Su, bitkisel üretimin en temel yapıtaşıdır. Ancak bitkinin ihtiyaç duyduğu su miktarının altında (kuraklık) veya çok üstünde (su baskını/göllemesi) bir ortama maruz kalması, bitkinin yaşamsal fonksiyonlarını sekteye uğratır. Bu duruma su stresi adı verilir.
Su stresi sadece yağışsızlık demek değildir; bitkinin topraktaki suyu alamamasına neden olan her türlü abiyotik faktör bu stresi tetikler.
Su stresi; bitkinin terleme (transpirasyon) ile kaybettiği suyu topraktan alamaması durumunda hücresel düzeyde başlayan dengesizliktir. Sadece yağışsızlık değil; toprağın suyla dolup köklerin oksijensiz kalması (su baskını/hipoksi) veya topraktaki yüksek tuzluluk nedeniyle köklerin suyu çekememesi de birer "fizyolojik kuraklık" nedenidir. Kök bölgesine uygulanan Bacillus bakterileri, bitkinin su alma kapasitesini fizyolojik olarak yeniden düzenleyerek hem fiziksel hem de fizyolojik kuraklığın etkisini hafifletir.
Kaynak: FAO Irrigation and Drainage Paper 61; Plant Physiology and Biochemistry Reports
Bitkilerin su stresine girmesi genellikle toprak, iklim ve kök yapısı arasındaki dengenin bozulmasından kaynaklanır:
Topraktaki faydalı su miktarının solma noktasına yaklaşmasıdır. Kökler, topraktan yeterli suyu çekemez ve terleme (transpirasyon) ile kaybedilen su yerine konamaz.
Toprak boşluklarının tamamen suyla dolması, köklerin oksijensiz kalmasına neden olur. Oksijen alamayan kökler solunum yapamaz, enerji üretemez ve etrafı suyla dolu olsa bile suyu bünyesine alamaz. Buna fizyolojik kuraklık denir.
Uzun süren bir kuraklığın ardından aniden gelen şiddetli yağışlar, kılcal kökleri çatlatabilir ve bitkide şok etkisi yaratarak besin alımını durdurur.
Topraktaki tuz konsantrasyonunun yüksek olması, suyun köklere geçişini zorlaştırır. Bitki, suyu alabilmek için çok daha fazla enerji harcamak zorunda kalır.
Toprak ıslak görünse de tuz suyu kendine çeker; bitki susuz kalır.
Toprak tuzlanması rehberi →Suyla dolan toprakta oksijen hızı 10.000 kat yavaşlar (hipoksi/anoksi). Oksijensiz kalan kökler enerji üretemez ve etrafı suyla kaplı olmasına rağmen suyu çekemez; buna "fizyolojik susuzluk" denir. Kök bölgesinde kolonize olmuş Bacillus bakterileri, oksijensiz şartlarda dahi kök hücrelerini toksik birikimlerden korur, etilen patlamasını önler ve su çekilip toprak normale döndüğünde kılcal köklerin hızla yeniden rejenere olmasını (canlanmasını) sağlar.
Kaynak: UNESCO World Water Assessment Programme; Plant and Soil Journal
Haftalarca süren susuzluğun ardından gelen ani ve yoğun sağanaklar, gevrekleşmiş ve kurumuş kılcal köklerde fiziksel yırtılmalara ve kök şokuna yol açar. Yapılan araştırmalarda, toprağında biyofilm oluşturan Bacillus subtilis bulunan tarlalarda, toprağın agregat (kırıntı) yapısının korunduğu ve ani su yüklemelerinde kök hücrelerinin çatlamadan suyu yumuşak bir geçişle emdiği saptanmıştır.
Kaynak: Tarım Arazileri Çalışma Grubu Raporu; USDA Soil Quality Guidelines
İklim krizinin en belirgin sonuçlarından biri olan ani sıcaklık dalgalanmaları, su stresini doğrudan çarpan etkisiyle artırır:
Hava sıcaklığı aniden yükseldiğinde, bitki serinlemek için yapraklardaki stomaları (gözenekleri) açarak yoğun bir şekilde su terler. Toprakta yeterli su yoksa, bu ani su kaybı hücre içi turgor basıncının düşmesine ve bitkinin hızla solmasına yol açar.
Gündüz aşırı sıcak, gece ise ani soğuma yaşanan bölgelerde bitki hücre zarları zarar görür. Soğuk şoku, köklerin su emme kapasitesini yavaşlatırken, ertesi gün başlayan sıcaklık terlemeyi artırır ve bitki su dengesini kaybeder.
Topraktaki suyun donması durumunda sıvı formda su bulamayan bitki, kış ortasında kuraklık stresi yaşar.
Gündüz 35°C'ye varan sıcaklık şokunda bitki yapraklardan aşırı terleme yaparken, gece soğuması kök emilimini yavaşlatır. Bu dengesizlik hücresel şoka yol açar. Kök bölgesine yerleşen Bacillus kolonileri, kök-gövde sinyal iletim zincirini aktif tutarak bitkinin ısı şok proteinlerini (Heat Shock Proteins - HSP) ve koruyucu enzimleri daha hızlı sentezlemesini sağlar. Böylece şok etkisi minimum hasarla atlatılır.
Kaynak: Grover ve ark. 2011; Annals of Microbiology
Topraktaki suyun donması durumunda sıvı su bulamayan bitki "kış kuraklığı" yaşar. Soğuğa ve dondurucu koşullara karşı hücresel anti-friz bileşikleri ve osmolit birikimini tetikleyen Bacillus licheniformis ve Bacillus pumilus, kışın buğday ve arpa gibi tahıllarda kök donmalarını ve susuzluk kaynaklı sararmaları belirgin ölçüde azaltır.
Kaynak: Ait Barka ve ark. 2006; Plant Physiology
Su stresi bitkide sadece yüzeysel bir solma yapmaz; hücresel boyutta ciddi yıkımlara neden olur.
Bitkiler su kaybetmemek için yaprak stomalarını kapatır. Bu durum karbondioksit (CO₂) girişini kestiği için fotosentez durur, bitki büyümesi kitlenir. Bacillus subtilis ve Bacillus pumilus uygulamaları, bitkinin süper emici EPS ve kök sinyalleri sayesinde osmotik dengesini korumasını sağlar. Bitki aşırı panik stomatal kapanma yerine gözenek açısını optimize eder; fotosentezi tamamen durdurmadan su kullanım verimliliğini (WUE - Water Use Efficiency) artırır.
Kaynak: Chen ve ark. 2016; Environmental and Experimental Botany
Kuraklık ve yüksek sıcaklık altında bitki hücrelerinde Reaktif Oksijen Türleri (ROS) adı verilen yıkıcı serbest radikaller birikir. Bu radikaller hücre zarlarını parçalar, klorofili sıyırır ve yaprakların kurumasına neden olur. Bacillus licheniformis içeren mikrobiyal gübreler, bitkide SOD (Süperoksit Dismutaz), CAT (Katalaz) ve POD (Peroksidaz) gibi güçlü antioksidan enzim aktivitelerini tavan yaptırır. Bu enzimler serbest radikalleri nötralize ederek klorofili korur ve erken yaprak dökülmesini önler.
Kaynak: Hashem ve ark. 2019, Plant Stresses and Bacillus Interventions
Su stresi döneminde meyve ağaçları (badem, zeytin, narenciye, elma vb.) bünyesindeki suyu meyveden çekerek yaprağa yönlendirir ve meyveyi dökebilir (çağla/çiçek dökümü). Bacillus megaterium ve Bacillus amyloliquefaciens desteğiyle büyüyen kökler, derin su kaynaklarından kesintisiz nem çekmeye devam ettiği için bitki meyveyi terk etmez; meyve irileşmesi ve pazar değeri korunmuş olur.
Kaynak: Acton ve ark. 2017; Agricultural Water Management
Toprak mikrobiyolojisinin en güçlü üyelerinden olan PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria - Bitki Gelişimini Teşvik Eden Kök Bakterileri) grubundaki Bacillus türleri, bitkinin su stresine karşı gösterdiği yanıtı hücresel ve fizyolojik düzeyde yeniden programlar.
Birçok faydalı canlı bakteri yüksek ısı ve kuraklıkta hızla ölür. Ancak Bacillus cinsi bakteriler, koşullar bozulduğunda etrafına yüksek koruyuculuğa sahip protein kılıfları örerek "Endospor" uyku haline geçer. Endosporlar 100°C ısıya, kuraklığa ve radyasyona dahi dirençlidir. Toprağa ilk nem ve kök salgısı ulaştığı anda sporlar uyanır ve hemen çoğalarak bitkiyi koruma altına alır.
Kaynak: Nicholson ve ark. 2000, Microbiology and Molecular Biology Reviews
Bir damla suyun peşinden toprağın içine, köke inelim.
Bacillus subtilis, kök yüzeyine tutunarak Ekzopolisakkarit (EPS) adı verilen jelimsi bir polimer tabakası salgılar.
Bu biyofilm zırhı, kök çevresinde mikroskobik bir nem tutucu (Süper Emici) görevi görür.
Toprak kurusa dahi kök bölgesindeki nemin buharlaşmasını geciktirir ve kök hücrelerinin kurumasını engeller.
Kuraklıkla mücadelenin ilk şartı derin topraklardaki suya ulaşmaktır.
Bacillus megaterium ve Bacillus amyloliquefaciens, İndol-3-Asetik Asit (IAA) sentezleyerek kılcal kök oluşumunu ve yan kök dallanmasını teşvik eder.
Genişleyen kök yüzey alanı sayesinde bitki, toprağın mikro gözeneklerinde sıkışmış olan suyu ve bağlanmış fosforu kolayca bünyesine alır.
Su stresi anında bitki, savunma mekanizması olarak etilen üretir. Ancak yüksek etilen kök büyümesini durdurur ve yaprak dökümünü başlatır.
Bacillus pumilus, ACC deaminaz enzimi üreterek etilenin öncül maddesi olan ACC'yi (1-aminosiklopropan-1-karboksilat) parçalar.
Böylece toksik seviyeye ulaşan etilen baskılanır; bitki su stresi altındayken bile kök uzatabilir ve yeşil aksamını korumaya devam eder.
Ani sıcaklık değişimleri veya kuraklıkta hücre içinde biriken serbest radikaller (ROS) hücre zarını patlatır.
Bacillus licheniformis uygulaması yapılan bitkilerde SOD (Süperoksit Dismutaz), CAT (Katalaz) ve POD (Peroksidaz) gibi antioksidan enzim aktiviteleri tavan yapar.
Bu enzimler serbest radikalleri nötralize ederek klorofil yapısını korur, erken sararma ve yaprak dökülmesini engeller.
Bacillus sp. kolonizasyonu, bitki dokularında organik çözünen maddelerin (özellikle prolin amino asidi ve çözünebilir şekerler) birikimini uyarır.
Hücre içindeki prolin miktarının artması, hücresel osmotik potansiyeli düşürerek suyun hücre içinde tutulmasını sağlar ve turgor kaybını önler.
Bacillus bakterileri sadece bitki fizyolojisini değil, toprağın fiziksel yapısını da dönüştürür:
Agregat Oluşumu: Bakterilerin ürettiği EPS ve yapışkan salgılar, toprak taneciklerini birbirine bağlayarak kararlı strüktürler (agregat) oluşturur.
Porozite ve Havalanma: Kararlı toprak yapısı, suyun sızma (infiltrasyon) hızını artırır. Şiddetli yağışlarda suyun yüzeysel akışla kaybolmasını önler, toprağın alt katmanlarına depolanmasını sağlar.
Su Tutma Kapasitesi: Organik maddeleşmeyi ve mikrobiyal popülasyonu artıran bu süreç, toprağın bir sünger gibi su tutmasına imkan tanır.
Bacillus subtilis, bitki kök yüzeyine tutunarak Ekzopolisakkarit (EPS) adı verilen jelimsi biyofilm tabakası üretir. Bu biyofilm zırhı, kök çevresinde mikroskobik bir "süper emici nem tutucu" gibi çalışır. Toprak kurusa dahi kök bölgesindeki nemin buharlaşarak kaybolmasını engeller, kök kılcal damarlarının büzüşmesini önler ve toprak taneciklerini birbirine bağlayarak toprağın nem tutma kapasitesini artırır.
Kaynak: Vardharajula ve ark. 2011; Frontiers in Microbiology
Susuzlukla mücadelenin en temel kuralı, köklerin derinlerdeki neme ulaşmasıdır. Bacillus megaterium ve Bacillus amyloliquefaciens, Doğal İndol-3-Asetik Asit (IAA / Oksin hormonu) sentezleyerek ana kök uzamasını, kılcal kök sayısını ve yan kök dallanmasını önemli ölçüde artırır. Genişleyen ve derinleşen kök sistemi sayesinde bitki, toprağın mikro gözeneklerinde hapsolmuş suyu ve bağlı besin maddelerini kolayca çeker.
Kaynak: Richardson ve ark. 2009; Applied Soil Ecology
Susuz kalan bitki bir savunma tepkisi olarak yoğun miktarda etilen hormonu üretir. Ancak etilen belirli bir eşiği aştığında kök büyümesini tamamen durdurur, yaprak sararmasına ve erken yaprak dökümüne sebep olur. Bacillus pumilus, "ACC deaminaz" enzimi salgılayarak etilenin öncül maddesi olan ACC'yi (1-aminosiklopropan-1-karboksilat) parçalar. Bu sayede etilen birikimi baskılanır; bitki su stresi altında olsa bile kök uzatmaya ve canlı kalmaya devam eder.
Kaynak: Glick 2014, ACC Deaminase Mechanisms; Journal of Plant Growth Regulation
Osmolitler (özellikle Prolin amino asidi), su stresi anında hücre içindeki suyun dışarı kaçmasını engelleyen doğal maddelerdir. Bacillus türleri ile aşılanmış bitkilerin dokularında yüksek seviyede prolin, çözünür şeker ve amino asit biriktiği gözlemlenmiştir. Bu osmotik ayarlama sayesinde hücrelerin turgor (diklik) basıncı korunur; bitki yaprak boynunu bükmeden, hücre bölünmesini devam ettirebilir.
Kaynak: Sandhya ve ark. 2010, Journal of Plant Interactions
Topraktaki nem azaldıkça besin maddelerinin difüzyonu (kök kanallarına hareketi) durur. Özellikle fosfor ve potasyum toprak taneciklerine yapışarak kilitlenir. Bacillus megaterium salgıladığı organik asitlerle kilitli fosforu çözerken, Bacillus mucilaginosus / Bacillus subtilis toprak killi-mineral yapısındaki potasyumu serbest bırakır. Böylece nemin az olduğu ortamlarda bile bitki ihtiyaç duyduğu makro besinleri bünyesine alabilir.
Kaynak: Han ve Lee 2005; Soil Biology and Biochemistry
Bitkinin ihtiyaç duyduğu sudan daha azına (kuraklık) ya da çok daha fazlasına (su baskını, göllenme) maruz kalmasıyla yaşamsal fonksiyonlarının aksamasıdır. Su stresi yalnızca yağışsızlık değildir; tuzluluk, oksijensiz kalan kök, donmuş toprak ya da ani sıcaklık artışı gibi bitkinin topraktaki suyu alamamasına yol açan her etken bu strese neden olur.
Toprak gözenekleri tamamen suyla dolunca kök oksijensiz kalır. Oksijen suda havaya göre yaklaşık on bin kat yavaş ilerler. Solunum yapamayan kök enerji üretemez ve etrafı su dolu olsa bile suyu alamaz; bitki bu yüzden göllenmiş tarlada da solar. Buna fizyolojik kuraklık denir.
İlk iş suyu tarladan uzaklaştırmaktır: tıkanan drenaj kanallarını açın, sırt aralarından suyun akacağı yolu verin. Toprak ıslakken tarlaya makineyle girmeyin; sıkışma kalıcı olur. Su çekilip toprak tava gelince kabuk bağlayan yüzeyi hafifçe kırarak köke yeniden hava girmesini sağlayın. Göllenmede azotun bir kısmı kaybolabildiğinden besleme programını bitkinin durumuna göre bir ziraat mühendisiyle gözden geçirin.
Ürüne, gelişme dönemine ve havanın sıcaklığına göre değişir. Sıcak havada kök oksijeni çok daha hızlı tükettiği için zarar çabuk başlar. Örneğin Purdue Üniversitesi'nin değerlendirmesine göre genç mısır bitkileri serin havada 2–4 gün dayanabilirken sıcak havada 24 saatten kısa sürede zarar görmeye başlayabilir. Domates, fasulye gibi sebzeler çok daha hassastır.
Sulamayı serin saatlere, sabah erken ya da akşama kaydırın; öğle sıcağında yaprağa ilaç veya yaprak gübresi uygulamayın. Toprağı malç veya bitki artığıyla örtmek kök bölgesini serin tutar. Toprakta yeterli nem olması, bitkinin terleyerek serinleyebilmesi için şarttır. Potasyumla dengeli beslenen bitki gözeneklerini daha iyi yönetir.
Toprakta su olduğu hâlde suyun donmuş olması nedeniyle bitkinin sıvı su bulamamasıdır. Özellikle güneşli ve rüzgârlı kış günlerinde yaprak su kaybetmeye devam ederken kök donmuş topraktan su alamaz; bitki kış ortasında kuraklık stresi yaşar. Yaprak uçlarında kuruma ve kahverengileşme görülebilir.
Araştırmalar, aynı kuraklığı yaşayan bitkilerden aşılananların kökünün daha gelişkin ve su durumunun daha iyi olduğunu gösteriyor. 52 çalışmayı birleştiren bir analizde faydalı kök bakterilerinin verime katkısı normal koşulda %19, kuraklıkta %40 bulundu (çoğu sera denemesi). Sonuç suşa, toprağa ve yıla göre değişir; bakteri yağmurun veya sulamanın yerini tutmaz.
Önce suyun tarladan uzaklaştırılması gerekir; hiçbir gübre drenajın yerini tutmaz. Göllenmede kökte oksijensizlik nedeniyle stres etileni birikir. ACC deaminaz enzimi olan kök bakterilerinin bu etilenin hammaddesini parçalayarak göllenmiş domates fidelerinde hasarı azalttığı gösterilmiştir. Su çekildikten sonra kök çevresine yerleşen faydalı bakteriler, bitkinin yeni kılcal kök oluşturmasına ve toparlanmasına destek olur.
En iyi sonuç erken uygulamada alınır: tohumda, fide dikiminde veya ekimden sonraki ilk sulamada. Bakterinin köke yerleşmesi zaman alır. Bu yüzden toprak nemliyken ve stres dönemi bastırmadan önce uygulanmalıdır. Göllenmeden sonra uygulama, su çekilip toprak tava geldiğinde yapılmalıdır.
Bakteri suyun yerini tutmaz; sulamayı yarıya indirir diyen bir bilimsel sonuç yoktur. Araştırmalarda aşılanan bitkiler aynı suyla daha iyi kök ve daha iyi su durumu gösterdi. Yani mikrobiyal gübre, bitkinin eldeki sudan daha verimli yararlanmasına yardımcı olur. Sulama planınızı yine bitkinin kritik dönemlerine ve toprağın nemine göre yapın.
Yüzeye değil, kök bölgesinin derinliğine bakın: oradan bir avuç toprak alıp sıkın. Tınlı toprak top olup biraz hamurlaşıyorsa nem yeterli; ufalanıp dağılıyorsa sulama zamanı yaklaşmıştır. Avucunuzdan su damlıyorsa toprak zaten fazla ıslaktır, sulamayın. Bitkinin öğlen pörsüyüp akşam toparlanması, stresin başladığını gösteren erken işarettir.
Ürüne ve stresin zamanına bağlıdır. En büyük kayıp çiçeklenme ve meyve tutumu döneminde yaşanır; mısırda bu dönemde 4 gün solma verimi %40–50 düşürebilir. Meyve ağaçlarında çiçek ve çağla dökümü başlar, kalan meyveler irileşemez. Bu yüzden kıt suyu ve bakımı bitkinin en hassas dönemine saklamak gerekir.
Bilimsel tarla denemelerinde ve akademik çalışmalarda; su kısıtı yaşanan şartlarda Bacillus kökenli mikrobiyal gübrelerin tohuma kaplama veya damla sulama ile uygulanmasının, mısır, buğday, ayçiçeği ve sebze grubunda verim kaybını %20 ila %40 oranında engellediği ve net rekolte artışı sağladığı tespit edilmiştir.
Kaynak: Khalid ve ark. 2004; Plant and Soil Journal
Her tarlanın suyu ve toprağı farklıdır. Ürününüzü, sulama ve drenaj durumunuzu, toprak analiz sonucunuzu paylaşın; kurak dönemde nemi nasıl tutacağınızı, aşırı yağıştan sonra kökü nasıl toparlayacağınızı ve sezonluk besleme programını birlikte belirleyelim. Aklınızda soru işareti kalmasın: aşağıdaki butonlardan birine dokunun, uzmanımıza hemen bağlanın.
Toprak tuzlanmasıToprağım tuzlanıyor, bitkilerim gelişmiyor
Zayıf kök, yorgun toprakKök aşağı inmiyor, bitki geriliyor
Gübreleme sorunlarıKimyasal gübrenin kısır döngüsü