Біостимулятор запобігає втраті врожаю та зменшує окислювальну шкоду в рослинах томатів, вирощених при зниженому живленні NPK *

* Це дослідження було проведено на сільськогосподарському факультеті Університету Баня-Луки.

повна

  • Завантажити цитату
  • https://doi.org/10.1080/17429145.2017.1319503
  • CrossMark

Взаємодія рослин і грунтів (включаючи взаємодію рослин і води)

  • Повна стаття
  • Цифри та дані
  • Список літератури
  • Додаткові
  • Цитати
  • Метрики
  • Ліцензування
  • Передруки та дозволи
  • PDF

АНОТАЦІЯ

Рослинні біостимулятори - це речовини, здатні змінювати фізіологічні процеси в рослинах таким чином, що забезпечують потенційні переваги для росту, розвитку або реакції на стрес. У цьому дослідженні досліджували ефекти застосування біостимулятора на двох гібридах томатів (Ombeline F1 та Bostina F1), які піддавались зниженому харчуванню азотом, фосфором та калієм (NPK) з метою запобігання утворенню окисного стресу, а також врожайності та втрати якості плодів. Згідно з отриманими результатами, позакореневе нанесення біостимулятора Viva® знижувало активність супероксиддисмутази (SOD, EC 1.15.1.1) та пероксидази (POD, EC 1.11.1.7) у листках томатів, навіть якщо рекомендоване живлення NPK було знижено на 40%. Параметри якості плодів (загальна кількість розчинних твердих речовин, загальна кислотність, вміст аскорбінової кислоти та лікопіну) та врожайність також підтримувались при зниженому удобренні макроелементами при додаванні біостимулятора. Поєднання біостимулятора зі зниженим вмістом добрив NPK забезпечило стабільність клітинного гомеостазу в рослинах томатів та їх кращу адаптацію до стресових умов. Обговорено можливість використання біостимулятора як екологічно чистого інструменту при скороченні мінеральних добрив без негативних наслідків щодо врожайності та якості плодів.

1. Вступ

2. Матеріал і методи

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 1. Склад та фізичні властивості біостимулятора VIVA® (www.valagro.com).

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 2. Застосовуване мінеральне живлення (NPK) на рослину (г/рослина).

2.1. Відбір проб листя та плодів

Складені листки (листкова пластинка без черешка) відбирали під другою, третьою та четвертою плодоносною гілкою, щоб отримати однорідну пробу. Зразки були розділені на дві групи: перша частина була порошкоподібною у рідкому азоті і була використана для ферментативної екстракції та аналізу фотосинтезуючих пігментів. Другу частину листя сушили при нормальній кімнатній температурі і використовували для аналізу загальних фенолів та загальної антиоксидантної здатності (TAC).

Плоди відбирали з першої, другої, третьої та четвертої плодоносної гілки, гомогенізували в блендері, а отриману кашу використовували для аналізу загальної кількості розчинних твердих речовин, загальної кислотності, лікопіну та аскорбінової кислоти.

2.2. Визначення загального врожаю

Для визначення загального врожаю плодів усі плоди відбирали з плодоносних гілок і вимірювали їх масу за допомогою технічного балансу KERN 440, а результати подавали у грамах/рослина.

2.3. Визначення вмісту аскорбінової кислоти в плодах

Визначення вмісту аскорбінової кислоти проводили титриметричним методом із застосуванням стандартизованої аналітичної процедури (AOAC 1990). Фруктову кашку (25 г) гомогенізували в ступці з 20 мл 1% HCl (мас./Об.). Після фільтрування екстракт розчиняли у 100 мл 1% щавлевої кислоти, а 10 мл аликвот титрували 2,6-дихлорфенол-індофенолом (реагент Тілмана). Кінцеву точку титрування визначали як рожевий колір, який зберігається протягом принаймні 15 с закручування. Комерційну L-аскорбінову кислоту використовували як стандарт, а розрахункові значення виражали у мкг × g −1 FW.

2.4. Визначення загальної кількості розчинних твердих речовин у плодах

Свіжий томатний сік із фруктової каші брали для визначення загального вмісту розчинних твердих речовин за допомогою цифрового рефрактометра. Сік із зразка видавлювали безпосередньо на рефрактометр і значення виражали в ° одиниць Брикса проти показника заломлення.

2.5. Визначення загальної кислотності плодів

Фруктову кашку (25 г) екстрагували в ступці з dH2O і гомогенат інкубували на водяній бані при 80 ° С протягом 30 хв. Після фільтрування екстракт розчиняли у 250 мл dH2O. Вміст титруваних кислот визначали потенціометричним титруванням, використовуючи 0,1 М гідроксид натрію та фенолфталеїн як індикатор (Caretto et al. 2008). Значення виражаються у мг × g −1 FW.

2.6. Визначення вмісту лікопіну в плодах

Метод екстракції проводили згідно з Fish et al. (2002). Фруктову кашку (0,5 г) гомогенізували в 5 мл 0,05% бутильованого гідрокситолуолу (ВНТ), розчиненого в ацетоні (мас./Об.), І додавали 15 мл суміші етанол: гексан (1: 2). Потім зразки перемішували на магнітній пластині для перемішування протягом 15 хв і після струшування додавали 3 мл dH2O. Після поділу фаз при кімнатній температурі протягом 5 хв шар гексану використовували для поглинання, вимірюючи при 503 нм, використовуючи гексан як заготовку. Комерційну лікопінову суміш використовували як стандартну сполуку, а вміст лікопену в плодах томатів виражали у мкг × г −1 FW.

2.7. Визначення концентрації фотосинтетичного пігменту

Відбирали рослинний матеріал (0,5 г) (листова пластинка без черешка) та гомогенізували товкачем у ступці із застосуванням 100% ацетону. Після фільтрування та розведення об'єму 25 мл абсорбцію вимірювали при 662, 644 та 440 нм ацетоном у вигляді порожньої. Для оцінки використовували молярні коефіцієнти поглинання Холма (1954) та Веттштейна (1957), а результати виражали у mg × g −1 FW.

2.8. Визначення загальної концентрації фенолів (ТП) та ТАС у листках

Сухе листя подрібнювали та гомогенізували в ступці з 30% етанолом (1:40 мас./Об.). Гомогенат інкубували на водяній бані протягом однієї години при 60 ° C із зворотним холодильником. Після фільтрування екстракт розчиняли в 30% етанолі і використовували для подальшого аналізу. Загальний вміст фенолів визначали спектрофотометрично, виходячи з реакції фенолів з реактивом Фолін – Ціокальтеу (Ough & Amerine 1988). Галлову кислоту (ГА) використовували як стандарт, а концентрацію фенолу виражали у мг ГА × г −1 DW. ТАС визначали методом FRAP (Ferric Reducing/Antioxidative power) (Benzie & Strain 1996), який базується на здатності екстракту зменшувати іони Fe 3+ до іонів Fe 2+ у розчині 2, 4, 6- трипіридил- s-триазин (TPTZ) і TAC виражається як Fe 2+ × g −1 DW.

2.9. Визначення активності POD та SOD у листках

Рослинний матеріал екстрагували в 100 мМ Na-Pi буфері рН 6,4, що містить 0,2% TWEEN і 1 мМ фенілметансульфонілфториду. Гомогенат центрифугували протягом 10 хв при 10000 об/хв при + 4 ° C і супернатант використовували для аналізу розчинних білків. Загальний вміст білка визначали Lowry et al. (1951). Власний електрофорез проводили на 10% поліакриламідному гелі з буфером для електрофорезу 0,025 М Трис та 0,192 М гліцином (рН 8,3) та інтенсивністю електричного струму 120 та 160 В. Перед завантаженням на гель зразки змішували із завантажувальним буфером (50 мМ Трис рН 6,8, 10% гліцерину та 0,1% бромофенолового синього) у співвідношенні 2: 1 та 15 мкг білка.

Для SOD гелі для візуалізації інкубували 30 хв у специфічному розчині, що вмирає (100 мМ трис-буфера рН 7,8, 0,1 М ЕДТА, 0,245 мМ нітрат-синього тетразолію, 0,133 мМ рибофлавіну, 1,72 мМ ТЕМЕД). Після інкубації гелі висвітлювали під ультрафіолетовим світлом, а ізоформи SOD виявляли у вигляді білих смуг на фіолетовому гелі.

Ізоформи POD виявляли як фіолетові смужки після інкубації гелю в специфічному розчині, що вмирає (0,01% 4-хлор-α-нафтолу та 0,03% перекису водню в 0,1 M Na-Pi pH 6,4. Всі гелі сканували, а потім значення Rf ізоформ та ферментативні активності визначали методом денситометрії за допомогою програмного забезпечення Image Master Total Lab TL 120 (Nonlinear Dynamics Ltd., Дарем, США).

2.10. Статистична обробка даних

Дані аналізували за допомогою SPSS Statistics 23 (2013). Проведено дисперсійний аналіз (ANOVA), а достовірність відмінностей між лікуваннями перевірено з використанням найменш значущої різниці (ЛСД). Відмінності були оголошені значними на стор Біостимулятор запобігає втраті врожаю та зменшує окислювальну шкоду в рослинах томатів, вирощених при зниженому живленні NPK *

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 3. Загальний урожай плодів (г) з рослини ± SE на гібридах томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення.

3.2. Параметри якості плодів

Зниження живлення NPK призвело до статистично значущого зменшення розчинних твердих речовин та загальної кислотності в обох гібридах порівняно з контролем (рис. 1 (а) та (б)). Важливо підкреслити, що вміст загальної кислотності зменшився більше, ніж вміст розчинних твердих речовин. Отже, в омбелине F1 зменшення живлення спричинило зменшення вмісту розчинних твердих речовин на 20% та загальної кислотності на 30%, тоді як у бостіні F1 розчинні тверді речовини зменшились на 21%, а загальна кислотність на 32%. Ці результати можуть свідчити про те, що дефіцит NPK сильно пригнічує синтез кислот, ніж розчинні тверді речовини в плодах обох гібридів. Незначне зниження вмісту розчинних твердих речовин було помічене у плодах томатів із стандартним живленням NPK біостимулятором (у омбелине F1 на 12% та у бостіні F1 на 10%). Застосування біостимуляторів у стандартному харчуванні NPK знижувало загальну кислотність фруктів лише у гібридному омбліне F1 на 11%. У рослин, що ростуть із зниженим живленням NPK біостимулятором, спостерігалось статистично значуще зниження розчинних твердих речовин, але підвищена загальна кислотність плодів у гібриді Бостина F1. У гібридному Ombeline F1 суттєвих змін цих двох параметрів не помічено.

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 1. Вміст загальних розчинних твердих речовин (A), загальної титруваної кислотності (B), аскорбінової кислоти (C) та лікопену (D) у плодах гібридів томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення: S: стандартне харчування ( 100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з додаванням біостимуляторів; RV: знижене харчування (40% NPK) з додаванням біостимуляторів. *: Суттєво різне (стор Рисунок 1. Вміст загальних розчинних твердих речовин (A), загальної титруваної кислотності (B), аскорбінової кислоти (C) та лікопену (D) у плодах гібридів томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення: S: стандартне харчування ( 100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з додаванням біостимуляторів; RV: знижене харчування (40% NPK) з додаванням біостимуляторів. *: Суттєво різне (стор Біостимулятор запобігає втраті врожаю та зменшує окислювальну шкоду в рослинах томатів, вирощених при зниженому живленні NPK *

Опубліковано в Інтернеті:

Таблиця 4. Концентрація загального розчинного білка та фотосинтетичного пігменту (загальний хлорофіл та каротиноїди) ± SE у листках гібридів томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення.

3.4. Антиоксидантна здатність листя та вміст фенолу

Отримані результати показали статистично значуще збільшення загального вмісту фенолу (TPC) у рослинах, вирощених із зниженим живленням, порівняно зі стандартним живленням в обох досліджуваних гібридах (у Ombeline F1 28% та у Bostina F1 71%) (Рисунок 2 (a)). Крім того, зменшення харчування призвело до збільшення ТАС, в Омбеліні F1 на 43% і в Бостіні F1 на 80% (рис. 2 (b)). Біостимулятор у поєднанні зі стандартним живленням підвищував TP і TAC зі статистичною значимістю в обох досліджуваних гібридах, тоді як біостимулятор зі зниженим живленням призводив до значного зниження TC і TAC у листі томатів. У Ombeline F1 додавання біостимуляторів до зменшеного харчування знижує ТП на 57%, а ТАС - на 59%, тоді як у Bostina F1 зазначене лікування зменшує ТП на 14%, а ТАС - на 24%.

Опубліковано в Інтернеті:

Рисунок 2. Концентрація загальних фенолів, TP (A) та загальної антиоксидантної здатності, TAC (B) у листках гібридів томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення. S: стандартне харчування (100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з додаванням біостимуляторів; RV: знижене харчування (40% NPK) з додаванням біостимуляторів. *: Суттєво різне (стор Рисунок 2. Концентрація загальних фенолів, TP (A) та загальної антиоксидантної здатності, TAC (B) у листках гібридів томатів Ombeline F1 та Bostina F1 при різних варіантах живлення. S: стандартне харчування (100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з додаванням біостимуляторів; RV: знижене харчування (40% NPK) з додаванням біостимуляторів. *: Суттєво різне (стор .105). Застосування біостимулятора зі зниженим харчуванням знижувало активність POD зі статистичною значимістю (стор .191). При зниженому харчуванні додавання біостимулятора знижувало активність СОД в обох гібридах зі статистичною значимістю порівняно зі зменшеним харчуванням без біостимулятора (стор Біостимулятор запобігає втраті врожаю та зменшує окислювальну шкоду в рослинах томатів, вирощених при зниженому живленні NPK *

Опубліковано в Інтернеті:

4.1. Параметри якості плодів

4.2. Концентрація білка та фотосинтетичного пігменту в листі

Оскільки азот є одним з ключових елементів амінокислот і структури білка, його дефіцит часто корелюється з їх підвищеним біосинтезом (Jiang et al. 2011). Калій є важливим елементом для активації нітратредуктази, і дефіцит калію часто пов'язаний зі зменшенням вмісту білка (Lavres Junior et al. 2010). Дефіцит фосфору побічно знижує синтез білка через пошкодження фотосинтетичних апаратів і зниження рівня асиміляції (Terry & Ulrich 1973). Отримані нами результати вказують на збільшення загального вмісту білка з додаванням біостимулятора, що й очікувалось, враховуючи, що рослини отримували таким чином додаткове джерело амінокислот (табл. 4). Забезпечення рослин азотом безпосередньо впливає на ріст і розвиток, насамперед завдяки суттєвій ролі цього макроелемента у процесах фотосинтезу та його зв’язку з ферментами карбоксилювання (Pandey et al. 2000). Недостатнє надходження азоту, але також калію та фосфору, майже завжди призводить до зниження концентрації хлорофілу та швидкості фотосинтетичних процесів (Zhao et al. 2001; Bown et al. 2009). Гумінові кислоти в препаратах біостимуляторів найбільше сприяють збереженню вмісту хлорофілу в рослинах в умовах абіотичного стресу (Selim et al. 2012). Було показано, що екзогенне застосування гумінових кислот активує специфічні гени, що входять до складу транскрипції білків, важливих для фотосинтетичних процесів (Trevisan et al. 2011). Наші результати підтвердили, що біостимулятор запобігає втраті фотосинтетичних пігментів, спричиненій зменшенням NPK, лише у гібридному омбеліні F1, тоді як Bostina F1 був більш чутливим, оскільки застосування Viva® не сприяло збереженню пігментів (табл.

4.3. Антиоксидантна здатність листя та вміст фенолу

4.4. Антиоксидантна активність ферменту листя

5. Висновок

Застосовуваний біостимулятор Viva® для рослин томатів, що ростуть при зниженому живленні NPK, запобігав появі окисного стресу в листі обох досліджуваних гібридів, не впливаючи на врожайність та якість плодів. Беручи до уваги всі отримані результати цього дослідження, можна зробити висновок, що застосування біостимулятора може зменшити нераціональне та екологічно шкідливе використання мінеральних добрив.

Примітки: S: стандартне харчування (100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з біостимулятором; RV: знижене харчування (40% NPK) з біостимулятором.

Примітки: S: стандартне харчування (100% NPK); R: знижене харчування (40% NPK); SV: стандартне харчування (100% NPK) з додаванням біостимулятора; RV: знижене харчування (40% NPK) з додаванням біостимулятора.

Подяка

Ми вдячні професору Мішо Мілаковічу за допомогу в перекладі англійською мовою та пану Боруту Босанчичу (сільськогосподарський факультет, Університет Баня-Луки) за статистичний аналіз.

Заява про розкриття інформації

Автори не повідомляли про потенційний конфлікт інтересів.

Примітки

* Це дослідження було проведено на сільськогосподарському факультеті Університету Баня-Луки.