Yeni şelatlı demir bileşiklerinin hazırlanması ve yapraktan bitki besleme uygulamalarında kullanımı

Tarımda mikro besin gübre uygulamalarında, metal tuzlarının doğal toprak ortamında kullanımı sırasında çözünme problemi gibi istenmeyen durumların oluşmasıyla bitkinin metal alımının etkilendiği gözlenmiştir. Mikro besin elementlerinin eksikliğinde toplam klorofil ve toplam karotenoid miktarlarında azalmanın meydana gelmesi bitki büyüme ve gelişimini olumsuz yönde etkilediği belirlenmiştir. Bu problemlerin önüne geçmek amacıyla çözünme problemlerini giderecek, bitkinin metal alımını dengeleyecek ticari metal komplekslerinin kullanıldığı görülmüştür. Daha az mikro besin elementi ile daha verimli sonuçlar elde etmek ve oluşan çevre kirliliğinin önüne geçmek amacıyla ticari EDDHA (Etilendiamin-N,N'-bis(2-hidroksi-fenilasetikasit)) ve HBED (N,N'bis(2-hidroksi-benzil) etilendiamin-N,N'-diasetik asit) gibi şelatlayıcıların uygulamalarına literatürde rastlanmış olsa bile bu bileşiklere alternatif yeni tür ligandlardan sentezlenen demir komplekslerinin uygulamalarına rastlanmamıştır. Ayrıca, daha önceki çalışmalarda elde edilen sonuçlara göre, yaprak uygulamalarında kullanılan şelatlı gübreler inorganik tuz formlarına göre yapraktan metal alım miktarının azalmasına rağmen metal hareketliliğinin arttığı tespit edilerek verimliliğin arttığı belirlenmiştir. Elde edilen literatürel veriler ışığında bu tez kapsamında sentezi ve karakterizasyonu tamamlanan demir komplekslerinin gübre potansiyellerini belirlemek amaçlanmıştır. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda, mikro besin elementlerinden demirin bitkiler için kullanılamaz veya daha az kullanılabilir forma dönüşmelerini önleyecek, Tween 20 ile sinerjistik etki oluşturabilecek yeni şelat yapılı demir kompleksleri sentezlendi. Sentezlenen N'1,N'4-bis(2-hidroksibenzoil) fumarohidrazit (DSHM) ve N,N''-bis(2-hidroksibenzoil) metandihidrazit (KDHDS) ligandların ve bu ligandlardan sentezlenen demir komplekslerinin bilinen spektroskopik yöntemlerle (FTIR, 1H-NMR, 13C-NMR, MASS, UV-Vis., Elementel Analiz) analizleri yapılarak molekül yapıları aydınlatıldı. Yapısal analizleri tamamlanan orijinal nitelikli demir komplekslerinin, kökten ve yapraktan uygulamalara uygun şekilde gübre formülasyonları hazırlandı. Kökten uygulamalarda bitki besin çözeltisi olan Hoagland (Ek B, Tablo B1) içeriğindeki demir miktarı belirlenerek kontrol grubu ile aynı miktarda demir içerecek EDTA-Fe ile DSHM-Fe ve KDHDS-Fe yer değiştirilerek yeniden formüle edilerek uygulamaya hazırlandı.Yapraktan uygulamalarda ise aynı miktarda demir içeren besin çözeltisine ek olarak tarımda yayıcı yapıştırıcı olarak kullanılan Tween-20 (Polioksietilen sorbitan monolaurat)'nin % 0,1 içerikli çözeltisi ilave edilerek iki farklı uygulama çözeltisi hazırlandı. Yapraktan uygulamalarda ayrıca, bitkiler demirsiz Hoagland besin çözeltisi ile hidroponik ortamda büyütülmeye devam edildi. Hem yapraktan uygulama gruplarına hem de kökten uygulama gruplarına ait kontrol gruplarından biri demirsiz (Fe'siz) hoagland ile büyütülürken diğeri ise bilinen demir içeriğine sahip Hoagland besin çözeltisinde büyütüldü. Kontrol ve deneme grupları için hazırlanan tüm Beith Alpha genotipli salatalık (Cucumis sativus) tohumları cam petri kapları içerisinde 25°C ve %40 oransal neme sahip iklim odasında çimlenmeye bırakıldı. Çimlenen salatalık tohumları demir içermeyen (Fe'siz) Hoagland besin çözeltisi ile kontrollü şartlar altında [(16 saat aydınlık / 8 saat karanlık fotoperiyot, ışık şiddeti (150 μmol m‾² sˉ¹), sıcaklık (25/20oC) ve bağıl nem (%40)] su kültüründe (hidroponik ortam) 28 gün boyunca büyütüldü. Bu şartlarda 28 gün boyunca demirsiz hoagland çözeltisinde büyütülen salatalık bitkileri, bitki besleme çalışmalarında kullanılmak üzere tez kapsamında sentezlenen DSHM-Fe ve KDHDS-Fe kompleksleri, ticari demir gübresi olan Tariron ve Sequesterene ile karşılaştırmalı olarak su kültüründe kökten ve yapraktan uygulamalar için 28. günün sonunda gruplara ayrıldı. Bunun yanısıra yapraktan uygulama grupları da kendi içerisinde Tween 20 içeren ve Tween 20 içermeyen bitki besleme gübre formülasyonları uygulanmak üzere iki gruba ayrıldı. Tüm kontrol ve deneme grubu salatalık bitkileri hazırlanan demir içeriği bilinen besin çözeltileri ile ayrı ayrı beslenerek büyütüldü. Bununla birlikte demir içermeyen kontrol grubu bitkileri ve yapraktan uygulama yapılan grup salatalık bitkileri demir içermeyen Hoagland besin çözeltisi ile hidroponik ortamda üç gün arayla toplamda beş defa tekrarlanan uygulama yapılarak büyütülmeye devam edildi. Uygulama sonunda hasat edilen salatalık bitkilerinin öncelikle fiziksel parametrelerden kök uzunluğu, sürgün uzunluğu, gövde kalınlığı ve gerçek su içeriği analizlerinin yanısıra bitki gruplarına ait yaprak numunelerinden toplam klorofil, toplam karotenoid ve malondialdehit miktarındaki (lipid peroksidasyon: MDA) değişimler uygun yöntemlere göre ölçüldü. Kontrol ve ticari gübrelerle elde edilen ölçüm sonuçları istatistiksel olarak değerlendirilerek karşılaştırıldı. Tez kapsamında yapılan yapraktan uygulamalar ve kökten uygulamalar sonucunda hasat edilen salatalık bitkilerinde yapılan fiziksel analiz sonuçlarına göre en etkili grupların Ticari Tariron, Hoagland ve DSHM-Fe %0,1 Tween 20 içeren grupların olduğu belirlendi. Ayrıca bu sonuçlardan en önemli sonuç yapraktan uygulama gruplarına ait verilere göre kendi içinde Tween 20'li ve Tween 20'siz olarak ayrılan tüm gruplarda elde edilen en iyi sonuçların Tween 20 ile uygulanan gruplara ait olduğu belirlendi. Bu sonuçlara göre, yapraktan şelatlı-Fe'nin formülasyonda %0,1 Tween 20 ile uygulanması yapraktan penantrasyonu arttırdığı sonucu literatürel verileri destekler nitelikte olduğu belirlendi. Diğer taraftan yapraktan uygulamalara ait salatalık taze yapraklarından elde edilen biyolojik parametrelerden toplam klorofil ve toplam karotenoid miktarı değişimleri karşılaştırıldığında elde edilen sonuçlar ticari gübre, Hoagland ve DSHM-Fe %0,1 Tween 20 içeren grupların beklendiği gibi fiziksel parametrelerle uyumlu olduğu gözlemlendi. Ancak MDA (lipid peroksidasyon) miktarındaki değişiminlerin beklenilenin aksine bu gruplarda oldukça yüksek olduğu belirlendi. MDA sonuçları ile literatürel veriler karşılaştırıldığında artan malondialdehit miktarının bitkinin stres parametrelerinden biri olduğu ve MDA miktarı arttıkça hücre hasarı miktarının arttığı belirlendi. Kökten besleme çalışmalarında ise hem fiziksel parametrelerin hem de biyolojik parametrelerin belirlenmesi için yapılan analiz sonuçlarının uyum göstererek en etkili sonuçların ticari Tariron, Sequesterene, Hoagland ve DSHM-Fe gruplarına ait olduğu belirlendi. Ancak biyolojik parametrelerden MDA miktarı değişimine ait elde edilen sonuçlarda en yüksek değişim miktarı Tariron ve KDHDS-Fe gruplarına aitken en düşük değişim miktarı DSHM-Fe grubuna ait olduğu belirlendi. Bu çalışmalara ek olarak, hem yapraktan hem de kökten uygulamalarda kullanılan demirsiz (Fe'siz) kontrol grubu hariç tüm besin çözeltileri optimum şartlar için hazırlanan Hoagland besin çözeltisi içeriğindeki demir konsantrasyonu baz alınarak hazırlandı. Hazırlanan çözeltiler her bir salatalık bitki grubuna ayrı ayrı uygulanarak uygulama sonunda hasat edilen salatalık yaprak numuneleri kurutularak 0,1 g bitki başına demir miktarı (ppm) olarak hesaplandı. Kökten uygulama yapılan salatalık bitki gruplarından bitki demir alımını en çok ticari Tariron demir gübresi ve istatistiksel olarak DSHM-Fe bileşiğinin desteklediği ve bitki toplam klorofil ve toplam karotenoid analiz sonuçları karşılaştırmalı olarak değerlendirildiğinde ICP-OES sonuçları ile belirlenen bitki demir miktarının bir uyum içinde olduğu belirlendi. Yapraktan bitki besleme uygulamaları yapılan salatalık gruplarında demir alımını ICP-OES sonuçları karşılaştırıldığında ise ticari gübre uygulamalarından elde edilen sonuçlar arasında en iyi Tariron + Tween 20 ve Tariron demir gübre formülasyonları olduğu tespit edildi. Ticari gübreler dışında kalan gruplar arasında sentezlenen DSHM-Fe bileşiğine ait toplam klorofil ve toplam karotenoid analiz sonuçları ile karşılaştırmalı olarak değerlendirildiğinde bitki demir alım miktarının uyumlu olduğu belirlendi. Sonuç olarak, kökten uygulamalarda bu tez kapsamında sentezlenen DSHM-Fe kompleksine ait verilerin bitki büyüme ve gelişme parametrelerini olumlu etkilediği ve gübre potansiyeli taşıdığını ortaya konulmuştur.