Bazı patates (Solanum tuberosum L.) çeşitlerinin verim ve morfolojik özellikleri ile bakteriyel yumuşak çürüklüğü hastalığına karşı duyarlılıklarının belirlenmesi

Abstract

Patates (Solanum tuberosum L.) dünyadaki en önemli tarla bitkilerinden biridir. Pectobacterium patojenlerinin neden olduğu bakteriyel yumuşak çürüklük ve karabacak hastalıkları hem tarlalarda hem de depolarda patatese tehdit eden en tehlikeli hastalıklardandır. Bitki ıslahçıları ve patates çiftçileri, bu hastalıklar nedeniyle üretim ve depolama esnasında % 80'e varan önemli ürün kayıplarıyla pek çok zorluğuyla karşı karşıyadır ve bu da önemli mali kayıplara yol açmaktadır. Hastalığın kimyasal kontrolü gelişmiş ülkelerde bile başarılı olamamış ve bugüne kadar mevcut bir mücadele yöntemi geliştirilmemiştir. Genetik dayanıklılık, patates yumrularının bakteriyel çürüklüğünü kontrol etmenin en iyi yöntemlerinden biridir. Üretilen çeşitlerin duyarlılık farklılığından dolayı, bitki ıslahçıları ve çiftçilerin patates çeşitlerini karakterize ederek aynı zamanda daha dayanıklı çeşitlerin seçim metodu benimsenmiştir. Bu çalışma, Türkiye'de yetiştirilen 15 çeşit patatesin Passion, Alonso, Husar, Malice, Diego, Galata, Aurea, Toronto, Triomphe, Universa, Melody, L-Olympia, Christel, Soleia ve Blondine morfolojik, fenolojik ve verim özelliklerinin karakterize edilmesi, yanı sıra bu çeşitlerin patojen Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum'un neden olduğu karabacak ve yumuşak çürüklük hastalığına karşı tepkilerine değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Test edilen patates çeşitlerinde, çıkış yüzdesi, çıkış süresi, sürgünlerin sayısı, bitki boyu, salkımlar sayısı, çiçekler sayısı, çiçeklenme süresi ve çiçek rengi gibi morfolojik ve fenolojik özellikleri, aynı zamanda yumru verimi, yumru sayısı, yumru ağırlığı, özgül ağırlık, yumru göz sayısı, göz derinliği ve yumru şekli gibi verimlilik özellikleri farklılıklar incelenmiştir. Bazı morfolojik, fenolojik ve verim özellikler arası ilişki P<0.05 düzeyinde önemli gözlemlenmiştir. Sürgün sayısı ve yumru sayısı (r = 0.50), yumru sayısı ve bitki verimi (r = 0.43), sürgün sayısı ve bitki boyu (r = 0.54), bitki boyu ve yumru sayısı (r = 0.44) arasında pozitif korelasyon katsayısı kaydedilmiştir. Bu arada, yumru sayısı ve yumru ağırlığı (r = - 0.80), sürgün sayısı ve yumru ağırlığı (r = - 0.51), çıkış süresi ve yumru verimi (r = - 0.37), yumru verimi ve özgül ağırlık (r = - 0.51) arasında negatif korelasyon katsayısı kaydedilmiştir. Bu sonuçlar, olumlu veya olumsuz, miktar ve kalite açısından patates verimini etkileyen özelliklerin belirlenmesine yardımcı olabilmektedir. Patates çeşitleri, bitkilerdeki karabacak hastalığının şiddetine göre üç gruba ayrılmıştır: dayanıklı çeşitler: Toronto, L-Olympia, Alonso, Christel ve Blondine, orta dayanıklı/duyarlı Husar, Soleia, Diego, Universa, Melody ve Aurea, duyarlı: Passion, Triomphe, Malice ve Galata. Öte yandan, yumru üzerinde yumuşak çürük hastalığının şiddetine göre sadece iki gruba ayrılmıştır: Zayıf dayanıklı çeşitler: L- Olympia, Melody, Husar, Toronto, Universa, Blondine, Christel ve Diego; orta duyarlı/dayanıklı çeşitler: Alonso, Soleia, Aurea, Triomphe, Galata, Passion ve Malice. Test edilen tüm çeşitlerdeki verim özellikleri, farklı düzeylerde karabacak ve yumuşak çürüklüğü hastalıklarından etkilenmiştir. Verim kayıp yüzdesi, kontrol ile karşılaştırıldığında, Diego çeşidinde % 36 ve Husar ve Malice'de % 9 arasında değişmiştir. Test edilen çeşitlerin biyokimyasal profili, peroksidaz enzim aktivitesi ile ilgili olarak hastalıklara karşı farklı tepkiler göstermiştir. Sağlıklı bitkilere (Kontrol) kıyasla test edilen tüm çeşitlerde inokülasyondan beş gün sonra PO aktivitesinin arttığı gözlemlenmiştir. Sonuçlara göre, en yüksek PO seviyesi Alonso'da (dayanıklı bir çeşit), orta PO seviyesi Aurea'da (orta duyarlı-dayanıklı çeşit), ve en düşük PO seviyesi Galata'da (duyarlı bir çeşit) gözlemlenmiştir. Öte yandan, genel olarak toplam fenolik içerik, kontrol bitkilerinde enfekte olmuş bitkilere kıyasla daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca, duyarlı çeşitlerin sadece % 25'inin patojenle inokülasyondan sonra toplam fenolik içeriği % 5'ten fazla artırarak tepki gösterdiği gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, tüm orta dayanaklıktaki çeşitlerin % 50'si ve tüm dirençli çeşitlerin % 60'ı, patojenle inokulasyonden sonra toplam fenolik içeriğin% 5'inden fazla artırarak tepki gösterdiği görülmüştür. Patates çeşitlerinin element içerikleri belirlenmiştir. Sonuçlara göre farklı seviyelerde Ca, K, Na, C, H ve N içeriği görülmüştür. Aynı zamanda, incelenen elementlerin çoğu ile karabacak ve yumuşak çürüklük hastalıklarının şiddetine karşı bir korelasyon katsayısına işaret etmektedir. IPBS (inter-primerbinding sites) retrotranspozon işaret sistemi kullanarak yapılan genetik analiz, incelenen patates çeşitleri arasındaki genetik benzerlik oranlarını göstermiştir. Bu çalışmada, en yüksek benzerlik oranı (0.85) Alonso ve Malice çeşitleri arasında ve en düşük benzerlik oranı (0.55) Aurea ve Blondine çeşitleri arasında olduğunu gözlemlenmiştir. Çalışmalarımız bitki ıslahçılarına ve patates tohumu üreticilerine, bakteriyel karabacak ve yumuşak çürüklüğü hastalıklarına karşı daha dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesi için çalışmamızdaki elde edilen yüksek dayanıklı çeşitlerin kullanılacağı bir ıslah programı tasarlamayı önermektedir. Bu çalışma da, bitkilerde yüksek peroksidaz (PO) enzim aktivitesi içeren patates çeşitleri üretildiğini, PO göz önüne alınıp akreditasyon aşamasına geçilmesi tavsiye etmektedir. Benzer bir bakış açısıyla, bu çalışma bitki ıslahçılarına ve patates tohumu üreticilerine, bakteriyel hastalıklara karşı direnç artırmadaki rolleri nedeniyle, yapraklardaki yüksek kalsiyum, karbon ve hidrojen elementler içeren patates çeşitleri üretmelerini ve patates çeşidi akreditasyonu öncesinde elementleri tahmin etmelerini tavsiye etmektedir.Çalışmamızda, patates çeşitlerinin fizyolojik profili ile bakteriyel yumuşak çürüklüğü ve karabacak hastalıklara karşı tepkileri anlamlı ölçüde ilişkilidir. Bununla birlikte sıra çoğu morfolojik özellik ile bu çeşitlerin genetik profili anlamlı ölçüde ilişkilidir. Bu da çok detaylı genetik araştırmanın, Markör destekli seleksiyon (MAS) tekniğinin kullanılması gibi moleküler bir düzeyde çalışılarak yapılabileceğini tavsiye edilmektedir. Çalışmamızda test ve tespit edilmiş patates çeşitlerinin özellikleri arasında önemli farklılıkları ve korelasyon katsayısını göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışmanın sonuçları ülkemize uygun ve dayanıklı patates çeşitlerine sahip olmak için daha detaylı ve ileri ıslah aktiviteleriyle iyileştirilebilinmesi tesviye ediyoruz.

The potato crop (Solanum tuberosum L.) is one of the essential crops all over the world. Bacterial soft rot and blackleg diseases caused by Pectobacterium pathogens are the most dangerous diseases threatening potato crops in both fields and stores. Both plant breeders and potato farmers face many challenges of significant losses, sometimes up to 80% of tubers, due to these diseases during different stages of production and storing and cooling. This leads to considerable financial losses. Chemical control of the disease has not been successful even in developed countries and it is still not considered a viable option. Genetic resistance is one of the best methods to control bacterial pectolytic of potato tubers. It is an important management strategy that breeders and farmers can easily adopt by characterizing potato varieties and selecting the prime cultivars based on differences in sensitivity.This study therefore aims to characterize morphological, phenological, and productivity traits and evaluate potato cultivars' responses against blackleg and soft rot diseases caused by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum pathogen under greenhouse conditions in Turkey among fifteen common potato cultivars. The tested potato cultivars showed differences in their morphological and phenological traits, such as emergence percentage, emergence duration, stems number, plant height, inflorescences number, number of flowers per inflorescence, flowering duration, and flower color. Tested potato cultivars showed differences in their productivity traits such as plant productivity, tubers number, tuber weight, specific gravity, tuber eyes number, eyes depth, and tuber shape. Many correlation coefficient relationships between several morphological, phenological, and productivity traits were observed among tested cultivars. A significant positive correlation coefficient (P<0.05) was noted between stems numbers and tubers number per plant (r= 0.50), number of tubers per plant and plant productivity (r= 0.43), number of stems per plant and plant height (r= 0.54), plant height and number of tubers per plant (r= 0.44). Meanwhile, a significant negative correlation coefficient was noted between the number of tubers per plant and average tuber weight (r=- 0.80), the number of stems per plant and average of tuber weight (r=- 0.51), duration of emergence and plant productivity (r=- 0.37), plant productivity and specific gravity of tubers (r=- 0.51).These results help determine the traits that affect potato yield in terms of quantity and quality, whether positively or negatively. The tested potato cultivars showed differences in their responses against Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum pathogen. Three groups were observed as a response to blackleg disease; resistant cultivars: Toronto, L-Olympia, Alonso, Christel, and Blondine. Moderate Husar, Soleia, Diego, Universa, Melody, and Aurea. sensitive: Passion, Triomphe, Malice, and Galata. On the other hand, only two groups were found as a response to soft rot disease in the tuber slice; weak resistant cultivars: L-Olympia, Melody, Husar, Toronto, Universa, Blondine, Christel, and Diego. Sensitivity/resistant moderate cultivars: Alonso, Soleia, Aurea, Triomphe, Galata, Passion, and Malice. All potato cultivars' productivity was influenced by Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum diseases in different levels; the productivity missing percentage reached 36% compared with the control in Diego cultivars. Meanwhile, it was only 9 % in Husar and Malice. The biochemical profile of tested cultivars showed different responses against diseases. Peroxidase enzyme (PO) activity five days after inoculation was increased in all tested cultivars compared to healthy plants. The highest PO activity level was in resistant cultivar Alonso, and it was moderate in Aurea as moderate sensitive/resistant cultivar and very low in Galata as a sensitive cultivar. Generally, total phenolic content was increased in all tested cultivars. Only 25 % of sensitive cultivars responded by increasing total phenolic content more than 5 % after inoculation with the pathogen. In contrast, 50 % and 60% of all moderate and resistant cultivars showed increasing more than 5% of total phenolic content, respectively. The elements' content of tested potato cultivars was measured in this study, and the results showed different levels of Ca, K, Na, C, H, and N content. A significant negative correlation coefficient was observed between the leaves' Calcium, Carbon, and hydrogen content and disease severity in both tubers slices YHŞ and shoots SHŞ (P<0.05), respectively. A significant positive correlation coefficient was also found between leaves' potassium content and both YHŞ and SHŞ, respectively, and there was also a significant positive correlation coefficient between leaves' nitrogen content and YHŞ (P<0.05). The genetic analysis using 16 inter-primerbinding sites (IPBS) retrotransposons markers showed the genetic similarity ratios between the studied potato cultivars. The highest similarity ratio was among Alonso and Malice cultivars (0.85). The lowest similarity ratio was 0.55 between Aurea and Blondine cultivars. Based on the findings of this study, it is recommended that plant breeders design an appropriate breeding program between the cultivars studied by choosing the most resistant varieties to obtain varieties that are more resistant to bacterial blackleg and soft rot diseases. The production of potato varieties with high peroxidase enzyme activity in plants and the determining of peroxidase enzyme activity before variety accreditation is also highly recommended. In addition, breeders are recommended to produce potato varieties with high levels of calcium, carbon, and hydrogen elements in their leaves, due to their role in enhancing resistance to bacterial diseases and estimate elements prior to potato variety accreditation. This study also noted that the physiological profile of tested potato cultivars was significantly related to their responses against bacterial soft rot and blackleg. In addition, most morphological characteristics were significantly related to the genetic profile of these cultivars which suggests that deep genetic research can be done by working on a molecular level such as using a marker assistant selection technique.Overall, the results indicate significant differences and correlation coefficient among studied traits of tested potato cultivars, which can be improved by further breeding processes in order to obtain the most suitable and adaptable potato cultivars in Turkey for the future.