Der Klimawandel und das rasante Bevölkerungswachstum stellen die globale Ernährungssicherheit vor große Herausforderungen. Eine vielversprechende Lösung ist der EinsatzPflanzenwachstumsregulatoren(PGRs) zur Steigerung der Ernteerträge und zur Überwindung ungünstiger Wachstumsbedingungen wie Wüstenklima. Kürzlich haben das Carotinoid Zaxinon und zwei seiner Analoga (MiZax3 und MiZax5) eine vielversprechende wachstumsfördernde Wirkung bei Getreide- und Gemüsekulturen unter Treibhaus- und Freilandbedingungen gezeigt. Hier haben wir die Auswirkungen verschiedener Konzentrationen von MiZax3 und MiZax5 (5 μM und 10 μM im Jahr 2021; 2,5 μM und 5 μM im Jahr 2022) auf das Wachstum und den Ertrag von zwei hochwertigen Gemüsekulturen in Kambodscha untersucht: Kartoffeln und Erdbeeren. Arabien. In fünf unabhängigen Feldversuchen von 2021 bis 2022 verbesserte die Anwendung von beiden MiZax die agronomischen Eigenschaften der Pflanzen, die Ertragskomponenten und den Gesamtertrag signifikant. Es ist erwähnenswert, dass MiZax in viel niedrigeren Dosen verwendet wird als Huminsäure (eine weit verbreitete kommerzielle Verbindung, die hier zum Vergleich herangezogen wird). Unsere Ergebnisse zeigen also, dass MiZax ein sehr vielversprechender Pflanzenwachstumsregulator ist, der selbst unter Wüstenbedingungen und in relativ geringen Konzentrationen zur Stimulierung des Wachstums und Ertrags von Gemüsepflanzen eingesetzt werden kann.
Laut der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) müssen sich unsere Nahrungsmittelproduktionssysteme bis 2050 nahezu verdreifachen, um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren (FAO: Die Welt benötigt bis 2050 70 % mehr Nahrungsmittel1). Tatsächlich stellen schnelles Bevölkerungswachstum, Umweltverschmutzung, Schädlingsbefall und insbesondere hohe Temperaturen und Dürren infolge des Klimawandels Herausforderungen für die globale Ernährungssicherheit dar2. Die Steigerung des Bruttoertrags landwirtschaftlicher Nutzpflanzen unter suboptimalen Bedingungen ist daher eine der unbestreitbaren Lösungen für dieses drängende Problem. Pflanzenwachstum und -entwicklung hängen jedoch maßgeblich von der Nährstoffverfügbarkeit im Boden ab und werden durch widrige Umweltfaktoren wie Dürre, Salzgehalt oder biotischen Stress stark beeinträchtigt3,4,5. Diese Belastungen können sich negativ auf die Gesundheit und Entwicklung der Nutzpflanzen auswirken und letztlich zu geringeren Ernteerträgen führen6. Begrenzte Süßwasserressourcen beeinträchtigen zudem die Bewässerung der Nutzpflanzen erheblich, während der globale Klimawandel unweigerlich die Ackerfläche reduziert und Ereignisse wie Hitzewellen die Ernteproduktivität verringern7,8. Hohe Temperaturen sind in vielen Teilen der Welt, darunter auch in Saudi-Arabien, weit verbreitet. Der Einsatz von Biostimulanzien oder Pflanzenwachstumsregulatoren (PGRs) ist hilfreich, um den Wachstumszyklus zu verkürzen und den Ertrag von Nutzpflanzen zu steigern. Er kann die Pflanzentoleranz verbessern und Pflanzen befähigen, mit ungünstigen Wachstumsbedingungen zurechtzukommen9. In diesem Zusammenhang können Biostimulanzien und Pflanzenwachstumsregulatoren in optimalen Konzentrationen eingesetzt werden, um Pflanzenwachstum und Produktivität zu verbessern10,11.
Carotinoide sind Tetraterpenoide, die auch als Vorläufer der Phytohormone Abscisinsäure (ABA) und Strigolacton (SL)12,13,14 sowie der kürzlich entdeckten Wachstumsregulatoren Zaxinon, Anoren und Cyclocitral15,16,17,18,19 dienen. Die meisten tatsächlichen Metabolite, einschließlich der Carotinoid-Derivate, sind jedoch in natürlichen Quellen begrenzt und/oder instabil, was ihre direkte Anwendung in diesem Bereich schwierig macht. Daher wurden in den letzten Jahren mehrere ABA- und SL-Analoga/Mimetika entwickelt und für landwirtschaftliche Anwendungen getestet20,21,22,23,24,25. Ebenso haben wir kürzlich Mimetika von Zaxinon (MiZax) entwickelt, einem wachstumsfördernden Metaboliten, der seine Wirkung möglicherweise über die Verbesserung des Zuckerstoffwechsels und die Regulierung der SL-Homöostase in Reiswurzeln entfaltet19,26. Die Mimetika von Zaxinon 3 (MiZax3) und MiZax5 (chemische Strukturen in Abbildung 1A dargestellt) zeigten in Wildtyp-Reispflanzen, die hydroponisch und im Boden angebaut wurden, eine mit Zaxinon vergleichbare biologische Aktivität26. Darüber hinaus verbesserte die Behandlung von Tomaten, Dattelpalmen, grünem Paprika und Kürbis mit Zaxinon, MiZax3 und MiZx5 das Pflanzenwachstum und die Produktivität, d. h. den Paprikaertrag und die Qualität, unter Treibhaus- und Freilandbedingungen, was auf ihre Rolle als Biostimulanzien und den Nutzen von PGR27 hindeutet. Interessanterweise verbesserten MiZax3 und MiZax5 auch die Salztoleranz von grünem Paprika, der unter Bedingungen mit hohem Salzgehalt angebaut wurde, und MiZax3 erhöhte den Zinkgehalt der Frucht, wenn es mit zinkhaltigen Metall-organischen Gerüsten eingekapselt wurde7,28.
(A) Chemische Struktur von MiZax3 und MiZax5. (B) Wirkung der Blattspritzung von MZ3 und MZ5 in Konzentrationen von 5 µM und 10 µM auf Kartoffelpflanzen unter Freilandbedingungen. Das Experiment findet 2021 statt. Die Daten werden als Mittelwert ± SD dargestellt. n≥15. Die statistische Analyse erfolgte mittels univariater Varianzanalyse (ANOVA) und Tukeys Post-hoc-Test. Sternchen zeigen statistisch signifikante Unterschiede im Vergleich zur Simulation an (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5. HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
In dieser Arbeit haben wir MiZax (MiZax3 und MiZax5) in drei Blattkonzentrationen (5 µM und 10 µM im Jahr 2021 sowie 2,5 µM und 5 µM im Jahr 2022) bewertet und mit Kartoffeln (Solanum tuberosum L) verglichen. Der kommerzielle Wachstumsregulator Huminsäure (HA) wurde in Erdbeer-Gewächshausversuchen in den Jahren 2021 und 2022 sowie in vier Feldversuchen im Königreich Saudi-Arabien, einer typischen Wüstenklimaregion, mit Erdbeeren (Fragaria ananassa) verglichen. Obwohl HA ein weit verbreitetes Biostimulans mit vielen positiven Wirkungen ist, darunter eine verbesserte Nährstoffnutzung im Boden und die Förderung des Pflanzenwachstums durch die Regulierung der hormonellen Homöostase, deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass MiZax HA überlegen ist.
Kartoffelknollen der Sorte Diamond wurden von der Jabbar Nasser Al Bishi Trading Company, Dschidda, Saudi-Arabien, erworben. Setzlinge der beiden Erdbeersorten „Sweet Charlie“ und „Festival“ sowie Huminsäure wurden von der Modern Agritech Company, Riad, Saudi-Arabien, erworben. Das gesamte in dieser Arbeit verwendete Pflanzenmaterial entspricht der IUCN-Richtlinie zur Forschung an gefährdeten Arten und dem Übereinkommen über den internationalen Handel mit gefährdeten Arten freilebender Tiere und Pflanzen.
Der Versuchsstandort befindet sich in Hada Al-Sham, Saudi-Arabien (21°48′3″N, 39°43′25″E). Der Boden besteht aus sandigem Lehm, pH 7,8, EC 1,79 dcm-130. Die Bodeneigenschaften sind in der Ergänzungstabelle S1 aufgeführt.
Erdbeersetzlinge (Fragaria x ananassa D. var. Festival) in drei echten Blattstadien wurden in drei Gruppen aufgeteilt, um die Wirkung des Blattspritzens mit 10 μM MiZax3 und MiZax5 auf Wachstumseigenschaften und Blütezeit unter Treibhausbedingungen zu bewerten. Das Besprühen der Blätter mit Wasser (mit 0,1 % Aceton) wurde als Modellbehandlung verwendet. MiZax-Blattsprays wurden 7-mal im Abstand von einer Woche angewendet. Zwei unabhängige Experimente wurden am 15. und 28. September 2021 durchgeführt. Die Anfangsdosis jeder Verbindung beträgt 50 ml und wird dann schrittweise auf eine Enddosis von 250 ml erhöht. Zwei aufeinanderfolgende Wochen lang wurde die Zahl der blühenden Pflanzen täglich aufgezeichnet und die Blührate zu Beginn der vierten Woche berechnet. Zur Bestimmung der Wachstumsmerkmale wurden Blattzahl, Frisch- und Trockengewicht der Pflanze, Gesamtblattfläche und Zahl der Stolonen pro Pflanze am Ende der Wachstumsphase und zu Beginn der Fortpflanzungsphase gemessen. Die Blattfläche wurde mit einem Blattflächenmessgerät gemessen und frische Proben wurden 48 Stunden lang in einem Ofen bei 100 °C getrocknet.
Es wurden zwei Feldversuche durchgeführt: frühes und spätes Pflügen. Kartoffelknollen der Sorte „Diamant“ wurden im November und Februar gepflanzt, mit frühen bzw. späten Reifezeiten. Biostimulanzien (MiZax-3 und -5) wurden in Konzentrationen von 5,0 und 10,0 µM (2021) und 2,5 und 5,0 µM (2022) verabreicht. 8-mal pro Woche wurde 1 g/l Huminsäure (HA) gesprüht. Wasser oder Aceton wurde als Negativkontrolle verwendet. Das Feldversuchsdesign ist in (Ergänzende Abbildung S1) dargestellt. Für die Feldversuche wurde ein randomisiertes Blockdesign (RCBD) mit einer Parzellenfläche von 2,5 m × 3,0 m verwendet. Jede Behandlung wurde dreimal als unabhängige Replikate wiederholt. Der Abstand zwischen den Parzellen beträgt 1,0 m und der Abstand zwischen den Blöcken 2,0 m. Der Abstand zwischen den Pflanzen beträgt 0,6 m, der Abstand zwischen den Reihen beträgt 1 m. Die Kartoffelpflanzen wurden täglich mit 3,4 l pro Tropfbewässerung bewässert. Das System lief zweimal täglich für jeweils 10 Minuten, um die Pflanzen mit Wasser zu versorgen. Alle empfohlenen agrotechnischen Methoden für den Kartoffelanbau unter Dürrebedingungen wurden angewendet31. Vier Monate nach der Pflanzung wurden Pflanzenhöhe (cm), Anzahl der Triebe pro Pflanze, Kartoffelzusammensetzung und -ertrag sowie Knollenqualität mit Standardverfahren gemessen.
Sämlinge zweier Erdbeersorten (Sweet Charlie und Festival) wurden unter Feldbedingungen getestet. Biostimulanzien (MiZax-3 und -5) wurden achtmal pro Woche in Konzentrationen von 5,0 und 10,0 µM (2021) sowie 2,5 und 5,0 µM (2022) als Blattsprays eingesetzt. Parallel zu MiZax-3 und -5 wurde 1 g HA pro Liter als Blattspray verwendet, mit einer H2O-Kontrollmischung oder Aceton als Negativkontrolle. Erdbeersämlinge wurden Anfang November auf einem 2,5 x 3 m großen Feld mit einem Pflanzabstand von 0,6 m und einem Reihenabstand von 1 m gepflanzt. Der Versuch wurde am RCBD durchgeführt und dreimal wiederholt. Die Pflanzen wurden täglich um 7:00 und 17:00 Uhr zehn Minuten lang mit einem Tropfbewässerungssystem bewässert, dessen Tropfrohre im Abstand von 0,6 m angeordnet waren und ein Fassungsvermögen von 3,4 Litern hatten. Agrotechnische Komponenten und Ertragsparameter wurden während der Wachstumsperiode gemessen. Die Fruchtqualität, einschließlich TSS (%), Vitamin C32, Säuregehalt und Gesamtphenolgehalt33, wurde im Labor für Nacherntephysiologie und -technologie der König-Abdulaziz-Universität beurteilt.
Die Daten werden als Mittelwerte und die Variationen als Standardabweichungen ausgedrückt. Die statistische Signifikanz wurde mittels einfaktorieller ANOVA (einfaktorielle ANOVA) oder zweifaktorieller ANOVA mittels Tukeys Mehrfachvergleichstest mit einem Wahrscheinlichkeitsniveau von p < 0,05 oder einem zweiseitigen Student-t-Test zur Erkennung signifikanter Unterschiede (*p < 0,05, * *p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001) ermittelt. Alle statistischen Interpretationen wurden mit GraphPad Prism Version 8.3.0 durchgeführt. Assoziationen wurden mittels Hauptkomponentenanalyse (PCA), einem multivariaten statistischen Verfahren, unter Verwendung des R-Pakets 34 getestet.
In einem früheren Bericht haben wir die wachstumsfördernde Wirkung von MiZax in Konzentrationen von 5 und 10 μM bei Gartenpflanzen nachgewiesen und den Chlorophyllindikator im Soil Plant Assay (SPAD) verbessert27. Basierend auf diesen Ergebnissen verwendeten wir die gleichen Konzentrationen, um die Auswirkungen von MiZax auf Kartoffeln, eine wichtige globale Nahrungspflanze, in Feldversuchen in Wüstenklima im Jahr 2021 zu bewerten. Insbesondere wollten wir testen, ob MiZax die Ansammlung von Stärke, dem Endprodukt der Photosynthese, erhöhen kann. Insgesamt verbesserte die Anwendung von MiZax das Wachstum von Kartoffelpflanzen im Vergleich zu Huminsäure (HA), was zu einer Zunahme der Pflanzenhöhe, der Biomasse und der Anzahl der Verzweigungen führte (Abb. 1B). Darüber hinaus beobachteten wir, dass 5 μM MiZax3 und MiZax5 im Vergleich zu 10 μM einen stärkeren Effekt auf die Zunahme der Pflanzenhöhe, der Anzahl der Verzweigungen und der Pflanzenbiomasse hatten (Abbildung 1B). Neben verbessertem Wachstum steigerte MiZax auch den Ertrag, gemessen an Anzahl und Gewicht der geernteten Knollen. Der positive Gesamteffekt war bei einer MiZax-Konzentration von 10 μM weniger ausgeprägt, was darauf hindeutet, dass diese Verbindungen in niedrigeren Konzentrationen verabreicht werden sollten (Abbildung 1B). Darüber hinaus beobachteten wir keine Unterschiede in allen aufgezeichneten Parametern zwischen der Behandlung mit Aceton (Schein) und Wasser (Kontrolle). Dies deutet darauf hin, dass die beobachteten wachstumsmodulierenden Effekte nicht durch das Lösungsmittel verursacht wurden, was mit unserem vorherigen Bericht übereinstimmt27.
Da die Kartoffelanbausaison in Saudi-Arabien aus früher und später Reifung besteht, haben wir 2022 eine zweite Feldstudie mit niedrigen Konzentrationen (2,5 und 5 µM) über zwei Saisons durchgeführt, um die saisonalen Auswirkungen von offenen Feldern zu bewerten (Ergänzende Abbildung S2A). Wie erwartet führten beide Anwendungen von 5 µM MiZax zu ähnlichen wachstumsfördernden Effekten wie im ersten Versuch: erhöhte Pflanzenhöhe, verstärkte Verzweigung, höhere Biomasse und erhöhte Knollenzahl (Abb. 2; Ergänzende Abbildung S3). Wichtig ist, dass wir signifikante Effekte dieser PGRs bei einer Konzentration von 2,5 µM beobachtet haben, während die GA-Behandlung nicht die vorhergesagten Effekte zeigte. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass MiZax auch in niedrigeren Konzentrationen als erwartet verwendet werden kann. Darüber hinaus erhöhte die MiZax-Anwendung auch die Länge und Breite der Knollen (Ergänzende Abbildung S2B). Wir stellten auch eine signifikante Zunahme des Knollengewichts fest, aber die Konzentration von 2,5 µM wurde nur in beiden Pflanzsaisons angewendet.
Pflanzenphänotypische Bewertung des Einflusses von MiZax auf frühreifende Kartoffelpflanzen im KAU-Feld, durchgeführt 2022. Die Daten stellen Mittelwert ± Standardabweichung dar. n≥15. Die statistische Analyse erfolgte mittels univariater Varianzanalyse (ANOVA) und Tukeys Post-hoc-Test. Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5. HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Um die Auswirkungen der Behandlung (T) und des Jahres (Y) besser zu verstehen, wurde ihre Wechselwirkung (T x Y) mittels zweifaktorieller ANOVA untersucht. Obwohl alle Biostimulanzien (T) die Höhe und Biomasse der Kartoffelpflanzen signifikant erhöhten, erhöhten nur MiZax3 und MiZax5 die Knollenanzahl und das Knollengewicht signifikant. Dies deutet darauf hin, dass die wechselseitigen Reaktionen der Kartoffelknollen auf die beiden MiZax-Medikamente im Wesentlichen ähnlich waren (Abb. 3). Darüber hinaus wird das Wetter zu Beginn der Saison (https://www.timeanddate.com/weather/saudi-arabia/jeddah/climate) wärmer (durchschnittlich 28 °C und 52 % Luftfeuchtigkeit (2022), was die Gesamtbiomasse der Knollen signifikant reduziert (Abb. 2; ergänzende Abb. S3).
Untersuchen Sie die Auswirkungen einer 5-µm-Behandlung (T), eines Jahres (Y) und deren Wechselwirkung (T x Y) auf Kartoffeln. Die Daten stellen Mittelwert ± Standardabweichung dar. n ≥ 30. Die statistische Analyse erfolgte mittels zweifaktorieller Varianzanalyse (ANOVA). Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Die Behandlung mit Myzax stimulierte jedoch dennoch das Wachstum spät reifender Pflanzen. Insgesamt zeigten unsere drei unabhängigen Experimente zweifelsfrei, dass die Anwendung von MiZax die Pflanzenstruktur durch Erhöhung der Verzweigungszahl signifikant beeinflusst. Tatsächlich gab es nach der MiZax-Behandlung einen signifikanten wechselseitigen Wechselwirkungseffekt zwischen (T) und (Y) auf die Verzweigungszahl (Abb. 3). Dieses Ergebnis steht im Einklang mit ihrer Aktivität als negative Regulatoren der Strigolacton(SL)-Biosynthese26. Außerdem haben wir zuvor gezeigt, dass die Behandlung mit Zaxinon eine Stärkeansammlung in Reiswurzeln verursacht35, was die Größen- und Gewichtszunahme von Kartoffelknollen nach der MiZax-Behandlung erklären könnte, da die Knollen hauptsächlich aus Stärke bestehen.
Obstkulturen sind wichtige Wirtschaftspflanzen. Erdbeeren reagieren empfindlich auf abiotischen Stress wie Dürre und hohe Temperaturen. Daher untersuchten wir die Wirkung von MiZax auf Erdbeeren durch Besprühen der Blätter. Wir verabreichten MiZax zunächst in einer Konzentration von 10 µM, um seine Wirkung auf das Erdbeerwachstum (Sorte Festival) zu bewerten. Interessanterweise beobachteten wir, dass MiZax3 die Anzahl der Ausläufer signifikant erhöhte, was einer verstärkten Verzweigung entsprach, während MiZax5 die Blüterate, die Pflanzenbiomasse und die Blattfläche unter Treibhausbedingungen verbesserte (Ergänzende Abbildung S4). Dies deutet darauf hin, dass diese beiden Verbindungen biologisch variieren könnten. Ereignisse 26,27. Um ihre Auswirkungen auf Erdbeeren unter realen landwirtschaftlichen Bedingungen besser zu verstehen, führten wir 2021 Feldversuche durch, bei denen wir 5 und 10 µM MiZax auf Erdbeerpflanzen (Sorte Sweet Charlie) in halbsandigem Boden anwendeten (Abb. S5A). Im Vergleich zur GC-Methode beobachteten wir keinen Anstieg der Pflanzenbiomasse, stellten aber einen Trend zu einer Zunahme der Fruchtanzahl fest (Abb. C6A-B). Die Anwendung von MiZax führte jedoch zu einer signifikanten Zunahme des Einzelfruchtgewichts und deutete auf eine Konzentrationsabhängigkeit hin (Ergänzende Abbildung S5B; Ergänzende Abbildung S6B). Dies weist auf den Einfluss dieser Pflanzenwachstumsregulatoren auf die Qualität der Erdbeerfrüchte bei Anwendung unter Wüstenbedingungen hin.
Um zu verstehen, ob die wachstumsfördernde Wirkung je nach Sorte variiert, haben wir zwei kommerzielle Erdbeersorten in Saudi-Arabien (Sweet Charlie und Festival) ausgewählt und 2022 zwei Feldstudien mit niedrigen MiZax-Konzentrationen (2,5 und 5 µM) durchgeführt. Bei Sweet Charlie nahm die Gesamtzahl der Früchte zwar nicht signifikant zu, aber die Fruchtbiomasse der mit MiZax behandelten Pflanzen war generell höher, und die Anzahl der Früchte pro Parzelle nahm nach der MiZax3-Behandlung zu (Abb. 4). Diese Daten legen ferner nahe, dass sich die biologischen Aktivitäten von MiZax3 und MiZax5 unterscheiden könnten. Darüber hinaus beobachteten wir nach der Behandlung mit Myzax eine Zunahme des Frisch- und Trockengewichts der Pflanzen sowie der Länge der Pflanzentriebe. Bezüglich der Anzahl der Stolonen und neuen Pflanzen stellten wir nur bei 5 µM MiZax einen Anstieg fest (Abb. 4), was darauf hindeutet, dass die optimale MiZax-Koordination von der Pflanzenart abhängt.
Die Wirkung von MiZax auf Pflanzenstruktur und Erdbeerertrag (Sorte Sweet Charlie) auf KAU-Feldern, durchgeführt 2022. Die Daten stellen Mittelwert ± Standardabweichung dar. n ≥ 15, aber die Anzahl der Früchte pro Parzelle wurde durchschnittlich aus 15 Pflanzen aus drei Parzellen berechnet (n = 3). Die statistische Analyse erfolgte mittels univariater Varianzanalyse (ANOVA) und Tukeys Post-hoc-Test bzw. zweiseitigem Student-t-Test. Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede im Vergleich zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Wir beobachteten auch eine ähnliche wachstumsfördernde Wirkung hinsichtlich Fruchtgewicht und Pflanzenbiomasse bei Erdbeeren der Sorte Festival (Abb. 5), konnten jedoch keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtzahl der Früchte pro Pflanze oder pro Parzelle feststellen (Abb. 5). Interessanterweise erhöhte die Anwendung von MiZax die Pflanzenlänge und die Anzahl der Stolonen, was darauf hindeutet, dass diese Pflanzenwachstumsregulatoren zur Verbesserung des Wachstums von Obstkulturen eingesetzt werden können (Abb. 5). Zusätzlich haben wir mehrere biochemische Parameter gemessen, um die Fruchtqualität der beiden auf dem Feld gesammelten Sorten zu verstehen, konnten jedoch keine Unterschiede zwischen den Behandlungen feststellen (Ergänzende Abbildung S7; Ergänzende Abbildung S8).
Einfluss von MiZax auf Pflanzenstruktur und Erdbeerertrag im KAU-Feld (Festivalsorte), 2022. Die Daten sind Mittelwert ± Standardabweichung. n ≥ 15, aber die Anzahl der Früchte pro Parzelle wurde durchschnittlich aus 15 Pflanzen aus drei Parzellen berechnet (n = 3). Die statistische Analyse erfolgte mittels univariater Varianzanalyse (ANOVA) und Tukeys Post-hoc-Test bzw. zweiseitigem Student-t-Test. Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede im Vergleich zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
In unseren Studien an Erdbeeren erwiesen sich die biologischen Aktivitäten von MiZax3 und MiZax5 als unterschiedlich. Wir untersuchten zunächst die Auswirkungen der Behandlung (T) und des Jahres (Y) auf dieselbe Sorte (Sweet Charlie) mithilfe einer zweifaktoriellen ANOVA, um ihre Wechselwirkung (T x Y) zu bestimmen. Demnach hatte HA keinen Effekt auf die Erdbeersorte (Sweet Charlie), während 5 μM MiZax3 und MiZax5 die Pflanzen- und Fruchtbiomasse signifikant erhöhten (Abb. 6). Dies deutet darauf hin, dass die Wechselwirkungen der beiden MiZax-Sorten in Bezug auf die Förderung der Erdbeerproduktion sehr ähnlich sind.
Bewerten Sie die Auswirkungen einer 5-µM-Behandlung (T), des Jahres (Y) und der Wechselwirkung (T x Y) auf Erdbeeren (Sorte Sweet Charlie). Die Daten stellen Mittelwert ± Standardabweichung dar. n ≥ 30. Die statistische Analyse erfolgte mittels zweifaktorieller Varianzanalyse (ANOVA). Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Da die MiZax-Aktivität bei den beiden Sorten leicht unterschiedlich war (Abb. 4; Abb. 5), haben wir außerdem eine zweifaktorielle ANOVA durchgeführt, bei der wir die Behandlung (T) und die beiden Sorten (C) verglichen haben. Erstens hatte keine Behandlung Auswirkungen auf die Fruchtzahl pro Parzelle (Abb. 7), was auf keine signifikante Wechselwirkung zwischen (T x C) hindeutet und nahelegt, dass weder MiZax noch HA zur Gesamtfruchtzahl beitragen. Im Gegensatz dazu erhöhte MiZax (aber nicht HA) das Pflanzengewicht, das Fruchtgewicht, die Ausläufer und die Zahl neuer Pflanzen signifikant (Abb. 7), was darauf hindeutet, dass MiZax3 und MiZax5 das Wachstum verschiedener Erdbeerpflanzensorten signifikant fördern. Basierend auf der zweifaktoriellen ANOVA (T x Y) und (T x C) können wir schlussfolgern, dass die wachstumsfördernden Aktivitäten von MiZax3 und MiZax5 unter Feldbedingungen sehr ähnlich und konsistent sind.
Bewertung der Erdbeerbehandlung mit 5 µM (T), zwei Sorten (C) und deren Wechselwirkung (T x C). Die Daten stellen Mittelwert ± Standardabweichung dar. n ≥ 30, die Anzahl der Früchte pro Parzelle wurde jedoch durchschnittlich aus 15 Pflanzen aus drei Parzellen berechnet (n = 6). Die statistische Analyse erfolgte mittels zweifaktorieller Varianzanalyse (ANOVA). Sternchen kennzeichnen statistisch signifikante Unterschiede zur Simulation (*p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001; ns, nicht signifikant). HA – Huminsäure; MZ3, MiZax3; MZ5, MiZax5.
Abschließend verwendeten wir eine Hauptkomponentenanalyse (PCA), um die Auswirkungen der eingesetzten Verbindungen auf Kartoffeln (T x Y) und Erdbeeren (T x C) zu bewerten. Diese Abbildungen zeigen, dass die HA-Behandlung ähnlich wie Aceton bei Kartoffeln oder Wasser bei Erdbeeren wirkt (Abbildung 8), was auf einen relativ geringen positiven Effekt auf das Pflanzenwachstum hindeutet. Interessanterweise zeigten die Gesamteffekte von MiZax3 und MiZax5 bei Kartoffeln die gleiche Verteilung (Abbildung 8A), während die Verteilung dieser beiden Verbindungen bei Erdbeeren unterschiedlich war (Abbildung 8B). Obwohl MiZax3 und MiZax5 eine überwiegend positive Verteilung hinsichtlich Pflanzenwachstum und Ertrag zeigten, deutete die PCA-Analyse darauf hin, dass die wachstumsregulierende Aktivität auch von der Pflanzenart abhängen könnte.
Hauptkomponentenanalyse (PCA) von (A) Kartoffeln (T x Y) und (B) Erdbeeren (T x C). Ergebnisdiagramme für beide Gruppen. Eine Verbindungslinie zwischen den Komponenten führt zum Zentrum des Clusters.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MiZax3 und MiZax5, basierend auf unseren fünf unabhängigen Feldstudien mit zwei wertvollen Kulturpflanzen und in Übereinstimmung mit unseren vorherigen Berichten aus den Jahren 2020 bis 202226, vielversprechende Pflanzenwachstumsregulatoren sind, die das Pflanzenwachstum verschiedener Kulturpflanzen verbessern können, darunter Getreide, Gehölze (Dattelpalmen) und Obstgartenkulturen26,27. Obwohl die molekularen Mechanismen jenseits ihrer biologischen Aktivitäten noch schwer fassbar sind, besitzen sie großes Potenzial für die Anwendung im Feld. Das Beste daran ist, dass MiZax im Vergleich zu Huminsäure in viel kleineren Mengen (Mikromolar- oder Milligramm-Ebene) angewendet wird und die positiven Effekte ausgeprägter sind. Daher schätzen wir die Dosierung pro Anwendung von MiZax3 (von niedriger bis hoher Konzentration): 3, 6 oder 12 g/ha und die Dosierung von MiZx5: 4, 7 oder 13 g/ha, was diese PGRs zur Verbesserung der Ernteerträge nützlich macht. Durchaus machbar.
Veröffentlichungszeit: 15. März 2024