Organik ve inorganik gübrelemenin domateste (Solanum lycopersicum) kalite, verim, içerik ve gen ekspresyon seviyelerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of organic and inorganic fertilization on quality, yield, content and gene expression levels in tomato (Solanum lycopersicum)
Yazar: BÜŞRA YİRMİBEŞ
Danışman: DOÇ. DR. HATİCE İKTEN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Domates dünyada ve ülkemizde çeşitli sektörlerde üretimi yapılan ve zengin besin içeriğinden dolayı fazla miktarda tüketilen değerli bir sebzedir. Domates verim ve kalitesini arttırmak için yoğun bir şekilde kimyasal gübre kullanılmaktadır. Ancak kimyasal gübrelerin çevreye ve insan sağlığına olan zararlarından dolayı organik gübre kullanımı artmaktadır. Solucan gübresi, organik atıkların solucanların midesinden geçerek daha zengin besin içeriğine dönüşümü ile elde edilen ve bir kompostlama sonucunda oluşan organik bir gübredir. Domates verim ve kalitesinin belirlenmesinde birçok kriter kullanılmaktadır. Bunlar morfolojik, biyokimyasal ve genetik olarak sınıflandırılabilmektedir. Ülkemiz topraklarının organik madde içeriği düşüktür ancak uygun gübreleme şartları oluşturulduğunda verim ve kalite artmaktadır. 
Bu tez çalışmasında domatesteki verim ve kaliteyi nasıl etkilediğini incelemek amacıyla toprak analiz sonuçları dikkate alınarak ve tavsiye edilen dozlar üzerinden hesaplanarak iki doz solucan gübresi (54 g/bitki (V1) ve 108 g/bitki (V2)) ve iki doz inorganik gübre (NPK) (6,85 g/bitki (F1) ve 13,68 g/bitki (F2)) kullanılmıştır. Çalışmada 'Redguard' (RG) ve 'Gülpembe' (GP) olarak iki farklı domates çeşidi kullanılarak bu gübreleme uygulamalarının etkisinin çeşitler ve gübrelemeler arasında farklılık gösterip göstermeyeceği araştırılmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, RG çeşidinde solucan gübresinin yüksek dozu (108 g/bitki) ve inorganik gübrenin düşük dozu (6,23 g NPK/bitki), GP çeşidinde ise solucan gübresinin her iki dozu (V1 ve V2) kontrol bitkilerine kıyasla aynı seviyede verimi arttırmıştır. İnorganik gübre uygulamalarının her iki dozu (F1 ve F2) bitki boyu, yaprak sayısı, gövde yaş ve kuru ağırlığı ve klorofil içeriğini arttırmış ve bitki gelişiminde etkili olduğu bulunmuştur. RG çeşidinde V2 uygulaması kök yaş ağırlığı, kök kuru ağırlığı ve kök uzunluğunu, GP çeşidinde inorganik gübre uygulamaları (F1 ve F2) kök yaş ve kuru ağırlığını arttırmıştır. Her iki çeşitte de V1 uygulaması toplam fenolik bileşik (TFB) ve antioksidan içeriğini yaprak ve meyve dokularında arttırmıştır. Meyve dokularında istatistiksel bir fark görülmemiş ancak yaprak dokularında RG çeşidinde 155,65 mg GA/100 g, GP çeşidinde 485 mg GA/100 g olarak en yüksek değerler elde edilmiştir. Domates meyve ve yapraklarında nitrit içerikleri gübreleme uygulamalarından etkilenmemiştir. Ancak RG ve GP çeşitlerinde inorganik gübre uygulamaları yaprakta nitrat birikimine sebep olmuştur. GP çeşidinde solucan gübresinin yüksek olan dozu (V2) (108g/bitki) 16,52 mg/kg likopen içeriğine sahiptir ve en yüksek likopen içeriği bu uygulamadan elde edilmiştir. PSY1, PSY2 ve lyc-b karotenoid ve likopen sentezinde önemli enzimler olup, domates meyve dokularında her iki çeşitte de V1 uygulamasında gen ifadeleri artış göstermiştir. Nitrat ve nitrit asimilasyonunda görev alan (yaprakta NR, Nii ve chlGS, kökte GOGAT) genlerinin ifadesi RG çeşidi V2 uygulamasında kontrollere göre yüksek, GP çeşidinde ise düşük ifade edilmiştir. Bu durum farklı çeşitlerin ve farklı gübreleme uygulamalarının nitrat ve nitriti alımı ve kullanımında farklılık oluşturabileceğini göstermektedir. Nitrat taşıyıcı bir protein olan NRT2.1 geninin ifadesi GP çeşidi kök dokularında kontrollere kıyasla tüm gübreleme uygulamalarında artmıştır. GP çeşidi yapraklarında nitrat içeriğinin kontrol bitkilerine göre yüksek olması nitratın dokulara etkili bir şekilde taşındığını göstermektedir. Sonuç olarak bitki veriminde solucan gübresinin, bitki gelişiminde inorganik gübrenin etkili olduğu görülmektedir. 
Farklı seviyelerde ifade edilen genlerin, azotu daha iyi kullanan ya da organik gübreleme koşulları altında daha iyi performans gösteren çeşitler geliştirmek amacıyla, biyoteknolojik çalışmalara dahil edilmesi, hem üreticiler hem de ıslahçılar için önemli bilgiler sunacaktır. Bu yaklaşım, ıslah çalışmalarında genlerin daha bilinçli ve etkili bir şekilde kullanılmasına yönelik bir yol haritası sunmaktadır. Aynı zamanda tarımsal üretimde yoğun gübre kullanımının çevre ve insan sağlığına olumsuz etkileri göz önüne alınarak, asgari seviyede gübre kullanımı ya da organik gübre uygulamalarının etkilerinin moleküler ve fizyolojik temellerinin daha iyi anlaşılması, verim ve kaliteden ödün vermeden, çevre dostu ve sağlıklı gübreleme stratejilerinin belirlenmesinde yol gösterici olacaktır.

Abstract:
Tomato is a valuable vegetable globally and, in our country, used in various sectors and consumed in large quantities due to its rich nutrient content. To enhance tomato yield and quality, organic and chemical fertilizers are utilized. However, due to the adverse effects of chemical fertilizers on the environment  and human health, there is a growing trend towards organic fertilizers. Vermicompost, obtained through the digestion of organic waste by worms, resulting in a nutrient-rich compost, is an example of organic fertilizers. Various criteria are used in determining tomato yield and quality. These can be classified as morphological, biochemical, and genetic factors. While the organic matter content of our country's soils is generally low, proper fertilization conditions lead to increased yield and quality. 
In this thesis study, two doses of vermicompost (54 g/plant (V1) and 108 g/plant (V2)) and two doses of inorganic fertilizer (NPK) (6.85 g/plant (F1) and 13.68 g/plant (F2)) were used to examine their effects on tomato yield and quality basing on soil analysis results and recommended dosages. Two different tomato varieties, 'Redguard' (RG) and 'Gülpembe' (GP), were utilized to investigate whether these fertilization treatments would differ among varieties and fertilization types. According to the results obtained from the study, in the RG variety, the high dose of vermicompost (108 g/plant) and the low dose of inorganic fertilizer (6.23 g NPK/plant), and in the GP variety, both doses of vermicompost (V1 and V2) increased yield to the same level compared to control plants. Both doses of inorganic fertilizer (F1 and F2) increased plant height, leaf number, stem fresh and dry weight and chlorophyll content, indicating their effectiveness in plant development. In the RG variety, the V2 treatment increased root fresh weight, root dry weight, and root length, while in the GP variety, inorganic fertilizer treatments (F1 and F2) increased root fresh and dry weights. The V1 treatment increased total phenolic content (TPC) and antioxidant content in leaf and fruit tissues for both varieties. Although no statistical difference was observed in fruit tissues, the highest values were obtained in leaf tissues, with 155.65 mg GA/100 g in the RG variety and 485 mg GA/100 g in the GP variety. Nitrite content in tomato fruits and leaves was not affected by fertilization practices. However, inorganic fertilizer treatments in both RG and GP varieties resulted in nitrate accumulation in leaves. In the GP variety, the high dose of vermicompost (V2) (108 g/plant) had a lycopene content of 16.52 mg/kg, yielding the highest lycopene content. PSY1, PSY2, and lyc-b are important enzymes in carotenoid and lycopene synthesis, and their gene expressions increased in fruit tissues under V1 treatment in both varieties. Gene expressions of genes involved in nitrate and nitrite assimilation (NR, Nii, and chlGS in leaves and GOGAT in roots) were higher in the RG variety under V2 treatment compared to controls, while in the GP variety, they were lower. This indicates that different varieties and fertilization practices may affect nitrate and nitrite uptake and utilization differently. The expression of the NRT2.1 gene, a nitrate transporter protein, increased in root tissues of the GP variety under all fertilization practices compared to controls. The higher nitrate content in GP variety leaves compared to control plants indicates effective transport of nitrate to tissues. In conclusion, vermicompost contributes to plant yield, while inorganic fertilizer contributes to plant growth.
Including genes expressed at different levels in biotechnological studies aimed at developing varieties that utilize nitrogen more efficiently or perform better under organic fertilization conditions will provide valuable insights for both producers and breeders. This approach holds guiding significance, offering a pathway towards more informed and effective utilization of the genes in plant breeding. Furthermore, considering the adverse effects of intensive fertilizer use on the environment and human health, gaining a better understanding of the molecular and physiological basis of the effects of minimal fertilizer use or organic fertilizer applications will guide the development of environmentally friendly and healthy fertilization strategies without compromising yield and quality.