Bir kök ucunun peşinden toprağın derinine inelim.
Bitkinin yeşil aksamı (gövde, yaprak, meyve) ne kadar güçlü görünürse görünsün, potansiyeli tamamen kök sisteminin derinliği ve hacmi ile sınırlıdır. Kök mimarisi; ana kök uzaması, yan kök dallanması ve kılcal kök yoğunluğundan oluşur. Güçlü bir kök sistemi, topraktaki su ve besin maddelerine erişim yüzeyini katlayarak artırır. Kök bölgesine (rizosfer) uygulanan Bacillus cinsi bakteriler, bitkinin genetik kök potansiyelini maksimuma çıkararak hücresel düzeyde kök hücre bölünmesini ve uzamasını teşvik eder.
Kaynak: López-Bucio ve ark. 2007, Current Opinion in Plant Biology; Compant ve ark. 2005
Rizosfer, kök yüzeyinden itibaren birkaç milimetrelik canlı, biyolojik olarak en aktif toprak katmanıdır. Bitki, fotosentez ürettiği şekerin ve organik asitlerin %10-30'unu kök salgısı (eksudat) olarak bu bölgeye bırakır. Bacillus türleri bu salgıları besin olarak kullanıp kök etrafında hızla çoğalır; diğer zararlı patojenlerin kök bölgesine yaklaşmasını engelleyerek alanda biyolojik bir dominasyon kurar.
Kaynak: Bais ve ark. 2006, Annual Review of Plant Biology; Doornbos ve ark. 2012
Bir bitkinin kök ağının ne kadar derin ve geniş olacağını belirleyen temel faktörler şunlardır:
Köklerin tıpkı yapraklar gibi oksijene ihtiyacı vardır. Gözenekli, organik maddece zengin ve iyi havalanan topraklar köklerin rahatça uzamasını sağlar.
Kökler suyu aramak için uzar. Düzenli ve hafif kuruma periyotları olan sulama rejimleri kökleri derine gitmeye teşvik ederken, sürekli yüzeyden verilen az miktarda su, köklerin yüzeyde tembel kalmasına yol açar.
Toprak sıcaklığı kök büyümesi için kritik bir sinyaldir. Çok soğuk topraklar metabolik faaliyetleri yavaşlatırken, aşırı sıcak topraklar kök uçlarında kurumaya ve strese neden olur.
Özellikle Fosfor (P), Kalsiyum (Ca) ve Çinko (Zn) kök gelişimi için olmazsa olmazdır. Fosfor, hücre bölünmesini ve kök ucu büyümesini doğrudan tetikler.
Köklerin besinleri alabilmesi için toprak pH'ının genellikle 6.0 ile 7.0 arasında olması idealdir. Aşırı asidik veya alkali ortamlar, besinleri toprağa bağlayarak köklerin emilim yapmasını engeller.
Derin toprak katmanlarındaki hapsolmuş nem ve mineral kaynaklarına ulaşmak için kazık kökün dikine uzaması gerekir. Bacillus megaterium, kök ucunda proton salınımını teşvik ederek kök hücresi duvarlarını esnetir (hücre çeperi gevşemesi). Böylece kök ucu sert ve sıkışmış toprak katmanlarının arasından dirençle karşılaşmadan süzülerek derinlere doğru hızlıca uzar.
Kaynak: López-Bucio ve ark. 2003, Plant and Soil; Richardson ve ark. 2009
Fosfor (P), bitkide ATP (enerji) ve nükleik asit sentezinin temelidir; kök ucu meristem hücrelerinin bölünmesi için yüksek düzeyde fosfora ihtiyaç vardır. Bacillus megaterium ve Bacillus subtilis, salgıladıkları organik asitler (sitrik, glukonik, süksinik asit) ve fitoz enzimleri ile kilitli fosfatı çözer. Kök ucuna ulaşan çözünmüş fosfor, kök uzama motorunu çalıştırır.
Kaynak: Rodriguez ve Fraga 1999, Biotechnology Advances 17:319–339; Whitelaw 2000
Ağaçlarda kök faaliyeti, ilkbaharda gözler uyanmadan 2-3 hafta önce toprak sıcaklığının 8-10°C'ye ulaşmasıyla başlar. Bu dönemde damla sulama veya kök izdüşümüne can suyu şeklinde yapılan Bacillus uygulamaları, ağacın kış uykusundan uyanırken ilk saçak kök patlamasını güçlü yapmasını sağlar. Bu sayede çiçeklenme ve meyve tutumu döneminde ağaç besin stresi yaşamaz.
Kaynak: Tagliavini ve Millard 2005, Plant and Soil; Ruzzi ve Aroca 2015
Kök sisteminin güdük kalması, kahverengileşmesi veya gelişememesinin arkasında genellikle şu engeller yatar:
Ağır makinelerin kullanımı veya yanlış toprak işleme sonucu toprağın alt katmanlarında sert bir tabaka oluşur. Kökler bu fiziksel engeli aşıp derine inemez.
Topraktaki tüm hava boşluklarının su ile dolması, köklerin boğulmasına neden olur. Oksijensiz kalan kökler çürümeye başlar ve gelişimi anında durur.
Toprakta veya sulama suyunda aşırı tuz bulunması, "ters osmoz" yaratarak köklerin su almasını engeller; aksine kökün içindeki suyu dışarı çeker ve kök uçlarını yakar.
Pythium, Fusarium, Rhizoctonia gibi toprak kaynaklı mantari hastalıklar ve mikroskobik solucanlar (nematodlar) kök dokusunu parçalayarak bitkinin beslenmesini durdurur.
Yanlış gübreleme sonucu biriken ağır metaller veya aşırı kimyasal birikimi kök uçlarını zehirler.
Genç ve hassas kılcal kökler, patojen mantarların birinci hedefidir. Bacillus subtilis ve Bacillus amyloliquefaciens; İturin, Surfactin ve Fengycin adı verilen doğal antifungal lipopeptitler salgılar. Bu biyolojik bileşikler patojen mantarların hücre zarlarını delerek köklere yaklaşmasını önler ve kök çürüklüğü, çökerten ve solgunluk hastalıklarına karşı doğal koruma sağlar.
Kaynak: Ongena ve Jacques 2008, Trends in Microbiology 16:115–125; Romero ve ark. 2007
Bitkiler susuzluk, sıkışık toprak, soğuk veya yüksek sıcaklık gibi stres anlarında aşırı miktarda "etilen" hormonu üretir. Yüksek etilen seviyesi kök uzamasını ve kılcal kök oluşumunu anında kilitler. Bacillus pumilus, bünyesindeki "ACC deaminaz" enzimi sayesinde etilenin öncül maddesini parçalayarak etilen seviyesini güvenli sınırlara çeker. Bu sayede bitki stres altındayken bile kök uzatmaya devam edebilir.
Kaynak: Glick 2014, Journal of Plant Growth Regulation; Penrose ve Glick 2003
Bacillus cinsi bakteriler (özellikle Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus megaterium), PGPR (Bitki Büyümesini Teşvik Eden Rizobakteriler) grubunun en önemli üyeleridir. Bu bakteriler bitki kökleriyle simbiyotik (ortak yaşam) bir ilişki kurarak kök gelişimini adeta baştan yaratırlar.
Bitki kökleri toprağa malik asit, sitrik asit ve şeker gibi organik bileşikler salgılar. Topraktaki Bacillus bakterileri, kamçıları (flagella) sayesinde bu salgıların izini sürerek köke doğru aktif olarak yüzer; bu olaya "kemotaksis" denir. Bakteriler kök ucunu bulduğunda hemen buraya yerleşir ve kökü gelişim ve koruma çemberine alır.
Kaynak: de Weert ve ark. 2002, Molecular Plant-Microbe Interactions; Zhang ve ark. 2014
Bacillus bakterileri (PGPR - Bitki Gelişimini Teşvik Eden Kök Bakterileri), kök yüzeyine yerleştikten sonra bitki fizyolojisi ile doğrudan iletişim kuran sekonder metabolitler ve doğal büyüme sinyalleri üretir. Özellikle meristemik kök ucundaki hücre bölünmesini (mitoz) hızlandırır, kök şapkası (kaliptra) hücrelerini korur ve kök hücrelerinin boyuna uzamasını sağlayan gen ekspresyonlarını aktif hale getirir.
Kaynak: Lugtenberg ve Kamilova 2009, Plant-Growth-Promoting Rhizobacteria Principles; Chen ve ark. 2007
Bacillus bakterilerinin kök sistemine sağladığı detaylı faydalar şunlardır:
Topraklarda genellikle yeterince fosfor bulunur ancak bu fosfor kalsiyum, demir veya alüminyum ile birleşerek bitkinin alamayacağı "kilitli" bir formda bekler. Bacillus bakterileri organik asitler ve fosfataz enzimleri salgılayarak bu kilitli fosforu çözer ve bitkinin doğrudan emebileceği forma dönüştürür. Fosfor alan kök, hızla saçaklanmaya ve uzamaya başlar.
Bu bakteriler, tıpkı bitkinin kendisi gibi fito-hormonlar üretir. Özellikle kök hücresi bölünmesini ve uzamasını sağlayan Oksin (IAA - İndol-3-Asetik Asit) hormonunu salgılayarak, bitkinin doğal potansiyelinden çok daha fazla yan kök ve kılcal kök oluşturmasını tetiklerler.
Bacillus türleri, kök yüzeyine (rizosfer) hızla yerleşip koloni kurarlar. Bu durum, zararlı mantar ve bakterilerin köke ulaşmasını fiziksel olarak engeller. Ayrıca, lipopeptitler (örn. iturin, surfactin) gibi doğal antibiyotik bileşikler salgılayarak Fusarium ve Pythium gibi kök çürüklüğü yapan patojenleri yok ederler. Sağlıklı kalan kök, enerjisini savunmaya değil büyümeye harcar.
Demir, bitki metabolizması için kritiktir ancak toprakta genellikle zor alınır formdadır. Bacillus bakterileri "siderofor" adı verilen moleküller üreterek topraktaki demiri yakalar ve bitki köklerine özel kurye gibi teslim eder.
Bakterilerin kök etrafında oluşturduğu biyofilm tabakası, kökleri aşırı tuzun yakıcı etkisinden ve kuraklığın su kaybından korur. Ayrıca bitkinin "etilen" adlı stres hormonunun seviyesini düşürerek (ACC deaminaz aktivitesi ile), zor şartlar altında bile köklerin büyüme faaliyetlerine devam etmesini sağlarlar.
IAA, bitkilerde kök hücrelerinin farklılaşmasını ve yeni yan köklerin çıkışını tetikleyen temel oksin hormonudur. Bacillus subtilis ve Bacillus amyloliquefaciens gibi türler, bitki kökünden sızan triptofan amino asidini sentezleyerek dışsal (eksojen) IAA üretir. Bu doğal oksin akışı, bitkide apikal dominansiyi kırarak yan köklerin yatayda ve düşeyde patlamasını sağlar, kök hacmini katlar.
Kaynak: Spaepen ve Vanderleyden 2011, Critical Reviews in Microbiology; Patten ve Glick 2002
Topraktan su ve bağlı besin maddelerinin (özellikle hareket kabiliyeti düşük olan fosfor, çinko ve kalsiyumun) emilimini sağlayan asıl yapı mikroskobik kılcal köklerdir. Bacillus amyloliquefaciens, yüksek miktarda doğal İndol-3-Asetik Asit (IAA) ve sinyal molekülleri salgılayarak kök epidermis hücrelerinden dışarı doğru gelişen kılcal kök tüylerinin sayısını ve uzunluğunu 3 ila 5 kat arasında artırır.
Kaynak: Idris ve ark. 2007, Phytopathology 97:780–790; Reva ve ark. 2004
Bacillus subtilis kök yüzeyine tutunduğunda, hücrelerini birbirine ve kök dokusuna bağlayan matris yapısında bir "biyofilm" tabakası üretir. Bu canlı biyofilm zırhı, kök yüzeyini mekanik aşınmalardan, toprak tuzluluğunun fiziksel yakmasından ve kuraklıkta kök büzüşmesinden korur. Aynı zamanda kök emilim yüzeyini kesintisiz nemli tutan mikroskobik bir kalkan görevi görür.
Kaynak: Bais ve ark. 2004, The Plant Cell 16:1639–1657; Rudrappa ve ark. 2008
Sağlıklı bir bitki gelişiminde kök hacmi ile üst aksam (yaprak/sürgün) hacmi arasında hassas bir oran (Root/Shoot Ratio) vardır. Bacillus licheniformis, oksinlerin yanı sıra sitokinin ve gibberellin benzeri büyüme düzenleyiciler salgılayarak kökten alınan besinin üst aksama, yaprakta üretilen şekerlerin ise kök gelişimine dengeli aktarılmasını sağlar.
Kaynak: Gutierres-Mañero ve ark. 2001, Journal of Experimental Botany; Arkhipova ve ark. 2005
Bacillus bakterileri "Mikoriza Yardımcı Bakterileri" (MHBs - Mycorrhiza Helper Bacteria) olarak bilinir. Bacillus cinsi bakteriler salgıladıkları enzimlerle mikoriza mantar sporlarının çimlenmesini ve hiflerinin kök dokusuna girmesini kolaylaştırır. Birlikte uygulandıklarında kök emilim ağını mikro düzeyde katbekat büyütürler.
Kaynak: Garbaye 1994, New Phytologist 128:197–210; Frey-Klett ve ark. 2007
Kök ne kadar derine ve genişe yayılırsa bitki topraktaki sudan ve besinden o kadar çok yararlanır.
Yapılan nicel kök tarama ve mikroskobik analiz çalışmalarında; Bacillus aşılanmış bitkilerin kök yüzey alanında (Root Surface Area) ve toplam kök hacminde, uygulanmayan kontrol grubuna kıyasla %35 ile %120 arasında artış ölçülmüştür. Bu artış, toprağa verilen kimyasal gübrelerin alım etkinliğini (NUE - Nutrient Use Efficiency) doğrudan artırır.
Kaynak: Adesemoye ve ark. 2009, Microbial Ecology 58:921–929; Vance 2001
Dışarıdan spor formunda (Endospor) verilen Bacillus bakterileri, toprak nemi ve kök salgılarıyla temas ettikten sonra ortalama 2 ila 6 saat içinde uyanır (çimlenme/germination). Aktif bakteriye dönüşen hücreler 20-30 dakikada bir bölünerek çoğalır ve 24-48 saat içinde kök yüzeyini tamamen kolonize ederek koruyucu ve büyütücü ağını kurar.
Kaynak: Setlow 2003, Journal of Applied Microbiology 94:128S–137S; Driks 2002
Fide dikimlerinde yaşanan "dikim şoku", kılcal köklerin toprağa uyum sağlayamamasından kaynaklanır. Can suyu ile uygulanan veya tohuma kaplanan Bacillus sporları, çimlenme ve dikim anında kök uçlarında derhal kolonize olur. Kök hücre bölünmesini hızlandırarak fidenin 48-72 saat gibi kısa bir sürede toprağa yeni kılcal köklerle tutunmasını sağlar; fide kayıp oranını sıfıra yaklaştırır.
Kaynak: Egamberdieva 2008, Plant and Soil 305:243–256; Berg 2009
Sentetik hormonlar (IBA, NAA vb.) bitkiye anlık ve yüksek dozda kimyasal uyardı verir; ancak toprakta hızla parçalanır ve fazla dozda kök uçlarını yakıp gelişimi durdurabilir. Bacillus bazlı mikrobiyal çözümler ise canlıdır. Kök büyüdükçe bakteri kökle birlikte ilerler, bitkinin ihtiyacına göre sürekli ve dengeli dozda doğal oksin ve metabolit üretir. Sezon boyunca kalıcı etki sağlar.
Kaynak: Giannopolitis ve Ries 1977; Vejan ve ark. 2016
Toprağın havalanması, nemi, sıcaklığı, pH'ı ve fosfor, kalsiyum, çinko gibi besinler. Kök, toprağın en az onda biri havayla dolu, sıkışmamış, ne çok kuru ne su dolu bir ortamda en iyi gelişir.
Fosfor kökün ilk ihtiyacıdır; kalsiyum kök ucunun, çinko kökün büyüme hormonlarının yapımı için gereklidir. Bunlara ek olarak kök çevresine yerleşen faydalı bakterileri içeren mikrobiyal gübreler, yan kök ve kök tüyü gelişimini destekler. Hangi besinin eksik olduğunu en doğru toprak analizi gösterir.
Kök yeni kurulurken: fide harcında veya viyolde, dikimde can suyuyla ve dikimden sonraki ilk haftalarda. Araştırmalarda faydalı bakterilerin etkisi erken dönemde daha belirgin bulunmuştur.
Fosfor toprakta neredeyse hiç yer değiştirmez; kökün çevresinde bir milimetreden kısa bir alanda tükenir. Bitki fosfora ancak kökünü ve kök tüylerini ona ulaştırarak erişebilir. Bu yüzden kök ne kadar saçaklıysa, toprağın fosforundan o kadar çok yararlanır.
Her yıl aynı derinlikte sürülen tarlada, sürüm derinliğinin hemen altında oluşan sıkı katmandır. Toprak direnci yaklaşık 2 MPa'yı geçince kök bu katmanı delemez, yana döner; su ve hava da aşağı inemez. Toprak tavdayken dip kazanla kırılabilir.
Sulamadan bir iki gün sonra demir bir çubuğu toprağa yavaşça bastırın; zorlandığı derinlik sıkı katmandır. Söktüğünüz bitkide kökler belli bir derinlikte yana dönüyor, uçları kalınlaşıyorsa sıkışmadan şüphelenin.
Kök nefes alır. Su dolu toprakta hava kalmaz, oksijen sudan çok yavaş yayılır ve kök boğulur. Islak toprak ayrıca su sever kök çürüklüğü etmenlerinin çoğalmasını kolaylaştırır.
En sık nedenler uzun süre su dolu kalan toprak, kötü drenaj, sıkışma ve aynı yere hep aynı ürünü ekmektir. Pythium, Fusarium, Rhizoctonia gibi toprak kaynaklı canlılar zayıflamış kökte daha kolay yerleşir. Drenajı iyileştirmek, ekim nöbeti ve dengeli sulama riski azaltmaya yardımcı olur. Belirti görülürse ziraat mühendisine danışın.
Sağlıklı genç kök beyaz ya da krem rengindedir; yaşlanan kök doğal olarak koyulaşır. Ancak kökün yumuşaması, kabuğunun kolayca soyulması ve kötü koku çürümeye işaret eder. Oksijensizlik, tuz yanığı ve kök hastalıkları en yaygın nedenlerdir.
Dikimde kökün zarar görmesi, soğuk toprak, kuru ya da su dolu dikim yeri, tuzlu toprak ve sıkışma en sık nedenlerdir. Fideyi kök topağını bozmadan dikmek, can suyunu vermek ve kökün kısa sürede yeni beyaz kök çıkarmasını desteklemek tutmayı kolaylaştırır.
Kök soğukta yavaşlar. Bir çalışmada mısırda toprak 10 °C'nin altındayken kök büyümesi neredeyse durdu; domates fidesinde kök en iyi 30 °C civarındaki kök bölgesinde gelişti. Erken ekimde toprak sıcaklığını ölçmek iyi bir alışkanlıktır.
Evet. Kireçli ve yüksek pH'lı topraklarda fosfor, demir ve çinko toprakta olsa bile köke geçmekte zorlanır. Türkiye topraklarının yaklaşık yarısında çinko, dörtte birinde demir yetersiz bulunmuştur. Organik madde ve kök çevresindeki canlılık bu besinlerin alımına yardımcı olur.
Kök çevresine yerleşen Bacillus türleri, bitkinin büyüme düzenleyicilerine benzeyen doğal maddeler (ör. oksin) üretir, bağlı fosforu organik asitlerle çözmeye yardımcı olur ve kökün üzerinde ince bir canlı tabaka kurar. Bu türlerle yapılan çalışmalarda yan kök ve kök tüyü sayısının, kök ağırlığının arttığı görülmüştür. Sonuçlar suşa, bitkiye ve toprağa göre değişir.
Hayır, ikisine de tek başına yetmez. Mikrobiyal gübre gübre programıyla birlikte çalışır ve kökün verdiğiniz besinden daha fazla yararlanmasını destekler. Sert tabanı ise önce toprak işleme ile açmak gerekir; bir çalışmada toprak sıkıştıkça faydalı bakterilerin etkisinin azaldığı görülmüştür.
Her tarlanın toprağı ve kökü farklıdır. Ürününüzü, sulama düzeninizi, toprak işleme alışkanlığınızı ve toprak analiz sonucunuzu paylaşın; kökün neden aşağı inmediğini ve sezonluk besleme programını birlikte belirleyelim. Aklınızda soru işareti kalmasın: aşağıdaki butonlardan birine dokunun, uzmanımıza hemen bağlanın.
Toprak tuzlanmasıToprağım tuzlanıyor, bitkilerim gelişmiyor
Bitkilerde su stresiKuraklık da aşırı yağış da bitkiyi susuz bırakır
Gübreleme sorunlarıKimyasal gübrenin kısır döngüsü