Yıllardır insanlar tarımsal zararlılar ve bitki hastalıklarıyla mücadele edebilmek için çeşitli tarımsal savaşım yöntemlerine başvurmuşlardır. Bu yöntemler arasında kültüler önlemler, mekaniksel savaş, fiziksel savaş, karantina önlemleri, biyoteknik yöntemler, biyolojik savaş ve kimyasal savaş yer almaktadır. Günümüzde ise, bitkide mevcut olan doğal savunma sisteminin harekete geçirilmesiyle gerçekleşen sistemik kazanılmış dayanıklılığın devreye girmesi, bitki koruma için yeni bir teknoloji oluşturmaktadır.
Bu olay, insanlarda olduğu gibi aşılama (immunizasyon) olarak da tanımlanabilir. Bitkiler, hayvanlarda olduğu gibi patojenlere karşı antibody oluşturmazlar ancak bir çeşit immunolojik reaksiyon olabilir. Mevcut savaşım yöntemleri ile kontrol edilemeyen tütünde vahşi ateş, bazı bakteri ve virus hastalıkları gibi hastalıkların savaşımında alternatif bir yöntem olarak ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, en yaygın kullanılan kimyasal yöntemlerin neden olduğu bazı olumsuzlukların bitki aktivatörlerin ile azaltılması olanağı bu uygulamayı daha da cazip kılmaktadır.
Son bir yılda bu konuda yapılan çalışmaların pratikteki uygulamalarının başarıya ulaşması sayesinde, bitki aktivatörleri klasik savaşım yöntemlerine alternatif olarak tercih edilmektedir. Ülkemizde de Tarım ve Köyişleri Bakanlığı tarafından bu tür ürünler bitki koruma ürünleri içerisinde “Bitki Aktivatörleri” adı altında ayrı bir sınıf altında toplanmıştır
1. Giriş
19. yüzyılın başlarında yeni bir görüş bilime sunulmuş ve kabul edilmiş normları alt üst etmiştir. Her ne kadar geçerli bilimsel verilere dayansa da hatalı veya yanlış olduğu düşünülmüştür. İlk olarak Chester tarafından rapor edilen bu görüş bitkilerin doğal savunma mekanizmasının bir dürtü yardımıyla uyarılarak kendilerini patojen saldırılarından korumalarına dayanır. Doğal savunma sistemini harekete geçiren bu dürtüye bitki aktivatörü denilmektedir. Bu mekanizma ise sistemik kazanılmış dayanıklılık [systemic acquired resistance (SAR)] olarak isimlendirilmiştir ve bitki korumada yeni bir teknoloji açmıştır. Teşvik edilmiş dayanıklılıkla ilgili gözlemler ilk olarak 1933 yılında Chester tarafından yayınlanmıştır ve 1959 yılında Kuć ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmalar sonucu bu konu hakkında daha çok bilgi edinilmiştir. Loebenstein (1963) ve Ross (1966) yaptıkları çalışmalarla katkıda bulunmuşlardır (Anonymous, 2000 a).
Bu çalışmalar SAR’ın yalnızca sera koşullarında değil tarla koşullarında meydana gelen fungal, bakteriyel ve viral kaynaklı infeksiyonlar üzerinde de etkili olduğunu göstermiştir. Viral kaynaklı infeksiyonlarda SAR’ın etkisi düşük bulunmuştur. 1950–1960’lı yıllarda üniversitelerde yürütülen çalışmalar merakla izlenmiş ve hep bir şeylerin yanlış olduğu düşünülmüştür. Bu sebepten teorikte elde edilen bulgular yeteri kadar pratiğe aktarılamamıştır. Fakat SAR’ın önemi hastalık kontrolündeki potansiyeli sayesinde daha iyi kavranmıştır ve kullanımı günden güne artmaktadır.
Bitkiler fungal, bakteriyel ve viral kaynaklı infeksiyonlarla savaşmak için çeşitli savunma mekanizmalarına sahiptirler. Bitkilerdeki savunma reaksiyonu bazen bünyesel bir karakter gösterir ve fiziksel bir bariyer şeklinde karşımıza çıkar. Bu durumda bu savunma patojenin penetrasyonu sırasında işlev yapar. Bitkilerde ikinci şekilde görülen savunma ise, patojenin bitki bünyesine girmesinden sonra etkisini gösterir (Creasy, 2000). Yapısal savunma reaksiyonu olarak bitkinin yaprak ve bazen meyve yüzeyini çevreleyen mum tabakası, kutikulanın kalın olması, epidermis hücrelerinin dış duvarının kalınlığı verilebilir. Mantar tabakası, ayırma tabakası, tyloses oluşumu, zamk birikmesi ise bitkilerin oluşturduğu histolojik savunma yapıları arasındadır. Patojen mikroorganizmaların bitkiye girişinden sonra geçerli olan biyokimyasal savunma reaksiyonlarında ise fenoller ve fenol bileşikleri rol oynamaktadır. Günümüzde ise bitki koruma için yeni bir kategori olan SAR reaksiyonu bitki aktivatörleri sayesinde harekete geçirilerek hastalıklara karşı daha uzun süre dayanıklılık sağlanmaktadır.
SAR birçok farklı karakteristik özelliklere sahiptir. Bitki savunma sisteminin patojen saldırılarına karşı koymak için dürtü yoluyla teşvik edilmesi yada başka bir deyişle harekete geçirilmesine dayanır. Patojen saldırısına uğrayan bitkide savunma reaksiyonu istila bölgesinde yerleşmiş olup diğer dokulara da aktarılır bu işlemler sırasında patojenle bağlantı kurulmaz. Belirli bir ajan tarafından teşvik edilen sistem sonucunda meydana gelen reaksiyon funguslar, bakteriler, viruslar gibi geniş organizma çeşitlerine karşı dayanıklılık sağlayabilmektedir. SAR reaksiyonu harekete geçtikten sonra birkaç hafta devam etmekte ve bu sayede bitki olabilecek saldırılara karşı uzun süre dayanıklı kalmaktadır (Anonymous, 1999a).
SAR hastalık kontrolünde bir teşvik edici vasıtasıyla kullanılır. Bitki bir anlamda silahlandırılır ve bekler. SAR mekanizması üç kısma ayrılarak incelenebilir. İlk olarak bir teşvik edici uygulanır. Bu bir patojen, sentetik kimyasal ve protein gibi metabolik bir ürün olabilir. İkinci olarak, teşvik edici harekete geçer. Son unsur ise SAR genlerinin aktivasyonundan sonra meydana gelen biyolojik ve sistolojik hücre değişiklikleridir (Anonymous, 2000 b).
Teşvik edici fenoller infeksiyon için bariyer görevi yapmakta ve patojen gelişimini sınırlamaktadır. Normal enzimatik reaksiyonlarda antifungal bileşiklerin üretimi 6-10 saat arasındayken bu olay fenolik bileşiklerde daha hızlı gerçekleşmektedir. PAL (phenylalanine ammonia lyase) flavonoids ve diğer fenolik bileşiklerin üretiminde anahtar enzim olarak rol oynamaktadır (Anonymous, 1999 b).
Bitki aktivatörlerinin amaçlarını aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz.
1. Savaşımı çok güç patojenlere karşı bitkilerin savunma sisteminin uyarmak (Aşılama),
2. Fungisit etkililiğini arttırmak,
3. Bitkilerde diğer mekanizmaları uyarılması ile daha kaliteli ve daha fazla ürün elde etmek,
4. Ardışıklı kullanım şekli ile daha az pestisit ile daha fazla hastalık kontrolünün sağlanmasıdır.
2. Bitki Aktivatörlerinin Tanımı
26 Haziran 2002 Resmi Gazete’de bitki aktivatörlerinin ruhsatlandırılmasında istenen bilgi ve belgeler açıklanmıştır. Buna göre bitki aktivatörleri “bitkilerin doğal savunma sistemlerini aktive eden, besin maddelerinden daha iyi yararlanmalarını sağlayan, stres koşulları ve benzeri dış etmen ve etkenlerden korunması için yardımcı olan ve/veya verimini ve ürün kalitesini olumlu yönde etkileyen doğal ve/veya kimyasal güçlendirici, direnç arttırıcı, toprak yapısını düzenleyici özellikleri olan ve bu özelliklerden birini veya birkaçını bir arada taşıyan maddelerdir” diye tanımlanmıştır.
3. Bitki Aktivatörünü Karakterize Eden Özellikler Şu Şekilde Özetlenebilir
1. Doğal SAR aktivasyonundan sonra bileşik aynı biyokimyasal işlemleri sistemik bitki dokularında teşvik eder.
2. Bileşik mutasyona uğramış bitkilerde aktif değildir.
3. Bileşik ve metabolitleri direkt antimikrobiyal aktivite göstermezler.
4. SAR’ın aktivasyonu birçok patojene karşı geniş spektrumlu bir koruma sağlar.
5. Dayanıklılığın tam olarak aktif hale gelebilmesi için belli bir süreye ihtiyaç vardır. Bu süre 5-7 gün arasındadır. Dayanıklılık aktivasyondan sonra birkaç hafta sürebilmektedir. Bazı kayıtlarda SAR’ın aktivasyonundan sonra uzun bir koruma olduğu bildirilmektedir.
6. Yapılan çalışmalar birçok proteinin SAR aktivasyonundan sonra biriktiğini göstermiştir, asidik proteinler, temel proteinler örnek olarak verilebilir.
7. SAR çok yönlü bir mekanizmaya dayanmaktadır ve yıllardır hastalıklara karşı başarılı bulunmuştur, bu nedenle SAR’a karşı patojen nesillerinin gelişmesi düşük bir risktir (Anonymous, 2000 d).
4. Etki Mekanizmaları
SAR aktivasyon modelini tahıllarda külleme hastalığına karşı inceleyecek olursak, bir külleme sporunun tahıl yaprağı üzerinde çimlenmeye başladığı zaman appressoria üreterek bitki hücresine giriş yapmayı denediği görülür. Bitki bağışıklık sistemi bitki aktivatörü tarafından harekete geçirildiğinde doğal bir yolla infeksiyonu reddeder. Bu doğal yol penetrasyonda patojen için bir engel olan papillanın oluşumudur. Sonuç olarak spor besinleri hücreden alamaz ve açlıktan ölür (Anonymous,1997).
Tütün ve salatalık gibi dikotil bitkiler üzerinde yapılan biyokimyasal çalışmalar PRPs proteinlerin SAR aktivasyonunda rol oynadığını göstermiştir. Bu proteinler hakim olarak hücreler arasına yayılmıştır, patojenlerin hücrelere saldırmadan önce bulundukları yerler örnek olarak verilebilir. ß–1,3 glucanases ve chitanase gibi karakterize edilen bazı PRPs proteinler fungal ve bakteriyel hücre duvarlarını bozabilmektedirler. Chitin ve glucans çoğu fungal hücre duvarlarının ana bileşiğidir ve chitin özellikle bitki dokularında bulunmamaktadır. Üretilen PRPs proteinler bu fungal hücre duvarlarını kırmakta ve böylece bitki kendisi için önemli bir savunma yöntemi oluşturmaktadır. Yapılan çalışmalar bazı ürünlerde lysis yöntemi ile fungal gelişimin durdurulduğunu göstermektedir. Ayrıca bazı PRPs proteinler sahip oldukları lysozymal aktivite sayesinde bakteriyel hücre duvarlarının ölümüne sebep olmaktadır (Anonymous, 1997).
İlgili Ürünler
Dokuların gelişimsel devreleri PRPs proteinlerin üretim kapasitesini etkileyebilmektedir. Üzüm danelerinde olan chitinase üretimi olgunlaşma devresinden sonra artmakta bu durum üzümün gelişim sırasında farklı patojenlere karşı hassasiyetini göstermektedir. PRPs proteinler üzümlerde mildiyö ve külleme infeksiyonlarına karşı dayanıklılık sağlamaktadır. Yapılan araştırmalar asmalarda chitinase ve glucanase üretimi arasında ilişki bulunduğunu göstermiştir. Üzüm dokusundan izole edilen bu enzimler in vitroda fungus gelişimine engel olmaktadırlar.Görüldüğü gibi bu enzimatik aktivasyon SAR için önemli bir rol oynamaktadır (Anonymous, 1999 b).
SAR için en iyi bilinen teşvik edici salicylic asittir. Salicylic asit bitkiler tarafından yapılan, aspirinin ana maddesi olan bir bileşiktir ve genellikle eczacılıkta, kozmetik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Salicylic asit ilk olarak 1838’de İtalyan kimyager R. Pria tarafından salicylaldehyde’den hazırlanmıştır. 1860’da Alman kimyagerler H. Kolbe ve E. Lautemann sentezin phenol ve carbon dioxide’ye dayandığını keşfetmişlerdir. Bugün ise, bileşik kuru sodiumphenolate ve carbon dioxide’den yapılmaktadır. Salicylic asit aspirinin hazırlanması için acetic anhydride ile muamele edilmektedir.
Salicylic asit kristalleri 155 ºC (311 ºF)’ye kadar bozulmamaktadır. Erime noktası 159 ºC (318 ºF)’dir. 200 ºC (392 ºF)’de phenol ve carbon dioxide’ye ayrılmaktadır (Anonymous, 2000c).
Salicylic asit, SAR için önemli rol oynayan bir işaret molekülüdür. Salicylic asit ile muamele edilen bitkilerde PRPs proteinleri hücreler arasına yığılarak etkili hastalık kontrolü sağlamaktadır böylece bitkinin doğal savunma mekanizması harekete geçerek hastalık gelişimini azaltmaktadır bu olay Şekil 2’de görülmektedir. Bu mekanizma vazo içindeki çiçeklere atılan ezilmiş bir aspirin tableti sayesinde bitkinin kendisini bakteriyel infeksiyonlara karşı nasıl daha uzun süre muhafaza ettiğini açıklamaktadır. Savunma mekanizmasını harekete geçiren başka kimyasallar da mevcuttur, Acibenzolar–S–methyl veya BION örnek olarak verilebilir. Fakat bu kimyasallar ve onların metabolitleri direkt olarak patojenlere karşı hareket etmezler yapılan çalışmalar fungisit kombinasyonları sayesinde hastalıklarda etkili olduklarını göstermiştir (Anonymous, 1997).
5. Bitki Aktivatörlerinin Seralardaki Sebze Hastalıklarının Kontrolüne Etkisi
Seralarda domates ve biber küllemesi, domateste bakteriyel benek gibi çeşitli sebze hastalıkları ürünlerde büyük kayıplara sebep olmaktadır. Bu hastalıklara karşı çeşitli fungisit uygulamaları gerçekleşse de bitki aktivatörlerinin kullanılması patojenlere karşı dayanıklılığı arttırmaktadır. Bu konuda sera sebzeciliği araştırma komitesinin yaptığı çalışmada domates,biber ve hıyar bitkilerine ilk bitki aktivatörü olan CGA–245704 [Benzo (1,2,3) thiadiazole–7–carbothioic acid S–methyl ester] sırası ile 0,003, 0,002,0,0036 g a.i./bitki olarak uygulanmıştır. Yapılan testler sonucunda fitotoksik belirti gözlenmemiştir. Domates bitkisine Erysiphe sp, hıyar bitkisine Penicillium oxalicum biber bitkisine ise Xanthomonas vesicatoria inokule edilmiş ve bitki aktivatörünün Erysiphe sp. ile inokule edilmiş domates bitkilerinde hastalık gelişimini azaltmada etkili olduğu tespit edilmiştir (Anonymous, 1998).
6. Entegre Savaşımda Bitki Aktivatörlerinin Rolü
Bitki aktivatörleri tahıl, sebze, pirinç, muz gibi çeşitli ürün gruplarında hastalıklara karşı etkili koruma sağlamaktadır.
6.1. Tahıllarda küllemeye (Erysiphe graminis )’e karşı bitki aktivatörlerinin rolü
Sadece bitki aktivatörü uygulaması sonucu, tahıllarda bitki aktivatörünün uygulamadan sonra birkaç hafta koruma sağladığı belirtilmiştir. Fakat tek özellikleri fungisitlerden daha önce kullanılması ve bu sayede daha uzun süre koruma sağlamasıdır. Filizlenme sırasında gelişim düzeni (GD) 25-29’da uygulamaya başlanır ve başaklanmaya kadar devam eder. Bitki aktivatörü koruma sağlar fakat uygulama sırasında var olan infeksiyonları kontrol edemez bu yüzden hastalık başlamadan önce uygulama tercih edilmelidir (Anonymous,1997).
6.2. Bitki aktivatörü ve fungisit uygulaması
Yapılan çalışmalar bitki aktivatörlerinin fungisit kombinasyonları sayesinde daha etkili olduklarını göstermiştir. Fungisitler erken hastalık kontrolü sağlarken bitki aktivatörü sonradan devam edecek infeksiyonlara karşı uzun süreli koruma sağlar. Çizelge 1’de buğdayda gelişme düzeni 32’ye kadar yapılan uygulamalarda bitki aktivatörünün tek başına 30g ai/ha uygulanması durumunda %60, bitki aktivatörü ve fenpropidin 375 g/ha uygulamasında %80 ve bitki aktivatörü+cyprodinil uygulamasında ise %82 koruma sağladığı belirtilmektedir. Bitki aktivatörlerinin fungisitlerle beraber uygulanması durumunda uygulama çerçevesi GD 32’ye kadar genişletilebilir (Anonymous,1997).
Bitki aktivatörlerini uygulama penceresinin dışında kullanmak zayıf bir koruma sağlanmasına neden olmaktadır. Ayrıca, uygulama sırasında bitkide artan bir hastalık düzeyinin olması da daha düşük bir korumanın gerçekleşmesine neden olmaktadır (Anonymous,1997). Yapılan çalışmalarda bitki aktivatörü uygulanmış ve uygulanmamış buğday yaprakları karşılaştırılmış ve kontrol yapraklarda %100’e yakın hastalık gelişimi meydana gelirken bu oranın aktivatöre maruz kalmış örneklerde oldukça az olduğu görülmüştür (Anonymous,1997).
6.3. Tütünde mildiyöye (Peronospora tabacina )’ye karşı bitki aktivatörünün etkisi
Tütünde önemli bir sorun olan Peronospora tabacina’ya karşı Amerika ve Avrupa'da farklı tütün çeşitlerinde yapılan çalışmalar sonucu bitki aktivatörünün tek başına kullanımı durumunda önemli bir koruma sağladığı saptanmıştır. Ayrıca Avrupa'da yapılan çalışmalarda bitki aktivatörünün metalaxyl–M ile olan karışımının uygulanması durumunda hastalığın büyük ölçüde önlendiği belirtilmiştir (Anonymous,1997).
Çalışmada bitki aktivatörünün tek başına uygulanması dimethomorph+mancozeb karışımına göre daha etkili olmuştur. Bitki aktivatörünün tütünde mildiyöye karşı metalaxyl-M yarı dozu ile birlikte kullanılması, metalaxyl’in uygulama dozu+mancozeb uygulamasından çok daha iyi sonuç alınmıştır (Anonymous 1997).
6.4. Pirinçte Pyricularia oryzae ’ye karşı bitki aktivatörünün rolü
Tahıllardakine benzer olarak uygulanan bitki aktivatörü uzun süreli bir koruma sağlamaktadır. Fidelere uygulanan granül formundaki aktivatör genç pirinç bitkilerinin savunma sistemini harekete geçirmekte böylece bu süre 80 güne kadar uzayabilmektedir. Yapılan çalışmada bitki aktivatörü (iki ayrı dozda), tricyclazole, probenazole uygulanan pirinç bitkilerinden en düşük doza maruz kalan bitkide en başarılı sonuç alınmıştır (Anonymous1997).
6.5. Domateste bakteriyel leke (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria), bakteriyel benek (Pseudomonas syringae pv. tomato) ve mildiyöye (Phytophthora infestans) karşı bitki aktivatörünün rolü
Bitki aktivatörü fungal hastalıklar yanında bakteriyel hastalıklara karşı da koruma sağlamaktadır. Bakır ile olan kombinasyonları oldukça iyi sonuçlar vermektedir. Yapılan çalışmalarda domateste bakteriyel leke hastalığına karşı bitki aktivatörünün tek başına uygulanması oldukça iyi sonuç vermiştir, bakteriyel benek ve mildiyö hastalıklarında ise, bitki aktivatörü+Cu-hydroxide karışımından oldukça başarılı sonuçlar elde edilmiştir (Anonymous,1997).
6.6. Biber antraknozuna (Colletotrichum sp) karşı bitki aktivatörünün rolü
Yapılan çalışmalar sonucunda bitki aktivatörünün biberde tek başına kullanımı durumunda önemli derecede koruma sağladığı ancak mancozeb ile olan karışımının uygulanması sonucu başarının daha da iyi olduğu görülmüştür (Anonymous,1997).
7. Bitki aktivatörlerinin ürün verimine etkileri
Bitki aktivatörlerinin tek başlarına veya cyprodinil, fenpropidin gibi fungisitlerle karışım halinde uygulanması buğdayda ürün gelişimini sağlamaktadır. Ayrıca bitki aktivatörlerinin düzenli olarak uygulanması ürün artışını neden olmaktadır. Buğdayda bitki aktivatörünün yalnız uygulanması durumunda %9’luk bir ürün artışı sağlanırken bu oran bitki aktivatörü ve fenpropidin için %13, bitki aktivatörü ve cyprodinil karışımlarında ise %17 olarak bulunmuştur. Buğdayda bitki aktivatörü uygulamasından sonra yeni gelişen bitki kısımları hastalığa karşı daha az hassas ve dolayısıyla daha sağlıklı olmaktadır. Buğdayda yapılan çalışmalar aktivatörlerin yalnızca E. graminis değil Septoria sp., P. recondita, P. herpotrichoides üzerinde de etkili olduklarını göstermektedir (Anonymous,1997).
Kırmızı biberlerde yapılan bir çalışmada hastalıksız pazarlanabilen ürün olarak dekara verim açısından çiftçi koşulunda 1200 kg meyve alınabilirken CropSet uygulanan parsellerden dekara 2088 kg ürün elde edilmiştir. ISR 2000 atılan parsellerden ise 2448 kg kırmızı biber hasat edilmiştir (Karavaş, 2002).
Kaynaklar
Doç. Dr. Necip TOSUNZir. Yük. Müh. Asuman ERGÜN
Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü Bornova / İZMİR