Comparison of Brassica Vegetables in terms of Root System Architectures

Abstract

Among winter vegetables, Brassica vegetable crops constitute the most important product segment group. The growth and development of these vegetable species are adversely affected due to abiotic stress factors. For this reason, it is of great importance to determine the root system architectures in plants that can effectively use water and nutrients from the soil. In this study, it was aimed to examine in detail the phenotypic root characteristics (total root length (cm), root surface area (cm2), root volume (cm3), root diameter (mm), root tip and fork number) that form the root system architecture of kale, white head cabbage, red head cabbage, cauliflower, Brussels sprout and broccoli by using WinRhizo root imaging systems. As a result of the research, at the end of the 45th day from planting, the total root length of the plants varied between 856-1588 cm. The highest total root surface area were measured as 786 cm2 in leaf cabbage and 727 cm2 in broccoli. When all root parameters were evaluated together in the correlation analysis, it was determined that there was a positive and very significant relationship between root length and root surface area. In addition, it was determined that the root length was positively correlated with both root branching and root intersection, and the relationship levels were significant.

Keywords

• Brassica
• root
• phenotypic diversity
• correlation

Lahanagil Sebze Türlerinin Kök Sistemi Mimarileri Yönünden Karşılaştırılması

Abstract

Kışlık sebzeler içerisinde lahanagil sebze türleri en önemli ürün segment grubunu oluşturmaktadır. Bu sebze türlerinde abiyotik stres faktörleri sonucunda büyüme ve gelişme olumsuz düzeyde etkilenmektedir. Bu nedenle bitkilerde, topraktan suyu ve besin maddelerini etkin bir şekilde kullanabilen kök sistemi mimarilerinin belirlenmesi büyük bir önem taşımaktadır. Bu araştırmada, WinRhizo kök görüntüleme sistemlerinden yararlanılarak yaprak lahana, beyaz baş lahana, kırmızı baş lahana, karnabahar, Brüksel lahanası ve brokoli bitkilerinde kök sistemi mimarisini oluşturan fenotipik kök özelliklerinin (toplam kök uzunluğu (cm), kök yüzey alanı (cm2), kök hacmi (cm3), kök çapı (mm), kök çatallanma ve kesişme sayısı) ayrıntılı olarak incelenmesi amaçlanmıştır. Araştırma sonucunda dikimden itibaren 45. gün sonunda bitkilerde toplam kök uzunluğu, 856-1588 cm arasında değişim göstermiştir. En yüksek toplam kök yüzey alanı değerleri, yaprak lahana ve brokoli çeşitlerinde 786 cm2 ve 727 cm2 olarak ölçülmüştür. Korelasyon analizinde tüm kök parametreleri birlikte değerlendirildiğinde, kök uzunluğu ile kök yüzey alanı arasında pozitif yönde ve çok önemli düzeyde ilişkinin olduğu belirlenmiştir. Ayrıca kök uzunluğunun hem kök dallanması hem de kök kesişimi ile pozitif korelasyon gösterdiği ve ilişki düzeylerinin önemli olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Brassica
• kök
• fenotipik çeşitlilik
• korelasyon

References

1. 1. Balkaya, A., O. Karaağaç, and S. Atasoy, Geçmişten Geleceğe Türkiye'de Lahanagil Sebzelerinin Üretimi, Sorunları ve Çözüm Önerileri, in Farklı Yönleriyle Lahanagiller Üzerine Bilimsel Çalışmalar, F. Yaşar and Ö. Üzal, Editors. 2023, İksad Publishing House. Türkiye. p. 3-36.
2. 2. Ekinci, M., S. Örs and E. Yıldırım, Lahanagil Sebze Türlerinde Sulama ve Su Stresi, in Farklı Yönleriyle Lahanagiller Üzerine Bilimsel Çalışmalar, F. Yaşar and Ö. Üzal, Editors. 2023, İksad Publishing House. Türkiye. p. 181-214.
3. 3. Balkaya, A., “Bahçe Tarımı-II. Ünite 7. Lahana, Karnabahar, Brokoli, Yetiştiriciliği”. II. Basım, 2016. Anadolu Üniversitesi Yayını No:2358. Açık Öğretim Fakültesi Yayını No:1355.
4. 4. Kasım, M.U., and N. Sürmeli. Brüksel lahanası yetiştiriciliği. Atatürk Bahçe Kültürleri Merkez Araştırma Enstitüsü, 2003. Yayın No: 87, Yalova p. 19.
5. 5. Murat Doğru, Ş., and A. Çilingir, A. Balkaya, Brokoli yetiştiriciliği. Tarım Gündem, 2016. 6 (34): p. 20-24.
6. 6. Bektaş, H., The effect of salt stress on root development and architecture in common grass pea (Lathyrus sativus L.). Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, 2021. 23: p. 793-799.
7. 7. Kandemir, D., et al., Kıvırcık ve yedikule tipi marul çeşitlerinin kök gelişimi ve kök sistemi mimarisi yönünden incelenmesi. Manas Journal of Agriculture Veterinary and Life Sciences, 2021. 11(2): p. 120-130.
8. 8. Hanson, B.R., D.M. May, and L.J. Schwankl, Effect of ırrigation frequency on subsurface drip ırrigated vegetables, 2003. Department of Land, Air and Water Resources, University of California, Davis, CA.

9. 9. Adeniran, K.A., et al., Water requirements of some selected crops in kampe dam irrigation project. Australian Journal of Agricultural Engineering, 2010. p. 119-125.
10. 10. Bahadur, A., et al., Physiological and biochemical basis of drought tolerance in vegetables. Vegetable Science, 2011. 38 (1): p. 1-16.
11. 11. Bute, A., et al., The most suitable irrigation methods in cabbage crops (Brassica oleracea L. var. capitata): A review. Scientific Papers. Series B. Horticulture, 2021. 65(1): p. 399-405.
12. 12. Jung, J. K., and S. McCouch, Getting to the roots of it: genetic and hormonal control of root architecture. Frontiers in Plant Science, 2013. 186(4): p. 1-32.
13. 13. Lopez-Bucio, J., and A. Cruz-Ramirez, L. Herrera-Estella, The role of nutrient availability in regulating root architecture. Current Opinion in Plant Biology, 2003. 6: p. 280-287.
14. 14. Sarıbaş, H.Ş., Aşılı patlıcan üretiminde genetik kaynakların anaç ıslah programında değerlendirilmesi ve yerli hibrit anaçların geliştirilmesi. 2019, Ondokuz Mayıs Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, Doktora Tezi. 15. Karaağaç, O., et al., Capsicum türlerinin kök yapılarının incelenmesi ve kök özellikleri yönünden karşılaştırılması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 2020. 30 (2): p. 266-279.
15. 16. Özgen, R., and A. Balkaya, Düşük sıcaklığa tolerant hibrit biber çeşit adaylarının kök mimarileri. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2022. 12(3): p. 1213-1223.
16. 17. Villordon, A.Q., and C.A. Clark, Variation in virus symptom development and root architecture attributes at the onset of storage root initiation in ‘Beauregard’ sweet potato plants grown with or without nitrogen. PLoS One, 2014. 9: e107384.
17. 18. Hu, L., et al., Moderate ammonium: nitrate alleviates low light intensity stress in mini Chinese cabbage seedling by regulating root architecture and photosynthesis. Scientia Horticulturae, 2015. 186: p. 143-153.
18. 19. Sarıbaş, H.Ş., et al., Yerli patlıcan anaçlarının (Solanum melongena x Solanum aethiopicum) köklenme potansiyeli ve fenotipik kök mimarisi. Black Sea Journal of Agriculture, 2019. 2 (3): p. 138-146.
19. 20. Wiesler, F., and W.J. Horst, Root growth of maize cultivars under field conditions as studied by the core and method and relationships to shoot growth. Zeitschrift fur Pflanzennahrung und Bodenkunde, 1994. 157 (5): p. 351-358.
20. 21. Comas, L., et al., Root traits contributing to plant productivity under drought. Frontiers in Plant Science, 2013. 4: p. 442.
21. 22. Özgen, T., Patlıcan (Solanum melongena L.) Genotiplerinin Fusarium oxysporum f. sp. melongenae'ya dayanıklılık düzeylerinin ve kök yapılarının incelenmesi. 2019. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
22. 23. Zhu, S., et al., Effects of NaCl stress on seed germination, early seedling growth and physiological characteristics of cauliflower (Brassica oleracea L. var. botrytis L.). African Journal of Biotechnology, 2011. 10(78), p. 17940- 17947.
23. 24. Johnson, W.C., et al., Lettuce, a shallow rooted crop, and Lactuca serriola, its wild progenitor, differ at QTL determining root architecture and deep soil water exploitation. Theoretical and Applied Genetics, 2000. 101(7): p. 1066-1073.
24. 25. Li, Q., et al., Growth responses and root characteristics of lettuce grown in aeroponics, hydroponics, and substrate culture. Horticulturae, 2018. 4(4): p. 35.
25. 26. Eissenstat, D.M., Costs and benefits of constructing roots of small diameter. Journal of Plant Nutrition, 1992. 15(6-7): p. 763- 782.
26. 27. Peláez-Anderica, E., et al., Root seedling morphology diversity in Capsicum spp. bulletin of university of agricultural sciences and veterinary medicine Cluj-Napoca. Horticulture, 2011. 68 (1): p. 535-536.
27. 28. Lovelli, S., et al., Specific root length and diameter of hydroponically-grown tomato plants under salinity. Journal of Agronomy, 2012. 11: p. 101-106.
28. 29. Craine, J.M., Competition for nutrients and optimal root allocation. Plant and Soil, 2006. 285: p. 171-185.