Osmancık-97 ve Cameo çeltik çeşitlerinin tarımında kullanılan bazı herbisitlerin morfolojik, fizyolojik ve genetik etkilerinin incelenmesi
Investigation of morphological, physiological and genetic effects of some herbicides used in cultivation of Osmancık-97 and Cameo rice varieties
Yazar: GÜLÇİN ALYÜRÜK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYATİ ARDA
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Çeltik (Oryza sativa L.), işlendikten sonra elde edilen ürünü pirinç ile dünya nüfusunun büyük bir bölümünün temel besin ihtiyacını karşılayan önemli bir tahıl çeşididir. Üretimi sırasında karşılaşılan problemlerden biri yabancı otlardır. Üretim sahalarındaki yabancı ot mücadelesi ülkemizde ve dünyada yaygın olarak herbisit kullanımı ile yapılmaktadır. Bu çalışmada çeltik tarımında kullanılan herbisit çeşitlerinin ve bu herbisitlerin farklı doz uygulamalarının tarımı yaygın olarak yapılan çeltik çeşitleri üzerindeki olası etkileri araştırılmıştır. Çeltik çeşidi olarak Oryza sativa L. cv. Osmancık-97 ve Cameo, herbisit çeşidi olarak ise quinclorac, cyhalofob butyl, bentazon+MCPA ve bu üç herbisitin belirli oranda karıştırılması sonucunda elde edilen mix kullanılmıştır. Sera koşullarında yürütülen çalışmada, çimlenme sonrası gelişim aşamasındaki çeltik bitkilerine tarımsal kullanım (D doz) ve tarımsal kullanımın iki katı (2D doz) herbisit uygulanmıştır. Fide, sapa kalkma ve salkım oluşumu dönemlerinde alınan bitki örneklerinin incelenmesi sonucunda, herbisit çeşitlerinin ve farklı doz uygulamalarının oluşturduğu etkiye bağlı morfolojik, fizyolojik ve genetik cevaplar belirlenmiştir.
Elde edilen sonuçlara göre, D ve 2D doz herbisit uygulamaları Osmancık-97 ve Cameo çeltik çeşitlerinin boy uzunluğu ve fotosentetik pigment (total klorofil, klorofil a, klorofil b ve karotenoid) miktarlarında azalışa neden olmuştur. Her iki çeltik çeşidine ait MDA seviyeleri herbisit çeşidi ve uygulama dozuna bağlı olarak değişim göstermiştir. Total protein miktarları Osmancık-97 çeşidine ait gruplarda genel olarak artış gösterirken, Cameo çeşidinde azalmıştır. Herbisit çeşidi ve artan doz uygulamalarına bağlı olarak antioksidan enzim (CuZn-SOD, Mn-SOD, CAT, GPX ve GST) ve ısı şok protein (HSP26, HSP60, HSP70 ve HSP90) gen ifade düzeylerinde artış tespit edilmiştir. Cameo çeşidine ait antioksidan enzim ve HSP gen ifade düzeyleri Osmancık-97 çeşidine kıyasla daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca her iki çeltik çeşidinin RAPD profillerinde herbisit uygulamalarına bağlı olarak değişim gözlenmiştir. En yüksek bant değişimleri 2D doz herbisit uygulanan gruplarda belirlenmiştir. Her bir herbisit dozu için hesaplanan genomik kalıp kararlılığı (% GTS) değerlerinde doz artışına bağlı olarak azalış tespit edilmiştir. 
Çalışmada herbisitlerin çeltik çeşitleri üzerindeki toksik etkilerini belirlemek için kullanılan parametreler içerisinde morfolojik parametrenin tek başına kullanımının yeterli olamayacağı kanısına varılmıştır. Fotosentetik pigment, total protein ve MDA miktarlarındaki değişimlerin her iki çeltik çeşidinde de herbisit kaynaklı fizyolojik tepkileri izlemek için kullanılabilir parametreler olduğu belirlenmiştir. Antioksidan enzim ve HSP gen ifade düzeylerindeki değişim ve RAPD bant profillerindeki farklılıkların belirlenmesi için yapılan analizler herbisitlerin çeltik çeşitleri üzerindeki genotoksik etkisinin belirlenmesini sağlamıştır.
Elde edilen tüm bulgular, üretim sırasında bilinçsiz şekilde aşırı doz herbisit kullanımı ve birden fazla herbisitin karıştırılarak kullanımının çeltik bitkisinin gelişimini olumsuz yönde etkilediğini göstermektedir. Bu nedenle üretim alanlarında yabancı otlarla mücadelede kullanılan herbisitlerin olumsuz etkilerini azaltmak için yabancı otların çoğalmasını engelleyici bir uygulama olarak çeltik üretiminde çok tercih edilen monokültür tarım yerine polikültür tarım yapılmasını önermekteyiz. Ayrıca gelişen teknolojilerin ürünü olarak yabancı ot ve hastalıkların bulunduğu bölgelerin tespit edilip ilaçlanmasında drone kullanımının aşırı doz kullanım riskini ortadan kaldırılabileceğini düşünmekteyiz.

Abstract:
Paddy (Oryza sativa L.) is a significant grain that provides a substantial portion of the world's population with its fundamental nutritional needs in the form of processed rice. One of the problems encountered during its production is weeds. Weeds are a particular problem faced throughout its production. Control of weeds in production areas in Turkiye and in other countries of the world is achieved with the common use of herbicides. In the present study, the potential effects of several herbicide types used in the cultivation of rice and the various doses of these herbicides on frequently used rice cultivars. Paddy cultivars included Oryza sativa L. cv. Osmanck-97 and Cameo, and the herbicides included quinclorac, cyhalofob butyl, bentazone+MCPA, and the mixture produced by combining these three in a certain ratio. In the study conducted in a greenhouse, rice plants were treated with agricultural use (D dose) and twice the agricultural use (2D dose) doses of the herbicides at the post-germination stage of growth. By analyzing plant samples collected throughout the seedling, stem, and cluster formation phases; morphological, physiological, and genetic responses based on the impact of various herbicide types and dose treatments were identified. 
According to the results obtained, D and 2D dose herbicide applications caused a decrease in the height and photosynthetic pigment (total chlorophyll, chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoid) amounts of Osmancık-97 and Cameo paddy cultivars. MDA levels of both paddy cultivars varied depending on the herbicide type and application dose. While the total protein amounts generally increased in Osmancık-97 cultivars, they decreased in Cameo cultivars. Depending on the herbicide type and increasing dose applications, an increase was detected in antioxidant enzymes (CuZn-SOD, Mn-SOD, CAT, GPX and GST) and gene expression levels of heat shock proteins (HSP26, HSP60, HSP70 and HSP90). Antioxidant enzyme and HSP gene expression levels of Cameo cultivar were higher than Osmancik-97 cultivar. In addition, changes were observed in the RAPD profiles of both paddy cultivars depending on the herbicide applications. The highest band changes were determined in the 2D dose herbicide applied groups. A decrease was detected in the genomic template stability (% GTS) values calculated for each herbicide dose depending on the dose increase. 
The study came to the conclusion that it would not be sufficient to identify the toxic effects of herbicides on paddy cultivars just based on morphological parameters. The change patterns in the levels of photosynthetic pigment, total protein and MDA were found to be parameters that may be used to monitor the physiological reactions caused by herbicides in both paddy cultivars. The analyses carried out to reveal variations in antioxidant enzyme and HSP gene expression levels and alterations in RAPD band patterns contributed to determination of genotoxic effects of herbicides on paddy cultivars.
The overall findings demonstrated that unconscious and overdose use of herbicides during production, and the use of herbicides by mixing more than one type negatively affected the growth of rice plants. Therefore, we advise polyculture agriculture over monoculture agriculture, which is highly preferred in the production of rice, as a method to avoid the spread of weeds in order to limit the detrimental effects of herbicides used to combat weeds in production areas. We also believe that the employment of drones, as a result of evolving technology, in weed detection and disease spraying operations can remove the risk of overdose applications.