Tuz stresi ve kontrol koşullarında bitkilerde meydana gelen K içeriği değişimleri (%)
K (%)
ÇEŞİT / TUZ 0 mM NaCl 100 mM NaCl % Değ. Ort.
Mirzabey-2000 5,62 a** 3,10 b** -30 4,36 a** AUS-5004 4,82 a** 2,91 b** -44 3,86 ab** AUS-5020-7 5,06 a** 3,26 b** -42 4,16 a** Mirzabey x 5004 5,40 a** 2,78 b** -48 4,09 a** Mirzabey x 5020-7 5,42 a ** 0,93 c** -79 3,17 b** Ort. 5,26 a** 2,60 b** 49
Mirzabey-2000 çeşidinde kontrole (T0) göre %30 oranında bir azalma olurken, Avustralya hatlarında, kontrole (T0) göre AUS-5004‟de %44 oranında, AUS-5004‟de %42 oranında azalma görülmüştür. Melez hatlarda ise kontrole (T0) göre Mirzabey x 5004‟de %48, Mirzabey x 5020-7‟de %79 oranında azalma gözlenmiştir (Çizelge 4.6.).
ġekil 4.3. Tuz stresi ve kontrol koşullarında çeşit ve hatların K içerikleri değişimi (%)
Araştırmada kullanılan Avusturalya hatları (AUS-5004, AUS-5020-7), Mirzabey-2000 çeşidi ve bunların 3. geri melezlemesinden elde edilen hatlar (Mirzabey x 5004 ve Mirzabey x 5020-7) kontrol grubu (T0) ile karşılaştırıldığında tuz (T1) uygulanan gruplar arasında K içeriği oranında en fazla değişim Mirzabey x 5020-7 melezinde en az değişim AUS-5004 hattında görülmüştür (Şekil 4.3.).
Buğday bitkisinde yapılan dört doz NaCl (0 mM, 50 mM, 100 mM, 150 mM NaCl) uygulanan 2 farklı genotipin artan tuz dozlarına karşı verdiği tepkiler ölçülmüştür. Bitkide biriken yüksek Na konsantrasyonunun bitkinin potasyum alımını ve depolamasını azalttığı, en az tuz dozunda dahi K içeriğinde ciddi azalma olduğu tespit edilmiştir (Ahmad ve ark., 2014). Soya bitkisine farklı dozlarda uygulanan NaCl‟nin (50 mM, 75 mM, 100 mM, 125 mM, 150 mM NaCl) neden olduğu stres koşullarında bitkilerin potasyum içeriklerinde düşüş tespit edilmiş, bu düşüşün nedeni olarak K+ iyonlarının Na+ iyonlarıyla girdiği rekabet gösterilmiştir (Baran ve Doğan, 2014). Çalışmamızda elde ettiğimiz sonuçlar yapılan benzer çalışmalar ile paralellik göstermiştir. 0 1 2 3 4 5 6
Mirzabey-2000 AUS-5004 AUS-5020-7 Mirzabey
x 5004 Mirzabey x 5020-7 K ( %) Genotipler 0 mM NaCl 100 mM NaCl
