Μελέτη παραγόντων που επηρεάζουν τη μικροσπορογένεση στη τομάτα θερμοκηπίου (Lycopersicon esculentum Mill.)
Authors: Καραπάνος Ιωάννης 
Published: August 2021

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η επίδραση των κλιματικών συνθηκών (με έμφαση στις ακραίες θερμοκρασίες και στα επίπεδα του φωτισμού), στην εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας σε γύρη των φυτών τομάτας και της βιωσιμότητας της γύρης, καθ' όλη την περίοδο καλλιέργειας στο θερμοκήπιο (Οκτώβριος-Ιούλιος), γεγονός που σχετίζεται στενά με την παραγωγικότητα της καλλιέργειας, ιδιαίτερα υπό δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες. Η εκτίμηση της βιωσιμότητας της γύρης πραγματοποιήθηκε μέσω της in vitro βλάστησής της σε ημιστερεά (με άγαρ) τεχνητά μέσα βλάστησης. Εξαιτίας της έλλειψης πρότασης μέσου συγκεκριμένης σύστασης (standard medium) για τα ημιστερεά μέσα in vitro βλάστησης της γύρης της τομάτας, αρχικά διερευνήθηκε η επίδραση διαφόρων φυσικών (θερμοκρασία επώασης, pH υποστρώματος) και χημικών παραγόντων στην in vitro βλάστηση της γύρης δύο γονότυπων τομάτας σε ημιστερεά μέσα με άγαρ. Η εξωγενής προσθήκη διαφόρων χημικών στοιχείων (ρυθμιστές ανάπτυξης, αμινοξέα, βιταμίνες, φλαβονοειδή), έδειξε ότι η παρουσία τους δεν είναι απαραίτητη. Όμως, η μερική αντικατάσταση της σακχαρόζης από PEG-6000 (αλλά όχι από μαννιτόλη), καθώς και η προσθήκη των φλαβονοειδών quercetin και myricetin (σε συγκέντρωση 5 mg 1⁻¹) επέδρασαν θετικά στην βλαστικότητα της γύρης, η οποία επίσης ευνοήθηκε σε θερμοκρασία επώασης 15°C και μέσο με pH 6.5. Αποδείχθηκε περαιτέρω ότι, η in vitro βλάστηση της γύρης της τομάτας σε ημιστερεά υποστρώματα επηρεάζεται σημαντικά από το είδος και την καθαρότητα του μέσου ζελατινοποίησης που χρησιμοποιείται, με τα "καθαρότερα" μέσα (π.χ. άγαρ υψηλής καθαρότητας, αγαρόζη) να μην υποστηρίζουν ικανοποιητικά τις ανάγκες της γύρης της τομάτας σε ιόντα Κ, Mg και Ca για βλάστηση. Όμως, μέσα χαμηλότερης καθαρότητας αν και ενδεχομένως παρέχουν σε ικανοποιητικά επίπεδα τα απαραίτητα για βλάστηση ιόντα Κ, Mg και Ca, επηρεάζουν αρνητικά τη βλάστηση, πιθανά λόγω της παρουσίας στις προσμείξεις τους παρεμποδιστικών στοιχείων, γιατί η "έκπλυσή" τους με απεσταγμένο νερό βελτίωσε την αποτελεσματικότητά τους, απομακρύνοντας μέρος των προσμείξεων. Λόγω της αρνητικής επίδρασης στη βλάστηση της γύρης της τομάτας συγκεντρώσεων Ca στα μέσα βλάστησης άνω των 3mM, στα ημιστερεά μέσα εμφανίστηκε εξάρτηση της αποτελεσματικότητας της προσθήκης Κ, Mg και Ca κατά Brewbaker and Kwack (1963) που ενδείκνυται στα τεχνητά υγρά μέσα βλάστησης της γύρης πολλών φυτικών ειδών, από το ενδογενές περιεχόμενο των άγαρ σε Ca. Αντίστοιχα, αποδείχθηκε ότι οι απαιτήσεις της γύρης της τομάτας σε Ca για την in vitro βλάστησή της δεν είναι υψηλές (0,15mM Ca στα μέσα επαρκούν για ικανοποιητική βλάστηση, όταν η άριστη συγκέντρωση ανέρχεται σε ImM Ca) και καλύπτονται στις πλείστες των περιπτώσεων από το ενδογενές περιεχόμενο σε Ca των άγαρ, σε αντίθεση με τα Κ και Mg, που απαιτείται η εξωγενής προσθήκη τους, ιδίως όταν χρησιμοποιούνται μέσα ζελατινοποίησης υψηλής καθαρότητας. Η διερεύνηση της φυσιολογίας της in vitro βλάστησης της γύρης της τομάτας έδειξε ότι, η πορεία της αναπνευστικής δραστηριότητας της γύρης κατά την in vitro βλάστηση, καθορίζεται από τη ζωτικότητά της και τη θερμοκρασία επώασης. Η γύρη της τομάτας εμφανίζεται σχετικά θερμοευαίσθητη, με το ρυθμό αναπνοής να κάμπτεται έντονα με την πάροδο του χρόνου επώασης στις υψηλές θερμοκρασίες (30° και 35°C), που επίσης επηρέασαν αρνητικά τη βλαστικότητα των γυρεόκοκκων και την ανάπτυξη των γυρεοσωλήνων. Περαιτέρω, αποδείχθηκε ότι ο ρυθμός αναπνευστικής δραστηριότητας μετά 6-7 ώρες in vitro επώασης, μπορεί να αποτελεί αξιόπιστο κριτήριο για τη ζωτικότητα της γύρης της τομάτας, σε αντίθεση με τον αρχικό ρυθμό αναπνοής, καθώς και τη συνολική παραγωγή CO₂ μετά 7 ώρες επώασης. Η γύρη της τομάτας επέδειξε περατότητα και αντίδραση στην εξωγενή παροχή αναπνευστικών υποστρωμάτων, αποδεσμευτών της φωσφορυλίωσης και ADP, με την ένταση της αντίδρασης να μην εξαρτάται από το ρυθμό της αναπνευστικής δραστηριότητας. Η διερεύνηση των αιτίων που οδηγούν στην κάμψη της αναπνευστικής δραστηριότητας της γύρης σε μέτρια υψηλές θερμοκρασίες (30°C), μέσω της αντίδρασης του αναπνευστικού μηχανισμού σε διάφορα στάδια της in vitro βλάστησης της γύρης, στην εξωγενή παροχή αναπνευστικών υποστρωμάτων, αποδεσμευτών της φωσφορυλίωσης και ADP, έδειξε ότι ενώ στα αρχικά και ενδιάμεσα στάδια της βλάστησης (1 και 4 ώρες επώασης) παρατηρείται έντονα θετική επίδραση των αναπνευστικών υποστρωμάτων στο ρυθμό αναπνευστικής δραστηριότητας λόγω πιθανής εξάντλησης των ενδοκυτταρικών αποθεμάτων, μετά από 7 ώρες βλάστησης εμφανίζεται μείωση της αντίδρασης αυτής, υποδηλώνοντας ίσως την απώλεια της ικανότητας των μιτοχονδρίων να οξειδώνουν τα εξωγενώς παρεχόμενα αναπνευστικά υποστρώματα. Τα πειραματικά δεδομένα υποστηρίζουν πως η επίδραση των κλιματικών παραγόντων στη μικροσπορογένεση και κατ’ επέκταση στην καρπόδεση της τομάτας, είναι εντονότερη στην παραγωγικότητα των φυτών σε γύρη, παρά στη βιωσιμότητα της παραγόμενης γύρης. Υπό χαμηλές (<10°C) ή υψηλές (>32°C) θερμοκρασίες παρατηρείται αρχικά μείωση της παραγωγής γύρης ανά άνθος, ενώ η βιωσιμότητα περιορίζεται μόνο μετά από οξεία (λόγω ακραία χαμηλών <7°C ή υψηλών >38°C θερμοκρασιών) ή παρατεταμένη καταπόνηση λόγω μη ευνοϊκών θερμοκρασιών, καθώς και σε συνδυασμό τους με χαμηλό φωτισμό. Αντίστοιχα, η παρούσα μελέτη ανέδειξε το φωτισμό σε κυρίαρχο παράγοντα για την εποχιακή διακύμανση της παραγωγικότητας των φυτών σε γύρη, τουλάχιστον όταν η θερμοκρασία δεν αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για τη μικροσπορογένεση, ενώ η βιωσιμότητα της γύρης δεν επέδειξε αντίστοιχη εξάρτηση από τα επίπεδα φωτισμού. Τα επαρκή επίπεδα φωτισμού αποτελούν απαραίτητη προϋπόθεση για την ικανοποιητική παραγωγή βιώσιμης γύρης, αφού ο ανεπαρκής φωτισμός επιδρά αρνητικά στη μικροσπορογένεση ακόμα και όταν οι θερμοκρασίες εντός του θερμοκηπίου κυμαίνονται σε άριστα επίπεδα. Αντίθετα, υψηλά επίπεδα φωτισμού αμβλύνουν τις αρνητικές επιδράσεις των χαμηλών θερμοκρασιών στην παραγωγικότητα των φυτών σε γύρη, υποδηλώνοντας εμπλοκή των αποθεμάτων των φυτών σε υδατάνθρακες στη μικροσπορογένεση υπό δυσμενείς κλιματικές συνθήκες. Δεδομένα από ελεγχόμενες επικονιάσεις σε διαφορετικές εποχές καλλιέργειας, έδειξαν ότι η σχέση της βιωσιμότητας της γύρης και της σποροπαραγωγικής της ικανότητας επηρεάζεται τόσο από τις κλιματικές συνθήκες, όσο και από την ευαισθησία του γονότυπου στην καρπόδεση υπό μη ευνοϊκές συνθήκες, με εμπλοκή και των θηλυκών μερών του άνθους, ενδεχομένως είτε ως προς την τροφοδοσία του αναπτυσσόμενου γυρεοσωλήνα από το στύλο, είτε/και ως προς τη βιωσιμότητα των ωαρίων.