Bitki büyümesini ve stres toleransını arttırmak: Abiyotik stres altında biber ve soya bitkilerinde melatonin, salisilik asit ve bakteri aşılamasının etkilerinin incelenmesi
Enhancing plant growth and stress tolerance: Exploring the effects of melatonin, salicylic acid, and bacterial inoculation in pepper and soybean under abiotic stress
Yazar: ALİ SARIOĞLU
Danışman: PROF. DR. CENGİZ KAYA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada; yarı kurak ve kurak bölgelerde sıklıkla rastlanılan, tuz stresi (TS) ve bor toksisitesi (BT) gibi abiyotik stres etkilerinin, bitki büyümesi ve toprak mikrobiyal aktivitesi üzerine olumsuz etkilere neden olabileceği ortaya konulmuştur. Bu olumsuz etkileri azaltmak amacıyla, yapraktan uygulanan melatonin (MT) ve salisilik asit (SA) ve toprakta bakteri aşılaması (BA) gibi yöntemlerin biber (Capsicum annuum) ve soya (Glycine max (L.) Merr.) bitkilerinin gelişimi üzerindeki etkilerini incelemek için üç ayrı çalışma yürütülmüştür. Birinci çalışmada, biber ve soya bitkileri perlit ortamında yetiştirilerek kontrol, TS (100mM NaCl), BT (2mM B) ve TS+BT uygulamaları yapılmıştır. TS+BT uygulamasının bitki büyümesi (≅%50) ve klorofil (≅%60) içeriği üzerinde en büyük olumsuz etkiye sahip olduğu, reaktif oksijen türleri (≅%250), prolin (≅%400) ve malondialdehit (≅%320) içeriklerinin seviyelerini ise artırdığı görülmüştür. Mevcut stresin zararlı etkilerine karşı yapraktan yapılan 100 µM melatonin (MT) uygulaması, her iki bitkide de yaş ve kuru ağırlıkları (≅%50) ile klorofil (≅%55) içeriğini arttırmıştır ve reaktif oksijen türlerinin seviyeleri (≅%25) ve malondialdehit (≅%17) içeriğini de azaltmıştır (P≤0.05). Ayrıca MT uygulaması antioksidan enzim aktivitesini arttırarak stresle baş etmeye yardımcı olmuştur. İkinci çalışma, soya bitkisiyle toprak ortamında kurulmuş ve ilk çalışmadaki uygulamalara ek olarak bakteri aşılaması yapılmıştır. Bakteri aşılaması yapılmayan bitkilerde nodül oluşmazken, aşılamayla birlikte nodül oluşumu gerçekleşmiştir. Buna karşın TS+BT uygulaması ile, bitki büyümesi (≅%60) ve klorofil (≅%65) içeriği azaltırken, reaktif oksijen türleri (≅%300), prolin (≅%120) ve malondialdehit (≅%122) içeriği artmıştır. Dehidrogenaz aktivitesi (DHA) (≅%40), mikrobiyal biyokütle karbonu (MBC) (≅%75) ve CO2 (≅%75) değerleri gibi toprak mikrobiyal içerikleri de azalmıştır (P≤0.05). Çalışma kapsamında yapılan hem BA hem de MT+BA uygulamalarının bitkinin strese bağlı bu olumsuz etkilerini azalttığı ve bitkinin stres toleransını geliştirdiği görülmüştür. Üçüncü çalışmada ise ikinci çalışmadaki melatonin yerine yapraktan 0.5mM salisilik asit (SA) uygulanmış ve ikinci çalışmadaki uygulamalar tekrarlanmıştır. İkinci denemede olduğu gibi Bakteri aşılaması yapılmayan bitkilerde nodül oluşmazken, aşılamayla birlikte nodül oluşumu gerçekleşmiştir. TS+BT uygulaması ile, bitki büyümesi (≅%40) ve klorofil (≅%70) içeriği azaltırken, reaktif oksijen türleri (≅%280), prolin (≅%550) ve malondialdehit (≅%220) içeriği artmıştır. Dehidrogenaz aktivitesi (DHA) (≅%80), mikrobiyal biyokütle karbonu (MBC) (≅%60) ve CO2 (≅%25) değerleri gibi toprak mikrobiyal içerikleri de azalmıştır (P≤0.05). Yapılan hem BA hem de SA+BA uygulamalarının bitkinin strese bağlı bu olumsuz etkilerini azalttığı ve bitkinin stres toleransını geliştirdiği görülmüştür. SA'nın toprak mikrobiyal aktivitesi üzerinde önemli bir etkisinin olmadığı, ancak bakteriyel aşılamanın mikrobiyal aktiviteyi önemli ölçüde artırdığı ve strese karşı bitki direncini geliştirdiği belirlenmiştir (P≤0.05). Genel olarak elde ettiğimiz bulgular, MT ve SA'nın yapraktan uygulanmasının ve bakteri aşılamasının, bitki büyümesini ve abiyotik strese karşı toleransı arttırırken aynı zamanda toprak mikrobiyal aktivitesini de artırabileceğini göstermektedir. Sonuçlarımızın yarı kurak ve kurak bölgelerdeki özellikle tuz stresi ve bor toksisitesi kaynaklı üretimsel olumsuzlukların azaltılmasına yönelik önemli etkileri olabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
The aim of this study, the potential negative effects of abiotic stress factors such as salt stress (SS) and boron toxicity (BT), which are frequently encountered in semi-arid and arid regions, on plant growth and soil microbial activity were investigated. To mitigate these negative effects, three separate experiments were conducted to examine the effects of foliar application of melatonin (MT) and salicylic acid (SA), as well as bacterial inoculation (BA) in pepper (Capsicum annuum) and soybean plants (Glycine max (L.) Merr.). In the first experiment, pepper and soybean plants were grown in a perlite medium, and control, TS (100mM NaCl), BT (2mM B), and TS+BT treatments were applied. The TS+BT treatment showed the most significant negative impact on plant growth (≅50%) and chlorophyll (≅60%) content, while it increased reactive oxygen species (≅250%), proline(≅400%), and malondialdehyde (≅320%) levels. Foliar application of 100 µM melatonin (MT) to alleviate the harmful effects of stress increased both the fresh and dry weights (≅50%) and chlorophyll (≅55%) content in both plants and reduced reactive oxygen species levels (≅25%) and malondialdehyde content (≅17%) (P≤0.05). Additionally, MT application enhanced antioxidant enzyme activity, aiding in stress management. The second experiment was conducted with soybean plants in a soil medium, and bacterial inoculation was applied in addition to the treatments from the first experiment. Nodule formation did not occur in plants without bacterial inoculation, but nodules formed with inoculation. However, under TS+BT treatment, plant growth (≅60%) and chlorophyll content (≅65%) decreased, while reactive oxygen species (≅300%), proline (≅120%), and malondialdehyde content (≅122%) increased. Soil microbial content, including dehydrogenase activity (DHA) (≅40%), microbial biomass carbon (MBC) (≅75%), and CO2 levels (≅75%), also decreased (P≤0.05). Both BA and MT+BA applications in this study reduced the negative effects of stress on the plant and improved stress tolerance. In the third experiment, 0.5mM salicylic acid (SA) was applied foliarly instead of melatonin, and the treatments from the second experiment were repeated. Similar to the second experiment, nodules formed with bacterial inoculation, while no nodules formed in plants without inoculation. Under TS+BT treatment, plant growth (≅40%) and chlorophyll content (≅70%) decreased, while reactive oxygen species (≅280%), proline (≅550%), and malondialdehyde content (≅220%) increased. Soil microbial content, including DHA ≅ (80%), MBC (≅60%~), and CO2 levels (≅25%), also decreased (P≤0.05). Both BA and SA+BA applications in this study reduced the negative effects of stress on the plant and improved stress tolerance. SA did not significantly affect soil microbial activity, but bacterial inoculation significantly increased microbial activity and improved plant resistance against stress (P≤0.05). Overall, our findings suggest that foliar application of MT and SA, as well as bacterial inoculation, can enhance plant growth and stress tolerance while also increasing soil microbial activity. These results could have important implications for mitigating production-related challenges caused by salt stress and boron toxicity in semi-arid and arid regions.