Osmaniye'de yetiştirilen yer fıstığı bitkilerinde (Arachis hypogaea L.) görülen toprak kökenli fungal hastalıklar ve bakteriyel mikrobiyomlarla biyolojık mücadelesi
Soil-borne fungal diseases and biological control with bacterial microbiomes on groundnut plants (arachis hypogaea l.) grown in Osmaniye
Yazar: SENEM ÖZKAYA
Danışman: PROF. DR. SONER SOYLU
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Yer fıstığı içerdiği yağ, protein, karbonhidrat, vitaminler ve mineral maddeler ile insanlar ve hayvanlar için değerli bir besin kaynağıdır. Toprak kökenli fungal hastalıklar yer fıstığı bitkisinin farklı gelişme dönemlerinde verim ve kalitede önemli kayıplara sebep olur. Bu çalışmada, (i) Osmaniye ili yer fıstığı ekim alanlarında görülen toprak kökenli fungal hastalık etmenlerinin morfolojik ve moleküler tanılanması, yaygınlıklarının belirlenmesi, (ii) antagonist/bitki gelişimini teşvik eden (Plant Growth Promoting Bacteria, PGPB) bakteri türlerinin izolasyonu, tanılaması, bölgede yaygın görülen toprak kökenli hastalık etmenine karşı in vitro ve in vivo biyokontrol etkinlikleri, (iii) bakteri izolatlarının antagonistik ve PGPB etki mekanizmaları araştırılmıştır. Osmaniye Merkez, Toprakkale, Kadirli, Sumbas, Düziçi ve Bahçe ilçelerinde 95 farklı tarlada yetişen yer fıstığı bitkilerinin farklı fenolojik dönemlerinde hastalık sörveyleri yapılmıştır. Sörveyler sırasında alınan hastalık belirtisi gösteren 144 yer fıstığı bitki örneğinden yapılan izolasyonlar sonucunda 180 adet temsili fungal izolat elde edilmiştir. Yapılan morfolojik, MALDI-TOF ve moleküler tanılama çalışmaları sonucunda Aspergillus niger (64 izolat), Rhizopus stolonifer (44 izolat), Sclerotium rolfsii (21 izolat), Lasiodiplodia theobromae (6 izolat), Lasiodiplodia pseudotheobromae (24 izolat), Fusarium solani (5 izolat), Fusarium equiseti (4 izolat), Fusarium verticillioides (3 izolat), Fusarium brachygibbosum (3 izolat), Macrophomina phaseolina (3 izolat), Rhizoctonia solani (2 izolat), ve Sclerotinia sclerotiorum (1 izolat) yaygın fungal hastalık etmenleri olarak belirlenmiştir. L. pseudotheobromae, L. theobromae,              F. verticillioides, F. brachygibbosum ve S. sclerotiorum gibi fungal hastalık etmenlerinin ülkemizde yetiştirilen yer fıstığı bitkilerinde hastalık etmeni olduğu ilk kez bu çalışmayla ortaya konulmuştur.Sağlıklı yer fıstığı bitkilerinden toplam 43 adet epifit ve endofit antagonist/bitki gelişimini teşvik eden aday bakteri izolatı elde edilmiş ve MALDI-TOF MS ile tanılanmıştır. Bakteri izolatların bölgede yaygın görülen fungal hastalık etmenleri olan S. rolfsii,  A. niger ve L. pseudotheobromae'nin misel gelişimini engelleme (antagonistik) potansiyelleri öncelikle in vitro koşullarda ikili kültür testleri ile belirlenmiştir. Yapılan in vitro ikili kültür testleri sonucunda 4 farklı bakteri izolatı 3 farklı hastalık etmeninin misel gelişimini güçlü düzeyde (>%60) engellemiştir. Yapılan in vitro ve in vivo biyoetkinlik çalışmalarında Bacillus amyloliquefaciens, B. subtilis, B. cereus ve Pseudomonas aeruginosa izolatları güçlü antagonistik etkinlik gösteren türler olarak kaydedilmiştir. Temsili olarak seçilen 15 farklı bakteri izolat antagonistik ve PGPB etki mekanizmalarından siderofor, proteaz, hidrojen siyanür (HCN), amonyak (NH3), Indol Asetik Asit (IAA) üretiminin yanı sıra fosforu çözme etkinlikleri bakımından istatistiksel olarak farklılıklar göstermiştir. Test edilen 15 bakteri izolatın, 10 tanesi siderofor, 13 tanesi proteaz, 15 tanesi amonyak, 4 tanesi ise hidrojen siyanür üretimi açısından pozitif olarak kaydedilmiştir. B. amyloliquefaciens SÇ9ep, B. cereus SÇ14en, B. subtilis SÇ19en ve P. aeruginosa SÇ36en gibi in vitro ve in vivo antagonistik etkinliği yüksek bakteri izolatlarının siderofor, proteaz, HCN ve amonyak üretimi gibi antagonistik mekanizmalardan bir veya birkaçını kullandığı belirlenmiştir. Test edilen 15 bakteri izolatın tamamı 1.68-55.30 µg/ml konsantrasyon aralığında değişen miktarda IAA üretmiş olup, 7 izolatın fosforu çözebilme yeteneğinde olduğu belirlenmiştir. İzolatlar arasında en yüksek IAA üretimi B. megaterium SÇ2en, en yüksek şiddette fosfor çözen bakteri izolatı ise P. aeruginosa SÇ36en olarak belirlenmiştir. Yapılan in vitro ve in vivo çalışmalarda güçlü antagonistik (siderofor, proteaz, amonyak üretimi) ve bitki gelişimini teşvik edici (IAA ve fosfor çözme) etkinlikler gösteren B. amyloliquefaciens SÇ9ep, B. cereus SÇ14en, B. subtilis SÇ19en ve P. aeruginosa SÇ36en gibi bakteri izolatlarının toprak kökenli hastalık etmenlerine karşı fungusitlere alternatif olarak değerlendirilebileceği kanaatine varılmıştır.

Abstract:
Peanut (Arachis hypogaea L.) is a valuable source of nutrition for both humans and animals due to its oil, protein, carbohydrate, vitamin, and mineral content. Soil-borne fungal diseases cause significant yield and quality losses at various growth stages of peanut plants. This study aimed to (i) morphologically and molecularly identify soil-borne fungal pathogens in peanut cultivation areas of Osmaniye province, determine their prevalence, (ii) to isolate and characterize antagonist/plant growth-promoting bacteria (PGPB) bacterial species, evaluate their in vitro and in vivo biocontrol efficacy against prevalent soil-borne pathogens, and (iii) to investigate antagonistic and PGPB mechanisms of bacterial isolates.
Disease surveys were conducted on peanut plants in 95 different fields across Osmaniye province and the districts of Merkez, Toprakkale, Kadirli, Sumbas, Düziçi, and Bahçe, during various phenological stages. Isolations from 144 peanut plant samples showing disease symptoms yielded 180 representative fungal isolates. Morphological, MALDI-TOF, and molecular identification studies identified Aspergillus niger (64 isolates), Rhizopus stolonifer (44 isolates), Sclerotium rolfsii (21 isolates), Lasiodiplodia theobromae (6 isolates), Lasiodiplodia pseudotheobromae (24 isolates), Fusarium solani (5 isolates), Fusarium equiseti (4 isolates), Fusarium verticillioides (3 isolates), Fusarium brachygibbosum (3 isolates), Macrophomina phaseolina (3 isolates), Rhizoctonia solani (2 isolates) ve Sclerotinia sclerotiorum (1 isolate) as prevalent fungal disease agents. In this study, it was revealed for the first time that fungal disease agents such as L. pseudotheobromae, L. theobromae,     F. verticillioides, F. brachygibbosum and S. sclerotiorum are disease agents in peanut plants grown in Turkey.
A total of 43 putative epiphytic and endophytic antagonist/plant growth-promoting bacterial isolates were obtained from healthy peanut plants and identified using MALDI-TOF MS. Antagonistic potentials of bacterial isolates against prevalent fungal pathogens, such as S. rolfsii, A. niger, and L. pseudotheobromae, were primarily determined through in vitro dual culture tests. Four different bacterial isolates exhibited strong inhibition (>60%) of mycelial growth of three different pathogens in in vitro dual culture tests. Bacillus amyloliquefaciens, B. subtilis, B. cereus, and Pseudomonas aeruginosa isolates demonstrated strong antagonistic efficacy in in vitro and in vivo bioassays.
Statistically significant differences were observed among the tested bacterial isolates in terms of siderophore, protease, hydrogen cyanide (HCN), ammonia (NH3), and indole-3-acetic acid (IAA) production, as well as phosphorus solubilization. Of the tested isolates, 10 isolates were positive for siderophore production, 13 isolates for protease production, 15 isolates for ammonia production, and 4 isolates for HCN production. B. amyloliquefaciens SÇ9ep, B. cereus SÇ14en, B. subtilis SÇ19en, and P. aeruginosa SÇ36en isolates were identified to utilize one or more of these antagonistic mechanisms. All tested bacterial isolates produced varying amounts of IAA within the range of      1.68-55.30 µg/ml, and 7 isolates demonstrated phosphorus solubilization ability. B. megaterium SÇ2en exhibited the highest IAA production, while P. aeruginosa SÇ36en showed the highest phosphorus solubilization capacity.
The results suggest that bacterial isolates such as B. amyloliquefaciens SÇ9ep, B. cereus SÇ14en, B. subtilis SÇ19en, and P. aeruginosa SÇ36en, which exhibit strong antagonistic (siderophore, protease, ammonia production) and plant growth-promoting (IAA and phosphorus solubilization) activities in both in vitro and in vivo studies, could be considered as alternatives to fungicides against soil-borne pathogens.