Ayçiçeğinde (Helianthus annuus L.) embriyo kültürü ile generasyon atlatma ve hızlı ıslah çalışmaları
Short breeding cycle studies and generation skip in sunflower (Helianthus annuus L.) with embryo culture
Yazar: MEHMET YASİN TULUM
Danışman: PROF. DR. YILDIZ AYDIN ; PROF. DR. AHU ALTINKUT UNCUOĞLU
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Ayçiçeği (Helianthus annuus L.) dünya genelinde bitkisel yağ eldesinde kullanımı yaygın olan tarımsal değeri yüksek bir bitkidir. Ülkemiz de ayçiçeği ihracatı ve ithalatı bakımından dünyada önde gelen ülkelerdendir. Son yıllarda giderek artan ayçiçeği tüketimini karşılamak için ayçiçeği çeşitlerinde kalite ve verimin artırılması çalışmaları sürdürülmektedir. Bu amaçla yapılan klasik ıslah yöntemlerindeki uzun ıslah süresi, yeni verimli çeşitlerin hızla geliştirilmesini olumsuz etkilemektedir. Bu sebeple ayçiçeği ıslahına hız kazandıracak biyoteknolojik çalışmalar önem kazanmaktadır. Doku kültürü uygulamaları da son yıllarda ayçiçeği ıslah çalışmalarında kullanılmakta ve istenilen özellikte ayçiçeği hatlarının tarımsal kullanıma kazandırılmasına katkı sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında Trakya Tarımsal Araştırma Enstitüsünden temin edilen, IMI (imidazolinone) ve SU (sulfonylurea) grubu herbisitlere dayanıklılık, orabanş ve mildiyö hastalığına tolerans gibi özelliklerinin saflaştırılması amaçlanan ve kendine döllenebilen F1 kademesindeki 11 adet fertil R hattı [imi-PLUS K1-R SN (1/22 – 11/22) (Restorer-fertil)] embriyo kültürü ve kontrollü sera koşullarında geliştirilerek dört generasyon atlatılmıştır. Çalışmada farklı yaşlarda (8-20 günlük) olgunlaşmamış ayçiçeği embriyoları kültür ortamına alınmış, kültür öncesi uygulanan yüzey sterilizasyonu ve kültürde kullanılan besi ortamı içerikleri optimize edilmiştir. Ayçiçeği hatları, 25 0C sıcaklıkta 16 saat ışıklı / 8 saat ışıksız fotoperiyotun uygulandığı kültür şartlarında; birinci nesilde ortalama %39,40, ikinci nesilde ortalama %57,20, üçüncü nesilde ortalama %62,52, dördüncü nesilde ortalama %78,04 oranında rejenerasyon göstermiştir. En yüksek rejenerasyon oranı 14 günlük embriyolarda (% 85,96) görülmüştür. Embriyo kültüründe gelişen ayçiçeği hatları yaklaşık 6-8 cm gövde boyu ve 4-6 yapraklı gelişim düzeyine geldiklerinde, 25 0C sabit sıcaklıkta full-spectrum LED bitki yetiştirme ışığı altında (PPF: 352 µmol/s) 16 saat ışıklı / 8 saat ışıksız fotoperiyotun uygulandığı  sera koşullarında toprağa transfer edilmiştir. Yaklaşık 20-25 günlük bir sürede çimlenme sürecini tamamlayıp toprağa transfer edilecek gelişim düzeyine gelen ayçiçeği hatları,  takip eden 40-45 gün içinde kendilenecek olgunluğa gelmiştir. Çiçek tablaları izole edilerek kendilenen hatlardan elde edilen yeni nesil tohumlar ile generasyon atlatma sürecine devam edilmiştir. Çalışmada uygulanan teknik ile tarla koşullarında 120-150 gün süren ayçiçeği yetiştirme döngüsü 80-90 güne indirilmiş,  klasik ıslah metoduyla yılda 1 generasyon atlatılması mümkün olan ayçiçeği hatlarına yılda 4 generasyon atlatılmıştır. Elde edilen yeni nesil ayçiçeklerinin UPOV kriterlerine göre morfolojik gözlemleri yapılmış ve bu gözlemlere göre morfolojik özelliklerin son iki nesilde büyük oranda benzer olduğu tespit edilerek tez çalışmasında uygulanan embriyo kurtarma ile desteklenmiş kendileme çalışmalarının başarılı şekilde yapıldığı ortaya konmuştur. Bu sayede en az 12 yıl sürecek olan çeşit geliştirme çalışmalarının 3 yılda tamamlanmasının mümkün olduğu ortaya konmuş ve geliştirilen hatların ıslahında dört yıllık bir süreç gerektirecek aşama, bu çalışma ile bir yılda tamamlanmıştır. Bu yönüyle tez çalışmasından elde edilen çıktıların ayçiçeği ıslah çalışmalarına önemli oranda katkı sunacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Sunflower (Helianthus annuus L.) is a high-value agricultural plant which is widely used for vegetable oil production worldwide. Turkey is also one of the leading countries in terms of sunflower export and import. Efforts continue to improve the quality and yield of sunflower varieties to meet the increasing demand in recent years. However, the long breeding period in traditional methods hinders the rapid development of new productive varieties. Therefore, biotechnological studies that accelerate sunflower breeding have gained a great importance. Novadays, plant tissue  culture techniques are commanly used in sunflower breeding studies and contribute to the development of sunflower genotypes with desired traits for agricultural use. In this thesis study, 11 self-pollinating F1 genotypes [imi-PLUS K1-R SN (1/22 - 11/22) (Restorer-fertile)] obtained from Trakya Agricultural Research Institute, were used. In order to develope pure genotypes resistant to stress factors such as IMI (imidazolinone) and SU (sulfonylurea) herbicides, Orobanche and mildew diseases, four generations were skipped with the aid of embryo culture and  controlled greenhouse conditions. Immature sunflower embryos at different ages (8-20 days old) were placed in the culture environment after surface sterilization and culture medium optimization were applied. Under the culture conditions of 25°C, 16-hour light/8-hour dark photoperiod, the sunflower lines showed an average regeneration rate of 39,40% in the first generation, 57,20% in the second generation, 62,52% in the third generation, and 78,04% in the fourth generation. The highest regeneration rate was observed in 14-day-old embryos (85.96%). When the sunflower genotypes developed in embryo culture reached a stem height of approximately 6-8 cm and had 4-6 leaves, they were transplanted into the soil under full-spectrum LED plant growth lights (PPF: 352 µmol/s) with a 16-hour light/8-hour dark photoperiod at 25°C. Within approximately 20-25 days, the sunflower lines reached the development stage suitable for transplanting into the soil and matured within the following 40-45 days for self pollination. Generation skip prosedure was continued with the next generations obtained from those self pollinated genotypes. With this technique, the sunflower cultivation cycle, which usually takes 120-150 days under field conditions, was reduced to 80-90 days. While the classical breeding method allows for one generation per year, this study achieved four generation skip per year for sunflower genotypes. Morphological observations of the new generation sunflowers were made according to UPOV criteria. According to these observations, it was determined that the morphological characteristics were almost exactly the same in the last two generations, and it was revealed that the breeding studies implemented in the thesis study were carried out successfully. Thus, the variety development process, which would normally take at least 12 years in the field, can be completed in 3 years, and a four-year required phase for the breeding of target genotypes has been completed. In this respect, it is thought that the outputs obtained from the thesis study will contribute significantly to sunflower breeding studies.