Physiological and molecular characterizations of dormancy in some ornamental bulbs

Bazı süs bitkileri soğanlarında dinlenmenin fizyolojik ve moleküler biyolojik açıdankarakterizasyonun ortaya konulduğu bu çalışmada bitkisel materyal olarak Negrita (Pemberenkli) ve Cassini (Kırmızı renkli) Lale (Tulipa gesneriana L.) çeşitleri ile Alaaddin (Sarırenkli) ve Polaris (Beyaz renkli) Frezya (Freesia refracta klatt.) çeşitleri kullanılmıştır.Üç temel prensiple yürütülen denemelerde; birinci uygulamada soğanlar hiçbirişleme tabi tutulmadan doğrudan arazideki yerlerine dikilmiştir. İkinci uygulamada soğanlardikimden önce normal oda koşullarında muhafazaya alınırken (18-25 ºC'de ve % 55-65 RH);üçüncü uygulamada soğuk depo koşullarında (5 ±1ºC'de ve % 70-85 RH) muhafazayaalınmıştır. Muhafaza uygulamalarının her ikisinde de soğanlar 20'şer günlük aralıklarladepodan çıkarılarak, altı farklı dönemde kontrollü koşullardaki serada hazırlanan masuralaradikilmiştir.Denemelerin başlangıcında, her dikim döneminde ve bunlara ek olarak doğrudandikim uygulamasında topraktan sökülerek fizyolojik ve moleküler biyolojik analizler içinsoğan örnekleri alınmıştır.Çalışma kapsamında, dinlenme olayı ile yakından ilişkili olduğu düşünülenmorfolojik (Soğan ağırlık kayıpları, İlk çıkış süresi, %50 Çıkış süresi, Bitki oluşum oranı, İlkçiçek açma süresi, %50 Çiçek açma süresi, Çiçek oluşum oranı) ile fizyolojik ve molekülerbiyolojik (Toplam çözünebilir protein içeriği, Protein profilleri, Askorbat peroksidaz enzimaktivitesi, Toplam çözünebilir şeker içeriği) paremetreler incelenmiştir.Soğan ağırlık kayıpları açısından her iki türün her iki depo uygulamasında dadönemler itibariyle doğrusal bir artış gerçekleşmiş ancak; uygulamalar ve dönemler itibariylefarklılıklar ortaya çıkmıştır. Ortalama ağırlık kaybı Lale'de adi depo da %10.22 ve soğukdepoda %7.82 olarak bulunurken; Frezya'da ise adi depoda %10.92 ve soğuk depoda %5.56olarak belirlenmiştir.Lale çeşitlerinde genel olarak 60 günlük soğuk uygulaması (3'üncü dönem) erkençıkış sağlamıştır. Frezya'da ise adi depo uygulamaları erken çıkış sağlamıştır (20 gün). Soğukdepo uygulamalarının süresinin uzaması iki türde de soğanların dinlenmeden çıkışını vesürmesini Lale'de büyük oranda; Frezya'da ise, tamamen engellemiştir. Frezya'da soğuk depouygulamasının son dönemlerindeki (4, 5 ve 6'ıncı dönemler) soğanlarda görülen `Pupation'nedeniyle bitki çıkışı gerçekleşmemiştir. Buna paralel olarak her iki türde de adi depouygulamasında soğuk depo uygulamasına göre daha fazla bitki oluşumu gerçekleşmiştir.Lale'de erken çiçeklenme için soğanların soğuk depoda 60 gün bekletilmesi olumlusonuç vermiştir. Daha geç çiçeklenme için ise, daha kısa süre soğanların soğuk depodatutulması ekonomik açıdan ek bir yük getireceği için; soğanların adi depo da 60-80 günmuhafaza edilmesi daha uygun olacaktır. Frezya türü için ise, adi depo koşullarının bütündönemleri olumlu sonuç vermiş olsa da 40-60 gün adi depoda muhafaza edilen soğanlarda(2'inci ve 3'üncü dönem) daha erken çiçek elde edilmiştir. Frezya soğanlarının daha uzunsüre depoda bekletilmesi durumunda ise (80 günden fazla), çiçeklenme biraz daha geç olupçiçeklenme oranı düşmüştür. Ancak, çiçeklenme oranını artırmaya yönelik bazı ekuygulamalar yapılarak bu sorun aşılabilirse, uzun süreli depolamalar ile pazara daha geçdönemde çiçek sunumu mümkün olacaktır.Toplam şeker içeriğinin genel olarak soğuk depo uygulamasında daha yüksek olduğubelirlenmiştir. Buna göre Lale'de 76.2 mg/gTA olarak belirlenirken, Frezya'da: 25.7 mg/gTAolarak bulunmuştur.Araştırmada, her iki türde soğuk depo uygulaması ile spesifik ve toplam askorbatperoksidaz enzim aktivitesinde artış olmuştur. Dönemler itibariyle ise Lale'de doğrusal biratış görülürken; Frezya'da son dönemde (6'ıncı dönem) toplam ve spesifik askorbatperoksidaz aktivitesinin her ikisinin de arttığı görülmüştür.SDS-PAGE profilleri dikkate alındığında Lalede 102, 58, 43 ve 40 kDa; Frezyadaise, 102 ve 29 kDa ağırlığında olduğu tahmin edilen polipeptidler, dinlenme ileilişkilendirilmiştir. Bunlardan, özellikle 102 kDa ağırlığındaki protein bandının, Frezyaçeşitlerinin her ikisinin yanı sıra Lale'de Negrita çeşidinde görülmesi; bu polipeptidin türveya çeşitten çok, uygulamalarla ilişkili olabileceği sonucunu kuvvetlendirmektedir.Çalışmadan elde edilen tüm sonuçlar değerlendirildiğinde; uygulanabilirliği olan bazısonuçlara varılırken, bundan sonra yapılması hedeflenen moleküler çalışmalar için de zeminoluşturulmuştur.Physiological and molecular characterizations of ornamental bulb dormancy wereinvestigated in Tulip (Tulipa gesneriana L) cultivars, Negrita and Cassini and Freesia(Freesia refracta Klatt.) cultivars, Polaris and Alaaddin.The experiment was undertaken in three basic principles. In first treatment, the bulbswere directly planted in to greenhouse without any treatment. The bulbs were stored in roomcondition (18-25 ºC ve 55-65 % RH) and cold storage (5 ±1oC 70-85 % RH) before plantingin the second and third treatment, respectively. In both storage treatments, the bulbs weretransplanted to the greenhouse in six periods with 20 days intervals.At the beginning of each experiment and each planting period, bulb samples werecollected for the physiological and molecular analyses. In addition, some of the directlyplanted bulbs were removed from soil for sampling.Morphological (Weight loss of bulbs, First sprouting duration, %50 Sproutingduration, Percentage of developed plants, First flowering duration, %50 Flowering duration,Percentage of flowered plants) and physiological and molecular (Total soluble proteincontent, Total protein profiles (SDS-PAGE), Ascorbate peroxidase activity, Total solublesugar content) parameters were evaluated during the experiment.For both species, bulb weight loss increased linearly during the storage andsignificant differences were observed among the storages periods and storage types. Averageweight losses were 10.22% and 7.7.82% in Tulip bulbs in room and cold storage conditions,respectively. On the other hand, Freesia bulbs lost 10.92% and 5.56% of its weight in roomand cold storage conditions respectively.Early sprouting was observed in Tulip cultivars generally following 60 days (end of3rd) of cold storage while this was observed after 20 days of room temperature storage inFreesia cultivars. Sprouting of Tulip bulbs was mostly prevented by prolonged cold storagewhile sprouting Freesia bulbs completely blocked by cold storage. Sprouting never occurredin the last three periods of cold storage (4th, 5th and 6th) in Freesia cultivars because ofpupation in bulbs. In accordance with this observation, significantly higher numbers of plantsgrew from cultivars of both species in room temperature storage compared with those grew incold storage conditions.Cold storage of bulbs for 60 days promoted early flowering in Tulip cultivars. Sincecold storage of bulbs for shorter periods to obtain a delayed flowering is not feasibleeconomically therefore it is more suitable to store the Tulip bulbs in room temperature for 60-80 days. Although all periods of room temperature storage yielded positive results in Freesiacultivars, earlier flowering was obtained in bulbs which were stored for 40-60 days (2nd-3rdperiods) in room temperature. Prolonged (more than 80 days) storage of Freesia bulbs resultsin a delayed flowering along with a decreased flowering rate. However, if this problem couldbe solved by application of additional procedures to increase the flowering rate, marketingflowers at a later time would be possible by using the above mentioned prolonged storagemethod.Total soluble sugar content was generally high in cold storage method. Sugar contentwas 76.2 mg/gTA and 25.7 mg/gTA in Tulip and Freesia cultivars, respectively.In this study, we found that specific and total activities of ascorbate peroxidaseenzyme following cold storage of both species were increased. These increases were linear inTulip cultivars throughout the storage periods, while specific and total ascorbate peroxidaseactivities were increased only during the last (6th) period in those of Freesia.Polipeptide bands determined in SDS-PAGE as 102, 58, 43 ve 40 kDa in Tulip andthose determined as 102 and 29 kDa in Freesia were found to be related with dormancy.Presence of the 102 kDa protein band in both the two cultivars of Freesia and in Negritacultivar of Tulip suggested that this polipeptide might be related to the storage conditionrather than the species or cultivars.We conclude that a variety of results obtained in this study may be applicable inpractice, while further molecular studies can be based on current data