Levent ÖZTÜRK, Ömer KONUŞKAN, İsmail ÇAKMAK, Selim EKER, Gönül CÖMERTPAY, Ahmet Can ÜLGER

Effect of salinity stress on dry matter production and lon accumulation in hybird maize varieties

Toplam 19 hibrit mısır çeşidinin (Zea mays L.) büyümenin erken döneminde tuz stresine toleransı besin çözeltisinde ve kontrollü koşullarda yürütülen bir deneme ile araştırılmıştır. Tuz stresinin oluşturulması için besin çözeltisine 250 mM sodyum klorür (NaCl) uygulandı ve uygulama hasattan 6 gün önce yapıldı. Bitkiler 17 gün yetiştirildikten sonra yeşil aksam ve kök kuru madde verimi, yaprak zararlanma oranı (yaşlı yapraklarda nekrotik lekeler), yeşil aksam ve kökte potasyum (K), sodyum (Na) ve kalsiyum (Ca) konsantrasyonları belirlenmiştir. Çeşitler NaCl uygulamasından oldukça farklı şekilde etkilenmiştir. Besin ortamına 250 mM NaCl uygulaması sonucu yapraklarda oluşan toksisite semptomlarının gelişme zamanı ve şiddeti bakımından çeşitler arasında önemli farklılıklar belirlenmiştir. Yaprak semptomlarının şiddetine göre Maverik ve C.7993, sırasıyla en tolerant ve en duyarlı çeşitler olarak belirlenmiştir. Buna benzer şekilde NaCl uygulaması sonucu yeşil aksam büyümesindeki azalma çeşitler arasında önemli varyasyon göstermiş, kök büyümesinde ise belirgin bir etki oluşmamıştır. Tuzluluk stresinden dolayı yeşil aksam büyümesinde ortaya çıkan azalmalar, kök büyümesinde ortaya çıkan azalmalardan daha fazla olmuştur. Özellikle yeşil aksamda ve kısmen kökte K, Ca ve Na konsantrasyonu bakımından önemli düzeyde genotipsel varyasyon bulunmuştur. Mısır çeşitlerinde semptom şiddetine göre yüksek toleransın yeşil aksamda düşük Na konsantrasyonu ile ilişkili olduğu anlaşılmıştır. Bununla uyumlu olarak K/Na ve Ca/Na oranları tolerant çeşitlerin çoğunda önemli düzeyde yüksek bulunmuştur. Toleransı en düşük olan C.7993 çeşidi, en dayanıklı olan Maverik çeşidine göre yeşil aksamında 4 kat daha fazla Na konsantrasyonuna sahip olmuştur. RX.9292 and MF.714 çeşitleri de yeşil aksamda yüksek düzeyde Na konsantrasyonuna sahip olmuş ve şiddetli semptomlar göstertmiştir. Maverik çeşidinin yanı sıra P.3394 and P.3223 çeşitleri de sahip oldukları çok düşük Na könsantrasyonlarıyia dayanıklı çeşitler olarak dikkate alınabilir. Tuz stresi altında yeşil aksam K/Na oranı ile yeşil aksam kuru madde üretimi (r = 0.541***), K/Na oranı ile yaprak zararlanma oranı (r = -0.411***), Ca/Na oranı ile yeşil aksam kuru madde üretimi (r = 0.444***) arasında çok önemli korelasyonlar belirlenmiştir. Sonuçlar mısır bitkisinde NaCl toksisitesine karşı oldukça geniş bir genotipik varyasyon olduğunu ve erken dönemde tuz toksisitesine tolerans için yürütülecek ıslah çalışmalarında bu varyasyondan yararlanılabileceğini göstermektedir. Ölçülen iyonlar arasında yeşil aksam Na konsantrasyonunun çeşitlerin tuz toleransına göre sınıflandırılmasında güvenilir parametre olduğu bulunmuştur.

Tuz stresinin hibrid mısır çeşitlerinde kuru madde üretimi ve iyon birikimi üzerine etkisi

The salt stress tolerance of 19 hybrid maize (Zea mays L.) varieties was tested in nutrient solution during the early growth stage under controlled environmental conditions. For the salt stress treatment, sodium chloride (NaCI) was applied to nutrient solution at a concentration of 250 mM for 6 days before the harvest. Plants were harvested after 17 days of growth and analyzed for shoot and root dry matter production, severity of leaf damage (necrotic patches on older leaves), and the concentrations of potassium (K), sodium (Na) and calcium (Ca) in the roots and shoots. The varieties differed greatly in their response to the NaCI treatment. The development time and severity of leaf symptoms caused by 250 mM NaCI were varied markedly among the varieties. Based on the severity of leaf symptoms, the varieties Maverik and C.7993 were classified as the most tolerant and sensitive varieties, respectively. The decreases in the shoot dry matter production as a consequence of the NaCI treatment were higher than the decreases in root growth. There was also a marked genotypic variation in concentrations of K, Ca and Na in roots and particularly in shoots. The higher salt tolerance in maize varieties based on the severity of leaf symptoms was associated with significantly lower Na concentrations in shoots. The K/Na and Ca/Na ratios were significantly greater in most of the tolerant varieties. The most sensitive variety, C.7993, contained a 4-fold greater Na concentration in shoots than the most tolerant variety, Maverik. The varieties RX.9292 and MF.714 also contained very high Na in shoots and showed severe toxicity symptoms on leaves. Besides Maverik, P.3394 and P.3223, with their low shoot Na concentrations, could also be considered tolerant varieties. Under salt treatment significant correlations were found between K/Na ratios and shoot dry matter production (r = 0.541***), K/Na ratios and leaf damage (r = -0.411***), and Ca/Na ratios and shoot dry matter production (r = 0.444***). The results indicate the existence of a large genotypic variation in tolerance to NaCI toxicity in maize that should be exploited in breeding programs aiming to develop maize varieties with high NaCI tolerance during the early growth stages. Among the ions measured, shoot Na concentration was a reliable screening parameter in ranking varieties for their tolerance to salt stress.

PDF

___

Agong, S.G., S. Siegfried and F. Wolfgang. 1997. Assessment of tolerance to salt stress in Kenyan tomato germplasm. Euphytica. 95: 57-66.
Ashraf, M. 2002. Salt tolerance of cotton: Some new advances. Crit. Rev. Plant Sci. 21: 1-30.
Aslam, M., N. Muhammad, R.H. Qureshi, Z. Ahmad, S. Nawaz and J. Akhtar. 2003. Calcium and salt-tolerance of rice. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 34: 3013-3031.
Azevedo-Neto, D.D., J.T. Prisco, J. Eneas, C.E.B. de Abreu and E. Gomes. 2006. Effect of salt stress on antioxidative enzymes and lipid peroxidation in leaves and roots of salt-tolerant and salt-sensitive maize varieties. Environ. Exp. Bot. 56: 87-94.
Chen, Z., I. Newman, M. Zhou, N. Mendham, G. Zhang and S. Shabala. 2005. Screening plants for salt tolerance by measuring K+ flux: a case study for barley. Plant Cell Environ. 28: 1230-1246.
Colmer, T.D., T.J. Flowers and R. Munns, 2006. Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. J. Exp. Bot. 57: 1059-1078.
Dabuxilatu and M. Ikeda. 2005. Interactive effect of salinity and supplemental calcium application on growth and ionic concentration of soybean and cucumber plants. Soil Sci. Plant Nutr. 51: 549-555.
Dasgan, H.Y., H. Aktas, K. Abak and I. Cakmak. 2002. Determination of screening techniques to salinity tolerance in tomatoes and investigation of variety responses. Plant Sci. 163: 695-703.
Davenport, R., R.A. James, A. Zakrisson-Plogander, M. Tester and R. Munns. 2005. Control of sodium transport in durum wheat. Plant Physiol. 137: 807-818.
Demidchik, V., S.N. Shabala, K.B. Coutts, M.A. Tester and J. Davies. 2003. Free oxygen radicals regulate plasma membrane Ca2+- and K+-permeable channels in plant root cells. J. Cell Sci. 116: 81-88.
FAO, 2000. Global network on integrated soil management for sustainable use of salt-affected soils. http://www.fao.org/AG/AGL/agll/spush/topic2.htmttturkey.
Fortmeier, R. and S. Schubert. 1995. Salt tolerance of maize {Zea mays ,- L.): The role of sodium exclusion. Plant Cell Environ. 18: 1041-7 1047.
Gong. Q., P. Li, S. Ma, S.I. Rupassara and H. Bohnert. 2005. Salinity stress adaptation competence in the extremophiie T. halophila in comparison with its relative A. thaliana. Plant J. 31: 826-839.
Gorham, J. 1990. Salt tolerance in the Triticeae: K/Na discrimination in Aegilops species. J. Exp. Bot. 41:615-621.
Gorham, J., R.G. Wyn Jones, A. and Bristol. 1990. Partial characterization of the trait for enhanced K+-Na+ discrimination in the D genome of wheat. Planta. 180: 590-597.
Gorham, J., A. Bristol, E.M. Young and R.G. Wyn Jones. 1991. The *; presence of the enhanced K/Na discirimination trait in diploid Triticum species. Theor. Appl. Genet. 82: 729-736.
He, C.X., J.Q. Yan, G.X. Shen, L.H. Fu, A.S. Holaday, D. Auld, E. Blumwald and H. Zhang. 2005. Expression of an arabidopsis vacuolar sodium/proton antiporter gene jn cotton improves photosynthetic performance under salt conditions and increases fiber yield in the field. Plant Cell Physiol. 46: 1848-1854.
Husain, S., S. von Caemmerer and R. Munns. 2004. Control of salt transport from roots to shoots of wheat in saline soil. Func. Plant Biol. 31: 1115-1126.
Khan, A.A., S.A. Rao and T. McNeilly. 2003. Assessment of salinity tolerance based upon seedling root growth response functions in maize {Zea mays L.). Euphytica 131: 81-89.
Maas, E.V. and G.J. Hoffman. 1997. Crop salt tolerance, current assessment/J. Irrig. Drain. Div. ASCE. 103: 115-134.
Maiti, R.K., L.E.D. Amaya, S.I. Cardona, A.M.0. Dimas, M.Dela Rosa-Ibarra and H.D.L. Castillo. 1996. Variety variability in maize cultivars {Zea mays) for resistance to drought and salinity. J. Plant Physiol. 148:741-744.
Marschner, H. 2005. Mineral Nutrition of Higher Plants. 2nd Edition. Academic Press, London.
Mittler, R. 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci 7: 405-410.
Munns, R. 2002. Comparative physiology of salt and water stress. Plant 1 Cell Environ. 25: 239-250.
Munns, R. 2005. Genes and salt tolerance: bringing them together. New Phytol. 167: 645-663
Munns, R. and R.A. James. 2003. Screening methods for salinity tolerance: a case study with tetraploid wheat. Plant Soil. 253: 201-218.
Munns, R., G.J. Rebetzke, S. Husain, R.A. James and R.A. Hare. 2003. Genetic control of sodium exclusion in durum wheat. Aust. J. Agric. Res. 54: 627-635.
Munns, R., R.A. James and A. Lauchli. 2006. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. J. Exp. Bot. 57: 1025-1043.
Poustini, K and A. Siosemardeh. 2004. Ion distribution in wheat cultivars in response to salinity stress. Field Crops Res. 85: 125-133.
Rao, S.A. and T. McNeilly. 1999. Genetic basis of variation for salt tolerance in maize {Zea mays L.). Euphytica. 108: 145-150.
Song, J.Q., X.R. Mei and H. Fujiyama. 2006. Adequate internal water status of NaCI-salinized rice shoots enhanced selective calcium and potassium absorption. Soil Sci. Plant Nutr. 52: 300-304.
Wang, B., R.J. Davenport, V. Volkov and A. Amtmann. 2006. Low unidirectional sodium influx into root cells restricts net sodium accumulation in Thellungiella halophila, a salt-tolerant relative of Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot. 57: 1161 -1170.
Yamaguchi, T. and E. Blumwald. 2005. Developing salt-tolerant crop plants: challenges and opportunities. Trends Plant Sci. 10: 615-620.
Zhang, H.X. and E. Blumwald. 2001. Transgenic salt-tolerant tomato plants accumulte salt in foliage but not in fruit. Nat. Biotechnol. 19: 765-768.
Zhu, J.K. 2001. Plant salt tolerance. Trends Plant Sci. 6: 66-71.
Zhu J.K. 2003. Regulation of ion homeostasis under salt stress. Curr. Op. Plant Biol. 6:441-445.