Bamya bitkisinden izole edilen tohum ve toprak kökenli fungal hastalık etmenlerine karşı antagonist bakterilerin in vitro biyokontrol etkinliklerinin belirlenmesi
Determination of in vitro biocontrol efficacies of antagonist bacteria against some seed and soil borne fungal disease agents on okra plant
Yazar: GİZEM ATAKAN TANGÜL
Danışman: PROF. DR. SONER SOYLU
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bamya (Abelmoschus esculentus L.), kurağa dayanıklı, ucuz ve bol vitamin kaynağı olması ve besleyici özelliğinden dolayı, dünyanın tropik ve subtropik birçok bölgesinde en çok üretilen ve tüketilen sebzelerden biridir. Bamya bitkilerinde sorun olan tohum ve toprak kökenli hastalık etmenleri ve kontrol yöntemlerinin belirlemesi üzerine farklı ülkelerde çok az çalışma yapılmış olmasına rağmen, Türkiye'de yetiştirilen bamya bitkilerinde tohum ve toprak kaynaklı fungal hastalık etkenlerinin tanılanması üzerine oldukça kısıtlı sayıda çalışma olup, hastalık etmenlerin biyolojik mücadelesine yönelik herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışmada; (i) Hatay ilinde yetişen bamya bitkilerinde karşılaşılan tohum ve toprak kökenli fungal hastalık etmenlerin tanılanması, (ii) sağlıklı bamya ve yakın akraba bitkilerinin farklı bitki kısımlarından epifit ve endofit bakteriyel izolatların yaygın hastalık etmenlerine karşı biyoetkinliklerinin belirlenmesi, (iii) antagonistik ve bitki gelişimini teşvikte (PGP) rol oynayan olası etki mekanizmalarının in vitro koşullarda karakterize edilmesi amaçlanmıştır. 
Kök ve kök boğazı çürüklüğü görülen kısımlardan, gövdelerin iletim demetlerindeki kararmalardan ve hasta tohumlardan yapılan izolasyonlarda Rhizoctonia solani, Macrophomina phaseolina, Sclerotinia sclerotiorum ve Fusarium oxysporum en yaygın toprak ve tohum kökenli hastalık etmenleri olarak belirlenmiştir. Hastalığın gözlendiği tarlalardaki sağlıklı bamya ve yakın akraba bitkilerin (pamuk, ebegümeci, pıtrak vb.) farklı bitki kısımlarından farklı morfolojik görünümlü 28 adeti endofit (%39.4), 43 adeti ise epifit (%60.6) olmak üzere toplam 71 bakteri izolatı elde edilmiş olup, bu izolatları temsilen seçilen 36 izolat MALDI-TOF MS ile teşhis edilmiş ve fungal etmenlerin misel gelişimini engellenme (antagonizm) potansiyelleri karakterize edilmiştir. İkili kültür testlerinde 4 patojen fungusun misel gelişimi üzerinde güçlü düzeyde (>%50) engelleyen izolat sayısı; M. phaseolina için 18 adet, R. solani ve S. sclerotiorum etmenleri için 28 adet, F. oxysporum için ise 18 adet olduğu tespit edilmiştir. Bacillus cereus B1ep, Bacillus cereus B2ep, Pseudomonas aeriginosa B3ep, Bacillus cereus B11ep ve Bacillus subtilis B12ep izolatları fungal etmenlere karşı yüksek düzeyde (≥%70) antagonistik etkinlik göstermiştir. Test edilen izolatlar arasında Enterobacter cloacae B10ep en yüksek siderofor, Microbacterium maritypicum X5en en yüksek proteaz enzimi, Pseudomonas aeruginosa B3ep ve farklı Bacillus spp ise en yüksek düzeyde hidrojen siyanür (HCN) ve amonyak üretimine neden olan izolatlar olarak belirlenmiştir. Hastalık etmenlerinin misel gelişiminin engellenmesinde antagonist bakteriler tarafından sentezlenmiş siderofor, proteaz, HCN ve amonyak gibi mekanizmalardan bir veya birkaçının rol oynadığı belirlenmiştir. İzolatlar arasında Enterobacter bugandensis B7ep en yüksek IAA üreten, Bacillus cereus P7en ise en fazla fosfor çözen bakteri izolatı olarak belirlenmiştir.
Güçlü antagonistik (siderofor, proteaz, amonyak üretimi) ve PGP (IAA ve fosfor çözme) etkinlikleri gösteren, Bacillus spp. ve Pseudomonas spp. ait izolatların bamya bitkilerinde toprak ve tohum kökenli hastalık etmenlerine karşı biyolojik mücadele ajanı olarak geliştirilebilme potansiyeline sahip olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma antagonist bakteri türlerinin bamya hastalık etmenlerine karşı biyokontrol etkinliğinin ve etki mekanizmalarının araştırıldığı ilk çalışma niteliğindedir.

Abstract:
Okra (Abelmoschus esculentus L.), due to its drought resistance, affordability, rich vitamin content, and nutritional properties, is one of the most widely cultivated and consumed vegetables in many tropical and subtropical regions around the world. Despite the fact that there have been very few studies conducted in different countries on the identification of seed and soil-borne disease agents in okra plants and their control methods, there are limited studies on the identification of seed and soil-borne fungal disease agents in okra plants cultivated in Turkey, and there are no studies on biological control of the disease agents. In this study, it was aimed to (i) identify seed and soil-borne fungal disease agents encountered in okra plants grown in Hatay province, (ii) determine the biocontrol potential of epiphytic and endophytic bacterial isolates obtained from healthy okra and closely related plants from different plant parts against common disease agents, (iii) characterize the potential mechanisms involved in antagonism and plant growth promotion (PGP) under in vitro conditions.
Isolations from parts of the plants showing root and root collar rot, discolorations in stem vascular bundles, and diseased seeds revealed Rhizoctonia solani, Macrophomina phaseolina, Sclerotinia sclerotiorum, and Fusarium oxysporum as the most common soil and seed-borne disease agents. A total of 71 bacterial isolates were obtained from different plant parts of healthy okra and closely related plants (cotton, common mallow, common cocklebur, etc.), with 28 isolates being endophytic (39.4%) and 43 isolates being epiphytic (60.6%). Among these isolates, 36 were selected and identified using MALDI-TOF MS, and their potentials to inhibit mycelial growth of fungal agents (antagonism) were characterized. In dual culture tests, the number of isolates strongly inhibiting mycelial growth of four pathogenic fungi (>50%) was found to be 18 for M. phaseolina, 28 for R. solani and S. sclerotiorum, and 18 for F. oxysporum. Isolates Bacillus cereus B1ep, Bacillus cereus B2ep, Pseudomonas aeruginosa B3ep, Bacillus cereus B11ep, and Bacillus subtilis B12ep exhibited high levels (≥70%) of antagonistic activity against fungal agents. Among the tested isolates, Enterobacter cloacae B10ep was identified as the highest siderophore producer, Microbacterium maritypicum X5 as the highest protease enzyme producer, and Pseudomonas aeruginosa B3ep and different Bacillus spp. as isolates producing hydrogen cyanide (HCN) and ammonia at the highest level. It was determined that one or more of the mechanisms produced by antagonist bacteria such as siderophores, proteases, HCN, and ammonia played a role in inhibiting the mycelial growth of the disease agents. Among the isolates, Enterobacter bugandensis B7ep was identified as the highest IAA producer and Bacillus cereus P7en was identified as the most efficient phosphate-solubilizing bacterial isolate.
It was determined that isolates belonging to Bacillus spp. and Pseudomonas spp. showing strong antagonistic (siderophore, protease, ammonia production) and PGP (IAA and phosphate solubilization) activities have the potential to be developed as biological control agents against soil and seed-borne disease agents in okra plants. This study is the first of its kind investigating the biocontrol efficacy and mechanisms of antagonist bacterial species against okra disease agents.