«Ασπίδα» κατά της αλατούχου καταπόνησης της ντομάτας τα εμπορικά σκευάσματα βιοδιεγερτών
Μια νέα προσέγγιση για την άμβλυνση των επιπτώσεων των αβιοτικών καταπονήσεων που προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή βασίζεται στην εφαρμογή των βιοδιεγερτών1. Οι βιοδιεγέρτες αποτελούν προϊόντα λίπανσης που μπορούν να βελτιώσουν την ανοχή των φυτών σε αβιοτικές καταπονήσεις, όπως η ξηρασία, οι ακραίες θερμοκρασίες και η αλατότητα, βοηθώντας στην ανάκαμψή τους από τις επιπτώσεις που προκαλούνται από αυτές.
Ενώ οι βιοδιεγέρτες στην πλειονότητά τους δεν αποτελούν σημαντική πηγή θρεπτικών στοιχείων, μπορούν να διευκολύνουν την πρόσληψη θρεπτικών ενισχύοντας τις μεταβολικές διεργασίες τόσο στα φυτά όσο και στο έδαφος2. Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες βιοδιεγερτών, που περιλαμβάνουν εκχυλίσματα φυκιών, υδρολυμένες πρωτεΐνες, χουμικά και φουλβικά οξέα, ανόργανες ενώσεις, ωφέλιμους μικροοργανισμούς κ.ά.3.
Τα εκχυλίσματα μακροφυκών περιλαμβάνουν πολυκύτταρα μακροσκοπικά θαλάσσια φύκη από διάφορες ταξινομικές ομάδες όπως τα καφέ (Phaeophyta), τα κόκκινα (Rhodophyta) και τα πράσινα (Chlorophyta) φύκη4. Tα εκχυλίσματα μακροφυκών αναγνωρίζονται ευρέως για τον διπλό τους ρόλο στον περιορισμό της αβιοτικής καταπόνησης και την ενίσχυση της παραγωγικότητας των φυτών5.
Έχει αποδειχθεί ότι τα εκχυλίσματα φυκών μετριάζουν τις επιπτώσεις της καταπόνησης αλατότητας και αυξάνουν τις συγκεντρώσεις καλίου (K) και ασβεστίου (Ca) στα φύλλα6. Επιπλέον, συμβάλλουν στη μείωση της πρόσληψης νατρίου (Na)7. Έχει αποδειχθεί ότι η εφαρμογή εκχυλισμάτων μακροφυκών μπορεί να βελτιώσει την ποιότητα των καρπών, με αποτέλεσμα την αύξηση της τιτλοδοτούμενης οξύτητας, του ασκορβικού οξέος και των σακχάρων8.
Οι μικροβιακοί βιοδιεγέρτες, όπως είδη Azotobacter spp., οι ατρακτοειδείς μυκορριζικοί μύκητες (AMF), και είδη Rhizobium spp. και Azospirillum spp., αποτελούν μια άλλη σημαντική κατηγορία βιοδιεγερτών9, οι οποίοι επιπρόσθετα μάλιστα καλύπτουν τις απαιτήσεις του Κανονισμού (ΕΕ) 2019/1009 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου και του Συμβουλίου.
Αυτοί οι μικροοργανισμοί, που αναφέρονται ως ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών (PGPRs), μπορούν να προωθήσουν την ανάπτυξη των φυτών και να ενισχύσουν την ικανότητά τους να αντέχουν στις αβιοτικές καταπονήσεις10, συμπεριλαμβανομένης της αλατότητας11. Αυτό επιτυγχάνεται με την αύξηση της συμβιωτικής αζωτοδέσμευσης, τη σύνθεση φυτοορμονών και την πρόσληψη θρεπτικών στοιχείων. Επιπλέον, διευκολύνουν την καλύτερη διαλυτοποίηση διάφορων πηγών ακινητοποιημένου φωσφόρου12 και την απελευθέρωση Κ από τα ανόργανα στοιχεία του στο έδαφος μέσω της παραγωγής οργανικών οξέων. Ωστόσο, οι παραπάνω αποκρίσεις των καλλιεργειών στους βιοδιεγέρτες εξαρτώνται από την ποικιλία13.
Περίπου το 7% των αρδευόμενων εκτάσεων και έως και το 33% της παγκόσμιας καλλιεργήσιμης γης υφίστανται τις επιζήμιες επιπτώσεις της συσσώρευσης αλάτων που απορρέουν από την υπερβολική χρήση λιπασμάτων και τις πρακτικές διαχείρισης εντατικοποίησης των καλλιεργειών σε συνδυασμό με την έλλειψη αρδευτικού νερού14.
Η αλατότητα μπορεί να παρεμποδίσει τη φυσιολογική ανάπτυξη των κηπευτικών καλλιεργειών, οδηγώντας σε απώλειες στην παραγωγή και μείωση του μεγέθους των καρπών15. Η συσσώρευση νατρίου και χλωρίου τόσο στους φυτικούς ιστούς όσο και στο έδαφος είναι η κύρια επιζήμια συνέπεια της αλατότητας16.
Επιπλέον, η παρουσία NaCl στη ρίζα μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα πρόσληψης και ανισορροπίες των μακροστοιχείων Κ, Ca και Mg σε διάφορους φυτικούς ιστούς17. Μειωμένη απορρόφηση έχει καταγραφεί και για τα ιχνοστοιχεία: χαλκός, ψευδάργυρος, σίδηρος και μαγγάνιο, για τα οποία έχει επίσης διαπιστωθεί μειωμένη μεταφορά στα υπέργεια μέρη των φυτών18.
Η ντομάτα (Solanum lycopersicum L.) είναι η πιο παραγωγική καλλιέργεια κηπευτικών στη Νότια Ευρώπη, καλύπτοντας μια εκτεταμένη έκταση 0,2 εκ. εκταρίων19. Ούσα μέτρια ανθεκτική στην αλατότητα καλλιέργεια, η παραγωγικότητά της μπορεί να υποβαθμιστεί υπό συνθήκες υψηλής αλατότητας στη ρίζα20, οι οποίες αποδίδονται κυρίως σε θρεπτικές και ορμονικές ανισορροπίες, αναστολή της πυκνότητας των ριζών, διαταραχή της φωτοσύνθεσης και συσσώρευση δραστικών ριζών οξυγόνου (ROS).
Οι παραδοσιακές ποικιλίες ντομάτας θεωρούνται πολύτιμο γενετικό υλικό για αυξημένη ανθεκτικότητα στις καταπονήσεις, για την προσαρμοστικότητα σε συστήματα καλλιέργειας με χαμηλές εισροές και για την ποιότητα των καρπών21, ωστόσο οι σύγχρονες ποικιλίες επιδεικνύουν υψηλότερη παραγωγικότητα. Μια πιθανή βιώσιμη προσέγγιση για την αύξηση της παραγωγής στις παραδοσιακές ποικιλίες περιλαμβάνει την εφαρμογή βιοδιεγερτών.
Έρευνες που πραγματοποιήθηκαν σε γονοτύπους έδειξαν ότι η εφαρμογή βιοδιεγερτών μπορεί να αυξήσει τα θρεπτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των γονοτύπων, με τις παρατηρηθείσες διαφοροποιήσεις να συνδέονται με τον συγκεκριμένο τύπο βιοδιεγερτών και τον εξεταζόμενο γονότυπο22.
Βέβαια, η αποτελεσματικότητα των βιοδιεγερτών εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η ποικιλία, τα χαρακτηριστικά των καρπών και η ακριβής σύνθεση του χρησιμοποιούμενου βιοδιεγέρτη. Ως εκ τούτου, απαιτούνται έρευνες και δοκιμές στο πεδίο για τον προσδιορισμό των βέλτιστων μεθόδων εφαρμογής για την προσαρμογή της χρήσης των βιοδιεγερτών στις ιδιαίτερες απαιτήσεις των διάφορων ποικιλιών ντομάτας.
Η εφαρμογή του A. nodosum φάνηκε, επιπλέον, να αυξάνει τη διάμετρο των καρπών και τα ολικά διαλυτά στερεά, ενώ η εφαρμογή του PGPR σχετίζεται με τη βελτίωση της συνεκτικότητας των καρπών και την υψηλότερη συγκέντρωση σιδήρου των φυτών που καταπονήθηκαν από την αλατότητα
Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, σχεδιάστηκε και πραγματοποιήθηκε στις εγκαταστάσεις του Εργαστηρίου Κηπευτικών Καλλιεργειών, στο Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών, μια μελέτη, με στόχο την αξιολόγηση της επίδρασης δύο εμπορικών σκευασμάτων βιοδιεγερτών, στην απόκριση δύο ελληνικών παραδοσιακών ποικιλιών ντομάτας («Τοματάκι» και «Θεσσαλονίκη») (Εικόνα 1) σε μέτρια καταπόνηση αλατότητας, που προκαλείται από συγκέντρωση 30 mM NaCl στη ριζόσφαιρα (Εικόνα 2).
Οι βιοδιεγέρτες εφαρμόστηκαν μία εβδομάδα μετά τη μεταφύτευση και στη συνέχεια κάθε 15 ημέρες, μέχρι την ολοκλήρωση της καλλιέργειας (Εικόνα 3).
Ο πρώτος βιοδιεγέρτης, με εμπορική ονομασία «Algastar®» (Mugavero fertilizers, Termini Imerese, Ιταλία)23, είναι ένα εκχύλισμα φυκιών Ascophyllum nodosum. Ο δεύτερος βιοδιεγέρτης, με εμπορική ονομασία «Nitrostim®» (Humofert S.A., Αθήνα, Ελλάδα)24, είναι ένα μικροβιακό διάλυμα που περιέχει ενδοφυτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια (PGPR) σε πληθυσμό 1×1012 cfu L-1. Για την παρασκευή του διαλύματος βιοδιεγέρτη, το «Algastar®» και το «Nitrostim®» αραιώθηκαν σε 2ml L-1 και 5ml L-1 νερού, αντίστοιχα.
Θετικές επιδράσεις
Η μελέτη αυτή επιδεικνύει ότι οι διάφορες ποικιλίες ντομάτας, με διαφορετικά μεγέθη καρπών, ανταποκρίνονται διαφορετικά στην αλατούχο καταπόνηση. Η αλατότητα γενικά μειώνει την παραγωγή, αλλά ενισχύει τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών, όπως τα ολικά διαλυτά στερεά (°Brix) και την τιτλοδοτούμενη οξύτητα. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθούν οι θετικές επιδράσεις των βιοδιεγερτών.
Όσον αφορά το «Τοματάκι», σε συνθήκες καταπόνησης από αλατότητα, μόνο η εφαρμογή του εκχυλίσματος φυκιών A. nodosum οδήγησε σε αυξημένη παραγωγή (23% σε σύγκριση με τα φυτά χωρίς εφαρμογή βιοδιεγέρτη). Για τη «Θεσσαλονίκη», και οι δύο βιοδιεγέρτες αύξησαν σημαντικά την παραγωγή υπό την καταπόνηση που εφαρμόστηκε, σε σύγκριση με φυτά χωρίς εφαρμογή βιοδιεγερτών που αρδεύτηκαν με θρεπτικό διάλυμα με NaCl (κατά 34% για το A. nodosum και 48% για το PGPR, αντίστοιχα).
Επιπλέον, η εφαρμογή του A. nodosum φάνηκε να αυξάνει τη διάμετρο των καρπών και τα ολικά διαλυτά στερεά (°Brix), ενώ η εφαρμογή του PGPR σχετίζεται με τη βελτίωση της συνεκτικότητας των καρπών και την υψηλότερη συγκέντρωση σιδήρου των φυτών που καταπονήθηκαν από την αλατότητα. Η έρευνα αυτή πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Έργου «RADIANT: Realising Dynamic Value Chains for Underutilised Crops» (www.radiantproject.eu), με επιστημονική υπεύθυνη τη Δρα Γεωργία Ντάτση, επίκουρη καθηγήτρια του ΓΠΑ. Το έργο αυτό υποστηρίχθηκε από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή και έλαβε χρηματοδότηση από το πρόγραμμα έρευνας και καινοτομίας «Ορίζοντας 2020» της Ευρωπαϊκής Ένωσης.
Στο πλαίσιο του έργου, στο Εργαστήριο Κηπευτικών Καλλιεργειών έχουν διεξαχθεί πειράματα με τοπικές ποικιλίες ντομάτας και άγρια φυλλώδη λαχανικά με χρήση καινοτόμων και βιώσιμων πρακτικών καλλιέργειας, που στόχο έχουν την αύξηση της παραγωγικότητας των αναξιοποίητων αυτών καλλιεργειών και την ένταξή τους σε παραγωγικά συστήματα καλλιέργειας.
Γράφουν οι Θεοδώρα Ντάναση1,
Ιωάννης Καραβίδας1, Κωνσταντίνος
Α. Αλιφέρης2, Γεωργία Ντάτση1
1Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών,
Τμήμα Επιστήμης Φυτικής Παραγωγής, Εργαστήριο Κηπευτικών Καλλιεργειών,
Ιερά Οδός 75, 118 55, Αθήνα
2Γεωπονικό Πανεπιστήμιο Αθηνών,
Τμήμα Επιστήμης Φυτικής Παραγωγής, Εργαστήριο Γεωργικής Φαρμακολογίας,
Ιερά Οδός 75, 118 55, Αθήνα
Ντάτση Γ., Εργαστήριο Κηπευτικών Καλλιεργειών, επίκουρη καθηγήτρια ΓΠΑ
Αλιφέρης Κ., Εργαστήριο Γεωργικής Φαρμακολογίας ΓΠΑ, επίκουρος καθηγητής ΓΠΑ
Καραβίδας Ι., Εργαστήριο Κηπευτικών Καλλιεργειών, μεταδιδακτορικός ερευνητής ΓΠΑ
Ντάναση Θ., Εργαστήριο Κηπευτικών Καλλιεργειών, υποψήφια διδάκτωρ ΓΠΑ
Βιβλιογραφία
1. Martínez-Lorente, S.E.; Martí-Guillén, J.M.; Pedreño, M.Á.; Almagro, L.; Sabater-Jara, A.B. Higher Plant-Derived Biostimulants: Mechanisms of Action and Their Role in Mitigating Plant Abiotic Stress. Antioxidants 2024, 13, doi:10.3390/antiox13030318.
2. Drobek, M.; Frac, M.; Cybulska, J. Plant Biostimulants: Importance of the Quality and Yield of Horticultural Crops and the Improvement of Plant Tolerance to Abiotic Stress-a Review. Agronomy 2019, 9, doi:10.3390/agronomy9060335.
3. Sun, W.; Shahrajabian, M.H.; Kuang, Y.; Wang, N. Amino Acids Biostimulants and Protein Hydrolysates in Agricultural Sciences. Plants 2024, 13, doi:10.3390/plants13020210.
4. Nanda, S., Kumar, G. & Hussain, S. Utilization of Seaweed-Based Biostimulants in Improving Plant and Soil Health: Current Updates and Future Prospective. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2022, 19, 12839–12852, doi:https://doi.org/10.1007/s13762-021-03568-9.
5. Paradikovic, N.; Teklic, T.; Zeljkovic, S.; Lisjak, M.; Spoljarevic, M. Biostimulants Research in Some Horticultural Plant Species—A Review. Food Energy Secur. 2019, 8, 1–17, doi:10.1002/fes3.162.
6. Bonomelli, C.; Celis, V.; Lombardi, G.; Mártiz, J. Salt Stress Effects on Avocado (Persea Americana Mill.) Plants with and without Seaweed Extract (Ascophyllum Nodosum) Application. Agronomy 2018, 8, doi:10.3390/agronomy8050064.
7. Bahmani Jafarlou, M.; Pilehvar, B.; Modaresi, M.; Mohammadi, M. Seaweed Liquid Extract as an Alternative Biostimulant for the Amelioration of Salt-Stress Effects in Calotropis Procera (Aiton) W.T. J. Plant Growth Regul. 2023, 42, 449–464, doi:10.1007/s00344-021-10566-1.
8. Rana, V.S.; Sharma, V.; Sharma, S.; Rana, N.; Kumar, V.; Sharma, U.; Almutairi, K.F.; Avila-Quezada, G.D.; Abd_Allah, E.F.; Gudeta, K. Seaweed Extract as a Biostimulant Agent to Enhance the Fruit Growth, Yield, and Quality of Kiwifruit. Horticulturae 2023, 9, 1–14, doi:10.3390/horticulturae9040432.
9. EU Regulation of the European Parliament and of the Council Laying down Rules on the Making Available on the Market of EU Fertilising Products and Amending Regulations (EC) No 1069/2009 and (EC) No 1107/2009 and Repealing Regulation (EC) No 2003/2003. Off. J. Eur. Union 2019, 2019, 114.
10. Singh, R.; Kaur, S.; Bhullar, S.S.; Singh, H.; Sharma, L.K. Bacterial Biostimulants for Climate Smart Agriculture Practices: Mode of Action, Effect on Plant Growth and Roadmap for Commercial Products. J. Sustain. Agric. Environ. 2024, 3, 1–20, doi:10.1002/sae2.12085.
11. Di Stasio, E.;Rouphael, Y.; Colla, G.;Giordano, M.; Pannico, A.; El-Nakhel, C.; De Pascale, S. The Influence of Ecklonia Maxima Seaweed Extract on Growth, Photosynthetic Activity and Mineral Composition of Brassica Rapa L. Ssp. Sylvestris under Nutrient Stress Conditions. Eur. J. Hortic. Sci. 2017.
12. Savvas, D.; Magkana, P.; Yfantopoulos, D.; Kalozoumis, P.; Ntatsi, G. Growth and Nutritional Responses of Zucchini Squash to a Novel Consortium of Six Bacillus Sp. Strains Used as a Biostimulant. Agronomy 2024, 14, 362, doi:10.3390/agronomy14020362.
13. Francesca, S.; Arena, C.; Hay Mele, B.; Schettini, C.; Ambrosino, P.; Barone, A.; Rigano, M.M. The Use of a Plant-Based Biostimulant Improves Plant Performances and Fruit Quality in Tomato Plants Grown at Elevated Temperatures. Agronomy 2020, 10, doi:10.3390/agronomy10030363.
14. Chele, K.H.; Tinte, M.M.; Piater, L.A.; Dubery, I.A.; Tugizimana, F. Soil Salinity, a Serious Environmental Issue and Plant Responses: A Metabolomics Perspective. Metabolites 2021, 11, doi:10.3390/metabo11110724.
15. J.J. Magán, M. Gallardo , R.B. Thompson, P.L. Effects of Salinity on Fruit Yield and Quality of Tomato Grown in Soil-Less Culture in Greenhouses in Mediterranean Climatic Conditions. Agric. Water Manag. 2008, 95, 1041–1055, doi:10.1016/j.agwat.2008.03.011.
16. Atta, K.; Mondal, S.; Gorai, S.; Singh, A.P.; Kumari, A.; Ghosh, T.; Roy, A.; Hembram, S.; Gaikwad, D.J.; Mondal, S.; et al. Impacts of Salinity Stress on Crop Plants: Improving Salt Tolerance through Genetic and Molecular Dissection. Front. Plant Sci. 2023, 14, 1–21, doi:10.3389/fpls.2023.1241736.
17. Gama, P.B.S.; Inanaga, S.; Tanaka, K.; Nakazawa, R. Physiological Response of Common Bean (Phaseolus Vulgaris L.) Seedlings to Salinity Stress. African J. Biotechnol. 2007, 6, 079–088.
18. EL Sabagh, A.; Islam, M.S.; Skalicky, M.; Ali Raza, M.; Singh, K.; Anwar Hossain, M.; Hossain, A.; Mahboob, W.; Iqbal, M.A.; Ratnasekera, D.; et al. Salinity Stress in Wheat (Triticum Aestivum L.) in the Changing Climate: Adaptation and Management Strategies. Front. Agron. 2021, 3, 1–20, doi:10.3389/fagro.2021.661932.
19. FAOSTAT 2019 FAOSTAT Available online: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC.
20. Yang, H.; Du, T.; Mao, X.; Ding, R.; Shukla, M.K. A Comprehensive Method of Evaluating the Impact of Drought and Salt Stress on Tomato Growth and Fruit Quality Based on EPIC Growth Model. Agric. Water Manag. 2019, 213, 116–127, doi:10.1016/j.agwat.2018.10.010.
21. Thanopoulos, R.; Negri, V.; Pinheiro de Carvalho, M.A.A.; Petrova, S.; Chatzigeorgiou, T.; Terzopoulos, P.; Ralli, P.; Suso, M.J.; Bebeli, P.J. Landrace Legislation in the World: Status and Perspectives with Emphasis in EU System; Springer Netherlands, 2024; Vol. 71; ISBN 1072202301.
22. Rouphael, Y.; Corrado, G.; Colla, G.; De Pascale, S.; Dell’aversana, E.; D’amelia, L.I.; Fusco, G.M.; Carillo, P. Biostimulation as a Means for Optimizing Fruit Phytochemical Content and Functional Quality of Tomato Landraces of the San Marzano Area. Foods 2021, 10, doi:10.3390/foods10050926.
23. Farruggia, D.; Tortorici, N.; Iacuzzi, N.; Alaimo, F.; Leto, C.; Tuttolomondo, T. Biostimulants Improve Plant Performance of Rosemary Growth in Agricultural Organic System. Agronomy 2024, 14, 1–12, doi:10.3390/agronomy14010158.
24. Gazoulis, I.; Kanatas, P.; Antonopoulos, N.; Kokkini, M.; Tsekoura, A.; Demirtzoglou, T.; Travlos, I. The Integrated Effects of Biostimulant Application, Mechanical Weed Control, and Herbicide Application on Weed Growth and Maize (Zea Mays L.) Yield. Agronomy 2023, 13, doi:10.3390/agronomy13102614.
