Willow tree extracts as novel plant-based biostimulants

Abstract

Tuzluluk, bitki üretimini ve dolayısıyla küresel gıda güvenliğini tehdit eden abiyotik streslerden biridir. Biyostimülantlar, sürdürülebilir tarıma yönelik mevcut zorlukları gidermek için yenilikçi ve ümit verici ajanlar olarak kullanılabilir. Bitkisel olarak da adlandırılan bitki bazlı biyostimulantlar, güvenilir, yenilenebilir ve düşük maliyetleri nedeniyle cazip seçeneklerdir, ancak etki mekanizmaları tam olarak araştırılmamıştır.Söğüt ağacı (Salix spp.) özütleri salisilatlar da dahil birçok biyoaktif bileşik bakımından zengindir. Söğüt kabuğunun özleri, fitohormon olan salisilik aside dönüştürülebilen ve geleneksel tıpta sıkça kullanılan önemli miktarlarda salisin içerir.Bu tez çalışmasında söğüt kabuğu ve yaprak özütlerinin biyostimulant potansiyeli mısırın (Zea mays cv. Caramelo) tuz stresine karşı büyümesi açısından ele alınmıştır. Deneyler iklimlendirme odası koşullarında perlit, toprak ve su çözeltisi ortamlarında yürütülmüştür.Perlit ve toprak deneyleri sonuçları, bir tohum uygulama maddesi olarak söğüt ağacı özütlerinin hem kontrol hem de tuzlu koşullarında mısırın biyokütle üretiminin yanı sıra sürgün ve kök uzunlukları dahil olmak üzere çeşitli büyüme parametrelerini arttırabileceğini göstermektedir. Bu uygulamalar mineral içeriği ve protein konsantrasyonunu arttırıp ve erken dönemde tuzluluğun olumsuz etkilerini azaltmıştır.Su kültürü deneylerinde, özellikle söğüt kabuğu özütünün, kök büyümesini ve gelişimini arttırdığı görülmüştür. Söğüt özütünün gözlemlenen olumlu etkilerinin, içerdikleri zengin biyoaktif bileşiklerden kaynaklandığı düşünülmektedir. Söğüt özütleri, bitkilerin büyüme ve gelişimini arttırmak için kimyasal SA yerine doğal bir SA kaynağı olarak kullanılabilir.Sonuçlar, söğüt doku özütlerinin tuz stresi olan ve olmayan koşullarda mısır performansını arttırmak için biyolojik uyarıcılar olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Özütlerin kompozisyonlarının ve farklı stres koşulları altında başka bitkiler üzerindeki etkilerinin belirlemek için başka araştırmalara ihtiyaç vardır.

Salinity is one of the abiotic stresses threatening crop production and thus global food security. Biostimulants can be used as innovative and promising agents to address current challenges to sustainable agriculture. Plant-based biostimulants, also called botanicals, are attractive options due to their safety, renewability and low cost however, the mechanisms of their action are not fully explored.Willow tree (Salix spp.) extracts are rich in many bioactive compounds including salicylates. Extracts of willow bark contain substantial amounts of salicin, which can be converted into the phytohormone salicylic acid, and have been used in traditional medicine for their anti-inflammatory and analgesic activities. In this thesis study, the potential of willow bark and leaf extracts were evaluated as plant-based biostimulants to improve maize (Zea mays cv. Caramelo) growth in the absence and presence of salinity stress. Experiments were conducted on perlite, soil and solution culture under growth chamber conditions. Perlite and soil experiments results suggest that willow tree extracts as a seed treatment agent could improve the maize seedlings performance and enhance various growth parameters including shoot and root lengths as well as biomass production under both control and saline conditions. Moreover, these extracts enhanced mineral content and protein concentration and reduced the negative effects of salinity in the early period. In hydroponics experiments, especially, willow bark extracts enhanced root growth and development. The observed positive effects of willow extracts is thought to be due to its rich bioactive compounds. As a natural compound, willow extracts has a huge potential to be used as SA sources instead of chemical SA to increase the growth and development of plants.Results suggest that aqueous extracts of willow tissues may be used as biostimulants to improve crop performance although effects may not be salinity specific. Further studies are needed to determine the compositions of extracts and their effects on other crops under different stress conditions.