Acc deaminaze içeren bitki büyümesini teşvik edici bakteriler tarafından su stresinin azaltılması ve şeker pancarı (Beta vulgaris L.) gelişmesinın artırılması

Abstract

Bu araştırmanın amacı, aminosiklopropan karboksilat (ACC) deaminaze içeren, azot fikseri ve fosfat çözücü bitki gelişimini teşvik edici bakterilerin şeker pancarı verim ve kalitesiyle, pentoz fosfat yolu ve antioksidan enzimleri üzerine aşırı su ve su kısıtı koşullarında etkisinin test edilmesidir. Saksı denemeleri beş sulama rejimi, on bir uygulama ve beş tekerrürlü olacak şekilde iki faktörlü tesadüf parselleri deneme desenine göre düzenlenmiştir. Her iki deneme setinde de toplam 11 uygulama; (1) Kontrol (bakteri aşılaması ve mineral gübre uygulanmamış, (2) NP gübrelemesi (55 mg N + 40 mg P/kg toprak), (3) Rhodococcus erythropolis T9, (4) Pseudomonas fluorescens T26, (5) Paenibacillus polymyxa R2/2, (6) Bacillus subtilis R3/3, (7) Variovorax paradoxus R2/1, (8) Pseudomonas putida B3/10, (9) Pseudomonas fluorescens PF8/6, (10) Bacillus subtilis BS6/3 ve (11) Bacillus megaterium A21/3 ve tarla kapasitesine göre belirlenen beş sulama rejimi (Tarla kapasitesinin %150, %100, %75, %50 ve %25) eşit miktarda toprakla doldurulmuş saksılara tesadüfi olarak dağıtılmıştır. İki saksı denemesi optimum sulama (tarla kapasitesinin %100 sulama), aşırı sulama (%150), orta şiddette sulama (%75 ve %50) ve şiddetli kuraklık stresi (%25) altında şeker pancarında yürütülmüştür. Şeker pancarı ekimini takiben tüm saksılara eşit oranda çıkış suyu uygulanmış, ekimden itibaren 3 hafta süresince bitkilerin yeterince yerleşmesi için tüm saksılar tarla kapasitesinin % 60-70'i oranında sulanmıştır. Araştırmanın sonunda bitkiler hasat edilerek, yaş ve kuru yaprak ağırlığı (yaprak ayası, yaprak sapı ve taç kısmı dahil), yanal ve depo kök ve toplam biomas ağırlıkları belirlenmiş, kuru ağırlık için bitki materyali 80 °C'de 48 saat kurutulmuştur. Makro (N, P, K, Ca ve Mg) ve mikro (Fe, Mn, Zn, Na ve Cu) element içeriği, klorofil içeriği ve dört enzim aktivitesi (glukoz 6-fosfat dehidrogenaz, 6-fosfoglukonat dehidrogenaz, glutatyon redüktaz ve Glutatyon S-transferaz) şeker pancarı yapraklarında belirlenmiştir. Özet olarak erken gelişme dönemlerinde geçici bir su stresi ortaya çıktığında şeker pancarı depo-kök ve şeker verimini önemli oranda azalttığı söylenebilir. Su noksanlığı durumunda klorofil içeriği ve fotosentez oranı azalmaktadır, ancak aşırı suyun da şeker pancarı üzerine zararlı etkileri bulunmaktadır. Sulama düzeylerine bağlı olarak değişmekle birlikte, genel olarak optimum, aşırı su ve kısıtlı su koşullarında; iki deneme sonuçlarına göre, özellikle azot fikseri, fosfat çözücü ve ACC deaminaze aktivitesine sahip P. putida B3/10, B. subtilis BS 6/3, B. subtilis R3/3, P. fluorescens T26, V. paradoxus R2/1 ve B. megaterium A21/3 izolatları aşılaması şeker pancarında enzim aktivitesi, yan kök, depo kök ve yaprak verimi dahil gelişmeyi teşvik etmiştir. ACC deaminaze içeren bakteri ile aşılama, su stresinin şeker pancarı gelişme, verim ve kalitesi üzerine etkilerini kısmen ortadan kaldırmıştır. Ayrıca PGPR aşılaması ile şeker pancarı yapraklarının makro ve mikro element içeriği artmış ve enzim aktivitesi değişmiştir. Araştırmada test edilen etkin bakterilerin bitki gelişmesi için kimyasal gübre gereksinimini ve su stresin olumsuz etkisini azaltabildiği, sürdürülebilir ve organik şeker pancarı üretiminde biyolojik gübre olarak kullanılabilecek potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir.

The aim of the study was to evaluate the effect of 1-aminocyclopropane -1-carboxylate (ACC) deaminase-containing, N2-fixing, and P-solubilizing plant growth promoting bacteria on the yield and quality of sugar beet (Beta vulgaris L.), and the activities of the antioxidant and pentose phosphate oxidative cycle enzymes under waterlogging and water deprivation, in the leaves of sugar beet. The pots experiments were arranged as a completely randomized two-factor design five water regimes, eleven treatments and five replications. A total of 11 applications at both the trial set; (1) control (without bacteria inoculation and mineral fertilizers), (2) NP-fertilizers (55 mg of N + 40 mg P/kg soil), (3) Rhodococcus erythropolis T9, (4) Pseudomonas fluorescens T26, (5) Paenibacillus polymyxa R2/2, (6) Bacillus subtilis R3/3, (7) Variovorax paradoxus R2/1, (8) Pseudomonas putida B3/10, (9) Pseudomonas fluorescens PF8/6, (10) Bacillus subtilis BS6/3 and (11) Bacillus megaterium A21/3, and five water regimes is determined by the field capacity (150%, 100%, 75%, 50%, and 25% of water-holding capacity), randomly distributed into pots filled with equal amounts of soil. Two pot experiments were conducted with on sugar beet well supplied with water (100% water-holding capacity), under waterlogging (150% of the maximum water-holding capacity), under continuous moderate (75% and 50%) and severe drought stress (25%). After sowing, the soil was irrigated with distilled water to keep 60-70% of the maximum water-holding capacity. At the end of the studies each plant was harvested, the fresh and dry weight of leaves (including leaf blades, petioles and crowns, the uppermost part of the taproot where leaves emerge), fibrous roots, storage roots, and total biomass were determined. For dry weight determination the plant material was oven-dried at 80°C for 48 h. The macronutrient (N, P, K, Ca and Mg) and micronutrient (Fe, Mn, Zn, Cu and Na) contents, chlorophyll content, and the activities of four enzymes (glucose-6-phosphate dehydrogenase, 6-phosphogluconate dehydrogenase, glutathione reductase, and glutathione S-transferase) were determined in the leaves of sugar beet. In summary, it may be concluded that even a transient water stress, when it occurs in the early growth stages, may drastically reduce the tap root and sucrose yield in sugar beet. Chlorophyll content and photosynthetic rates may also be reduced in plants water deficiency. On the other hand, excess water can also have a detrimental effect on sugar beet. Varies depending on the level of irrigation in general, the optimum irrigation, waterlogging and water deficit conditions, two pot experiments results show that especially inoculation with N2-fixing, P-solobilizing, and ACCD-containing bacterial strain P. putida B3/10, B. subtilis BS 6/3, B. subtilis R3/3, P. fluorescens T26, V. paradoxus R2/1 and B. megaterium A21/3 stimulated overall plant growth, including enzyme activity, fibrous roots, storage roots development and leaf yield of sugar beet. The inoculation with ACC deaminase-containing bacteria partially eliminated the effects of water stress on growth, yield and quality of sugar beet. In addition, with PGPR inoculation, macro-and micro-nutrient concentrations of sugar beet leaves increased, enzyme activity also changed. The effective bacterial strain tested in this study improved for enhanced plant growth promotion will enable reductions in inputs of chemical fertiliser and negative effect of water stress, had a potential to be used as a bio-fertilizer in sustainable and organic sugar beet production.