Determination of Drought Resistance of Some American Vine Rootstocks Using Polyethylene Glycol in In Vitro

Abstract

In the study, it was aimed to determine the appropriate dose of Polyethylene Glycol (PEG) for early determination of drought resistance in vitro by using Kober 5 BB (drought sensitive), 110 R (drought resistant) and 1103 P (drought moderately resistant) rootstocks. For this purpose, immature nodes from summer shoots were cultured in vitro in Murashige and Skoog (MS) medium containing 1 mg L^-1 BA. The shoots obtained from these nodes were transferred to MS medium containing 1 mg/L IBA with the addition of 0.0%, 2.5%, 5.0%, 7.5% and 10.0% PEG in order to create drought stress in vitro. After six weeks of culture, the level of damage on shoots, plant height, number of nodes, average length and number of roots, plant wet and dry weight, root wet and dry weight, chlorophyll and plant nutrient contents were examined. As a result, With increasing doses of PEG, it was determined that the degree of damage increased, growth and development decreased, plant fresh and dry weight and root fresh and dry weight decreased. Plant height was measured as 6.5 cm in the control application while it was measured 1.7 cm in 7.5% and 10% PEG. Plant wet and dry weight (0.257 and 0.042 g, respectively) and root wet and dry weights (0.218 and 0.023 g, respectively) of control plants were higher than PEG treatments. SPAD readings were also found to decrease inversely with increasing PEG doses. Considering the plant element contents, P, K, Ca and Mn and Cu element values were found to be lower in different PEG applications than control plants. In conclusion, it was concluded that 2.5% and 5.0% doses of PEG with shoot and root parameters could be used in vine rootstocks in order to determine drought resistance early in in vitro conditions.

Keywords

• Grapevine,Tissue culture,Drought stress,Macro and micro elements,PEG

Bazı Amerikan Asma Anaçlarının Kurağa Dayanımının In Vitro’da Polietilen Glikol Kullanılarak Belirlenmesi

Öz

Çalışmada, Kober 5 BB (kuraklığa hassas), 110 R (kuraklığa dayanıklı) ve 1103 P (kuraklığa orta dayanıklı) anaçları kullanılarak, kuraklığa dayanımın in vitro da erken belirlenmesi için uygun Polietilen Glikol (PEG) dozunun belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak yaz sürgünlerinden alınan odunlaşmamış boğumlar in vitro koşullarda 1 mg/L BA içeren Murashige ve Skoog (MS) ortamında kültüre alınmıştır. Bu boğumlardan elde edilen sürgünler kuraklık stresi oluşturmak için %0.0, %2.5, %5.0, %7.5 ve %10.0 oranında PEG ilave edilmiş 1 mg/L IBA içeren MS ortamına aktarılmıştır. Altı haftalık kültür sonunda bu sürgünlerde zarar derecesi, bitki boyu, boğum sayısı, ortalama kök uzunluğu ve kök sayısı, bitki yaş ve kuru ağırlığı, kök yaş ve kuru ağırlığı, klorofil miktarı ve bitki besin elementi içerikleri incelenmiştir. Sonuçta, PEG' in artan dozları ile zarar derecesinin arttığı, büyüme ve gelişmenin gerilediği, bitki yaş ve kuru ağırlığı ile kök yaş ve kuru ağırlığının azaldığı belirlenmiştir. Bitki boyu, kontrol uygulamasında 6.5 cm iken %7.5 ve %10 PEG’ de 1.7 cm ölçülmüştür. Kontrol bitkilerinin bitki yaş ve kuru ağırlığı (sırasıyla, 0.257 ve 0.042 g) ile kök yaş ve kuru ağırlığı (sırasıyla, 0.218 ve 0.023 g) PEG uygulamalarından daha yüksek çıkmıştır. SPAD okumalarında da değerlerin artan PEG dozları ile ters orantılı olarak azaldığı görülmüştür. Bitki element içerikleri dikkate alındığında, farklı PEG uygulamalarında, P, K ve Ca ile Mn ve Cu element değerlerinin kontrol bitkilerine göre daha düşük olduğu saptanmıştır. Çalışma sonucunda, asma anaçlarında kurağa dayanımın in vitro koşullarda erken belirlenmesi amacıyla PEG’in özellikle %2.5 ve %5.0 dozları ile, sürgün ve kök özelliklerinin kullanılabileceği kanaatine varılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Asma,Doku kültürü,Kuraklık stresi,Makro ve mikro elementler,PEG

References

1. Abebe, T., Guenzi, A. C., Martin, B., & Cushman, J. C. (2003). Tolerance of mannitol-accumulating transgenic wheat to water stress and salinity. Plant Physiology, 131(4): 1748-1755.
2. Ahmedullah, M.,& Himelrick, D. G. (1990). Grape Management. In.: G. J. Galeta, D. G. Himelrick, & L. Chandler (Eds.), Small Fruit Crop Management. Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliff, New Jersey.
3. Akça, H., Aktaş, L. Y., Altun, N., & Yağmur, Y. (2008). Defne (Laurus Nobilis L.)’de kuraklığa uyum mekanizmalarının uyarılması ve oluşan içsel hormon değişimlerinin incelenmesi. T.C. Çevre ve Orman Bakanlığı Ege Ormancılık Araştırma Müdürlüğü. ISSN 1300-9508.
4. Akhoundnejad, Y. (2011). Kuraklığa tolerant bazı domates genotiplerinin arazi performanslarının belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
5. Asraf, M., Arfan, M., & Ahmad, A. (2003). Salt tolerance in okra: Ion relations and gas exchanges characteristics. Journal of Plant Nutrition, 26 (1): 63-79.Babalık, Z. (2012). Tuz ve su stresinin asmaların bazı fiziksel ve biyokimyasal özellikleri üzerine etkileri (Doktora Tezi). Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
6. Babalık, Z., Türk, F. H., & Baydar, N. G. (2015). İn vitro koşullarda su stresi altındaki Kober 5 BB asma anacında bazı fiziksel ve biyokimyasal değişimlerin belirlenmesi. Selçuk Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi-A. 27 (Türkiye 8. Bağcılık ve Teknolojileri Sempozyumu Özel Sayısı): 552-561.
7. Bahar, E., Korkutal, İ., & Kurt, C. (2011). Farklı fenolojik gelişme aşamalarındaki su stresinin üzüm tanesinde büyüme, gelişme ve kalite üzerine etkileri. Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 12(1): 23-34.
8. Bakır, M. (2012). Asma çeşit ve anaçlarında kuraklık ve tuz stresi toleransına yönelik mikrodizin analizleri ve stres ile ilgili transkriptomların tespiti. (Doktora Tezi), Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü.

9. Bertamini, M., Zulini, L., Muthuchelian, K., & Nedunchezhian, N. (2006). Effect of water deficit on photosynthetic and other physiological responses in grapevine (Vitis Vinifera L. Cv. Riesling) plants, Photosynthetica, 44 (1): 151-154.
10. Blum, A. (1986). Breeding crop varieties for stress environments, Critical Reviews İn Plant Sciences, 2: 199-237.
11. Çakır, A. (2011). Bağcılıkta abiyotik stres koşullarına yönelik melezlemelerden kuraklık ve tuz stresine toleranslı ümitvar tiplerin elde edilmesi. (Doktora Tezi), Ankara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
12. Çerçi, S. (2012). Kuraklık stresinin değişik turunçgil anaçlarında bazı fotosentetik parametreler ve bitki besin maddeleri konsantrasyonları üzerine etkileri. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı, Adana, Türkiye.
13. Daşgan, H. Y., Aktaş, H., Abak, K., & Çakmak, İ. (2002). Determination of screening techniques to salinity tolerance in tomatoes and investigation of genotype Responses. Plant Science, 163: 695-703.
14. Doğan, M., & Aslıhan, A. V. U. (2013). Kuraklık stresine karşı borun antioksidant enzimlere etkisi. Artvin Çoruh Üniversitesi Orman Fakültesi Dergisi, 14(1): 94-103.Dolaş, M., & Kılıç, S. (2008). Küresel ısınma ve GAP. Sulama Tuzlanma Konferansı, Şanlıurfa.
15. Duman, S. (2013). Solanum muricatum ait bitkisinin kuraklık stresine karşı bazı fizyolojik değişimlerinin incelenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Adıyaman Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
16. Ekşioğlu, A. (2016). Kuraklık stresinde miRNA cevaplarının domateste araştırılması. (Doktara Tezi), İstanbul Kültür Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
17. Ertürk, Ü., Sivritepe, N., & Yerlikaya, C. (2012, Ekim). Böğürtlenlerde kurağa dayanımın in vitro koşullarda belirlenmesi. IV. Ulusal Üzümsü Meyveler Sempozyumu, Antalya.
18. Escobar-Gutiérrez, A. J., Zipperlin, B., Carbonne, F., Moing, A., & Gaudillere, J. P. (1998). Photosynthesis, carbon partitioning and metabolite content during drought stress in peach seedlings. Functional Plant Biology, 25(2): 197-205.
19. Gök, S. (1996). Bazı üzüm çeşidi ve anaçlarının meristem kültürü yöntemiyle çoğaltılması. (Yüksek Lisans Tezi), Çukrova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
20. Güler, N. S., Sağlam, A., Demiralay, M., & Kadıoğlu, A. (2012). Apoplastic and symplastic solute concentrations contribute to osmotic adjustment in bean genotypes during drought stress. Türk J Biol. 36: 151-160.
21. Iraki, N. M., Bressan, R. A.,& Carpita, N. C. (1989). Extracellular polysaccharides and proteins of tobacco cell cultures and changes in composition associated with growth-limiting adaptation to water and saline stress. Plant Physiology, 91(1): 54-56.
22. İpek, M. (2015). In vıtro şartlarda Garnem ve Myrobolan 29C anaçlarının kurak stresine karşı tepkilerinin belirlenmesi. (Doktora Tezi), Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
23. Jones, J.B., Wolf, Jr. B., & Mills, H. A. (1991). Plant analysis handbook. I. methods of plant analysis and interpratation. Micro-Macro Publishing Inc.,183 Paradise Blvd, Suite 108, Athens Georgia 30607 USA.
24. Kaçar, B. (1972). Bitki Ve Toprağın Kimyasal Analizleri, II. Bitki Analizleri, Ankara Üniversitesi. Ziraat Fakültesi Yayınları.
25. Kalefetoğlu, T., & Ekmekçi, Y. (2005). The effect of drought on plants and tolerance mechanisms. G. Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 18(4): 723-740.
26. Karimi, S., Yadollahi, A., Nazari-Moghadam, R., Imani, A., & Arzani, K. (2012). In vitro screening of almond (Prunus dulcis (Mill.)) genotypes for drought tolerance, Journal of Bioogical and Environmental Sciences, 6(18): 263-270.
27. Karipçin, M. Z. (2009). Yerli ve yabani karpuz genotiplerinde kuraklığa toleransın belirlenmesi. (Doktora Tezi), Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü..Kaynaş, N., & Kaynaş, K. (2003). Klon anaçları üzerine aşılı Angelona erik çeşidinin su stresi koşullarındaki fizyolojik değişimleri. Türkiye 4. Bahçe Bitkileri Kongresi, Antalya.
28. Khan, A .N., Qureshi, R. H., & Ahmad, N. (2004). Salt tolerance of cotton cultivars in relation to relative growth rate in saline environments, International Journal of Agriculture & Biology, 6(5): 786-787.
29. Kıran, S., Özkay, F., Ellialtıoğlu, Ş., & Kuşvuran, Ş. (2014). Kuraklık stresi uygulanan kavun genotiplerinde bazı fizyolojik değişimler üzerine araştırmalar. Toprak Su Dergisi, 3(1): 53-58.
30. Koç, S. (2005). Fasulyelerde tuzluluğa tolerans bakımından genotipsel farklılıkların erken bitki gelişimi aşamasında belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
31. Kulkarni, M., & Deshpande, U. (2007). In vitro screening of tomato genotypes for drought resistance using polyethylene glycol. African Journal of Biotechnology, 6(6):691-696.
32. Kuşvuran, Ş. (2010). Kavunlarda kuraklık ve tuzluluğa toleransın fizyolojik mekanizmaları arasındaki bağlantılar. (Doktora Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana, Türkiye.
33. Kuşvuran, Ş., & Abak, K. (2012). Kavun genotiplerinin kuraklık stresine tepkileri. Çukurova Üniversitesi, Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(5): 79-87.Küçükyumuk, Z., Küçükyumuk, C., Erdal, İ., & Eraslan, F. (2014). Effect of different sweet cherry rootstocks and drought stress on nutrient concentrations. Tarım Bilimleri Dergisi, 21(3): 431-438.
34. Liu, J. H., Nakajıma, I., & Moriguchi, T. (2011). Effects of salt and osmotic stresses on free polyamine content and expression of polyamine biosynthetic genes in Vitis vinifera. Biologia Plantarum 55 (2): 340-344.
35. Mohamed, M. H., Harris, P. J. C., & Henderson, J. (2000). In vitro selection and characterisation of drought tolerant clone of tagetes minuta. Plant Science, 159(2): 213-222.
36. Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth bio assays with tobacco tissue cultures. Phsysiologia Plantarum, 15: 473-479.Okursoy, M. Y. (2006). Ekmeklik buğday genotiplerinin in vitro ve in vivo koşullarında kuraklığa dayanıklılık yönünden değerlendirilmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Tekirdağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
37. Örs, S., & Ekinci, M. (2015). Kuraklık stresi ve bitki fizyolojisi. Derim, 32 (2): 237-250.
38. Seçkin, B. (2005). Mannitolün tuz stresine maruz bırakılan buğday fidelerinin antioksidant enzim düzeyleri üzerindeki etkilerinin araştırılması. (Yüksek Lisans Tezi), Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
39. Süyüm, K. (2011). Karpuz genetik kaynaklarının tuzluluk ve kuraklığa tolerans seviyelerinin belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
40. Şimşek, Ö., Dönmez, D., & Kaçar, Y. (2018). Bazı turunçgil anaçlarının in vitro kuraklık stresi koşullarında performanslarının araştırılması. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 28(3): 305-310.
41. Tekiş, S. A. (2016). Kuraklık stresi altındaki mısır fidelerine (Zea Mays L.) dışarıdan selenyum uygulamalarının büyüme parametreleri, su durumu ve lipid peroksidasyonu üzerine iyileştirici etkilerinin belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
42. Troncoso, A., Barroso, M., Martin‐Aranda, J., Murillo, J. Mm, & Moreno, F. (1999). Interactions: Effect of the fertilization level on the availability and loss of nutrients in an olive‐orchard soil. Journal of Plant Nutrition, 10 (9-16): 1555-1561.
43. Vivas, A., Marulanda, A., Ruiz-Lozano, J. M., Barea, J. M., & Azcon, R. (2003). Influence of a Bacillus sp. on physiological activities of two arbuscular mycorrhizal fungi and on plant responses to PEG-induced drought stress. Mycorrhiza, 13(5): 249-256.
44. Yağmur, Y. (2008). Farklı asma (Vitis vinifera L.) çeşitlerinin kuraklık stresine karşı bazı fizyolojik ve biyokimyasal tolerans parametrelerinin araştırılması. (Yüksek Lisans Tezi),Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
45. Yamaner, Ö. (2011). Hypericum Adenotrichum Spach’un doku kültürü teknikleri ile çoğaltılması ve in Vıtro Koşullarda Sekonder Metabolit Değişiminin Araştırılması. (Doktora Tezi), Adnan Menderes Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü.