Anatomical and Histological Development of Graft Union in Hazelnut (Corylus avellana L.)

Abstract

Objective: This study was carried out to investigate the anatomical and histological development of the graft union in chip budding and whip grafting techniques in Tombul hazelnut (Corylus avellana L.) cultivar. Materials and Methods: One-year suckers (Corylus avellana L.) of Tombul ocaks were used as rootstock and scion material. Chip-budding and whip grafting were applied on one-year suckers. The grafted plants were kept for 28 days at 26-28 °C and 70-80% relative humidity conditions. The cross and longitudinal sections with a thickness of 12-20 microns taken from the graft union by a rotary microtome at various times after grafting were investigated microscopically. In the investigations, the condition of the callus tissues formed by the rootstock and the scion, the condition of the necrotic layers at the graft union, the union of the rootstock and the scion, the development of cambial differentiation and new vascular tissues, and establishment of the cambial continuity between the rootstock and the scion were evaluated. Results: It was observed that callus proliferation from rootstock and scion occurred slowly in the early stages of the union in two grafting techniques. In some grafting samples, callus proliferation was weak and insufficient in the early stages. The first cambial differentiations in callus tissues were observed in sections 18 days after grafting in two grafting techniques. Cambial continuity between rootstock and scion was established 26 days after grafting in chip budding and 26-32 days after grafting in whip grafting. In the sections taken 52 days after grafting and in the following periods, it was observed that the graft partners were in vascular relationship in the grafts. The new vascular tissues at the graft union developed more rapidly in whip grafting than in chip budding. Conclusion: The formation of the graft union was successful in the grafting techniques with all its stages. It has been evaluated that the amount of callus tissue proliferated in the early period after grafting directs the subsequent development of the union. For this reason, it is thought that it would be beneficial to develop practices and methods that encourage callus proliferation in the early stages of hazelnut grafting studies. Anatomical and histological examinations in whip grafting revealed that rootstock and scion thickness very close to each other and well matching of the graft partners from cambial zones positively affect the development of the graft union.

Keywords

• Hazelnut
• Graft Union
• Chip Budding
• Whip Grafting

Fındıkta (Corylus avellana L.) Aşı Kaynaşmasının Anatomik ve Histolojik Gelişimi

Öz

Amaç: Bu çalışma Tombul (Corylus avellana L.) fındık çeşidinde yongalı göz ve dilcikli aşılama tekniklerinde aşı kaynaşmasının zamana bağlı olarak gelişimini anatomik ve histolojik yönden incelemek amacıyla yürütülmüştür. Materyal ve Yöntem: Anaç ve kalem materyali olarak Tombul fındık ocaklarından alınan bir yıllık dip sürgünleri kullanılmıştır. Aralık ayının ilk haftasında yongalı göz ve dilcikli aşılar elle yapıldıktan sonra 26-28 C° sıcaklık ve % 70-80 nisbi nem koşullarında 28 gün süreyle bekletilmiştir. Aşılamadan sonra çeşitli dönemlerde aşı yerlerinden rotary mikrotomla 12-20 mikron kalınlığında enine ve boyuna kesitler alınarak mikroskop altında incelenmiştir. İncelemelerde aşı yerlerinde anaç ve kalem tarafından teşekkül eden kallus dokularının durumu, aşı elemanları arasında oluşan nekrotik tabakaların durumu, anaç ile kalemin kaynaşma durumu, kambiyal farklılaşmanın ve yeni vasküler dokuların meydana gelişi ile anaçla kalem arasındaki kambiyal devamlılığının tesisi değerlendirilmiştir. Araştırma Bulguları: Aşı tekniklerinde anaç ve kalemden kallus oluşumunun kaynaşmanın erken dönemlerinde yavaş gerçekleştiği gözlenmiştir. Bazı aşı örneklerinde aşılama sonrası erken dönemlerde kallus oluşumu zayıf ve yetersiz bulunmuştur. Kallus dokularında ilk kambiyal farklılaşmalara her iki aşı tekniğinde aşılamadan 18 gün sonraki kesitlerde rastlanmıştır. Anaç ile kalem arasında kambiyal devamlılık yongalı göz aşılarında aşılamadan 26 gün ve dilcikli aşılarda 26-32 gün sonra tesis edilmiştir. Aşılamadan 52 gün sonra ve ilerleyen dönemlerde alınan kesitlerde iki aşı tekniğinde de aşı elemanlarının vasküler ilişki içerisinde oldukları gözlenmiştir. Aşı yerlerinde yeni iletim dokularının dilcikli aşılarda yongalı göz aşılarına nazaran daha hızlı meydana geldiği görülmüştür. Sonuç: Aşı kaynaşmasının gelişimi iki aşı tekniğinde tüm safhalarıyla başarıyla gerçekleşmiştir. Aşılama sonrası erken dönemde oluşan kallus dokusu miktarının kaynaşmanın sonraki gelişimine yön verdiği belirlenmiştir. Bu nedenle, fındık aşılama çalışmalarında erken dönemlerde kallus oluşumunu teşvik edici uygulamaların ve metotların geliştirilmesinin faydalı olacağı değerlendirilmiştir. Anatomik ve histolojik gözlemler, dilcikli aşılarda anaç ve kalem kalınlığının birbirine çok yakın seçilmesinin ve aşı elemanlarının kambiyal bölgelerden iyi çakışmasının kaynaşmanın seyrini olumlu etkilediğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Fındık
• Aşı Kaynaşması
• Yongalı Göz Aşısı
• Dilcikli Aşı

References

1. Acı, F., & Beyhan, N. (2018). Propagation of Hazelnut by Mound Layering. International Journal of Agriculture and Wildlife Science, 4(1), 1-12. doi: 10.24180/ijaws.365185
2. Adhikari, P.B., Xu, Q., & Notaguchi, M. (2022). Compatible graft establishment in fruit trees and its potential markers. Agronomy, 12, 1981. https://doi.org/10.3390/agronomy12081981
3. Aloni, B., Cohen, R., Karni, L., Aktas, H., & Edelstein, M. (2010). Hormonal signaling in rootstock-scion interactions. Scientia Horticulturae, 127, 119–126. https://doi.org/10.1016/j. scienta.2010.09.003
4. Amsbury, S. (2022). Making a connection: cell–cell communication at the graft interface. Plant Physiology, 188, 19–21. https://doi.org/10.1093/plphys/kiab516
5. Asante, A.K., & Barnett, J. R. (1997). Graft union formation in mango (Mangifera indica L.). Journal of Horticultural Science, 72, 781-90. https://doi.org/10.1080/14620316.1997.11515571
6. Balta, F., Karadeniz, T., Tekintaş, F.E., & Şen, S.M. (1993). Investigations on anatomical and histological development of the graft formation ın chestnut (Castanea sativa). Proceedings of 1st Int. Congress on chestnut, p.231-234, October 20-23, Spoleto, Italy.
7. Balta, F., Kazankaya, A., & Tekintaş, F. E. (1996a). Kontrollu aşılama koşullarında bekletilen omega ceviz aşılarında aktarma öncesi anatomik ve histolojik gözlemler. Fındık ve Diğer Sert Kabuklu Meyveler Sempozyumu Bildirileri, Ondokuzmayıs Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, 10-11 Ocak, Samsun. s.344-352.
8. Balta, F., Cangi, R., Doğan, A., & Karadeniz, T. (1996b). Rupestris Du Lot anacına aşılı iskenderiye misketi üzüm çeşidinde aşı kaynaşmasının gelişimi üzerine anatomik ve histolojik incelemeler. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 6(2), 201-208.

9. Bijelić, S., Magazin, N., Džankić, S., Janković, D., Bogdanović, B., & Jaćimović, G. (2021). Advances in nursery production of hazelnut plants in Serbia − Successful grafting of different Corylus avellana L. cultivars and clones onto Corylus colurna L. rootstock. Frontiers in Plant Science, 12, 785015. https://doi: 10.3389/fpls.2021.785015
10. Cangi, R., Balta, F., & Doğan, A. (2000). Aşılı asma fidanı üretiminde kullanılan katlama ortamlarının fidan randıman ve kalitesi üzerine etkilerinin anatomik ve histolojik olarak incelenmesi. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 24, 393-398.
11. Demirsoy, H., & Bilgener, Ş. (2006). Bazı uyuşur ve uyuşmaz şeftali/erik aşı kombinasyonlarında aşı yerinin anatomik olarak incelenmesi. Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, 21(1), 89-94.
12. Dolgun, O., Tekintaş, F. E., & Ertan, E. (2008). A histological investigation on graft formation of some nectarine cultivars grafted on pixy rootstock. World J. Agricultural Sciences, 4 (5), 565-568.
13. Ercişli, S. & Read, P.E. (2001). Propagation of hazelnut by softwood and semi-hardwood cuttings under nebraska conditions. Acta Horticulturae, 556, 275-279. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2001.556.40
14. Farsi, M., Fatahimoghadam, M. R., Zamani, Z., Hassani, D., & Ahmadi, A. (2016). The histology of minigrafting of Persian walnut trees cv. chandler. International Journal of Horticultural Science and Technology, 3(2), 167-177. https://doi: 10.22059/ijhst.2016.62916
15. Figen, F., Serdar, Ü., & Akyüz, B. (2021). Palaz fındık çeşidinde dip sürgünü temizleme sıklığının verim ve kalite üzerine etkisi. Akademik Ziraat Dergisi, 10(2), 219-226. doi: 10.29278/azd.859254
16. Goldschmidt, E.E. (2014). Plant grafting: new mechanisms, evolutionary implications. Frontiers in Plant Science, 5, 727. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00727
17. Habibi, F., Liu, T., Folta, K., & Sarkhosh, A. (2022). Physiological, biochemical, and molecular aspects of grafting in fruit trees. Horticulture Research, 9, uhac032. https://doi.org/10.1093/hr/uhac032
18. Hartmann, H.T. & Kester, D.E. (1974). (Çevirenler: Kaska, N. & Yılmaz, M.) Bahçe Bitkileri Yetiştirme Tekniği. Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi, Yayın No: 79, Adana.
19. İslam, A. (2018). Hazelnut culture in Turkey. Akademik Ziraat Dergisi 7(2), 259-266. doi: http://dx.doi.org/10.29278/azd.476665
20. İslam, A. (2019). Fındık ıslahında gelişmeler. Akademik Ziraat Dergisi, 8, 167-174. doi: 10.29278/azd.667662
21. Kalkışım, Ö., & Tekintaş F.E. (2011). Kızılcıkta (Cornus mas L.) aşı kaynaşması ile çelik köklenmesinin anatomik ve histolojik olarak incelenmesi üzerine bir araştırma. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 1(2), 106-122.
22. Kaplan, N., İslam, A. & Ekbiç, H. B. (2020). Çakıldak fındık çeşidinin in vitro sürgün ucu kültürü ile çoğaltılması. Akademik Ziraat Dergisi, 9(2), 193-200. doi: 10.29278/azd.815521
23. Koyuncu, F., Kaçal, E., & Yıldırım, A.N. (2007). Red globe şeftali ve fantasia nektarin çeşitleri ile St. Julien A anacının uyuşma durumlarının belirlenmesi. Türkiye V. Ulusal Bahçe Bitkileri Kongresi, 4-7 Eylül 2007, Erzurum, s: 4-7.
24. Kurotani, K.I., & Notaguchi, M. (2021). Cell-to-cell connection in plant grafting-molecular insights into symplasmic reconstruction. Plant and Cell Physiology, 62(9), 1362-1371. http://dx.doi.org/10.1093/pcp/pcab109
25. Kurt, H., & Tekintaş, F.E. (2020). Fıstık çamında (Pinus pinea L.) aşı kaynaşması ve çelik köklenmesinin anatomik ve histolojik olarak incelenmesi. Euroasia Journal of Mathematics, Engineering, Natural & Medical Sciences, 7(13), 135-148. https://doi.org/10.38065/euroasiaorg.422
26. Lagerstedt, H. B. (1981). A new device for hot-callusing graft unions fruit and nut trees. Hortscience, 16(4), 529-530. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.16.4.529
27. Lagerstedt, H.B. (1984). Hot-callusing pipe speeds up grafting. American Nurseryman, 160, 113-117.
28. Mahunu, G. K., Adjei, P.Y., & Asante, A. K. (2012). Anatomical studies on graft formation in cashew (Anacardium occidentale L.). Agriculture and Biology Journal of North America, 3(4), 150-153. http://doi:10.5251/abjna.2012.3.4.150.153
29. Moore, R. (1981). Graft compatibility and incompatibility in higher plants. Developmental & Comparative Immunology, 5(3), 377-389. https://doi.org/10.1016/S0145-305X(81)80051-1
30. Moore, R. (1984). A model for graft compatibility‐incompatibility in higher plants. American Journal of Botany, 71(5), 752-758. https://doi.org/10.1002/j.1537-2197.1984.tb14182.x
31. Melnyk, C. W. (2016). Plant grafting: insights into tissue regeneration. Regeneration, 4(1), 3-14. https://doi.org/10.1002/reg2.71
32. Melnyk, C. W., & Meyerowitz, E. M. (2015). Plant grafting. Current Biology, 25(5), 183–188. https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.01.029
33. Nas, M.N., & Read, P.E. (2004). Improved rooting and acclimatization of micropropagated hazelnut shoots. HortScience, 39(7), 1688-1690. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.39.7.1688
34. Okay, Y., & Büyükkartal, N. (2001). Antepfıstığında (Pistacia vera L.) farklı aşı yöntemlerinin anatomik yönden karşılaştırılması. The Herb Journal of Systematic Botany, 8(1), 73-82.
35. Özdemir, B., Yılmaz, A., Büyükkartal, H. N., & Okay, Y. (2019). Anatomical analysis of graft compatibility in some almond scion-rootstock combination. Journal of Agricultural Sciences, 25(1), 29-37. https://doi.org/10.15832/ankutbd.538985
36. Pina, A., Errea, P., & Martens, H.J. (2012). Graft union formation and cell-to-cell communication via plasmodesmata in compatible and incompatible stem unions of Prunus spp. Scientia Horticulturae, 143, 144-150. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2012.06.017
37. Polat, A. A., & Kaşka, N. (1992). Yeni Dünyalarda (Eriobatrya japonica L.) T, yama ve yongalı aşıların anatomik ve histolojik olarak incelenmesi. Doğa Türk Tarım ve Ormancılık Dergisi, 16(3), 529-541.
38. Polat, M., Dolgun, O., Yıldırım, A., Aşkın, M. A., & Gökbayrak, Z. (2010). Graft union formation of spur apple varieties grafted on different rootstocks. Journal of Food, Agriculture & Environment, 8(2), 490-493.
39. Seferoğlu, G., Tekintaş, F. E., & Özyiğit, S. (2004). Determination of grafting union success in 0900 Ziraat and Starks Gold Cherry cultivars on Gisela 5 ve SL 64 rootstocks. Pakistan Journal of Botany, 36(4), 811-816.
40. Serdar, Ü., Köse, B., & Yılmaz, F. (2005). The structure of graft unions in European chestnut using different grafting methods. HortScience, 40(5), 1474–1477. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.40.5.1474
41. Şenyurt, M. (2017). Corylus colurna L. anacına bazı fındık çeşitlerinin aşılanabilirliğinin incelenmesi (Doktora Tezi). Abant İzzet Baysal Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bolu.
42. Tekintaş, F.E. (1988). Cevizlerde (Juglans regia L.) aşı kaynaşması ve aşı ile ilgili sorunlar üzerinde araştırmalar (Doktora Tezi). Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bornova, İzmir.
43. Tekintaş, F.E. (1991). Farklı anaçlar üzerine aşılanan turunçgil ve çeşitlerinde kaynaşmanın anatomik ve histolojik olarak incelenmesi üzerine araştırmalar. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 112, 68-81.
44. Ünal, A. & Özçağıran, R. (1986). Göz aşısında aşı kaynaşmasının meydana gelişi üzerine bir araştırma. Doğa Türk Tarım ve Ormancılık Dergisi, 10(3), 339-407.
45. Watanabe, S., & Nakazatomi, N. (1990). Formation of the graft union in apple T-budding. Bulletin of the Yamagata University Agricultural Science, 2(1), 149-153.