Özet

Modern tarım kritik bir noktada bulunmaktadır. Bir yandan dünya daha fazla gıda üretimine ihtiyaç duyarken; diğer yandan topraklar daha fazla yorulmuş, su kaynakları daha kısıtlı hale gelmiş ve kuraklık, tuzluluk ile sıcaklık gibi stres faktörleri şiddetlenmiştir. Bu koşullar altında, sadece kimyasal gübrelere ve pestisitlere güvenmek artık tarımın geleceği için yeterli bir cevap değildir.

İncelenen makale, geleceğin en önemli çözümlerinden birinin bitki gelişimini teşvik eden bakterilerin veya PGPR’ların (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria) kullanımı olduğunu göstermektedir. Bu bakteriler bitki kökü çevresinde yaşarlar ve bitki ile aktif bir biyolojik ilişkiye girerler. Besin maddelerinin emilimini artırabilir, kök gelişimini güçlendirebilir, bitkinin çevresel streslere karşı direncini yükseltebilir ve hatta hastalıklara karşı savunma rolü üstlenebilirler. Basit bir ifadeyle PGPR, toprağı cansız bir katmandan canlı, zeki ve bitki büyümesini destekleyen bir sisteme dönüştürebilir.

Bitki Yalnız Bir Varlık Değildir; Canlı Bir Ekosistemdir

Geleneksel bakış açısında bitki genellikle bağımsız bir varlık olarak görülür; kökü topraktadır, su ve besin alır ve güneş ışığı sayesinde büyür. Ancak günümüz bilimi bu resmin tam olmadığını göstermektedir. Bitki aslında bakteriler, mantarlar ve diğer mikroorganizmaları içeren daha büyük bir biyolojik ağın parçasıdır.

Bu topluluğa bitki mikrobiyomu denir. Bitkiyi ve beraberindeki mikropları tam bir birim olarak ele aldığımızda, holobiont adı verilen bir kavramla karşılaşırız. Yani bitki ve mikroplar birlikte işlevsel bir sistem oluştururlar.

Bu sistemin en önemli parçası kök çevresinde bulunur; buraya rizosfer denir. Bitki kökü sadece bir emici organ değil, aynı zamanda aktif bir kimyasal ve iletişim merkezidir. Bitki; şekerler, amino asitler, organik asitler ve ikincil metabolitler gibi bileşikler salgılayarak belirli mikropları kendine çeker. Karşılığında bu mikroplar da faydalı maddeler üreterek bitkinin büyümesine ve sağlığına yardımcı olurlar.

Burada PGPR çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu bakteriler kök yakınına yerleşir ve kök tarafından salgılanan bileşiklerle beslenirler. Buna karşılık bitkiye çok sayıda biyolojik hizmet sunarlar. Bu ilişki basit bir ticaret değil; aksine milyonlarca yıl boyunca şekillenmiş evrimsel ve zekice bir iş birliğidir.

İşin ilgi çekici noktası şudur: Bitki, köklerinin etrafında ne tür mikropların aktif olacağını büyük ölçüde kendisi belirleyebilir. Yani kök sadece besin emmez; aynı zamanda kendi etrafındaki mikrobiyal ortamı da yönetebilir.

PGPR Bitki Büyümesini Nasıl Artırır?

Bitki gelişimini teşvik eden bakteriler (PGPR) birkaç ana kanal üzerinden hareket eder. Birinci yol, bitki beslemesinin iyileştirilmesidir. Toprakta birçok besin maddesi bulunur ancak bunlar her zaman bitki tarafından kullanılabilir durumda değildir. Örneğin, fosfor toprakta bol miktarda bulunabilir ancak çözünmeyen formda olduğu için kökler onu ememez. Bazı PGPR'lar organik asitler üreterek fosforu emilebilir forma dönüştürür.

Azot konusunda ise bazı bakteriler atmosferik azotu fikse etme (bağlama) ve bitkinin kullanabileceği şekle dönüştürme yeteneğine sahiptir. Bu konu, özellikle azotlu gübrelere olan bağımlılığın azaltılmasında büyük önem taşır. Azotlu gübreler aşırı kullanıldığında su kirliliğine, toprağın bozulmasına ve üretim maliyetlerinin artmasına neden olur.

İkinci yol, bitki hormonlarının üretimi veya düzenlenmesidir. PGPR; oksin, giberellin ve sitokinin gibi bileşikler üretebilir. Bu hormonlar kök büyümesi, gövde gelişimi, hücre bölünmesi ve besinlerin daha iyi emilimi üzerinde etkilidir. Örneğin oksin, yan köklerin gelişmesini sağlar; kök ne kadar geniş olursa, bitki su ve besin emilimi için o kadar fazla yüzey alanına sahip olur.

PGPR'ın çok önemli mekanizmalarından biri de ACC deaminaz adlı enzimi üretmesidir. Bu enzim, bitkideki etilen seviyesini kontrol eder. Etilen; kuraklık, tuzluluk veya fiziksel hasar gibi stres koşullarında artar. Etilen seviyesi çok yükselirse bitki büyümesi yavaşlar. PGPR, fazla etileni azaltarak bitkinin zorlu koşullarda bile büyümesine devam etmesine yardımcı olur.

Üçüncü yol, bitki savunma sisteminin güçlendirilmesidir. Bazı PGPR'lar Uyarılmış Sistemik Direnç (ISR) mekanizmasını aktif hale getirebilir. Yani bitki, şiddetli bir patojen saldırısından önce "teyakkuz" durumuna geçer. Bu durum bitkinin aşılanmasına benzer; bitki çok fazla enerji harcamaz ancak savunma sistemi daha hızlı tepki vermeye hazır hale gelir.

Sonuç olarak PGPR sadece bir "biyo-gübre" değildir. Bu bakteriler eş zamanlı olarak şu rolleri üstlenir: Büyüme teşvik edici, besleyici, hormonal düzenleyici, stres önleyici ve bitki bağışıklık sistemi güçlendirici.

Geleceğin Tarımında PGPR’ın Önemi ve Ticari Boyutu

PGPR’ın önemi, iklim değişikliği bağlamında incelendiğinde daha da artmaktadır. Gelecekte tarım; sıklaşan kuraklıklar, artan sıcaklıklar, toprak tuzluluğu, tarım arazilerinin kalitesinin düşmesi ve kimyasal girdi kullanımını azaltma baskısı gibi zorluklarla karşı karşıya kalacaktır. Bu tür koşullarda, bitkiyi strese karşı daha dayanıklı hale getirebilen ürünler, yüksek ekonomik ve stratejik değere sahip olacaktır.

PGPR, geleceğin tarımında şu ana alanlarda rol oynayabilir:

• Gübre kullanımını aşırı artırmadan ürün verimini artırmak.

• Pestisit (ilaç) kullanımını azaltmak.

• Zorlu koşullarda bitki direncini artırmak.

• Toprak kalitesini iyileştirmek ve sürdürülebilir tarıma yardımcı olmak.

Ancak önemli bir nokta vardır: PGPR’ı laboratuvardan tarlaya aktarmak kolay değildir. Laboratuvar koşullarında iyi sonuç veren birçok bakteri, tarlada istikrarlı bir performans sergileyemez. Bunun sebebi toprağın çok karmaşık bir ortam olmasıdır. Toprakta PGPR, yerli mikroplarla rekabet etmeli, sıcaklık ve nem değişimlerine uyum sağlamalı ve kök çevresinde tutunabilmelidir.

Bu nedenle, ürün formülasyonu büyük önem taşır. Başarılı bir PGPR ürünü sadece iyi bir bakteri seçimine bağlı değildir; aynı zamanda uygun bir taşıyıcıya, uzun raf ömrüne, basit uygulama yöntemine ve tarlada öngörülebilir bir performansa sahip olmalıdır. Taşıyıcılar; sıvı, toz, granül, tohum kaplama veya biyokömür (biochar) gibi bileşikler şeklinde tasarlanabilir. Makale, PGPR’ın ticarileşmesinin aşamalı bir yol gerektirdiğini vurgular: Suş izolasyonu, tarama, sera testleri, saha testleri, güvenlik incelemesi, formülasyon, yasal tescil ve pazara sunum.

Ticari açıdan bu alan sadece bilimsel bir konu değil; büyüyen Biyostimülant ve Sürdürülebilir Tarım pazarının bir parçasıdır. Güvenilir, istikrarlı ve ekonomik biyolojik ürünler üretebilen ülkeler ve şirketler, tarımın geleceğinde rekabet avantajına sahip olacaktır.

Sonuç

Bu makalenin ana mesajı açıktır: Tarımın geleceği sadece daha iyi tohum, daha fazla gübre veya daha güçlü ilaç üretmekten ibaret değildir. Tarımın geleceği, toprakta ve kök çevresinde var olan gizli biyolojik sistemleri anlamak ve aktif hale getirmekte yattmaktadır.

PGPR, toprağın cansız bir hammadde değil, canlı ve dinamik bir ağ olduğunu kanıtlamaktadır. Eğer bu ağ doğru yönetilirse, bitki büyümesini artırabilir, kimyasal girdi kullanımını azaltabilir ve ürünlerin iklim değişikliğine karşı direncini yükseltebilir.

Aslında PGPR bir paradigma değişimini temsil etmektedir:

• Kimya odaklı tarımdan biyoloji odaklı tarıma.

• Doğrudan bitki beslemeden kök çevresi ekosistem yönetimine.

• Girdileri artırmaktan sistemi optimize etmeye.

Bu nedenle, bitki gelişimini teşvik eden bakteriler sadece bilimsel bir araç değil, 21. yüzyıl sürdürülebilir tarımının temel sütunlarından biri olarak kabul edilmektedir.

Sözlük (Glosary)

• PGPR (Bitki Gelişimini Teşvik Eden Rizobakteriler): Bitki köklerinin yakınında yaşayan ve daha iyi büyüme, artan besin alımı ve gelişmiş bitki direnci sağlayan faydalı bakterilerdir.

• Oksin: Köklerin büyümesini ve genişlemesini uyaran bir bitki hormonudur.

• Giberellin: Bitkinin dikey büyümesini ve bitki organlarının genişlemesini sağlayan bir hormondur.

• Sitokinin: Hücre bölünmesini, sürgün ve yaprak büyümesini artıran bir hormondur.

• ACC Deaminaz Enzimi: Bazı bakteriler tarafından üretilen ve bitki stresini azaltan bir enzimdir.

• Etilen: Stres koşullarında artan ve bitki büyümesini yavaşlatabilen veya durdurabilen bir bitki hormonudur.

• ISR (Uyarılmış Sistemik Direnç): Bitkide, hastalık saldırısı gerçekleşmeden önce savunmaya hazır olmasını sağlayan bir tür "aktifleşmiş bağışıklık" sistemidir.

• Patojen: Bitkiye zarar veren bakteri, mantar veya virüs gibi her türlü hastalık yapıcı etkendir.

• Biyostimülantlar (Biostimulants): Bitkilerin daha iyi büyümesine, güçlenmesine ve stresle daha etkili başa çıkmasına yardımcı olan maddeler veya mikroplardır (geleneksel gübre veya ilaç olmamalarına rağmen).

Kaynak

Backer R, Rokem JS, Ilangumaran G, Lamont J, Praslickova D, Ricci E, Subramanian S and Smith DL (2018) Plant Growth-Promoting Rhizobacteria: Context, Mechanisms of Action, and Roadmap to Commercialization of Biostimulants for Sustainable Agriculture. Front. Plant Sci. 9:1473. doi: 10.3389/fpls.2018.01473