Η επίδραση της αλατότητας στα μορφολογικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά υβριδίων και ποικιλιών τομάτας (Lycopersicon esculentum Mill).

Abstract

Το ενδιαφέρον για τη μελέτη της αντοχής των φυτών στις συνθήκες αλατότητας είναι τεράστιας οικονομικής σημασίας και αυξάνεται συνεχώς, καθώς νέα προβλήματα που σχετίζονται με την αλατότητα προκύπτουν ολοένα στη σύγχρονη Γεωργία, ιδιαίτερα στις παραμεσόγειες χώρες της Ευρώπης με ξηρό ή ημίξηρο κλίμα. Τα προβλήματα της αυξημένης αλατότητας, καθώς και η μείωση της παραγωγής και της ανάπτυξης των καλλιεργουμένων εκτάσεων στην Ευρώπη αναμένεται να γίνουν ακόμα σοβαρότερα στο μέλλον, ειδικότερα για την Ελλάδα που βρίσκεται στο νοτιότερο άκρο της. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, μελετήθηκαν τα αποτελέσματα της υψηλής αλατότητας, που προκαλείται από το χλωριούχο νάτριο (Sodium chloride, NaCl), σε εμπορεύσιμα υβρίδια και ποικιλίες τομάτας (Lycopersicon esculentum Mill.), επειδή η χρησιμοποίηση νερού άρδευσης με υψηλή συγκέντρωση NaCl αποτελεί συχνό πρόβλημα στις εμπορικές θερμοκηπιακές και υπαίθριες καλλιέργειες. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της αλατότητας στα μορφολογικά χαρακτηριστικά του υπέργειου και του υπόγειου μέρους (όπως ύψος και διάμετρος του κύριου στελέχους, αριθμός φύλλων, καθώς και μήκος και διάμετρος του ριζικού συστήματος), στην παραγωγικότητα των φυτών (αθροιστική παραγωγή και εμφάνιση ταξιανθιών και καρπών, συνολικός αριθμός, μέσο βάρος και διάμετρος των νωπών καρπών) και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών (δύναμη αποκοπής ποδίσκου, υφή και σκληρότητα, ολικά διαλυτά στερεά, καθώς και διάφορα ελαττώματα και φυσιολογικές ασθένειες καρπών). Επίσης, μελετήθηκαν οι διάφορες βιολογικές (κατά κύριο λόγο) μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα φυτά τομάτας, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η αρνητική αυτή επίδραση, όταν τα φυτά εκτίθενται σε συνθήκες υψηλής αλατότητας. Στις βιολογικές μεθόδους χρησιμοποιήθηκε το εγκεκριμένο εμπορικό σκεύασμα Milsana®, το οποίο είναι ένα φυτικό εκχύλισμα από το φυτο Reynoutria sachalinensis (F.Schmidt) Nakai. Το σκεύασμα αυτό έχει αποδειχτεί ότι περιέχει πολλές φαινολικές ενώσεις και προσφέρει μια «άμυνα» στο φυτό εναντίον των αβιοτικών και κυρίως βιοτικών καταπονήσεων. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε το αμινοξύ προλίνη (L-Proline), το οποίο είναι ένα α-αμινοξύ και έχει αποδειχτεί ότι λειτουργεί ως ωσμολύτης όταν εφαρμόζεται εξωγενώς στα φυτά τομάτας, προστατεύοντας έτσι το φυτό από τις αβιοτικές καταπονήσεις (όπως της ωσμωτικής και υδατικής καταπόνησης). Για το σκοπό αυτό, όπως αναφέρθηκαν παραπάνω, χρησιμοποιήθηκαν τα πιο εμπορεύσιμα υβρίδια και ποικιλίες τομάτας του ελληνικού εμπορίου, στα οποία εφαρμόστηκαν οι τρεις παρακάτω πειραματικές επεμβάσεις: ➢ Επέμβαση 1η: NaCl Στην επέμβαση αυτή χρησιμοποιήθηκαν τα υβρίδια Bobcat F1, Faidra F1, Lobello F1 και Rastony F1, καθώς και τις ποικιλίες Athina, Pakmor, Pomodoro και Ντόπια κόκκινη. Στα υβρίδια και στις ποικιλίες αυτές εφαρμόστηκαν από εδάφους (ανά διάστημα 4ων ημερών) διαφορετικές συγκεντρώσεις NaCl (δηλ. Control, 50 mM NaCl, 100 mM NaCl, 150 mM NaCl και 200 mM NaCl), όπου το Control αντιπροσωπεύει το απιονισμένο νερό. Επέμβαση 2η: NaCl & Milsana Στην επέμβαση αυτή χρησιμοποιήθηκαν τα υβρίδια Bobcat F1, Ebia F1, Elpida F1, Ekstasis F1, Faidra F1 και Formula F1. Στα υβρίδια αυτά εφαρμόστηκαν από εδάφους (ανά διάστημα 4ων ημέρων) διαφορετικές συγκεντρώσεις NaCl, ενώ παράλληλα εφαρμόστηκε διαφυλλικός ψεκασμός (ανά διάστημα 7 ημέρες) με το φυτικό εκχύλισμα Milsana (δηλ. Control, 70 mM NaCl, 70 mM NaCl + 0,5 % v/v Milsana, 70 mM NaCl + 1,0 % v/v Milsana, 70 mM NaCl + 2,0 % v/v Milsana, 140 mM NaCl, 140 mM NaCl + 0,5 % v/v Milsana, 140 mM NaCl + 1,0 % v/v Milsana, 140 mM NaCl + 2,0 % v/v Milsana), όπου το Control αντιπροσωπεύει το απιονισμένο νερό. ➢ Επέμβαση 3η: NaCl & L-Proline Στην επέμβαση αυτή χρησιμοποιήθηκαν τα υβρίδια Ebia F1, Elpida F1 και Faidra F1. Στα υβρίδια αυτά εφαρμόστηκαν από εδάφους (ανά διάστημα 4ων ημερών) διαφορετικές συγκεντρώσεις NaCl, ενώ παράλληλα εφαρμόστηκε διαφυλλικός ψεκασμός και άρδευση (ανά διάστημα 7 ημέρες) με το α-αμινοξύ L-Proline (δηλ. Control, 50 mM NaCl, 50 mM NaCl + 1 mM L-Proline, 100 mM NaCl, 100 mM NaCl + 5 mM L-Proline), όπου το Control αντιπροσωπεύει το απιονισμένο νερό. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν ότι η υψηλή συγκέντρωση NaCl επέδρασε αρνητικά στα μορφολογικά χαρακτηριστικά του υπέργειου και του υπόγειου μέρους (όπως ύψος και διάμετρος του κύριου στελέχους, αριθμός φύλλων, καθώς και μήκος και διάμετρος του ριζικού συστήματος). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να μειωθεί σε μεγάλο βαθμό η ανάπτυξη των υβριδίων και των ποικιλιών τομάτας. Επίσης, η υψηλή συγκέντρωση NaCl επέδρασε αρνητικά στην παραγωγικότητα των φυτών, μειώνοντας έτσι το συνολικό αριθμό, το βάρος και τη διάμετρο των καρπών, καθώς και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών, μειώνοντας τη δύναμη αποκοπής του ποδίσκου, την υφή-σκληρότητα της σάρκας και τη συγκέντρωση των σακχάρων (%). Αντίθετα, αύξησε τη συγκέντρωση των αλάτων (‰) στους καρπούς και τον αριθμό των καρπών που εμφάνισαν διάφορες φυσιολογικές ασθένειες, όπως για παράδειγμα Ξηρή σήψη κορυφής. Η θετική επίδραση του φυτικού εκχυλίσματος Milsana και του αμινοξέος L-Proline, σε υβρίδια τομάτας, που ταυτοχρόνως εκτέθηκαν σε υψηλή συγκέντρωση NaCl ήταν αρκετά σημαντική και είχε ως αποτέλεσμα την αποφυγή, σε αρκετά μεγάλο βαθμό, της μείωσης των μορφολογικών χαρακτηριστικών του υπέργειου και του υπόγειου μέρους του φυτού (όπως ύψος και διάμετρος του κύριου στελέχους, αριθμός φύλλων, καθώς και μήκος και διάμετρος του ριζικού συστήματος). Επίσης, η παράλληλη έκθεση των φυτών τομάτας σε αλατότητα και Milsana ή σε αλατότητα και προλίνη, είχε ως αποτέλεσμα την αποφυγή σε αρκετά μεγάλο βαθμό των συμπτωμάτων αλατότητας (όπως καρούλιασμα, χλώρωση και νέκρωση φύλλων, την δημιουργία επίκτητων και εναέριων ριζών στα στελέχη, πάχυνση φύλλων). Επιπλέον, η παράλληλη έκθεση είχε θετική επίδραση στην παραγωγικότητα των φυτών, αυξάνοντας το συνολικό αριθμό, το βάρος και τη διάμετρο των καρπών, καθώς και στα ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών, βελτιώνοντας την υφή-σκληρότητα σάρκας και τις συγκεντρώσεις των ολικών διαλυτών στέρεων (δηλ. αυξάνοντας το ποσοστό των σακχάρων και μειώνοντας το ποσοστό των αλάτων). Τέλος, αξίζει να αναφερθεί ότι η εφαρμογή Milsana ή προλίνης, είχε ως αποτέλεσμα την αποφυγή σε αρκετά μεγάλο διάφορων ελαττωμάτων και φυσιολογικών ασθενειών των καρπών (όπως της Ξηρής σήψης κορυφής, του σκισίματος και της παραμόρφωσης καρπών) σε όλα σχεδόν τα υβρίδια τομάτας, όταν αυτά εκτέθηκαν σε συνθήκες μέτριας προς υψηλής αλατότητας. Οι παραπάνω ουσίες επέδρασαν ιδιαίτερα θετικά όταν εφαρμόστηκαν στις συγκεντρώσεις των 1,0 % και 2,0 % v/v Milsana (δηλ. στις επεμβάσεις 70 mM NaCl + 1,0 % v/v Milsana, 70 mM NaCl + 2,0 % v/v Milsana, 140 mM NaCl + 1,0 % v/v, Milsana, 140 mM NaCl + 2,0 % v/v Milsana), καθώς και στις συγκεντρώσεις των 1 mM και 5 mM L-Proline (δηλ. στις επεμβάσεις 50 mM NaCl + 1 mM L-Proline και 100 mM NaCl + 5 mM L-Proline). Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν να εξεταστεί εάν η χρήση βιολογικών επεμβάσεων, όπως το Milsana ή η προλίνη, ενισχύουν ή μειώνουν τις αρνητικές επιδράσεις του χλωριούχου νατρίου σε διάφορες εμπορικές ποικιλίες και υβρίδια ντομάτας που διαφέρουν σημαντικά στην αντοχή σε αλατότητα. Συμπεραίνεται ότι η Milsana και η προλίνη είναι και οι δύο αξιόπιστοι ανακουφιστές της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης άλατος που προκαλείται στα μελετώμενα εμπορικά υβρίδια και ποικιλίες τομάτας, επιτρέποντάς μας έτσι να καθορίσουμε όρια καταπόνησης αλατότητας για την απόδοση των καρπών τομάτας, καθώς και για την ποιότητα, διατηρησιμότητα και εμπορευσιμότητα του τελικού προϊόντος.

The interest in studying the resistance of plants to salinity is of enormous economic importance and is constantly increasing, as new problems associated with salinity are increasingly emerging in modern agriculture, particularly in the Mediterranean countries having a dry or semi-dry climate. The problems of increased salinity as well as the subsequent reduction in production and growth of cultivated land in Europe are expected to become even more serious in the future, especially for Greece as it is located in Europe’s southern end. In the present study, the effects of high salinity, caused by Sodium chloride (NaCl), on marketable hybrids and tomato varieties (Lycopersicon esculentum Mill.) were studied, because the use of irrigation water with a high concentration of NaCl is frequently a problem in commercial greenhouse and open-air crops. More specifically, the salinity effect was studied on the morphological characteristics of the hypergeous and the hypogeous plant parts (such as height and diameter of the main stem, number of leaves as well as the length and diameter of the root system), on plant productivity (cumulative production and appearance of inflorescences and fruits, total number, average weight and diameter of the fresh fruits) and on the fruit quality characteristics (stalk cutting force, texture / hardness, total soluble solids, as well as various defects and normal diseases). Furthermore, among others, several biological methods have been studied in tomato plants in order to minimize the negative effects of salinity. The approved Milsana® commercial formulation, a plant extract from Reynoutria sachalinensis (F.Schmidt) Nakai, has been used, as it has been shown to contain many phenolic compounds and is effective for plant defense against abiotic and biotic stresses. Finally, the amino acid proline (L-Proline), which is an α-amino acid, has been shown to function as an osmolyte, when applied exogenously to tomato plants, thus "protecting" plants from abiotic stress factors, mainly from osmotic / water stress. In this purpose, the most marketable tomato hybrids and varieties were used, to which three experimental procedures were applied: ➢ Treatment 1: NaCl In this treatment, the hybrids Bobcat F1, Faidra F1, Lobello F1 and Rastony F1, as well as the varieties Athina, Pakmor, Pomodoro and locally red were used. In hybrids and varieties, different concentrations of NaCl (i.e., Control, 50 mM NaCl, 100 mM NaCl, 150 mM NaCl and 200 mM NaCl) were soil applied in a 4-day interval, where Control represents the deionized water. ➢ Treatment 2nd: NaCl & Milsana In this treatment, the Bobcat F1, Ebia F1, Elpida F1, Ekstasis F1, Faidra F1 and Formula F1 hybrids were used. In these hybrids, various concentrations of NaCl were soil applied in a 4-day interval and various concentrations of Milsana plant extract were foliar sprayed in a 7-day interval (i.e., Control, 70 mM NaCl, 70 mM NaCl + 0.5% v / v Milsana, 70 mM NaCl + 1.0% v / v Milsana, 70 mM NaCl + 2.0% v / v Milsana, 140 mM NaCl, 140 mM NaCl + 0.5% v / v Milsana, 140 mM NaCl + 1.0% v / v Milsana, 140 mM NaCl + 2.0% v / v Milsana). ➢ Treatment 3rd: NaCl & L-Proline In this treatment, the hybrids Ebia F1, Elpida F1 and Faidra F1 were used. In these hybrids, various concentrations of NaCl were soil applied in a 4-day interval and various concentrations of L-Proline α-amino acid were foliar sprayed in a 7-day interval (i.e., Control, 50 mM NaCl, 50 mM NaCl + 1 mM L-Proline, 100 mM NaCl, 100 mM NaCl + 5 mM L-Proline). The results of the experiment showed that the high concentration of NaCl negatively affected the morphological characteristics of the hypergeous and the hypogeous plant parts (such as height and diameter of the main stem, number of leaves, and length and diameter of the root system). This has resulted in a significant reduction in the growth of hybrids and tomato varieties. Also, the high concentration of NaCl has adversely affected plant productivity, reducing the total number, weight and diameter of the fruit, as well as the quality characteristics of the fruit, by reducing the stinging power of the stalk, the texture / hardness of the flesh and the concentration of sugars (%). Instead, it increased the concentration of salts (‰) in the fruits and the number of fruits that exhibited various physiological diseases, such as, for example, Blossom-End rot. The positive effect of the Milsana plant extract and the L-Proline amino acid on tomato hybrids that were simultaneously exposed to a high NaCl concentration was quite significant and resulted in a significant reduction in the morphological characteristics of the aboveground and the underground parts of the plant (such as height / diameter of the main stem, number of leaves, and length / diameter of the root system). Also, the parallel exposure of tomato plants to both salinity and Milsana or to both salinity and proline resulted in a significant avoidance of salinity symptoms (such as reeling, leaf chlorosis / necrosis, generation of adventitious hypergeous roots, leaf thickening). In addition, this parallel exposure had a positive effect on plant productivity, increasing the total number, weight and diameter of the fruit, as well as the quality characteristics of the fruit, improving the textural / hardness of the flesh and the concentrations of total soluble solids (i.e. increasing the percentage of sugars and reducing the percentage of salts). Finally, it is worth mentioning that the application of Milsana or Proline resulted in a significant avoidance of various defects and normal diseases of the fruits (such as blossom-end rot, tear and deformation) in almost all tomato hybrids when exposed in conditions of moderate to high salinity. The most important positive effects on tomato plants against salinity were detected when Milsana 1.0% and 2.0% v / v concentrations (i.e., 70 mM NaCl + 1.0% v / v Milsana, 70 mM NaCl + 2.0% Milsana, 140 mM NaCl + 1.0% v / v, Milsana, 140 mM NaCl + 2.0% v / v Milsana), as well as 1 mM and 5 mM L-Proline concentrations (i.e. 50 mM NaCl + 1 mM L-Proline and 100 mM NaCl + 5 mM L-Proline) were applied. The objective of this study was to examine whether the use of biological treatments, such as Milsana or proline enhance or reduce the NaCl negative effects in several commercial tomato cultivars and hybrids highly differing in salt tolerance. It was concluded that Milsana and proline are both reliable alleviators of the environmental burden of salt imposed on commercial tomato hybrids and varieties, thus allowing us to establish salinity stress thresholds for tomato fruit yield, as well as for the subsequent quality, sustainability and marketability of the final product.