Bitki büyümesini teşvik edici bazı bakterilerin oluşturduğu biyofilm yapılarının raman spektroskopisi ile karakterizasyonu
Characterization of biofilm structures produced by some bacteria that promote plant growth by raman spectroscopy
Yazar: TACETTİN ÇİFTÇİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM ERDOĞAN
Kırşehir Ahi Evran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyofilmler = Biofilms ; Kızılötesi spektroskopi = Infrared spectroscopy ; Polisakkaritler-bakteriyel = Polysaccharides-bacterial ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy ; Rizobakteriler = Rhizobacteria

Özet:
Bitki büyümesini teşvik eden rizobakteriler (PGPR), bitki rizosferinde yaygın olarak bulunmaktadır. Bu bakteriler bitki kök gelişimini arttırmakta ve bitkilere daha iyi büyümeleri için maksimum besin maddesi alma fırsatları sağlamaktadır. Büyümeyi teşvik etmenin yanı sıra, PGPR'lerin stres toleransı (ısı, kuraklık, tuzluluk ve hastalık), ağır metallerin biyoremediasyonu, karmaşık toksik organik bileşiklerin biyolojik olarak parçalanması, biyo-kontrol ajanları ve biyofilm oluşumu gibi bir dizi işlevi vardır. Çeşitli bitki büyümesini teşvik eden rizobakteriler arasındaki etkileşim, esas olarak planktonik büyüme modu altında araştırılmıştır. Bununla birlikte, PGPR'nin biyofilm modunda kök yüzeyi ve toprak üzerindeki davranışının anlaşılması için yapılan çalışmalar çok yenidir ve bu alanla ilgili daha fazla araştırmaya gerek olduğu aşikârdır. Bu nedenle, bitki-mikroorganizma etkileşiminin anlaşılmasına katkı sağlamak için kök yüzeyi ve rizosfer kolonizasyonu üzerindeki biyofilm gelişiminin derinlemesine araştırılmasına ihtiyaç bulunmaktadır. 
Kızılötesi ve Raman spektroskopileri, biyofilmlerin moleküler yapısı hakkında spektral bilgi elde etmek için birbirini tamamlayıcı olarak kullanılan titreşim spektroskopi teknikleridir. Kızılötesi spektroskopisi (IR) biyofilmleri karakterize etmek için yaygın olarak kullanılmasına rağmen, sudan kaynaklanan müdahale hidratlı biyofilmlerin bileşiminde kullanımını sınırlandırmıştır. Dağınık fotonların frekansları moleküldeki bağların türlerine bağlı olduğundan, her molekülün Raman spektrumu benzersizdir ve bu molekülün parmak izi olarak düşünülebilir. Raman spektroskopisinin kırınımla sınırlı uzamsal çözünürlüğü yaklaşık 1 μm'dir ve bu, proteinler, karbonhidratlar, lipitler ve nükleik asitler gibi çeşitli moleküller ve moleküler gruplar içeren karmaşık yapıların ayrıntılı analizini sağlamaktadır. 
Bu çalışmada; bitki büyümesini teşvik edici özellikleri olan Bacillus drentensis, Bacillus mojavensis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida ve Arthrobacter nitroguajacolicus bakterilerinin oluşturduğu biyofilm yapılarının Raman ve FT-IR Spektroskopisi ile karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bu bakterilerin polistiren yüzeylerde biyofilm oluşturma kapasiteleri kristal viyole deneyi ile belirlenmiş ve Bacillus drentensis, Pseudomonas fluorescens ve Arthrobacter nitroguajacolicus bakterilerinin ise Arabidopsis thaliana Columbia ekotipi köklerindeki kolonizasyonları Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) analizi ile belirlenmiştir.

Abstract:
Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are common in the rhizosphere. These bacteria increase plant root development and provide plants with maximum nutrient uptake opportunities for better growth. Besides promoting growth, PGPRs have a number of functions including stress tolerance (heat, drought, salinity and disease), bioremediation of heavy metals, biodegradation of complex toxic organic compounds, biocontrol agents and biofilm formation. The interaction between various plant growth promoting rhizobacteria was mainly investigated under the planktonic growth mode. However, studies to understand the behavior of PGPR on root surface and soil in biofilm mode are very recent and it is clear that more research is needed in this area. Therefore, in-depth investigation of biofilm development on root surface and rhizosphere colonization is needed to improve understanding of plant-microorganism interaction.
Infrared and Raman spectroscopy are vibration spectroscopy techniques that are used complementary to each other to obtain spectral information about the molecular structure of biofilms. Although infrared spectroscopy (IR) is widely used to characterize biofilms, interference from water has limited its use in the composition of hydrated biofilms. Since the frequencies of scattered photons depend on the types of bonds in the molecule, the Raman spectrum of each molecule is unique and can be thought of as that molecule's fingerprint. The diffraction-limited spatial resolution of Raman spectroscopy is about 1 μm, enabling detailed analysis of complex structures containing various molecules and molecular groups such as proteins, carbohydrates, lipids, and nucleic acids.
In this study; The biofilm structures formed by Bacillus drentensis, Bacillus mojavensis, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida and Arthrobacter nitroguajacolicus bacteria, which have plant growth promoting properties, were characterized by Raman and FT-IR Spectroscopy. In addition, the biofilm formation capacity of these bacteria on polystyrene surfaces was determined by the crystal violet test, and the colonization of Bacillus drentensis, Pseudomonas fluorescens and Arthrobacter nitroguajacolicus bacteria on Arabidopsis thaliana Columbia ecotype roots was determined by Scanning Electron Microscope (SEM) analysis.