Çilekte ağır metal stresine karşı bazı faydalı bakterilerin etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of some beneficial bacteria against the stress of heavy metal in strawberry
Yazar: MURAT ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. LÜTFİ PIRLAK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada, bitki büyümesini düzenleyici bazı bakteri suşlarının (Pseudomonas sp.) kadmiyum (Cd) ve kurşun (Pb) toksisitesi altında yetiştirilen üç çilek (Fragaria x ananassa Duch.) çeşidinin bazı morfolojik, fizyolojik, anatomik, pomolojik ve ağır metal biriktirme özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir.
Çalışma, Siirt Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitkisel Biyoteknoloji Bölümüne ait bitki yetiştirme odasında yürütülmüştür. Yetiştirme odasında, nötr gün çilek çeşitleri için 16/8, kısa gün çeşidi için ise 10/14 (gündüz/gece) ışıklanma sürelerinde, 27,5/25,0 oC sıcaklık aralığında (gündüz/gece) ve yaklaşık %70 nem değerlerinde çalışılmıştır. Bitkisel materyal olarak Rubygem, Kabarla ve YFL çilek çeşitlerinin standardize edilmiş birinci sınıf frigo fideleri kullanılmıştır. Bitkiler, torf: dere kumu: toprak (2: 1: 1) içeren ortamda yetiştirilmiştir. Çalışma, tesadüf parselleri deneme desenine göre (3 çeşit x 2 ağır metal x 3 doz x 4 bakteri x 3 tekerrür) kurulmuştur. Kadmiyum dozu olarak, 0, 100 ve 300 mg kg-1; kurşun dozu olarak, 0, 500 ve 1500 mg kg-1 kullanılmıştır.
Çalışmada, kök boğazı çapı, kök yaş/kuru ağırlığı, yeşil aksam yaş/kuru ağırlığı, kök uzunluğu, primer kök sayısı, yaprak alanı/sayısı, ortalama meyve ağırlığı, ortalama meyve boyu, ortalama meyve eni, SPAD, yaprak oransal su içeriği, iyon sızıntısı, stoma boyu, stoma eni, stoma sayısı, yaprak eni, primer kök Cd/Pb içeriği, sekonder kök Cd/Pb içeriği, yaprak Cd/Pb içeriği, yaprak sapı Cd/Pb içeriği ve Translokasyon Faktörü parametreleri incelenmiştir.
Çalışma sonucunda, kadmiyum ve kurşun uygulamaları ile incelenen parametrelerin büyük çoğunluğu olumsuz etkilenmiş ancak kadmiyum uygulamalarının yeşil aksam yaş/kuru ağırlığı, kök uzunluğu, SPAD, yaprak oransal su içeriği ve iyon sızıntısı ile kurşun uygulamalarının kök boğazı çapı, kök uzunluğu ve stoma eni üzerine etkileri kararsız bulunmuştur. Bitkiler tarafından alınan ağır metal miktarı, uygulanan doza bağlı olarak bakteri uygulanmamış bitkilerde artmış olmasına karşın, özellikle MŞ-7 (Pb) ve MŞ-13 (Cd) suşları alımı özellikle yüksek dozda önemli ölçüde azaltmıştır. Her iki ağır metal uygulamasında da en fazla ağır metal alan çeşit YFL olmuştur. Bununla birlikte, en az ağır metal alımı kadmiyum denemesinde Kabarla, kurşun denemesinde Rubygem çeşidinde tespit edilmiştir. Kadmiyumun yapraklara taşınmasını MŞ-12 ve MŞ-13, kurşunun taşınmasını MŞ-7 bakteri suşları daha çok engellemiştir. Translokasyon Faktörü'nü en fazla azaltan bakteri suşu kadmiyum denemesinde MŞ-13, kurşun denemesinde MŞ-7 olmuştur. Çeşitler arasında yapraklarına oransal olarak en fazla kadmiyum taşıyan Rubygem, en fazla kurşun taşıyan ise Kabarla'dır. Kadmiyum denemesinde diğer iki çeşit benzer miktarda, kurşun denemesinde Rubygem en az oranda taşımıştır. Bakteri uygulamaları çilek çeşitlerinde incelenen parametreleri genellikle olumlu etkilemiştir. MŞ-12 ve MŞ-13 bakteri suşları çoğu parametrede bakteri yokluğuna göre daha etkili bulunmuştur. Ağır metal uygulamalarından en fazla etkilenen ve en fazla ağır metal (Cd ve Pb) biriktiren çilek çeşidi YFL iken, en az etkilenen ve en az kadmiyum biriktiren Kabarla olmuştur. Ağır metal stresine karşı uygulanan bakteri suşları Rubygem ve Kabarla çilek çeşitleri üzerinde YFL'ye göre daha olumlu etkiler ortaya koymuştur.
Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre kadmiyum ve kurşun uygulamaları tüm çilek çeşitlerinde morfolojik, fizyolojik, pomolojik, anatomik ve ağır metal biriktirme özellikleri üzerinde olumsuz etkiye yol açmıştır. MŞ-12 ve MŞ-13 bakteri suşları ağır metal uygulanan çilek bitkilerinde incelenen parametreleri olumlu yönde etkilemiştir. Kurşun alımını azaltmada ise MŞ-7 bakteri suşu daha etkin bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler: Ağır metal, anatomik özellikler, bitki büyümesini düzenleyici bakteriler, çilek, kadmiyum, kurşun, morfolojik özellikler, Pseudomonas sp.

Abstract:
In this study, the effects of some plant growth-promoting bacterial strains (Pseudomonas sp.) on some morphological, physiological, anatomical, pomological, and heavy metal deposition characteristics of three strawberry cultivars (Fragaria x ananassa Duch.) grown under cadmium (Cd) and lead (Pb) toxicity were investigated.
The study was carried out in the plant growth room of Siirt University Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Biotechnology. In the growth room, the study was carried out at 16/8 (day/night) times for day-neutral strawberry cultivars and 10/14 (day/night) for short-day cultivars, at a temperature range of 27,5/25,0 °C (day/night) and approximately 70% relative humidity. Standardized first-class frigo seedlings of Rubygem, Kabarla, and YFL strawberry cultivars were used as plant material. The plants were grown in a medium containing peat: river sand: soil (2: 1: 1). The study was conducted according to the randomized complete blocks design (3 cultivars x 2 heavy metals x 3 doses x 4 bacteria x 3 replications). 0, 100, and 300 mg kg-1 were used as cadmium dose, and 0, 500, and 1500 mg kg-1 as the lead dose.
In the study, root collar diameter, root fresh/dry weight, above-ground fresh/dry biomass, root length, number of primary roots, leaf area/number, average fruit weight, average fruit length, average fruit width, SPAD, leaf relative water content, ion leakage, stomatal length, stomatal width, stoma number, and leaf width parameters were investigated. In addition, Cd/Pb contents of primary root, secondary root, leaf, and petiole, and Translocation Factor parameters were investigated.
As a result of the study, most of the parameters examined with cadmium and lead applications were negatively affected. However, the effects of cadmium application on above-ground fresh/dry weight, root length, SPAD, leaf relative water content, ion leakage, and the effect of lead applications on root collar diameter, root length, and stomatal width were found to be unstable. Although heavy metal uptake increased in untreated plants depending on the applied dose, especially MŞ-7 (Pb) and MŞ-13 (Cd) bacterial strains significantly reduced heavy metal uptake, especially at high doses. In both heavy metal applications, YFL was the cultivar that took the highest amount of heavy metals. However, the least heavy metal uptake was detected in Kabarla in the cadmium trial and Rubygem in the lead trial. Bacterial strains MŞ-12 and MŞ-13 inhibited the transport of cadmium to the leaves, while the MŞ-7 bacterial strain prevented the transport of lead. The bacterial strain that reduced the Translocation Factor the most was MŞ-13 in the cadmium trial and MŞ-7 in the lead trial. Among the cultivars, Rubygem carried the most cadmium proportionally to its leaves and Kabarla carried the most lead. In the cadmium trial, the other two cultivars (Kabarla and YFL) carried similar amounts, while in the lead trial, Rubygem carried the least. Bacterial applications generally positively affected the parameters examined in strawberry cultivars. MŞ-12 and MŞ-13 bacterial strains were found to be more effective in most parameters than the control treatments without bacteria. The strawberry cultivar that was most affected by heavy metal applications and accumulated the highest amount of heavy metals (Cd and Pb) was YFL, while Kabarla was the least affected and accumulated the least amount of Cd. Bacterial strains applied against heavy metal stress showed more positive effects on Rubygem and Kabarla compared to YFL.
According to the results obtained from the study, cadmium and lead applications caused negative effects on morphological, physiological, pomological, anatomical, and heavy metal accumulation characteristics in all strawberry cultivars. MŞ-12 and MŞ-13 bacterial strains positively affected the parameters examined in strawberry plants treated with heavy metals. MŞ-7 bacterial strain was found to be more effective in reducing lead uptake.

Keywords: Anatomical characteristics, cadmium, heavy metal, lead, morphological characteristics, plant growth-promoting bacteria, Pseudomonas sp., strawberry