DETERMINATION OF EFFECT OF COLD STRESS ON YIELD and QUALITY PARAMETERS and EVALUATION OF COLD TOLERANT GENOTYPES by MORPHOLOGICAL and MOLECULAR METHODS IN RICE (Oryza sativa L.)

Bu çalışma; soğuk stresinin çeltik (Oryza sativa L.) genotipleri üzerine etkilerini belirlemek amacıyla laboratuar ve tarla denemeleri şeklinde yürütülmüştür. Çimlenme, fide gelişme ve sapa kalkma dönemlerini içeren laboratuar çalışmalarında 237 adet genotip materyal olarak kullanılmıştır. Laboratuar çalışmalarında belirlenen 13 genotipin doğal koşullarda soğuk stresine tepkilerini belirlemek amacıyla 2013, 2014 ve 2015 yıllarında tarla denemeleri yapılmıştır. Laboratuar koşullarında çimlenme dönemi soğuk stresi, koleoptil uzunluk farkları ile soğuk şiddeti ve süresinin beraber değerlendirildiği iki farklı yöntemle belirlenmiştir. Çimlenme döneminde; genotiplerin % 20'si toleranslı, % 53'ü orta toleranslı, % 22'si hassas ve % 5'i çok hassas olarak belirlenmiştir. Fide döneminde; genotiplerin % 4'ü yüksek toleranslı, % 23'ü toleranslı, % 37'si orta toleranslı, % 25'i hassas ve % 11'i çok hassas bulunmuştur. Sapa kalkma döneminde; incelenen çeşitlerden Tunca, Hamzadere ve IR50 çeşitleri hassas olarak belirlenmiştir. İndica grubundaki genotiplerin japonica grubundakilere oranla soğuğa daha hassas oldukları gözlenmiştir. Moleküler tekniklerle, QTL (Kantitatif Özellik Lokusu) bölgeleri incelenerek çimlenme, fide gelişme ve sapa kalkma dönemlerinde soğuğa toleranslı genotiplerin belirlenmesine çalışılmıştır. Çimlenme döneminde 1, fide gelişme döneminde 2 ve sapa kalkma döneminde 3 QTL bölgesinin taranması sonucu genotipler hassas, orta toleranslı ve toleranslı olarak gruplara ayrılmıştır. Elde edilen bu bulgular diğer laboratuar testlerinden elde edilen sonuçları desteklemektedir. Tarla koşullarında, incelenen çeşitlerin farklı gelişme dönemlerinde soğuk stresine tepkilerinin belirlenmesi amacıyla erken, normal ve geç ekimler yapılmıştır. Tarla denemeleri, Kızıltan, Paşalı, Tosyagüneşi, Durağan, Halilbey, Edirne, Osmancık-97, Tunca, Aromatik-1, Hamzadere, Mevlütbey ile IR50 (hassas) ve HSC55 (toleranslı) çeşitleri ile üç farklı ekim zamanında bölünmüş parseller deneme desenine göre üç tekrarlamalı olarak kurulmuştur. Erken ekimler 30 Nisan, normal ekimler 20 Mayıs ve geç ekimler 10 Haziran tarihlerinde yapılmıştır. Yıllar itibariyle erken ekimlerde çimlenme ve fide döneminde, normal ekimlerde sapa kalkma döneminde, geç ekimlerde ise tane dolum döneminde soğuk hava koşulları verim ve kalite unsurları üzerine etkili olmuştur. Soğuk stresi; çimlenme döneminde bazı genotiplerde çimlenmeyi engellemiş ya da geciktirmiş, fide döneminde yaprak renginde sararma ve solmaya neden olmuş, sapa kalkma döneminde ise sterilitenin artmasına yol açmıştır. Küresel ısınmaya bağlı iklim değişiklikleri denemenin yürütüldüğü üç yılda da farklı sonuçların elde edilmesine neden olmuştur. Erken ekimlerde metrekarede bitki sayısı, metrekarede salkım sayısı, normal ve geç ekimlerde sterilite oranı tane verimini etkileyen en önemli faktörler olarak belirlenmiştir. Bin tane ağırlığı ve kırıksız randıman geç ekimlerde artmıştır. Laboratuar ve tarla koşullarında yürütülen denemeler birlikte değerlendirildiğinde; soğuk stresi olasılığı bulunan koşullar için Mevlütbey, Paşalı ve Halilbey çeşitlerinin yetiştirilmesi önerilebilir. Arıca çimlenme, fide gelişme ve sapa kalkma dönemlerindeki laboratuar testleri ve moleküler yöntemlerle soğuğa toleranslı olarak belirlenen genotipler, materyal olarak ıslah çalışmalarında kullanılmak üzere önerilebilir.The aim of this study was to determine the effect of cold stress on rice genotypes (Oryza sativa L.) by laboratory and field trials. Totally 237 genotypes were used as materials in the laboratory experiments which consist of germination, seedling stage and booting stages. Field trials was conducted in 2013, 2014 and 2015 to determine the reactions of 13 genotypes that were selected in laboratory studies against cold stress under natural conditions. Cold stress during germination under laboratory conditions was determined by two methods where firstly coleoptiles length differences and secondly cold severity with duration was evaluated together. During germination, the percentage of genotypes that were found as tolerant, moderately tolerant, susceptible and highly susceptible were 20%, 53%, 22% and 5%, respectively. During seedling stage, the percentage of genotypes that were found as highly tolerant, tolerant, moderately tolerant, susceptible and highly susceptible were 4%, 23%, 37%, 25% and 11%, respectively. During booting stage, the varieties Tunca, Hamzadere and IR50 were found as susceptible. It was observed that Indica types were more susceptible to cold than Japonica types. It was aimed to determine the genotypes that were tolerant to cold during germination, seedling and booting stages by means of molecular methods such as inspecting QTLs (Quantitative Trait Loci). Genotypes were grouped as susceptible, moderately tolerant and tolerant by scanning 1, 2 and 3 QTLs during germination, seedling stage and booting stages, respectively. Findings were confirmed by the results from other laboratory experiments. Under field conditions, early, regular and late sowing were done in order to determine the reactions of the genotypes to cold stress at different development stages. Field experiments were conducted with Kiziltan, Pasali, Tosyagunesi, Duragan, Halilbey, Edirne, Osmancik-97, Tunca, Aromatik-1, Hamzadere, Mevlutbey, IR50 (susceptible check) and HSC55 (tolerant check) varieties at 3 different direct sowing dates. Trial method was split plot with 3 replications. Sowing was done as early, regular and late on dates April 30, May 20 and June 10, respectively. In different years, cold weather conditions affected yield and quality parameters during germination and seedling stages at early sowing, during booting stage at regular sowing and during grain maturity stage at late sowing. Cold stress delayed or aborted the germination in some genotypes, caused yellowing and fading of leaves at seedling stage and increased grain sterility at booting stage. Climatic differences related to global warming caused obtaining different results in three years that the study was carried on. Plants per square meter, panicles per square meter in early sowing and sterile grain percentage in late sowing were determined to be the most influential parameters to affect grain yield. One thousand seed weight and whole grain yield were higher in late sowing. When the experiments that were done in laboratory and on field were evaluated together, Mevlutbey, Pasali and Halilbey varieties can be suggested for locations where cold stress is a possibility. Also, genotypes which were determined as cold tolerant in germination, seedling stage and booting stages by means of laboratory tests and molecular methods, can be suggested for using as breeding material