Verbesserung des Fruchtertrags und der Salztoleranz von Tomatenpflanzen, die mit Mikronährstoffmengen Jod befruchtet wurden

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 14655 (2022) Diesen Artikel zitieren

2236 Zugriffe

2 Zitate

2 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Jod ist ein essentieller Mikronährstoff für den Menschen, seine Rolle in der Pflanzenphysiologie wurde jedoch fast ein Jahrhundert lang diskutiert. Kürzlich wurden erste experimentelle Beweise für seine funktionelle Beteiligung an der Pflanzenernährung und dem Stressschutz gesammelt. Ziel dieser Studie war es, die Rolle von Jod in der Ernährung von Tomatenpflanzen eingehend zu untersuchen und auch sein Potenzial für die Salzstresstoleranz zu bewerten. Zu diesem Zweck wurde Jod in für Mikronährstoffe wirksamen Dosierungen an Pflanzen verabreicht, die in verschiedenen Versuchssystemen (Wachstumskammer und Gewächshaus) gezüchtet wurden, allein oder in Gegenwart eines leichten bis mäßigen NaCl-Salzgehaltstresses. Die vegetative Fitness der Pflanzen, Fruchtertrag und -qualität, biochemische Parameter und die Transkriptionsaktivität ausgewählter auf Stress reagierender Gene wurden bewertet. Bei nicht gestressten Pflanzen steigerte Jod das Pflanzenwachstum und den Fruchtertrag sowie einige qualitative Parameter der Früchte. Bei Salzstress milderte Jod einige der beobachteten negativen Auswirkungen, abhängig von den verwendeten Jod/NaCl-Konzentrationen. Einige Fruchtparameter und die Expression der analysierten Stressmarkergene wurden durch die Behandlungen beeinflusst, was zumindest teilweise die erhöhte Toleranz der Pflanzen gegenüber dem Salzgehalt erklärt. Diese Studie bestätigt somit erneut die funktionelle Rolle von Jod in der Pflanzenernährung und liefert Belege für die Verwendung kleinster Mengen davon als nützlichen Nährstoff für die Pflanzenproduktion.

Heutzutage gelten 632 Millionen Hektar landwirtschaftlicher Nutzfläche, was einem Fünftel des gesamten weltweit kultivierbaren Bodens entspricht, als salzbelastet1. Der Salzgehalt gilt als einer der wichtigsten abiotischen Stressfaktoren, der die landwirtschaftliche Produktivität gefährdet, da er sich nachteilig auf die Pflanzenproduktion und den Ertrag auswirkt2. Überschüssiges Salz im Boden verringert die Fähigkeit der Pflanze, Wasser aufzunehmen, was zu osmotischem Stress und Ionentoxizität aufgrund der übermäßigen Anreicherung von Cl− und Na+3,4 führt. Diese wiederum führen zu einer Reihe von Sekundäreffekten wie Nährstoffungleichgewicht, oxidativem Stress und Hemmung der Photosynthese, wodurch das Pflanzenwachstum und die Pflanzenproduktion gedämpft werden4. Die Anpassung der Pflanzen an salzhaltige Bedingungen umfasst die Aktivierung verschiedener biochemischer und physiologischer Strategien zur Wiederherstellung der Ionen- und Wasserhomöostase5.

In den letzten Jahrzehnten wurden mehrere Komponenten der Salztoleranz bei Pflanzen charakterisiert und bildeten die Grundlage für die Entwicklung toleranterer Sorten entweder durch konventionelle Züchtung oder genetische Veränderungen6. Unter den Gartenbaukulturen ist die Tomate (Solanum lycopersicum L.) eine der wichtigsten Modellarten und aufgrund ihrer bekannten Genetik und praktischen Transformationstechniken besonders nützlich für die Untersuchung der Salztoleranz7,8. Die Physiologie von Tomaten unter salzhaltigen und nicht salzhaltigen Bedingungen ist weitgehend charakterisiert. Tomaten gelten aufgrund ihrer Fähigkeit, Wasser und Ionenhomöostase bei mäßigem Salzgehalt in der Wurzelzone zu regulieren, als „mäßig tolerant“ gegenüber Salzgehalt9. Dennoch ist bekannt, dass die Einwirkung hoher Salzkonzentrationen bei den meisten Sorten negative Auswirkungen auf die Samenkeimung, Wachstumshemmung und Verringerung der Fruchtproduktivität hat8. Eine Hemmung des Blattwachstums wurde auch bei Pflanzen beobachtet, die übermäßigem Salzgehalt in der Wurzelzone ausgesetzt waren, und wurde auf einen verringerten Zellturgor, eine verminderte Photosyntheseaktivität und eine Aktivierung der metabolischen Signalübertragung zwischen Stresswahrnehmung und -anpassung zurückgeführt10,11,12.

Die richtige Düngung von Nutzpflanzen und insbesondere die exogene Anwendung mineralischer Mikronährstoffe hat sich als vielversprechender Ansatz erwiesen, um die negativen Auswirkungen verschiedener abiotischer Belastungen, einschließlich Salzgehalt, teilweise abzumildern13. Immer mehr Studien enthalten Ergebnisse, die zeigen, dass die exogene Anwendung von Jod – in Dosierungen, die einer Mikronährstoffanwendung entsprechen – sich positiv auf den Redoxstoffwechsel auswirkt14,15 und die nicht-enzymatische und enzymatische Antioxidantiensynthese stimuliert, wodurch die Toleranz gegenüber verschiedenen widrigen Bedingungen, einschließlich Salzgehalt, erhöht wird3,16 ,17. Allerdings wird in der Literatur immer noch kaum über das Potenzial von Jod berichtet, im Zusammenhang mit der Pflanzenernährung eine Toleranz gegenüber Salzstress zu induzieren. In einem Versuch mit Salat wurde festgestellt, dass die exogene Anwendung von Jod in Form von KIO3 die Aktivität der wichtigsten entgiftenden Enzyme reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), wie Superoxiddismutase (SOD), Ascorbatperoxidase (APX), erhöht. und Katalase (CAT), wodurch die Fähigkeit der Pflanze erhöht wird, starken Salzstress zu ertragen3. Ähnliche Ergebnisse wurden kürzlich bei Tomaten gefunden18, wo festgestellt wurde, dass die Blattapplikation von Jod die antioxidative Kapazität der Sämlinge steigert und ihre Toleranz gegenüber Salzexposition erhöht.

Erst kürzlich wurde die ernährungsphysiologische Rolle von Jod nachgewiesen, da dieses Element kovalent an mindestens 82 verschiedene Proteine in Blättern und Wurzeln von Arabidopsis thaliana gebunden werden kann15. Das Vorkommen der Proteinjodierung wurde zusätzlich bei phylogenetisch entfernten Arten wie Tomaten, Salat, Weizen und Mais nachgewiesen. Bei Arabidopsis führte das Vorhandensein von Jod in mikromolaren Konzentrationen in der Nährlösung im Vergleich zu Kontrollen mit Jodmangel auch zu einer erhöhten Akkumulation von Pflanzenbiomasse und einer rechtzeitigen Blüte15.

In der vorliegenden Studie wurde die Rolle von Jod in der Ernährung von Tomatenpflanzen untersucht, wobei der Schwerpunkt auf seinem Potenzial zur Verbesserung der Salzstresstoleranz lag. Zu diesem Zweck wurde ein erstes klein angelegtes Experiment durchgeführt, um die Wirkung von Jod auf die vegetative Fitness und Fruchtproduktion der Tomatenmodellsorte Micro-Tom zu bewerten, die in einer Wachstumskammer unterschiedlichen Salzgehalten ausgesetzt wurde. Zweitens wurde ein kommerzielles Experiment in einem Gewächshaus mit einer herkömmlichen Hybridtomatensorte durchgeführt. Die Wirkung von Jod, das allein in unterschiedlichen Mengen oder in Kombination mit verschiedenen Salzstressbedingungen zugeführt wurde, wurde im Hinblick auf die vegetative Fitness der Pflanze, den Prolingehalt der Blätter, den Fruchtertrag und die Fruchtqualität, den Jodgehalt und die Transkriptionsaktivität ausgewählter auf Stress reagierender Gene überprüft, darunter diejenigen, die am antioxidativen Stoffwechsel beteiligt sind.

Ziel des Experiments war es, die Wirkung von Bodenjodbehandlungen mit 50 und 100 μM KIO3 auf die wichtigsten vegetativen Parameter und die Fruchtproduktion von Tomaten zu bewerten und außerdem deren mögliche Schutzfunktion gegenüber 25, 50 oder 150 mM NaCl zu analysieren Salzstress. Jod und NaCl wurden der Grunddüngungslösung ab zwei Wochen nach der Samenkeimung bis zur Fruchternte gleichzeitig zugesetzt (3 Behandlungen/Woche; 10 Wochen, insgesamt 30 Behandlungen).

In Abwesenheit von NaCl hatten Jodbehandlungen zwar keinen Einfluss auf die Pflanzenhöhe (Abb. 1b) oder das Frischgewicht der Triebe (FW) (Abb. 1c), wirkten sich jedoch positiv auf die Biomasseproduktion der Triebe aus (Abb. 1d). Darüber hinaus hatten sie einen bemerkenswerten Effekt auf den Fruchtertrag, der im Vergleich zur Kontrolle bei Pflanzen, die mit 50 bzw. 100 μM KIO3 versorgt wurden, um etwa 39,5 % bzw. 29 % höher war (Abb. 1e).

Wachstumskammerexperiment: Einfluss von Jod auf die vegetative Fitness von Pflanzen und ihre Anpassung an Salzstress. Seitenansicht der Pflanzen 10 Wochen nach Beginn der NaCl- und/oder KIO3-Behandlung (a). Pflanzenhöhe (b), Spross-FW (c) und DW (d) und Pflanzenertrag (e). Jeder Balken ist der Mittelwert (± SE) von 12 Replikaten, die jeweils aus einer einzelnen Pflanze bestehen. Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet.

Die schädliche Wirkung des Salzgehalts zeigte sich insbesondere bei mit 150 mM NaCl behandelten Pflanzen (Abb. 1a) in Form einer erheblichen Abnahme der Pflanzenhöhe (Abb. 1b), der Spross-FW und des Trockengewichts (DW) (Abb. 1c, d) und Im Vergleich zu den nicht gestressten Pflanzen wurde eine Fruchtproduktion (Abb. 1e) beobachtet. Wenn Jod zusammen mit NaCl hinzugefügt wurde, förderte es die vegetative Fitness der Pflanzen und die Fruchtproduktion und milderte die negativen Auswirkungen, die durch die höhere angewendete NaCl-Dosis hervorgerufen wurden, stark ab (Abb. 1a, b, d, e). Abgesehen vom Spross-FW unterschieden sich tatsächlich alle vegetativen und Produktionsparameter nicht von denen der nicht gestressten Pflanzen. Darüber hinaus steigerte 100 μM KIO3 im Vergleich zu den mit Jod nicht angereicherten Pflanzen die Fruchtproduktion von mit 25 und 150 mM NaCl behandelten Pflanzen signifikant um 41,5 % bzw. 42 % (Abb. 1e) und steigerte ihre Fruchtproduktion ebenfalls um 25 % bzw. 21 % Schießen Sie DW (Abb. 1d).

Es wurde ein Versuchsaufbau verwendet, der einem normalen kommerziellen Tomatenanbau näher kam, indem Pflanzen in einem Hydrokultursystem unter Gewächshausbedingungen gezüchtet wurden (Abb. 2a).

Gewächshausexperiment: Einfluss von Jod auf die vegetative Fitness von Pflanzen und ihre Anpassung an Salzstress. Übersicht über die hydroponisch gezüchteten Pflanzen unter Gewächshausbedingungen (a). Pflanzenhöhe (b), Trieb-FW (c) und DW (d) und Blatt-Prolingehalt (e). Jeder Balken ist der Mittelwert (± SE) von 13 Replikaten, die jeweils aus einer einzelnen Pflanze (b, c, d) bestehen, oder drei Replikaten (e), die jeweils aus einem Pool gleichaltriger Endblättchen bestehen, die von verschiedenen Pflanzen geerntet wurden . Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet.

Im vorherigen Experiment zeigten sich die positiven Effekte von Jod bereits bei der niedrigsten eingesetzten Konzentration (50 μM KIO3). Aus diesem Grund und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass im Gewächshausversuch sowohl das Jod als auch die NaCl-Salze direkt der täglich zugeführten Nährlösung des Hydrokultursystems zugesetzt worden wären, was eine bessere Aufnahme aller Ionen durch die Pflanzen ermöglichen würde, sind die Konzentrationen von beide verabreichten Salze waren stark reduziert. Jod in Form von KIO3 und in Dosen von 0,2 und 10 μM wurde der Fertigationslösung daher allein oder in Kombination mit 30 oder 60 mM NaCl zugesetzt, was einem leichten bzw. mäßigen Salzstress entsprach. Jod- und/oder NaCl-Behandlungen wurden ab 3 Wochen nach der Transplantation bis zum Ende des Versuchs (vollständige Reifung der Früchte am 5. Rispen) durchgeführt.

Die Auswirkungen der Behandlungen wurden im Hinblick auf die wichtigsten vegetativen Parameter der Pflanze und den Prolingehalt der Blätter (Abb. 2), den Fruchtertrag (Abb. 3) und die Qualität (Abb. 4) sowie auf die Expression ausgewählter auf Stress reagierender Gene überwacht (Abb. 5, 6).

Einfluss von Jod auf den Fruchtertrag bei Abwesenheit/Anwesenheit von Salzstress. Repräsentative Früchte bei der Ernte (a). Fruchtertrag (b) und Anzahl der produzierten Früchte/Pflanze (c), bestimmt durch Sammeln aller während des Wachstumszyklus produzierten Früchte auf jedem Rispen. Jeder Balken ist der Mittelwert (± SE) von 9 Wiederholungen, die jeweils aus den gemittelten Werten der von jedem Gerüst gesammelten Früchte bestehen und auf verschiedenen Bänken geteilt werden. Einzelfrucht-FW (d) und Trockenmasseanteil (TM%; e). Jeder Balken ist der Mittelwert (± SE) von 135 Replikaten (27 Früchte · 5 Rispen), die jeweils aus einer einzelnen Frucht bestehen. Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet.

Einfluss von Jod auf die Fruchtqualität bei Abwesenheit/Anwesenheit von Salzstress. Dargestellt sind der Jodgehalt (a), die Festigkeit (b), die gesamten löslichen Feststoffe (TSS; gemessen als °Brix; c) und der titrierbare Säuregehalt (TA; d). Alle in der 2. Position der 3. Traube produzierten Früchte (n = 27) wurden gesammelt und für qualitative Bestimmungen verwendet. Im Fruchtfestigkeitsdiagramm stellt jeder Balken den Mittelwert (± SE) von 12 Wiederholungen dar, die jeweils aus einer einzelnen Frucht/Pflanze bestehen. In den anderen Diagrammen ist jeder Balken der Mittelwert (± SE) von 3 Wiederholungen, die jeweils aus einer Teilprobe bestehen, die durch Homogenisierung des verbleibenden gesammelten Materials (27–12 = 15 Früchte) erstellt wurde. Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet.

Expressionsniveau der ausgewählten stressbezogenen Gene in Blattproben, die 72 Stunden nach Beginn der KIO3- und/oder NaCl-Verabreichung entnommen wurden. qPCR-Daten sind Mittelwerte (± SE) von drei biologischen Replikaten, die jeweils aus einem Pool von Blattproben bestehen, und werden als relative Einheiten ausgedrückt, wobei der Mittelwert von nicht gestressten Pflanzen, die nicht mit Jod behandelt wurden, auf eins gesetzt wird. Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet. lptg-Gen, das ein unspezifisches Lipidtransferprotein kodiert, HAT9-Gen, das ein Homeobox-Leucin-Zipper-Protein kodiert, AREB1-Gen, das einen bZIP-Transkriptionsfaktor kodiert, LEA-Gen, das ein in der späten Embryogenese reichlich vorhandenes Protein kodiert, CAT-Katalase, SOD-Superoxiddismutase, cAPX zytosolische Ascorbatperoxidase, GR Glutathionreduktase.

Expressionsniveau der ausgewählten stressbezogenen Gene in Blattproben, die 8 Wochen nach Beginn der KIO3- und/oder NaCl-Verabreichung entnommen wurden. qPCR-Daten sind Mittelwerte (± SE) von drei biologischen Replikaten, die jeweils aus einem Pool von Blattproben bestehen, und werden als relative Einheiten ausgedrückt, wobei der Mittelwert von nicht gestressten Pflanzen, die nicht mit Jod behandelt wurden, auf eins gesetzt wird. Wenn die Daten einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag, wurden sie einer einfaktoriellen ANOVA unterzogen und die durch verschiedene Buchstaben gekennzeichneten Werte unterschieden sich signifikant voneinander (LSD-Post-hoc-Test, P ≤ 0,05). Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test durchgeführt und signifikante Unterschiede innerhalb der Mediane mittels Box-and-Whisker-Plot (Median-Notch-Option, P ≤ 0,05) bestimmt und durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet. lptg-Gen, das ein unspezifisches Lipidtransferprotein kodiert, HAT9-Gen, das ein Homeobox-Leucin-Zipper-Protein kodiert, AREB1-Gen, das einen bZIP-Transkriptionsfaktor kodiert, LEA-Gen, das ein in der späten Embryogenese reichlich vorkommendes Protein kodiert, CAT-Katalase, SOD-Superoxiddismutase, cAPX zytosolische Ascorbatperoxidase, GR Glutathionreduktase.

Während des gesamten Wachstumszyklus wurden bei Pflanzen keine Phytotoxizitätssymptome beobachtet, unabhängig von den durchgeführten NaCl- oder Jodbehandlungen (Abb. 2a). In Abwesenheit von NaCl verbesserte Jod das vegetative Wachstum von Tomatenpflanzen eindrucksvoll (Abb. 2b,c). Dies zeigte sich insbesondere bei mit 10 μM KIO3 behandelten Pflanzen, auch wenn die Zugabe von 0,2 μM Jod ebenfalls positive, wenn auch nicht immer statistisch signifikante Auswirkungen auf die erfassten Parameter haben konnte. Im Detail erhöhten 0,2 µM und 10 µM KIO3 die Pflanzenhöhe um 2,9 % bzw. 8,8 % (Abb. 2b), die Spross-FW um 11,5 % bzw. 29,4 % (Abb. 2c) und ihre DW um 25,5 % bzw. 35,6 % (Abb . 2d) im Vergleich zu den mit Jod unbehandelten Exemplaren. Der Sprosswassergehalt wurde durch Jod oder NaCl nicht beeinflusst, wie der Prozentsatz der Pflanzentrockenmasse zeigt, dessen Werte unter allen getesteten Bedingungen unverändert blieben (ergänzende Abbildung S1). Der geringere Salzstress (30 mM NaCl) hatte kaum Auswirkungen auf die vegetative Fitness der Pflanze (Abb. 2b–d), die stattdessen durch die gleichzeitige Zugabe von KIO3 gefördert wurde: Die Spross-FW wurde tatsächlich um 16,7 % bzw. 29,2 % erhöht. durch Zugabe von Jod bei 0,2 µM und 10 µM im Vergleich zu den unbehandelten Jodsorten (Abb. 2c). Jod könnte den negativen Effekt auf die Pflanzenhöhe, der durch die höchste getestete NaCl-Konzentration (60 mM NaCl) hervorgerufen wird, teilweise verhindern (Abb. 2b), ohne die damit einhergehende Verringerung der Pflanzenspross-FW abzuschwächen (Abb. 2c).

Darüber hinaus hatte Jod einen starken Einfluss auf den Prolingehalt der Blätter (Abb. 2e): Ohne Salzstress reduzierten 0,2 µM und 10 µM KIO3 die Anreicherung im Vergleich zu den mit Jod unbehandelten Proben um mehr als das 1,5-fache. Ein ähnliches Verhalten konnte bei Salzstress beobachtet werden, insbesondere bei Pflanzen, die mit 10 µM KIO3 behandelt und 60 mM NaCl ausgesetzt wurden (Abb. 2e).

Ohne Salzstress wurde die Fruchtproduktion durch beide Jodbehandlungen erstaunlich verbessert (Abb. 3a,b): Die Anwendung von Jod in einer Konzentration von 0,2 µM und 10 µM steigerte den Fruchtertrag im Vergleich zur Kontrolle um etwa 22 % bzw. 42 % , jeweils. Die erhöhte Produktivität war auf die Kombination der fördernden Wirkung von Jod bei 0,2 µM und 10 µM auf die Anzahl der produzierten Früchte zurückzuführen (mehr als 3,7 % bzw. 17 % derjenigen aus den mit Jod unbehandelten Pflanzen; Abb. 3c). und auf ihre FW (mehr als 17 % bzw. 23 % der mit Jod unbehandelten Pflanzen; Abb. 3d). Der Fruchttrockenmassegehalt wurde durch Jod deutlich reduziert (ungefähr um 11,5 % bzw. 15 % bei mit 0,2 µM bzw. 10 µM KIO3 behandelten Pflanzen im Vergleich zu mit Jod unbehandelten Pflanzen; Abb. 3e).

Jod linderte die schädliche Wirkung, die durch den leichten Salzstress (30 mM NaCl) verursacht wurde. Die höchste getestete Jodkonzentration (10 µM KIO3) verbesserte den Frucht-FW (mehr als 8,2 % der mit Jod unbehandelten Pflanzen; Abb. 3d) und den endgültigen Pflanzenertrag (mehr als 13,5 % der mit Jod unbehandelten Pflanzen; Abb. 3b) erheblich ). Früchte von mit 10 µM KIO3 behandelten Pflanzen sammelten auch mehr Wasser an, was durch die Abnahme ihres Trockenmasseanteils nahegelegt wird (Abb. 3e). Bei mäßigem Salzstress (60 mM NaCl) neigten mit Jod behandelte Pflanzen dazu, mehr und größere Früchte zu produzieren als die Kontrollen (Abb. 3a, c), auch wenn dieser positive Effekt nicht ausreichte, um den Fruchtertrag signifikant zu steigern.

Die Wirkung von Jod auf die Fruchtqualität wurde durch Bestimmung ihres Gesamtgehalts an löslichen Feststoffen (TSS), ihrer titrierbaren Säure, ihrer Festigkeit (Abb. 4), ihres Kohlenhydrat- (Glucose, Fructose und Saccharose) und Proteingehalts (ergänzende Abb. S2) sowie ihrer Schale bewertet Farbe (Ergänzende Abbildung S3). KIO3-Behandlungen erhöhten die Jodkonzentration in den Früchten dosisabhängig und reichten von 29 μg/kg FG (Kontrollpflanzen) bis zu 40 bzw. 80 μg/kg FG in mit 0,2 µM bzw. 10 µM Jod behandelten Pflanzen (Durchschnittswerte der Kontrollen). und salzbehandelte Pflanzen bei unterschiedlichen KIO3-Konzentrationen; Abb. 4a). Das gleichzeitige Vorhandensein von NaCl in der Nährlösung beeinträchtigte die Jodaufnahme und/oder den Transport zu den Früchten in mit 0,2 µM Jod behandelten Pflanzen nicht, während bei dieser Eigenschaft bei der höheren angewendeten Joddosis eine leichte negative Beeinträchtigung durch 60 mM NaCl beobachtet wurde ( 10 µM) (Abb. 4a).

Mit zunehmendem Salzgehalt nahm die Fruchtfestigkeit tendenziell zu (Abb. 4b). 10 µM KIO3 wirkten sich positiv auf diesen Parameter bei nicht gestressten Pflanzen und bei solchen aus, die leichtem Salzstress ausgesetzt waren, während 0,2 µM KIO3 bei allen getesteten NaCl-Konzentrationen zu keiner signifikanten Veränderung dieser Eigenschaft führte.

In Abwesenheit von Jod erhöhte der Salzgehalt den Frucht-TSS dosisabhängig (Abb. 4c). Im Gegenteil wurde bei allen Salzgehalten ein negativer Einfluss von Jod auf die TSS beobachtet. Das gleiche Verhalten konnte beim Glukosegehalt beobachtet werden (Ergänzende Abbildung S2a), wohingegen die Konzentrationen von Fruktose und Saccharose weder durch den Salzgehalt noch durch Jodbehandlungen (Ergänzende Abbildung S2b, c) sowie die Proteinkonzentration (Ergänzende Abbildung S2b, c) signifikant beeinflusst wurden Abb. S2d). In ähnlicher Weise wurden der titrierbare Säuregehalt der Früchte (Abb. 4d) und die Farbe (ergänzende Abb. S3) weder durch Jod noch durch Salzstress beeinflusst.

Um die mögliche Rolle von Jod in Tomatenpflanzen genauer zu untersuchen, wurden die Auswirkungen auf die vegetative Fitness der Pflanzen und die Fruchtproduktion mit physiologischen Prozessen korreliert, die durch Jod beeinflusst werden können. Zu diesem Zweck wurde die Transkriptionsreaktion auf Jod in Gegenwart oder Abwesenheit von Salzstress anhand einer Auswahl von Genen bestimmt, die an der osmotischen und antioxidativen Reaktion der Pflanze beteiligt sind. Die erste Gruppe umfasste einige gut charakterisierte Stressmarkergene, die hauptsächlich an ABA-bezogenen Reaktionen beteiligt sind, die Dehydrierungs- und Osmoregulationsprozesse beeinflussen (AREB119, lptg220, LEA21, HAT921). Die zweite Gruppe umfasste Gene, die am oxidativen System der Pflanze beteiligt sein können: CAT, SOD, cAPX und GR22. Wir haben uns entschieden, die Transkriptionsreaktion dieser beiden Genklassen zu verfolgen, da sich eine Reihe von Studien auf den Zusammenhang zwischen Salzstress und antioxidativen Systemen in Kombination mit der ABA-Biosynthese und -Signalisierung konzentrieren23.

Durch die Verabreichung von Salz und/oder Jod induzierte frühe und späte Transkriptionsereignisse wurden durch die Analyse von Blattproben charakterisiert, die 72 Stunden bzw. 8 Wochen nach Beginn der Behandlungen entnommen wurden.

In Abwesenheit von Jod schienen die meisten Stressmarkergene, die 72 Stunden nach Beginn der Behandlungen analysiert wurden, in mit NaCl behandelten Pflanzen stärker exprimiert zu sein als in nicht gestressten Pflanzen (Abb. 5). Bemerkenswert ist, dass bei einigen dieser Gene (ltpg2, HAT9, CAT, cAPX und SOD) die Transkriptionsinduktion mit der Menge des zugeführten Salzes korrelierte und in Gegenwart von 60 mM NaCl höher war als in Gegenwart von 30 mM NaCl (Abb. 5). . Jod (in beiden zugeführten Konzentrationen) verringerte die NaCl-Aktivierung der Stressmarkergene ltpg2, HAT9, AREB1, LEA, CAT, SOD und cAPX. Im Gegenteil, die Transkriptionsreaktion nicht gestresster Pflanzen wurde durch Jodbehandlungen nicht besonders beeinflusst: Das Expressionsniveau der meisten Gene war in der Tat bei mit Jod behandelten und nicht behandelten Pflanzen ähnlich oder wurde bei den ersten nur geringfügig beeinflusst (wie). im Fall von AREB1, CAT und cAPX) (Abb. 5).

8 Wochen nach Beginn der Behandlungen war das Expressionsniveau der meisten ausgewählten Gene in nicht mit Jod behandelten Pflanzen bei Kontrollpflanzen und mit NaCl behandelten Pflanzen vergleichbar (Abb. 6). Im Gegensatz dazu wurde eine deutliche Aktivierung von ltpg2, HAT9, AREB1, CAT, SOD und cAPX in Pflanzen beobachtet, die keinem Salzgehalt ausgesetzt waren und mit steigenden Jodmengen behandelt wurden (Abb. 6). Darüber hinaus wurden fast alle Gene, die in den mit NaCl behandelten Pflanzen während der frühen Probenahme durch Jod herunterreguliert wurden (Abb. 5), 8 Wochen nach Beginn der Behandlung leicht aktiviert, wenn auch je nach Jod in unterschiedlichem Ausmaß /NaCl-Kombination verwendet und das spezifische Gen analysiert (Abb. 6). Die Expression dieser Gene nahm bei der Behandlung mit Jod + Salz zu und war im Allgemeinen höher als bei alleiniger Behandlung mit Salz oder Jod.

Die jüngsten Erkenntnisse zu den Auswirkungen von Jod in Arabidopsis thaliana15 erforderten eine Neubewertung der Rolle dieses Elements als Pflanzennährstoff in einer kommerziell relevanten Kulturpflanze wie der Tomate24. Außerdem musste bestätigt werden, dass die niedrigen mikromolaren Dosen, die effektiv bei Arabidopsis eingesetzt wurden, auch bei Tomaten in einer kommerziellen Produktionsumgebung wirksam sein würden. Darüber hinaus musste die potenzielle Rolle von Jod bei der Widerstandsfähigkeit gegenüber abiotischem Stress, wie sie bei Arabidopsis15 gefunden wurde und durch eine Reihe vereinzelter, aber konsistenter bibliografischer Hinweise3,18,25 gestützt wird, bestätigt werden.

Das erste Ergebnis der vorliegenden Studie war, dass wir in beiden durchgeführten Versuchsaufbauten (Wachstumskammer und Gewächshaus) stärker als erwartet beobachteten, dass Jodbehandlungen zu einer beeindruckenden Steigerung des Gesamtfruchtertrags führten (Abb. 1e, 3b). , das wichtigste kommerzielle Merkmal für Tomaten, das auch mit einer positiven Wirkung auf das Pflanzenwachstum verbunden ist (Abb. 1c, 2c). Der höhere Fruchtertrag war auf eine Kombination aus einer erhöhten Anzahl produzierter Früchte pro Pflanze und einem erhöhten durchschnittlichen Fruchtgewicht zurückzuführen (Abb. 3b–d).

Dieses Ergebnis war nicht völlig unerwartet, da bereits über positive Auswirkungen von 1–10 µM Jod auf die vegetative Fitness und den Ertrag von Pflanzen bei Tomaten und anderen Nutzpflanzen wie Spinat26, Salat16, Erdbeeren27, Gerste28 und Weizen29 berichtet wurde. In Übereinstimmung mit unseren Daten beobachtete Borst Pauwels28 eine stimulierende Wirkung niedriger Joddosen auf das Längs- und Radialwachstum von Tomatenpflanzen und den Fruchttrockenmasseertrag. Darüber hinaus zeigten Lehr et al.30 in einem dreijährigen Experiment, dass 12 µM KI den Tomatenertrag im Vergleich zu Kontrollpflanzen um 10–76 % steigerten, was zur ersten Annahme einer wesentlichen Rolle von Jod in der Ernährung von Tomatenpflanzen führte . Kürzlich wurde auch eine positive Wirkung der Organo-Jod-Verbindung 5-Jodsalzsäure auf die Blattbiomasse junger Tomatenpflanzen in Dosierungen von 5 bis 25 μM31 beschrieben. Dennoch wurden auch gegensätzliche Ergebnisse berichtet. Andere Studien an Tomaten zeigten beispielsweise, dass die Zugabe von 5–50 μM Jod, bereitgestellt als KI, KIO3 oder organische Jodformen, das Pflanzenwachstum nicht beeinträchtigte, jedoch nicht zu einer Steigerung der Sprossbiomasse und der Früchte führte Produktion32,33,34. Es wurden sogar schädliche Wirkungen von Jod auf Pflanzen beobachtet, die mit schweren Phytotoxizitätssymptomen einhergehen, wenn es in hohen Konzentrationen und/oder in der I−-Form zugeführt wird17,35. Eine mögliche Erklärung für diese scheinbar widersprüchlichen Beweise ist die weit verbreitete Verfügbarkeit von Jod in Wasser, Boden und Atmosphäre36, aus dem Pflanzen über Wurzeln und Blätter jene winzigen Mengen des Elements frei aufnehmen können, die wahrscheinlich für ihr Leben und ihre Entwicklung ausreichen . Folglich sind die Versuchsaufbauten, die zur Durchführung der verschiedenen Studien verwendet wurden, möglicherweise nicht vergleichbar, und das Fehlen einer genauen Kenntnis der natürlichen Jodverfügbarkeit in der Umgebung, in der Pflanzen wachsen, macht es sehr schwierig zu verstehen, welcher Teil des exogen zugeführten Jods ist Jod wird tatsächlich von Pflanzen aufgenommen und ist für die beschriebenen Wirkungen verantwortlich. Darüber hinaus ist immer noch nicht klar, ob die Mechanismen der Jodverflüchtigung in Form von Methyliodid in höheren Pflanzen weit verbreitet sind und als wirksame Mittel zur Modulation der Jodkonzentration in Pflanzengeweben eingesetzt werden oder nur dazu dienen, überschüssiges Jod zu eliminieren, um dessen mögliche Phytotoxizität zu vermeiden35,37.

In unseren Versuchen verwendeten wir Milli-Q-Wasser im Wachstumskammerexperiment und maßen die Jodkonzentrationen im im Gewächshaus verwendeten Leitungswasser, um sicherzustellen, dass die unter Kontrollbedingungen aufgenommene Jodmenge im Vergleich zu der zugesetzten Menge vernachlässigbar war Nährlösung. Trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen wurden in Früchten von mit Jod unbehandelten Pflanzen geringe Mengen Jod festgestellt (Abb. 4a). Diese können auf Spuren von Jod (0,03 µM) zurückgeführt werden, die im Leitungswasser vorhanden sind, das zur Herstellung der Nährlösungen verwendet wird, und weisen auf eine hohe Fähigkeit von Tomatenpflanzen hin, Jod zu Früchten zu mobilisieren, selbst wenn es in geringen Mengen in der Umwelt vorhanden ist. Darüber hinaus können wir angesichts der zufälligen Verteilung der Behandlungen im Gewächshaus (ergänzende Abbildung S5) die Möglichkeit nicht ausschließen, dass Methyliodid-Emissionen37 aus mit Jod behandelten Pflanzen eine „Kontaminationsquelle“ für die mit Jod unbehandelten Pflanzen darstellten. Auf jeden Fall wurden in unseren Experimenten die möglichen externen Jodquellen so weit wie möglich eingedämmt, und die erzielten Ergebnisse können größtenteils auf die durchgeführten kontrollierten Jodbehandlungen zurückgeführt werden.

Neben den quantitativen Auswirkungen auf Pflanzenwachstum und Ertrag stimulierte die Jodverabreichung auch qualitative Veränderungen einiger Fruchtparameter. Die organoleptische Qualität von Früchten wird stark vom Gehalt an TSS und organischen Säuren beeinflusst, da diese die Süße, Säure und Geschmacksintensität beeinflussen38. Der TSS von Tomatenfrüchten spiegelt den Trockenmassegehalt wider und ist umgekehrt proportional zur Fruchtgröße und zum Feuchtigkeitsgehalt39. In unserer Studie führten Jodbehandlungen zu einer leichten Verringerung des Frucht-TSS (Abb. 4c), wie in früheren Studien beobachtet40, 41, sowie des Glukosegehalts (ergänzende Abb. S2a), wahrscheinlich als Folge der Zunahme der Fruchtwasseransammlung ( Abb. 3e). Trotzdem wurde der Fruchtproteingehalt, der eine der Hauptnährstoffklassen darstellt, nicht beeinträchtigt (ergänzende Abbildung S2d). Im Gegensatz zu den Berichten für Pfeffer42 und Erdbeeren27 veränderte Jod den titrierbaren Säuregehalt der Früchte nicht (Abb. 4e) und wirkte sich positiv auf die Fruchtfestigkeit aus (Abb. 4b), was ein wichtiges qualitatives Merkmal für die Handhabung nach der Ernte ist38. Bei fleischigen Früchten wie Tomaten, die sich durch eine dicke und gut entwickelte Nagelhaut auszeichnen, könnte der Rückgang des Turgors tatsächlich eine Hauptursache für die Erweichung während der Reifung sein43 und Jod schien diesem Trend entgegenzuwirken. Wir haben keinen Einfluss von KIO3 auf die Fruchtfarbe beobachtet (ergänzende Abbildung S3), was auf eine vernachlässigbare Rolle von Jod auf den Carotinoidstoffwechsel schließen lässt . Darüber hinaus stellte das erhöhte Vorkommen von Jod in den Früchten als normales Ergebnis seiner Verabreichung40 angesichts der Bedeutung dieses Mikronährstoffs in der menschlichen Ernährung einen Mehrwert dar17.

Anschließend wurde die Rolle von Jod bei der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Stress, der durch leichten oder mäßigen Salzgehalt in Tomaten verursacht wird, bewertet. Im Wachstumskammerversuch milderte Jod die negativen Auswirkungen, die durch den steigenden Salzgehalt hervorgerufen wurden, deutlich, und in seiner Gegenwart waren fast alle Wachstums-/Produktionsparameter gleich oder sogar besser als diejenigen, die bei Pflanzen gemessen wurden, die nicht mit NaCl behandelt wurden (Abb. 1). . Im kommerziellen Hydrokultursystem wurden die schädlichen Auswirkungen, die durch einen leichten Salzgehaltsstress44,45,46 hervorgerufen wurden, sofern vorhanden, durch Jod erneut stark gemildert (Abb. 2, 3). Diese Ergebnisse stimmten mit einer Reihe früherer Studien überein, die beispielsweise an Salat3 oder Erdbeeren25 durchgeführt wurden. In einer aktuellen Studie an Tomaten führten drei Blattanwendungen von 100 μM KIO3 zu einer 23-prozentigen Verbesserung des Fruchtertrags bei Pflanzen, die während des größten Teils des Wachstumszyklus Salzstress (100 mM NaCl) ausgesetzt waren, ohne den durch NaCl ausgelösten Verlust an Pflanzenbiomasse zu verhindern47 . In Übereinstimmung mit unseren Daten war die Steigerung des Fruchtertrags mit einer erhöhten Anzahl produzierter Früchte verbunden, die sich auch durch einen höheren FW pro Frucht auszeichnete47. Darüber hinaus wurde die Fruchtqualität erwartungsgemäß durch den Salzgehaltsstress positiv beeinflusst45,46, was durch den erhöhten Fruchttrockenmassegehalt (Abb. 3e), die Festigkeit und den TSS (Abb. 4b, c) belegt wurde, und zwar durch die gleichzeitige Behandlung mit Jod die qualitativen (Abb. 4) und ernährungsphysiologischen (ergänzende Abb. S2) Merkmale von Tomatenfrüchten nicht verschlechtern.

Die Anpassung der Pflanzen an salzhaltige Bedingungen kann die Aktivierung verschiedener biochemischer und physiologischer Strategien umfassen, die auf die Wiederherstellung der Ionenhomöostase abzielen5. In der vorliegenden Studie haben wir den Cl−- und Na+-Gehalt in den Tomatenpflanzen und -früchten nicht gemessen, da die Anreicherung dieser beiden Ionen durch KIO3-Behandlungen wahrscheinlich nicht verändert wird, zumindest wenn sie im verwendeten Konzentrationsbereich zugeführt werden in den vorliegenden Experimenten. Mehrere an verschiedenen Kulturpflanzen durchgeführte Studien berichteten über das Fehlen eines direkten Zusammenhangs zwischen KIO3-Behandlungen in niedrigen Konzentrationen und der Anreicherung von Pflanzenionen/Nährstoffen48,50, was darauf hindeutet, dass die in unseren Versuchen bei mit KIO3 behandelten Pflanzen beobachteten Auswirkungen nicht durch jodinduzierte Mineralien erklärt werden können Abwechslung.

Im Gegenteil, wir konzentrierten uns auf die Transkriptionsanalyse einer Reihe ausgewählter Gene, die an anderen wichtigen Mechanismen beteiligt sind, die Pflanzen als Reaktion auf Salz aktivieren, um zu überprüfen, ob ihre Expression durch Jod oder Jod + NaCl auf unterschiedliche Weise moduliert wurde. Wir haben insbesondere die Transkriptionsreaktion von Genen verfolgt, die an der Aktivierung antioxidativer Systeme in Kombination mit der ABA-Biosynthese und -Signalisierung beteiligt sind, da beide Prozesse für die Reaktion auf Salzstress von grundlegender Bedeutung sind23. Ein hoher Salzgehalt im Boden kann tatsächlich die Fähigkeit der Pflanze, Wasser aufzunehmen, verringern, was zu osmotischem Stress und einer erhöhten ABA-Produktion führt, und kann auch zu unterschiedlichem oxidativem Stress führen, dem durch die Aktivierung antioxidativer Systeme entgegengewirkt wird4. Darüber hinaus deuten frühere bibliografische Hinweise auf mögliche Auswirkungen von Jod auf diese Prozesse hin3,15,16,47. Dank dieser Analyse konnten wir beobachten, dass Salzstress von den Pflanzen umgehend wahrgenommen wurde, wodurch die Stressmarkergene bereits in den ersten Tagen nach Beginn der Salzverabreichung aktiviert wurden (Abb. 5). In dieser frühen Phase waren jedoch die Transkriptionsaktivitäten, die sowohl die osmotischen Anpassungen als auch die antioxidative Reaktion steuerten, bei Pflanzen, die NaCl ausgesetzt und gleichzeitig mit KIO3 behandelt wurden, weniger ausgeprägt, was darauf hindeutet, dass Jod die frühen Reaktionen auf den Stress abschwächte. Dieser Befund wurde durch die Akkumulationsdaten von Prolin bestätigt, einem der wichtigsten endogenen Osmolyten, die unter Salzstress produziert werden49: Jod neigte dazu, seine Akkumulation in mit NaCl behandelten Blättern zu verringern, die einige Wochen nach Beginn der KIO3/NaCl-Behandlungen entnommen wurden (Abb . 2e). In einem späteren Stadium des Pflanzenanbaus änderte sich dieser Trend, da Jod dazu neigte, die Expression einiger derselben Gene zu erhöhen, bevor es durch Salzgehalt aktiviert wurde und jetzt nicht mehr durch die alleinige Anwesenheit von NaCl beeinflusst wird (Abb. 6). Es ist möglich, dass Jod aufgrund seiner geringen Konzentration mehrere Wochen lang kontinuierlich verabreicht werden musste, um spezifische Transkriptionsreaktionen gegen seine Anwesenheit zu aktivieren, die auf lange Sicht als neuer Stress wahrgenommen wurden, der sich mit dem zuvor durch Salz induzierten Stress überlagerte und letztendlich Dies führt zu einer besseren Pflanzenanpassung an die gleichen NaCl-Wirkungen.

Es gibt keine zuvor veröffentlichten Informationen, um die transkriptomische Wirkung von Jod in Tomatenpflanzen, die Salzstress ausgesetzt sind, zu vergleichen. Auf biochemischer Ebene deuten jedoch mehrere Studien auf eine starke Beteiligung von Jod am Antioxidationssystem der Pflanze hin, was wiederum stark mit der Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegenüber abiotischem Stress zusammenhängt3,15,16. Dies könnte mit der in der vorliegenden Studie beobachteten Induktion der antioxidativen Reaktion auf der Genexpressionsebene übereinstimmen, wenn Jod, wenn auch in geringen Mengen, über einen langen Zeitraum aufrechterhalten wurde. Es ist dann möglich, dass kurzfristige Jodreaktionen zu einem akuten Stressschutz führten, während langfristige Reaktionen eine Akklimatisierung an chronischen Stress ermöglichten. Die Auswirkungen auf die antioxidative Reaktion der Pflanzen, die gleichzeitig Salzgehalt und Jod ausgesetzt waren, schienen daher komplex und einer weiteren Untersuchung wert.

Unsere Studie bestätigte erneut, dass Jod, wenn es der Nährlösung als KIO3 in mikromolaren Mengen zugesetzt wird, eine grundlegende Rolle im Primär- und Sekundärstoffwechsel von Pflanzen spielen kann. Ohne begleitenden Stress führte die Verabreichung während des gesamten Lebenszyklus der Pflanzen zu einer starken Steigerung der vegetativen Fitness und des Fruchtertrags der Tomaten und verbesserte auch einige qualitative Parameter der Früchte erheblich. Andererseits milderte die Zugabe von Jod bei der Fertigation unter einem sehr häufigen abiotischen Stress wie einem milden Salzgehalt die meisten negativen Auswirkungen des Salzes auf das Pflanzenwachstum und den Fruchtertrag, je nach getesteter Jod- oder NaCl-Konzentration in unterschiedlichem Ausmaß , ohne die allgemeinen positiven Auswirkungen des Salzgehalts auf die Fruchtqualität zu beeinträchtigen.

Die physiologischen Mechanismen, die es Jod ermöglichen, solche Wirkungen zu erzielen, sind derzeit nicht vollständig geklärt. Allerdings bestätigte die Wirksamkeit selbst bei den sehr niedrigen getesteten Konzentrationen die direkte Beteiligung von Jod an der Pflanzenernährung, die sich von seiner Fähigkeit, die antioxidative Aktivität zu erhöhen, unterscheiden oder diese ergänzen könnte, im Einklang mit unseren früheren Erkenntnissen15. In beiden Fällen ist die Jodkonzentration in der Nährlösung, die ausreicht, um einen Nutzen für die Pflanzenproduktion hervorzurufen, mit den empfohlenen Konzentrationen anderer Mikronährstoffe für kommerzielle Gartenbaukulturen vergleichbar.

Es wurde die Tomatensorte Micro-Tom verwendet. Die Pflanzen wurden in Töpfe mit einem Durchmesser von 9 cm gesät, die mit einem handelsüblichen Substrat auf Torfbasis (Hawita-Flor®, Vechta, Deutschland) gefüllt waren, und nach der Vernalisierung in einer Wachstumskammer unter kontrolliertem Licht (80 µmol m−2 s−1) kultiviert PAR), Temperatur (24 °C) und relative Luftfeuchtigkeit (55 %). Die Pflanzen wurden dreimal pro Woche mit 10 ml einer Basisnährlösung fertigiert, die durch Auflösen geeigneter Mengen hochreiner anorganischer Salze [KNO3, NH4NO3, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, KH2PO4, K2SO4] in Milli-Q-Wasser hergestellt wurde. , plus Mikronährstoffe. Die Konzentration an Makronährstoffen (mM) und Mikronährstoffen (µM) in der Nährlösung war wie folgt: N–NO3 14,0; N–NH4 0,8; P 1,0; K 8,0; Ca 4,0; Mg 1,5; SO4 2,4; Fe 45,0; B 20,0; Cu 1,0; Zn 5,0; Mn 10,0; Mo 1.0. Bei der Zubereitung lagen die elektrische Leitfähigkeit (EC) und der pH-Wert der Nährlösung zwischen 1,9–2,2 (dS·m−1) bzw. 5,7–6,0 (eingestellt mit verdünnter H2SO4). Die Jodkonzentration in der Grundnährlösung lag laut ICP-MS-Analyse unter der Nachweisgrenze von 8 nM. Zwei Wochen nach der Keimung wurden die Pflanzen mit Jod (0, 50 und 100 μM als KIO3) allein oder in Kombination mit NaCl (0, 25, 50 und 150 mM) behandelt, indem diese Verbindungen der Grundnährlösung zugesetzt wurden. Die Nährstofflösungen mit KIO3 und/oder NaCl wurden den Pflanzen bis zur Fruchternte (10 Wochen, also insgesamt 30 Behandlungen) verabreicht. Für jede These wurden zwölf Pflanzen (biologische Replikate) gesät.

Am Ende des Versuchs wurde der Substrat-EC an Boden-Wasser-Extrakten gemessen (Volumenverhältnis 1:2). Kurz gesagt, zwei Volumenteile entmineralisiertes Wasser wurden langsam zu getrockneten Substratproben gegeben und die Suspensionen wurden 20 Minuten lang geschüttelt. Für die Filtration unter Vakuum wurde ein mittelgrobes Filterpapier verwendet und der EC-Wert der Extrakte mit einem Leitfähigkeitsmessgerät bestimmt. Die Ergebnisse bestätigten den erhöhten EC-Wert des Substrats als Reaktion auf die unterschiedlichen NaCl-Konzentrationen in der Nährlösung. Im Gegenteil, die alleinige Zufuhr von Jod oder in Kombination mit NaCl hatte keinen signifikanten Einfluss auf die Substrat-EC (ergänzende Abbildung S4).

Am Ende des Versuchs wurden die vegetativen Parameter der Pflanze in Bezug auf Pflanzenhöhe, Spross-FW und DW charakterisiert. Für DW-Bestimmungen wurden die Gewebe bei 70 °C in einem belüfteten Ofen bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Der Fruchtertrag wurde durch Sammeln aller Früchte bestimmt und auf DW-Basis ausgedrückt.

Der Lebenslauf der Spätsaison. Es wurde Cartesio F1 verwendet, eine rote, runde und in Trauben vorkommende Tomate, die in gemäßigten Klimazonen weit verbreitet ist. Tomatenpflanzen wurden von Mitte August bis Anfang Dezember in einem Gewächshaus in Mittelitalien (Pisa; N. 43.704282, W. 10.427033) unter natürlichen Lichtbedingungen hydroponisch kultiviert. Im Winter wurde die Lufttemperatur im Gewächshaus durch den Einsatz elektrischer Warmlufterhitzer mit Ventilatoren, die bei Bedarf aktiviert wurden, über 12 °C gehalten. Die klimatischen Parameter des Gewächshauses wurden kontinuierlich mithilfe einer Wetterstation im Gewächshaus überwacht. Die mittlere Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit betrugen 21 °C bzw. 72,6 % (Tmin = 11,2 °C und tägliche Tmax = 31,6 °C; RHmin = 49,3 % und RHmax = 92,1 %). Der Mittelwert der täglichen Globalstrahlung betrug 3,75 MJm−2 (GRmin = 0,9 MJm−2 und GRmax = 12,3 MJm−2). Das Hydrokultursystem wurde so eingerichtet, dass jede Pflanze unabhängig auf Steinwollewürfeln (Grodan® – 133 × 133 × 160 mm; 2 Steinwürfel/Pflanze) wächst. Auf jeder Kulturbank wurden Lochplatten aus Polystyrol angebracht, um die Entwässerung zu erleichtern und so jegliche Kontamination zwischen den Abflüssen und der Wurzelzone der Pflanzen zu vermeiden (Pflanzen, die mit unterschiedlichen Nährlösungen behandelt wurden, wurden auf denselben Bänken platziert). Für die tropfbewässerte Substratkultur wurde ein offenes Hydroponiksystem eingerichtet. Während der ersten drei Wochen der Kultivierung wurden die Pflanzen mit einer Basisnährlösung fertigiert, die durch Auflösen geeigneter Mengen der hochreinen anorganischen Salze [Ca( NO3)2, KNO3, MgSO4, KH2PO4, K2SO4, H2SO4; Fe-EDDHA, H3BO3, CuSO4, ZnSO4, MnSO4 und (NH4)2MoO4]. Die Konzentration an Makronährstoffen (mM) und Mikronährstoffen (µM) war wie folgt: N–NO3 12,8; P 1,0; K 8,4; Ca 5,0; Mg 1,5; SO4 3,8; Fe 15,0; B 20,0; Cu 3,0; Zn 10,0; Mn 10,0; Mo 1.0. Der EC-Wert und der pH-Wert der Nährlösung lagen zwischen 2,3–2,5 dS/m–1 bzw. 5,5–6,0 (angepasst mit verdünnter H2SO4). Nach den ersten drei Wochen der Kultivierung wurden die Pflanzen in neun Gruppen eingeteilt, die jeweils unterschiedliche Versuchsbedingungen repräsentierten. Eine Pflanzengruppe (Kontrolle) wurde während des gesamten Lebenszyklus mit der Basisnährlösung fertigiert. Die anderen acht Pflanzengruppen wurden mit Jod (0, 0,2, 10 µM KIO3) und NaCl (0, 30, 60 mM) behandelt, die separat und/oder in Kombination verabreicht wurden, indem die Salze der basalen Fertigationslösung zugesetzt wurden. Der EC-Wert der mit 30 und 60 mM NaCl angereicherten Lösungen betrug etwa 5,0 bzw. 7,9 dS·m–1, während der pH-Wert durch häufige Anpassungen mit verdünnter H2SO4 zwischen 5,5 und 6,0 gehalten wurde. Aufgrund der geringen Jodkonzentration wurden der EC und der pH-Wert der Nährlösung unabhängig von der verwendeten Konzentration nicht durch die Anwesenheit von KIO3 beeinflusst. Die Häufigkeit der Pflanzenbewässerung wurde optimiert, um den Pflanzenanforderungen aufgrund der Evapotranspiration gerecht zu werden: Während der ersten Phase der Kultivierung (dem ersten Monat nach Beginn der Jod-/NaCl-Behandlungen) wurden die Pflanzen dreimal täglich für 1 Minute bewässert (8). 1 Minute, 12 Uhr und 16 Uhr), wohingegen von der ersten Novembermitte bis zum Ende des Versuchs nur zwei Bewässerungszyklen durchgeführt wurden (1 Minute um 9 Uhr und 15 Uhr). Die Pflanzen durften wachsen, bis sich am 5. Zweig, über dem sie beschnitten wurden, Früchte bildeten und reiften. Für jede Versuchsbedingung wurden 27 Pflanzenreplikate, gleichmäßig verteilt auf 9 verschiedene Bänke, kultiviert (Ergänzende Abbildungen S5, S6). Es wurde eine regelmäßige Bekämpfung von Schädlingen und Krankheitserregern durchgeführt, indem Pflanzen etwa alle 15 Tage mit verschiedenen Wirkstoffkombinationen behandelt wurden (Ergänzungstabelle S1).

Bei der Ernte wurden die Pflanzen hinsichtlich vegetativer Parameter (Pflanzenhöhe, Spross-FW, DW und Trockenmasseprozentsatz, berechnet als DW/FW ·100; n = 13) und Fruchtertrag charakterisiert, der durch Zählen und Wiegen aller produzierten Früchte bestimmt wurde während des Anbauzyklus, im roten Reifestadium gesammelt. Darüber hinaus wurde von jeder Pflanze 1 Frucht/Rispen gesammelt und zur Bestimmung des durchschnittlichen FW, DW und Trockenmasseanteils einer einzelnen Frucht verwendet. Die in den Diagrammen angegebenen Daten sind die Durchschnittswerte der Früchte, die von den fünf verschiedenen Rispen pro Pflanze gesammelt wurden.

Der Prolingehalt wurde in Blattproben bestimmt (Endblättchen vergleichbarer Blätter, die drei Wochen nach Beginn der Salz- und Jodatbehandlung gesammelt wurden). Die gleichaltrigen Endblättchen (1 Blättchen/Pflanze; n = 27) wurden geerntet und gemischt, um einen Pool zu erhalten von Material, das laut Carillo und Gibon in dreifacher Ausfertigung auf den Prolingehalt analysiert wurde51.

Die wichtigsten qualitativen Merkmale wie Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen (TSS – ausgedrückt als °Brix), titrierbarer Säuregehalt, Festigkeit, Schalenfarbe, Kohlenhydrate (Glukose, Fruktose und Saccharose), Protein- und Jodgehalt wurden an Früchten charakterisiert, die in der 2. Position geerntet wurden der 3. Fachwerkcluster. Alle Früchte wurden am selben Tag geerntet, unabhängig von der Zeit, die seit Beginn der Blüte vergangen ist. Fruchtfarbe (eine Frucht/Pflanze; n = 27; zerstörungsfreie Methode) und Festigkeit (n = 12; zerstörende Methode) wurden bei der Ernte an ganzen frischen Früchten bestimmt. Das verbleibende gesammelte Material (27–12 = 15 Früchte) wurde gemischt, in einem Mixer homogenisiert, in verschiedene Teilproben aufgeteilt und für die anderen qualitativen Bestimmungen bei –80 °C gelagert.

Das Fruchthomogenat wurde zweimal für 10 Minuten bei 5000 U/min zentrifugiert und der Überstand für die Analyse verwendet. Der titrierbare Säuregehalt wurde gemäß der AOAC-Methode 942.1552 gemessen, während der TSS mit einem Refraktometer (RL3-Typ, PZO, Warszawa, Polen) bestimmt wurde. Die beiden Parameter wurden als Zitronensäure % bzw. °Brix ausgedrückt. Der Glukose-, Fruktose- und Saccharosegehalt wurde gemäß Guglielminetti et al.53 auf Fruchthomogenat quantifiziert und als µmol/g FW von Tomaten ausgedrückt, während die Proteinkonzentration durch einen Bicinchoninsäure (BCA)-Assay (Thermo Scientific, Pierce BCA Protein Assay Kit) bestimmt wurde ), unter Verwendung von Rinderserumalbumin-Standards. Die Analysen wurden dreifach durchgeführt.

Die Fruchtfarbe wurde mit einem Kolorimeter (RGB 2, PCE Instruments, Southampton, Vereinigtes Königreich) bestimmt und als HUE-Index ausgedrückt. Zur Messung der Fruchtfestigkeit, ausgedrückt in Newton-Einheiten (N), wurde ein digitales Penetrometer (Katalognummer: 53205, TR Turoni, Forlì, Italien) verwendet.

Der Jodgehalt der Früchte wurde durch induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) bestimmt, wie von Incrocci et al.50 berichtet, und in μg/kg Fruchtgewicht der Tomaten ausgedrückt.

Die transkriptomische Analyse wurde an Blattproben durchgeführt, die zu verschiedenen Zeitpunkten während der Pflanzenkultivierung (72 Stunden und 8 Wochen nach Beginn der NaCl- und/oder KIO3-Behandlung) gesammelt wurden. Nach der Probenentnahme wurden die Blätter sofort in flüssigem Stickstoff eingefroren und bis zur Analyse bei –80 °C gelagert. Die Gesamt-RNA wurde mit dem Spectrum Plant Total RNA Kit (Sigma-Aldrich) gemäß den Anweisungen des Herstellers extrahiert. Zur Entfernung kontaminierender DNA wurde das DNA-freie TURBO-Kit (Thermo Fisher Scientific) und für die RNA-Reverse-Transkription das iScript-DNA-Synthesekit (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA) verwendet. Die Genexpressionsanalyse wurde durch quantitative PCR auf einem ABI Prism 7300 Sequence Detection System (Thermo Fisher Scientific) durch Verarbeitung von 50 ng cDNA-Template mit dem iQ SYBR Green Supermix (Biorad Laboratories) und ausgewählten Primerpaaren auf den folgenden Genen bestimmt: AREB1 (AY530758) , ein bZIP-Transkriptionsfaktor19, lptg2 (U81996.1), ein Lipidtransferprotein20, LEA (Solyc03g116390.2), ein in der späten Embryogenese häufig vorkommendes Protein21, HAT9 (Solyc02g063520.2), ein Homeobox-Leucin-Zipper-Protein21, CAT (M93719.1). ), SOD (AY262025.1), zytosolische Ascorbatperoxidase, cAPX (DQ099420.1) und Glutathionreduktase, GR (AW033378). Als endogene Kontrollen wurden der Elongationsfaktor 1-alpha, EF1A (X14449)54 und Actin (Solyc03g078400.2.1) verwendet. Die relativen Expressionsniveaus wurden mithilfe der geometrischen Mittelungsmethode (GeNorm)55 berechnet. Die Liste der verwendeten Primer und ihre Sequenzen sind in der Ergänzungstabelle S2 aufgeführt. Es wurden drei biologische Replikate analysiert, die jeweils aus einem Pool von Blättern verschiedener Pflanzen bestanden.

Die Daten wurden mittels einer einfaktoriellen ANOVA in Verbindung mit dem LSD-Post-hoc-Test analysiert, wenn sie einer Normalverteilung folgten und Homogenität der Varianzen vorlag. Wenn eine dieser beiden Voraussetzungen verletzt wurde, wurde ein Kruskal-Wallis-Test für nichtparametrische Statistiken durchgeführt und die Signifikanzbuchstaben mithilfe eines Box-and-Whisker-Diagramms mit mittlerer Kerbe grafisch zugeordnet. Signifikante Unterschiede zwischen den Mittelwerten/Medianen (P < 0,05) werden in jedem Diagramm durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet.

Die experimentelle Forschung an Pflanzen, einschließlich der Sammlung von Pflanzenmaterial, entsprach institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien.

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel (und seinen ergänzenden Informationsdateien) enthalten.

Zaman, M. & Exner, M. Bekämpfung der Bodenversalzung mit nuklearen Techniken: Die IAEO begeht den Weltbodentag 2021. Am Weltbodentag. Internationale Atomenergiebehörde. IAEO. https://www.iaea.org/newscenter/news/combatting-soil-salinisation-using-nuclear-techniques-the-iaea-commemorates-2021-world-soil-day (2021).

Yadav, SP et al. Einfluss von Salzstress auf Wachstum, Produktivität und physikalisch-chemische Eigenschaften von Pflanzen: Ein Überblick. Int. J. Chem. Zucht. 7(2), 1793–1798 (2019).

CAS Google Scholar

Leyva, R. et al. Wohltuende Wirkung von exogenem Jod in Salatpflanzen, die Salzstress ausgesetzt sind. Pflanzenwissenschaft. 181(2), 195–202. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.05.007 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Parihar, P., Singh, S., Singh, R., Singh, VP & Prasad, SM Wirkung von Salzstress auf Pflanzen und ihre Toleranzstrategien: Eine Übersicht. Umgebung. Wissenschaft. Umweltverschmutzung. Res. Int. 22(6), 4056–4075. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3739-1 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Hasegawa, PM, Bressan, RA, Zhu, JK & Bohnert, HJ Zelluläre und molekulare Reaktionen von Pflanzen auf hohen Salzgehalt. Ann. Rev. Plant Physiol. Pflanzenmol. Biol. 51, 463–499. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.51.1.463 (2000).

Artikel CAS Google Scholar

Hossain, MS Aktuelles Szenario globaler salzbelasteter Böden, deren Bewirtschaftung und Bedeutung der Salzgehaltsforschung. Int. Res. J. Biol. Wissenschaft. 1, 1–3 (2019).

Google Scholar

Yin, W. et al. Der MADS-Box-Transkriptionsfaktor SlMBP8 der Tomate (Solanum lycopersicum) reguliert Dürre, Salztoleranz und stressbedingte Gene. Pflanzenwachstumsreg. 83, 1–14. https://doi.org/10.1007/s10725-017-0283-2 (2017).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Cuartero, J., Bolarin, MC, Asíns, MJ & Moreno, V. Erhöhung der Salztoleranz in der Tomate. J. Exp. Bot. Rev. 57, 1045–1058. https://doi.org/10.1093/jxb/erj102 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Martinez-Rodriguez, MM et al. Die Wirksamkeit der Veredelung zur Verbesserung der Salztoleranz bei Tomaten, wenn ein „Ausschluss“-Genotyp als Spross verwendet wird. Umgebung. Exp. Bot. 63, 392–401. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.12.007 (2008).

Artikel CAS Google Scholar

Maggio, A., Pascale, SD, Angelino, G., Ruggiero, C. & Barbieri, G. Physiologische Reaktion von Tomaten auf Salzbewässerung in langfristig versalzten Böden. EUR. J. Agron. 21, 149–159. https://doi.org/10.1016/S1161-0301(03)00092-3 (2004).

Artikel Google Scholar

Munns, R. Physiologische Prozesse, die das Pflanzenwachstum in salzhaltigen Böden begrenzen: einige Dogmen und Hypothesen. Pflanzenzelle. Umgebung. 16, 15–24. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.1993.tb00840.x (1993).

Artikel CAS Google Scholar

Munns, R. Vergleichende Physiologie von Salz- und Wasserstress. Pflanzenzelle. Umgebung. 25, 239–250. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2001.00808.x (2002).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Banerjee, A. & Roychoudhury, A. Rolle nützlicher Spurenelemente bei der Salzstresstoleranz von Pflanzen. In Plant Nutrientsaaa and Abiotic Stress Tolerance (Hrsg. Hasanuzzaman, M. et al.) 377–390 (Springer, 2018). https://doi.org/10.1007/978-981-10-9044-8_16.

Kapitel Google Scholar

Gupta, N., Bajpai, M., Majumdar, R. & Mishra, P. Reaktion von Jod auf den Antioxidantienspiegel von Glycine max L., das unter Cadmiumstress gezüchtet wurde. Adv. Biol. Res. 9, 40–48. https://doi.org/10.5829/idosi.abr.2015.9.1.9183 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Kiferle, C. et al. Hinweise auf eine ernährungsphysiologische Rolle von Jod in Pflanzen. Vorderseite. Pflanzenwissenschaft. 12, 616868. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.616868 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Blasco, B., Leyva, R., Romero, L. & Ruiz, JM Jodeffekte auf den Phenolstoffwechsel in Salatpflanzen unter Salzstress. Landwirtschaft. Lebensmittelchem. 61, 2591–2596. https://doi.org/10.1021/jf303917n (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Medrano-Macias, J., Leija-Martinez, P., Gonzalez-Morales, S., Juarez-Maldonado, A. & Benavides-Mendoza, A. Verwendung von Jod zur Biofortifizierung und Förderung von Wachstum und Stresstoleranz bei Nutzpflanzen. Vorderseite. Pflanzenwissenschaft. 7, 1146. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01146 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Pérez-Salas, S. & Medrano-Macías, J. Verwendung von Jod als Toleranzinduktor bei Tomatensämlingen unter Salzgehaltstress. J. Chem. Technol. Biotechnologie. 15(25), 15–22 (2021).

Google Scholar

Uno, Y. et al. Grundlegende Leucin-Zipper-Transkriptionsfaktoren von Arabidopsis, die an einem Abscisinsäure-abhängigen Signaltransduktionsweg unter Dürre- und Bedingungen mit hohem Salzgehalt beteiligt sind. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 97(21), 11632–11627. https://doi.org/10.1073/pnas.190309197 (2000).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lu, C. et al. LeERF1 verbessert die Toleranz gegenüber Trockenstress bei Tomaten (Lycopersicon esculentum) und aktiviert nachgeschaltete, auf Stress reagierende Gene. Afr. J. Biotechnologie. 9(38), 6294–6300 (2010).

CAS Google Scholar

Gong, P. et al. Transkriptionsprofile von auf Dürre reagierenden Genen bei der Modulation der Transkriptionssignaltransduktion und biochemischen Signalwegen in Tomaten. J. Exp. Bot. 61(13), 3563–3575. https://doi.org/10.1093/jxb/erq167 (2010).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gill, SS & Tuteja, N. Reaktive Sauerstoffspezies und antioxidative Mechanismen bei der Toleranz gegenüber abiotischem Stress in Kulturpflanzen. Pflanzenphysiologie. Biochem. 48(12), 909. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Raziq, A. et al. Eine umfassende Bewertung der Salztoleranz bei Tomaten (Var. Ailsa Craig): Reaktionen auf physiologische und transkriptionelle Veränderungen in RBOHs und ABA-Biosynthese- und Signalgenen. Int. J. Mol. Wissenschaft. 23, 1603. https://doi.org/10.3390/ijms23031603 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Foolad, MR Genomkartierung und molekulare Züchtung von Tomaten. Int. J. Pflanzengenom. 64358, 52. https://doi.org/10.1155/2007/64358 (2007).

Artikel CAS Google Scholar

Medrano Macías, J. et al. Verbesserung der Salzstresstoleranz bei Erdbeerpflanzen durch Anwendung von Jodprodukten. Agronomy 11(3), 602. https://doi.org/10.3390/agronomy11030602 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Zhu, YG, Huang, YZ, Hu, Y. & Liu, YX Jodaufnahme durch in Lösungskultur gezüchtete Spinatpflanzen (Spinacia oleracea L.): Auswirkungen von Jodarten und Lösungskonzentrationen. Umgebung. Int. 29, 33–37. https://doi.org/10.1016/S0160-4120(02)00129-0 (2003).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, R. et al. Auswirkungen von Jodid und Jodat auf das Wachstum und die Fruchtqualität von Erdbeeren. Wissenschaft. Lebensmittel Landwirtschaft. 97, 230–235. https://doi.org/10.1002/jsfa.7719 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Borst Pauwels, GWFH Jod als Mikronährstoff für Pflanzen. Pflanzenerde 14, 377–392. https://doi.org/10.1007/BF01666295 (1961).

Artikel CAS Google Scholar

Cakmak, I. et al. Jod-Bioanreicherung von Weizen, Reis und Mais durch Düngemittelstrategie. Pflanzenerde 418, 319–335. https://doi.org/10.1007/s11104-017-3295-9 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Lehr, JJ, Wybenga, JM & Rosanow, M. Jod als Mikronährstoff für Tomaten. Pflanzenphysiologie. 33, 421–427. https://doi.org/10.1104/pp.33.6.421 (1958).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Halka, M., Smoleń, S., Ledwożyw-Smoleń, I. & Sady, W. Vergleich der Wirkungen von Kaliumiodid und Iodosalicylaten auf das antioxidative Potenzial und die Iodakkumulation in jungen Tomatenpflanzen. J. Pflanzenwachstumsreg. 39, 282–295. https://doi.org/10.1007/s00344-019-09981-2 (2020).

Artikel CAS Google Scholar

Smolen, S. et al. Die Bioanreicherung von Jod mit zusätzlicher Anwendung von Salicylsäure beeinflusst den Ertrag und ausgewählte Parameter der chemischen Zusammensetzung von Tomatenfrüchten (Solanum lycopersicum L.). Wissenschaft. Hortisch. 188, 89–96. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.03.023 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Halka, M. et al. Die Versorgung mit organischem Jod wirkt sich auf Tomatenpflanzen anders aus als anorganisches Jod. Physiol. Werk 164, 290–306. https://doi.org/10.1111/ppl.12733 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Halka, M. et al. Jod-Biofortifizierung durch Expression der HMT-, SAMT- und S3H-Gene in Solanum lycopersicum L. Plant Physiol. Biochem. 144, 35–48. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.09.028 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gonzali, S., Kiferle, C. & Perata, P. Jod-Biofortifizierung von Nutzpflanzen: Agronomische Biofortifizierung, Stoffwechseltechnik und Jod-Bioverfügbarkeit. Curr. Meinung. Biotechnologie. 44, 16–26. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2016.10.004 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Shetaya, WH, Young, SD, Watts, MJ, Ander, EL & Bailey, EH Joddynamik in Böden. Geochim. Kosmochim. Acta 77, 457–473. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.10.034 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Carlessi, M. et al. Durch gezieltes Ausschalten des Gens OsHOL1 werden Methyliodid-Emissionen aus Reispflanzen entfernt. Wissenschaft. Rep. 11, 17010. https://doi.org/10.1038/s41598-021-95198-x (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Dorais, M., Papadopoulos, AP & Gosselin, A. Fruchtqualität von Gewächshaustomaten. In Horticultural Reviews (Hrsg. Janick, J.) 239–319 (Wiley, 2000). https://doi.org/10.1002/9780470650806.ch5

Kapitel Google Scholar

Beckles, DM Faktoren, die den löslichen Feststoff- und Zuckergehalt von Tomatenfrüchten (Solanum lycopersicum L.) nach der Ernte beeinflussen. Nachernte. Biol. Technol. 63, 129–140. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2011.05.016 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Kiferle, C., Gonzali, S., Holwerda, HT, Ibaceta, RR & Perata, P. Tomatenfrüchte: Ein gutes Ziel für die Jod-Bioanreicherung. Vorderseite. Pflanzenwissenschaft. 4, 205. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00205 (2013).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Smolen, S. et al. Qualität frischer und gelagerter Karotten in Abhängigkeit von der Jod- und Stickstoffdüngung. Lebensmittelchem. 159, 316–322. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.03.024 (2014).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Li, R. et al. Verbesserung des Jodgehalts und der Fruchtqualität von Pfeffer (Capsicum annuum L.) durch Biofortifizierung. Wissenschaft. Hortisch. 214, 165–173. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.11.030 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Posé, S. et al. Eine nanostrukturelle Ansicht des Zellwandzerlegungsprozesses während der Fruchtreife und der Lagerung nach der Ernte mittels Rasterkraftmikroskopie. Trends Lebensmittelwissenschaft. Technol. 87, 47–58. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.02.011 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Suarez, DL, Celis, N., Ferreira, JFS, Reynolds, T. & Sandhu, D. Verknüpfung genetischer Determinanten mit Salztoleranz und Ionenbeziehungen in Auberginen, Tomaten und Paprika. Wissenschaft. Rep. 11, 16298. https://doi.org/10.1038/s41598-021-95506-5 (2021).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang, P., Senge, M. & Dai, Y. Auswirkungen von Salzstress auf Wachstum, Ertrag, Fruchtqualität und Wassernutzungseffizienz von Tomaten im Hydrokultursystem. Rev. Agric. Wissenschaft. 4, 46–55. https://doi.org/10.7831/ras.4.46 (2016).

Artikel Google Scholar

Agius, C., von Tucher, S. & Rozhon, W. Die Auswirkung des Salzgehalts auf die Fruchtqualität und den Ertrag von Kirschtomaten. Horticulturae 8, 59. https://doi.org/10.3390/horticulturae8010059 (2022).

Artikel Google Scholar

Fuentes, JEG et al. Ergebnisse der Blattjodanwendung auf Wachstum, Mineralien und Antioxidantien bei Tomatenpflanzen unter Salzstress. Folia Hort. 34(1), 1–11. https://doi.org/10.2478/fhort-2022-0003 (2022).

Artikel Google Scholar

Blasco, B. et al. Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Jod und Mineralnährstoffen in Salatpflanzen. J. Pflanzennähr. 35(13), 1958–1969. https://doi.org/10.1080/01904167.2012.716889 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Verbruggen, N. & Hermans, C. Prolinakkumulation in Pflanzen: eine Übersicht. Aminosäuren 35(4), 753–759. https://doi.org/10.1007/s00726-008-0061-6 (2008).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Incrocci, L. et al. Jodanreicherung und -toleranz in süßem Basilikum (Ocimum basilicum L.) mit grünen oder violetten Blättern, das im Floating-System-Verfahren gezüchtet wird. Vorderseite. Pflanzenwissenschaft. 18(10), 1494. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01494 (2019).

Artikel Google Scholar

Carillo, P. & Gibon, Y. Protokoll: Extraktion und Bestimmung von Prolin (2011). https://prometheusprotocols.net/function/tissue-chemistry/primary-metabolites/extraction-anddetermination-of-proline/

AOAC. Offizielle Analysemethoden, 16. Aufl. (Vereinigung der offiziellen analytischen Chemiker, 1995).

Google Scholar

Guglielminetti, L., Perata, P. & Alpi, A. Wirkung von Anoxie auf den Kohlenhydratstoffwechsel in Reissämlingen. Anlage. Physiol. 108, 735–741. https://doi.org/10.1104/pp.108.2.735 (1995).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kiferle, C. et al. Tomaten-R2R3-MYB-Proteine SlANT1 und SlAN2: Gleiche Proteinaktivität, unterschiedliche Rollen. PLoS ONE 10(8), e0136365. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0136365 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

GeNorm. https://genorm.cmgg.be/.

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von der Scuola Superiore Sant'Anna und von SQM International NV unterstützt

PlantLab, Zentrum für Pflanzenwissenschaften, Scuola Superiore Sant'Anna, Pisa, Italien

Claudia Kiferle, Silvia Gonzali, Sara Beltrami, Marco Martinelli und Pierdomenico Perata

SQM International NV, 2030, Antwerpen, Belgien

Katja Hora & Harmen Tjalling Holwerda

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

CK, KH, HTH, SG und PP: konzipierten das Projekt; CK, MM, SB: Durchführung von Experimenten; CK, SB: Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung; CK, SG, PP, KH und HTH: allgemeine Diskussion und Überarbeitung des Artikels; Alle Autoren haben frühere Versionen gelesen, dazu beigetragen und die endgültige Version genehmigt.

Korrespondenz mit Claudia Kiferle.

KH und HTH sind Mitarbeiter von SQM International NV, einem im Düngemittelsektor tätigen Unternehmen. Die anderen Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Kiferle, C., Gonzali, S., Beltrami, S. et al. Verbesserung des Fruchtertrags und der Salztoleranz von Tomatenpflanzen, die mit Mikronährstoffmengen Jod befruchtet wurden. Sci Rep 12, 14655 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18301-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 05. Mai 2022

Angenommen: 09. August 2022

Veröffentlicht: 29. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18301-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Pflanze und Boden (2022)

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.

Nachricht

Verbesserung des Fruchtertrags und der Salztoleranz von Tomatenpflanzen, die mit Mikronährstoffmengen Jod befruchtet wurden