Özet
Toprak kaynaklı mikrobiyal komüniteler faktörün yani sira, bitki köklerinden salgılanan organik
bileşiklerden de etkilenirler. Bitkiler, özellikle kökten salgılanan bileşikleri tüketebilen
mikroorganizmaları rizosferlerine çekerler. Kök salgılarının bitki genotip ve gelişim evresine
bağlı olarak değişiklik göstermesi, rizosferdeki mikrobiyal komünitede de farklılıklara yol
açmaktadır. Ancak, komünitedeki değişimin büyüklüğü, sistem içerisindeki diğer değişikliklere
bağlı dinamik durum ve sistemin işlevliliği ile doğrudan ilişkili olan diğer etkiler hakkında yeterli
bilgi mevcut değildir. Bu nedenle, genetik olarak değiştirilmiş bitkilerin etkilerini belirlemek
için, bitki türünden doğrudan etkilenen mikrobiyal populasyonlar kadar bütünsel olarak
komünite yapısının da değerlendirilmesi oldukça önemlidir. Mikrobiyal komünitedeki
çeşitliliğin pratik olarak izlenebileceği metotlara da ihtiyaç vardır. Bu tür değerlendirmeler,
belirli bir toprağın işlenmesinde uygulanacak esasları ortaya konulacaktır. Bu çalışmada ürün
olarak patates seçilmiştir.
Toprak ekosisteminin mevsimsel etkilere bağlı dinamik yapısı ve farklı tarımsal
uygulamalar nedeniyle şu ana kadar toprak işlenmesi ile ilgili esaslar yeterli şekilde
tanımlanamamamıştır. Bu esaslar sistemin normal çalışma koşullarını temsil edeceği için,
mevsimsel değişimin farklı ekim yapılmış toprak mikrobiyal komünitesi üzerindeki etkileri bu
esasların belirlenmesi aşamasında dikkate alınmalıdır. Mikrobiyal komünitedeki dalgalanmalar
çalışma koşullarının sınırlarını gösterecek ve böylece normal çalışma koşulları belirlenecektir.
Bu da genetik olarak degiştirilmiş ürünlerin toprak üzerindeki etkilerinin değerlendirmesi için
teknik tabanlı bir risk protokolünün hazırlanmasını sağlayacaktır.
Bölüm 2’de, Smalla ve CIAT yöntemi ile ticari olan iki DNA ekstraksiyon yöntemi (MoBio
Ultraclean ve Powersoil), karakter ve organik madde içeriği açısından farklı olan üç tarım
toprağında uygulanarak, DNA üretim verimleri açısından karşılaştırılmıştır. Analizlerde DNA’nın
kantitatif ve kalitatif olarak değerlendirilmesinin yanı sıra,
bakteriyel, archaeal,
betaproteobakteriyel, betaproteobakteriyel amonyum oksitleyici, pseudomonas ve
aktinobakteriyel komünitelerinin PCR-DGGE analizlerine de yer verilmiştir. DNA ekstraksiyon
yöntemlerinin hedef bakteri grupları üzerindeki etkileri, belirgin zenginlik ve DGGE modellerine
dayanan komünite yapılarındaki farklılıklarına göre belirlenmiştir.. Powersoil etkinliği, verimi
ve DNA’nın saflık derecesi nedeniyle, projenin geri kalanında kullanılmak üzere seçilmiştir.
Bölüm 3’te, patates bitkisi ve toprak türlerinin ve bitki büyüme evresinin mikrobiyal
komünite üzerindeki etkileri; farklı büyüme evrelerinde toplanan Aveka, Aventra, Karnico,
Modena, Premiere ve Désirée olmak üzere altı farklı patates türü için yüksek ve düşük organik
madde içeren iki farklı kumlu toprakta gerçekleştirilen çalışmalar ile değerlendirilmiştir.
Patates türlerinin ve büyüme evresinin rizosfer komünite yapıları üzerindeki etkileri bakteriyel
ve betaproteobakteriyel PCR-DGGE ile tespit edilmiştir. Analiz sonuçları, tüm patates
türlerinde her iki toprakta bakteri ve betaproteobakteri komüniteleri üzerinde rizosfer etkisi
olduğunu göstermiştir. Ayrıca, bitki büyüme evresinin her iki toprakta da betaproteobakteriyal
komünite üzerinde etkili olduğu gözlenmiştir. Büyüme hızları, nişasta oranları ve kök gelişimleri
farklı olan patates türlerinin mikrobiyal komünite yapılarını da farklı etkilediği belirlenmiştir.
Buna ek olarak, Variovorax qPCR analizlerinde, desülfonasyonda etkin gen üzerinde rizosfer
etkisi tespit edilmiştir. Patates türü ve bitki büyüme evresinin belirli koşullar altında
komüniteyi etkilediği sonucuna varılmıştır. Bölüm 4’te ise, DNA bazlı pyrosequencing, patates
ekili düşük organik madde içeren tarım alanındaki mikrobiyal komünitenin yapısını karakterize
etmek için kullanılmıştır. Üç büyüme evresindeki (genç, çiçeklenme ve yaşlılık) rizosfere ek
170
olarak bitkiden uzak topraktaki mikrobiyal komünite yapısı da incelenmiştir. 350.000 civarında
sekans elde edilmiştir. Aktinobakteri ve Alfaproteobakteri’nin yanı sıra sınıflandırılamamış
bakteriler bütün numunelerde hakim filum olarak tespit edilmiştir. Daha düşük oranda
bulunan diğer gruplar ise Beta-,Gamma- ve Delta-proteobakteriler ile Acidobakteriler olarak
tespit edilmiştir. Esas bileşen analizine (PCA) göre tüm büyüme evrelerinde rizosferin önemli
etkisi bulunmuştur. Genç bitkilerde patates türünün bakteriyel gruplar üzerinde etkileri
gözlenmiş olup, bu etki patatesin çiçeklenme ve yaşlılık dönemlerinde ortadan kalkmıştır.
Ayrıca, mevsimsel değişimin rizosferdeki ve topraktaki komüniteyi etkilediği görülmüştür.
Ekolojik indisler, genelde copiotrof olarak bilinen Pseudomonas, Beta-, Alpha-, ve Deltaproteobakterilerinin, oligotrofik olduğu düşünülen Acidobakteriden farklı mevsimlerde
(büyüme evresine bağlı) çoğaldığını göstermiştir.
Bölüm 5’te, toprak ve patates türlerinin substrat-duyarlı komünite yapısı üzerindeki
etkisi araştırılmıştır. Düşük organik madde içeren toprakta yetişen beş farklı patates türüyle,
yüksek organik madde içeren toprakta yetişen iki farklı patates türünün rizosferleri ile bitkiden
bağımsız toprakta bulunan komünite yapıları ve potansiyel fonksiyonları incelenmiştir. 16S
rRNA PCR-DGGE analizinin yanı sıra bakterilerin farklı karbon, sülfür ve fosfor kaynaklarını
kullanımı fenotip mikroarrayler ile analiz edilmiştir. Ayrıca, seçilen substratlarda PCR-DGGE ile
substrat-duyarlı komünite yapıları değerlendirilmiştir. Toprak ve patates türlerinin, rizosferin
mikrobiyal komünite yapısını etkilediği görülmüştür. Toprak türü fonksiyonel toplulukların
şekillenmesinde en belirleyici parametre olarak belirlenmiştir.
Bölüm 6’da ise, farklı konsantrasyonlardaki linear alkil benzenesulfonat’ın (LAS) ve
sülfatın mikrobiyal topluluklar üzerindeki etkisi Aveka (yüksek nişasta oranı) ve Premiere
(düşük nişasta oranı) olmak üzere iki patates türü üzerinde değerlendirilmiştir. Topraktaki
aromatik sülfonatların bitkinin beslenmesi için önemli bir sülfür kaynağı olduğu
düşünülmektedir. Patates türünün, büyüme evresinin ve uygulanan yöntemin toprak ve
rizosfer üzerindeki etkilerinin belirlenmesi için bakteriyel ve betaproteobakteriyel PCR-DGGE
ile bakteriyel ve Asfa qPCR analizleri yapılmıştır. Yapılan analizler, büyüme evrelerinin ve
uygulanan yöntemlerin bakteriyel topluluğun yapısı üzerinde etkisi olduğunu göstermiş olsa
da, uygulanan yöntemlerin önemli ölçüde bakteri sayısını etkilemediği görülmüştür. Bunun
yanı sıra, LAS uygulamasının Variovorax paradoxus’a özel Asfa sayısında belirli bir etkisi
olmadığı görülmüştür. Sülfat gideriminin yetersiz olması sonucu desulfonasyon aktif hale
geçememiş olabilir. Kontrol toprağı, 50 mg SO4/kg kuru toprak ve 50 mg LAS/kg kuru toprak
uygulanmış Premiere rizosferi üzerinde yapılan klon dizi analizi, uygulamalar arasında belirgin
farklılıklar göstermiştir. LAS’ın karbon mineralizasyonu veya desülfonasyonu için belirli
filotipler seçtiği gözlenmiştir. Yüksek sülfat giderimi olan toprakta yapılacak çalışmalar,
desülfonasyonun tarım için önemini daha iyi olarak gösterecektir.
Toprak mikrobiyal topluluğunun iç dinamiğinin incelenmesi, kompleks biotik sistemlerin
karakterizasyonu ve mikrobiyal toplulukların kompozisyonlarındaki değişikliklerin toprak
ekosistemleri üzerindeki etkisini belirlemek için önemlidir. Bu nedenle, Bölüm 7de toprak
mikrobiyal toplum yapısı üzerinde tarımsal arazi kullanım uygulamalarının etkisi araştırılmıştır.
Patates-arpa-patates (genetik olarak değiştirilmiş patateste dahil olmak üzere) şeklinde bir
rotasyon uygulanmıştır. Sonuç olarak, rizosferdeki bakteri komünitesinin büyüme evrelerinden
etkilendiği gözlenmiştir. Bunun yanısıra, klon dizi analizleri ve DGGE analizleri toprak bakteriyel
komünitesinin sezon boyunca sabit kalmadığını göstermiştir. Bu sonuçlara göre sıcaklığın,
toprağın işlemenin, gübrelemenin ve bitkinin toprak bakteriyel komünitesi üzerinde bileşik bir
etkiye sahip olduğu söylenebilir.
171
Bölüm 8’de tüm bölümlerde elde edilen sonuçlar tartışılmış ve gelecekteki araştırmalar
için önerilere yer verilmiştir. En yüksek verimi elde edebilmek için kullanılan teknikler koşullara
göre optimize edilmelidir. Kullanılan yöntemlere bağlı olan hataları en aza indirmek için, farklı
yöntemler bir arada kullanılmalı ve karşılaştırılmalıdır. Sonuçlar toprak yönetimi ile toprak ve
bitki türlerinin mikrobiyal komünite üzerinde etkili olduğunu göstermiştir. Ancak genetik olarak
değiştirilmiş patates türü diğer patates türlerine göre farklı bir etki göstermemiş ve normal
çalışma koşullarının dışına çıkılmamıştır. Sonuç olarak, genetik değişimin türüne göre indikatör
organizma seçilmeli ve takip edilmelidir. Bu çalışmada, nişasta içeriği arttırılmış patateslerin
yan etkilerinin değerlendirilmesinde betaproteobakteri topluluğunun hassas bir indikatör
olduğu bulunmuştur.
172
Download

170 Özet