Μελέτη της διαφοροποίησης οφθαλμών και της ανθοφορίας στη Ροδιά: επίδραση της αζωτούχου λίπανσης στην καρποφορία της

Abstract

The cultivation of the pomegranate has steadily been increasing in Greece since 2005. Research has greatly contributed to highlighting the benefits of the pomegranate in human health and increased consumer interest. However, many problems have emerged from increased and intensified cultivation. The main such problems are the lack of planting material, the choice of appropriate variety, plant protection, marketing, nutrition-fertilization, fruit growing problems and a lack of basic knowledge such as flower bud differentiation and fruiting. For these reasons, the first part of this thesis studied the timing of flower bud initiation, the various stages of differentiation and flowering, flower fertility, the percentage of fruit setting and productivity in two pomegranate varieties: Wonderful and Acco, and the Persephone clone. The experiments were carried out at the AUA orchard in two consecutive years (2015 and 2016). The results showed that all dormant buds had only primordial vegetative tissue, despite small differences in shape and size which were not always visible to the naked eye. Vegetative growth of shoots markedly preceded flowering. Flower bud initiation coincided with bud swelling and breaking, and was complete in the early stages of growth of flowering buds. However, flower bud initiation and differentiation continued during shoot development and more flowers appeared on the current shoots (short or long ones). The study showed there to be seven distinct stages of differentiation–flowering, from the appearance of the first flowering primordial sepals to fruit setting. The stages were distinguished according to the appearance of different floral parts and changes in their color and size. The timing and mode of differentiation was found to differ from those of most deciduous and evergreen fruit trees, since it is completed in one growth season (period). Flowers were borne on very small stems with few leaves or without leaves, mainly on spur shoots or on top of small current shoots derived from lateral buds on one-year-old shoots or on the top of long current shoots. Two types of flowers were found: Hermaphrodite, which are fertile (long-styled); and male unfertile (short-styled). The onset of flowering on spur shoots preceded that on long current shoots. The flowering period from the appearance of the first floral primordia to full bloom was about 1 month. No significant differences were found between Wonderful, Acco and Persephone in the onset of vegetative growth, flowering, and bud differentiation. The percentage of fertile flowers and fruit setting differed significantly between the three, with those for Persephone being significantly lower than the two varieties. The percentage of fertile flowers and fruit setting differed between the two years of the study and indeed within the same variety. The fruit growth curve followed a simple sigmoidal curve with a linear growth trend and with small differences between the three genotypes.The second chapter studied the activity of sucrose phosphate synthase (SPS) and UDP-glucose pyrophosphorylase (UGPase), which are key enzymes for sucrose synthesis, concentrations of major soluble sugars, and expression of APETALA2 transcriptional gene, found to be responsible for floral induction of certain plant species. The study was conducted on the Persephone genotype in 2016, and measurements were made on vegetative and reproductive shoot apices, in ovaries of closed non-pollinated flowers, and in dormant buds. The results showed that dormant buds had a much higher concentration of transported sugars, predominantly mannitol, but lower concentrations of non-transported sugars than the other organs of the pomegranate trees. The very high concentration of mannitol in dormant buds indicates that the main stored sugar in the buds of pomegranate is mannitol. Vegetative shoot apices had higher SPS and UGPase activity than did the ovary and reproductive shoot apices. Dormant buds had much lower UGPase activity than the other studied tissues, but SPS values were slightly lower. APETALA2 gene expression was found to be elevated in reproductive shoot apices and non-pollinated ovaries, indicating its possible involvement in transition from the vegetative to the reproductive phase of the pomegranate (stages of flower bud initiation and differentiation). Its lack of expression in dormant buds raises the question of whether flower bud induction has actually begun at this stage. Future research based on the expression of APETALA2 gene and other floral induction genes may define the time of flower bud induction in the pomegranate. Nitrogen is a component of proteins, amino acids, nucleic acids and enzymes and is therefore the main element of living cells. It increases plant productivity and optimizes the quality of plant products. For these reasons, the effect of different doses of nitrogen fertilization on the quantitative and qualitative characteristics of fruit and on the nutritional status of the pomegranate cv. Wonderful was studied in the second part. The experiments were carried out on a commercial orchard in Geraki Lakonia for two consecutive years (2014 and 2015). The following six nitrogen treatments were tested: Control (84 g N/tree), +50 g/tree, +100 g/tree, +200 g/tree, +300 g/tree and +500 g/tree. The results showed that there was no significant effect of the different doses of nitrogen on the nutritional status, nor on nitrogen concentration in pomegranate leaves. The different doses of nitrogen affected some of the characteristics of the fruit. In 2014, the highest nitrogen dose (+500 g/plant) increased productivity, fruit and aril weight, and juice content compared to lower nitrogen treatments. However, this effect was not maintained in 2015. There was no significant effect of nitrogen on total soluble solids, pH, total acidity, total phenolic compounds, total antioxidant capacity, ascorbic acid, total and individual sugars for either of the two years.

Η καλλιέργεια της ροδιάς είναι ανερχόμενη στην Ελλάδα, αφού η καλλιεργούμενη έκταση πολλαπλασιάστηκε από το 2005 και μετά. Σε αυτό συνέβαλε σημαντικά η έρευνα που ανέδειξε τις ευεργετικές ιδιότητες του ροδιού στην ανθρώπινη υγεία και αύξησε το ενδιαφέρον των καταναλωτών. Με την αύξηση και εντατικοποίηση της καλλιέργειας όμως, αναδείχθηκαν πολλά και σημαντικά προβλήματα. Τα κυριότερα από αυτά ήταν η έλλειψη φυτωριακού υλικού, η επιλογή της κατάλληλης ποικιλίας, η φυτοπροστασία, η εμπορία, η θρέψη-λίπανση, τα προβλήματα καρπόδεσης και η έλλειψη βασικών γνώσεων όπως αυτό της διαφοροποίησης ανθοφόρων οφθαλμών και του τρόπου καρποφορίας.Για τους λόγους αυτούς στο πρώτο μέρος της παρούσας διατριβής μελετήθηκε ο χρόνος έναρξης της διαφοροποίησης οφθαλμών στη ροδιά, τα διάφορα στάδια διαφοροποίησης και ανθοφορίας, η γονιμότητα των ανθέων, τα ποσοστά καρπόδεσης και η παραγωγικότητα σε δύο ποικιλίες, τη Wonderful και την Acco και στο γονότυπο Περσεφόνη. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στο δενδροκομείο του ΓΠΑ σε δύο συνεχόμενα χρόνια (2015 και 2016). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλοι οι οφθαλμοί στο στάδιο του ληθάργου είχαν βλαστικές μόνο καταβολές παρά τις μικρές διαφορές που παρατηρήθηκαν σε σχήμα και μέγεθος που όμως δεν είναι πάντα ορατές με γυμνό οφθαλμό. Η βλάστηση προηγήθηκε αρκετά της ανθοφορίας. Η έναρξη της διαφοροποίησης ανθοφόρων οφθαλμών συμπίπτει με το φούσκωμα και την έναρξη έκπτυξης αυτών και ολοκληρώνεται στα πρώτα στάδια ανάπτυξης των ανθοφόρων οφθαλμών. Η διαφοροποίηση όμως συνεχίζεται και κατά τη διάρκεια της βλάστησης σε βραχεία ή μεγάλου μήκους τρέχουσα βλάστηση που συμβαίνει πολύ αργότερα και αφού η βλάστηση πάρει ένα μέγιστο μήκος. Η μελέτη έδειξε ότι υπάρχουν 7 διακριτά στάδια διαφοροποίησης – ανθοφορίας, από την εμφάνιση των πρώτων ανθικών καταβολών (σεπάλων) μέχρι την καρπόδεση. Τα στάδια διακρίθηκαν ανάλογα με την εμφάνιση των διαφόρων ανθικών μερών και τις αλλαγές σε χρώμα και μέγεθος αυτών. Ο χρόνος και τρόπος διαφοροποίησης διαφέρει από τα περισσότερα φυλλοβόλα και αειθαλή καρποφόρα δένδρα, αφού συμπληρώνεται σε μία βλαστική περίοδο. Τα άνθη και οι καρποί προέρχονται είτε από λογχοειδή που βρίσκονται σε βλαστούς δύο ετών ή μεγαλύτερης ηλικίας, είτε από βλαστούς ενός έτους πλάγιους ή επάκριους. Τα άνθη φέρονται σε πολύ μικρό βλαστό με λίγα φύλλα ή χωρίς φύλλα που βρίσκονται πάνω σε λογχοειδή ή στην κορυφή βλάστησης (μικρής ή μεγάλης) που προέρχεται από οφθαλμούς που βρίσκονται στα πλάγια βλάστησης ηλικίας 1 έτους. Δύο τύποι ανθέων βρέθηκαν και στους τρεις γονότυπους που μελετήθηκαν, τα ερμαφρόδιτα - γόνιμα (μακρόστυλα) και τα άγονα (βραχύστυλα). Η έναρξη της ανθοφορίας προηγείται στα λογχοειδή και στους μικρούς βλαστούς που προέρχονται από οφθαλμούς στα πλάγια βλαστων 1 έτους και ακολουθεί αυτή στους μεγάλους βλαστούς της τρέχουσας βλάστησης. Η διάρκεια της ανθοφορίας από την εμφάνιση των πρώτων καταβολών ανθέων (σεπάλων) μέχρι την πλήρη άνθηση ήταν περίπου ένας μήνας. Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τριών γονοτύπων στο χρόνο έναρξης της βλάστησης και της ανθοφορίας ούτε στη διαδικασία διαφοροποίησης. Το ποσοστό των γόνιμων ανθέων και της καρπόδεσης διέφερε σημαντικά μεταξύ των τριών γονοτύπων με την Περσεφόνη να υστερεί σημαντικά έναντι των δύο ποικιλιών. Τα ποσοστά γόνιμων ανθέων και καρπόδεσης διέφεραν μεταξύ των δύο χρόνων της μελέτης και μάλιστα εντός της ίδιας ποικιλίας. Η καμπύλη ανάπτυξης των καρπών ακολουθεί την απλή σιγμοειδή καμπύλη με τάση γραμμικής ανάπτυξης και με μικρές διαφορές μεταξύ των τριών γονοτύπων. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετήθηκε η δραστικότητα των SPS (sucrose phosphate synthase) και UGPase (UDP-glucose pyrophosphorylase) που είναι ένζυμα κλειδιά για τη σύνθεση της σακχαρόζης, οι συγκέντρωσεις των κυριότερων διαλυτών σακχάρων και η έκφραση μεταγραφικού γονιδίου APETALA 2, που έχει βρεθεί ότι είναι υπεύθυνο για την ανθική επαγωγή σε ορισμένα είδη φυτών. Η μελέτη έγινε σε δένδρα του γονότυπου Περσεφόνη που βρίσκονται στο δενδροκομείο του ΓΠΑ το 2016. Οι μετρήσεις έγιναν σε βλαστοφόρες (VA) και αναπαραγωγικές (RA) κορυφές, στις ωοθήκες (OV) αγονιμοποίητων-κλειστών ανθέων, καθώς και σε ληθαργούντες οφθαλμούς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ληθαργούντες οφθαλμοί είχαν πολύ υψηλότερη συγκέντρωση μετακινούμενων σακχάρων και κύρια της μαννιτόλης αλλά μικρότερες συγκεντρώσεις μη μετακινούμενων σακχάρων σε σχέση με τα υπόλοιπα όργανα της ροδιάς. Η πολύ αυξημένη συγκέντρωση μαννιτόλης στους ληθαργούντες οφθαλμούς δείχνει ότι το κύριο αποθησαυριστικό σάκχαρο στους οφθαλμούς της ροδιάς είναι η μαννιτόλη. Οι βλαστοφόρες κορυφές έδειξαν υψηλότερη δραστικότητα των SPS και UGPase από ότι η ωοθήκη και οι αναπαραγωγικές κορυφές. Οι ληθαργούντες οφθαλμοί εμφάνισαν πολύ μικρότερη δραστικότητα της UGPase απο τους υπόλοιπους ιστούς που μελετήθηκαν, αντίθετα οι τιμές της SPS ηταν ελαφρώς μικρότερες.Το γονίδιο APETALA 2, η έκφραση του οποίου βρέθηκε αυξημένη στις αναπαραγωγικές κορυφές και τις μη γονιμοποιημένες ωοθήκες, δείχνει την πιθανή εμπλοκή του στα στάδια μετάβασης από τη βλαστική στην αναπαραγωγική φάση της ροδιάς (στάδια έναρξης και διαφοροποίησης). Αντίθετα, η μηδενική έκφρασή του στους ληθαργούντες οφθαλμούς δημιουργεί το ερώτημα για το αν στο στάδιο αυτό έχει πραγματοποιηθεί η ανθική επαγωγή (flower induction) στους οφθαλμούς της ροδιάς. Μελλοντική έρευνα στηριζόμενη στην έκφραση του γονιδίου APETALA 2 ή και άλλων ανθογόνων γονιδίων μπορεί να προσδιορίσει το χρόνο ανθικής επαγωγής στη ροδιά.Το άζωτο αποτελεί συστατικό των πρωτεϊνών, των αμινοξέων, των νουκλεϊκών οξέων, των ενζύμων και κατά συνέπεια είναι το κύριο στοιχείο των ζωντανών κυττάρων, αυξάνει την παραγωγικότητα των φυτών και βελτιστοποιεί την ποιότητα των προϊόντων που παράγονται από τα φυτά. Για τους λόγους αυτούς μελετήθηκε στο δεύτερο μέρος η επίδραση διαφόρων δόσεων αζωτούχου λίπανσης στα ποσοτικά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των καρπών και στη θρεπτική κατάσταση της ροδιάς ποικιλίας Wonderful. Τα πειράματα έλαβαν χώρα σε εμπορικό οπωρώνα στο Γεράκι Λακωνίας για δύο συνεχόμενα έτη (2014 και 2015). Δοκιμάστηκαν οι πιο κάτω έξι επεμβάσεις αζώτου: Μάρτυρας (84g N/φυτό), +50 g/φυτό, +100 g/φυτό, +200 g/φυτό, +300 g/φυτό και +500 g/φυτό. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι δεν υπήρξε σημαντική επίδραση των διαφορετικών δόσεων αζώτου στις συγκεντρώσεις του αζώτου και των υπόλοιπων θρεπτικών στοιχείων στα φύλλα της ροδιάς. Οι διαφορετικές δόσεις αζώτου επηρέασαν ορισμένα μόνο από τα χαρακτηριστικά των καρπών. Το 2014, η υψηλότερη επέμβαση με άζωτο (+500 g/φυτό), αύξησε την παραγωγικότητα, το βάρος των καρπών και των καρπιδίων και τη χυμοπεριεκτικότητα, συγκρινόμενη με τις χαμηλότερες επεμβάσεις αζώτου. Η επίδραση αυτή όμως δεν διατηρήθηκε το 2015. Δεν υπήρξε σημαντική επίδραση του αζώτου στα ολικά διαλυτά στερεά συστατικά, στο pH, την ολική οξύτητα, τις ολικές φαινολικές ενώσεις, την ολική αντιοξειδωτική ικανότητα, το ασκορβικό οξύ και τα ολικά και μεμονωμένα σάκχαρα για κανένα από τα δύο έτη.