Tipburn in lettuce (Lactuca Sativa L. ´Frillice´) : identifying climate factors that induce tipburn and cultivation methods that mitigate tipburn in controlled environment

Abstract

This master thesis is done with the aim of adding understanding to why tipburn occurs in greenhouse production of ´Frillice´ lettuce (Lactuca Sativa L. ’Frillice’), and to find cultivation methods can help reduce this occurrence. Tipburn is a big problem for Norwegian greenhouse lettuce growers and can account for up to 20 % losses in production, equal to almost 20 million NOK/year. Tipburn is a form of necrosis on the outer rim of lettuce leaves, believed to be induced by a deficiency in calcium in these cells- resulting in their collapse. Tipburn is known to occur when the lettuces experience undue abiotic stress such as long photoperiods, high light sums, high light intensity, (above 16-17 moles/m2/day) and conditions that limit transpiration (high relative air humidity and low water availability). In this thesis work, several environmental factors were tested to find a method to induce tipburn in ´Frillice´ lettuce, during 5 experiments in climate-controlled growth chambers. The climate factors tested were; Elevated temperatures (20 °C  27 °C), elevated (65 %  90%) relative air humidity (RH), different light intensities, photoperiods and light sums. Also, the use of white “light emitting diode” (LED) lamps (without, and in combination with LED far-red spectrum) was tested to make a comparison towards “high pressure sodium” (HPS) lamps, and see if light quality would reduce the occurrence and severity of tipburn. In addition, a “priming” of ´Frillice´lettuces during pre-cultivation was performed to see if this could help the lettuce acclimate better to environmental conditions shown to induce tipburn. This priming was performed with high light intensity (300 µmol/m2/s, HPS) and normal light intensity (150 µmol/m2/s, HPS) in combination with (100 µmol/m2/s blue LED light). Elevated temperatures and elevated RH did not induce tipburn. Neither was there found a compounding effect on tipburn, between elevated temperatures and elevated RH. There was found a clear effect of higher light intensity/light sum on the increase in severity of inner tipburn. The use of white LED was shown to increase outer tipburn severity. However, white LED in combination with far-red LED was found to reduce outer tipburn, compared to HPS. Priming with high light intensity and with blue LED spectrum was ineffective in reducing the occurrence and severity of tipburn. To identify the relationship between calcium and tipburn, nutrient analyses (Ca, K and Mg) was performed in 3 of the experiments. There was also performed an analysis to identify hydrogen peroxide (H2O2-), a reactive oxygen species (ROS). A relationship between ROS and tipburn was found and indicates a link between tipburn and oxidative stress. Lower calcium levels were found in young sink leaves with inner tipburn, than in young leaves without tipburn and confirm a role of Ca in tipburn occurrence.

Denne masteroppgaven er utført med det formål å tilføre en større forståelse for hvorfor bladrandskade i veksthusprodusert ´Frillicesalat´ (Lactuca Sativa L. ’Frillice’) oppstår, og å finne dyrkingsmetoder som kan redusere skadeomfanget. Bladrandskade er et stort problem i Norsk veksthusproduksjon av salat og gir næringen tap på opptil 20 %, eller nesten 20 millioner kroner hvert år. Det er derfor viktig å finne gode løsninger på problemet med bladrandskade. Bladranskade er en form for nekrose på kanten av salatbladene. Man tror skaden er knyttet til kalsiummangel i disse cellene- noe som fører til at de kollapser. Bladranskade oppstår når salaten opplever utilbørlig abiotisk stress, som for eks. lange dager, høy lyssum, høy lysstyrke (over 16-17 mol/m2/dag) og forhold som begrenser transpirasjonen (høy luftfuktighet og lav tilgjengelighet på vann). I denne oppgaven testes det flere miljøfaktorer gjennom totalt 5 forsøk i klimakontrollerte vekstkamre, for å identifisere klima som fremmer bladrandskade i ´Frillicesalat´; økt temperatur, økt relativ luftfuktighet (RF), forskjellige lysstyrker, lysperioder og lyssummer. Videre ble det utført forsøk med hvit LED (med og uten mørkerød LED) for å teste om lyskvalitet kan benyttes som metode for å redusere bladrandskade sammenlignet med SON-T. Det ble også utført en forbehandling («priming») av ´Frillicesalater´ under oppalet for å teste om plantene kan akklimatiseres til å tolerere stress under dyrkingen. Primingen ble utført med en lysstyrke på (300 µmol/m2/s, HPS) eller (150 µmol/m2/s, HPS) i kombinasjon med (100 µmol/m2/s blå LED). Økt temperatur og økt RF fremmet ikke bladrandskade. Det ble funnet en klar effekt av økt lysstyrke/økt lyssum som forårsaket større indre bladrandskade. Hvit LED ga mer ytre bladrandskade, mens hvit LED i kombinasjon med mørkerød LED ga redusert ytre bladrandskade. Primingen ga ingen reduksjon i bladrandskade- hverken med høy lysstyrke, eller med lav lysstyrke og blå LED. Det ble også utført analyser av kationer (Ca, K og Mg) for å identifisere om kalsium spiller en rolle i utviklingen av bladrandskade. I tillegg ble det utført analyse av hydrogenperoksid (H2O2-), et fritt radikal som forårsaker oksidativt stress. En sammenheng mellom ROS og bladrandskade ble funnet- noe som indikerer at bladrandskade er knyttet til oksidativt stress. Lavere kalsiumnivåer ble funnet i unge blader som var hardere rammet av bladrandskade, enn i unge blader som var mindre rammet. Dette bekrefter at kalsium spiller en rolle i utviklingen av bladrandskade.