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Doctoral Thesis
2011
Premature fruit drop in mango (Mangifera indica L.) in Northern Vietnam
Premature fruit drop in mango (Mangifera indica L.) in Northern Vietnam
Abstract (English)
Mango production in Northern Vietnam is mainly organized in farmer-owned, small-scale orchard operations. However, the production is limited due to excessive fruit drop presumably caused by unfavourable climatic conditions in combination with plant stresses during the fruit set period. There is a general belief that this phenomenon is caused by different combinations of stressing factors which may vary between regions and sites. In the mountainous area of Northern Vietnam, fruit drop of two main local cultivars ?Hôi? and ?Tròn? may be caused by environmental cues occurring particulary during fruit set. Environemntal stress factors may include excessive air temperature, low relative humidity, strong prevailing winds and little rainfall. These multiple stressors are likely associated with a time dependent change of the endogenous plant hormone auxin (indole-3-acetic acid, IAA) exported from fruit and within the pedicel. Field trials revealed, that fruit shedding could be reduced by irrigation and plant growth regulator (PGR) application throughout the 3-year experiment study; however, it remains unclear how climatic conditons might induce hormonal response and thus enhance fruit shedding at different stages of fruit development. The present research project consists of three studies. First it was to determined which single or multiple climatic cues trigger fruit shedding in mango. Second, it was attempted to alleviate fruit abscission by PGR spray application at post-bloom and early developmental stages of the fruit in comparison with regular irrigation scheduling to reduce extensive fruit abscission. Third, the morphological changes in the abscission zone of mango pedicel during fruit abscission were studied. The timely changes of plant tissue IAA concentration and its key role in the abscission process was also evaluated. The research work was conducted in a commercial orchard near the township of Yen Chau in 2007, 2008 and 2009. The experimental design consisted of 20 randomly selected 10-year-old mango trees of each of the cultivars ?Hôi? and ?Tròn?. Half of the trees were irrigated at 3-day-intervals by mircospinkler and the remaining trees served as non-irrigated controls. For the PGR applications, 3 trees of each cultivar in 2008, and 6 trees of each cultivar in 2009 were used. In both experiments, 10 randomly selected inflorescences per tree were labelled and counted twice per until end of the fruit drop period. Fruit tissue was collected on-site from irrigated and non-irrigated trees. The fruit export of the endogenous indole-3-acetic acid was analyzed by Radio-Immuno-Assay (RIA). Further, to clarify the morphological changes within the abscission zone (AZ) of mango pedicels, samples of irrigated and control trees were collected, fixed and embedded, using a modified dehydration and embedding technique by vacuum infiltration. The results of the first part of this study indicate that the onset of the hot, dry prevailing winds induced the fruit drop. Whether fruit drop was reduced by irrigation seems to depend on the level of soil water deficiency, hence the reduction of plant water potentials. The results of the second part of the study showed that PGR applications reduced excessive fruit drop. Although all chemical treatments indicated significant effects, a single spray application of N-(2-chloro-4-pyridyl)-N-phenylurea (CPPU) and 1-naphtaleneacetic acid (NAA) effectively improved fruit retention. Furthermore, those spray applications led to a greater fruit set per inflorescennce than irrigation. However, IAA-export was not clearly affected by irrigation or PGR applications. The results of the third part of the study indicate positive effect of irrigation on fruit retention in both cultivars, which might be influenced by increased pedicel thickness thus increased carbon/nutrient availability to the fruit during critical environmental periods. Moreover, shortage of carboydrate supply to the fruit may be associated with a reduction of IAA-export out of the fruit and this in turn triggers the abscission process. In conclusion, this research proved that prevailing environmental conditons, particulary hot, dry winds, induce premature fruit drop in mango in Northern Vietnam. The identification of the physiological basis of premature fruit drop allowed the development of effective crop management strategies (e.g. PGR applications, irrigation) to overcome unfavourable environmental conditions and to reduce or even inhibit plant responses associated with premature fruit drop. The presented results suggest, that setting up an irrigation system increased fruit retention, which; however, is a great investment for farmers. It was shown that the ease of PGR application and the efficiency of the treatment is a promising alternative to irrigation in oder to prevent excessive fruit drop in mango. The development of effective, fruit drop reducing crop management strategies may also optimized crop loads and enhanced financial returns to growers.
Abstract (German)
Die Mangoproduktion in Nordvietnam ist überwiegend in bäuerlichen Kleinbetrieben organisiert. Der Anbau ist jedoch stark eingeschränkt durch einen übermäßigen Fruchtfall, vermutlich verursacht durch örtlich vorherrschende ungünstige klimatische Bedigungen. Es wird allgemein angenommen, dass dieses Fruchtfall-Phänomen durch eine Kombinationen verschiedener Stressfaktoren verursacht wird, die je nach Region und Lage variieren. In der Bergregion von Nordvietnam, genauer der Son La Provinz, kann der Fruchtabfall von ungünstigen Umwelteinflüssen verursacht werden, die zumeist während des Fruchtansatzes auftreten. Zu diesen negativen Umweltfaktoren zählen sowohl extrem hohe Lufttemperaturen, eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit, aber auch die vorherrschenden heißen Winde mit wenigen Niederschlägen. Ein Zusammenwirken dieser multiplen Stressoren kann vermutlich eine Reduzierung des Auxins Indol-3-Essigsäure (IAA) Exports durch den Fruchtstiel bewirken. Feldversuche zeigten, dass das Muster und die Intensität des Fruchtfalls bei Mango während der gesamten 3-jährigen Versuchsperiode durch Bewässerung sowie die Anwendung von Pflanzenwachtumsregulatoren verändert, respektive vermindert werden konnten. Es bleibt jedoch unklar, wie die Klimabedingungen eine hormonelle Reaktion hervorrufen könnten, und folglich den Fruchtfall in verschiedenen Stadien der Fruchtentwicklung verstärken. Das vorliegende Forschungsprojekt besteht aus drei Studien. Das Ziel der ersten Studie war es, die einzelnen bzw. kombinierten klimatischen Faktoren, die den vorzeitigen Fruchtfall bei Mango induzieren, zu bestimmen, bzw. durch den Einsatz von regelmäßiger Bewässerung diesen Stressoren entgegenzuwirken und somit den Fruchtfall zu reduzieren. Ziel der zweiten Studie befasste sich mit den möglichen Auswirkungen der Behandlung mit Pflanzenwachtumsregulatoren und deren Potential den vorzeitigen Fruchtfall kurz nach der Blüte und während des frühen Entwicklungsstadiums der Mangofrüchte zu vermindern, bzw. deren Effekte mit den Ergebnissen des Bewässerungsexperiments zu vergleichen. Im dritten Teil des vorliegenden Forschungsprojekts wurden die morphologischen Veränderungen in der Abszissionszone von Mangostielen während des Fruchtfalls untersucht. Die Untersuchungen des Auxins-Exports der zweiten und dritten Studie dienten hauptsächlich dem genaueren Verständnis über den Auxinfluß aus der sich entwickelnden Frucht und somit der endogenen Hormonkonzentration im Trenngewebe über die kritische Zeit des Fruchtfalls und deren Schlüsselrolle im Abszissionsprocess, besonders in Abhängigkeit von der Bewässerung.
Die entsprechenden Forschungsarbeiten wurden in einer Plantage in der Nähe der Stadt Yen Chau in den Jahren 2007, 2008 und 2009 durchgeführt. Der Versuchsaufbau beinhaltete jeweils 20 zufällig ausgewählte 10-jährige Mangobäume der Sorten 'Hôi' und 'Trôn'. Für das Beregnungsexperiment wurden jeweils die Hälfte der Bäume in 3-tägigen Abständen mittels Mikrosprinklern bewässert, wobei die verbliebenden Bäume als nicht-bewässerte Kontrolle dienten. Zur Evaluiering der Sprühapplikation der Pflanzenwachstumsregulatoren wurden separat 3 Bäume in 2008 bzw. 6 Bäume im Versuchsjahr 2009 ausgewählt. In beiden Experimenten wurden 10 Infloreszenzen zufällig über den Baum verteilt etikettiert und zweimal pro Woche über die Fruchtfallperiode hinweg ausgezählt. Für die hormonellen Untersuchungen wurden Früchte ab stecknadelgröße von bewässerten und nicht-bewässerten Bäumen eingesammelt und auf Diffusionspuffer gesetzt. Die Bestimmung der diffusiblen IAA-Konzentration erfolgte mittels radioimmunologischer Methoden. Ferner, um die morphologischen Veränderungen innerhalb der Abszissionszone der Mangofruchtstiele zu verfolgen, wurde entsprechendes Probenmaterial von bewässerten sowie Kontrollbäumen gesammelt, in einer Formalin-Essigsäure-Alkohol Lösung fixiert und unter Anwendnung einer modifizierten Dehydrierungs- und Einbettungstechnik mittels Vakuuminfiltration in Glykolmethacrylat-Methylmethacrylat eingebettet.
Die Ergebnisse der ersten Studie zeigten, dass der Beginn des vorzeitigen Fruchtfalls zeitgleich mit dem Aufkommen der heißen, trockenen, Winde ausgelöst wurde. Die Auswirkung der Bewässerung auf den Fruchtfall scheint von der vorhandenen Bodenfeuchtigkeit, bzw. dem verfügbaren Bodenwasserpotential abzuhängen. In der zweiten Studie konnte nachgewiesen werden, dass durch Anwendung von Pflanzenwachstumsregulatoren der vorzeitige Fruchtfall in Mango reduziert werden konnte. Zwar wurden druch alle chemischen Behandlungen der Fruchtfall signifikant reduziert, die vorliegenden Ergebnisse zeigten jedoch deutlich, dass eine einmalige Applikation von N-(2-chloro-4-pyridyl)-N-phenylurea (CPPU) sowie 1-Naphtylessigsäure (NAA) den vorzeitigen Fruchtabfall am effektivsten verringerte und den Fruchtbehang bis unmittelbar vor dem Erntezeitpunkt am positivsten beeinflusste. Darüber hinaus zeigten die einmaligen chemischen Applikationen einen im Vergleich zum Bewässerungsexperiment gesteigerten durchschnittlichen Fruchtbehang pro Infloreszenz. Dennoch konnten die über die Fruchtfallperiode hinweg festgestellten Veränderungen des IAA-Exports die positive Wirkung der Bewässerung auf die Fruchtretention nicht erklären. Die mikroskopischen Ergbnisse der dritten Studie lassen darauf schliessen, dass dickere Fruchtstiele die bedarfsgerechte Kohlenhydratversorgung der Früchte während umweltbedingter kritischer Temperatur- und Wasserdampfdefizitbedingungen positiv beeinflussen. Darüberhinaus dürfte eine Kohlenhydratunterversorgung der Frucht möglicherweise in Kombination mit einem reduzierten IAA-Export aus der Frucht als Startsignal für den pflanzenphysiologischen Prozess der Ausbildung eines Abszissions-gewebes dienen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die vorherrschenden Umweltbedingungen im Norden von Vietnam, insbesondere die heißen, trockenen Winde während der frühen Fruchtentwicklungsphase einen vorzeitigen Fruchtfall bei Mango verursachen. Die hier beschriebenen fruchtphysiologischen Arbeiten zum vorzeitigen Fruchtfall bei Mango führten zu der Entwicklung wirksamer Fruchtbehandlungsstrategien wie dem Aufbau eines Bewässerungssystems und/oder dem Einsatz von Pflanzenwachstumsregulatoren, um ungünstige Umweltbedingungen zu überwinden, und um die Reaktionen der Planzen zu reduzieren oder sogar zu unterbinden, die mit dem verfrühtem Fruchtfall in Verbindung stehen. Die vorgelegten Ergebnisse legen nahe, dass der erntenahe Fruchtbehang durch die Errichtung eines Bewässerungssystems gesteigert werden kann; wobei solche Systeme für Bauern in den Anbaugebieten eine große Investition darstellen. Eine Behandlung mit Pflanzenwachtumsregulatoren, bedingt durch die Einfachheit der Applikation in Kombination mit der chemischen Wirksamkeit, stellt eine vielversprechende Alternative dar, um den exzessiven vorzeitigen Fruchtbfall beim Mango zu verhindern. Diese könnte einen Beitrag dazu leisten, einen ökonomisch rentableren Anbau von Mango in dieser Region zu ermöglichen.
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Notes
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Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Crop Science
Examination date
2011-10-24
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English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
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Standardized keywords (GND)
BibTeX
@phdthesis{Roemer2011,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5537},
author = {Roemer, Malte G.},
title = {Premature fruit drop in mango (Mangifera indica L.) in Northern Vietnam},
year = {2011},
school = {Universität Hohenheim},
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