Karpuz bakteriyel fide yanıklığı hastalığının (Acidovorax citrulli) biyolojik mücadelesinde endofit ve epifit bakterilerin etkinliklerinin araştırılması
Investigation of efficacies of endophytic and epiphytic bacteria in the biological control of watermelon bacterial seedling blight disease (Acidovorax citrulli)
Yazar: SERAP MELİKE SÜLÜ
Danışman: PROF. DR. SONER SOYLU
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Karpuz, ülkemizde üretimi en fazla yapılan ürünlerden biri olup, dünya karpuz üretiminde Türkiye 3. sıradadır. Son yıllarda, anormal yağışlar ve yüksek sıcaklık dalgalanmaları nedeniyle oluşan yüksek fungal ve bakteriyel hastalık oranları, karpuz bitkilerinde ciddi kısıtlamalar meydana getirmektedir. Tohum kaynaklı Acidovorax citrulli (Ac)'nin neden olduğu karpuz bakteriyel fide yanıklığı (meyve lekesi olarak da bilinen) dünya karpuz üreticileri için ciddi bir tehdit durumundadır. Bu çalışma, epifit ve endofit bakteri izolatlarının izole edilmesi, tanılanması ve Acidovorax citrulli'ye karşı antagonistik potansiyellerinin araştırılması, ayrıca hastalık etmeni üzerine etkileri ile bakteriyel izolatların siderofor, proteaz, amonyum, indol-3-asetik asit (IAA) üretimi ve fosfor çözünürlüğü gibi bitki büyüme parametrelerinin kalitatif ve kantitatif olarak belirlenmesi amacıyla yapılmıştır. Antalya iline bağlı 8 lokasyondan alınan sağlıklı karpuz ve yakın akraba bitki türlerinin farklı kısımlarından toplam 432 endofit ve epifit bakteri izole edilmiştir. Bunlar arasında, temsili olarak 37 adet bakteri izolatı çeşitli testlere dayanılarak seçilmiştir. Bu izolatlar, ayrıca kültürel ve morfolojik karakterizasyon, MALDI-TOF MS ve bazı izolatlar da ayrıca 16S rRNA gen sekans analizlerine dayanılarak tür düzeyinde tanılanmıştır. Bu 37 izolat, antagonistik ve bitki büyümesini teşvik eden inceleme değerlendirme sistemi kullanılarak Ac'ye karşı biyokontrol etmeni olma potansiyellerine göre derecelendirilmiştir. 37 izolat arasında, 13 izolat in vitro ikili kültür testlerinde potansiyel antagonistik aktivite göstermiştir. Sonuçlar, test izolatlarının 1.24 ila 8.16 arasında antagonistik indeks (AI) değerlerine sahip olduğunu göstermiştir. En etkili bakteriyel izolatlar, Paenibacillus polymyxa KMEn1 ve Brevibacillus brevis BTCPI olarak tespit edilmiş, bu izolatları Brevibacillus brevis (7.04 AI değeri) ve Bacillus velezensis (5.28 AI değeri) takip etmiştir. Ochrobactrum intermedium, Brevibacillus formosus, Stenotrophomonas maltophilia, Bacillus pumilus ve Bacillus amyloliquefaciens izolatları, değişen oranlarda in vitro antagonistik etkinlik sergilemiştir. Tüm izolatlar, siderofor, proteaz, amonyum ve indol-3-asetik asit üretimi ve fosfor çözünürlüğü gibi test edilen mekanizmaların enaz birini üretmiştir. In vitro testlerde Acidovorax citrulli'ye karşı yüksek engelleme etkinliği gösteren 8 antagonist izolat in vivo denemeler ile karpuz üzerinde biyokontrol etkinliği ve bitki büyümesini teşvik edici etkinliği açısından değerlendirilmiştir. Özellikle, karpuz tohumlarının en güçlü izolatlarla muamele edilmesi, fide yanıklığı hastalığının %10.13 ile %79.75 arasında değişen oranlarda önemli derecede baskılanması ile sonuçlanmıştır. En güçlü antagonist izolatlar olarak P. polymyxa KMEn1, Brevibacillus brevis GSEp3, Bacillus amyloliquefaciens BT113 ve P. polymyxa BTCPI, in vivo koşullarda sırasıyla %79.75, %59.49, %44.30 ve %40.51 oranlarında hastalığı baskılayarak en yüksek biyokontrol etkinliği göstermiştir. Tüm izolatlar, ayrıca patojen uygulanan kontrol bitkilerine kıyasla karpuz bitkilerinin büyümesini artırmıştır. Bu çalışmada tanımlanan P. polymyxa KMEn1, Brevibacillus brevis GSEp3, Bacillus amyloliquefaciens BT113 ve P. polymyxa BTCPI isolatları tarafından sergilenen biyokontrol ve bitki büyümesinin desteklenmesi aktiviteleri, bu izolatların birer biyokontrol bakteriyel eleman olarak potansiyel açıdan yüksek oranda uygunluklarını vurgulamaktadır.

Abstract:
Watermelon is one of the important crops in Turkey, which is the 3rd largest watermelon producing country in the world. In recent years, it was found that high fungal and bacterial disease incidences were noted due to abnormal rainfall and high fluctuating temperature and constitute serious constraints in watermelon crops. Bacterial seedling blight (also known as fruit blotch) of watermelon, which is caused by seed-borne Acidovorax citrulli, is a serious threat to watermelon growers around the world. The present study was conducted to isolate, identify and screen antagonistic potentials of epifitic and endophytic bacterial isolates against A. citrulli and determine their efficacy on disease agent and plant growth parameters such as siderophore, protease, ammonium, indole-3-acetic acid (IAA) production and phosphate solubilization by bacterial isolates were also determined qualitatively and quantitatively. A total of 432 putative endophytic and epiphytic bacterial strains were isolated from different parts of healthy watermelon and relative plant species from 8 locations of Antalya province. Among them, 37 representative putative bacterial isolates were selected based on several tests. These strains were further identified in species level based on cultural and morphological characterization, MALDI-TOF MS (also some strains identified in species level based on 16S rRNA gene sequencing analyses). These 37 isolates were rated for their potential as biocontrol agents against Aac by using antagonistic and plant growth promoting examination assessment system. Among the 37 isolates, 13 isolates showed potential antagonistic activities in vitro dual culture tests. The results showed that the test strains displayed antagonistic efficiency ranging from antagonistic index (AI) values of 1.24 to 8.16. The most efficient bacterial isolates were found Paenibacillus polymyxa KMEn1 and BTCPI followed by Brevibacillus brevis (7.04 AI value) and Bacillus velezensis (5.28 AI value). Isolates of Ochrobactrum intermedium, Brevibacillus formosus, Stenotrophomonas maltophilia, Bacillus pumilus and Bacillus amyloliquefaciens were also displayed in vitro antagonistic activities in varying degree. All isolates produced at least one of the mechanisms tested such as production of siderophores, protease, ammonia, indole-3-acetic acid and solubilize phosphatase. The 8 antagonists that achieved high inhibition to Acidovorax citrulli in vitro were evaluated for their biocontrol efficacy and plant growth-promoting efficacy on watermelon in vivo experiment. Notably, treatment of seeds of watermelon with most potent isolates, resulted in significant suppression seedling blight disease incidence ranging from 10.13% to 79.75%. The most potent antagonist isolates P. polymyxa KMEn1, Brevibacillus brevis GSEp3, Bacillus amyloliquefaciens BT113 and P. polymyxa BTCPI showed the highest biocontrol efficacies, resulted in 79.75%, 59.49%, 44.30% and 40.51% suppression of disease incidence in vivo conditions, respectively. All isolates also enhanced growth of watermelon plants, in comparison with pathogen inoculated control plants. The biocontrol and plant growth promoting and activities displayed by P. polymyxa KMEn1, Brevibacillus brevis GSEp3, Bacillus amyloliquefaciens BT113 and P. polymyxa BTCPI isolates identified in this study highlight their potential suitability as a biocontrol bacterial agents.