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टमाटर के पौधे की वृद्धि, उत्पादकता और मिट्टी पर समुद्री शैवाल के अर्क का प्रभाव

इस अध्ययन ने भूरे शैवाल दुरविलिया पोटैटोरम और एस्कोफिलम नोडोसम से बने समुद्री शैवाल के अर्क (एसडब्ल्यूई) के प्रभावों की जांच की।पौधों और मिट्टी पर। मिट्टी उगाने वाले टमाटर के पौधों पर SWE के अनुप्रयोग ने दोहरा प्रभाव दिखाया। SWE ने टमाटर के पौधे की वृद्धि (फूलों के समूह, फूलों की संख्या, फलों की संख्या, जड़ की लंबाई, जड़ और अंकुर के सूखे वजन, SPAD) में व्यापक सुधार किया और पौधों की उत्पादकता (उपज और गुणवत्ता) में वृद्धि की। इसी तरह, SWE अनुप्रयोग ने मिट्टी के मूल क्षेत्र में मिट्टी के जीव विज्ञान को प्रभावित किया, कुल जीवाणुओं की संख्या और उपलब्ध मृदा नाइट्रोजन को बढ़ाकर और मिट्टी के स्वास्थ्य से जुड़े कुछ जीवाणु परिवारों में वृद्धि के साथ जीवाणु समुदाय विविधता को प्रभावित किया। पादप-मृदा पारिस्थितिकी तंत्र पर SWE के प्रभावों की व्यापक समझ स्थायी खाद्य उत्पादन के लिए सफलता के दृष्टिकोण की पेशकश कर सकती है।

परिचय

दुनिया भर में खाद्य उत्पादन में कृषि बायोस्टिमुलेंट्स की भूमिका का विस्तार हो रहा है, विशेष रूप से समुद्री शैवाल के अर्क (SWE) से बने। समुद्री शैवाल से बने बायोस्टिमुलेंट में ऐसे गुण होते हैं जो पौधों की वृद्धि, उपज और गुणवत्ता में सुधार करते हैं और अजैविक और जैविक तनावों के प्रति सहनशीलता बढ़ाते हैं, साथ ही पोषक तत्वों के उपयोग में सुधार करते हैं (एरियोली एट अल। 2015 ; शुक्ला एट अल। 2019 )। उदाहरण के लिए, क्षेत्र के अध्ययनों से पता चला है कि एसडब्ल्यूई, अपेक्षाकृत कम दरों पर पर्ण स्प्रे या मिट्टी की उर्वरता के रूप में लागू होता है, वाइन अंगूर, गन्ना, स्ट्रॉबेरी और सब्जियों जैसी विविध फसलों के बीच उपज में वृद्धि करता है (खान एट अल। 2009 ; एरियोली एट अल। 2015 ; शुक्ला एट अल। 2019 )। का उपयोग करते हुए अध्ययन Arabidopsis, सोयाबीन और टमाटर के पौधों ने प्रदर्शित किया है कि SWE के अनुप्रयोग से सूखे, ठंड और नमक जैसे अजैविक तनावों के लिए पौधों की सहनशीलता में सुधार हो सकता है (नायर एट अल। 2012 ; मार्टीनेंको एट अल। २०१६ ; सैंटानिएलो एट अल। २०१७ ; गोनी एट अल। २०१८) ; जितेश एट अल। 2019 )। आणविक स्तर पर, प्रयोगशाला अध्ययनों से पता चला है कि कुछ SWE में सिस्टमिक एक्वायर्ड रेसिस्टेंस मैकेनिज्म (गोनी एट अल। २०१६ ; इस्लाम एट अल। २०२० ; ओमिडबख्शफर्ड एट अल। २०२० ) सहित प्लांट डिफेंस रिस्पांस सिस्टम को सक्रिय करने की एक दिलचस्प क्षमता है । इसके अलावा, मृदा-लागू SWE मृदा माइक्रोबायोटा उपयोग के लिए पोषक तत्वों की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।

पौधों की जड़ों और मिट्टी (राइजोस्फीयर) के बीच इंटरफेस में माइक्रोबायोटा को बेहतर पौधों की वृद्धि और स्वास्थ्य (वाइव्स-पेरिस एट अल। 2020 ) से जोड़ा गया है । उदाहरण के लिए, राइजोस्फीयर में माइक्रोबायोटा पौधों को रोगजनकों से बचा सकता है (मेंडेस एट अल। 2011 ; रॉल्फ एट अल। 2019 ), प्रतिकूल पर्यावरणीय परिस्थितियों में तनाव का सामना करने में मदद करता है (रोली एट अल। 2015 ; हार्टमैन और ट्रिंग 2019 ) और पौधों के विकास को बदल सकते हैं, उदाहरण के लिए, पौधे के फूलने के समय को प्रभावित करके (Lu et al। 2018 ; Olanrewaju et al। 2019 )। राइजोस्फीयर पर्यावरण अत्यधिक संवादात्मक है क्योंकि पौधे अपने रूट एक्सयूडेट्स की संरचना में हेरफेर करते हैं (ओलानरेवाजू एट अल। 2019)) नतीजतन, कृषि को आगे बढ़ाने के लिए पौधे और मृदा जीव विज्ञान पर SWE के प्रभाव की व्यापक समझ की आवश्यकता है।

हम अनुमान लगाते हैं कि दो भूरे समुद्री शैवाल ( एस्कोफिलम नोडोसम और दुर्विलिया पोटैटोरम ) से बने एसडब्ल्यूई के मिट्टी के अनुप्रयोग से पौधे की वृद्धि और मिट्टी के जीव विज्ञान में वृद्धि होगी और पौधे-मृदा पारिस्थितिकी तंत्र को प्रभावित करेगा। हमने दो समुद्री शैवाल से बने एक अर्क को चुना क्योंकि ट्रांसक्रिपटॉमिक्स अनुसंधान ने एकल-मूल समुद्री शैवाल (इस्लाम एट अल। 2020) से बने अर्क की तुलना में पादप जीन प्रतिक्रियाओं का एक विस्तारित सेट दिखाया है।) नई अंतर्दृष्टि के लिए, हमने टमाटर के पौधे की वृद्धि और मृदा जीव विज्ञान के मापदंडों की समवर्ती रूप से जांच की। हमने गमलों में उगने वाले टमाटर के पौधों का उपयोग करके और नियमित अंतराल पर SWE के मिट्टी के अनुप्रयोगों को प्राप्त करने और फूलों और फलों की कटाई और गुणवत्ता पर केंद्रित वैज्ञानिक मूल्यांकन का उपयोग करके एक ग्रीनहाउस प्रयोग तैयार किया। पुष्पन के प्रारंभ में मेटागेनोमिक्स अनुक्रमण का उपयोग करते हुए मृदा जीव विज्ञान की जांच की गई और पुष्पन, फल ​​संख्या, जड़ वृद्धि, पत्ती क्लोरोफिल और फलों की उपज और गुणवत्ता के लिए फेनोटाइपिक आकलन किया गया। पुष्पन को इसलिए चुना गया क्योंकि वानस्पतिक से प्रजनन वृद्धि में संक्रमण क्षेत्र की फसलों के लिए एक महत्वपूर्ण पौधे विकास चरण है।

अध्ययन का उद्देश्य (i) पौधों की वृद्धि और उत्पादकता और (ii) राइजोस्फीयर माइक्रोबायोलॉजी पर SWE के प्रभाव को समवर्ती रूप से निर्धारित करना था।

तरीका

अंकुर प्रतिष्ठान

इस अध्ययन में टमाटर के बीज ( लाइकोपर्सिकॉन एस्कुलेंटम वार। ग्रोस लिस्से ) का उपयोग किया गया था (सीड्स एंड सेलेक्ट ऑर्गेनिक, क्वींसलैंड, ऑस्ट्रेलिया से)। वाणिज्यिक अंकुर ट्रे व्यावसायिक रूप से खरीदे गए बीज उगाने वाले मिश्रण (डेबको सीड एंड कटिंग मिक्स, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया) से भरे हुए थे। टमाटर के बीज प्रति सेल एक बीज की दर से अंकुर ट्रे में लगाए गए थे। अंकुरण के लिए तापमान नियंत्रित ग्रीनहाउस में ट्रे को 4 सप्ताह के लिए 21 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया था और मिट्टी के मिश्रण को आवश्यकतानुसार नम रखा गया था।

प्रायोगिक संयंत्र परीक्षण

एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध समुद्री शैवाल के अर्क का उपयोग करके एक ग्रीनहाउस पॉटिंग परीक्षण किया गया था, जो दुर्विलिया पोटैटोरम और एस्कोफिलम नोडोसम से क्षारीय हाइड्रोलिसिस द्वारा निर्मित और 1% (w / v) (सीसोल प्लस कैल्शियम, मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया) में कैल्शियम के साथ दृढ़ था। समुद्री शैवाल निकालने के बारे में विस्तृत जानकारी जैसे समुद्री शैवाल संरचना, खनिज सामग्री और निर्माण पहले प्रकाशित किया गया है (एरियोली एट अल। 2015)) कैल्शियम के साथ एक समुद्री शैवाल के अर्क का चयन किया गया था क्योंकि टमाटर के फल कैल्शियम विकारों जैसे ब्लॉसम एंड रोट और येलो शोल्डर डिसऑर्डर के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। चार-सप्ताह पुराने टमाटर के बीजों को गमलों (400 मिमी) में प्रत्यारोपित किया गया, जिसमें प्रीमियम पोटिंग मिक्स था, जिसमें नियंत्रित-रिलीज़ उर्वरक कणिकाएँ (N16%, P3%, K13%; ग्रो बेटर गार्डन प्रोडक्ट्स, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया) थे। टमाटर के रोपण वाले बीस बर्तनों को स्थानीय परिवेश वसंत और गर्मियों की स्थितियों के संपर्क में आने वाले ग्रीनहाउस (8m × 8m × 6m, L × W × H) में स्थानांतरित किया गया था और तापमान नियंत्रित नहीं किया गया था। प्राथमिक उपचार के आवेदन से 1 सप्ताह पहले पौधों को जलवायु कठोर किया गया था। आवेदन के लिए, SWE को 1:400 कमजोर पड़ने पर लागू किया गया था और पानी का उपयोग अनुपचारित नियंत्रण के लिए किया गया था।२०१३ , २०१८ ; एरियोली एट अल। 2020 ) और रूट ग्रोथ टेस्टिंग के कारण (एरियोली एट अल। 2015) एसडब्ल्यूई उपचार को प्रत्येक पॉट में मिट्टी में एक पाइप सिंचाई प्रणाली का उपयोग करके लागू किया गया था जिसमें (i) एक खुराक इकाई (डोसट्रॉन, ऑस्ट्रेलिया) के साथ फिट किया गया था, जो आवश्यक कमजोर पड़ने के लिए सेट था और (ii) २५० की दो बार दैनिक खुराक देने के लिए एक आवृत्ति नियंत्रक सेट था। एमएल (प्रत्येक बर्तन के लिए)। परीक्षण को यादृच्छिक रूप से पूर्ण ब्लॉक डिजाइन के रूप में आयोजित किया गया था जिसमें प्रत्येक उपचार के लिए दस प्रतिकृतियां थीं, जिसमें कुल 20 पौधे थे। विभिन्न आकलन के लिए तीन पौधों के विकास के समय बिंदुओं का उपयोग किया गया था: फूल की शुरुआत, फूल और कटाई, जो पोटिंग (डीएपी) के 29, 64 और 95 दिनों के बाद हुई। फूल दीक्षा दिवस (29 डीएपी) पहले खुले फूल की उपस्थिति के लिए प्रतिदिन पौधों की निगरानी करके निर्धारित किया गया था।

पौधे की वृद्धि माप

फूलों के क्लस्टर और फलों की संख्या (हुसैन एट अल। 2017 ), जड़ की लंबाई (डोर्नर 2008 ), शूट सूखे वजन और जड़ सूखी का आकलन करके प्रति उपचार पांच प्रतिकृति (पौधे) (कुल दस पौधे) का उपयोग करके फूलों और कटाई पर पौधों की वृद्धि की जांच की गई। वजन (हुआंग एट अल। 2017 ), और टमाटर की पत्ती क्लोरोफिल का आकलन मिट्टी के पौधे विश्लेषण विकास मीटर एसपीएडी (एसपीएडी -502, कोनिका मिनोल्टा, जापान) (याओ एट अल। 2020 ) का उपयोग करके किया गया था । एक सुखाने वाले ओवन में शूट और रूट के नमूनों को 70 डिग्री सेल्सियस पर सुखाया गया और 72 घंटे के बाद विश्लेषणात्मक तराजू (वेस्टलैब्स मॉडल 663-543) का उपयोग करके सूखे वजन को मापा गया।

घुलनशील ठोस सांद्रता

95 डीएपी पर काटे गए टमाटर के फलों को फलों की गुणवत्ता विश्लेषण (फ्रेशहोर्ट, विक्टोरिया, ऑस्ट्रेलिया) के लिए भेजा गया था। डिग्री ब्रिक्स (डिग्री ब्रिक्स) में टमाटर फल घुलनशील ठोस सांद्रता (एसएससी) को एक प्रतिकृति के भीतर प्रत्येक फल के गाल से एक पके हुए खंड को काटकर, सभी वर्गों को एक प्लास्टिक बैग में रखकर, वर्गों को निचोड़ते हुए और 10 एमएल निकालने के द्वारा मापा गया था। एक महीन-जाली वाली छलनी के माध्यम से रस को १५-एमएल एपपेनडॉर्फ ट्यूब में डालें। तब लगभग ०.५ एमएल रस को ± ०.२ डिग्री ब्रिक्स की माप सटीकता के साथ एक तापमान-मुआवजा वाले डिजिटल रेफ्रेक्टोमीटर (एटीएजीओ पाल-१) के लेंस पर ट्यूब से डाला गया था। प्रत्येक प्रतिकृति के एसएससी माप से पहले रिफ्रेक्टोमीटर को आसुत जल के साथ कैलिब्रेट किया गया था। माप दोहराया गया था, और ° ब्रिक्स में माध्य SSC की गणना प्रति प्रतिकृति दो मापों से की गई थी।

प्रत्येक प्रतिकृति के लिए, शेष रस -20 डिग्री सेल्सियस पर जमे हुए थे। सभी रस के नमूनों को 20 डिग्री सेल्सियस पर पिघलाया गया था, और प्रत्येक नमूने से 3 एमएल रस को 5 एमएल आसुत जल में पतला किया गया था, जब सभी नमूनों में रस का तापमान 15 डिग्री सेल्सियस से ऊपर था। प्रत्येक नमूने की अनुमापनीय अम्लता को समापन बिंदु अनुमापन के माध्यम से पीएच 8.2 में 0.1 एम NaOH के साथ एक स्वचालित अनुमापांक (स्टेरोग्लास टाइट्रे एक्स) और AS23 माइक्रो ऑटोसैंपलर का उपयोग करके मापा गया था। प्रत्येक प्रतिकृति के लिए औसत अनुमापनीय अम्लता की गणना NaOH टाइट्रे वॉल्यूम का उपयोग करके प्रति लीटर रस के बराबर साइट्रिक एसिड के ग्राम के रूप में की गई थी।

मृदा परीक्षण

फूल दीक्षा (29 डीएपी) पर, पॉटेड टमाटर के पौधों को उगाने वाली मिट्टी का मूल्यांकन मेटागेनोमिक्स अनुक्रमण, उपलब्ध मिट्टी नाइट्रोजन और जीवाणु कोशिकाओं की संख्या का उपयोग करके सूक्ष्म जीव विज्ञान के लिए किया गया था। मिट्टी के नमूने (लगभग 400 ग्राम) को 10 सेमी की गहराई पर केंद्रीय टमाटर जड़ क्षेत्र (राइजोस्फीयर) के संपर्क में मिट्टी का चयन करके और थोक मिट्टी क्षेत्र (गैर-राइजोस्फीयर) से बचकर अलग-अलग बर्तनों से सावधानीपूर्वक एकत्र किया गया था जो संपर्क में नहीं था। जड़ों के साथ। मेटागेनॉमिक्स परीक्षण के लिए, कुल दस अलग-अलग मिट्टी के नमूने एकत्र किए गए, प्रत्येक उपचार के लिए पांच अलग-अलग मिट्टी की प्रतिकृति। जड़ों (रूट ज़ोन मिट्टी) के संपर्क में मिट्टी को एक साफ स्पैटुला का उपयोग करके अलग ज़िप लॉक बैग में रखा गया था। मिट्टी के नमूने, प्रत्येक प्रतिकृति के लिए ५० ग्राम, मेटागेनॉमिक्स शॉटगन सीक्वेंसिंग (एनजीएस) और विश्लेषण के लिए ऑस्ट्रेलियाई जीनोमिक रिसर्च फाउंडेशन (एजीआरएफ) को भेजा गया था। DNeasy PowerSoil Pro Kit (क्यूजेन, जर्मनी) का उपयोग करके मिट्टी से डीएनए निकाला गया। ३५० बीपी इंसर्ट लाइब्रेरी के साथ इलुमिना ट्रूसेक नैनो डीएनए लाइब्रेरी प्रेप किट (इलुमिना, यूएसए) का उपयोग करके प्रत्येक प्रतिकृति के लिए डीएनए लाइब्रेरी तैयार की गई थी और इलुमिना हाईसेक २५०० प्लेटफॉर्म (इलुमिना, यूएसए) और १०० बेस पेयर (बीपी) पेयर रीड केमिस्ट्री का उपयोग करके अनुक्रमित किया गया था। .

रूट ज़ोन मिट्टी के नमूने, जिसमें 200 ग्राम मिट्टी, प्रति उपचार पांच व्यक्तिगत प्रतिकृति, उपलब्ध मिट्टी नाइट्रोजन परीक्षण (SWEP Laboratories Pty Ltd, मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया) के लिए भेजे गए थे। उपलब्ध मिट्टी नाइट्रोजन नाइट्रोजन कि उपलब्ध है पौधों को अवशोषित और के रूप में नाइट्रेट-नाइट्रोजन (सं मापा जाता करने के लिए के लिए संदर्भित करता 3 एन) केवल। विधि में 550 एनएम (उद्योग विधि 7C2, Rayment और Lyons 2011 ) पर कैल्शियम क्लोराइड निष्कर्षण और यूवी-दृश्य वर्णमिति परख शामिल है ।

रूट ज़ोन मिट्टी के नमूने, जिसमें ५० ग्राम मिट्टी, प्रति उपचार दस व्यक्तिगत प्रतिकृति, एक मानकीकृत बैक्टीरियल प्लेट काउंट टेस्ट (SWEP Laboratories Pty Ltd, मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया) के लिए भेजे गए थे। परीक्षण जीवाणु कॉलोनी बनाने वाली इकाइयों की संख्या प्रति ग्राम मिट्टी (cfu g -1 ) को मापता है ।

जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण

संपूर्ण मेटागेनोमिक्स अनुक्रमण डेटासेट से टैक्सोनॉमिकल प्रोफाइल बनाने के लिए, कच्चे रीड वाली फास्टक फाइलों को सीएलसी जीनोमिक्स वर्कबेंच v20.0 (QIAGEN, आरहूस सी डेनमार्क, //www.clcbio.com) में आयात किया गया था ), निम्नलिखित विकल्पों का उपयोग करते हुए: इल्लुमिना आयात, युग्मित-पठन, युग्मित-अंत (आगे-रिवर्स) और न्यूनतम दूरी 1 और अधिकतम दूरी 1000 (डिफ़ॉल्ट)। सीएलसी जीनोमिक्स वर्कबेंच में एक प्लगइन के रूप में उपलब्ध माइक्रोबियल जीनोमिक्स मॉड्यूल (एमजीएम) का उपयोग गुणवत्ता नियंत्रण (क्यूसी) और कच्चे रीड्स के टैक्सोनॉमिकल प्रोफाइलिंग के लिए किया गया था। ट्रिम किए गए अनुक्रमों को जेनबैंक (२५०,००० बेसपेयर्स) से एक सीएलसी माइक्रोबियल संदर्भ डेटाबेस (संस्करण जून २०१९) से जोड़ा गया था। प्रत्येक समुदाय के सभी टैक्सोनोमिक स्तरों के बीच ब्रे-कर्टिस दूरी के आधार पर दो उपचारों के बीच सीएलसी जीनोमिक्स वर्कबेंच संस्करण v20.0 का उपयोग करते हुए विचरण (परमनोवा) परीक्षण का क्रमपरिवर्तनीय बहुभिन्नरूपी विश्लेषण किया गया था। सीएलसी माइक्रोबियल जीनोमिक्स मॉड्यूल का उपयोग करके नमूनों के बीच प्रमुख समन्वय विश्लेषण (पीसीओए) भूखंडों का उपयोग करके बीटा विविधता उत्पन्न की गई थी।

सांख्यिकीय विश्लेषण

पौधों के आकलन के लिए यादृच्छिक ब्लॉक डिजाइन प्रयोग सेटअप और एग्रोनोमिक रिसर्च मैनेजमेंट सॉफ्टवेयर (एआरएम, साउथ डकोटा, यूएसए) का उपयोग करके पौधों पर उपचार प्रभाव का विश्लेषण किया गया था। सांख्यिकीय विश्लेषण करने के लिए ग्राफपैड प्रिज्म सांख्यिकीय सॉफ्टवेयर (ग्राफपैड, यूएसए) का उपयोग किया गया था। अल्फा ०.०५ के सांख्यिकीय महत्व को दिखाने के लिए दो उपचारों के बीच एक टी-टेस्ट का उपयोग किया गया था। मतलब एक ही अक्षर के बाद महत्वपूर्ण रूप से भिन्न नहीं होते हैं। फलों की गुणवत्ता (एसएससी) के आकलन के लिए, जेनस्टैट 17 (वीएसएन इंटरनेशनल लिमिटेड, यूके) में दो-तरफा एनोवा का उपयोग करके फलों की गुणवत्ता पर उपचार प्रभाव के डेटा का विश्लेषण पूरी तरह से यादृच्छिक डिजाइन प्रयोग के रूप में किया गया था। डेटा में सामान्यता की एनोवा धारणा के उल्लंघन, जैसे कि गैर-सामान्यता (तिरछापन, कुर्टोसिस) या उपचार विचरण की विषमता, का मूल्यांकन अवशिष्ट त्रुटि भूखंडों का उपयोग करके किया गया था, सामान्यता का तिरछापन और कुर्टोसिस परीक्षण और विचरण की समरूपता का बार्टलेट का परीक्षण। जहां आवश्यक हो, जेनस्टैट में बॉक्स-कॉक्स विश्लेषण से गणना किए गए लैम्ब्डा के इष्टतम मूल्यों के आधार पर एनोवा से पहले डेटा पर उपयुक्त डेटा सुधार परिवर्तन लागू किया गया था।

मृदा माइक्रोबियल विश्लेषण के लिए, पारिवारिक स्तर पर, सीएलसी जीनोमिक्स वर्कबेंच v20.0 का उपयोग करके अंतर बहुतायत विश्लेषण किया गया था। प्रत्येक उपचार से अलग-अलग फास्टक फाइलों के पोस्ट-क्यूसी और टैक्सोनॉमिकल प्रोफाइलिंग, सीएलसी एमजीएम टूल का उपयोग दो उपचारों के बीच अंतर बहुतायत विश्लेषण करने के लिए किया गया था। इस सीएलसी एमजीएम उपकरण ने मेटाडेटा द्वारा परिभाषित नमूनों पर एक सामान्यीकृत रैखिक मॉडल अंतर बहुतायत परीक्षण किया। उपकरण ने प्रत्येक विशेषता को एक अलग सामान्यीकृत रैखिक मॉडल के आधार पर तैयार किया, जहां यह माना गया कि बहुतायत एक नकारात्मक द्विपद वितरण का पालन करती है। उपचार के बीच महत्व को निर्धारित करने के लिए वाल्ड परीक्षण का उपयोग किया गया था।

परिणाम

पौधों की वृद्धि और उत्पादकता पर एसडब्ल्यूई उपचार के प्रभाव

फूल (64 डीएपी) और कटाई (95 डीएपी) चरणों में, पौधों की वृद्धि का निर्धारण (i) फूलों के समूहों की संख्या, (ii) फलों की संख्या, (iii) सूखे वजन और (iv) जड़ के सूखे वजन का निर्धारण करके किया गया था। एक सांख्यिकीय विश्लेषण में अनुपचारित नियंत्रण ( पी  <0.05, अंजीर। 1 ; पी = 0.0049 दिन के लिए 64 डीएपी फूलों के समूहों की संख्या, पी = 0.0463 दिन 95 डीएपी के सापेक्ष एसडब्ल्यूई उपचार में सभी पौधों के विकास मापदंडों में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई । फूलों के गुच्छों की संख्या, P = 0.0014 दिन के लिए 95 DAP फलों की संख्या, P = 0.0289 दिन के लिए 64 DAP प्ररोह शुष्क भार, P = 0.0005 95 DAP प्ररोह शुष्क भार के लिए, P = 0.0149 दिन के लिए 64 DAP जड़ शुष्क भार,पी = ०.०२०७ के लिए ९५ डीएपी जड़ शुष्क भार) पुष्पन अवस्था में फलों की औसत संख्या को छोड़कर। फूल आने पर, एसडब्ल्यूई-उपचारित पौधों में फलों की संख्या अधिक पाई गई, लेकिन महत्वपूर्ण रूप से नहीं।

आकृति 1
चित्र एक

फूलों की अवस्था में अतिरिक्त पौधों का आकलन किया गया: (i) जड़ की लंबाई, (ii) प्रति पौधे फूलों की संख्या और (iii) क्लोरोफिल सामग्री। सांख्यिकीय विश्लेषण में अनुपचारित नियंत्रण (पी <0.05, अंजीर। 2 ; पी = 0.0475 दिन के लिए 64 डीएपी जड़ लंबाई, पी = 0.0008 दिन 64 डीएपी फूल संख्या के लिए एसडब्ल्यूई उपचार के कारण सभी पौधों के विकास मापदंडों में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई। प्रति पौधा, पी = 0.0220 क्लोरोफिल सामग्री के लिए)।

चित्र 2
रेखा चित्र नम्बर 2

प्रति पौधे फल उपज को मापकर पौधों की उत्पादकता का आकलन किया गया। सांख्यिकीय विश्लेषण में अनुपचारित नियंत्रण के सापेक्ष SWE उपचार के कारण प्रति पौधे फलों के वजन में उल्लेखनीय वृद्धि पाई गई ( P = मान <0.05, चित्र 3 ; P = 0.0075 दिन के लिए 95 DAP फल वजन प्रति पौधा)। एसएससी को मापकर फलों की गुणवत्ता का आकलन किया गया। एसडब्ल्यूई-उपचारित पौधों से काटे गए फलों का औसत एसएससी 5.6 डिग्री ब्रिक्स था, और अनुपचारित पौधों के फल का औसत एसएससी 5.2 डिग्री ब्रिक्स था। सांख्यिकीय विश्लेषण में पाया गया कि अनुपचारित नियंत्रण के सापेक्ष SWE उपचार के कारण SSC में वृद्धि (8%)  <0.1 पर महत्वपूर्ण थी । समग्र पादप वृद्धि फेनोटाइप में वृद्धि उत्पादकता और गुणवत्ता में वृद्धि के साथ संरेखण में है।

चित्र तीन
अंजीर। 3

मृदा सूक्ष्म जीव विज्ञान और उपलब्ध मृदा नाइट्रोजन

फूल की शुरुआत के चरण में, टमाटर की जड़ क्षेत्र में एकत्रित मिट्टी का बैक्टीरिया संख्या और उपलब्ध मिट्टी नाइट्रोजन के लिए मूल्यांकन किया गया था। सांख्यिकीय विश्लेषण मिट्टी बैक्टीरिया (। पी मूल्य <0.05, छवि की संख्या में उल्लेखनीय वृद्धि पाया 4 ; पी = 0.0097) मिट्टी में और उपलब्ध नाइट्रोजन ( पी । -Value <0.05, अंजीर 5 ; पी = 0.0492) की वजह से अनुपचारित नियंत्रण के सापेक्ष SWE उपचार के लिए। इसके अलावा, हमने नोट किया कि SWE उपचार ने कुल सक्रिय कवक cfu g −1 (8.58 × 10 6 बनाम 5.97 × 10 6 ) में वृद्धि की, कुल सक्रिय खमीर cfu g −1 (1.02 × 10 5 बनाम 7.20 × 10 4)) और कुल पौधों की वृद्धि को बढ़ावा देने वाले बैक्टीरिया cfu g −1 (1.98 × 10 6 बनाम 1.36 × 10 6 ) क्रमशः 2.2-, 1.4-, 1.4-गुना, लेकिन ये परिणाम सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नहीं थे (  <0.05)।

चित्र4
अंजीर। 4
चित्र5
अंजीर। 5

मृदा माइक्रोबियल संरचना

फूल दीक्षा के चरण में एकत्र की गई जड़ क्षेत्र की मिट्टी का मूल्यांकन माइक्रोबियल संरचना के लिए किया गया था। डोमेन और माइक्रोबियल स्तरों पर बहुतायत प्रोफाइल की जांच के लिए टैक्सोनोमिक प्रोफाइलिंग का उपयोग किया गया था। डोमेन स्तर पर पूर्ण बहुतायत के लिए, बैक्टीरिया (97.78%) से जुड़े दोनों उपचारों की औसत संख्या यूकेरियोटा (2.03%) और आर्किया (0.19%) के बाद होती है। माइक्रोबियल स्तर पर, स्टैक्ड बार चार्ट (चित्र 6 .)) उपचार के लिए माइक्रोबियल संदर्भ डेटाबेस (अनुपचारित नियंत्रण और SWE) के लिए कच्चे रीड के संरेखण के बाद सापेक्ष बहुतायत प्रोफाइल दिखाता है। पोटिंग मिक्स मिट्टी की टैक्सोनॉमिकल प्रोफाइलिंग से उपचारों के बीच 83 जीवाणु परिवारों का पता चला। SWE के साथ इलाज किए गए पॉटिंग मिक्स में नाकामुरालेसी सबसे प्रचुर मात्रा में (38%) था, और यह अनुपचारित नियंत्रण नमूनों में अनुपस्थित था, जबकि माइकोबैक्टीरियासी, ब्रैडीरिज़ोबियासी, थर्मोनोस्पोरेसी अन्य अन्य उपचारों के बीच आम थे। अतिरिक्त सांख्यिकीय विश्लेषण द्वारा उपचार के बीच माइक्रोबियल विविधता और बहुतायत में अंतर की पुष्टि की गई।

चित्र6
अंजीर। 6

बीटा विश्लेषण- माइक्रोबियल समुदाय फूल दीक्षा में उपचार के बीच विशिष्ट रूप से क्लस्टर करते हैं

ब्रे-कर्टिस दूरी मीट्रिक का उपयोग बहुभिन्नरूपी नमूना दूरियों को निर्धारित करने के लिए किया गया था, जिन्हें एक प्रमुख समन्वय विश्लेषण (पीसीओए) के समन्वय के माध्यम से देखा गया था। PCoA SWE उपचार नमूनों ( S1 ) के सापेक्ष क्लस्टर किए गए नियंत्रण नमूनों को दिखाता है । पीसीओ1 को अधिकांश भिन्नता (74%) के लिए जिम्मेदार पाया गया।

उपचारों के बीच विभेदक बहुतायत विश्लेषण

विचरण के क्रमपरिवर्तनीय बहुभिन्नरूपी विश्लेषण (पेर्मानोवा) का उपयोग करते हुए विश्लेषण ने SWE और नियंत्रण पोटिंग मिक्स मिट्टी (  ≤ ०.०५; तालिका  ) के बीच जीवाणु समुदायों की संरचनाओं में पर्याप्त अंतर की पुष्टि की । पाए गए बैक्टीरियल टैक्सोनोमिक परिवारों में, 38 पूर्ण बैक्टीरियल टैक्सोनोमिक SWE- और नियंत्रण उपचारित पोटिंग मिक्स के बीच काफी भिन्न थे। SWE उपचार ने 14 जीवाणु परिवारों को समृद्ध किया, जिन्होंने 2 (  0.05; S2 ) से अधिक या उसके बराबर एक लॉग गुना परिवर्तन दिखाया और 14 जीवाणु परिवारों को समाप्त कर दिया, जिन्होंने − 2 (  ≤ 0.05; S3) से कम या उसके बराबर लॉग गुना परिवर्तन दिखाया ।) नाकामुरालेसी, साइटोफैगेसी स्टेरोलिबैक्टीरिया, आर्कियांगिएसी, मोराक्सेलसेए, ब्रेविबैक्टीरिया, क्लोरोबियासी और डर्माटोफिलेसी शीर्ष 8 जीवाणु परिवार थे जो एसडब्ल्यूई ( एस 2 ) के साथ इलाज किए गए पॉटिंग मिक्स मिट्टी में काफी समृद्ध थे ।तालिका 1 नियंत्रण और SWE उपचार प्रभावों के बीच विचरण (PERMANOVA) का क्रमिक बहुभिन्नरूपी विश्लेषण महत्वपूर्ण था ( P = 0.00794)पूर्ण आकार तालिका

विचार – विमर्श

पौधों पर SWE का प्रभाव

इस अध्ययन में पाया गया कि पौधों पर SWE के प्रभाव ने कई पौधों के विकास मापदंडों में काफी वृद्धि की: फूलों के समूहों और फूलों की संख्या, फलों की संख्या, पत्ते और जड़ों का सूखा वजन और जड़ की लंबाई। टमाटर के पौधे की उपज और टमाटर के फल में कुल घुलनशील ठोस सांद्रता पर SWE का सकारात्मक प्रभाव पड़ा। एसडब्ल्यूई आवेदन को फूल के चरण में टमाटर के पत्तों में क्लोरोफिल के स्तर में उल्लेखनीय रूप से वृद्धि करने के लिए पाया गया था, जैसा कि एसपीएडी परीक्षण द्वारा निर्धारित किया गया था, फसल नाइट्रोजन स्थिति का आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया एक आकलन (युआन एट अल। 2016 ; घोलिज़देह एट अल। 2017 )। सामूहिक रूप से, SWE के कारण होने वाले प्रभाव टमाटर की उत्पादकता और फलों की गुणवत्ता बढ़ाने के लिए पूर्वापेक्षाओं के रूप में कृषि की दृष्टि से महत्वपूर्ण हैं।

हमारे अध्ययन में, यह संभावना नहीं है कि पौधों की प्रतिक्रियाएं एसडब्ल्यूई के उर्वरक प्रभाव के कारण होती हैं क्योंकि प्रयोग में मिट्टी में उर्वरक (नियंत्रण और एसडब्ल्यूई उपचार दोनों में) शामिल है। लागू किए गए उर्वरक का उपयोग किए गए पतला SWE में पोषक तत्वों की तुलना में काफी अधिक था। इसके अलावा, इस अध्ययन में उपयोग किए गए उसी SWE का उपयोग करते हुए क्षेत्र अनुसंधान में पाया गया कि बार-बार मिट्टी के अनुप्रयोगों ने मिट्टी के मैक्रोन्यूट्रिएंट सामग्री (मैटनर एट अल। 2013 ) को नहीं बदला ।

हमारे परिणाम, दोहरे समुद्री शैवाल से बने अर्क का उपयोग करते हुए, प्रकाशित शोध के अनुरूप हैं जो दर्शाता है कि SWE पौधों की वृद्धि और उत्पादकता में सुधार कर सकता है (खान एट अल। 2009 ; शुक्ला एट अल। 2019 )। टमाटर से बना SWE का उपयोग कर पढ़ाई ascophyllum nodosum या Sargassum horneri प्रदर्शन इन SWE पौधों की वृद्धि के विभिन्न पहलुओं को बढ़ा सकते हैं। उदाहरण के लिए, अली एट अल। ( २०१६ ) ने बताया कि ए। नोडोसम से बने एक एसडब्ल्यूई ने टमाटर ग्रीनहाउस और फील्ड परीक्षणों में फूलों के समूहों और फलों की उपज में वृद्धि की। रेनॉट एट अल। ( २०१९ ) को ए. नोडोसुम . से बना एक एसडब्ल्यूई मिलाफलों की संख्या में वृद्धि, सूखे वजन और जड़ के सूखे वजन को गोली मारो। याओ एट अल। ( २०२० ) ने पाया कि एस होर्नेरी से बने एक एसडब्ल्यूई ने टमाटर की पैदावार में वृद्धि की और एसपीएडी, क्लोरोफिल सामग्री और प्रकाश संश्लेषण क्षमता को बढ़ाया। मोटे तौर पर, दोहरे समुद्री शैवाल ( ए नोडोसम और दुर्विलिया पोटैटोरम ) से बने एसडब्ल्यूई के मिट्टी के अनुप्रयोग को ब्रोकोली, गन्ना और स्ट्रॉबेरी फील्ड परीक्षणों में वृद्धि और उपज मापदंडों को बढ़ाने के लिए सूचित किया गया है (मैटनर एट अल। 2013 , 2018 ; एरियोली एट अल। 2020 )। सैंटानिएलो एट अल। ( 2017 ) ने अरबिडोप्सिस में प्रकाश संश्लेषक प्रदर्शन पर प्रभावों की रिपोर्ट करने के लिए एक और SWE का उपयोग किया । इस्लाम एट अल। (2020 ) SWE ने अरबिडोप्सिस में जड़ वृद्धि की सूचना दी । विभिन्न फसलों का उपयोग करते हुए कई अलग-अलग खेती और विकास के वातावरण में रिपोर्ट किए गए SWE के प्रभावों को देखते हुए, इसका तात्पर्य है कि उनकी क्रिया का तरीका एक अंतर्निहित प्लास्टिसिटी के साथ संरक्षित है जब एक पत्तेदार स्प्रे या मिट्टी के आवेदन के रूप में उपयोग किया जाता है।

मृदा पर SWE का प्रभाव

हमने फूलों की शुरुआत में मिट्टी के सूक्ष्म जीव विज्ञान पर मिट्टी के आवेदन के रूप में एसडब्ल्यूई के प्रभाव की जांच की और थोक मिट्टी के बजाय राइजोस्फीयर में स्थित मिट्टी के जीवाणुओं के लक्षण वर्णन पर ध्यान केंद्रित किया। फूलना एक महत्वपूर्ण संक्रमण विकास बिंदु है जहां पौधे चयापचय को पुन: आवंटित करते हैं और पौधों और फलों के विकास के लिए पोषण, विशेष रूप से पोटेशियम और कैल्शियम की आवश्यकता होती है (ली एट अल। 2017 )। इसके अलावा, लू एट अल। ( 2018 ) ने पौधों के फूलने के समय पर राइजोस्फीयर सूक्ष्मजीवों के प्रभाव की सूचना दी। इसलिए, हमने पुष्पन अवस्था का उपयोग मृदा जीव विज्ञान और पौधों की उत्पादकता को जोड़ने वाले एक महत्वपूर्ण समय के रूप में किया।

फूल की शुरुआत में हमें पौधे के फेनोटाइप आकलन किए जाने से पहले मिट्टी के सूक्ष्म जीव विज्ञान में बदलाव के प्रमाण मिले। सबसे पहले, हमने पाया कि SWE के आवर्ती अनुप्रयोगों ने मिट्टी में बैक्टीरिया की कुल संख्या में वृद्धि की। पारिस्थितिक तंत्र के दृष्टिकोण से, मिट्टी के जीवाणुओं में वृद्धि महत्वपूर्ण है क्योंकि अतिरिक्त बैक्टीरिया मिट्टी के कार्बन और नाइट्रोजन चक्रों को विघटित करने और आपूर्ति करने के लिए कोशिकीय पदार्थ प्रदान करते हैं। SWE ने मिट्टी में उपलब्ध नाइट्रोजन सामग्री को भी बढ़ाया, जो कि मिट्टी के नाइट्रोजन को खनिज करने वाले जीवाणु समुदायों पर एक अप्रभावित प्रभाव को उजागर करता है। मृदा जीवाणु समुदायों में अंतर एक ब्रे-कर्टिस विश्लेषण द्वारा समर्थित है जो पुष्टि करता है कि एसडब्ल्यूई उपचार ने विविध और विशिष्ट मिट्टी की आबादी बनाई है। सामूहिक रूप से,

हमारे मेगाहेनज विश्लेषण ने जड़-मिट्टी के राइजोस्फीयर में माइक्रोबियल समुदायों की अधिकता का खुलासा किया। टैक्सोनॉमिकल प्रोफाइलिंग से तीन प्रमुख माइक्रोबियल डोमेन का पता चला: बैक्टीरिया, आर्किया और यूकेरियोटा। आर्किया और यूकेरियोटा डोमेन की तुलना में बैक्टीरिया डोमेन सापेक्ष बहुतायत में हावी है। नाइट्रोजन उर्वरकों से भरपूर मिट्टी बैक्टीरिया की आबादी पर हावी पाई गई है (जिया और कॉनराड 2009 ; मोन्रियल एट अल। 2018 )।

विभेदक बहुतायत विश्लेषण में पाया गया कि SWE उपचार ने 14 जीवाणु परिवारों को बढ़ाया और 14 जीवाणु परिवारों को कम किया। हमारे परिणाम उन रिपोर्टों के साथ सामान्य सहमति में हैं, जिनमें SWE (खान एट अल। २०१२ , २०१३ ; शुक्ला एट अल। २०१९ ) के साथ उपचारित मिट्टी में बैक्टीरिया के परिवारों की संख्या में वृद्धि हुई है । इसके अलावा, SWE को कार्बनिक पदार्थों के साथ संशोधित मिट्टी में कवक परिवारों को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है (Renaut et al। 2019 )।

14 जीवाणु परिवारों की समीक्षा करने पर, जो SWE उपचार द्वारा काफी समृद्ध थे, हमने पाया कि कुछ सदस्यों के पास मिट्टी के गुणों और पौधों की वृद्धि (मुहम्मद और शाहिदा 2006 ; Sgroy et al। 2009 ; Miransari 2013 ; Rolli et al। 2015) से जुड़े कार्य हैं । ; शान एट अल। २०१८ ; राणा एट अल। २०१९ )। उदाहरण के लिए, नाकामुरेलासी परिवार से संबंधित कुछ प्रजातियां सहजीवी एंडोफाइट्स (व्हिटमैन 2015 ; सिंह और दुबे 2018 ; नूइउई एट अल। 2019) से जुड़ी हैं।) Cytophagaceae और Archangiaceae परिवारों में ऐसे सदस्य हैं जो विकास के लिए और कार्बन साइकिल चलाने के लिए पॉलीसेकेराइड को पचाने के लिए जाने जाते हैं (David 2000 ; McBride et al। 2014 )। स्टेरोलिबैक्टीरिया परिवार के सदस्य भारी धातुओं के प्रति पौधों की सहनशीलता बढ़ाने से जुड़े हैं (चेन एट अल। 2003 )। जिन परिवारों को बहुतायत में कम पाया गया था, वे समुद्री आदतों से जुड़े हुए थे या नाइट्रोजन में दुर्लभ आदतों में बढ़ने की उनकी क्षमता के कारण बेजरिंकियासी परिवार को छोड़कर उनकी कोई प्रासंगिक प्रासंगिकता नहीं थी। हालांकि मेटागेनोमिक विश्लेषण एक शक्तिशाली तकनीक है, समुदायों की कार्यात्मकताओं और कृषि पारिस्थितिकी तंत्र के भीतर उनके फिट होने के लिए अतिरिक्त विश्लेषण की आवश्यकता है।

पारिस्थितिकी तंत्र के स्तर पर SWE के प्रभाव

हमारे परिणाम मिट्टी से प्रभावित पौधों की वृद्धि और मिट्टी की विशेषताओं के लिए SWE के अनुप्रयोग को प्रदर्शित करते हैं। हालाँकि, पौधे और मिट्टी एक व्यापक पौधे उगाने वाले पारिस्थितिकी तंत्र का हिस्सा हैं, जिसमें कई परस्पर क्रिया, प्राकृतिक पोषक चक्र और एक परस्पर संबंधित खाद्य वेब शामिल हैं।

मिट्टी में उगने वाले पौधे विशेष रूप से राइजोस्फीयर (हार्टमैन और ट्रिंग 2019 ) में मिट्टी के सूक्ष्मजीव समुदाय के साथ घनिष्ठ संबंध विकसित करते हैं । ये संबंध कई रूप ले सकते हैं, जिससे लाभकारी, घातक या सामान्य बातचीत हो सकती है। पारिस्थितिक तंत्र (ठाकुर और गीसेन 2019 ) में अपनी बातचीत को प्रभावित करने के लिए पौधे अपने कार्बन युक्त जड़ के निकास का उपयोग करते हैं । पौधे माइक्रोबियल समुदायों को अनुक्रमित कर सकते हैं जो पौधों के पोषक तत्वों के उत्थान, जैविक तनाव के दमन, सक्रियण संयंत्र रक्षा प्रतिक्रियाओं और अजैविक रोगजनकों के लिए पौधों की सहनशीलता को बढ़ाते हैं (ओलानरेवाजू एट अल। 2019 ; रॉल्फ एट अल। 2019 ; वाइव्स-पेरिस एट अल। 2020 ) .

मृदा जैव-भू-रसायन में रोगाणुओं के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका शामिल है (नील एट अल। 2020 )। मिट्टी में रहने वाले कार्बनिक पदार्थ को रोगाणुओं द्वारा संसाधित किया जाता है और खनिज और कोलाइड कणों को बांधने का कार्य करता है। इन सतहों से जुड़े सूक्ष्मजीवों में अलग-अलग जीन संयोजन होते हैं (हार्टमैन और ट्रिंग 2019 ; नील एट अल। 2020 )। इस प्रकार के शोध ने इस प्रस्ताव को जन्म दिया है कि मृदा-सूक्ष्मजीव प्रणालियों में कार्बन प्रवाह के साथ आत्म-संगठित क्षमताएं हैं जो मृदा प्रणालियों में महत्वपूर्ण कारक हैं (नील एट अल। 2020 )।

हमारे अध्ययन से एक महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि यह है कि मिट्टी के लिए SWE का अनुप्रयोग पारिस्थितिक तंत्र के स्तर पर प्रतिध्वनित होगा जब पौधे बढ़ रहे होंगे। हम अनुमान लगाते हैं कि बेहतर विकास और जड़ प्रणाली वाले पौधे, SWE अनुप्रयोग के कारण, मिट्टी में अपेक्षाकृत अधिक एक्सयूडेट्स की आपूर्ति कर रहे हैं, जिससे माइक्रोबियल बायोमास बढ़ रहा है, जिससे समग्र मिट्टी जैव-रासायनिक चक्रों को लाभ हो रहा है। यह प्रस्ताव अनुसंधान के अनुरूप है जो दर्शाता है कि पोषक तत्व अधिग्रहण गुणों वाली पौधों की प्रजातियां मिट्टी की जड़ इंटरफेस (हेनरॉन एट अल। 2020 ; वी एट अल। 2020) पर काम कर रहे पौधे-मिट्टी कार्बन-नाइट्रोजन फीडबैक सिस्टम को नियंत्रित करती हैं ।) जटिलता के बावजूद, सतत कृषि और खाद्य उत्पादन के लिए एसडब्ल्यूई का उपयोग करने के सामूहिक लाभों को स्पष्ट करने के लिए कृषि-पारिस्थितिकी तंत्र के दृष्टिकोण से और अधिक शोध की आवश्यकता है।

संदर्भ

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AJAY YADAV

AGRICOP KISAANI

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