Stres Fizyolojisi

... konulu sunumlar: "Stres Fizyolojisi"— Sunum transkripti:

1 Stres Fizyolojisi

2 Bitkide Stres  Bitkinin verim açısından genetik potansiyelinin altına düşmesine neden olan ve büyümesini yavaşlatan harici tüm etkenler stres faktörüdür.  Bitkiler yetiştikleri ortamda nadiren mutlu olurlar.  Bitki türleri arasında stres faktörlerine reaksiyon açısından farklılıklar vardır.

3 Stres faktörleri Yüksek sıcaklık Yüksek sıcaklık Düşük sıcaklık (chilling, freezing) Düşük sıcaklık (chilling, freezing) Su göllenmesi Su göllenmesi Kuraklık Kuraklık Tuzluluk Tuzluluk Radyasyon Radyasyon Kimyasallar Kimyasallar Biotik stresler(pathogens, competition) Biotik stresler(pathogens, competition)

4 Stres koşullarında bitkilerin reaksiyonu  Stresten zarar gören bitkide bir veya daha fazla metabolik bozukluklar görülebilir.  Stres kısa dönemli ise bitki kendini iyileştirebilir.  Stres uzun süreli ve şiddetli ise bitkinin çiçeklenmesi ve tohum bağlaması engellenir ve daha sonrasında ölür.  Stresten kaçış mekanizması verimi etkileyn en önemli etkendir.

5 Bitkide Stresi Azaltan Etkenler Stresin etkisini azaltacak fizyolojik mekanizmalar. Stresin etkisini azaltacak fizyolojik mekanizmalar. Derin Kök Sistemi Derin Kök Sistemi Kalın Kutikila Kalın Kutikila Kalın Yaprak Kalın Yaprak

6 Kurağa Dayanıklı Buğday Çeşidi Geliştirmede Fizyolojik Parametreler

7 Çeşitlerin verimini etkileyen faktörler Çeşitlerin verimini etkileyen faktörler  Verim potansiyeli  Kışa dayanıklılık  Yatmaya karşı direnci  Başaktaki dane sayısı  Dane doldurma kapasitesi  Erken ilkbaharda tarlayı kapatma kabiliyeti  Besin elementi noksanlıklarına karşı reaksiyonu  Hastalıklara dayanıklılık  Kurağa tolerans

8

9 Kuraklığın Bitki Gelişimine Etkisi Bitkinin Su Alımı Toprak içerisinde kök dağılımı

10

11

12  Hücre  Protoplasma su kaybeder  Hücre hacmi küçülür  Hücre suyu konsantrasyonu yükselir  Membranlar daha geçirgen olur  Bazı protein ve membranlar yapısal bozukluğa uğrayarak işlevini yerine getiremez

13 Fotosentez Fotosentez  Stoma hücreleri kapanır ve C0 2 alımı engellenir  Fotosistem yapısal bozulmaya uğrayarak işlevini kaybeder Bitki Organları Bitki Organları  Gövde büyümesi engellenir  Yüksek kuraklık şiddetinde kök büyümesi engellenir  Yaprak alanı daralır  İleri aşamada yapraklarda sararma başlar

14  Herhangi bir buğday çeşidinin kuraklığa karşı toleransı; o çeşidin kurak koşullar oluştuğunda hayatını devam ettirebilme ve yeterli verimi verme kabiliyetidir.

15 Blum(1988) kuraklığa dayanıklılığı üç ana sınıfa ayırmıştır; Blum(1988) kuraklığa dayanıklılığı üç ana sınıfa ayırmıştır;  Kuraklıktan kaçış; bitkinin kurak periyot gelmeden önce fizyolojik olgunluğa ulaşma kabiliyetidir.  Kuraklıktan korunma; bitkinin kurak koşullar oluştuğunda bünyesinde daha fazla su ihtiva ederek ve su kaybını en aza indirerek kuraklığa dayanma kabiliyetidir.  Kuraklığa tolerans; bitkinin düşük doku su potansiyeli nedeniyle kurak dönemde hayatını devam ettirmesi olarak açıklanabilir.

16  Yukarıdaki özellikler incelendiğinde, erkencilik özelliğinin toplam yağışın ve dağılımının yıldan yıla büyük varyasyon gösterdiği bölgemiz için tek başına bir seleksiyon kriteri olamayacağı açıktır; çünkü erkenci çeşitler uygun koşullar oluştuğunda hızlı geliştikleri için bir miktar verim kaybı olmaktadır. dağılımının yıldan yıla büyük varyasyon gösterdiği bölgemiz için tek başına bir seleksiyon kriteri olamayacağı açıktır; çünkü erkenci çeşitler uygun koşullar oluştuğunda hızlı geliştikleri için bir miktar verim kaybı olmaktadır.

17  Kurak toleransı yüksek çeşitlerin geliştirilmesi için kurak mukavemet mekanizmasının anlaşılmasının yanı sıra tolerant hatların geniş ıslah materyali arasında tanınmasını sağlayacak basit, uygulanabilir, seleksiyon parametrelerine ihtiyaç vardır.  Morfolojik parametrelere ilave olarak fizyolojik parametrelerinde seleksiyonda kullanılması başarıyı artıracaktır.

18 Buğday Islahında Kullanılabilecek Bazı Parametreler  Hasat İndeksi  Kurak Hassasiyet İndeksi  Translokasyon kapasitesi  Klorofil içeriği  Bitki Örtüsü (Canopy) sıcaklığı  Membran stabilitesi  Yaprak su tutma kapasitesi (Leaf Water Retention)  Proline içeriği  ABA içeriği

19 Hasat İndeksi (HI)  Buğdayın toprak üstü aksamından alınan örnekte dane veriminin toplam biyolojik verime olan oranıdır.  Kurak Bagımsız HI: Optimum koşullarda çeşidin verim potansiyeli hakkında fikir verir  Kurağa Bağımlı HI: Kurak koşullarda oluşan HI. Düşük HI değeri dane doldurma sırasında oluşan kuraklıktan çeşidin etkilenmesi hakkında fikir verir.

20 Kurak Hassasiyet İndeksi (KHI)   KHI Hesaplanması Kuraklık Şiddeti = (sulu ortalama verim- kuru ortalama verim)/sulu ortalama verim *Burada kullanılan verimler denemede yer alan tüm çeşitlerin ortalamasıdır. KŞ= (188.6 – 42.5)/188.6 = 0.77 KHI = (sulu verim – kuru verim)/sulu verim Kuraklık Şiddeti Örnek Çözüm KHI= ((186- 50)/186)/0,77= 0,95 *Kullanılan verimler çeşidin verim değerleridir.

21 Kurak Mukavemet Projesi (1994-1996) Tarla Denemeleri Verim Sonuçlarından Hesaplanan Kurak Hassasiyet İndeksi Değerleri. KURAK HASSASİYET İNDEKSİ ÇEŞİT1994-1995 ESKİŞEHİR 1994-1995 KONYA 1995-1996 KONYA ORTALAMA KIRAÇ 661.0230.5810.6760.760 BOLAL 29730.7550.8000.9910.849 GEREK 790.9170.7090.4730.700 ATAY 851.0881.2110.9781.092 ES-141.0831.1681.3111.187 4-111.0640.8310.7300.875 YAYLA 3051.0510.5930.4210.688 AK 7021.0320.6920.6160.780 GÜN 911.0501.1430.7980.997 KIRKPINAR 791.0181.5091.5001.342 PARTİZANKA0.9941.1531.4811.209 KATE A-10.9331.2281.3811.181 KUTLUK 941.0411.1970.9721.070 BEZOSTAYA 11.0881.1531.1371.126 DAGDAŞ0.9400.6410.8970.826 KIRGIZ 950.9650.6951.1440.935 91 ES SBVD 2-80.8991.4311.2911.207 SERTAK 521.0770.6890.6480.805 ZITARKA0.9821.5771.5561.372

22 Translokasyon kapasitesi  Çeşidin gövdesinde bulunan depo besinleri daneye doldurma kapasitedir.  Başaklanma tarihinden 2-3 hafta sonra parselin bir bölümüne desikant (%4’lük Magnezyum Klorat (Mg(ClO 3 ) 2 )) uygulanır.  Uygulama öncesi 10-15 başak örneği alınır.  Hasat dönemine kadar beklenir

23

24

25  Hasat döneminde hem kontrol kısmından hem de klorat uygulaması yapılan bölümden başak örnekleri alınır.  Alınan başak örneklerinde dane ağırlığı belirlenir.  TK%= (USD-UÖD/KD-UÖD)*100  USD= Uygulama sonrası bir dane ağırlığı(mg)  UÖD= Uygulama öncesi bir dane ağırlığı (mg)  KD= Kontrol uygulamasında bir dane ağırlığı (mg)

26 Klorofil İçeriği  Kurak koşullarda meydana gelen sararmaların nedeni klorofil sentezinin engellenmesidir. Bu nedenle kurak koşullarda klorofil içeriği ve stabilitesi yüksek olan çeşitler daha etkili fotosentez yapmaktadır.  Bayrak yaprağı klorofil içeriği, son zamanlarda geliştirilmiş aletlerle basit ve hızlı bir şekilde ölçülebilir

27

28 Bitki Örtüsü (Canopy) sıcaklığı  Transprasyon yoluyla bitkiden buharlaşan suyun en önemli fonksiyonlarından birisi bitki sıcaklığının atmosfer sıcaklığından daha düşük olmasını sağlamasıdır.  Bitki sıcaklığının ölçülmesi, çeşidin kök sistemi ve suyun yetersiz olduğu durumlarda su alabilme kabiliyeti hakkında fikir verecektir.

29

30

31 Membran stabilitesi

32

33

34

35

36  Membranların oransal zararlanması (OZ%) OZ%= (1- ((1- U 1 /U 2 )/(1- K 1 /K 2 )))X100 U = EC (mmhos) %40 PEG uygulanmış K = EC (mmhos) Kontrol Küçük 1 ve 2 ise başlangıç ve son değerleri simgeler

37 Yaprak su tutma kapasitesi (Leaf Water Retention)  Alınan yaprak örneklerinin başlangıç ağırlıkları tespit edildikten sonra laboratuar sıcaklığında (17 0 ) kurumaya terkedillir. 7., 13. ve 24. saatlerde ağırlıkları yeniden tespit edilen yapraklar daha sonra fırında 80 0 de 24 saat kurutulur. Buradan hesaplanan yaprak su kapsamları, başlangıçtaki yaprak su kapsamının yüzdesi olarak ifade edilmiş ve bu değerler yaprak su tutma kapasitesinin ölçüsü olarak alınmıştır.

38 İki Değişik Laboratuvar Sıcaklığında Elde Olunan Yaprak Su Tutma Kapasitesi Değerleri. YAPRAK SU KAPSAMI (BAŞLANGIÇ DEĞERİNİN YÜZDESİ ) ÇEŞİT17 o C 7. SAAT 17 o C 13. SAAT 17 o C 24. SAAT 21 o C 3. SAAT 21 o C 6. SAAT 21 o C 24. SAAT KIRAÇ 6683.679.464.686.176.931.5 BOLAL 297380.172.658.787.179.043.1 GEREK 7986.678.769.485.977.538.6 ATAY 8582.372.053.685.076.834.3 ES-1481.676.359.580.068.6 9.7 4-1180.869.952.482.771.925.5 YAYLA 30586.874.663.887.379.343.3 AK 70286.475.562.884.374.223.0 GÜN 9180.970.658.186.779.546.5 KIRKPINAR 79 80.773.158.988.280.444.3 PARTİZANKA85.979.064.887.578.937.2 KATE A-183.678.261.482.974.230.4 KUTLUK 9483.474.564.983.474.629.6 BEZOSTAYA 179.872.559.385.377.835.7 DAGDAŞ81.377.870.088.481.143.9 KIRGIZ 9585.578.767.486.478.443.1 91 ES SBVD 2-882.673.564.387.779.338.2 SERTAK 5279.771.956.681.570.824.0 ZITARKA78.067.648.786.177.324.7 ORTALAMA82.674.561.085.476.734.0

39 Değişik Laboratuvar Sıcaklıklarında Yapraklardan Birim Zamanda Su Kaybı Değerleri. YAPRAK SU KAYBI ( % KAYIP / SAAT) ÇEŞİT17 o C 0-7 SAAT 17 o C 7-24 SAAT 21 o C 0-3 SAAT 21 o C 3-24 SAAT KIRAÇ 662.341.024.632.79 BOLAL 29732.841.264.302.35 GEREK 791.911.084.702.48 ATAY 852.531.695.002.55 ES-142.631.216.673.54 4-112.741.705.773.09 YAYLA 3051.891.514.232.33 AK 7021.941.495.233.11 GÜN 912.731.434.432.12 KIRKPINAR 792.761.283.932.30 PARTİZANKA2.011.224.172.59 KATE A-12.341.215.702.67 KUTLUK 942.371.185.532.72 BEZOSTAYA 12.891.214.902.42 DAGDAŞ2.670.653.872.25 KIRGIZ 952.071.084.532.31 91 ES SBVD 2-82.491.184.102.54 SERTAK 522.901.356.173.08 ZITARKA3.141.734.632.93 ORTALAMA2.481.294.872.64

40 Proline içeriği  Kuraklık sırasında bitki hücrelerinde çözelti konsantrasyonunu artırmak suretiyle osmotik potansiyelini düşürmektedir. Bu işlem osmotik ayarlama (Osmotic adjustment) olarak bilinmektedir. Hücre sıvısının konsantrasyonunun yükseltilmesi, kuruma ve hücre hacminin küçültülmesi sonucunda oluşmaktadır. Böylece bitki orta şiddette oluşan kuraklık stresinde stomaların açık olarak kalmasını ve stresin ortadan kalktığı durumlarda bitkinin kısa sürede eski durumuna gelmesini sağlamaktadır. İnorganik iyonlar (özellikle K+), şekerler ve amino asitler osmotik ayarlama ile ilişkilidir. Amino asitlerden prolinin su stresine özellikle hassas olduğu belirtilmektedir. Kuraklık şiddeti arttıkça proline birikimi artmaktadır.

41 ABA Konsantrasyonu  Stomaların kapatılması ve su kaybının engellenmesi  Köklere daha fazla su gönderilmesi  Gövde gelişimini engellemesi  Proline ve Betaine konsantrasyonun yükseltilmesi  ABA konsantrasyonun ölçülmesi bize bu konularda bilgi verecektir.

42 Sonuç  Kuraklık stresi bitki fonksiyonlarını ve verimle ilişkili biyokimyasal ve fizyolojik işlemleri tüm yönleri ile etkilemektedir. Fotosentez, verim için en önemli kaynak olduğu için fotosentezi etkileyen genler de verimi etkilemektedir. Bu nedenle bu genlerin kuraklıktan etkilenmeleri dereceleri ve bitkinin kurak koşullarda fotosentez yapmaya devam etme kabiliyeti bitkinin kurağa dayanıklılığının bir göstergesidir.Yukarıda bahsetmiş olduğumuz fizyolojik parametrelerin hemen hemen hepsi verimi direkt olarak etkilemektedir.

43  Ayrıca, zaman zaman meydana gelebilen aşırı stres durumlarında da fizyolojik mukavemet parametreleri büyük önem taşımaktadır Özellikle, salt morfolojik parametreleri açısından kurak koşullara uyumlu çeşitlerin aynı zamanda düşük verim potansiyeline sahip olmaları nedeniyle, morfolojik ve fizyolojik parametrelerin birlikte kullanılması yüksek verim istikrarına sahip çeşit bulmakta önemlidir.

44  Morfolojik ve fizyolojik parametrelerle, belli bir düzeyde erkenciliğin birlikte kullanılması, Orta Anadolu koşullarında hem kurağa dayanıklı, hem de belli bir verim düzeyine sahip çeşit geliştirme çalışmalarında izlenecek en uygun yol olarak belirlenmiştir.

45 Tuzluluk, toprak suyunun ozmotik potansiyelini arttırarak bitki köklerinin su alımını engeller. Ayrıca toprakların stürüktürünü olumsuz yönde etkiler. Bunların dışında, çözünebilir tuzların yapısında yüksek oranda bulunan; sodyum, klor ve bor gibi bazı elementler bitkiler için toksik etki (zehir etkisi) gösterir. Tuzluluk

46 Çeltikte tuz zararı

47 Buğdayda Tuz Zararı

48 Çeltikte Tuz Zararı

49 Bağda Tuz Zararı

50 Yüksek Sıcaklık  Bitkilerin sıcaklık istekleri farklıdır.  Yüksek sıcaklık fotosentezi olumsuz yönde etkiler Membranlar zarar görür Membranlar zarar görür Yüksek radyasyon klorofili parçalar Yüksek radyasyon klorofili parçalar Kuraklıkla birleşmesi zararı artırır. Kuraklıkla birleşmesi zararı artırır. Heat Shock proteinleri sentezlenir. Heat Shock proteinleri sentezlenir.  C3 bitkileri serin C4 bitkleri sıcak iklim bitkileridir.

51 Yüksek sıcaklığa tolerans testleri  Membran stabilitesi  Bitki örtüsü sıcaklığı  Doğal koşullarda test  Ekimi geciktirerek test.

52  Heat shock protein (HSPs) Düşük Molekül ağırlığına sahiptirler. Düşük Molekül ağırlığına sahiptirler. Ani sıcaklık yükselmesinde kısa sürede sentezlenirler. Ani sıcaklık yükselmesinde kısa sürede sentezlenirler. Membranların korunmasına yardımcı olurlar. Membranların korunmasına yardımcı olurlar.

53

54

55 Figure 11. Screening for resistance to heat stress (C = control/no heat stress (25°C); 1 = resistant to heat stress at 45°C; 4 = susceptible to heat stress at 45°C).

56  Düşük Sıcaklık  Don Soğuk Zararı

57  Düşük Sıcaklık Stresi Sıcak iklim bitkilerinin çoğu dondurucu olmayan düşük sıcaklıklarda zararlanırlar. Örneğin mısır, hıyar, pamuk, tomates vb. Sıcak iklim bitkilerinin çoğu dondurucu olmayan düşük sıcaklıklarda zararlanırlar. Örneğin mısır, hıyar, pamuk, tomates vb. Fide devresinde solma, kloroz ve yaprak büyümesinin durması gibi belirti gösterirler. Fide devresinde solma, kloroz ve yaprak büyümesinin durması gibi belirti gösterirler. Generatif dönemde düşük sıcaklıklara hassasdırlar. Generatif dönemde düşük sıcaklıklara hassasdırlar.

58  Düşük sıcaklıklarda stoplazma sıvı akışı yavaşlar, solunum, fotosentes ve protein sentezi azalır.  Membranlarda geri dönüşümü olan fiziksel değişikliklere neden olabilir.  Hassas bitkilerde yağ asit birikimi gözlenebilir.

59 Don Zararı Kışlık bitkilerde bitkinin kendini soğuğa alıştırması büyük önem kazanmaktadır. Kışlık bitkilerde bitkinin kendini soğuğa alıştırması büyük önem kazanmaktadır. Zararlanma buz kristallerinin oluşmasından kaynaklanmaktadır. Oluşan kristaller membranlara zarar vermektedir. Zararlanma buz kristallerinin oluşmasından kaynaklanmaktadır. Oluşan kristaller membranlara zarar vermektedir. Hızlı donma zararın seviyesini düşürebilir. Hızlı donma zararın seviyesini düşürebilir. İlk buzlanma suyun daha saf olması nedeniyle İlk buzlanma suyun daha saf olması nedeniyle apoplastlarda olmaktadır apoplastlarda olmaktadır

60