抽出物のバイオスティミュラント処理とトマト果実のセット時の熱ストレス耐性向上への影響

Extract Biostimulant Processing and Its Impact on Enhancing Heat Stress Tolerance During Tomato Fruit Set.

• Nicholas Carmody
• Oscar Goñi
• Łukasz Łangowski
• Shane O'Connell

抄録

褐藻の抽出物に由来するバイオスティミュラントの適用は、ストレスを受けた作物の生産性に利益をもたらすことが、生産者によって長い間受け入れられてきた。.バイオマスの処理方法の影響は、組成物および物理化学的特性にも影響を与えることが知られている。しかし、生物学的にストレスを受けた作物において、抽出物の処理パラメータ（ANE）が生物刺激剤の性能に影響を与えるメカニズムの特定は、まだ十分に理解されていない。本研究では，.C129 から得られた 2 種類の炭水化物を多く含む製剤について，低温で穏やかな抽出により得られた ANE と，高温・アルカリ性条件下で抽出された新規の PSI-494 の比較分析を行った。トマト（cv. Micro Tom）の生殖期における長期的な中等度の熱ストレスを緩和することを目的として、非ストレス条件下での両ANEの効率性を試験した。その結果，両 ANE はいずれの条件においても花の発育，花粉の生存率および果実の生産に有意な効果を示した。しかし，PSI-494はC129の熱ストレス耐性効果を有意に上回り，熱ストレス条件下で生育している未処理植物と比較して果実数を86％増加させた。このような効果のばらつきは ANE の分子量分布の違いと関連していた。また，耐熱性の向上に伴い，特異的な生化学的および転写的変化が観察された。PSI-494は、低分子量成分を含むANE製剤として特徴づけられ、受精前の熱ストレスを受けたトマトの花において、可溶性糖の蓄積と保護熱ショックタンパク質（HSP）の遺伝子転写に関連していた。これらの結果は、重要な生殖ステージにおける熱ストレスの悪影響を標的とした特殊な ANE バイオスティミュラントが生産性の大幅な向上につながることを示唆しています。

The application of biostimulants derived from extracts of the brown seaweed has long been accepted by growers to have productivity benefits in stressed crops. The impact of the processing method of the . biomass is also known to affect compositional and physicochemical properties. However, the identification of the mechanisms by which processing parameters of extracts (ANEs) affect biostimulant performance in abiotically stressed crops is still poorly understood. In this study, we performed a comparative analysis of two carbohydrate-rich formulations derived from . : C129, an ANE obtained at low temperatures through a gentle extraction and the novel proprietary PSI-494 extracted under high temperatures and alkaline conditions. We tested the efficiency of both ANEs in unstressed conditions as well as in mitigating long-term moderate heat stress in tomato (, cv. Micro Tom) during the reproductive stage. Both ANEs showed significant effects on flower development, pollen viability, and fruit production in both conditions. However, PSI-494 significantly surpassed the heat stress tolerance effect of C129, increasing fruit number by 86% compared to untreated plants growing under heat stress conditions. The variation in efficacy was associated with different molecular mass distribution profiles of the ANEs. Specific biochemical and transcriptional changes were observed with enhanced thermotolerance. PSI-494 was characterized as an ANE formulation with lower molecular weight constituents, which was associated with an accumulation of soluble sugars, and gene transcription of protective heat shock proteins (HSPs) in heat stressed tomato flowers before fertilization. These findings suggest that specialized ANE biostimulants targeting the negative effects of periods of heat stress during the important reproductive stage can lead to significant productivity gains.

Copyright © 2020 Carmody, Goñi, Łangowski and O’Connell.