Eston bilim insanları arpanın verimini artıran özelliği buldu

Tartu Üniversitesi Teknoloji Enstitüsü ile Maaelu Teadmuskeskus (Kırsal Yaşam Bilgi Merkezi) işbirliğinde yapılan bir araştırma, arpanın sondan bir önceki yaprağının üst yüzeyinde daha fazla açık ve yüksek iletkenliğe sahip gözenek (stoma) bulunmasının tane verimini artırdığını gösterdi. Estonyalı bilim insanlarının çalışması, kuraklığa dayanıklı ve daha verimli arpa çeşitlerinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.

Araştırma kapsamında 13 arpa çeşidi, 2022-2024 yılları arasında incelendi. Denemeler, Jõgeva'da Maaelu Teadmuskeskus'a ait tarlalarda yapıldı ve tane verimi hektar başına 2.400 ile 6.100 kilogram arasında değişti. Verimli geçen 2022 yılında çeşitlerin ortalama verimi, olumsuz geçen 2023 yılına göre iki kat daha yüksek oldu. 2024 de yağış azlığı ve mayıs-haziran aylarındaki mevsim ortalamasının üzerindeki sıcaklıklar nedeniyle verim açısından zayıf bir yıl olarak kayıtlara geçti.

Üst yüzeydeki gözenekler öne çıkıyor

Gözenekler, bitki yapraklarının örtü dokusunda iki guard hücresi ve aralarındaki yarıktan oluşan açıklıklardır; bitkinin gaz alışverişi bu açıklıklar üzerinden gerçekleşir. Fotosentez için gerekli karbondioksitin alınması ve suyun buharlaşması bu yolla olur. Tahıllarda gözenekler yaprağın üst ve alt yüzeyine görece eşit dağılırken, birçok bitkide yalnızca alt yüzeyde bulunur.

Araştırmacılar, arpanın sondan bir önceki yaprağı ile sözde bayrak yaprağının gözenek iletkenliğini ölçtü. Ayrıca gözeneklerin yoğunluğu, yaprağın üst ve alt yüzeyi arasındaki dağılımı ve guard hücrelerinin uzunluğu gibi anatomik özellikler izlendi. İletkenlik, yaprak yüzeyi biriminde zaman içinde gözeneklerden gerçekleşen su kaybını ifade ediyor ve bitkinin gözenekleri açıp kapatarak su kaybını dakikalar içinde düzenlemesine olanak tanıyor. Yoğunluk, dağılım ve hücre uzunluğu ise daha uzun bir zaman ölçeğinde çevre koşullarına uyum sağlıyor; tam boyuta ulaşmış bir yaprakta bu özellikler artık değişmiyor.

Araştırmada, sondan bir önceki yaprağın üst ve alt yüzeyindeki gözenek iletkenliği oranının 2022 ve 2023 yıllarında ve üç yılın birleştirilmiş verilerinde tane verimiyle pozitif ilişkili olduğu görüldü. Yani hem iyi hem kötü yıllarda, sondan bir önceki yaprağının üst yüzeyindeki gözenekleri alt yüzeyine göre görece daha açık olan çeşitler daha verimli oldu.

Bayrak yaprağının etkisi sınırlı

Bitki büyümesi için elverişli yılda üst ve alt yüzey gözenek iletkenliği oranı da daha yüksekti. Bu durum, arpanın sondan bir önceki yaprağındaki gaz alışverişinde ve dolayısıyla verimin oluşmasında özellikle üst yüzeydeki gözeneklerin önemli olabileceğine işaret ediyor. Üst ve alt yüzeydeki gözenek yoğunluklarının oranı da yıllar birleştirildiğinde verimle doğru orantılı çıktı; elverişli 2022 yılında yaprağın üst yüzeyinde alt yüzeyine göre daha fazla gözenek oluşmuştu.

Bayrak yaprağının gözenek özellikleri ise verimle ilişkili bulunmadı; çevre ve çeşidin bu özellikler üzerindeki etkisi büyük ölçüde mevcuttu. Arpada bayrak yapraklarının verim oluşumunda önemsiz olması, sondan bir önceki yaprağa kıyasla küçük yüzey alanları düşünüldüğünde şaşırtıcı değil.

Literatürde, yaprağın üst yüzeyinde gözenek oluşumunun daha fazla su kaybına yol açtığı ve bunun kurak yıllarda bir dezavantaj olabileceği belirtiliyor. Araştırma bu varsayımı doğrulamadı: kurak geçen 2023 yılında da üst yüzey gözenek iletkenliği görece yüksek olan çeşitler daha verimliydi.

Gözeneklerin yaprağın üst ve alt yüzeyi arasındaki dağılımı, iki yüzeyin gözenek iletkenliği ve bu özelliklerin tane verimiyle ilişkisi bugüne kadar görece az araştırılmış bir konu. Üst yüzeydeki gözeneklerin yaprakta tam olarak nasıl geliştiği ve farklı genler ile çevre koşullarının bu dağılımı nasıl etkilediği de henüz bilinmiyor. Bu soruların yanıtlanması, hassas ıslah teknikleriyle yaprağın üst ve alt yüzeyindeki gözenek yoğunluğu oranı önemli ölçüde değiştirilmiş çeşitlerin geliştirilmesini sağlayabilir. Bu çeşitler, gözeneklerin yaprak yüzeyleri arasındaki dağılımının farklı ortamlarda yetişen tahıllarda verim oluşumundaki rolünün aydınlatılmasına da yardımcı olabilir.

Dünyada buğdaydan sonra en çok yetiştirilen tahıllardan biri olan arpa, Estonya'da da yaygın olarak ekiliyor; ekim alanı ve verimi yalnızca buğdayın gerisinde kalıyor. Buna karşın bilimsel çalışmalarda arpaya buğdaya göre çok daha az yer veriliyor. WoS veri tabanındaki son beş yılda yayımlanan bilimsel makalelerin 75 bini buğday, yalnızca 13 bini arpa üzerine. Değişen iklim koşullarında yaprak özelliklerinin arpa verimini nasıl etkilediğinin anlaşılması bu nedenle önem taşıyor.

Araştırma, Plant Cell & Environment dergisinde yayımlandı.