ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Nazife ERDEM FARKLI ÇİLEK (Fragaria Sp.) GENOTİPLERİNİN DEMİR (Fe) NOKSANLIĞINA KARŞI DUYARLILIĞININ BELİRLENMESİ TOPRAK ANABİLİM DALI ADANA, 2008

2 ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FARKLI ÇİLEK (Fragaria Sp.) GENOTİPLERİNİN DEMİR ( Fe ) NOKSANLIĞINA KARŞI DUYARLILIĞININ BELİRLENMESİ Nazife ERDEM YÜKSEK LİSANS TEZİ TOPRAK ANABİLİM DALI Bu tez Tarihinde Aşağıdaki Jüri üyeleri tarafından Oybirliği/Oyçokluğu ile kabul edilmiştir. İmza.. İmza İmza. Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN Prof. Dr. Hariye İBRİKÇİ Doç. Dr. Sedat SERÇE DANIŞMAN ÜYE ÜYE Bu tez Enstitümüz Toprak Anabilim Dalında Hazırlanmıştır. Kod No: Prof. Dr. Aziz ERTUNÇ Enstitü Müdürü İmza ve Mühür Bu Çalışma Ç.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir. Proje no: ZF2006YL72 Not: Bu tezde kullanılan ve başka kaynaktan yapılan bildirimlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların kaynak olarak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunundaki hükümlere tabidir.

3 ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ FARKLI ÇİLEK (Fragaria Sp.) GENOTİPLERİNİN DEMİR (Fe) NOKSANLIĞINA KARŞI DUYARLILIĞININ BELİRLENMESİ Nazife ERDEM ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ TOPRAK ANABİLİM DALI Danışman: Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN Yıl: 2008, Sayfa: 70 Jüri: Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN Prof. Dr. Hayriye İBRİKÇİ Doç. Dr. Sedat SERÇE Demir noksanlığı günümüzde hem bitkilerde hem de insanlarda yaygın olarak ortaya çıkan bir beslenme problemidir. Problemin dünya nüfusunun yaklaşık yarısını etkilediği ve ülkemizde de ciddi boyutlarda yaygınlık gösterdiği bilinmektedir. Toprak ve bitkideki Fe noksanlığının verim ve kalitede önemli düşüşlere yol açtığı bilinmektedir. Türkiye nin değişik bölgelerinden toplanan çok sayıda toprak örneğinde yapılan analizlere göre Fe eksikliği % 27 lik bir oranla Zn dan sonra en yaygın olan mikro element eksikliği sorunudur. Bu çalışma, Türkiye nin bitkisel üretim amaçlı kullanılabilir alanının yaklaşık % 25 inde (7.5 milyon hektar) Fe eksikliğinin olabileceğine işaret etmektedir. Demir eksikliğinin bitkilerde ortaya çıkışı türden türe ve hatta aynı türün genotipinden genotipine farklılık göstermektedir. Demir noksanlığına oldukça duyarlı türlerden biri de çilektir. Ülkemizde çilek yetiştiriciliği konusunda son yıllarda hem alan hem de üretim bakımından önemli artışlar sağlanmıştır. Ancak, ülkemizde Fe noksanlığının bu denli yaygın olması ve çileğin Fe ce yetersiz beslenmeye karşı toleransta çok hassas olması çilek yetiştiriciliğinde önemli verim kayıplarına yol açmaktadır. Söz konusu beslenme problemine karşı alınabilecek önlemlerin başında gübreleme yoluyla bitkilerin Fe ve diğer elementlerce zenginleştirilmesidir. Ancak, bu yöntemin oldukça pahalı olduğu ve çevre dostu bir yöntem olmadığı bilinmektedir. Bu yöntemin alternatifi, Fe noksanlığına karşı dayanıklı yeni genotiplerin bulunmasıdır. Bu tez çalışmasının temel amacı, çilek gen kaynaklarını temsil eden ve dünya koleksiyonu içinden seçilerek süper çekirdek koleksiyonuna ait 23 genotip, su kültürü koşullarında Fe li ve Fe siz olarak yetiştirilerek Fe noksanlığına karşı dayanıklılıkları test edilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda Fe noksanlığına karşı en dayanıklı ve en duyarlı genotipler seçilmiş ve bu seçilen genotiplerde Fe noksanlığına karşı dayanıklılıkta rol oynayan fizyolojik ve morfolojik mekanizmalar da saptanmıştır. Sonuçlar Fe alımı, Fe-Redüktaz enzim aktivitesi gibi etkenlerin Fe e karşı duyarlılık/dayanıklılık için önemli değişkenler olduklarını ve dayanıklılıkta rol oynadıklarını doğrulamaktadır. Bu çalışmayla Fe noksanlığına karşı dayanıklı genotipler bulunarak çilek yetiştiriciliğinde Fe li gübre kullanımının azaltılması hedeflenmektedir. Anahtar Kelimeler: Fe noksanlığı, Fe etkinliği, çilek, verim, genotip I

4 ABSTRACT M. Sc. THESIS SCREENING THE STRAWBERRY (Fragaria Sp.) SUPER CORE COLLECTION FOR TOLERANCE TO IRON DEFICIENCY AND IDENTIFICATION OF ITS PHYSILOGICAL AND MORPHOLOGICAL MECHANISMS Nazife ERDEM DEPARTMENT OF SOIL SCIENCE INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA Supervisor: Assoc. Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN Year: 2008, Pages: 70 Jury: Assoc. Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN Prof. Dr. Hayriye İBRİKÇİ Doç. Dr. Sedat SERÇE Iron deficiency is a nutritional problem that appears in both animals and plants. Iron deficiency affects half of the world s population, as well as many in Turkey, causing serious health problems. Iron deficiencies in soils and plants cause significant reductions in yield and quality. A study that testing soils from many areas in Turkey revealed that 27% of the soils sampled were deficient in iron, following the zinc. The same study estimated that 25% of the arable land in Turkey (7.5 million hectares) may be deficient in iron. There are large differences in sensitivity to Fe deficiency among crop species and also genotypes of given a species Strawberries are a sensitive species to Fe deficiency. Recently, there has been a significant increase in the number of hectares in strawberry production as well as total yield in Turkey. However, because iron deficiency is a widespread problem in Turkey s soil coupled with the fact that strawberries are sensitive to it result in a significant reduce in total production and berry quality. Fertilization with iron as well as other micro-elements is a possible approach to solve nutrient problems. However, the cost to purchase and apply fertilizer reduces the net profit to the grower, and fertilizer use is not considered to be environment-friendly. As an alternative to fertilizers, use of genotypes that are tolerant or resistant to low levels of iron or that can better utilize the existing levels of iron can be considered. The main objective of this research is to screen the strawberry genotypes for tolerance to iron deficiency, as has been done in many other crop species, with the ultimate goal of utilizing them efficiently in the breeding programs. At the end of the study, evaluation of selected resistant/tolerant and sensitive genotypes for physiological and morphological parameters will allow us to gain knowledge on resistance/tolerance mechanisms. The results also confirmed the importance and their roles of the Fe availability or Fe-Reductase enzyme actit in iron deficiency chlorosis. The present study also identified genotypes which are resistance to iron deficiency; thus, have a potential to reducing the growers inputs as to iron fertilizations. Keywords: Fe deficiency, Fe efficiency, strawberry, yield, genotype II

5 TEŞEKKÜR Tez çalışmamın başlangıcından bitimine kadar değerli düşünce, öneri, katkılarını ve yardımlarını esirgemeyen danışman hocam Doç. Dr. Ayfer ALKAN TORUN a şükranlarımı sunarım. Çalışmamda kullanılan bitki materyallerin sağlanmasında büyük katkıları olan Doç. Dr. Yıldız AKA KAÇAR, Doç. Dr. Sedat SERÇE ye ve materyallerin çoğaltılmasında emeği olan Zir. Yük. Müh. Belgin BİÇEN e çok teşekkür ederim. Ayrıca tez çalışmamda değerli katkılarını ve yardımlarını gördüğüm Doç.Dr. M. Bülent TORUN, Doç.Dr. Selim EKER ve Yrd. Doç. Dr. Bülent ERENOĞLU na sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Tez çalışmam süresince su kültürü denemelerinin kurulması ve sonuçlandırılması aşamalarında yardımlarını gördüğüm çalışma arkadaşlarım, Zir. Müh. Osman ÖZDEMİR, Zir. Müh. Pınar YARDIM, Zir. Müh. Nuri DÖLEK, Yüksek Biyolog Elif HAKLI ve çalışmamda emeği olan herkese çok teşekkür ederim. Beni herzaman maddi ve manevi olarak destekleyen anneme, babama, ablalarıma, kardeşime ve eşim Halil ERDEM e çok teşekkür ederim. III

6 İÇİNDEKİLER SAYFA ÖZ... I ABSTRACT... II TEŞEKKÜR... III İÇİNDEKİLER... IV ÇİZELGELER DİZİNİ... VII ŞEKİLLER DİZİNİ... VIII RESİMLER DİZİNİ... X SİMGELER VE KISALTMALAR... XI 1.GİRİŞ ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Toprakta Demir Bitkide Demir Bitkilerin Demir Alımı ve Taşınması Bitkilerde Demirin Metabolik İşlevleri Bitkilerde Demir Noksanlığı Bitkisel Üretimde Demir Noksanlığına Karşı Alınabilecek Önlemler İnsan Sağlığı Üzerine Demirin Etkisi Çilek MATERYAL ve METOD Materyal Bitki Materyalinin Elde Edilmesi Metod Su Kültürü Denemelerinin Kurulması Bitki Analizleri Morfolojik Olarak Simptom Şiddetinin Belirlenmesi Klorofil Renk Yoğunluğunun Belirlenmesi (Spad Ölçümü) H + Salgılanması ve Besin Çözeltisindeki ph Değişimi Klorofil Konsantrasyonunun Ekstraksiyon Yöntemi İle Belirlenmesi 25 IV

7 Fe-Redüktaz Enzim Aktivitesinin Ölçümü Yeşil Aksam Kuru Madde Verimi Bitki Materyallerinde Demir Etkinliği Mineral Element Analizleri (1.). Mikro Element Analizleri (2). Aktif Demir Analizi ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Araştırma Bulguları Farklı Çilek Genotiplerinin Demir Noksanlığına Karşı Dayanıklılık ve Duyarlılıklarının Su Kültürü Ortamında Belirlenmesi Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamalarının Bitkide Simptomolojik Belirtiler, Yaprak Klorofil Yoğunluğu (Spad Değeri), Kuru Madde Verimi, Fe Etkinliği ve Fe Konsantrasyonu Üzerine Olan Etkisi Dayanıklı ve Duyarlı Olarak Seçilen Çilek Genotiplerinin Demir Noksanlığına Karşı Dayanıklılık ve Duyarlılıklarında Rol Oynayan Mekanizmaların Su Kültürü Ortamında Belirlenmesi Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Yetiştirilen Çilek Genotiplerinin; Simptom Şiddeti, Spad Değeri, Kuru Madde Verimi ve Fe- Etkinlik Oranı Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Yetiştirilen Çilek Genotiplerinin Klorofil Konsantrasyonu Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Yetiştirilen Çilek Genotiplerinin Kuru Madde Verimleri Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Yetiştirilen Çilek Genotiplerinin Yeşil Aksam Toplam Demir Konsantrasyonu V

8 Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Yetiştirilen Çilek GenotiplerininYeşil Aksam Aktif Demir Konsantrasyonu Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Çilek Genotiplerinin Demir Redüktaz Enzim Aktivitesi Su Kültürü Ortamında Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) Uygulamaları Altında Çilek Genotiplerinin Besin Çözeltisindeki ph Değerleri Tartışma SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ VI

9 ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA Çizelge 2.1. Türkiye topraklarında ekstrakte edilebilir Fe durumu 6 Çizelge 3.1. Denemelerde kullanılan çilek genotiplerinin adları, PI (Plant Introduction) numaraları ve örnekleme yerleri Çizelge 3.2. Çilek genotiplerinin çoğaltılmasında kullanılan temel besi ortamı içeriği (mg\l).. 23 Çizelge 4.1 Su kültürü ortamında Fe 0 (0µM ) ve Fe 100 (100µM) uygulamaları altında yetiştirilen çilek genotiplerinin simptom şiddeti, spad değeri, kuru madde verimi, Fe etkinlik oranları ve Fe konsantrasyonu Çizelge 4.2. Su kültürü ortamında Fe 0 (0µM ) ve Fe 100 (100µM) uygulamaları altında yetiştirilen çilek genotiplerinin simptom şiddeti, spad değeri, kuru madde verimi ve Fe etkinlik oranları.. 37 VII

10 ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA Şekil 4.1. Farklı çilek gruplarının Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama simptom şiddetleri.. 31 Şekil 4.2. Farklı çilek gruplarının Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama spad değerleri.. 32 Şekil 4.3. Farklı çilek gruplarının Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama kuru madde verimleri (mg bitki -1 ).. 33 Şekil 4.4. Farklı çilek gruplarının Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki kuru madde verimleri ile hesaplanan Fe etkinlik oranı (%) Şekil 4.5. Farklı çilek gruplarının Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama Fe konsantrasyonları (mg kg -1 ) Şekil 4.6. Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama klorofil konsantrasyonları (mg g -1 T.A.) Şekil 4.7. Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki klorofil konsantrasyonları (mg g -1 T.A.) Şekil 4.8. Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama kuru madde verimleri (mg bitki -1 ) 40 Şekil 4.9. Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki kuru madde verimleri (mg bitki -1 ). 41 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama yeşil aksam toplam Fe konsantrasyonu (mg kg -1 ). 42 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki yeşil aksam toplam Fe konsantrasyonu (mg kg -1 ). 43 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama yeşil aksam aktif Fe konsantrasyonu (mg kg -1 ). 44 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki yeşil aksam aktif Fe konsantrasyonu (mg kg -1 ). 45 VIII

11 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki ortalama kök Fe redüktaz enzim aktivitesi (µmol Fe 2+ g/kök T.A. 2 h -1 ). 46 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki kök Fe redüktaz enzim aktivitesi (µmol Fe 2+ g/kök T.A. 2 h -1 ). 47 Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altındaki besin çözeltisinde ortalam ph değerleri Şekil Dayanıklı ve duyarlı çilek genotiplerinin Fe 0 (0 µm) uygulaması altındaki besin çözeltisinde ph değerleri. 49 IX

12 RESİMLER DİZİNİ SAYFA Resim 2.1. Çilek bitkisinde Fe noksanlığı belirtilerine ait bir görünüm.. 13 Resim 3.1. Denemelerde kullanılacak olan bitki materyalinin çoğaltılması Resim 3.2. Su kültürü koşullarında yetiştirilen çilek genotiplerinin köklerinde Fe-redüktaz enzim aktivitesinin ölçümü.. 27 Resim 4.1. Su kültürü ortamında Fe 0 (0 µm ) ve Fe 100 (100 µm) uygulamaları altında yetiştirilen çilek genotiplerinin deneme sonundaki görünümleri 30 X

13 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ Fe : Demir N : Azot P : Fosfor K : Potasyum Ca : Kalsiyum Mg : Magnezyum S : Kükürt Zn : Çinko Cu : Bakır Mn : Mangan ha : Hektar mg : Miligram gr : Gram kg : Kilogram % : Yüzde ph : Asitlik-Alkalilik Faktörü L : Litre T.A. : Taze ağırlık XI

14 1. GİRİŞ Nazife ERDEM 1. GİRİŞ Demir (Fe) noksanlığı insan, bitki ve topraklarda yaygın bir beslenme sorunudur. Problemin dünya nüfusunun yaklaşık yarısını etkilediği ve ülkemizde de önemli boyutlarda yaygınlık gösterdiği bilinmektedir. Demir eksikliği tüm dünyada 2 milyar insanda özellikle çocuk ve hamile kadınlarda yaygın bir sorundur. Dünyada bu problem hastalıklara karşı duyarlılığı arttırmakta, zihinsel gelişmede sorunlara, gelişme bozukluklarına ve her yıl en az kadının doğum sırasında ölmesine neden olmaktadır ( Türkiyede Fe noksanlığı 6-aylık bebeklerin % 50 sinde, okul çağındaki çocukların % 30 unda ve doğurgan dönemdeki kadınların % 50 sinde yaygındır ( İnsanlarda Fe noksanlığına bağlı olarak görülen sağlık problemlerinin genellikle Fe ce yetersiz olan tarım ürünlerinin tüketiminden kaynaklandığı bildirilmiştir. Türkiye de de benzer sorunların olduğu bilinmektedir. Türkiye de Fe noksanlığı hem toprakta (Eyüpoğlu ve ark., 1997; Cakmak ve ark., 1999) hem de insanlarda (Çavdar ve ark., 1983) önemli bir beslenme problemidir. Örneğin, Türkiye nin değişik bölgelerinden toplanan çok sayıda toprak örneğinde yapılan analizlere gore Fe eksikliği % 27 lik bir oranla Zn dan sonra en yaygın olan mikro element eksikliği sorunudur (Eyüpoğlu ve Korucu, 1997). Bu çalışma, Türkiye nin bitkisel üretim amaçlı kullanılabilir alanının yaklaşık % 25 inde (7.5 milyon hektar) Fe eksikliğinin olabileceğine işaret etmektedir. İnsan ve bitkide Fe eksikliği sorunu, topraklardaki alınabilir Fe konsantrasyonunun düşüklüğü ile ilgilidir. Aslında topraklardaki toplam Fe konsantrasyonunun (% ) oldukça yüksek olmasına karşın, bitkilerin söz konusu Fe den faydalanabilmelerini engelleyen toprak ve çevre faktörlerinin Türkiye koşullarınde yaygın olduğu bilinmektedir. Bu faktörlerin yüksek ph, yüksek kireç ve kil içeriği, düşük organik madde ve düşük toprak sıcaklığı olduğu bildirilmiştir (Kacar ve Katkat, 1999). Bitkiler Fe eksikliğinden etkilenmemek için topraklarda bol miktarda bulunan ancak yarayışsız olan Fe in çözünürlüğünü arttırmak ve bundan faydalanmak için iki 1

15 1. GİRİŞ Nazife ERDEM farklı mekanizma geliştirmişlerdir (Marschner ve ark., 1986; Römheld ve Marschner, 1986a; Römheld, 1987; Marschner, 1995a). Tüm tek çenekli bitkiler (buğdaygiller hariç) ve çift çenekli bitkiler Strateji-I olarak isimlendirilen özel adaptasyon mekanizmalarına sahipken, buğdaygiller ise Strateji-II olarak isimlendirilen ve Strateji-I den farklı adaptasyon mekanizmaları geliştirmişlerdir. Bitkisel üretimde Fe noksanlığına karşı alınabilecek önlemlerin başında topraktan ve yapraktan gübreleme yoluyla bitkilerin Fe ve diğer elementlerce zenginleştirilmesi gelir. Ancak, bu yöntem oldukça pahalı ve çevre dostu olmayan bir yöntemdir. Ayrıca topraktan gübrelemede çözüm organik kökenli (şelatlı) gübrelerdir. Bunlar da oldukça pahalıdır ve toprakta etkinliği hızla azalır. Bu yöntemin alternatifi, topraktaki Fe noksanlığına karşı dayanıklı genotipler bulmak veya ıslah etmektir. Bitki türleri arasında Fe noksanlığına karşı farklı duyarlılıkların olduğunu gösterir bir çok çalışma mevcuttur (Vose, 1982; Awad ve ark., 1994) ve bu türler içinde çileklerin Fe noksanlığına en duyarlı bitki türlerinden biri olduğu saptanmıştır (Vose, 1982; Zaiter ve ark., 1991; Zaiter ve ark., 1993). Demir noksanlığına karşı oldukça duyarlı olduğu bildirilen çileğin Türkiye de son yıllarda hem ekim alanı hem de üretimi artmasına karşılık, Türkiye topraklarında alınabilir Fe konsantrasyonunun düşük olması çileğin veriminde ve kalitesinde önemli kayıplara neden olabilmektedir. Çilek yetiştiriciliğinin günümüzde yaygın olarak yapılmasında en önemli faktör, değişik toprak ve iklim koşullarında ekonomik olarak yetiştirilmesidir. Çilek yetiştiriciliğinin önem kazanmasında önemli bir diğer faktör de çileğin insan sağlığı ve beslenme açısından sağladığı yararlardır. Çilek, önemli miktarda A, B, C vitaminleri, kalsiyum (Ca), Fe ve fosfor (P) gibi mineralleri içerir. Çileğin yetiştirilme alanlarının artması ve topraklarda alınabilir Fe konsantrasyonunun düşük olması Fe noksanlığına karşı dayanıklı olabilecek çilek genotiplerinin belirlenmesi gereksinimini ortaya çıkarmıştır. Bu tez çalışmasında biyotik ve abiyotik stres koşullarına karşı test edilen ve önemli genotipik farklılıklar gösterdiği bilinen, çilek gen kaynaklarını temsil eden ve dünya koleksiyonu içinden seçilen, süper çekirdek koleksiyonuna ait 23 farklı çilek genotipinin Fe noksanlığına karşı dayanıklılıkları su kültürü ortamında test 2

16 1. GİRİŞ Nazife ERDEM edilmiştir. Bu deneme sonucunda elde edilen analiz sonuçları ile test edilen genotipler arasından Fe noksanlığına karşı dayanıklı ve duyarlı olan genotipler belirlenerek dayanıklılık ve duyarlılıkta rol oynayan fizyolojik ve morfolojik mekanizmalar araştırılmıştır. 3

17 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM 2.ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR 2.1. Toprakta Demir Yer kabuğunda % 5 dolayında bulunan Fe, litosferde dördüncü sırada en bol bulunan bir elementtir. Demir elementini içeren yaygın mineraller arasında olivin (Mg, Fe) 2 SiO 4, pirit (FeS), siderit (FeCO 3 ), hematit (Fe 2 O 3 ), gotit (FeOOH), magnetit Fe 3 O 4 ) ve limonit [FeO(OH).nH 2 O+Fe 2 O 3.nH 2 O] bulunur. Hematit topraklara kırmızı renk verirken gotit toprakların sarı renk almasını sağlar. Topraklarda toplam Fe miktarı genelde yüksek olmasına karşın bitkiye yarayışlı Fe miktarı azdır. Bu nedenle bitkilerde Fe noksanlığı daha sık ve yaygın şekilde görülür. Toplam Fe miktarı ana materyalin özelliğine bağlı olarak topraklarda % 0,02 ile % 10 arasında değişir ve ortalama miktar % 3,8 kadardır. Toprakta bulunan Fe in çoğu birincil mineraller, kil mineralleri, oksitler ve hidroksitlerin bileşiminde bulunur (Kacar ve Katkat, 1998). Toprakta Fe in yarayışlılığı üzerine çeşitli etmenler etki yaparlar. Bunlar; yüksek ph, toprak çözeltisinde ve sulama suyunda bikarbonat iyonlarının miktarı, 3- ortamda bulunan kalsiyum ve magnezyum karbonatlarının miktarı, ortamda PO 4 iyonlarının fazla miktarda bulunması ve ortamda bakır (Cu), mangan (Mn), molibden (Mo) ve çinko (Zn) gibi ağır metallerin fazla miktarda bulunmasıdır (Kacar ve Katkat, 1999). Demir eksikliği problemine genellikle kurak ve yarı kurak bölgelerin ph değeri yüksek, kireçli, killi, organik maddece düşük (veya çok yüksek) ve tuzlu topraklarında rastlanmaktadır. Dünyada topraklarının yaklaşık % 50 sinin kurak ve yarı kurak bölgelerde olması ve ¼ ününde kireçli olması nedeniyle bitkilerde Fe eksikliğinin dünya çapında bir problem olarak ortaya çıkması çok da şaşırtıcı değildir (Bates, 1982; Miller ve ark., 1984; Awad ve ark. 1994). Dünyada tarım yapılan toprakların yaklaşık % 30 unda yaygın bir şekilde Fe noksanlığına rastlanmaktadır (Chen ve Barok, 1982; Vose, 1982; Çakmak, 2002). Vose (1982) e göre dünya tarım alanlarının % u kireçli olduğu için bitkiler Fe eksikliği tehdidi ile karşı karşıyadırlar. Demir noksanlığının kireçli topraklarda en yaygın ve verimi en fazla 4

18 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM etkileyen mikro element noksanlığı olduğu başka araştırıcılar tarafından da bildirilmiştir (Sillanpaa, 1982 ; Vose, 1982; White ve Zasoski, 1999). Diğer taraftan Türkiye ölçeğinde Eyüpoğlu ve Kurucu (1997) tarafından yapılan bir araştırmada Türkiye nin iklim ve bölgelerini temsil edecek şekilde örneklenen 1511 toprak örneğinde mikro element analizi yapılmıştır. Bu araştırmaya göre Türkiye topraklarının % 27 sinde Fe, % 50 sinde Zn ve % 1 den az kısmında Mn noksanlığı tespit edilmiştir. Yapılan bu araştırmada alınan toprak örneklerinde belirlenen Fe miktarındaki dağılım Çizelge 2.1 de verilmiştir. Söz konusu çalışmaya göre potansiyel olarak Fe eksikliğine sahip tarım topraklarının 7,5 milyon ha ı bulduğu da bildirilmiştir. Türkiye topraklarının büyük bir kısmı alkali reaksiyonlu topraklardan oluşmuş ve yeterli yağış alan (Trakya-Marmara, Karadeniz ve Ege) bölgeleri hariç, diğer bölge topraklarının yaklaşık olarak % 85 inde toprak ph sının 7,0 nin üzerinde olması Fe noksanlığını kaçınılmaz kılmaktadır. Aynı şekilde organik madde içeriği bakımından da ülkemizin çok fakir olduğu bilinmektedir (Ülgen ve Yurtsever, 1995). Demir noksanlığının topraktaki yüksek ph ve kireç ile düşük organik maddeden kaynaklandığı düşünülürse, Fe noksanlığı sorununun ülkemiz açısından ciddiyeti çok daha rahat anlaşılabilir. Aslında yukarıda bahsedilen topraklardaki toplam Fe miktarı oldukça yüksek olmasına karşın, bitkilerin söz konusu Fe den faydalanabilmeleri, mevcut Fe in formuna, bitki tür ve genotiplerine bağlıdır (Miller ve ark., 1984). 5

19 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM Çizelge 2.1. Türkiye topraklarında ekstrakte edilebilir Fe durumu (Eyüpoğlu ve ark., 1997). Demir miktarı Örnek Sayısı (mg Fe kg -1 ) < > Toplam Bitkide Demir Bitkilerin Demir Alımı ve Taşınması Bitkiler geliştikleri ortamdan Fe i sürekli almak durumundadır. Yaşlı yapraklardan genç yapraklara Fe in aktarılamaması nedeniyle bitki, büyüme organları Fe gereksinimini sürekli Fe alarak karşılayabilmektedir. Demir kök etki alanı içerisinde toprakta Fe, Fe 2+ ve Fe 3+ iyonları şeklinde bulunduğu gibi organik bağlı ya da kileytler şeklindede bulunur. Bitki metabolizmasında Fe,Fe 2+ olarak kullanılır. Bu nedenle bitki Fe 2+ iyonunu ya da bu şekle indirgenmiş Fe i alır (Brown, 1978). Kimi bitkiler fazla miktarda Fe 3+ içermekle beraber Fe noksanlığı gösterir. Bu durum bitki metabolizmasında Fe 3+ iyonunun değerlendirilemediğinin açık bir kanıtıdır. Bitkilerin Fe konsantrasyonları tür, çeşit ve beslenme koşullarına göre büyük farklılıklar göstermektedir. Aynı zamanda bitkilerin bünyesindeki toplam Fe içeriğinin bile bitkinin Fe ile beslenme durumunu yansıtmadığı bildirilmektedir (Mengel, 1995). Şöyle ki, Fe noksanlığı görülen yaprakların Fe içerikleri yeşil olanlar ile aynı düzeyde veya daha fazla olabilmektedir (Nason ve McElroy, 1963; Mengel, 1995). Benzer bir bulgu; yıllarında Türkiye çilek üretiminin 6

20 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM yoğun yapıldığı Silifke bölgesindeki çileklerin beslenme statüsünü belirlemek için yapılan bir çalışmada da elde edilmiştir. Çalışmada örneklenen bitkilerin tümünde kalsiyum (Ca) hariç azot (N), fosfor (P), potasyum (K), magnezyum (Mg), demir (Fe), bakır (Cu) ve mangan (Mn) yeterli konsantrasyonlarda olduğu bulunmuştur. Ancak bitkinin yeşil aksamındaki total Fe konsantrasyonu yeterli olmasına rağmen bazı bahçelerde Fe noksanlığı simptomlarına rastlanmıştır (Özden ve Ayanoğlu, 2002). Türler ve hatta aynı türün çeşitlerinin Fe noksanlığına dayanıklılıkları arasındaki farklılıklar aşağıda da ifade edildiği gibi bitkilerin geliştirmiş oldukları farklı adaptasyon mekanizmalarından kaynaklanabilir. Toprakta Fe oldukça fazla miktarda bulunmakla birlikte, bitkilerin faydalanabildiği yarayışlı Fe miktarının toplam Fe içerisindeki oranı oldukça düşüktür. Toprağın ph durumuna bağlı olarak iyi havalanan topraklarda iyonik formdaki Fe 3+ ve Fe 2+ konsantrasyonu son derece düşüktür (10-10 M veya altında). Topraklardaki inorganik Fe in çözünürlüğü toprağın ph ve redoks potansiyeline bağlıdır. Topraklardaki Fe 3+ veya Fe 2+ şelatlarının miktarları da, M arasında olup çok sınırlı durumdadır. (Römheld ve Marschner, 1986a). Bu koşullar altında bitkiler Fe noksanlığından etkilenmemek için topraklarda bol miktarda bulunan ancak yarayışsız olan Fe in çözünürlüğünü arttırmak ve bundan faydalanmak için iki farklı strateji geliştirmişlerdir (Marschner ve ark., 1986; Römheld ve Marschner, 1986a; Römheld, 1987; Marschner, 1995a). Tüm tek çenekli bitkiler (buğdaygiller hariç) ve çift çenekli bitkiler Strateji-I olarak isimlendirilen özel adaptasyon mekanizmalarına sahipken, buğdaygiller ise Strateji-II olarak isimlendirilen ve Strateji-I den farklı adaptasyon mekanizmaları geliştirmişlerdir. Bu mekanizmaların etkin geliştiği çeşitler literatürlerde efficient (etkin) veya resistant (dayanıklı) çeşitler olarak adlandırılmaktadır. Tersi durumlarda inefficient (etkin olmayan) veya dayanıksız (duyarlı) çeşitler olarak adlandırılmaktadırlar (Römheld ve Marschner, 1986a, b; Gerloff, 1987). Bir genotipin herhangi bir mineral besin elementi için dayanıklılık reaksiyonu göstermesi, o genotipin ilgili besin elementinin toprakta sınırlı düzeydeki konsantrasyonundan fazla olumsuz etkilenmemesi ve yüksek düzeyde verim oluşturabilmesi anlamına gelmektedir. Eğer bir genotip, bu yüksek verime ancak 7

21 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM dışardan ilgili besin elementinin gübreyle toprağa verilmesinden sonra ulaşabiliyorsa, bu genotipler duyarlı (inefficient) olarak tanımlanır (Graham, 1984; Clark ve Duncan, 1991). Strateji-I deki bitkilerin Fe noksanlığı stresinde, rizosfere artan oranlarda H + salgıladıkları (Venkat-Raju ve ark., 1972; Landsberg, 1981; Römheld ve Marschner, 1981; 1984) ve bu mekanizmanın epidermiste plazma membranları üzerinde lokalize olmuş ATPaz isimli bir enzim tarafından regüle edildiği bulunmuştur (Zocchi ve ark., 2007; Schmidt, 1999; Römheld ve Marschner, 1984). Bu mekanizma ile bitkilerin rizosferde Fe in hareketliliğini arttırıcı bir etkide bulunan H + iyonları beslenme ortamına salgılanırken bu olaya paralel olarak aynı anda köklerin Fe 3+ bileşiklerini redükte edici bir mekanizmayı aktif hale geçirdiği bulunmuştur (Chaney ve ark., 1972; Bienfait ve ark., 1983). Bu mekanizma ile Fe 3+ redüktaz isimli bir enzim aktif duruma geçmektedir. Bu enzim yardımı ile Fe 3+ bileşikleri indirgenmekte ve çift çenekli bitkiler de Fe 2+ formunda Fe alımı olayı gerçekleşmektedir. Römheld ve Marschner (1986b) a göre Fe noksanlığında ortaya çıkan proton salgılanması ve redüktaz enziminin aktifleştirilmesi Strateji-I deki bitkilerin hem türleri ve hem de aynı türün çeşitleri arasında farklı olabilmektedir. Bu gruba giren bitkilerin aynı zamanda rizosfere Fe 3+ redükte edici şelatörler (organik asitler veya fenolik yapısındaki bileşikler) salgıladığı ortaya konmuştur (Abadia ve ark., 2002; Susin ve ark., 1994; Brown ve Ambler, 1974; Olsen ve ark., 1981, Römheld ve Marschner, 1983). Araştırıcılar arasındaki yaygın kanıya göre yukarıda anılan olaylar birbiriyle bir uyum içinde çalışmaktadır. Ancak mekanizmaların etkinliği ve aktivitesi ortamın ph sından fazlasıyla etkilenmektedir. Rizosferdeki ph nın artışıyla hem Fe 3+ redüktaz hem de H + salgısında rol alan ATPaz aktiviteleri çarpıcı şekilde düşmelere uğramaktadır. Aynı şekilde fenolik bileşiklerin salgılanması da artan ph ile gerilemektedir. Bu nedenle Strateji-I bitkilerinin (çift çenekli bitkiler) adaptasyon mekanizmaları rizosfer ph sından etkilenmeyen Strateji-II bitkilerine (tahıllar) oranla Fe klorozuna karşı daha duyarlıdır. Yapılan bazı çalışmalara göre Fe 3+ redükte eden enzimin plazma membranları üzerinde olduğu kadar hücre membranlarında da lokalize olduğu saptanmıştır (Kobayashi ve ark., 2006; Çakmak ve ark., 1987). 8

22 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM Hücre duvarlarında lokalize olmuş bu enzimin aktivitesinin değişik soya çeşitleri arasında görülen kloroz farklılıklarının ortaya konmasında bir parametre olabileceği bildirilmiştir (Tipton ve Thowsen, 1985). Demir noksanlığı stresine giren Strateji-II grubu bitkileri (buğdaygiller), yukarıda bahsedilen Strateji-I grubu bitkilerinin gerçekleştirdiği adaptasyon mekanizmalarını geliştirememektedir. Bu bitkiler rizosfere çok etkili bir Fe şelatörü salgılamaktadırlar. Bu şelatör mucineik asit ailesine giren bir fitosiderofordur. Fitosiderofor sözcüğü bitki kökenli şelatör olarak tanımlanabilir. Yunancada phyton bitki, sideros demir ve phorus taşıyan anlamdadır. Bu kimyasal bileşim, şelatlama yoluyla Fe 3+ ün rizosferde mobil (hareketli) hale geçişini sağlamakta ve plazma membranları üzerinde lokalize olmuş spesifik bir protein taşıyıcısı ile kök hücrelerine Fe-fitosiderofor formunda Fe in alınmasını sağlamaktadır (Römheld ve Marschner, 1986a; 1986b; Römheld, 1987). Fitosideroforlar kimyasal olarak amino asit yapısında olup, protein sentezine katılmazlar ve nikotianamin adı verilen amino asit formundaki bir molekülden sentezlenirler (Shojima ve ark., 1990; Mori ve ark., 1990). Buradan da anlaşılacağı gibi buğdaygiller Strateji I grubu bitkileri gibi Fe i redükte olmuş formda almamaktadırlar. Bu şekilde alınan Fe, aynı formda bitkide taşınabileceği gibi redükte olarak biyolojik olaylarda da kullanılabilir. Strateji-I deki adaptasyon mekanizmasının tersine, fitosiderofor salgılanması rizosferdeki ph dan (ph 4-8) etkilenmemektedir (Marschner ve ark., 1986). Bitkilerde Fe klorozuna özellikle ph nın yüksek olduğu tarım alanlarında rastlandığı hatırlanırsa buğdaygiller Strateji-I grubu bitkilerine göre Fe stresine daha dayanıklıdır denilebilir. Ancak burada da türler arasında fitosiderofor salgılanması ve kloroza karşı koyma açısından farklılıklar vardır. Aşağıdaki sıralanış içerisinde bazı önemli buğdaygillerin kloroza dayanıklılığı azalırken, fitosiderofor salgısı da artmaktadır (Römheld ve Marschner, 1986a; Marschner ve ark., 1986). Arpa < Buğday < Yulaf < Mısır < Sorgum < Çeltik Yapılan çalışmalarda türler arasında ve aynı türün çeşitleri arasında Fe stresine dayanıklılık veya toleransın değişebildiği bildirilmiştir (Brown, 1978; Kanan 1981; Kanan, 1982a; Kanan, 1982b, Kanan ve Pandey, 1982). 9

23 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM Bitkilerde Demirin Metabolojik İşlevleri Bitkilerin Fe ile beslenme durumlarına bağlı olarak değişmekle birlikte, yapraklardaki Fe in % 80 inin kloroplastlarda lokalize olduğu bildirilmektedir (Price, 1968; Timperley ve ark., 1973; Marschner ve ark., 1986). Bitkilerde Fe, plastidlerin stomalarında fitoferritin olarak depolanmaktadır (Secback, 1982). Şeker pancarı ile yürütülen bir çalışmada, hızla büyüyen yapraklardaki toplam Fe in beşte üçünün tilakoid membranlarda, beşte birinin kloroplast stromasında ve geriye kalanın ise kloroplast dışında olduğu belirlenmiştir (Terry ve Low, 1982). Yine aynı çalışmaya göre bitkiler Fe stresine girdiği zaman, stroma Fe in çoğunluğunu kaybettiği için, fonksiyonlarını yapamaz duruma gelmektedir ve sonuçta tilakoide bağlı fonksiyonlarında % 51 ve kloroplast dışındaki demire bağlı fonksiyonlarda ise % 62 oranında azalma olmaktadır. Seckback (1982) e göre stromadan Fe in kaybolmasını Fe-fosfoproteinler olarak demiri depolayan fitoferritinin kaybına neden olmaktadır. Yapısında Fe bulunan iki büyük protein grubu vardır; heme-proteinleri ve Fe-S proteinleri. Heme-proteinleri sitokrom, katalaz, nitrat redüktaz, leghemoglobin in yapısında bulunmaktadırlar. Hewitt (1983) yapraklardaki toplam Fe in % 9 unun heme-demir proteinlerinin yapısında bulunduğunu bildirmiştir. Heme-demir proteinlerinin % 90 ı sitokromların yapısında bulunmaktadır. Geriye kalan % 10 luk heme-proteinler diğer enzimlerin yapısında yer alırlar. Fe-S proteinleri ise ferrodoksin, nitrit redüktaz, sülfat redüktaz, nitrogenaz, tilakoid kompleksleri, mitokondri kompleksleri, akonitaz vb.nin yapısında bulunmaktadır. Demir-S protein grubu yapraklardaki toplam Fe in % 19 unu içermektedir. Tek başına ferritin, % 35 lik bir pay ile en fazla Fe i bulunduran protein olarak bildirilmektedir ve böylece yapraklardaki toplam Fe in yaklaşık % 63 ü Fe proteinleri olmaktadır (Miller ve ark., 1984; Van der Mark ve ark., 1982; Hewitt, 1983). Demire bağımlı bu proteinler pek çok metabolik olayda yer almaktadır (Marschner ve ark., 1986; Römheld ve Marschner, 1991). Sitokromlar fotosentezde elektron taşınımında rol oynamaktadırlar. Sitokrom oksidaz ise solunumun son aşamasında rol alan önemli bir enzimdir. Demir içeren katalaz ve peroksidazlar 10

24 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM hücreyi, H 2 O 2 (hidrojen peroksit) toksik O 2 türevine karşı koruyucu enzimlerdir. Katalaz enzimi H 2 O 2 i su ve oksijene dönüştürerek yok etmektedir. Ayrıca katalaz, süperoksit radikalini yok eden diğer bir enzim SOD (superoksit dismütaz) ile işbirliği yaparak çalışmaktadır. Peroksidaz enzimlerinden askorbat peroksidaz, kloroplastlarda H 2 O 2 i detoksifike etmektedir. Diğer grup peroksidazlar ise hücre duvarlarına bağlı olarak bulunmaktadırlar ve fenollerin lignine polimerizasyonunda katalizörlük yapmaktadırlar (Kacar ve Katkat, 1998). Baklagil bitkilerinin kök nodüllerinde bulunan leghemoglobin, N un (N 2 ) fiksasyonunda görev yapmaktadır. Fe-S içeren enzimler (nitrogenaz kompleksleri) N un indirgenmesinde görev yaparlar (Kacar ve Katkat, 1998). Droillard ve Paulin (1990) superoksit radikalinin (O - 2 ) detoksifikasyonunu katalize eden superoksit dismütaz enziminin Fe e bağımlı olan isoenzimi(fe-sod) bulunduğunu bildirmişlerdir. Akonitaz trikarboksilik asit halkasında sitratın isositratlara isomerizasyonunda rol oynayan bir Fe-S proteinidir (Brouquisse ve ark., 1986; Landsberg, 1981). Demir eksikliği altındaki bitkilerde akonitaz aktivitesi azalmakta ve bu durumun köklerde özellikle malik ve sitrik asit gibi organik asitlerin birikmesine neden olduğu bildirilmiştir. Welkie ve Miller (1989) tarafından, diğer bir Fe-S proteini olan ksantin oksidazın, Fe eksikliğinde purine metabolizmasını engellemesinden dolayı 200 civarındaki dikotiledon bitkide, riboflavin birikimi ve köklerden salgılandığı bildirilmiştir. Diğer Fe gerektiren enzimlerden birinin de etilen biyosentezinde gerekli olan 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (AAC) olduğu ve ACC nin etilene dönüşmesinde gerekli olan oksidasyonunun Fe 2+ tarafından katalize edildiği bildirilmiştir (Bouzayen ve ark., 1991). Hildebrand (1989) tarafından, lipoksigenaz enzimlerinin her molekülde bir Fe atomu içerdiği bildirilmiş ve bu enzimlerin lipid peroksidasyonu ile hücre ve dokulardaki yaşlanmayı ve ayrıca hastalıklara karşı bitkilerin geliştirdiği hipersansibilite biçimindeki dayanıklılığı düzenlendiği bildirilmiştir (Nagarathna ve ark., 1992). 11

25 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM Bitkilerde Demir Noksanlığı Demir noksanlığı belirtileri genç yapraklarda ve özellikle de son çıkan yapraklarda öncelikle görülür. Bitkide Fe hareketli (mobil) değildir. Yaşlı yapraklardan genç yapraklara Fe aktarılamaz. Bu nedenle Fe noksanlığı belirtileri önce genç yapraklarda ortaya çıkar ve noksanlığın ileri aşamalarında yaşlı yapraklar da etkilenir. Bitkilerde Fe noksanlığı damarlar arasında sararma şeklinde ortaya çıkar. Demir noksanlığının en tipik özelliği yapraklarda en ince damarların bile yeşil kalması ve damarlar arasında rengin tamamen sarıya dönmesidir (Şekil 2.1.). Geniş yapraklı bitkilerde yapraklar adeta sarı zemin üzerinde yeşil bir ağ manzarası gösterirler. Noksanlığın ileri aşamalarında öncelikle ince damarlar olmak üzere tüm damarlar sararır. Yeterli miktarda klorofil oluşamaması nedeniyle en genç yapraklar adeta beyaz bir renk alır. Demir eksikliği koşullarında yapraklardaki damarlar arasındaki klorozun sebebi yapraklardaki düşük klorofil içeriğidir. Yeşil bitkiler aleminde Fe in en çok bilinen ve doğrudan etkiye sahip fonksiyonu klorofil biyosentezinde yer almasıdır. Klorofil sentezinde gerekli olan substratlardan biri, γ-aminolevulic asid (ALA) dir. Bu bileşiğin oluşturulması ve oranı Fe tarafından kontrol edilmektedir (Pushnik ve Miller, 1989). Ayrıca, klorofil sentezi sürecinde önemli bir aşama olan Mgprotoporhyrin in protochlorophllide e dönüşümünün Fe tarafından hızlandırıldığı Spiller ve ark. (1982) tarafından bulunmuştur. Bu iki önemli sürecin Fe eksikliği nedeni ile engellenmesi sonunda klorofilin bitkilerde sentezlenmemesi söz konusu olmaktadır (Miller ve ark., 1984, 1995). 12

26 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM Resim 2.1. Çilek bitkisinde Fe noksanlığı belirtilerine ait bir görünüm Bitkisel Üretimde Demir Noksanlığına Karşı Alınabilecek Önlemler Demir bitkisel üretimde yaygın bir mikroelement noksanlığıdır. Eksikliğinde bitki büyümesi geriler, verimde ve kalitede azalmalar meydana gelir, insan ve hayvanlarda da sağlık sorunlarına neden olmaktadır. Demir noksanlığının üstesinden gelmek için her yıl Akdeniz ülkelerinde milyon avro (Abadia ve ark., 2004), Amerika nın soya yetiştiriciliği yapılan orta kuzey bölgesinde ise 120 milyon avro (Hansen ve ark., 2004) harcama yapılmaktadır. Bitkilerde görülen Fe noksanlığını ortadan kaldırmak için dikkate alınan en yaygın önlemlerden biri topraktan veya yapraktan şelatlı gübrelemedir. Ancak bu yöntem geçici bir çözüm olup, yıldan yıla yenilenmesi gerekmektedir. Bu nedenle kalıcı ve daha ekonomik olan çözümlerin bulunmasına gereksinim vardır. Şu anda görülen en kalıcı çözüm, yapılacak seleksiyon programları ile tür ve çeşiter bazında Fe eksikliği stresine karşı dayanıklı genotiplerinin seçilmesi ve daha sonraki aşamada ise ıslah çalışmaları ile dayanıklı genotiplerinin geliştirilmesidir (Clark ve ark., 1982). Söz konusu çözüm şekli hayata geçirildiği taktirde Fe eksikliğine sahip topraklarda ürünler rahatlıkla yetiştirilebilecek ve önemli ekonomik kazanımlar sağlanacaktır. Örneğin soya fasulyelerinde simptom şiddetinin her bir birim artışıyla üründe % 20 azalmanın olduğu bildirilmiştir (Froehlich ve Fehr, 1981). Clark ve ark. (1988) ise sorgumda Fe in simptom şiddetinin her bir birim artışıyla üründe hektara 1090 kg lık bir verim kaybı olduğunu bildirmişlerdir. 13

27 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM 2.3. İnsan Sağlığı Üzerine Demirin Etkisi Bitkiler, insanların, özellikle gelişmekte olan ülkelerde, mikro besin elementi gereksinmesinin karşılanmasında en önemli gıda kaynağı durumundadır. Fakat bitkiler genelde insanların günlük mikro element gereksinimlerini karşılayacak kadar yeterli düzeyde mikro element içeriklerine sahip değildir. Bu nedenle günümüzde başta Fe olmak üzere insanlarda özellikle çocuklar ve kadınlarda çok yaygın biçimde mikro element eksikliği görülmektedir. Anılan mikro element noksanlıklarının dünya nüfusunun yaklaşık yarısında varolduğu ve ciddi boyutlarda beslenme ve sağlık sorunlarına yol açtığı bilinmektedir. Mikro element noksanlıkları, immün sisteminde, fiziksel büyümede, zihinsel ve kavramsal yeteneklerin gelişmesinde bozulmalara, anemiye ve bunlarla ilişkili ciddi sağlık problemlerine, erken dönemde bebek ve anne ölümlerine yol açmaktadır (Black, 2003, Boccio ve Iyenger, 2003). Son yıllarda bu problem Dünya Sağlık Örgütü, Dünya Bankası, Birleşmiş Milletler Tarım ve Gıda Organizasyonu ve dünyanın çok uluslu diğer tarımsal araştırma birimlerince giderek artan ilgiyle araştırılmaktadır. İnsanlarda Fe noksanlığına bağlı olarak insanlarda görülen sağlık problemlerinin genellikle Fe ce yetersiz olan tarım ürünlerinin tüketiminden kaynaklandığı bildirilmiştir. Tükiye de de benzer sorunların olduğu bilinmektedir. Demir vücudun dışarıdan aldığı, az miktarda ancak mutlak ihtiyaç duyduğu bir maddedir. Günlük en az 1.0 mg Fe i yiyeceklerle dışarıdan almak gerekir. İnsan vücudunda Fe, yapı taşı olarak görev yapmaktadır. Hemoglobulin vücutta en çok Fe içeren bileşiktir. Demir noksanlığı anemisi günümüzde en sık görülen halk sağlığı sorunlarından birisidir. Gelişmekte olan ülkelerde yaşayan 3.5 milyar insanda demir noksanlığına bağlı anemi görülmektedir. Ülkemizde de çok yaygın görülen Fe eksikliği anemisi, yapılan çeşitli araştırmaların sonuçlarına göre bulgular değişmekle birlikte genel olarak 0-5 yaş grubu çocukların ortalama % 50 sinde, okul çağı çocuklarının % 30 unda görülmekte, emzikli kadınların ise % 50 sini etkilemektedir. Diyetle Fe in yetersiz alınması, Fe in vücutta kullanımının yetersiz olması, Fe ihtiyacının artması ve vücuttan kan kaybı, parazit varlığı yetersizliğe neden olan etmenlerdir. Demir yetersizliğinde en yüksek risk hızlı büyüme ve beslenme 14

28 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM gereksiniminin olduğu özellikle 6-24 aylık çocuklar, adolesanlar ve gebelik dönemindeki kadınlardır. Demir yetersizliği anemisi doğurganlık çağındaki kadınlarda kadının sağlığını etkilemekte, anne ölümlerine neden olmakta, çalışma kapasitesini sınırlamakta ve bebek ölümlerine neden olmaktadır. Bebek ve çocuklarda büyümeyi etkilemekte, enfeksiyonlara direnci azaltmaktadır (Köksal, 2008) Çilek Demir noksanlığına karşı sınıflandırmada oldukça hassas olarak kabul edilen çilek (Rombola ve Tagliavini, 2005) yetiştiriciliği özellikle son yıllarda dünyada ve ülkemizde giderek önem kazanmıştır. Dünyada 1980 yılında çilek üretimi ton iken 1995 yılında bu değer tona (Anonim, 1995) ve 2003 yılında ise tona (FAO, 2003) ve 2005 yılında tona ulaşmıştır (FAO, 2005). Ülkemizdeki çilek yetiştiriciliğinde de son yıllarda hem alan hem de üretim bakımından önemli artışlar kaydedilmiş ve 1975 yılında ha lık alanda çilek yetiştiriciliği yapılırken, 1995 yılında bu alan ha a yükselmiştir (FAO, 1995). Üretim alanlarının artış oranlarına paralel olarak üretimimizde de önemli artışlar sağlanmıştır yılında ton olan üretimimiz, 1995 yılında tona ulaşmış ve aynı değer 2003 yılında ton olmuştur (FAO, 2003). Çilek yetiştiriciliğinin günümüzde yaygın olarak yapılmasında en önemli faktör, değişik toprak ve iklim koşullarında ekonomik olarak yetiştirilmesidir. Örneğin, bazı çeşitlerin hava sıcaklığının C olduğu yerlerde bile yetişebildikleri bilinmektedir (Darrow, 1966). Çilek, ayrıca taze meyvenin az olduğu dönemlerde olgunlaşması nedeniyle de iyi bir pazar avantajına sahiptir. Çilek yetiştiriciliğinin önem kazanmasında önemli bir diğer faktör de çileğin insan sağlığı ve beslenme açısından sağladığı yararlardır. Çilek, çeşitten çeşide değişmekle birlikte 100 g da 100 mg a kadar çıkabilen askorbik asit miktarıyla C vitamini bakımından zengin bir meyvedir. Örneğin, ABD de melezleme ıslahı yolu ile bulunan ve yetiştiriciliğine başlanan bir çilek çeşidinin 100 g taze meyvesinde 75 mg askorbik asit olduğu 15

29 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM saptanmıştır (Galletta ve ark., 1996). Son zamanlarda çileğin ellajik asit içeriğinin yüksek olması nedeniyle kanseri önleyici özelliğe sahip olduğu da bilinmektedir. Türkiye çilek üretiminin arttırılması için erkenci, yüksek kalite ve verimlilik özelliğine sahip çeşitlerle yetiştiriciliğin yapılması yanında ülkemizin çeşitli ekolojik koşullarına uyabilecek yeni çeşitlerin yurt dışından getirilerek adaptasyon çalışmalarının yapılması kaçınılmazdır. Aynı zamanda ülkemiz koşullarına uygun çeşitlerin ıslahı için çalışmalar yapılmalıdır. Örneğin, Paydaş ve ark. (1996) yüksek aromaya sahip Osmanlı çilek çeşidi ile yüksek verimli ve kaliteli Avrupa ve Amerika kökenli çilek çeşitlerini melezlemişler ve bu çalışmalar sonucunda kaliteli, verimli ve aromalı genotipler elde etmişlerdir. Aynı çalışmada bu genotiplerin koloroza değişik düzeylerde dayanım gösterdikleri de saptanmıştır. Diğer taraftan Kaşka ve Gezerel (1977) değişik Fe içerikli gübreleri değişik zaman ve konsantrasyonlarda bir çilek çeşidine uygulayarak yapraklardaki mikro ve makro element miktarlarını belirlemişlerdir. Söz konusu gübre uygulamalarının çileğin yapraklarındaki Fe konsantrasyonunu arttırmadığı diğer makro ve mikro element düzeyinde de önemli bir etkisinin olmadığı bulunmuştur. Araştırıcılar uygulanan bu sıvı gübrelerin besin elementleri üzerine bir etki yaratmamasının nedenini denemenin yapıldığı toprakta Ca miktarının fazla olmasına bağlamışlardır. Yine Pilanalı ve Kaplan (2003) tarafından yapılan benzer bir çalışmada, katı ve sıvı formda uygulanan humik asidin çilek bitkisinin mineral beslenmesi üzerine olan etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn ve Cu ın yeşil aksamdaki içeriklerinin her iki uygulamadan da etkilenmediğini göstermiştir. Ancak, aynı çalışmada sıvı humik asid uygulaması yapraklardaki Zn içeriğinin önemli bir şekilde azalmasına yol açmıştır. Çinko içeriğinin düşmesinin ve diğer besin element içeriklerinin etkilenmemesinin nedeni, deneme alanının aşırı miktarda kireç içermesine bağlanmıştır. Ayrıca yüksek konsantrasyonlarda uygulanan humik asidin, bazı besin elementlerinin alımı üzerine engelleyici etkide bulunduğu da belirtilmiştir. Yine Kaşka ve Gezerel (1982) in Çukurova Bölgesinde çilek ile yürütülen adaptasyon denemelerinde, bazı çeşitlerin Fe klorozuna karşı duyarlılık gösterdiğini ve Fe li bileşiklerle gübrelenmediği durumda kimi çeşitlerin öldüğünü 16

30 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM bildirmişlerdir. Aynı çalışmada çilek çeşitlerine uygulanan sistemik sıvı gübrelerin yeşil aksamlarda değişik Fe konsantrasyonlarına yol açtığı da bildirilmiştir. Çilek yetiştiriciliği için ideal toprak ph sının 6,5 olduğu bildirilmiştir (Dickerson, 2004). Renquist ve Hughest (1992) tarafından ph sı 8,0 olan tuzlu bir toprakta yetiştirilen yedi çilek çeşidinin verim ve kalite özellikleri bakımından büyük farklılıklar gösterdiğini bildirmişlerdir. Anılan faktörler açısından dayanıklı bulunan çeşitler soğuklara da dayanıklı olarak belirlenmiştir. Yine Zaiter ve ark. (1993) tarafından yürütülen bir çalışmada toprağın 20 cm derinliğine CaCO 3 uygulayarak ph yı 8.2 ye yükseltmişlerdir. Bu toprakta Fe li ve Fe siz olarak değişik çilek çeşitleri yetiştirilmiştir. Demir uygulanan bitkilerde kontrole oranla verimleri yaklaşık % 13 ile % 56 arasında arttığı saptanmıştır. Yaşa (1997) Fe li ve Fe siz koşullarda 33 çilek çeşidi ile yürüttüğü bir çalışmada Tango ve Spadeka çeşitlerinin her iki durumda da verim ve meyve kalite kriterleri bakımından diğer çeşitlere oranla oldukça iyi olduğunu saptamıştır. Aynı çalışmada bu iki çeşitte klorofil a, klorofil b, toplam klorofil, toplam Fe ve aktif Fe içerikleri bakımında da benzer sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre bu denemedeki çeşitlerin ph sı yüksek ve kireçce zengin topraklarda çilek yetiştiriciliği için önerilebileceği ancak, ekonomik olarak yetiştiriciliklerinin yapılamayacağı bildirilmiştir. Çünkü genotipik olarak küçük meyvelilik özelliğine sahip olan bu çeşitlerin ancak kloroza dayanıklı çeşit ıslahında iyi birer genitör olarak kullanılabileceği ileri sürülmüştür. Bu iki çeşitten sonra iki melez çilek çeşit adayının kloroza en dayanıklı olduğu bulunmuştur. Araştırıcılar aroma bakımından zengin olan bu çeşit adaylarının özellikle sanayiye yönelik çilek yetiştiriciliği için ph sı yüksek, kireçce zengin topraklarda bile Fe klorozu açısından pek büyük sorun olmadan yetişebileceğini belirtmişlerdir. Ayrıca bu adayların kloroza dayanımlarının iyi olması nedeniyle bir sonraki ıslah programlarında ebeveyn olarak kullanılabileceği bildirilmiştir. Gen kaynaklarının ıslah programlarında yararlı olabilmeleri için toplanmaları, korunmaları ve agronomik özellikler bakımından karakterize edilmeleri gerekmektedir. Özellikleri belirlenmemiş gen kaynaklarından yararlanmak, pratik olarak mümkün olmamaktadır. Örneğin, buğday gen kaynaklarında toplam

31 2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Nazife ERDEM genotip bulunmaktadır (FAO, 1996). Buğday ıslahçılarının her birinin kendi program amaçları doğrultusunda bu koleksiyondaki bütün genotipleri tarayabilmeleri, ne akılcı ne de mümkündür. Bu nedenle çileklerde gen kaynağı oluşturacak genotiplerin toplanmaları son 30 yılda 20 den fazla araştırıcı tarafından, Kuzey ve Güney Amerika ya düzenlenen gezilerle yapılmıştır (Luby ve ark., 1991). Fragaria chiloensis ve F. virginiana türlerinden 2000 den fazla genotip, Oregon eyaletindeki Corvallis şehrinde bulunan Ulusal Klonal Gen Kaynakları Merkezi nde korunmaktadır (Hummer, 1991). Hancock ve ark. (2003 ve 2004a) gen kaynaklarındaki genotipleri, toplandıkları bölgeler ve alttür sınıflandırmalarına göre değerlendirerek, aralarından seçtikleri 380 genotipten oluşan bir dünya koleksiyonu oluşturmuştur. Dünya koleksiyonu diğer kültür çeşitlerinde bulunan çekirdek koleksiyonlara karşılık olarak düşünülebilir. Dünya koleksiyonunun içinde barındırdığı genetik çeşitlilik, 14 agronomik (Hancock ve ark., 2003) ve 14 taksonomik (Hancock ve ark., 2004a) özellik bakımından değerlendirilmiştir. Gen kaynaklarının daha etkin kullanılabilmeleri için, bir çok kültür bitkisinde çekirdek koleksiyonlar geliştirilmiştir (Hammer, 2003). Çekirdek koleksiyonlar, ana koleksiyondaki birey sayısının ~ %10-15 i ile oluşturulmakta ve ana koleksiyonların içlerinde barındırdıkları genetik çeşitliliğin ~ %80-85 ini temsil etmektedirler (Brown, 1989). Çekirdek koleksiyonlar sayıca çok daha az birey içerdiklerinden agronomik özelliklerinin karakterizasyonları yapılabilmekte, tarama çalışmalarında sıklıkla kullanılabilmekte ve önemli genotipler ıslahçıların kullanımlarına sunulabilmektedir. Bu nedenle çilek gen kaynaklarının daha etkili bir şekilde değerlendirilebilmeleri için, dünya koleksiyonu içinden 38 genotipten oluşan bir süper-çekirdek koleksiyonu oluşturulmuştur (Hancock ve ark., 2001b). Süperçekirdek genotiplerinin dünya koleksiyonunda bulunan genetik çeşitliliğin yüzde kaçını temsil ettiği ve çoklu-değişken analizleri sonucunda, süper-çekirdek içindeki bazı genotiplerin değiştirilmesi yoluyla genetik çeşitliliğin artırılabilme olasılıkları halen araştırılmaktadır (Serçe ve Hancock, 2007). Çileklerde gen kaynaklarının agronomik özellikler bakımından karakterize edilmeleri, güncel süper-çekirdek koleksiyonun bahçe bitkileri özellikleri bakımından yoğun bir şekilde incelenmesiyle yapılmaktadır. Hancock ve ark. 18