Mercimek ve Nohut Bitkilerinde Kuraklığa Bağlı Oksidatif Stres ve Fizyolojik Tolerans Mekanizmalarının Belirlenmesi

53  Download (0)

Tam metin

(1)

T.C.

ANKARA ÜNİVERSİTESİ

BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN RAPORU

Mercimek ve Nohut Bitkilerinde Kuraklığa Bağlı Oksidatif Stres ve Fizyolojik Tolerans Mekanizmalarının Belirlenmesi

Proje Yöneticisi Prof.Dr. Aydın GÜNEŞ

Yardımcı Araştırıcılar

Prof.Dr.M. Sait ADAK, Prof.Dr.Ali İNAL, Prof.Dr.Ali İNAL Prof.Dr. Mehmet ALPASLAN,

Araş.Gör. Figen ERASLAN, Araş.Gör. Nuray ÇİÇEK, Araş.Gör. Nihal KAYAN, Zir. Müh. Bedia SOYLU

Proje Numarası: 20030711074.

Başlama Tarihi: 3.8.2004 Bitiş Tarihi: 3.8.2006 Rapor Tarihi: 22.07.2006

Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Ankara - " 2006 "

EK-8

(2)

RAPOR FORMATI

Bilgisayarda 12 punto büyüklüğünde karakterler ile, tercihan "Times New Roman" stili kullanılarak yazılacak ve aşağıdaki kesimlerden (alt kesimler de dahildir) oluşacaktır.

I. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri II. Amaç ve Kapsam

III. Materyal ve Yöntem IV. Analiz ve Bulgular V. Sonuç ve Öneriler VI. Kaynaklar VII. Ekler

a) Mali Bilanço ve Açıklamaları

b) Makine ve Teçhizatın Konumu ve İlerideki Kullanımına Dair Açıklamalar (BAP Demirbaş numaraları dahil )

c) Teknik ve Bilimsel Ayrıntılar (varsa Kesim III'de yer almayan analiz ayrıntıları) d) Sunumlar (bildiriler ve teknik raporlar)

e) Yayınlar (hakemli bilimsel dergiler) ve tezler

NOT :Verilen kesin rapor 2 nüsha olarak ciltsiz şekilde verilecek, kesin rapor Komisyon onayından sonra ciltlenerek bir kopyasının yer aldığı CD veya disket ile verilecektir.

(3)

I. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri

Mercimek ve Nohut Bitkilerinde Kuraklığa Bağlı Oksidatif Stres ve Fizyolojik Tolerans

Mekanizmalarının Belirlenmesi

Özet

Kurak ve yarı kurak koşullarda yetiştirilen nohut ve mercimek bitkisinde kuraklık verimliliği kısıtlayan en önemli etkendir. Nohut ve mercimek çeşitlerinin kurağa toleransları ile ilgili bilinenler çok azdır. Bu çalışmada Türkiyede yaygın olarak yetiştirilen 11 nohut (Cicer arietinum L.) (Menemen-92, Akçin, Aydin-92, İzmir-92, Kusmen, Canitez-87, Gokçe, Sarı, Uzunlu-99, Er-99 ve ILC-195) ve 6 mercimek (Malazgirt 89, Özbek, Fırat 87, Sazak 91, Emre 20 ve Kayı 91) çeşitinin kuraklığa tolerans mekanizmaları araştırılmıştır. Bu amaçla sulu ve kuru koşullarda yetiştirilen çeşitlerinin kuraklık stabilite indeksleri (KHI) belirlenmiştir. Bitkilerin KHI ile kuraklığa (oksidadif strese) göstermiş oldukları tepkiler veya tolerans mekanizmaları, H2O2 oluşumu, lipid peroksidasyonu ve buna bağlı olarak membranlarında oluşan zararlanmalar ve prolin ve askorbik asit akümülasyonu ile açıklanmıştır. Ayrıca kuraklığa toleranslı çeşitlerin seçiminde kullanılan veya kullanılma potansiyeli olan stoma direnci, bitki sıcaklığı, nisbi klorofil, nisbi nem içeriği, yaprak su tutma kapasitesi gibi fizyolojik parametreler belirlenmiştir.

Ayrıca bu fizyolojik parametreler ile bitkide oluşan biyokimyasal değişimler arasındaki ilişkiler ve kuraklığın nohut çeşitler üzerinde mineral beslenme performanslarında meydana getirdiği değişimler de ortaya konulmuştur. Bu çalışmada ayrıca kurağa dayanıklı çeşitlerin beslenme (N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn and B) performansları da belirlenmiş ve besin maddesi kullanım etkinliği ile kuraklığa tolerans arasında önemli ilişkiler belirlenmiştir.

(4)

Oxidatie Stress Depending on Drought and Determination Physiological Tolerance Mechanism in Chickpea and Lentil cultivars

Abstract

Drought is one of the most important factors limiting chickpea and lentil production in arid and semi-arid regions. Screening for drought tolerance, traits are important. And it is essential to identify the physiological mechanisms of drought tolerance to complete conventional breeding program. Glasshouse experiment has been carried out to study the genotypic variation among 11 chickpea (Cicer arietinum L.) (Menemen-92, Akçin, Aydin-92, İzmir-92, Kusmen, Canitez-87, Gokçe, Sarı, Uzunlu-99, Er-99 and ILC-195) and 6 lentil (Malazgirt 89, Özbek, Fırat 87, Sazak 91, Emre 20 and Kayı 91) cultivars. Plants were grown either optimal or drought stress implemented at pre- and post-anthesis stages. The drought susceptibility index (KHI) was used as the measure of drought tolerance. Relationships between KHI and excised–leaf water loss (RWL), relative water content (RWC), membrane permeability, ascorbic acid, proline, chlorophyll, lipid peroxidation, and hydrogen peroxide concentrations were determined in order to find out whether those physiological parameters could be used as the genotypic selection criteria for drought tolerance. The results of this study indicated that there was a wide variation in tolerance to drought stress among the chickpea cultivars that can be exploited in breeding new chickpea cultivars with high drought tolerance. The results also demonstrated that drought tolerant cultivars have higher RWC, ascorbic acid and proline concentration, but lower RWL and membrane permeability in comparison to drought susceptible cultivars. The significant and a well defined relationships between KHI and RWC, RWL, ascorbic acid, proline and membrane permeability were found. It was concluded that these parameters could be instrumental in predicting the drought tolerance of chickpea cultivars. There is little information regarding

(5)

genotypic variation for drought tolerance in different cultivars of plants and its relation with nutrient accumulation. Accumulation of mineral nutrients in chickpea cultivars might be important response in drought tolerance. The total nutrient accumulation efficiency of the cultivars were also very significantly correlated with the relative growth reduction ration (RGR) both in EKS and GKS treatments giving correlation coefficients (r) of - 7859 and - 0.7678, p<0.01, respectively. It can be concluded that accumulation of mineral nutrients in chickpea cultivars grown under drought stress may exert a possible role in drought tolerance.

II. Amaç ve Kapsam

Önerilen bu proje ile Türkiye de yaygın olarak yetiştirilen 11 nohut (Menemen-92, Akçin, Aydin-92, İzmir-92, Kusmen, Canitez-87, Gokçe, Sarı, Uzunlu-99, Er-99 and ILC-195) ve 6 mercimek (Malazgirt 89, Özbek, Fırat 87, Sazak 91, Emre 20 ve Kayı 91) çeşidinin kuraklığa toleransları araştırılmıştır. Kuraklığın etkisi ile oluşan oksidatif stresin nohut çeşitlerinde yarattığı fizyolojik ve biyokimyasal değişimler incelenerek, kuraklığa tolerans mekanizması belirlenecektir. Değerlendirmeye alınan bu fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin nohut çeşitlerinde kuraklık tarama (screening) ve ıslah çalışmalarında kullanılma potansiyelleri ortaya konulacaktır. Bunun yanında nohut çeşitlerinin optimum ve kurak koşullardaki beslenme performanslarının da ortaya konulması projenin temel konusudur. Kuraklık stresinde bitkiler yeterince beslenememelerinin yanında oksidatif strese girmektedirler. Oksidatif strese yol açan koşullarda bitkilerin membran lipidleri bundan zarar görmektedir ve bitkilerin tolerans seviyeleri azalmaktadır. Bu çalışma ile nohut ve mercimek bitkilerinin değişik genotipleri ele alınacak ve bu genotipler gelişmelerinin değişik dönemlerinde su stresine sokularak bitkilerde oluşan fizyolojik değişimler ve bunun membranlarda oluşan zararla ilişkileri ortaya konulacaktır. Ayrıca su stresinin bitkilerin beslenmeleri üzerine etkilerinin belirlenmeside amaçlanmıştır.

(6)

Bitkiler yaşam süreçleri içerisinde değişik stres koşulları ile karşılaşırlar. Stres altında bitkilerin gelişmeleri, metabolizmaları ve verimleri önemli ölçüde olumsuz etkilenir. Kuraklık, yetersiz beslenme, tuzluluk, düşük ve yüksek sıcaklık, toprak ve atmosfer kirliliği, radyasyon bitkisel üretimde verimi sınırlandıran abiotik streslerdir (Lawlor, 2002). Sayılan abiotik stresler içinde kuraklık bitkisel üretimi sınırlandıran en önemli stres koşuludur. Bitkiler kuraklık stresi ile kökleri yeterince su alamadığında veya transpirasyon oranının çok yüksek olduğu durumlarda tanışırlar. Bu iki koşul kurak ve yarı kurak bölgelerde sıklıkla oluşur. Bitkiler kuraklığa tolerans bakımından önemli farklılık gösterdiği gibi, aynı bitkinin değişik çeşitleri arasında da önemli farklılıklar görülür. Giderek azalan tarım alanlarında, strese yol açan olumsuz çevre koşullarına karşı bitkisel üretimde verimliliği artırmak önemlidir. Bununda yolu stres koşullarına dayanıklı bireylerin seçilmesi veya ıslahıdır. Nohut ve mercimek ülkemizde yaklaşık 1.200.000 ha alanda üretimi yapılan ve birim alandan 1 ton/ha’ a yakın verim alınan, genellikle tahıllar ile münavebeye giren baklagillerdir. Kıyı bölgelerlimiz hariç, orta Anadolu da genellikle sulanmadan yetiştirilen nohut ve mercimek kuraklık tehdidi altında bulunmakta ve bu yüzden verim ve kalite kayıpları nohut bitkisi yetiştiriciliğinde önemli bir sorundur. Ülkemizde ve dünyada tahıllar özellikle de buğday ile bu konuda çok sayıda çalışma yapılmıştır ve yapılmaya devam edilmektedir. Ülkemize ait nohut ve mercimek çeşitlerinin kuraklığa dayanıklılıkları ile ilgili bir çalışmaya rastlanılmamıştır. Bu çalışmanın amacı, Türkiye de yaygın olarak yetiştirilen nohut ve mercimek çeşitleri arasında kurağa dayanıklı olan çeşitlerin seçilmesidir. Kuraklığa dayanıklı bitki çeşitlerinin seçiminde literatür özeti bölümünde de ifade edildiği gibi çoğunlukla yaprak su tutma kapasitesi, yaprak nispi nem içeriği gibi bazı fizyolojik veya morfolojik parametreler dikkate alınmaktadır. Kuraklığın bitki üzerindeki büyümede gerileme, yaprakların küçülmesi gibi genel etkileri iyi bilinmektedir. Bununla birlikte kuraklığın bitkideki fizyolojik ve biyokimyasal etkileri tam olarak anlaşılamamıştır (Zhu, 2002; Chaitanya et al., 2003; Chaves et

(7)

al., 2003). Bu çalışmada kuraklığa dayanıklı çeşitlerin seçiminde kuraklık stabilite indeKHI, yaprak su tutma kapasitesi, yaprak nisbi nem içeriği, nisbi klorofil, membran geçirgenliği, prolin akümülasyonu, H2O2 akümülasyonu, lipid peroksidasyonu, stoma direnci ve yaprak sıcaklığı gibi parametreler belirlenecektir. Böylece kuraklığa toleransın bir ölçütü olan kuraklık stabilite indeksi ile incelenen fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerin ilişkileri ortaya konulacaktır.

Ayrıca bu çalışma ile ele alınan parametrelerin tarama (screening) çalışmalarında kuraklığa dayanıklılık parametresi olarak kullanılma olanakları da belirlenecektir. Söz konusu parametrelerden bazıları değişik araştırıcılar kuraklık stresi sonucunda oluşan değişimler olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte tarama (screening) çalışmalarında, bizim çalışmamızda ele aldığımız parametrelerin birçoğu kullanılmamıştır. Bu yönüyle önermiş olduğuz proje ile önemli bir boşluk doldurulmuş olacaktır. Bu güne kadar kuraklık toleransı çalışmaları çoğunlukla tahıllar ile yürütülmüş ve ne yazık ki baklagillerle ilgili çalışmalar sınırlı sayıdadır. Yine bu tip çalışmalar özellikle sera veya büyütme odalarında yapıldığı için sonuçları pratiğe aktarma ile ilgili kaygılar hep vardır.

Nohutta ve mercimekte ürün kalitesinin iyileştirilmesi ve verimliliğin artırılması Dünya Bankası’nca desteklenen “Türkiye Tarımsal Araştırma Projesi” kapsamında 1995 yılında hazırlanan Tarım ve Köyişleri Bakanlığı ile Orman Bakanlığı Master Planları’nda öncelikli alan olarak ilan edilmiştir.

Tarım yapılan alanların yaklaşık olarak üçte ikisinde su yetersizliği bulunmakta, geri kalanında ise kuraklık periyodik olarak bitkisel üretimi sınırlandırmaktadır (Kramer, 1980).

Nohut ve mercimek ülkemizde bazı kıyı bölgelerimiz hariç, özellikle orta anadoluda sulanmadan kuru koşullarda yetiştirilmektedir. Ülkemizde ve dünyanın pek çok yerinde kurak ve yarı kurak koşullarda zorunlu üretim deseni içerisinde yer alan nohut ve mercimek üretiminde kuraklık stresi verimi önemli düzeyde kısıtlamaktadır. İnsanlar için değerli bir protein kaynağı olan

(8)

nohutta verimliliği artırmak önemlidir. Nohut ve mercimek yetiştiriciliğinde verim doğrudan ekolojik koşulların etkisi altındadır. Ekolojik koşullara büyük oranda insan müdahalesi söz konusu olmadığına göre, biz araştırıcılara düşen bu konuda verimli çeşitlerin ortaya konulması veya geliştirilmesidir. Günümüzde genetik seleksiyona yönelik çalışmalar giderek önem kazanmaktadır. Olası stres koşullarını ortadan kaldırmak çoğu zaman mümkün olmadığına göre bu koşullara dayanıklı olan, bir başka ifade ile diğerlerine göre daha yüksek performansı olan çeşitlerin tespit edilmesi ile verimliliği artırmak mümkündür.

Kuraklık etkisi ile bitkilerde yaprakların nispi nem içeriğinin (NNİ) ve yaprak su potansiyelinin düşmesi fotosentez oranını azaltmaktadır. (Lawlor and Cornic, 2002). Kuraklık sonucu fotosentez oranının azalmasının stomaların kapanması sonucumu yoksa bunun metabolik bir gereklilikmi olduğu tartışılmaktadır (Lawson et al., 2003). Bununla birlikte kuraklık koşullarında fotosentez oranının azalmasının temel sebebinin stomatal sınırlamadan kaynaklığı genellikle kabul edilmektedir (Cornic, 2000). Stomaların kapanması ile fotosentez oranı ve içsel CO2 konsantrasyonu azalmakta, bu da sonuç olarak fotosentez metabolizmasını inhibe etmektedir. Artan kuraklık derecesine bağlı olarak stomalar başarılı bir şekilde kapanmaktadır.

Kuraklığın derecesine bağlı olarak stomaların kapanması köklerde sentezlenen absisik asitin kimyasal sinyallerinin yapraklara transpirasyon akımı ile sağlanmaktadır. Ksilemdeki absisik asit konsantrasyonu ile stoma direnci arasında önemli pozitif korelasyonlar belirlenmiştir (Socias et al., 1997). Kuraklık stresinde stomaların kapanması bitkilerin beslenme durumlarını da olumsuz etkilemektedir (Oren et al., 1999).

Kuraklık stresinde yaprakların absorbe ettiği ışık miktarı ve yararlanılan ışık arasındaki dengenin bozulması nedeniyle fotosentez aktivitesinin engellendiği bilinmektedir (Foyer and Noctor, 2000). Bu koşullarda fotosistem II’ de elektronların oluşması ve kullanılması arasındaki

(9)

denge bozulur. Kuraklık stresi altındaki bitkilerin kloroplastlarındaki bu fotokimyasal değişimler fotosistem II de aşırı miktarda biriken ve kullanılamayan ışık enerjisi dokularda aktif oksijen türevlerinin (O2-

, 1O2, H2O2, OH) oluşumuna neden olur (Peltzer et al., 2002). Su stresinde stomaların kapanmasına bağlı olarak yaprakların mezofil dokularında CO2’in seviyesi hızla düşmesi süperoksit radikallerinin (O2-

) artması ile bitki dokularında moleküler oksijen ile rekabet eden NADP’ ler indirgenerek NADPH akümüle olur. Bu koşullarda bitki dokularında NADP miktarı azalır ve oksijen alternatif elekron alıcısı olarak görev yapar. Bu durumda bitki dokularında indirgenmiş oksijen türevleri olan superoksit radikalleri (O2-

) ve bunun indirgenmiş formu olan H2O2 ve hidroksil (OH.) radikalleri Haber-Weiss adı verilen reaksiyon ile oluşur (Cadenas, 1989; Sairam ve Saxena, 2000). Aktif oksijen çeşitleri olarak adlandırılan superoksit radikali, hidrojen peroksit ve hidroksit radikalleri, lipid peroksidasyonuna ve sonuçta membran zararlanmasına, proteinlerin degredasyonuna, enzimlerin inaktivasyonuna, pigmentlerin azalmasına ve DNA zincirlerinin bozulmasına yol açmaktadır (Fridovich 1986, Liebler et al., 1986, Davies 1987, Imlay ve Linn 1988). Bitkilerin süper oksit radikali ve hidrojen peroksitin toksisitesini önleyebilmeleri onların oksidatif strese karşı önemli bir savunma mekanizmasıdır.

Bitkiler hücrelerini bu toksik oksijenlerden superoksit dismutaz, askorbat peroksidaz, glutation reduktaz, katalaz enzimleri ve bunların metabolitleri olan glutation, askorbik asit, α-tokoferol ve karotenoidler ile korurlar (Liebler et al., 1986, Sairam et al., 1998, Sairam ve Saxena, 2000).

Antioksidan sistemleri güçlü olan bireylerin ise stres koşullarına toleransları artmaktadır.

Bitki ıslahcıları, kurağa dayanıklı çeşitleri geliştirmeye yönelik çalışmalar yürütmektedirler. Islah çalışmalarında pek çok morfolojik ve fizyolojik kriterler dikkate alınarak bitki çeşitleri arasında seleksiyon yapmak sonuca ulaşmada izlenen temel yöntemlerdir. Kurağa dayanıklı bitki çeşitlerinin seçiminde bitkilerin fizyolojik ve biyokimyasal mekanizmalarındaki değişimlerin bilinmesi oldukça önemlidir. Daha önce de ifade edildiği gibi nohut bitkileri

(10)

kuraklık tehdidi altında yetiştirilmektedir. DİE (1999) verilerine göre işlenen tarım arazilerimizin yaklaşık 600 bin hektarında nohut tarımı yapıldığı dikkate alınırsa, bu ürünlerin toplam işlenen tarım alanlarımız içinde önemli bir yer kapladığı anlaşılmaktadır. Ülkemiz açısından önemli olan bu ürünlerde verim düşüklüğünün en önemli sebeplerinden birisi kuraklıktır. Bitki çeşitleri arasında kurağa dayanıklı olanların seçilmesi ve yetiştirilmesi ile verim kayıplarının büyük ölçüde önüne geçilmiş olacaktır. Kurağa dayanıklı bitki çeşitlerinin seçiminde kurak koşullarda bitkilerin fizyolojik ve biyokimyasal mekanizmalarındaki değişimlerin bilinmesi oldukça önemlidir.

Bu çalışma ile kurağa dayanıklı çeşitlerin seçiminde, bitkilerin yapraklarının nisbi nem içerikleri (NNİ), su tutma kapasitesi (YSTK), nisbi klorofil kapsamları, membran stabiliteleri (MSI), ve H2O2 akümülasyonu ve lipid peroksidasyonu, yaprakların prolin içerikleri, içerikleri, stoma direnci ve bitki sıcaklığı gibi bazı fizyolojik ve biyokimyasal parametreler kullanılacaktır.

Böylece kurağa dayanıklılık mekanizması ortaya konulacak ve bu parametrelerin tarama (screening) çalışmalarında seleksiyon ölçütleri olarak kullanılabime olanakları belirlenmiş olacaktır. Kuraklık çalışmalarında, bu çalışmada da yer alan bitkilerin yapraklarının nisbi nem içerikleri (NNİ), su tutma kapasitesi (YSTK) gibi bazı fizyolojik veya morfolojik parametreler özellikle ve çoğunlukla tahıllarda daha önce değişik araştırıcılar tarafından kullanılmış ve seleksiyon kriteri olarak önerilmiştir. Bununla birlikte önerilen projede, kuraklık stresi konusunda üzerinde çok az sayıda çalışma yapılan nohut ve mercimek bitkisinin ele alınması, bu bitkiye ait kuraklığa dayanıklılık mekanizmalarının pek çok değişik fizyolojik ve biyokimyasal parametre ile sorgulanacak olması, araştırmanın tarla koşullarında iki yıl süreyle yürütülecek olması önem taşımaktadır. Kuraklıkla ilgili seleksiyon çalışmaları kısa zaman alması ve kolay yürütülmesi nedeniyle sera koşullarında yürütülmektedir. Kuraklığa dayanıklı çeşitlerin seçiminde genel olarak bitkilerin beslenme performansı dikkate alınmamaktadır. Bu çalışmada

(11)

bitkilerin N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn ve B beslenme durumları da belirlenecektir. Çeşitlerin optimal ve kurak koşullarda toprakta bulunan besin maddelerinden yararlanma yeteneklerinin belirlenmesi de önem taşımaktadır. Kuraklığın beslenme üzerine olumsuz etkisi iyi bilinmektedir. Bununla birlikte kurak koşullarda yetiştirilen bitki çeşitleri arasında bir farklılık olup olmadığı ve bunun kuraklığa dayanıklılıkla bir ilgisinin olup olmadığı konusunda oldukça detaylı kaynak taraması yapmamıza rağmen bilgilere rastlanılmamıştır.

Proje konusu ile ilgili kaynak özetleri

Kuraklık stresi ile ilgili olarak yurt içi ve uluslararası literatür taraması yapılarak konuyla doğrudan ilgili çalışmalar aşağıda kronolojik sıraya göre verilmiştir.

Sairam vd (1998). Su stresinde buğday çeşitlerinde antioksidan sistemlerinin rolünü araştırmışlardır. Kuraklık bitkilerde H2O2 akümülasyonunu ve lipid peroksidasyonunu artırmış ve askorbik asit konsantrasyonunu azaltmıştır. Antioksidan enzimler (süperoksit dismutaz, askorbat peroksidaz ve katalaz) su stresinde önemli oranda artış göstermiştir. Kurağa dayanıklı olan C 306 çeşidinin hassas olan çeşitlere göre askorbat peroksidaz, katalaz aktivitesi ve askorbik asit içeriği yüksek, H2O2 konsantrasyonu ve lipid peroksidasyonunun düşük olduğunu belirlemişlerdir.

Dhanda ve Sethi (1998). Ekmeklik buğday çeşitlerinde kuraklığa bağlı olarak yaprak su tutma kapasitesi ve nispi nem içeriğinin genetiksel olarak farklı olup olmadığını araştırmışlardır. Bu amaçla sera ve tarla koşullarında olmak üzere 2 kurağa dayanıklı, 2 kurağa orta dayanıklı ve 2 kurağa hassas buğday çeşitleri ile çalışmalarını yürütmüşlerdir. Kuraklık stresi sapa kalkma ve çiçeklenme olarak iki farklı dönemde yaratılmıştır. Yaprak nispi nem içeriğinin çiçeklenme

(12)

döneminde yaratılan kuraklıkta seleksiyon kriteri olarak kullanılabileceğini, yaprak su tutma kapasitesinin ise her iki dönemde yaratılan kuraklıkta seleksiyon kriteri olarak güvenli olduğunu bildirmişlerdir.

Araghi ve Assad (1998). Buğdayda kurağa dayanıklılık tarama (screening) tekniklerinin belirlenmesi ve bunların kuraklık sonucu ürün azalma oranı ile ilişkilerini belirlemeyi amaçladıkları çalışmada, 6 buğday çeşidinde tarama tekniği olarak bitki örtüsü sıcaklığı, stoma direnci, transpirasyon alanı ve yaprak su tutma kapasitesini değerlendirmişlerdir. Çeşitlerin ürün azalma oranı ile bitki örtüsü sıcaklığı arasında önemli korelasyonlar belirlemişlerdir.

Transpirasyon alanı dışındaki parametrelerin kuraklığa dayanıklı çeşitlerin belirlenmesinde kriter olarak kullanılabileceğini bildirmişlerdir.

Campos vd (1999). Kuraklığın börülce çeşitlerinde fotosentez performansı ve su ilişkileri üzerine etkilerini araştırmışlardır. Araştırmada Vigna glabrescens (Vg) ve Vigna unguiculata (cvs. 1183, ESPACE-1 ve Lagoa) çeşitleri kullanılmıştır. Vg çeşidi diğer çeşitlere göre minimum yaprak nispi nem içeriği koşulunda daha stomalara daha tedrici olarak kapanma göstermiş ve bu çeşidin stoma geçirgenliği ve fotosentetik aktivitesi daha yüksek olarak belirlenmiştir. Buna ilave olarak Vg çeşidinin orta seviyede yaratılan su stresi koşulunda bile diğer çeşitlerden daha fazla prolin akümüle etmesinin, yapraklarındaki düşük seviyedeki ozmotik potansiyelini açıkladığını bildirmişlerdir.

Siddique vd (1999). Konchan, Sonalika, Kalyanosa ve C306 buğday çeşitlerinde kuraklığın

(13)

fotosentez oranı ve gaz alışverişine etkisi yarı-kontrollü koşullarda araştırılmıştır. Bu amaçla 4 farklı düzeyde su stresi koşulları yaratılmıştır. Konchan çeşidi vejetatif ve çiçeklenme döneminde diğerlerinden daha yüksek oranda fotosentez aktivitesi göstermiştir. Bitkilerin kuraklığa maruz bırakılması fotosentez oranı, stoma geçirgenliği, mezofil geçirgenliğinde önemli düşüşlere ve hücreler arası CO2 seviyesinde ise yükselmeye sebep olmuştur.

Leport vd (1999). Akdeniz tipi bölgelerde sınırlı su koşullarında yetiştirilen nohutlar üzerine dönemsel kuraklığın etkilerinin araştırıldığı 2 tarla denemesi kurmuşlardır. Birinci denemede, 5 farklı küçük tohumlu ve 1 yuvarlak tohumlu nohut çeşidi çiçeklenme döneminden sonra sulu ve susuz koşullarda yetiştirilmiştir. İkinci denemede 2 küçük tohumlu ve 2 yuvarlak tohumlu nohut çeşidi, tohum zarfı doldurma döneminde sulama yapılarak veya yağmur perdesi altında yetiştirilmiştir. İlk denemede çeşitler arasında toplam kuru madde akümülasyonu, su kullanımı, tohum zarfı oluşum fazı öncesi ve sonrasında yaprak su potansiyeli ve fotosentezde farklılıkların gözlenmediği; susuz koşullarda yetiştirilen bitkilerde ise yaprak su potansiyelinin -3 MPa’nın altına düştüğü ve fotosentezin tane dolum başlangıcında azaldığı gözlenmiştir. Çeşitler arasında ozmotik düzenleme önemli şekilde değişiklik göstermiş; ilk denemede çiçeklenme sonrası tohum zarfı oluşumu gecikirken, ikinci denemede daha erken başlamıştır. Su noksanlığının, tane sayısını ve büyüklüğünü azaltması nedeniyle tane verimini %50-80 oranında azalttığı; tohum zarfını doldurma sırasında yaprak kuru maddesi ve gövdedeki dağılımının çeşitler arasında % 0- 60 oranında değiştiği ve bu özelliğin nohutta yüksek hasat indeksi ve tane verimi açısından önemli olabileceği belirtilmiştir.

(14)

Franca vd (2000). Sera koşullarında kuraklığın fasulye çeşitlerinde gelişme ve bitki su ilişkileri üzerindeki etkilerini belirlemeyi amaçladıkları çalışmada, 4 fasulye çeşidi (A320, Carioca, Ouro Negro ve Xodo) su stresinde yetiştirilmiş ve adaptasyon mekanizmaları büyüme parametreleri, su statüsü, gaz alışverişi (stoma direnci) ile açıklanmıştır. Çeşitler arasında kuraklığa bağlı olarak büyüme oranı önemli farklılıklar göstermiştir. Düşük seviyedeki su stresinde (Ψw= -0.60 MPa) A320 çeşidinin stomalarını tamamen kapadığı, buna karşılık diğer çeşitlerin Ψw= -0.90 MPa’ lık stres koşulunda stomalarını kapadığını ve net asimilasyon oranının tamamen stoma açıklığı ile ilgili olduğunu bildirmişlerdir. Carioca ve Ouro Negro çeşitlerinin yüksek su tutma kapasitesi, ve su stresinde verim yönünden diğer iki çeşitten daha iyi tolerans mekanizmasına sahip olduğunu, dayanıklı çeşitlerin (Carioca ve Ouro Negro) yaprak osmotik potansiyellerinin ve membran stabilitelerinin yüksek olduğu ve sonuç olarak aynı ekolojik koşullarda yetiştirilmelerine rağmen 4 farklı fasulye çeşidinin kuraklığa tolerans bakımından bir birine göre önemli düzeyde farklı tolerans mekanizmalarına sahip olduklarını ifade etmişlerdir.

Sairam ve Saxena (2000) Üç buğday çesidinde su stresi toleransına antioksidan sistemlerinin rolünü araştırdıkları çalışmalarında, çiçeklenme dönemiden sonra farklı safhalarda uygulanan su stresinin lipid peroksidasyonda artış ve membran stabilitesi, klorofil ve karotenoid içeriklerinde ise azalmayla sonuçlandığı; ayrıca, askorbat peroksidaz, glutathion reduktaz ve spesifik olmayan oksidaz gibi antioksidan enzimlerinin önemli şekilde arttığını vurgulamışlardır. Araştırıcılar inceledikleri buğday çeşitlerinden en yüksek askorbat peroksidaz, glutathion redüktaz ve peroksidaz aktivitesine sahip olan su stresine dayanıklı türde, stres koşullarında en düşük düzeyde peroksidasyon ve en yüksek düzeyde de membran stabilitesi, klorofil ve karotanoid içeriklerinin gözlendiği, bunun yanı sıra su stresine duyarlı türde enzim aktivitesinin, membran stabilitesinin ve klorofil ve karotenoid içeriğinin en düşük düzeyde ve lipid peroksidasyonunu ise

(15)

en yüksek düzeyde meydana geldiği tespit etmişlerdir. Araştırıcılar kuraklığa dayanıklı buğday çeşitlerinde kuraklığa toleransın bu bitkilere ait olan antioksidan enzim aktivitesinin çok daha yüksek olmasından kaynaklandığı sonucuna varılmıştır.

Boutraa ve Sanders (2001). Sera koşullarında İki fasulye çeşidinde (Carioca ve Prince) su stresinin verim ve verim komponentleri üzerine etkilerinin araştırmışlardır. Bitkiler optimum koşullarda, çiçeklenme dönemi ve meyve (bakla) bağlama döneminde su stresinde yetiştirilmiştir. Araştırmacılar Carioca çeşidinin Prince’ e göre kuraklığa daha dayanıklı olduğunu, her iki dönemde de uygulanan su stresi bitkilerin gelişmelerini ve verim ögelerini (tane ağırlığı, bitkideki tane sayısı, bitkideki bakla sayısı, yaprak sayısı, bitki boyu) olumsuz etkilemiştir.

Machado ve Paulsen (2001). Buğday ve sorgumda kuraklık ve yüksek sıcaklığın su ilişkileri üzerine kombine etkilerinin araştırmışlardır. Kombine stres koşulu buğday ve sorgumda, yaprak nispi nem içeriğini, yaprak turgor potansiyeli, yaprak osmotik potansiyelini azaltmıştır. Bununla birlikte sıcaklığa hassas olan buğdayda bu parametrelerdeki değişimler çok daha şiddetli gözlemlenmiştir.

Katerji vd. (2001) kuraklık toleransı farklı 2 nohut çeşidinin toprak tuzluluğuna karşı tepkilerini araştırdıkları lizimetre çalışmasında, 3 farklı doz tuz içeren sulama suyu kullanmışlardır (3.7 meq Cl/l, EC: 0.9 dS/m; 15 ve 30 meq Cl/l, EC: 2.3 ve 3.6 dS/m). Deneme bitkisi olarak seçilen kuraklığa dayanıklı ve hassas nohut çeşitlerinin tuzsuz koşullarda aynı ürünü verdikleri; tuzlu

(16)

koşullarda kuraklığa dayanıklı nohut çeşidinin yaprak ve kuru madde gelişimi ve çiçeklenmesinde erken yaşlılık etkisinin oluştuğu; buna karşılık kuraklığa hassas nohut türünde hafif tuzlu koşullarda (EC: 2.5 dS/m) ekimden sonraki 135. günde yeni yaprakların ve çiçeklerin gelişimi nedeniyle farklı bir davranış gösterdiği, yaşlılık etkisinin geciktiği ve tuzsuz koşullarda yetiştirilen nohutlarla aynı ürünün elde edildiği; tuzlu koşullarda ise her iki nohut türünde de % 70 düşeyinde ürün azalmasının meydana geldiği tespit edilmiştir.

Sawhney ve Singh (2002). Çiçeklenme öncesi dönemde yapay kuraklık etkisi yaratmak amacıyla kimyasal desikant (KI) uygulamasının buğday çeşitlerinde yaratacağı fizyolojik ve biyokimyasal değişimleri incelemişlerdir. Çalışmada kurağa hassas (Lok-1) ve dayanıklı (WH-533) iki çeşit kullanılmıştır. Bitkilerin bir grubuna kontrol olarak yapraktan su uygulanmış, bir grubuna % 0.1’

lik KI tüm bitkiye olacak şekilde yapraktan uygulanmış ve diğer bir gruba da başak hariç bitkinin geri kalanına % 0.1’ lik KI uygulanmıştır. Yapraklardaki değişimler uygulamadan 1, 2, 4 ve 6 saat sonra alınan örneklerde belirlenmiştir. KI uygulamaları fotosentez oranı ve klorofil içeriğinin azalmasına sukroz ve prolin içeriğinin artmasına sebep olmuştur. Bu parametrelerdeki değişimler kurağa hassas olan çeşt olan Lok-1’ de daha şiddetli olmuştur. Araştırıcılar KI tekniğinin buğdayda kuraklık tarama çalışmalarında kullanılabileceğini bildirmişlerdir.

Anbessa ve Bejiga (2002). Kuraklığa dayanıklılık açısından 482 nohut çeşidini değerlendirmişler ve kuraklık respons indeksine göre 18 toleranslı çeşit tespit edilmiştir. Bu dayanıklı türlerin kurak koşullarda % 10’dan daha yüksek ürün verdiği belirlenmiştir. Hassas çeşitlerde düşük nem düzeylerinde kuru kök ağırlığı, kök hacmi ve köklenme derinliğinin önemli düzeyde azaldığı ve yaprak alanının küçüldüğü gözlenmiştir.

(17)

Egert ve Tevini (2002). Sarımsak yapraklarında oksidatif stres açısından simptomatik bazı fizyolojik parametreler üzerine kuraklığın etkisinin incelendiği bir çalışmada, kuraklığın sarımsak yapraklarının mutlak ve bağıl nem nem içeriğinde önemli bir azalmaya, yaprak özsuyunun ozmomolaritesinde ve yaprak transpirasyonunun azalmasında önemli bir artışa neden olduğu görülmüştür. Bunun yanı sıra yapraklarda herhangi bir oksidatif zararlanma belirtisinin görülmediği; iyi sulanmış bitkilerle kıyaslandıklarında klorofil ve çözünebilir proteinlerin konsantrasyonunda ve lipid peroksidasyonun miktarında bir değişim gözlenmediği belirtilmektedir. Karotenoidlerin ve UV ışınını absorbe eden maddelerin konsantrasyonunun stabil kaldığı ve bu stabilitenin antioksidan kapasitesinde bir kayıp olmadığını gösterdiği vurgulanmıştır. Diğer taraftan, kuraklığın spesifik peroksidaz aktivitesini etkilemezken, spesifik askorbat peroksidaz aktivitesini önemli şekilde arttırdığı (yaklaşık % 29) ve spesifik lipoksigenaz aktivitesini de önemli şekilde azalttığı gözlenmiştir. Oluşan bu değişikliklerin reaktif oksijen türlerinin formasyonunun potansiyel olarak azaltması nedeniyle kurak koşullarda yararlı olarak düşünülebileceği bildirilmiştir.

Liu vd (2004). Sera koşullarında kuraklık stresinin soya yapraklarında ve baklasında karbonhidrat konsantrasyonu üzerine etkilerini belirlemeyi amaçladıkları çalışmada, kuraklık stresinin fotosentez oranını ve yaprakların, çiçeklerin ve baklaların su potansiyelini azalttığını belirlemişlerdir. Buna ilave olarak kuraklığın yapraklarda sukroz ve nişasta konsantrayonunu azaltırken, hekzoz (glikoz + fruktoz) konsantrasyonunu artırdığını bildirmişlerdir.

(18)

Dhanda vd (2004). Buğday çeşitlerinde gelişmenin erken dönemlerinde kuraklığa dayanıklılık indekslerinin belirlenmesi amacıyla yapılan bir çalışmada, laboratuvar koşullarında 30 farklı ekmeklik buğday çeşitinde tohum canlılık indeksi, çimlenme yüzdesi, kök uzunluğu, sürgün uzunluğu, kök-sürgün uzunluğu oranı, koleoptil uzunluğu ve membran stabilitesi incelenmiştir.

Normal ve ozmotik stres koşullarında ortalama performansın karşılaştırılması, tohum canlılık indeksinin en hassas özellik olduğunu, bunu sürgün uzunluğunun, çimlenme yüzdesinin ve kök uzunluğu özelliğinin izlediği belirtilmiştir. Bununla birlikte ozmotik stres koşullarında kök- sürgün uzunluğu oranının arttığı, sürgün uzunluğu ve koleoptil uzunluğu dışında tüm özelliklerin genetik çeşitliliği tanımladığı bildirilmiştir. Aynı çalışmada, membran stabilitesi ve kök-sürgün oranının seleksiyonda büyük bir fayda beklendiği, kök uzunluğu ve tohum canlılık indeksinden de orta düzeyde faydalı olabileceği vurgulanmaktadır.

Günes vd (2005). Bazı fizyolojik parametrelerin nohut çeşitlerinde kuraklığa tolerans kriteri olarak kullanılma olanaklarını araştırmışlardır. Sera koşullarında 11 farklı nohut çeşidi çiçeklenme öncesi ve sonrası olmak üzere kuraklık stresi yaratılan çalışmada, çeşitlerin her iki dönemde yaratılan kurak koşullara tepkilerinin farklı oldukları belirlenmiştir. Kuraklığa dayanıklı çeşitlerin yaprak nispi nem (NNİ), askorbik asit ve prolin içeriklerinin yüksek, yaprak su tutma kapasitesi (YSTK), membran geçirgenliğinin ise düşük olduğu belirlenmiştir.

Araştırıcılar bu parametrelerin kuraklığa dayanıklı nohut çeşitlerinin belirlenmesinde kullanılabileceğini ifade etmişlerdir.

Son zamanlarda küresel ısınmaya bağlı olarak çölleşme ve kuraklık tehdidi sonucu, su stresi ve kuraklığa dayanıklı bitki çeşitlerinin ıslahı ve seleksiyonu konularında çalışmalar giderek

(19)

yaygınlaşmaktadır. Yukarıda verilen ve konuyla ilgili olan çalışmalarda kuraklığın sebep olduğu oksidatif stresin oluşum mekanizmaları ve kuraklıkta verim düşüklüğünün oksitadif strese bağlı membran zararlanmaları ile ilişkili olduğu ortaya konulmuştur. Ayrıca bazı fizyolojik parametrelerin kuraklığa dayanıklı bitki çeşitlerinin seçiminde kullanımı ile ilgili bilgiler verilmiştir. Konuyla ilgili yapılan çalışmalara ait literatür özetlerinin incelenmesinden anlaşılacağı gibi kuraklık konusunda yürütülen çalışmalar daha çok buğday bitkisi ile yürütülmüştür. Bizim çalışmamızda kullanacağımız fizyolojik ve biyokimyasal parametreler bazı çalışmalarda kuraklık sonucu bitkide değişim olarak izlenmiş ve bunların tarama çalışmalarında kullanımına yönelik çalışmalar oldukça azdır. Mevcut çalışmalarda da bizim kadar detaylı ele alınmamıştır. Bunlara ilave olarak kurak koşullarda kurağa dayanıklı veya hassas nohut çeşitlerinin topraktaki bitki besin maddelerinden yararlanma durumları da araştırılmamıştır.

Önerilen bu çalışma ile kuraklığa bağlı olarak bitkilerde oluşan oksidatif stres mekaziması ile araştırmada kullanılacak olan çok sayıdaki fizyolojik ve biyokimyasal parametrenin ilişkisi ortaya konulacaktır. Bu güne kadar olan çalışmalarda bitkilerde oksidatif stresin yol açtığı zararlanmalar, bu yönüyle, araştırılmamıştır. Bu yönüyle de önerilen projenin önemli ve orjinal olduğu düşünülmektedir.

III. Materyal ve Yöntem

Araştırmada 11 nohut (Menemen-92, Akçin, Aydin-92, İzmir-92, Kusmen, Canitez-87, Gokçe, Sarı, Uzunlu-99, Er-99 and ILC-195) ve 6 mercimek (Malazgirt 89, Özbek, Fırat 87, Sazak 91, Emre 20 ve Kayı 91) çeşidi 4 tekerrürlü olarak 2004 yaz sezonunda A.Ü. Ziraat Fakültesi, Toprak Bölümü Serasında yetiştirilmiştir. Denemede nohut için 3500 g, mercimek için 4000 g toprak alan saksılar kullanılmıştır. Her saksıya 15 nohut tohumu ve 30 mercimek tohumu ekilmiş

(20)

ve çimlenmeden sonra saksılarda 12 ve 22 mercimek bitkisi kalacak şekilde seyreltme yapılmıştır. Nohut ve mercimek çeşitlerinin seçiminde, söz konusu çeşitlerin Türkiye de yaygın olarak üretiliyor olması dikkate alınmıştır.

Denemede kullanılan toprağın bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri: tarla kapasitesi % 24, tekstür killi tın, CaCO3 % 5.48, pH (1:2.5 su ekstraktı) 7.70, EC 0.23 dS m-1, organik madde % 0.76, toplam N % 0.12. NH4OAc- ile ekstrakte edilebilir K, Ca ve Na konsantrasyonu sırasıyla;

389, 4800 ve 60 mg kg-1. NaHCO3- ile ekstrakte edilebilir P 14.50 mg kg-1, ve DTPA-ile ekstrakte edilebilir Zn, Fe, Cu ve Mn (mg kg-1); 0.57, 5.24, 0.48 ve 33 olarak belirlenmiştir.

Deneme esnasında ortalama sıcaklık 28-32 oC, ışık intensitesi 550-600 µmol m-2 s-1 ve nispi nem % 50-55 olarak belirlenmiştir. Deneme deseni 3 faktörlü tesadüf parseller deneme deseni şeklinde oluşturulmuştur. Buna gore uygulamalar control, erken kuraklık stresi (EKS) ve geç kuraklık stresi (GKS). Temel gübreleme olarak bütün saksılara N (NH4NO3), K ve P (KH2PO4) den sırasıyla 50, 50 ve 62.5 mg kg-1 seviyesinde uygulanmıştır.

Nohut bitkisinde çiçeklenme öncesi ve sonrasında erken ve geç dönemlerde olmak üzere kurak stresi yaratılmıştır. Bu amaçla kontrol bitkileri tüm vejetasyon döneminde tarla kapasitesinin % 60’ ı oranında sulanmıştır. Kuraklık stresi uygulamasına kadar diğer bitkilerde aynı su seviyesinde sulanmıştır. Erken kuraklık stresi (EKS) çiçeklenme dönemi öncesi 3 hafta süreyle uygulanmış, bu dönemde bu gruptaki bitkilere tarla kapasitesinin % 40 ı oranında su verilmiştir. Üçüncü haftanın sonunda EKS uygulamasındaki bitkilere tekrar tarla kapasitesinin

% 60 oranında sulanmaya devam edilmiştir. Geç kuraklık stresi (GKS) çiçeklenme dönemi sonrasında hemen EKS nin ardından 3 hafta süreyle yaratılmıştır. GKS uygulaması tamamlandıktan sonra bütün bitkiler 2 hafta süreyle tarla kapasitesinin %60 ı oranında sulanmış ve deneme sonlandırılmıştır. Deneme esnasında saksılardaki nem seviyesi gravimetrik olarak ve

(21)

günlük kontrol altında tutulmuş ve saksıların yerleri belirli bir düzen içinde homojen bir gelişme sağlamak amacıyla değiştirilmiştir. Yaş bitki örneklerinde yapılan bitki analizleri örnekleme bitkiler hasat edilmeden 1 hafta önce yapılmıştır. Daha sonra bitkiler hasat edilerek kuru yaş ağırlıkları belirlenmiş, daha sonra 65 oC de 48 saat kurutulan bitki örneklerinde kuru ağırlık belirlenmiş ve mineral madde analizleri için örnekler öğütülmüştür.

Deneme sonunda kuraklık uygulanan ve uygulanmayan parsellerden alınan verim ile çeşitlerin kuraklık stabilite indeksleri belirlenecektir (KHI) ve KHI aşağıda verilen formül yardımıyla hesaplanmıştır (Dencic et al, 2000).

KHI = (1-Yds/Yno) / (1-Xds/Xno)

Burada Yds kurak koşullarda kuru ağırlık, Yno optimal koşullarda kuru ağırlık, Xds kurak koşullarda çeşitlerden elde edilen ortalama kuru ağırlık, Xno ise optimal koşullarda çeşitlerden elde edilen ortalama kuru ağırlık olup, böylece değerlendirmeye alınan çeşitlerin hangilerinin kurağa hassas hangilerin kurağa dayanıklı olduğu ortaya konulacaktır. KHI ile oksidatif stresten zararlanmanın bir ölçüsü olarak memran stabilite indeksleri, lipid peroksidasyonu, askorbik asit ve hidrojen peroksit konsantrasyonları, nisbi klorofil değişimleri gibi biyokimyasal parameteler ile aşağıda detaylı bir şekilde metotları verilen fizyolojik parametrelerin ilişkileri belirlenmiş ve bu sayede kurağa dayanıklılık mekanizması açıklanmaya çalışılmıştır.

Bitki Analizleri

Nisbi Nem İçeriği (NNİ): Gelişimin değişik dönemlerinde alınan yaprak örnekleri 2 cm boyunda kesilip hemen tartılarak yaş ağırlık belirlmiş (YA) ve örnekler 4 saat saf suda bekletilip turgor haline getirilip tekrar tartılmış (TA), son olarakta yaprak örnekleri 60 oC’ de hava

(22)

sirkülasyonlu kurutma dolabında 24 saat kurutulup kuru ağırlık (KA) belirlenmiştir (Dhunda ve Sethi, 1998). Aşağıdaki formül yardımıyla yaprakların nisbi nem içeriği hesaplanmıştır.

NNİ (%) = [YA-KA)/ (TA-KA]x100

Yaprak Su Tutma Kapasitesi (YSTK): Yaprak örnekleri alındıktan hemen sonra yaş ağırlıkları belirlenecek (W0), daha sonra yapraklar 25 0C’ de % 50 nem içeren bir ortamda bekletilip 2, 4 ve 6. saatlerde tartılmış (W2, W4 ve W6) ve son olarak 50 0C’ de 24 saat bekletilen yaprak örnekleri tartılarak (Wd) aşağıdaki formül yardımıyla yaprak su tutma kapasitesi (YSTK) belirlenmiştir (Clarke and McCaig, 1982; Golestani et al., 1998). Aşağıdaki formül yardımıyla YSTK hesaplanmıştır.

YSTK = (W0-W2)+(W2-W4)+(W4-W6)/ 3xWd.(T2-T1)

Burada (T2-T1) iki ölçümün yapıldığı zaman aralığını ifade etmektedir (2 saat).

Membran permeabilitesi (MP): Gelişmenin değişik dönemlerinde yaprak diskleri (0.1 g) önce çeşme suyu ile daha sonra saf su ile yıkanacak ve bitki örnekleri 10 ml saf su içerisinde 40 0C’ de 30 dakika bekletilip çözeltinin EC’ si ölçülmüş (C1), su banyosunda 100 0C’ de 10 dakika bekletilen örnekte EC tekrar ölçülmüş (C2) ve MSI aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmıştır (Premchandra et al., 1990 ve Sairam, 1994).

MP= (C1/C2) x 100

Nisbi Klorofil Miktarı: Klorofil metre (SPAD metre, Spektrum CM 1000) ile doğrudan ölçülmüştür.

Lipid Peroksidasyonu: Bitkilerde lipid peroksidasyonu malondialdehyde (MDA) içeriği olarak

(23)

ifade edilmektedir. 0.5 g yaprak örneği 10 ml % 0.1’ lik trichloro asetik asit (TCA) ile homojenize edilmiştir. Homojenat 15 000 g’ de 5 dakika santrifüj edilmiştir. Santrifüj edilen örneğin berrak kısmından 1 ml alınıp, üzerine 4 ml % 20’ lik TCA içerisinde çözülmüş % 0.5’

lik thiobariturik asit (TBA) katılmıştır. Karışım 95 oC’ de 30 dakika bekletilir ve hızla buz banyosunda soğutulduktan sonra, 10 000 g’ de 10 dakika santrifüj yapılmış, sonra berrak kısımda 532 nmdalga boyunda absorbans belirlenmiştir. Aşağıdaki eşitlik ile malondialdehyde (MDA) içeriği belirlenmiş ve aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplama yapılmıştır (Heath and Packer, 1968; Sairam and Saxena, 2000.)

MDA equivalents (nmol ml-1) = [(A532-A600)/155 000] 106

Hidrojen Peroksit (H2O2): 1 g titanyum dioksit ve 10 g potasyum sülfat 150 ml konsantre sülfürik asit ile hot pleyt üzerinde 2 saat kaynatıldıktan sonra hazırlanan karışım soğutularak 1.5 l’ ye tamamlanmıştır. Bu karışım titanyum çözeltisi olarak kullanılmıştır. 0.5 g bitki örneği 10 ml soğuk aseton ile homojenize edilip, homojenat Whatman No. 10 filtre kağıdı ile süzüldükten sonra ekstrakt üzerine 4 ml titanyum çözeltisi ve 5 ml konsantre amonyum çözeltisi ilave edilirek hidrojen peroksit-titanyum kompleksi oluşturulmuştur. 10 000 g’ de 5 dakika santrifüj yapılır, berrak kısım döküldükten sonra, çökelti 10 ml 1 M H2SO4 ile çözülüp, tekrar 10 000g’ de 5 dakika santrifüj yapılarak çözünmemiş materyal uzaklaştırılmış ve 415 nm’ da absorbans belirlenmiştir. H2O2 ile hazırlanan standart kurve ile değerlendirme yapılmıştır (Teranishi et al., 1974; Mokherjee ve Choudhuri, 1983).

Askorbik Asit: 0.25 g yaprak örneği 10 ml % 6’ lık trikloroesetik asit ile ekstrakte edilir, ekstraktın 4 ml’ lik kısmı 2 ml % 2’ lik dinitrofenilhydrazin (asit ortam) ile karıştırılır ve üzerine 1 damla % 10’ luk thioüre (%70 lik etil alkolde çözülmüş) katılır. Karışım 15 dakika su

(24)

banyosunda kaynatıldıktan ve oda sıcaklığına kadar soğutulduktan sonra örnek üzerine, 0 0C’ de 5 ml % 80 (v/v) lik H2SO4 ilave edilip ve 530 nm’ da absorbans belirlenmiştir. Askorbik asitin konsantrasyonu standart kurveden hesaplanmıştır (Mukherjee and Choudhuri, 1983).

Prolin: 0.5 g bitki örneği 10 ml % 3’ lük sülfosalisilik asit ile homojenize edilip, Whatmann No 2 filtre kağıdından süzülmüş. Ekstraktda prolin spektofotometrik olarak Bates et al (1973) tarafından bildirildiği şekilde belirlenmiştir.

Stoma Direnci: Prometre ile belirli dönemlerde bitki yapraklarında ölçüm yapılarak belirlenmiştir.

Canopy Sıcaklığı: Infrared termometresi ile belirli dönemlerde bitki yapraklarında ölçüm yapılarak belirlenmiştir.

Bitkilerin mineral madde içeriklerinin belirlenmesi: Mineral madde analizleri için bitki örnekleri 500 oC de 6 saat yakılmış ve 5 ml 2 M HNO3 ile çözüldükten sonra 25 ml hacime saf su ile tamamlanmıştır. Bitki örneklerinde toplam N Kjeldahl yöntemi ile belirlenmiştir. Potasyum flamephotometre ile (Jenway PFP7, ELE Instrument Co. Ltd), B spektrofotometrik olarak Azomethine-H metodu ile (Wolf 1974) belirlenmiştir. Bitki örneklerinde fosfor spektrofotometrik yöntemle (Schimadzu UV-VIS 1201), ve Ca, Mg, Fe, Zn, Cu ve Mn AAS (Analytic Jena Vario 6) ile belirlenmiştir. Besin maddesi akümülasyonu kuru bitki ağırlığı ile sözkonusu elementin konsantrasyonunun çarpımı ile hesaplanmıştır. Besin maddesi akümülasyon etkinliği ise besin maddesinin EKS ve GKS deki akümülasyonunun kontroldeki akümülasyonuna oranı ile hesaplanmıştır. Toplam besin maddesi akümülasyon etkinliği ise besin maddesi akümülasyon etkinliklerinin toplanmasıyla belirlenmiştir.

(25)

İstatistik Analizler: Uygulama sonuçlarının önemliliği Varyans analizi ile Minitab paket programı kullanılarak, uygulamalar arasındaki farklılıklar Mstat paket programı ile LSD testi ile parametreler arasındaki korelasyon ilişkileri ise Microsoft Excel programı ile belirlenmiştir.

IV. Bulgular

Nohut Denemesine Ait Bulgular

Nohut çeşitlerinin gelişimi ve kurak hassasiyet indeksi (KHİ): Nohut çeşitlerinin optimal (kontrol) ve kurak koşullardaki verimleri ile KHİ verileri Tablo 1’ de verilmiştir. Erken (EKS) ve geç (GKS) dönemde uygulanan kuraklık stresinde bitkilerin kuru ağırlıkları önemli düzeyde azalmıştır. Bununla birlikte çeşitlerin erken ve geç kuraklığa göstermiş oldukları tepkiler farklılık göstermiştir. Çeşitlerin kuru ağırlıklarındaki azalma genel olarak çiçeklenme dönemi öncesi (EKS) çiçeklenme sonrasına (GKS) göre daha yüksek olmuştur. Bu sonuçlar kuraklık stresinin döneminin ve çeşitlerin kuraklığa göstermiş oldukları tepkilerin birbirinden farklı olduğunu göstermiştir.

Tablo 1. Erken (EKS) ve geç (GKS) kuraklık stresinin nohut çeşitlerinin kuru ağırlığı ve kuraklık hassasiyet indeksi (KHI) üzerine etkisi

Dry weight, g bitki-1 KHI

Çeşitler Kontrol EKS GKS EKS GKS

Menemen-92 1.14 0.97 0.52 0.50 1.88

Akcin 1.17 0.87 0.75 0.89 1.27

Aydin-92 1.00 0.75 0.55 0.85 1.56

Izmir-92 1.43 0.97 0.76 1.10 1.61

Kusmen 1.09 0.61 0.53 1.52 1.78

Canitez-87 1.17 0.71 0.56 1.38 1.79

Gokce 1.19 0.83 0.60 1.03 1.71

Sari 1.28 0.88 0.67 1.07 1.64

Uzunlu-99 0.77 0.62 0.51 0.69 0.69

Er-99 0.94 0.72 0.49 0.80 1.64

ILC-195 0.91 0.64 0.49 1.08 1.60

LSD Çeşit*Kuraklık: 0.149 F Çeşit*Kuraklık : 2.33**

(26)

Bu çalışmada, çiçeklenme öncesi kuraklık stresinde çeşitlerin KHI değerleri 0.50 ile 1.52 arasında değişmiş ve ortalama olarak 0.99 olmuştur. Geç kuraklık stresinde ise KHI değerleri 0.69 ile 1.88 arasında değişirken ortalama 1.61 olarak belirlenmiştir (Tablo 1). Kusmen, Canıtez- 87, İzmir-92, Sarı, Gökçe ve ILC-195 çeşitleri diğer çeşitlere göre erken dönem kuraklığa daha hassas olmuştur. Bu hassas çeşitlerin KHI değerleri çeşitlerin ortalama KHI değeri olan 0.99 dan daha yüksek olmuştur. Bununla birlikte Akcin, Aydın-92, Er-99, Uzunlu-99 ve Menemen-92 çeşitleri ise erken dönem kuraklığa dayanıklılık göstermişlerdir. Geç dönem kuraklığa hassasiyet bakımından da nohut çeşitleri arasında önemli farklılıklar görülmüştür. Menemen-92, Canitez- 87, Küsmen, Gökçe, Sarı ve Er-99 çeşitlerinin KHI değerleri ortalama KHI değeri olan 1.61 den yüksek olmuştur. Bununla birlikte İzmir, ILC-195, Aydın-92, Akçin, ve Uzunlu-99 çeşitlerinin KHI değerleri ortalamanın altında olmuştur. Her iki kuraklık koşulunda da Canitez-87, İzmir-92, Sarı ve Gökçe çeşitleri hassas ve Aydin-92, Akçin ve Uzunlu-99 çeşitleri ise dayanıklı olmuştur.

Menemen-92 erken kuraklık döneminde en dayanıklı çeşit iken geç kuraklık döneminde ise en hassas çeşit olmuştur.

Yaprak su tutma kapasitesi (YSTK) ve nisbi nem içeriği (NNİ): Optimal ve kurak koşullarda yetiştirilen nohut çeşitlerinin YSTK ve NNİ değerleri Tablo 2 de verilmiştir. Kuraklık stresine bağlı olarak çeşitlerin YSTK ve NNİ değerleri farklılık göstermiştir. Bununla birlikte EKS sonlandırıldığında ve bitkilerin tekrar %60 tarla kapasitesi nem düzeyinde sulanmasıyla kontrole göre YSTK ve NNİ bakımından bir farklılık görülmemiştir. Bir başka ifade ile EKS den sonra bitkiler kendilerini toparlamıştır. Diğer taraftan GKS de çeşitlerin YSTK leri artmış ve NNI’ leri önemli düzeyde azalmıştır (Tablo 2). KHI ile diğer parametrelerin regresyon eşitlikleri ve korelasyon katsayıları Tablo 3’ de verilmiştir. EKS ve GKS’ inde KHI ile YSTK arasında önemli

(27)

pozitif ilişkiler belirlenmiştir (sırasıyla, r = 0.809 ve 0.767, Tablo 3). Bunun anlamı kurak tolerant çeşitlerin; Akcin, Aydin-92, Er-99, Uzunlu-99, Menemen-92’ in hassas çeşitlere göre daha düşük YSTK ya sahip olmalarıdır. Aynı şekilde GKS’ ne dayanıklı çeşitlerin (ILC-195, Aydin-92, Akcin and Uzunlu-99) YSTK’ leri daha düşük olmuştur. KHI ile NNI arasında her iki kuraklık döneminde de önemli negatif korelasyonlar belirlenmiştir. (r= -0.523 ve r = -0.610, Tablo 3). Genel olarak erken ve geç kuraklığa dayanıklı bitkilerin NNİ’ leri hassas çeşitlerden daha yüksek olmuştur.

Tablo 2. Erken (EKS) ve geç kuraklık (GKS) stresinin nohut çeşitlerinde yaprak su tutma kapasitesi (YSTK) ve nisbi nem içeriği (NNİ) üzerine etkisi

YSTK NNI, %

Çeşitler

Kontrol EKS GKS Control EKS GKS

Menemen-92 0.06 0.09 0.38 85 86 73

Akcin 0.12 0.09 0.15 82 83 79

Aydin-92 0.10 0.08 0.19 82 87 77

Izmir-92 0.08 0.10 0.24 82 84 79

Kusmen 0.17 0.18 0.22 80 79 74

Canitez-87 0.12 0.15 0.22 84 82 79

Gokce 0.17 0.11 0.25 83 81 75

Sari 0.12 0.11 0.18 76 75 79

Uzunlu-99 0.11 0.11 0.12 84 84 79

Er-99 0.09 0.09 0.17 83 87 74

ILC-195 0.12 0.12 0.18 84 87 78

LSD çeşit * kuraklık: 0.066 4.62 F çeşit * kuraklık: 3.94** 2.83**

**: P<0.01

Askorbik asit ve prolin konsantrasyonları: Erken ve geç kuraklık stresinde çeşitlerin askorbik asit konsantrasyonları önemli farklılıklar göstermiştir (Tablo 4). Aydin-92,Izmir-92, Kusmen ve Sari çeşitleri haricinde diğer çeşitlerin askorbik asit konsantrasyonları kuraklık stresinde artmıştır. Erken ve geç kuraklık stresinde çeşitlerin askorbik asit konsantrasyonları ile KHI leri arasında önemli negatif korelasyonlar belirlenmiştir (sırasıyla, r = - 0.760 ve = -0.747, Tablo 3).

Genel olarak, kurağa dayanıklı çeşitlerin askorbik asit konsantrasyonları hassas olanlardan daha yüksek olmuştur.

(28)

Tablo 3. Regresyon analizi ve KHI ile fizyolojik parametreler arasındaki korelasyon katsayıları

Çiçeklenme öncesi Çiçeklenme sonrası

Korelasyon ilişkileri Eşitlik r Eşitlik r

KHI-YSTK y = 7.6226x + 0.1384 0.8097*** y = 2.3801x + 1.1089 0.7673***

KHI-NNI y = - 0.0381x + 0.1384 0.5237* y = -0.0525x + 5.6182 0.6104**

KHI-Askorbik asit y = - 0.0134x + 1.9966 0.7606*** y = -0.0096 + 2.3124 0.7473***

KHI-Prolin y = -0.0043x + 0.9929 0.0032ns y = -0.2926x + 2.4246 0.7072**

KHI-Membran per. y = 0.0448x – 1.6817 0.6358** y = 0.0504x + 1.4510 0.7092**

KHI-MDA y = -0.9225x + 2.3271 0.7270*** y = -1.2775x + 3.4219 0.8187***

KHI-H2O2 y = -2.2922x + 13.66 0.1902 ns y = -1.4740 x + 15.922 0.1037ns KHI- Klorofil y = -10.26x + 136.95 0.1745 ns y = 18.001x + 74.101 0.2942 ns

*P <0.1, **P <0.05, ***P <0.01, ns, önemli değil

Prolin akümülasyonu üzerine çeşit x kuraklık stresi dönemi interaksiyonu önemli olmuştur Tablo 4). Çeşitlerin prolin konsantrasyonları EKS’ inde azalmış fakat GKS’ inde önemli oranda artmıştır. Uzunlu-99, Aydin-92 ve Menemen-92 çeşitleri daha fazla prolin akümüle etmişlerdir (Tablo 4).

Erken kuraklık stresinde prolin konsantrasyonu ile KHI arasında önemli bir korelasyon ilişkisi belirlenememiştir. Bununla birlikte, proline konsantrasyonu ile KHI arasında önemli korelasyon belirlenmiştir. (Tablo 3). Geç kuraklık stresinde, kurak tolerant çeşitler (Aydin-92, Akcin ve Uzunlu-99) hassas çeşitlere göre daha fazla prolin akümüle etmişlerdir (Tablo 4).

(29)

Tablo 4. Erken (EKS) ve geç kuraklık (GKS) stresinin nohut çeşitlerinde askorbik asit ve prolin içeriği üzerine etkisi

Askorbik asit mmol kg-1, FW

Prolin mmol kg-1, FW Çeşitler

Kontrol EKS GKS Kontrol EKS GKS Ortalama

Menemen-92 52.94 84.43 63.41 2.13 1.39 2.73 2.08

Akcin 58.26 73.58 93.81 1.31 1.18 3.05 1.84

Aydin-92 95.45 82.76 84.77 2.25 1.54 3.02 2.27

Izmir-92 74.67 58.78 56.96 1.58 1.50 2.63 1.90

Kusmen 50.30 44.81 43.69 1.94 1.42 3.06 2.13

Canitez-87 53.19 53.73 61.12 1.43 1.17 2.13 1.58

Gokce 70.62 79.10 85.02 1.21 1.42 2.19 1.61

Sari 81.94 80.15 74.99 1.46 1.45 3.01 1.97

Uzunlu-99 66.64 80.73 96.95 2.33 1.21 3.95 2.50

Er-99 74.51 99.65 80.69 1.61 1.27 2.47 1.78

ILC-195 68.46 92.00 68.43 0.95 0.79 2.51 1.42

Ortalama 1.65 1.30 2.79

LSD Çeşit * Kuraklık: 14.95

LSD Çeşit: 0.418 LSD Kuraklık: 0.218 F Çeşit * Kuraklık: 4.34**

F Çeşit: 4.59**

F kuraklık: 100.27**

**: P<0.01

Hidrojen peroksit, lipid peroksidasyonu (MDA) ve membran permeabilitesi: Kuraklık stresine ve dönemine bağlı olarak çeşitlerin Hydrojen peroksit (H2O2) konsantrasyonları farklılık göstermiştir. Çeşitlerin tamamından kuraklık stresine bağlı olarak H2O2 konsantrasyonu artmıştır (Tablo 5). Bununla birlikte her iki kuraklık stresinde de KHI ile H2O2 arasında önemli bir korelasyon ilişkisi belirlenememiştir.

Çeşitlerin Lipid peroksidasyonu (MDA içeriği) arasında farklıklar belirlenmiş ve her iki kuraklık stresinde de MDA konsantrasyonu artış göstermiştir. MDA konsantrasyonu ile KHİ arasında her iki kuraklık stresi döneminde de oldukça önemli negatif korelasyonlar belirlenmiştir (sırasıyla, r = -0.727 ve r = -0.818, Tablo 3).

Uzunlu 99 çeşidi hariç, çeşitlerin membran permeabilitesi kuraklık stresinde artmıştır.

Membran permeabilitesi ile KHİ arasında önemli pozitif korelasyonlar belirlenmiştir (r = 0.635 and r = 0.709, Tablo 3).

(30)

Tablo 5. Erken (EKS) ve geç kuraklık (GKS) stresinin nohut çeşitlerinde membran permeabilitesi (MP), lipid peroksidasyonu (MDA) ve H2O2 konsantrasyonuna etkisi

MP (EC %)

MDA nmol ml-1, FW

H2O2

mmol kg-1, FW Çeşitler

kontrol EKS GKS kontrol EKS GKS kontrol EKS GKS

Menemen-92 49 49 65 1.11 1.79 1.46 10.88 13.18 19.72

Akcin 60 60 60 1.24 1.41 1.86 13.57 17.09 16.10

Aydin-92 57 63 63 1.15 1.26 1.20 14.02 14.18 14.71

Izmir-92 58 61 60 1.11 1.15 1.28 13.64 13.49 14.88

Kusmen 58 63 64 1.05 1.02 1.13 10.96 11.03 11.72

Canitez-87 60 59 61 1.01 1.22 1.14 12.72 10.27 12.03

Gokce 64 64 60 0.97 1.28 1.10 7.50 6.58 7.81

Sari 60 62 62 1.03 1.17 1.12 8.34 11.19 13.10

Uzunlu-99 59 57 57 2.03 2.34 2.11 13.10 11.48 13.95

Er-99 58 60 58 1.20 1.46 1.31 9.31 8.11 11.55

ILC-195 56 57 58 0.98 1.48 1.39 8.94 8.78 13.57

LSD Çeşit * kuraklık : 4.04 0.234 2.56 F Çeşit * kuraklık : 5.30** 2.84** 3.12**

**: P<0.01

Nisbi klorofil içeriği: Nohut çeşitlerinin nisbi klorofil içerikleri kuraklık ile azalmıştır. Çeşitler arasında klorofil içerikleri bakımından önemli farklılıklar görülmüştür. Erken kuraklık stresinde çeşitlerin klorofil içeriklerindeki azalma geç kuraklık stresine oranla daha az düzeyde gerçekleşmiştir (Tablo 6).

Tablo 6. Erken (EKS) ve geç kuraklık (GKS) stresinin nohut çeşitlerinde nisbi klorofil üzerine etkisi Nisbi klorofil

Çeşitler

kontrol EKS GKS

Menemen-92 150 148 107

Akcin 132 139 107

Aydin-92 147 136 117

Izmir-92 143 129 114

Kusmen 152 117 118

Canitez-87 143 130 105

Gokce 162 146 110

Sari 143 136 101

Uzunlu-99 148 115 89

Er-99 123 105 80

ILC-195 109 94 85

LSD çeşit * kuraklık: 13.74 F çeşit * kuraklık: 2.92**

**: P<0.01

Kuraklığın Nisbi gelişme azalmasına etkisi (NGA): Kuraklık stresinin kontrole göre yaratmış

(31)

olduğu kuru ağırlık azalması (NGA) hesaplanmış ve bu parametre ile besin maddesi akümülasyonu arasındaki ilişkiler irdelenmiştir. Beklenen bir şekilde çeşitlerin gelişimi (NGA oranı) kontrole kıyasla kuraklık sonucu azalmıştır. Erken kuraklık stresinde çeşitlerinin NGA oranı % 47 iken, geç kuraklıkta bu oran % 29 olmuştur. Bir başka ifade ile bitkilerin geç kuraklıktan daha şiddetli etkilenmişlerdir (Şekil 1). Bununla birlikte her iki stres döneminde de çeşitler arasında NGA bakımından önemli farklılıklar görülmüştür. NGA açısından bir değerlendirme yapıldığında Kusmen, Canitez-87, Izmir-92, Sari, Gökce ve ILC-195 chickpea çeşitlerinin erken kuraklık stresine Akcin, Aydin-92, Er-99, Uzunlu-99 ve Menemen-92 den daha hassas oldukları görülmektedir. Geç kuraklık döneminde de çeşitler arasında kuraklığa gösterdikleri tepki bakımından önemli farklılıklar görülmüştür. Menemen-92, Canitez-87, Küsmen, Gökçe, Sari, Er-99 ve İzmir-92 çeşitlerinde NGA oranı diğerlerinden yüksek olmuştur.

Kurağa toleransın bir ölçüsü olarak NGA oranı ile KHİ arasında benzer ilişkiler tespit edilmiştir.

0 10 20 30 40 50 60

Menem en-92

Akcin Aydin-92

Izmir-92 Kusmen

Canitez-87 Gokce

Sari Uzunlu-99

Er-99 ILC-195

EDS LDS

Relative Growth Reduction (RGR %)

Şekil 1. Erken ve geç kuraklıkta nohut çeşitlerinde nisbi büyüme azalması

Şekil

Updating...

Referanslar

Benzer konular :