Puccinella distans L. (Jacq). parl. bitkisinin rizosferinden ekstremofilik bakterilerin izolasyonu ve moleküler tanımlanması ile pgpr özelliğine sahip olanların biyokömür ortamında ekmeklik buğday (Triticum avestivum L.) gelişimi üzerine etkisi
Isolation and molecular identification of extremophilic bacteria with pgpr characteristics from the rhizosphere of Puccinella distans L. (Jacq). parl., and their impact on the growth of bread wheat (Triticum aestivum L.) in a biochar
Yazar: NOYAN EKEN
Danışman: PROF. DR. ERDOĞAN EŞREF HAKKI
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Toprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Bor (B) toksisitesi ve tuzluluk, tarımsal üretimimizi olumsuz yönde etkileyen Türkiye'de görülen en önemli abiyotik stres faktörlerindendir. Farklı ekstrem şartlara adapte olmuş olan bazı halofitik bitkiler ise bor toksisitesi ve tuzluluktan hemen hemen hiç etkilenmezler. Ülkemizde Eskişehir Kırka Bor Madeni ve Tuz Gölü çevresinde doğal olarak yetişen Puccinellia distans (Jacq.) Parl. (çorak çimi) toksik bor seviyelerine ve tuzluluğa toleranslı hiperakümülatör bitkilerden biridir. Bu tez çalışmasında, P. distans bitkisinin kök rizosfer bölgesinden izole edilmiş ve moleküler karakterizasyonu yapılmış bor toksisitesine tolerant dokuz adet ve tuzluluğa tolerant altı adet bakteri suşu ile birlikte iki adette referans bakteri suşu olmak üzere toplam onyedi mikroorganizma kullanılmıştır. Bor toksisitesine toleranslı ekstremofilik bakteriler Sphingobacterium detergens (1), Achromabacter spanius, Pseudomonas extremorientalis, S. detergens (2), Olivibacter soli, S. detergens, P. poae, Zhihengliuella halotolerans ve Chryseobacterium sp. belirlenmiştir. Tuzluluğa toleranslı ekstremofilik bakteriler arasında ise Bacillus toyonensis, Staphylococcus warneri, S. aureus (1), S. aureus (2) ve Arthrobacter aurescens yer almıştır. Referans bakteri olarakta Escherichia coli (ATCC 25922) ve Pantoea agglomerans izolatları kullanılmıştır. Bahsi geçen bu ekstremofilik bakterilerin referans bakteriler eşliğinde bitki gelişmesini teşvik edici rizobakterilerin (BGTB) özelliklerini taşıyıp taşımamaları tez çalışması kapsamında araştırılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, P. extremorientalis, P. poae ve O. soli bakterilerinin BGTB adayı oldukları ve bu üç bakteri suşu arasında ise tezin hedeflerine en uygun biyokimyasal özelliklere sahip olanın P. poae bakterisi olduğu tespit edilmiştir. Bu bakterinin, ayçiçeği gövdesinden üretilen biyokömür in vitro koşullarında inokülasyonu yapılarak canlılık özellikleri araştırılmıştır. Tez kapsamında yürütülen çalışmalarda, P. poae bakterisinin biyokömür ortamında yaşamını idame ettiremediği görülmüştür. Biyokömürün taşıyıcı ortam potansiyeli sadece inokülasyonla sınırlı kalmamış ve kimyasal ve enstrümantal analizleri yapılarak biyokömürün karakterizasyonu da yapılmıştır. Tez çalışmasının diğer bir ayağı olan P.poae bakterisinin bor dozlarına tepkileri araştırılmıştır. Bu yüzden bor kaynağı olarak Eti Maden tarafından tescil edilen %20.8 B içeriğine sahip Etidot-67 gübresinin de 0-5-10-15-20 ve 25 mg kg-1 B dozları test bitkisi olarak ekmeklik buğday bitkisi (Triticum aestivum L.) Bayraktar 2000 çeşidinde denenmiştir. Bitki kuru ağırlık esasına göre en iyi sonucu 10 mg kg-1 bor dozunda vermiştir. Seçilen bor dozunda toksik koşullar altında uygulama yöntemleri denemesi kurularak en uygun yöntem araştırılmıştır. Bakterinin biyokömürün hayati idamesini sürdüremediği, serada kurulan saksı denemelerinde de in vitro sonucu ile uyumlu olduğu ve en iyi uygulama yönteminin P. poae bakterisinin tohuma aşılama olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda gerekli modifikasyonlar yapılarak çalışmanın geliştirilmesi ve ilerletilmesi tavsiye edilmiştir.

Abstract:
Boron (B) toxicity and salinity are among the most significant abiotic stress factors affecting agricultural production in Turkey. Some halophytic plants adapted to different extreme conditions are hardly affected by boron toxicity and salinity. Puccinellia distans (Jacq.) Parl. (alkali grass), which naturally grows around the Eskişehir Kırka Bor Mine and Tuz Gölü in our country, is one of the hyperaccumulator plants tolerant to toxic boron levels and salinity. In this thesis, a total of seventeen microorganisms were used, including nine bacteria strains tolerant to boron toxicity, six bacteria strains tolerant to salinity, and two reference bacteria strains isolated from the root rhizosphere region of P. distans and molecularly characterized. Among the bacteria tolerant to boron toxicity, the extremophilic bacteria Sphingobacterium detergens (1), Achromabacter spanius, Pseudomonas extremorientalis, S. detergens (2), Olivibacter soli, S. detergens, P. poae, Zhihengliuella halotolerans, and Chryseobacterium sp. were identified. The extremophilic bacteria tolerant to salinity included Bacillus toyonensis, Staphylococcus warneri, S. aureus (1), S. aureus (2), and Arthrobacter aurescens. Escherichia coli (ATCC 25922) and Pantoea agglomerans isolates were used as reference bacteria. Whether these extremophilic bacteria possessed the characteristics of Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPR) in the presence of reference bacteria was investigated within the scope of the thesis. As a result of the analyses, it was determined that P. extremorientalis, P. poae, and O. soli bacteria were candidates for PGPR, and among these three bacterial strains, P. poae had the most suitable biochemical properties for the objectives of the thesis. The viability properties of P. poae were investigated by inoculating it into the biochar produced from sunflower stems under in vitro conditions. In the studies conducted within the scope of the thesis, it was observed that P. poae bacteria could not sustain their life in the biochar medium. The potential of the biochar carrier medium was not limited only to inoculation, and its characterization was also performed through chemical and instrumental analyses. Another aspect of the thesis was the investigation of the responses of P. poae bacteria to boron doses. For this purpose, Etidot-67 fertilizer, registered by Eti Maden and containing 20.8% B, was applied at doses of 0-5-10-15-20, and 25 mg kg-1 B as a test plant in the bread wheat plant (Triticum aestivum L.) Bayraktar 2000 variety. The best result was obtained at a boron dose of 10 mg kg-1 based on plant dry weight. A trial of application methods under toxic conditions was conducted at the selected boron dose, and the most suitable method was investigated. It was determined that the bacteria could not sustain their vital functions in the biochar, which was consistent with the in vitro results, and the best application method was found to be inoculation of P. poae bacteria to the seeds. Based on these results, it is recommended to make necessary modifications for the improvement and advancement of the study.