Tarımsal Açıdan Önemli Mikroorganizmaların Geliştirilmesi

Sürdürülebilir tarım uygulamalarında biyolojik ve kimyasal tüm kaynakların birlikte kullanımına odaklanan yeni tarım modellerinin tasarlanması gerekmektedir. Bu açıdan, inorganik ve organik gübre kaynaklarına eş zamanlı olarak mikrobiyal tabanlı çözümler ekleyerek multidisipliner yaklaşımla bu alana yeni bir bakış açısı kazandırılacaktır. Dünyada hızlı nüfus artışı ile birlikte konvansiyonel tarım uygulamalarının yoğun girdilerinin çevre ve insan sağlığına maliyetlerinin ortaya konması neticesinde tarımsal alanlarda kullanılan azotlu gübre oranı son 50 yılda yaklaşık 9 kat artmış, diğer taraftan yüksek dozda uygulanan azotlu gübrelerin tarımsal üretimdeki etkinliği yaklaşık %67’den % 47’nin altına düşmüştür. Azot kullanım etkinliğindeki bu düşüşün ana nedenlerinden biri yoğun tarım uygulamaları yapılan arazilerde topraktan havaya salınan azotlu gaz (amonyak (NH3), nitrik oksit (NO), nitroz oksit (N2O) ve elementel azot (N2)) kayıplarındaki artıştır. Bu durumun ülke ekonomisine verdiği zarara ek olarak, ekosistemde artan reaktif azot: i) sera gazı (NO, N2O, N2 ve NH3) salınımı ile küresel ısınma ve ozon tabakasının zarar görmesine ve ii) nitrat (NO3-) kirliliği nedeni ile yer altı su kalitesinin ve insan sağlığının olumsuz etkilenmesine neden olmaktadır. Sonuç olarak “Sürdürülebilir Tarım Uygulamaları” son yıllarda önem arz etmektedir. Mikrobiyal Gübreler, sürdürülebilir tarım çalışmalarında kimyasal gübrelerle beraber kullanılarak, bitkinin büyümesinin gelişimi, topraktan besinlerin alınması, patojenlere karşı savunma gibi özellikleri bulunan mikroorganizmaların tohuma, toprağa ve/veya fideye uygulamaları yapılan belirli formülasyonları bulunan ürünlerdir. Fosfor çözünürlüğü, N fiksasyonu, Fe ve Mg bağlama, hormon üretimi gibi özellikleri belirlenmiş ve tür seviyesinde tanımlanmış olan bakteriler kullanılarak bitki büyümesini teşvik edici özelliklerinin geliştirilmesi sağlanacaktır. Bu bakteri türleri ürettiği hormon ve diğer metabolitler sayesinde besin elementlerinin daha iyi alımını sağlamak suretiyle tohumdan erken çıkışı da sağlayarak patojenlere karşı duyarlı zamanı kısaltmanın yanı sıra kök gelişimi ve sürgün büyümesi gibi etkileri ile verimi artırmaktadır. Aynı zamanda spesifik bazı protein ve sekonder metabolitleri sayesinde zararlı böcekler ve özellikle toprak kaynaklı bitki patojenlerinin gelişimini engellemek suretiyle de sekonder etki gösterebilmektedirler. Bacillus cinsine ait türler içerisinde Gram pozitif spor oluşturabilen Bacillus thuringiensis (Bt) tarımsal uygulamalarda tür spesifik biyoinsektisit olarak kullanılan suşlara sahip olup stok kültürlerimiz arasında bulunanlarda bitki büyümesini teşvik edici özellikteki metabolitleri taşıyanlar da bu çalışma kapsamında araştırılacak ve hem dolaylı hemde doğrudan bitki büyüme teşviğinin geliştirilmesi çalışılmasını kapsayacaktır. Bu proje kapsamında daha önce yaptığımız çalışmalar sonucunda Bacillus spp türlerinde PGPR özellik kazandıran ACC deaminaz, fosfataz, siderofor, fitaz gibi genlerle birlikte absisik asit (ABA), indol asetik asit (IAA), Jasmonik asit (JA) gibi hormon özellikli metabolitleri üretme potansiyelleri belirlenmiştir. Bu projelerimizle ilgili özelliklerin daha artırılması ve ardından, biyofertilizer geliştirme özelliği yüksek suşlarla tarımsal potansiyeli ilk olarak bitki büyüme kabini tohum çimlendirme çalışmalarıyla potansiyeli olan türler ve/veya karışımlar tanımlanacaktır. Bitki türleri üzerinde sera ve saha denemeleri yapılıp çiftçiler için ekonomik getirisi olabilecek mikrobiyal gübreler geliştirilecektir. Bakteri suşlarının büyüme hususundaki teşvik edici etkilerini görmek için; mineral gübreye, organomineral gübreye ve tohuma kaplama yapılarak 3 farklı yöntem üzerinde araştırma gerçekleştirilecektir. PGPR özelliği olan gram pozitif Bacillus cinsine ait bakterilerin tüm genom dizisinde operonları belirlenecek ve protein, enzim ve hormon üretimi bireysel olarak indüklenerek arttırılacaktır. Ardından, ürünler teyit edildikten sonra tahıl grubu (buğday) ve sebze grubu (patlıcan ve/veya ıspanak) türlerinde uygulanmasının ardından etkisi test edilecek ve ürün prototipi geliştirilecektir. Özellikle, bitkilerin hem erken büyüme aşaması üzerinde hem de verime pozitif katkı sağlayacak ürünler üzerinde çalışılacaktır. Bakterilerde fosfat çözünürlüğü, azot fiksasyonu, demir ve magnezyum bağlama, hormon (IAA, ABA, JA gibi) üretimi gibi özellikler tek tek artırılarak bitkilerin farklı dönemlerinde uygulanıp verim artışı sağlamasına göre ürün prototipleri geliştirilecektir. Projedeki diğer bir hedefimiz ise Toros Tarım A.Ş. ve İstanbul Üniversitesi tarafından geliştirilen modern azotlu gübre ürünlerinin kullanım etkinliğini ve sera gazı salınımına etkilerini geliştirmiş olduğumuz robotik sistem ile test etmektir. Sonuç olarak, yeni gübre formülasyonlarının tarımsal üretim için uygunluğu ve her bir uygulamada kullanılacak maksimum dozun belirlenmesi hedeflenmektedir. Projede kullanılacak olan bitki/toprak inkübasyon sistemi, N2, ve NH3 emisyonu dahil olmak üzere N2O, CO2 ve CH4 gazlarının hepsinin direkt, online ve otomatik alarak ölçülebileceği sınıfının en gelişmiş örneği olacak şekilde tasarlanmıştır. Proje çıktılarının ülke ekonomisine sağlayacağı katkının yanında iklim, çevre ve insan sağlığı açısından büyük tehdit oluşturan sera gazı salınımının azaltılabilmesi için etkin tekniklerin geliştirilmesinde öncü rol oynayacağını öngörmekteyiz. Bitki büyümesini teşvik ederek tarımsal girdilerin azalmasını sağlayan PGPR özellikli bakterilerin geliştirilmesi ve bu özelliklerinin tüm yönleriyle kullanılması yeşil mutabakat bakımından oldukça önemlidir. Proje çıktılarının ülke ekonomisine sağlayacağı katkının yanında iklim, çevre ve insan sağlığı açısından büyük tehdit oluşturan sera gazı salınımının azaltılabilmesi için etkin tekniklerin geliştirilmesinde öncü rol oynayacağı öngörülmektedir.