Effects of biostimulators on growth and physiological reactions of vegetables. tested on cucumber (Cucumis sativus L.) [Elektronische Ressource] / von Yaroslav Shevchenko

Yaroslav Shevchenko

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• Publié le: 01 janvier 2008
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• Langue: Deutsch
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Extrait

“Effects of biostimulators on growth and physiological reactions of vegetables
- tested on cucumber (Cucumis sativus L.) “


DISSERTATION

Zur Erlangung des akademischen Grades
doctor agriculturarum (Dr.agr)

vorgelegt dem
Institut für Gartenbauwissenschaften
Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät
Humboldt-Universität zu Berlin
von
Diplom-Spezialist Yaroslav Shevchenko
geb. am 19.01.1976 im Dorf Tsentralnoe, Kiewer Gebiet – Ukraine

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Herr Prof. Dr. Dr. h.c. Christoph Markschies

Dekan der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät
Herr Prof. Dr. Dr. h.c. Otto Kaufmann


Gutachter:
1. Doz. Dr. sc. Drs. h. c. Michael Böhme (HU Berlin)
2. Dr. rer. nat. Ina Pinker (HU Berlin)
3. Prof. Dr. Hofman (Universität Gent)


Tag der Disputation: 07. März 2008

Berlin, März 2008
1
Danksagung

Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Herrn Prof. Dr. Böhme für die langjährige
Betreuung des Dissertationsvorhabens, welcher großes Interesse am Fortschritt der
Untersuchungen sowie allseitige Unterstützung bei der Durchführung der wissenschaftlichen
Arbeit zeigte.

Mein besonderer Dank gilt ferner Frau Dr. Pinker, die durch ihr Mittun an zahlreichen
Versuchsvorhaben und darauffolgenden Datenbearbeitungen zum Gelingen meiner Arbeit
beigetragen hat.

Ich danke auch den Mitarbeiterinnen der Firma „In-vitro-tech“, die den schwierigen Prozess des
wissenschaftlichen Werdens meiner Arbeit durch ihr Mitwirken als Kooperationspartner in
einem Projekt erheblich erleichtert haben.

Dank geht auch an Herrn Dr. Junge, der durch von ihm hergestellten und zur Verfügung
gestellten Stamm von Bacillus subtilis FZB 24 die Schaffung dieser Arbeit ermöglicht hat.

Frau Dr. Ruppel danke ich für Ihre Unterstützung bei der Durchführung der Versuche zur
mikrobiellen Aktivität der gärtnerischen Substrate.

Herrn Prof. Dr. Hofman möchte ich meinen Dank aussprechen, der sich die Zeit genommen hat,
um diese Arbeit durchzulesen und das berechtigte Gutachten auszustellen.

An dieser Stelle bedanke ich mich vor allem bei den Mitarbeitern (Standort Fabeckstraße) der
ehemaligen Versuchsstation des Institutes für Gartenbauwissenschaften, die an der
Durchführung der Vegetationsversuche teilgenommen haben, besonders bei Frau Rosemarie
Vorwerk.

Meiner Familie.



2
List of acronyms

AAS –atomic absorption spectrometry
AC – air capacity (%)
BER - blossom end rot
BS – Bacillus subtilis
CEC – cation-exchange capacity;
cfu – colony forming unit;
3CV - cylinder volume (cm )
D – density of the substrate
-1EC – electric conductivity (mS*cm );
FB – portion of hard particles in the substrate sample
Fv/Fm – variable fluorescence/maximum fluorescence;
g – gram
GPB - growth–promoting bacteria;
HA - humic acid;
HM – heavy metals;
l - liter
3LG - air content (cm );
MOMP - major outer membrane protein;
PAR – photosynthetic-active radiation;
PGPB – plant growth promoting bacteria;
ppm – Parts per million (concentration);
PSII – Photosystem II;
PV - pore volume (%);
PW – value shown by air-pycnometer;
SIR - substrate-induced respiration;
W , W , W - cylinder masses after different manipulations (g); 1 2 3
WC- water holding capacity (%);
-WG - water content in the substrate (cm ³);
μm – micrometer;
3
Contents
Danksagung................................................................................................................................ 2
List of acronyms......................................................................................................................... 3
1 Introduction....................................................................................................................... 6
2 Review of literature........................................................................................................... 9
2.1 Protected plant cultivation.................................................................................... 9
2.1.1 Hydroponical systems – their advantages and disadvantages .............................. 9
2.1.2 Horticultural substrates and their special effects................................................ 11
2.1.3 Plant stress and stress quantification in horticulture .......................................... 14
2.1.3.1 Influence of climate conditions .......................................................................... 14
2.1.3.2 Situation in the rhizosphere ................................................................................ 15
2.1.3.3 Microbial activity in hydroponics ...................................................................... 15
2.1.3.4 Chemical situation and changes in the substrate ................................................ 16
2.2 Use of biostimulators for improving the growing conditions............................. 16
2.2.1 Effects of microorganisms as plant strengthener 17
2.2.1.1 Potential bacteria -Bacillus subtilis .................................................................... 19
2.2.1.2 Function of B.subtilis as antagonist against diseases ......................................... 19
2.2.1.3 Function as growth stimulator ............................................................................ 23
2.2.1.4 Description of other microorganisms ................................................................. 27
2.2.2 Use of humates in horticulture ........................................................................... 27
2.2.2.1 Classification and sources of humates................................................................ 28
2.2.2.2 Effects of humates on plant growth.................................................................... 33
2.2.3 Use of lactates in horticulture............................................................................. 35
2.2.3.1 Description of lactates ........................................................................................ 36
2.2.3.2 Effects of lactates ............................................................................................... 38
2.2.4 Description of complex or combined biostimulators ......................................... 39
3 The problem statement.................................................................................................... 41
3.1 Problem description............................................................................................ 41
3.2 Objective of the research .................................................................................... 42
3.3 Hypothesis of the study ...................................................................................... 42
3.4 General research pathway................................................................................... 43
4 Materials and methods 45
4.1 General plan of the research complexes............................................................. 45
4.1.1 Plant material and major operations ................................................................... 46
4.1.2 Greenhouse ......................................................................................................... 47
4.1.3 Climate chamber................................................................................................. 48
4.2 Biostimulating substances and plant strengtheners ............................................ 48
4.3 Horticultural substrates....................................................................................... 50
4
4.4 Nutrient solution ................................................................................................. 51
4.5 Determination of growth and yield parameters .................................................. 52
4.6 Chemical methods............................................................................................... 54
4.7 Methods to estimate the physical properties of growing media ......................... 56
4.8 Experiments in the greenhouse........................................................................... 57
4.8.1 Conditions of vegetation experiments ................................................................ 57
4.8.2 Physiological methods ........................................................................................ 72
4.8.3 Biological methods ............................................................................................. 73
4.8.4 Statistical methods .............................................................................................. 75
5 Results and discussion..................................................................................................... 76
5.1 Effects of different concentrations and formulation of biostimulators............... 76
5.1.1 Effects of iron-humates on cucumber plants in substrate culture....................... 76
5.1.2 Effects of humate,