Eco-physiological studies on False Horn plantain

West Africa suffers from climate uncertainty, high levels of variability, lack of access to real-time and future climate information, and poor predictive capacity are common barriers to adaptation though the region is identified as climate-change hotspot. The regions vulnerability is heightened by its overdependence on rain-fed agriculture, with its sensitivity to climate change and variability. Rain-fed agriculture contributes 30% of GDP and employs about 70% of the population, and it is the main safety net of the rural poor. Drought affects plantain production in West Africa resulting in high level of food insecurity among the vulnerable. Under rain-fed production, achievable yield of plantain landraces are 11.0t/ha while the potential yield is 20t/ha. Plantain breeding is limited due to the complex nature of the breeding process. Plantain plant itself is a giant herbaceous plant occupying 6m2 of land hence only 1667 could occupy a hectare of land. The production system is faced with a myriad of challenges from inadequate healthy planting materials at the time of plantain through the production system to post-harvest. Unlike bananas which are mainly produce by multinational companies under irrigation, plantain production is mainly by smallholder farmers under rain-fed agriculture. Whereas banana production under irrigation is efficient, plantain production under rainfed production is haphazard and unsustainable. Farm sizes range between 0.4 to 5ha. Major limiting factors of the rainfed system is drought resulting in low yields and economic loses. Our study seeks to understand the effects of drought on the physiological responses of plantain crop under rainfed production. Different experiments were conducted to study the responses of various cultivars to on-farm rapid production of healthy planting materials. The results revealed that drought seriously affects natural regeneration of plantain planting materials as such new approaches need to be used for sufficient production. As each plantain plant produces averagely 42 leaves before flowering and each leaf has at least one axillary bud, it presupposes that 42 suckers should be produced at harvest. However, at harvest only 12 healthy suckers are produced around each plantain plant. The approach is able to exploit the full potential of every sucker to generate healthy planting materials. This technique therefore could be used to set up commercial propagation system for plantain planting material production. The study revealed Apantu and hybrid plantain FHIA-21 to show same responses. Plantain farmers can easily produce in large quantities healthy plantain planting materials using sawdust and building their own humidity chambers near water source. The study also showed that there is the potential for farmers to use this technique for establishing commercial propagation centres to generate healthy planting materials. We also studied the physiological responses of Apantu crop to water regimes and natural mycorrhization of plantains. Also, study was conducted on the fruit maturity index and the effect of climate variability on fruit micronutrient content. The natural mycorrhization of plantain roots was the first to be reported on plantain in Ghana. During the study it was observed that plantain roots were naturally colonised by mycorrhizae. However, this phenomenon was cultivar specific; with Apantu roots more colonised compared to Apem. Sustainable intensification of plantain production could be achieved through the use of beneficial soil microbes in production. Conventional production systems, however, do not promote the survival of these microbes. The study further revealed that plantains respond to water stress by reduction in stomatal density, movement and reduction in leaf area. In addition, early stages of water stress had little effect on the final yield of the crop. The anatomical and physiological studies were challenges faced in laticiferous plant like the plantain. However, drought stress at advance stage of growth of plantain adversely affect yields. Our study also showed that fruit maturity index could vary with seasons. The various maturity indices used in plantain production could not be used under rain-fed conditions; especially angularity. The angularity index used was observed not to be appropriate in the dry season. The study also revealed high α-carotene levels with seasonality and maturity in plantain. The high levels of provitamin A in plantain fruits during the dry season coincided with high incidence of suns UV index. This finding could play a significant role in the plantain industry as a food security crop the vulnerable who could not afford the high provitamin A foods especially for children under five years. However, the retention and bioavailability of the carotenoid after cooking need to be studied. In conclusion all the chapters showed clear understanding of the behaviour of plantain under severe adverse environmental conditions and conclusions drawn to guide future production of the crop. Under climate change with its complexities, further studies on plantain is needed to improve productivity to achieve food security in West Africa.Westafrika leidet unter Klimaunsicherheit, hoher Veränderlichkeit, fehlendem Zugang zu Echtzeit- und zukünftigen Klimainformationen und mangelnder Vorhersagefähigkeit. Dies sind häufige Hindernisse für die Anpassung, obwohl die Region als Hotspot des Klimawandels identifiziert wurde. Die Anfälligkeit der Region wird durch ihre übermäßige Abhängigkeit von der Regenfeldbau-Landwirtschaft mit ihrer Empfindlichkeit gegenüber dem Klimawandel und ihrer Unbeständigkeit noch verstärkt. Regenfeldbau trägt 30% zum BIP bei und beschäftigt etwa 70% der Bevölkerung, und er ist das wichtigste Sicherheitsnetz der armen Landbevölkerung. Die Dürre beeinträchtigt die Kochbananenproduktion in Westafrika und führt zu einem hohen Maß an Ernährungsunsicherheit unter den verwundbaren Bevölkerungsgruppen. Bei Regenfeldbau liegt der erzielbare Ertrag von Kochbananen-Landrassen bei 11,0 t/ha, während der potenzielle Ertrag bei 20 t/ha liegt. Die Kochbananenzüchtung ist aufgrund der komplexen Natur des Züchtungsverfahrens begrenzt. Die Kochbananenpflanze selbst ist eine riesige krautartige Pflanze, die 6m2 Land einnimmt, so dass nur 1667 einen Hektar Land einnehmen könnten.Das Produktionssystem ist mit unzähligen Herausforderungen konfrontiert, von unzureichendem, gesundem Pflanzmaterial zum Zeitpunkt der Pflanzung über das Produktionssystem bis hin zur Nachernte. Im Gegensatz zu Bananen, die hauptsächlich von multinationalen Konzernen unter Bewässerung produziert werden, wird die Bananenproduktion hauptsächlich von Kleinbauern im Regenfeldbau betrieben. Während die Bananenproduktion unter Bewässerung effizient ist, ist die Kochbananenproduktion unter Regenfeldbau ungezielt und nicht nachhaltig. Die Betriebsgrößen liegen zwischen 0,4 und 5 ha. Ein wichtiger limitierender Faktor des Regenfeldsystems ist die Trockenheit, die zu niedrigen Erträgen und wirtschaftlichen Verlusten führt. Unsere Studie versucht, die Auswirkungen von Dürre auf die physiologischen Reaktionen der Kochbananenproduktion im Regenfeldbau zu verstehen. Es wurden verschiedene Experimente durchgeführt, um die Reaktionen verschiedener Sorten auf die schnelle Produktion von gesundem Pflanzmaterial im Betrieb zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass Dürre die natürliche Regeneration von Kochbananenpflanzmaterial ernsthaft beeinträchtigt. Solche neuen Ansätze sollen für eine ausreichende Produktion genutzt werden. Da jede Kochbananenpflanze vor der Blüte durchschnittlich 42 Blätter produziert und jedes Blatt mindestens eine axillare Knospe hat, setzt dies voraus, dass bei der Ernte 42 Ableger produziert werden sollten. Bei der Ernte werden jedoch nur 12 gesunde Ableger um jede Kochbananenpflanze herum produziert. Dieser Ansatz ist in der Lage, das volle Potenzial jedes einzelnen Ablegers auszuschöpfen, um gesundes Pflanzmaterial zu erzeugen. Diese Technik könnte daher zur Einrichtung eines kommerziellen Vermehrungssystems für die Kochbananenpflanzmaterialproduktion genutzt werden. Die Studie ergab, dass Apantu und die Hybridsorte FHIA-21 dieselben Reaktionen zeigen. Kochbananen-Bauern können problemlos gesundes Kochbananen-Pflanzmaterial in großen Mengen produzieren, indem sie Sägemehl verwenden und ihre eigenen Feuchtigkeitskammern in der Nähe von Wasserquellen bauen. Die Studie zeigte auch, dass es ein Potenzial für Landwirte gibt, diese Technik für den Aufbau kommerzieller Vermehrungszentren zu nutzen, um gesundes Pflanzmaterial zu erzeugen. Wir untersuchten auch die physiologischen Reaktionen der Apantu-Pflanze auf Wasserregime und die natürliche Mykorrhizierung von Kochbananen Ausserdem wurden der Fruchtreife-Index und die Auswirkung der Klimavariabilität auf den Mikronährstoffgehalt von Früchten untersucht. Die natürliche Mykorrhizierung von Kochbananenwurzeln war die erste, über die über Kochbananen in die Ghana berichtet wurde. Während der Studie wurde beobachtet, dass Kochbananenwurzeln auf natürliche Weise von Mykorrhizapilzen besiedelt werden. Dieses Phänomen war jedoch kulturspezifisch, wobei Apantu-Wurzeln im Vergleich zu Apem stärker kolonisiert waren. Eine nachhaltige Intensivierung der Kochbananenproduktion könnte durch den Einsatz von nützlichen Bodenmikroben in der Produktion erreicht werden. Herkömmliche Produktionssysteme fördern jedoch nicht das Überleben dieser Mikroben. Die Studie ergab ferner, dass Kochbananen auf Wasserstress durch Verringerung der Stomataldichte, Bewegung und Verringerung der Blattfläche reagieren. Darüber hinaus hatten frühe Stadien von Wasserstress wenig Einfluss auf den Endertrag der Pflanze. Die anatomischen und physiologischen Studien stellten Herausforderungen dar, denen sich latiziferische Pflanzen wie der Kochbanane stellen mussten. Dürrestress im frühen Wachstumsstadium des Wegerichs beeinträchtigte jedoch die Erträge. Unsere Studie zeigte auch, dass der Fruchtreife-Index mit den Jahreszeiten variieren kann. Die verschiedenen Reifeindizes, die bei der Kochbananenproduktion verwendet werden, konnten unter regenreichen Bedingungen nicht verwendet werden; insbesondere die Winkligkeit. Es wurde festgestellt, dass der verwendete Winkligkeitsindex in der Trockenzeit nicht geeignet ist. Die Studie zeigte auch hohe α -Carotin-Gehalte mit Saisonalität und Reife bei Kochbananen. Die hohen Provitamin-A-Gehalte in Kochbananenfrüchten während der Trockenzeit fielen mit dem hohen Auftreten des UV-Index der Sonne zusammen. Dieser Fund könnte eine bedeutende Rolle in der Kochbananenindustrie als Nahrungsmittelsicherheitskultur für bedürftige Menschen spielen, die sich die Nahrungsmittel mit hohem Provitamin-A-Gehalt nicht leisten konnten, insbesondere für Kinder unter fünf Jahren. Allerdings muss die Rückhaltung und Bioverfügbarkeit des Carotinoids nach dem Kochen untersucht werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle Kapitel ein klares Verständnis des Verhaltens von Kochbananen unter ernsthaft widrigen Umweltbedingungen und Schlussfolgerungen für die zukünftige Produktion der Kulturpflanze aufzeigten. Angesichts des Klimawandels und seiner Komplexität sind weitere Studien über Kochbananen erforderlich, um die Produktivität zu verbessern und die Ernährungssicherheit in Westafrika zu erreichen