Farklı sulama suyu seviyelerinde salisilik asit ve hidrojen sülfür uygulamalarının buğday ve mısır bitkisinin verim ve fizyolojik özellikleri üzerine etkisi
The effect of salicylic acid ve hydrogen sulfide applications at different irrigation water levels on yield and physiological properties of wheat and maize plant
Yazar: SABRİ AKIN
Danışman: PROF. DR. CENGİZ KAYA
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Damla sulama = Drip irrigation ; Hibrit mısır = Hybride maize ; Makarnalık buğday = Durum wheat

Özet:
Bu çalışma, kuraklık stresi altında salisilik asit (SA) ve hidrojen sülfür (H2S) uygulamalarının buğday ve mısır bitkilerinin verim, verim bileşenleri ve fizyolojik özellikleri üzerine etkileri araştırılmak üzere iki farklı aşamada yürütülmüştür. Hidrojen sülfür dönorü olarak sodyum hidrojen sülfür (NaHS) kullanılmıştır. Birinci aşamada, buğday ve mısır bitkilerinin farklı sulama suyu seviyelerinde (%100, %75, %50 ve %25), en uygun SA ve NaHS dozlarını belirlemek için SA (0.25, 0.5 ve 0.75 mM) ve NaHS (0.1, 0.2 ve 0.3 mM) dozları uygulanmıştır. Kuraklık stresi altında, gövde ve kök kuru ağırlığı, klorofil içeriği, fotosistem II etkinliği (Fv/Fm), yaprak oransal su içeriğini (YOSİ) önemli derecede azaltırken prolin, elektriksel sızıntı (%ES), hidrojen peroksiti (H2O2), malondialdehit (MDA), askorbat peroksidaz aktivitesini (APOD), peroksidaz aktivitesini (POD) ve katalaz aktivitesini (KAT) arttırdığı saptanmıştır. Ancak, SA ve NaHS uygulamaları ile kuraklık stresinden kaynaklı olumsuz etkiler giderilmiştir. En fazla etkiler SA için 0.5 mM ve 0.75 mM dozlarda görülürken, NaHS için ise 0.3 mM dozda gerçekleştiği saptanmıştır. Araştırmanın ikinci aşamasında, tarla koşulları altında 0.5 mM SA ve 0.3 mM NaHS dozu, %100, %75, %50 ve %25 sulama suyu seviyelerinde buğday ve mısır bitkilerine uygulanmıştır. Tarla denemelerinde buğday denemesi 2021/22 ve 2022/23 yetiştirme sezonunda yürütülürken mısır denemesi ise 2022 ve 2023 yaz yetiştirme sezonunda yürütülmüştür. Araştırmanın her iki yılında, buğday ve mısır bitkisinin bitki su tüketim miktarları (ETc) sulama suyu miktarına (IW) göre değişkenlik göstermiştir. Buğday bitkisinin bitki su tüketim miktarları, sulama suyu kullanım etkinliği (IWP) ve su kullanım etkinlikleri (WP) sırasıyla 346-643 mm, 14.92-79.95 kg mm ha-1 ve 3.02-13.62 kg mm ha-1 arasında değişirken mısır bitkisi için bu değerler sırasıyla 253-742 mm, 2.52-18.93 kg mm ha-1 ve 2.29-18.54 kg mm ha-1 arasında değişmiştir. Buğday ve mısır bitkileri için en yüksek IW, ETc, WP ve IWP değerleri IW1 konularından elde edilirken en düşük değerler ise IW4 konularında gerçekleşmiştir. Kuraklık stresi altında SA ve NaHS uygulamaları kontrol konusuna kıyasla IWP ve WP değerlerinde artışlar sağlamıştır. Kuraklık stresi tüm yetiştirme dönemlerinde buğday ve mısır bitkilerinin bitki boylarını, gövde kuru ağırlıklarını, klorofil içeriklerini, YOSİ, dane ve biomas verimini, bin dane ağırlığını, hektolitre ağırlığını önemli derecede azaltmıştır. Ayrıca, kuraklık stresi mısır bitkisinin koçan çapı ve koçan ağırlığını da azaltmıştır. Kuraklık stresi her bitkinin hasat indeksini, %ES, H2O2 ve MDA içeriklerini, APOD, POD ve KAT aktivitelerini arttırmıştır. Kuraklık stresi altında SA ve NaHS uygulamaları ile buğday ve mısır bitkilerinin bitki boylarında, gövde kuru ağırlıklarında, klorofil içeriklerinde, YOSİ, dane ve biomas veriminde, bin dane ağırlığında, hektolitre ağırlığında önemli derecede artışlar meydana gelmiştir. Ayrıca, enzim aktiviteleri daha da artarak hasat indeksini, %ES, H2O2 ve MDA içeriklerinde azalışlar meydana gelmiştir. Her iki uygulama ile mısır bitkisinin koçan çapı ve ağırlığında da artışlar gerçekleşmiştir. Sonuç olarak, sulama suyunun kıt ve kısıtlı olduğu bölgelerde kuraklık stresinden kaynaklı olumsuz etkileri hafifletmesi yönünde buğday ve mısır bitkilerine SA ve NaHS uygulamaları etkili bir yöntem olabileceği saptanmıştır.

Abstract:
This study has been conducted in two different stages to investigate the effects of salicylic acid (SA) and hydrogen sulfide (H2S) applications under drought stress on the yield, yield components, and physiological characteristics of wheat and maize plants. Hydrogen sulfide donor sodium hydrogen sulfide (NaHS) was used. In the first stage, the optimal doses of SA (0.25, 0.5, and 0.75 mM) ve NaHS (0.1, 0.2, and 0.3 mM) for wheat ve maize plants grown under different irrigation water levels (100%, 75%, 50% and 25%) in controlled conditions were determined. Under drought stress, it was found that stem and root dry weight, chlorophyll content, photosystem II efficiency (Fv/Fm), leaf relative water content (%RWC) significantly decreased while proline, electrical leakage (%EL), hydrogen peroxide (H2O2), malondialdehyde (MDA), ascorbate peroxidase activity (APX), peroxidase activity (POD), and catalase activity (CAT) increased. However, the adverse effects caused by drought stress were mitigated with SA and NaHS applications. The most significant effects were observed at doses of 0.5 mM and 0.75 mM for SA and 0.3 mM for NaHS. In the second stage of the research, doses of 0.5 mM SA and 0.3 mM NaHS were applied to wheat and maize plants under under 100%, 75%, 50%, and 25% irrigation water levels in field conditions. Wheat trials were conducted during the 2021/22 ve 2022/23 growing seasons, while maize trials were conducted during the 2022 and 2023 summer growing seasons. In both years of the study, the plant water consumption amounts (ETc) of wheat and maize varied according to the amount of irrigation water (IW). Wheat plant water consumption amounts, irrigation water use efficiency (IWP), and water use efficiencies (WP) varied between 346-643 mm, 14.92-79.95 kg mm ha-1, and 3.02-13.62 kg mm ha-1, respectively, while for maize, these values varied between 253-742 mm, 2.52-18.93 kg mm ha-1, and 2.29-18.54 kg mm ha-1, respectively. The highest values of IW, ETc, WP, and IWP for wheat and maize plants are obtained from IW1 treatments, while the lowest values occur in IW4 treatments. Under drought stress, SA and NaHS applications increased the IWP and WP values compared to the control. Drought stress significantly reduced the plant heights, stem dry weights, chlorophyll contents, %RWC, grain and biomass yield, thousve-grain weight, and hectoliter weight of wheat and maize plants throughout all growing periods. Moreover, drought stress also reduced the cob diameter and cob weight of maize plants. Drought stress increased the harvest index, %EL, H2O2, and MDA contents, APX, POD, and CAT activities of each plant. Under drought stress, SA and NaHS applications significantly increased plant heights, stem dry weights, chlorophyll contents, %RWC, grain and biomass yield, thousand-grain weight, hectoliter weight. Additionally, enzyme activities were further increased, leading to decreases in harvest index, %EL, H2O2, and MDA contents. Increases in the cob diameter and weight of maize plants were also observed with both applications. In conclusion, it has been determined that the applications of SA and NaHS to wheat and maize plants can be an effective method to mitigate the adverse effects caused by drought stress in areas where irrigation water is scarce and limited.