Климатске промене и брзи раст становништва постали су кључни изазови за глобалну безбедност хране.Једно обећавајуће решење је употребарегулатори раста биљака(ПГР) за повећање приноса усева и превазилажење неповољних услова раста као што је пустињска клима.Недавно су каротеноид заксинон и два његова аналога (МиЗак3 и МиЗак5) показали обећавајућу активност која подстиче раст код житарица и поврћа у условима стакленика и поља.Овде смо даље истраживали ефекте различитих концентрација МиЗак3 и МиЗак5 (5 μМ и 10 μМ 2021; 2,5 μМ и 5 μМ 2022.) на раст и принос две високо вредне повртарске културе у Камбоџи: кромпира и јагоде.Арабија.У пет независних пољских испитивања од 2021. до 2022. примена оба МиЗак-а значајно је побољшала агрономске карактеристике биљака, компоненте приноса и укупан принос.Вреди напоменути да се МиЗак користи у много нижим дозама од хуминске киселине (широко коришћено комерцијално једињење које се овде користи за поређење).Дакле, наши резултати показују да је МиЗак веома обећавајући регулатор раста биљака који се може користити за стимулацију раста и приноса повртарских култура чак иу пустињским условима и при релативно ниским концентрацијама.
Према Организацији Уједињених нација за храну и пољопривреду (ФАО), наши системи за производњу хране морају се скоро утростручити до 2050. да би прехранили растућу глобалну популацију (ФАО: Свету ће требати 70% више хране до 20501).У ствари, брз раст популације, загађење, кретање штеточина и посебно високе температуре и суше узроковане климатским променама су изазови са којима се суочава глобална безбедност хране2.С тим у вези, повећање бруто приноса пољопривредних култура у субоптималним условима једно је од неспорних решења овог горућег проблема.Међутим, раст и развој биљака углавном зависе од доступности хранљивих материја у земљишту и озбиљно су ограничени неповољним факторима животне средине, укључујући сушу, салинитет или биотички стрес3,4,5.Ови стресови могу негативно утицати на здравље и развој усева и на крају довести до смањења приноса усева6.Поред тога, ограничени ресурси слатке воде озбиљно утичу на наводњавање усева, док глобалне климатске промене неизбежно смањују површину обрадивог земљишта, а догађаји као што су топлотни таласи смањују продуктивност усева7,8.Високе температуре су уобичајене у многим деловима света, укључујући Саудијску Арабију.Употреба биостимуланата или регулатора раста биљака (ПГР) корисна је у скраћивању циклуса раста и повећању приноса усева.Може побољшати толеранцију усева и омогућити биљкама да се носе са неповољним условима раста9.У том смислу, биостимуланси и регулатори раста биљака могу се користити у оптималним концентрацијама за побољшање раста и продуктивности биљака10,11.
Каротеноиди су тетратерпеноиди који такође служе као прекурсори за фитохормоне апсцизинску киселину (АБА) и стриголактон (СЛ)12,13,14, као и недавно откривене регулаторе раста заксинон, анорене и циклоцитрал15,16,17,18,19.Међутим, већина стварних метаболита, укључујући деривате каротеноида, имају ограничене природне изворе и/или су нестабилни, што отежава њихову директну примену у овој области.Тако је током протеклих неколико година развијено и тестирано неколико АБА и СЛ аналога/миметика за пољопривредне примене20,21,22,23,24,25.Слично томе, недавно смо развили миметике заксинона (МиЗак), метаболита који подстиче раст који може да испољи своје ефекте тако што побољшава метаболизам шећера и регулише СЛ хомеостазу у корену пиринча19,26.Миметици заксинона 3 (МиЗак3) и МиЗак5 (хемијске структуре приказане на слици 1А) показали су биолошку активност упоредиву са заксиноном у биљкама пиринча дивљег типа које се узгајају хидропонски и у земљишту26.Штавише, третман парадајза, урмине палме, зелене паприке и бундеве са заксиноном, МиЗак3 и МиЗк5 побољшао је раст и продуктивност биљака, односно принос и квалитет паприке, у условима стакленика и на отвореном, што указује на њихову улогу као биостимуланса и употребу ПГР27..Занимљиво је да су МиЗак3 и МиЗак5 такође побољшали толеранцију соли зелене паприке узгајане у условима високог салинитета, а МиЗак3 је повећао садржај цинка у плоду када је капсулиран са метално-органским оквирима који садрже цинк7,28.
(А) Хемијска структура МиЗак3 и МиЗак5.(Б) Ефекат фолијарног прскања МЗ3 и МЗ5 у концентрацијама од 5 µМ и 10 µМ на биљке кромпира у условима отвореног поља.Експеримент ће се одржати 2021. Подаци су представљени као средња вредност ± СД.н≥15.Статистичка анализа је извршена коришћењем једносмерне анализе варијансе (АНОВА) и Тукеи-овог пост хоц теста.Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
У овом раду смо проценили МиЗак (МиЗак3 и МиЗак5) у три фолијарне концентрације (5 µМ и 10 µМ 2021. и 2,5 µМ и 5 µМ 2022.) и упоредили их са кромпиром (Соланум туберосум Л).Комерцијални регулатор раста хуминска киселина (ХА) упоређен је са јагодама (Фрагариа ананасса) у испитивањима јагода у стакленицима 2021. и 2022. и у четири пољска испитивања у Краљевини Саудијској Арабији, типичном пустињском климатском региону.Иако је ХА биостимуланс који се широко користи са многим корисним ефектима, укључујући повећање коришћења хранљивих материја у земљишту и промовисање раста усева регулацијом хормонске хомеостазе, наши резултати показују да је МиЗак супериорнији од ХА.
Кртоле кромпира сорте Диамонд су купљене од Јаббар Нассер Ал Бисхи Традинг Цомпани, Џеда, Саудијска Арабија.Саднице две сорте јагода „Свеет Цхарлие” и „Фестивал” и хуминска киселина купљене су од компаније Модерн Агритецх Цомпани, Ријад, Саудијска Арабија.Сав биљни материјал коришћен у овом раду је у складу са Изјавом о политици ИУЦН-а о истраживању које укључује угрожене врсте и Конвенцијом о трговини угроженим врстама дивље фауне и флоре.
Експериментално место се налази у Хада Ал-Шаму, Саудијска Арабија (21°48′3″Н, 39°43′25″Е).Земљиште је песковито иловаче, пХ 7,8, ЕЦ 1,79 дцм-130.Својства тла приказана су у додатној табели С1.
Саднице јагоде (Фрагариа к ананасса Д. вар. Фестивал) у 3 фазе правих листова подељене су у три групе да би се проценио ефекат фолијарног прскања са 10 μМ МиЗак3 и МиЗак5 на карактеристике раста и време цветања у условима стакленика.Као третман за моделирање коришћено је прскање листова водом (која садржи 0,1% ацетона).МиЗак фолијарни спрејеви су примењивани 7 пута у интервалима од једне недеље.Два независна експеримента спроведена су 15. и 28. септембра 2021. године.Почетна доза сваког једињења је 50 мл, а затим се постепено повећава до коначне дозе од 250 мл.Две узастопне недеље бележен је број цветних биљака сваког дана, а стопа цветања се рачунала почетком четврте недеље.Да би се одредиле особине раста, мерен је број листова, свежа и сува маса биљке, укупна површина листа и број столона по биљци на крају фазе раста и на почетку фазе репродукције.Површина листа је мерена помоћу мерача површине листа и свежи узорци су сушени у пећници на 100°Ц током 48 сати.
Извршена су два пољска опита: рано и касно орање.Кртоле кромпира сорте „Дијамант“ саде се у новембру и фебруару, са раним и касним периодима зрења.Биостимуланси (МиЗак-3 и -5) се примењују у концентрацијама од 5,0 и 10,0 µМ (2021) и 2,5 и 5,0 µМ (2022).Прскајте хуминску киселину (ХА) 1 г/л 8 пута недељно.Као негативна контрола коришћена је вода или ацетон.Дизајн теренског испитивања приказан је на (додатна слика С1).За извођење експеримената на терену коришћен је рандомизовани комплетан блок дизајн (РЦБД) са површином парцеле од 2,5 м × 3,0 м.Сваки третман је поновљен три пута као независне реплике.Растојање између сваке парцеле је 1,0 м, а растојање између сваког блока је 2,0 м.Растојање између биљака је 0,6 м, размак између редова је 1 м.Биљке кромпира су наводњаване дневно кап по кап у количини од 3,4 л по свакој капаљци.Систем ради два пута дневно по 10 минута сваки пут како би обезбедио воду биљкама.Примењене су све препоручене агротехничке методе за узгој кромпира у условима суше31.Четири месеца након садње, стандардним техникама мерени су висина биљке (цм), број грана по биљци, састав и принос кромпира и квалитет кртола.
У пољским условима испитане су саднице две сорте јагода (Свеет Цхарлие и Фестивал).Биостимуланси (МиЗак-3 и -5) су коришћени као спрејеви за лишће у концентрацијама од 5,0 и 10,0 µМ (2021) и 2,5 и 5,0 µМ (2022) осам пута недељно.Користите 1 г ХА по литру као фолијарно прскање паралелно са МиЗак-3 и -5, са контролном смешом Х2О или ацетоном као негативном контролом.Расад јагода засађено је почетком новембра у парцели величине 2,5 х 3 м са размаком биљака од 0,6 м и размаком у редовима 1 м.Експеримент је изведен у РЦБД и поновљен је три пута.Биљке су заливане у трајању од 10 минута сваког дана у 7:00 и 17:00 коришћењем система за наводњавање кап по кап који је садржао капаљке на размаку од 0,6 м и капацитета 3,4 Л. Агротехничке компоненте и параметри приноса су мерени током вегетације.Квалитет воћа укључујући ТСС (%), витамин Ц32, киселост и укупан садржај фенола33 процењен је у Лабораторији за физиологију и технологију после бербе Универзитета Краљ Абдулазиз.
Подаци су изражени као средње вредности, а варијације су изражене као стандардне девијације.Статистичка значајност је одређена коришћењем једносмерне АНОВА (једносмерне АНОВА) или двосмерне АНОВА користећи Тукијев тест вишеструког поређења коришћењем нивоа вероватноће п < 0,05 или двостраног Студентовог т теста за откривање значајних разлика (*п < 0,05 , * *п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001).Све статистичке интерпретације су изведене коришћењем ГрапхПад Присм верзије 8.3.0.Асоцијације су тестиране коришћењем анализе главних компоненти (ПЦА), мултиваријантне статистичке методе, коришћењем Р пакета 34 .
У претходном извештају демонстрирали смо активност МиЗак-а који подстиче раст у концентрацијама од 5 и 10 μМ у хортикултурним биљкама и побољшали индикатор хлорофила у тесту земљишних биљака (СПАД)27.На основу ових резултата, користили смо исте концентрације да проценимо ефекте МиЗак-а на кромпир, важну глобалну усев за исхрану, у пољским испитивањима у пустињским климама 2021. Посебно нас је занимало да тестирамо да ли МиЗак може повећати акумулацију скроба. , крајњи производ фотосинтезе.Све у свему, примена МиЗак-а је побољшала раст биљака кромпира у поређењу са хуминском киселином (ХА), што је резултирало повећањем висине биљке, биомасе и броја грана (слика 1Б).Поред тога, приметили смо да су 5 μМ МиЗак3 и МиЗак5 имали јачи ефекат на повећање висине биљке, броја грана и биомасе биљке у поређењу са 10 μМ (слика 1Б).Упоредо са побољшаним растом, МиЗак је повећао и принос, мерен бројем и тежином убраних кртола.Укупан корисни ефекат био је мање изражен када је МиЗак примењен у концентрацији од 10 μМ, што сугерише да ова једињења треба давати у концентрацијама испод ове (Слика 1Б).Поред тога, нисмо приметили никакве разлике у свим забележеним параметрима између третмана ацетоном (лажна) и водом (контрола), што сугерише да уочени ефекти модулације раста нису узроковани растварачем, што је у складу са нашим претходним извештајем27.
Пошто се сезона узгоја кромпира у Саудијској Арабији састоји од раног и касног сазревања, спровели смо другу теренску студију 2022. године користећи ниске концентрације (2,5 и 5 µМ) током две сезоне да бисмо проценили сезонски утицај отворених поља (додатна слика С2А).Као што се очекивало, обе примене 5 μМ МиЗак-а су произвеле ефекте који подстичу раст сличне онима у првом испитивању: повећана висина биљке, повећано гранање, већа биомаса и повећан број гомоља (слика 2; додатна слика С3).Важно је да смо приметили значајне ефекте ових ПГР у концентрацији од 2, 5 μМ, док третман ГА није показао предвиђене ефекте.Овај резултат сугерише да се МиЗак може користити чак и при нижим концентрацијама од очекиваних.Поред тога, примена МиЗак-а је такође повећала дужину и ширину кртола (додатна слика С2Б).Такође смо открили значајно повећање тежине гомоља, али је концентрација од 2,5 µМ примењена само у обе сезоне садње.
Фенотипска процена утицаја МиЗак-а на биљке кромпира рано сазревање у пољу КАУ, извршена 2022. Подаци представљају средњу вредност ± стандардну девијацију.н≥15.Статистичка анализа је извршена коришћењем једносмерне анализе варијансе (АНОВА) и Тукеи-овог пост хоц теста.Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
Да би се боље разумели ефекти третмана (Т) и године (И), коришћена је двосмерна АНОВА за испитивање њихове интеракције (Т к И).Иако су сви биостимуланси (Т) значајно повећали висину и биомасу биљке кромпира, само су МиЗак3 и МиЗак5 значајно повећали број и масу кртола, што указује да су двосмерни одговори кртола кромпира на два МиЗак-а у суштини слични (слика 3)).Осим тога, на почетку сезоне време (хттпс://ввв.тимеанддате.цом/веатхер/сауди-арабиа/једдах/цлимате) постаје топлије (просечно 28 °Ц и 52% влажности (2022), што значајно смањује укупна биомаса гомоља (слика 2; додатна слика С3).
Проучите ефекте третмана од 5 µм (Т), године (И) и њихове интеракције (Т к И) на кромпир.Подаци представљају средњу вредност ± стандардну девијацију.н ≥ 30. Статистичка анализа је извршена коришћењем двосмерне анализе варијансе (АНОВА).Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
Међутим, третман Мизак-ом је и даље имао тенденцију да стимулише раст биљака са касним сазревањем.Све у свему, наша три независна експеримента су несумњиво показала да примена МиЗак-а има значајан утицај на структуру биљке повећањем броја грана.У ствари, постојао је значајан ефекат двосмерне интеракције између (Т) и (И) на број грана након третмана МиЗак-ом (слика 3).Овај резултат је у складу са њиховом активношћу као негативним регулаторима биосинтезе стриголактона (СЛ)26.Поред тога, раније смо показали да третман Заксиноном изазива акумулацију скроба у корену пиринча35, што може објаснити повећање величине и тежине кртола кромпира након третмана МиЗак-ом, пошто се кртоле углавном састоје од скроба.
Воћарске културе су важне привредне биљке.Јагоде су осетљиве на услове абиотског стреса као што су суша и висока температура.Због тога смо истраживали ефекат МиЗак-а на јагоде прскањем листова.Прво смо обезбедили МиЗак у концентрацији од 10 µМ да бисмо проценили његов ефекат на раст јагода (Фестивал сорте).Занимљиво је да смо приметили да је МиЗак3 значајно повећао број столона, што је одговарало повећаном гранању, док је МиЗак5 побољшао стопу цветања, биљну биомасу и површину листова у условима стаклене баште (додатна слика С4), што сугерише да ова два једињења могу да варирају биолошки.Догађаји 26,27.Да бисмо даље разумели њихове ефекте на јагоде у стварним пољопривредним условима, спровели смо теренска испитивања применом 5 и 10 μМ МиЗак-а на биљке јагоде (цв. Свеет Цхарлие) које су узгајане у полупешчаном земљишту 2021. (слика С5А).У поређењу са ГЦ, нисмо приметили повећање биљне биомасе, али смо утврдили тренд повећања броја плодова (Сл. Ц6А-Б).Међутим, примена МиЗак-а је резултирала значајним повећањем тежине једног плода и наговестила зависност од концентрације (додатна слика С5Б; допунска слика С6Б), што указује на утицај ових регулатора раста биљака на квалитет плода јагоде када се примењује у пустињским условима.утицај.
Да бисмо разумели да ли ефекат промоције раста варира у зависности од типа сорте, одабрали смо две комерцијалне сорте јагоде у Саудијској Арабији (Свеет Цхарлие и Фестивал) и спровели две теренске студије 2022. користећи ниске концентрације МиЗак-а (2,5 и 5 µМ).За Свеет Цхарлие, иако се укупан број плодова није значајно повећао, биомаса плодова биљака третираних МиЗак-ом је генерално била већа, а број плодова по парцели се повећао након третмана МиЗак3 (слика 4).Ови подаци даље сугеришу да се биолошке активности МиЗак3 и МиЗак5 могу разликовати.Поред тога, након третмана са Мизак-ом, приметили смо повећање свеже и суве масе биљака, као и дужине изданака биљака.Што се тиче броја столона и нових биљака, открили смо повећање само на 5 μМ МиЗак-а (слика 4), што указује да оптимална МиЗак координација зависи од биљне врсте.
Утицај МиЗак-а на структуру биљке и принос јагоде (сорта Свеет Цхарлие) са поља КАУ, спроведено 2022. Подаци представљају средњу вредност ± стандардну девијацију.н ≥ 15, али је број плодова по парцели израчунат у просеку од 15 биљака са три парцеле (н = 3).Статистичка анализа је извршена коришћењем једносмерне анализе варијансе (АНОВА) и Тукеи-овог пост хоц теста или двостраног Студентовог т теста.Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
Сличну активност стимулације раста у погледу масе плода и биљне биомасе уочили смо и код јагода сорте Фестивал (Сл. 5), али нисмо нашли значајне разлике у укупном броју плодова по биљци или по парцели (Сл. 5). ..Занимљиво је да је примена МиЗак-а повећала дужину биљке и број столона, што указује да се ови регулатори раста биљака могу користити за побољшање раста воћака (Сл. 5).Поред тога, измерили смо неколико биохемијских параметара да бисмо разумели квалитет плодова две сорте сакупљене са поља, али нисмо добили никакве разлике између свих третмана (додатна слика С7; додатна слика С8).
Утицај МиЗак-а на структуру биљке и принос јагоде на пољу КАУ (Фестивалска сорта), 2022. Подаци су средња вредност ± стандардна девијација.н ≥ 15, али је број плодова по парцели израчунат у просеку од 15 биљака са три парцеле (н = 3).Статистичка анализа је извршена коришћењем једносмерне анализе варијансе (АНОВА) и Тукеи-овог пост хоц теста или двостраног Студентовог т теста.Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
У нашим студијама на јагодама, показало се да су биолошке активности МиЗак3 и МиЗак5 различите.Прво смо испитали ефекте третмана (Т) и године (И) на исту сорту (Свеет Цхарлие) користећи двосмерну АНОВА-у да бисмо одредили њихову интеракцију (Т к И).Сходно томе, ХА није имала утицаја на сорту јагоде (Свеет Цхарлие), док су 5 μМ МиЗак3 и МиЗак5 значајно повећале биомасу биљака и воћа (слика 6), што указује да су двосмерне интеракције два МиЗак-а веома сличне у промовисању јагоде. производње.
Процените ефекте третмана са 5 µМ (Т), година (И) и њихову интеракцију (Т к И) на јагоде (цв. Свеет Цхарлие).Подаци представљају средњу вредност ± стандардну девијацију.н ≥ 30. Статистичка анализа је извршена коришћењем двосмерне анализе варијансе (АНОВА).Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
Поред тога, имајући у виду да је активност МиЗак-а на две сорте била мало другачија (Слика 4; Слика 5), урадили смо двосмерни АНОВА упоређујући третман (Т) и две сорте (Ц).Прво, ниједан третман није утицао на број плодова по парцели (Слика 7), што указује да нема значајне интеракције између (Т к Ц) и сугерише да ни МиЗак ни ХА не доприносе укупном броју плодова.Насупрот томе, МиЗак (али не ХА) је значајно повећао масу биљке, масу плода, столоне и нове биљке (слика 7), што указује да МиЗак3 и МиЗак5 значајно подстичу раст различитих сорти јагода.На основу двосмерне АНОВА (Т к И) и (Т к Ц), можемо закључити да су активности МиЗак3 и МиЗак5 које подстичу раст у условима на терену веома сличне и конзистентне.
Процена третмана јагоде са 5 µМ (Т), две сорте (Ц) и њихова интеракција (Т к Ц).Подаци представљају средњу вредност ± стандардну девијацију.н ≥ 30, али је број плодова по парцели израчунат у просеку од 15 биљака са три парцеле (н = 6).Статистичка анализа је извршена коришћењем двосмерне анализе варијансе (АНОВА).Звездице означавају статистички значајне разлике у поређењу са симулацијом (*п < 0,05, **п < 0,01, ***п < 0,001, ****п < 0,0001; нс, није значајно).ХА – хуминска киселина;МЗ3, МиЗак3;МЗ5, МиЗак5.
Коначно, користили смо анализу главних компоненти (ПЦА) да проценимо ефекте примењених једињења на кромпир (Т к И) и јагоде (Т к Ц).Ове бројке показују да је третман ХА сличан ацетону у кромпиру или води у јагодама (слика 8), што указује на релативно мали позитиван ефекат на раст биљака.Занимљиво је да су укупни ефекти МиЗак3 и МиЗак5 показали исту расподелу у кромпиру (Слика 8А), док је дистрибуција ова два једињења у јагоди била различита (Слика 8Б).Иако су МиЗак3 и МиЗак5 показали претежно позитивну дистрибуцију у расту биљака и приносу, ПЦА анализа је показала да активност регулације раста такође може зависити од биљних врста.
Анализа главних компоненти (ПЦА) (А) кромпира (Т к И) и (Б) јагода (Т к Ц).Бодови за обе групе.Линија која повезује сваку компоненту води до центра кластера.
Укратко, на основу наших пет независних теренских студија о два вредна усева и у складу са нашим претходним извештајима од 2020. до 2022. године, МиЗак3 и МиЗак5 су обећавајући регулатори раста биљака који могу побољшати раст биљака различитих усева., укључујући житарице, дрвенасте биљке (урмене палме) и хортикултурне воћне културе26,27.Иако су молекуларни механизми изван њихових биолошких активности и даље неухватљиви, они имају велики потенцијал за примену на терену.Најбоље од свега, у поређењу са хуминском киселином, МиЗак се примењује у знатно мањим количинама (микромоларни или милиграмски ниво) и позитивни ефекти су израженији.Због тога процењујемо дозу МиЗак3 по примени (од ниске до високе концентрације): 3, 6 или 12 г/ха и дозу МиЗк5: 4, 7 или 13 г/ха, што ове ПГР чини корисним за побољшање приноса усева.Сасвим изводљиво.
Време поста: 15.03.2024