Vermikompost uygulanmış toprakta nitrifikasyon vedenitrifikasyon bakteri topluluk yapısının kültürdenbağımsız moleküler teknikler ile incelenmesi
Investigation of nitrification and denitrificationbacterial community structure in vermicompost appliedsoil by culture-independent molecular techniques
Yazar: RAZİYE YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. İLKER UZ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı / Mikrobiyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Toprak verimliliğinin korunması ve geliştirilmesi toprağın fiziksel, kimyasal
ve biyolojik özelliklerinin iyileştirilmesi ve istenen seviyelerde tutulmasına bağlıdır. Bu
amaçla kullanılan geleneksel organik gübrelerin yanı sıra son yıllarda vermikompost da
önemli bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. Vermikompostun toprak
mikroorganizmaları üzerine etkilerini araştıran çalışmalar genelde topraktaki biyolojik
aktiviteyi temsil eden belli parametreler ile sınırlı kalmıştır. Bu parametrelerin toprağın
biyolojik durumunun iyi bir göstergesi olduğu kabul ediliyor ise de aslında bu tek başına
yeterli olmayabilir. Özellikle önemli besin döngülerinde görev alan mikroorganizma
gruplarının topluluk yapı ve çeşitlilik durumlarının DNA temelli "kültürden bağımsız"
moleküler teknikler ile detaylı incelenmesi topraktaki biyolojik dinamikleri
anlayabilmemiz açısından çok önemlidir. Araştırılması gereken mikrobiyal grupların
başında da azot döngüsünde görev alan nitrifikasyon ve denitrifikasyon bakterileri
gelmektedir. Ancak, vermikompost uygulanan topraklarda nitrifikasyon ve
denitrifikasyon bakteri topluluklarının yapısı ve çeşitliliği hakkında yapılmış detaylı bir
moleküler ekolojik çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışma topraktaki (rizosfer toprağı ve
normal toprak) nitrifikasyon ve denitrifikasyon bakteri topluluk yapı ve çeşitliliğinin ne
yönde etkilendiği sorusuna kültürden bağımsız moleküler teknikler yardımıyla cevap
aramayı ve topluluk yapısı ve çeşitliliği ile topraktaki diğer biyokimyasal parametreler
arasındaki ilişkileri belirlemeyi amaçlamıştır. Bu amaca yönelik olarak, çakılı deneme
şeklinde iki dönem arka arkaya yürütülen çalışmada kıvırcık marul yetiştirilen bir tarla
toprağında vermikompost uygulamasının normal toprak ve rizosfer toprağına etkileri
çiftlik gübresi ve kimyasal gübre uygulamaları ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.
Yapılan moleküler analizler sonunda elde edilen filogenetik veriler, amoA ve nirK genleri
bağlamında, amonyum okside eden bakteri ve denitrifikasyon bakteri topluluk yapısında
zaman ve uygulamalara bağlı olarak değişimler olduğunu göstermiştir. Özellikle
amonyum okside eden bakterilere ait değişimler filogenetik ağaç üzerinde daha rahatlıkla
izlenebilmiştir. Bu çalışmaya ait topraklarda Nitrosospira alt grup 3'ün baskın olduğu ve
uygulamalar sonunda görülen değişimlerin de genel olarak bu grup içinde olduğu
görülmüştür. Ayrıca, aerobik denitrifikasyon yapabilen bakterilere ve denitrifikasyon
yapabilen amonyum okside eden bakterilere benzer klonların tespit edilip bunların
ii

değişimlerinin izlenebilmesi de önemlidir. Vermikompost gübresinden elde edilen
klonların farklı grupları içermesi, bu gübrenin toprakta bakteri çeşitliliğine önemli
katkılar sağlayabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, tesbit edilen değişimlerin,
çalışma kapsamında takip edilen diğer biyolojik ve kimyasal parametrelerle ilişkisi tam
açık olmamıştır. Ancak, dönemlere göre farklılık göstermekle birlikte amonyum okside
eden bakteri popülasyonunun nitrifikasyon bakteri sayısı ve toplam N ile ve
denitrifikasyon bakteri popülasyonun ise nitrifikasyon aktivitesi, amonyum ve toplam N
ile olumlu etkileşim içinde olduğu söylenebilir. Elde edilen sonuçlar, vermikompost başta
olmak üzere toprağa uygulanan organik gübrelerin nitrifikasyon ve denitrifikasyon
topluluk yapı ve çeşitliliğini doğrudan veya dolaylı olarak etkileyebildiklerini
göstermiştir. Ancak, bu etki ve etkileşimlerin daha iyi anlaşılabilmesi için daha uzun
vadeli çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır.

Abstract:
The improving and maintaining soil fertility depends on improving the physical,
chemical and biological properties of the soil and keeping them at the desired levels. In
addition to the traditional organic fertilizers used for this purpose, vermicompost has
emerged as an important alternative in recent years. Studies investigating the effects of
vermicompost on soil microorganisms have generally been limited to certain parameters
representing the biological activity in the soil. Although these parameters are considered
to be good indicators of the biological status of the soil, they alone may not be sufficient.
In particular, detailed examination of community structure and diversity of
microorganism groups that take part in important nutrient cycles by DNA-based "culture-independent" molecular techniques is very important to understand the biological
dynamics in the soil. Nitrifying and denitrifying bacteria, which take part in the nitrogen
cycle, are at the forefront of the microbial groups that need to be investigated. However,
there is no detailed molecular ecological study on the effect of vermicompost on
community structure and diversity of nitrification and denitrification bacteria in soil. In
this study, the aim was to find an answer to the question of how nitrification and
denitrification bacterial community structure and diversity in soil (rhizosphere soil and
bulk soil) is affected to find out the relationships between community structure and other
biochemical parameters in the soil. For this purpose, the effects of vermicompost
application on bulk soil and rhizosphere soil were investigated in a field experiment
carried out in two consecutive growth seasons and compared with animal manure and
chemical fertilizer. The phylogenetic data from molecular analysis showed that the
community structure of ammonia-oxidizing bacteria and denitrifying bacteria changed
depending on time and applications. Especially, changes in ammonia-oxidizing bacterial
community were more visible in the phylogenetic tree. It was observed that Nitrosospira
cluster 3 was dominant in the experiment soils and the changes that occurred were
generally within this group. In addition, it was possible to identify and monitor clones
similar to aerobic denitrifying bacteria and denitrifying ammonia-oxidizing bacteria. The
observation that the clones obtained from vermicompost contain different groups shows
that this fertilizer can make significant contributions to the bacterial diversity in the soil.
Even though, the relationship of these changes with other biological and chemical
parameters was not clear, it can still be said that the ammonium oxidizing bacteria
population interacts positively with the nitrifying bacterial number and total N, and the
denitrifying bacteria population with the nitrification activity, ammonium and total N.
The results showed that organic fertilizers applied to the soil, especially vermicompost,
can directly or indirectly affect the nitrification and denitrification community structure and diversity. However, longer-term studies are needed to better understand these effects and interactions.