Early drought test with polyethylene glycol in Anatolian black pine [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] seeds

Abstract

In this study, it was aimed to investigate the impact of water stress on germination and determine drought tolerant provenances in different Anatolian Black Pine provenances. Levels of water stress between 0 and -0.8 MPa were applied by using solution of PEG-6000 and germination tests were carried out. Our results revealed that germination values significantly decreased with increasing water stress level among provenances. Accordingly, Nallıhan, K. Hamam, Çerkeş and M.K. Paşa provenances, which represent regions with lower rainfall, had higher germination values up to -0.6 and -0.8 MPa water stress levels compared to other provenances. In this respect, mentioned provenances were found to be more resistant to drought. This result shows that there are variations within species in Anatolian Black Pine in terms of drought tolerances. Using provenances, which are determined to be drought-tolerant in this study, can increase afforestation success in semi-arid regions.

Keywords

• Germination
• Drought resistance
• Provenance
• PEG
• Anatolian Black Pine
• Water stress

Anadolu karaçamı [Pinus nigra J.F. Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] tohumlarında polietilen glikol ile erken kuraklık testi

Abstract

Bu çalışmada, Anadolu Karaçamı orijinlerinde farklı su stresi seviyelerinin çimlenmeye etkisi araştırılarak kuraklığa dayanıklı orijinleri tespit etmek amaçlanmıştır. Çalışmada, su stresi seviyeleri Polietilen glikol (PEG)-6000 solüsyonu kullanarak 0 ile -0.8 MPa arasında oluşturulmuş ve ardından çimlenme testleri gerçekleştirilmiştir. Araştırma sonunda; su stresi seviyesi arttığında, çimlenme değerlerinin azaldığı anlaşılmış; bu değerler bakımından orijinler arasında önemli farklılıkların bulunduğu, istatistiksel olarak da teyit edilmiştir. Buna göre, daha az yağışlı bölgeleri temsil eden, Nallıhan, K. Hamam, Çerkeş ve M.K. Paşa orijinlerinin -0.6 ve -0.8 MPa su stresi seviyelerine kadar yüksek oranda çimlenme değerleri gösterdiği saptanmıştır. Bu bağlamda söz konusu orijinlerin kuraklığa daha dayanıklı oldukları kanısına varılmıştır. Bu bulgular, Anadolu karaçamında kuraklığa dayanıklılık bakımından tür içi bir varyasyon olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada, kuraklığa daha dayanıklı olduğu tespit edilen orijinlerin yarı kurak bölge ağaçlandırmalarında kullanılması başarıyı arttırabilir.

Keywords

• Çimlenme
• Kuraklığa dayanıklılık
• Orijin
• PEG
• Anadolu karaçamı
• Su stresi

Thanks

Bu çalışma Çankırı Karatekin Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nde hazırlanan yüksek lisans tezinin bir kısmının özetidir. Ayrıca çalışmanın sonuçları “III. International Mediterranean Forest and Environment Symposium (IMFES 2019)” isimli sempozyumda sözlü olarak sunulmuş ve özet metni bildiri kitabında yayınlamıştır. Araştırma için tohum temininde yardımcı olan OGM-Fidanlık ve Tohum İşleri Dairesi Başkanlığı yetkilileri ve ilgili işletme ve fidanlık şeflerine teşekkür ederiz.

References

1. Ahmadloo, F., Tabari, M., Behtari, B., 2011. Effect of drought stress on the germination parameters of Cupressus seeds. International Journal of Forest, Soil and Erosion, 1(1): 11-17.
2. Akkemik, Ü., 2001. A long master chronology of Pinus nigra Arn. and its contribution to climatology and pollen analysis. International Scientific Conference of Dendrochronology Book of Abstracts, 6-10 June, Gozd Martuljeck, Slovenia, pp.3.
3. Akman, Y., 1999. İklim ve Biyoiklim (Biyoiklim metodları ve Türkiye iklimleri), Kariyer Yayın Evi, Ankara.
4. Alptekin, C.Ü., 1986. Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arn. ssp. pallasiana Lamb. Holmboe)’nın coğrafik varyasyonları. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
5. Atalay, İ., Efe, R., 2010. Anadolu Karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana)’nın Ekolojisi ve Tohum Nakli Açısından Bölgelere Ayrılması. Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü, Ankara.
6. Bahrami, H., Razmjoo, J., Ostadi, J.A., 2012. Effect of drought stress on germination and seedling growth of sesame cultivars (Sesanum indicum L.), International Journal of AgriScience, 2(5): 423-428.
7. Barnett, J.P., 1969. Moisture stress affects germination of longleaf and slash pine seeds. Forest Science, 15: 275-276.
8. Bartlett, M. K., Scoffoni, C., Sack, L., 2012. The determinants of leaf turgor loss point and prediction of drought tolerance of species and biomes. Ecology Letters, 15: 393-405.

9. Bayar, E., 2018. Anadolu karaçamı [Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe] meşcerelerinde sıklık bakımının ekofizyolojik etkileri. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
10. Boydak, M., Dirik, H., Tilki, F., Calikoglu, M., 2003. Effect of water stress on germination in six provenances of Pinus brutia seeds from different bioclimatic zones in Turkey. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 27: 91–97.
11. Bradford, KJ., Dahal, P., Ni, B.R., 1992. Quantative models describing germination response to temperature, water potential, and growth regulators. Fourth International Workshop on Seeds Basic and Applied Aspects of Seed Biology, 20-24 July, France, pp. 239-248.
12. Buyurukcu, S., 2011. Hanönü-Günlüburun Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold. ssp. pallasiana Lamb. Holmboe) tohum bahçesinde su stresi etkileri yönünden klonal varyasyon. Yüksek Lisans Tezi, Kastamonu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu.
13. Çalıkoğlu, M., 2002. Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) orijinlerinin kuraklığa karşı reaksiyonlarının ekofizyolojik analizi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
14. Çalıkoğlu, M., Tilki, F., 2002. Orman ağacı tohumlarında çimlenme-su stresi ilişkisi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, B 52(1): 79-88.
15. Çalıkoğlu, M., Tilki, F., 2004. Lübnan Meşesi (Quercus libani Olivier) ve Macar Meşesi (Q. frainetto Ten.) fidanlarında kurak dönemdeki transpirasyon analizi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi Seri, A54(1): 133-142.
16. Deligöz, A., 2011. Seasonal changes in the physiological characteristics of Anatolian black pine and the effect on seedling quality. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 35: 23-30.
17. Deligöz, A., Bayar, E., 2017. Kuraklık stresli Quercus cerris fidanlarının fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerindeki değişimler. Turkish Journal of Forestry, 18(4): 269-274.
18. Dirik, H., 2000. Effet du stress hydrique osmotique sur la germination des graines chez les provenances de Cèdre du Liban (Cedrus libani A. Rich.) d’origine Turque. Annals of Forest Science, 57: 361-367.
19. Dirik, H., 1994. Üç yerli çam türünün (Pinus brutia Ten., Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana Lamb. Holmboe, Pinus pinea L.) kurak periyottaki terleme tutumlarının ekofizyolojik analizi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, A (44):111-121.
20. Dirik, H., 1999. Dikim mevsiminde Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold. ssp. pallasiana Lamb. Holmboe) fidanlarındaki fizyolojik değişimler ve bunun dikim başarısı üzerindeki etkileri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, A49 (2): 59-70.
21. Dirik, H., Çalıkoğlu, M., Tilki, F., 1999. Kızılçam (Pinus brutia Ten.) tohumlarında ozmotik stres ile koşullandırmanın çimlenme üzerine etkileri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, A49(2): 76-89.
22. Dunlap, R., Barnett, P., 1984. Manipulating loblolly pine (Pinus taeda L.) seed germination with simulated moisture and temperature stress. In: Seedling Physiology and Reforestation Success (Ed: Duryea, M.L., Brown, G.N). Springer, USA, pp. 61-74.
23. Erinç, S., 1984. Klimatoloji ve Metotları. İstanbul Üniversitesi Deniz Bilimleri ve Coğrafya Enstitüsü Yayınları, İstanbul.
24. Ertekin, M., Özel, H.B., 2010. Çorum yöresi erozyonla mücadele kapsamında yapılan Karaçam (Pinus nigra Arnold.) ve Sedir (Cedrus libani A. Rich.) ağaçlandırmaları. Bartın Orman Fakültesi Dergisi, 12(18): 77-85.
25. Falleri, E., 1994. Effect of water stress on germination of six provenances of Pinus pinaster Ait. Seed Science and Technology, 22(3): 591-599.
26. Falusi, M., Calamassi, R., 1982. Effects of moisture stress on germination and root growth in provenances of Piınus brutia Ten. Italian Academy of Forest Sciences, 31: 99-118.
27. Falusi, M., Calamassi, R., Tocci, A., 1983. Sensitivity of seed germination and seedling root growth to moisture stress in four provenances of Pinus halepensis Mill. Silvae Genetica, 32: 4-9.
28. Gonzales, C. A., 2009. Interactions between xylem structure and water relations of southern pines. PhD Dissertation, University of Florida School Of Forest Resources and Conservation, USA.
29. Gökdemir, Ş., Tosun, S., Palazoğlu, Z., Arslan, M., Çoşgun, S., Türker, H., Tokcan, M., 2012. Türkiye’de Karaçam (Pinus nigra Arn. ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) Orijin Denemelerinin Yirmi Beşinci Yıl Ara Sonuçları. İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Teknik Bülten Serisi, No:293, Ankara.
30. Güner, Ş.T., Çömez, A., Özkan, K., Karataş, R., Çelik, N., 2016. Türkiye’deki karaçam ağaçlandırmalarının verimlilik modellemesi. Journal of Faculty of Forestry Istanbul University, 66(1): 159-172.
31. Hinckley, T.M., Duhme, F., Hinckley, A.R., Richter, H., 1980. Water relations of drought hardy shrubs: Osmotic potential and stomatal reactivity. Plant Cell and Environment, 3: 131-140.
32. ISTA, 1996. International rules for seed testing. Seed Science and Technology (Supplement), 24: 1-365.
33. İmal, B., 2015. Bazı Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. pallasiana [Lamb.] Holmboe) orijinlerinin dona ve kuraklığa karşı dayanıklılıklarının ekofizyolojik olarak belirlenmesi. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
34. Kalefetoğlu, T., Ekmekçi, Y., 2005. The effects of drought on plants and tolerance mechanisms (Review). Gazi University Journal of Science,18(4): 723-740.
35. Kaufmann, M.R., Eckard, A.N., 1977. Water potential and temperature effects on germination of Engelmann Spruce and Lodgepole Pine seeds. Forest Science, 23: 27-33.
36. Keshavarzi, M.H. B., 2012. The effect of drought stress on germination and early growth of Sesamum indicum seedling’s varieties under laboratory conditions. International Journal of Agricultural Management and Development, 2(4): 271-275.
37. Khalil, S.K., Mexal, J.G., Ortiz, M., 1997. Osmotic priming hastens germination and improves seedling size of Pinııs bruıia var elderica. Tree Planters Notes, 48: 24-27.
38. Kilis, Y., 2007. Tüplü Toros sediri (Cedrus libani A. Rich.) ve Anadolu karaçamı (Pinus nigra Arn. subsp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) fidanlarıyla kurulmuş plantasyonlarda kuraklığa dayanıklılık analizleri. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
39. Konukçu, M., 2001. Ormanlar ve Ormancılığımız, Genişletilmiş 2. Baskı. Devlet Planlama Teşkilatı Yayın ve Temsil Dairesi başkanlığı, Yayın No:2630, Ankara.
40. Kozlowski, T.T., Pallardy, S.G., 1996. Physiology of Woody Plants. Second Edition, Academic press, United States of America.
41. Kramer, P.J., Kozlowsky, T.T., 1979. Physiology of Woody Plants. Academic Press, New York.
42. Kramer, P. J., 1983. Water Relations of Plants. Academic Press Inc., United States of America.
43. Kramer, P. J., Boyer, J. S., 1995. Water Relations of Plants and Soils. Academic Press, Toronto.
44. Larcher, W., 2003. Physiological Plant Ecology. 4th edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York.
45. Leviit, J., 1972. Responses of Plants to Environmental Stress. Academic Press, New York.
46. Li, H., Li1, X., Zhang, D., Liu, H., Guan, K., 2013. Effects of drought stress on the seed germinatıon and early seedling growth of the endemic desert plant Eremosparton songoricum (Fabaceae), EXCLI Journal, 12: 89-101.
47. Michel, B. E., Kaufmann, M. R., 1973. The osmotic potential of polyethylene glycol 6000. Plant physiology, 51(5): 914-916.
48. OGM, 2019. Ormancılık istatistikleri 2019. Orman Genel Müdürlüğü, Ankara, https://www.ogm.gov.tr/ekutuphane/Sayfalar/Istatistikler.aspx Erişim: 28.06.2020.
49. Özen, H. Ç., Onay, A., 2007. Bitki Fizyolojisi. Nobel Yayınları, Ankara.
50. Saatçioğlu, F., 1976. Silvikültürün Biyolojik Esasları ve Prensipleri. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayını, İstanbul.
51. Semerci, H., Öztürk, H., Semerci, A., İzbırak, H., Ekmekçi, Y., 2008. Değişik Islah Zonlarından Örneklenen Anadolu Karaçamı (Pinus nigra Arnold ssp. nigra var. caramanica (Loudon) Rehder) Orijinlerinin Dona ve Kuraklığa Dayanıklılıklarının Belirlenmesi. Orman Ağaçları ve Tohumları Islah Araştırma Müdürlüğü, Teknik Bülteni, No:21, Ankara.
52. Şevik, H., Ertürk, N., 2015. Effects of drought stress on germination in fourteen provenances of Pinus brutia Ten. seeds in Turkey. Turkish Journal of Agriculture Food Science and Technology, 3(5): 294-299.
53. Shitole, S.M., Dhumal, K.N., 2012. Effect of water stress by polyethylene glycol 6000 and sodium chloride on seed germination and seedling growth of Cassia angustifolia. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 3(2): 528-531.
54. Smith, D.M., 1986. The Practice of Silviculture 8th. Edition. John Wiley and Sons, New York.
55. Şimşek, Y., Erkuloğlu, Ö.S., Tosun, S., 1995. Türkiye’de Karaçam (Pinus nigra Arn. ssp. pallasiana (Lamb.) Holmboe) Orijin Denemelerinin İlk Sonuçları. İç Anadolu Ormancılık Araştırma Enstitüsü, Teknik Bülten Serisi, No: 247, Ankara.
56. Tilki, F., Dirik, H., 2007. Seed germination of three provenances of Pinus brutia (Ten.) as influenced by stratification, temperature and water stress. Journal of Environmental Biology, 28: 133-136. Tilki, F., 2002. Türkiye’de Sarıçam (Pinus sylvestris L.) tohumu üzerine teknolojik araştırmalar. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
57. Tilki, F., 2005. Seed germination and radicle development in six provenances of Pinus sylvestris L. under water stress. Israil Journal Plant Science, 53: 29-33.
58. Tilki, F., Çalıkoğlu, M., 1998. Tohum gücü ve orman ağacı türlerinde test edilmesi. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, B(48): 67-80.
59. Toosi, A.S., Bakar, B.B., Azizi, M., 2014. Effect of drought stress by using PEG-6000 on germination and early seedling growth of Brassica juncea var. ensabi. Scientific Papers Series A. Agronomy, 57: 360-363.
60. Topaçoğlu, O., Sevik, H., Akkuzu, E., 2016. Effects of water stress on germination of Pinus nigra Arnold. Seeds. Pakistan Journal of Botany, 48(2): 447-453.
61. Türkeş, M., 1990. Türkiye’de kurak bölgeler ve önemli kurak yıllar. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Deniz Bilimleri ve Coğrafya Enstitüsü, İstanbul.
62. Uslu, S., 1959. İç Anadolu steplerinin antropojen karakteri üzerine araştırmalar. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Umum Müdürlüğü Yayınları, 302 (15): 138-178.
63. Ürgenç, S., 1986. Ağaçlandırma Tekniği. İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
64. Ürgenç, S., 1998. Ağaçlandırma Tekniği. Yenilenmiş ve genişletilmiş ikinci baskı, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul.
65. Yılmaz, M., 2005. Doğu kayını (Fagus orientalis Lipsky.) tohumlarının fizyolojisi üzerine araştırmalar. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
66. Zhang, Y., Zgeng, Q., 2012. Determination of volumetric elastic moduli of plant leaf cells based on pressure-volume curves. Theoretical and Applied Mechanics Letters, 2(1): 014003.
67. Zhu, J., Kang, H., Tan, H., Xu, M., 2006. Effects of drought stresses induced by polyethylene glycol on germination of Pinus sylvestris var. mongolica seeds from natural and plantation forests on sandy land. Journal Forest Research, 11: 319-328.
68. Zoralioğlu, T., 1990. Eskişehir Yöresi Kurak ve Yarı Kurak Alanların Ağaçlandırılmasında Uygulanabilecek Makineli Arazi Hazırlığı Yöntemlerinin Belirlenmesi Üzerine Araştırmalar. Kavak ve Hızlı Gelişen Yabancı Tür Orman Ağaçlan Araştırma Enstitüsü Teknik Bülten serisi, No:149, İzmit.