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Juan David Castilla Squash wie man wächst

Biostimulanzien in der Landwirtschaft. Pflanzliche Proteinhydrolysate PHs haben als pflanzliche Biostimulanzien aufgrund ihres Potenzials zur Steigerung der Keimung, Produktivität und Qualität einer Vielzahl von gartenbaulichen und agronomischen Pflanzen an Bedeutung gewonnen. Die Anwendung von PHs kann auch die negativen Auswirkungen von abiotischem Pflanzenstress aufgrund von Salzgehalt, Trockenheit und Schwermetallen lindern. Jüngste Studien, die darauf abzielen, die Mechanismen aufzudecken, die diese vorteilhaften Wirkungen regulieren, weisen darauf hin, dass PHs Pflanzen direkt beeinflussen könnten, indem sie den Kohlenstoff- und Stickstoffstoffwechsel stimulieren und die hormonelle Aktivität beeinträchtigen.

Indirekte Effekte könnten ebenfalls eine Rolle spielen, da PHs die Nährstoffverfügbarkeit in Pflanzenwachstumssubstraten verbessern und die Nährstoffaufnahme und die Nährstoffnutzungseffizienz in Pflanzen erhöhen könnten. Darüber hinaus könnten die vorteilhaften Wirkungen von PHs auch auf die Stimulation von Pflanzenmikrobiomen zurückzuführen sein. Pflanzen werden von einer reichhaltigen und vielfältigen Auswahl an mikrobiellen Taxa besiedelt, die Pflanzen dabei helfen können, Nährstoffe und Wasser aufzunehmen und biotischem und abiotischem Stress standzuhalten.

Die von PHs bereitgestellten Substrate wie Aminosäuren könnten eine ideale Nahrungsquelle für diese pflanzenassoziierten Mikroben darstellen. In der Tat haben neuere Studien Beweise dafür geliefert, dass pflanzliche Mikrobiome durch die Anwendung von PHs modifiziert werden, was die Hypothese stützt, dass PHs zumindest teilweise über Änderungen in der Zusammensetzung und Aktivität dieser mikrobiellen Gemeinschaften wirken könnten.

Um das Potenzial von PHs voll auszuschöpfen, sind jedoch weitere Studien erforderlich, um die Mechanismen zu beleuchten, die die vorteilhaften Wirkungen dieser Produkte bewirken, sowie Produktformulierungen und Applikationsmethoden zu identifizieren, die den Nutzen unter einer Reihe von agrarökologischen Bedingungen optimieren. Um die weltweite Nachfrage zu befriedigen, wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, die sich auf die Züchtung von Sorten mit höherem Ertragspotenzial konzentrieren. Diese Einheitslösung führt jedoch zu begrenzten Vorteilen, insbesondere angesichts der Tatsache, dass das genetische Potenzial von Grundnahrungsmitteln fast begrenzt ist erreicht.

Alternativ wurde die Hypothese aufgestellt, dass zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Stabilität des landwirtschaftlichen Ernteertrags, zur Optimierung des Pflanzenmanagements und zur Verbesserung der Effizienz der Ressourcennutzung i.

Eine innovative Technologie mit vielversprechendem Anwendungspotential bei der Bewältigung dieser kritischen Herausforderungen erfordert die Verwendung von Proteinhydrolysat-PHs. Die Anwendung von PHs als Biostimulanzien in einer Vielzahl von gartenbaulichen und agronomischen Kulturen wurde anerkannt. Sie sind als flüssige Extrakte oder in löslichem Pulver und körniger Form erhältlich und können in der Nähe der Wurzel seitlich behandelt oder als Blattspray aufgetragen werden. Colla et al. PHs werden hauptsächlich durch chemische Säure- und alkalische Hydrolyse, thermische und enzymatische Hydrolyse eines breiten Spektrums sowohl tierischer Abfälle als auch pflanzlicher Biomasse hergestellt. Colla et al.

Zu den tierischen Rückständen zählen tierische Epithel- oder Bindegewebe wie Ledernebenprodukte, Blutmehl, Fischnebenprodukte, Hühnerfedern und Kasein, während Biomasse pflanzlichen Ursprungs Hülsenfruchtsamen, Luzerneheu, Nassmahlen von Mais und pflanzliche Nebenprodukte Colla umfasst et al. Insbesondere PHs, die aus Nebenprodukten von Gemüse und der Mais-Nassmahlindustrie stammen, werden in der Wissenschaft und in Handelsunternehmen immer beliebter, da sie eine nachhaltige, wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung für das Problem der Abfallentsorgung darstellen könnten. Pecha et al.

Derzeit entfällt der größte Teil des Marktes für PH-Biostimulanzien auf tierische Proteine, die durch Säurehydrolyse gewonnen werden, während der Rest auf die enzymatische Hydrolyse pflanzlicher Proteine ​​zurückzuführen ist. Colla et al. Darüber hinaus haben einige Unternehmen in den letzten Jahren pflanzliche PHs auf dem US-amerikanischen, europäischen und asiatischen Markt eingeführt. Diese aus Pflanzen gewonnenen PHs werden von den Landwirten aufgrund ihres Reichtums an bioaktiven Verbindungen und ihrer großen Wirksamkeit bei der Verbesserung der Ernteleistung zunehmend akzeptiert.

In vielen Fällen wurde gezeigt, dass PHs eine Schlüsselrolle als Biostimulanzien spielen, indem sie pflanzliche molekulare und physiologische Prozesse modulieren, die das Wachstum auslösen, den Ertrag steigern und die Auswirkungen von abiotischem Stress auf Pflanzen lindern. Calvo et al. Direkte Auswirkungen von PHs auf Pflanzen umfassen die Stimulierung des Kohlenstoff- und Stickstoffmetabolismus sowie die Regulierung der N-Aufnahme, die durch Schlüsselenzyme vermittelt wird, die am N-Assimilationsprozess beteiligt sind, und die Regulierung der Aktivität von drei Enzymen, die an der Citrat-Synthase des Tricarbonsäurezyklus, der Isocitrat-Dehydrogenase, beteiligt sind und Malatdehydrogenase Colla et al.

PHs könnten aufgrund des Vorhandenseins bioaktiver Peptide auch die hormonellen Aktivitäten stören. Colla et al. Mehrere Studien haben gezeigt, dass viele kommerzielle Produkte, die aus PHs gewonnen wurden, hormonähnliche Aktivitäten wie Auxin und Gibberelline hervorriefen, das Wurzel- und Sprosswachstum und damit die Pflanzenproduktivität förderten. Ertani et al. Zusätzlich zur direkten Wirkung von PHs wurden indirekte Auswirkungen auf Wachstum und Pflanzenernährung nachgewiesen, als PHs auf Böden und Pflanzen du Jardin, 2015, angewendet wurden.

Es wurde gezeigt, dass Blatt- und Wurzelanwendungen die Aufnahme- und Nutzungseffizienz von Makro- und Mikronährstoffen verbessern. Ertani et al. Eine verbesserte Nährstoffaufnahmeleistung von PH-behandelten Pflanzen wurde hauptsächlich mit Modifikationen der Wurzelarchitekturdichte, Länge und Anzahl der Seitenwurzeln sowie mit einer Erhöhung der Nährstoffverfügbarkeit in der Bodenlösung infolge der Komplexierung von Nährstoffen durch Peptide und Aminosäuren in Verbindung gebracht und erhöhte mikrobielle Aktivität Colla et al.

Neben den positiven Wirkungen von PH-behandelten Pflanzen gibt es mehrere Autoren, Ruiz et al. Trotz der Bemühungen von Wissenschaftlern, die biostimulierenden Eigenschaften von PHs zu verstehen, ist das Wissen über Zielstoffwechselwege und Wirkmechanismen, die durch die Anwendung von PHs hervorgerufen werden, alles andere als ungeklärt.

Darüber hinaus kann die biostimulierende Wirkung von PHs in Abhängigkeit von ihrer Herkunft und ihren Eigenschaften, Arten, Sorten, phänologischen Stadien, Wachstumsbedingungen, Konzentration, Zeit und Art des Blattes im Vergleich zur Wurzel der Anwendung, Löslichkeit und Blattpermeabilität variieren. Colla et al. Das Eindringen von Wirkstoffen, Aminosäuren und Peptiden in die inneren Strukturen von PH-behandelten Pflanzen ist entscheidend, da Biostimulanzien auf PH-Basis normalerweise blättrig angewendet werden. Colla et al.

Die als Reaktion auf die Anwendung von PHs beobachtete biostimulierende Aktivität könnte zumindest teilweise indirekt durch eine mikrobiell vermittelte Verbesserung der Pflanzengesundheit wirken. Colla et al. Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass Mikroben die Fitness der Pflanzen verbessern können, indem sie physiologische und Entwicklungsprozesse verändern, was zu einer höheren Nährstoff- und Wasseraufnahme sowie einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen Umweltstressoren führt. Philippot et al.

Es wurde festgestellt, dass viele dieser Wechselwirkungen in der Rhizosphäre auftreten, die ein begrenztes Bodenvolumen umfasst, das auf das Wurzelsystem beschränkt ist und von diesem beeinflusst wird. In jüngerer Zeit wurden in der Phyllosphäre, die Pflanzenblattoberflächen bedeckt, auch Mikroben gefunden, die das Wachstum fördern und Pflanzen helfen, biotischem und abiotischem Stress zu widerstehen.

Es wurde geschätzt, dass die Anzahl der auf und in Pflanzengeweben lebenden mikrobiellen Zellen die Anzahl der Pflanzenzellen übersteigt, und diese Gemeinschaft von Mikroorganismen wird heute allgemein als Teil des 2. Genoms der Pflanze oder ihres Mikrobioms Berendsen et al.

Die organischen Moleküle in PHs könnten als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle für die in der Rhizosphäre und Phyllosphäre von Pflanzen lebenden Mikroben verwendet werden. Darüber hinaus sind Mikroben im Allgemeinen für Aminosäuren wettbewerbsfähiger als Pflanzen Moe, 2013, was darauf hinweist, dass ein Großteil der von PHs bereitgestellten organischen Materialien von Mikroben genutzt oder verändert werden könnte, bevor sie Pflanzen direkt beeinflussen oder von ihnen aufgenommen werden können. Wenn sich dies als richtig herausstellt, kann das Verständnis, wie das Pflanzenmikrobiom mit PHs modifiziert werden kann, deren Nutzen verbessern und die Pflanzenproduktivität weiter verbessern.

Ziel der aktuellen Überprüfung ist es, einen aktualisierten wissenschaftlichen Überblick über die Auswirkungen von PH auf Wachstum, Produktivität und Qualität von Agrarrohstoffen zu geben. Darüber hinaus werden mögliche Wirkmechanismen und Mechanismen beleuchtet, die diese Effekte vermitteln.

Die Auswirkungen der Anwendung von PHs auf den Primär- und Sekundärstoffwechsel und die Physiologie, die Widerstandsfähigkeit gegenüber widrigen chemischen Bodenbedingungen und Umweltbelastungen sowie die Auswirkungen von PHs auf das Pflanzenmikrobiom werden ebenfalls behandelt.

Proteinhydrolysate enthalten hauptsächlich Peptide und freie Aminosäuren Calvo et al. PHs können auch Kohlenhydrate und vernachlässigbare Mengen an Mineralelementen, Phenolen, Phytohormonen und anderen organischen Verbindungen enthalten. Ertani et al. Die chemischen Eigenschaften von PH variieren je nach Proteinquelle. E. Die Zusammensetzung von Kollagen-abgeleiteten PHs wird von Aminosäuren wie Glycin und Prolin sowie Asparagin- und Glutaminsäuren in von Hülsenfrüchten und Fischen abgeleiteten PHs dominiert. Ertani et al.

Darüber hinaus enthalten von Kollagen abgeleitete PHs typischerweise signifikante Mengen an Hydroxyprolin und Hydroxylysin, die als Marker für diese Art von PHs verwendet werden können. Colla et al.

Da die Säurehydrolyse sehr aggressiv ist, besteht das resultierende Produkt aus einer großen Menge freier Aminosäuren und in geringerem Maße aus löslichen Peptiden. Während der Säurehydrolyse werden einige Aminosäuren wie Tryptophan, Cystein, Serin und Threonin teilweise oder vollständig zerstört, und viele andere Aminosäuren werden von der L-Form in die D-Form-Racemisierung umgewandelt, wodurch ihre biologische Aktivität verloren geht. Colla et al.

Das Molekulargewicht der Peptide variiert von mehreren hundert bis zu Tausenden von Dalton, wobei Peptide mit niedrigem Molekulargewicht biologisch aktiver sind. Quartieri et al.

Biologisch aktive Peptide wurden aus PHs isoliert und chemisch charakterisiert, insbesondere aus Pflanzenmaterialien. Viele andere bioaktive Peptide, die als Signalmoleküle bei der Abwehr, dem Wachstum und der Entwicklung von Pflanzen wirken, wurden in Pflanzengeweben entdeckt, z.

Es wurden verschiedene Technologien vorgeschlagen, um die Aussaat und die Keimlingsbildung unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen zu verbessern. Diese Technologien umfassen Samenkonditionierung und -grundierung sowie Samenbeschichtung. Mit hydrophilen Materialien und Hydroabsorbern beschichtetes Saatgut kann junge Sämlinge vor Schädlingen, Krankheiten, Pilzen und Niedertemperaturen schützen. Gorim und Asch, 2012.

Samenbeschichtungen können auch Makro- und Mikronährstoffe enthalten. Farooq et al. In den letzten Jahren waren mehrere Handelsunternehmen daran interessiert, ob das Biostimulansmaterial als Bestandteil einer Samenbeschichtungsmischung angewendet werden kann. In einer aktuellen Studie haben Amirkhani et al. Im Gegensatz dazu wurde die Keimung durch eine Samenbeschichtung mit SCD negativ beeinflusst, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass das Behandlungsbindemittel als Barriere für die Wasseraufnahme und den Gasaustausch gewirkt haben könnte. Mucke, 1988; Hill, 1999.

Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Verwendung von Sojamehl als Samenbeschichtungsmaterial verschiedene Wachstumseigenschaften verbesserte, indem es die Stickstoffaufnahme, -assimilation und -translokation auslöste und einige Schlüsselenzyme verbesserte, die am Stickstoffmetabolismus beteiligt sind. Colla et al. In ihrer Studie wurde die Behandlung von abgelöstem Mais Zea mays L. Darüber hinaus wurden unter den vier untersuchten PH-Konzentrationen 0 keine signifikanten Auswirkungen auf die Koleoptil-Elongationsrate festgestellt. Die Ergebnisse von Colla et al. Zusätzlich zu der vorteilhaften Rolle pflanzlicher PHs für das Pflanzenwachstum wurden auch die positiven Auswirkungen der Anwendung tierischer Proteine ​​gezeigt.

Es wurde gezeigt, dass Gelatine, ein tierisches Protein, das als Kapseln in der Nähe der Samen aufgetragen wird, als Biostimulans auf die im Gewächshaus gezüchtete Gurke Cucumis sativus L. wirkt.

Die Anwendung dieser Gelatinekapseln erhöhte die Frisch- und Trockengewichtbiomasse, die Blattfläche und den Stickstoffgehalt von 2 Wochen alten Pflanzen im Vergleich zu Samen, die ohne Gelatinekapseln ausgesät wurden Wilson et al. Änderungen der pflanzlichen Biomasse und des Stickstoffs als Reaktion auf die Gelatinekapseln korrelierten mit einer Hochregulierung sowohl der Aminosäuren als auch der N-Transportergene und des xenobiotischen Entgiftungssystems.

Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass diese Gene und ihre mögliche Transkriptionsregulation durch die beiden Transkriptionsfaktoren ein wichtiger Mechanismus sein könnten, der ein verbessertes Pflanzenwachstum nach der Behandlung mit Gelatinesamen reguliert. Die Verwendung von Kollagenhydrolysat bei der Behandlung von Weizensamen zeigte eine Stimulierung des Samenstoffwechsels durch Erhöhung der endogenen Gibberellinsäure und eine Verbesserung der Auflauf- und Keimlingsbiomasse sowie eine Verringerung abnormaler Keimlinge Gaidau et al.

Darüber hinaus haben Gaidau et al. Darüber hinaus kann die Verwendung dieser Verbindungen als Saatgutbehandlung zusätzliche Vorteile bieten, wie beispielsweise die Verringerung der Staubbildung und die Verhinderung der Ablösung von mikrobiellen Impfstoffen von der Samenoberfläche während der Handhabung. Ein aktuelles Patent n. Mehrere experimentelle Studien, in denen die Wirkung von PHs sowohl unter Freiland- als auch unter kontrollierten Bedingungen getestet wurde, haben gezeigt, dass sie die Spross- und Wurzelbiomasse stimulieren, was zu einer erhöhten Produktivität mehrerer Kulturen wie Mais, Kiwis, Salat, Lilie, Papaya, Passiofruit, Pfeffer und Tomate Schiavon et al.

Es wurde auch gezeigt, dass die Blattapplikation von PHs aus Tieren und Pflanzen das vegetative Wachstum und den Ertrag mehrerer Obstbäume fördert. Colla et al. Zum Beispiel Papaya Carica papaya L. In ähnlicher Weise ist in Banane Musa spp. Die Stimulierung der Leistung und des Wachstums von Bananenpflanzen in diesen Experimenten korrelierte mit einer stärkeren Verringerung der Zucker- und Chlorophyllkonzentrationen in den PH-behandelten Pflanzen.

In Gewächshaus-Tomaten haben Koukounararas et al. In derselben Studie wurde die Verbesserung des Wachstums und des Stickstoffmetabolismus in PH-behandelten Tomatenpflanzen auf die Stimulierung der Stickstoffaufnahme und -assimilation zurückgeführt, was die Netto-CO 2 -Assimilation verbessern und die Translokation von Photosynthesen verbessern kann i.

Ein vermuteter Mechanismus, der an der Stimulierung der Stickstoffassimilation als Reaktion auf PHs beteiligt ist, ist die Erhöhung der Aktivität von zwei Schlüsselenzymen, Nitratreduktase und Glutaminsynthetase Ertani et al.

Ein weiterer möglicher Mechanismus, der an der biostimulierenden Wirkung von PH-behandelten Pflanzen beteiligt ist, könnte mit der Stimulierung eines stärkeren Wurzelsystems zusammenhängen, das die Effizienz der Wasser- und Nährstoffaufnahme verbessern und somit den Ernteertrag steigern kann. In einem kürzlich durchgeführten Wurzelversuch mit Tomatenstecklingen haben Colla et al.

Eine Zunahme der Stickstoffassimilation und Pigmentsynthese als Reaktion auf PH-Behandlungen wurde auch auf Auxin- und Gibberellin-ähnliche Aktivitäten zurückgeführt. Ertani et al. Das Wachstum von Auberginen, Tomaten und indischem Senf wurde auch durch die Zugabe von Peptiden gefördert, die das Pflanzenwachstum fördern und aus Sojabohnen Matsumiya und Kubo, 2011, stammen. Zusätzlich zur Stimulierung des Frischgewichts erhöhte die Anwendung von abgebauten Sojabohnenmehlprodukten die Anzahl der Wurzelhaareigenschaften und Länge von Brassica oleracea L.

In ähnlicher Weise haben Ugolini et al. Es wurde auch gezeigt, dass Proteinhydrolysate die Produktivität von Zierpflanzen verbessern. Die Anwendung von zwei PHs aus tierischen Epithelien und Luzerne erhöhte den Durchmesser der Blütenknospen, die Blattfläche, die Stammqualität und die Wurzelbiomasse der Lilie Lilium longiflorum Thunb.

Im Gegensatz zu Studien, die positive Wirkungen von PHs auf Pflanzen nachweisen, haben andere experimentelle Studien gezeigt, dass die Blatt- oder Wurzelapplikation von PHs minimal oder nicht signifikant war. Kirn et al.

Die gegensätzlichen Ergebnisse können auf die unterschiedliche Herkunft der PHs tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, die chemische oder enzymatische Hydrolyse des PH-Produktionsprozesses, Pflanzenarten, Aufwandmengen und Umweltbedingungen zurückzuführen sein.

Eine größere Toleranz gegenüber Salzstress war mit der Zusammensetzung des PH verbunden, insbesondere kompatibler gelöster Stoffe wie Prolin und Glycinbetain. Wenn Biostimulanzien auf Hydrolysatbasis aus Luzerne, die Triacontanol sowie Inodol-3-essigsäure enthielten, unter Bedingungen mit hohem Salzgehalt auf Mais aufgetragen wurden, waren Pflanzen besser in der Lage, Salzgehaltstress zu widerstehen. Ertani et al. Unter Salzstressbedingungen zeigten mit Biostimulanzien behandelte Pflanzen höhere Kalium- und Prolinkonzentrationen als unbehandelte Kontrollen.

In einem ähnlichen Experiment der gleichen Autoren verbesserte ein Luzerne-Hydrolysat, das auf Mais angewendet wurde, der in soilless Kultur unter Salzbedingungen gezüchtet wurde, auch die Pflanzenbiomasse und erhöhte die Aktivität von Blattprolin, Phenylalanin-Ammoniak-Lyase sowie die Genexpression im Vergleich zu salzbelasteten Kontrollen. Ertani et al . Lucini et al. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass das Potenzial für Pflanzen, Salzgehaltstress als Reaktion auf die PH-Behandlung zu widerstehen, Prozesse im Zusammenhang mit der Minderung von oxidativem Stress, der Veränderung des Hormonhaushalts sowie der Produktion von Sekundärmetaboliten wie Glucosinolat, Sterolen und Terpenen umfasst.

In einem ähnlichen Experiment haben Rouphael et al. Positive Effekte waren mit einer Zunahme der Aktivitäten von antioxidativen Enzymen CAT und GPX, der Chlorophyll-Biosynthese und einer verbesserten Mineralzusammensetzung verbunden, wahrscheinlich durch Stimulierung von Wurzelmorphologie-Merkmalen wie Gesamtwurzellänge und Wurzeldichte. Im Gegensatz dazu wurde bei Salat und Weidelgras Lolium perenne L eine Verbesserung der Pflanzentoleranz gegenüber sub- und supraoptimalen Temperaturbedingungen beobachtet.

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