Effects of Nitrogen Fertilizer Doses on Some Germination Parameters in Bread Wheat (Triticum aestivum L.) and Examination with Scanning Electron Microscopy

Abstract

Wheat is a staple food that plays an important role in human nutrition. It is one of the most widely grown crops in the world and can be grown in a variety of climates and soil conditions. Wheat plants need nitrogen for their growth and yield. Nitrogen deficiency in wheat can lead to poor plant growth, yield reduction, and decreased protein content. Wheat plants also need to take up adequate nutrients to produce strong roots and seedlings, especially after germination. In this study, conducted in the Field Crops Department of the Faculty of Agriculture at Ordu University in 2023, the effects of different nitrogen fertilizer doses (1.5%, 2%, 3%, 4%, and 5%) on wheat seed germination were determined, and at the same time, the stoma structures located on the underside of the first leaves of the germinated seedlings were imaged with SEM microscopy. The root/shoot length ratio, seedling and root fresh weight, shoot/root, and root/shoot weight ratio were found to be significant (p<0.05). According to the results, the germination rate of various nitrogen treatments varied from 43.33 to 96.7%, while the control application was 33.33%. The application of 0.04 yielded the highest germination rate. The control group exhibited the lowest rate of germination. The LSD means for the majority of parameters, including seedling length, root length, shoot length, root/shoot length ratio, shoot/root length ratio, and seedling fresh weight, were highest for nitrogen administrations of 0.04 and 0.05. In contrast, the LSD means for these parameters were lowest for the 0.02 nitrogen application. A number of parameters, including seedling length, root length, shoot length, root-to-shoot and shoot-to-root length ratios, seedling and shoot fresh weights, shoot and root dry weights, and shoot water content, showed significant differences in germination characteristics under different nitrogen doses. The study's results revealed that the differences in stoma structures formed in young leaf tissues were striking when examined under SEM.

Keywords

• Germination
• Nitrogen
• SEM
• Triticum aestivum L.

Azotlu Gübre Dozlarının Ekmeklik Buğday (Triticum aestivum L.)’da Bazı Çimlenme Parametrelerine Etkileri ve SEM ile İncelenmesi

Öz

Buğday, insan beslenmesinde önemli bir yere sahip olan temel gıda ürünlerinden biridir. Dünya çapında en çok üretilen tarım mahsullerinden biri olan buğday, hemen hemen her türlü iklim ve toprak koşullarında yetiştirilebilmektedir. Buğday bitkisi, gelişimi ve verimi için azota ihtiyaç duyar. Buğdayda azotun yetersizliği, bitkilerin zayıf büyümesine, verim düşüklüğüne ve protein içeriğinin düşmesine neden olmaktadır. Buğday bitkisi, özellikle çimlendikten hemen sonra oluşturacağı kök ve fidenin güçlü olması için yeterli bitki besin maddesi alımına ihtiyaç duymaktadır. Ordu Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümü'nde 2023 yılında gerçekleştirilen bu çalışmada, farklı azotlu gübre dozlarının (1.5%, 2%, 3%, 4%, and 5%) buğday tohumu çimlenmesi üzerine etkileri belirlenmiş ve aynı zamanda çimlenen fidelerin ilk yapraklarının alt kısmında yer alan stoma yapıları SEM mikroskobu ile görüntülenmiştir. Kök/sürgün uzunluk oranı, fide ve kök yaş ağırlığı, sürgün/kök ve kök/sürgün ağırlık oranı önemli bulunmuştur (p<0.05). Sonuçlara göre çeşitli azot uygulamalarının çimlenme oranı %43.33 ile %96.7 arasında değişirken, kontrol uygulamasının çimlenme oranı %33.33 olarak gerçekleşmiştir. 0.04 uygulaması en yüksek çimlenme oranını vermiştir. Kontrol grubu en düşük çimlenme oranını göstermiştir. Fide uzunluğu, kök uzunluğu, sürgün uzunluğu, kök/sürgün uzunluğu oranı, sürgün/kök uzunluğu oranı ve fide taze ağırlığı da dahil olmak üzere parametrelerin çoğunluğu için LSD değerleri, 0.04 ve 0.05 azot uygulamalarında en yüksek düzeyde tespit edilmiştir. Buna karşılık, bu parametreler için LSD değerleri 0.02 azot uygulaması için en düşük bulunmuştur. Farklı azot dozları altında, çimlenme özelliklerinde fide uzunluğu, kök uzunluğu, sürgün uzunluğu, kök/sürgün ve sürgün/kök uzunluk oranları, fide ve sürgün yaş ağırlıkları, sürgün ve kök kuru ağırlıkları ve sürgün su içeriği gibi birçok parametrede anlamlı farklılıklar gözlenmiştir. Çalışmanın sonuçları, SEM altında incelendiğinde genç yaprak dokularında oluşan stoma yapılarındaki farklılıkların dikkat çekici olduğunu ortaya koymaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Azot
• Çimlenme
• SEM
• Triticum aestivum L.

Kaynakça

1. Aisha, H.. Shafeek, M. R. Asmaa, and M. El-Desuki. (2014). Effect of various levels of organic fertilizer andhumic acid on the growth and roots quality of turnip plants (Brassica rapa). Current Science International 3 (1):7–14.
2. Akgül, S., Aydemir, Ö. E., & Özkutlu, F. (2022). Gidya uygulamalarının ekmeklik ve makarnalık buğdayların kadmiyum ve besin elementi alımı üzerine etkisi. Akademik Ziraat Dergisi, 11(2), 353-362.
3. Akıncı, İ. E., & Çalışkan, Ü. (2010). Effect of lead on seed germination and tolerance levels in some summer vegetable. Ecology, 19 (74), 164-172. DOI: 10.5053/ekoloji.2010.7420.
4. Akoumianakis, K.A., Karapanos, I.C., Giakoumaki, M., Alexopoulos, A.A., & Passam, H.C. (2011). Nitrogen, season and cultivar affect radish growth, yield, sponginess and hollowness. International Journal of Plant Production, 5, 111-119.
5. Aras, B., & Uygun, S. (2017). Azotlu gübreleme esasları ve arpada azotlu gübreleme. Ziraat Mühendisliği Dergisi, 364, 18-29. Aydın, A. (1995).
6. Aydemir, Ö. E., Akgün, M., Erdem, H., Korkmaz, K., & Özkutlu, F. (2023). The Effect of Different Lime Forms on Cadmium Uptake of Durum Wheat Varieties. Turkish Journal of Agriculture-Food Science and Technology, 11(8), 1365-1371.
7. Chen Jing, Liu LianTao, Wang ZhanBiao, Zhang YongJiang, Sun HongChun, Bai ZhiYing, Lu ZhanYuan, Li CunDong, & Song ShiJia. (2020). Nitrogen fertilization increases root growth and coordinates the root-shoot relationship in cotton. Frontiers in Plant Science, 11(June). https://doi.org/https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2020.00880/full
8. Chen, Y., Liu, Y., Zhang, L., Zhang, L., Wu, N., & Liu, H. (2022). Effect of salt stress and nitrogen supply on seed germination and early seedling growth of three coastal halophytes. PeerJ, 10, e14164. https://doi.org/10.7717/peerj.14164

9. DeMalach N, Kigel J, Sternberg M. (2020). The soil seed bank can buffer long-term compositional changes in annual plant communities. Journal of Ecology. 2020;109(3):1275–1283. doi: 10.1111/1365-2745.13555.
10. Goldani, M., H. Zare, and M. Kamali. 2016. Evaluation of Different Levels of Nitrogen and Phosphorus Fertilizers on Shoot and Root Characteristics of Echinacea Purpurea. Horticultural Sciences (2008-4730) 30 (3): Pe366-Pe375. doi:https://jhs.um.ac.ir/index.php/jhorts/article/view/26615.
11. Jiang et al. (2016) Jiang ZM, Xu G, Jing YJ, Tang WJ, Lin RC. Phytochrome B and REVEILLE1/2-mediated signalling controls seed dormancy and germination in Arabidopsis. Nature Communications. 2016;7(1):12377. doi: 10.1038/ncomms12377.
12. Martínez-Ballesta, MC., Dominguez-Perles, R., Moreno, DA., Muries, B., Alcaraz-López, C., Bastías, E., & Carvajal, M. (2010). Minerals in plant food: effect of agricultural practices and role in human health. A review. Agronomy for Sustainable Development, 30(2), 295-309.
13. Milla & Lopez (2014) Milla R, Lopez JM. Limited evolutionary divergence of seedlings after the domestication of plant species. Plant Biology. 2014;17(1):169–176. doi: 10.1111/plb.12220.
14. Wu Rong, & Li YuanNong. (2013). Effect of water and nitrogen fertilizer coupling on root distribution, root/shoot ratio and yield of winter wheat. Journal of Southern Agriculture, 44(6), 963–967. https://doi.org/https://www.nfnyxb.com/EN/Default.aspx
15. Yıldırım, G. H., & Bilgen, M., (2022). Düğmeli Yonca Hatlarında (Medicago Orbicularis L. Bart.) Bazı Fiziksel ve Kimyasal Yöntemlerin Tohum Dormansisi Üzerine Etkileri. Akademik Ziraat Dergisi. Sayı:11(2) S:253-262. DOI:https://doi.org/10.29278/azd.790784
16. Yıldırım, G. H., & Yılmaz, N., (2022). Effects of Vermicompost on Some Germination Parameters in Paddy (Oryza sativa L.). International Journal of Eastern Anatolia, Science, Engineering and Design. Sayı: 1(5) S:76-89. DOI: https://doi.org/10.47898/ijeased.1268617
17. Yıldırım, G. H., & Yılmaz, N., (2022). Opportunities to Production of Biofuel from Grains and to Improve The Factors Increasing The Yield of Bioethanol in A Short Time. The European Journal of Research and Development. Sayı:2(4) S:253-272. DOI: https://doi.org/10.56038/ejrnd.v2i4.145.
18. Yıldırım, G. H., & Yılmaz, N., (2023). Germination Physiology and Optimum Values in Cereals. Muş Alparslan Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi. Sayı: 1(5) S:76-89. DOI: https://doi.org/10.47898/ijeased.1268617
19. Yılmaz, M. B., & Kısakürek, Ş. (2021). Effect of drought stress on germination and early seedling growth of (Lolium perenne L.) cultivars. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi, 24(3), 529-538.
20. Yorulmaz, L., & Akıncı, C. (2022). Bazı ekmeklik buğday (Triticum aestivum L.) genotiplerinin sırta ekim sisteminde morfolojik, fizyolojik, verim ve kalite yönünden incelenmesi. MAS Journal of Applied Sciences, 7(2), 326-336.
21. Zhang R, Luo K, Chen DL, Baskin JM, Baskin CC, Wang YR, Hu XW. (2020) Comparison of thermal and hydrotime requirements for seed germination of seven stipa species from cool and warm habitats. Frontiers in Plant Science. 2020;11:560714. doi: 10.3389/fpls.2020.560714.