Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin Hordeum vulgare L. při vodním stresu

ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Katedra botaniky a fyziologie rostlin

Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin Hordeum vulgare L. při vodním stresu Disertační práce

Autor: Školitel:

Ing. Simona Dušková doc. Ing. Václav Hejnák, Ph.D.

Praha 2009

Prohlášení Prohlašuji, že jsem disertační práci na téma „Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin Hordeum vulgare L. při vodním stresu“ vypracovala samostatně a použila jsem pouze pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury.

V Praze dne 31. srpna 2009

Simona Dušková

Poděkování Děkuji především svému školiteli doc. Ing. Václavu Hejnákovi, Ph.D. za značnou podporu při psaní této disertační práce, za odborné konzultace a cenné rady při řešení dané problematiky v průběhu mého doktorského studia na katedře botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze. Za cenné rady v době mého doktorského studia a při tvorbě mé práce bych také ráda poděkovala členům této katedry. Zvláštní poděkování patří Ing. Janě České, CSc. za řadu odborných botanických rad a konzultací. Mé veliké poděkování patří prof. Dr. José Luisi Arausovi z katedry rostlinné biologie, pracoviště fyziologie rostlin na Barcelonské univerzitě ve Španělsku, jenž mi umožnil v rámci mé zahraniční stáže pracovat ve vynikajícím vědeckém prostředí, nabýt tak velmi cenné vědecké zkušenosti a získat řadu výsledků, jejichž větší část prezentuji v předkládané práci. Mé poděkování patří Dr. Jaume Flexasovi z katedry biologie, pracoviště fyziologie rostlin na Univerzitě Baleárských ostrovů, Palma de Mallorca za bohaté zkušenosti nabyté v rámci kurzu pro doktorské studium, který probíhal v Barceloně, a za cenné odborné konzultace jak na akademické půdě Barcelonské univerzity, tak na půdě Univerzity Baleárských ostrovů. Kdyby nebylo mého kamaráda a kolegy ze studií na fakultě, Zbyňka Milce, nikdy bych nenavázala kontakty s Dr. Matthew Reynoldsem z institutu CIMMYT v Mexiku s Barcelonskou univerzitou. Mé díky za všechnu pomoc v průběhu práce na experimentu v Barceloně, a to nejen tu vědeckou, patří kolegům a kamarádům z doktorského studia, zvláště Martě da Silvo Sabino Lopes, Gemmě Molero Milan, Llorençovi Cabrera, Ikeru Aranjuelo a v neposlední řadě Perle Chávez. Mé srdečné díky patří doc. Ivanu Nagyovi, CSc. za mnohahodinové konzultace nad statistickým zpracováním výsledků. Za finanční příspěvek v rámci stipendia na zahraniční stáž v Barceloně bych ráda poděkovala Hlávkově nadaci „Nadání Josefa, Marie a Zdeňky Hlávkových“. Za finanční příspěvek, který jsem obdržela v rámci „Programu podpory mezinárodní mobility studentů“ na výše zmíněnou stáž, bych také velice ráda poděkovala oddělení mezinárodních vztahů FAPPZ ČZU v Praze, jmenovitě proděkanu pro mezinárodní vztahy a informační technologie, prof. Ing. Svatopluku Matulovi, CSc. Hlávkova nadace a oddělení mezinárodních vztahů mi přiděleným stipendiem umožnily pokrýt větší část nákladů na tuto stáž. Speciální poděkování za pomoc s vyřízením administrativních záležitostí patří Mgr. Marii Kafkové z oddělení mezinárodních vztahů a Ing. Janě Križkové, které patří mé díky i za pomoc při řešení řady záležitostí v průběhu doktorského studia, z katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze. Značná část mé práce byla podporována z prostředků Výzkumného záměru MŠMT– MSM 6046070901 „Setrvalé zemědělství, kvalita zemědělské produkce, krajinné a přírodní zdroje“, z prostředků grantu FRVŠ č. 2858/2006/G4 „Podpora tvůrčí práce studentů při výuce fyziologie rostlin v bakalářských studijních programech“ a v neposlední řadě z prostředků projektu „Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin rodu Hordeum při vodním stresu“ podporovaného Grantovou agenturou FAPPZ ČZU v Praze pod číslem 21110/1312/213102. Můj muž, Jan Přikryl, a má rodina pro mne byli tou největší podporou. Nebýt této podpory, tato práce by nevznikla. Děkuji za všechnu pomoc, péči, lásku a porozumění.

Obsah

Seznam obrázků

iii

Seznam tabulek

v

Seznam vybraných zkratek a symbolů

viii

1 ÚVOD

1

2 STAV PROBLEMATIKY 2.1 Historie výzkumu fotosyntetických limitací . . . . . . . . . . . 2.2 Fotosyntéza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Fotosynteticky aktivní radiace . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Fotosynteticky aktivní pigmenty a absorpce záření . . . 2.2.3 Světelné reakce fotosyntézy a její biochemie . . . . . . 2.2.4 Průduchy vs. parametry výměny plynů . . . . . . . . . 2.2.5 Efektivita využití vody . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.6 Gazometrické metody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Stres a jeho charakteristika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Vodní deficit (sucho) indukující vodní stres . . . . . . . 2.3.2 Kritéria hodnocení míry vodního stresu . . . . . . . . . 2.3.3 Adaptační mechanismy rostlin při stresu a výhledy . . 2.4 Limitující faktory fotosyntézy . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Vliv vodního stresu na fotosyntézu . . . . . . . . . . . 2.4.2 Vliv vodního stresu na fotosyntézu rostlin ječmenů . . 2.4.3 Vliv energie světelného záření na rostlinu a fotosyntézu 2.4.4 Vliv koncentrace CO2 na rostlinu a fotosyntézu . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

3 CÍLE PRÁCE 4 MATERIÁL A METODY 4.1 Rostlinný materiál . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Jersey . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Malz . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3 Valtický . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Metody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Stanovení vodního stavu v rostlinách 4.2.2 Gazometrická měření . . . . . . . . . 4.2.3 Stanovení hmotnosti sušiny . . . . . 4.2.4 Metodika vyhodnocení výsledků . . .

3 3 5 6 6 7 9 10 12 13 15 16 17 20 21 23 24 25 29

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

. . . . . . . . .

31 31 31 31 32 32 34 35 36 36 i

Obsah 4.2.4.1

Použité programové vybavení . . . . . . . . . . . . . .

5 VÝSLEDKY 5.1 Vodní stav v rostlinách (RWC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Gazometrická měření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Rychlost fotosyntézy PN . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Stomatální vodivost gs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Rychlost transpirace E . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.4 Závislosti vybraných parametrů výměny plynů . . . . . 5.2.5 Okamžitá efektivita využití vody (WUE) . . . . . . . . 5.2.6 Vnitřní efektivita využití vody (WUEi ) . . . . . . . . . 5.2.7 Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření 5.2.8 Závislost parametrů výměny plynů na koncentraci CO2 5.3 Hmotnost sušiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 DISKUSE 6.1 Vodní stav v rostlinách (RWC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Gazometrická měření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Parametry výměny plynů a efektivita využití vody . . . 6.2.2 Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření 6.2.3 Závislost parametrů výměny plynů na koncentraci CO2 6.3 Hmotnost sušiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 ZÁVĚRY 7.1 Vodní stav v rostlinách (RWC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Gazometrická měření . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Efektivita využití vody (WUE, WUEi ) . . . . . . . . . 7.2.2 Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření 7.2.3 Závislost parametrů výměny plynů na koncentraci CO2 7.3 Hmotnost sušiny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 Shrnutí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

. . . . . . . . . . .

39 39 43 43 46 49 52 60 63 66 70 74

. . . . . .

76 76 77 77 79 81 82

. . . . . . .

83 83 84 85 85 86 86 86

8 DOPORUČENÍ PRO DALŠÍ ROZVOJ VĚDNÍHO OBORU

87

Seznam literatury

89

SAMOSTATNÉ PŘÍLOHY A KLIMATICKÉ CHARAKTERISTIKY

104

B EFEKTIVITA VYUŽITÍ VODY

107

ii

Seznam obrázků 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14

Absorpční spektrum chlorofylů a a b v etherovém extraktu (převzato z Hall a Rao, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Přehled energetických ztrát při fotosyntéze v listu, jehož teplota je 25 °C (převzato z Hall a Rao, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Efekt environmentálních stresových faktorů na produktivitu rostlin. Obrázek a) znázorňuje dočasný stres (temporary stress), b) permanentní stres (permanent stress) (převzato z Larchera, 2003). . . . . . . . . . . Dynamický model znázorňující jednotlivé fáze stresu a odpověď organismu na působící stresové faktory (převzato z Larchera, 2003). . . . . Koncepční model tolerance k suchu na příkladu ideálního genotypu pšenice (Triticum aestivum L.) (převzato z Jackson, 2001). . . . . . . . . . Ideální světelná křivka závislosti PN na intenzitě ozáření PARi (převzato z Long et al., 1996; Long a Hällgren, 1993 a upraveno autorkou). . . . . Průběh ideální PN − Ci křivky (převzato z Long a Bernacchi, 2003) . . Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Jersey. . . . . Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Malz. . . . . . Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Valtický. . . . Závislost PN na g s u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . Závislost E na gs u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . Závislost PN na Ci u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . Závislost PN na g s u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost E na gs u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost PN na g s u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost E na gs u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost PN na g s u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost E na gs u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost PN na Ci u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Závislost PN na Ci u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 9 13 14 19 25 26 41 41 42 52 53 53 54 55 56 56 57 58 58 59

iii

Seznam obrázků 5.15 Závislost PN na Ci u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.16 Závislost PN na intenzitě ozáření (PARi ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.17 Závislost gs na intenzitě ozáření (PARi ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.18 Závislost PN na intenzitě ozáření (PARi ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.19 Závislost gs na intenzitě ozáření (PARi ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.20 Závislost Ci na intenzitě ozáření (PARi ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.21 Závislost Ci na intenzitě ozáření (PARi ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.22 Závislost PN na intercelulární koncentraci CO2 (Ci ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.23 Závislost gs na intercelulární koncentraci CO2 (Ci ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.24 Závislost Ci na koncentraci CO2 v prostředí (Ca ) u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.25 Závislost Ci na koncentraci CO2 v prostředí (Ca ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . 5.26 Závislost PN na intercelulární koncentraci CO2 (Ci ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . 5.27 Závislost gs na intercelulární koncentraci CO2 (Ci ) pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . .

59 66 67 68 68 69 69 70 70 72 72 73 73

A.1 Průběh průměrných teplot a průměrné relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku v roce 2006. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 A.2 Průběh průměrných teplot a průměrné relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku v roce 2007. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 B.1 Efektivita využití vody WUE kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2006 v jednotlivých ontogenetických fázích. . . . . . B.2 Efektivita využití vody WUE kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2007 v jednotlivých ontogenetických fázích. . . . . . B.3 Efektivita využití vody WUEi kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2006 v jednotlivých ontogenetických fázích. . . . . . B.4 Efektivita využití vody WUEi kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2007 v jednotlivých ontogenetických fázích. . . . . .

107 108 108 109

iv

Seznam tabulek 2.1 2.2

Úrovně energie viditelného světla v závislosti na vlnové délce slunečního záření (převzato z Hall a Rao, 1999). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hodnoty vodního potenciálu listů u běžných mezofytních druhů rostlin (převzato z Gloser a Prášil, 1998). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Relativní obsah vody (RWC) [%] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Relativní obsah vody (RWC) [%] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Porovnání RWC mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 RWC u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . 5.5 Rychlost fotosyntézy (PN ) [µmol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Rychlost fotosyntézy (PN ) [µmol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Porovnání PN mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 PN u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . 5.9 Stomatální vodivost (g s ) [mol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.10 Stomatální vodivost (g s ) [mol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 Porovnání gs mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 17

5.1

39 40 42 43 44 44 45 46 46 47 48 v

Seznam tabulek 5.12 gs u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . . 5.13 Rychlost transpirace (E) [mmol H2 O m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.14 Rychlost transpirace (E) [mmol H2 O m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.15 Porovnání E mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.16 E u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . . 5.17 Okamžitá efektivita využití vody (WUE) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.18 Porovnání WUE mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . 5.19 Okamžitá efektivita využití vody (WUE) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.20 WUE u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . 5.21 Vnitřní efektivita využití vody (WUEi ) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.22 Porovnání WUEi mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . 5.23 Vnitřní efektivita využití vody (WUEi ) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.24 WUEi u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota). . 5.25 Hmotnost sušiny nadzemní části rostlinných orgánů u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.26 Hmotnost sušiny nadzemní části rostlinných orgánů u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48 49 50 51 51 61 61 62 63 63 64 65 66 74 75

vi

Seznam tabulek 5.27 Porovnání jednotlivých rostlinných orgánů nadzemní části mezi kontrolní a stresovanou variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

vii

Seznam vybraných zkratek a symbolů

Parametry výměny plynů, gazometrické veličiny, charakteristiky PN rychlost čisté fotosyntézy [µmol CO2 m−2 s−1 ] E rychlost transpirace [mmol H2 O m−2 s−1 ] gs stomatální vodivost [mol CO2 m−2 s−1 ] Ca koncentrace CO2 v prostředí [µmol CO2 mol−1 ] Ci intracelulární koncentrace CO2 [µmol CO2 mol−1 ] PARi ozářenost[µmol ν m−2 s−1 ] Zkratky ABA ATP C3 C4 CAM FAR NADPH PSI PSII RuBP Rubisco RWC TPU VIS WUE WUEi

a symboly kyselina abscisová adenosintrifosfát rostliny s C3 typem fotosyntézy rostliny s C4 typem fotosyntézy rostliny s CAM typem fotosyntézy fotosynteticky aktivní radiace redukovaný nikotinamidadenindinukleotidfosfát fotosystém 1 fotosystém 2 ribulosa-1,5-bisfosfát ribulosa-1,6-bisfosfátkarboxylasa/oxygenasa relativní obsah vody dostupnost/využití triosafosfátů viditelné světlo záření okamžitá efektivita využití vody vnitřní efektivita využití vody

Označení pokusného dne d0 den 0 – 5 pravých listů (15.DC); fáze předstresová d6 6. den – počátek odnožování (21.DC); fáze předstresová s4 4. den po navození stresu – počátek sloupkování (31.DC); fáze stresu s10 10. den po navození stresu – sloupkování (33.DC); fáze stresu s15 15. den po navození stresu – plné sloupkování (39.DC); fáze stresu s30 30. den po navození stresu – kvetení a konec metání(59–61.DC); fáze stresu r3 3. den po rehydrataci – začátek naduřování pochvy horního listu (43.DC); fáze postresová r11 11. den po rehydrataci – počátek metání (51.DC); fáze postresová r20 20. den po rehydrataci – kvetení a konec metání (59–61.DC); fáze postresová viii

Seznam vybraných zkratek a symbolů Fyzikální konstanty a veličiny hν energie fotonu (součin Planckovy konstanty a frekvence fotonu) λ vlnová délka [nm] Statistické charakteristiky r2 koeficient determinance mse střední kvadratická chyba SOV směrodatná odchylka výběru

ix

1

ÚVOD Na Zemi má 35 % pevniny aridní nebo semiaridní podmínky a srážky jsou v těchto oblastech pro zemědělství zcela nedostačující. Ani v regionech s dobrou zásobeností vodou nejsou však delší periody sucha vyloučeny v důsledku nerovnoměrnosti a nepravidelnosti srážek, a proto se ve všech zemědělských regionech dá počítat jak s krátkodobým, tak s dlouhodobým výskytem nedostatku vody, tedy sucha. Zemědělské regiony postižené suchem mívají obvykle ztráty výnosu až do 50 %, ale i více. Vývoj takových rostlin, které jsou více tolerantní k vodnímu deficitu a tudíž mají schopnost udržet si svůj potenciál produktivity, bude zásadním požadavkem pro zvýšení produktivity zemědělských plodin ve 21. století. Porozumění tomu, jak rostlinné buňky dokáží tolerovat ztrátu vody, je rozhodujícím předpokladem pro rozvoj strategií, které mohou ovlivnit zemědělskou, ale i zahradnickou produktivitu a přežití rostlin v podmínkách snížené dostupnosti vody (Jenks a Hasegawa, 2005). V dnešní době, jak uvádí Jackson (2001), kdy se sucho a vysoká teplota v důsledku klimatických změn stávají stále větší hrozbou i v oblastech, kde se donedávna jejich negativní dopady objevovaly jen sporadicky, je studium adaptačních mechanismů vedoucích k dosažení zvýšené tolerance k suchu při zachování vysokého výnosu stále prioritou výzkumu. Nicméně i v jednadvacátém století jde stále o záležitost velmi složitou, ale jako jedna z možností se ukazuje cesta využití vhodných fyziologických znaků a vlastností pro šlechtění rostlin pod vlivem abiotických stresů. Produkční proces je v přirozeném prostředí periodicky anebo systematicky ovlivněn jedním, často však řadou limitujících faktorů prostředí, které v rostlinách způsobují stres (Piterková a Tománková, 2005; Brestič a Olšovská, 2001). Tyto stresory mohou nejen zpomalovat životní funkce rostlin, ale také poškozovat jednotlivé orgány a v krajním případě vést až k jejímu uhynutí. Častěji působí jen na část rostliny, kde dochází k tzv. lokální stresové reakci. Ta pak může sekundárně působit i na ostatní orgány (Piterková a Tománková, 2005). Mezi nejčastější limitující faktory prostředí patří nedostatek vody způsobující v rostlině vodní stres (Pospíšilová et al., 2000; Brestič a Olšovská, 2001; Švihra, 1984; Boyer, 1982) . Kulturní rostliny jsou v určitých obdobích růstu citlivé na zásobení vodou a právě tato období rozhodujícím způsobem ovlivňují jejich výslednou produkci. Reakce 1

1. ÚVOD rostlin na vodní stres je dána geneticky podmíněnou citlivostí jednotlivých genotypů k vodnímu stresu (tzv. adaptační schopností) a dále intenzitou a délkou stresových faktorů, které na rostliny působí. Rostliny reagují na sucho (vodní deficit) zapojením řady obranných mechanismů (Yordanov et al., 2000). Jedná se o inhibici růstu, akumulaci řady látek (např. ABA, prolín, manitol, sorbitol), formování komponent zachytávajících reaktivní formy kyslíku, uzavírání průduchů a s tím související snížení rychlosti transpirace, pokles vodního potenciálu v pletivech, pokles rychlosti fotosyntézy a syntézu nových proteinů. Již při nízkých poklesech potenciálu dochází ke zpomalení dlouživého růstu, a to při stále probíhající fotosyntéze, který se při dalším mírném poklesu turgoru může zcela zastavit (Yordanov et al., 2000; Gloser a Prášil, 1998; Hsiao, 1973). Jak uvádějí Pospíšilová et al. (2000), dokonce i nízký pokles vodního potenciálu může vést k vážným fyziologickým poruchám syntetických procesů, struktury proteinů a aktivity enzymů. Christmann et al. (2005); Hopkins a Hüner (2004); Lawlor (2002); Cornic a Massacci (1996); Chaves (1991) uvádějí, že nejčastější reakcí na působení sucha je uzavírání průduchů následkem kumulace ABA v listech, hovoříme o tzv. stomatální limitaci. Následně pak dochází ke snížení dostupnosti CO2 pro fotosyntézu, což vede k poklesu fotosyntetické kapacity listů, ale rostlina se tím tak brání nadměrným ztrátám vody. Především jde však o schopnost zvýšení efektivity využití vody (WUE) pro fotosyntézu zvláště v prvních fázích dehydratace (Schulze a Hall, 1982), a proto se využívá jako hodnotící kritérium suchovzdornosti genotypů (Condon et al., 2004; Ni a Pallardy, 1991). Snížení fotosyntézy je způsobeno i limitacemi nestomatálními (Escalona et al., 1999), kdy se jedná o snížení aktivity enzymu Rubisco (Parry et al., 2002; Tezara et al., 2002; Castrillo et al., 2001; Fredeen et al., 1995; Socias et al., 1993; Sage et al., 1989) a snížení kapacity pro regeneraci RuBP (Thimmanaik et al., 2002; Tezara et al., 1999), což jsou zásadní limitační faktory fotosyntézy pod vlivem vodního stresu. Zkoumanou plodinou v této práci jsou tři odrůdy jarního ječmene (Hordeum vulgare L.) - odrůda Jersey, Malz a Valtický. Sladovnický ječmen je v Čechách a na Moravě obilninou s velkou pěstitelskou a šlechtitelskou tradicí. Jeho pěstování je spojeno s výrobou vysoce jakostních sladů a piva světově uznávané kvality. Langer (2004) uvádí, že základem úspěchu českého sladovnického ječmene byly především místní starohanácké a staročeské populace ječmene, které se vyvinuly během staletí pěstování v neobyčejně příznivých podmínkách. Na jejich základě byly potom postupně vyšlechtěny velmi kvalitní odrůdy nejen v Čechách a na Moravě, ale i v mnoha jiných zemích. Domácí odrůdy byly přizpůsobeny místním podmínkám a dávaly dobré výnosy vysoce ceněné suroviny pro sladovny, a proto vždy tvořily podstatnou část sortimentu pěstovaných odrůd. Cílem práce je s využitím gazometrické metody objasnit některé fyziologické změny vyvolané na úrovni listů působením vodního stresu. U vybraných odrůd jarních ječmenů je cílem posoudit odrůdové rozdíly v reakci a citlivosti na vodní stres v průběhu jejich ontogeneze za konstantní a zvýšené koncentrace CO2 v prostředí a v podmínkách zvýšené intenzity ozáření a pomocí uvedené metody případně posoudit souvislosti mezi změnami parametrů výměny plynů. Výsledky této práce budou přínosem v metodologii detekce vodního stresu a hodnocení vlivu stresových faktorů v rámci modelování produkčního procesu jednotlivých odrůd s využitím gazometrické metody. Tyto výsledky mohou s využitím uvedené metody přispět k detailnějšímu fyziologickému popisu odrůd jarních ječmenů v reakci na vodní stres, a tak mohou být využitelné ve šlechtitelském procesu při šlechtění rostlin na suchovzdornost.

2

2

STAV PROBLEMATIKY 2.1

Historie výzkumu fotosyntetických limitací

Jedny z prvních aparatur na měření rychlosti fotosyntézy byly konstruovány na konci dvacátých a ve třicátých letech minulého století při zkoumání limitujících faktorů fotosyntézy. Jako příklad může sloužit aparatura používaná Smithem (1937), s jejíž pomocí zkoumal závislost rychlosti fotosyntézy na ozáření a koncentraci CO2 u vodních rostlin rodu Cabomba. Britský fyziolog Blackman (1905) předpokládal, že fotosyntéza je ze všech působících vnějších faktorů prostředí limitována výhradně jediným faktorem, a to např., je-li fotosyntéza limitována CO2 , není již limitována světlem. Blackman tedy objasnil reakci asimilace CO2 na podmínky vnějšího prostředí, neboť ta je limitována buď dostupností CO2 , a potom je nezávislá na intenzitě světla, nebo je limitována světlem, a potom nereaguje na CO2 limitaci. Hill a Whittingham (1955) předpokládali existenci jak limitace biochemické, tak limitace na úrovni difúze CO2 . Postupně však bylo prokázáno (Castrillo et al., 2001; Parry et al., 2002; Tezara et al., 2002, 1999; Thimmanaik et al., 2002), že terestrické C3 rostliny nejsou limitovány difúzí na takové úrovni, jak Hill a Whittingham předpokládali. Lilley a Walker (1975) se však přiklonili ke správnosti Blackmanovy teorie a vycházeli z toho, že fotosyntéza je primárně limitována dostupností CO2 a intenzitou světla a že v extrémních případech jeden z limitujících faktorů je uvažován jako zásadní a primárně limitující. V řadě studií (Parkinson a Penman, 1970; Jarman, 1974; Caemmerer a Farquhar, 1981; Leuning, 1983) pak byla difúze plynů popsána jako komplexní proces zahrnující výstup a interakce mezi vodní párou, CO2 a okolním vzduchem. Farquhar et al. (1980) ve své práci ukázali, že i při světelné limitaci fotosyntézy by stále měla existovat reakce na změny CO2 . Tuto reakci považují za důsledek kompetice o vazebné místo mezi CO2 a O2 a za příznivých podmínek světelné limitace ji lze pozorovat v rozmezí koncentrací 50 − 500 µmol CO2 mol−1 . Limitace, jež mohou omezit rychlost fotosyntézy, rozdělil Sharkey (1985) do tří základních tříd: (1) příjem nebo využítí CO2 , (2) příjem nebo využití světelné energie a (3) přísun nebo využití fosfátů. Nejpřístupnější způsob studia první třídy limitací spočívá ve zjištění toho, 3

2. STAV PROBLEMATIKY

2.1 Historie výzkumu fotosyntetických limitací

jak se mění rychlost asimilace CO2 v závislosti na parciálním tlaku CO2 uvnitř listu. Druhá třída fotosyntetických limitací je pozorovatelná na kvantovém výtěžku fotosyntézy. Třetí limitace je nejsnadněji detekovatelná jako ztráta citlivosti fotosyntézy na dostupné O2 . Poslední, třetí, limitaci lze dle Sharkeyho experimentů vysvětlit tak, že snížení parciálního tlaku O2 pod normál mělo stimulovat asimilaci CO2 nejméně o 10 %. Tato stimulace však nebyla pozorována a fotosyntéza byla v tento okamžik limitována využitím triosafosfátů. Dopady vodního stresu na inhibici fotosyntézy, tak jak byly postupně objevovány, v důsledku uzavírání průduchů popisuje Berkowitz (2000). Autor uvádí, že fotosyntetická inhibice je jedním z primárních a nejvíce zřejmých důsledků efektu vodního stresu na rostlinný metabolismus. Popisuje, že pozorování vedla před mnoha desetiletími k závěru, že uzavírání průduchů, které limituje výměnu plynů (např. výpar vody z rostliny a příjem CO2 do listu) mezi listem a vnějším prostředím, je projevem působícího vodního stresu na rostliny. Vědci si představovali, že omezení výměny plynů v důsledku uzavírání průduchů je významnou „poruchou“ fotosyntetického procesu vyvolané působením vodního stresu, protože tato reakce omezuje přísun CO2 do míst karboxylace v chloroplastech. Ačkoliv pokles stomatální vodivosti (gs ), jež je reakcí na vodní deficit v prostředí, inhibuje fotosyntetickou kapacitu, byl tento jev dlouho dobu považován za adaptaci na vodní stres. Berkowitz (2000) popisuje nejen stomatální účinky vodního stresu na fotosyntézu, ale také účinky nestomatální. Vědecké práce G. Farquhara, T. Sharkeyho a kolegů v osmdesátých letech daly vznik matematickým modelům popisující několik parametrů, které přispěly ke studiu fotosyntetických limitací. Tyto modely umožnily odhadnout hodnoty Ci z měření hodnot PN a gs . Aplikace tohoto modelu na rostliny pod vlivem vodního stresu vedla k velmi zajímavému zjištění, že u většiny plodin vodní deficit, který měl za následek uzavírání průduchů a fotosyntetickou inhibici, je asociován se vzrůstem Ci . Tento objev vedl k závěru, že uzavírání průduchů nebylo jedninou (v některých případech dokonce primární) „poruchou“ ve fotosyntetickém procesu u rostlin pod vlivem vodního stresu. Hromadění CO2 v mezibuněčných prostorech tedy naznačuje, že jeho využití z mezibuněčných prostor (např. enzymy, které se účastní fotosyntetické asimilace a redukce uhlíku) je na rozdíl od přísunu CO2 z okolního prostředí do listu do větší míry inhibováno. Četné studie s izolovanými chloroplasty, protoplasty a buňkami vystavenými nízkému vodnímu potenciálu v podmínkách in vitro spolu se studiemi chloroplastů a surových extraktů enzymů připravených z rostlin vystavených působení vodního stresu, naznačují, že nedostatek vody v buňce ovlivňuje tu část aparátu chloroplastů, která se účastní fotosyntézy. Avšak vzrůstající Ci u stresovaných rostlin poskytlo nejlepší důkaz in situ, že důsledky buněčné dehydratace na biochemii chloroplastů jsou významnou limitací fotosyntézy u rostlin vystavených vodnímu deficitu. Mnoho výzkumníků pracujících v tomto oboru bylo proto znepokojeno, když byla zpochybněna platnost odhadů Ci u rostlin vystavených vodnímu stresu. Na konci osmdesátých a počátkem devadesátých let bylo zaznamenáno, že když byla do listů dodávána exogenní ABA (vědělo se, že při vodním stresu se endogenní ABA účastní uzavírání průduchů) nebo bylo umožněno, aby se listy rychle dehydratovaly, příjem CO2 povrchem listu byl nerovnoměrný. Ukázalo se, že tento mechanismus nerovnoměrného příjmu CO2 listem je důsledkem heterogenního uzavírání průduchů na povrchu listu. Tento jev nejednotného uzavírání průduchů mohl vést k artefaktům ve vývoji PN − Ci křivek u listů stresovaných rostlin. Nicméně novější studie ukázaly, že když se vodní deficit u rostlin rozvíjí pomalu, výše zmíněný jev nenastává. V současné 4


2.2 Fotosyntéza

době jsou odhady Ci zjištěné na základě měření výměny plynů u rostlin pod vlivem vodního stresu s jistou skepsí přijímány jako důkaz, že vodní deficit podstatně ovlivňuje kapacitu chloroplastů pro fotosyntézu. Výzkumy rovněž ukázaly, že listy rostlin pod vlivem vodního stresu zásobované vzduchem s velmi vysokou koncentrací CO2 (např. 10 000 µmol CO2 mol−1 ) nepřekonají zcela stresem indukovanou inhibici fotosyntézy. Vysoká koncentrace CO2 by měla překonat jakoukoliv stomatální limitaci fotosyntézy i přesto, že je známo, že vysoká koncentrace CO2 způsobuje větší uzavírání průduchů. Tyto výsledky poskytují dodatečný důkaz in situ, že fotosyntetická inhibice vlivem vodního stresu je způsobena alespoň z části „poruchami“ v biochemických procesech chloroplastů. Nestomatální účinky vodního stresu na proces fotosyntézy, jak Berkowitz (2000) v závěru poznamenal, byly v minulosti souhrnně zařazovány ke vzrůstu mezofylové rezistence. Všechny jiné (rostlinné) faktory mimo stomatální rezistenci, které přispívají k rychlosti fotosyntézy, byly sloučeny dohromady a označeny jako „mezofylová rezistence“. Tento pojem se ve starší literatuře ujal jako označení fyzikální rezistence jednak pro difúzi CO2 z prostor naplněných vzduchem v podprůduchové dutině do buněk mezofylu a jednak pro přesun intercelulárního CO2 a/nebo HCO− 3 cytosolem do chloroplastu. Vědci si v současné době představují, že hlavní komponentu celkové mezofylové rezistence tvoří fotochemické a biochemické procesy podílející se na fixaci CO2 v chloroplastu.

2.2

Fotosyntéza

Udržení každé formy života je závislé na přísunu energie a hmoty z prostředí. Příjem většiny energie a velké části hmoty se v rostlinách děje v procesu fotosyntézy. Fotosyntéza patří k nejstarším a nejdůležitějším biologickým pochodům na Zemi. Představuje složitý soubor procesů, jimiž autotrofní organizmy (převážná většina rostlin) využívají energii kvant světelného záření a molekul vody k zabudování molekul CO2 z atmosféry do energeticky bohatých organických sloučenin, přičemž dochází při tomto procesu k uvolnění molekulárního kyslíku do ovzduší. Fotosyntetická tvorba nových organických látek a kyslíku má tedy zásadní význam pro udržení života na Zemi. Velmi zjednodušeně je fotosyntéza od počátku 20. století charakterizována následující sumární rovnicí (Hall a Rao, 1999): 8 hν + 6CO2 + 12H2 O −→ C6 H12 O6 + 6O2 + 6H2 O

(2.1)

Ze vztahu (2.1) vyplývá, že fotosyntetické procesy v rostlinách mohou zůstat aktivní pouze při dostatečně vysoké intenzitě ozáření (přijmutím 8 fotonů) a kontinuálním příjmu molekul CO2 a H2 O (Roháček, 2006; Atkin et al., 2000; Hall a Rao, 1999; Taiz a Zeiger, 1991). Na úrovni celého listu se fotosyntéza projevuje tvorbou asimilátů (glukózy), tedy zvýšením hmotnosti sušiny, difúzním tokem CO2 do listu a zároveň dochází k uvolnění O2 do atmosféry. Světelná energie je rostlinami zachycována ve světelných reakcích fotosyntézy (cyklická fosforylace probíhající v PSI a necyklická fosforylace probíhající v PSI i PSII) a CO2 je asimilován a redukován v temnotních reakcích (Calvinův cyklus). Produkty fotosyntetické fixace CO2 , jimiž jsou zvláště transportní sacharidy, jsou prodýchány nebo využity na stavbu rostlinných struktur. Fotosyntéza probíhá ve specializovaných buněčných organelách – chloroplastech s dvojitou biomembránou, které obsahující uzavřený membránový systém thylakoidů obsahující fotosynteticky aktivní pigmenty. Lu5


2.2 Fotosyntéza

men thylakoidů obsahuje asi 1/8 objemu organely (Heldt et al., 1973) a zbytek vyplňuje stroma.

2.2.1

Fotosynteticky aktivní radiace

Jednou ze základních životních podmínek pro autotrofní rostliny je zachycení dostatečného množství zářivé energie vhodného spektrálního složení a přiměřené hustoty zářivého toku (Larcher, 1995; Kubín, 1973). Elektromagnetické spektrum záření, které jsou schopny autotrofní organismy absorbovat a využít pro svůj růst a vývoj, představuje cca 40–50 %. Jedná se o oblast označovanou jako viditelné světlo (VIS), přesněji její část označovanou jako fotosynteticky aktivní radiace (FAR) v intervalu vlnových délek od 400 do 700 nm zahrnující okrajovou část spektra ultrafialového záření a oblast viditelného světla. Jedná se o oblast, ve které dochází k absorpci záření asimilačními pigmenty a tedy k fotosyntéze. Pro fotosyntézu z této části spektra rostliny využívají modrou a červenou část (Sharkey a Ogawa, 1987), která je na energii nejbohatší, jak je znázorněno na obrázku 2.1. Jak ve své publikaci uvádí Larcher (2003), z hlediska fyziologické aktivity u rostlin je třeba upozornit na oblast VIS 5 (400–510 nm, což odpovídá fialové a modré části spektra), při jejímž působení dochází k fotochemickým reakcím, podpoře vegetativního růstu a částečně kvetení, dále pak na pásmo VIS 3 (610–700 nm, což odpovídá oranžové a červené části spektra) vykazující tzv. druhé maximum fotosyntézy s maximální účinností při fotochemických reakcích a iniciaci kvetení a konečně na oblast Far Red (700–920 nm, což je charakteristické pro tmavočervenou oblast přecházející do infračerveného záření) vyznačující se specifickými morforegulačními vlivy. Za pozornost stojí i relativně malá fyziologická účinnost záření u rostlin v oblasti pásma VIS 4 (510–610 nm, což odpovídá zelené a žluté části spektra). Maximum účinnosti využití zářivé energie modrého světla v oblasti FAR, jak uvádí Nátr (1998), odpovídá hodnotě asi 22 % (experimentálně naměřeno v krátkodobých pokusech), červeného světla pak 33 %. Naproti tomu celosvětový průměr ročního využití veškerého dopadajícího slunečního záření ve fotosyntéze je asi 0,1 % a pro oblast FAR činí 0,2 %. Obdobné hodnoty naměřené v porostech kulturních rostlin za celou dobu vegetace se pohybují v rozmezí od 0,5 % do 3 %. V oblasti celého FAR bývá v průměru 6–12 % záření odraženo a 10–20 % listem prochází.

2.2.2

Fotosynteticky aktivní pigmenty a absorpce záření

Roháček (2006); Atkin et al. (2000); Hall a Rao (1999) uvádějí, že všechny fotosyntetizující organismy obsahují jeden nebo více organických pigmentů absorbujících energii viditelného záření, která spouští fotochemické reakce fotosyntézy. Chlorofyly a karotenoidy jsou nejvýznamnější organické pigmenty uložené v thylakoidních membránách chloroplastů tvořících grana. Karotenoidy jsou pomocnými fotosyntetickými pigmenty, které zachycují světelná kvanta v oblasti vlnových délek spektra do 510 nm, což je v oblasti kratších vlnových délek spektra o něco více než je absorpční schopnost chlorofylu. Absorbované kvantum záření pak přenášejí na chlorofyl. Jedna z významných funkcí karotenoidů je odstraňování radikálů kyslíku, které vznikají v průběhu fotosyntézy a působí destruktivně jak na reakční centra chlorofylů, tak na lipoproteiny v thylakoidní membráně.

6


2.2 Fotosyntéza

Chlorofyl a (modrozeleně zbarvený) je přítomen ve všech fotosyntetizujících organismech produkujících O2 , chlorofyl b (žlutozeleně zbarvený) pak v listech vyšších rostlin a zelených řas. Metabolismus chlorofylu a jeho biosyntézu můžeme stručně shrnout do tří fází (Tanaka a Tanaka, 2003): (1) syntéza chlorofylu a, (2) vzájemná konverze chlorofylu a a chlorofylu b, kterou označujeme jako chlorofylový cyklus, (3) rozklad chlorofylu a. Jak uvádějí Hall a Rao (1999); Taiz a Zeiger (1991), chlorofyly absorbují záření v oblasti vlnových délek 400–480 nm (fialovomodrá) a 630–680 nm (oranžovočervená), karotenoidy pak v oblasti 390–490 nm (fialovomodrá) až 510 nm (modrozelená oblast). Jak uvádí obrázek 2.1, absorpční maximum v etherovém extraktu v oblasti červeného spektra je pro chlorofyl a 660 nm a pro chlorofyl b 643 nm. V acetonovém extraktu jde o vlnové délky 663 a 645 nm. Absorpční maximum v acetonovém extraktu v oblasti modrého spektra je pro chlorofyl a 420 nm a pro chlorofyl b 435 nm. Světlomilné rostliny využívají lépe červené světlo, stínomilné rostliny přizpůsobené rozptýlenému světlu využívají lépe spektrum modrofialové barvy.

Koeficient absorpce [mmol-1 cm-1]

150

Chlorofyl b

660 100 Chlorofyl a

643 50

0

400

500

600

700

Vlnová délka [nm]

Obrázek 2.1: Absorpční spektrum chlorofylů a a b v etherovém extraktu (převzato z Hall a Rao, 1999).

2.2.3

Světelné reakce fotosyntézy a její biochemie

Pro fotosyntézu je využito pouhých 5 % energie slunečního záření, které dopadne na povrch listu (viz obrázek 2.2), velké množství energie je z rostlinného organizmu ztraceno v podobě tepla při procesu respirace a fotorespirace (Hall a Rao, 1999). Absorpce světla chlorofylem je reprezentována rovnicí (Atkin et al., 2000) Chl + hν −→ Chl∗ , 7


2.2 Fotosyntéza

kde chlorofyl ve svém základním (nejnižším) energetickém stavu Chl absorbuje foton o energii hν a tím přechází do vyšší energetické hladiny, excitovaného stavu Chl∗ . Distribuce elektronů v molekule excitovaného chlorofylu je odlišná od molekuly chlorofylu v základním stavu. Absorpce modrého spektra excituje chlorofyl do vyšší energetické hladiny, než absorpce červené části spektra, protože energie fotonů se zkracováním vlnové délky roste (viz tabulka 2.1). Chlorofyl Chl∗ je ve vyšší excitované hladině extrémně nestabilní a velmi rychle energii opět ztrácí vyzářením tepla do prostoru. Tím se dostává do nejnižší excitované hladiny, kde zůstává stabilní po dobu několika nanosekund (10−9 s). V tomto stavu má excitovaný chlorofyl několik možností, jak s absorbovanou energií světla naloží (Hall a Rao, 1999; Atkin et al., 2000; Maxwell a Johnson, 2000; Taiz a Zeiger, 1991): 1. tato energie je vyzářena v podobě světla (fotonů) zpět (jde pouze o 1 až 2 % z celkové absorpce světla), čímž se chlorofyl dostává do základního stavu – proces známý jako fluorescence, 2. nadbytek energie se uvolní opět v podobě tepla, 3. energie excitovaného stavu je využita na průběh fotochemických reakcí (fotochemie) – fotosyntézy. Tabulka 2.1: Úrovně energie viditelného světla v závislosti na vlnové délce slunečního záření (převzato z Hall a Rao, 1999).

Vlnová délka [nm]

Barvy spektra

Energie fotonů [J mol−1 ]

700

červená

17,10 · 104

650

oranžovočervená

18,40 · 104

600

žlutá

19,95 · 104

500

modrá

23,95 · 104

400

fialová

29,93 · 104

Chemické reakce fotosyntézy jsou nejrychleji probíhající doposud známé reakce vzhledem k jejich kompetici s ostatními možnými reakcemi v excitovaném stavu chlorofylu. Pokud se jeden z těchto tří procesů nad ostatními prosadí, vede to k poklesu účinnosti těch ostatních. Světlem rozdělené náboje na fotosystémech PSI a PSII uvádí do pohybu transport elektronů z vody (Atkin et al., 2000). Výsledkem světelných reakcí je energie uložená v redukčních ekvivalentech NADPH a v energii koncentračního gradientu protonů mezi thylakoidy a stromatem. Tato energie je přeměňována ATPázou v thylakoidní membráně na formu bezprostředně využitelnou v metabolismu. Calvinův cyklus je rozdělen do tří základních fází: (1) karboxylační – zabudování CO2 do RuBP působením enzymu Rubisco (lokalizován ve stroma chloroplastu), který je patrně nejrozšířenějším proteinem na Zemi, (2) redukční, (3) regenerační – výsledkem je vznik cirkulujícího substrátu RuBP, tedy jeho regenerace a navrácení zpět do cyklu jako výchozího substrátu. Na základě vzniklého počtu uhlíků prvního stabilního produktu rozdělujeme rostliny na C3 (např. pšenice, ječmen, řepa, tabák) a C4 (kukuřice, čirok, proso, lebeda). Speciálním případem jsou rostliny s metabolismem CAM (z angl. crassulacean acid metabolism). 8


2.2 Fotosyntéza Energetické ztráty

% 100

Zbývající energie

47% ztrát díky fotonům slunečního záření mimo fotosynteticky aktivní oblast (400 nm - 700 nm)

30% ztrát díky nekompletní absorbci nebo absorbci jinými součástmi, než jsou chlorplasty 24% ztrát díky degradaci absorbovaných fotonů na excitační energii při 700 nm

53

37 28

68% ztrát díky konverzi excitační energie v 700 nm na chemickou energii a d-glukózu 35-45% ztrát temnotním dýcháním a fotorespiraci ČISTÁ EFEKTIVITA FOTOSYNTÉZY

9 5

Obrázek 2.2: Přehled energetických ztrát při fotosyntéze v listu, jehož teplota je 25 °C (převzato z Hall a Rao, 1999).

Primární fixace CO2 v C3 rostlinách a sekundární fixace v C4 a CAM rostlinách probíhá v Calvinově cyklu. Čistá rychlost fotosyntézy (PN ) je sumou rychlosti karboxylace RuBP, fotorespirace a temnotního dýchání. Enzym Rubisco zprostředkovává karboxylaci/oxygenaci RuBP. Aktivita enzymu vykazuje denní průběh a závisí na prostředí (Kobza a Seemann, 1989). Biochemické modely fotosyntetické asimilace CO2 u C3 a C4 rostlin byly popsány v řadě prací (Caemmerer a Farquhar, 1981; Farquhar et al., 1980; Berry a Farquhar, 1978; Peisker, 1976; Hall a Björkman, 1975).

2.2.4

Průduchy vs. parametry výměny plynů

Kearns a Assmann (1993) uvádějí, že signály, které řídí otevřenost průduchů jsou koncentrace CO2 , vlhkost, fytohormony, červená a modrá složka spektra. Hlavní difúzní odpor v asimilační dráze CO2 představují průduchy. Vodivost mezofylu listu je asi 1,4× větší, než vodivost plně otevřených průduchů a je mezi druhy pozitivně korelována s fotosyntetickou kapacitou (Loreto et al., 1992). Průduchy reagují uzavíráním na zvýšení intracelulární koncentrace CO2 , ale nebyla zaznamenána jejich citlivost na koncentraci CO2 na povrchu listu a v průduchové štěrbině (Mott, 1988). Mott a Parkhurst (1991) zjistili, že přímo reagují na rychlost transpirace (E) (ztrátu vody) a nepřímo na relativní či absolutní vlhkost vzduchu. To znamená, že při snížení vlhkosti vzduchu došlo primárně ke zvýšení E, což sekundárně způsobilo snížení gs , tedy uzavírání průduchů. Na základě výsledků, které publikovali Mott a Parkhurst (1991); Aphalo a Jarvis (1991); Ball a Berry (1990), byla zjištěna 9


2.2 Fotosyntéza

korelace mezi stomatální vodivostí gs a vlhkostí vzduchu na povrchu listu, která je ale pouze zprostředkována, je třeba ji uvažovat pouze empiricky, tedy neexistuje přímá závislost. Z výsledků je zřejmé, že gs a otevřenost průduchů jsou determinovány E, nikoliv vlhkostí vzduchu. Při experimentech Mott a Parkhurst (1991) také zjistili, že zvýšení E způsobilo lokální vodní deficit, což navodilo heterogenní uzavírání průduchů (angl. patchy effect). V důsledku toho se snížilo jak E, tak rychlost fotosyntézy PN , a to při konstantní koncentraci intercelulárního CO2 (Ci ). Snížení E v důsledku snížené vlhkosti vzduchu (Mott a Parkhurst, 1991; Sheriff, 1984), které způsobilo pokles PN při konstantním Ci , bylo také způsobeno heterogenním uzavíráním průduchů. Toto uzavírání nastává v důsledku měnící se vlhkosti vzduchu (Daley et al., 1989). Pokud nedochází ke změnám v mezofylové kapacitě pro PN , je heterogenní uzavírání průduchů nejpravděpodobnější příčinou poklesu PN při konstantním Ci (Mott a Parkhurst, 1991; Terashima et al., 1988). Na velkou variabilitu v otevřenosti průduchů v rámci jednoho listu ve své práci poukázal již Laisk (1983). Sharkey a Seemann (1989) ve své práci rovněž zjistili, že vlivem sucha nebo zvýšení koncentrace ABA dochází na povrchu zvláště bifaciálních listů k různorodému uzavírání průduchů. Gunasekera a Berkowitz (1992) však zjistili, že fenomén heterogenního uzavírání průduchů vlivem sucha není obecným jevem a nenastává u trav. Lauer a Boyer (1992) přímým měřením intercelulární koncentrace CO2 v listu ukázali, že heterogenní uzavírání průduchů nemusí být vždy příčinou limitace fotosyntézy. Morison (1987) uvádí, že průduchy reagují na koncentraci CO2 jak na světle, tak ve tmě, kdy fotosyntetické reakce neprobíhají. Otevírají se při snížení koncentrace CO2 a naopak uzavírají při zvýšené koncentraci CO2 a tím napomáhají udržovat hladinu Ci kolem 230 µmol CO2 mol−1 u rostlin C3 a 100 µmol CO2 mol−1 u rostlin C4 . Z výsledků Mansfielda (1990) je patrné, že vysoká koncentrace CO2 v okolním prostředí (C a ) způsobila snížení turgoru ve svěracích buňkách průduchu, což vedlo k jejich uzavírání. Z jeho pokusů je zřejmé, že ABA indukuje uzavírání průduchů v důsledku působení vodního stresu. Uvádí, že u některých druhů je toto uzavírání heterogenní. Sharkey a Ogawa (1987) uvádějí, že signálem pro otevření průduchů je při ozáření listu jak červená, tak modrá složka spektra. Ke snížení vodivosti průduchů dochází při senescenci listu (Čatský et al., 1985) a pod vlivem vodního stresu (Hopkins a Hüner, 2004; Lawlor, 2002; Cornic a Massacci, 1996; Chaves, 1991).

2.2.5

Efektivita využití vody

Efektivita využití vody může být definována mnoha způsoby v závislosti na vybraném způsobu měření. Všechny potenciální definice WUE však vztahují spotřebu vody na zvolenou jednotku produkce, tedy např. moly uhlíku získané při fotosyntéze PN výměnou za vodu použitou na transpiraci E. Fyziologická definice WUE odpovídá tzv. okamžité efektivitě využití vody na základě výměny plynů v listu PN /E (Condon et al., 2004). Poměrem PN /gs (Zámečník, 2007) je vyjádřena tzv. vnitřní efektivita využití vody (WUEi ), kterou lze posoudit stomatální vliv na hodnoty fotosyntézy. Pro zemědělce a agronomy bývá zvolenou jednotkou produkce nejspíše výnos sklizené produkce vztažený k objemu vody dostupné rostlině v podobě srážek, případně zavlažování. Tuto agronomickou definici WUE, která je vlastně rovnicí výnosu, lze

10


2.2 Fotosyntéza

vyjádřit pomocí jednoduchého vztahu (Condon et al., 2004): Výnos = ET ×

T × W × HI, ET

kde ET označuje evapotranspiraci, T/ET poměr vody aktuálně transpirované rostlinou, W je transpirační efektivita produkce biomasy a HI sklizňový index. Tato definice není založena na principu „rezistence k suchu“, ale spíše na širší souvislosti procesů, kterými rostliny skutečně dosahují výnosu v podmínkách nedostatku vody (Richards et al., 2002; Condon a Richards, 1993; Passioura, 1977). Žádná z částí této rovnice výnosu není zcela nezávislá na ostatních (Condon a Richards, 1993), ale každá může být cílem genetického zlepšení. Hamdy et al. (2003) považují zvýšení WUE zemědělských plodin za nutnost a to jak v uměle zavlažovaných oblastech, tak v oblastech, kde jediným přísunem vody je voda srážková. V rámci světového rozložení vodních zásob je cca 80 % z veškeré vody využité v zemědělství v současné době spotřebováno na zavlažování, což není z dlouhodobého hlediska únosné. Wang a Below (1996) uvádějí některé strategie, jejichž aplikace by zlepšila efektivitu využití vody v zemědělství. Jednou z těchto strategií je pěstování takových genotypů, které dokáží s vodou efektivně hospodařit a mají tedy vyšší WUE. V procesu šlechtění na vyšší WUE mohou být využity tři klíčové mechanismy (Condon et al., 2004; Hamdy et al., 2003): 1. dopravit více dostupné vody do samotné rostliny a neztrácet ji evaporací z půdy, průsaky nebo zanecháním vláhy v kořenovém systému v půdě při sklizni, 2. zlepšit efektivitu transpirace rostlin, tj. za vodu, která je rostlinou transpirována, získat více uhlíku (biomasy), 3. větší část dosažené biomasy zužitkovat do sklizeného produktu. Význam každého z těchto mechanismů se bude lišit v závislosti na dostupnosti vody během jednotlivých fází produkčního cyklu. Jak uvádí Condon et al. (2004), zaměření na specifické fyziologické znaky ve šlechtitelském procesu může vést ke zvýšení agronomického WUE. Vlivy každého znaku musí být ale posuzovány v kontextu podmínek prostředí, ve kterých rostlina roste. Vysoké hodnoty WUE můžou být v určitých podmínkách prostředí spojovány s vyšším výnosem, ale v jiných podmínkách prostředí nemusí mít vliv žádný nebo tento vliv může být dokonce negativní. V Austrálii dosahují nejvyšších výnosů odrůdy pšenice vyšlechtěné na vysoké WUE. Šlechtitelská strategie, která se vědomě zaměřuje na kombinaci vysoké rané vitality a vysokého WUE a která by mohla ještě zvýšit výnos u pšenic, nemusí být u jiných druhů vůbec nutná – musíme brát v úvahu vliv rozsahu a načasování period nedostatku vody vzhledem k vývojovým fázím kritickým pro tvorbu výnosu, a to, jestli opravdu existuje pro danou plodinu souvislost mezi vysokým WUE a pomalou rychlostí růstu. Tato souvislost bude pravděpodobně záviset na tom, do jaké míry jsou změny poměru PN /E indukovány ať už změnou ve vodivosti průduchů nebo změnou ve fotosyntetické kapacitě a efekt obou současně na rychlost růstu plodin. V dnešní době jsou sice k dispozici relativně jednoduché pracovní postupy pro stanovení vlivu obou veličin na rostlinu, je ale potřeba uvážit vliv i dalších možných interakcí: např. u podzemnice olejné má růst poměru PN /E kladný vliv na růst biomasy, ale negativně ovlivňuje sklizňový index HI. Brestič a Olšovská (2001) uvádějí, že genotypy tolerantní k suchu mohou vykazovat stejné hodnoty WUE jako druhy citlivé na dehydrataci. Rozdíl mezi genotypy je v tom, 11


2.2 Fotosyntéza

že ty citlivé k suchu nemohou růst pod vlivem stresu na rozdíl od tolerantních. I v současné době platí, že významným kritériem hodnocení suchovzdornosti odrůd je zvýšení WUE v podmínkách vodního stresu, zvláště v prvních fázích dehydratace (Schulze a Hall, 1982).Nicméně Blum (2009) na základě několika příkladů z minulého desetiletí ukazuje, že šlechtění odrůd pro suché podmínky, zaměřené na vysoké WUE, s největší pravděpodobností povede k redukci zisku a snížené odolnosti rostlin vůči suchu. Na závěr bych se chtěla zmínit o existenci genu nazvaného ERECTA, jehož objev byl publikován před čtyřmi lety a jenž zyšuje účinnost využití vody jak při dostatku vody, tak za podmínek atmosférického i půdního sucha. Jedná se pravděpodobně o první objevený gen, který koordinuje rychlost fotosyntézy s rychlostí transpirace. Ačkoliv jsou doposud velmi malé znalosti o genetických vlivech na účinnost využití vody v rostlinách, objevem tohoto genu lze předpokládat, že jeho další analýzy a manipulace s ním povedou k lepšímu pochopení vztahu mezi rychlostí fotosyntézy a transpirace a mohou být využitelné k zvyšování výnosových prvků alespoň v podmínkách s dostatkem vody (Šantrůček, 2007).

2.2.6

Gazometrické metody

Ke studiu fotosyntetické aktivity rostlin se ve velké míře využívají gazometrické metody. Tyto metody, především s použitím moderních komerčních přístrojů, jsou rychlé, nedestruktivní a umožňují měření celkové bilance uhlíku v rostlině. Jsou založeny na stanovení výměny oxidu uhličitého a vodní páry mezi asimilačním aparátem rostlin a okolní atmosférou (Leegood, 1993). Principem těchto metod je absorpce oxidu uhličitého a vodní páry v infračervené oblasti. Příjem a výdej CO2 asimilujícím pletivem se projeví změnou koncentrace v atmosféře obklopující měřený objekt. Změna koncentrace je měřena pomocí infračerveného analyzátoru (IRGA). Aby bylo možno stanovit tuto změnu, je nutno umístit asimilující objekt do vzduchotěsné asimilační komory nebo-li listové kyvety. Ta je elektronicky spojena s IRGA a připevňuje se na ni zdroj FAR (PARi ). Existuje řada přístrojů (LiCor, CIRAS, LCA, respektive LCpro+), které se používají pro měření změn koncentrace CO2 , i řada asimilačních komor, lišících se podle způsobu použití (na ploché listy a jehlice). Výsledkem měření rychlosti fotosyntézy jsou tzv. fotosyntetické křivky, které jsou počítány s ohledem na různé determinující faktory (CO2 , FAR). CO2 křivky fotosyntézy vyjadřují vztah mezi okolní koncentrací CO2 a rychlostí asimilace CO2 při určité teplotě a ozářenosti. Světelné křivky fotosyntézy vyjadřují vztah mezi ozářeností listu a rychlostí asimilace CO2 při určité teplotě a koncentraci CO2 . Všeobecně mají tyto křivky lineární charakter při nízkých koncentracích CO2 a nízké ozářenosti (směrnice této přímky vyjadřuje karboxylační či fotochemickou účinnost). Při vysokých koncentracích nebo ozářenostech dosahují křivky víceméně konstantních hodnot, které odpovídají maximálním hodnotám PNmax ve vztahu ke koncentraci CO2 , respektive ozářenosti. Na tomto místě je třeba zmínit, že intercelulární koncentrace CO2 (Ci ) je parametr, který je v souladu s analogií Ohmova zákona stanoven a nikoliv měřen na základě prvních studií z počátku 50. let (Farquhar a Sharkey, 1982). V návaznosti na tyto první studie byly Cammererovou a Farquharem (1981) definovány výpočty fotosyntetických parametrů, které lze gazometrickými metodami měřit.

12


2.3

2.3 Stres a jeho charakteristika

Stres a jeho charakteristika

Selye (1936) původně definoval stresový syndrom jako odpověď organismu na různé druhy zátěže. Teprve Levitt (1980) později použil dva termíny – stres (z angl. stress) a vypětí (z angl. strain). Stres představuje externí tlak na organismus vyvolaný působením nepříznivých podmínek prostředí, vypětí pak vyvolanou fyziologickou reakci organismu na daný stupeň poškození v důsledku působícího stresu. Na základě toho Levitt (1980) definoval, že organismus se může adaptovat na stres buď: (1) zvýšením stresu nutného k produkci specifické fyziologické reakce nebo (2) snížením fyziologické odezvy na působící stres. Pokud nedojde přímo k adaptaci na stresové podmínky prostředí, může dojít alespoň k přizpůsobení, tzv. aklimatizaci. Piterková a Tománková (2005); Brestič a Olšovská (2001) uvádějí, že produkční proces je v přirozeném prostředí periodicky anebo systematicky ovlivněn jedním, často však řadou (Brestič, 1998) limitujících faktorů prostředí, které v rostlinách způsobují stres. Dle práce Piterkové a Tománkové (2005) je stres obvykle používán pro souhrnné označení stavu, ve kterém se rostlina nachází pod vlivem stresových faktorů (stresorů) a je dynamickým komplexem mnoha reakcí. Tyto stresory mohou nejen zpomalovat životní funkce rostlin, ale také poškozovat jednotlivé orgány a v krajním případě vést až k jejímu uhynutí. Častěji působí jen na část rostliny, kde dochází k tzv. lokální stresové reakci. Ta pak může sekundárně působit i na ostatní orgány. a

b Dočasný stres

Snížení výnosu

Produkce

Snížení výnosu

Permanentní stres

α β<α

Funkční stav

α

α

+

-

Normální stav

Stres Zotavení úplné

Normální stav

Stres Zotavení

neúplné

Obrázek 2.3: Efekt environmentálních stresových faktorů na produktivitu rostlin. Obrázek a) znázorňuje dočasný stres (temporary stress), b) permanentní stres (permanent stress) (převzato z Larchera, 2003).

Larcher (2003) popisuje, že různé nepříznivé podmínky prostředí vyvolávající v rostlinném organismu stres působí buď permanentně nebo sporadicky na určité lokalitě a nikoliv nutně mají okamžitý letální dopad. Stres definuje jako významnou odchylku od optimálních podmínek prostředí, které jsou nezbytné pro život. Vyvolává změny a reakce na všech úrovních organismu. Zpočátku mohou být tyto změny a reakce reversibilní, postupně se ale mohou stát permanentními, nevratnými. I když stres působí jen dočasně, vitalita rostliny je po dobu jeho působení oslabována (viz obrázek 2.3). Je-li organismus vystaven krátkodobému působení stresu, dochází pouze k dočasným 13



změnám ve fyziologických procesech. Po regeneraci organismu a obnovení stresem poškozených funkcí se přírůstky sušiny obnoví na původní míru (naznačeno úhlem α na obrázku 2.3a)). Naproti tomu vystavení organismu déle působícímu stresu má za následek chronické (permanentní) poškození. Rychlost růstu se nevratně sníží (úhel β > α na obrázku 2.3b)) a produkční ztráty jsou pak větší. Fáze vyčerpání

Utvrzení

Přizpůsobení

Maximální rezistence Zotavení

Stresová reakce

Fáze rezistence

Distres

Eustres

Poplašná fáze

Normální rozsah Minimmální rezistence

Akutní poškození

Chronické poškození Trvání stresového faktoru

Obrázek 2.4: Dynamický model znázorňující jednotlivé fáze stresu a odpověď organismu na působící stresové faktory (převzato z Larchera, 2003).

Jakmile je překročena míra schopnosti rostliny přizpůsobit se působícím stresovým podmínkám, doposud latentní poškození se rozvine v chronické onemocnění nebo nevratné poškození. Jak uvádí Levitt (1980), všechny mechanismy odolnosti (angl. avoidance mechanissms), jsou zaměřeny na vyhnutí se stresu, přičemž schopnost plazmatické membrány odolávat působícímu stresu představuje obranný mechanismus (angl. tolerance mechanism). Larcher (2003) ve své knize charakterizuje jednotlivé sekvenční fáze stresu, kterými organizmus pod vlivem stresu prochází. Tyto fáze stresu vychází z dynamického konceptu stresu, který je znázorněn na obrázku 2.4. Uvedený model na obrázku 2.4 znázorňuje stresové události a reakce na ně. Dopad stresových faktorů destabilizuje vitální struktury a funkce a indikuje poplach, nastává poplašná fáze (angl. alarm phase), ve které dochází k funkčním poklesům a vyvolání stresové reakce (angl. stress reaction). Vzniklou nestabilitu rostlina kompenzuje protireakcemi, kdy dochází k regeneraci (angl. restitution). V následné fázi rezistence (angl. phase of resistance) mohou vyvolané protireakce vést ke kompenzaci (angl. hardening) a v případě, že stres stále trvá, vyvíjí se vyšší stupeň odolnosti, který může vést ke zpětnému obnovení stability (angl. adjustment). Pokud je organismus přetížen buď prudkým a silným nebo chronickým stresem, dochází k jeho vyčerpání, a nastává fáze vyčerpání. Je-li však dopad stresu dočasného charakteru, funkční stav organismu bývá obnoven na původní úroveň před působením stresových podmínek, a pak hovoříme o fázi regenerační. Průběh stresové reakce a její konečný výsledek tedy závisí jak na intenzitě a délce působení stresového faktoru na danou rostlinu, tak i na geneticky vázaných předpokladech odpovědi, které jsou označovány jako adaptační schopnosti.

14


2.3.1


Vodní deficit (sucho) indukující vodní stres

Nedostatek vody (naopak i přebytek) indukuje u rostlin vodní stres (Flexas et al., 2004; Brestič, 2001; Švihra, 1984). Brestič a Olšovská (2001) uvádějí, že vodní deficit rostlin, respektive sucho, vede k narušení vodní bilance a k nesouladu mezi příjmem vody a požadavky na ni v průběhu ontogeneze. Sucho indukuje početné biochemické a fyziologické reakce rostlin a vede k postupné ztrátě vody a snížení turgoru. Rostliny pak reagují na sucho různými fyziologickými změnami (např. růstovými či metabolickými). Fyziologické mechanismy tolerance jsou řízeny souborem genů, jejichž projev je regulován různými externími faktory. Rostliny reagují na sucho zapojením řady obranných mechanismů. Jak uvádějí Flexas et al. (2004); Yordanov et al. (2000), jedná se o inhibici růstu, akumulaci řady látek jako jsou např. ABA, sacharidy (např. sacharóza) a alkoholové sacharidy (např. manitol, sorbitol) nebo aminokyseliny (například prolin), formování komponent zachytávajících reaktivní formy kyslíku, uzavírání průduchů a s tím související snížení rychlosti transpirace, pokles vodního potenciálu v pletivech, pokles rychlosti fotosyntézy a syntézu nových proteinů. Již při nízkých poklesech potenciálu dochází ke zpomalení dlouživého růstu, a to při stále probíhající fotosyntéze, který při dalším mírném poklesu turgoru se může zcela zastavit (Yordanov et al., 2000; Gloser a Prášil, 1998; Hsiao, 1973). O hloubce vodního stresu vyjádřeného v hodnotách vodního potenciálu a jeho důsledcích vyvolávající fyziologické změny v rostlinách bude podrobněji pojednáno v kapitole 2.3.2. Jak uvádějí Pospíšilová et al. (2000), dokonce i nízký pokles vodního potenciálu může vést k vážným fyziologickým poruchám syntetických procesů, struktury proteinů a aktivity enzymů. Taylor (1991); Mansfield et al. (1990) uvádějí, že syntéza endogenního fytohormonu ABA patří mezi jedny z důležitých příznaků odolnosti rostliny vůči suchu. ABA je všeobecně uznávána jako tzv. stresový hormon, jehož koncentrace v jednotlivých rostlinných orgánech je významně ovlivněna vodním stresem – dochází k jejímu výraznému zvýšení. ABA reguluje řadu odpovědí rostliny na sucho (např. uzavírání průduchů). Jak uvádí Hopkins a Hüner (2004), změny koncentrace ABA vedou ke komplexním změnám fyziologických procesů. Její koncentrace v rostlinách se mění v závislosti na podmínkách prostředí (při optimálních podmínkách je obsah ABA relativně nízký) a v různých orgánech v průběhu ontogeneze její obsah kolísá. Christmann et al. (2005); Hopkins a Hüner (2004); Lawlor (2002); Cornic a Massacci (1996); Chaves (1991) uvádějí, že zvýšení koncentrace ABA zejména v listech, kde má za následek uzavírání průduchů, vede ke snížení rychlosti vodivosti plynů a tím i rychlosti fotosyntézy a transpirace. Syntézou osmoticky aktivních látek v buňkách dochází k tzv. osmotickému přizpůsobení, které hraje významnou roli v reakci rostlin na sucho (viz kapitola 2.3.3). Krátkodobý a střednědobý vodní stres nemusí vést ke snížení výnosu. Pokud vodní stres neporuší celistvost vodivých drah rostlin a voda je jediným limitujícím faktorem, rostlina na tyto změny může reagovat postupným osmotickým přizpůsobením (viz kapitola 2.3.3) buněk v pletivech. Asimiláty se pak kumulují v místech, která nejsou stresem tolik poškozena (Brestič, 1998). V podmínkách při kterých dochází ke snížení vodního potenciálu, rostliny produkují řadu proteinů v reakci na stresové faktory prostředí, aby nedošlo k buněčnému poškození (Allagulova et al., 2003; Ingram a Bartels, 1996; Close, 1997). Takovou skupinou proteinů jsou dehydriny, které se z větší části syntetizují při nedostatku vody v buňkách (Allagulova et al., 2003; Garay-Arroyo et al., 2000; Close a Chandler, 1990). 15



Dehydriny patří mezi hydrofilní proteiny, tzv. stresové proteiny, které váží ve svých molekulách značné množství vody. Jedná se výhradně o proteiny intercelulární, které jsou u rostlin rozšířeny a byly zjištěny prakticky ve všech vnitrobuněčných organelách (Rorat, 2006). Jejich tvorba je závislá na zvýšené koncentraci ABA a pro přežití silné dehydratace jsou naprosto nezbytné (Close, 1996). V řadě studií bylo publikováno, že existuje pozitivní korelace mezi akumulací dehydrinů a jejich tolerancí nejen k suchu, ale také k zasolení a nízkým teplotám (Rodriguez et al., 2005; Nylander et al., 2001; Zhu et al., 2000). Důležitou skupinou proteinů ovlivňujících vodní stav rostlin jsou akvaporiny. Jedná se o integrální membránové proteiny, jež vytvářejí vodě propustné kanály přes buněčné membrány – koncentrace těchto proteinů významně ovlivňuje permeabilitu buněčných membrán pro molekuly H2 O a některé akvaporiny jsou uzpůsobeny přímo pro transport CO2 (Kaldenhoff et al., 2008). Akvaporiny tak ovlivňují jednak uzavírání/otevírání průduchů, jednak i mezofylovou vodivost CO2 a nepřímo tak mají vliv i na fotosyntetické procesy v rostlině. Kaldenhoff et al. (2008) zmiňují, že v podstatě všechny fyziologické reakce na vodní stres (kromě reakcí podmíněných chemickými signály jako je ABA) mohou být ovlivněny koncentrací akvaporinů v membránách. Dodávají však, že současný výzkum vlivu různých akvaporinů na mechanismy reakce na vodní stres nedává jednoznačné výsledky, ať už proto, že genetické sekvence těchto proteinů jsou poměrně složité, či proto, že se tyto sekvence spolu s vodním stresem mění. Existuje ovšem poměrně široké spektrum experimentů, které potvrzují, že akvaporiny mají regulační vliv na stomatální pohyby, ačkoliv přesná úloha, kterou tyto proteiny v celém procesu hrají, ještě objasněna nebyla. V práci se hovoří i o tom, že v listech rostlin byla nalezena varianta akvaporinů vodivá pro CO2 , jež vytváří dráhu pro transport CO2 z podprůduchové dutiny do karboxylačních center ve stroma chloroplastu. Relativně novým poznatkem ve fyziologii rostlin je objev, který naznačuje, že některé akvaporiny by mohly regulovat mezofylovou vodivost (gm ) (Flexas et al., 2006b; Hanba et al., 2004).

2.3.2

Kritéria hodnocení míry vodního stresu

Gloser a Prášil (1998) uvádějí, že díky složitým vztahům mezi množstvím vody v rostlině a v okolním prostředí, nelze zavést jednoduché kritérium, kterým by se dalo hodnotit, jak velkému vodnímu stresu je rostlina vystavena. Charakteristiky vycházející ze stavu vody v rostlině, např. vodní potenciál buněk či jejich vodní sytostní deficit, jsou proto spolehlivější, než údaje o vodě v prostředí, např. vlhkost půdy a vzduchu či vodní potenciál půdy. Rostliny ve všech typech prostředí jsou téměř permanentně ohroženy vodním stresem. K udržení maximální rychlosti růstu je zapotřebí udržovat plně turgescentní stav buněk, což je v denních hodinách obtížné. Příjem CO2 pro fotosyntézu otevřenými průduchy je obvykle spojen s takovou ztrátou vody, jakou nelze okamžitě nahradit - nejvíce postiženým orgánem jsou proto listy. Míra vodního stresu je především stanovena přes vodní potenciál ψw v listech, jak ukazuje tabulka 2.2. Jak uvádí Boyer (1970), v podmínkách plně hydratovaných se pro typické mezofyty (např. kukuřici a sóju) pohybuje hodnota vodního potenciálu listů () v rozmezí od −0,3 do −0,5 MPa. Dalším kritériem pro hodnocení suchovzdornosti genotypů a pro posouzení schopnosti jednotlivých genotypů hospodařit s vodou se využívá WUE (z angl. water use efficiency) (Šantrůček, 2007; Zámečník, 2007; Condon et al., 2004; Ni a Pallardy, 1991) o němž bude pojednáno dále, v kapitole 2.2.5. Míru 16



vodního stresu lze také posuzovat stanovením relativního obsahu vody RWC (Čatský, 1960). Tabulka 2.2: Hodnoty vodního potenciálu listů u běžných mezofytních druhů rostlin (převzato z Gloser a Prášil, 1998).

Vodní potenciál listů [MPa] -0,5 a více -0,5 až -1,5 -1,5 a méně

Indikace vodního stresu mírný středně velký silný

K měřitelnému zpomalení růstu rostliny dochází již při velmi malé ztrátě vody a malém poklesu turgoru (jen o 0,1–0,2 MPa). Zpomalení růstu lze tedy pozorovat již při poklesu ψw přibližně na hodnoty −0,1 až −0,2 MPa. Úplné zastavení růstu nastává při poklesu turgoru na prahovou hodnotu pro růst (−0,3 až −0,4 MPa). K zastavení růstu tedy dojde dříve než ke zjevnému vadnutí listů (nulový turgor) či k ovlivnění hlavních metabolických procesů včetně fotosyntézy. V důsledku toho se v rostlině hromadí nevyužité asimiláty. Při dalším poklesu vodního potenciálu buněk zhruba na hodnotu −0,2 až −0,8 MPa dochází k rychlým změnám aktivity enzymů. V tomto rozmezí hodnot vodního potenciálu dochází v buňkách k velmi podstatnému (až čtyřicetinásobnému) zvýšení koncentrace ABA – jak syntézou, tak uvolněním z rezerv v chloroplastech – a to zejména v listech, což má za následek zavírání průduchů. Změna otevření průduchů vede ke snížení rychlosti výměny plynů, a tím i ke zpomalení rychlosti procesu fotosyntézy a transpirace. Při větším poklesu vodního potenciálu k hodnotám okolo −1,0 MPa dochází v buňkách mnoha druhů rostlin k tvorbě různých metabolitů, např. aminokyseliny prolinu nebo sacharidů či složitějších alkoholů. Hlavní význam těchto syntéz je zřejmě ve zvýšení osmotického tlaku v buňkách (osmotické přizpůsobení, z angl. osmotic adjustment). Jestliže se vodní potenciál listů dále snižuje na hodnoty od −1,0 až −2,0 MPa, dochází k vážným metabolickým změnám. Rychlost fotosyntézy pak klesá na nulu a zpomalují se transportní procesy v buňkách. Díky dálkovým transportním procesům, které jsou relativně odolné vůči takovéto míře stresu, rostliny při velkém vodním deficitu mobilizují rezervy organických látek ve starších orgánech a přesouvají je do mladších (zvláště generativních) pro dokončení reprodukčního procesu. Pokud v této pokročilé fázi vodního stresu dojde k doplnění ztrát vody, všechny buněčné funkce se postupně vracejí do normálního stavu, i když tento návrat není okamžitý (obvykle několik dní). Při silném a velmi silném vodním stresu již často klesá turgorový tlak v buňkách na nulu a listy začínají vadnout. V důsledku další dehydratace dochází k poškození zejména funkcí membrán a organel a rostlina odumírá.

2.3.3

Adaptační mechanismy rostlin při stresu a výhledy

Jenks a Hasegawa (2005) uvádějí, že 35 % pevniny na Zemi má aridní nebo semiaridní podmínky a srážky jsou v těchto oblastech pro zemědělství zcela nedostačující. Regiony, kde se pak dají očekávat adekvátní srážky vzhledem k místním podmínkám, mohou stejně tak být v určitých obdobích vodou limitovány jako regiony sušší a nejsou tak vyloučeny ani delší periody sucha. Důvodem jsou jen vzácně rovnoměrné a pravidelné srážky, a proto ve všech zemědělských regionech se dá počítat s výskytem nedostatku vody, tedy sucha (např. limitace dostupnosti vody v různě dlouhém časovém období). 17



Zemědělské regiony postižené suchem mívají obvykle ztráty výnosu až do 50 %, ale i více. Vývoj takových rostlin, které jsou více tolerantní k vodnímu deficitu a tudíž mají schopnost udržet si svůj potenciál produktivity, bude zásadním požadavkem pro zvýšení produktivity zemědělských plodin ve 21. století. Porozumění tomu, jak rostlinné buňky dokáží tolerovat ztrátu vody, je rozhodujícím předpokladem pro rozvoj strategií, které mohou ovlivnit zemědělskou, ale i zahradnickou produktivitu a přežití rostlin v podmínkách snížené dostupnosti vody. Jak ukázal Boyer (1982) na základě analýzy hlavních amerických plodin, existuje u těchto rostlin rozsáhlý genetický potenciál pro vyšší výnos, který se však nerealizuje vzhledem k tomu, že se rostliny nedokážou efektivně adaptovat na prostředí, v němž jsou pěstovány. Důkazy založené na chování původních plodin naznačují, že v těchto podmínkách prostředí lze dosáhnout vysoké produktivity a že existují podstatné příležitosti ke zvýšení produkce v nepříznivých podmínkách prostředí. Výběr genotypů pro adaptaci v takovém prostředí hrál již v době vzniku citované publikace významnou roli v zemědělství, nicméně základní adaptační mechanismy nebyly v té době zcela pochopeny, leč intenzivně zkoumány. V dnešní době, jak uvádí Jackson (2001), kdy se sucho a vysoká teplota v důsledku klimatických změn stávají stále větší hrozbou i v oblastech, kde se donedávna jejich negativní dopady objevovaly jen sporadicky, je studium adaptačních mechanismů vedoucích k dosažení zvýšené tolerance k suchu při zachování vysokého výnosu stále prioritou výzkumu. Nicméně i v jednadvacátém století jde stále o záležitost velmi složitou, ale jako jedna z možností se ukazuje cesta využití vhodných fyziologických znaků a vlastností pro šlechtění rostlin pod vlivem abiotických stresů. Průzkum, který publikoval Jackson et al. (1996), rostlinným šlechtitelům a fyziologům, kteří mají na tuto problematiku společný obecný pohled, potvrdil, že výzkum těchto fyziologických znaků a vlastností bude mít v budoucnosti stále se zvyšující význam v programech zaměřených na šlechtění rostlin. Tento průzkum však zaznamenal, že mnoho respondentů prezentovalo výsledky ze současného fyziologického výzkumu, které však nevedly k praktickým zlepšením v rozsahu, v jakém očekávali nebo považovali za žádoucí. Tak jako u ječmene se i u pšenice řeší obdobná problematika. Na příkladu ideálního genotypu pšenice (Triticum aestivum L.) lze ukázat, jak by podle vědců měl vypadat takový genotyp, který se projevuje řadou žádaných znaků a vlastností (viz obrázek 2.5): (1) velikost obilky a délka koleoptile (usnadňují včasné ujmutí rostlin); (2) včasné vzcházení porostu a rychlá produkce biomasy ve fázi před květem (snižuje evaporaci z půdy); (3) vytváření stonkových rezerv, jejich remobilizace a zvýšená fotosyntéza klasu (napomáhají naplňování obilek v případě velmi silného stresu v době po odkvětu); (4) stomatální vodivost (svědčí o kořenech, které jsou schopny přijmout hlouběji uloženou půdní vodu); (5) osmotické přizpůsobení (udržuje buněčné funkce při nízkých vodních potenciálech); (6) akumulace ABA (umožňuje v předstihu adaptovat buňky na stres); (7) tolerance k vysokým teplotám (tepelný stres může být zapříčiněn nízkou rychlostí transpirace listu vlivem sucha); (8) anatomické znaky listu snižující riziko fotoinhibice (ojíněnost, přítomnost a hustota trichomů, svinování, tloušťka); (9) vysoký počet přeživších odnoží a pozdější zasychání rostliny (jednoduše pozorovatelné integrující znaky svědčící o dobré toleranci k suchu). Ne všechny tyto znaky se však musí uplatnit ve všech podmínkách. Jenks a Hasegawa (2005) uvádějí, že strategie rostlin spočívající ve vyhnutí se suchu (rychlým dokončením svého vývojového cyklu) jsou zvláště důležitým adaptačním mechanismem pro přežití rostlin v podmínkách, kde voda je limitujícím faktorem. Nicméně 18



Vysoká fotosyntéza klasu

Stonkové rezervy

Buněčné znaky: osmotické přizpůsobení, tolerance k vysokým teplotám, ABA atd. Anatomické znaky listů: ojíněnost, svinování, tloušťka atd. Vysoká produkce biomasy před květem Včasné vzcházení porostu Dlouhé koleoptile Veliká obilka H2O

Znaky se vztahem k vodě: stomatální vodivost atd.

Obrázek 2.5: Koncepční model tolerance k suchu na příkladu ideálního genotypu pšenice (Triticum aestivum L.) (převzato z Jackson, 2001).

rostlinné fyziology obecně více zajímají rostliny, které mají schopnost sucho tolerovat (např. rostliny, které si dokázaly vyvinout některé anatomické, vývojové, biochemické, fyziologické a molekulární adaptace zabraňující vysychání pletiv). Brestič a Olšovská (2001) uvádějí, že adaptace a tolerance rostlin k suchu se projevují celou řadou změn vlastností od úrovně molekulární až po změny růstově produkčních procesů na úrovni celistvých rostlin. Adaptace a tolerance představují komplexní změny vlastností celého organismu, které jsou charakterizovány souborem určitého počtu znaků podmíněných různými geny (Kostrej et al., 2000; Brestič, 1998) a závisejících také na ontogenetické fázi rostliny (Kostrej et al., 2000). Schopnost adaptace je tedy podmíněna geneticky na rozdíl od aklimace, která je dána fenotypovou odolností (Brestič a Olšovská, 2001). Na tyto změny některé rostliny reagovaly právě vyvinutím výše zmíněných adaptačních vlastností. Jenks a Hasegawa (2005) uvádějí, že rostliny na tyto změny reagovaly vyvinutím např. anatomických, vývojových, biochemických, fyziologických a molekulárních adaptací, aby zabránily vysychání pletiv. Reakce rostlin na sucho jsou dány jednak adaptačním potenciálem a jednak množstvím a mírou působících negativních podmínek prostředí (Brestič, 1998). Mezi důležité adaptační mechanismy i pro mezofytní rostliny zařadili již v 70. letech Hsiao et al. (1976) osmotické přizpůsobení na sucho, kdy dochází k syntéze a akumulaci osmoticky aktivních látek (např. sacharózy, aminokyselin, organických kyselin a anorganických látek – K+ ) v protoplastu, což má za následek snížení vodního potenciálu a 19


2.4 Limitující faktory fotosyntézy

tím dochází k zadržování vody v pletivech. Výzkumy Arnaua et al. (1997) poukazují na to, že osmotické přizpůsobení pravděpodobně pozdrželo vlivy vodního stresu na fotosyntézu. Berkowitz (2000) popisuje uzavírání průduchů jako jeden z adaptačních mechanismů rostlin. V důsledku uzavírání průduchů se snižuje ztráta vody výparem, tedy transpirace (E), a může tím tak být pozitivně ovlivněn potenciál rostlin pro přežití, neboť mají tendenci dosáhnout reprodukční zralosti i za podmínek omezeného přísunu vody. Z pohledu evoluce může být dočasné (reversibilní) omezení fotosyntetické kapacity rostlin vnímáno právě jako přijatelný důsledek adaptace, díky které mohlo být dosaženo produkce semen ještě před smrtí samotného jedince, který by jinak nemusel své reprodukční zralosti vůbec dosáhnout. Nicméně adaptace jako evoluční výhoda rostlin není nezbytně přínosná u rostlin pěstovaných za účelem ekonomického výnosu. Uzavírání průduchů popisují také Bray (1993); Taylor (1991); Hartung a Davies (1991) jako prvotní proces adaptace rostlin na sucho a další stresory prostředí. K uzavírání průduchů dochází v důsledku akumulace ABA (Taylor, 1991; Mansfield et al., 1990) u vyšších rostlin, jejíž zvýšená syntéza je vyvolána nedostatkem vody v prostředí. Toto tvrzení je rovněž v souladu s tím, co publikovali Hopkins a Hüner (2004); Lawlor (2002); Cornic a Massacci (1996); Chaves (1991). S tím souvisí i snížená vodivost plynů v listech v důsledku uzavírání průduchů jako reakce na sucho, což má za následek zvýšení efektivity využití vody (WUE) (Schulze a Hall, 1982) a tudíž lze tento mechanismus považovat za adaptační (Ni a Pallardy, 1991; Schulze a Hall, 1982). Odolné genotypy si pravděpodobně v průběhu geneze vyvinuly různé strategie při překonávání stresu nedostatkem vody. Těmito strategiemi jsou zvýšení relativního obsahu vody (Brestič a Olšovská, 2001), zvýšení kapacity fotosyntézy (Ritchie et al., 1990) a zvýšení stomatální vodivosti (Johnson et al., 1987) Jeden z aklimatizačních znaků k vodnímu deficitu je změna tvaru listů. V rámci této změny dochází k redukci plochy povrchu k objemu a ke zvýšení hustoty průduchů a vodivých pletiv (Fahn a Broido-Altman, 1990).

2.4

Limitující faktory fotosyntézy

Využití energie světelného záření pro tvorbu biomasy je na různých místech Země omezováno řadou faktorů významně limitujících pěstování a rozšíření zemědělských plodin, jejich růst a všeobecně produktivitu rostlinstva na Zemi (Odum, 1977). Využití FAR a rychlost fotosyntézy ovlivňuje řada vnitřních a vnějších faktorů (Rao et al., 2006; Jenks a Hasegawa, 2005; Schulze et al., 2002; Nátr, 1998). V rámci vnitřních faktorů se jedná o tvar buněk, strukturu intercelulár, ale především o průběh ontogeneze, stáří listu, otevřenost a počet průduchů, typ metabolismu (rostliny C3 , C4 nebo CAM), aktivitu Rubisca a regeneraci RuBP, dostatečné množství ATP (energie) a NADPH (redukční činidlo). Dále pak o anatomické a morfologické uspořádání asimilačních orgánů – např. o uspořádání asimilačních buněk v listech, počet chloroplastů, obsah chlorofylu a poměr obsahu chlorofylu a:b. Posledně jmenované faktory úzce souvisí se stářím listů. Nižší poměr obsahu chlorofylů a nižší rychlost fotosyntézy mají mladé listy. Maximální rychlost fotosyntézy má list v období, kdy dosahuje 50-80 % své konečné velikosti, mluvíme o stavu tzv. fotosyntetické dospělosti. V takovém listu se obvykle nachází 4-5 mg chlorofylu na 0,01 m2 listové plochy a poměr chlorofylu a:b je asi 3:1-4:1. V této době je v listu i největší obsah rostlinných hormonů 20



podněcujících jeho růst. Nejvyšší rychlost fotosyntézy je v listech ve střední části lodyhy. S dalším stárnutím listu se obsah chlorofylu snižuje až na 1-2,5 mg na 0,01 m2 a snižuje se poměr obsahu chlorofylů a:b. Tím dochází k poklesu rychlosti fotosyntézy, až nastane stav, kdy je čistá fotosyntéza nulová, protože se množství přijatého CO2 rovná množství CO2 vydaného při respiračních procesech. Tento stav nazýváme chlorofylový kompenzační bod. Mezi vnější faktory ovlivňující využití FAR a rychlost fotosyntézy patří např. obsah minerálních živin, délka vegetačního období, intenzita a spektrální složení světla dopadajícího na rostliny, koncentrace CO2 , teplota a zásobenost vodou. Na kvantitu světla jsou velmi náročné rostliny světlomilné. Při snížené intenzitě světla u nich výrazně klesá čistá fotosyntéza. Intenzitě světla se rostliny přizpůsobují změnou obsahu a skladby fotosyntetických pigmentů. Rostliny světlých stanovišť mají sice méně chlorofylů než rostliny stínomilné, nicméně skladba chlorofylů je lepší díky většímu obsahu chlorofylu a. Jedno z kritérií pro hodnocení vlivu intenzity světla na fotosyntézu rostlin je tzv. saturační ozářenost. To je hodnota, při které dochází k nasycení fotosyntézy zářením a další růst ozářenosti rychlost fotosyntézy nezvyšuje. Ze všech vnějších faktorů je voda, její dostupnost pro rostlinu a zásobenost rostlinných pletiv vodou mimořádně významným abiotickým faktorem. Kramer a Boyer (1995) uvádějí, že voda tvoří 90 % čisté hmotnosti většiny rostlin a je jednou z jejich nejdůležitějších složek. Autoři v knize popsali její nenahraditelný význam a shrnuli všechny základní a pro život zásadní funkce vody v rostlinném organismu. Chaves et al. (2003); Boyer (1982) ve svých pracích uvádějí, že dostupnost vody je jednou z nejvýznamnějších limitací produktivity rostlin. Její nedostatek je nejčastějším limitujícím faktorem prostředí způsobujícím sucho (Brestič a Olšovská, 2001) a je jedním z nejvýznamnějších faktorů regulujících rozšíření rostlinných druhů (Kramer a Boyer, 1995).

2.4.1

Vliv vodního stresu na fotosyntézu

Základní přehled literatury věnované problematice vodního stresu u rostlin do 70. let publikoval Hsiao (1973). Ve svém přehledovém článku kriticky hodnotí do té doby známé znalosti o parametrech, jež popisují vodní stav rostlin a o pozorovaných reakcích na vodní stres a o principech těchto mechanismů – transpiraci, asimilaci CO2 , respiraci, buněčných změnách. Vlivy vodního deficitu na fotosyntézu, růst a výnos byly již předmětem mnoha publikací (Flexas et al., 2004; Brestič a Olšovská, 2001; Berkowitz, 2000; Cornic, 1994; Chaves, 1991; Kaiser, 1987; Kramer, 1983; Hsiao, 1973), dokonce i u rostlin adaptovaných na aridní podmínky prostředí (Cornic a Massacci, 1996; Lawlor, 1995; Chaves, 1991). Flexas et al. (2004); Loreto et al. (2003); Pospíšilová a Šantrůček (1994) uvádějí, jak environmentální stresy mohou snížit fotosyntézu buď přímým vlivem na schopnost mezofylu listů asimilovat CO2 nebo uzavíráním průduchů a tím zamezením vstupu CO2 do listu. Heterogenní uzavírání průduchů může ovlivnit proces stanovení vnitřní koncentrace CO2 měřením výměny plynů a ovlivní tak hodnocení stomatálního a nestomatálního omezení fotosyntézy (Pospíšilová a Šantrůček, 1994). Zatímco v mnoha uvedených publikacích je snížení fotosyntetické asimilace CO2 považováno pouze za důsledek uzavírání průduchů, Sharkey a Seemann (1989) uvádějí, že z části lze příčinu potlačení fixace CO2 přisuzovat přímému vlivu vodního stresu (Flexas et al., 2004; Munns, 2002). Hlavní cestou výstupu vody z rostliny jsou průdu21



chy, které sehrávají významnou roli ve výměně vody ve formě vodní páry mezi rostlinou a atmosférou (Brestič a Olšovská, 2001). Christmann et al. (2005); Flexas et al. (2004); Hopkins a Hüner (2004); Lawlor (2002); Cornic a Massacci (1996); Chaves (1991) uvádějí, že rychlost čisté fotosyntézy je limitována vodivostí průduchů a že nejčastější reakcí na působení sucha je uzavírání průduchů následkem kumulace ABA v listech v důsledku stomatální limitace. Následně pak dochází ke snížení dostupnosti CO2 pro fotosyntézu, což vede k poklesu fotosyntetické kapacity listů, ale rostlina se tím tak brání nadměrným ztrátám vody. Snížení fotosyntézy je způsobeno i limitacemi nestomatálními (Escalona et al., 1999), kdy se jedná o snížení aktivity Rubisca (Parry et al., 2002; Tezara et al., 2002; Castrillo et al., 2001) a snížení kapacity pro regeneraci RuBP (Thimmanaik et al., 2002; Tezara et al., 1999), což jsou zásadní limitační faktory fotosyntézy pod vlivem vodního stresu. Jak uvádí Hejnák (2003b), nejvíce vody potřebuje rostlina na úhradu výparu (transpirace), aby pletiva nevysychala a nepřehřívala se. Je-li výdej vody transpirací větší než její příjem kořeny, rostlina vadne a zavírají se průduchy regulující vedle transpirace také vstup CO2 do listu a tím i rychlost fotosyntézy. K přechodnému nedostatku vody a poklesu fotosyntézy dochází v poledních hodinách za horkých slunných dní. Mnohem horší je ale dlouhodobější nedostatek vody. Voda se totiž účastní přímo fotosyntetických reakcí, fotolýza vody je zdrojem elektronů a vodíkových protonů potřebných pro další průběh fotosyntézy, a dále vytváří v rostlině příznivé podmínky pro průběh nejrůznějších fyziologických procesů a biochemických reakcí včetně fotosyntézy. Tato funkce je velmi důležitá, proto odvodnění rostlinných pletiv vlivem sucha může vést k hlubokým fyziologickým poruchám nebo i k zahynutí rostliny. Jak uvádí Berkowitz (2000), v závislosti na sklizené části rostliny (např. vegetativní orgány, plody nebo semena) a na jejím ekonomickém využití (např. píce, která je pravidelně sečena) má fotosyntetická inhibice, projevující se jako dokonce primární důsledek vodního stresu, který obecně indukuje uzavírání průduchů, negativní dopad na růst plodin a jejich výnos. Je třeba však poznamenat, že částečné uzavření průduchů typicky zvyšuje WUE nebo transpirační poměr zemědělských plodin. Jak transpirační poměr (g vytranspirované H2 O na g fixovaného CO2 z krátkodobého hlediska), tak WUE (navýšení hmotnosti rostlinné sušiny vztažené na jednotkový objem použité vody z dlouhodobého hlediska) ukazují na „cenu“ výtěžku uhlíku z hlediska využití vody. Otevřenost průduchů (podmíněná vnějšími podmínkami prostředí) u mnoha plodin rostoucích v podmínkách s dostatečným přísunem vody je téměř maximální a umožňuje dosáhnout hodnot Ci kolem 300 µmol CO2 mol−1 , které zvyšují rychlost fotosyntézy, ale při těchto hodnotách Ci je rychlost fotosyntézy limitována regeneraci RuBP. Pokles Ci pod hodnotu 300 µmol CO2 mol−1 neinhibuje rychlost fotosyntézy do takové míry, jako by ji inhiboval pokles pod 200 µmol CO2 mol−1 , kdy rychlost fotosyntézy je saturována RuBP, a proto velkou měrou ovlivněna změnami v dostupnosti substrátu (například CO2 ). Jakmile klesá gs pod úroveň koncentrace CO2 v prostředí (např. v důsledku vodního stresu), účinek na fotosyntézu má tvar křivky. Vztah mezi gs a E je na druhou stranu lineární, a proto počáteční pokles gs vlivem vodního stresu, který indukuje uzavírání průduchů, pod úroveň koncentrace CO2 v prostředí, má relativně větší efekt na E než na PN , což vede ke vzrůstu WUE. Objasnění vztahu mezi uzavíráním průduchů a vzrůstem WUE však ještě nevedlo (skrze šlechtitelské programy) k vývoji plodin, které vykazují relativně velký a stabilní výnos pod vlivem vodního stresu. Pravděpodobně je to proto, že uzavírání průduchů vede vždy k fotosyntetické inhibici navzdory zvýšení 22



WUE. Při studiu odolnosti genotypů obilovin ke stresu nedostatkem vody pomocí gazometrických metod měření se zjistilo, že genotypy odolnější k suchu si při nedostatku vody zachovávají vyšší relativní obsah vody (Brestič a Olšovská, 2001), kapacitu fotosyntézy (Ritchie et al., 1990) a stomatální vodivost (Johnson et al., 1987).

2.4.2

Vliv vodního stresu na fotosyntézu rostlin ječmenů

Brestič (1996); Švihra a Talapka (1995) uvádějí, že při vodním deficitu nebo během silného vodního stresu jsou transportní procesy u jarních ječmenů limitovány ve fázi po odkvětu a asimiláty jsou koncentrovány ve stéblech a nikoliv v obilkách. Stres způsobený suchem byl statisticky významný limitující faktor růstu jarních ječmenů i v pokusech Hejnáka (2003b). Vlivem vodního deficitu došlo k omezení růstu a ostatních fyziologických procesů. Z dosažených výsledků Hejnáka (2003a; 2003b; 2004) je pak evidentní, že sucho způsobilo značné omezení fotosyntézy a tím dlouživý růst stébel v průběhu fáze sloupkování. Kritické období z hlediska potřeby vody, jak uvádějí Brestič a Olšovská (2001), nastává u jarních ječmenů v první polovině ontogeneze, to je od fáze sloupkování do fáze kvetení. V tomto období dochází obecně k rychlému růstu a zvětšování biomasy rostlin, vzrůstají nároky na fotosyntetickou výkonnost rostlin, rostou hodnoty fotosyntézy PN , transpirace E a vodivosti průduchů gs . Rychlost fotosyntézy na začátku kvetení dosahuje nejvyšších hodnot. Hejnák (2003b; 2004) rovněž uvádí, že k intenzivnímu růstu asimilačního aparátu došlo mezi fázemi odnožování a kvetení. Významný pokles vodivosti průduchů byl naměřen v listech jarních ječmenů v průběhu vodního stresu ve srovnání s rostlinami ječmenů rostoucích v příznivých vlhkostních podmínkách ve fázi začátku kvetení. Uzavírání průduchů a omezení jejich vodivosti ukazuje na významnou roli průduchů při regulaci procesu fotosyntézy. Vlivem stagnace velikosti asimilačního aparátu dokonce i po ukončení periody sucha u stresových rostlin byl způsoben pokles v produkci asimilátů, které se v období zrání namísto v klasech ukládaly ve stéblech, čímž došlo k omezení jejich transportu. Pokud jde o produkční procesy v porostu, je rychlost fotosyntézy a délka trvání asimilačního aparátu u obilnin, a tedy i u jarního ječmene, rozhodující (Hejnák, 2004; Švihra, 1984). Arnau et al. (1997) zjistili u šesti vybraných genotypů ječmenů (Hordeum vulgare L.), že s narůstajícím vodním deficitem v půdě došlo ke snížení ψw v listech z −0,97 MPa (průměrná hodnota nestresovaných rostlin) na −1,82 MPa (průměrná hodnota stresovaných rostlin), osmotického potenciálu (ψπ ) z −1,40 na −2,06 MPa a relativního obsahu vody RWC z 95 % na 65 %. Z těchto šesti sledovaných genotypů dva vykázaly nejlepší osmotické přizpůsobení a pouze jeden dokázal udržet nejvyšší RWC (78,3 %). Vysokou schopnost osmotického přizpůsobení a zároveň vysoké hodnoty RWC v průběhu navozeného vodního stresu vykázala ze sledovaných odrůd pouze jediná. Analýza vztahu RWC a ψπ prokázala, že genotypy s vyššími hodnotami RWC při hodnotě ψπ okolo −2 MPa byly schopné udržovat během vodního stresu vyšší metabolismus fotosyntézy. Z toho vyplývá, že osmotické přizpůsobení udržující vyšší koncentraci protoplastu by mohlo pozdržet vlivy vodního stresu na fotosyntézu. Ve studii efektu vodního stresu na fotosyntézu Arnau et al. (1997) prokázali pokles rychlosti čisté fotosyntézy PN a vodivosti průduchů gs při poklesu půdního obsahu vody u všech pokusných genotypů ječmene. Rozdíl v PN mezi jednotlivými genotypy je významný pouze při velkém stresu (15 % obsah půdní vody). Za těchto podmínek pouze 23



jediná odrůda vykázala nejvyšší hodnoty PN . U stresovaných rostlin nebyl zjištěn žádný významný rozdíl mezi gs sledovaných genotypů při daném obsahu půdní vody (75 %, 35 %, 25 %, 15 %). Nicméně při 15 % obsahu vody v půdě bylo gs u těchto stresovaných rostlin nižší o 85 % v porovnání s rostlinami kontrolními, nestresovanými. Pokles PN u stresovaných rostlin by tak mohl být vysvětlen uzavíráním průduchů, které redukovaly množství CO2 a tedy i poměr koncentrace intercelulárního CO2 a CO2 v prostředí (Ci /Ca ), u kterého však nebyly zjištěny významné rozdíly mezi genotypy. Při vysokém vodním stresu hodnota PN klesala, zatímco poměr Ci /Ca významně narůstal k hodnotám zjištěných u rostlin nestresovaných. Následkem toho by mohly být vlivy silných vodních stresů na fotosyntézu přisuzovány nestomatálním vlivům. Avšak gs bylo vodním stresem více ovlivněno než fotosyntéza. V důsledku toho byl pozorován růst poměru PN /gs při postupujícím vodním stresu. Odchylky v PN při velkých vodních stresech by mohly být vysvětleny genotypovými rozdíly v kapacitě osmotického přizpůsobení. Byl prokázán vztah mezi vysokými hodnotami PN při velmi nízkých hodnotách vodního potenciálu a osmotickým přizpůsobením buněk. V důsledku toho zůstávaly průduchy otevřené a rychlost fotosyntézy tak nebyla limitována stomatálně. Legg et al. (1979) studovali přímo v polním pokusu, chráněném před srážkami, parametry rostlin jarního ječmene při různých úrovních zálivky – od plně zalévaných rostlin po rostliny udržované bez zálivky od vyklíčení až po sklizeň. Vyhodnocovanými parametry byly plocha listů, množství zachyceného záření a rychlost fotosyntézy na úrovni listů. Z jejich závěrů vyplývá, že hlavním parametrem snižujícím výnos je snížení zachyceného záření. Uzavírání průduchů vlivem vodního stresu mělo za následek snížení fotosyntézy u stresovaných rostlin o 11 %, přičemž největší rozdíly nastaly u rostlin, jež byly stresovány až v okamžiku dosažení značné plochy listů (autoři bohužel neuvádějí konkrétní ontogenetické fáze). Celkově však mělo během celé sezóny uzavírání průduchů za následek nejvýše 6 % snížení výnosu. Lawlor et al. (1981) rozpracovali poznatky své dřívější publikace (Legg et al., 1979) a uvádějí, že snížení zálivky nemělo žádný statisticky významný vliv na rychlost fotosyntézy na úrovni listů a jediným důvodem snížení fotosyntézy na úrovni porostu bylo v důsledku snížení plochy listů. Leach (1981) pozoroval rychlost fotosyntézy, transpirace, respirace a růst zalévaných a nezalévaných vzrostlých rostlin jarního ječmene v posledních dvou třetinách jejich ontogeneze a ve dvou měřeních i pomocí gazometrického systému na úrovni listů. Ukazuje, že u zkoumaných rostlin vodní stres silně snížil výnos – způsobil pokles sušiny v obilkách o 19 % a ve stéblech rostlin dokonce až o 27 %. Poklesl počet obilek, ale nikoliv jejich celková hmotnost. Z naměřených hodnot PN vztažených na jednotkovou plochu listu autor usuzuje, že vodní stres nemá na fotosyntézu rostlin jarního ječmene výrazný vliv. Jediné další efekty, připisované vodnímu stresu, jsou podle autora redukce listové plochy, usychání listů a vysoký počet pokusných rostlin uhynulých během pokusu.

2.4.3

Vliv energie světelného záření na rostlinu a fotosyntézu

Jeden z možných přístupů, jak studovat odpověď rostliny na příjem CO2 , je prostřednictvím závislosti rychlosti fotosyntézy na ozářenosti (PN /PARi ), tedy pomocí světelné křivky fotosyntézy (Long et al., 1996; Long a Hällgren, 1993). Ideální průběh světelné křivky je znázorněn na obrázku 2.6. Od temnostní respirace (RD ) je křivka charakterizována lineární částí (fotochemická účinnost je dána směrnicí této přímky), prochází 24



tzv. kompenzační ozářeností (rychlosti asimilace a respirace jsou v rovnováze) až k maximální hodnotě rychlosti fotosyntézy (PNmax ), kdy je rychlost fotosyntézy ozářeností saturována. Peri et al. (2005) ve studii uvádějí, že v podmínkách, kde se nevyskytl žádný limitující faktor, saturace PN byla na listech trav pozorována při intenzitě ozáření 1000 µmol ν m−2 s−1 . Jakmile však rostliny byly vystaveny limitujícím podmínkám a abiotické faktory se nacházely mimo své optimum, došlo ke snížení saturačního bodu. Autoři uvádějí příklad, kdy limitujícím faktorem prostředí byla voda. Při vzrůstu vodního stresu (ψw vzrostl z −0,2 na −1,2 MPa.) se saturační bod z 1000 µmol ν m−2 s−1 snížil na 350 µmol ν m−2 s−1 . 45

P Nmax fotochemická účinnost

40 35 P N [µmol m -2 s-1]

30

parametr konvexity ("rychlost saturace")

25 20 15 10 5

kompenzační ozářenost

0 -5

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

-2 -1

PAR i [µmol m s ]

Obrázek 2.6: Ideální světelná křivka závislosti PN na intenzitě ozáření PARi (převzato z Long et al., 1996; Long a Hällgren, 1993 a upraveno autorkou).

Kumar et al. (2005) ve svých pokusech pozorovali závislost gs na PARi u rostlin ječmenů a zjistili, že s rostoucí intenzitou ozáření dochází k postupnému zvyšování gs . Při nízkých intenzitách ozáření byly hodnoty gs nízké a lineárně rostly se vzrůstající intenzitou ozáření. Při vysokých intenzitách ozáření (nad 2000 µmol ν m−2 s−1 ) hodnoty gs začaly klesat, což mělo za následek uzavírání průduchů.

2.4.4

Vliv koncentrace CO2 na rostlinu a fotosyntézu

Působením různých koncentrací CO2 dochází u rostlin k ovlivnění metabolismu a řady faktorů. V literatuře se uvádí, že zvýšení koncentrace CO2 nad úroveň běžné koncentrace atmosférického CO2 (to je 400 µmol mol−1 ) nebo naopak její snížení vede k přímému ovlivnění např. hustoty průduchů na listu, rychlosti fotosyntézy a hodnot WUE (Robredo et al., 2007; Urban, 2003; Kalina et al., 2001). Závislostmi PN na Ci při vodním stresu se ve svých studiích zabývala řada autorů (Bota et al., 2004; Long a Bernacchi, 2003; Gunasekera a Berkowitz, 1993, 1992). Tyto studie ukazují, jak stomatální a biochemické limitace ovlivňují fotosyntézu prostřednictvím odezvy na příjem CO2 jako intercelulárního CO2 (vyjádřeno jako závislost PN /Ci ). Na úrovni biochemických limitaci se jedná o snížení aktivity Rubisca (Parry et al., 2002; Tezara et al., 2002; Castrillo et al., 2001; Fredeen et al., 1995; Socias et al., 1993; Sage et al., 1989) a snížení kapacity pro regeneraci RuBP (Thimmanaik et al., 25



PN (mmol CO2 m-2 s-1)

40

RuBP

20

TPU

Rubisco 0 0

200

400 600 Ci (mmol CO2 mol-1)

800

Obrázek 2.7: Průběh ideální PN −Ci křivky. Běžná rychlost fotosyntézy je znázorněna plnou tlustou čarou a je minimem všech tří znázorněných limitací, podmíněných aktivitou Rubisca (čárkovaně), dostupností RuBP (čerchovaně) a triosafosfátů (TPU, tenkou plnou čarou) pro fotosyntézu. Převzato z (Long a Bernacchi, 2003).

2002; Tezara et al., 1999), což jsou zásadní limitační faktory fotosyntézy pod vlivem vodního stresu. Nicméně jen pár studií bylo věnováno účinku zvýšené koncentrace CO2 v prostředí a účinku sucha ve vztahu k vodě u rostlin ječmenů (Robredo et al., 2007; Kurasová et al., 2003). Další z možných přístupů, jak studovat stomatální a biochemické limitace fotosyntézy je prostřednictvím příjmu CO2 z vnějšího prostředí, respektive intercelulárního CO2 (PN /Ci ) (Farquhar et al., 1980). Jak ve své práci shrnuje Long a Bernacchi (2003), snížení Ci pod úroveň koncentrace CO2 v prostředí, sníží rychlost fotosyntézy a zásobu meziproduktů Calvinova cyklu, což může ovlivnit aktivitu Rubisca a dalších enzymů. Tyto změny mohou následně změnit aktivitu Rubisca a kapacitu pro regeneraci RuBP. Závislost PN /Ci je možno rozdělit do dvou až tří fází zobrazených na obrázku 2.7. Pro Ci rostoucí od minimální koncentrace je směrnice této křivky vysoká a je určena aktivitou Rubisca. S rostoucím Ci dochází ke snížení rychlosti růstu až téměř na nulu v bodě, kde regenerace RuBP dosahuje svých limitů. V některých případech další zvýšení Ci může mít za následek další změnu chování rychlosti fotosyntézy, kdy P N s rostoucím Ci zůstává konstantní a nebo dokonce klesá v situacích, kdy dochází k limitaci triosafosfátů. Uvedené fáze jsou matematicky popsány modelem Farquhara et al. (1980) a modifikovaným pro TPU limitaci Caemmererovou (2000). Jak uvádí Sharkey et al. (1982), vztah Ca /Ci má lineární závislost. Krátkodobé zvýšení koncentrace CO2 stimuluje rychlost fotosyntézy u C3 rostlin (Makino a Mae, 1999; Stitt, 1991; Bowes, 1991). Důvodem je nedostačující schopnost atmosférické koncentrace saturovat aktivitu enzymu Rubisco a inhibovat fotorespiraci. Počáteční stimulace asimilace CO2 může po dlouhodobějším (týdny, měsíce nebo roky) vystavění rostlin zvýšené koncentraci CO2 zcela vymizet. Působení zvýšené koncentrace CO2 obecně vede ke zvýšení kapacity fotosyntézy (pozitivní aklimace) spojené se zvýšeným využitím absorbované energie ve fotochemických reakcích (Garcia et al., 1998; Habash et al., 1995), tak i k poklesu kapacity fotosyntézy (aklimační deprese) spojené se sníženou fotochemickou účinností PSII (Marek et al., 2001; Oosten a Besford, 1995; Peterson, 1991). Mechanismy a příčiny aklimační deprese fotosyntézy jsou stále předmětem diskusí 26



a hypotéz. Jedna z hypotéz (tzv. limitace sinkem) předpokládá, že rychlost zvýšené tvorby asimilátů přesáhne kapacitu jejich využití v sinku u rostlin dlouhodobě vystavených zvýšené koncentraci CO2 (Urban, 2003; Paul a Foyer, 2001; Stitt, 1991). Aklimační deprese fotosyntézy bývá rovněž způsobena sníženou aktivitou nebo sníženým množstvím enzymu Rubisco (Parry et al., 2002; Tezara et al., 2002; Castrillo et al., 2001; Fredeen et al., 1995; Socias et al., 1993; Sage et al., 1989), či poklesem obsahu dusíku v listech (Makino a Mae, 1999). Další příčiny je možno nalézt v redistribuci anorganického fosfátu, akumulaci škrobů a následném poškození thylakoidních membrán, inhibici transkripce fotosyntetických genů a změnách ve světlosběrných komplexech (Urban, 2003). Urban (2003); Hymus et al. (1999); Garcia et al. (1998) uvádějí, že při sledování odezvy rostlin na zvýšenou koncentraci CO2 je třeba brát v úvahu druh rostliny, fázi jejího vývoje, minerální výživu, mikroklimatické podmínky při kultivaci, případné působení dalších stresových faktorů, použití různých typů experimentálních zařízení pro kultivaci rostlin ve zvýšené koncentraci CO2 a podobně. Vliv dlouhodobě (3 roky) zvýšené koncentrace CO2 byl pozorována v pokusech u jednoletých trav Fredeenem et al. (1995). Po prvním roce pokusů byl zjištěn nárůst v příjmu CO2 o 40–48 %, v dalším roce se však pohyboval ve větším rozpětí a to mezi 17– 117 %. Ve třetím roce došlo k aklimaci porostu na tyto podmínky tím, že rostliny snížily rychlost příjmu CO2 na úroveň podmínek s přirozenou koncentrací CO2 . Kromě snížení PN v dlouhodobém hledisku došlo také k již výše zmíněné redukci aktivity Rubisca. Snížení aktivity enzymu Rubisco je z velké části zapříčiněno velkým nárůstem listové biomasy na plochu. V pokusech Ulmana et al. (2000) s rostlinami pšenice snížená koncentrace CO2 (150 µmol mol−1 ) zvýšila hustotu průduchů, stomatální vodivost gs a rychlost čisté fotosyntézy PN . Naopak zvýšená koncentrace CO2 (800 µmol mol−1 ) způsobila snížení těchto parametrů. Obsahy chlorofylů a, b, a + b a karotenoidů byly nižší jak v podmínkách se sníženou koncentrací CO2 , tak zvýšenou. Žádné rozdíly v hustotě průduchů ani gs po skončení působení snížené a zvýšené koncentrace CO2 na měřeném posledním listu odshora (fáze čtyř pravých listů), nebyly zjištěny. Listová plocha byla přímo úměrná koncentraci CO2 a došlo tak k rozvoji odnožování a ke zvýšení hmotnosti sušiny jak kořenů, stébel, tak listů. Rychlost čisté asimilace byla nepřímo úměrná koncentraci CO2 . Tím byla prokázána snížená, respektive zvýšená rychlost fotosyntézy navozená v průběhu růstu při nízkých, respektive vysokých koncentracích CO2 . Těchto procesů přizpůsobení se účastnily stomatální i biochemické limitace fotosyntézy. Změny ve fyziologických znacích, navozené ve velmi časné fázi ontogeneze, přetrvávaly i po skončení působení CO2 , kdy růst rostlin byl zajištěn ve stejných podmínkách. Některé rozdíly byly nalezeny nejenom v listech přímo ovlivněných různou koncentrací CO2 , ale také v listech, které se objevily na rostlině po skončení působení snížené a zvýšené koncentrace CO2 . Za nejvýznamnější kompenzační efekt zvýšené atmosférické koncentrace CO2 je možné považovat zvýšení WUE (Hejnák, 2003a). Zvýšenou koncentrací CO2 navozená snížená vodivost průduchů redukuje rychlost transpirace. Důsledkem nárůstu obsahu CO2 v okolí listu je zvýšená nabídka CO2 uvnitř asimilačního pletiva. To vede ke zvýšené fotosyntéze a přímým důsledkem je nárůst hodnoty WUE. Měření fotosynteticky uvolněného O2 při dostatečně vysokých koncentracích CO2 pro překonání difúzní rezistence umožnila v průběhu posledních let potvrdit silnou rezistenci fotosyntetického aparátu k vodnímu deficitu v listech. Řada experimentů uka27



zuje, že deficit vody v listech se primárně projevuje v zavírání průduchů, přičemž běžné úrovně dehydratace nezpůsobují poruchy fotosyntetického aparátu. Zavírání průduchů, které redukuje ztráty vody, je vyvolané i dalšími faktory, kterým je rostlina zvláště v přirozených podmínkách vystavena. Jak uvádějí Correia et al. (1995); Ort et al. (1994), jedná se o vysokou teplotu a záření. Tyto limitující faktory pak mohou působit synergicky i se sníženou dostupností půdní vody (Brestič a Olšovská, 2001).

28

3

CÍLE PRÁCE V dnešní době, kdy se sucho a vysoká teplota v důsledku klimatických změn stávají stále větší hrozbou i v oblastech, kde se donedávna jejich negativní dopady objevovaly jen sporadicky, je studium adaptačních mechanismů vedoucích k dosažení zvýšené tolerance k suchu při zachování vysokého výnosu stále prioritou výzkumu (Jackson, 2001). Jako jedna z možností jejího řešení se ukazuje cesta využití vhodných fyziologických znaků a vlastností pro šlechtění rostlin pod vlivem stresorů. Průzkum mezi rostlinnými šlechtiteli a fyziology, kteří mají na tuto problematiku společný obecný pohled, potvrdil, že výzkum těchto fyziologických znaků a vlastností bude mít v budoucnosti stále se zvyšující význam v programech zaměřených na šlechtění rostlin (Jackson et al., 1996). I při současném stavu poznání a poměrně hlubokých znalostech fyziologických procesů ovlivněných řadou abiotických stresorů se nicméně jedná stále o záležitost velmi složitou a současné fyziologické výzkumy zatím nevedly ke zlepšení stávající situace v praxi. Tato práce je zaměřena na studium vodního stresu, který svým působením ovlivňuje vývoj rostlin jarních ječmenů v závislosti na délce jeho působení a ontogenetické fázi, ve které působí. Účinky a dopady vodního stresu jsou různé v závislosti na zkoumaném genotypu a v různých částech rostliny. V reakci na vodní stres rostliny zapojují řadu obranných mechanismů, jejichž účelem je adaptace fyziologických procesů na změněné podmínky. Cílem práce je s využitím gazometrické metody objasnit některé fyziologické změny vyvolané na úrovni listů působením vodního stresu. U vybraných odrůd jarních ječmenů je cílem posoudit odrůdové rozdíly v reakci a citlivosti na vodní stres v průběhu jejich ontogeneze za konstantní a zvýšené koncentrace CO2 v prostředí a v podmínkách zvýšené intenzity ozáření a pomocí uvedené metody případně posoudit souvislosti mezi změnami parametrů výměny plynů. Za tím účelem byla ověřována platnost následujících hypotéz: H1: U rostlin jarních ječmenů dochází pod vlivem vodního stresu k fyziologickým změnám na úrovni listů. H2: Na úrovni listů existují genotypové (odrůdové) rozdíly v reakci rostlin ječmenů 29

3. CÍLE PRÁCE na vodní stres. H3: V průběhu ontogeneze dochází pod vlivem vodního stresu a následně ve fázích rehydratace u zkoumaných genotypů k fyziologickým změnám na úrovni listů, které způsobují rozdíly mezi ontogenetickými fázemi. H4: Na úrovni rostlinných orgánů existují genotypové rozdíly v obsahu sušiny vyvolané působením vodního stresu. Jako modelové rostliny pro jednotlivé experimenty byly použity jarní sladovnické odrůdy dvouřadého ječmene obecného (Hordeum vulgare L., skupina kultivarů Distichon). Celkem byly vybrány tři genotypy – Jersey (holandská odrůda), Malz (česká odrůda) a Valtický (česká historická odrůda).

30

4

MATERIÁL A METODY 4.1

Rostlinný materiál

Pro jednotlivé experimenty byly použity jarní sladovnické odrůdy dvouřadého ječmene obecného (Hordeum vulgare L., skupina kultivarů Distichon). Celkem byly vybrány tři modelové odrůdy (genotypy) – Jersey (holandská odrůda), Malz (česká odrůda) a Valtický (česká historická odrůda). Odrůdy Jersey a Malz patří mezi přední pěstované odrůdy. Osivo bylo poskytnuto Zemědělským výzkumným ústavem Kroměříž, s.r.o.

4.1.1

Jersey

Odrůda byla vyšlechtěna v Holandsku firmou Cebeco Seeds BV a v České republice (dále jen „ČR“) je registrována od roku 2000 (Cebeco Seeds, 2004). Jedná se o výběrovou sladovnickou odrůdu (8USJ) s krátkým obdobím posklizňového dozrávání. Jersey je polopozdní středně vysoký ječmen (80–85 cm). Hodí se pro pěstování ve všech oblastech pro výrobu kvalitních sladů. Zdravotní stav je všeobecně dobrý. Má vynikající odolnost vůči padlí travnímu, střední odolnost vykazuje vůči rzi ječné, ale je citlivější k hnědé skvrnitosti. Odolnost vůči poléhání je na střední úrovni. V současné době se jedná o nejrozšířenější odrůdu v ČR vzhledem k vynikajícím parametrům kvality a výsledkům pěstování.

4.1.2

Malz

Odrůda byla vyšlechtěna v Čechách firmou Plant Select, s.r.o. a v ČR je registrována od roku 2002 (Plant Select, 2004). Jedná se o výběrový sladovnický ječmen (8USJ). Sledované kvalitativní znaky jsou na vysoké úrovni. Malz je polopozdní odrůda tzv. diamantového typu (délka stébla 75 cm). Má dobrou odolnost vůči poléhání, zrno je veliké, jeho podíl nad sítem 2,5 mm je vysoký (až 90 %). Odrůda vykazuje střední odolnost vůči padlí travnímu, rzi ječné a hnědé skvrnitosti. Ve všech výrobních oblastech

31

4. MATERIÁL A METODY

4.2 Metody

dává tato odrůda nadprůměrný výnos zrna. Na základě výborných výsledků provozního sladování je tato odrůda ve sladovnictví velmi oblíbená.

4.1.3

Valtický

Odrůda Valtický byla vyšlechtěna okolo roku 1935 v semenářsko-šlechtitelském pracovišti Mendeleum ve Valticích týmem vedeným prof. Erichem Tschermak von Seysenegg (Lužný, 2003). Tato odrůda, jak uvádí Ševčík (1996), sloužila více než 25 let jako významný standard světové kvality. Petr (2004); Ševčík (1996) uvádějí, že odrůda Valtický dala vznik mutantní odrůdě Diamant, která dala základ 60 domácím a 113 zahraničním odrůdám krátkostébelného typu ječmenů tzv. diamantové řady, mezi něž patřila např. významná odrůda Trumf, která v komplexu sladovnických vlastností doposud nebyla překonána nebo odrůda Rubín. Ječmen Valtický má v databázi EVIGEZ (Evidence genetických zdrojů) status šlechtitelského kultivaru, který byl zaregistrován v roce 1938, do kolekce zařazen roku 1958 a jeho registrace byla ukončena v roce 1976.

4.2

Metody

Pokusy byly prováděny ve dvou letech. V roce 2006 ve skleníku katedry rostlinné biologie Barcelonské univerzity ve Španělsku a v roce 2007 ve skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze.

Pokus v roce 2006 Pokusy provedené v Barceloně v roce 2006 byly prováděny v částečně řízených podmínkách prostředí a v řízených podmínkách s následujícími parametry: 1. Částečně řízené podmínky větraného skleníku katedry: Průměrná teplota 29,3 °C ve dne a 24,2 °C v noci Relativní vzdušná vlhkost 30 – 80 % Fotoperioda dlouhá (přirozené venkovní podmínky) 2. Řízené podmínky v horkovzdušné sušárně: Teplota 80 °C do konstantní hmotnosti Vnější podmínky prostředí byly ve skleníku monitorovány pomocí digitálního záznamníku, který zaznamenával denní průběhy teplot a relativní vzdušné vlhkosti. Teplota a relativní vzdušná vlhkost byly snímány po 10 minutách. V Příloze A na obrázku A.1 jsou znázorněny průměrné teploty a průměry relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku. Průměrná teplota byla vypočítána a vynesena do grafu jako vážený aritmetický průměr v 7, 14 a 2×21 hodin, relativní vlhkost vzduchu jako vážený aritmetický průměr v 7, 14 a 21 hodin. V grafu je ukázáno, že nejvyšší průměrná denní teplota nepřesáhla 31,2 °C (24.6.2006). Ve skleníku katedry byly rostliny výše uvedených odrůd jarního ječmene pěstovány ve směsi substrátu Turby (Sphagnum peat moss), Vermikulitu a perlitu v poměru 50:25:25 po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 21 cm (to odpovídá 2, 985 cm3 ) a ve 4 opakováních pro každou variantu. Během vegetace byly zalévány 32


4.2 Metody

podle gravimetrického stanovení úbytku vody (Slavík a kol., 1965) v každé jednotlivé nádobě 2×týdně Hoaglandovým živným roztokem (Arnon a Hoagland, 1940) a zbývající dny v týdnu destilovanou vodou. Nádoby byly rozmístěny tak, aby byl minimalizován vliv polohy nádoby na průběh experimentu, do tzv. latinského čtverce. Každá odrůda byla pěstována ve dvou variantách – stresovaná (Js , Ms , Vs ) a kontrolní (Jk , Mk , Vk ). U kontrolní varianty byla vlhkost substrátu udržována po celou dobu pokusu gravimetricky na úrovni 70 % maximální kapilární vodní kapacity θMKK . U stresované varianty byla nejprve postupným vysycháním v období počátku sloupkování (31.DC) snížena vlhkost substrátu ze 70 % na 30 % θMKK (dosaženo po 3 dnech) a po dobu 30 dnů byla vlhkost substrátu sníženou zálivkou gravimetricky udržována na 30 % θMKK . Po 30-ti denním působení vodního stresu na rostliny, tedy v období kvetení až metání (59–61.DC), byl pokus ukončen. U intaktních rostlin byly měřeny parametry výměny plynů a gazometrické veličiny, odebírány vzorky listů na stanovení vodního stavu v rostlinách a zjištěna hmotnost sušiny ve vybraných ontogenetických fázích podle makrofenologické stupnice Zadokse (Zadoks et al., 1974): 1. 31.DC – počátek sloupkování (d0 – den 0; fáze předstresová), 2. 39.DC – plné sloupkování (s15 – 15. den po navození stresu; fáze stresu), 3. 59–61.DC – kvetení a konec metání (s30 – 30. den po navození stresu; fáze stresu).

Pokus v roce 2007 Pokusy provedené v Praze v roce 2007 byly prováděny v částečně řízených podmínkách prostředí a v řízených podmínkách s následujícími parametry: 1. Částečně řízené podmínky skleníku katedry: Teplota nastavena na 25 °C ve dne a 18 °C v noci Průměrná teplota 25,2 °C ve dne a 18,6 °C v noci Relativní vzdušná vlhkost 40 – 80 % Fotoperioda dlouhá (přirozené venkovní podmínky) 2. Řízené podmínky v horkovzdušné sušárně: Teplota 80 °C do konstantní hmotnosti Vnější podmínky prostředí byly ve skleníku monitorovány pomocí termohygrografu, který zaznamenával denní průběhy teplot a relativní vzdušné vlhkosti. V Příloze A jsou na obrázku A.2 znázorněny průměrné teploty a průměry relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku. Průměrná teplota byla vypočítána a vynesena do grafu jako vážený aritmetický průměr v 7, 14 a 2×21 hodin, relativní vlhkost vzduchu jako vážený aritmetický průměr v 7, 14 a 21 hodin. V grafu je ukázáno, že nejvyšší průměrná denní teplota nepřesáhla 32,7 °C (15.7.2007). Ve skleníku katedry byly rostliny výše uvedených odrůd jarního ječmene pěstovány jako pískové kultury v nádobách s křemičitým pískem po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 18 cm (to odpovídá 2, 217 cm3 ) a ve 4 opakováních pro každou variantu. Během vegetace byly zalévány podle gravimetrického stanovení úbytku vody 33


4.2 Metody

(Slavík a kol., 1965) v každé jednotlivé nádobě 2×týdně Knopovým živným roztokem (Knop, 1967) a zbývající dny v týdnu destilovanou vodou. Průběžně podle fáze ontogeneze byly rostlinám doplňovány mikroelementy ve formě Bensonova živného roztoku (Laštůvka a Minář, 1967). Nádoby byly rozmístěny tak, aby byl minimalizován vliv polohy nádoby na průběh experimentu, do tzv. latinského čtverce. Každá odrůda byla pěstována ve dvou variantách – stresovaná (Js , Ms , Vs ) a kontrolní (Jk , Mk , Vk ). U kontrolní varianty byla vlhkost substrátu udržována po celou dobu pokusu gravimetricky na úrovni 70 % maximální kapilární vodní kapacity θMKK . U stresované varianty byla nejprve postupným vysycháním v období počátku sloupkování (31.DC) snížena vlhkost substrátu ze 70 % na 30 % θMKK (dosaženo po 2 dnech) a po dobu 15 dnů byla vlhkost substrátu sníženou zálivkou gravimetricky udržována na 30 % θMKK . Po 15-ti denním působení vodního stresu na rostliny, tedy v období na konci sloupkování (39.DC), byla zálivka opět zvýšena (rehydratace) na vlhkost substrátu 70 % θMKK . U intaktních rostlin byly měřeny parametry výměny plynů a gazometrické veličiny, odebírány vzorky listů na stanovení vodního stavu v rostlinách a zjištěna hmotnost sušiny ve vybraných ontogenetických fázích podle makrofenologické stupnice Zadokse (Zadoks et al., 1974): 1. 15.DC – 5 pravých listů (d0 – den 0; fáze předstresová), 2. 21.DC – počátek odnožování (d6 – 6. den; fáze předstresová), 3. 31.DC – počátek sloupkování (s4 – 4. den po navození stresu; fáze stresu), 4. 33.DC – sloupkování (s10 – 10. den po navození stresu; fáze stresu), 5. 39.DC – plné sloupkování (s15 – 15. den po navození stresu; fáze stresu), 6. 43.DC – začátek naduřování pochvy horního listu (r3 – 3. den po rehydrataci; fáze postresová), 7. 51.DC – počátek metání (r11 – 11. den po rehydrataci; fáze postresová), 8. 59–61.DC – kvetení a konec metání (r20 – 20. den po rehydrataci; fáze postresová).

4.2.1

Stanovení vodního stavu v rostlinách

Vodní stav v rostlinách byl na úrovni listů v letech 2006 a 2007 stanoven gravimetricky pomocí relativního obsahu vody (RWC) terčíkovou metodou podle Čatského (1960) v každé z výše uvedených ontogenetických fází. Listy byly odebírány vždy mezi 8 a 11 hodinou a RWC byl stanoven pro každou variantu odrůdy z pěti terčíků a ve čtyřech opakováních. Jak uvádí Čatský (1960), pro řadu mezofytních rostlin, mezi které patří většina zemědělských plodin včetně jarního ječmene, hodnotíme vodní stav, respektive míru vodního stresu pomocí RWC následovně: • provozní vodní stav (80 – 100 %), • mírný vodní stres projevující se uzavíráním průduchů (60 – 80 %), • silný vodní stres, který může mít následky letální (< 60 %). Pro ověření stanovených hypotéz byly hodnoty RWC statisticky vyhodnoceny pomocí vícenásobné a dvoufaktorové analýzy rozptylu (ANOVA) a pomocí Studentova t-testu. 34


4.2.2

4.2 Metody

Gazometrická měření

Rychlost fotosyntézy (PN ), rychlost transpirace (E) a vodivost průduchů (gs ) byly v roce 2006 zjištěny přímým měřením v intaktních plně vyvinutých listech pomocí gazometrické metody přenosným infračerveným analyzátorem plynů LiCor-6400 (LiCor Biosciences, 2005). V rámci měření byla přístrojem stanovena i hodnota intercelulární koncentrace CO2 (C i ). LiCor-6400 počítá fotosyntetické parametry postupem odvozeným ze studie Caemmererové a Farquhara (1981) (LiCor Biosciences, 2005). V roce 2007 byly parametry výměny plynů PN , E a gs určeny přímým měřením v intaktních plně vyvinutých listech pomocí gazometrické metody přenosným infračerveným analyzátorem plynů LCpro+ (ADC BioScientific, 2004) a zároveň byla přístrojem stanovena hodnota C i . V rámci kontrolní a stresované varianty v roce 2006 a 2007 byly u každé odrůdy měřeny parametry výměny plynů vždy na druhém listu odshora ve výše uvedených ontogenetických fázích. Parametry výměny plynů a gazometrické veličiny byly měřeny vždy od 9 hodin. Každá varianta odrůdy byla měřena ve čtyřech opakováních. Při měření parametrů výměny plynů byla v asimilační komůrce teplota 25 °C a ozářenost 1000 µmol ν m−2 s−1 . V případě přístroje LiCor-6400 se měřilo při řízené koncentraci 400 µmol CO2 mol−1 a v případě přístroje LCpro+ při koncentraci 380 µmol CO2 mol−1 v okolním prostředí. Vzhledem k rozdílné konstrukci obou přístrojů se metodika měření v letech 2006 a 2007 lišila. V roce 2006 byla přístrojem LiCor-6400 zaznamenána vždy jediná hodnota každého parametru výměny plynů a dalších gazometrických veličin pro každé ze čtyř opakování a stanoven aritmetický průměr a jeho střední chyba. Naměřené hodnoty parametrů a dalších gazometrických veličin v roce 2007 byly zaznamenávány pro každé ze čtyř opakování vždy po 1 minutě. Pro každé opakování byl vybrán soubor 10 naměřených hodnot po ustálení podmínek uvnitř komůrky (tj. po 3-5 minutách), z nichž byl stanoven aritmetický průměr a jeho střední chyba. Na základě gazometrických měření byly 1. vyhodnoceny parametry výměny plynů (PN , E a gs ) v průběhu ontogeneze u kontrolní a stresované varianty zkoumaných genotypů pomocí vícenásobné a dvoufaktorové analýzy rozptylu (ANOVA) a pomocí Studentova t-testu pro ověření stanovených hypotéz u pokusů z let 2006 a 2007, 2. vyhodnoceny závislosti vybraných parametrů výměny plynů (a) PN jako funkce gs u pokusů z let 2006 a 2007, (b) E jako funkce gs u pokusů z let 2006 a 2007, (c) PN jako funkce Ci u pokusů z let 2006 a 2007, v průběhu ontogeneze u kontrolní a stresované varianty zkoumaných genotypů pomocí regresní a korelační analýzy pro ověření stanovených hypotéz, 3. vyhodnoceny hodnoty efektivity využití vody (WUE, WUEi ) v průběhu ontogeneze u kontrolní a stresované varianty zkoumaných genotypů pomocí vícenásobné a dvoufaktorové analýzy rozptylu (ANOVA) a pomocí Studentova t-testu pro ověření stanovených hypotéz u pokusů z let 2006 a 2007, 35


4.2 Metody

4. vyhodnoceny závislosti vybraných parametrů výměny plynů (PN , gs a Ci ) na intenzitě ozáření (PARi ) ve fázi vodního stresu s15 pomocí grafického znázornění s vyznačenou statistickou chybou měření pro ověření stanovených hypotéz u pokusu z roku 2006, 5. vyhodnoceny vybrané parametry výměny plynů (PN , gs a Ci ) v závislosti na koncentraci CO2 (Ca , Ci ) ve fázi vodního stresu s15 pomocí grafického znázornění s vyznačenou statistickou chybou měření pro ověření stanovených hypotéz u pokusu z roku 2006. Hodnoty okamžité efektivity využití vody (WUE) byly stanoveny jako závislost rychlosti fotosyntézy na rychlosti transpirace PN /E (Condon et al., 2004). Hodnoty vnitřní efektivity využití vody (WUEi ) byly stanoveny jako závislost rychlosti fotosyntézy na stomatální vodivosti PN /gs (Zámečník, 2007). Parametry výměny plynů a gazometrické veličiny byly měřeny v závislosti na vzrůstající intenzitě ozáření (PARi ) při následujícím nastavení stupnice světelného zdroje (Flexas, 2006, osobní sdělení): 0 − 250 − 400 − 700 − 1000 − 1250 − 1500 µmol ν m−2 s−1 . Vybrané parametry výměny plynů (PN , gs a Ci ) pak byly sledovány v závislosti na vzrůstající intenzitě ozáření (PARi ). Parametry výměny plynů byly také měřeny v závislosti na koncentraci CO2 v prostředí (Ca ) s následujícím nastavením stupnice koncentrace CO2 v okolním prostředí (Flexas, 2006, osobní sdělení): 400 − 300 − 150 − 50 − 400 − 700 − 1000 − 1500 − 400 µmol ν m−2 s−1 . Za účelem sledování závislostí vybraných parametrů výměny plynů (PN , gs ) na zvyšující se Ca , byly do grafů vynášeny hodnoty odpovídající následujícím hodnotám Ca : 50 − 150 − 300 − 400 − 700 − 1000 − 1500 µmol ν m−2 s−1 . Parametry PN a gs pak byly sledovány v závislosti na vzrůstající intercelulární koncentraci CO2 (Ci ) a také byla sledována závislost parametru Ci na Ca .

4.2.3

Stanovení hmotnosti sušiny

Hmotnost sušiny nadzemních částí zkoumaných rostlin byla v pokusném roce 2006 stanovena v poslední stresové fázi s30 a v roce 2007 v poslední fázi rehydratace r20 . Z jednotlivých nádob byly odebrány všechny rostliny, které byly rozděleny na jednotlivé orgány – listové čepele a zvlášť praporcové listy, stébla a klasy. U jednotlivých orgánů byla zjištěna čerstvá hmotnost a po jejich vysušení v horkovzdušné sušárně při 80 °C do konstantní hmotnosti hmotnost sušiny. Pro ověření stanovených hypotéz byly rozdíly v hmotnosti sušiny pro jednotlivé orgány mezi genotypy ve výše uvedených ontogenetických fázích statisticky vyhodnoceny pomocí vícenásobné analýzy rozptylu (ANOVA). Rozdíly v hmotnosti sušiny pro jednotlivé orgány mezi kontrolní a stresovanou variantou byly vyhodnoceny pomocí Studentova t-testu.

4.2.4

Metodika vyhodnocení výsledků

Získaná data byla nejprve zpracována pomocí počítačového programu MS-Excel a dále statisticky vyhodnocena v programovém prostředí Matlabu. Pro statistická vyhodnocení byly všechny analyzované hodnoty z dílčích pokusů vyjádřeny jako průměr čtyř opakování s uvedenou směrodatnou odchylkou výběru (SOV). 36


4.2 Metody

Pro ověření hypotéz formulovaných v kapitole 3 byly použity následující statistické metody: 1. vícenásobná analýza rozptylu (ANOVA) s následnou podrobnou analýzou pomocí Tukeyho testu na hladině významnosti α = 0,05, 2. Studentův t-test na hladině významnosti α = 0,05, 3. dvoufaktorová analýza rozptylu (ANOVA) na hladině významnosti α = 0,05, 4. jednoduchá regresní a korelační analýza. Pro statistické vyhodnocení genotypových rozdílů u kontrolní a stresované varianty a pro vyhodnocení rozdílů mezi jednotlivými ontogenetickými fázemi u daného genotypu byly analyzovány průměry hodnot, které byly zpracovány pomocí vícenásobné analýzy rozptylu (ANOVA) (α = 0,05) s následnou podrobnou analýzou pomocí Tukeyho testu (α = 0,05). Výsledky statistického vyhodnocení jsou shrnuty ve vybraných tabulkách kapitoly 5. Výsledky analýzy rozptylu byly pro příslušné řádky (mezigenotypové rozdíly) a sloupce (rozdíly mezi ontogenetickými fázemi) vyjádřeny pomocí p-hodnoty. Výsledky analýzy pomocí Tukeyho testu byly pro mezigenotypové rozdíly vyjádřeny v řádcích tabulek (označeno „(a)“ až „(h)“) a pro rozdíly mezi jednotlivými ontogenetickými fázemi ve sloupcích (označeno „(A)“ až „(H)“). Pro statistické vyhodnocení rozdílů mezi porovnávanými průměry kontrolní a stresované varianty daného genotypu byl použit Studentův t-test (α = 0,05). Výsledek t-testu byl vyjádřen pomocí příslušné p-hodnoty. Hvězdičkou byla v tabulkách kapitoly 5 vyznačena taková p-hodnota, kde se porovnávané průměry statisticky významně liší. Dvoufaktorovou analýzou rozptylu (ANOVA) (α = 0,05) byly vyhodnoceny průměry pro zjištění vlivu genotypu a ontogenetické fáze na sledovaný parametr u kontrolní a stresované varianty včetně vyhodnocení vzájemné interakce obou zkoumaných faktorů. Výsledky analýzy byly pro příslušné porovnávané faktory v tabulkách kapitoly 5 vyjádřeny pomocí p-hodnoty. Jednoduchou regresní a korelační analýzou byly vyhodnoceny závislosti vybraných parametrů výměny plynů. Regresní a korelační analýzou byly zpracovány a do grafů vyneseny naměřené hodnoty pro všechna čtyři opakování. Analýza zkoumá a hodnotí závislosti mezi kvantitativními statistickými znaky, které jsou označovány jako proměnné. Regresní funkce vyjadřuje předpokládaný průběh závislosti (regresi) a koeficient determinance r2 těsnost zkoumané závislosti (korelaci). Zvolíme-li lineární regresní funkci, předpokládáme, že závislost mezi zkoumanými proměnnými (fotosyntetickými parametry) má tvar obecné lineární funkce y = f (x) = k · x + q, v případě nelineární hyperbolické regresní funkce předpokládáme závislost ve tvaru y = f (x) = xk + q. V těchto dvou rovnicích označuje y závislou proměnnou, x nezávislou proměnnou, k a q jsou regresní parametry určující nejpravděpodobnější závislost odpovídající konkrétnímu souboru naměřených dat. 4.2.4.1

Použité programové vybavení

Matlab Programový systém Matlab (MathWorks, 2008) je velmi efektivním nástrojem pro vědecké a inženýrské výpočty v oblastech, kde se uplatňuje maticový počet. K jeho hlavním přednostem patří zejména jeho otevřenost, tedy možnost rozšiřování o vlastní funkce, značný počet problémově orientovaných balíků již 37


4.2 Metody

hotových funkcí, tzv. toolboxů, poměrně jednoduchá syntaxe a kvalitní implementované algoritmy. V inženýrské praxi je Matlab nástrojem první volby při ověřování metod a matematických modelů. Díky široké podpoře statistických metod lze Matlab s výhodou využít pro dávkové zpracování dat a automatizovat tak postupy, jež by bylo nutné ve speciálních statistických balíčcích (jako je např. StatSoft Statistica) provádět ručně.

38

5

VÝSLEDKY 5.1

Vodní stav v rostlinách (RWC)

Relativní obsah vody (RWC) u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 je uveden v tabulkách 5.1 a 5.2, které v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty RWC pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty. Fotografie kontrolních a stresovaných variant jednotlivých odrůd jsou uvedeny na obrázcích 5.1 (odrůda Jersey), 5.2 (odrůda Malz) a 5.3 (odrůda Valtický). Tabulka 5.1: Relativní obsah vody (RWC) [%] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk (a)/(A)

Vk (a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

d0

84,75 ± 2,12

84,75 ± 1,46

82,88 ± 3,48

0,4997

s15

85,27 ± 1,39(a)/(A)

84,88 ± 1,58(a)/(A)

83,85 ± 2,74(a)/(A)

0,5991

s30

83,47 ± 3,24(a)/(A)

82,45 ± 1,36(a)/(A)

82,08 ± 1,36(a)/(A)

0,6553

p-hodnota

0,5663

0,0773

0,6562

Fáze

Js

Ms (a)/(A)

Vs (a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

d0

86,57 ± 2,26

86,50 ± 1,37

85,52 ± 2,35

0,7280

s15

77,82 ± 2,62(a)/(B)

76,40 ± 1,99(a)/(B)

75,30 ± 2,12(a)/(B)

0,3309

s30

76,60 ± 3,35(a)/(B)

70,13 ± 3,30(b)/(C)

74,85 ± 2,69(b)/(B)

0,0423

p-hodnota

0,0013

0,0000

0,0002

Jak ukazuje tabulka 5.1, u kontrolních variant se ve všech ontogenetických fázích RWC v roce 2006 pohybovalo v rozmezí 82,08–85,27 %. Na základě statistického vyhodnocení nebyly mezi porovnávanými genotypy zjištěny statisticky významné rozdíly. 39

5. VÝSLEDKY

5.1 Vodní stav v rostlinách (RWC)

Stejně tak nebyly zjištěny rozdíly mezi ontogenetickými fázemi. U stresovaných variant došlo dle výsledků v tabulce 5.1 ke statisticky významnému rozdílu mezi porovnávanými genotypy při dlouhodobějším stresu s30 . Nejnižší pokles RWC, 70,13 %, byl ve fázi stresu s30 zaznamenán u odrůdy Malz. Při porovnání ontogenetických fází jednotlivých odrůd došlo ve fázi s15 ke statisticky významnému snížení RWC u všech odrůd. V průměru RWC pokleslo nejvíce u odrůdy Valtický (o 10,22 %), následně u Malz (o 10,1 %) a nejméně u odrůdy Jersey (o 8,75 %). Při prohlubujícím se stresu ve fázi s30 došlo k dalšímu statisticky významnému snížení u všech odrůd, přičemž ve fázi s30 u odrůdy Malz se projevilo statisticky významnější snížení RWC. Celkem poklesla hodnota RWC v průměru u odrůdy Malz ve fázi s30 o 16,37 %, u odrůdy Valtický o 10,67 % a u Jersey o 9,97 %. Z těchto výsledků je patrný statistický rozdíl mezi ontogenetickými fázemi s15 a s30 u všech zkoumaných genotypů v průběhu navozeného vodního stresu a při jeho delším působení. Tabulka 5.2: Relativní obsah vody (RWC) [%] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

p-hodnota

d0

87,95 ± 4,86(a)/(A)

90,32 ± 3,02(a)/(A)

90,95 ± 3,54(a)/(A)

0,5383

d6

88,87 ± 4,24(a)/(A)

87,95 ± 3,41(a)/(A)

90,05 ± 3,18(a)/(A)

0,7240

s4

(a)/(A)

87,40 ± 3,91

(a)/(A)

86,05 ± 2,91

(a)/(A)

84,08 ± 4,27

0,4793

s10

82,15 ± 4,97(a)/(A)

84,75 ± 2,91(a)/(A)

87,08 ± 2,90(a)/(A)

0,2276

s15

86,00 ± 2,97(a)/(A)

87,25 ± 2,03(a)/(A)

89,25 ± 3,58(a)/(A)

0,3315

r3

(a)/(A)

87,15 ± 2,52

(a)/(A)

89,35 ± 1,55

(a)/(A)

89,90 ± 4,18

0,4155

r11

86,42 ± 3,95(a)/(A)

91,20 ± 2,32(a)/(A)

90,53 ± 5,37(a)/(A)

0,2529

r20

(a)/(A)

(a)/(A)

(a)/(A)

0,2033

86,23 ± 2,95

90,38 ± 1,84

87,62 ± 3,99

p-hodnota

0,4143

0,0162

0,2643

Fáze

Js

Ms (a)/(A)

Vs (a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

d0

91,65 ± 2,96

89,08 ± 2,42

89,47 ± 3,63

0,4674

d6

89,15 ± 4,58(a)/(A)

87,60 ± 3,57(a)/(A)

88,03 ± 4,26(a)/(A)

0,8641

s4

79,25 ± 2,22(a)/(C)

80,15 ± 2,47(a)/(C)

77,97 ± 3,20(a)/(C)

0,5336

s10

(a)/(C)

78,72 ± 3,58

(a)/(C)

79,10 ± 3,13

(a)/(C)

77,70 ± 2,50

0,8083

s15

75,97 ± 3,18(a)/(C)

78,18 ± 2,46(a)/(C)

75,08 ± 3,59(a)/(C)

0,3893

r3

82,82 ± 3,11(a)/(C)

83,20 ± 3,04(a)/(C)

80,63 ± 3,24(a)/(C)

0,4826

r11

(a)/(A)

89,45 ± 2,97

(a)/(A)

88,30 ± 4,95

(a)/(A)

86,13 ± 3,19

0,4842

r20

84,70 ± 2,38(a)/(C)

85,40 ± 4,17(a)/(C)

82,25 ± 2,62(a)/(C)

0,3744

p-hodnota

0,0000

0,0002

0,0000

Jak ukazuje tabulka 5.2, u kontrolních variant se ve všech ontogenetických fázích RWC pohybovalo v rozmezí 82,15–91,20 %. Na základě statistického vyhodnocení nebyly mezi porovnávanými genotypy zjištěny statisticky významné rozdíly. Stejně tak nebyly zjištěny statisticky významné rozdíly při porovnání ontogenetických fází. 40

5. VÝSLEDKY


Obrázek 5.1: Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Jersey.

Obrázek 5.2: Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Malz.

41

5. VÝSLEDKY


Obrázek 5.3: Kontrolní (vlevo) a stresovaná (vpravo) varianta odrůdy Valtický.

Dle výsledků u stresovaných variant v tabulce 5.2 nedošlo u porovnávaných odrůd ke statisticky významnému mezigenotypovému rozdílu v RWC. U odrůd se však projevily statisticky významné rozdíly při porovnání ontogenetických fází, kdy došlo od fáze stresu s4 ke kontinuálnímu poklesu RWC a to až do fáze s15 . Ve fázi s4 byl největší průměrný pokles RWC zaznamenán u odrůdy Valtický (o 10,06 %), následně u Jersey (o 9,9 %) a nejmenší pokles u odrůdy Malz (o 7,45 %). Ve fázi s15 RWC pokleslo v průměru nejvíce u odrůdy Jersey (13,18 %) a u odrůdy Valtický (12,95 %), nejméně u odrůdy Malz (9,42 %). Ve fázích rehydratace (r3 –r20 ) pak u všech odrůd RWC opět vzrostlo nad 80 %, ale v poslední zkoumané fázi r20 již nedosáhlo takových hodnot, jakých mělo ve fázích předstresových (d0 , d6 ). Tabulka 5.3: Porovnání RWC mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006 Fáze

Jersey

Malz

d0

0,2918

0,1414

s15 s30

2007 Valtický

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

0,2627

d0

0,2631

0,5471

0,5860

0,0074 ∗ 0,0011 ∗

0,0044 ∗

d6

0,9331

0,8928

0,4804

0,0319 ∗ 0,0062 ∗

0,0087 ∗

s4

0,0223 ∗

0,0270 ∗

0,0710

s10

0,3143

0,0460 ∗ 0,0045 ∗

s15

0,0058 ∗

0,0023 ∗ 0,0025 ∗

r3

0,0831

0,0226 ∗ 0,0171 ∗

r11

0,2753

0,3483

0,2319

r20

0,4576

0,0944

0,0739 42

5. VÝSLEDKY

5.2 Gazometrická měření

Rozdíly mezi kontrolní a stresovanou variantou pro oba pokusné roky jsou uvedeny v tabulce 5.3. Z výsledků je patrné, že v roce 2006 byl v obou fázích stresu s15 a s30 prokázán statisticky významný rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou a to u všech tří zkoumaných odrůd. V roce 2007 byl statisticky významný rozdíl prokázán v každé fázi stresu. V první fázi stresu s4 se rozdíly projevily u odrůd Jersey a Malz a v poslední fázi stresu s15 u všech tří zkoumaných odrůd. Ve fázi rehydratace jsou rozdíly patrné pouze v první fázi rehydratace r3 , a to u odrůd Malz a Valtický. Tabulka 5.4: RWC u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,2302

0,0459

0,0336

0,0535

ontogenetická fáze

0,0949

0,0000

0,0065

0,0000

interakce

0,9739

0,0736

0,6678

0,9902

Na základě výsledků v tabulce 5.4, která porovnává vliv faktorů genotypu a ontogenetické fáze, bylo prokázáno, že v roce 2006 u stresovaných varianty existují alespoň dva genotypy mezi nimiž se RWC statisticky významně liší bez vlivu ontogenetické fáze. To však neplatí pro výsledky z roku 2007. Pro stresované varianty v obou letech bylo prokázáno, že existují alespoň dvě ontogenetické fáze, v nichž se RWC statisticky významně liší, a to bez vlivu genotypu. Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází v letech 2006 a 2007 jak u kontrolních, tak u stresovaných variant nebyly u RWC prokázány.

5.2 5.2.1

Gazometrická měření Rychlost fotosyntézy PN

Rychlost fotosyntézy u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 je uvedena v tabulkách 5.5 a 5.6, které v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty PN pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty. Na základě statistického vyhodnocení PN v roce 2006 v tabulce 5.5 nebyly mezi porovnávanými genotypy kontrolních ani stresovaných variant zjištěny statisticky významné rozdíly. Nicméně nejvyšších hodnot PN u kontrolních variant vykázala odrůda Jersey, poté Malz a nakonec odrůda Valtický. V rámci rozdílů mezi ontogenetickými fázemi bylo zjištěno statisticky významné snížení PN ve fázi s30 u odrůdy Malz, a to jak u kontrolní, tak u stresované varianty. U stresovaných variant došlo u všech tří genotypů k postupnému snížení PN v závislosti na délce působení stresu. Největší snížení PN bylo zaznamenáno u odrůdy Malz při dlouhodobějším stresu (s30 ), kdy hodnota PN poklesla o 5,28 µmol CO2 m−2 s−1 oproti fázi předstresové (d0 ). 43

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.5: Rychlost fotosyntézy (PN ) [µmol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk (a)/(A)

Vk (a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

d0

23,65 ± 1,02

22,05 ± 0,93

19,90 ± 2,85

0,0503

s15

20,58 ± 2,64(a)/(A)

20,45 ± 1,23(a)/(A)

18,71 ± 1,11(a)/(A)

0,3072

s30

18,82 ± 4,43(a)/(A)

17,45 ± 2,01(a)/(C)

18,05 ± 1,92(a)/(A)

0,8155

p-hodnota

0,1291

0,0048

0,4751

Fáze

Js

Ms (a)/(A)

Vs (a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

d0

21,08 ± 2,66

19,33 ± 1,44

19,13 ± 1,89

0,3776

s15

18,00 ± 1,43(a)/(A)

17,80 ± 1,66(a)/(A)

18,38 ± 1,49(a)/(A)

0,8665

s30

16,92 ± 2,25(a)/(A)

14,05 ± 2,38(a)/(C)

17,08 ± 0,99(a)/(A)

0,1019

p-hodnota

0,0594

0,0087

0,2040

Tabulka 5.6: Rychlost fotosyntézy (PN ) [µmol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

p-hodnota

d0

15,55 ± 1,13(a)/(A)

23,49 ± 1,57(b)/(A)

19,79 ± 1,90(c)/(A)

0,0000

d6

20,72 ± 1,16(a)/(B)

23,24 ± 1,61(b)/(A)

20,23 ± 3,23(a)/(A)

0,0000

s4

(a)/(A)

(a)/(C)

(a)/(C)

0,0445

(c)/(A)

16,81 ± 1,73

(a)/(A)

16,78 ± 2,57

(b)/(A)

15,21 ± 4,70

s10

14,56 ± 2,83

24,96 ± 1,98

18,99 ± 2,30

0,0000

s15

15,58 ± 1,56(a)/(A)

26,03 ± 3,03(b)/(E)

21,61 ± 1,29(c)/(A)

0,0000

r3

(a)/(F)

(b)/(A)

(a)/(A)

0,0000

(a)/(G)

18,33 ± 2,87

(a)/(F)

24,14 ± 2,18

(b)/(G)

19,43 ± 1,47

r11

18,17 ± 1,77

19,84 ± 3,60

17,50 ± 3,61

0,0034

r20

15,90 ± 2,62(a)/(A)

30,51 ± 1,69(b)/(H)

21,07 ± 1,44(c)/(A)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

16,58 ± 1,79(a)/(A)

22,23 ± 1,68(b)/(A)

19,22 ± 1,81(c)/(A)

0,0000

d6

(a)/(B)

20,93 ± 1,04

(b)/(B)

24,15 ± 1,84

(a)/(A)

20,29 ± 2,34

0,0000

s4

10,53 ± 2,67(a)/(C)

12,15 ± 2,20(b)/(C)

12,57 ± 2,22(b)/(C)

0,0004

s10

15,61 ± 2,09(a)/(A)

19,28 ± 2,39(b)/(D)

15,04 ± 2,72(a)/(D)

0,0000

s15

(a)/(E)

12,24 ± 1,37

(b)/(D)

18,87 ± 2,49

(a)/(C)

12,87 ± 1,21

0,0000

r3

13,62 ± 1,58(a)/(F)

20,56 ± 2,04(b)/(D)

17,18 ± 1,06(c)/(F)

0,0000

r11

(a)/(A)

(b)/(D)

(c)/(F)

0,0000

(c)/(F)

0,0000

r20 p-hodnota

16,67 ± 1,55

(a)/(B)

18,36 ± 0,65

(b)/(B)

p-hodnota

17,42 ± 1,51

20,52 ± 1,04

23,53 ± 1,09

16,24 ± 2,80

0,0000

0,0000

0,0000

44

5. VÝSLEDKY


Jak ukazuje tabulka 5.6, došlo u kontrolních variant všech odrůd k statisticky významným mezigenotypovým rozdílům vyjma jediné fáze s4 , kde se hodnoty PN u zkoumaných genotypů držely mezi 15,21–16,81 µmol CO2 m−2 s−1 . Statisticky významně se zkoumané odrůdy liší v hodnotách PN v průběhu ontogeneze. Nejvyšších hodnot PN dosahovala v průběhu ontogeneze odrůda Malz, poté Valtický a nakonec odrůda Jersey. Rozdíly mezi genotypy, stejně tak i rozdíly mezi ontogenetickými fázemi jsou patrné ve všech případech u stresovaných variant v tabulce 5.6. Ke statisticky významnému snížení PN došlo u všech genotypů v první fázi stresu s4 a to v průměru o 10,04 µmol CO2 m−2 s−1 oproti fázi předstresové (d6 ). Ve fázi stresu s10 a s15 si pouze odrůda Malz dokázala udržet nejvyšší PN v porovnání s ostatními zkoumanými genotypy a to ve fázi s10 až o 4,24 µmol CO2 m−2 s−1 a ve fázi s15 až o 6,63 µmol CO2 m−2 s−1 . Ke zvýšení PN došlo u všech genotypů v první fázi rehydratace r3 . V následných fázích rehydratace se PN postupně u odrůd Jersey a Malz zvyšovala a dosahovala hodnot blízkých hodnotám PN ve fázi předstresové (d6 ). Tabulka 5.7: Porovnání PN mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006 Fáze

Jersey

Malz

2007 Valtický

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

d0

0,1683

0,0247 ∗

0,6689

d0

0,0033 ∗

0,0009 ∗

0,1704

s15

0,1602

0,0503

0,7336

d6

0,4074

0,0224 ∗

0,9166

s30

0,4868

0,0808

0,4186

s4

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0022 ∗

s10

0,0623

0,0000 ∗

0,0000 ∗

s15

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r3

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r11

0,0001 ∗

0,0143 ∗

0,8993

r20

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

Rozdíly mezi kontrolní a stresovanou variantou pro oba pokusné roky jsou uvedeny v tabulce 5.7. Z výsledků v roce 2006 je patrné, že mezi kontrolní a stresovanou variantou nedošlo v hodnotách PN ke statisticky významným rozdílům ve fázích s15 a s30 . Statisticky významné rozdíly mezi kontrolní a stresovanou variantou se však projevily téměř u všech odrůd v pokusném roce 2007. Ve fázích stresu došlo u všech odrůd ke snížení PN vyjma odrůdy Jersey ve fázi stresu s10 , kde se hodnoty PN významně nelišily. Ve fázích rehydratace pak byly stále nižší v porovnání s kontrolní variantou kromě odrůdy Valtický ve fázi rehydratace r11 , kde se hodnoty PN významně nelišily. Na základě výsledků v tabulce 5.8, která porovnává vliv faktorů genotypu a ontogenetické fáze, bylo prokázáno, že pro stresované varianty v obou pokusných letech existují alespoň dvě ontogenetické fáze, v nichž se PN statisticky významně liší, a to bez vlivu genotypu. V roce 2007 u stresovaných variant bylo prokázáno, že existují alespoň dva genotypy mezi nimiž se PN statisticky významně liší bez vlivu ontogenetické fáze. To však neplatí pro výsledky z roku 2006. Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází nebyla jak u kontrolních, tak u stresovaných variant u PN v roce 2006 prokázána. Nicméně v roce 2007 jak pro kontrolní, tak pro stresované varianty je tato interakce 45

5. VÝSLEDKY


z výsledků patrná. Tabulka 5.8: PN u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,0919

0,1151

0,0000

0,0000


0,0017

0,0001

0,0000

0,0000

interakce

0,6327

0,3341

0,0000

0,0000

Stomatální vodivost gs

5.2.2

Stomatální vodivost u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 je uvedena v tabulkách 5.9 a 5.10, které v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty gs pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty. Tabulka 5.9: Stomatální vodivost (g s ) [mol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

0,37 ± 0,02(a)/(A)

0,35 ± 0,03(a)/(A)

0,32 ± 0,03(a)/(A)

0,1022

s15

(a)/(A)

0,33 ± 0,13

(a)/(A)

0,37 ± 0,05

(a)/(A)

0,35 ± 0,11

0,8745

s30

0,28 ± 0,04(a)/(A)

0,25 ± 0,05(a)/(C)

0,29 ± 0,05(a)/(A)

0,5598

p-hodnota

0,2812

0,0127

0,5091

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

0,26 ± 0,06(a)/(A)

0,23 ± 0,04(a)/(A)

0,28 ± 0,04(a)/(A)

0,3731

s15

(a)/(A)

0,23 ± 0,07

(a)/(A)

0,27 ± 0,05

(a)/(A)

0,26 ± 0,10

0,8386

s30

0,20 ± 0,04(a)/(A)

0,16 ± 0,04(a)/(C)

0,24 ± 0,03(c)/(A)

0,0285

p-hodnota

0,4178

0,0174

0,6738

p-hodnota

p-hodnota

V rámci statistického vyhodnocení gs v roce 2006 v tabulce 5.9 nebyly mezi porovnávanými genotypy kontrolních variant zjištěny statisticky významné rozdíly. Porovnáním rozdílů mezi ontogenetickými fázemi bylo zjištěno statisticky významné snížení gs u odrůdy Malz ve fázi s30 a to nejméně o 0,1 mol CO2 m−2 s−1 . Obecně bylo snížení hodnot gs ve fázi s30 zaznamenáno u všech zkoumaných genotypů. V tabulce 5.9 se u stresované varianty odrůdy Valtický při porovnání rozdílů mezi ontogenetickými fázemi projevilo významné zvýšení gs ve fázi stresu s30 v porovnání s odrůdami Jersey a Malz. U stresovaných variant genotypů se hodnoty gs v závislosti na prohlubujícím se stresu postupně snižovaly vyjma odrůdy Malz ve fázi stresu s15 ,

46

5. VÝSLEDKY


kde došlo k mírnému zvýšení gs . Pak ale ve fázi s30 došlo u odrůdy Malz ke statisticky významnému poklesu gs , jejíž hodnota byla 0,16 mol CO2 m−2 s−1 . Na základě statistického vyhodnocení gs v roce 2007 je z výsledků v tabulce 5.10 patrné, že jak u kontrolních, tak u stresovaných variant se u všech zkoumaných odrůd projevily rozdíly mezi genotypy i ontogenetickými fázemi. Tabulka 5.10: Stomatální vodivost (g s ) [mol CO2 m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

p-hodnota

d0

0,24 ± 0,02(a)/(A)

0,57 ± 0,06(b)/(A)

0,43 ± 0,07(c)/(A)

0,0000

d6

0,32 ± 0,08(a)/(B)

0,34 ± 0,11(a)/(B)

0,23 ± 0,06(c)/(B)

0,0000

s4

(a)/(A)

0,24 ± 0,05

(b)/(B)

0,33 ± 0,11

(a)/(B)

0,26 ± 0,04

0,0000

s10

0,27 ± 0,03(a)/(A)

0,26 ± 0,06(a)/(D)

0,31 ± 0,06(c)/(D)

0,0001

s15

0,31 ± 0,09(a)/(B)

0,26 ± 0,02(b)/(D)

0,37 ± 0,10(c)/(E)

0,0000

r3

(a)/(F)

0,56 ± 0,10

(b)/(F)

0,50 ± 0,13

(c)/(D)

0,30 ± 0,04

0,0000

r11

0,34 ± 0,03(a)/(B)

0,42 ± 0,15(b)/(G)

0,31 ± 0,08(a)/(D)

0,0000

r20

0,33 ± 0,08(a)/(B)

0,76 ± 0,10(b)/(H)

0,50 ± 0,06(c)/(H)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Fáze

Js

Ms

Vs

(a)/(A)

(b)/(A)

p-hodnota (c)/(A)

d0

0,23 ± 0,03

0,42 ± 0,07

0,48 ± 0,06

0,0000

d6

0,31 ± 0,08(a)/(B)

0,39 ± 0,13(b)/(A)

0,23 ± 0,07(c)/(B)

0,0000

s4

0,11 ± 0,02(a)/(C)

0,14 ± 0,02(b)/(C)

0,14 ± 0,03(b)/(C)

0,0000

s10

(a)/(A)

0,21 ± 0,02

(b)/(D)

0,28 ± 0,04

(b)/(D)

0,29 ± 0,12

0,0000

s15

0,16 ± 0,04(a)/(E)

0,19 ± 0,04(b)/(C)

0,22 ± 0,02(c)/(B)

0,0000

r3

0,26 ± 0,06(a)/(A)

0,32 ± 0,06(b)/(D)

0,17 ± 0,01(c)/(C)

0,0000

r11

(a)/(G)

0,28 ± 0,03

(b)/(G)

0,47 ± 0,11

(a)/(D)

0,31 ± 0,09

0,0000

r20

0,48 ± 0,05(a)/(H)

0,55 ± 0,06(b)/(H)

0,34 ± 0,04(c)/(H)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

U stresovaných variant genotypů v tabulce 5.10 došlo ve fázi stresu s4 k významnému snížení gs u všech odrůd a to v průměru o 0,18 [mol CO2 m−2 s−1 ] oproti fázi předstresové (d6 ). Následně pak došlo ve fázi stresu s10 ke zvýšení gs u všech genotypů a zvláště u odrůd Malz a Valtický, u nichž se hodnota gs blížila 0,3 [mol CO2 m−2 s−1 ]. V poslední fázi stresu s15 se gs opět mírně snížila u všech odrůd, ale stále se hodnota gs držela výše a to statisticky významně u odrůd Jersey a Valtický než v první fázi stresu s4 . Ve fázi rehydratace r3 se hodnoty gs statisticky významně zvýšily v porovnání s fázemi stresu vyjma odrůdy Valtický, kde gs naopak poklesla. V dalších fázích rehydratace u všech odrůd hodnoty gs postupně narůstaly a v poslední fázi rehydratace (r20 ) dosahovaly vysokých hodnot zvláště u odrůd Jersey a Malz.

47

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.11: Porovnání gs mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006

2007

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

Fáze

d0

0,0343 ∗

0,0055 ∗

0,2126

d0

s15

0,2489

0,0315 ∗

0,2505

s30

0,0379 ∗

0,0293 ∗

0,1607

Jersey

Malz

Valtický

0,1299

0,0000 ∗

0,0004 ∗

d6

0,7545

0,0907

1,0000

s4

0,0000 ∗ 0,0000 ∗

0,0000 ∗

s10

0,0000 ∗

0,2928

s15

0,0000 ∗ 0,0000 ∗

0,0000 ∗

r3

0,0000 ∗ 0,0000 ∗

0,0000 ∗

r11

0,0000 ∗

0,8116

r20

0,0000 ∗ 0,0000 ∗

0,1392

0,1010

0,0000 ∗

Rozdíly mezi kontrolní a stresovanou variantou pro oba pokusné roky jsou uvedeny v tabulce 5.11. V roce 2006 došlo ke statisticky významnému snížení gs u stresované varianty odrůdy Malz ve fázi s15 i s30 v porovnání s kontrolní variantou. Toto významné snížení je patrné i u odrůdy Jersey ve fázi s30 . V roce 2007 došlo u stresované varianty odrůdy Jersey k významnému snížení gs ve fázích stresu i rehydratace vyjma poslední fáze rehydratace r20 , kde se hodnoty gs zvýšily. U odrůd Malz a Valtický se hodnoty gs snížily ve fázích s4 , s15 , r3 i r20 . Tabulka 5.12: gs u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,9728

0,1836

0,0000

0,0000


0,0128

0,0309

0,0000

0,0000

interakce

0,6702

0,5191

0,0000

0,0000

Na základě výsledků v tabulce 5.12, která porovnává vliv faktorů genotypu a ontogenetické fáze, bylo prokázáno, že pro stresované varianty v obou pokusných letech existují alespoň dvě ontogenetické fáze, v nichž se gs statisticky významně liší, a to bez vlivu genotypu. V roce 2007 u stresovaných variant bylo prokázáno, že existují alespoň dva genotypy mezi nimiž se gs statisticky významně liší bez vlivu ontogenetické fáze. To však neplatí pro výsledky z roku 2006. Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází nebyla jak u kontrolních, tak u stresovaných variant u gs v roce 2006 prokázána. Nicméně v roce 2007 jak pro kontrolní, tak pro stresované varianty je tato interakce z výsledků patrná.

48

5. VÝSLEDKY


Rychlost transpirace E

5.2.3

Rychlost transpirace u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 je uvedena v tabulkách 5.13 a 5.14, které v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty E pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty. Tabulka 5.13: Rychlost transpirace (E) [mmol H2 O m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

6,52 ± 0,63(a)/(A)

5,92 ± 0,62(a)/(A)

5,57 ± 1,20(a)/(A)

0,3316

s15

(a)/(A)

6,61 ± 1,93

(a)/(B)

7,41 ± 0,51

(a)/(A)

6,92 ± 1,05

0,6889

s30

6,04 ± 0,72(a)/(A)

5,81 ± 0,80(a)/(A)

6,44 ± 0,85(a)/(A)

0,5499

p-hodnota

0,7900

0,0122

0,2314

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

5,87 ± 1,75(a)/(A)

5,04 ± 1,05(a)/(A)

5,72 ± 0,94(a)/(A)

0,6478

s15

(a)/(A)

5,29 ± 1,47

(a)/(A)

5,92 ± 0,50

(a)/(A)

5,54 ± 1,00

0,7091

s30

5,08 ± 0,79(a)/(A)

4,17 ± 1,18(a)/(A)

5,63 ± 0,41(a)/(A)

0,1032

p-hodnota

0,7206

0,0828

0,9530

p-hodnota

p-hodnota

Na základě statistického vyhodnocení E v roce 2006 u kontrolních variant v tabulce 5.13 se neprojevily mezigenotypové rozdíly. Nicméně při porovnání jednotlivých růstových fází došlo u odrůdy Malz ve fázi s15 ke statisticky významnému zvýšení E a to z 5,92 na 7,41 mmol H2 O m−2 s−1 . U stresovaných variant se dle výsledků v tabulce 5.13 neprojevily statisticky významné rozdíly mezi genotypy i ontogenetickými fázemi v hodnotách E, nicméně ve fázi stresu s15 došlo ke snížení E u odrůd Jersey a Valtický, ve fázi s30 pak u odrůd Jersey a Malz. Výsledky statistického vyhodnocení E v roce 2007 jsou shrnuty v tabulce 5.14, kde jsou u kontrolních (vyjma fáze r3 ) i u stresovaných variant zkoumaných odrůd patrné jak rozdíly mezi genotypy, tak i mezi ontogenetickými fázemi. U kontrolních variant ve fázi rehydratace r3 výrazněji vzrostla E u všech zkoumaných genotypů a dosahovala hodnot od 6,88 do 7,13 mmol H2 O m−2 s−1 .

49

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.14: Rychlost transpirace (E) [mmol H2 O m−2 s−1 ] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk (a)/(A)

Vk (b)/(A)

p-hodnota (c)/(A)

d0

4,17 ± 0,39

5,50 ± 0,51

4,46 ± 0,47

0,0000

d6

2,26 ± 0,56(a)/(B)

2,38 ± 0,53(a)/(B)

1,83 ± 0,21(c)/(B)

0,0000

s4

3,87 ± 0,62(a)/(A)

4,09 ± 0,35(b)/(C)

3,77 ± 0,70(a)/(C)

0,0467

s10

(a)/(D)

4,69 ± 0,27

(b)/(D)

5,04 ± 0,42

(b)/(D)

5,12 ± 0,52

0,0000

s15

4,72 ± 0,84(a)/(D)

4,65 ± 0,25(a)/(D)

5,31 ± 0,76(c)/(D)

0,0000

r3

6,88 ± 1,17(a)/(F)

7,13 ± 0,81(a)/(F)

7,11 ± 0,73(a)/(F)

0,4117

r11

(a)/(A)

3,97 ± 0,48

(b)/(D)

4,98 ± 1,11

(a)/(C)

4,04 ± 0,69

0,0000

r20

3,47 ± 0,38(a)/(H)

5,63 ± 0,39(b)/(A)

4,75 ± 0,28(c)/(D)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

4,20 ± 0,36(a)/(A)

4,76 ± 0,46(b)/(A)

4,60 ± 0,38(b)/(A)

0,0000

d6

(a)/(B)

2,31 ± 0,60

(a)/(B)

2,45 ± 0,51

(c)/(B)

1,97 ± 0,22

0,0001

s4

2,32 ± 0,79(a)/(B)

3,03 ± 0,50(b)/(C)

3,67 ± 0,86(c)/(C)

0,0000

s10

4,13 ± 0,21(a)/(A)

5,27 ± 0,46(b)/(D)

5,31 ± 0,89(b)/(D)

0,0000

s15

(a)/(E)

3,55 ± 0,52

(b)/(E)

4,10 ± 0,58

(c)/(A)

4,55 ± 0,34

0,0000

r3

5,31 ± 0,74(a)/(F)

5,73 ± 0,58(b)/(F)

5,00 ± 0,41(a)/(D)

0,0000

r11

3,71 ± 0,32(a)/(E)

5,25 ± 0,57(b)/(D)

3,98 ± 0,91(a)/(C)

0,0000

r20

(a)/(A)

(b)/(F)

(c)/(C)

0,0000

p-hodnota

p-hodnota

4,42 ± 0,18

6,03 ± 0,59

4,03 ± 0,30

0,0000

0,0000

0,0000

U stresovaných variant v tabulce 5.14 se E ve fázi stresu s4 u všech zkoumaných genotypů zvýšila. Ke statisticky významnému zvýšení došlo u odrůd Malz a Valtický. Ve fázi stresu s10 došlo k dalšímu zvýšení E, které u všech odrůd bylo statististicky významné. V poslední fázi stresu s15 se u všech odrůd E jen mírně snížilo. V první fázi rehydratace r3 se pak E opět zvýšila v porovnání s fází s15 a v dalších fázích rehydratace se držela na hodnotách mezi 3,71 a 6,03[mmol H2 O m−2 s−1 ].

50

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.15: Porovnání E mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006 Fáze

2007

Jersey

Malz

Valtický

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

d0

0,5327

0,2239

0,8494

d0

0,6714

0,0000 ∗

0,1503

s15

0,3263

0,0087 ∗

0,1149

d6

0,7558

0,5237

0,0050 ∗

s30

0,1337

0,0701

0,1619

s4

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,5763

s10

0,0000 ∗

0,0253 ∗

0,2578

s15

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r3

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r11

0,0057 ∗

0,1687

0,7593

r20

0,0000 ∗

0,0006 ∗

0,0000 ∗

Rozdíly mezi kontrolní a stresovanou variantou pro oba pokusné roky jsou uvedeny v tabulce 5.15. V roce 2006 došlo k významnému snížení E u stresované varianty odrůdy Malz ve fázi s15 v porovnání s kontrolní variantou. V roce 2007 došlo u stresované varianty odrůdy Jersey k významnému snížení E ve všech fázích stresu i ve fázích rehydratace r3 a r11 . Stejně tak reagovala odrůda Malz, u které však došlo ve fázi stresu s10 naopak ke zvýšení E. Odrůda Valtický projevila snížení E ve fázích s15 a r3 . Ve fázích rehydratace r20 odrůdy Jersey a Malz statisticky významně zvyšují E oproti kontrolní variantě a naopak odrůda Valtický statisticky významně E snižuje. Tabulka 5.16: E u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,9778

0,4265

0,0000

0,0000


0,0475

0,3055

0,0000

0,0000

interakce

0,4444

0,4415

0,0000

0,0000

Na základě výsledků v tabulce 5.16, která porovnává vliv faktorů genotypu a ontogenetické fáze, bylo prokázáno, že v roce 2007 u stresovaných variant existují alespoň dva genotypy mezi nimiž se E statisticky významně liší bez vlivu ontogenetické fáze. To však neplatí pro výsledky z roku 2006. Stejně tak bylo prokázáno, že v roce 2007 u stresovaných variant existují alespoň dvě ontogenetické fáze, v nichž se E statisticky významně liší, a to bez vlivu genotypu, což opět neplatí pro výsledky z roku 2006. Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází nebyla jak u kontrolních, tak u stresovaných variant u E v roce 2006 prokázána. Nicméně v roce 2007 jak pro kontrolní, tak pro stresované varianty je tato interakce z výsledků patrná.

51

5. VÝSLEDKY

5.2.4


Závislosti vybraných parametrů výměny plynů

Závislosti vybraných parametrů výměny plynů v pokusném roce 2006 jsou znázorněny na obrázcích 5.4, 5.5 a 5.6, kde jsou vyneseny reálné naměřené hodnoty. Z obrázku 5.4 je zřejmé, že všechny genotypy reagovaly na postupně se prohlubující vodní stres mírným poklesem hodnot stomatální vodivosti (gs ) a v porovnání s kontrolními variantami i mírným poklesem hodnot rychlosti fotosyntézy (PN ). S tímto poklesem hodnot gs souvisí i pokles hodnot E na obrázku 5.5. Jersey

Malz

Valtický

PN [µmol CO2 m−2s−1]

25 20 15 10 5 kontrola d0

0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

kontrola s15

0.1

0.2

kontrola s30

0.3

0.4

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

stres s15

0.1

0.2

stres s30

0.3

0.4

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.4: Závislost PN na g s u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí u kontrolních variant ve fázích d0 , s15 a s30 (Jersey: PN = −2,4287/gs + 28,9902, r2 = 0,5089, mse = 6,4091, Malz: PN = −2,4354/gs + 27,8205, r2 = 0,7106, mse = 1,8181, Valtický: PN = −1,2519/gs +23,0033, r2 = 0,2798, mse = 3,3226) a u stresovaných variant ve fázích stresu s15 a s30 (Jersey: PN = −0,5470/gs + 20,0976, r2 = 0,1269, mse = 3,4388, Malz: PN = −1,4514/gs + 23,5527, r2 = 0,9775, mse = 0,2006, Valtický: PN = −0,6385/gs + 20,4932, r2 = 0,4771, mse = 1,1354).

Pokles hodnot PN a gs na obrázku 5.4 je nejvýraznější u odrůdy Malz při dlouhodobějším stresu s30 . Z průběhu regresní křivky a hodnoty koeficientu determinance r2 = 0,9775 je patrná silná závislost mezi poklesem hodnot gs , kdy klesají hodnoty PN , a délkou působení vodního stresu a to zvláště ve fázi s30 . U odrůdy Valtický na obrázku 5.4 došlo k mírnému poklesu PN při dlouhodobějším stresu s30 . Z průběhu regresní křivky a hodnoty koeficientu determinance r2 = 0,4771 je patrná slabší závislost mezi poklesem hodnot gs , kdy minimálně klesají hodnoty PN , a délkou působení vodního stresu v porovnání s odrůdou Malz. Vzhledem k průběhu regresních křivek a nízkým koeficientům determinance u odrůdy Jersey nelze z obrázku 5.4 jednoznačně posoudit vývoj hodnot gs v závislosti na délce stresu. V porovnání s kontrolní variantou je patrné, že pokles hodnot PN byl ovlivněn poklesem gs , ačkoliv u kontrolní varianty se hodnoty gs ve fázi s30 oproti fázi s15 a fázi předstresové snížily.

52

5. VÝSLEDKY


Jersey

Malz

Valtický

E [mmol H2O m−2s−1]

10 8 6 4 2 kontrola d0

0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0

−2 −1

kontrola s15

0.1

0.2

kontrola s30

0.3

0.4

0

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

stres s15

0.1

0.2

stres s30

0.3

0.4

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.5: Závislost E na gs u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí u kontrolních variant ve fázích d0 , s15 a s30 (Jersey: E = −0,8395/gs + 9,1454, r2 = 0,5406, mse = 0,6747, Malz: E = −0,6914/gs + 8,6076, r2 = 0,3516, mse = 0,6635, Valtický: E = −0,8542/gs + 9,1197, r2 = 0,4429, mse = 0,7561) a u stresovaných variant ve fázích stresu s15 a s30 (Jersey: E = −0,6735/gs + 8,4309, r2 = 0,5410, mse = 0,6425, Malz: E = −0,6385/gs + 8,4017, r2 = 0,9090, mse = 0,1685, Valtický: E = −0,4553/gs + 7,5563, r2 = 0,8911, mse = 0,0644).

Jersey

Malz

Valtický


25 20 15 10 5 kontrola d0

0

0

100

200

300 0 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

kontrola s15

100

kontrola s30

200

300 0 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

stres s15

100

stres s30

200

300 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.6: Závislost PN na Ci u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. Vyjádřeno lineární regresní funkcí u kontrolních variant ve fázích d0 , s15 a s30 (Jersey: PN = 14,5014 · Ci + 0,0253, r2 = 0,0410, mse = 3,2619, Malz: PN = −7,6465 · Ci + 0,1040, r2 = 0,3585, mse = 3,2619, Valtický: PN = 16,6223 · Ci + 0,0084, r2 = 0,0091, mse = 3,2619) a u stresovaných variant ve fázích stresu s15 a s30 (Jersey: PN = 19,4943 · Ci + 0,0089, r2 = 0,0337, mse = 1,0073, Malz: PN = −17,2499 · Ci + 0,1382, r2 = 0,8800, mse = 1,0073, Valtický: PN = 13,7696 · Ci + 0,0165, r2 = 0,2397, mse = 1,0073).

Pokles hodnot E na obrázku 5.5 se také projevil u všech genotypů, ale nejvýraznější projev byl zaznamenán u odrůdy Malz. Z průběhu regresních křivek a koeficientů determinance je u odrůd Malz a Valtický zřejmá silná závislost mezi poklesem hodnot gs 53

5. VÝSLEDKY


a poklesem hodnot E. U odrůdy Jersey lze z obrázku usuzovat na snížení E v důsledku snížení gs . Těsnost regresní závislosti mezi poklesem hodnot gs a poklesem hodnot E při prohlubujícím se stresu však není vysoká, jak naznačuje hodnota r2 = 0,5410. Všechny genotypy kontrolních variant dosahovaly nejvyšších hodnot PN na počátku sloupkování ve fázi d0 , jak je vidět na obrázku 5.4. To však nelze tvrdit o hodnotách E na obrázku 5.5. Nejvyšších hodnot PN dosahovala odrůda Jersey, poté Malz a nejnižších hodnot odrůda Valtický (viz tabulka 5.5). Ve fázi kvetení až metání (s30 ) je patrné, že u kontrolních variant došlo k mírnému poklesu hodnot PN . Z obrázku 5.6 není u zkoumaných genotypů patrný žádný výrazný vliv vodního stresu na pokles hodnoty intercelulární koncentrace CO2 (Ci ), která v průměru u odrůdy Jersey dosahovala 230±39 µmol CO2 mol−1 , u odrůdy Malz 240±9 µmol CO2 mol−1 a u odrůdy Valtický 240±34 µmol CO2 mol−1 . Kromě odrůdy Malz není u odrůdy Valtický a zvláště pak u odrůdy Jersey patrná žádná zřejmá závislost mezi mírným poklesem PN a Ci jak pro kontrolní, tak pro stresovanou variantu. Jersey

Malz

Valtický


30 25 20 15 10 5 0

kontrola s4

0

0.2

0.4 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

kontrola s10

0

kontrola s15

0.2

0.4 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

stres s4

0

stres s10

0.2

stres s15

0.4

gs [mol CO2 m−2s−1]

Obrázek 5.7: Závislost PN na g s u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí ve fázích s4 , s10 a s15 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = −0,5356/gs + 17,7099, r2 = 0,0352, mse = 5,1181, Malz: PN = −1,8986/gs + 29,5139, r2 = 0,1065, mse = 21,3233, Valtický: PN = −2,5128/gs + 27,1580, r2 = 0,2513, mse = 12,4372) a pro varianty stresované (Jersey: PN = −1,0014/gs + 19,8097, r2 = 0.6664, mse = 2,9825, Malz: PN = −1,8504/gs + 26,8333, r2 = 0,6366, mse = 5,9568, Valtický: PN = −0,8256/gs + 17,9112, r2 = 0,4710, mse = 3,0624).

Závislosti vybraných parametrů výměny plynů v pokusném roce 2007 jsou znázorněny na obrázcích 5.7 až 5.15, kde jsou vyneseny reálné naměřené hodnoty. Z obrázku 5.7 je zřejmé, že všechny genotypy reagovaly na vodní stres poklesem hodnot stomatální vodivosti (gs ), což mělo za následek pokles hodnot rychlosti fotosyntézy (PN ). Tento pokles je patrný ve všech fázích stresu. Nicméně u všech genotypů je nejvýraznější na počátku stresu ve fázi s4 , kdy významnější snížení hodnot gs pohybující se v průměru mezi 0,11–0,14 mol CO2 m−2 s−1 vedlo k významnějšímu snížení hodnot PN pohybujících se v průměru mezi 10,53–12,57 µmol CO2 m−2 s−1 . V následné fázi stresu s10 je u všech genotypů patrné výrazné zvýšení hodnot gs , a to až na úroveň kontrolních variant, a s tím související zvýšení hodnot PN , které však nedosáhly hodnot vykazovaných kontrolními variantami. To však neplatí u stresované varianty 54

5. VÝSLEDKY


odrůdy Jersey, u níž hodnoty PN jsou srovnatelné s kontrolní variantou, ačkoliv kontrolní varianta odrůdy Jersey vykázala nejnižší hodnoty PN v porovnání s kontrolními variantami odrůd Malz a Valtický. V poslední fázi stresu s15 se u všech odrůd gs mírně snížilo a v důsledku toho došlo ke snížení PN . Z průběhu regresních křivek a hodnot r2 je u odrůd Jersey (r2 = 0,6664) a Malz 2 (r = 0,6366) patrná silnější závislost mezi poklesem hodnot gs a působením jednotlivých fází vodního stresu. V důsledku toho došlo k poklesu PN . U odrůdy Valtický je tato závislost slabší, neboť hodnota koeficientu determinance je zde r2 = 0,4710.


Jersey

Malz

Valtický

6 5 4 3 2 1 0

kontrola s4

0

0.2

0.4


kontrola s10

0

kontrola s15

0.2

0.4


stres s4

0

stres s10

0.2

stres s15

0.4


Obrázek 5.8: Závislost E na gs u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí ve fázích s4 , s10 a s15 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = −0,5451/gs +6,5217, r2 = 0,3585, mse = 0,3458, Malz: PN = −0,1698/gs + 5,2245,r2 = 0,0739, mse = 0,2546, Valtický: PN = −1,0151/gs + 8,1898, r2 = 0,7417, mse = 0,2372) a pro varianty stresované (Jersey: PN = −0,3616/gs + 5,8660, r2 = 0,8774, mse = 0,1086, Malz: PN = −0,5311/gs + 7,0213, r2 = 0,7701, mse = 0,2566, Valtický: PN = −0,3898/gs + 6,5965, r2 = 0,6100, mse = 0,3885).

Stejně tak měl pokles hodnot gs , jak je znázorněno na obrázku 5.8, vliv na pokles hodnot E. Tento pokles je u všech zkoumaných genotypů nejvýraznější v první fázi stresu s4 , kdy hodnotám gs pohybující se v průměru mezi 0,11–0,14 mol CO2 m−2 s−1 odpovídaly hodnoty E pohybující se v průměru mezi 2,32–3,67 mmol H2 O m−2 s−1 . V další fázi stresu s10 zkoumané genotypy reagovaly na sníženou dostupnost vody zvýšením gs , což vedlo ke zvýšení hodnot E. Nejvíce se toto zvýšení E projevilo u odrůd Malz a Valtický. Ve fázi stresu s15 hodnoty gs mírně poklesly a tím došlo k poklesu hodnot E v porovnání s fází s10 i kontrolními variantami. Závislost E na gs při prohlubujícím se stresu je nejtěsnější u odrůd Jersey (r2 = 0,8774) a Malz (r2 = 0,7701). Slabší je pak tato závislost u odrůdy Valtický (r2 = 0,6100).

55

5. VÝSLEDKY


Jersey

Malz

Valtický


25 20 15 10 5 stres s15

0

0

0.2

0.4

0.6

0

−2 −1

0.2

stres r3

0.4

0.6

0

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

stres r11

0.2

0.4

stres r20

0.6 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.9: Závislost PN na g s u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí pro variantu stresovanou ve fázi stresu s15 a ve fázích postresových (rehydratace) r3 , r11 a r20 (Jersey: PN = −1,6224/gs + 22,4402, r2 = 0,7436, mse = 3,1172, Malz: PN = −0,.8138/gs + 22,9473, r2 = 0,2473, mse = 5,3352, Valtický: PN = −0,3382/gs + 17,3712, r2 = 0,0305, mse = 6,2928).

Jersey

Malz

Valtický


7 6 5 4 3 2 1 0

stres s15

0

0.2

0.4

0.6 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

0.2

0.4

stres r3

0.6 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

stres r11

0.2

0.4

stres r20

0.6 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.10: Závislost E na gs u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí pro variantu stresovanou ve fázi stresu s15 a ve fázích postresových (rehydratace) r3 , r11 a r20 (Jersey: PN = −0,2457/gs + 5,2600, r2 = 0,2856, mse = 0,5187, Malz: PN = −0,4717/gs + 6,7945, r2 = 0,6694, mse = 0,2907, Valtický: PN = 0,0707/gs + 4,0886, r2 = 0,0184, mse = 0,4633).

Při porovnání chování jednotlivých genotypů mezi poslední fází stresu s15 a jednotlivými fázemi rehydratace na obrázku 5.9 je zřejmé, že reakce všech odrůd na obnovení zálivky vedla ke zvýšení gs a zároveň ke zvýšení PN u rehydratovaných variant. Nejvýrazněji se zvýšení gs a PN projevilo u odrůd Jersey a Malz po celou dobu rehydratace, zvláště ve fázi r11 a v poslední fázi rehydratace r20 . U odrůdy Jersey je z průběhu regresní závislosti patrná nejtěsnější závislost (r2 = 0,7436) mezi fází stresu s15 a 56

5. VÝSLEDKY


jednotlivými fázemi rehydratace v čase, kdy se postupně zvyšovala gs , která byla v pozitivní korelaci s hodnotami PN . To však nelze na základě průběhu regresní křivky a těsnosti závislosti jednoznačně potvrdit u odrůd Malz a Valtický. U všech odrůd se obnovení zálivky také projevilo na zvýšení E znázorněné regresní závislostí na obrázku 5.10, a to zvláště v první fázi rehydratace r3 . V dalších fázích rehydratace každá ze zkoumaných odrůd reagovala na obnovenou zálivku odlišně. Odrůda Jersey výrazně zvýšila gs v průměru na 0,48 mmol H2 O m−2 s−1 ve fázi r20 , ale hodnoty E nepřesáhly v průměru 4,42 mmol H2 O m−2 s−1 . U odrůdy Malz, jako jediné, je patrný trend, kdy s růstem gs rostla E a těsnost pozitivní korelace mezi zkoumanými fázemi je dána hodnotou r2 odpovídající 0,6694. Odrůda Valtický také při mírném zvýšení gs zvýšila E, ale z regresní závislosti není patrný žádný trend mezi oběma parametry ve fázi stresu s15 a fázemi rehydratace. Jersey

Malz

Valtický


30 25 20 15 10 5 0

kontrola r3

0

0.5

kontrola r11

1 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

kontrola r20

0.5

stres r3

1 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

0

stres r11

stres r20

0.5

1 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.11: Závislost PN na g s u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí ve fázích r3 , r11 a r20 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = −1,4591/gs + 21,3745, r2 = 0,2189, mse = 5,6815, Malz: PN = −5,1417/gs + 35,4756, r2 = 0,7845, mse = 5,6765, Valtický: PN = −1,9805/gs + 25,1995, r2 = 0,5106, mse = 3,8615) a pro varianty rehydratované (Jersey: PN = −2,7995/gs + 26,0801, r2 = 0,7958, mse = 2,0537, Malz: PN = −1,1460/gs + 23,.6221, r2 = 0,1223, mse = 5,6897, Valtický: PN = −0.,0608/gs + 17,1982, r2 = 0,0020, mse = 3,9694).

Při porovnání kontrolních variant a rehydratovaných variant v postresovém období na obrázku 5.11 je patrné, že ačkoliv u rehydratovaných variant došlo ke zvýšení gs , zvýšená PN u nich již nedosahovala úrovně PN jako u variant kontrolních. To však neplatí pro odrůdu Jersey ve fázi rehydratace r20 , u níž PN dosahovala v průměru 20,52 µmol CO2 m−2 s−1 . Odrůda Malz však ve fázi r20 dokázala jako jediná zvýšit PN v průměru na 23,53 µmol CO2 m−2 s−1 . Nejtěsnější závislost (r2 = 0,7436) mezi jednotlivými fázemi rehydratace je patrná u odrůdy Jersey. U odrůd Malz a Valtický se síla této závislosti nepotvrdila.

57

5. VÝSLEDKY


Jersey

Malz

Valtický


8 6 4 2 kontrola r3

0

0

kontrola r11

0.5

1

0

−2 −1

kontrola r20

stres r3

0.5

1

0

−2 −1

gs [mol CO2 m s ]

stres r11

stres r20

0.5

1 −2 −1

gs [mol CO2 m s ]

gs [mol CO2 m s ]

Obrázek 5.12: Závislost E na gs u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno hyperbolickou regresní funkcí ve fázích r3 , r11 a r20 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = −1,5757/gs + 8,9956, r2 = 0,6481, mse = 1,0086, Malz: PN = −0,7818/gs + 7,5284, r2 = 0,3180, mse = 1,0244, Valtický: PN = −0,1766/gs + 5,8213, r2 = 0,0152, mse = 2,0794) a pro varianty rehydratované (Jersey: PN = −0,0864/gs +4,7644, r2 = 0,0116, mse = 0,6515, Malz: PN = −0,3543/gs + 6,5385, r2 = 0,1732, mse = 0,3617, Valtický: PN = 0,0863/gs + 3,9789, r2 = 0,0276, mse = 0,5657).

Jersey

Malz

Valtický


30 25 20 15 10 5 0

kontrola s4

0

100

kontrola s10

200 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

0

kontrola s15

100

stres s4

200 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

0

stres s10

100

stres s15

200

Ci [µmol CO2 mol−1]

Obrázek 5.13: Závislost PN na Ci u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno lineární regresní funkcí ve fázích s4 , s10 a s15 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = 27,5875 · Ci − 0,0527, r2 = 0,1776, mse = 4,3623, Malz: PN = 41,9685 · Ci − 0,0963, r2 = 0,6931, mse = 7,3233, Valtický: PN = 52,2297 · Ci − 0,1429, r2 = 0,1459, mse = 14,1877) a pro varianty stresované (Jersey: PN = 9,2374·Ci +0,0173,r2 = 0.0040, mse = 8,9055, Malz: PN = 15,7016 · Ci + 0,0056, r2 = 0,0008, mse = 16,3795, Valtický: PN = −18,5812 · Ci + 0,1329,r2 = 0,2740, mse = 4,2029).

Ani u jediné ze zkoumaných odrůd není z obrázku 5.12 patrná pozitivní korelace mezi jednotlivými zkoumanými fázemi rehydratace znázorňující závislost E na gs . Důvodem je u všech genotypů strmější růst E na počátku rehydratace ve fázi r3 . Stejně 58

5. VÝSLEDKY


tak jako zvýšení gs , v důsledku obnovení zálivky u všech zkoumaných odrůd, které vedlo ke zvýšení PN , způsobilo zvýšení E. Jersey

Malz

Valtický


25 20 15 10 5 stres s15

0

0

100

200

300 0 −1

100

stres r3

200

300 0 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

stres r11

100

stres r20

200

300 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

Ci [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.14: Závislost PN na Ci u stresovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno lineární regresní funkcí pro variantu stresovanou ve fázi stresu s15 a ve fázích postresových (rehydratace) r3 , r11 a r20 (Jersey: PN = −4,0852 · Ci + 0,0819, r2 = 0,2224, mse = 9,4530, Malz: PN = 20,2686 · Ci + 0,0003, r2 = 0,0000, mse = 7,0877, Valtický: PN = 17,3457 · Ci − 0,0060, r2 = 0,0072, mse = 6,4441).

Jersey

Malz

Valtický


30 25 20 15 10 5 0

kontrola r3

0

100

kontrola r11

200

300 0 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

kontrola r20

100

stres r3

200

300 0 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

stres r11

100

stres r20

200

300 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.15: Závislost PN na Ci u kontrolních a rehydratovaných variant zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2007. Vyjádřeno lineární regresní funkcí ve fázích r3 , r11 a r20 pro varianty kontrolní (Jersey: PN = 18,5761 · Ci − 0,0043, r2 = 0,0006, mse = 7,2693, Malz: PN = 74,6224 · Ci − 0,1964, r2 = 0,2779, mse = 19,0207, Valtický: PN = 34,1639 · Ci − 0,0599, r2 = 0,0477, mse = 7,5135) a pro varianty rehydratované (Jersey: PN = 43,9480 · Ci − 0,1069, r2 = 0,0825, mse = 9,2287, Malz: PN = 32,6688 · Ci − 0,0458, r2 = 0,2697, mse = 4,7344, Valtický: PN = 18,1143 · Ci − 0,0049, r2 = 0,0105, mse = 3,9356).

Obdobně jako v roce 2006 není z obrázku 5.13 u zkoumaných genotypů patrný žádný výrazný vliv vodního stresu na pokles hodnoty Ci , která ve fázích stresu s4 až s15 59

5. VÝSLEDKY


dosahovala v průměru u odrůdy Jersey 206±11 µmol CO2 mol−1 , u odrůdy Malz 192±20 µmol CO2 mol−1 a u odrůdy Valtický 241±9 µmol CO2 mol−1 . U stresovaných variant jednotlivých odrůd není patrný pokles hodnoty Ci , který by způsobil mírný pokles PN . Velmi nízké hodnoty r2 u všech odrůd určují negativní korelaci dané závislosti mezi jednotlivými fázemi stresu u každé z odrůd. Pozitivní korelace závislosti PN na Ci mezi jednotlivými fázemi nebyla prokázána ani u jediné odrůdy. U závislosti PN na Ci se neprokázala pozitivní korelace ani mezi fází stresu s15 a rehydratovanými variantami na obrázku 5.14 ani mezi rehydratovanými variantami na obrázku 5.15. Strmý vzestup PN až na průměrných 20,52 µmol CO2 m−2 s−1 ve fázi r20 je při průměrné hodnotě Ci = 252 ± 9 µmol CO2 mol−1 rehydratovaných variant odrůdy Jersey dobře patrný. Průměrná hodnota Ci rehydratovaných variant odrůdy Malz dosahovala 259 ± 29 µmol CO2 mol−1 a odrůdy Valtický 236 ± 41 µmol CO2 mol−1 . Hodnota Ci u odrůdy Jersey po obnovení zálivky (r3 ) vzrostla o 44 µmol CO2 mol−1 , což odpovídá 20,9 %, a PN vzrostla o pouhých 1,38 µmol CO2 m−2 s−1 . U odrůdy Malz hodnota Ci po obnovení zálivky (r3 ) vzrostla o 58 µmol CO2 mol−1 , což odpovídá 34,0 %. V následných fázích rehydratace se Ci mírně zvýšila, ale pouze ve fázi r20 dosáhla PN nejvyšší průměrné hodnoty 23,53 µmol CO2 m−2 s−1 . Na rozdíl od odrůd Jersey a Malz odrůda Valtický na obnovení zálivky (r3 ) reagovala mírným snížením Ci o 57 µmol CO2 mol−1 (31,8 %) a mírným vzrůstem PN o 4,31 µmol CO2 mol−1 . V následných fázích rehydratace Ci mírně vzrostla, ale PN se držela přibližně na stejných průměrných hodnotách jako ve fázi r3 , tj. mezi 16,24 a 17,42 µmol CO2 mol−1 .

5.2.5

Okamžitá efektivita využití vody (WUE)

Okamžitá efektivita využití vody u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 je znázorněna graficky v Příloze B na obrázku B.1 a hodnoty WUE jsou uvedeny v tabulce 5.17. V roce 2007 je pak znázorněna v Příloze B na obrázku B.2 a hodnoty uvedeny v tabulce 5.19. Tabulky v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty WUE pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty.

60

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.17: Okamžitá efektivita využití vody (WUE) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

3,65 ± 0,40(a)/(A)

3,75 ± 0,46(a)/(A)

3,63 ± 0,33(a)/(A)

0,8941

s15

(a)/(A)

3,23 ± 0,49

(a)/(B)

2,77 ± 0,19

(a)/(B)

2,76 ± 0,46

0,2205

s30

3,09 ± 0,40(a)/(A)

3,03 ± 0,39(a)/(B)

2,81 ± 0,08(a)/(B)

0,4644

p-hodnota

0,2186

0,0108

0,0076

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

3,76 ± 0,85(a)/(A)

3,91 ± 0,48(a)/(A)

3,38 ± 0,33(a)/(A)

0,4630

s15

(a)/(A)

3,59 ± 0,82

(a)/(B)

3,02 ± 0,26

(a)/(A)

3,40 ± 0,39

0,3739

s30

3,36 ± 0,35(a)/(A)

3,44 ± 0,36(a)/(B)

3,04 ± 0,10(a)/(A)

0,1840

p-hodnota

0,7294

0,0274

0,2207

p-hodnota

p-hodnota

Tabulka 5.18: Porovnání WUE mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006 Fáze

2007

Jersey

Malz

Valtický

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

d0

0,8235

0,6703

0,3321

d0

0,0067 ∗ 0,0011 ∗

0,0256 ∗

s15

0,4992

0,1818

0,0851

d6

0,9198

0,8237

0,1034

s30

0,3700

0,1791

0,0145 ∗

s4

0,1285

0,7883

0,0060 ∗

s10

0,0000 ∗ 0,0000 ∗

0,0000 ∗

s15

0,5829

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r3

0,1460

0,0021 ∗

0,0000 ∗

r11

0,4405

0,0000 ∗

0,2394

r20

0,1392

0,0000 ∗

0,0001 ∗

Z obrázku B.1 v pokusném roce 2006 je patrné, že u všech stresovaných variant zkoumaných genotypů ve fázích stresu s15 a s30 došlo k mírnému zvýšení hodnot WUE. Mezi porovnávanými genotypy kontrolní a stresované varianty se neprojevil statisticky významný rozdíl ve zvýšení WUE, jak ukazuje tabulka 5.18 vyjma jediné fáze s30 u odrůdy Valtický. Statistické vyhodnocení v tabulce 5.17 nepotvrdilo mezigenotypové rozdíly, ale u odrůdy Malz je patrné významné snížení WUE ve fázích stresu s15 a s30 . Výsledky v tabulce 5.17 ukazují, že, že ve fázi s15 je vyšší WUE u odrůdy Jersey a ve fázi s30 u odrůdy Malz.

61

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.19: Okamžitá efektivita využití vody (WUE) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

3,75 ± 0,24(a)/(A)

4,30 ± 0,43(b)/(A)

4,47 ± 0,46(b)/(A)

0,0000

d6

(a)/(B)

9,62 ± 2,09

10,14 ± 1,78

(c)/(B)

11,27 ± 2,56

0,0032

s4

4,45 ± 0,87(a)/(A)

4,13 ± 0,65(a)/(A)

4,28 ± 1,60(a)/(A)

0,4407

s10

3,10 ± 0,52(a)/(A)

5,00 ± 0,73(b)/(D)

3,71 ± 0,19(c)/(A)

0,0000

s15

(a)/(A)

3,41 ± 0,69

(b)/(E)

5,63 ± 0,81

(c)/(A)

4,16 ± 0,68

0,0000

r3

2,76 ± 0,78(a)/(F)

3,41 ± 0,30(b)/(F)

2,76 ± 0,33(a)/(F)

0,0000

r11

4,63 ± 0,59(a)/(G)

4,03 ± 0,26(b)/(A)

4,36 ± 0,65(a)/(A)

0,0000

r20

(a)/(G)

(b)/(E)

(a)/(A)

0,0000

(a)/(B)

p-hodnota

4,55 ± 0,33

5,44 ± 0,32

4,45 ± 0,39

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Fáze

Js

Ms

Vs

p-hodnota

d0

3,96 ± 0,42(a)/(A)

4,73 ± 0,66(b)/(A)

4,21 ± 0,55(a)/(A)

0,0000

d6

9,67 ± 2,51(a)/(B)

10,24 ± 1,99(a)/(B)

10,44 ± 1,89(a)/(B)

0,2569

s4

(a)/(A)

4,76 ± 0,92

s10

(b)/(A)

4,19 ± 1,22

(c)/(A)

3,51 ± 0,56

0,0000

3,78 ± 0,48(a)/(A)

3,66 ± 0,35(a)/(D)

2,84 ± 0,25(c)/(D)

0,0000

s15

3,47 ± 0,25(a)/(A)

4,63 ± 0,46(b)/(A)

2,83 ± 0,27(c)/(D)

0,0000

r3

(a)/(F)

2,58 ± 0,14

(b)/(D)

3,59 ± 0,22

(b)/(D)

3,46 ± 0,38

0,0000

r11

4,52 ± 0,60(a)/(A)

3,54 ± 0,47(b)/(D)

4,59 ± 1,02(a)/(A)

0,0000

r20

4,64 ± 0,12(a)/(A)

3,95 ± 0,54(b)/(D)

4,01 ± 0,53(b)/(A)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Z obrázku B.2 v pokusném roce 2007 je patrné, že pouze u stresované varianty odrůdy Jersey došlo ve všech fázích stresu (s4 , s10 , s15 ) k mírnému zvýšení hodnot WUE. Při porovnání kontrolní a stresované varianty došlo ke statisticky významnému zvýšení WUE pouze ve fázi stresu s10 , jak je vidět z výsledků v tabulkách 5.18 a 5.19. Z těchto výsledků je rovněž patrné, že naopak ke statisticky významnému snížení WUE mezi kontrolní a stresovanou variantou došlo u odrůd Malz a Valtický ve fázích stresu s10 a s15 . U odrůdy Valtický je navíc toto snížení významné i na počátku stresu ve fázi s4 . Při obnovení zálivky ve fázi rehydratace r3 došlo shodně u odrůd Malz i Valtický ke statisticky významnému zvýšení WUE, které se ale ve fázi r20 statisticky významně snížilo. U odrůdy Jersey došlo ve fázi r3 ke snížení WUE a v následných fázích rehydratace ke zvýšení. Z tabulky 5.19 je zřejmé, že ve fázích stresu mají vyšší WUE odrůdy Jersey a Malz. Odrůda Malz pak zvláště při střednědobém působení mírného vodního stresu dosahuje vyššího WUE. Nejnižší hodnoty WUE pak vykazuje odrůda Valtický.

62

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.20: WUE u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,2559

0,3504

0,0000

0,0000


0,0000

0,1186

0,0000

0,0000

interakce

0,6204

0,3839

0,0000

0,0000

Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází vyhodnocena v tabulce 5.20 nebyla jak u kontrolních, tak u stresovaných variant v parametru WUE v roce 2006 prokázána. Naopak v roce 2007 jak pro kontrolní, tak pro stresované varianty je tato interakce z výsledků patrná.

5.2.6

Vnitřní efektivita využití vody (WUEi )

Vnitřní efektivita využití vody u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 je znázorněna graficky v Příloze B na obrázku B.3 a hodnoty WUEi jsou uvedeny v tabulce 5.21. V roce 2007 je pak znázorněna v Příloze B na obrázku B.4 a hodnoty uvedeny v tabulce 5.23. Tabulky v rámci řádků mezi sebou porovnávají genotypy a v rámci sloupců pak jednotlivé ontogenetické fáze. V první části tabulek jsou vždy uvedeny hodnoty WUEi pro kontrolní varianty, v druhé části pro stresované varianty. Tabulka 5.21: Vnitřní efektivita využití vody (WUEi ) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

64,06 ± 3,38(a)/(A)

62,64 ± 4,71(a)/(A)

62,20 ± 3,18(a)/(A)

(a)/(A)

(a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

0,7777

s15

69,46 ± 24,48

56,92 ± 6,41

59,16 ± 24,29

0,6594

s30

67,55 ± 7,85(a)/(A)

69,86 ± 10,13(a)/(A)

62,88 ± 6,14(a)/(A)

0,4988

p-hodnota

0,8764

0,0981

0,9295

Fáze

Js

Ms

Vs

d0

83,51 ± 13,47(a)/(A)

84,52 ± 9,07(a)/(A)

68,75 ± 7,27(a)/(A)

s15

(a)/(A)

(a)/(B)

s30 p-hodnota

82,87 ± 26,36

(a)/(A)

68,54 ± 6,32

(a)/(A)

p-hodnota (a)/(A)

83,00 ± 31,35

(a)/(A)

84,91 ± 15,34

90,38 ± 7,46

71,35 ± 5,99

0,9883

0,0081

0,5475

0,1034 0,6322 0,0742

63

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.22: Porovnání WUEi mezi stresovanou a kontrolní variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006 Fáze

Jersey

Malz

2007 Valtický

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

d0

0,0678

0,0128 ∗

0,1742

d0

0,0001 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

s15

0,4896

0,0494 ∗

0,2831

d6

0,6165

0,4539

0,9301

s30

0,1141

0,0224 ∗

0,1050

s4

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

s10

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0373 ∗

s15

0,0000 ∗

0,7693

0,4370

r3

0,0000 ∗

0,0000 ∗

0,0000 ∗

r11

0,0002 ∗

0,0023 ∗

0,2841

r20

0,0000 ∗

0,0368 ∗

0,0000 ∗

Z obrázku B.3 v pokusném roce 2006 je patrné, že u všech stresovaných variant zkoumaných genotypů ve fázích stresu s15 a s30 došlo k mírnému zvýšení hodnot WUEi . Mezi porovnávanými genotypy kontrolní a stresované varianty se ale projevilo toto zvýšení WUEi statisticky významně pouze u odrůdy Malz, jak ukazuje tabulka 5.22. Statistické vyhodnocení v tabulce 5.21 nepotvrdilo mezigenotypové rozdíly, ale u stresované varianty odrůdy Malz je patrné významné snížení WUEi ve fázi stresu s15 , které se ve fázi s30 statisticky významně zvyšuje. Všechny stresované varianty odrůd mají ve fázích stresu vyšší WUEi v porovnání s variantami kontrolními, jak je vidět z tabulky 5.21. Nicméně odrůda Malz si při dlouhodobějším působení mírného vodního stresu udržuje vyšší hodnoty WUEi než odrůdy Jersey a Valtický.

64

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.23: Vnitřní efektivita využití vody (WUEi ) [µmol CO2 /mmol H2 O] u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Fáze

Jk

Mk

Vk

d0

66,06 ± 5,82(a)/(A)

41,31 ± 4,19(b)/(A)

47,55 ± 7,51(c)/(A)

(a)/(A)

(a)/(B)

p-hodnota (c)/(B)

0,0000

d6

68,69 ± 16,81

73,09 ± 18,75

92,09 ± 20,51

0,0000

s4

71,66 ± 11,10(a)/(A)

55,55 ± 18,20(b)/(C)

61,22 ± 20,53(b)/(C)

0,0002

s10

54,53 ± 7,72(a)/(A)

99,81 ± 27,16(b)/(D)

62,31 ± 5,68(a)/(C)

0,0000

(a)/(A)

(b)/(D)

(c)/(C)

s15

53,38 ± 13,47

101,17 ± 9,89

61,61 ± 15,09

0,0000

r3

34,48 ± 11,74(a)/(F)

51,13 ± 11,63(b)/(C)

65,38 ± 9,64(c)/(C)

0,0000

r11

53,69 ± 6,63(a)/(A)

50,36 ± 9,78(a)/(C)

57,77 ± 12,06(a)/(C)

0,0040

r20

(a)/(F)

(b)/(A)

(b)/(A)

48,97 ± 7,05

40,88 ± 4,68

42,62 ± 3,61

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Fáze

Js

Ms

Vs

p-hodnota

d0

73,41 ± 9,17(a)/(A)

54,01 ± 9,64(b)/(A)

40,66 ± 6,09(c)/(A)

0,0000

d6

70,62 ± 17,50(a)/(A)

69,42 ± 24,48(a)/(B)

92,45 ± 15,73(c)/(B)

0,0000

s4

(a)/(C)

95,67 ± 15,16

(b)/(C)

85,90 ± 11,57

(b)/(B)

89,93 ± 14,74

0,0084

s10

75,72 ± 10,25(a)/(A)

68,99 ± 5,52(b)/(B)

57,37 ± 13,46(c)/(D)

0,0000

s15

79,98 ± 11,02(a)/(C)

102,12 ± 17,77(b)/(E)

59,60 ± 5,79(c)/(D)

0,0000

(a)/(F)

(b)/(B)

(c)/(B)

0,0000

r3

54,55 ± 6,55

65,59 ± 7,99

101,48 ± 8,65

0,0000

r11

59,87 ± 7,68(a)/(F)

42,05 ± 13,44(b)/(G)

61,50 ± 18,21(a)/(D)

0,0000

r20

43,11 ± 2,86(a)/(F)

43,14 ± 4,83(a)/(G)

47,14 ± 4,78(c)/(D)

0,0000

p-hodnota

0,0000

0,0000

0,0000

Z obrázku B.4 v pokusném roce 2007 je patrné, že u stresované varianty odrůdy Jersey došlo ve všech fázích stresu (s4 , s10 , s15 ) a ve fázi stresu s4 navíc u odrůd Malz a Valtický k mírnému zvýšení hodnot WUEi . Jak ukazuje statistické vyhodnocení výsledků v tabulkách 5.22 a 5.23, tato zvýšení lze považovat za významná. Z uvedených výsledků je rovněž patrné, že naopak ke statisticky významnému snížení WUEi mezi kontrolní a stresovanou variantou došlo shodně u odrůd Malz a Valtický ve fázi stresu s10 . Při obnovení zálivky ve fázi rehydratace r3 došlo shodně u všech zkoumaných odrůd ke statisticky významnému zvýšení WUEi . V poslední fázi rehydratace r20 se WUEi významně zvýšilo u odrůd Malz a Valtický a naopak snížilo u odrůdy Jersey. Z tabulky 5.23 je zřejmé, že ve fázích stresu mají vyšší WUEi odrůdy Jersey a také Malz, u něhož dochází k nárůstu hodnot WUEi zvláště při střednědobém působení mírného vodního stresu.

65

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.24: WUEi u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v letech 2006 a 2007 pro faktory genotypu a ontogenetické fáze a interakce obou faktorů (dvoufaktorová ANOVA, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota).

2006

2007

Faktor

kontrola

stres

kontrola

stres

genotyp

0,5539

0,3554

0,0000

0,0091


0,6210

0,8088

0,0000

0,0000

interakce

0,8001

0,2898

0,0000

0,0000

Interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází vyhodnocena v tabulce 5.24 nebyla jak u kontrolních, tak u stresovaných variant v parametru WUEi v roce 2006 prokázána. Naopak v roce 2007 jak pro kontrolní, tak pro stresované varianty je tato interakce z výsledků patrná.

5.2.7

Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření

Odpověď rostlin jarních ječmenů na světelné záření byla sledována pomocí závislostí vybraných parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření (PARi ) v pokusném roce 2006. Tato odpověď zkoumaných odrůd ječmenů na PARi je graficky znázorněna po dvoutýdenním navození mírného vodního stresu (s15 ) pomocí závislostí PN , gs a Ci na PARi . Jersey

Malz

Valtický


30 25 20 15 10 5 kontrola stres

0 0

500

1000 −2 −1

PARi [µmol ν m s ]

1500 0

500

1000 −2 −1


1500 0

500

1000

1500

−2 −1


Obrázek 5.16: Závislost PN na PARi u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

66

5. VÝSLEDKY



Jersey

Malz

Valtický

0.4 0.3 0.2 0.1 kontrola stres

0

0

500

1000 −2 −1


1500 0

500

1000 −2 −1


1500 0

500

1000

1500

−2 −1


Obrázek 5.17: Závislost gs na PARi u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Na základě výsledků na obrázcích 5.16 a 5.17, kde je srovnána kontrolní a stresovaná varianta pro každou zkoumanou odrůdu, bylo zjištěno, že při zvyšujícím se PARi dochází u obou variant k postupnému zvyšování PN a gs . V rozmezí hodnot 400–700 µmol ν m−2 s−1 dochází u stresované varianty odrůd Jersey a Valtický k mírnému poklesu PN a gs vůči kontrolní variantě. Při vyšších intenzitách ozáření nad 1000 µmol ν m−2 s−1 je rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou větší. U odrůdy Jersey je pro PN tento rozdíl v rozmezí 2,17–2,79 µmol CO2 m−2 s−1 a pro gs v rozmezí 0,06–0,07 mol CO2 m−2 s−1 . U odrůdy Valtický je rozdíl pro PN v rozmezí 1,98–2,42 µmol CO2 m−2 s−1 a pro gs 0,02 mol CO2 m−2 s−1 . Ze závislostí není ani při PARi odpovídající 1500 µmol ν m−2 s−1 patrný u stresované varianty odrůd Jersey a Valtický vliv vysokého PARi na pokles parametrů PN a gs . Na stresované variantě odrůdy Malz se neprojevil vliv zvýšené PARi na snížení parametrů PN a gs vůči kontrolní variantě. Ač se mezi kontrolní a stresovanou variantou neprojevily žádné rozdíly v PN , rozdíly jsou patrné u gs . Stresovaná varianta při PARi odpovídající 400 µmol ν m−2 s−1 zvýšila gs oproti kontrolní variantě (0,23 mol CO2 m−2 s−1 ) a gs se postupně zvyšovala až na 0,35 mol CO2 m−2 s−1 (1000 µmol ν m−2 s−1 ). Při vysokých intenzitách ozáření (1500 µmol ν m−2 s−1 ) je PN stále rostoucí. Nicméně růst gs se při ozáření 1250 µmol ν m−2 s−1 zpomaluje (0,37 mol CO2 m−2 s−1 ) a při ozáření 1500 µmol ν m−2 s−1 se gs již nezvyšuje (0,37 mol CO2 m−2 s−1 ).

67

5. VÝSLEDKY

5.2 Gazometrická měření kontrola

stres


30 25 20 15 10 5 Jersey Malz Valtický

0 0

500

1000

1500

0

−2 −1

500

1000

1500

−2 −1



Obrázek 5.18: Závislost PN na PARi pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).


kontrola

stres

0.4 0.3 0.2 0.1 0

Jersey Malz Valtický

0

500

1000

PARi [µmol ν m−2s−1]

1500

0

500

1000

1500


Obrázek 5.19: Závislost gs na PARi pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Porovnáním hodnot PN na obrázku 5.18 a hodnot gs na obrázku 5.19 mezi zkoumanými odrůdami stresovaných variant se u odrůdy Valtický projevil výraznější pokles u PN , pokles u gs nebyl tak markantní, vůči odrůdám Jersey a Malz. V případě odrůdy Malz se prokázala zvýšená gs a PN pod vlivem mírného vodního stresu. Zvýšení gs pravděpodobně způsobilo růst PN . U odrůdy Jersey stejně tak jako u odrůdy Valtický byl naopak zaznamenán pokles gs vůči odrůdě Malz.

68

5. VÝSLEDKY

5.2 Gazometrická měření Malz

Valtický

400 300 200 100 kontrola stres

0

0

500

1000

1500 0

−2 −1

500

1000

1500 0

−2 −1


500

1000

1500

−2 −1



Obrázek 5.20: Závislost Ci na PARi u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

kontrola



Jersey

stres

400 300 200 Jersey Malz Valtický

100 0

0

500

1000


1500

0

500

1000

1500


Obrázek 5.21: Závislost Ci na PARi pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Jak je vidět na obrázcích 5.20 a 5.21, Ci dosáhlo velice vysoké hodnoty, která se v závislosti na genotypu pohybovala jak u kontrolní, tak u stresované varianty v rozmezí hodnot 422–443 µmol CO2 mol−1 při intenzitě ozáření kolem nuly. Při počátečním zvýšení PARi (250 µmol ν m−2 s−1 ) došlo k prudkému poklesu hodnot Ci , kdy je při vzrůstajícím PARi patrný jejich mírně klesající trend a postupně se stabilizují. Z průběhu závislosti Ci na PARi lze usuzovat na to, že nebyly patrné rozdíly mezi genotypy ani kontrolních ani stresovaných variant a že vysoké intenzity ozáření již nezpůsobily u odrůd ječmenů další pokles Ci .

69

5. VÝSLEDKY


Závislost parametrů výměny plynů na koncentraci CO2

5.2.8

Reakce rostlin jarních ječmenů na zvyšující se koncentraci CO2 v okolním prostředí (Ca ) byla sledována pomocí závislostí PN a gs na Ci a Ci na Ca v pokusném roce 2006. Tato reakce je graficky znázorněna po dvoutýdenním navození mírného vodního stresu (s15 ). V komentářích je často závislost fotosyntetických parametrů vztažena k Ca , neboť Ci je determinováno Ca . Podrobnější závislosti Ci na Ca jsou uvedeny v závěru této kapitoly.


Jersey

Malz

Valtický

30 25 20 15 10 5 kontrola stres

0 0

500

1000

0

−1

500

1000

0

−1

Ci [µmol CO2 mol ]

500

1000


Ci [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.22: Závislost PN na Ci u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Jersey

Malz

Valtický


0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

kontrola stres

0 0

500

1000 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

0

500

1000 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

0

500

1000


Obrázek 5.23: Závislost gs na Ci u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Na základě výsledků uvedených na obrázku 5.22 je ze závislosti PN na Ci u všech zkoumaných odrůd pro stresovanou i kontrolní variantu patrný počáteční strmý růst 70

5. VÝSLEDKY


PN , téměř lineární, indikující limitaci karboxylací, kdy dodávka RuBP pro fotosyntézu je stále dostatečná. Hodnota Ci postupně roste. Při Ca kolem 700 µmol CO2 mol−1 dochází prakticky k zastavení růstu PN na hodnotách od 25 µmol CO2 m−2 s−1 výše, což indikuje limitaci způsobenou regenerací RuBP. Hodnota Ci se pohybuje v závislosti na odrůdě v rozmezí 493±75–511±41 µmol CO2 mol−1 pro kontrolní varianty, v rozmezí 421±90–430±93 µmol CO2 mol−1 pro stresované varianty a stále, prakticky téměř lineárně, roste. Při vysokých hodnotách Ca (1500 µmol CO2 mol−1 ) nedochází u odrůd Malz a Valtický k poklesu PN , a proto by bylo možné u těchto odrůd vyloučit limitaci TPU. Nicméně ji nelze vyloučit u obou variant odrůdy Jersey, kde sice k poklesu PN nedochází, ale hodnoty PN se ukazují jako téměř konstantní. Zastavení růstu PN je nejvýraznější u odrůdy Jersey a to jak u kontrolní, tak u stresované varianty. Jakmile se zvýšila hodnota Ca ze 700 na 1500 µmol CO2 mol−1 , hodnota PN u kontrolní varianty vzrostla v průměru o 0,57 µmol CO2 m−2 s−1 (z 29,18±2,39 na 29,75±2,88 µmol CO2 m−2 s−1 ), u stresované varianty vzrostla o 1,12 µmol CO2 m−2 s−1 (z 26,78±1,45 na 27,90±2,95 µmol CO2 m−2 s−1 ). U odrůdy Malz zastavení růstu PN tak patrné není (viz obrázek 5.22). Dochází k jejímu zpomalení, ale stále je patrná růstová tendence. Při zvýšení hodnoty Ca ze 700 na 1500 µmol CO2 mol−1 hodnota PN u kontrolní varianty vzrostla v průměru o 2,50 µmol CO2 m−2 s−1 (z 28,70±1,56 na 31,20±1,89 µmol CO2 m−2 s−1 ), u stresované varianty vzrostla o 2,97 µmol CO2 m−2 s−1 (z 25,63±3,13 na 28,60±2,92µmol CO2 m−2 s−1 ). Stejně tak jako u odrůdy Malz i u odrůdy Valtický (viz obrázek 5.22) dochází při Ca kolem 700 µmol CO2 mol−1 ke zpomalení PN . Trend růstu při zvyšující se koncentraci CO2 je více patrný u stresované varianty této odrůdy. Jakmile se zvýšila hodnota Ca ze 700 na 1500 µmol CO2 mol−1 , hodnota PN u kontrolní varianty vzrostla v průměru o 1,52 µmol CO2 m−2 s−1 (z 25,73±0,95 na 27,25±0,91 µmol CO2 m−2 s−1 ), u stresované varianty vzrostla o 2,60 µmol CO2 m−2 s−1 (z 26,95±0,68 na 29,55±1,31 µmol CO2 m−2 s−1 ). Z výsledků na obrázku 5.23 je u obou variant zkoumaných odrůd patrný trend, kdy při zvyšující se koncentraci CO2 dochází ke snižování gs . Porovnáním kontrolní a stresované varianty pro závislost gs na Ci je vidět téměř lineární pokles gs u stresované varianty odrůd Jersey a Malz i u odrůdy Valtický. U odrůdy Jersey je však tento pokles nejrychlejší. To naznačuje, že u této odrůdy dochází pod vlivem mírného vodního stresu k uzavírání průduchů mnohem rychleji než u varianty kontrolní a to platí i v případě porovnání stresované varianty odrůdy Jersey se stresovanými variantami odrůd Malz a Valtický. V souvislosti s tím dosahuje stresovaná varianta odrůdy Jersey při vyšších hodnotách Ca v rozmezí 1000–1500 µmol CO2 mol−1 nejnižších hodnot jak gs (0,13±0,04–0,09±0,03 mol CO2 m−2 s−1 ), tak Ci (568±69–825±62 µmol CO2 mol−1 ). Je třeba však ke znázorněným hodnotám gs podotknout, že u odrůdy Malz a zvláště pak u odrůdy Valtický byly zjištěny relativně velké statistické chyby v rámci opakování, které jsou znázorněny pomocí SOV. Je pozoruhodné, že u naměřených hodnot PN takové statistické chyby zjištěny nebyly.

71

5. VÝSLEDKY


Jersey

Malz

Valtický

1400 kontrola stres

1000 800 600 400 200 0 0

500

1000

1500 0 −1

500

1000

1500 0

500

−1

Ca [µmol CO2 mol ]

1000

1500 −1

Ca [µmol CO2 mol ]

Ca [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.24: Závislost Ci na Ca u zkoumaných odrůd jarního ječmene v roce 2006. V grafech je znázorněna závislost pro kontrolní a stresovanou variantu dané odrůdy ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

kontrola

stres

1400 Jersey Malz Valtický

1200 Ci [µmol CO2 mol−1]


1200

1000 800 600 400 200 0 0

500

1000

Ca [µmol CO2 mol−1]

1500 0

500

1000

1500

Ca [µmol CO2 mol−1]

Obrázek 5.25: Závislost Ci na Ca pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Na obrázku 5.24 je u odrůd ječmenů znázorněná závislost Ci na rostoucí koncentraci CO2 v okolním prostředí (Ca ), která je prakticky lineárně rostoucí. U stresovaných stejně tak jako u kontrolních variant odrůd zůstává poměr Ci /Ca prakticky konstantní a nezávislý na koncentraci CO2 v okolním prostředí, jak je vidět z obrázku 5.25. Z obrázku 5.24 je pak patrné, že vlivem vodního stresu dochází ovšem k tomu, že u stresovaných rostlin je tento poměr výrazně nižší než u rostlin kontrolních. V souvislosti s tím, že stresované varianty zkoumaných odrůd v porovnání s kontrolními variantami dosahují při vyšších hodnotách Ca nižších hodnot Ci , dochází ke snížení PN a E v důsledku uzavírání průduchů. 72

5. VÝSLEDKY


Nejvýraznější rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou je u odrůdy Jersey. Je tedy zřejmé, že tato odrůda dosahuje v porovnání se stresovanými variantami odrůd Malz a Valtický (viz obrázek 5.25) nejnižších hodnot Ci při vyšších hodnotách Ca (nad 1000 µmol CO2 mol−1 ). U kontrolních variant na obrázku 5.25 je patrné mírné snížení Ci u odrůdy Malz při vysokém Ca (1500 µmol CO2 mol−1 ).


kontrola

stres

30 25 20 15 10 5


0 0

500

1000

0

−1

500

1000


Ci [µmol CO2 mol ]

Obrázek 5.26: Závislost PN na Ci pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

kontrola

stres


0.5


0.4 0.3 0.2 0.1 0 0

500

1000 −1

Ci [µmol CO2 mol ]

0

500

1000


Obrázek 5.27: Závislost gs na Ci pro kontrolní a stresované varianty jarního ječmene v roce 2006. Znázorněno ve fázi plného sloupkování (39.DC), tedy 15. den po navození stresu (s15 ) (průměr ± SOV).

Porovnáním stresovaných variant odrůd na obrázku 5.25 je zřejmé, že na rozdíl od odrůdy Jersey, odrůdy Malz a Valtický dosahují při vysoké hodnotě Ca (1500 µmol CO2 mol−1 ) v průměru vyšších hodnot Ci (Malz o 13,8 %, Valtický o 12,6 %). Při vyšších hodnotách Ci mají obě odrůdy v porovnání s odrůdou Jersey mírně vyšší 73

5. VÝSLEDKY

5.3 Hmotnost sušiny

PN (Malz o 2,5 %, Valtický o 5,9 %), jak je znázorněno na obrázku 5.26, a o 66 % vyšší gs (viz obrázek 5.27). Dle dosažených výsledků lze zhodnotit, že odrůdy Malz a Valtický v podmínkách mírného stresu při hodnotách Ca nad 1000 µmol CO2 mol−1 mírně zvyšují PN a snižují gs a s tím souvisí snížení E (hodnoty E byly měřeny, ale nejsou na obrázcích znázorněny). Při zvýšení Ca z 1000 na 1500 µmol CO2 mol−1 odrůda Malz snižuje E o 0,85 na hodnotu 3,62±1,62 [mmol H2 O m−2 s−1 ] a odrůda Valtický o 1,45 na hodnotu 3,82±1,80 [mmol H2 O m−2 s−1 ]. Hodnoty PN při hodnotách Ca nad 1000 µmol CO2 mol−1 jsou u odrůdy Jersey prakticky konstantní a více se snižuje gs a s tím souvisí i větší snížení E (o 1,12 na hodnotu 2,60±1,16 [mmol H2 O m−2 s−1 ]).

5.3

Hmotnost sušiny

V tabulce 5.25 v roce 2006 se u stresovaných variant projevil statisticky významný nárůst v hmotnosti listových čepelí u odrůdy Valtický, v hmotnosti praporcového listu a klasu u odrůdy Jersey. Ke statisticky významnému snížení v hmotnosti stébel došlo u stresované varianty odrůdy Valtický. U kontrolních variant v roce 2006 se statisticky významný pokles hmotnosti listových čepelí a nárůst v hmotnosti praporcového listu projevil u odrůdy Jersey. Statisticky významný pokles hmotnosti stébel pak u odrůdy Valtický. Tabulka 5.25: Hmotnost sušiny nadzemní části rostlinných orgánů u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2006 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Sušina [g] v roce 2006 Rostlinná část kontrola

Malz

Valtický

p-hodnota

Listové čepele

5,91 ± 0,58

9,30 ± 0,42

9,72 ± 0,77

0,0000

Praporcový list

0,68 ± 0,14(a)

0,17 ± 0,06(b)

0,15 ± 0,05(b)

0,0000

Stébla

18,31 ± 1,08(a)

15,74 ± 3,07(a)

10,26 ± 0,82(c)

0,0007

Klas stres

Jersey (a)

(a)

(b)

(a)

(b)

(a)

1,33 ± 0,90

0,84 ± 0,25

0,30 ± 0,14

0,0707

Listové čepele

3,01 ± 0,44(a)

3,81 ± 0,74(a)

5,35 ± 0,24(c)

0,0004

Praporcový list

0,43 ± 0,09(a)

0,12 ± 0,07(b)

0,16 ± 0,08(b)

0,0010

(a)

(c)

Stébla Klas

(a)

10,79 ± 0,67

9,35 ± 0,84

7,43 ± 0,89

0,0008

1,27 ± 0,79(a)

0,62 ± 0,16(b)

0,21 ± 0,08(b)

0,0374

74

5. VÝSLEDKY


Tabulka 5.26: Hmotnost sušiny nadzemní části rostlinných orgánů u kontrolních a stresovaných variant zkoumaných odrůd v roce 2007 (ANOVA, Tukeyho test, α = 0,05; průměr ± SOV).

Sušina [g] v roce 2007 Rostlinná část kontrola

Malz

Valtický

p-hodnota

Listové čepele

3,07 ± 1,59

3,27 ± 0,95

3,77 ± 1,73

0,7926

Praporcový list

0,35 ± 0,29(a)

0,05 ± 0,02(a)

0,06 ± 0,02(a)

0,0512

Stébla

4,33 ± 1,88(a)

4,70 ± 0,63(a)

3,37 ± 1,79(a)

0,4828

(a)

(b)

(a)

Klas stres

Jersey (a)

(a)

(a)

0,53 ± 0,15

1,94 ± 1,00

0,50 ± 0,27

0,0121

Listové čepele

1,94 ± 0,52(a)

1,76 ± 0,69(a)

3,60 ± 0,88(c)

0,0096

Praporcový list

0,27 ± 0,10(a)

0,04 ± 0,02(b)

0,11 ± 0,06(b)

0,0035

(a)

(a)

(a)

Stébla Klas

3,08 ± 0,65

3,92 ± 1,26

2,95 ± 0,85

0,3372

0,39 ± 0,12(a)

0,94 ± 0,33(b)

0,28 ± 0,16(a)

0,0451

V tabulce 5.26 v roce 2007 se u stresovaných variant projevil statisticky významný nárůst v hmotnosti listových čepelí u odrůdy Valtický, v hmotnosti praporcového listu u odrůdy Jersey a v hmotnosti klasů u odrůdy Malz. U kontrolních variant v roce 2007 se statisticky významný nárůst v hmotnosti klasů projevil u odrůdy Malz. Tabulka 5.27: Porovnání jednotlivých rostlinných orgánů nadzemní části mezi kontrolní a stresovanou variantou zkoumaných odrůd pro pokusy z let 2006 a 2007 (t-test, α = 0,05; vyjádřeno jako p-hodnota; *–statisticky významný rozdíl).

2006

2007

Fáze

Jersey

Malz

Valtický

Listové čepele

0,0005 ∗

0,0002 ∗ 0,0017 ∗

Praporcový list

0,0283 ∗

0,3129

0,8078

Stébla

0,0001 ∗

0,0278 ∗

0,0054 ∗

Klas

0,9163

0,2822

0,3476

Listové čepele

0,2687

0,0487 ∗

0,8719

Praporcový list

0,6197

0,8428

0,1890

Stébla

0,2978

0,3336

0,6936

Klas

0,2757

0,1499

0,2469

Z tabulky 5.27 je patrný statisticky významný rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou v roce 2006, který se projevil u odrůdy Jersey v hmotnosti listových čepelí, praporcových listů a stébel, u odrůd Malz a Valtický v hmotnosti listových čepelí a stébel. V roce 2007 byl statisticky významný rozdíl patrný v hmotnosti listových čepelí pouze u odrůdy Malz.

75

6

DISKUSE 6.1


V roce 2006 nekleslo RWC ve fázi stresu s15 pod 75,30 % a ve fázi stresu s30 pod 70,13 %. V roce 2007 ve fázích stresovaných nekleslo RWC pod 75,08 %. Mírné, avšak postupné snižování RWC až na výše zjištěné úrovně, ke kterému u zkoumaných genotypů při krátkodobém až dlouhodobém stresu došlo, je v souladu s výsledky Krivosudské et al. (2005); Krivosudské a Brestiče(2005). Toto snižování RWC naznačuje, že byly zapojeny obranné mechanismy v reakci na vodní deficit (Yordanov et al., 2000). Pokles RWC je ale signálem, že obranné mechanismy již nestačí na vyrovnání se rostlin se stresem. Jak ukazují výsledky v tabulkách 5.1 a 5.2, u všech stresovaných variant zkoumaných odrůd jarních ječmenů došlo k mírnému poklesu RWC, který vyvolal mírný vodní stres. To je v souladu s již publikovanými výsledky (Brestič a Olšovská, 2001; Čatský, 1960). Brestič a Olšovská (2001) u obilnin při působení vodního deficitu zjistili, že kromě uzavírání průduchů se zapojuje mechanismus udržující po určitý čas vyšší obsah vody v rostlinách. Z toho lze usuzovat, jak uvádí i Kostrej et al. (2000), že adaptace rostlin na sucho je komplexní záležitostí celého rostlinného organismu, která je podmíněna především geneticky. Tomu nasvědčují i výsledky publikované v práci Boty et al. (2004), kteří u pěti zkoumaných druhů C3 rostlin zjistili rozdílné hodnoty RWC, při kterých bylo prokázáno, že metabolismus fotosyntézy není zasažen při hodnotách RWC 62 %, dokonce i 52–62 %. Autoři zmiňují ovšem i takové druhy, kterými jsou např. fazol obecný (Phaseolus vulgaris L.) nebo réva vinná (Vitis vinifera L.), jež jsou k vodnímu stresu citlivější a jejich metabolismus fotosyntézy je zasažen již při podstatně vyšších hodnotách RWC odpovídajících 75 %. U kontrolních variant odrůd, kde se RWC udržovalo mezi 82,08–91,20 %, nebyly ani v roce 2006, ani v roce 2007 zjištěny rozdíly mezi odrůdami či ontogenetickými fázemi. U stresovaných odrůd byly v roce 2006 zjištěny meziodrůdové rozdíly v RWC, neboť byl navozen stres dlouhodobější (s30 ), který statisticky významně snížil RWC u odrůdy Valtický a zvláště pak u odrůdy Malz. To by nasvědčovalo tomu, že fáze kvetení/konec metání jsou pro obě odrůdy z hlediska limitujících faktorů (vodního deficitu) kritické. Tyto výsledky uvádí i Brestič a Olšovská (2001). V roce 2007 však 76

6. DISKUSE


tento případ nenastal, protože vodní stres na rostliny působil kratší dobu (s15 ). Nicméně k většímu poklesu RWC došlo u odrůdy Valtický, která projevila větší snížení RWC po navození stresu (s4 ). Rozdíly v RWC mezi ontogenetickými fázemi se ve fázi stresu s15 projevily u všech odrůd jak v roce 2006, tak v roce 2007 kontinuálním poklesem RWC během vývoje pozorovaných rostlin. V roce 2006 došlo při dlouhodoběji působícím vodním stresu (s30 ) k ovlivnění RWC u odrůdy Malz, kde hodnota významně poklesla (na 70,13 %) v porovnání se stresem střednědobým (s15 ). Odrůda Malz v porovnání se zbývajícími dvěma odrůdami snížila při dlouhodobějším stresu RWC nejvíce. Z toho vyplývá, že odrůda Malz se ukázala jako citlivější ke ztrátám vody při dlouhodobějším stresu než odrůdy Jersey a Valtický. Na obnovení zálivky odrůdy ječmenů reagují mírným zvýšením RWC. Relativní obsah vody však nestoupá na úroveň RWC kontrolních variant. Žádná z odrůd ale neprojevuje po rehydrataci citlivost, která by souvisela s předchozí dehydratací. Z uvedených výsledků lze usuzovat, že se odrůda Valtický při krátkodobém (s4 ) a střednědobém (s15 ) vodním deficitu projevuje ze všech tří odrůd nejcitlivěji ke ztrátě obsahu vody z listů. Naopak odrůda Jersey a zvláště pak odrůda Malz si udržují vyšší obsah vody v listech. Při dlouhodobějším působení vodního deficitu (s30 ) ale dochází u odrůdy Malz k významnému poklesu RWC, který naznačuje její citlivost ke ztrátám obsahu vody z listu v delším časovém horizontu.

6.2 6.2.1

Gazometrická měření Parametry výměny plynů a efektivita využití vody

Z výsledků uvedených v kapitole 5 je patrné, že se stomatální limitace PN a E u odrůd ječmenů nejvýrazněji projevila na počátku dehydratace (s4 ). Dochází k uzavírání průduchů, což je indikováno poklesem hodnot gs v průměru na 0,11–0,14 mol CO2 m−2 s−1 . S tím souvisí výraznější pokles rychlosti fotosyntézy a transpirace. Vzhledem k tomu, že hodnoty stomatální vodivosti v této fázi nedosahují limitních 0,10 mol CO2 m−2 s−1 , lze vyloučit zapojení nestomatálních vlivů, které obecně spočívají v selhání fotochemických a biochemických procesů (Flexas et al., 2006a). Z porovnání naměřených hodnot stomatální vodivosti s výsledky, které publikoval Flexas et al. (2006a), je ale pravděpodobné, že se rostliny nacházejí ve fázi předcházející tomuto selhání, čemuž nasvědčují hodnoty gs v kritickém pásmu 0,15 − 0,20 mol CO2 m−2 s−1 . Z naměřených hodnot parametrů výměny plynů lze usuzovat, že rostliny ječmenů jsou ovlivněny vodním stresem, který vede k fyziologickým změnám na úrovni listů. Domnívám se však, že vliv vodního stresu není silný a naměřené parametry výměny plynů (PN , E, gs ) nejsou v průběhu dehydratace výrazně sníženy. Proto dochází k limitaci PN v důsledku snížení stomatální vodivosti a uzavírání průduchů a nikoliv ve vztahu k nestomatálním vlivům, jež se projevují biochemickými změnami – snížením aktivity Rubisca a/nebo regenerace RuBP (Bota et al., 2004). Autoři zmíněné publikace se v souvislosti s hodnocením míry vodního stresu opírají o hodnoty RWC, které vztahují k parametrům výměny plynů a k rostlinnému druhu. Uvádějí, že míra poklesu RWC v podmínkách různě silného stresu výrazně závisí na rostlinném druhu – některé C3 druhy mají výraznou tendenci limitovat PN již při mírném vodním stresu, u jiných není PN nikterak limitována ani při hodnotách RWC < 60 %. Vzhledem k tomu, že 77

6. DISKUSE


naměřené hodnoty RWC v této práci neklesají pod úroveň 70 %, ukazuje to na to, že rostliny ječmenů nebyly silnějším stresem ovlivněny a rychlost fotosyntézy tudíž nebyla výrazně limitována. Předpoklad mírného vodního stresu a pouze stomatální limitace probíhajících fotosyntetických procesů je v souladu s tvrzením Lawlora (1995), že snížený a vodním stresem zhoršený metabolismus fotosyntézy s fyziologickými projevy změn na nestomatální úrovni je způsoben až silným vodním stresem. Na počátku dehydratace (s4 ), kdy u odrůd ječmenů dochází ke stomatální limitaci PN a E, dochází také k výraznému zvýšení WUEi , jak je vidět z obrázků B.3 a B.4. Zvýšení WUEi ve svých pokusech pozoroval také Arnau et al. (1997) a považuje toto zvýšení u rostlin ječmenů při vodním stresu za projev rostoucí efektivity karboxylačních procesů. Autor uvádí, že ke statisticky významným rozdílům mezi odrůdami dochází u WUEi pouze při silném vodním stresu. To koresponduje i s výsledky zjištěnými v tomto pokusu, kde nedochází ke konzistentním významným rozdílům mezi WUEi jednotlivých odrůd. Ke zvýšení WUE dochází pouze u odrůd Jersey a Malz (viz obrázky B.1 a B.2). Odrůda Valtický reaguje na změněné podmínky mírným snížením WUE, což by mohlo nasvědčovat tomu, že mechanismus reakce na vodní stres se u této odrůdy odlišuje od ostatních ječmenů – zatímco ostatní odrůdy preferují vyšší rychlost fotosyntézy, odrůda Valtický se transpirací na úkor fotosyntézy může například snažit snížit vysokou teplotu fotosyntetizujícího listu. Tento jev nebyl ale u obilnin v literatuře zatím pozorován. Při střednědobém působení mírného vodního stresu (s10 , s15 ) bylo u pokusných rostlin pozorováno snížení gs , jak ukazují výsledky v tabulkách 5.9 a 5.10. Odrůda Malz se však v této fázi projevuje jako adaptivnější, neboť se vzrůstem gs u ní dochází k výraznějšímu nelimitovanému nárůstu PN a v souvislosti s tím k nárůstu E. U odrůdy Valtický nelze prokázat výraznější stomatální limitaci PN a E, neboť hodnoty gs v porovnání s odrůdou Jersey výrazněji neklesají. U odrůd Malz a Valtický nelze v tomto období jednoznačně prokázat ani zvýšení WUE, ani zvýšení WUEi . Stomatální limitace PN a E se nejvíce projevila u odrůdy Jersey, která reflektovala zvýšením jak WUE, tak WUEi . Při dlouhodobějším působení mírného vodního stresu (s30 ) dochází u odrůd ječmenů rovněž ke snížení stomatální vodivosti a k limitaci PN a E, jak je vidět na obrázcích 5.4, 5.5, 5.7 a 5.8. Tato limitace se nejvýraznější projevuje na odrůdě Malz, mírněji pak u odrůd Jersey a Valtický. V této fázi stresu odrůdy ječmene reagují zvýšením jak WUE, tak WUEi , neboť tyto indikátory jsou silně ovlivněny redukcí transpirace a klesající spotřebou vody v rostlině (Blum, 2009). Růst WUE důsledkem vodního stresu potvrzují pozorování Peukeho et al. (2006); Lia et al. (2000). Po obnovení zálivky odrůdy ječmene reagují zvýšením gs , což se zvláště na počátku rehydratace (r3 ) projevuje zvýšením PN a výrazným zvýšením E, jak je vidět z obrázků 5.9 a 5.10. S prodlužující se délkou rehydratace reaguje odrůda Jersey na obnovení zálivky postupným otevíráním průduchů a zvyšováním PN – mezi naměřenými parametry PN a gs u pokusných rostlin byla prokázána silná pozitivní korelace. Jako jediná odrůda dosahuje Jersey srovnatelnou PN a gs s variantou kontrolní. Odrůda Malz si při střednědobém působení mírného vodního stresu (s15 ) drží vyšší hodnoty PN , a tak se u ní rehydratace výrazně projevuje na otevřenosti průduchů a s tím souvisejícím výrazným zvýšením PN , což jí dává nejlepší adaptační schopnost. Odrůda Valtický se snaží předchozí stresované období kompenzovat zvýšenou otevřeností průduchů, ale nedokáže úměrně s délkou rehydratace zvýšit PN . Odrůdy ječmene reagují na obnovení zálivky (r3 ) zvýšením WUEi . Ke zvýšení WUE 78

6. DISKUSE


dochází u odrůd Malz a Valtický, odrůda Jersey WUE snižuje. V dalších fázích rehydratace nelze prokázat žádný trend. Ze závislosti vlivu intercelulární koncentrace CO2 na rychlosti fotosyntézy při mírném vodním stresu znázorněné na obrázcích 5.6 a 5.13 vidíme, že rozsah hodnot PN a Ci pro stresované a nestresované varianty se v naprosté většině případů překrývá a není možné mezi sebou (až na výjimky, jako je například odrůda Malz na obrázku 5.13) jednoznačně oddělit chování obou zkoumaných skupin rostlin – tomu nasvědčuje i fakt, že vypočítané regresní závislosti mají buď velmi nízký koeficient determinance jednotlivé ontogenetické fáze nebo se regresní závislosti pro obě varianty víceméně překrývají (viz například odrůda Malz na obrázku 5.6). Domnívám se proto, že na základě pokusných výsledků nelze prokázat vliv vodního stresu na závislost PN − Ci . Ze stejného důvodu se domnívám, že tato závislost není prokazatelná ani u rehydratovaných rostlin, jak je znázorněno na obrázcích 5.14 a 5.15. Ačkoliv se mi nepodařilo nalézt vědecké práce, které by osvětlovaly problematiku vlivu vodního stresu na parametry výměny plynů či efektivitu využití vody v průběhu ontogeneze rostlin, z výsledků zjištěných pomocí gazometrických měření a z výše uvedeného se domnívám, že zapojené obranné fyziologické mechanismy se v reakci na mírný vodní stres a na obnovení zálivky u odrůd ječmenů v průběhu ontogeneze projeví pouze na úrovni stomatální – ovlivněním fotosyntetického procesu – a nedojde k ovlivnění a porušení základních fotosyntetických struktur. V průběhu navozeného mírného vodního stresu dochází k mírnému poklesu stomatální vodivosti a uzavírání průduchů, jež je přímou reakcí na vodní deficit, způsobující snížení dostupnosti CO2 v mezofylu listu, a tak dochází ke snížení rychlosti fotosyntézy a transpirace Cornic a Fresneau (2002); Lawlor a Cornic (2002); Lawlor (2002); Brestič (2001); Cornic a Massacci (1996); Chaves (1991); Sharkey a Seemann (1989); Legg et al. (1979). Při obnovení zálivky a v průběhu rehydratace pak dochází ke vzrůstu stomatální vodivosti, která u zkoumaných ječmenů ovšem nevede jednoznačně k růstu rychlosti fotosyntézy a transpirace, jak je vidět na odrůdě Valtický. Domnívám se také, že při mírném vodním stresu jsou jedněmi z prvních obranných mechanismů rostliny právě limitace na úrovni difúze (stomatální a mezofylové), což je v souladu s řadou vědeckých prací (Flexas et al., 2006a, 2004; Flexas a Medrano, 2002; Sharkey, 1990; Cornic, 1994). Cornic a Fresneau (2002) uvádějí, že pokud vystavíme rostliny mírnému vodnímu deficitu na úrovniψw ≤ −1,8 MPa po dobu nejméně 15 dnů, jejich reakce jsou výhradně založeny na stomatální limitaci. Mírný pokles gs v souvislosti s navozením mírného vodního stresu koresponduje se zjištěním, že stomatální vodivost je vhodným indikátorem pro hodnocení intenzity vodního stresu (Flexas et al., 2002; Medrano et al., 2002). Z výše uvedených zjištění mají odrůdy ječmenů na počátku dehydratace a při dlouhodobějším mírném vodním stresu (s4 , s30 ) tendenci zvyšovat vnitřní efektivitu využití vody. Okamžitou efektivitu využití vody zvyšují pouze při dlouhodobém stresu (s30 ). Domnívám se, že k tomuto zvýšení dochází v důsledku uzavírání průduchů vedoucímu ke snížení rychlosti transpirace a fotosyntézy (Zámečník, 2007; Larcher, 2003). V ostatních případech není možné očekávaný růst WUE a WUEi u odrůd prokázat.

6.2.2


Z výsledků uvedených na obrázcích 5.16 a 5.17 bylo u odrůd ječmenů prokázáno, že při zvyšující se intenzitě ozáření dochází i pod vlivem mírného vodního stresu ke zvyšování 79

6. DISKUSE


gs , což se odrazilo na růstu PN . Zkoumané genotypy však reagovaly na účinky zvýšené intenzity ozáření rozdílně. U odrůd Jersey a Valtický je patrné mírné snižení PN , E a gs již při ozáření mezi 400 a 700 µmol ν m−2 s−1 . Domnívám se proto, že pod vlivem mírného vodního stresu došlo ke snížení PN a E v důsledku uzavírání průduchů. V řadě odborných prací zabývajících se závislostmi parametrů výměny plynů na PARi při vodním stresu bylo publikováno, že nejen silný vodní stres, ale také mírný vodní stres ovlivňuje fotosyntetickou aktivitu v závislosti na intenzitě záření (Zhang et al., 2007, 2004; Colom a Vazzana, 2001; Gunasekera a Berkowitz, 1993; Gimenez et al., 1992; Ben et al., 1987). To by potvrzovalo moji hypotézu, že u rostlin jarních ječmenů dochází pod vlivem vodního stresu k fyziologickým změnám v závislosti na intenzitě ozáření. Zhang et al. (2007) zjistili, že vysoká intenzita záření (1250–2200 µmol ν m−2 s−1 v závislosti na hloubce vodního stresu a genotypu) výrazně ovlivnila parametry výměny plynů a růst rostlin. Zhang et al. (2007, 2004); Gunasekera a Berkowitz (1993); Gimenez et al. (1992); Ben et al. (1987) uvádějí, že PN u rostlin vystavených působení vodního stresu se saturuje dříve (při nižších hodnotách PARi ), než u rostlin nestresovaných a že saturace PN se snižuje v závislosti na hloubce vodního stresu. Stejně tak ve své studii Peri et al. (2005) prokázali, že v podmínkách, kde je limitujícím faktorem voda, se saturace PN snižuje až trojnásobně (PN saturuje při ozáření 350 µmol ν m−2 s−1 ). Vzhledem k tomu, že u stresované varianty odrůd Jersey a Valtický hodnota PN i při vysokých hodnotách PARi stále roste (viz obrázek 5.16), ač je u stresované varianty vidět mírné snížení v porovnání s variantou kontrolní, saturace PN není u těchto odrůd ze závislosti patrná. Saturace PN nebyla patrná ani u kontrolní varianty odrůd Jersey a Valtický. Z dosažených výsledků lze tedy usuzovat na závislost mezi mírným vodním stresem a vyšší intenzitou ozáření vedoucí k poklesu gs , tedy k uzavírání průduchů, jak u odrůdy Jersey, tak u odrůdy Valtický, což by nasvědčovalo jejich citlivosti na vodní deficit. Odrůda Malz naopak pod vlivem mírného vodního stresu reagovala zvýšením gs a hodnoty PN a E rostly i při vysokém ozáření. Zvýšením gs tak došlo k většímu otevření průduchů a limitace se neprojevila. Na růstu PN se však ani při vysokých hodnotách ozáření (1250 µmol ν m−2 s−1 a výše) neprojevilo zpomalení růstu gs , jejíž hodnota se postupně ustálila na 0,37 mol CO2 m−2 s−1 . Je pravděpodobné, že teprve při vyšších intenzitách ozáření by byl patrný pokles gs , který by se projevil na snížení PN , které by se ukázalo jako saturované. Saturace PN nebyla patrná ani u kontrolní varianty odrůdy Malz. Výsledky však nasvědčují tomu, že dvoutýdenní navozený stres byl mírný, u odrůdy Malz se neprojevil, a proto by se mohlo jednat o známku adaptace. Wang et al. (2007) ve své práci uvádějí, že adaptace rostlin na podmínky zvýšené intenzity ozáření je významně závislá na genotypu. Na základě uvedených výsledků lze potvrdit hypotézu, že mezi zkoumanými genotypy ječmenů existují rozdíly v reakci na vodní stres v závislosti na intenzitě ozáření. Při velice nízké hodnotě PARi (kolem nuly) bez ohledu na typ varianty bylo u všech genotypů ječmenů prokázáno výrazné zvýšení Ci (nad 400 µmol CO2 mol−1 ), jak je znázorněno na obrázku 5.20. Tyto výsledky jsou v souladu s výsledky Kumara et al. (2005), kteří u rostlin ječmenů prokázali stejný průběh závislosti Ci na PARi . Při PARi kolem nuly hodnota Ci vzrostla nad 400 µmol CO2 mol−1 a při zvýšení PARi (250 µmol ν m−2 s−1 ) prudce klesla na hodnotu Ci odpovídající 250 µmol CO2 mol−1 . Ke stejným výsledkům dospěli také Zhang et al. (2007), kteří tento efekt přisuzují respiraci, při které dochází ke spotřebě energie a zároveň se uvolňuje CO2 , který se pak hromadí v intercelulárních prostorách. Jakmile se zvýší PARi , hodnota Ci prudce 80

6. DISKUSE


klesá, což lze pravděpodobně přisuzovat její masivní spotřebě pro fotosyntézu při nízké gs . Je-li gs nízká, množství CO2 dodaného z vnějšího prostředí je mnohem menší než CO2 vyprodukované fotosyntézou, a tak dochází ke spotřebě již nahromaděného CO2 (Ci ). Porovnáním průběhu závislosti Ci na PARi s výsledky Kumara et al. (2005) lze potvrdit, že ani v případě odrůd Jersey, Malz a Valtický nedochází při vysokých intenzitách ozáření k poklesu hodnot Ci , což platí jak pro stresované, tak pro kontrolní varianty.

6.2.3


Na základě výsledků uvedených v minulé kapitole na obrázcích 5.23 a 5.27 bylo u odrůd ječmenů prokázáno, že při zvýšené koncentraci CO2 v prostředí dochází pod vlivem mírného vodního stresu ke snížení gs , k částečnému uzavírání průduchů a že se postupně zvyšuje Ci . Stejné výsledky publikovali Vats et al. (2009); Robredo et al. (2007) u rostlin ječmenů a Field et al. (1995) u trav, kde se redukce gs při zvýšené koncentraci CO2 pohybovala mezi 27–40 %. Domnívám se tedy, že zvýšení Ci , které je determinováno zvýšením Ca , by mohlo podpořit efekt částečného uzavírání průduchů. Nicméně, jak uvádějí Robredo et al. (2007), mechanismus, kterým průduchy reagují na koncentraci CO2 , zůstává neobjasněn. Webb et al. (1996) tvrdí, že zvýšená koncentrace CO2 měla za následek vzrůst koncentrace volného vápníku v cytosolu podpůrných buněk průduchů. Vápenné ionty přitom napomáhají přenosu signálů zodpovědných za řízení turgoru podpůrných buněk (Hetherington, 2001; Webb et al., 2001). Na druhou stranu průduchy reagují na sníženou dostupnost vody uzavíráním. V tom případě dochází ke zvýšení koncentrace ABA, což má za následek snížení gs prostřednictvím iontů Ca2+ , jež řídí aniontové kanály v cytoplasmatické membráně (Assmann, 1999). Ve světle těchto fakt není tedy překvapující, že rostliny reagují na zvýšenou koncentraci CO2 v podmínkách nedostatku vody větším uzavíráním průduchů, než rostliny neovlivněné zvýšenou koncentrací, což je v souladu s výsledky Robreda et al. (2007); Dubbeho et al. (1978). Čím větší je uzavírání průduchů, tím nižší je rychlost transpirace a rostlina si udržuje větší obsah vody. Rostliny mají tendenci zachovávat poměr mezi intracelulární koncentrací CO2 (Ci ) a koncentrací CO2 v okolním prostředí (Ca ). Tento poměr není závislý na koncentraci CO2 v okolním prostředí, jak je vidět z obrázku 5.25. Na obrázku 5.24 je pak patrné, že vlivem vodního stresu dochází u stresovaných rostlin ke snížení tohoto poměru oproti rostlinám kontrolním. Vyšší poměr Ci /Ca přitom dovoluje rostlinám dosáhnout vyšší PN . K podobným závěrům dospěli i Robredo et al. (2007). Ze závislostí PN na Ci uvedených v minulé kapitole na obrázcích 5.22 a 5.26 je u všech zkoumaných odrůd pro stresovanou i kontrolní variantu patrný počáteční strmý, téměř lineární růst PN , indikující limitaci karboxylací, kdy dodávka RuBP pro fotosyntézu je stále dostatečná. Jak hodnota Ci postupně roste, růst PN se zpomaluje, což je způsobeno limitací RuBP (Flexas et al., 2007; Long a Bernacchi, 2003). Při Ca odpovídající 700 µmol CO2 mol−1 dochází u odrůd ječmenů k výraznému zpomalení růstu PN , přičemž hodnota Ci se stále zvyšuje. Rychlost fotosyntézy však u odrůd Malz a Valtický nedosahuje při této koncentraci CO2 svých maximálních hodnot na rozdíl od odrůdy Jersey, u níž dochází prakticky k zastavení růstu PN , jak je patrné z obrázku 5.22. Domnívám se, že u odrůd Malz a Valtický, a to jak pro stresovanou, tak pro kontrolní variantu, dochází ke snížení obsahu a aktivity Rubisca při zvýšené 81

6. DISKUSE


koncentraci CO2 pomaleji (Robredo et al., 2007; Vu et al., 1998) než u odrůdy Jersey. Z toho důvodu při koncentracích CO2 v okolním prostředí nad 700 µmol CO2 mol−1 odrůdy Malz a Valtický vykazují vyšší Ci , při němž PN (stejně tak jako gs ) mírně roste a snižuje se E. Rychlost fotosyntézy u obou odrůd pak vzrůstá na základě již zmíněného pozorování, že s růstem Ca roste Ci , což vede k růstu PN . Tato stimulace PN zvýšenou koncentrací CO2 byla u stresované varianty odrůdy Valtický dokonce větší než u kontrolní varianty a tato odrůda pod vlivem mírného vodního stresu v pokusech vykázala dokonce větší adaptivitu, než odrůda Malz. Jak prokázali Vats et al. (2009), u rostlin ječmenů je limitace Rubiscem nejvýraznější limitací fotosyntézy. Z výsledků uvedených v kapitole 5 je patrné, že proces fotosyntézy u odrůdy Jersey je limitován obsahem a aktivitou Rubisca ve větší míře, než u odrůd Malz a Valtický. Tato vyšší limitace se u odrůdy Jersey projevuje rychlejším uzavíráním průduchů při zvýšené koncentraci CO2 , s čímž souvisí výraznější pokles Ci , zastavení růstu PN a výraznější snížení E oproti zbývajícím dvěma odrůdám. To potvrzuje moji hypotézu, že zkoumané odrůdy ječmenů reagují na vodní stres rozdílně. Pozorování, jež jsou výsledkem výše uvedených pokusů, v souladu s publikovanými výsledky Robreda et al. (2007); Wanga et al. (2007) ukazují, že zvýšená koncentrace CO2 v prostředí má za následek uzavírání průduchů, snížení rychlosti transpirace a růst PN díky zvýšené intercelulární koncentraci CO2 . Lze proto předpokládat, že zvýšená koncentrace CO2 v okolním prostředí zpozdí nástup projevů mírného vodního stresu u rostlin ječmenů.

6.3

Hmotnost sušiny

Z výsledků v tabulkách 5.25 a 5.26 jsou patrné rozdíly v hmotnosti sušiny listových čepelí a stébel mezi kontrolní a stresovanou variantou u všech zkoumaných odrůd a to jak po ukončení dlouhodobějšího mírného stresu (s30 ), tak po ukončení rehydratace (r20 ), která navázala na ukončené období patnáctidenního stresu. Tyto rozdíly se projevily jak v redukci listových čepelí, tak v redukci stébel. To je vidět i z fotografií jednotlivých odrůd na obrázcích 5.1, 5.2, a 5.3. Na základě těchto výsledků se domnívám, že mírný vodní stres byl příčinou redukce nadzemní části biomasy (Evans, 1996). Ke stejným výsledkům dospěli Ashraf et al. (2006), kteří u rostlin ječmene zjistili výraznou redukci biomasy při vodním stresu. Jak ve své práci uvádí Evans (1996), vodní deficit zásadně limituje fyziologickou aktivitu rostlin a tvorbu biomasy. Blum (1996) uvádí, že vodní deficit je limitujícím faktorem pro výnos mnoha plodin včetně obilovin. U odrůdy Jersey dochází k redukci hmotnosti praporcového listu v důsledku působení mírného vodního stresu a tyto výsledky byly zjištěny i po ukončení rehydratace, jak je vidět z výsledků v tabulkách 5.25 a 5.26. Praporocový list na základě studie Tambussiho et al. (2005) patří mezi nejvíce zasažené fotosyntetické orgány v důsledku působení vodního stresu. Při vzájemném porovnání zkoumaných odrůd je z výsledků v tabulkách 5.25 a 5.26 prokázáno, že odrůda Valtický si dokáže pod vlivem mírného vodního stresu udržet nejvyšší hmotnost sušiny listových čepelí a stébel. Odrůda Jersey si dokáže udržet nejvyšší hmotnost sušiny praporcového listu a klasu a odrůda Malz vykázala nejvyšší hmotnost sušiny klasu.

82

7

ZÁVĚRY

Cílem této práce bylo s využitím gazometrické metody objasnit některé fyziologické změny vyvolané na úrovni listů působením vodního stresu. Práce je založena na experimentech, které byly prováděny ve skleníku v letech 2006 na katedře rostlinné biologie Barcelonské univerzity ve Španělsku a 2007 na katedře botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze. Jako pokusný materiál byly odzkoušeny tři vybrané odrůdy ječmene (Hordeum vulgare L.) – Jersey, Malz a Valtický, u nichž byly posouzeny odrůdové rozdíly v reakci a citlivosti na vodní stres v průběhu jejich ontogeneze. Zkoumané fyziologické změny byly ověřovány statistickými hypotézami (viz kapitola 3) a studovány pomocí následujících metod: • metoda gravimetrického stanovení vodního stavu v listech rostlin ječmenů pomocí RWC, • gazometrická metoda, • nedestruktivní metoda stanovení obsahu chlorofylu a, • gravimetrická metoda stanovení hmotnosti sušiny. Výsledky této práce budou přínosem v metodologii detekce vodního stresu a hodnocení vlivu stresových faktorů v rámci modelování produkčního procesu jednotlivých odrůd s využitím gazometrické metody. Tyto výsledky mohou s využitím uvedené metody přispět k detailnějšímu fyziologickému popisu odrůd jarních ječmenů v reakci na vodní stres, a tak mohou být využitelné ve šlechtitelském procesu při šlechtění rostlin na suchovzdornost.

7.1


• U odrůd jarních ječmenů bylo v důsledku dehydratace prokázáno, že dochází k fyziologickým změnám projevujícím se mírným snížením RWC v listech (>70 %), které u rostlin ječmenů indukuje mírný vodní stres. 83

7. ZÁVĚRY


• S prodlužující se délkou působení vodního stresu dochází u odrůd ječmenů, bez ohledu na původ nebo stáří odrůdy, k postupnému poklesu RWC a byla potvrzena hypotéza, že odrůdy se projevují v průběhu ontogeneze rozdílně. Na počátku dehydratace (s4 ) a při střednědobém působení mírného vodního stresu (s15 ) se odrůda Valtický projevuje jako nejcitlivější ke ztrátě vody. Odrůda Jersey a zvláště pak odrůda Malz si udržují vyšší RWC v listech a projevují se tak jako adaptivnější. Při dlouhodobějším působení mírného vodního stresu (s30 ) odrůda Malz ztrácí nejvíce vody z listů a projevuje se jako nejcitlivější. • Na obnovení zálivky odrůdy ječmenů reagují mírným zvýšením RWC a ačkoliv obsah vody nestoupá na úroveň obsahu vody kontrolních variant, žádná z odrůd neprojevuje po rehydrataci citlivost, která by souvisela s předchozí dehydratací. • Jak u kontrolních, tak u stresovaných variant neexistuje interakce mezi genotypem a ontogenetickou fází pro parametr RWC. Vliv odrůdy a ontogenetické fáze jsou faktory na sobě nezávislé.

7.2

Gazometrická měření

• Bylo prokázáno, že na mírný vodní stres reagují zkoumané genotypy rostlin jarních ječmenů rozdílně, jak je vidět z fyziologických změn v listech na úrovni parametrů výměny plynů. • V důsledku působícího mírného vodního stresu dochází u odrůd ječmenů ke snížení gs , PN a E jsou tedy limitovány stomatálně a dochází tak k jejich mírnému poklesu. Hodnota gs se ukázala dobrým indikátorem pro hodnocení intenzity vodního stresu. • Nejvýrazněji se stomatální limitace PN a E u odrůd ječmenů projeví na počátku dehydratace (s4 ). Hodnoty gs však neklesají pod 0,11 mol CO2 m−2 s−1 , a tak lze vyloučit zapojení nestomatálních vlivů. • Při střednědobém působení mírného vodního stresu (s10 , s15 ) se odrůda Malz projevuje jako adaptabilnější a suchovzdornější. Se vzrůstem gs u ní dochází k výraznějšímu nárůstu PN a v souvislosti s tím k nárůstu E. U odrůdy Valtický nelze jednoznačně prokázat vliv stomatální limitace na snížení PN a E; hodnoty gs výrazněji neklesají. Stomatální limitace PN a E se nejvíce projevila u odrůdy Jersey. • Při dlouhodobějším působení mírného vodního stresu (s30 ) se výraznější stomatální limitace PN a E projevuje na odrůdě Malz. Mírnější stomatální limitace PN a E se projevuje u odrůd Jersey a Valtický. • Vliv Ci na snížení PN , respektive zvýšení PN , u odrůd ječmene pod vlivem mírného vodního stresu, respektive po obnovení zálivky, nebyl prokázán stejně tak jako vliv vodního stresu na parametr Ci . • Po obnovení zálivky odrůdy ječmene reagují zvýšením gs , což se projevuje na zvýšení PN a zvláště na počátku rehydratace (r3 ) výraznějším zvýšením E. S prodlužující se délkou rehydratace dochází ke kontinuálnímu zvyšování gs . 84

7. ZÁVĚRY


• S prodlužující se délkou rehydratace reaguje odrůda Jersey na obnovení zálivky postupným otevíráním průduchů a zvyšováním PN a tudíž byla mezi parametry PN a gs prokázána silná pozitivní korelace; jako jediná odrůda dosahuje srovnatelnou PN a gs s variantou kontrolní. Odrůda Malz si při střednědobém působení mírného vodního stresu (s15 ) drží vyšší hodnoty PN , a tak se u ní rehydratace výrazně projevuje na otevřenosti průduchů a s tím souvisejícím výrazným zvýšením PN , což jí dává nejlepší adaptační schopnost. Odrůda Valtický se snaží předchozí stresované období kompenzovat zvýšenou otevřeností průduchů, ale nedokáže úměrně s délkou rehydratace zvýšit PN . • Nebylo jednoznačně prokázáno, že vliv genotypu a ontogenetické fáze u zkoumaných parametrů výměny plynů (PN , gs , E ) lze považovat za faktory závislé.

7.2.1

Efektivita využití vody (WUE, WUEi )

• Vyskytují se rozdíly mezi odrůdami ječmenů i mezi ontogenetickými fázemi v efektivitě využití vody při mírném vodním stresu. • V důsledku uzavírání průduchů vedoucímu ke snížení rychlosti transpirace a fotosyntézy mají odrůdy na počátku dehydratace a při dlouhodobějším mírném vodním stresu (s4 , s30 ) tendenci zvyšovat vnitřní efektivitu využití vody, okamžitou efektivitu využití vody pak zvyšují pouze při dlouhodobém stresu (s30 ). V ostatních případech není možné očekávaný růst WUE a WUEi u odrůd prokázat. • Po obnovení zálivky (r3 ) odrůdy ječmene zvyšují WUEi ; odrůdy Malz a Valtický zvyšují WUE, odrůda Jersey WUE snižuje. V dalších fázích rehydratace nelze prokázat žádný trend. • Nebylo jednoznačně prokázáno, že vliv genotypu a ontogenetické fáze u efektivity využití vody (WUE, WUEi ) lze považovat za faktory závislé.

7.2.2


• U odrůd ječmenů byly prokázány fyziologické změny, kdy při zvyšující se intenzitě ozáření dochází pod vlivem mírného vodního stresu ke zvyšování gs a k růstu PN . • Byla potvrzena hypotéza, že odrůdy na účinky zvýšené intenzity ozáření v podmínkách mírného vodního stresu reagují po fyziologické stránce rozdílně – odrůdy Jersey a Valtický reagují na tyto podmínky citlivě, neboť v důsledku uzavírání průduchů mírně snižují PN a E již při intenzitách ozáření mezi 400 a 700 µmol ν m−2 s−1 ; odrůda Malz se projevila jako adaptivní, neboť u ní k uzavírání průduchů nedochází, a tak se zvyšují parametry PN a E i při vysokých intenzitách ozáření (≥ 1250 µmol ν m−2 s−1 ). • U odrůd ječmenů jak pro stresované, tak pro kontrolní varianty ani při vysokých intenzitách ozáření nebyla prokázána saturace PN . • Vysoké intenzity ozáření nezpůsobily u odrůd ječmenů pokles Ci .

85

7. ZÁVĚRY

7.2.3



• U odrůd ječmenů byl při mírném vodním stresu prokázán vliv zvýšené koncentrace CO2 v prostředí na jejich fyziologii. Při zvyšování koncentrace CO2 v prostředí dochází téměř k lineárnímu snižování gs vedoucímu k postupnému uzavírání průduchů, zvyšování Ci , ale poměr Ci /Ca je při vodním stresu výrazně nižší než u variant kontrolních. • Při Ca odpovídající 700 µmol CO2 mol−1 dochází u odrůd ječmenů k výraznému zpomalení růstu PN , přičemž PN ještě nedosahuje svých maximálních hodnot zvláště u odrůd Malz a Valtický. • Byla potvrzena hypotéza, že v podmínkách mírného vodního stresu odrůdy na účinky zvýšené koncentrace CO2 v okolním prostředí reagují po fyziologické stránce rozdílně – nejcitlivěji reaguje odrůda Jersey, u níž má stomatální limitace za následek nejrychlejší uzavírání průduchů a s tím související pokles Ci , zastavení růstu PN a snížení E; odrůdy Malz a Valtický se po fyziologické stránce projevily podobně a při zvýšené Ca se u nich stomatální limitace projeví pomalejším uzavíráním průduchů, vykazují vyšší Ci , při němž PN stejně tak jako gs mírně roste a snižuje se E. Odrůda Valtický pod vlivem mírného vodního stresu projevila dokonce větší adaptivitu než odrůda Malz. • Zvýšená koncentrace CO2 v prostředí tedy zpožďuje nástup účinků vodního stresu u rostlin ječmenů.

7.3

Hmotnost sušiny

• Byl prokázán vliv mírného vodního stresu na hmotnost sušiny nadzemní části u všech zkoumaných genotypů jak v podmínkách dlouhodobějšího stresu (s30 ), tak v podmínkách rehydratace (r20 ). • Mírný vodní stres způsobuje u všech odrůd snížení hmotnosti sušiny jak listových čepelí, tak stébel; u odrůdy Jersey navíc i snížení hmotnosti praporcového listu. • Odrůda Valtický si dokáže pod vlivem mírného vodního stresu udržet nejvyšší hmotnost sušiny listových čepelí a stébel; odrůda Jersey pak nejvyšší hmotnost sušiny praporcového listu a klasu; odrůda Malz nejvyšší hmotnost sušiny klasu.

7.4

Shrnutí

Pokusy bylo prokázáno, že mírný vodní stres má vliv na stomatální omezení fotosyntézy v listu. Z trojice testovaných odrůd se pouze genotyp Valtický projevil jako citlivý na působení vodního stresu. Nelze však jednoznačně rozhodnout, zda ze zbývajících odrůd je adaptabilnější odrůda Malz nebo Jersey, neboť ani jeden z těchto genotypů nevykazuje ve skleníkových podmínkách výrazně vyšší odolnost vůči mírnému vodnímu stresu. S ohledem na reakci odrůd ve fázi rehydratace se však domnívám, že odrůda Malz je při střednědobém i dlouhodobějším působení mírného vodního stresu tolerantnější k podmínkám dehydratace. 86

8

DOPORUČENÍ PRO DALŠÍ ROZVOJ VĚDNÍHO OBORU

Gazometrická metoda umožňující sledování parametrů výměny plynů na úrovni listů detekuje okamžitý fyziologický stav rostliny, a tak lze hodnotit momentální dopad stresorů prostředí na fotosyntetický aparát a tedy na fyziologické změny v chování takových zkoumaných rostlin v průběhu jejich ontogeneze. Tato metoda se v našem případě ukazuje jako vhodná pro použití v produkční a stresové fyziologii rostlin. Díky dvěma různě koncipovaným experimentálním přístupům ke studiu vlivu vodního stresu na odrůdy jarního ječmene bylo ve dvou pokusných letech možné zkoumat fyziologické chování vybraných odrůd na úrovni výměny plynů v listech jednak při dlouhodobějším mírném vodním stresu a jednak při krátkodobějším mírném vodním stresu s následnou rehydratací. Pokusy bylo prokázáno, že mírný vodní stres má vliv na stomatální omezení fotosyntézy v listu: snížením stomatální vodivosti dochází k uzavírání průduchů, snižuje se rychlost fotosyntézy a transpirace. Z trojice testovaných odrůd se genotyp Valtický projevil jako citlivý na působení vodního stresu, a proto jej nelze doporučit k pěstování v sušších oblastech. Nelze však jednoznačně potvrdit, zda do oblastí s různě dlouhým obdobím výskytu přísušků je vhodnější odrůda Malz nebo Jersey, a to ze dvou důvodů: (1) žádný z těchto genotypů nevykazuje ve skleníkových podmínkách výrazně vyšší odolnost vůči mírnému vodnímu stresu, (2) v polních podmínkách většinou dochází ke kombinaci různých stresových faktorů působících na fotosyntetický aparát, například vliv vysokých teplot a salinity. S ohledem na reakci odrůd ve fázi rehydratace se však domnívám, že odrůda Malz je při střednědobém i dlouhodobějším působení mírného vodního stresu tolerantnější k podmínkám dehydratace. Pro studium fyziologických změn na úrovni listů, vyvolaných působením vodního stresu, se jako perspektivní ukazuje kombinace gazometrické metody s takovými postupy, které umožňují sledovat a hodnotit dlouhodobý fyziologický účinek tohoto limitujícího faktoru prostředí. Tyto metody umožňují rychlý screening fyziologických znaků, jež integrují fyziologické procesy buď v čase (např. během životního cyklu rostliny) nebo na organizační úrovni (např. celá rostlina, porost). Takovými metodami 87

8. DOPORUČENÍ PRO DALŠÍ ROZVOJ VĚDNÍHO OBORU jsou např. (Araus et al., 2001): chlorofylová fluorescence, izotopová analýza ∆13 C a screening založený na měření spektrální odrazivosti porostu. Tyto tři metody byly součástí experimentů z roku 2006 a jejich vyhodnocení bude cílem další vědecké práce při posouzení odrůdových rozdílů rostlin jarních ječmenů v reakci a citlivosti na vodní stres. Vzhledem k tomu, že v literárních pramenech existuje o problematice vlivu vodního stresu v průběhu ontogeneze rostlin jen málo poznatků a informací, považovala bych za užitečné tento pokus ve skleníkových podmínkách zopakovat s větším počtem pokusných rostlin a skleníkový pokus srovnat s paralelním pokusem v polních podmínkách. Domnívám se také, že by se u zkoumaných odrůd ječmenů projevily výraznější meziodrůdové rozdíly a rozdíly v ontogenetických fázích v případě navození silného vodního stresu přerušením zálivky. Detekci hloubky vodního stresu navrhuji sledovat nejen gravimetricky a pomocí RWC, ale také měřením vodního potenciálu listů, neboť se jedná o metodu hojně využívanou v zahraniční literatuře. V souvislosti s takovou koncepcí pokusu by mělo být možné jednoznačně prokázat, která ze zkoumaných odrůd je vhodná do sušších oblastí. Z hlediska hospodaření rostlin s vodou při vodním stresu ukázal experiment Šafránkové et al. (2007), provedený na katedře botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze, na perspektivní využití exogenně aplikované ABA při pokusech na rostlinách šesti genotypů jarního ječmene starých 21 dnů (3–4 listy). Při hodnocení odolnosti zemědělských plodin ke stresovým faktorům prostředí se tento komplexní přístup na katedře úspěšně rozvíjí, a proto by bylo vhodné na experiment představený v této práci navázat sledováním vlivu vodního stresu na použité genotypy ječmene v průběhu jejich ontogeneze za pomoci gazometrických měření v kombinaci s aplikací exogenní ABA či exogenní a endogenní ABA. Získané komplexní informace pak budou dobře využitelné jednak produkčními a stresovými fyziology v jejich další experimentální práci a jednak při přípravě pěstitelských technologií a ve šlechtitelství.

88

Seznam literatury ADC BioScientific Ltd. 2004. LCpro+ Portable Photosynthesis System INSTRUCTION MANUAL. ADC BioScientific Ltd., Hoddesdon, Herts, UK. Allagulova, C. R., Gimalov, F. R., Shakirova, F. M., Vakhitov, V. A. 2003. The plant dehydrins: structure and putative functions. Biochemistry (Moscow), 68 (9), 945–951. Aphalo, P. J., Jarvis, P. G. 1991. Do stomata respond to relative humidity? Plant, Cell and Environment, 14 (1), 127–132. Araus, J. L., Casadesus, J., Bort, J. 2001. Recent Tools for the Screening of Physiological Traits Determining Yield, in Reynolds, M. P., Ortiz-Monasterio, J. I., McNab, A. (eds.), Application of physiology in wheat breeding, CIMMYT, Mexico, D.F., s. 59–77. Arnau, G., Monneveux, P., This, D., Alegre, L. 1997. Photosynthesis of six barley genotypes as affected by water stress. Photosynthetica, 31 (1), 67–76. Arnon, D., Hoagland, D. 1940. Crop production in artificial solutions and soils with special reference to factors influencing yield and absorption of inorganic nutrients. Soil Science, 50, 463–471. Ashraf, M. Y., Azhar, N., Hussain, M. 2006. Indole acetic acid (IAA) induced changes in growth, relative water contents and gas exchange attributes of barley (Hordeum vulgare L.) grown under water stress conditions. Plant Growth Regulation, 50 (1), 85–90. Assmann, S. M. 1999. The cellular basis of guard cell sensing of rising CO2 . Plant, Cell & Environment, 22 (6), 629–637. Atkin, O. K., Millar, A. H., Gardestrom, P., Day, D. A. 2000. Photosynthesis, Carbohydrate Metabolism and Respiration in Leaves of Higher Plants, in Leegood, R. C., Sharkey, T. D., Caemmerer, S. (eds.), Advances in photosynthesis, Photosynthesis: Physiology and Metabolism, 9, Kluwer Academic Publishers, s. 154–170. Ball, J. T., Berry, J. A. 1990. An analysis and concise description of stomatal responses to multiple environmental factors. Planta. Ben, G. Y., Osmond, C. B., Sharkey, T. D. 1987. Comparisons of Photosynthetic Responses of Xanthium strumarium and Helianthus annuus to Chronic and Acute Water Stress in Sun and Shade 1. Plant Physiology, 84 (2), 476–482.

89

Seznam literatury Berkowitz, G. A. 2000. Water and salt stress, in Raghavendra, A. S. (ed.), Photosynthesis: a comprehensive treatise, Cambridge University Press, s. 394. Berry, J. A., Farquhar, G. D. 1978. The CO2 concentrating function of C4 photosynthesis. A biochemical model, in Hall, D., Coombs, J., Goodwin, T. (eds.), Proceedings of the 4th International Congress on Photosynthesis, The Biochemical Society, London, s. 119–131. Blackman, F. F. 1905. Optima and limiting factors. Ann. Bot, 19 (2), 281–296. Blum, A. 1996. Crop responses to drought and the interpretation of adaptation. Plant Growth Regulation, 20 (2), 135–148. Blum, A. 2009. Effective use of water (EUW) and not water-use efficiency (WUE) is the target of crop yield improvement under drought stress. Field Crops Research, 112 (2-3), 119–123. Bota, J., Medrano, H., Flexas, J. 2004. Is photosynthesis limited by decreased Rubisco aktivity and RuBP content under progressive water stress? New Phytologist, 162, 671–681. Bowes, G. 1991. Growth at elevated CO2 : photosynthetic responses mediated through Rubisco. Plant, Cell and Environment, 14 (8), 795–806. Boyer, J. S. 1970. Leaf Enlargement and Metabolic Rates in Corn, Soybean, and Sunflower at Various Leaf Water Potentials. Plant Physiology, 46 (2), 233–235. Boyer, J. S. 1982. Plant productivity and environment. Science, 218 (4571), 443–448. Bray, E. A. 1993. Molecular responses to water deficit. Plant Physiology, 103 (4), 1035–1040. Brestič, M. 2001. Determination of sensitive sites in photosynthesis during longterm plant dehydration. Journal of Central European Agriculture, 2, 217–226. Brestič, M. 1996. Vodný režim, rastové a akumulačné procesy jarného ječmeňa. Rostlinná výroba, 42 (11), 481–487. Brestič, M. 1998. Adaptabilita a produkčný proces rastlín v podmienkách deficitu vody. SPU Nitra, 100 s. Brestič, M., Olšovská, K. 2001. Vodný stres rastlín – príčiny, dôsledky, perspektívy. SPU Nitra, Nitra, 149 s. Caemmerer, S. 2000. Biochemical models of leaf photosynthesis. CSIRO Publishing, 165 s. Caemmerer, S., Farquhar, G. D. 1981. Some relationships between the biochemistry of photosynthesis and the gas exchange of leaves. Planta, 153 (4), 376–387. Castrillo, M., Fernandez, D., Calcagno, A. M., Trujillo, I., Guenni, L. 2001. Responses of ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase, protein content, and stomatal conductance to water deficit in maize, tomato, and bean. Photosynthetica, 39 (2), 221–226. 90

Seznam literatury Cebeco Seeds, s. r. o. 2004. Odrůdy jarního ječmene. Úroda, 2, 6. Chaves, M. M. 1991. Effects of water deficits on carbon assimilation. Journal of Experimental Botany, 42, 1–16. Chaves, M. M., Maroco, J. P., Pereira, J. S. 2003. Understanding plant responses to drought-from genes to the whole plant. Functional Plant Biology, 30 (3), 239–264. Christmann, A., Hoffmann, T., Teplova, I., Grill, E., Muller, A. 2005. Generation of Active Pools of Abscisic Acid Revealed by In Vivo Imaging of Water-Stressed Arabidopsis. Plant Physiology, 137 (1), 209–219. Close, T. J. 1996. Dehydrins: emergence of a biochemical role of a family of plant dehydration proteins. Physiologia Plantarum, 97 (4), 795–803. Close, T. J. 1997. Dehydrins: a commonalty in the response of plants to dehydration and low temperature. Physiologia Plantarum, 100 (2), 291–296. Close, T. J., Chandler, P. M. 1990. Cereal dehydrins: serology, gene mapping and potential functional roles. Australian Journal of Plant Physiology, 17 (2), 333–344. Colom, M. R., Vazzana, C. 2001. Drought stress effects on three cultivars of Eragrostis curvula: photosynthesis and water relations. Plant Growth Regulation, 34 (2), 195– 202. Condon, A. G., Richards, R. A. 1993. Exploiting genetic variation in transpiration efficiency in wheat – an agronomic view, in Ehleringer, J. R., Hall, A. E., Farquhar, G. D. (eds.), Stable isotopes and plant carbon-water relations, Academic Press, s. 435–450. Condon, A. G., Richards, R. A., Rebetzke, G. J., Farquhar, G. D. 2004. Breeding for high water-use efficiency. Journal of Experimental Botany, 55, 2447–2460. Cornic, G. 1994. Drought stress and high light effects on leaf photosynthesis, in Baker, N. R., Bowyer, J. R. (eds.), Photoinhibition of photosynthesis, Bios Scientific Publishers, s. 297–313. Cornic, G., Fresneau, C. 2002. Photosynthetic carbon reduction and carbon oxidation cycles are the main electron sinks for photosystem II activity during a mild drought. Annals of Botany, 89 (7), 887. Cornic, G., Massacci, A. 1996. Leaf photosynthesis under drought stress, in Baker, N. R. (ed.), Photosynthesis and the environment, Kluwer Academic, Dordrecht, The Netherlands, s. 347–366. Correia, M. J., Pereira, J. S., Chaves, M. M., Rodrigues, M. L., Pacheco, C. A. 1995. ABA xylem concentrations determine maximum daily leaf conductance of field-grown Vitis vinifera L. plants. Plant, Cell and Environment, 18 (5), 511–521. Čatský, J. 1960. Determination of water deficit in discs cut out from leaf blades. Biologia Plantarum, 2, 76–78. Čatský, J., Solárová, J., Pospíšilová, J., Tichá, I. 1985. Conductances for carbon dioxide transfer in the leaf, in Šesták, Z. (ed.), Photosynthesis during leaf development, Academia, Praha, s. 217–249. 91

Seznam literatury Daley, P. F., Raschke, K., Ball, J. T., Berry, J. A. 1989. Topography of Photosynthetic Activity of Leaves Obtained from Video Images of Chlorophyll Fluorescence. Plant Physiology, 90 (4), 1233–1238. Dubbe, D. R., Farquhar, G. D., Raschke, K. 1978. Effect of Abscisic Acid on the Gain of the Feedback Loop Involving Carbon Dioxide and Stomata. Plant Physiology, 62 (3), 413–417. Escalona, J. M., Flexas, J., Medrano, H. 1999. Stomatal and non-stomatal limitations of photosyntheis under water stress in field-grown grapevines. Australian Journal of Plant Physiology, 26, 421–433. Evans, L. T. 1996. Crop evolution, adaptation and yield. Cambridge University Press, 512 s. Fahn, A., Broido-Altman, S. 1990. Plant anatomy. Pergamon Press New York, 534 s. Farquhar, G. D., Sharkey, T. D. 1982. Stomatal conductance and photosynthesis. Annual Review of Plant Physiology, 33 (1), 317–345. Farquhar, G. D., Caemmerer, S., Berry, J. A. 1980. A Biochemical Model of Photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species. Planta, 149 (1), 78–90. Field, C. B., Jackson, R. B., Mooney, H. A. 1995. Stomatal responses to increased CO2 : implications from the plant to the global scale. Plant, Cell and Environment, 18 (10), 1214–1225. Flexas, J. 2006. Stupnice světelného zdroje a vzrůstající koncentrace CO2 . Osobní sdělení. Flexas, J., Medrano, H. 2002. Drought-inhibition of photosynthesis in C3 plants: stomatal and non-stomatal limitations revisited. Annals of Botany, 89 (2), 183. Flexas, J., Bota, J., Escalona, J. M., Sampol, B., Medrano, H. 2002. Effects of drought on photosynthesis in grapevines under field conditions: an evaluation of stomatal and mesophyll limitations. Functional Plant Biology, 29, 461–471. Flexas, J., Bota, J., Loreto, F., Cornic, G., Sharkey, T. D. 2004. Diffusive and metabolic limitations to photosynthesis under drought and salinity in C3 plants. Plant Biology, 6 (3), 269–279. Flexas, J., Bota, J., Galmes, J., Medrano, H., Ribas-Carbo, M. 2006a. Keeping a positive carbon balance under adverse conditions: responses of photosynthesis and respiration to water stress. Physiologia Plantarum, 127 (3 Seasonally Dry Environments), 343–352. Flexas, J., Ribas-Carbó, M., Hanson, D. T., Bota, J., Otto, B., Cifre, J., McDowell, N., Medrano, H., Kaldenhoff, R. 2006b. Tobacco aquaporin NtAQP1 is involved in mesophyll conductance to CO2 in vivo. Plant Journal, 48 (3), 427. Flexas, J., Diaz-Espejo, A., Galmés, J., Kaldenhoff, R., Medrano, H. O. L., RibasCarbo, M. 2007. Rapid variations of mesophyll conductance in response to changes in CO2 concentration around leaves. Plant, Cell and Environment, 30 (10), 1284– 1298. 92

Seznam literatury Fredeen, A. L., Koch, G. W., Field, C. B. 1995. Effects of atmospheric CO2 enrichment on ecosystem CO2 exchange in a nutrient and water limited grassland. Journal of Biogeography, 22, 215–219. Garay-Arroyo, A., Colmenero-Flores, J. M., Garciarrubio, A., Covarrubias, A. A. 2000. Highly hydrophilic proteins in prokaryotes and eukaryotes are common during conditions of water deficit. Journal of Biological Chemistry, 275 (8), 5668–5674. Garcia, R. L., Long, S. P., Wall, G. W., Osborne, C. P., Kimball, B. A., Nie, G. Y., Pinter, P. J., LaMorte, R. L., Wechsung, F. 1998. Photosynthesis and conductance of spring-wheat leaves: field response to continuous free-air atmospheric CO2 enrichment. Plant, Cell & Environment, 21 (7), 659–669. Gimenez, C., Mitchell, V. J., Lawlor, D. W. 1992. Regulation of photosynthetic rate of two sunflower hybrids under water stress. Plant Physiology, 98 (2), 516–524. Gloser, J., Prášil, I. 1998. Fyziologie stresu, in Procházka, S., Macháčková, I., Krekule, J., Šebánek, J. (eds.), Fyziologie rostlin, Academia, Praha, s. 412–430. Gunasekera, D., Berkowitz, G. A. 1992. Heterogenous Stomatal Closure in Response to Leaf Water Deficits Is Not a Universal Phenomenon. Plant Physiology, 98 (2), 660–665. Gunasekera, D., Berkowitz, G. A. 1993. Use of transgenic plants with Rubisco antisense DNA to evaluate the rate limitation of photosynthesis under water stress. Plant Physiology, 103, 629–635. Habash, D. Z., Paul, M. J., Parry, M. A. J., Keys, A. J., Lawlor, D. W. 1995. Increased capacity for photosynthesis in wheat grown at elevated CO2 : the relationship between electron transport and carbon metabolism. Planta, 197 (3), 482–489. Hall, A. E., Björkman, O. 1975. Model of leaf photosynthesis and respiration, in Gates, D. M., Schmerl, R. B. (eds.), Ecological studies 12, Perspectives of biophysical ecology, Springer-Verlag, s. 55–72. Hall, D. O., Rao, K. K. 1999. Photosynthesis. Cambridge University Press, Cambridge, 214 s. Hamdy, A., Fagan, R., Scarascia-Mugnozza, E. 2003. Coping with water scarcity: Water saving and increasing water productivity. Irrigation and Drainage, 52, 3–20. Hanba, Y. T., Shibasaka, M., Hayashi, Y., Hayakawa, T., Kasamo, K., Terashima, I., Katsuhara, M. 2004. Overexpression of the Barley Aquaporin HvPIP2; 1 Increases Internal CO2 Conductance and CO2 Assimilation in the Leaves of Transgenic Rice Plants. Plant and Cell Physiology, 45 (5), 521–529. Hartung, W., Davies, W. J. 1991. Drought-induced changes in physiology and ABA, in Davies, W. J., Jones, H. G. (eds.), Abscisic acid: physiology and biochemistry, Bios Scientific Publishers, Oxford, GB, s. 63–79. book has 266 pages. Hejnák, V. 2003a. Využití izotopové metody (15N) spalné kalorimetrie a gazometrie v produkční fyziologii ječmene jarního a špenátu setého. Power Print, ČZU AF, Praha, 152 s. 93

Seznam literatury Hejnák, V. 2003b. The Effect of Drought on Production of Dry Matter in Spring Barley (Hordeum vulgare L. cv. Amulet, Krona and historical cv. Nürnberg). Scientia Agriculturae Bohemica, 34, 121–128. Hejnák, V. 2004. The Photosynthesis and Dry Matter Production in Spring Barley Plants during Ontogeny, in IAMFE/RUSSIA 2004: Proceedings of the 12th International Conference and Exhibition on Mechanization of Field Experiments, Pushkin, Saint Petersburg, Russia, s. 352–359. Heldt, W. H., Werdan, K., Milovancev, M., Geller, G. 1973. Alkalization of the chloroplast stroma caused by light-dependent proton flux into the thylakoid space. Biochimica et biophysica acta, 314 (2), 224–241. Hetherington, A. M. 2001. Guard cell signaling. Cell, 107 (6), 711–714. Hill, R., Whittingham, C. P. 1955. Photosynthesis. Methuen & Co. Ltd., London, 175 s. Hopkins, W. G., Hüner, N. P. A. 2004. Introduction to plant physiology. Wiley, Hoboken, NJ, 576 s. Hsiao, T. C. 1973. Plant Responses to Water Stress. Annual Review of Plant Physiology, 24, 519–570. Hsiao, T. C., Acevedo, E., Fereres, E., Henderson, D. W. 1976. Water stress, growth, and osmotic adjustment. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 273 (927), 479–500. Hymus, G. J., Ellsworth, D. S., Baker, N. R., Long, S. P. 1999. Does free-air carbon dioxide enrichment affect photochemical energy use by evergreen trees in different seasons. A chlorophyll fluorescence study of mature loblolly pine. PlantPhysiology, 120, 1183–1191. Ingram, J., Bartels, D. 1996. The molecular basis of dehydration tolerance in plants. Annual Review of Plant Biology, 47 (1), 377–403. Jackson, P., Robertson, M., Cooper, M., Hammer, G. 1996. The role of physiological understanding in plant breeding; from a breeding perspective. Field Crops Research, 49 (1), 11–37. Jackson, P. A. 2001. Directions for physiological research in breeding: Issues from a breeding perspective, in Reynolds, M. P., Ortiz-Monasterio, J. I., McNab, A. (eds.), Application of physiology in wheat breeding, CIMMYT, Mexico, D.F., s. 11–16. Jarman, P. D. 1974. The diffusion of carbon dioxide and water vapour through stomata. Journal of Experimental Botany, 25 (5), 927–936. Jenks, M. A., Hasegawa, P. M. 2005. Plant abiotic stress. Blackwell Publishing, Oxford, UK, 266 s. Johnson, R. C., Mornhinweg, D. W., Ferris, D. M., Heitholt, J. J. 1987. Leaf Photosynthesis and Conductance of Selected Triticum Species at Different Water Potentials 1. Plant Physiology, 83 (4), 1014–1017. 94

Seznam literatury Kaiser, W. M. 1987. Effects of water deficit on photosynthetic capacity. Plant Physiology, 71, 142–149. Kaldenhoff, R., Ribas-Carbo, M., Sans, J. F., Lovisolo, C., Heckwolf, M., Uehlein, N. 2008. Aquaporins and plant water balance. Plant, Cell & Environment, 31 (5), 658–666. Kalina, J., Urban, O., Čajánek, M., Kurasová, I., Špunda, V., Marek, M. V. 2001. Different responses of Norway spruce needles from shaded and exposed crown layers to the prolonged exposure to elevated CO2 studied by various chlorophyll a fluorescence techniques. Photosynthetica, 39 (3), 369–376. Kearns, E. V., Assmann, S. M. 1993. The guard cell-environment connection. Plant Physiology, 102 (3), 711–715. Knop, W. 1967. Metoda vodních kultur vyšších rostlin, in Laštůvka, Z., Minář, J. (eds.), Quantitative analytische Arbeiten über den Ernährungsprocess der Pflanzen, Univerzita J. E. Purkyně v Brně, Brno, s. 83. Kobza, J., Seemann, J. R. 1989. Regulation of Ribulose-1, 5-Bisphosphate Carboxylase Activity in Response to Diurnal Changes in Irradiance. Plant Physiology, 89 (3), 918–924. Kostrej, A., Brestič, M., Danko, J., Jureková, Z., Olšovská, K. 2000. Funkčné parametro produkčného procesu obilnín v meniacich sa podmienkach prostredia. Agroinštitút Nitra, 110 s. Kramer, P. J. 1983. Water Relations of Plants. Academic Press, New York, 489 s. Kramer, P. J., Boyer, J. S. 1995. Water relations of plants and soils. Academic Press, Inc., San Diego, CA, 482 s. Krivosudská, E., Brestič, M. 2005. Charakteristika vybraných genotypov cícera beranieho v podmienkachvodného stresu, in Nové poznatky z genetiky a šľachtenia poľnohospodárskych rastlín, Piešťany, s. 182–183. Krivosudská, E., Brestič, M., Dobrodenka, M., Štefanka, J. 2005. Charakteristika vybraných genotypov hrachu siateho v podmienkachvodného stresu, in Nové poznatky z genetiky a šľachtenia poľnohospodárskych rastlín, Piešťany, s. 182–183. Kubín, Š. 1973. Zdroje fotosynteticky účinného záření a metody jeho měření. Academia, Praha, 235 s. Kumar, N., Kumar, S., Ahuja, P. S. 2005. Photosynthetic characteristics of Hordeum, Triticum, Rumex, and Trifolium species at contrasting altitudes. Photosynthetica, 43 (2), 195–201. Kurasová, I., Kalina, J., Urban, O., Štroch, M., Špunda, V. 2003. Acclimation of two distinct plant species, spring barley and Norway spruce, to combined effect of various irradiance and CO2 concentration during cultivation in controlled environment. Photosynthetica, 41 (4), 513–523.

95

Seznam literatury Laisk, A. G. U. 1983. Calculation of leaf photosynthetic parameters considering the statistical distribution of stomatal apertures. Journal of Experimental Botany, 34 (12), 1627–1635. Langer, I. 2004. K domácímu šlechtění jarního ječmene. Úroda, 2, 4–5. Larcher, W. 1995. Physiological Plant Ecology. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 506 s. Larcher, W. 2003. Physiological plant ecology: ecophysiology and stress physiology of functional groups. Springer, 513 s. Laštůvka, Z., Minář, J. 1967. Metoda vodních kultur vyšších rostlin. Univerzita J. E. Purkyně v Brně, Brno, 83 s. Lauer, M. J., Boyer, J. S. 1992. Internal CO2 Measured Directly in Leaves, Abscisic Acid and Low Leaf Water Potential Cause Opposing Effects. Plant Physiology, 98 (4), 1310–1316. Lawlor, D. W. 2002. Limitation to Photosynthesis in Water-stressed Leaves: Stomata vs. Metabolism and the Role of ATP. Anals of Botany, 89 (7), 871–885. Lawlor, D. W. 1995. The effects of water deficit on photosynthesis, in Smirnoff, N. (ed.), Environment and the plant metabolism. Flexibility and acclimation, Bios Scientific Publishers, Oxford, UK, s. 129–160. Lawlor, D. W., Cornic, G. 2002. Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell & Environment, 25 (2), 275–294. Lawlor, D. W., Day, W., Johnston, A. E., Legg, B. J., Parkinson, K. J. 1981. Growth of spring barley under drought: crop development, photosynthesis, dry-matter accumulation and nutrient content. The Journal of Agricultural Science, 96 (01), 167–186. Leach, J. E. 1981. Photosynthesis and growth of spring barley: some effects of drought. The Journal of Agricultural Science, 94 (03), 623–635. Leegood, R. C. 1993. Carbon metabolism, in Hall, D. O., Scurlock, J. M. O., Bolhar, H., Leegood, R. C., Long, S. P. (eds.), Photosynthesis and production in a changing Environment: a field and laboratory manual, Chapman & Hall, s. 247–267. Legg, B. J., Day, W., Lawlor, D. W., Parkinson, K. J. 1979. The effects of drought on barley growth: models and measurements showing the relative importance of leaf area and photosynthetic rate. The Journal of Agricultural Science, 92 (03), 703–716. Leuning, R. 1983. Transport of gases into leaves. Plant Cell Environment, 6, 181–194. Levitt, J. 1980. Responses of plants to environmental stresses. Academic Press, New York, 507 s. Li, C., Berninger, F., Koskela, J., Sonninen, E. 2000. Drought responses of Eucalyptus microtheca provenances depend on seasonality of rainfall in their place of origin. Australian journal of Plant Physiology, 27 (3), 231–238. 96

Seznam literatury LiCor Biosciences, Inc. 2005. Using the LI-6400 Portable Photosynthesis System. LiCor Biosciences, Inc., Lincoln, NE, USA. Lilley, R. M. C., Walker, D. A. 1975. Carbon Dioxide Assimilation by Leaves, Isolated Chloroplasts, and Ribulose Bisphosphate Carboxylase from Spinach. Plant physiology, 55 (6), 1087–1092. Long, S. P., Bernacchi, C. J. 2003. Gas exchange measurements, what can they tell us about the underlying limitations to photosynthesis? Procedures and sources of error. Journal of Experimental Botany, 54 (392), 2393–2401. Long, S. P., Hällgren, R. C. 1993. Measurement of CO2 assimilation by plants in the field and laboratory, in Hall, D. O., Scurlock, J. M. O., Bolhar, H., Leegood, R. C., Long, S. P. (eds.), Photosynthesis and production in a changing Environment: a field and laboratory manual, Chapman & Hall, s. 247–267. Long, S. P., Farage, P. K., Garcia, R. L. 1996. Measurement of leaf and canopy photosynthetic CO2 exchange in the field. Journal of Experimental Botany, 47 (11), 1629–1642. Loreto, F., Harley, P. C., Di Marco, G., Sharkey, T. D. 1992. Estimation of Mesophyll Conductance to CO2 Flux by Three Different Methods. Plant Physiology, 98 (4), 1437–1443. Loreto, F., Centritto, M., Chartzoulakis, K. 2003. Photosynthetic limitations in olive cultivars with different sensitivity to salt stress. Plant, Cell & Environment, 26 (4), 595–601. Lužný, J. MENDELUM – devadesátiletá historie a výhled do 21. století [online]. 2003. [cit. 18. 4. 2008]. Dostupné z . Makino, A., Mae, T. 1999. Photosynthesis and plant growth at elevated levels of CO2 . Plant and Cell Physiology, 40 (10), 999–1006. Mansfield, T. A., Hetherington, A. M., Atkinson, C. J. 1990. Some current aspects of stomatal physiology. Annual Review of Plant Biology, 41 (1), 55–75. Marek, M. V., Sprtova, M., De Angelis, P., Scarascia-Mugnozza, G. 2001. Spatial distribution of photosynthetic response to long-term influence of elevated CO2 in a mediterranean macchia mini-ecosystem. Plant Science, 160 (6), 1125–1136. The MathWorks Inc. 2008. MATLAB - The Language of Technical Computing. The MathWorks Inc., Natick, MA, USA. Dostupné z . Maxwell, K., Johnson, G. N. 2000. Chlorophyll fluorescence – a practical guide (review article). Journal of Experimental Botany, 51, 659–668. Medrano, H., Escalona, J. M., Bota, J., Gulias, J., Flexas, J. 2002. Regulation of photosynthesis of C3 plants in response to progressive drought: stomatal conductance as a reference parameter. Annals of Botany, 89 (7), 895.

97

Seznam literatury Morison, J. I. L. 1987. Intercellular CO2 concentration and stomatal response to CO2 , in Zeiger, E., Farquhar, G. D., Cowan, I. R. (eds.), Stomatal function, Stanford University Press, Stanford, CA, s. 229–252. Mott, K. A. 1988. Do Stomata Respond to CO2 Concentrations Other than Intercellular? Plant Physiology, 86 (1), 200–203. Mott, K. A., Parkhurst, D. F. 1991. Stomatal responses to humidity in air and helox. Plant, Cell and Environment, 14 (5), 509–515. Munns, R. 2002. Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cell & Environment, 25 (2), 239–250. Nátr, L. 1998. Rostliny, lidé a trvale udržitelný život člověka na Zemi. Karolinum nakladatelství univerzity Karlovy, Praha, 135 s. Ni, B. R., Pallardy, S. G. 1991. Response of gas exchange to water stress in seedlings of woody angiosperms. Tree Physiology, 8 (1), 1–9. Nylander, M., Svensson, J., Palva, E. T., Welin, B. V. 2001. Stress-induced accumulation and tissue-specific localization of dehydrins in Arabidopsis thaliana. Plant Molecular Biology, 45 (3), 263–279. Odum, E. R. 1977. Základy ekologie. Academia, Praha, 733 s. Oosten, J. J., Besford, R. T. 1995. Some relationships between the gas exchange, biochemistry and molecular biology of photosynthesis during leaf development of tomato plants after transfer to different carbon dioxide concentrations. Plant, Cell and Environment, 18 (11), 1253–1266. Ort, D. R., Oxborough, K., Wise, R. R. 1994. Depressions of photosynthesis in crops with water deficits, in Baker, N. R., Bowyer, J. R. (eds.), Photoinhibition of photosynthesis. From molecular organisms to the field, Bios Scientific Publishers, Oxford, UK, s. 315–329. Parkinson, K. J., Penman, H. L. 1970. A possible source of error in the estimation of stomatal resistance. Journal of Experimental Botany, 21 (2), 405–409. Parry, M. A. J., Andralojc, P., Khan, S., Lea, P. J., Keys, A. J. 2002. Rubisco activity: effects of drought stress. Annals of Botany, 89 (7), 833. Passioura, J. B. 1977. Braun yield, harvest index and water use of wheat. Journal of the Australan Institute of Agriculture Science, 43, 117–120. Paul, M. J., Foyer, C. H. 2001. Sink regulation of photosynthesis. Journal of Experimental Botany, 52 (360), 1383–1400. Peisker, M. 1976. Ein Modell der Sauerstoffabhängigkeit des photosynthetischen CO2 Gaswechsels von C3 -Pflanzen. Genetic Resources and Crop Evolution, 24 (1), 221– 235. Peri, P. L., Moot, D. J., McNeil, D. L. 2005. Modelling photosynthetic efficiency (α) for the light-response curve of cocksfoot leaves grown under temperate field conditions. European journal of agronomy, 22 (3), 277–292. 98

Seznam literatury Peterson, R. B. 1991. Effects of O2 and CO2 concentrations on quantum yields of Photosystems I and II in Tobacco leaf tissue. Plant Physiology, 97 (4), 1388–1394. Petr, J. 2004. Postavení jarního ječmene v českém obilnářství. Úroda, 2, 1–3. Peuke, A. D., Gessler, A., Rennenberg, H. 2006. The effect of drought on C and N stable isotopes in different fractions of leaves, stems and roots of sensitive and tolerant beech ecotypes. Plant, Cell & Environment, 29 (5), 823–835. Piterková, J., Tománková, K. 2005. Oxidativní stres: Lokalizace tvorby aktivních forem kyslíku a jejich degradace v rostlinném organismu. Chemické listy, 99, 455–466. Plant Select, s. r. o. 2004. Odrůdy jarního ječmene. Úroda, 2, 6. Pospíšilová, J., Šantrůček, J. 1994. Stomatal patchiness. Biologia Plantarum, 36 (4), 481–510. Pospíšilová, J., Synková, H., Rulcová, J. 2000. Cytokinins and water stress. Biology of Plant, 43, 321–328. Rao, K. V. M., Raghavendra, A. S., Reddy, K. J. 2006. Physiology and molecular biology of stress tolerance in plants. Springer, 335 s. Richards, R. A., Rebetzke, G. J., Condon, A. G., Herwaarden, A. F. 2002. Breeding opportunities for increasing efficiency of water use and crop yield in temperate cereals. Crop Science, 42, 111–121. Ritchie, S. W., Nguyen, H. T., Holaday, A. S. 1990. Leaf water content and gasexchange parameters of two wheat genotypes differing in drought resistance. Crop Science, 30 (1), 105. Robredo, A., Pérez-López, U., Maza, H. S., González-Moro, B., Lacuesta, M., MenaPetite, A., Muñoz-Rueda, A. 2007. Elevated CO2 alleviates the impact of drought on barley improving water status by lowering stomatal conductance and delaying its effects on photosynthesis. Environmental and Experimental Botany, 59 (3), 252–263. Rodriguez, E. M., Svensson, J. T., Malatrasi, M., Choi, D. W., Close, T. J. 2005. Barley Dhn13 encodes a KS-type dehydrin with constitutive and stress responsive expression. TAG Theoretical and Applied Genetics, 110 (5), 852–858. Roháček, K. Fotofyzikální děje během fotosyntetické přeměny zářivé energie na biochemicky využitelnou formu [online]. AV ČR, 2006. [cit. 15. 3. 2008]. Dostupné z . Rorat, T. 2006. Plant dehydrins–tissue location, structure and function. Cellular & Molecular Biology Letters, 11 (4), 536–556. Sage, R. F., Sharkey, T. D., Seeman, J. R. 1989. Acclimation of photosynthesis to increasing atmospheric CO2 in five C3 species. Plant Physiology, 89, 590–596. Schulze, E. D., Hall, A. E. 1982. Stomatal responses, water loss and CO2 assimilation rates of plants in contrasting environments, in Lange, O. L., Nobel, P. S., Osmond, C. B., Zeiger, H. (eds.), Physiological plant ecology II: water relations and carbon assimilation, Springer Verlag, Berlin, Germany, s. 181–230. 99

Seznam literatury Schulze, E. D., Beck, E., Müller-Hohenstein, K. 2002. Plant Ecology. Springer-Verlag, Berlin, 679 s. Selye, H. 1936. A syndrome produced by various noxious agents. Nature, 138, 32–33. Sharkey, T. D. 1990. Water stress effects on photosynthesis. Photosynthetica, 24, 651. Sharkey, T. D. 1985. Photosynthesis in intact leaves of C3 plants: physics, physiology and rate limitations. The Botanical Review, 51 (1), 53–105. Sharkey, T. D., Ogawa, T. 1987. Stomatal responses to light, in Zeiger, E., Farquhar, G. D., Cowan, I. R. (eds.), Stomatal function, Stanford University Press, Stanford, USA, s. 195–208. Sharkey, T. D., Seemann, J. R. 1989. Mild water stress effects on carbon-reduction-cycle intermediates, ribulose biphosphate carboxylase activity, and spatial homogeneity of photosynthesis in intact leaves. Plant Physiology, 89, 1060–1065. Sharkey, T. D., Imai, K., Farquhar, G. D., Cowan, I. R. 1982. A direct confirmation of the standard method of estimating intercellular partial pressure of CO2 . Plant Physiology, 69 (3), 657–659. Sheriff, D. W. 1984. Epidermal transpiration and stomatal responses to humidity: some hypotheses explored. Plant, Cell and Environment, 7 (9), 669–677. Slavík, B. a kol. 1965. Metody studia vodního provozu rostlin. Nakladatelství ČSAV, Praha, 302 s. Smith, E. L. 1937. The influence of light and carbon dioxide on photosynthesis. The Journal of General Physiology, 20, 807–830. Socias, F. X., Medrano, H., Sharkey, T. D. 1993. Feedback limitation of photosynthesis of Phaseolus vulgaris L. grown in elevated CO2 . Plant, Cell and Environment, 16 (1), 81–86. Stitt, M. 1991. Rising CO2 levels and their potential significance for carbon flow in photosynthetic cells. Plant, Cell and Environment, 14 (8), 741–762. Šafránková, I., Hejnák, V., Stuchlíková, K., Česká, J. 2007. The effect of abscisic acid on rate of photosynthesis and transpiration in six barley genotypes under water stress. Cereal Research Communications, 35 (2), 1013–1016. Šantrůček, J. 2007. Nové možnosti hledání účinnějších konzumentů vody, in Bláha, L. (ed.), Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, VÚRV v.v.i. a ČZU v Praze, Praha, s. 48–53. Ševčík, R. 1996. Srovnávání počátečních generací různých metod šlechtění sladovnického ječmene, in Sborník semináře MendelNET ’96, [cit. 18. 4. 2007], Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Dostupné z . Švihra, J. 1984. Vodný deficit v ontogenéze obilnín. Veda, Bratislava, 150 s. 100

Seznam literatury Švihra, J., Talapka, S. 1995. Rastovo-produkčný a akumulačný proces vybraných odrôd jarného ječmeňa. Rostlinná výroba, 41, 249–253. Taiz, L., Zeiger, E. 1991. Plant Physiology. The Benjamin/Cummings Publishing Copany, Inc., California, 559 s. Tambussi, E. A., Nogués, S., Araus, J. L. 2005. Ear of durum wheat under water stress: water relations and photosynthetic metabolism. Planta, 221 (3), 446–458. Tanaka, A., Tanaka, R. 2003. Chlorophyll metabolism. Current Opinion in Plant Biology, 9 (3), 248–255. Taylor, I. B. 1991. Genetics of ABA synthesis, in Davies, W. J., Jones, H. G. (eds.), Abscisic acid: physiology and biochemistry, Bios Scientific Publishers, Oxford, GB, s. 23–37. Terashima, I., Wong, S. C., Osmond, C. B., Farquhar, G. D. 1988. Characterisation of non-uniform photosynthesis induced by abscisic acid in leaves having different mesophyll anatomies. Plant and Cell Physiology, 29 (3), 385–394. Tezara, W., Mitchell, V. J., Driscoll, S. D., Lawlor, D. W. 1999. Water stress inhibits plant photosynthesis by decreasing coupling factor and ATP. Nature, 401, 914–917. Tezara, W., Mitchell, V., Driscoll, S. P., Lawlor, D. W. 2002. Effects of water deficit and its interaction with CO2 supply on the biochemistry and physiology of photosynthesis in sunflower. Journal of Experimental Botany, 53 (375), 1781–1791. Thimmanaik, S., Kumar, S. G., Kumari, G. J., Suryanarayana, N., Sudhakar, C. 2002. Photosynthesis and the enzymes of photosynthetic carbon reduction cycle in mulberry during water stress and recovery. Photosynthetica, 40 (2), 233–236. Ulman, P., Čatský, J., Pospíšilová, J. 2000. Photosynthetic traits in wheat grown under decreased and increased CO2 concentracion, and after transfer to natural CO2 concentracion. Biologia Plantarum, 43 (2), 227–237. Urban, O. 2003. Physiological impacts of elevated CO2 concentration ranging from molecular to whole plant responses. Photosynthetica, 41 (1), 9–20. Vats, S. K., Kumar, N., Kumar, S. 2009. Gas exchange response of barley and pea cultivars to altitude variation in Himalaya. Photosynthetica, 47 (1), 41–45. Vu, J. C. V., Baker, J. T., Pennanen, A. H., Allen, L. H. J., Bowes, G., Boote, K. J. 1998. Elevated CO2 and water deficit effects on photosynthesis, ribulose bisphosphate carboxylase-oxygenase, and carbohydrate metabolism in rice. Physiologia Plantarum, 103 (3), 327–339. Wang, F. L., Wang, H., Wang, G. 2007. Photosynthetic responses of apricot (Prunus armeniaca L.) to photosynthetic photon flux density, leaf temperature, and CO2 concentration. Photosynthetica, 45 (1), 59–64. Wang, X. T., Below, F. E. 1996. Tillering, nutrient accumulation, and yield of winter wheat as influenced by nitrogen form. Journal of Plant Nurtrition, 18, 1177–1189. 101

Seznam literatury Webb, A. A. R., McAinsh, M. R., Taylor, J. E., Hetherington, A. M. 1996. Calcium ions as intracellular second messengers in higher plants. Advances in Botanical Research, 22, 45–96. Webb, A. A. R., Larman, M. G., Montgomery, L. T., Taylor, J. E., Hetherington, A. M. 2001. The role of calcium in ABA-induced gene expression and stomatal movements. Plant Journal, 26 (3), 351. Yordanov, I., Velikova, V., Tsonev, T. 2000. Plant responses to drought, acclimation, and stress tolerance. Photosynthetica, 38 (2), 171–186. Zadoks, J. C., Chány, T. T., Konak, C. F. 1974. Decimal code for growth stages of cereals. Weed Research, 14 (6), 415–421. Zámečník, J. 2007. Hospodaří rostliny s vodou efektivně?, in Bláha, L. (ed.), Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, VÚRV v.v.i. a ČZU v Praze, Praha, s. 77–83. Zhang, W., He, K., Wang, Y., Wang, B., Deng, J., Zhou, Y., Zhong, X., Li, Z. 2007. Effects of light radiation intensity on photosynthetic characteristics and water use efficiency of Platycladus orientalis and Pinus tabulaeformis seedlings. Frontiers of Forestry in China, 2 (2), 192–197. Zhang, Z. J., Shi, L., Zhang, J. Z., Zhang, C. Y. 2004. Photosynthesis and growth responses of Parthenocissus quinquefolia (L.) Planch to soil water availability. Photosynthetica, 42 (1), 87–92. Zhu, B., Choi, D. W., Fenton, R., Close, T. J. 2000. Expression of the barley dehydrin multigene family and the development of freezing tolerance. Molecular and General Genetics MGG, 264 (1), 145–153.

102

SAMOSTATNÉ PŘÍLOHY

103

A

KLIMATICKÉ CHARAKTERISTIKY

Na obrázcích A.1 a A.2 jsou uvedeny grafy teplot a relativní vlhkosti vzduchu ve skleníku pro pokusy v letech 2006 a 2007.

104

Relativní vlhkost vzduchu [%]

8.5.

15.5.

22.5.

29.5.

5.6.

12.6.

Relativní vlhkost vzduchu a teplota pro pokus v roce 2006

19.6.

26.6.

Obrázek A.1: Průběh průměrných teplot a průměrné relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku v roce 2006.

0 1.5.

20

40

60

80

100

0

10

20

30

40

A. KLIMATICKÉ CHARAKTERISTIKY

105

Teplota [°C]

Relativní vlhkost vzduchu [%]

0

20

40

60

80

100

8.5.

15.5.

22.5.

29.5.

5.6.

12.6.

19.6.

26.6.

3.7.

10.7.

17.7.

24.7.

10

20

30

40

0 31.7.

Obrázek A.2: Průběh průměrných teplot a průměrné relativní vzdušné vlhkosti ve skleníku v roce 2007.

1.5.

Relativní vlhkost vzduchu a teplota pro pokus v roce 2007

A. KLIMATICKÉ CHARAKTERISTIKY

106

Teplota [°C]

B

EFEKTIVITA VYUŽITÍ VODY Na obrázcích B.1 a B.2 je znázorněna okamžitá efektivita využití vody v letech 2006 a 2007, na obrázcích B.3 a B.4 pak vnitřní efektivita využití vody.

WUE [µmol CO2 / mmol H2O]

Jersey

Malz

Valtický

4 3 2 1 kontrola

0

d0

s15 Den měření

s30

d0

s15 Den měření

s30

d0

s15

stres

s30

Den měření

Obrázek B.1: Efektivita využití vody WUE kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2006 v jednotlivých ontogenetických fázích.

107

B. EFEKTIVITA VYUŽITÍ VODY Jersey

Malz

Valtický

WUE [µmol CO2 / mmol H2O]

14

kontrola stres

12 10 8 6 4 2 0

d0 d6 s4 s10 s15 r3

r11 r20

d0 d6 s4 s10 s15 r3

Den měření

r11 r20

d0 d6 s4 s10 s15 r3

Den měření

r11 r20

Den měření

Obrázek B.2: Efektivita využití vody WUE kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2007 v jednotlivých ontogenetických fázích.

WUEi [µmol CO2 / mol CO2]

Jersey

Malz

Valtický

100 80 60 40 20 kontrola

0

d0

s15 Den měření

s30

d0

s15 Den měření

s30

d0

s15

stres

s30

Den měření

Obrázek B.3: Efektivita využití vody WUEi kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2006 v jednotlivých ontogenetických fázích.

108

B. EFEKTIVITA VYUŽITÍ VODY

WUEi [µmol CO2 / mol CO2]

Jersey

Malz

Valtický

120 100 80 60 40 20 kontrola

0

d0 d6 s4 s10 s15 r3 Den měření

r11 r20

d0 d6 s4 s10 s15 r3 Den měření

r11 r20 d0 d6 s4 s10 s15 r3

stres

r11 r20

Den měření

Obrázek B.4: Efektivita využití vody WUEi kontrolní a stresované varianty zkoumaných odrůd v roce 2007 v jednotlivých ontogenetických fázích.

109

ERRATA Disertační práce: Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin Hordeum vulgare L. při vodním stresu Autor: Ing. Simona Dušková

Str. iv, obrázek 5.16: „Závislost PN na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost PN na ozářenosti“ Str. iv, obrázek 5.17: „Závislost gs na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost gs na ozářenosti“ Str. iv, obrázek 5.18: „Závislost PN na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost PN na ozářenosti“ Str. iv, obrázek 5.19: „Závislost gs na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost gs na ozářenosti“ Str. iv, obrázek 5.20: „Závislost Ci na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost Ci na ozářenosti“ Str. iv, obrázek 5.21: „Závislost Ci na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost Ci na ozářenosti“ Str. 2: „v podmínkách zvýšené intenzity ozáření“ nahradit „v podmínkách zvýšené ozářenosti“ Str. 5: „při dostatečně vysoké intenzitě ozáření“ nahradit „při dostatečně vysoké ozářenosti“ Str. 25: „byla na listech trav pozorována při intenzitě ozáření“ nahradit „byla na listech trav pozorována při ozářenosti“ Str. 25, obrázek 2.6: „Ideální světelná křivka závislosti PN na intenzitě ozáření“ nahradit „Ideální světelná křivka závislosti PN na ozářenosti“ Str. 25: „že s rostoucí intenzitou ozáření“ nahradit „že s rostoucí ozářeností“ Str. 25: „Při nízkých intenzitách ozáření“ nahradit „Při nízkých ozářenostech“ Str. 25: „lineárně rostly se vzrůstající intenzitou ozáření“ nahradit „lineárně rostly se vzrůstající ozářeností“ Str. 25: „Při vysokých intenzitách ozáření“ nahradit „Při vysokých ozářenostech“ Str. 29: „v podmínkách zvýšené intenzity ozáření“ nahradit „v podmínkách zvýšené ozářenosti“ Str. 32: „po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 21 cm (to odpovídá 2, 985 cm3)“ nahradit „po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 21 cm (to odpovídá 2985 cm3)“ Str. 33: „po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 18 cm (to odpovídá 2, 217 cm3)“ nahradit „po 4 rostlinách v každé pěstební nádobě o průměru 18 cm (to odpovídá 2217 cm3)“ Str. 36: „závislosti vybraných parametrů výměny plynů (PN, gs a Ci) na intenzitě ozáření“ nahradit „závislosti vybraných parametrů výměny plynů (PN, gs a Ci) na ozářenosti“ Str. 36: „byly měřeny v závislosti na vzrůstající intenzitě ozáření“ nahradit „byly měřeny v závislosti na vzrůstající ozářenosti“ Str. 36: „pak byly sledovány v závislosti na vzrůstající intenzitě ozáření“ nahradit „pak byly sledovány v závislosti na vzrůstající ozářenosti“ Str. 66, kapitola 5.2.7: „Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření“ nahradit Závislost parametrů výměny plynů na ozářenosti“

1

Str. 66: „pomocí závislostí vybraných parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření“ nahradit „pomocí závislostí vybraných parametrů výměny plynů na ozářenosti“ Str. 67: „Při vyšších intenzitách ozáření nad“ nahradit „Při vyšších ozářenostech nad“ Str. 67: „Při vysokých intenzitách ozáření“ nahradit „Při vysokých ozářenostech“ Str. 69: „při intenzitě ozáření kolem nuly“ nahradit „při ozářenosti kolem nuly“ Str. 69: „a že vysoké intenzity ozáření již nezpůsobily“ nahradit „a že vysoké ozářenosti již nezpůsobily“ Str. 79, kapitola 6.2.2: „Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost parametrů výměny plynů na ozářenosti“ Str. 79: „že při zvyšující se intenzitě ozáření“ nahradit „že při zvyšující se ozářenosti“ Str. 80: „reagovaly na účinky zvýšené intenzity ozáření rozdílně“ nahradit „reagovaly na účinky zvýšené ozářenosti rozdílně“ Str. 80: „k fyziologickým změnám v závislosti na intenzitě ozáření.“ nahradit „k fyziologickým změnám v závislosti na ozářenosti.“ Str. 80: „a vyšší intenzitou ozáření vedoucí k poklesu gs,“ nahradit „a vyšší ozářeností vedoucí k poklesu gs,“ Str. 80: „že teprve při vyšších intenzitách ozáření“ nahradit „že teprve při vyšších ozářenostech“ Str. 80: „adaptace rostlin na podmínky zvýšené intenzity ozáření“ nahradit „adaptace rostlin na podmínky zvýšené ozářenosti“ Str. 80: „v reakci na vodní stres v závislosti na intenzitě ozáření.“ nahradit „v reakci na vodní stres v závislosti na ozářenosti.“ Str. 81: „nedochází při vysokých intenzitách ozáření k poklesu“ nahradit „nedochází při vysokých ozářenostech k poklesu“ Str. 85, kapitola 7.2.2: „Závislost parametrů výměny plynů na intenzitě ozáření“ nahradit „Závislost parametrů výměny plynů na ozářenosti“ Str. 85: „kdy při zvyšující se intenzitě ozáření dochází“ nahradit „kdy při zvyšující se ozářenosti dochází“ Str. 85: „odrůdy na účinky zvýšené intenzity ozáření“ nahradit „odrůdy na účinky zvýšené ozářenosti“ Str. 85: „mírně snižují PN a E již při intenzitách ozáření“ nahradit „mírně snižují PN a E již při ozářenostech“ Str. 85: „se zvyšují parametry PN a E i při vysokých intenzitách ozáření“ nahradit „se zvyšují parametry PN a E i při vysokých ozářenostech“ Str. 85: „ani při vysokých intenzitách ozáření nebyla prokázána saturace“ nahradit „ani při vysokých ozářenostech nebyla prokázána saturace“ Str. 85: „Vysoké intenzity ozáření nezpůsobily u odrůd“ nahradit „Vysoké ozářenosti nezpůsobily u odrůd“

2

Studium adaptačních změn ve fotosyntéze a transpiraci rostlin Hordeum vulgare L. při vodním stresu

Recommend Documents