Study of interactions between factors determining abiotic stress tolerance, productivity, and quality parameters of alfalfa genotypes

Abstract

Absztrakt Kulcsszavak: Medicago sativa L., Medicago x varia Martyn, genotípus x környezet, biostimulánsok, növényfiziológiai paraméterek, biomassza termés, minőség Az aszálystressz a lucerna (Medicago sativa L. és Medicago x varia Martyn) termőképességét, állományperzisztenciáját és takarmányminőségét jelentősen korlátozó abiotikus stresszfaktor. A kutatás célja a genetikai tényezők és a biostimulátor-kezelések együttes hatásának vizsgálata, valamint az aszályos körülmények között is megfelelő teljesítményt biztosító genotípus–biostimulátor kombinációk azonosítása volt. A szántóföldi kísérletet a Debreceni Egyetem Agrár Kutatóintézetek és Tangazdaság Bemutatókertjében, termékeny csernozjom talajon, 2023–2025 között végeztük. A vizsgálatban két lucernagenotípust [Magor (Medicago x varia Martyn) és Hunor-40 (Medicago sativa L.)] és négy kezelést [kontroll (T0), Si-tartalmú MTU® Pidolic acid (T1), Tricho Immun + Ino Green (T2), valamint Tricho Immun (T3)] alkalmaztunk. Az aszály mértékét a Pálfai-féle Aszályindex alapján értékeltük. Vizsgáltuk a növénymagasságot, az NDVI-t, a nettó fotoszintetikus rátát, a szárazanyaghozamot, a takarmányminőséget és a fehérjehozamot. A genotípus x biostimulátor kölcsönhatás szignifikánsan (P<0,05) befolyásolta a vizsgált fiziológiai, növekedési, hozam- és minőségi paramétereket. A Magor genotípus nettó fotoszintetikus rátája T2-kezelés mellett enyhe aszály esetén 71%-kal, T1-kezelés mellett mérsékelt és közepes aszály esetén 86, illetve 21%-kal növekedett. A Magor + T2 kombináció valamennyi vizsgált évben, enyhe, mérsékelt és közepes aszály esetén is kiemelkedő szárazanyaghozamot produkált. A biostimulátor-kezelések a növénymagasságot 12–29%-kal, az NDVI-t 4–11%-kal, a fehérjehozamot pedig 9,5–42%-kal növelték. A genotípushatás eredményeként a növénymagasság 9–13%-kal, az NDVI 3–14%-kal, míg a fehérjehozam 12–26%-kal változott az aszálystressz függvényében. Eredményeink alapján a megfelelő genotípus és biostimuláns kezelés kombinációja hatékonyan mérsékelheti az aszálystressz kedvezőtlen hatásait, és javíthatja a lucerna biomassza-termőképességét, takarmányminőségét és fehérjehozamát. A Magor genotípus és a Tricho Immun + Ino Green kombináció különösen kedvező teljesítményt mutatott, ezért alkalmazása ígéretes lehet a klímaváltozáshoz alkalmazkodó lucernatermesztési rendszerekben. A gyakorlati alkalmazhatóság pontosításához további vizsgálatok szükségesek a kijuttatási idő, a dózis és a genotípusdiverzitás optimalizálására. Abstract Keywords: Medicago sativa L., Medicago x varia Martyn, genotype x environment, biostimulants, physiological parameters, biomass yield, quality Drought stress represents the most severe abiotic constraint on alfalfa (Medicago sativa L. and Medicago x varia Martyn) productivity, persistence, and forage quality, directly threatening food security and livelihoods amid intensifying climate-driven water scarcity. Enhancing drought resilience in alfalfa is thus a paramount agricultural imperative. This study elucidates the synergistic interactions between genetic factors (genotypes) and management interventions (biostimulants) on drought tolerance, productivity, and quality traits effects underexplored in alfalfa systems despite individual studies on each. The research therefore aims to identify cultivar-biostimulant combinations that can sustain performance under water‑limited conditions. The field experiment was conducted on fertile chernozem soil at the University of Debrecen's experimental garden, Hungary, across the 2023 – 2025 cropping seasons. The study involved two factors: (1). Two different alfalfa genotypes, namely Magor variegated alfalfa (Medicago x varia Martyn) and Hunor-40 alfalfa (Medicago sativa L). and (2) four biostimulant levels: control (T0), biostimulant containing Si, MTU® Pidolic acid (T1), Tricho Immun + Ino Green (T2) and Tricho Immun (T3). Drought severity was quantified via the Pálfai Drought Index, classifying 2023 as mild, 2024 as moderate, and 2025 as a medium drought. Key metrics included plant height, NDVI, net photosynthetic rate, dry matter yield, forage quality, and protein yield were measured. Our results showed that genotype x biostimulant interactions significantly (P < 0.05), enhanced net photosynthesis rate and DMY, growth (height), NDVI, and quality traits across seasons. Under mild drought, net photosynthetic rates in Magor increased by 71% by T2, 86% with T1 under moderate drought, and 21% with T1 under medium drought. Critically, Magor + T2 (Tricho Immun + Ino Green) consistently maximized DMY at 37,592 kg ha⁻¹ under mild, 46,711 kg ha⁻¹ under moderate, and 43,301 kg ha⁻¹ under medium drought, outyielding Hunor across cropping seasons under drought severities. Although T1-T3 DMYs were statistically comparable except against the control, these gains underscore Magor + T2's superiority. Main effects further bolstered this: biostimulants boosted height between 12 – 29%, NDVI from 4 - 11%, and protein yield from 9.5 - 42%, whereas genotypes enhanced height from 9 - 13%, NDVI from 3 - 14%, and protein yield from 12–26% under drought stress conditions. These results compellingly demonstrate that integrating targeted biostimulants with drought-resilient genotypes like Magor substantially elevates biomass productivity, forage quality, and protein yield under varying water deficits validating biostimulants as potent resilience tools and genotype selection as essential for climate-adaptive management. While improvements in physiological and yield traits are evident, future research should optimize application timing, irrigation regimes, and genotype diversity across agroecosystems to maximize scalability.