Η κλιματική αλλαγή και η ραγδαία αύξηση του πληθυσμού έχουν γίνει βασικές προκλήσεις για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια. Μια πολλά υποσχόμενη λύση είναι η χρήσηρυθμιστές ανάπτυξης φυτών(PGRs) για την αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών και την αντιμετώπιση δυσμενών συνθηκών ανάπτυξης, όπως τα ερημικά κλίματα. Πρόσφατα, το καροτενοειδές ζαξινόνη και δύο από τα ανάλογά του (MiZax3 και MiZax5) έχουν επιδείξει πολλά υποσχόμενη δράση προώθησης της ανάπτυξης σε καλλιέργειες δημητριακών και λαχανικών σε συνθήκες θερμοκηπίου και αγρού. Εδώ, διερευνήσαμε περαιτέρω τις επιδράσεις διαφορετικών συγκεντρώσεων MiZax3 και MiZax5 (5 μM και 10 μM το 2021· 2,5 μM και 5 μM το 2022) στην ανάπτυξη και την απόδοση δύο καλλιεργειών λαχανικών υψηλής αξίας στην Καμπότζη: πατάτες και φράουλες. Αραβία. Σε πέντε ανεξάρτητες δοκιμές αγρού από το 2021 έως το 2022, η εφαρμογή και των δύο MiZax βελτίωσε σημαντικά τα αγρονομικά χαρακτηριστικά των φυτών, τα συστατικά απόδοσης και τη συνολική απόδοση. Αξίζει να σημειωθεί ότι το MiZax χρησιμοποιείται σε πολύ χαμηλότερες δόσεις από το χουμικό οξύ (μια ευρέως χρησιμοποιούμενη εμπορική ένωση που χρησιμοποιείται εδώ για σύγκριση). Έτσι, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι το MiZax είναι ένας πολύ ελπιδοφόρος ρυθμιστής ανάπτυξης φυτών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τόνωση της ανάπτυξης και της απόδοσης των λαχανικών ακόμη και σε συνθήκες ερήμου και σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις.
Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών (FAO), τα συστήματα παραγωγής τροφίμων μας πρέπει σχεδόν να τριπλασιαστούν έως το 2050 για να θρέψουν έναν αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό (FAO: Ο κόσμος θα χρειαστεί 70% περισσότερα τρόφιμα έως το 20501). Στην πραγματικότητα, η ταχεία αύξηση του πληθυσμού, η ρύπανση, οι μετακινήσεις παρασίτων και ιδιαίτερα οι υψηλές θερμοκρασίες και οι ξηρασίες που προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή αποτελούν όλες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια2. Από αυτή την άποψη, η αύξηση της ακαθάριστης απόδοσης των γεωργικών καλλιεργειών σε μη βέλτιστες συνθήκες είναι μια από τις αδιαμφισβήτητες λύσεις σε αυτό το πιεστικό πρόβλημα. Ωστόσο, η ανάπτυξη και η ανάπτυξη των φυτών εξαρτώνται κυρίως από τη διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών στο έδαφος και περιορίζονται σοβαρά από δυσμενείς περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η ξηρασία, η αλατότητα ή το βιοτικό στρες3,4,5. Αυτές οι στρες μπορούν να επηρεάσουν αρνητικά την υγεία και την ανάπτυξη των καλλιεργειών και τελικά να οδηγήσουν σε μειωμένες αποδόσεις των καλλιεργειών6. Επιπλέον, οι περιορισμένοι πόροι γλυκού νερού επηρεάζουν σοβαρά την άρδευση των καλλιεργειών, ενώ η παγκόσμια κλιματική αλλαγή αναπόφευκτα μειώνει την έκταση της καλλιεργήσιμης γης και γεγονότα όπως τα κύματα καύσωνα μειώνουν την παραγωγικότητα των καλλιεργειών7,8. Οι υψηλές θερμοκρασίες είναι συχνές σε πολλά μέρη του κόσμου, συμπεριλαμβανομένης της Σαουδικής Αραβίας. Η χρήση βιοδιεγερτών ή ρυθμιστών ανάπτυξης φυτών (PGRs) είναι χρήσιμη για τη συντόμευση του κύκλου ανάπτυξης και την αύξηση της απόδοσης των καλλιεργειών. Μπορεί να βελτιώσει την ανοχή των καλλιεργειών και να επιτρέψει στα φυτά να αντιμετωπίσουν δυσμενείς συνθήκες ανάπτυξης9. Από αυτή την άποψη, οι βιοδιεγέρτες και οι ρυθμιστές ανάπτυξης φυτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε βέλτιστες συγκεντρώσεις για τη βελτίωση της ανάπτυξης και της παραγωγικότητας των φυτών10,11.
Τα καροτενοειδή είναι τετρατερπενοειδή που χρησιμεύουν επίσης ως πρόδρομοι για τις φυτοορμόνες αμπσισικό οξύ (ABA) και στριγολακτόνη (SL)12,13,14, καθώς και τους πρόσφατα ανακαλυφθέντες ρυθμιστές ανάπτυξης ζαξινόνη, ανορένιο και κυκλοκιτράλη15,16,17,18,19. Ωστόσο, οι περισσότεροι μεταβολίτες, συμπεριλαμβανομένων των παραγώγων καροτενοειδών, έχουν περιορισμένες φυσικές πηγές ή/και είναι ασταθείς, γεγονός που καθιστά δύσκολη την άμεση εφαρμογή τους σε αυτόν τον τομέα. Έτσι, τα τελευταία χρόνια, έχουν αναπτυχθεί και δοκιμαστεί αρκετά ανάλογα/μιμητικά ABA και SL για γεωργικές εφαρμογές20,21,22,23,24,25. Ομοίως, πρόσφατα αναπτύξαμε μιμητικά της ζαξινόνης (MiZax), ενός μεταβολίτη που προάγει την ανάπτυξη και μπορεί να ασκεί τις επιδράσεις του ενισχύοντας τον μεταβολισμό του σακχάρου και ρυθμίζοντας την ομοιόσταση του SL στις ρίζες του ρυζιού19,26. Τα μιμητικά της ζαξινόνης 3 (MiZax3) και της MiZax5 (χημικές δομές που φαίνονται στο Σχήμα 1Α) έδειξαν βιολογική δράση συγκρίσιμη με τη ζαξινόνη σε φυτά ρυζιού άγριου τύπου που καλλιεργούνται υδροπονικά και στο έδαφος26. Επιπλέον, η επεξεργασία ντομάτας, χουρμαδιάς, πράσινης πιπεριάς και κολοκύθας με ζαξινόνη, MiZax3 και MiZx5 βελτίωσε την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα των φυτών, δηλαδή την απόδοση και την ποιότητα της πιπεριάς, σε συνθήκες θερμοκηπίου και ανοιχτού αγρού, υποδεικνύοντας τον ρόλο τους ως βιοδιεγερτικά και τη χρήση του PGR27. Είναι ενδιαφέρον ότι τα MiZax3 και MiZax5 βελτίωσαν επίσης την ανοχή στο αλάτι της πράσινης πιπεριάς που καλλιεργείται σε συνθήκες υψηλής αλατότητας, και το MiZax3 αύξησε την περιεκτικότητα του καρπού σε ψευδάργυρο όταν ενθυλακώθηκε με μεταλλο-οργανικά πλαίσια που περιείχαν ψευδάργυρο7,28.
(Α) Χημική δομή των MiZax3 και MiZax5. (Β) Επίδραση του ψεκασμού φυλλώματος των MZ3 και MZ5 σε συγκεντρώσεις 5 µM και 10 µM σε φυτά πατάτας υπό συνθήκες ανοιχτού αγρού. Το πείραμα θα πραγματοποιηθεί το 2021. Τα δεδομένα παρουσιάζονται ως μέσος όρος ± τυπική απόκλιση (SD). n≥15. Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και δοκιμή post hoc του Tukey. Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5. HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Σε αυτήν την εργασία, αξιολογήσαμε το MiZax (MiZax3 και MiZax5) σε τρεις συγκεντρώσεις φυλλώματος (5 µM και 10 µM το 2021 και 2,5 µM και 5 µM το 2022) και τα συγκρίναμε με την πατάτα (Solanum tuberosum L). Το χουμικό οξύ (HA) ως ρυθμιστής ανάπτυξης για εμπορικούς σκοπούς συγκρίθηκε με τις φράουλες (Fragaria ananassa) σε δοκιμές θερμοκηπίου με φράουλες το 2021 και το 2022 και σε τέσσερις δοκιμές πεδίου στο Βασίλειο της Σαουδικής Αραβίας, μια τυπική περιοχή με ερημικό κλίμα. Αν και το HA είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος βιοδιεγέρτης με πολλές ευεργετικές επιδράσεις, όπως η αύξηση της αξιοποίησης των θρεπτικών συστατικών του εδάφους και η προώθηση της ανάπτυξης των καλλιεργειών μέσω της ρύθμισης της ορμονικής ομοιόστασης, τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι το MiZax είναι ανώτερο από το HA.
Οι κόνδυλοι πατάτας της ποικιλίας Diamond αγοράστηκαν από την Jabbar Nasser Al Bishi Trading Company, Τζέντα, Σαουδική Αραβία. Τα σπορόφυτα δύο ποικιλιών φράουλας, "Sweet Charlie" και "Festival", καθώς και το χουμικό οξύ αγοράστηκαν από την Modern Agritech Company, Ριάντ, Σαουδική Αραβία. Όλο το φυτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία συμμορφώνεται με τη Δήλωση Πολιτικής της IUCN για την Έρευνα που Αφορά Απειλούμενα Είδη και τη Σύμβαση για το Εμπόριο Απειλούμενων Ειδών Άγριας Πανίδας και Χλωρίδας.
Η πειραματική τοποθεσία βρίσκεται στο Hada Al-Sham της Σαουδικής Αραβίας (21°48′3″Β, 39°43′25″Α). Το έδαφος είναι αμμοπηλώδες, pH 7,8, EC 1,79 dcm-130. Οι ιδιότητες του εδάφους παρουσιάζονται στον Συμπληρωματικό Πίνακα S1.
Τα σπορόφυτα φράουλας (Fragaria x ananassa D. var. Festival) σε 3 στάδια ανάπτυξης φύλλων χωρίστηκαν σε τρεις ομάδες για να αξιολογηθεί η επίδραση του ψεκασμού φυλλώματος με 10 μM MiZax3 και MiZax5 στα χαρακτηριστικά ανάπτυξης και τον χρόνο ανθοφορίας υπό συνθήκες θερμοκηπίου. Ο ψεκασμός των φύλλων με νερό (που περιέχει 0,1% ακετόνη) χρησιμοποιήθηκε ως μοντελοποίηση. Οι ψεκασμοί φυλλώματος MiZax εφαρμόστηκαν 7 φορές σε διαστήματα μίας εβδομάδας. Δύο ανεξάρτητα πειράματα διεξήχθησαν στις 15 και 28 Σεπτεμβρίου 2021, αντίστοιχα. Η αρχική δόση κάθε ένωσης είναι 50 ml, η οποία στη συνέχεια αυξήθηκε σταδιακά μέχρι την τελική δόση των 250 ml. Για δύο συνεχόμενες εβδομάδες, ο αριθμός των ανθοφόρων φυτών καταγράφηκε καθημερινά και ο ρυθμός ανθοφορίας υπολογίστηκε στην αρχή της τέταρτης εβδομάδας. Για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών ανάπτυξης, μετρήθηκαν ο αριθμός των φύλλων, το νωπό και ξηρό βάρος του φυτού, η συνολική επιφάνεια των φύλλων και ο αριθμός των στόλωνων ανά φυτό στο τέλος της φάσης ανάπτυξης και στην αρχή της αναπαραγωγικής φάσης. Η φυλλική επιφάνεια μετρήθηκε χρησιμοποιώντας ένα φυλλόμετρο και τα φρέσκα δείγματα ξηράνθηκαν σε φούρνο στους 100°C για 48 ώρες.
Διεξήχθησαν δύο δοκιμές πεδίου: πρώιμο και όψιμο όργωμα. Οι κόνδυλοι πατάτας της ποικιλίας "Diamant" φυτεύονται τον Νοέμβριο και τον Φεβρουάριο, με περιόδους πρώιμης και όψιμης ωρίμανσης, αντίστοιχα. Χορηγούνται βιοδιεγέρτες (MiZax-3 και -5) σε συγκεντρώσεις 5,0 και 10,0 µM (2021) και 2,5 και 5,0 µM (2022). Ψεκάστε χουμικό οξύ (HA) 1 g/l 8 φορές την εβδομάδα. Νερό ή ακετόνη χρησιμοποιήθηκε ως αρνητικός έλεγχος. Ο σχεδιασμός της δοκιμής πεδίου φαίνεται στο (Συμπληρωματικό Σχήμα S1). Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων πεδίου χρησιμοποιήθηκε ένας τυχαιοποιημένος σχεδιασμός πλήρους μπλοκ (RCBD) με επιφάνεια αγρού 2,5 m × 3,0 m. Κάθε επεξεργασία επαναλήφθηκε τρεις φορές ως ανεξάρτητα αντίγραφα. Η απόσταση μεταξύ κάθε αγρού είναι 1,0 m και η απόσταση μεταξύ κάθε μπλοκ είναι 2,0 m. Η απόσταση μεταξύ των φυτών είναι 0,6 m, η απόσταση μεταξύ των σειρών είναι 1 m. Τα φυτά πατάτας αρδεύονταν καθημερινά με στάγδην με ρυθμό 3,4 l ανά σταγονόμετρο. Το σύστημα λειτουργεί δύο φορές την ημέρα για 10 λεπτά κάθε φορά για να παρέχει νερό στα φυτά. Εφαρμόστηκαν όλες οι συνιστώμενες αγροτεχνικές μέθοδοι για την καλλιέργεια πατάτας υπό συνθήκες ξηρασίας31. Τέσσερις μήνες μετά τη φύτευση, το ύψος του φυτού (cm), ο αριθμός των κλαδιών ανά φυτό, η σύνθεση και η απόδοση της πατάτας, καθώς και η ποιότητα των κονδύλων μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας τυπικές τεχνικές.
Σπορόφυτα δύο ποικιλιών φράουλας (Sweet Charlie και Festival) δοκιμάστηκαν σε συνθήκες αγρού. Χρησιμοποιήθηκαν βιοδιεγέρτες (MiZax-3 και -5) ως ψεκασμό φύλλων σε συγκεντρώσεις 5,0 και 10,0 µM (2021) και 2,5 και 5,0 µM (2022) οκτώ φορές την εβδομάδα. Χρησιμοποιήστε 1 g HA ανά λίτρο ως ψεκασμό φυλλώματος παράλληλα με MiZax-3 και -5, με μείγμα ελέγχου H2O ή ακετόνη ως αρνητικό έλεγχο. Τα σπορόφυτα φράουλας φυτεύτηκαν σε οικόπεδο 2,5 x 3 m στις αρχές Νοεμβρίου με απόσταση φυτών 0,6 m και απόσταση σειρών 1 m. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο RCBD και επαναλήφθηκε τρεις φορές. Τα φυτά ποτίζονταν για 10 λεπτά κάθε μέρα στις 7:00 και 17:00 χρησιμοποιώντας σύστημα στάγδην άρδευσης που περιείχε σταλάκτες σε απόσταση 0,6 m μεταξύ τους και χωρητικότητας 3,4 L. Τα αγροτεχνικά στοιχεία και οι παράμετροι απόδοσης μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Η ποιότητα των καρπών, συμπεριλαμβανομένης της TSS (%), της βιταμίνης C32, της οξύτητας και της συνολικής φαινολικής περιεκτικότητας33, αξιολογήθηκε στο Εργαστήριο Φυσιολογίας και Τεχνολογίας Μετά τη Συγκομιδή του Πανεπιστημίου King Abdulaziz.
Τα δεδομένα εκφράζονται ως μέσοι όροι και οι διακυμάνσεις εκφράζονται ως τυπικές αποκλίσεις. Η στατιστική σημαντικότητα προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ANOVA (μονόδρομη ANOVA) ή αμφίδρομη ANOVA χρησιμοποιώντας το τεστ πολλαπλής σύγκρισης Tukey χρησιμοποιώντας επίπεδο πιθανότητας p < 0,05 ή ένα αμφίπλευρο τεστ Student's t για την ανίχνευση σημαντικών διαφορών (*p < 0,05, * *p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001). Όλες οι στατιστικές ερμηνείες πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το GraphPad Prism έκδοση 8.3.0. Οι συσχετίσεις ελέγχθηκαν χρησιμοποιώντας την ανάλυση κύριων συνιστωσών (PCA), μια στατιστική μέθοδο πολλαπλών μεταβλητών, χρησιμοποιώντας το πακέτο R 34.
Σε προηγούμενη αναφορά, καταδείξαμε την ενισχυτική δράση του MiZax στην ανάπτυξη σε συγκεντρώσεις 5 και 10 μM σε κηπευτικά φυτά και βελτιώσαμε τον δείκτη χλωροφύλλης στη Δοκιμασία Εδάφους Φυτών (SPAD)27. Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, χρησιμοποιήσαμε τις ίδιες συγκεντρώσεις για να αξιολογήσουμε τις επιδράσεις του MiZax στην πατάτα, μια σημαντική παγκόσμια καλλιέργεια τροφίμων, σε δοκιμές πεδίου σε ερημικά κλίματα το 2021. Συγκεκριμένα, μας ενδιέφερε να ελέγξουμε εάν το MiZax θα μπορούσε να αυξήσει τη συσσώρευση αμύλου, του τελικού προϊόντος της φωτοσύνθεσης. Συνολικά, η εφαρμογή του MiZax βελτίωσε την ανάπτυξη των φυτών πατάτας σε σύγκριση με το χουμικό οξύ (HA), με αποτέλεσμα την αύξηση του ύψους, της βιομάζας και του αριθμού των κλαδιών των φυτών (Εικ. 1Β). Επιπλέον, παρατηρήσαμε ότι τα 5 μM MiZax3 και MiZax5 είχαν ισχυρότερη επίδραση στην αύξηση του ύψους, του αριθμού των κλαδιών και της βιομάζας των φυτών σε σύγκριση με τα 10 μM (Εικόνα 1Β). Μαζί με τη βελτιωμένη ανάπτυξη, το MiZax αύξησε επίσης την απόδοση, μετρούμενη με βάση τον αριθμό και το βάρος των συλλεγόμενων κονδύλων. Η συνολική ευεργετική επίδραση ήταν λιγότερο έντονη όταν το MiZax χορηγήθηκε σε συγκέντρωση 10 μM, γεγονός που υποδηλώνει ότι αυτές οι ενώσεις θα πρέπει να χορηγούνται σε συγκεντρώσεις κάτω από αυτήν (Σχήμα 1Β). Επιπλέον, δεν παρατηρήσαμε διαφορές σε όλες τις καταγεγραμμένες παραμέτρους μεταξύ των επεξεργασιών με ακετόνη (ψευδής) και νερό (μάρτυρας), γεγονός που υποδηλώνει ότι οι παρατηρούμενες επιδράσεις τροποποίησης της ανάπτυξης δεν προκλήθηκαν από τον διαλύτη, κάτι που συμφωνεί με την προηγούμενη έκθεσή μας27.
Δεδομένου ότι η καλλιεργητική περίοδος της πατάτας στη Σαουδική Αραβία αποτελείται από πρώιμη και όψιμη ωρίμανση, διεξήγαμε μια δεύτερη μελέτη πεδίου το 2022 χρησιμοποιώντας χαμηλές συγκεντρώσεις (2,5 και 5 µM) σε δύο περιόδους για να αξιολογήσουμε την εποχιακή επίδραση των ανοιχτών αγρών (Συμπληρωματικό Σχήμα S2A). Όπως αναμενόταν, και οι δύο εφαρμογές 5 μM MiZax παρήγαγαν επιδράσεις που προάγουν την ανάπτυξη παρόμοιες με εκείνες της πρώτης δοκιμής: αυξημένο ύψος φυτού, αυξημένη διακλάδωση, υψηλότερη βιομάζα και αυξημένο αριθμό κονδύλων (Εικ. 2, Συμπληρωματικό Σχήμα S3). Σημαντικό είναι ότι παρατηρήσαμε σημαντικές επιδράσεις αυτών των PGR σε συγκέντρωση 2,5 μM, ενώ η επεξεργασία με GA δεν έδειξε τα προβλεπόμενα αποτελέσματα. Αυτό το αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι το MiZax μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις από τις αναμενόμενες. Επιπλέον, η εφαρμογή MiZax αύξησε επίσης το μήκος και το πλάτος των κονδύλων (Συμπληρωματικό Σχήμα S2B). Διαπιστώσαμε επίσης σημαντική αύξηση στο βάρος των κονδύλων, αλλά η συγκέντρωση 2,5 µM εφαρμόστηκε μόνο και στις δύο περιόδους φύτευσης.
Φαινοτυπική αξιολόγηση της επίδρασης του MiZax σε φυτά πατάτας πρώιμης ωρίμανσης στον αγρό KAU, που πραγματοποιήθηκε το 2022. Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν μέσο όρο ± τυπική απόκλιση. n≥15. Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και δοκιμή post hoc του Tukey. Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντική). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5. HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Για την καλύτερη κατανόηση των επιδράσεων της θεραπείας (T) και του έτους (Y), χρησιμοποιήθηκε αμφίδρομη ανάλυση ANOVA για την εξέταση της αλληλεπίδρασής τους (T x Y). Αν και όλα τα βιοδιεγέρτες (T) αύξησαν σημαντικά το ύψος και τη βιομάζα των φυτών πατάτας, μόνο τα MiZax3 και MiZax5 αύξησαν σημαντικά τον αριθμό και το βάρος των κονδύλων, υποδεικνύοντας ότι οι αμφίδρομες αποκρίσεις των κονδύλων πατάτας στα δύο MiZax ήταν ουσιαστικά παρόμοιες (Εικ. 3)). Επιπλέον, στην αρχή της σεζόν ο καιρός (https://www.timeanddate.com/weather/saudi-arabia/jeddah/climate) γίνεται θερμότερος (μέση θερμοκρασία 28 °C και υγρασία 52% (2022), γεγονός που μειώνει σημαντικά τη συνολική βιομάζα των κονδύλων (Εικ. 2, Συμπληρωματικό Σχήμα S3).
Μελετήστε τις επιδράσεις της επεξεργασίας με 5 µm (T), το έτος (Y) και την αλληλεπίδρασή τους (T x Y) στις πατάτες. Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν μέσο όρο ± τυπική απόκλιση. n ≥ 30. Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αμφίδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA). Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Ωστόσο, η θεραπεία με Myzax εξακολουθούσε να τείνει να διεγείρει την ανάπτυξη φυτών που ωριμάζουν αργά. Συνολικά, τα τρία ανεξάρτητα πειράματά μας έδειξαν πέραν πάσης αμφιβολίας ότι η εφαρμογή του MiZax έχει σημαντική επίδραση στη δομή του φυτού αυξάνοντας τον αριθμό των κλαδιών. Στην πραγματικότητα, υπήρξε μια σημαντική αμφίδρομη αλληλεπίδραση μεταξύ των (T) και (Y) στον αριθμό των κλαδιών μετά την θεραπεία με MiZax (Εικ. 3). Αυτό το αποτέλεσμα είναι συνεπές με τη δραστηριότητά τους ως αρνητικοί ρυθμιστές της βιοσύνθεσης στριγολακτόνης (SL)26. Επιπλέον, έχουμε δείξει προηγουμένως ότι η θεραπεία με Zaxinone προκαλεί συσσώρευση αμύλου στις ρίζες του ρυζιού35, γεγονός που μπορεί να εξηγήσει την αύξηση του μεγέθους και του βάρους των κονδύλων πατάτας μετά την θεραπεία με MiZax, καθώς οι κόνδυλοι αποτελούνται κυρίως από άμυλο.
Οι οπωροφόρα φυτά είναι σημαντικά οικονομικά φυτά. Οι φράουλες είναι ευαίσθητες σε συνθήκες αβιοτικού στρες όπως η ξηρασία και η υψηλή θερμοκρασία. Ως εκ τούτου, διερευνήσαμε την επίδραση του MiZax στις φράουλες ψεκάζοντας τα φύλλα. Αρχικά, χορηγήσαμε MiZax σε συγκέντρωση 10 µM για να αξιολογήσουμε την επίδρασή του στην ανάπτυξη της φράουλας (Cultivar Festival). Είναι ενδιαφέρον ότι παρατηρήσαμε ότι το MiZax3 αύξησε σημαντικά τον αριθμό των στόλωνων, κάτι που αντιστοιχούσε σε αυξημένη διακλάδωση, ενώ το MiZax5 βελτίωσε τον ρυθμό ανθοφορίας, τη βιομάζα των φυτών και την επιφάνεια των φύλλων υπό συνθήκες θερμοκηπίου (Συμπληρωματικό Σχήμα S4), υποδηλώνοντας ότι αυτές οι δύο ενώσεις μπορεί να ποικίλλουν βιολογικά. Γεγονότα 26,27. Για να κατανοήσουμε περαιτέρω τις επιπτώσεις τους στις φράουλες υπό πραγματικές γεωργικές συνθήκες, πραγματοποιήσαμε δοκιμές πεδίου εφαρμόζοντας 5 και 10 μM MiZax σε φυτά φράουλας (cv. Sweet Charlie) που καλλιεργήθηκαν σε ημιαμμώδες έδαφος το 2021 (εικ. S5A). Σε σύγκριση με το GC, δεν παρατηρήσαμε αύξηση στη βιομάζα των φυτών, αλλά βρήκαμε μια τάση προς αύξηση του αριθμού των καρπών (εικ. C6A-B). Ωστόσο, η εφαρμογή MiZax οδήγησε σε σημαντική αύξηση του βάρους ενός μόνο καρπού και υπαινίχθηκε μια εξάρτηση από τη συγκέντρωση (Συμπληρωματικό Σχήμα S5B, Συμπληρωματικό Σχήμα S6B), υποδεικνύοντας την επίδραση αυτών των ρυθμιστών ανάπτυξης των φυτών στην ποιότητα των καρπών της φράουλας όταν εφαρμόζονται υπό συνθήκες ερήμου.
Για να κατανοήσουμε εάν το αποτέλεσμα της προώθησης της ανάπτυξης ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο της ποικιλίας, επιλέξαμε δύο εμπορικές ποικιλίες φράουλας στη Σαουδική Αραβία (Sweet Charlie και Festival) και διεξήγαμε δύο μελέτες πεδίου το 2022 χρησιμοποιώντας χαμηλές συγκεντρώσεις MiZax (2,5 και 5 µM). Για την Sweet Charlie, αν και ο συνολικός αριθμός καρπών δεν αυξήθηκε σημαντικά, η βιομάζα καρπών των φυτών που υποβλήθηκαν σε αγωγή με MiZax ήταν γενικά υψηλότερη και ο αριθμός των καρπών ανά αγροτεμάχιο αυξήθηκε μετά την αγωγή με MiZax3 (Εικ. 4). Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν περαιτέρω ότι οι βιολογικές δραστηριότητες των MiZax3 και MiZax5 μπορεί να διαφέρουν. Επιπλέον, μετά την αγωγή με Myzax, παρατηρήσαμε αύξηση στο νωπό και ξηρό βάρος των φυτών, καθώς και στο μήκος των βλαστών των φυτών. Όσον αφορά τον αριθμό των στόλωνων και των νέων φυτών, διαπιστώσαμε αύξηση μόνο στα 5 μM MiZax (Εικ. 4), υποδεικνύοντας ότι ο βέλτιστος συντονισμός MiZax εξαρτάται από το είδος του φυτού.
Η επίδραση του MiZax στη δομή των φυτών και την απόδοση φράουλας (ποικιλία Sweet Charlie) από χωράφια KAU, που διεξήχθη το 2022. Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν μέσο όρο ± τυπική απόκλιση. n ≥ 15, αλλά ο αριθμός των καρπών ανά αγροτεμάχιο υπολογίστηκε κατά μέσο όρο από 15 φυτά από τρία αγροτεμάχια (n = 3). Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και το Tukey's post hoc test ή το t-test του Student's t με δύο ουρές. Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Παρατηρήσαμε επίσης παρόμοια διέγερση ανάπτυξης όσον αφορά το βάρος των καρπών και τη βιομάζα των φυτών στις φράουλες της ποικιλίας Festival (Εικ. 5), αλλά δεν βρήκαμε σημαντικές διαφορές στον συνολικό αριθμό καρπών ανά φυτό ή ανά αγροτεμάχιο (Εικ. 5). Είναι ενδιαφέρον ότι η εφαρμογή του MiZax αύξησε το μήκος του φυτού και τον αριθμό των στόλωνων, υποδεικνύοντας ότι αυτοί οι ρυθμιστές ανάπτυξης των φυτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ανάπτυξης των οπωροφόρων καλλιεργειών (Εικ. 5). Επιπλέον, μετρήσαμε αρκετές βιοχημικές παραμέτρους για να κατανοήσουμε την ποιότητα των καρπών των δύο ποικιλιών που συλλέχθηκαν από το χωράφι, αλλά δεν διαπιστώσαμε διαφορές μεταξύ όλων των θεραπειών (Συμπληρωματικό Σχήμα S7, Συμπληρωματικό Σχήμα S8).
Επίδραση του MiZax στη δομή του φυτού και την απόδοση φράουλας στο χωράφι KAU (ποικιλία Festival), 2022. Τα δεδομένα είναι μέσος όρος ± τυπική απόκλιση. n ≥ 15, αλλά ο αριθμός των καρπών ανά αγροτεμάχιο υπολογίστηκε κατά μέσο όρο από 15 φυτά από τρία αγροτεμάχια (n = 3). Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μονόδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) και το Tukey's post hoc test ή το t-test του Student's t με δύο ουρές. Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Στις μελέτες μας σχετικά με τις φράουλες, οι βιολογικές δραστηριότητες των MiZax3 και MiZax5 αποδείχθηκαν διαφορετικές. Αρχικά εξετάσαμε τις επιδράσεις της θεραπείας (T) και του έτους (Y) στην ίδια ποικιλία (Sweet Charlie) χρησιμοποιώντας αμφίδρομη ANOVA για να προσδιορίσουμε την αλληλεπίδρασή τους (T x Y). Συνεπώς, το HA δεν είχε καμία επίδραση στην ποικιλία φράουλας (Sweet Charlie), ενώ τα 5 μM MiZax3 και MiZax5 αύξησαν σημαντικά τη βιομάζα των φυτών και των καρπών (Εικ. 6), υποδεικνύοντας ότι οι αμφίδρομες αλληλεπιδράσεις των δύο MiZax είναι πολύ παρόμοιες στην προώθηση της παραγωγής φράουλας.
Αξιολογήστε τις επιδράσεις της θεραπείας με 5 µM (T), το έτος (Y) και την αλληλεπίδρασή τους (T x Y) στις φράουλες (cv. Sweet Charlie). Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν μέσο όρο ± τυπική απόκλιση. n ≥ 30. Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αμφίδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA). Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Επιπλέον, δεδομένου ότι η δραστηριότητα MiZax στις δύο ποικιλίες ήταν ελαφρώς διαφορετική (Εικ. 4, Εικ. 5), πραγματοποιήσαμε μια αμφίδρομη ANOVA συγκρίνοντας την επεξεργασία (T) και τις δύο ποικιλίες (C). Πρώτον, καμία επεξεργασία δεν επηρέασε τον αριθμό των καρπών ανά αγροτεμάχιο (Εικ. 7), υποδεικνύοντας ότι δεν υπάρχει σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ (T x C) και υποδηλώνοντας ότι ούτε η MiZax ούτε η HA συμβάλλουν στον συνολικό αριθμό καρπών. Αντίθετα, η MiZax (αλλά όχι η HA) αύξησε σημαντικά το βάρος του φυτού, το βάρος των καρπών, τα στόλωνα και τα νέα φυτά (Εικ. 7), υποδεικνύοντας ότι οι MiZax3 και MiZax5 προάγουν σημαντικά την ανάπτυξη διαφορετικών ποικιλιών φυτών φράουλας. Με βάση την αμφίδρομη ANOVA (T x Y) και (T x C), μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι δραστηριότητες προώθησης της ανάπτυξης των MiZax3 και MiZax5 υπό συνθήκες πεδίου είναι πολύ παρόμοιες και συνεπείς.
Αξιολόγηση της επεξεργασίας φράουλας με 5 µM (T), δύο ποικιλίες (C) και η αλληλεπίδρασή τους (T x C). Τα δεδομένα αντιπροσωπεύουν μέσο όρο ± τυπική απόκλιση. n ≥ 30, αλλά ο αριθμός των καρπών ανά αγροτεμάχιο υπολογίστηκε κατά μέσο όρο από 15 φυτά από τρία αγροτεμάχια (n = 6). Η στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας αμφίδρομη ανάλυση διακύμανσης (ANOVA). Οι αστερίσκοι υποδεικνύουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σύγκριση με την προσομοίωση (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, μη σημαντικό). HA – χουμικό οξύ; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Τέλος, χρησιμοποιήσαμε την ανάλυση κύριων συστατικών (PCA) για να αξιολογήσουμε τις επιδράσεις των εφαρμοζόμενων ενώσεων στις πατάτες (T x Y) και τις φράουλες (T x C). Αυτά τα στοιχεία δείχνουν ότι η επεξεργασία με HA είναι παρόμοια με την ακετόνη στις πατάτες ή το νερό στις φράουλες (Σχήμα 8), υποδεικνύοντας μια σχετικά μικρή θετική επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών. Είναι ενδιαφέρον ότι οι συνολικές επιδράσεις των MiZax3 και MiZax5 έδειξαν την ίδια κατανομή στην πατάτα (Σχήμα 8Α), ενώ η κατανομή αυτών των δύο ενώσεων στη φράουλα ήταν διαφορετική (Σχήμα 8Β). Αν και οι MiZax3 και MiZax5 έδειξαν μια κυρίως θετική κατανομή στην ανάπτυξη και την απόδοση των φυτών, η ανάλυση PCA έδειξε ότι η δραστηριότητα ρύθμισης της ανάπτυξης μπορεί επίσης να εξαρτάται από το είδος του φυτού.
Ανάλυση κύριων συστατικών (PCA) (A) πατατών (T x Y) και (B) φραουλών (T x C). Διαγράμματα βαθμολογίας και για τις δύο ομάδες. Μια γραμμή που συνδέει κάθε συστατικό οδηγεί στο κέντρο της συστάδας.
Συνοπτικά, με βάση τις πέντε ανεξάρτητες μελέτες πεδίου μας σε δύο πολύτιμες καλλιέργειες και σύμφωνα με τις προηγούμενες εκθέσεις μας από το 2020 έως το 202226, τα MiZax3 και MiZax5 είναι πολλά υποσχόμενοι ρυθμιστές ανάπτυξης φυτών που μπορούν να βελτιώσουν την ανάπτυξη των φυτών σε διάφορες καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένων των δημητριακών, των ξυλωδών φυτών (χουρμάδες) και των κηπευτικών φρούτων26,27. Αν και οι μοριακοί μηχανισμοί πέρα από τις βιολογικές τους δραστηριότητες παραμένουν ασαφείς, έχουν μεγάλο δυναμικό για εφαρμογές πεδίου. Το καλύτερο από όλα είναι ότι, σε σύγκριση με το χουμικό οξύ, το MiZax εφαρμόζεται σε πολύ μικρότερες ποσότητες (μικρομοριακό ή χιλιοστογραμμογραμμάριο) και τα θετικά αποτελέσματα είναι πιο έντονα. Επομένως, εκτιμούμε τη δοσολογία του MiZax3 ανά εφαρμογή (από χαμηλή έως υψηλή συγκέντρωση): 3, 6 ή 12 g/εκτάριο και τη δοσολογία του MiZx5: 4, 7 ή 13 g/εκτάριο, καθιστώντας αυτά τα PGR χρήσιμα για τη βελτίωση των αποδόσεων των καλλιεργειών. Αρκετά εφικτά.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Μαρτίου 2024