Effects of PGPR and Seaweed Applications on Plant Development on Salt Stressed Zucchini Plants Grown in Hydroponic Environment

Abstract

Objective: Salt stress is an important limiting factor of agricultural production and creates negative effects on the yield and quality of crop production. In order to combat the negative effects, research and development of alternative methods have become an important part of sustainable crop production strategies. In this study conducted at the Horticulture Physiology Laboratory of Van Yüzüncü Yıl University Faculty of Agriculture, the effectiveness of alternative methods was evaluated to increase the salt stress tolerance of summer squash (Cucurbita pepo L. cv. Sakız) plants, which are moderately tolerant to salt stress. Materials and Methods: The research was carried out in a controlled climate chamber under ±23°C temperature and 60-70% humidity conditions, under a 16-hour light and 8-hour dark cycle. The research consists of two basic stages. In the first stage, the effects of different salt concentrations (100, 125 and 150 mM NaCl) on the plant were evaluated, and it was determined that 100 mM NaCl concentration had a moderate effect on the plants. In the second stage, in addition to the selected 100 mM NaCl concentration, the effects of various methods containing beneficial bacteria (Arthrobacter, Azospirillum lipoferum, Bacillus subtilis) and seaweed extract on plant growth were investigated. Applications were applied using both immersion and root dipping methods. In the study carried out in hydroponic environment, parameters of vegetative development of plants (number of leaves (number), leaf weight (g), root weight (g), stem weight (g), total plant weight (g), root length (cm), stem length). (cm), stem diameter (mm) and internode length (mm) were examined. Results: The findings showed that the use of beneficial bacteria (Arthrobacter, Azospirillum lipoferum and Bacillus subtilis) and seaweed extract in plants grown under salt stress conditions partially alleviated the negative effects of salt stress. Conclusion: It is thought that the study will contribute to the development of innovative and effective strategies to overcome the negative effects of salt stress.

Keywords

• Cucurbita pepo L
• Salt Stress
• Yield
• Quality
• PGPR

Hidroponik Ortamda Yetiştirilen Tuz Stresi Altındaki Kabak Bitkilerine PGPR ve Deniz Yosunu Uygulamalarının Bitki Gelişimi Üzerine Etkileri

Öz

Amaç: Tuz stresi, tarımsal üretimin önemli bir sınırlayıcı faktörü olup, bitkisel üretimin verim ve kalitesini olumsuz etkilemektedir. Tuz stresinin olumsuz etkileri ile mücadele etmek amacıyla, alternatif yöntemlerin araştırılması ve geliştirilmesi, sürdürülebilir bitkisel üretim stratejilerinin önemli bir parçası haline gelmiştir. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bahçe Bitkileri Fizyoloji Laboratuvarında yürütülen bu çalışmada, tuz stresine orta derecede tolerans gösteren yazlık kabak (Cucurbita pepo L. cv. Sakız) bitkilerinin tuz stresine toleransını artırma amacıyla alternatif yöntemlerin etkinliği değerlendirilmiştir. Materyal ve Yöntem: Araştırma, ±23°C sıcaklık ve %60-70 nem koşullarında, 16 saat aydınlık ve 8 saat karanlık döngüsü altında kontrollü iklim odasında gerçekleştirilmiştir. Araştırma iki temel aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, farklı tuz konsantrasyonlarının (100, 125 ve 150 mM NaCl) bitki üzerindeki etkileri değerlendirilmiş, 100 mM NaCl konsantrasyonunun bitkiler üzerinde orta derecede bir etki oluşturduğu belirlenmiştir. İkinci aşamada, seçilen 100 mM NaCl konsantrasyonuna ek olarak, yararlı bakteriler (Arthrobacter, Azospirillum lipoferum, Bacillus subtilis) ve deniz yosunu özütü içeren çeşitli yöntemlerin bitki gelişimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Uygulamalar hem içirme hem de kök daldırma yöntemleri kullanılarak yapılmıştır. Hidroponik ortamda gerçekleştirilen çalışmada, bitkilerin vejetatif gelişimine ait parametreler (yaprak sayısı (adet), yaprak ağırlığı (g), kök ağırlığı (g), gövde ağırlığı (g), toplam bitki ağırlığı (g), kök uzunluğu (cm), gövde uzunluğu (cm), gövde çapı (mm) ve boğum arası uzunluk (mm)) incelenmiştir. Bulgular: Elde edilen bulgular, tuz stresi koşulları altında yetiştirilen bitkilerde yararlı bakterilerin (Arthrobacter, Azospirillum lipoferum ve Bacillus subtilis) ve deniz yosunu özünün kullanılmasının, tuz stresinin olumsuz etkilerini kısmen hafiflettiğini göstermiştir. Sonuç: Yapılan çalışma tuz stresinin olumsuz etkilerinin üstesinden gelmek için yenilikçi ve etkili stratejilerin geliştirilmesine katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Cucurbita pepo L
• Tuz Stresi
• Verim
• Kalite
• PGPR

Kaynakça

1. Ağaoğlu, Y. S., Çelik, H., Çelik, M., Fidan, Y., Gülşen, Y., Günay, A., Halloran, N., Köksal, A. İ., & Yanmaz, R. (2001). Genel bahçe bitkileri. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Eğitim, Araştırma ve Geliştirme Vakfı Yayınları No:5. Ankara.
2. Akat, H., & Altunlu, H. (2019). Theeffects of sewage sludge applications on growth, yield and flower quality of limonium sinuatum (statice) under salinity conditions. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi. 56 (1):111-120.
3. Altunlu H. (2020). Theeffects of mycorrhiza and rhizobacteria application on growth and some physiological parameters of pepper (Capsicum annuum L.) under salt stres, Ege Üniv. Ziraat Fak. Derg., 57 (4): 501-510.
4. Anonim, (2023a, 15 Eylül). Erişim adresi: https://tr.timacagro.com/
5. Anonim, (2023b, 15 Eylül). Erişim adresi: http://www.roabiyoteknoloji.com/tr
6. Anonim, (2023c, 15 Eylül). Erişim adresi: https://agrobestgrup.com/
7. Anonim, (2023d, 15 Eylül). Erişim adresi: https://www.ngbiyoteknoloji.com/
8. Anonim, (2024, 15 Şubat). Erişim adresi: https://www.asgen.com.tr/urun/sakiz-kabak-tohumu

9. Baktemur, G. (2023). İn vitro koşullarda farklı konsantrasyonlarda sodyum klorür içeren besin ortamlarının kabak (Cucurbita pepo L.) bitkisi gelişimine etkisi. OKU Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi 6(1): 873-882.
10. Can, A. G. (2019). Mikroalg (Chlorella vulgaris Beijerinck) kullanımının guar (Cyamopsis tetragonoloba (l.) taub.) fidelerinde tuza tolerans üzerine etkisi. (Yüksek Lisans Tezi). Çankırı Karatekin Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Tarım ve Yaşam Bilimleri Anabilim Dalı. Çankırı.
11. Cramer, G. R., & Nowak, R. S. (1992). Supplemental manganese ımproves the relative growth, net asimilation and photosynthetic rates of salt-stressed barley. Physiol Plant84: 600-605.
12. Çakırlar, H., & Topçuoğlu, Ş. F. (1985). Stres terminolojisi. Çölleşen Dünya ve Türkiye Örneği Sempozyum, 7: 13-17.
13. Çakmakçı, R. (2005). Bitki gelişimini teşvik eden rizobakterilerin tarımda kullanımı. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 36(1): 97-107.
14. Erdem, T., Arın, L., Erdem, Y., Polat, S., Deveci, M., Okursoy, H., & Gültaş, H. T., (2010). Yield and quality response of drip ırrigated broccoli (Brassica oleracea l. var. italica) under different ırrigation regimes, nitrogen applications and cultivation periods, agricultural water management, 97 (5): 681-688 pp.
15. Eşiyok, D. (2012). Kışlık ve yazlık sebze yetiştiriciliği. Meta Basım. İzmir.
16. Ghosh, S., Penterman, J. N., Little, R. D., Chavez, R., & Glick, B. R. (2003). Three newly ısolated plant growth promoting bacilli facilitate the seedling growth of canola, brassica campestris. Plant Physiol. Biochem 41:277–281.
17. Glick, B. R.(2014). Bacteria with acc deaminase can promote plant growth and help to feed the world. Microbiological Research. Volume 169, Issue 1, Pages 30-39.
18. Goreta, S., Bucevic-Popovic, V., Selak, G. V., Pavela-Vrancic, M., & Perica, S. (2008). Vegetative growth, superoxide dismutase activity and ıon concentration of salt-stressed watermelon as ınfluenced by rootstock. The Journal of Agricultural Science. 146(6): 695- 704.
19. Greenway, H., & Munns, S. R. (1980). Mechanisms of salt tolerance in non halophytes. Annals Review of Plant Physiology. 31:149-159.
20. Güneş, A., Alpaslan, M., & İnal, A. (2010). Bitki besleme ve gübreleme. A.Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları, Yayın No: 1581, Ders Kitabı:533. ISBN:978-975-482- 878-8, Ankara.
21. Hoagland, D. R., & Arnon, D. I. (1938). The method for growing plants without soil: Water Culture, University of California, Berkeley.
22. Honma, M., Shimomura, T. (1978). Metabolism of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid. Agric Biol Chem, 43:1825–1831.
23. İmriz, G., Özdemir, F., Topal, İ., Ercan, B., Taş, M. N., Yakışır, E., & Okur, O. (2014). Bitkisel üretimde bitki gelişimini teşvik eden rizobakteri (pgpr)'ler ve etki mekanizmaları. Elektronik Mikrobiyoloji Dergisi TR, 12(2): 1-19.
24. Kamaladhasan, N., & Subramanian, S. K. (2009). Influence of seaweed liquid fertilizers on legume crop, red gram. Journal of Basic and Applied Biology, 24.
25. Kalaycı, M. (2005). Örneklerle jump kullanımı ve tarımsal araştırma için varyans analizi modelleri. Eskişehir Anadolu Tarımsal Araştırma Enstitüsü Yayınları, No. 21. Eskişehir.
26. Kasim, W. A., Saad-Allah, K. M., & Hamouda, M. (2016). Seed priming with extracts of two seaweeds alleviates the physiological and molecular ımpacts of salinity stress on radish (Raphanus sativus). Int. J. Agric. Biol., 18: 653‒660.
27. Kidoglu, F., Gül, A., Ozaktan, H., & Tüzel, Y. (2007). Effect of rhizobacteria on plant growth of different vegetables. ISHS Acta Horticulturae 801: International. Symposium on High Technology for Greenhouse System Management: Greensys.
28. Matsiyak, K. Kaczmarek, Z., & Krawczyk, R. (2011). Influence of seaweed extracts and mixture of humic and fulvic acids on germination and growth of zea mays l. acta scientiarum polonorum agricultura.10 (1): 33-45.
29. Mohammed, A. A., Söylemez, S., & Sarhan, T. Z. (2022). Effect of biofertilizers, seaweed extract and ınorganic fertilizer on growth and yield of lettuce (Lactuca sativa var. longifolia L.). Harran Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 26(1), 60-71.
30. Önder, S., & Uçar, Ö. (2021). Tuz stresinin fasulye (Phaseolus vulgaris L.) üzerindeki etkileri ve tuza toleransı artırmak için yapılan uygulamalar. 3rd International Conference on Food, Agriculture and Veterinary 19-20 June, Izmir-Turkey.
31. Penrose, D. M, & Glick, B. R., (1997). Enzymes that regulate ethylene levels-1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (acc) deaminase, acc synthase and acc oxidase. Indian Journal of Experimental Biology 35(1):1-17.
32. Safronova, V. I., Stepanok, V. V., Engqvist, G. L., Alekseyev, Y. V., & Belimov, A. A. (2006). Root-associated bacteria containing 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase ımproves growth and nutrient uptake by pea genotypes cultivated in cadmium supplemented soil. Biol. Fertil. Soils, 42: 267–272.
33. Shaharoona, B. (2006). Effect of plant growth promoting rhizobacteria containing accdeaminase on maize (Zea mays l.) growth under axenic conditions and on nodulation in mung bean (Vignara diata l.). Letters in Ap. Micro.42: 155-162.
34. Sobeih, W. Y., Dodd, I. C., Bacon, M. A., Grierson, D., & Davies, W. J. (2004). Long-distance signals regulating stomatal conductance and leaf growth in tomato (Lycopersicon esculentum) plants subjected to partial root-zone drying. J. Exp. Bot. 55:2353– 2363.
35. Şen, Ö. (2008). Tuz stresi altında yetiştirilen patlıcan fidelerinin gelişimi ve besin elementi içerikleri üzerine arbuscular mikorizal fungus uygulamalarının etkisi. (Yüksek Lisans Tezi). Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı. Konya.
36. Türkoğlu, M. (2019). Farklı kavun (Cucumis melo l.) çeşitlerinde pgpr kullanımının verim ve kalite üzerine etkileri.(Yüksek Lisans Tezi). Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı. Van.
37. Uçar, Ö. (2021). Tahıl yetiştiriciliğinde bitki gelişimini teşvik eden bakterilerin kullanımı. 2nd International Çukurova Agriculture and Veterinary Congress. Syf. 222-231. 4-5 January 2021/ADANA.
38. Üzal, Ö., & Yasar, F. (2016). Effects on some plant growth parameters of ga3 applications in pepper plants under salt stress, VII International Scientific Agriculture Symposium, S: 883-888" Agrosym 2016", 6- 9 October.
39. Üzal, Ö., Yaşar, F., & Yıldırım, Ö. (2020). Tuz stresi altındaki biber bitkisindeki kalsiyum uygulamalarının antioksidatif enzim aktivitelerine etkisinin araştırılması. ISPEC Journal of Agr. Sciences 4(2): 346- 357.
40. Yaşar, F. (2003). Investigation of some antioxidant enzyme activities in eggplant genotypes grown under salt stress in vivo and in vitro. (PhD Thsis). Yuzuncu Yil University, Institute of Natural and Applied Sciences, pp 139, Van/Turkey.
41. Yaşar, F. (2007). Effects of salt stress on ıonand lipid peroxidation content in green beans genotypes. Asian Journal of Chemistry, 19 (2): 1165.
42. Yaşar, F., & Üzal, Ö. (2019). Determination of malondialdehyde and chlorophyll amounts by applying potassium to salt stressed pepper plant. ICOFAAS 2019, 284.
43. Yaşar, F., Yıldırım, Ö., & Üzal, Ö. (2020). Tuz stresi altındaki biber bitkisindeki kalsiyum uygulamalarının antioksidatif enzim aktivitelerine etkisinin araştırılması. ISPEC Tarım Bilimleri Dergisi 2020: 4(2).
44. Yıldırım, E., Taylor, A. G., & Spittler, T. D. (2006). Ameliorative effects of biological treatments on growth of squash plants under salt stress. Sci Hortic 111:1-6.
45. Yıldırım, E., Ekinci, M., Dursun, A., & Karagöz, K. (2015). Plant growth-promoting rhizobacteria ımproved seedling growth and quality of cucumber (Cucumis sativus L.)” International Conference on Chemical, Food and Environment Engineering (ICCFEE'15) Jan. 11-12, Dubai (UAE), 6-8.
46. Yıldız, E., Yaman, M., & Sümbül, A. (2022). Elma türünde rizobakteri uygulamasının meyve verim ve kalitesine etkileri konusunda yapılan çalışmalar. 7th International Zeugma Conference on Scientific Research. Sayfa 403-410.
47. Zakavi, M., Askari, H., & Shahrooei, M. (2022). Maize growth responseto diferent bacillus strains ısolated from a salt-marshland area under salinity stress. BMC PlantBiology, 22:367.
48. Zhu, Z. J, Fan, H. F., & He, Y. (2011). Roles of silicon-mediated alleviation of salt stress in higher plants: a review, Proceedings of the 5th. International Conference on Silicon in Agriculture (September 13-18), Beijing, China, 223 pp.