Abstract
Social and legal pressures for more sustainable food production confront the food industry with new challenges. Thus, the importance of the nutrient efficiency of fertilizers, the demand for new farming techniques, and the impact of the accumulation of potentially toxic metals in the soil are growing. The massive intensification of agriculture through fertilizers and pesticides has led to the accumulation of potentially harmful elements in the soil. For example, accumulated copper, a potent fungicide, causes a decline in crop yields and adverse effects on plant growth. The two most essential elements for plant nutrition, nitrogen, and phosphorus, are introduced into the environment to increase and maintain crop yield. The hazardous impact has gone unnoticed for a long time. Copper accumulation affects nutrient uptake by interfering directly and indirectly with the acquisition. Consequently, the plant quality diminishes. Fertilizer use efficiency needs to be improved by avoiding over-fertilization and conserving natural resources. This thesis proposes an investigation of the impact of copper on phosphorus and nitrogen uptake mechanisms. It will be shown that it can interfere directly and indirectly with the acquisition of nutrients and acts on a physiological and molecular level. On the other hand, the work seeks to evaluate the effectiveness of new cultivation techniques. Nano-fertilizers are the modern answer to increase nutrient use efficiency, used to find unorthodox ways to supply the plant with nutrients. The nano-fertilizer will be an excellent but costly alternative for precision fertilization. Plant growth promoting bacteria are being examined to see if they can mitigate the toxic effects of excess copper in the soil and improve crop quality and yields. It can alleviate stress but can cause as well a decrease in metabolites, thus in the overall quality of the plant The general goal is to understand unidentified influences and new cultivation techniques and determine whether their effectiveness is sufficient to address pressing challenges in growing crops as quickly and effectively as possible.
Der gesellschaftliche und gesetzliche Druck für eine nachhaltigere Lebensmittelproduktion stellt die Lebensmittelindustrie vor neue Herausforderungen. So wächst die Bedeutung der Nährstoffeffizienz von Düngemitteln, die Nachfrage nach neuen Anbautechniken und die Auswirkungen der Anreicherung potenziell toxischer Metalle im Boden. Die massive Intensivierung der Landwirtschaft durch den Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden hat zu einer Anreicherung potenziell schädlicher Elemente im Boden geführt. So führt beispielsweise die Anreicherung von Kupfer, einem starken Fungizid, zu einem Rückgang der Ernteerträge und zu einer Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums. Desweiteren werden die beiden wichtigsten Elemente für die Pflanzenernährung, Stickstoff und Phosphor, in die Umwelt eingebracht, um die Ernteerträge zu steigern und sicherzustellen. Die gefährlichen Auswirkungen die das mit sich bingt sind lange Zeit unbemerkt geblieben. Die Anreicherung von Kupfer beeinträchtigt die Nährstoffaufnahme, indem es direkt und indirekt die Aufnahme stört. Infolgedessen verschlechtert sich die Pflanzenqualität. Die Effizienz des Düngemitteleinsatzes muss verbessert werden, indem eine Überdüngung vermieden und die natürlichen Ressourcen geschont werden. In dieser Arbeit soll der Einfluss von Kupfer auf die Mechanismen der Phosphor- und Stickstoffaufnahme untersucht werden. Es wird gezeigt, dass Kupfer direkt und indirekt in die Aufnahme von Nährstoffen eingreifen kann und auf physiologischer und molekularer Ebene wirkt. Andererseits wird versucht, die Wirksamkeit neuer Anbautechniken zu bewerten. Nanodünger sind die moderne Antwort zur Steigerung der Effizienz der Nährstoffnutzung, mit der unorthodoxe Wege zur Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen gefunden werden. Der Nanodünger wird eine ausgezeichnete, aber kostspielige Alternative für die Präzisionsdüngung sein. Pflanzenwachstumsfördernde Bakterien werden daraufhin untersucht, ob sie die toxischen Auswirkungen von überschüssigem Kupfer im Boden abschwächen und die Qualität und den Ertrag der Pflanzen verbessern können. Es kann Stress lindern, aber auch einen Rückgang der Stoffwechselprodukte und damit der Gesamtqualität der Pflanze bewirken. Das allgemeine Ziel besteht darin, unbekannte Einflüsse und neue Anbautechniken zu verstehen und festzustellen, ob ihre Wirksamkeit ausreicht, um die dringenden Herausforderungen beim Anbau von Kulturpflanzen so schnell und effektiv wie möglich zu bewältigen.
Le pressioni sociali e legali per una produzione alimentare più sostenibile pongono l'industria alimentare di fronte a nuove sfide. Crescono quindi l'importanza dell'efficienza nutritiva dei fertilizzanti, la richiesta di nuove tecniche agricole e l'impatto dell'accumulo di metalli potenzialmente tossici nel suolo. La massiccia intensificazione dell'agricoltura attraverso i fertilizzanti e pesticidi ha portato all'accumulo di elementi potenzialmente dannosi nel suolo. Ad esempio, l'accumulo di rame, un potente fungicida, provoca un calo della resa delle colture ed effetti negativi sulla crescita delle piante. I due elementi più essenziali per la nutrizione delle piante, l'azoto e il fosforo, vengono introdotti nell'ambiente per aumentare e mantenere la resa delle colture. L'impatto pericoloso è passato inosservato per molto tempo. L'accumulo di rame influisce sull'assorbimento dei nutrienti, interferendo direttamente e indirettamente con l'acquisizione. Di conseguenza, la qualità delle piante diminuisce. È necessario migliorare l'efficienza dell'uso dei fertilizzanti, evitando la sovra concimazione e conservando le risorse naturali. Questa tesi propone un'indagine sull'impatto del rame sui meccanismi di assorbimento del fosforo e dell'azoto. Verrà dimostrato che può interferire direttamente e indirettamente con l'acquisizione dei nutrienti e agisce a livello fisiologico e molecolare. D'altra parte, il lavoro cerca di valutare l'efficacia di nuove tecniche di coltivazione. I nano-fertilizzanti sono la risposta moderna per aumentare l'efficienza d'uso dei nutrienti, utilizzati per trovare modi non ortodossi di fornire alla pianta i nutrienti. I nano-fertilizzanti saranno un'alternativa eccellente ma costosa per la fertilizzazione di precisione. I batteri che favoriscono la crescita delle piante sono in fase di studio per vedere se possono mitigare gli effetti tossici dell'eccesso di rame nel suolo e migliorare la qualità e la resa delle colture. Il rame può alleviare lo stress, ma può anche causare una diminuzione dei metaboliti e quindi della qualità complessiva della pianta. L'obiettivo generale è comprendere le influenze non identificate e le nuove tecniche di coltivazione e determinare se la loro efficacia è sufficiente per affrontare le sfide pressanti della coltivazione nel modo più rapido ed efficace possibile.