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Anlaufphase ZINEG - Auswirkungen von einem geschlossenen Gewächshaus auf das Pflanzenwachstum und die Fruchtqualität von Tomaten

Authors:
DGG-Proceedings
Vol. 1, 2011
Editorial Board and Review
B
alder, Hartmut Berlin
Damerow, Lutz Bonn
Dirksmeyer, Walter Braunschweig
Drüge, Uwe Erfurt
Michaelis, Gerlinde Bad-Zwischenahn
Rath, Thomas Hannover
Schreiner, Monika Großbeeren
Schuster, Mirko Dresden
Winkelmann, Traud Hannover
German Society of Horticultural Sciences (DGG)
Herrenhäuser Str. 2
30419 Hannover
Germany
© DGG, 2011
Short Communications - Annual Conference DGG and BHGL
23.02. - 26.02.2011, Hannover, Germany
Peer Reviewed
DGG-Proceedings, Vol. 1 (2011), No. 9, 1-5. DOI: 10.5288/dgg-pr-01-09-dd-2011
Dennis Dannehl *, Ingo Schuch, Thorsten Rocksch, Susanne Huyskens-Keil, Abraham
Rojano Aguilar und Uwe Schmidt
Anlaufphase ZINEG - Auswirkungen von einem geschlossenen Gewächshaus auf das
Pflanzenwachstum und die Fruchtqualität von Tomaten
*Corresponding Author:
Dennis Dannehl
Humboldt-Universität zu Berlin, FG Biosystemtechnik
Albrecht-Thaer-Weg 3
14195 Berlin
Germany
Email: Dennis.Dannehl@agrar.hu-berlin.de
DGG-Proceedings, Vol. 1 (2011), No. 9, 1-5. DOI: 10.5288/dgg-pr-01-09-dd-2011
Anlaufphase ZINEG - Auswirkungen von einem geschlossenen Gewächshaus auf
das Pflanzenwachstum und die Fruchtqualität von Tomaten
1
Dennis Dannehl,
1
Ingo Schuch,
1
Thorsten Rocksch,
2
Susanne Huyskens-Keil,
3
Abraham
Rojano Aguilar und
1
Uwe Schmidt
1,2
Humboldt-Universität zu Berlin,
1
Fachgebiet Biosystemtechnik und
2
Fachgebiet Urbane
Pflanzenökophysiologie, 14195 Berlin;
3
Universidad Autónoma Chapingo, km 38.5
Carretera México-Texcoco, CP 56230, Chapingo, Edo. México
1. Einleitung, Stand des Wissens, Zielsetzung
Durch moderne Gewächshauskonstruktionen kann die benötigte Heizenergie in den
Wintermonaten zwar reduziert werden, die Preise der eingesetzten fossilen Brennstoffe
werden jedoch weiter ansteigen. Andererseits prognostiziert der WBGU längere
Hitzeperioden in den Sommermonaten (WBGU, 2008). Diese Veränderungen können die
Pflanzenentwicklung sowie die Fruchtqualität in Gewächshäusern nachteilig beeinflussen
(Adams et al., 2001). Um diesen Auswirkungen gegenzusteuern, wurde 2009 das
Verbundprojekt ZINEG gestartet. Am Standort Berlin sollen im ZINEG-Teilprojekt in der
geschlossenen Betriebsweise von Gewächshäusern (Kollektorhaus) innovative Methoden
der technischen Kühlung entwickelt und eine Energieeinsparung durch Verwendung der
ohnehin verfügbaren Solarenergie und durch maximale Wärmedämmung
(Energieschirme) erzielt werden. Neben den technisch ausgelegten Schwerpunkten
werden in den kommenden Jahren die Auswirkungen des Kollektorhauses auf die
Pflanzen- und Ertragsentwicklung am Beispiel von Tomatenpflanzen untersucht.
2. Material und Methoden
-Experimentieranlage- Um die Auswirkungen eines geschlossenen Kollektorhauses mit
einer in der Praxis üblichen Klimaregelung zu vergleichen, wurden an der HU-Berlin 2
Venlo-Gewächshäuser (je 300 m
2
) errichtet. Im Kollektorhaus wird neben der sensiblen
Wärmeenergie der Globalstrahlung der energiereiche Wasserdampf, der durch die
Transpiration der Pflanzen freigesetzt wird und durch Kühlrippen im Dachbereich in
thermische Energie konvertiert, gesammelt und in einem Regenwassertank gespeichert.
Die kombinierte Anwendung der Kühlrippen sowie der Schlauchgebläse- und
Aluflügelrohrwärmetauscher ermöglicht eine Reduzierung der Temperatur bei
geschlossener Lüftung in den Sommermonaten. Zusätzlich dienen Teile dieses
Anlageregimes als Wärmezufuhr in kühleren Perioden.
-Klimaführungsstrategien- In der Anlaufphase der Versuche wurde im Referenzhaus
eine Ablüftungstemperatur von 24 °C festgesetzt. Im Gegensatz dazu betrug der
Grenzwert für die geschlossene Betriebsweise im Kollektorhaus 30 °C, um
Pflanzenschäden zu vermeiden (Camejo et al., 2005). Bis zum Öffnen der Lüftung wurde
das Kollektorhaus ab einer Temperatur von 19 °C im Frühsommer und 22 °C im
Spätsommer gekühlt. Für Heizungszwecke wurde die im Regenwassertank gespeicherte
1
Energie verwendet (> 7 °C). Sank die Temperatur im Regenwassertank unter 35 °C ab,
wurde die Vorlauftemperatur im System durch eine Wärmepumpe erhöht. Die
Wärmeabgabe im Gewächshaus erfolgte über die Alu-Flügelrohrheizung (Soll=16 °C), die
Schlauchgebläseheizung (Soll=17 °C) und über die Bodenrohrheizung (Soll=17 °C). In der
Anlaufphase wurden nur die Effekte der Temperatur und der relativen Luftfeuchte auf die
Pflanzenentwicklung untersucht. Die CO
2
-Anreicherung wurde auf 400 ppm eingestellt.
-Bonitierung der Pflanzen- und Ertragsentwicklung- Die Nettoanbaufläche im
Kollektor- und Referenzgewächshaus beträgt jeweils 200 m². Die einheitlich angezogenen
Tomatenpflanzen der Sorte ´Pannovy` wurde am 09.07.10 auf Steinwollmatten (Hohe
Rinne) überführt und während des gesamten Versuchs bis November 2010 über ein
Tropfbewässerungssystem und automatischer Fertigation versorgt. Während der ersten 6
Wochen wurde das vegetative und generative Wachstum der Tomatenpflanzen
wöchentlich erfasst. Neben der Blattfläche/Pflanze wurde zusätzlich die Blütenanzahl der
Rispen sowie die Fruchtanzahl der selbigen Rispen aufgenommen, um den prozentualen
Anteil der Fruchtanzahl im Vergleich zur Blütenanzahl zu bestimmen. Um den Einfluss der
beiden Klimaführungsstrategien auf den Ertrag zu untersuchen, wurde wöchentlich von
jeder Pflanze das Gesamtgewicht sowie die Gesamtstückzahl erfasst. Schwerpunktmäßig
wurde weiterhin die Qualität der Früchte in verschiedene Gewichtsklassen (A-Früchte > 70
g; B-Früchte 50-70 g; C-Früchte < 50g), geplatzte Früchte (Platzer) und mit Braunfäule
befallene Früchte (Kranke) kategorisiert.
-Extraktion und Analyse von Carotinoiden- Zur Untersuchung der sekundären
Pflanzeninhaltsstoffe wurden im Sommer Tomaten (>70 g) im Reifestadium 9 randomisiert
geerntet. Anschließend wurde das frische Material zur Bestimmung des Lycopin- und
ß-Carotingehaltes verwendet. Die Extraktion der Carotinoide erfolgte nach der Methodik
von Fish et al. (2002) und die spektralphotometrische Vermessung bzw. Kalkulierung der
Inhaltsstoffe nach Nagata und Yamashita (1992).
-Statistische Analysen- Die statistische Auswertung der Gesamterträge und der
Carotinoide wurde mittels der Varianzanalyse (ANNOVA) mit SPSS durchgeführt. Die
signifikanten Unterschiede wurden mit Hilfe des t-Tests bei einem Signifikanzniveau von p
< 0,5 kalkuliert.
3. Ergebnisse
Im Vergleich der Versuchsanlage wurde beobachtet, dass durch den Einfluss des
Kollektorhauses die Blattfläche des Pflanzenstandes signifikant erhöht war (Abb. 1-A).
In Bezug auf den mittleren Anteil der Fruchtanzahl an der Blütenanzahl wurde ermittelt,
dass sich das Kollektorhaus sehr positiv auf den beschriebenen Untersuchungsparameter
auswirkte und dieser signifikant im Vergleich zum Referenzhaus erhöht wurde (Abb. 1-B).
Die Abbildung 1-C beschreibt den relativen Gesamtertrag im Kollektorhaus im Verhältnis
zum Referenzhaus. Unter Einbezug aller geernteten Früchte unterschied sich der
Gesamtertrag um 1,5 %. Zur Bewertung der Qualitätsabstufungen wurden die einzelnen
Kategorien ins Verhältnis zu dem Gesamtertrag im jeweiligen Gewächshaus gesetzt.
Gegenüber dem Referenzhaus wurden im Kollektorhaus mehr A-Früchte (0,7 %/m²) sowie
mehr B-Früchte (7 %/m²) produziert und der Anteil an C-Früchten um fast 7,5 %/m²
reduziert. Der Anteil K-Früchte sank geringfügig um 0,3 %/m². In einer weiteren Kalkulation
des Gesamtertrages wurden die nicht zu vermarktenden C-Früchte, Platzer und Kranke
herausgerechnet. Infolge dessen stieg der Gesamtertrag (A,B-Früchte) im Kollektorhaus
2
um 8,6 % im Vergleich zum Referenzhaus an (Abb. 1-C,D).
In Laboruntersuchungen wurden die Carotinoide analysiert. Unter Einfluss des
Kollektorhauses konnte der Lycopingehalt um 44,4 % und der ß-Carotingehalt um 7,7 %
signifikant gegenüber den Tomaten im Referenzhaus erhöht werden (Abb. 1-E).
Weiterhin konnte bei extremen Außentemperaturen durch den gezielten Einsatz der
Kühlung im Kollektorhaus eine Temperaturdifferenz von 6,2 K im Vergleich beider
Gewächshäuser beobachtet werden (Abb. 1-F). Die relative Luftfeuchtigkeit lag im
Tagesverlauf im Kollektorhaus zeitweise bis zu 40 % höher als im Referenzgewächshaus
und erreichte Maximalwerte von 93 % (Abb. 1-F).
Abb. 1: A - Entwicklung der mittleren Blattfläche/Pflanze; B - Mittlerer Anteil der
Fruchtanzahl/Blütenanzahl; C - Relative Erträge; D - Kumulierte Erträge; E - Carotinoide;
F - Versuchsanlage bei extremen Außentemperaturen
3
4. Diskussion
Aus pflanzenphysiologischer Sicht ist der Unterschied der Blattflächen auf die mittleren
Temperaturdifferenzen in beiden Gewächshäusern zurückzuführen. Die
Maximaltemperaturen lagen im Solarkollektorgewächshaus bei 34,9 °C und im
Referenzhaus bei 41,1 °C (Abb. 1-F). In diesem Zusammenhang könnte durch die hohen
Temperaturen im Referenzhaus die Photosyntheseleistung (Camejo et al., 2005) und das
vegetative Wachstum (Wahid et al., 2007) stark reduziert worden sein. Darüber hinaus
könnte auch die höhere relative Luftfeuchte im Kollektorhaus zu einem schnelleren
Pflanzenwachstum geführt haben (Armstrong and Kirkby, 1979). Im Gegensatz dazu
verweisen andere Untersuchungen auf ein reduzierte Blattfläche bei geringerer
Wasserdampfdruckdifferenz (VPD) (Cockshull, 1998).
Die Ergebnisse der prozentualen Erfassung (Blütenanzahl/Fruchtanzahl) widerlegen die in
der Literatur angegebene Aussage, dass durch eine höhere relative Luftfeuchte die
Bestäubung unterdrückt und der Blütenabbruch erhöht wird (Mulholland et al., 2001).
Bertin et al. (2000) konnten nachweisen, dass eine höhere Luftfeuchte nicht die Anzahl der
entwickelten Früchte beeinflusste. Vermutlich ist ein geringerer VPD erst dann als kritisch
einzustufen, wenn die Blütentemperatur gegenüber der Taupunkttemperatur der Luft
unterschritten wird und dadurch der Wasserdampf an den Blüten auskondensiert.
Dagegen besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die nachteilige Fruchtausbildung im
Referenzhaus durch die hohen Anfangstemperaturen im Versuch ausgelöst wurde (Wahid
et al., 2007).
Die anfänglich höher liegenden Erträge im Referenzhaus (Abb. 1-D) sind auf eine Notreife
der Tomaten aufgrund hoher Temperaturen zurückzuführen. Im übrigen Versuchszeitraum
lagen die kumulativen Erträge im Kollektorhaus fortwährend höher als im Referenzhaus,
wobei der Gesamtertrag um 8,6 % anstieg. Vergleichend ähnliche Ergebnisse, durch einen
geringeren VPD, wurden von Bertin et al. (2000) nachgewiesen. Adams et al. (2001)
dokumentierten geringere Erträge durch eine höhere mittlere Temperatur (26 °C).
Weiterhin ist der kurzzeitige Ernterückgang (Oktober) im Kollektorhaus auf einer zu niedrig
gewählten Kühltemperatur (19 °C) zurückzuführen (Abb. 1-D). Neben den Gesamterträgen
nimmt die Qualität der Früchte einen immer höheren Stellenwert auf dem Absatzmarkt ein.
Die verschiedenen Klimaregime wirkten sich unbeträchtlich auf die A-Früchte aus.
Dagegen konnte durch Einfluss des Kollektorhauses der B-Anteil erhöht und der C-Anteil
reduziert werden. Ähnliche Verschiebungen beobachteten auch Mulholland et al. (2001)
und Leonardi et al. (2000) durch Einfluss einer höheren Luftfeuchte.
Durch den Einfluss der geschlossenen Betriebsweise wurden in den Tomaten der
Lycopingehalt um 44 % und der ß-Carotingehalt um 7,7 % signifikant gegenüber den
Tomaten im Referenzhaus erhöht und verweisen auf einen höheren
ernährungsphysiologischen Wert. Es ist zu vermuten, dass die zeitweise höheren
Temperaturen im Referenzhaus die Biosynthese der Carotinoide hemmten und zur
Reduktion des Lycopin- und ß-Carotingehaltes führten (Dumas et al., 2003).
5. Schlussfolgerung
Die ersten Ergebnisse verdeutlichen, dass durch den Einfluss des Kollektorhauses der
Gesamtertrag der vermarktungsfähigen Tomaten gesteigert und die Qualität der Früchte
verbessert werden konnte. Durch die zukünftige CO
2
- Anreicherung und der Reduzierung
4
der CO
2
- Verluste im geschlossenen Kollektorhaus wird darüber hinaus ein Mehrertrag
von 20 % gegenüber dem Referenzhaus erwartet (Reinert et al., 1997). In Anlehnung an
den ersten Ergebnissen der Pflanzen- und Ertragsentwicklung konzentrieren sich die
Folgeversuche auf die Optimierung des Mikroklimas im Kollektorhaus, um den
ernährungsphysiologischen Wert der Früchte um ein Vielfaches zu erhöhen sowie die
Vitalität der Tomatenpflanzen nochmals zu verbessern.
6. Literatur
Adams, S.R., Cockshull, K.E., Cave, C.R.J., 2001. Effect of temperature on the growth
and development of tomato fruits. Ann. Bot. 88, 869-877.
Armstrong, M.J., Kirkby, E.A., 1979. Influence of humidity on the mineral-composition of
tomato plants with special reference to calcium distribution. Plant Soil 52, 427-435.
Bertin, N., Guichard, S., Leonardi, C., Longuenesse, J.J., Langlois, D., Navez, B., 2000.
Seasonal evolution of the quality of fresh glasshouse tomatoes under Mediterranean
conditions, as affected by air vapour pressure deficit and plant fruit load. Ann. Bot. 85,
741-750.
Camejo, D., Rodriguez, P., Morales, A., Dell'Amico, J.M., Torrecillas, A., Alarcon, J.J.,
2005. High temperature effects on photosynthetic activity of two tomato cultivars with
different heat susceptibility. J. Plant Physiol. 162, 281-289.
Cockshull, K.E., 1998. Plant responses and adaptation to water issues in the greenhouse
environment. Acta Hort. 458, 201-206.
Dumas, Y., Dadomo, M., Di Lucca, G., Grolier, P., 2003. Effects of environmental factors
and agricultural techniques on antioxidant content of tomatoes. J. Sci. Food Agric. 83,
369-382.
Fish, W.W., Perkins-Veazie, P., Collins, J.K., 2002. A quantitative assay for lycopene that
utilizes reduced volumes of organic solvents. J. Food Compos. Anal. 15, 309-317.
Leonardi, C., Guichard, S., Bertin, N., 2000. High vapour pressure deficit influences
growth, transpiration and quality of tomato fruits. Sci. Hortic. 84, 285-296.
Mulholland, B.J., Fussell, M., Edmondson, R.N., Basham, J., McKee, J.M.T., 2001. Effect
of vpd, K nutrition and root-zone temperature on leaf area development, accumulation of
Ca and K and yield in tomato. J. Hortic. Sci. Biotech. 76, 641-647.
Nagata, M., Yamashita, I., 1992. Simple method for simultaneous determination of
chlorophyll and carotenoids in tomato fruit. J. Jpn. Soc. Food Sci. Technol.-Nippon
Shokohin Kagaku Kogaku Kaishi 39, 925-928.
Reinert, R.A., Eason, G., Barton, J., 1997. Growth and fruiting of tomato as influenced by
elevated carbon dioxide and ozone. New Phytol. 137, 411-420.
Wahid, A., Gelani, S., Ashraf, M., Foolad, M.R., 2007. Heat tolerance in plants: An
overview. Environ. Exp. Bot. 61, 199-223.
WBGU, 2008. Welt im Wandel: Sicherheitsrisiko Klimawandel. Springer-Verlag, Berlin
Heidelberg.
5
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Full-text available
Article
Crop scale experiments were carried out in 1998/99 to investigate the individual and interactive effects of vapour pressure deficit (vpd), root-zone temperature (RZT) and potassium nutrient feed concentration on the accumulation of Ca and K in shoot tissues, vegetative growth, fruit yield and quality in tomato (Lycopersicon esculentum Mill). RZT and K nutrition had no detectable effect on growth but high K nutrition (10 mM) compared with the low (4 mM) increased the accumulation of K in the leaves and older fruits. In contrast, severe deficiencies of K were detected in young expanding leaflets (0.66-0.75%) near to the shoot apex under high (0.1 kPa vpd) compared with control humidity (1.50-2.03%; 0.5 kPa vpd). The accumulation of Ca was either unaffected or increased in leaf tissue at high humidity. Fruits developing on trusses in the top half of the shoot had markedly lower K concentrations under high humidity. In contrast the concentration of Ca was increased in fruit. The area of individual leaves was initially increased and then decreased by high humidity, but these responses did not appear to affect above ground dry-matter accumulation within the 56 d exposure period but a larger proportion of assimilates was partitioned to the fruits. Reduced accumulation of K detected under high humidity appeared to exhibit a close relationship with reduced leaf expansion, lower yield and a decreased proportion of class 1 fruits. The relationship between vpd and K, Ca accumulation, leaf growth, assimilate partitioning and yield responses are discussed.
Article
Water quantity and quality influence the yield and quality of greenhouse crops in many different ways. The water vapour pressure deficit (VPD) of the greenhouse atmosphere has a direct effect upon the rate of evaporation of water from leaves and can affect the incidence of disease. When grown at high atmospheric humidity for long periods, the leaves of tomato are reduced in size and demonstrate symptoms of calcium deficiency; responses that adversely affect yield and are related to a localised lack of calcium induced by reduced transpiration. The quantity and quality of water supplied to the root system is of great importance in the greenhouse environment. Ideally, the uptake of water by the root system should match the requirements of the above-ground parts of the plant at all times, but this ideal is rarely achieved. When water is withheld from the root environment of tomatoes, overall fruit yields and individual fruit sizes are reduced, while the incidence of blossom-end rot is increased. The latter disorder is also due to a localised lack of calcium. In contrast to the deleterious effects of withholding water, the dry matter content, acidity and sugar content of tomato fruits are increased. Many of these changes will also occur if the electrical conductivity (EC) of the irrigation solution is raised. Lack of oxygen around the roots and low solution temperatures are two further aspects of water quality that have adverse effects on crop production and yet can be avoided. The need for greenhouse crops that can tolerate water stress and salinity will intensify as supplies of high quality water become more limited and costly.
Article
従来の方法では,トマト果実のクロロフィルとカロテノイド含有量はそれぞれ別の方法で分析されてきた.著者らはトマト色素を同時に定量する簡便な方法を検討した.試料に含まれるすべての色素をアセトンーヘキサン(4:6)で一度に抽出し,上層の663nm, 645nm, 505nm, 453nmの吸光度を分光光度計で同時に測定する.これらの値から著者らの提案した式を用いてクロロフィルa, b,リコペン, β-カロテンの含有量を推定するにとができる.本法を用いて熟度の異なるトマト果実を分析した.また,同じ試料を従来の方法で分析した.その結果,クロロフィル含有量はMACKINNEY法,リコペン含有量は木村らの方法とほぼ同じ値であった.これにより,本法の有効性が確認された.
Article
Changes in yield and quality of fresh tomatoes in response to air vapour pressure deficit (VPD) and plant fruit load were studied under Mediterranean summer conditions. Plants thinned to three or six fruits per truss were grown in two compartments, one at a VPD below 1.5kPa, the other without VPD control. The seasonal trend in fruit yield and quality was assessed from April to September by weekly measurement of number, fresh weight and dry matter content of harvested fruits, together with the occurrence of blossom-end-rot (BER) and cracking. On two occasions, in July and September, sugar and acid content was measured at three ripening stages. The seasonal decrease in fresh yield was attenuated at low VPD, because of higher individual fruit fresh weight, especially at low fruit load. Low VPD decreased occurrence of BER but like low fruit load, it increased fruit cracking. Fruit dry matter content was lower at low VPD, but was unaffected by fruit load. Sugar content and the ratio of sugars:acids was increased at high VPD and low fruit load, with interactive effects depending on season and ripening stage. The influence of VPD on acid content differed with fruit load and also changed during ripening and between seasons. Results showed that water was the main limiting factor for growth of fruits picked in July; at this time, reducing fruit load to promote mean fruit size had negative effects on BER and cracking. Reducing VPD reduced BER but had a negative effect on cracking and diluted both the dry matter and sugar content. For fruits harvested later in summer, these negative effects were attenuated because fruit growth was also carbon limited.
Article
Antioxidants are believed to be important in the prevention of diseases such as cancer and cardiovascular disease. Lycopene is one of the main antioxidants to be found in fresh tomatoes and processed tomato products. The lycopene content also accounts for the redness of the fruit, which is one of the main qualities for which industry and consumers now look. Other carotenes (such as β-carotene), vitamin C, vitamin E and various phenolic compounds are also thought to be health-promoting factors with antioxidant properties. Since the antioxidant content of tomatoes may depend on genetic factors, the choice of variety cultivated may affect the results at harvest. To be able to control the antioxidant content of tomatoes at the field level when growing a given variety, it is necessary to know the effects of both environmental factors and the agricultural techniques used. Temperatures below 12 °C strongly inhibit lycopene biosynthesis and temperatures above 32 °C stop this process altogether. The effects of the temperature on the synthesis of other antioxidants have not yet been properly assessed. The effects of light have been studied more thoroughly, apart from those on vitamin E. The effects of water availability, mineral nutrients (nitrogen, phosphorus, potassium and calcium) and plant growth regulators have been studied, but results are sometimes contradictory and the data often incomplete. During the ripening period, lycopene content of tomatoes increases sharply from the pink stage onwards, but no sufficient attempts have been made so far to assess the changes in the other antioxidants present in the fruit. This paper reviews the present state of the art. Copyright © 2003 Society of Chemical Industry
Article
summary‘Tiny Tim’ tomato plants were exposed to five CO2 treatments (375 (ambient), 450, 525, 600 or 675 μmol mol−1) in combination with 03 (0 or 80 nmol mol−1. Biomass was evaluated following 3,5,7 and 13 wk exposure. Biomass following 13 wk exposure also included weekly harvests of mature tomato fruit beginning week 8. Carbon dioxide enrichment significantly enhanced total vegetative plant d. wt at each harvest, as well as cumulative yield of mature fruit, whereas O3 significantly suppressed total vegetative plant d. wt at each harvest and reduced total cumulative fruit yield. The magnitude of these changes varied with the development of tomato from early growth to mature fruit yield. Carbon dioxide enrichment reduced the detrimental effects of O3 on total vegetative plant d. wt of tomato following 3, 5, 7 and 13 wk exposure. Final mature fruit yield was 24% higher under enriched GO2 treatments than in ambient CO2. Ozone suppressed final yield by 31%, following exposure to 80 nmol mol−1 O2, when compared with exposure to charcoal-filtered (CF) air. The impacts of both CO2 and O3 on yield were, however, dependent upon the presence or absence of the other gas. In the absence of O3, yields were very similar for the ambient and elevated CO2 treatments, but in the presence of O3, yields under ambient CO2 were greatly suppressed whereas yields under elevated CO3 were similar to those in the absence of O3. Thus, enriched CO2 ameliorated most of the suppressive effect of O3 on yield of mature fruit.
Article
Tomato plants grown in water culture under two different humidity regimes (50% R.H. and 95% R.H.) were harvested at intervals over the growth period and cation uptake and calcium distribution investigated. The following results were obtained:1. Plants in the high humidity regime initially grew faster but at the final harvest after 22 days, dry matter yields were the same. 2. In the high humidity treatment particularly towards the end of the experiment, the growth of the young leaves was disturbed and the plants showed symptoms resembling Ca or B deficiency. Analysis revealed that these tissues were lower in Ca than comparative tissues of the low humidity plants. The converse was true for B. 3. Cation uptake was little affected by the humidity treatment. However, the distribution of calcium within the plant was markedly influenced by humidity. In the high humidity treatment the level of Ca in the young leaves was very low and Ca accumulated in the stems. A high proportion of both Ca and Mg in these younger Ca deficient leaves was found to be associated with pectate. The same trend was observed in the stems, more of the Ca and Mg in this case being bound to oxalate as well as pectate. These results further indicate the possible significance of exchange movement of Ca particularly under low transpiration conditions when Ca transport by mass flow is restricted. 4. Xylem sap analysis showed a close cation-anion balance in all samples. NO3-ion was the predominant anion and the two major cations were K and Ca. This provides further evidence that the upper plant parts provide the major site of NO3-reduction in the tomato plant.
Article
Plants were grown in two glasshouse compartments under two vapour pressure deficit (vpd) levels: low vpd was obtained by increasing air humidity with a fogging system, and high vpd was obtained during sunny hours in a greenhouse where air humidity was not controlled. The mean value, of the six driest hours of the day concerning the growing period of the fruits considered, was 1.6 kPa under low vpd and 2.2 kPa under high vpd conditions. Over the whole experimental period, the difference in mean hourly temperature never exceeded 0.8°C. The oldest leaves were removed to different extents in different plots to analyse whether a different leaf/fruit ratio could modify the effect of high vpd.Fruit growth and transpiration rates greatly varied during daylight hours; these variations were enhanced under high vpd condition. The increase in vpd produced a significant reduction in fruit fresh weight and in fruit water content, and an increase in soluble solids, while fruit dry weight was not affected. High vpd also enhanced the variability of fruit weight. When more leaves were removed the effect of vpd on soluble solids and water content was less important.The study shows that during summer, as vpd increases from 1.6 to 2.2 kPa, effects can be observed both on tomato growth and quality characteristics. Therefore, an improvement of the control of vpd for the optimisation of greenhouse tomato production is discussed.
Article
Lycopene is a potent antioxidant found in watermelon, tomato, and red grapefruit and may exert positive effects on human health. Spectrophotometric and HPLC techniques are commonly employed for analysis of lycopene content in food sources. A rapid and inexpensive spectrophotometric assay for lycopene is presented. This method requires 80% less organic solvents for release and extraction of lycopene from watermelon than do the existing procedures. Comparative analyses for 105 watermelons from 11 cultivars yielded results equivalent to those provided by larger-volume spectrophotometric assay procedures. Limited numbers of assays suggest that this reduced volume method may be applicable for tomatoes and tomato products.
Article
Heat stress due to increased temperature is an agricultural problem in many areas in the world. Transitory or constantly high temperatures cause an array of morpho-anatomical, physiological and biochemical changes in plants, which affect plant growth and development and may lead to a drastic reduction in economic yield. The adverse effects of heat stress can be mitigated by developing crop plants with improved thermotolerance using various genetic approaches. For this purpose, however, a thorough understanding of physiological responses of plants to high temperature, mechanisms of heat tolerance and possible strategies for improving crop thermotolerance is imperative. Heat stress affects plant growth throughout its ontogeny, though heat-threshold level varies considerably at different developmental stages. For instance, during seed germination, high temperature may slow down or totally inhibit germination, depending on plant species and the intensity of the stress. At later stages, high temperature may adversely affect photosynthesis, respiration, water relations and membrane stability, and also modulate levels of hormones and primary and secondary metabolites. Furthermore, throughout plant ontogeny, enhanced expression of a variety of heat shock proteins, other stress-related proteins, and production of reactive oxygen species (ROS) constitute major plant responses to heat stress. In order to cope with heat stress, plants implement various mechanisms, including maintenance of membrane stability, scavenging of ROS, production of antioxidants, accumulation and adjustment of compatible solutes, induction of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and calcium-dependent protein kinase (CDPK) cascades, and, most importantly, chaperone signaling and transcriptional activation. All these mechanisms, which are regulated at the molecular level, enable plants to thrive under heat stress. Based on a complete understanding of such mechanisms, potential genetic strategies to improve plant heat-stress tolerance include traditional and contemporary molecular breeding protocols and transgenic approaches. While there are a few examples of plants with improved heat tolerance through the use of traditional breeding protocols, the success of genetic transformation approach has been thus far limited. The latter is due to limited knowledge and availability of genes with known effects on plant heat-stress tolerance, though these may not be insurmountable in future. In addition to genetic approaches, crop heat tolerance can be enhanced by preconditioning of plants under different environmental stresses or exogenous application of osmoprotectants such as glycinebetaine and proline. Acquiring thermotolerance is an active process by which considerable amounts of plant resources are diverted to structural and functional maintenance to escape damages caused by heat stress. Although biochemical and molecular aspects of thermotolerance in plants are relatively well understood, further studies focused on phenotypic flexibility and assimilate partitioning under heat stress and factors modulating crop heat tolerance are imperative. Such studies combined with genetic approaches to identify and map genes (or QTLs) conferring thermotolerance will not only facilitate marker-assisted breeding for heat tolerance but also pave the way for cloning and characterization of underlying genetic factors which could be useful for engineering plants with improved heat tolerance.