การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการเพิ่มขึ้นของประชากรอย่างรวดเร็วได้กลายเป็นความท้าทายสำคัญต่อความมั่นคงทางอาหารของโลก หนึ่งในแนวทางแก้ไขที่น่าสนใจคือการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (PGRs) ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตพืชและเอาชนะสภาพการเจริญเติบโตที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น สภาพภูมิอากาศแบบทะเลทราย เมื่อเร็วๆ นี้ สารแคโรทีนอยด์แซกซิโนนและอนุพันธ์อีกสองชนิด (MiZax3 และ MiZax5) ได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการส่งเสริมการเจริญเติบโตในพืชตระกูลธัญพืชและพืชผักภายใต้สภาพเรือนกระจกและสภาพสนาม ในที่นี้ เราได้ทำการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของความเข้มข้นที่แตกต่างกันของ MiZax3 และ MiZax5 (5 μM และ 10 μM ในปี 2021; 2.5 μM และ 5 μM ในปี 2022) ต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืชผักที่มีมูลค่าสูงสองชนิดในกัมพูชา ได้แก่ มันฝรั่งและสตรอว์เบอร์รีซาอุดีอาระเบีย จากการทดลองภาคสนามอิสระห้าครั้งตั้งแต่ปี 2021 ถึง 2022 การใช้ MiZax ทั้งสองชนิดช่วยปรับปรุงลักษณะทางการเกษตรของพืช องค์ประกอบผลผลิต และผลผลิตโดยรวมได้อย่างมีนัยสำคัญ ที่น่าสังเกตคือ MiZax ถูกใช้ในปริมาณที่ต่ำกว่ากรดฮิวมิก (สารประกอบเชิงพาณิชย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งใช้ในการเปรียบเทียบในที่นี้) มาก ดังนั้น ผลการวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่า MiZax เป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่มีศักยภาพสูง ซึ่งสามารถใช้กระตุ้นการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืชผักได้ แม้ในสภาพทะเลทรายและในความเข้มข้นที่ค่อนข้างต่ำ
ตามรายงานขององค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) ระบบการผลิตอาหารของเราต้องเพิ่มขึ้นเกือบสามเท่าภายในปี 2050 เพื่อเลี้ยงดูประชากรโลกที่เพิ่มขึ้น (FAO: โลกจะต้องการอาหารเพิ่มขึ้น 70% ภายในปี 20501) อันที่จริง การเพิ่มขึ้นของประชากรอย่างรวดเร็ว มลภาวะ การแพร่กระจายของศัตรูพืช และโดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิสูงและภัยแล้งที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ล้วนเป็นความท้าทายที่ส่งผลกระทบต่อความมั่นคงทางอาหารของโลก2 ในแง่นี้ การเพิ่มผลผลิตรวมของพืชผลทางการเกษตรในสภาวะที่ไม่เหมาะสมถือเป็นหนึ่งในวิธีแก้ปัญหาที่ไม่อาจปฏิเสธได้สำหรับปัญหาเร่งด่วนนี้ อย่างไรก็ตาม การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความพร้อมของสารอาหารในดิน และถูกจำกัดอย่างรุนแรงจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย รวมถึงภัยแล้ง ความเค็ม หรือความเครียดทางชีวภาพ3,4,5 ความเครียดเหล่านี้สามารถส่งผลเสียต่อสุขภาพและการพัฒนาของพืชผล และในที่สุดนำไปสู่ผลผลิตพืชผลที่ลดลง6 นอกจากนี้ ทรัพยากรน้ำจืดที่จำกัดยังส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อการชลประทานพืชผล ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกย่อมลดพื้นที่เพาะปลูก และเหตุการณ์ต่างๆ เช่น คลื่นความร้อนก็ลดผลผลิตพืชผลลง7,8 อุณหภูมิสูงเป็นเรื่องปกติในหลายพื้นที่ของโลก รวมถึงซาอุดีอาระเบีย การใช้สารกระตุ้นทางชีวภาพหรือสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (PGRs) มีประโยชน์ในการลดระยะเวลาการเจริญเติบโตและเพิ่มผลผลิตให้สูงสุด สามารถปรับปรุงความทนทานของพืชผลและช่วยให้พืชรับมือกับสภาพการเจริญเติบโตที่ไม่เอื้ออำนวยได้9 ในแง่นี้ สารกระตุ้นทางชีวภาพและสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชสามารถใช้ในความเข้มข้นที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืชได้10,11
แคโรทีนอยด์เป็นเตตระเทอร์พีนอยด์ที่ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของไฟโตฮอร์โมน เช่น กรดแอ็บซิสิก (ABA) และสตรีกอลแลคโตน (SL)12,13,14 รวมถึงสารควบคุมการเจริญเติบโตที่เพิ่งค้นพบใหม่ เช่น แซกซิโนน อะโนรีน และไซโคลซิตรัล15,16,17,18,19 อย่างไรก็ตาม เมตาบอไลต์ส่วนใหญ่ รวมถึงอนุพันธ์ของแคโรทีนอยด์ มีแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติที่จำกัดและ/หรือไม่เสถียร ทำให้การนำไปใช้โดยตรงในด้านนี้ทำได้ยาก ดังนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงมีการพัฒนาและทดสอบอะนาล็อก/มิเมติกของ ABA และ SL หลายชนิดสำหรับการใช้งานทางการเกษตร20,21,22,23,24,25 ในทำนองเดียวกัน เมื่อเร็วๆ นี้เราได้พัฒนามิเมติกของแซกซิโนน (MiZax) ซึ่งเป็นเมตาบอไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโต ซึ่งอาจออกฤทธิ์โดยการเพิ่มการเผาผลาญน้ำตาลและควบคุมสมดุลของ SL ในรากข้าว19,26 สารเลียนแบบแซกซิโนน 3 (MiZax3) และ MiZax5 (โครงสร้างทางเคมีแสดงในรูปที่ 1A) แสดงฤทธิ์ทางชีวภาพเทียบเท่ากับแซกซิโนนในต้นข้าวป่าที่ปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์และในดิน26 ยิ่งไปกว่านั้น การบำบัดมะเขือเทศ อินทผลัม พริกหยวก และฟักทองด้วยแซกซิโนน MiZax3 และ MiZx5 ช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช เช่น ผลผลิตและคุณภาพของพริกหยวก ภายใต้สภาพเรือนกระจกและสภาพกลางแจ้ง ซึ่งบ่งชี้ถึงบทบาทของสารเหล่านี้ในฐานะสารกระตุ้นทางชีวภาพและการใช้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช (PGR)27 ที่น่าสนใจคือ MiZax3 และ MiZax5 ยังช่วยเพิ่มความทนทานต่อเกลือของพริกหยวกที่ปลูกภายใต้สภาวะความเค็มสูง และ MiZax3 ยังเพิ่มปริมาณสังกะสีในผลไม้เมื่อถูกห่อหุ้มด้วยโครงสร้างโลหะอินทรีย์ที่มีสังกะสี7,28
(A) โครงสร้างทางเคมีของ MiZax3 และ MiZax5 (B) ผลของการฉีดพ่นทางใบของ MZ3 และ MZ5 ที่ความเข้มข้น 5 µM และ 10 µM ต่อต้นมันฝรั่งภายใต้สภาพแปลงเปิด การทดลองจะดำเนินการในปี 2021 ข้อมูลแสดงเป็นค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n≥15 การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (ANOVA) และการทดสอบหลังการวิเคราะห์ของ Tukey เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5; HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
ในงานวิจัยนี้ เราได้ประเมินประสิทธิภาพของ MiZax (MiZax3 และ MiZax5) ที่ความเข้มข้นทางใบ 3 ระดับ (5 µM และ 10 µM ในปี 2021 และ 2.5 µM และ 5 µM ในปี 2022) และเปรียบเทียบกับมันฝรั่ง (Solanum tuberosum L) และเปรียบเทียบกับสารควบคุมการเจริญเติบโตทางการค้าอย่างกรดฮิวมิก (HA) กับสตรอว์เบอร์รี (Fragaria ananassa) ในการทดลองในเรือนกระจกในปี 2021 และ 2022 และในการทดลองภาคสนาม 4 ครั้งในราชอาณาจักรซาอุดีอาระเบีย ซึ่งเป็นภูมิภาคที่มีสภาพภูมิอากาศแบบทะเลทราย แม้ว่า HA จะเป็นสารกระตุ้นการเจริญเติบโตทางชีวภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประโยชน์หลายประการ รวมถึงการเพิ่มความพร้อมของสารอาหารในดินและส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชโดยการควบคุมสมดุลของฮอร์โมน แต่ผลการวิจัยของเราบ่งชี้ว่า MiZax มีประสิทธิภาพเหนือกว่า HA
หัวมันฝรั่งพันธุ์ไดมอนด์ซื้อจากบริษัท Jabbar Nasser Al Bishi Trading Company เมืองเจดดาห์ ประเทศซาอุดีอาระเบีย ต้นกล้าสตรอว์เบอร์รีสองพันธุ์ “Sweet Charlie” และ “Festival” และกรดฮิวมิกซื้อจากบริษัท Modern Agritech Company เมืองริยาด ประเทศซาอุดีอาระเบีย วัสดุพืชทั้งหมดที่ใช้ในงานวิจัยนี้เป็นไปตามนโยบายของ IUCN ว่าด้วยการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับสัตว์ป่าและพืชที่ใกล้สูญพันธุ์ และอนุสัญญาว่าด้วยการค้าสัตว์ป่าและพืชที่ใกล้สูญพันธุ์ (CITES)
พื้นที่ทดลองตั้งอยู่ที่ฮาดา อัล-ชาม ประเทศซาอุดีอาระเบีย (21°48′3″N, 39°43′25″E) ดินเป็นดินร่วนปนทราย มีค่า pH 7.8 และค่าการนำไฟฟ้า 1.79 dcm-130 คุณสมบัติของดินแสดงอยู่ในตารางเสริม S1
ต้นกล้าสตรอว์เบอร์รี (Fragaria x ananassa D. var. Festival) จำนวน 3 ต้น ในระยะที่มีใบจริง ถูกแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม เพื่อประเมินผลของการฉีดพ่นทางใบด้วยสาร MiZax3 และ MiZax5 ความเข้มข้น 10 μM ต่อลักษณะการเจริญเติบโตและระยะเวลาการออกดอก ภายใต้สภาพเรือนกระจก การฉีดพ่นใบด้วยน้ำ (ผสมอะซิโตน 0.1%) ถูกใช้เป็นแบบจำลอง การฉีดพ่นสาร MiZax ทางใบทำซ้ำ 7 ครั้ง โดยเว้นระยะห่าง 1 สัปดาห์ ทำการทดลองอิสระ 2 ครั้ง ในวันที่ 15 และ 28 กันยายน พ.ศ. 2564 ตามลำดับ ปริมาณเริ่มต้นของสารประกอบแต่ละชนิดคือ 50 มล. แล้วค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนถึงปริมาณสุดท้าย 250 มล. บันทึกจำนวนต้นที่ออกดอกทุกวันเป็นเวลา 2 สัปดาห์ติดต่อกัน และคำนวณอัตราการออกดอกเมื่อเริ่มต้นสัปดาห์ที่ 4 เพื่อกำหนดลักษณะการเจริญเติบโต วัดจำนวนใบ น้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งของต้น พื้นที่ใบทั้งหมด และจำนวนไหลต่อต้น ในช่วงปลายระยะการเจริญเติบโตและช่วงเริ่มต้นของระยะการสืบพันธุ์ วัดพื้นที่ใบโดยใช้เครื่องวัดพื้นที่ใบ และนำตัวอย่างสดไปอบแห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 48 ชั่วโมง
มีการทดลองภาคสนามสองครั้ง ได้แก่ การไถพรวนต้นฤดูและการไถพรวนปลายฤดู หัวมันฝรั่งพันธุ์ “ไดอาแมนต์” ถูกปลูกในเดือนพฤศจิกายนและกุมภาพันธ์ โดยมีระยะเวลาการสุกแก่เร็วและช้าตามลำดับ สารกระตุ้นการเจริญเติบโตทางชีวภาพ (MiZax-3 และ -5) ถูกใช้ในความเข้มข้น 5.0 และ 10.0 µM (2021) และ 2.5 และ 5.0 µM (2022) ตามลำดับ ฉีดพ่นกรดฮิวมิก (HA) 1 กรัม/ลิตร สัปดาห์ละ 8 ครั้ง ใช้น้ำหรืออะซิโตนเป็นกลุ่มควบคุมเชิงลบ การออกแบบการทดลองภาคสนามแสดงใน (ภาพประกอบเพิ่มเติม S1) ใช้การออกแบบบล็อกสมบูรณ์แบบสุ่ม (RCBD) โดยมีพื้นที่แปลง 2.5 ม. × 3.0 ม. ในการดำเนินการทดลองภาคสนาม แต่ละทรีตเมนต์ทำซ้ำสามครั้งโดยเป็นอิสระต่อกัน ระยะห่างระหว่างแต่ละแปลงคือ 1.0 ม. และระยะห่างระหว่างแต่ละบล็อกคือ 2.0 ม. ระยะห่างระหว่างต้นคือ 0.6 ม. และระยะห่างระหว่างแถวคือ 1 ม. ต้นมันฝรั่งได้รับการรดน้ำทุกวันด้วยระบบน้ำหยดในอัตรา 3.4 ลิตรต่อหัวจ่ายน้ำ ระบบทำงานวันละสองครั้ง ครั้งละ 10 นาที เพื่อให้น้ำแก่ต้นพืช วิธีการทางการเกษตรที่แนะนำทั้งหมดสำหรับการปลูกมันฝรั่งภายใต้สภาวะแห้งแล้งได้รับการปฏิบัติตาม31 สี่เดือนหลังจากปลูก ความสูงของต้น (ซม.) จำนวนกิ่งต่อต้น องค์ประกอบและผลผลิตของมันฝรั่ง และคุณภาพของหัวมันฝรั่งได้รับการวัดโดยใช้วิธีการมาตรฐาน
ต้นกล้าสตรอว์เบอร์รีสองสายพันธุ์ (สวีทชาร์ลีและเฟสติวัล) ถูกทดสอบภายใต้สภาพแวดล้อมในแปลงปลูก สารกระตุ้นการเจริญเติบโตทางชีวภาพ (MiZax-3 และ -5) ถูกฉีดพ่นทางใบในความเข้มข้น 5.0 และ 10.0 µM (2021) และ 2.5 และ 5.0 µM (2022) สัปดาห์ละ 8 ครั้ง ใช้กรดไฮยาลูรอนิก (HA) 1 กรัมต่อลิตร ฉีดพ่นทางใบควบคู่ไปกับ MiZax-3 และ -5 โดยใช้น้ำเปล่าเป็นตัวควบคุม หรือใช้แอซีโทนเป็นตัวควบคุมเชิงลบ ต้นกล้าสตรอว์เบอร์รีถูกปลูกในแปลงขนาด 2.5 x 3 เมตร ในต้นเดือนพฤศจิกายน โดยเว้นระยะห่างระหว่างต้น 0.6 เมตร และระยะห่างระหว่างแถว 1 เมตร การทดลองดำเนินการในรูปแบบการทดลองแบบสุ่มสมบูรณ์ (RCBD) และทำซ้ำ 3 ครั้ง รดน้ำต้นไม้เป็นเวลา 10 นาทีทุกวัน เวลา 7:00 และ 17:00 โดยใช้ระบบน้ำหยดที่มีหัวจ่ายน้ำห่างกัน 0.6 เมตร และมีความจุ 3.4 ลิตร มีการวัดองค์ประกอบทางเทคนิคการเกษตรและพารามิเตอร์ผลผลิตระหว่างฤดูปลูก คุณภาพของผลไม้ ได้แก่ ปริมาณของแข็งที่ละลายได้ทั้งหมด (TSS %) วิตามินซี32 ความเป็นกรด และสารประกอบฟีนอลทั้งหมด33 ได้รับการประเมินที่ห้องปฏิบัติการสรีรวิทยาและเทคโนโลยีหลังการเก็บเกี่ยวของมหาวิทยาลัยคิงอับดุลอาซิซ
ข้อมูลแสดงในรูปของค่าเฉลี่ย และความแปรปรวนแสดงในรูปของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน การหาความมีนัยสำคัญทางสถิติใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว (ANOVA) หรือการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) โดยใช้การทดสอบเปรียบเทียบหลายกลุ่มของ Tukey ที่ระดับความน่าจะเป็น p < 0.05 หรือการทดสอบ t ของ Student แบบสองด้านเพื่อตรวจหาความแตกต่างที่มีนัยสำคัญ (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001) การตีความทางสถิติทั้งหมดดำเนินการโดยใช้ GraphPad Prism เวอร์ชัน 8.3.0 การทดสอบความสัมพันธ์ใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) ซึ่งเป็นวิธีการทางสถิติแบบหลายตัวแปร โดยใช้แพ็กเกจ R 34
ในรายงานก่อนหน้านี้ เราได้แสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ส่งเสริมการเจริญเติบโตของ MiZax ที่ความเข้มข้น 5 และ 10 μM ในพืชสวน และปรับปรุงตัวบ่งชี้คลอโรฟิลล์ในการทดสอบดินและพืช (SPAD)27 จากผลลัพธ์เหล่านี้ เราจึงใช้ความเข้มข้นเดียวกันเพื่อประเมินผลของ MiZax ต่อมันฝรั่ง ซึ่งเป็นพืชอาหารที่สำคัญระดับโลก ในการทดลองภาคสนามในสภาพภูมิอากาศแบบทะเลทรายในปี 2021 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราสนใจที่จะทดสอบว่า MiZax สามารถเพิ่มการสะสมของแป้ง ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์แสงได้หรือไม่ โดยรวมแล้ว การใช้ MiZax ช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตของต้นมันฝรั่งเมื่อเทียบกับกรดฮิวมิก (HA) ส่งผลให้ความสูงของต้น มวลชีวภาพ และจำนวนกิ่งก้านเพิ่มขึ้น (รูปที่ 1B) นอกจากนี้ เรายังพบว่า MiZax3 และ MiZax5 ที่ความเข้มข้น 5 μM มีผลในการเพิ่มความสูงของต้น จำนวนกิ่งก้าน และมวลชีวภาพของต้นได้ดีกว่าที่ความเข้มข้น 10 μM (รูปที่ 1B) นอกจากการเจริญเติบโตที่ดีขึ้นแล้ว MiZax ยังช่วยเพิ่มผลผลิต โดยวัดจากจำนวนและน้ำหนักของหัวที่เก็บเกี่ยวได้ ผลดีโดยรวมนั้นไม่เด่นชัดนักเมื่อให้ MiZax ที่ความเข้มข้น 10 μM ซึ่งบ่งชี้ว่าควรให้สารประกอบเหล่านี้ที่ความเข้มข้นต่ำกว่านี้ (รูปที่ 1B) นอกจากนี้ เราไม่พบความแตกต่างในพารามิเตอร์ที่บันทึกไว้ทั้งหมดระหว่างการรักษาด้วยอะซิโตน (ตัวอย่างควบคุม) และน้ำ (กลุ่มควบคุม) ซึ่งบ่งชี้ว่าผลการปรับเปลี่ยนการเจริญเติบโตที่สังเกตได้นั้นไม่ได้เกิดจากตัวทำละลาย ซึ่งสอดคล้องกับรายงานก่อนหน้านี้ของเรา27
เนื่องจากฤดูกาลปลูกมันฝรั่งในซาอุดีอาระเบียประกอบด้วยช่วงการเจริญเติบโตเร็วและช้า เราจึงทำการศึกษาภาคสนามครั้งที่สองในปี 2022 โดยใช้ความเข้มข้นต่ำ (2.5 และ 5 µM) ในสองฤดูกาลเพื่อประเมินผลกระทบตามฤดูกาลของแปลงเปิด (ภาพประกอบเพิ่มเติม S2A) ตามที่คาดไว้ การใช้ MiZax ที่ความเข้มข้น 5 µM ทั้งสองครั้งให้ผลในการส่งเสริมการเจริญเติบโตคล้ายกับการทดลองครั้งแรก ได้แก่ ความสูงของต้นเพิ่มขึ้น การแตกกิ่งเพิ่มขึ้น มวลชีวภาพสูงขึ้น และจำนวนหัวมันฝรั่งเพิ่มขึ้น (รูปที่ 2; ภาพประกอบเพิ่มเติม S3) ที่สำคัญ เราสังเกตเห็นผลกระทบที่สำคัญของสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้ที่ความเข้มข้น 2.5 µM ในขณะที่การรักษาด้วย GA ไม่แสดงผลตามที่คาดการณ์ไว้ ผลลัพธ์นี้ชี้ให้เห็นว่า MiZax สามารถใช้ได้แม้ในความเข้มข้นที่ต่ำกว่าที่คาดไว้ นอกจากนี้ การใช้ MiZax ยังเพิ่มความยาวและความกว้างของหัวมันฝรั่ง (ภาพประกอบเพิ่มเติม S2B) เรายังพบว่าน้ำหนักของหัวมันฝรั่งเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่ความเข้มข้น 2.5 µM นั้นใช้เฉพาะในทั้งสองฤดูกาลปลูกเท่านั้น
การประเมินลักษณะทางฟีโนไทป์ของพืชเพื่อศึกษาผลกระทบของ MiZax ต่อต้นมันฝรั่งที่เจริญเติบโตเร็วในแปลงทดลองของ KAU ซึ่งดำเนินการในปี 2022 ข้อมูลแสดงค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n≥15 การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (ANOVA) และการทดสอบหลังการวิเคราะห์ของ Tukey เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5; HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
เพื่อให้เข้าใจผลกระทบของการรักษา (T) และปี (Y) ได้ดียิ่งขึ้น จึงใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) เพื่อตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่าง T และ Y แม้ว่าสารกระตุ้นทางชีวภาพทั้งหมด (T) จะทำให้ความสูงและชีวมวลของต้นมันฝรั่งเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่มีเพียง MiZax3 และ MiZax5 เท่านั้นที่ทำให้จำนวนและน้ำหนักของหัวมันฝรั่งเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการตอบสนองแบบสองทิศทางของหัวมันฝรั่งต่อ MiZax ทั้งสองชนิดนั้นคล้ายคลึงกัน (รูปที่ 3) นอกจากนี้ ในช่วงต้นฤดูกาล สภาพอากาศ (https://www.timeanddate.com/weather/saudi-arabia/jeddah/climate) จะร้อนขึ้น (เฉลี่ย 28 °C และความชื้น 52% (2022)) ซึ่งลดชีวมวลของหัวมันฝรั่งโดยรวมลงอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 2; รูปประกอบเพิ่มเติม S3)
ศึกษาผลกระทบของการบำบัดด้วยอนุภาคขนาด 5 µm (T), ปี (Y) และปฏิสัมพันธ์ระหว่าง T กับ Y (T x Y) ต่อมันฝรั่ง ข้อมูลแสดงค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n ≥ 30 การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
อย่างไรก็ตาม การรักษาด้วย MiZax ยังคงมีแนวโน้มที่จะกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชที่เจริญเติบโตช้า โดยรวมแล้ว การทดลองอิสระทั้งสามครั้งของเราแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการใช้ MiZax มีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อโครงสร้างของพืชโดยการเพิ่มจำนวนกิ่งก้าน ในความเป็นจริง มีปฏิสัมพันธ์แบบสองทางที่มีนัยสำคัญระหว่าง (T) และ (Y) ต่อจำนวนกิ่งก้านหลังจากได้รับการรักษาด้วย MiZax (รูปที่ 3) ผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับกิจกรรมของพวกมันในฐานะตัวควบคุมเชิงลบของการสังเคราะห์สตริโกแลคโตน (SL)26 นอกจากนี้ เราได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ว่าการรักษาด้วย Zaxinone ทำให้เกิดการสะสมของแป้งในรากข้าว35 ซึ่งอาจอธิบายถึงการเพิ่มขนาดและน้ำหนักของหัวมันฝรั่งหลังจากได้รับการรักษาด้วย MiZax เนื่องจากหัวมันฝรั่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยแป้ง
พืชผลไม้เป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญ สตรอว์เบอร์รีมีความอ่อนไหวต่อสภาวะความเครียดจากปัจจัยทางกายภาพ เช่น ภัยแล้งและอุณหภูมิสูง ดังนั้น เราจึงทำการศึกษาผลของ MiZax ต่อสตรอว์เบอร์รีโดยการฉีดพ่นที่ใบ เราเริ่มต้นด้วยการให้ MiZax ที่ความเข้มข้น 10 µM เพื่อประเมินผลต่อการเจริญเติบโตของสตรอว์เบอร์รี (พันธุ์ Festival) ที่น่าสนใจคือ เราพบว่า MiZax3 เพิ่มจำนวนลำต้นเลื้อยอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งสอดคล้องกับการแตกกิ่งก้านที่เพิ่มขึ้น ในขณะที่ MiZax5 ช่วยเพิ่มอัตราการออกดอก มวลชีวภาพของพืช และพื้นที่ใบภายใต้สภาพเรือนกระจก (ภาพประกอบเพิ่มเติม S4) ซึ่งบ่งชี้ว่าสารประกอบทั้งสองนี้อาจมีความแตกต่างกันทางชีวภาพ เหตุการณ์ 26,27 เพื่อให้เข้าใจผลกระทบของสารเหล่านี้ต่อสตรอว์เบอร์รีภายใต้สภาพการเกษตรในชีวิตจริงมากขึ้น เราจึงทำการทดลองภาคสนามโดยใช้ MiZax ที่ความเข้มข้น 5 และ 10 μM กับต้นสตรอว์เบอร์รี (พันธุ์ Sweet Charlie) ที่ปลูกในดินกึ่งทรายในปี 2021 (รูปที่ S5A) เมื่อเปรียบเทียบกับ GC เราไม่พบการเพิ่มขึ้นของชีวมวลพืช แต่พบแนวโน้มการเพิ่มขึ้นของจำนวนผล (รูปที่ C6A-B) อย่างไรก็ตาม การใช้ MiZax ส่งผลให้มีน้ำหนักต่อผลเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และบ่งชี้ถึงความสัมพันธ์กับความเข้มข้น (รูปภาพเพิ่มเติม S5B; รูปภาพเพิ่มเติม S6B) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้ต่อคุณภาพของผลสตรอว์เบอร์รีเมื่อใช้ในสภาพแวดล้อมแบบทะเลทราย
เพื่อทำความเข้าใจว่าผลของการส่งเสริมการเจริญเติบโตขึ้นอยู่กับสายพันธุ์หรือไม่ เราได้เลือกสตรอว์เบอร์รีเชิงพาณิชย์สองสายพันธุ์ในซาอุดีอาระเบีย (สวีทชาร์ลีและเฟสติวัล) และทำการศึกษาภาคสนามสองครั้งในปี 2022 โดยใช้ MiZax ในความเข้มข้นต่ำ (2.5 และ 5 µM) สำหรับสวีทชาร์ลี แม้ว่าจำนวนผลทั้งหมดจะไม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่โดยทั่วไปแล้วชีวมวลของผลจะสูงกว่าสำหรับพืชที่ได้รับการบำบัดด้วย MiZax และจำนวนผลต่อแปลงเพิ่มขึ้นหลังจากได้รับการบำบัดด้วย MiZax3 (รูปที่ 4) ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นเพิ่มเติมว่ากิจกรรมทางชีวภาพของ MiZax3 และ MiZax5 อาจแตกต่างกัน นอกจากนี้ หลังจากได้รับการบำบัดด้วย MiZax เราสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นของน้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งของพืช รวมถึงความยาวของลำต้นของพืช สำหรับจำนวนไหลและต้นใหม่ เราพบว่าเพิ่มขึ้นเฉพาะที่ความเข้มข้น 5 μM ของ MiZax เท่านั้น (รูปที่ 4) ซึ่งบ่งชี้ว่าการประสานงานของ MiZax ที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของพืช
ผลกระทบของ MiZax ต่อโครงสร้างของต้นและผลผลิตสตรอว์เบอร์รี (พันธุ์ Sweet Charlie) จากแปลงทดลองของ KAU ที่ดำเนินการในปี 2022 ข้อมูลแสดงค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n ≥ 15 แต่จำนวนผลต่อแปลงคำนวณจากค่าเฉลี่ยของต้น 15 ต้นจากสามแปลง (n = 3) การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (ANOVA) และการทดสอบหลังการวิเคราะห์ของ Tukey หรือการทดสอบ t ของ Student แบบสองด้าน เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
นอกจากนี้ เรายังสังเกตเห็นกิจกรรมกระตุ้นการเจริญเติบโตที่คล้ายคลึงกันในส่วนที่เกี่ยวข้องกับน้ำหนักผลและชีวมวลของพืชในสตรอว์เบอร์รีพันธุ์เฟสติวัล (รูปที่ 5) อย่างไรก็ตาม เราไม่พบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในจำนวนผลทั้งหมดต่อต้นหรือต่อแปลง (รูปที่ 5) ที่น่าสนใจคือ การใช้ MiZax ทำให้ความยาวของต้นและจำนวนลำต้นเลื้อยเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้สามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการเจริญเติบโตของพืชผลไม้ได้ (รูปที่ 5) นอกจากนี้ เรายังวัดพารามิเตอร์ทางชีวเคมีหลายอย่างเพื่อทำความเข้าใจคุณภาพของผลไม้ของสตรอว์เบอร์รีทั้งสองพันธุ์ที่เก็บจากแปลง แต่เราไม่พบความแตกต่างใดๆ ระหว่างการทดลองทั้งหมด (รูปภาพเสริม S7; รูปภาพเสริม S8)
ผลกระทบของ MiZax ต่อโครงสร้างของต้นและผลผลิตสตรอว์เบอร์รีในแปลง KAU (พันธุ์เทศกาล) ปี 2022 ข้อมูลเป็นค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n ≥ 15 แต่จำนวนผลต่อแปลงคำนวณจากค่าเฉลี่ยของต้น 15 ต้นจากสามแปลง (n = 3) การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนทางเดียว (ANOVA) และการทดสอบหลังการวิเคราะห์ของ Tukey หรือการทดสอบ t ของ Student แบบสองด้าน เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
จากการศึกษาเกี่ยวกับสตรอว์เบอร์รี พบว่ากิจกรรมทางชีวภาพของ MiZax3 และ MiZax5 แตกต่างกัน เราได้ตรวจสอบผลกระทบของการรักษา (T) และปี (Y) ต่อพันธุ์เดียวกัน (Sweet Charlie) โดยใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (two-way ANOVA) เพื่อหาปฏิสัมพันธ์ (T x Y) ผลปรากฏว่า GA ไม่มีผลต่อสตรอว์เบอร์รีพันธุ์ (Sweet Charlie) ในขณะที่ MiZax3 และ MiZax5 ที่ความเข้มข้น 5 μM ช่วยเพิ่มชีวมวลของพืชและผลอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 6) แสดงให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์แบบสองทางของ MiZax ทั้งสองชนิดมีความคล้ายคลึงกันมากในการส่งเสริมการผลิตสตรอว์เบอร์รี
ประเมินผลกระทบของการบำบัดด้วยความเข้มข้น 5 µM (T), ปี (Y) และปฏิสัมพันธ์ระหว่าง T กับ Y (T x Y) ต่อสตรอว์เบอร์รี (พันธุ์ Sweet Charlie) ข้อมูลแสดงค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n ≥ 30 การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
นอกจากนี้ เนื่องจากกิจกรรมของ MiZax ในสองสายพันธุ์มีความแตกต่างกันเล็กน้อย (รูปที่ 4; รูปที่ 5) เราจึงทำการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) โดยเปรียบเทียบการรักษา (T) และสองสายพันธุ์ (C) ผลปรากฏว่าไม่มีการรักษาใดส่งผลต่อจำนวนผลต่อแปลง (รูปที่ 7) ซึ่งแสดงว่าไม่มีปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญระหว่าง (T x C) และบ่งชี้ว่าทั้ง MiZax และ HA ไม่ได้มีส่วนช่วยในการเพิ่มจำนวนผลทั้งหมด ในทางตรงกันข้าม MiZax (แต่ไม่ใช่ HA) เพิ่มน้ำหนักต้น น้ำหนักผล ลำต้นเลื้อย และต้นใหม่ได้อย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 7) ซึ่งแสดงให้เห็นว่า MiZax3 และ MiZax5 ส่งเสริมการเจริญเติบโตของสตรอว์เบอร์รีสายพันธุ์ต่างๆ ได้อย่างมีนัยสำคัญ จากผลการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (T x Y) และ (T x C) เราสามารถสรุปได้ว่ากิจกรรมการส่งเสริมการเจริญเติบโตของ MiZax3 และ MiZax5 ภายใต้สภาพสนามนั้นมีความคล้ายคลึงและสอดคล้องกันมาก
การประเมินผลการรักษาสตรอว์เบอร์รีด้วย 5 µM (T), สองสายพันธุ์ (C) และปฏิสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์ (T x C) ข้อมูลแสดงค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n ≥ 30 แต่จำนวนผลต่อแปลงคำนวณจากค่าเฉลี่ยของต้นสตรอว์เบอร์รี 15 ต้นจากสามแปลง (n = 6) การวิเคราะห์ทางสถิติใช้วิธีการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบสองทาง (ANOVA) เครื่องหมายดอกจันแสดงถึงความแตกต่างทางสถิติอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการจำลอง (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001; ns, ไม่มีความสำคัญทางสถิติ) HA – กรดฮิวมิก; MZ3, MiZax3, MiZax5;
สุดท้ายนี้ เราใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) เพื่อประเมินผลกระทบของสารประกอบที่ใช้กับมันฝรั่ง (T x Y) และสตรอว์เบอร์รี (T x C) ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการรักษาด้วย HA มีผลคล้ายกับการใช้แอซีโทนในมันฝรั่งหรือน้ำในสตรอว์เบอร์รี (รูปที่ 8) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีผลดีต่อการเจริญเติบโตของพืชค่อนข้างน้อย ที่น่าสนใจคือ ผลโดยรวมของ MiZax3 และ MiZax5 มีการกระจายตัวในลักษณะเดียวกันในมันฝรั่ง (รูปที่ 8A) ในขณะที่การกระจายตัวของสารประกอบทั้งสองชนิดนี้ในสตรอว์เบอร์รีนั้นแตกต่างกัน (รูปที่ 8B) แม้ว่า MiZax3 และ MiZax5 จะแสดงผลดีต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืชเป็นส่วนใหญ่ แต่การวิเคราะห์ PCA ชี้ให้เห็นว่ากิจกรรมการควบคุมการเจริญเติบโตอาจขึ้นอยู่กับชนิดของพืชด้วย
การวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) ของ (A) มันฝรั่ง (T x Y) และ (B) สตรอว์เบอร์รี (T x C) แผนภาพคะแนนสำหรับทั้งสองกลุ่ม เส้นที่เชื่อมต่อแต่ละองค์ประกอบนำไปสู่จุดศูนย์กลางของกลุ่ม
โดยสรุป จากการศึกษาภาคสนามอิสระ 5 ครั้งของเราเกี่ยวกับพืชผลที่มีมูลค่าสูง 2 ชนิด และสอดคล้องกับรายงานก่อนหน้านี้ของเราตั้งแต่ปี 2020 ถึง 202226,27 MiZax3 และ MiZax5 เป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่มีศักยภาพในการปรับปรุงการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช รวมถึงธัญพืช ไม้ผล (เช่น ต้นปาล์มอินทผลัม) และพืชผลไม้สวน26,27 แม้ว่ากลไกระดับโมเลกุลที่นอกเหนือจากกิจกรรมทางชีวภาพของพวกมันยังคงคลุมเครือ แต่พวกมันมีศักยภาพสูงสำหรับการนำไปใช้ในภาคสนาม ที่สำคัญที่สุด เมื่อเทียบกับกรดฮิวมิก MiZax ถูกใช้ในปริมาณที่น้อยกว่ามาก (ระดับไมโครโมลาร์หรือมิลลิกรัม) และผลดีนั้นเด่นชัดกว่า ดังนั้น เราจึงประมาณปริมาณการใช้ MiZax3 ต่อครั้ง (จากความเข้มข้นต่ำไปสูง): 3, 6 หรือ 12 กรัม/เฮกตาร์ และปริมาณการใช้ MiZax5: 4, 7 หรือ 13 กรัม/เฮกตาร์ ทำให้สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชเหล่านี้มีประโยชน์ในการปรับปรุงผลผลิตพืชได้ค่อนข้างเป็นไปได้
วันที่เผยแพร่: 29 กรกฎาคม 2567