Fluorescence-based systems for detection of abiotic stresses on horticultural crops

Abstract

The main objective of this thesis was to assess the impact of economically important abiotic stresses on the plant physiology using non-destructive fluorescence indices, and to evaluate the potential use of the sensor techniques as supporting tool for plant phenotyping in horticulture. The early detection of water deficiency and salinity was studied at leaf level in tomato (Solanum lycopersicum L.) plants by means of non-destructive fluorescence techniques. Evaluations comprised multiparametric fluorescence indices and pulse-amplitude modulated (PAM) chlorophyll fluorescence parameters for an effective and rapid sensing of water deficiency stress and stress recovery in three tomato genotypes. In addition, the impact of salinity on tomato genotypes was also studied using both methods. In the next step, the response of tomato genotypes exposed to simultaneous occurrence of salinity and water deficiency was examined by multiparametric fluorescence indices. An additional objective of the work was to investigate the suitability of chemically induced osmotic stress by polyethylene glycol (PEG) for drought stress experiments based on key physiological parameters of apple (Malus domestica Borkh.) leaves.

<strong>Fluoreszenzbasierende Systeme zur Erkennung von abiotischem Stress in gartenbaulichen Kulturen</strong><br /> Ziel dieser Arbeit war es, das Potential ausgewählter fluoreszenzbasierter Indizes für die Erfassung der Pflanzenreaktion auf ökonomisch bedeutende abiotische Stressfaktoren zu ermitteln. Zudem sollte evaluiert werden, inwiefern sich diese Technologie für die Pflanzenphänotypisierung im Gartenbau eignet. Dazu wurden nicht-destruktive Fluoreszenztechniken zur Früherkennung von Wassermangel und Salinität bei Tomatenpflanzen (Solanum lycopersicum L.) auf Blattebene getestet. Die Evaluierung umfasste multiparametrische Fluoreszenzindizes und Puls-Amplituden-modulierte (PAM) Chlorophyllfluoreszenzparameter, untersucht sowohl in der Wassermangelphase als auch in der darauf folgenden Erholungsphase an drei Tomatengenotypen. Diese Methoden wurden ebenfalls für die Untersuchung der Tomatengenotypen auf deren Salztoleranz verwendet. Darüber hinaus wurde ermittelt, wie sich das zeitgleiche Auftreten der Stressfaktoren Salinität und Wassermangel auf die Fluoreszenzindizes auswirkt. Als ein weiterer Aspekt der Studie wurde die Eignung von Polyethylenglycol (PEG) als osmotisch aktive Substanz zur Induktion von Trockenstress an Apfelblättern (Malus domestica Borkh.) evaluiert.