Effects of Different Salt and Putrescine Applications on Germination and Seedling Growth in Bean (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

This study was conducted to determine effects of different salt and putrescine applications on germination and seedling growth in bean, which is widely cultivated in the world and in our country and is one of the vegetable species sensitive to salinity. Öz Ayşe pole fresh bean variety was used as herbal material. In the study, a total of 16 different applications using 3 different levels of salt (50, 100 and 200 mM) and 3 different doses of putrescine (0.1, 1 and 2 mM) were investigated. The effects of salt and putrescine separately and together were examined. In the study carried out in the form of germination and seedling experiment; germination rate, radicle and plumule length, radicle fresh and dry weight, plumule fresh and dry weight, seedling height, stem diameter, root length, seedling fresh and dry weight, root fresh and dry weight, number of leaves, chlorophyll, color (L*, a*, b*, C* and h°), pH, electrical conductivity and dry matter amount were determined. As a result of research, significant differences were found among the applications in terms of properties examined. It was determined that salinity greatly prevented germination in bean seeds. A significant decrease was observed in germination rate and seedling growth with increasing of salinity severity. The putrescine applications under salt stress provided an increase in germination properties and seedling growth parameters. In general, it was detected that putrescine applications reduced negative effects of salt stress on germination and seedling growth. As a result, it was determined that 0.1 and 1 mM doses of putrescine were more effective on germination and seedling growth under both saline and normal conditions compared to 2 mM dose.

Keywords

• Bean
• salt stress
• polyamines
• growth

Fasulyede (Phaseolus vulgaris L.) Farklı Tuz ve Putresin Uygulamalarının Çimlenme ve Fide Gelişimi Üzerine Etkileri

Abstract

Bu çalışma, dünyada ve ülkemizde yaygın olarak yetiştiriciliği yapılan ve tuzluluğa hassas sebze türleri içerisinde yer alan fasulyede farklı tuz ve putresin uygulamalarının çimlenme ve fide gelişimi üzerine etkilerini belirlemek amacıyla yapılmıştır. Bitkisel materyal olarak Öz Ayşe sırık taze fasulye çeşidi kullanılmıştır. Çalışmada, 3 farklı tuz (NaCl) seviyesi (50, 100 ve 200 mM) ve 3 farklı putresin dozunun (0.1, 1 ve 2 mM) kullanıldığı toplam 16 farklı uygulama ele alınmış olup, tuz ve putresinin ayrı ayrı ve birlikte etkileri incelenmiştir. Çimlendirme ve fide denemesi şeklinde yürütülen çalışmada; çimlenme oranı, radikula ve plumula uzunluğu, radikula yaş ve kuru ağırlığı, plumula yaş ve kuru ağırlığı, fide boyu, gövde çapı, kök uzunluğu, fide yaş ve kuru ağırlığı, kök yaş ve kuru ağırlığı, yaprak sayısı, klorofil, renk (L*, a*, b*, C* ve h°), pH, elektriksel iletkenlik ve kuru madde miktarı belirlenmiştir. Araştırma sonucunda uygulamalar arasında incelenen özellikler bakımından önemli farklılıklar bulunmuştur. Tuzluluğun fasulye tohumlarında çimlenmeyi büyük ölçüde engellediği tespit edilmiştir. Tuzluluk şiddetinin artması ile çimlenme oranında ve fide büyümesinde önemli derecede azalma görülmüştür. Tuz stresi altında putresin uygulamaları çimlenme özellikleri ve fide gelişim parametrelerinde artış sağlamıştır. Genel olarak putresin uygulamalarının tuz stresinin çimlenme ve fide gelişimi üzerinde meydana getirdiği olumsuz etkileri azalttığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, putresinin 0.1 ve 1 mM’lık dozlarının 2 mM’lık doza göre hem tuzlu şartlarda hem de normal şartlarda çimlenme ve fide büyümesi üzerinde daha etkili olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Fasulye
• tuz stresi
• poliaminler
• büyüme

References

1. Abdel-Azem HS, Shehata SM, El-Gizawy AM, El-Yazied AA, Adam SM, 2015. Snap Bean Response to Salicylic Acid and Putrescine Used Separately and Jointly Under Two Sowing Dates. Middle East Journal of Applied Sciences, 5 (4): 1211-1221.
2. Alian A, Altman A, Heuer B, 2000. Genotypic Difference in Salinity and Water Stress Tolerance of Fresh Market Tomato Cultivars. Plant Science, 152: 59-65.
3. Amin AA, Gharib FAE, El-Awadi M, El-Sherbeny MR, 2011. Physiological Response of Onion to Foliar Application of Putrescine and Glutamine. Scientia Horticulturae, 129: 353-360.
4. Aranda RR, Syvertsen JP, 1996. The Influence of Foliar Applied Urea Nitrogen and Salina Solutions on Net Gas Excehenc of Citrus Leaves. Journal of American Society for Horticultural Science, 12: 501-506.
5. Asgharipour MR, Rafiei M, 2011. Effect of Salinity on Germination and Seedling Growth of Lentils. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5 (11): 2002-2004.
6. Bekircan T, 2012. Poliaminlerin Oksidadif Strese Etkisinin Biyokimyasal Seviyede Araştırılması. Rize Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
7. Blair MW, 2013. Mineral Biofortification Strategies for Food Staples: The Example of Common Bean. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61: 8287-8294.
8. Cokkızgın A, 2012. Salinity Stress in Common Bean (Phaseolus vulgaris L.) Seed Germination. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 40 (1): 177-182.

9. Cokkizgin A, Cokkizgin H, 2010. Effects of Lead (PbCl2) Stress on Germination of Lentil (Lens culinaris Medic.) Lines. African Journal of Biotechnology, 9 (50): 8608-8612.
10. Çavuşoğlu K, 2006. Arpa ve Turp Tohumlarının Normal Şartlar Altındaki Çimlenme ve Fide Büyümesine Bazı Bitki Büyüme Düzenleyicilerinin Etkileri. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi, 1 (1-2): 1-13.
11. Çavuşoğlu K, Kabar K, 2008. Bazı Bitki Büyüme Düzenleyicilerinin Tuzlu Koşullar Altındaki Arpa Tohumlarının Çimlenmesi Üzerindeki Etkilerinin Karşılaştırılması. Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20 (1): 43-55.
12. Çulha Ş, Çakırlar H, 2011. Tuzluluğun Bitkiler Üzerine Etkileri ve Tuz Tolerans Mekanizmaları. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11: 11-34.
13. Dadaşoğlu E, Ekinci M, 2013. Farklı Sıcaklık Dereceleri, Tuz ve Salisilik Asit Uygulamalarının Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) Tohumlarında Çimlenme Üzerine Etkisi. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 44 (2): 145-150.
14. Direk M, Bayramoğlu Z, Paksoy M, 2002. Konya İlinde Fasulye Üretiminde Karşılaşılan Sorunlar ve Çözüm Önerileri. Selçuk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 16 (30): 21-27.
15. Dölarslan M, Gül E, 2012. Toprak Bitki İlişkileri Açısından Tuzluluk. Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi, 5 (2): 56-59.
16. Ekmekçi E, Apan M, Kara T, 2005. Tuzluluğun Bitki Gelişimine Etkisi. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 20 (3): 118-125.
17. Elkoca E, Kantar F, Güvenç İ, 2003. Değişik NaCl Konsantrasyonlarının Kuru Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) Genotiplerinin Çimlenme ve Fide Gelişmesine Etkileri. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 34 (1): 1-8.
18. El-Tayeb MA, 2005. Response of Barley Grains to the Interactive Effect of Salinity and Salicylic Acid. Plant Growth Regulation, 45: 215-224.
19. Eraslan F, Inal A, Savasturk O, Gunes A, 2007. Changes in Antioxidative System and Membrane Damage of Lettuce in Response to Salinity and Boron Toxicity. Scientia Horticulturae, 114 (1): 5-10.
20. FAOSTAT, 2020. Statistical databases. Food and Agriculture Organization of the United Nations. http://faostat.fao.org (Date of access: 13 July 2020).
21. Flowers TJ, Yeo AR, 1995. Breeding for Salinity Resistance in Crop Plants Where Next. Australian Journal of Plant Physiology, 22: 875-884.
22. Furkan ZE, 2019. Alternatif Yeşilliklerde (Mibuna, Mizuna ve Komatsuna) Tuz Stresinin Meydana Getirdiği Bazı Fizyolojik, Morfolojik ve Kimyasal Değişikliklerin Belirlenmesi. Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
23. Galston AW, Kaur-Sawhney R, 1995. Polyamines as Endogenous Growth Regulators. In: Plant Hormones and their Role in Plant Growth and Development. Ed: P.J. Davies, pp. 280-295.
24. Goertz SH, Coons JM, 1989. Germination Response of Tepary and Navy Beans to Sodium Chloride and Temperature. HortScience, 24 (6): 923-925.
25. Gupta K, Dey A, Gupta B, 2013. Plant Polyamines in Abiotic Stress Responses. Acta Physiologiae Plantarum, 35: 2015-2036.
26. Hussain SS, Ali M, Ahmad M, Siddique KHM, 2011. Polyamines: Natural and Engineered Abiotic and Biotic Stress Tolerance in Plants. Biotechnology Advances, 29: 300-311.
27. Kalefetoğlu T, Ekmekçi Y, 2005. The effects of Drought on Plants and Tolerance Mechanisms. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 18 (4): 723-740.
28. Khan HA, Ziaf K, Amjad M, Iqbal Q, 2012. Exogenous Application of Polyamines Improves Germination and Early Seedling Growth of Hot Pepper. Chilean Journal of Agricultural Research, 72 (3): 429-433.
29. Kılıç O, Çapur U, Görtay Ş, 1991. Meyve ve Sebze İşleme Teknolojisi Uygulama Kılavuzu. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ders Notları, Bursa.
30. Koç E, Üstün AS, İşlek C, Kaşko Arıcı Y, 2014. Effect of Exogenously Applied Spermine and Putrescine on Germination and In Vitro Growth of Pepper (Capsicum annuum L.) Seeds under Salt Stress. Bilim ve Teknoloji Dergisi C –Yaşam Bilimleri ve Biyoteknoloji, 3 (2): 63-71.
31. Kreps JA, Wu Y, Chang H, Zhu T, Wang X, Harper JF, 2002. Transcriptome Changes for Arabidopsis in Response to Salt, Osmotic, and Cold Stress. Plant Physiology, 130: 2129-2141.
32. Kuşvuran Ş, 2010. Kavunlarda Kuraklık ve Tuzluluğa Toleransın Fizyolojik Mekanizmaları Arasındaki Bağlantılar. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi.
33. Kuşvuran Ş, 2011. Bamya (Abelmoschus esculentus L.) da Tuz Stresine Tolerans Bakımından Genotipsel Farklılıklar ve Tarama Parametrelerinin Araştırılması. Batı Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Derim Dergisi, 28 (2): 55-70.
34. Mansour MMF, 1994. Changes in Growth, Osmotic Potential and Cell Permeability of Wheat Cultivars under Salt Stress. Biological Plant, 36: 429-434.
35. Mena E, Leiva-Mora M, Jayawardana EKD, García L, Veitía N, Bermúdez-Caraballoso I, Collado R, Ortíz RC, 2015. Effect of Salt Stress on Seed Germination and Seedlings Growth of Phaseolus vulgaris L. Cultivos Tropicales, 36 (3): 71-74.
36. Mohamedsrajaden NS, 2019. Poliaminlerin Tuzlu Şartlarda Domateste Çimlenme, Fide Gelişimi, Antioksidan Enzim Aktivitesi ve Mineral Madde İçeriği Üzerine Etkisi. Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
37. Muhammad Z, Hussain F, 2010. Effect of NaCl Salinity on the Germination and Seedling Growth of Some Medicinal Plants. Pakistan Journal of Botany, 42 (2): 889-897.
38. Prakash L, Prathapasenan G, 1988. Putrescine Reduces NaCl-Induced Inhibition of Germination and Early Seeding Growth of Rice (Oryza sativa L.). Australian Journal of Plant Phsiology, 15: 761-767.
39. Qureshi RH, Rashid A, Ahmad N, 1990. A Procedure for Quick Screening of Wheat Cultivars for Salt Tolerance. In: N. El Bassam et al. (eds.), Genetics Aspects of Plant Mineral Nutrition. Kluwer Academic Publishers in the Netherlans, pp. 315-324.
40. Rastgeldi ZHA, 2010. Biberde Farklı Tuz Konsantrasyonlarının Bazı Fizyolojik Parametreler ile Mineral Madde İçeriği Üzerine Etkisi. Harran Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi.
41. Rus MA, Rios S, Olmos E, Santa-Cruz A, Bolarin CM, 2000. Long-Term Culture Modifies the Salt Responses of Callus Lines of Salt-Tolerant and Salt Sensitive Tomato Species. Journal Plant Physiology, 157: 413-420.
42. Sang T, Shan X, Li B, Shu S, Sun S, Guo S, 2016. Comparative Proteomic Analysis Reveals the Positive Effect of Exogenous Spermidine on Photosynthesis and Salinity Tolerance in Cucumber Seedlings. Plant Cell Report, 35: 1769-1782.
43. Seymen B, Önder M, 2015. Kuru Fasulye (Phaseolus vulgaris L.) Genotiplerinde Tuzluluğun Fide Gelişimi Üzerine Etkisi. Selçuk Tarım Bilimleri Dergisi, 2 (2): 109-115. Shi H, Ye T, Chan Z, 2013. Comparative Proteomic and Physiological Analyses Reveal the Protective Effect of Exogenous Polyamines in the Bermuda Grass (Cynodon dactylon) Response to Salt and Drought Stresses. Journal of Proteome Research, 12: 4807-4829.
44. Shu S, Gua SR, Sun J, Yuan LY, 2012. Effects of Salt Stress on the Structure and Function of the Photosynthetic Apparatus in Cucumis sativus and its Protection by Exogenous Putrescine. Physiologia Plantarum, 146: 285-296.
45. Singh P, Gautam S, 2013. Role of Salicylic Acid on Physiological and Biochemical Mechanism of Salinity Stress Tolerance in Plants. Acta Physiologiae Plantarum, 35: 2345-2353.
46. Sprent JI, 2001. Nodulation in Legumes, Royal Botanic Gardens, Kew, U.K. 14-25.
47. Taban S, Gunes A, Alpaslan M, Özcan H, 1999. Değişik Mısır (Zea mays L. cvs.) Çeşitlerinin Tuz Stresine Duyarlılıkları. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 23: 625-633.
48. Taffouo VD, Wamba OF, Youmbi E, Nono GV, Akoa A, 2010. Growth, Yield, Water Status and Ionic Distribution Response of Three Bambara Groundnut (Vigna subterranea (L.) Verdc.) Landraces Grown under Saline Conditions. International Journal Botany, 6 (1): 53-58.
49. Takahashi T, Kakehi J, 2010. Polyamines: Ubiquitous Polycations with Unique Roles in Growth and Stress Responses. Annals of Botany, 105: 1-6.
50. Tekin F, Bozcuk S, 1998. Helianthus annuus L. var. Santafe (Ayçiçeği) Tohumlarının Çimlenmesi ve Erken Büyüme Üzerine Tuz ve Dışsal Putresin’in Etkileri. Turkish Journal of Biology, 22: 331-340.
51. TÜİK, 2020. Türkiye İstatistik Kurumu. Bitkisel Üretim İstatistikleri. www.tuik.gov.tr (Erişim tarihi: 10 Temmuz 2020).
52. Vinocur B, Altman A, 2005. Recent Advances in Engineering Plant Tolerance to Abiotic Stress: Achievements and Limitations. Current Opinion in Biotechnology, 16: 123-132.
53. Xu X, Shi G, Ding C, Xu Y, 2011. Regulation of Exogenous Spermidine on the Reactive Oxygen Species Level and Polyamine Metabolism in Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb under Copper Stress. Plant Growth Regulation, 63: 251-258.
54. Yaşar F, Ellialtıoğlu Ş, Yıldız K, 2008. Effect of Salt Stress on Antioxidant Defense Systems, Lipid Peroxidation, and Chlorophyll Content in Green Bean. Russian Journal of Plant Physiology, 55 (6): 782-786.
55. Yuan Y, Zhong M, Du N, Shu S, Sun J, Guo S, 2019. Putrescine Enhances Salt Tolerance of Cucumber Seedlings by Regulating Ion Homeostasis. Environmental and Experimental Botany, 165: 70-82.
56. Zeid IM, 2004. Response of Bean (Phaseolus vulgaris) to Exogenous Putrescine Treatment under Salinity Stress. Pakistan Journal of Biological Sciences, 7 (2): 219-225.
57. Zhang W, Jiang B, Li W, Song H, Yu Y, Chen J, 2009. Polyamines Enhance Chilling Tolerance of Cucumber (Cucumis sativus L.) Through Modulating Antioxidative System. Scientia Horticulture, 122: 200-208.
58. Zhu JK, 2003. Salt and Drought Stress Signal Transduction in Plants. Annual Review of Plant Biology, 53: 247-273.