publ-mit-podpubl-mit-podMüller, JoachimSparke, Marc-André2024-04-082024-04-082023-01-182022https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6794Plant growth regulation is an integral part within the production chain of ornamentals and vegetable seedlings. In protected ornamental horticulture, chemical-synthetic plant growth regulators (PGR) are used to reduce plant size. In vegetable production, the use of these substances is prohibited by law in most counties, which is why non-chemical growth regulation methods must be applied. In this respect, a production method for non-chemical growth control of ornamentals and vegetable seedlings under greenhouse conditions has been developed that is based on the application of air streams, inducing thigmomorphogenesis, the morphological and structural shaping of a plant organism during its development phase as influenced by touch-like stimuli. In own experiments jointly performed at the State Horticulture College and Research Station in Heidelberg, Germany, the application of a regularly applied air stimuli significantly reduced plant height by 24% in bellflower (Campanula ‘Merrybell’) compared to the control. In a subsequent practical trial at a local horticulture company (Fleischle GbR, Vaihingen Ensingen, Germany) plant height of creeping inchplant (Callisia repens) was significantly reduced by 20% on average compared to the control. In both experiments, a compressor generated the air stream which was then applied to the plant stand through custom-built stainless-steel nozzles (air pressure module). In tomato (Solanum lycopersicum ‘Romello’), air streams applied by the ‘air knife’ module, the ‘360° rotor’ module, or the ‘air pressure’ module resulted in a reduction in plant height of 26%, 33%, and 36% compared to the control, respectively. The air stream guided into the air knife module was applied by an aperture slot, which could be adjusted between 1 and 5 mm, while the air stream guided into the 360° rotor module was applied via two 360° rotating PVC tubes that were inserted on the bottom of a rectangular aluminium box. It turned out, that the air outlet velocity along the aperture slot of the air knife module was highly variable. Consequently, the stimulus intensity perceived by individual experimental plants was unequal. A multiple regression analysis clearly showed that the maximum air velocity explained the variability in plant height reduction by air streams generated with the air knife module best, while the stimulus duration and the cumulative air velocity were less relevant. Plant height reduction by air stream generated with the 360° rotor module was most homogenous compared to the other prototypes. Therefore, a subsequent series of experiments at the University of Hohenheim, Stuttgart, Germany, was carried out with the most promising prototype, the 360° rotor. No systematic dose-response relationship related to increasing application frequencies of 8, 24, 40, 56, 72, and 80 d-1 was found, confirming previous findings that the plants do not integrate the mechanical stimulus over time. In contrast, plant height reduction was significantly influenced by the air stream velocity. A sigmoidal dose-response relationship was fitted to the data and showed negligible effects on tomato plant height reduction between 0.7 m s-1 and 2.0 m s-1, followed by a steep increase in the reduction effect up to 4.7 m s-1 and a fading of the effect at 36 % reduction for air velocities beyond that. With the optimised settings for daily application frequency and air velocity, another experiment was conducted focusing on the effect of air stream application on phenotypic and physiological responses in tomato. Air stream application resulted in a gradual reduction of total leaf area by 14% on day 14 after treatment start, and radial growth was promoted relative to internode elongation compared to the untreated control, resulting in a more compact and stable plant phenotype. Air stream-treated plants translocated proportionally more assimilates to leaves and stems, at the expense of dry matter accumulation to petioles. The reduction in total leaf area was compensated by an increased leaf density, accompanied by a higher leaf green intensity and consequently by an average 8% increase in net CO2 assimilation rates compared to the control. Thus, air stream-treated plants partially sustained total biomass accumulation at the same level as compared to the control.Die Regulierung des Pflanzenwachstums ist ein wesentlicher Bestandteil in der Produktionskette von Zierpflanzen und Gemüsesetzlingen. Im geschützten Zierpflanzenbau werden chemisch-synthetische Pflanzenwachstumsregulatoren eingesetzt, um die Pflanzengröße zu reduzieren. Im Gemüsebau ist der Einsatz von synthetischen Wuchshemmstoffen in den meisten Ländern gesetzlich verboten, weshalb nicht-chemische Methoden der Wachstumsregulierung angewandt werden müssen. In diesem Zusammenhang wurde eine Produktionsmethode für die nicht-chemische Wachstumskontrolle von Zierpflanzen und Gemüsesetzlingen unter Gewächshausbedingungen entwickelt, die auf der Anwendung von Luftströmen basiert, die die Bewegung der Pflanzen und folglich die Thigmomorphogenese, die morphologische und strukturelle Formung eines Pflanzenorganismus während seiner Entwicklungsphase unter dem Einfluss von berührungsähnlichen Reizen, induzieren. In zahlreichen Forschungsstudien wurden die zugrundeliegenden zellulären Signalereignisse innerhalb der thigmomorphogenetischen Signalkaskade untersucht, welche die Streckung des Pflanzensprosses reduziert.In eigenen Versuchen an der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Gartenbau in Heidelberg, Deutschland, führte die Anwendung eines regelmäßigen Luftreizes bei der Glockenblume (Campanula Merrybell) zu einer signifikanten Verringerung der Pflanzenhöhe um 24 % im Vergleich zur Kontrolle. In einem Praxisversuch bei einem örtlichen Gartenbaubetrieb (Fleischle GbR, Vaihingen Ensingen, Deutschland) wurde die Pflanzenhöhe des Kriechenden Schönpolsters (Callisia repens) im Vergleich zur Kontrolle um durchschnittlich 20 % reduziert. In beiden Versuchen erzeugte ein Kompressor den Luftstrom, der dann durch speziell angefertigte Edelstahldüsen (Luftdruckmodul) an den Pflanzenbestand verabreicht wurde. Bei der Tomate (Solanum lycopersicum Romello) führten die Luftströme des „Air knife“ Moduls, des „360° Rotor“ Moduls oder des Luftdruckmoduls zu einer Verringerung der Pflanzenhöhe um 26 %, 33 % bzw. 36 % im Vergleich zur Kontrolle. Der in das „Air knife“ Modul geleitete Luftstrom wurde über einen zwischen 1 und 5 mm einstellbaren Öffnungsschlitz an die Pflanzen verabreicht, während der in das „360°-Rotor“ Modul geleitete Luftstrom über zwei um 360° drehbare PVC-Rohre verabreicht wurde, die auf der Unterseite eines hohlen, rechteckigen Aluminiumkastens angebracht waren. Es stellte sich heraus, dass die Luftaustrittsgeschwindigkeit entlang des Öffnungsschlitzes des „Air knife“ Moduls variabel war. Folglich war die von den einzelnen Versuchspflanzen erfahrende Reizintensität ungleich. Eine multiple Regressionsanalyse zeigte eindeutig, dass die maximale Luftgeschwindigkeit die Variabilität in der Reduktion der Pflanzenhöhe durch die mit dem „Air knife“ erzeugten Luftströme am besten erklärte, während die Reizdauer und die kumulative Luftgeschwindigkeit weniger relevant waren. Die Verringerung der Pflanzenhöhe durch den mit dem „360° Rotor“ Modul erzeugten Luftstrom war im Vergleich zu den anderen Prototypen am homogensten. Daher wurden die nachfolgenden Versuche an der Universität Hohenheim, Stuttgart, Deutschland, mit dem „360° Rotor“ Modul durchgeführt. Es wurde keine systematische Dosis-Wirkungs-Beziehung bei zunehmender Anwendungshäufigkeit von 8, 24, 40, 56, 72 und 80 Überfahrten pro Tag gefunden. Im Gegensatz dazu wurde die Verringerung der Pflanzenhöhe signifikant von der Geschwindigkeit des Luftstroms beeinflusst. Eine sigmoidale Dosis-Wirkungs-Beziehung zeigte vernachlässigbare Auswirkungen auf die Reduktion der Tomatenpflanzenhöhe zwischen 0,7 m s-1 und 2,0 m s-1, gefolgt von einem steilen Anstieg der Reduktionswirkung bis zu 4,7 m s-1 und einem Abklingen der Wirkung bei 36 % Reduktion für Luftgeschwindigkeiten darüber hinaus. Mit den optimierten Einstellungen für die tägliche Anwendungshäufigkeit und die Luftgeschwindigkeit wurde ein zweiter Versuch durchgeführt, der sich auf die Auswirkungen der Luftstromanwendung auf phänotypische und physiologische Reaktionen der Tomatenpflanze konzentrierte. Die Anwendung des Luftstroms führte zu einer allmählichen Verringerung der Gesamtblattfläche um 14 % an Tag 14 nach Beginn der Behandlung, und das Radialwachstum wurde im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle relativ zur Internodienstreckung gefördert, was zu einem kompakteren und stabileren Pflanzenphänotyp führte. Die mit dem Luftstrom behandelte Pflanzen verlagerten proportional mehr Assimilate in die Blätter und den Stamm, was auf Kosten der Trockenmasseakkumulation in die Blattstiele ging. Die Verringerung der Gesamtblattfläche wurde durch eine höhere Blattdichte kompensiert, die mit einer höheren Grünintensität der Blätter einherging und folglich zu einem Anstieg der Netto-CO2-Assimilationsrate um durchschnittlich 8 % im Vergleich zur Kontrolle führte. Somit konnten die luftstrombehandelten Pflanzen die Gesamtbiomasseakkumulation teilweise auf demselben Niveau halten wie die unbehandelten Kontrollpflanzen.engMechanoperceptionThigmomorphogenesisAutomated stimulus applicationAir flowAcclimationMechanische ReizeinwirkungThigmomorphogeneseAutomatische ReizausbringungLuftstromAnpassung630PflanzenphysiologiePhotosyntheseDoctoralThesis1831342596urn:nbn:de:bsz:100-opus-21146