AZOT FİKSASYONU VE AZOT BAKTERİLERİ

AZOT  FİKSASYONU  VE  AZOT  BAKTERİLERİ

    Sevgili   okuyucularım,bu  ay  sizlere  Azot  Bakterilerinden  ve  toprağa  havanın  serbest  azotunu  fikse  eden  bitkilerden  bahsedeceğim.Üreticiler  hep  şunlardan  şikayet  eder  dururlar.Tüm  tarımsal  girdilere (ilaç,gübre,tohum,sulama  malz.  Vs.) zam  geliyorda  niye  bizim

sattığımız  ürünlere  zam  gelmez,yıllardır  meyveler  ve  sebzeler  hemen  hemen  aynı  fiyattan  gidiyor.Bu  konuda  üreticilerimiz  haklı,geçenlerde  birkaç  Basın-Yayın  kuruluşlarında,  gazete  ve  televizyonlarda  bu  konuyla  ilgili  bir  kaç  haber  çıktı.Özellikle  marul,maydonoz  ile  ilgili  haberler

oldukça  ilginçti.Tarladaki  fiyat  ile  tüketiciye  ulaşan  son  fiyat  arasında  % 380  fark  vardı.Bu  konuda  herkese  görev  düşmektedir.Üreticiden,ziraat  mühendislerine,odalara  ve  tüketicilere

görev  düşmektedir.Bazı  projeler  yarım  kalmakta,uygulama  yapılmamakta,destek  ve  takipler  yetersiz  olmaktadır.

       Dünya  nüfusu  hızla  artmakta  ve  bu  artan  nüfusun  ihtiyaçlarını  karşılamak  amacıyla  yapılan  çalışmalar  arasında  bitkisel  üretimin veriminin  artırılması  büyük  önem  arz  etmektedir.Verim

artışını  sağlayan  en  önemli  besin  elementlerinden  biriside  azottur(N).Azotun  temel  besin  elementlerinden  biri  olmasının  nedeni,bitkinin  organik  yapısı  içinde  yer  alması  ve  bitkinin

daha  çabuk  büyümesini  sağlamasıdır.Azot  tüm  bitkilerin  önemli  yapısal  unsurlarının  bileşimi

olarak  kabul  edilen  proteinin  yapı  taşı  olmakla  birlikte  klorofil,enzim  ve  vitaminlerin de  yapısında  yer  alan  önemli  bir  besin  elementidir.Aynı  zamanda  azot,tabiatta  en  yüksek  oranda (% 78) bulunan  ama  eksikliği  en  fazla  görülen  besin  elementidir.Atmosferde  bulunan  azot(N2)

bitkilerin  alabileceği  formda (NH4+;NO3-) değildir.İşte  bitkiler  çevresindeki  bunca  azota  rağmen  bu  elementin  noksanlığında  fonksiyonlarını  yeterince  gerçekleştiremezler.Bitkiler  atmosfer  azotunun  yarayışlı  formlara  geçmesi  için  3’ lü  bağının  2’li  bağa  indirgenmesi  ve  hidrojen  ya da  oksijenle  birleşmesi  gerekir.Diğer  bir  ifadeyle  bitkiler  yukarda da  belirttiğimiz  gibi  NH4+  ve  NO3-  formunda ki  azotu  kullanabilir.Bununda  doğadaki  canlılar  içinde  özellikle  toprakta  bulunan

serbest  ve  serbest  olmayan  bakteriler (prokaryotik  bakteriler)  tarafından  gerçekleştirildiği  bildirilmektedir (Fritsch.1990).

     Tarım  toprağının  5  cm  derinliğindeki  yüzey  tabakasında,dekara  2  tondan  fazla  bakteri,mantar

Aktinomiset,algler,protozoa  gibi  toprak  mikroorganizmaları  bulunmaktadır.Özellikle  ilkbahar ve  yaz  mevsiminde  topraktaki  mikroorganizma  sayıları  tonlarca  canlı  ağılrlığına  ulaşmaktadır.Azot  ise  bu  canlıların  yaşaması  için  makro  düzeyde  gerekli  bir  besin  maddesidir.Üstelik  karasal  ekosistemin  önemli  bir  bileşeni  olan  ototrof  ve  heterotrof  canlılar  ortamdaki  azotu  kullanabilmek  için  birbirleriyle  rekabet  ederler.Bu  nedenle  azotun  doğal  ekosistem  içerisindeki

mikrobiyolojik  döngüsünde  toprak  canlılarının  rolü  oldukça  önemlidir.

       Dünyada  protein  gereksiniminin  giderek  artması  ile  mineral  azotlu  gübre  üretimi  ve  kullanımı  da  artarak    çeşitli  çevresel  sorunlar  ortaya  çıkmıştır.Bu  nedenle  doğada  azot  bağlayıcı

Mikroorganizmalar,özellikle  Rhizobium  spp.  bakterilerinin  baklagil  bitkileri  ile  ortak  yaşamı  sonucu  gerçekleştirilen  biyolojik  azot  fiksasyonunun  önemi  gün  geçtikçe  artmaktadır (Gök,2009)

Bitkilerin  azot  gereksinimi,atmosfer  azotunun  bakterilerce  toprağa  bağlanmasının  yanı  sıra,mineral  gübrelerin  toprağa  verilmesi  ile de  karşılanmaktadır.Günümüzde  bitkilerin  azot  ihtiyacını  karşılamak  için  toprağın  azot  miktarını  artırmada  önemli  rolü  olan  baklagillerin  ekim  nöbetine  konulması   yerine  çoğunlukla  mineral  azotlu  gübre  verilmesi  yoluna  gidilmektedir.

Bu  amaçla  dünya da  yılda  50  milyon  ton  azot  üretilmektedir.Böylece  sadece  enerji  masraflarıyla

da  kalınmayıp,azotlu  gübrenin  bir  kısmı  yıkanma,bir  kısmı  denitrifikasyon  yoluyla  topraktan  uzaklaştığı   için   kullanılan   gübrelerden  optimal   şekilde     bitkinin   yararlanması   mümkün  olmamaktadır.Azotlu  gübrelerin  taban suyuna  ve  içme  suyuna  karışması  sonucu  çevre  kirliliğne  neden  olmaktadır.Yine  denitrifikasyon  sonucu  ortaya  çıkan  azot  gazları  küresel  ısınmaya  neden  olmaktadır (Coşkun,2004;Doğan  ve  ark.,2006;Gök  ve  ark. 2006).

         Topraklarımızın  büyük  bir  kısmı  mineral  azot  yönünden  fakirdir  ve  azot  ya  değişik  yollarla

(  denitrifikasyon,yıkanma,volatilizasyon gibi) bitki  kök  bölgesinden  uzaklaşabilir  ya da  immobilizasyonla     bitkiler  için   elverişsiz   formlara  dönüşebilir.Bu  nedenle  modern  tarım  uygulamaları  arasında  azot  gübrelemesi  önemli  bir  yer  tutmaktadır.Fakat  azotlu  gübrelerin  üretim  maliyetlerinin  yüksek  olması  ve ya  uygulama  esnasında  çevreye  zarar  vermesi  uygulamaları  sınırlamaktadır.Azotlu  gübre  uygulaması  tamamen   terk  edilemez,çünkü  üreticiler  bu  uygulamaları  defalarca  tecrübe  edinmişlerdir.Ancak,en  azından  fasulye,bakla,bezelye  gibi  baklagillerde,simbiyotik  azot  fiksasyonu (Rhizobium  aşılaması) bitkinin  azot  ihtiyacının  belirli  bir  kısmını  karşılayabilir.Böylece,azotlu  gübre  girdisi  azaltılarak  net  kar  artırılmış  ve  potansiyel  çevre  kirlenmesi  riski  belli  ölçülerde  azaltılmış  olur.

AZOT  FİKSASYONU  NEDİR?

      Kısaca  atmosferde  bol  miktarda  bulunan  moleküler  azotun  amonyum  formlarına  indirgenerek  bitkiye  yarayışlı  duruma  geçmesine  azot  fiksasyonu  denir.Sadece  bazı  bakteriler (Rhizobium,Clostridium,Azotobacter,Klebsiella,Bacillus,Amylobacter),mavi-yeşil  algler (Anabaena,Nostoc,Calothrix,Oscillatoria) ve  mantarlar (Mycorrhiza) atmosferdeki  bu  azottan  doğrudan  yararlanabilmektedir.Bunlardan  Rhizobium  spp.  Bakterileri  konak  seçici  olup,Leguminocae  (baklagiller)  familyasındaki  bitkilerle  birlikte  bulunur  ve  bu  bitkilerin  köklerinde  nodüller  oluşturarak  azot  fiksasyonunu  gerçekleştirirler.Dünyada  ve  ülkemizde  nüfus  hızla  artmakta  ve  azotlu  gübre  üretmek  için  gerekli  enerji  kaynakları  azalmaktadır.Dolayısıyla  biyolojik  azot  fiksasyonunun  değeri  giderek  anlaşılmaktadır.

        Baklagillerde  azot  fiksasyonu,Rhizobium  bakterileriyle  olan  simbiyotik  ilişki  sonucunda  oluşan ve  nodül  denilen  yumrucuklar  vasıtasıyla  yapılmaktadır.Bu  sayede  baklagiller,hem  kendi  ihtiyacı  olan  azotu  karşılamakta  hemde  kendinden  sonra  ekilecek  bitkiye  azot  bakımından  zengin  bir  toprak  bırakmaktadır.Sarıoğlu  ve  ark.(1993) biyolojik  yolla  bağlanan  azot  miktarının  yılda  yaklaşık  175  milyon  ton  olduğunu  ve  bunun  %  50  sinin  baklagil-Rhizobium  birlikteliği  tarafından  sağlandığını  bildirmektedir.Dünyada  fotosentezden  sonra  en  önemli  olay  kabul  edilen  azot  fiksasyonu,ekologlar,bitki  fizyologları  ve  ziraatçılar  tarafından  üzerinde  en  çok  çalışılan  konulardandır.Azot  fiksasyonu  genel  olarak  üç  yolla  gerçekleşmektedir.

         1—BİYOLOJİK  OLMAYAN  AZOT  FİKSASYONU

          Azot  atmosferden  biyosfere  yağmur  sularıyla  çözünmüş  olarakta  geçer.Yağmur  sularındaki  azot  formu  amonyum  ve  nitrat  olmasına  rağmen,albuminoid  azot  olarak da  bilinen  ve  atmosferde  süspansiyon  halinde  bulunan  toz  tanecikleri  ve  koloidal  organik  artıklardaki  organik  azot  gibi  çeşitli  azotlu  bileşiklerde  bulunmaktadır.Atmosferdeki  azot  gazı ,doğal  hava  olayları  (şimşek,yıldırım) sonucunda bitkilerin  kullanabileceği  azot  formuna  dönüşür  ve  bitkiler  azotu  bu  yolla  temin  eder.Bu  şekildeki  azot  fiksasyonu  diğerlerine  göre  daha  azdır.

       Simbiyotik  azot  fiksasyonu  özellikle  baklagillerle   ortak  yaşayan  Rhizobium  bakterileri  yapmaktadır.Simbiyotik  yaşayan  bu  bakteriler  “konukçu “  denilen  baklagilin  kökleri  üzerinde  yaşarlar.Bakteri  bu  konukçu  bitkiden   kendi  ihtiyacı  olan  karbonhidratları  alırken, havadan  aldığı  azotu  konukçuya  verir.Karşılıklı  işbirliği  esasına  dayanan  bu  yaşam  biçimine “simbiyotik  yaşam “

denir.Rhizobium  bakterisi  konukçu  bitki  üzerinde  nodül  denen  yumrular  meydana  getirir  ve  bu

yumrular  içerisinde  azot  fiksasyonu  yapar.(RESİM-1) Her  bitki  kendine  özgü  bakteri  istemektedir.

Rhizobium  bakterilerinin  toprağa  fikse  ettikleri  azot  miktarı  ortalama  200  kğ/ha/yıl  dır.Bu  miktar,bitki  iyi  bir  gelişme  gösterirse ,azot  fikse  etme  gücü  yüksek  şuş  ile  simbiyotik  yaşama

girerse  ve  toprak  azotlu  gübre  bakımından   fakir  ise  500 kğ/ha/yıl  değerine  kadar  çıkabilmektedir.Görüldüğü  gibi  baklagillerle  1  hektarlık  toprağa  bir  yıl  içerisinde  yaklaşık  olarak

200-500  kğ  arasında  azot  kazandırılabilmektedir.Rhizobium  cinsi  bakteriler   Rhizobiaceae   familyasına  dahildirler.Bunlar  genetik  olarak  farklı,fizyolojik  olarak  heterojen  bir  grubu  oluşturur-

lar.Rhizobiumlar  çok  düşük  oksijen  varlığında da  gelişebilen  bakterilerdir.Optimum  gelişme  sıcaklıkları  25-30  C0  dir, gelişme  PH   ları  6-7  arasındadır.Rhizobium  bakterileri  henüz  araştırmacılar  tarafından  sınıflandırılmamıştır.Sınıflamada  esas  olan  baklagil  çeşitlerinde  nodül  oluşturma  yeteneğidir.Buna  göre ;  aşağıdaki  bakteriler  baklagilleri  enfekte  ederek  nodül  oluştururlar.

 Rhizobium   leguminosarum:Bezelye,mercimek,fiğ

Rhizobium   phaseoli: Fasulye

Rhizobium  trifoli: Üçgül  yonca

Rhizobium   meliloti:Yonca

Rhizobium  lupini:Bakla

Rhizobium   japonicum:soya,börülce,yer  fıstığı

Rhizobium  cicer:Nohut

Baklagillerden  toprağa  azot  kazandırılması   isteniyorsa, baklagiller  tam  tohuma  durdukları  zamanda  toprağa  karıştırılmalıdır.Baklagil  bitkileri  münavebeli  olarak    dikilmelidirler,kendinden  sonra  gelen  bitkilerin  verimini  artırır.Özellikle  çok  derinlere  giden  baklagil  kökleri  toprağın  yapısını  iyileştirir.

     Günümüzde,Rhizobium  aşı  uygulamaları ,Avrupa  ve  Amerika’ nın  yanı sıra  önemli  fasulye

üreticilerinden  olan  Meksika  ve  Brezilya’ da da  yaygındır.Simbiyotik  azot  fiksasyonunun  yeri  intensif  tarımda  oldukça  sınırlıyken,extensif  tarım  için  pek  çok  fırsatlar  ortaya  çıkmaktadır.

Gelişmekte  olan  çoğu  ülkede,azotlu  gübrelerin  kullanılabildiği  yüksek  gelir  getiren  ürünler  hariç  tutulursa,azot  fiksasyonu  baskın  azot  girdisi  olarak  tarım  sistemlerinde  kullanılmaktadır.Bu  tür

bir  tercih  gübre  fiyatlarının  pahalı  olması,Pazar  değişiklikleri  ve  düşük  ya da  düzensiz  yağış  nedeniyle  azotlu  gübre  kullanımı  ekonomisinin  etkilenmesi  sonucu  oluşmaktadır.Örneğin,

Döberiener  et  ark. (1995)  Brezilya ‘da baklagil  ve  ilişkili  azot  fiksasyonu  yoluyla  yılda  1.8  milyar  dolardan  daha  fazla  ek  gelir  sağlandığını  hesaplamıştır.Bu  yüksek  rakama  ulaşılmasının  arkasında  ,azot  fiksasyonu  üzerinde,özellikle  de  Dr. Döberiener’in   laboratuarında  yıllardır  devam  eden  çalışmaları  yatmaktadır.Türkiye’ de  bu  konuda  çok  fazla  bir  araştırma  yapılmamıştır,yeni

yeni  bazı  Üniversitelerimizde  çalışmalar  yapılmaya  başlanmıştır.

    Bir  rizosfer  bakterisi  olan  Azospirillum’ un  bitki  gelişmesi  üzerindeki  olumlu  etkileri  arasında,bitkilere  İndol asetik  asit (İAA), giberellin  ve  sitokinin  gibi  fitohormonlar  vermesi (Patten  and  Glick,1996; Rademacher-1994)  azot  fiksasyonu  (Boddey  and  Döberİenier,1988), nitrit  oluşumu  (Bothe  ve  ark,1992), bitki  gelişmesindeki  genel  iyileşmeler  (Fallik  ve  ark,1994),

ve  mineral  alımının  artırılması  (Bashan  ve  ark.,1990)  sayılabilir.Fasulye  çeşitlerinde  Azospirillum

ve  Rhizobium  aşılaması  nodülasyonu  ve  bitki  gelişmesini  daha  fazla  artırmıştır.Ayrıca  Baklagillerde    bakteri  aşılamasının   vejetatif  gelişme,kuru  madde  oluşumu,dane  verimi,nodül  oluşumu,nodül  ve  danede  azot  içeriğini  etkilediği  bir  çok  araştırıcı  tarafından  ortaya  konmuştur.

(Doğan  K.,2007)