Serin mevsim baklagillerinde tuzluluk toleransı için biyokimyasal seçim kriterlerinin belirlenmesi
Determination of biochemical selection criteria for salt tolerance in cool season food legumes
Yazar: AMAR MARUF
Danışman: PROF. DR. CENGİZ TOKER
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarla Bitkileri Ana Bilim Dalı / Tarla Bitkileri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Serin mevsim yemeklik baklagiller tuza orta derecede duyarlı bitkiler olarak bilinmelerine rağmen, koşullardan dolayı bunlar ekseriya tuzluluk sorunu olan topraklarda yetiştirilmektedir ki tuzlu topraklar çimlenmeden verime ve nitrojen fiksasyonuna kadar bitki büyümesini ve gelişimini etkilemektedir. Bitkiler üzerindeki tüm bu olumsuz etkiler, önceki birkaç çalışma ile kanıtlanmıştır; fakat absisik asit (ABA), jasmonik asit (JA) ve salisilik asit (SA) gibi stresle ilgili içsel bitki hormonlarının tuza dayanıklı ve duyarlı serin mevsim yemeklik baklagillerde ne birikimi karşılaştırılmış ne de biyokimyasal seçim kriterleri olarak kullanılabilirliği konusu aydınlatılmıştır. Bu çalışmada, nohut (Cicer arietinum L.), mercimek (Lens culinaris Medik.), bakla (Vicia faba L.) ve bezelye (Pisum sativum L.) dahil olmak üzere serin mevsim yemeklik baklagillerinden dört cinsin her birinden 10 genotip tuz zarar indeksi, yaş sürgün ve kuru sürgün ağırlığı (g), yaş ve kuru kök ağırlığı (g) sürgün ve kök uzunluğu (cm) bakımından gözlemlenmiştir. Denemede NaCl, MgSO4, CaCl2'den oluşan üç tuz kombinasyonu kullanılmıştır. Nohut ve bezelye bitkileri, kontrol (tuz uygulamasız ve 0.78 dS/m kuyu suyu ile sulanan), 2 dS/m, 4 dS/m ve 6 dS/m omak üzere dört farklı tuzluluk seviyesi ile muamele edilirken, bakla ve mercimek bitkilerine sırası ile kontrol, 3 dS /m, 6 dS/m ve 9 dS/m ve kontrol, 1.5 dS/m, 3 dS/m ve 4.5 dS/m uygulanmıştır. Sulama suyu ve tuzluluk uygulamalarındaki elektriksel iletkenlik (EC) oda sıcaklığında bir EC metre kullanılarak ayarlanmıştır. Deneme tuzluluk stresi toleransı gözlemi yapmak amacıyla cam sera koşullarında tesadüf blokları deneme deseninde (RBCD) üç tekerrürlü olarak yürütülmüştür. 
Tuz zarar indeksinin değerlendirilmesinden sonra, her bir cins içinde tuza en toleranslı ve en duyarlı genotipler belirlenmiştir. Sonraki deneme daha önce kullanılan üç tuz karışımı NaCl, MgSO4, CaCl2 kullanılarak aynı sera koşullarında RBCD'de üç tekerrürlü olarak yürütülmüştür. Tuza-toleranslı ve duyarlı bu genotipler üç faklı tuz seviyesi ve bir kontrol (tuz uygulamasız ve 0.78 dS/m kuyu suyu ile sulanan) uygulamasında yetiştirilmiştir. EC; nohut ve bezelye için 2 dS/m, 4 dS/m ve 6 dS/m, bakla için kontrol, 3 dS /m, 6 dS/m ve 9 dS/m ve mercimek için kontrol, 1.5 dS/m, 3 dS/m ve 4.5 dS/m olarak uygulanmıştır. Çiçeklenme ve olgunlaşma gün sayısı (gün), bitki boyu (cm), bitkide ana dal ve bakla sayısı, bitkide yaprak ve yaprakta yaprakçık sayısı, yaprak alanı (mm2), biyolojik ve dane verimi (g), hasat indeksi (%) ve 100-dane ağırlığı (g) gibi özellikler detaylarıyla kayıt altına alınmıştır. Fenolojik, tarımsal ve morfolojik özelliklere ek aolak ABA, JA, SA, fotosistem II'nin maksimum kuantum verimi (Fv/Fm) ve klorifil içeriği (SPAD), her bir cinsin tuza toleranslı ve tuza duyarlı genotiplerinde de karşılaştırılmıştır. İncelenen özellikler ile ABA, JA ve SA gibi fitohormonlar arasındaki doğrudan ve dolaylı ilişki, path analizleri kullanılarak incelenmiştir.
Genel olarak, agro-morfolojik ve fizyolojik özellikler artan tuzluluk seviyeleri ile azalırken, fenolojik özellikler kontrole göre belli belirsiz artmıştır. Nohut, mercimek, bezelye ve baklada en yüksek verim düşüşleri sırasıyla 6 dS/m'de %57, 4,5 dS/m'de %62, 6 dS/m'de %51 ve 9 dS/m'de %67 olarak bulunmuştur. En yüksek tuz konsantrasyonunda meydana gelen verim düşüşüne göre Vicia L. tuza en toleranslı cins olurken, onu Cicer L. ve Pisum L. cinsleri takip etmiştir, Lens Mill. tuza en duyarlı cins olmuştur. Serin mevsim yemeklik baklagiller içinden bakla tuzdan etkilenen topraklarda yetiştirilmek üzere tercih edilmelidir, tuzdan etkilenen topraklarda mercimek yetiştirmek gözardı edilmelidir. Bazı istisnalar dışında, genel olarak tuza toleranslı genotipler, tuza duyarlı genotiplerden daha yüksek agro-morfolojik özelliklere sahiptir. Ancak, varyasyon için genetik kaynağın sınırlı olduğu koşullarda, bu sınırlı genetik kaynaktan tuza toleranslı veya tuza duyarlı genotip seçimi her cins için yeterince etkili olmayabileceği göz önüne alınmalıdır. Artan tuzluluk uygulamaları, yaprak alanını azaltmıştır ancak yaprakta yaprakçık ve bitkide yaprak sayısını artırmıştır. ABA, JA ve SA, kontrolden sürekli olarak daha yüksek konsantrasyonlarda belirlenmiştir; ki bu hormonların stresle ilişkilerini ortaya koymaktadır ve bu hormonlar hücre, doku ve bitkide tuzluluk stresiyle başa çıkmak için biriktirilmiştir. Fotosistem II'nin (Fv/Fm) maksimum kuantum verimi ve klorifil içeriği (SPAD), bu stresle ilgili fitohormonlardan önemli ölçüde ve doğrudan etkilenmiştir. Önemli biyokimyasal seçim kriterleri olarak ABA, JA ve SA'nın yalnızca fizyolojik parametreler üzerinde sadece istatistiki anlamda önemli doğrudan etkiye sahip olmadığını, aynı zamanda biyokütle ve verim üzerinde de etkili olduğu yorumlanmıştır.

Abstract:
Although cool-season food legumes are referred to as moderately salt sensitive, due to circumstances they are often grown in salt-affected soils, affecting all aspects of plant growth and development from germination to yield and nitrogen fixation as well. All these adversely impact on plants has been proven by several previous studies, while the stress related phytohormones such as endogenous accumulations of abscisic acid (ABA), jasmonic acid (JA), and salicylic acid (SA) have been neither compared between salt-tolerant and salt-sensitive genotypes of cool season food legumes under salinity stress conditions nor elucidated usefulness as biochemical selection criteria. In this study, 10 genotypes each four genera of cool season food legumes including chickpea (Cicer arietinum L.), lentil (Lens culinaris Medik.) faba bean (Vicia faba L.) and pea (Pisum sativum L.) were screened for the salt injury index, using fresh shoot and root weight (g), dry shoot and root weight (g), seedling height and root length (cm). Three salt combinations of NaCl, MgSO4, CaCl2 were used. Plants were grown in four treatments as control (no salt treatment and irrigated with well water of 0.78 dS/m), 2 dS/m, 4 dS/m, and 6 dS/m for chickpea and pea, whereas control, 3 dS/m, 6 dS/m, and 9 dS/m and control, 1.5 dS/m, 3 dS/m, and 4.5 dS/m were applied for faba bean and lentil, respectively. Electrical conductivity (EC) at room temperature were adjusted for every irrigation and salt treatments using EC meter. The experiment was conducted for screening for salinity tolerance in the randomized complete block design (RCBD) with three replications under class greenhouse conditions.
After assessment of the salt injury index, the most salt-tolerant and salt-sensitive genotypes were determined in each genus. The later experiments using the same three salt combinations of NaCl, MgSO4, CaCl2 were carried out in pots in RBCD under the same greenhouse conditions. These salt-tolerant and salt-sensitive plants were grown in three different doses of salinity and control (no salt treatment and irrigated with well water of 0.78 dS/m). EC was used to 2 dS/m, 4 dS/m, and 6 dS/m for chickpea and pea, 3 dS/m, 6 dS/m, and 9 dS/m for faba bean, 1.5 dS/m, 3 dS/m, and 4.5 dS/m for lentil. The following traits consisting of days to flowering and maturity (days), plant height (cm), number of main stems and pods per plant, number of leaves per plant and leaflets per leaf, leaf area (cm2), biological and seed yield (g), harvest index (g), 100-seed weight (g) were documented in details. In addition to these phenological and agro-morphological traits, ABA, JA, SA, maximum quantum yield of photosystem II (Fv/Fm) and chlorophyll content (SPAD) were compared in salt-tolerant and salt-sensitive genotypes of each genus. Direct and indirect relationship between the studied traits and phytohormones such as ABA, JA and SA were studied using path analyses. 
In general, agro-morphological and physiological traits were reduced by the increased salinity levels, whereas phenological traits were vaguely increased over control. The highest yield reductions in chickpea, lentil, pea and faba bean were found to be 57% at 6 dS/m, 62% at 4.5 dS/m, 51% at 6 dS/m, and 67% at 9 dS/m, respectively. According to yield reductions in the most salt treatment, Vicia L. was the most salt-tolerant genus and followed by Cicer L. and Pisum L. genera, while Lens Mill. was the most salt-sensitive genus. Faba bean should be preferred to grow under salt-affected soils among cool season food legumes, while lentil should be omitted to grown in salt-affected soils. With some exceptions, salt-tolerant genotypes in general had higher agro-morphological traits than that of salt-sensitive genotypes. However, under conditions where the genetic resource is limited for variation, the selection for salt-tolerant or salt-sensitive genotype from this limited genetic resource could be considered to be ineffective in each genus. The increased salinity treatments reduced in leaf area but increased number of leaflets per leaf and leaves per plant. ABA, JA and SA were continuously higher concentrations than that of control treatments indicating that these phytohomones were related to stress and accumulated in cell, tissue and plant to deal with salinity stress. Maximum quantum yield of photosystem II (Fv/Fm) and chlorophyll content (SPAD) were significantly and directly affected by these stress related phytohormones interpreting that ABA, JA and SA had not only considerable direct effect on physiological parameters but also influence on biomass and yield as important biochemical selection criteria.