Θρέψη και βιοδιεγέρτες: ρυθμιστές παραγωγικότητας καλλιεργειών σε συνθήκες στρες

Για την κάλυψη των αυξανόμενων απαιτήσεων για την παραγωγή τροφίμων και την παραγωγή βιολογικά ενεργών φυτοχημικών, ιδίως όσον αφορά την ανθεκτικότητα στην κλιματική αλλαγή, υπάρχει επείγουσα ανάγκη προστασίας του περιβάλλοντος και της ανθρώπινης υγείας μέσω της πλήρους αντιστροφής των γεωργικών πρακτικών. Ορισμένες ομάδες φυτών, οπως πχ τα φαρμακευτικά και αρωματικά φυτά (MAPs), είναι γνωστό ότι παράγουν διάφορους βιοδραστικούς δευτερογενείς μεταβολίτες που έχουν φυτοφαρμακευτικές ιδιότητες. Η κύρια πρόκληση για τους επιστήμονες είναι, επομένως, να αναπτύξουν γεωργικές τεχνολογίες που επιτρέπουν την ασφάλεια των τροφίμων και της διατροφής και βελτιώνουν την παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών με τις λιγότερο δυνατές αρνητικές επιπτώσεις στα χερσαία οικοσυστήματα και την ανθρώπινη υγεία.

Από αυτή την άποψη, η διατροφή των φυτών και οι βιοδιεγέρτες παίζουν σημαντικό ρόλο στην εντατική γεωργία. Από την άλλη πλευρά, ο δευτερογενής μεταβολισμός των φυτών περιλαμβάνει πολύπλοκες συνέργειες και ανταγωνισμούς, αποκρίσεις στις περιβαλλοντικές συνθήκες και σχέσεις μεταξύ του φυτού και του συστήματος εδάφους-νερού-ατμόσφαιρας, οι οποίες είναι λιγότερο κατανοητές. Αναμένεται ότι οι δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες θα επηρεάσουν ριζικά την παραγωγικότητα των φυτών και τον δευτερογενή μεταβολισμό των φυτών.

Η συνετή διαχείριση των θρεπτικών συστατικών των φυτών και η χρήση φυσικών πόρων, ιδιαίτερα βιοδιεγερτικών, είναι μια βιώσιμη και φιλική προς το περιβάλλον προσέγγιση για την ανακούφιση του αβιοτικού στρες μέσω της βελτίωσης των μεταβολικών και φωτοσυνθετικών διεργασιών. Ως εκ τούτου έχουν γίνει προσπάθειες για τη βελτίωση της κατανόησης των μηχανισμών που σχετίζονται με το ρόλο των φυτικών θρεπτικών ουσιών και βιοδιεγερτών στην παραγωγικότητα των φυτών και στον δευτερογενή μεταβολισμό των φυτών τόσο σε κανονικές όσο και σε αβιοτικές συνθήκες στρες. Μερικά σημαντικά αποτελέσματα από αυτόν τον ερευνητικό τομέα συνοψίζονται εδώ.

Σε αυτό το πλαίσιο,  ανέφερανται οι επιδράσεις των διαφορετικών συγκεντρώσεων μαγνησίου στις αλλαγές στους μεταβολίτες των φύλλων, στις παραμέτρους του φωτοσυνθετικού φθορισμού, στην ανάπτυξη και στην ποιότητα των φύλλων τσαγιού. Συνολικά 1240 μεταβολίτες εντοπίστηκαν στα φύλλα τσαγιού. Ωστόσο, η συνολική περιεκτικότητα σε μεταβολίτες στα φύλλα δεν μεταβλήθηκε σημαντικά με την εφαρμογή Mg. Η εφαρμογή Mg στα 0,4 mmol L ^-1 είχε ως αποτέλεσμα τη ρύθμιση προς τα πάνω 654 μεταβολιτών και την προς τα κάτω ρύθμιση 586 μεταβολιτών σε σύγκριση με τον μαρτυρα. Παρατηρήθηκε επίσης ότι οι παράμετροι φωτοσυνθετικού φθορισμού, η θεανίνη και το διαλυτό σάκχαρο των φύλλων αυξήθηκαν με την υψηλότερη συγκέντρωση Mg, ενώ η υψηλότερη συγκέντρωση Mg προήγαγε τη συσσώρευση πολυφαινολών, καφεΐνης και φλαβόνης. Επιπλέον, το Mg προώθησε την ανάπτυξη των τεϊόδεντρων βελτιώνοντας τη συσσώρευση και το μεταβολισμό των ενώσεων υδατανθράκων. Με αυτή τη μελέτη, οι συγγραφείς παρείχαν επιστημονικά στοιχεία για τη ρύθμιση της ανάπτυξης και της ποιότητας των φυτών τσαγιού από το Mg.

García-García et al. αξιολόγησε την επίδραση των ολιγοσακχαριτών χιτοζάνης (COS) στη συσσώρευση αρτεμισινίνης στα φυτά Artemisia annua υπό ξηρασία. Οι εφαρμοζόμενες συγκεντρώσεις του COS ήταν 0, 50,100 και 200 ​​mg L ^-1 . Δεν υπήρξε σημαντική επίδραση του COS στη βελτίωση της ανάπτυξης του A. annua σε σύγκριση με τον μάρτυρα κάτω από καλά ποτισμένες συνθήκες. Η ξηρή βιομάζα επίσης δεν βελτιώθηκε με επεξεργασία με COS υπό συνθήκες ξηρασίας και η χαμηλότερη τιμή παρατηρήθηκε όταν το COS εφαρμόστηκε στα 100 mg L ^-1 .

Η συσσώρευση ομως των κορεσμένων λιπαρών οξέων (SFA), των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων (PUFA) και των ακόρεστων λιπαρών οξέων (UFA) τροποποιήθηκε με την εφαρμογή χιτοζανης (COS) τόσο σε συνθήκες καλου ποτίσματος όσο και σε συνθήκες ξηρασίας. Η εφαρμογή COS μείωσε τα αντιοξειδωτικά ένζυμα, ιδιαίτερα το APX και το GR, καθώς και τις φαινόλες και τα φλαβονοειδή σε συνθήκες ξηρασίας. Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε αρτεμισινίνη αυξήθηκε κατά 34,40% από το COS σε συγκέντρωση 200 mg L ^-1 σε σύγκριση με τον έλεγχο υπό συνθήκες ξηρασίας. Έτσι, τα παρόντα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η απόδοση της αρτεμισινίνης μπορεί να αυξηθεί με την εφαρμογή χιτοζανης υπό συνθήκες ξηρασίας.

Το χουμικό οξύ (ΗΑ) είναι ένα αποδεδειγμένο βιοδιεγερτικό που αυξάνει την ανοχή των φυτών στο στρες στο αλάτι. Ωστόσο, οι υποκείμενοι μηχανισμοί δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Χρησιμοποιώντας προηγμένες αναλυτικές τεχνικές, οι Meng et al. διευκρίνισε τους φυσιολογικούς και βιοχημικούς μηχανισμούς της επίδρασης του ΗΑ στην αύξηση της ανοχής στο αλάτι στο πολυετές ( Lolium perenne L.). Η εφαρμογή του ΗΑ άλλαξε τα σημαντικά φυσιολογικά χαρακτηριστικά (φωτοσυνθετικός ρυθμός, ρυθμός διαπνοής, στοματική αγωγιμότητα, μηλονοδιαλδεΰδη και συγκεντρώσεις Pro και διακυτταρικού CO ₂ ), που αποτελούν δείκτες ανοχής στα άλατα. Η δράση των αντιοξειδωτικών ενζύμων όπως η ασκορβική υπεροξειδάση, η καταλάση, μειώθηκε στο ryegrass με την εφαρμογή ΗΑ. Επιπλέον, το ΗΑ μείωσε τη σχετική έκφραση του γονιδίου P5CS και των κατάντη προϊόντων του. Αυτή η έρευνα παρέχει σημαντικές γνώσεις σχετικά με τους φυσιολογικούς, βιοχημικούς και μοριακούς μηχανισμούς της ανοχής στο αλάτι στο στρες της σίκαλης με την εφαρμογή HA.

Χρησιμοποιώντας καινοτόμα συστήματα λίπανσης και βελτιωμένη σύνθεση θρεπτικών συστατικών, οι Velechovský et al. βελτίωσε με επιτυχία την απόδοση βιομάζας και την περιεκτικότητα σε κανναβινοειδή της φαρμακευτικής κάνναβης ( Cannabis sativa L.). Το σύστημα ανακυκλοφορίας αποδείχθηκε κατάλληλο ως προς τη συνολική απόδοση THC (άθροισμα τετραϋδροκανναβινολικού οξέος, Δ9 ^– τετραϋδροκανναβινόλης και Δ8 ^– τετραϋδροκανναβινόλης). Σε αυτή τη μελέτη, βελτιστοποιήθηκε και ο κατάλληλος χρόνος για τη συγκομιδή.

Συνοπτικά, αυτό το Ερευνητικό Θέμα παρέχει πληροφορίες για τους μηχανισμούς, που σχετίζονται με το ρόλο της φυτικής διατροφής και των βιοδιεγερτών στην παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών των φυτών υπό κανονικές και αβιοτικές συνθήκες στρες.

Probir Kumar Pal^1*Jana Šic Žlabur^2*Χονγκ Γου^3*

¹ Συμβούλιο Επιστημονικής & Βιομηχανικής Έρευνας – Ινστιτούτο Τεχνολογίας Βιοπόρων Ιμαλαΐων, Παλαμπούρ, Ινδία

² Division of Agricultural Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zagreb, Zagreb, Croatia

³ College of Life Sciences, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong, China

Πηγη: Frontiers