Allopoliploid karpuz anaçlarının geliştirilmesi
Development of allopolyploid watermelon rootstocks
Yazar: ALİM AYDIN
Danışman: PROF. DR. HALİT YETİŞİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı / Bahçe Bitkileri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Aşılama = Vaccination ; Citrullus lanatus = Citrullus lanatus ; Meyve kalitesi = Fruit quality ; Su kültürü = Water culture ; Tetraploid = Tetraploid ; Verim = Yield

Özet:
ALLOPOLİPLOİD KARPUZ ANAÇLARININ GELİŞTİRİLMESİ

Alim AYDIN

Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Doktora Tezi, Ekim 2022
Danışman: Prof. Dr. Halit YETİŞİR

ÖZET

Günümüzde aşılı karpuz üretiminde Cucurbita ve Lagenaria türleri anaç olarak kullanıldığında aşı uyuşmazlığı, bazı fizyolojik bozukluklar ve meyve kalitesinin olumsuz etkilediği bildirilmiştir. Bu sorunları çözmek için alternatif yaklaşımlardan biri de Citrullus genetik kaynaklarının kullanılmasıdır. Ancak, Citrullus genotiplerinin Cucurbita ve Lagenaria anaçlarına göre daha zayıf olması bir dezavantaj olarak belirtilmektedir. Bitki gücünü artırmanın yollarından biri, kromozom sayısının çoğaltılmasına dayalı poliploidi ıslahıdır. 
Poliploid karpuz anaçları geliştirme çalışmasında bitkilerin yaşama oranı %77, poliploidleşme oarnı ise sırası ile stoma gözlemlerine ve flow sitometri analizine göre %11 ve %3 olmuştur. Flow sitomeri sonucuna göre 22 adet poliploid genotip belirlenmiştir. 
Poliploidler ve orjinal diploid bitkiler 21 gün boyunca su kültürde büyütülmüş ve vejetatif büyüme performansları belirlenmiştir. Sonuçlar, diploid kontrollere kıyasla poliploidizasyona bağlı olarak bitki biyokütlesindeki artışın ototetraploidlerde %100 ve allotetraploidlerde %156 olduğunu göstermiştir. Birinci deneme sonucunda biyokütle parametrelerine göre öne çıkan ototetraploid (M1C, M1N3, M1N5-3, M1N5-4, M1N7-3, M1N7-4) ve allotetraploid (M1C×N3-2, M1C×N3-3, M1C×N5-1, M1C×N7-4 ve M1C×N7-5) genotipler ikinci su kültürü çalışmasında anaç olarak kullanılmıştır. Bu anaçlar üzerine kalem olarak Crimson Tide (CT) karpuz çeşidi aşılanmıştır. Kontrol olarak ise bu anaçların orijinal diploidleri, ticari hibrit anaçlar (RS841 ve Argentario) ve aşısız CT karpuz çeşidi kullanılmıştır. Poliploid anaçlar üzerine aşılanan bitkilerin sürgün taze agırlık ortalaması 55.45 g iken, diploid citroides grubu anaçlar üzerine aşılanan bitkilerde 27.28 g olarak tespit edilmiştir. Kök kuru ağırlığı en yüksek çıkan aşı kombinasyonları M1C×N7-5/CT (1.43 g) ve M1N7-4/CT (1.40 g)'dır. En düşük kök kuru ağırlığı ise C/CT (0.23 g) ve N3/CT (0.24 g) aşı kombinasyonlarında ölçülmüştür. İkinci deneme sonuçlarına göre bitkisel gelişim parametrelerine göre öne çıkan üç ototetraploid (M1N3 ve M1N5-4, M1N7-4) ve dört allotetraploid anaç (M1C×N3-2, M1C×N3-3, M1C×N5-1 ve M1C×N7-5) arazi denemesinde kullanılmak üzere seçilmiştir.
Kalem olarak CT karpuz çeşidinin kullanıldığı denemede kontrol olarak bu anaçların orijinal diploidleri, ticari hibrit anaçlar ve aşısız CT karpuz çeşidi kullanılmıştır. İlk erkek, dişi çiçek açımı ve %50 erkek ve dişi çiçeklenme poliploid anaçlara aşılı bitkilerde diğer aşı kombinasyonlarına göre daha erken olmuştur. Arazi koşullarında yetiştirilen bitkilerde en yüksek verim (18.4 kg/bitki) ve toplam verim (7352.2 kg/da) M1N7-4/CT aşı kombinasyonundan alınmıştır. En yüksek pazarlanabilir verim M1N7-4/CT aşı kombinasyonunda (7352.2 kg/da) alınırken, en yüksek pazarlanamaz verim ise aşısız CT bitkilerinden (590.1 kg/da) alınmıştır. Poliploid anaçlar üzerine aşılı bitkilerde meyve boyu ve SÇKM içeriği orijinal diploid citroides grubu anaçlar üzerine aşılı bitkilere göre sırasıyla yaklaşık %7 ve %1 artarken, meyve çapı ve meyve kabuk kalınlığı sırasıyla yaklaşık %0.6 ve %1.9 azalmıştır. N, Mg, Mn S, Zn ve P bitki besin elementlerini meyve dokularında en fazla bulunduran aşı kombinasyonları poliploid anaçlar üzerine aşılanan bitkiler olmuştur. Poliploid anaçların üzerine aşılı bitkilerde, meyve dokularında giberellik asit, zeatin, sitokinin, indol asetik asit, jasmonik asit ve salisilik hormonlarını orijinal diploid anaçlara ve ticari anaçlara göre daha yüksek olmuştur. Poliploid anaçlar üzerine aşılanan bitkilerin toplam şeker içeriği orijinal diploid anaçlar, ticari anaçlar üzerine aşılanan bitkiler ve aşısız bitkilere göre sırasıyla  %47, %64, %51 ve %109 artış göstermiştir. Poliploid anaçlar üzerine aşılanan bitkilerin likopen, β-karoten, C ve B 12 vitamini içeriği diploid anaçlar üzerine aşılan bitkilere göre sırasıyla yaklaşık %80, %1, %4 ve %11 artarken, E vitamini içeriği %20 azalmıştır. Poliploid anaçlar üzerine aşılanan bitkilerin meyve dokularında aldehit ve ketonların toplamı, alkoller ve asitler RS841 anacı üzerine aşılanan bitkilere göre sırasıyla yaklaşık %61, %31 ve %54 daha fazla tespit edilmiştir. Poliploid anaçlar üzerine aşılı bitkiler meyve dokularındaki esterler diploid anaçlar üzerine aşılı bitkilere göre %10 daha fazla tespit edilirken, terpenler ise %6 daha az tespit edilmiştir. Yedi adet poliploid anaç üzerine aşılanan bitkilerin meyve dokularındaki toplam fenolik bileşik (%52), toplam antosiyanin (%143) ve organik asit (%312)  ortalaması altı adet diploid citroides grubu anacın üzerine aşılanan bitkilerden yüksek tespit edilmiştir. 
Kültür karpuzlarında Citrullus cinsinin tetraploid (oto ve allo) genotipleri anaç olarak kullanıldığında poliploidlerin verim ve meyve kalite özellikleri, bitki besin elementi metabolizması ve meyvenin fitokimyasal özellikleri yönünden olumlu etkileri olmuştur. Bu çalışmanın sonucunda, poliploid Citrullus anaçlarının, kabak anaçlarının kullanıldığı durumlarda uyuşmazlık problemlerinden dolayı anaçlara bağlı olarak meyve kalitesinde bozulma gibi çeşitli sorunlarını çözebilecek potansiyele sahip olduğu görülmüştür. Yakın gelecekte tetraploid (oto ve allo) anaçların farklı sebze türlerinde ticari olarak kullanılabilir hale gelmesine öncülük edebilecek sonuçlar üretilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Aşılama, Meyve kalitesi, Citrullus, Poliploid, Su kültürü, Tetraploid, Verim,

Abstract:
DEVELOPMENT OF ALLOPOLYPLOID WATERMELON ROOTSTOCKS

Alim AYDIN

Erciyes University, Graduate School of Natural and Applied Sciences 
PhD Thesis, October 2022
Supervisor: Prof. Dr. Halit YETİŞİR

ABSTRACT 

Today, it has been reported that when Cucurbita and Lagenaria species are used as rootstocks in grafted watermelon production, graft incompatibility, some physiological disorders, and fruit quality are adversely affected. One of the alternative approaches to solve these problems is the use of Citrullus germplasm to develop rootstock. However, it is stated as a disadvantage that Citrullus genotypes have lower plant vigor than Cucurbita and Lagenaria genotypes. One of the ways to increase plant vigor is polyploidy breeding based on duplicating the chromosome number. 
In the study of developing polyploid watermelon rootstocks, the survival rate of the plants was 77%, the polyploidization rate was 11% and 3% according to stomatal observations and flow cytometry analysis, respectively. According to the results of flow cytomer, 22 polyploid genotypes were determined.
Polyploids and original diploid plants were grown in hydroponic culture for 21 days and their vegetative growth performances were determined. The results showed that the increase in plant biomass due to polyploidization was 100% in autotetraploids and 156% in allotetraploids compared to diploid controls. As a result of the first trial, the prominent autotetraploid according to the biomass parameters (M1C, M1N3, M1N5-3, M1N5-4, M1N7-3, M1N7-4) and allotetraploid (M1C×N3-2, M1C×N3-3, M1C×N5-1, M1C×N7-4 and M1C×N7-5) genotypes were used as rootstock in the second hydroponic culture study. Crimson Tide (CT) watermelon variety was grafted onto selected polyploid, original diploid genotypes and commercial rootstocks to determine rootstock potential of polyploid genotypes. While the shoot fresh weight of the plants grafted on polyploid rootstocks was 55.45 g/plant, it was determined as 27.28 g/plant in plants grafted on diploid citroides group rootstocks. The graft combinations with the highest root dry weight were M1C×N7-5/CT (1.43 g/plant) and M1N7-4/CT (1.40 g/plant). The lowest root dry weight was determined in C/CT (0.23 g/plant) and N3/CT (0.24 g/plant) graft combinations.     According to the results of the second trial, three autotetraploid (M1N3 and M1N5-4, M1N7-4) and four allotetraploid genotypes (M1C×N3-2, M1C×N3-3, M1C×N5-1 and M1C×N7-5) were selected for use in the open field trial.
The original diploids of these rootstocks, commercial hybrid rootstocks and the ungrafted CT watermelon variety were used as control in the experiment in which the CT watermelon cultivar was used as the scion. Plants grafted on polyploid rootstocks with first male and female flowering and 50% male and female flowering were earlier than other graft combinations. The stomatal conductivity of the graft combinations using polyploid rootstocks was approximately 36% higher than the graft combinations using diploid citroides group rootstocks. The highest yield (18.4 kg/plant) and total yield (7352.2 kg/da) in open field conditions were obtained from M1N7-4/CT graft combination. The highest marketable yield was obtained from the M1N7-4/CT graft combination (7352.2 kg/da), while the highest unmarketable yield was determined in ungrafted CT plants (590.1 kg/da). Fruit length and SSC in plants grafted on polyploid rootstocks increased by approximately 7% and 1%, respectively, compared to plants grafted on original diploid citroides group, while fruit diameter and fruit rind thickness decreased by approximately 0.6% and 1.9%, respectively. The grafted plants on polyploid rootstocks had the highest N, Mg, Mn S, Zn and P concentration in fruit tissues. In plants grafted on polyploid rootstocks, Gibberellic acid, zeatin, cytokinin, indole acetic acid, jasmonic acid and salicylic were higher in fruit tissues of grafted plants onto polyploid genotypes compared to original diploid rootstocks and commercial rootstocks. The total sugar content of plants grafted on polyploid rootstocks increased by 47%, 64%, 51% and 109% compared to grfated plants onto original diploid rootstocks, commercial rootstocks (Argentario and RS841) and ungrafted plants, respectively. The lycopene, β-carotene, vitamin C and B12 content of fruits harvested from grafted plants on polyploid rootstocks increased by approximately 80%, 1%, 4% and 11%, respectively, compared to plants grafted on diploid rootstocks, while vitamin E content decreased 20% compared to fruits of the plants onto original diploids and CT plants. The total of aldehydes and ketones, alcohols and acids were approximately 61%, 31% and 54% higher in fruits harvested from the plants grafted onto polyploid genotypes, respectively, compared to plants grafted on RS841 rootstock. Esters in fruit tissues of plants grafted on polyploid rootstocks were detected 10% higher than plants grafted on original diploid rootstocks, while terpenes were detected 6% lower. The average of total phenolic compound (52%), total anthocyanin (143%) and organic acid (312%) in the fruit tissues of the plants grafted on seven polyploid rootstocks were higher than those grafted on six diploid citroides group rootstocks.
When tetraploid (auto and allo) Citrullus genotypes were used as rootstocks for watermelons, polyploids rootstocks had positive effects on yield and fruit quality, plant nutrient metabolism and phytochemical properties of the fruit. As a result of this study, it was determined that polyploid Citrullus rootstocks have the potential to solve various problems such as deterioration in fruit quality due to rootstocks incompatibility problems when pumpkin rootstocks are used. The present study results have the potential to lead to the development and commercialization of tetraploid (auto and allo) rootstocks in different vegetable species in the near future.
Keywords: Grafting, Fruit quality, Citrullus, Polyploid, Hydroponic culture, Tetraploid, Yield