Effects of salt and PEG-induced drought stress on seedling performance of perennial ryegrasses (Lolium perenne L.) cultivars

Abstract

Aims: This study was conducted to determine the response of some perennial ryegrass cultivars to salt and drought stress during seedling growth stages.

Methods and Results: Four perennial ryegrass cultivars (Apple GL, Ecologic, Barminton and Solstic II) were used as the seed material. Five different doses of Polyethylene Glycol (0, -0.4, -0.8, -1.2. ve -1.6 MPa) PEG-6000 and salt concentration (0, 50, 100, 150 ve 200 mM) NaCl were used to generate drought stress in seedling growth stages of perennial ryegrass. Seedling emergence experiments were carried out in plastic containers filled with a mixture of sand and peat placed into a growth cabinet with 4 replications in factorial arrangement of Completely Randomized Design (CRD). Tolerance of Lolium perenne cultivars seedling development to salinity and drought stress caused by, sodium chloride and PEG were investigated. As a result of the research in salt application, cultivars, salt and cultivars X salt interactions were significant for examined traits except for root length. In PEG application cultivars, PEG and cultivars X PEG interaction were significant for all parameters, except for root length and shoot length. Generally, increased doses of PEG and salt stress caused remarkable decreases in all examined traits.

Conclusions: Perennial cultivars responded differently with regard to examined traits in seedling emergence. It can be concluded that salt and PEG-6000 was useful agent to create drought stress seedling growth of perennial ryegrass, but greater doses and osmotic potentials lower than (150 mM) and (-1.2 MPa) could be applied to better determine the drought stress tolerance of perennial ryegrass cultivars.

Significance and Impact of the Study: In today's world, where the effects of global warming are increasingly felt, it will be very important to identify the drought problem and species and varieties tolerant to the use of alternative water resources. It is also important to identify the species and varieties tolerant to drought and salinity problems in the short term. Testing the cultivars that we will use in grass areas with a 21-day study and determining the appropriate cultivars that is tolerance/ resistant to salinity or drought is important for the sustainability of the grass areas.

Keywords

• Emergence rate %
• drought stress
• perennial ryegrass
• salinity

Tuz ve PEG kaynaklı kuraklık stresinin çok yıllık çim (Lolium perenne L.) çeşitlerinde fide gelişimine etkisi

Öz

Amaç: Bu çalışma, Lolium perenne çeşitlerinin fide gelişim aşamalarında tuz ve kuraklık stresine tepkisini belirlemek amacıyla yapılmıştır.

Yöntem ve Bulgular: Tohum materyali olarak dört çok yıllık çim çeşidi (Apple GL, Ecologic, Barminton ve Solstice II) kullanılmıştır. Lolium perenne çeşitlerinde fide gelişim aşamalarında tuz (0, 50, 100, 150 ve 200 mM NaCl) ve kuraklık (0, -0.4, -0.8, -1.2. ve -1.6 MPa, PEG-6000) stresi oluşturmak için beş farklı dozda sodyum klorür ve polietilen glikol kullanılmıştır. Fide gelişimi denemeleri tesadüf parselleri deneme deseninde faktöriyel düzende 4 tekrarlamalı olarak yürütülmüştür. Lolium Perenne çeşitlerinin fide gelişimi, tuz ve kuraklık stresine toleransları araştırılmıştır. Araştırma sonucunda tuz uygulamasında fide kök uzunluğu hariç tüm özelliklerde çeşit, tuz stresi ve çeşit x tuz stresi interaksiyonların önemli olduğu belirlenmiştir. Kuraklık uygulamasında fide kök uzunluğu ve fide sap uzunluğu hariç tüm özelliklerde çeşit x PEG interaksiyonların önemli olduğu belirlenmiştir. Genellikle tuz ve kuraklık stresi arttıkça incelenen özelliklerde önemli azalma olduğu ortaya konmuştur.

Genel Yorum: Lolium perenne çeşitlerinin fide gelişimi incelenen özelliklere göre, farklı oranda tepkiler vermiştir. Tuz’un ve PEG-6000'in Lolium perenne fide gelişiminde kuraklık stresi yaratmada yararlı bir ajan olduğu sonucuna varılabilir, ancak Lolium perenne tuz ve kuraklık stres toleransını daha iyi belirlemek için (150 mM )tuz ve (-1.2 MPa)'dan daha düşük ozmotik potansiyeller uygulanmalıdır. 

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Küresel ısınmanın etkilerini giderek hissedildiği günümüzde kuraklık sorunu ve alternatif su kaynaklarının kullanımına toleranslı tür ve çeşitlerin belirlenmesi çok önemli olacaktır. Kuraklık ve tuzluluk problemine toleranslı tür ve çeşitlerin kısa dönemde belirlenmesi de ayrıca önem taşımaktadır. 21 gün gibi kısa bir çalışma süreci ile yeşil alanlarda kullanılabilecek çeşitlerin test edilmesi tuzluluğa veya kurağa dayanıklı ya da toleranslı çeşidin belirlenmesi çim alanların sürdürülebilirliği açısından önem arz etmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Çıkış oranı
• Çok yıllık çim
• kuraklık
• tuzluluk

Kaynakça

1. Ahmad S, Ahmad, R, Ashraf MY, Waraich EA (2009) Sunflower (Helianthus annuus L.) response to drought stress at germination and seedling growth stages. Pakistan J. Bot., 41: 647‒654
2. Akıncı İE, Çalışkan Ü (2010) Kurşunun Bazı Yazlık Sebzelerde Tohum Çimlenmesi ve Tolerans Düzeyleri Üzerine Etkisi. Ekoloji, 19 (74): 164-172
3. Aşcı ÖÖ (2011) Salt tolerance in red clover (Trifolium pratense L.) seedlings. African Journal of Biotechnology, 10: 8774-8781.
4. Aşcı, Ö.Ö., Üney, H. (2016) Farklı Tuz Yoğunluklarının Macar Fiğinde (Vicia pannonica Crantz) Çimlenme ve Bitki Gelişimine Etkisi. Akademik Ziraat Dergisi, 5 (1) : 29-34
5. Atak M, Mavi K (2016). Bazı serin iklim tahıllarının ilk gelişme döneminde tuz stresine tepkilerinin belirlenmesi. Mustafa Kemal Üni. Zir. Fak. Der. 21 (2): 121-129.
6. Avcı S, İleri O, Kaya MD (2017) Determination of Genotypic Variation among Sorghum Cultivars for Seed Vigor, Salt and Drought Stresses. Journal of Agricultural Sciences, 23: 335-343 Avcıoğlu R (2014) Çim ekimi dikimi bakımı. Ege Üniversitesi Yayınları Ziraat Fakültesi Yayın no.574, s: 332
7. Balkan A, Gençtan T (2013) Ekmeklik buğdayda (Triticum Aestivum L.) osmotik stresin'çimlenme ve erken fide gelişimi üzerine etkisi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 10 (2) : 44-52
8. Berg van den L, Zeng YJ (2006) Response of south african indigenous grass species to drought stress induced by polyethylene glycol (PEG) 6000. South African Journal of Botany, 72: 284-286

9. Bilgili D, Atak M, Mavi K (2019) Effects of Peg-Induced Drought Stress on Germination and Seedling Performance of Bread Wheat Genotypes YYÜ. Tar. Bil. Derg, 29 (4): 765-771 Blum A. (1986) Breeding Crop Varieties for Stress Environments, Critical Reviews in Plant Sciences, 2: 199-237.
10. Borawska-Jarmułowicz B, Mastalerczuk G, Gozdowski D, Małuszyńska E, Szydłowska A (2017) The sensitivity of Lolium perenne and Poa pratensis to salinity and drought during the seed germination and under different photoperiod conditions. Zemdirbyste-Agriculture, 104 (1) : 71-78
11. Çarpıcı EB, Erdel B (2015) Bazı yonca çeşitlerinde (Medicago sativa L.) kuraklık stresinin çimlenme özellikleri üzerine etkisi, Derim, 32 (2) : 201-210
12. Carrow RL Duncan RR (1998) Salt Affected Turfgrass Sites: Assesment and Managment. Ann Arbor Press, Chelsea, Michigian. p:65
13. Castroluna A, Ruiz OM, Quiroga AM, Pedranzani HE (2014) Effects of salinity and drought stress on germination, biomass and growth in three varieties of Medicago sativa L. Avences. En Investigacion Agropecuaria, 18 (1): 39-50.
14. Dhanda SS, Sethi GS, Behl RK (2004) Indices of drought tolerance in wheat genotypes at early stages of plant growth. Journal of Agronomy and Crop Science, 190 (1): 6-12. Ellis RH, Roberts EH (1980) Towards a rational basis for seed testing seed quality. ( P. Hebblethwaitei Editör). In: Seed Production. Butterworths, London, p:605-635. Ertekin İ, Yılmaz Ş, Atak M, Can C (2018) Effects of different salt concentrations on the germination properties of Hungarian vetch (Vicia pannonica Crantz.) cultivars. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 5 (2):175-179
15. Ertekin İ, Yılmaz Ş, Atak M, Can C, Çeliktaş N (2017) Tuz stresinin bazı yaygın fiğ (Vicia sativa L.) çeşitlerinin çimlenmesi üzerine etkileri. Mustafa Kemal Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 22 (2):10-18
16. Gürbüz A, Kaya M, Türkan AD, Kaya G, Kaya MD, Çiftçi CY (2009) Bazı nohut (Cicer arietinum L.) çeşitlerinde tane iriliği ve kuraklık stresinin çimlenme özelliklerine etkisi. Akdeniz Ziraat Fakültesi Dergisi, 22 (1) : 69-74.
17. Hokmalipour S (2015) Effect of salinity and temperature on seed germination and seed vigor ındex of chicory (Chichoriumin tynus L.), Cumin (Cuminium cyminium L.) and fennel (Foeniculum vulgare). Indian Journal of Science and Technology, 8 (35) : 2-9.
18. Ista, 1996. International rules for seed testing. rules. Seed Science and Technology 24. Supplement.
19. Kaya MD, Okçu G, Atak M, Çıkılı Y, Kolsarıcı Ö (2006) seed treatments to overcome salt and drought stress during germination in sunflower (Helianthus annuus L). European Journal of Agronomy,24 : 291–295.
20. Khayatnezhad M, Gholamin R (2011) Effects of water and salt stresses on germination and seedling growth in two durum wheat (Triticum durum Desf.) genotypes. Scientific Research and Essays, 6 (21): 4597-4603.
21. Khodarahmpour Z (2011) Effect of drought stress ınduced by polyethylene glycol (PEG) on germination ındices in corn (Zea mays L.) hybrids. African Journal of Biotechnology, 10 (79) : 18222-18227
22. Kuşvuran A, Nazlı RI, Kuşvuran S (2014a) Determination of salinity effects on seed germination in different red fescue (Festuca rubra L.) varieties, Tar. Bil. Ar. Derg. 7 (1): 22-27.
23. Kuşvuran A, Nazlı RI, Kuşvuran S (2014b) Salinity effects on seed germination in different tall fescue (Festuca arundinaceae Schreb.) varieties. Tar. Bil. Ar. Derg. 7 (2): 8-12.
24. Kuşvuran A, Nazlı RI, Kuşvuran S (2015) The effects of salinity on seed germination in perennial ryegrass (Lolium perenne L.) varieties. Türk Tar. Doğ. Bil. Derg. 2 (1): 78–84
25. Nizam I (2011) Effects of salinity stress on water uptake, germination and early seedling growth of perennial ryegrass. African Journal of Biotechnology, 10 (51): 10418-10424
26. Okçu G, Kaya MD, Atak M (2005) Effects of salt and drought stresses on germination and seedling growth of pea (Pisum sativum L.). Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 29: 237-242
27. Oki T, Kanae S (2006) Global hydrological cycles and world water resources. Science, 313: 1068-1072
28. Osakabe Y, Osakabe K, Shinozaki K, Tran, LSP (2014) Response of plants to water stress. Frontiers in Plant Science, 5 (86): 1-8
29. Radhouane L (2007) Response of tunisian autochthonous pearl millet (Pennisetum glaucum L. R. Br.) to drought stress ınduced by polyethylene glycol (PEG) 6000. African Journal of Biotechnology 6 (9) : 1102-1105.
30. Rouhi HR, Aboutalebian MA, Sharif-Zadeh F (2011) Effects of hydro and osmopriming on drought stress tolerance during germination in four grass species. International Journal of Agri. Science, 1 (2): 701-774
31. Topçu GD, Çelen AE, Özkan ŞS (2016) Farklı tuz konsantrasyonlarının kamışsı yumak (Festuca arundinacea) ve mavi ayrık (Agropyron intermedium) bitkilerinin cimlenme ve erken gelişme donemindeki etkileri uzerine araştırma. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitusu Dergisi, 25 (Ozel sayı-2) : 219-224
32. Turhan A, Kuşçu H, Şeniz V (2011) Effects of different salt concentrations (NaCl) on germination of some spinach cultivars. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 25 (1): 65-77 Wang YR, Yu L, Nan ZB, Liu YL (2004). Vigor tests used to rank seed lot quality and predict field emergence in four forage species. Crop Science, 44 (2) : 535-541.
33. Yılmaz Ş, Hurmanlı İ (2016) Akdeniz bölgesinde bozulmuş çim alanlarında üstten tohumlamanın çim kalitesine etkisi. Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi. 25 (Özel sayı-2): 246-252
34. Yılmaz Ş, Hurmanlı İ, Yılmaz MB (2018) Çim alanlarında üstten tohumlamanın mevsimsel çim kalitesine etkisi, MKÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 23 (1): 97-105
35. Zhang Q, Rue, K, Wang S (2012) Salinity effect on seed germination and growth of two warm-season native grass species. Hortscıence, 47 (4): 527-530
36. Zhang, Q, Yang L, Rue K (2018) Differences in seedling growth of 23 creeping bentgrass cultivars under polyethylene glycol-induced drought conditions, Horttech, 28 (3): 327-331