Nitrogen metabolism and accumulation in Spinach (Spinacia oleracea L.) under variant irradiance and temperatures

Abstract

ISPANAK'TA (Spinacia oleracea L.) DEĞİŞKEN IŞINMA VE SICAKLIKLAR ALTINDA AZOT METABOLİZMASI VE BİRİKİMİAbdul-Quddus Bayuko ABUBAKARErciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri EnstitüsüDoktora Tezi, Kasım 2022Danışman: Dr. Öğr. Üyesi Abdullah ULAŞÖZETİklim değişikliği, kentleşme, toprak kirliliği ve sürekli artan nüfus tehdidi ile tüm yıl boyunca taze ürün talebindeki artış, kapalı ortamlarda mahsul ekimine yol açmıştır. Ancak, ideal çevre koşulları sağlanmadığında kontrollü ortamlarda üretilen mahsullerin besin değeri ve kalitesi tehlikeye girebilir. Bu çalışma, farklı sıcaklık ve ışık kombinasyonlarının ıspanakta nitrojeni, özellikle nitrat birikimini ve metabolizmasını nasıl etkilediğini araştırmayı amaçlamıştır. Ispanak bitkileri, optimum ışık ve optimum sıcaklık (OLOT), düşük ışık ve optimum sıcaklık (LLOT), optimum ışık ve düşük sıcaklık (OLLT), düşük ışık ve düşük sıcaklık (LLLT) koşullarında büyütülmüş ve iki azot (N) dozu ile muamele edilmiştir. (düşük-N 0.3mM, yüksek-N 3mM). Sonuçlar, çeşitli ışık-sıcaklık kombinasyonlarına ve N uygulamalarına tepkilerinde ıspanak çeşitleri arasında önemli farklılıklar olduğunu göstermiştir. Çeşitli koşullar altında yetiştirilen ıspanak bitkilerinin ortalama biyokütle üretimi ve toplam N alımı, çeşit ve N dozundan bağımsız olarak azalan sırada OLOT > LLOT > OLLT > LLLT'de daha yüksekti. Nitrat içeriği, çeşit ve sıcaklıktan bağımsız olarak düşük ışık koşullarında yetiştirilen bitkilerde ortalama olarak daha yüksekti. Bulgular, düşük ışık yoğunluklarında ıspanak yetiştirmenin, sıcaklıklar yüksek tutulsa bile daha yüksek miktarlarda nitrat birikmesine neden olduğunu gösteriyor. Bulgular ayrıca düşük sıcaklıkların büyümeyi geciktirdiğini, ancak ışık yoğunluğunun optimum olması koşuluyla nitrat birikimi üzerinde daha az etkiye sahip olduğunu ortaya koydu. Kontrollü ortamlarda ıspanak üretimi için ideal ışık-sıcaklık kombinasyonlarını belirlemek için daha fazla araştırma yapılması önerilir.Anahtar Kelimeler: Çevresel stres, Işık yoğunluğu, Sıcaklık, Nitrat birikimi, Spinacia oleracea, su kültürü

NITROGEN METABOLISM AND ACCUMULATION IN SPINACH (Spinacia oleracea L.) UNDER VARIANT IRRADIANCE AND TEMPERATURESAbdul-Quddus Bayuko ABUBAKARErciyes University, Graduate School of Natural and Applied SciencesPhD Thesis, November 2022Supervisor: Dr. Abdullah ULAŞABSTRACTThe eminent threat of climate change, urbanisation, land pollution, the ever-increasing population, and the resultant rise in demand for fresh crop produce all year round has led to crop cultivation in enclosed environments. However, the nutritional value and quality of the crops produced under controlled environments could be compromised if the ideal environmental conditions are not provided. This study aimed to investigate how different light-temperature combinations influence nitrogen, especially nitrate accumulation and metabolism in spinach. Spinach plants were grown under optimum light and optimum temperature (OLOT), low light and optimum temperature (LLOT), optimum light and low temperature (OLLT), low light and low temperature (LLLT) conditions and treated with two nitrogen (N) doses (low-N 0.3mM, high-N 3mM). Results showed that significant differences existed among spinach varieties in their response to the various light-temperature combinations and N treatments. The average biomass production and total N uptake of spinach plants grown under the various conditions were higher in OLOT > LLOT > OLLT > LLLT in descending order, irrespective of variety and N dose. Nitrate content was averagely higher in plants grown under low light conditions regardless of variety and temperature. The findings indicate that growing spinach under low light intensities results in the accumulation of higher amounts of nitrates even if temperatures are kept high. The findings also revealed that low temperatures cause retarded growth but have less effect on nitrate accumulation provided light intensity is optimum. Further research is recommended to identify the ideal light-temperature combinations for spinach production in controlled environments.Keywords: Environmental stress, Light intensity, Temperature, Nitrate accumulation, Spinacia oleracea, Hydroponics