Μεταβολομική ανάλυση στη συστημική βιολογία : προσδιορισμός χαρακτηριστικών βιομοριακών προτύπων και σχεδιασμός συστηματικών διαδικασιών διαχείρισης της περιβαλλοντικής καταπόνησης σε υδροπονικές καλλιέργειες φυτών υπό κάλυψη
Loading...
Date
2024-11-12
Authors
Παπαδημητρόπουλος, Ματθαίος-Εμμανουήλ
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα τελευταία χρόνια η χρήση θερμοκηπίων σε συνδυασμό με την υδροπονία έχει μειώσει σημαντικά την επίδραση του περιβάλλοντος στις καλλιέργειες και έχει οδηγήσει σε αυξημένη παραγωγικότητα και σταθερή ποιότητα προϊόντων. Ωστόσο η ποιότητα του νερού άρδευσης είναι ένα πρόβλημα που επηρεάζει ακόμα και τις υδροπονικές θερμοκηπιακές καλλιέργειες. Ένας σημαντικός παράγοντας για την ποιότητα του νερού είναι η αλατότητα του, που επηρεάζει την φυσιολογία των φυτών και μπορεί να οδηγήσει σε μείωση στην ποσότητα της παραγωγής και την ποιότητα των αγροτικών προϊόντων. Στόχος αυτής της διατριβής ήταν η μελέτη της επίδρασης της αλατότητας στο μεταβολισμό, που είναι το πλέον δυναμικό επίπεδο κυτταρικής λειτουργίας, φύλλων ντομάτας και η διερεύνηση της πιθανής ευεργετικής επίδρασης της αύξησης του CO2 στο περιβάλλον των φυτών.
Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν τέσσερα πειράματα χρονοσειράς στα οποία εφαρμόστηκε για πέντε μέρες αυξημένη αλατότητα στο θρεπτικό υλικό και εμπλουτισμός με CO2, είτε μεμονωμένα είτε σε συνδυασμό, σε φυτά ντομάτας (Solanum lycopersicum ποικιλία Elpida) που καλλιεργήθηκαν υδροπονικά σε ελεγχόμενο θάλαμο ανάπτυξης και σε εμπορικό θερμοκήπιο. Τα μεταβολικά πρότυπα των φύλλων που συλλέχθηκαν τις πέντε μέρες των πειραμάτων ανακτήθηκαν με GC-MS και LC-MS. Ο συνδυασμός των δυο τεχνικών επέτρεψε την ποσοτικοποίηση μεταβολιτών από διαφορετικές χημικές κατηγορίες και την κάλυψη μεγάλου τμήματος του μεταβολικού δικτύου ντομάτας κάτι που δεν ήταν εφικτό χρησιμοποιώντας μόνο μια μέθοδο.
Η επίδραση της αλατότητας στη μεταβολική φυσιολογία των φύλλων ντομάτας είναι εμφανής από την πρώτη μέρα εφαρμογής της τόσο στην καλλιέργεια σε θάλαμο ανάπτυξης όσο και σε θερμοκήπιο παραγωγής. Συγκεκριμένα παρατηρήθηκε αύξηση στη συγκέντρωση του αμινοξέος προλίνη, που είναι γνωστό ότι δρα ως οσμολύτης, και αλλαγές στη συγκέντρωση σακχάρων, οργανικών οξέων, αμινοξέων και πολυολών. Επίσης επιβεβαιώθηκε η ευεργετική επίδραση του εμπλουτισμού με CO2 στο θάλαμο ανάπτυξης των φυτών στη καταπόνηση λόγω αλατότητας που μάλλον οφείλεται στην αφθονία πόρων για την αντιμετώπιση του στρες. Επιπλέον παρατηρήθηκε ότι μεγάλη επίδραση στη μεταβολική φυσιολογία των φύλλων ντομάτας έχει η εποχή, όσον αφορά τις θερμοκηπιακές καλλιέργειες, αλλά και η ημέρα συλλογής του δείγματος που αντικατοπτρίζει την ανάπτυξη των φυτών. Η μεταβολομική ανάλυση προσέφερε γνώσεις για την απόκριση των φύλλων ντομάτας στην καταπόνηση λόγω αλατότητας και για την ευεργετική επίδραση του εμπλουτισμού με CO2. Οι γνώσεις αυτές θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη μεθόδων για την παρακολούθηση φυτικών καλλιεργειών με σκοπό τη έγκαιρη διάγνωση του στρες λόγω αλατότητας.
Description
Keywords
Μεταβολομική ανάλυση, Ντομάτα, Αλατότητα, Διοξείδιο του άνθρακα, Χρωματογραφία αερίων-φασματομετρία μάζας, Χρωματογραφία υγρών-φασματομετρία μάζας