Es scheint offensichtlich, dass ein Sturm, der durch ein Weizenfeld fegt, schlechte Nachrichten für eine Ernte ist, aber was ist mit einer sanfteren Brise? Rebecca Hindhaug und Kollegen von der Aberystwyth University haben nachgeforscht Mechanische Stimulation bei Weizen herausfinden. Sie konzentrierten sich auf drei Fragen. Erstens: Beeinflusst das Pflanzenalter die Reaktion auf mechanische Stimulation? Zweitens: Gibt es eine Mindestschwelle für die Wahrnehmung mechanischer Reize? Drittens, unterscheidet sich die Wirkung des manuellen Bürstens von der natürlichen Windstimulation? Sie fanden heraus, dass bereits eine leichte Stimulation eine Wirkung hatte, wobei nur ein täglicher Pinselstrich spürbar war. Sie fanden auch heraus, dass das Alter tatsächlich eine Rolle spielte.
Hindhaug und Kollegen fanden heraus, dass es Studien zur mechanischen Stimulation von Weizen gegeben hatte, die sich jedoch auf die Unterbringung konzentriert hatten. Unterkunft ist wenn die Stengel der Pflanzen dauerhaft aus einer vertikalen Position bewegt werden gewöhnlich durch Knicken des Stiels oder Verschieben der Wurzeln. Was passiert jedoch bei vorübergehenden Verschiebungen durch Wind oder Tiere, die an den Stämmen vorbeistreichen?
Das Team untersuchte, wie die Pflanzen auf Wind und Bürsten reagierten, indem es zwei Wochen alte Pflanzen nahm und sie zufällig einer von drei Gruppen zuordnete. Eine Gruppe wurde einem Haushaltsventilator ausgesetzt, der mit einer Windgeschwindigkeit von 3.5 m/s lief. Die Wissenschaftler wechselten diese Gruppe, um sicherzustellen, dass alle Pflanzen der Brise ausgesetzt waren. Für die zweite Gruppe wurden sie jeden Morgen auf einem speziellen Gerät mit 20 Bürstenstrichen gebürstet. Das Rig hatte eine höhenverstellbare Stange, um sicherzustellen, dass die Bürste immer auf halber Kappenhöhe war. Die dritte Gruppe war die Kontrolle, ohne Behandlung, um festzustellen, ob Wind oder Bürsten eine Wirkung hatten.
„Die Anzahl der Bestockungs-, Blätter- und Biomassemessungen zeigte einen signifikanten Anstieg für beide Behandlungen, während die Länge des oberen Blattes der Hauptbestockung signifikant reduziert wurde. Diese Ergebnisse zeigten, dass die mechanische Stimulation von 2 Wochen alten Weizensämlingen durch Bürsten und Wind die ausgewerteten phänotypischen Parameter in ähnlicher Weise beeinflusste“, schreiben Hindhaug und Kollegen.
„Da das Bürsten mit der Anlage eine kontrollierbarere, gleichmäßigere und reproduzierbarere Behandlung für eine größere Anzahl von Weizenpflanzen ermöglichte, wurde das Bürsten in nachfolgenden mechanischen Stimulationsexperimenten verwendet.“
In Bezug auf die Altersreaktion sei der Effekt umso signifikanter, je jünger die Pflanze sei, schreiben die Autoren. „Die größte Abnahme der Körpergröße (41 %) wurde in der Altersgruppe der 2-Wochen-Alter beobachtet, gefolgt von den Altersgruppen der 4-Wochen- und der 6-Wochen-Altersgruppe (Größenreduzierung von 16 % bzw. 5 %). Auch die am Ende der Blüte gemessene Länge der Haupttriebe war über die Altersgruppen hinweg signifikant reduziert, allerdings ohne deutlichen Altersreaktionseffekt (Reduktionen um 11 %, 16 % bzw. 6 % für die 2., 4 - und 6-Wochen-Altersgruppen).“
Da die zwei Wochen alten Pflanzen die größte Reaktion zeigten, machte sich das Team daran, zu sehen, wie die Dosis-Wirkung war. Wie viele Schläge mussten sie einer Pflanze geben, um eine Wirkung zu finden? Sie nahmen Pflanzen von zwei Wochen und bürsteten sie täglich für den nächsten Monat. Einige Betriebe hatten nur einen Schlaganfall, andere mehr, wobei eine Gruppe bis zu zwanzig Schlaganfälle pro Tag erhielt.
„Die Anwendung von nur einem Pinselstrich pro Tag über vier Wochen reduzierte die Pflanzenhöhe um 146 mm (24 %) im Vergleich zu unbehandelten Pflanzen am Ende der Behandlung. Die Erhöhung der Anzahl der täglichen Pinselstriche reduzierte die Pflanzenhöhe weiter (Abb. 3A), wobei die mittlere Pflanzenhöhe nach 20 Pinselstrichen erneut signifikant niedriger war (um 28 %) im Vergleich zu nur einem täglichen Pinselstrich und 46 % niedriger im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen“, schreiben Hindhaug und Kollegen.
Das Team fand auch heraus, dass das Bürsten die Anzahl der Ähren für die Weizenpflanzen entweder erhöhen oder verringern kann. Das Gesamtspitzengewicht wurde durch Bürsten reduziert, jedoch ohne klare Dosiswirkung. Im Gegensatz dazu erhöhte das Bürsten die Anzahl der Triebe.
Nachdem sie diese Ergebnisse unter kontrollierten Bedingungen erzielt hatten, brachten Hindhaug und ihre Kollegen ihre Arbeit nach draußen, um zu sehen, ob sie in der realen Welt standhält. Diesmal schützte das Team die Kontrollprobe mit Leitblechen, während die Experimente dem Wind ausgesetzt waren. Sie fanden, wie erwartet, dass die Windexposition die Pinnenhöhe verringerte, wobei das Bürsten einen weiteren Höhenverlust verursachte, aber beide Behandlungen gewannen auch an Pinnen. Während die Kontrollpflanzen durchschnittlich 5.8 Triebe aufwiesen, hatten sie 8 Triebe, wenn sie dem Wind ausgesetzt waren, und 9.2 Triebe, wenn sie auch vom Wind gebürstet wurden.
„Diese Studie zeigte eine bemerkenswerte Alters- und Dosisreaktion von Weizen auf mechanische Stimulation. Neben der Beeinflussung der pflanzenphänologischen Merkmale beeinflusste die Behandlung von 2 Wochen alten Weizenpflanzen signifikant die Ähren- und Kornentwicklung. Zusammen mit den Ergebnissen aus Experimenten im Freien unterstreichen die Ergebnisse die Komplexität der Reaktion auf mechanische Stimulation“, schreiben Hindhaug und Kollegen.
„Während übermäßige mechanische Stimulation eindeutig schädlich sein kann, wenden traditionelle japanische Bauern seit Jahrhunderten mechanische Stimulation auf Weizensetzlinge an, indem sie auf ihnen herumtrampeln, ein Prozess, der als „Mugifumi“, um sie widerstandsfähiger zu machen und die Erträge zu verbessern. Obwohl es wenig Wissen über die Dosisreaktion oder die molekularen Mechanismen gibt, die der mechanischen Wahrnehmung und Mechanotransduktion in Getreide zugrunde liegen, zeigen unsere Ergebnisse, dass mechanische Stimulation die oberirdische Biomasse erhöhen, die Anzahl der Triebe erhöhen und die Kornentwicklung beeinflussen kann, was durch die Tradition von „ mugifumi“, heben die Bedeutung der mechanischen Stimulation für die Weizenproduktivität hervor.“
