Biyo-Gübrelerin Potansiyeli

Nitrojen sabitleme, fosfat çözme veya selülolitik mikroorganizma türleri; bu tür mikroorganizmaların sayısını artırmak ve bu mikrobiyal süreçleri hızlandırmak amacıyla fidanların tohumlarına, toprağına ve köklerine uygulama için kullanılmaktadır. Biyo gübrelerin potansiyel kullanımları ile ilgili bu işlemlerin sağladığı pek çok avantajlar vardır ve bilinçli olarak uygulanmasını verimi artırır. Bu yazıda biyo gübrelerin potansiyeli ve bitkilerde abiyotik stresi hafifletmede ki rolü hakkında bilgiler yer almaktadır.

Rizobiyum

Sadece baklagillerle 50–100 kg/ha azot bağlayabilirler. Baklagiller ile rizobiyum arasındaki simbiyotik ilişki, mahsul üretim sistemi için çok önemlidir. Nohut, kırmızı nohut, bezelye, mercimek, siyah nohut, soya fasulyesi ve yerfıstığı gibi yağlı tohumlu baklagiller, İskenderiye üçgülü (berseem) ve yonca gibi baklagiller yem bitkileri için yararlı olduğu kanıtlanmıştır. N, mahsulün N ihtiyacının % 80-90’ını karşılayabilen 40-200 kg/ha’da sabitlendiğinden, uygun tür mahsul verimini % 10-35’e kadar artırabilir.

Azotobakter

Bu organizmanın varlığı, pirinç, mısır, şeker kamışı, bajra bitkisi (inci darısı), sebzeler ve plantasyon bitkileri gibi çeşitli mahsul bitkilerinin rizosferinden bildirilmiştir. Optimum koşullar altında N’yi 25 kg/ha’ya kadar sabitleyebilir ve verimi % 40-50’ye kadar artırabilir. Azotobakter’in, kök patojenleri ile antagonistik ilişki gösteren biyokimyasal süreç sırasında üretilen B vitaminleri, NAA, GA ve diğer kimyasalların olumlu yanıtı sayesinde tohum çimlenmesini ve ürün büyümesini iyileştirdiği gözlenmiştir.

Azospirillum

Yaklaşık 20–40 kg/ha’lık nitrojen sabitleme yeteneklerinin yanı sıra çeşitli büyüme düzenleyici maddeler ürettikleri de bilinmektedir. Azospirillum bitkileri büyüdükçe 4 birleştirici bir simbiyoz, fotosentez-dikarboksilik yol, malik ve aspartik asit gibi organik asitlerin tuzlarında iyileştirir. Bu nedenle, Azospirillum’a genellikle mısır, şeker kamışı, sorgum, darı vb. C4 bitkileri tavsiye edilir.

Azolla

Azolla, su yosunları ile birlikte pirinç tarlalarında 100-150 kg N/ha/yıl sabitleyebilir. Pirinç ekiminden önce tarlalara ilave edilerek yeşil gübre olarak da dâhil edilebilir. Hindistan’da en yaygın tür A. pinyatadır ve bitkisel yollarla ticari ölçekte çoğaltılabilir. Hindistan yakın zamanda büyük biyokütle üretimi için bazı azolla tanıtmıştır.

Mavi Yeşil Algler (BGA)

Hindistan’da pirinç, çiftçiler tarafından bitki besin sağlayıcısı olarak BGA ve Azolla kullanılarak yetiştirilen temel gıda ürünlerinden biridir. Genel olarak, BGA’nın biyolojik N fiksasyon yoluyla 50-100 kg/ha nitrojen sağlayabildiği bildirilmiştir. Buna ek olarak, su birikintisi koşullarında ekime bitki büyümesini teşvik edici maddeler sağladığı da bilinmektedir.
Tarım sektöründe sürdürülebilirlik için biyo-gübrenin önemini göz önünde bulunduran Hindistan hükümeti, biyo gübre kalitesini ve üretimini 1955 Yasası temel malların 3. Bölümü uyarınca da sağlamıştır. Hükümet bir gübre (kontrol) değişiklik emri (FCO) yayınlamıştır. Bu emrin yürürlüğe girmesinden sonra, dört biyo gübreleme, FCO’ya girmiştir. Yani Rizobiyum, Azotobakter, Azospirillum ve fosfat çözünürleştirici bakteriler. Biyo gübrelerin mahsul üretimi üzerindeki etkisi yavaş olsa da, kimyasal gübre kullanımını azaltırken bitki besin gereksinimlerini karşılamak ve toprak kalitesini sürdürmek için büyük bir potansiyele sahiptirler. Biyo gübrelerin gelişimi son 20 yılda hızlanmıştır ve fosfat çözen bakterilerin (PSB) en yaygın olarak çiftçi toplulukları arasında kullanıldığı bildirilmiştir.

Bitkilerde Abiyotik Stresi Hafifletmede Biyo Gübrelerin Rolü

Tuzluluk

Toprak tuzluluğunun durumu genellikle mahsulün büyümesini engeller. Yüksek tuz konsantrasyonu, ozmotik stres ve Na + ve Cl – iyonlarının birikmesi nedeniyle bitki metabolizması ve büyümesi üzerinde karamsar etkiler yaratır. Tuz stresi, mikrobiyal toplulukların yok edilmesinden ve topraktaki karbon döngüsünden sorumludur. Bazı araştırmacılar tuzdan etkilenmiş topraklarda mahsul büyümesini ve performansını iyileştirmek için çeşitli kimyasal, fiziksel ve biyolojik yöntemler önermiştir. Bunun dışında bitkilerdeki tuzluluk toleransını iyileştirmek için geleneksel ıslah ve genetik mühendisliğini de içeren çeşitli başka gelişmeler de denenmiştir. Bununla birlikte, tuzluluk toleransının karmaşıklığı ve germ plazma girişleri arasındaki hafif genetik değişkenlik olmuştur. Bu nedenle, bu tür şefaatlerin başarı oranı düşüktür. Bu yöntemler arasında, mahsul büyümesini iyileştirmenin biyolojik yolları, şimdiye kadar bazı umut verici sonuçlar belirlemiştir.
Yakın geçmişte yapılan çeşitli araştırmalar, laboratuar çalışmaları ve saha denemelerinde siyano bakterilerin tuzdan etkilenmiş toprağın iyileştirilmesi için etkinliğini önermektedir. Tuzdan etkilenmiş toprakların geri kazanılması ve siyano bakteriler tarafından bitki büyümesinin teşvik edilmesiyle ilgili çeşitli önerilen mekanizmalar vardır. Bu mekanizmalar aşağıdaki gibidir:
• Nitrojen fiksasyonunu
• Hücre dışı polimerik madde üretimi
• Uyumlu çözünenlerin birikmesi
• Bitki büyüme hormonu üretimi
• İyonların K +/Na + kanalları ve Na +/H + yoluyla aktif olarak ihraç edilmesi
• Önerilen antiportörler ve siyano bakteriler kullanarak tuzdan etkilenen toprak ıslahı için savunma enzim üretimi
Pot deneyi altındaki buğday bitkilerinde gösterilen, artan tahıl doldurma hızı, fotosentez, bitki su birikimi ve bayrak yaprağı tuz birikiminin, sikosel ve PGR kaynaklı tuz toleransı için bazı makul mekanizmalar olduğunu öne sürmüşlerdir. Omara ve Tamer yem börülcesinin nodülasyonu ve büyümesi üzerindeki tuz stresi ve aşılama etkisini araştırmışlardır. Bu araştırmadan sonra tuz stresinin zararlı etkilerinin, toleranslı bradyrhizobium SARSRh3 + + Bradyrhizobium SARS ile çift aşılama uygulanarak azaltıldığını bildirmişlerdir. Bakteriyel aşılamanın, özellikle bitki büyümesini destekleyen rizobakterilerin (PGPR) kullanımının, bitki stres toleransını iyileştirmede etkili olduğu kanıtlanmıştır. Sunulan birkaç rapor, PGPR’nin çevresel stres koşulları altında çok çeşitli tarımsal mahsullerin büyümesini başarılı bir şekilde iyileştirdiği iddia edilmiştir. PGPR’nin ayrıca tuz stresi altında bitki büyümesini sürdürmek için çeşitli mekanizmalar kullandığı bilinmektedir.
Rizo bakteri, aşırı üreten reaktif oksijen türlerini (ROS) besleyen ve nihayetinde bitkileri tuzdan koruyan temel enzim aktivitesini tetikler. Yani süperoksit dismutaz (SOD), peroksidaz (POD) ve katalazı (CAT) değiştirerek bitki antioksidan savunma mekanizmasını tetikler. Kamaraj ve Padmavathi bir saha denemesinde, PGPR ile aşılanmış bitkilerin, toprakta tuzluluk stresi koşullarında bitkilerin daha fazla besin almasını kolaylaştıran artan indol-3-asetik asit (IAA) seviyesidir Bu artan asit seviyesi nedeniyle kök yapılarında değişiklikler olduğu da bildirilmiştir. 600 gm/ha’da Rhizobium , fosfat çözünürleştirici bakteriler ve VAM gibi biyo gübrenin üçlü aşılanması ile muamele edilen tohumlar , salin stresi koşulu altında daha yüksek mahsul büyümesi ve tohum verimi parametreleri vermiştir.
Biyo gübre olarak mikroorganizmaların kullanımının da tuzluluğun sebzeler üzerindeki etkisini hafiflettiği bildirilmiştir. PGPR ile domates, biber, fasulye ve marul gibi çeşitli sebzelerin tohumlarının aşılanması, kök ve sürgün büyümesinin artmasına katkıda olduğu bulunmuştur. Ayrıca, kuru ağırlık, meyve ve tohum verimine neden olmuş ve bitkilerin tuz stresine karşı direncini artırmıştır. Mahmood vd. , PGPR ve Si’nin maş fasulyesindeki tuzluluk toleransını sinerjik olarak iyileştirdiğini ortaya çıkarmıştır. Domates, soğan ve marulda tuz stresini iyileştirmek için arbusküler mikoriza (AM) kullanımı da kaydedilmiştir.

Kuraklık

Kuraklık stresi, stres durumunda bitkilerde bir dizi büyüme parametresini ve strese duyarlı genleri etkiler. Yetersiz su miktarı genellikle hücre boyutunu ve zar bütünlüğünü azaltır. Bunun yanında reaktif oksijen türleri yaratmak ve yaprak yaşlanmasını teşvik ederek mahsul verimini düşürür. Bitkilerle ilişkili mikroplar, kuraklığın bitkiler ve toprak üzerindeki zararlı etkileriyle başa çıkmak için çeşitli mekanizmalara sahiptir. Su içeriğinin yanı sıra, bu mikroplar ayrıca besin ve bitkilerin sürdürülebilir büyümesi için uygun çevresel koşullar sağlar. Bu mikropların, bazı çeşitli potansiyel mekanizmalarla bitki büyümesini ve gelişmesini teşvik ettiği bilinmektedir ve bunlar aşağıdaki gibidir:
• IAA, sitokininler ve absisik asit gibi çeşitli fitohormonların sentezi
• Bakteriyel ekzopolisakkaritlerin üretimi
• 1-aminosiklopropan-1-karboksilat (ACC) deaminaz üretimi
• Sistemik toleransı teşvik etmek
PGPR, stres koşullarında bitki büyümesini teşvik eden IAA gibi bitki hormonları üretme yeteneğine sahiptir. IAA, kuraklık stresi altında vasküler doku farklılaşmasını, adventif ve lateral kök farklılaşmasını, hücre bölünmesini ve sürgün gelişimini düzenleyen en güçlü oksindir. Mikroplar tarafından sentezlenen ekzopolisakkaritler ayrıca bazı bitkilerin kuraklığı tolere etmesini sağlar. Mısır mahsulünde aşılanan üç kuraklığa dayanıklı bakteri suşu, yani proteus penneri (Pp1), pseudomonas aeruginosa (Pa2) ve Alcaligenes faecalis (AF3), nispi su içeriği, protein ve şekerin artmasına neden olur. Sandhya vd. ayrıca ekzopolisakkarit üreten bakterilerin kullanımıyla kuraklık stresine karşı geliştirilmiş bitki direncini rapor etmişlerdir. Stres ortamında, ACC, etilenin acil bir öncüsüdür. Bakteriler tarafından üretilen ACC deaminaz, ACC’yi amonyak ve alfa-ketobutirata hidrolize eder.
Vardharajula vd. kuraklık stresi altında mikrobiyal aşılayıcılarla bitkilerde antioksidan aktivitede azalma, prolin, serbest amino asit ve şeker üretiminin arttığını bildirmişlerdir. Belirli bakterilerle konsorsiyumdaki mikorizal aşılamanın, kuraklığın etkisini azaltmak için bitki büyümesini, besin alımını ve nispi su içeriğini iyileştirdiği de kaydedilmiştir. Ortiz vd., pseudomonas putida’nın ilişkisinin ve bacillus thuringiensis sürgün ve kökte prolin birikimi nedeniyle stomal iletkenliği ve elektrolit sızıntısını azaltmıştır. Domates fosfat çözen bakteriler ile muamele edilen kuraklık durumuna direnmek için fazla prolin salgıladığı bildirilmiştir.
ACC deaminaz bakterileri variovorax paradoxus ile aşılanan bezelyenin fizyolojik tepkisini incelenmiştir. Nem stresi ve sulama koşulları altında 5C-2. Bakteriyel etkilerin nem stresi durumunda daha belirgin ve tutarlı olduğu bildirilmiştir. AM fungal inokülasyonu, bitki yaprağındaki malondialdehit ve çözünür protein konsantrasyonunu azaltmış ve SOD, POD ve CAT aktivitelerini artırmıştır. Bu da sonuçta mikoriza turunçgil aşılama fidelerinin gelişmiş ozmotik ayarlamasına ve kuraklık toleransına yol açmıştır. Glomus versiforme’nin aşılanması, ayrıca narenciye bitkilerinde yapısal olmayan karbonhidrat seviyelerinin de artmasının, kuraklık koşullarında bitkinin ozmotik durumunu iyileştirdiği bildirilmiştir. Ruiz-Sanchez vd. , arbusküler mikoriza aşılamasından sonra pirinç bitkisinin kuraklık stresinde fotosentetik verimindeki artışı ve antioksidan tepkisini ortaya çıkarmıştır.
Fosfat çözücü mikroorganizmalar, mısırda bitki büyümesini ve fosfor emilimini olumlu bir şekilde artırmıştır. Bu da kuraklık stres koşullarına bitki toleransının etkinliğini artırmıştır. Pseudomonas spp aşılanması, su stresi altındaki bazal bitkilere antioksidan ve fotosentetik pigment içeriği geliştirmiştir. Bu aşılama ayrıca su stresi altında fide büyümesi ve tohum çimlenmesi üzerinde olumlu etkiye sahip olduğu da bulunmuştur.
Chavoshi vd., fosfor ve potasyum çözen bakteri konsorsiyumunun, sınırlı sulama koşulları altında kırmızı fasulyede biyokütleyi ve önemli fizyolojik özellikleri artırabildiğini bildirmiştir. Li vd. kuraklık stresinde buğday ve salatalık dahil olmak üzere bitki büyümesi üzerine süper emici polimer (SAP) ve biyo gübrelerin sinerjik uygulamasının tepkisini araştırmıştır. SAP ile değiştirilen biyo gübrelerin her ikisi de tohumların çimlenme oranını, bitki büyümesini ve toprak verimliliğini teşvik etmek için kaydedilmiştir. Ayrıca, biyo gübre ve SAP’nin kuraklık stresi koşullarında kantitatif gerçek zamanlı PCR analizi yapılmıştır. Bu analiz bitkilerde etilen biyosentezi, stres tepkisi, salisilik asit ve transkripsiyon aktivasyonunda yer alan genlerin ekspresyon seviyelerini önemli ölçüde düzenlediğini ortaya koymuştur.

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu