Synergistic effect of seaweed-derived alginic acid and potassium sulfate fertilizer on the alleviation of salinity stress in Flame Seedless grapevine

तकनीकी सारांश: फ्लेम सीडलेस अंगूर की बेल में लवणता तनाव (Salinity Stress) पर समुद्री शैवाल से प्राप्त एल्गिनिक एसिड और पोटेशियम सल्फेट का सहक्रियात्मक प्रभाव

समस्या विवरण
लवणता तनाव एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय बाधा है जो अंगूर (Vitis vinifera L.) की उत्पादकता को सीमित करती है, विशेष रूप से शुष्क और अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में। उच्च मृदा लवणता आयन विषाक्तता (विशेष रूप से Na⁺ और Cl⁻), परासरण संतुलन (osmotic balance) में व्यवधान, प्रकाश संश्लेषण दक्षता में कमी, लिपिड पेरोक्सीडेशन के माध्यम से कोशिका झिल्ली को क्षति, और पत्तियों के समय से पहले मुरझाने (senescence) को प्रेरित करती है। जबकि फ्लेम सीडलेस किस्म अपने बाजार मूल्य के लिए जानी जाती है, यह लवणीय स्थितियों के तहत महत्वपूर्ण उपज और गुणवत्ता में कमी का सामना करती है। वर्तमान अंगूर कृषि पद्धतियों में अक्सर केवल रासायनिक उर्वरकों पर निर्भर रहे बिना इन प्रभावों को कम करने के लिए प्रभावी, टिकाऊ रणनीतियों का अभाव होता है। समुद्री शैवाल से प्राप्त एल्गिनिक एसिड (ALG) को एक बायोस्टिमुलेंट के रूप में उपयोग करने के संबंध में, विशेष रूप से पोटेशियम सल्फेट (PS) के संयोजन में, अंगूर की बेलों में लवणता तनाव को कम करने के लिए अनुसंधान में एक विशिष्ट अंतराल मौजूद है।

कार्यप्रणाली
इस अध्ययन में 3-वर्षीय फ्लेम सीडलेस अंगूर की बेलों का उपयोग करते हुए एक फैक्टोरियल पूर्णतः यादृच्छिक डिजाइन (CRD) का उपयोग किया गया, जिन्हें खाद से समृद्ध रेतीली मिट्टी वाले बड़े गमलों (80×80×65 सेमी) में उगाया गया था। प्रयोग 2023-2024 सीजन के दौरान आयोजित किया गया था।

• तनाव प्रेरण (Stress Induction): लवणता तनाव चार NaCl स्तरों का उपयोग करके लगाया गया: 0, 50, 100, और 200 mM। सात महीने के पौधे स्थापना के बाद 15 दिनों तक तनाव बनाए रखा गया।
• उपचार (Treatments): अध्ययन में 24 उपचार संयोजनों का मूल्यांकन किया गया जिसमें शामिल थे:
  • एल्गिनिक एसिड (ALG): 0.1% और 0.2% सांद्रता (Tri-Kelp™ स्रोत) पर पर्ण छिड़काव (foliar application) द्वारा।
  • पोटेशियम सल्फेट (PS): 0.2% (K₂SO₄) के रूप में पर्ण छिड़काव द्वारा।
  • संयोजन: विभिन्न लवणता स्तरों के तहत ALG और PS के व्यक्तिगत और सह-अनुप्रयोग।
• मापन: अंतिम पर्ण छिड़काव के 15 दिन बाद (कुल 30 दिनों की उपचार अवधि) डेटा एकत्र किया गया। मापदंडों में शामिल थे:
  • रूपात्मक (Morphological): तना लंबाई, तने का व्यास, जड़/पत्ती का ताजा और सूखा वजन, और पत्ती का क्षेत्रफल।
  • शारीरिक (Physiological): रंध्र चालकता (Stomatal conductance), K⁺/Na⁺ आय अनुपात, इलेक्ट्रोलाइट रिसाव, और लिपिड पेरोक्सीडेशन (Malondialdehyde/MDA सामग्री)।
  • जैव रासायनिक (Biochemical): प्रकाश संश्लेषक वर्णक (Chl a, b, कुल, कैरोटीनॉयड), कुल घुलनशील शर्करा (TSS), कुल फिनोलिक यौगिक (TPC), कुल फ्लेवोनोइड्स (TFC), और मुक्त प्रोलाइन।
  • एंजाइमेटिक एंटीऑक्सीडेंट: सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज (SOD), कैटालेज (CAT), गुआयाकोल पेरोक्सीडेज (GPX), और पॉलीफेनोल ऑक्सीडेज (PPO) की गतिविधियाँ।
  • द्वितीयक मेटाबोलाइट्स (Secondary Metabolites): HPLC के माध्यम से स्टिलबीन (trans-resveratrol, delta-viniferin, catechin) का परिमाणीकरण।
• सांख्यिकीय विश्लेषण: डेटा का विश्लेषण दो-तरफा ANOVA द्वारा किया गया, जिसमें औसत तुलना डंकन के न्यू मल्टीपल रेंज टेस्ट (p ≤ 0.01) के माध्यम से की गई। गुणों के संबंधों का मूल्यांकन करने के लिए प्रिंसिपल कंपोनेंट एनालिसिस (PCA) का उपयोग किया गया।

मुख्य परिणाम

1. वृद्धि और आकारिकी: लवणता ने वृद्धि मापदंडों को काफी कम कर दिया। हालांकि, ALG (0.1% और 0.2%) और PS के पर्ण छिड़काव ने, व्यक्तिगत रूप से और संयोजन में, इन कमी को कम किया। ALG 0.2% + PS का सह-अनुप्रयोग और व्यक्तिगत ALG 0.1% को वृद्धि और पत्ती क्षेत्र को बनाए रखने के लिए सबसे प्रभावी उपचारों के रूप में पहचाना गया।
2. आयन होमियोस्टेसिस और झिल्ली स्थिरता: उच्च लवणता (200 mM NaCl) ने K⁺/Na⁺ अनुपात को नाटकीय रूप से कम कर दिया और इलेक्ट्रोलाइट रिसाव तथा MDA सामग्री को बढ़ा दिया (जो झिल्ली क्षति का संकेत देता है)।
   • ALG और PS उपचारों ने K⁺/Na⁺ अनुपात को बहाल किया, जिसमें Na⁺ विषाक्तता को कम करने में ALG 0.2% + PS की प्रभावकारिता सबसे अधिक थी।
   • इलेक्ट्रोलाइट रिसाव को ALG 0.1%, PS, और ALG 0.2% + PS द्वारा महत्वपूर्ण रूप से कम किया गया।
   • लिपिड पेरोक्सीडेशन (MDA) को उपचारित पौधों में लवणीय नियंत्रणों की तुलना में 7–21 mmol g⁻¹ FW से कम किया गया, जिसमें MDA को कम करने में ALG 0.1% और 0.2% ने सबसे मजबूत व्यक्तिगत प्रभाव दिखाया।
3. प्रकाश संश्लेषण और घुलनशील शर्करा: लवणता ने क्लोरोफिल और कैरोटीनॉयड सामग्री को कम कर दिया। ALG उपचारों (विशेष रूप से 0.1%) ने क्लोरोफिल क्षरण को प्रभावी ढंग से रोका। ALG 0.2% + PS कुल घुलनशील शर्करा के स्तर को बनाए रखने में श्रेष्ठ था, जो परासरण समायोजन (osmotic adjustment) के लिए महत्वपूर्ण है।
4. एंटीऑक्सीडेंट प्रणाली:
   • गैर-एंजाइमेटिक: ALG और PS उपचारों ने TPC, TFC और प्रोलाइन के स्तर को बनाए रखा या बढ़ाया। ALG 0% 0.1% गंभीर तनाव के तहत TPC और TFC के स्तर को गैर-लवणीय नियंत्रणों के तुलनीय बनाए रखने में विशेष रूप से प्रभावी था।
   • एंजाइमेटिक: ALG और PS के सह-अनुप्रयोग ने एंटीऑक्सीडेंट एंजाइम गतिविधियों को सहक्रियात्मक रूप से बढ़ावा दिया। उच्च लवणता के तहत, ALG 0.2% + PS और ALG 0.1% + PS ने नियंत्रणों की तुलना में SOD, CAT, GPX, और PPO गतिविधियों को क्रमशः लगभग 60%, 50%, 56%, और 50% तक बढ़ाया।
5. द्वितीयक मेटाबोलाइट्स: लवणता तनाव ने आम तौर पर स्टिलबीन बायोसिंथेसिस को बढ़ाया। ALG 0.2% + PS के सह-अनुप्रयोग के परिणामस्वरूप प्रमुख मेटाबोलाइट्स की उच्चतम सांद्रता प्राप्त हुई: विनिफेरिन (61.88 µg g⁻¹ FW), रेस्वेराट्रोल (132.17 µg g⁻¹ FW), और कैटेचिन (49.06 µg g⁻¹ FW)।
6. PCA विश्लेषण: विश्लेषण ने पुष्टि की कि ALG और PS उपचार लाभकारी गुणों (एंटीऑक्सीडेंट एंजाइम, K⁺ अपटेक, द्वितीयक मेटाबोलाइट्स) के साथ सकारात्मक रूप से क्लस्टर करते हैं और तनाव संकेतकों (Na⁺ अपटेक, MDA, इलेक्ट्रोलाइट रिसाव) के साथ नकारात्मक रूप से क्लस्टर करते हैं, जो तनाव शमन में उनकी भूमिका की पुष्टि करता है।

महत्व और दावे
यह शोध दावा करता है कि समुद्री शैवाल से प्राप्त एल्गिनिक एसिड और पोटेशियम सल्फेट का सह-अनुप्रयोग फ्लेम सीडलेस अंगूर की बेलों में लवणता तनाव को कम करने के लिए एक आशाजनक, टिकाऊ रणनीति प्रदान करता है। अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि:

• सहक्रियात्मक तंत्र (Synergistic Mechanism): ALG और PS का संयोजन व्यक्तिगत उपचारों की तुलना में एंटीऑक्सीडेंट प्रणालियों (दोनों एंजाइमेटिक और गैर-एंजाइमेटिक) को विनियमित करने और Na⁺/K⁺ होमियोस्टेसिस बनाए रखने के लिए सहक्रियात्मक रूप से कार्य करता है।
• तनाव शमन: ये बायोस्टिमुलेंट ऑक्सीडेटिव क्षति (लिपिड पेरोक्सीडेशन) को कम करके, झिल्ली अखंडता को संरक्षित करके और प्रकाश संश्लेषक क्षमता को बनाए रखकर लवणता तनाव को कम करते हैं।
• मेटाबॉलिक इंडक्शन: उपचार रक्षा यौगिकों (स्टिलबीन, फेनोलिक्स, फ्लेवोनोइड्स) के बायोसिंथेसिस को उत्तेजित करते हैं जो अजैविक तनाव के विरुद्ध रक्षात्मक यौगिक के रूप में कार्य करते हैं।
• व्यावहारिक अनुप्रयोग: निष्कर्ष बताते हैं कि ALG-आधारित बायोस्टिमुलेंट्स, विशेष रूप से जब पोटेशियम उर्वरकों के साथ पूरक किए जाते हैं, को लवणता वाले वातावरण में अंगूर की बेलों की लचीलापन बढ़ाने के लिए अंगूर कृषि पद्धतियों में एकीकृत किया जा सकता है, जो शुष्क क्षेत्रों में सतत उत्पादन का समर्थन करता है।

लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि हालांकि ALG और PS प्रभावी हैं, इस तनाव शमन में शामिल आणविक तंत्र और जीन अभिव्यक्ति मार्गों को पूरी तरह से समझने के लिए भविष्य के शोध में ओमिक्स (omics) प्रौद्योगिकियों का उपयोग आवश्यक है।