Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Praha Ruzyně Česká zemědělská univerzita v Praze

Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Praha – Ruzyně Česká zemědělská univerzita v Praze

VLIV ABIOTICKÝCH A BIOTICKÝCH STRESORŮ NA VLASTNOSTI ROSTLIN 2011 (Sborník recenzovaných příspěvků)

Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i. Praha - Ruzyně 9. - 10. 3. 2011

VÝZKUMNÝ ÚSTAV ROSTLINNÉ VÝROBY PRAHA – RUZYNĚ v.v.i. ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE

Pořadatelé: Odbor genetiky, šlechtění a kvality produkce VÚRV, v.v.i. Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, ČZU v Praze

VLIV ABIOTICKÝCH A BIOTICKÝCH STRESORŮ NA VLASTNOSTI ROSTLIN 2011 (Sborník příspěvků)

Recenzenti doc. RNDr. Jan Novák, DrSc Ing. Jan Pelikán, CSc.

Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i Praha -Ruzyně 9. – 10. března 2011

1

©Redakčně zpracoval:

Ing. Ladislav Bláha, CSc., Ing. František Hnilička, Ph.D.

Jazyková korektura:

Texty příspěvku neprošly jazykovou úpravou

Foto na titulní straně:

Mgr. Jiřina Zieglerová

Odborný garant konference: Ing. Ladislav Bláha, CSc. (VÚRV, v.v.i.) Ing. František Hnilička, Ph.D. (ČZU v Praze)

Organizační výbor konference: Ladislav Bláha (VÚRV, v. v. i.) František Hnilička (ČZU v Praze) Jaroslava Martinková (ČZU v Praze) Jan Matoušek (VÚRV, v.v.i.) Martin Matějovič (ČZU v Praze) Lubomír Věchet (VÚRV v.v.i.) Tereza Vozábová (VÚRV v.v.i.) Petr Jírovec (VÚRV v.v.i.) Jan Wachtl (ČZU v Praze)

© Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i ., Praha - Ruzyně, 2011 ISBN: 978-80-7427-068-0 © Česká zemědělská univerzita v Praze, 2011 ISBN: 978-80-213-2160-1

2

KDE JE MOŽNO NALÉZT SBORNÍKY, TITULY VYDANÝCH KNIH , ZÁVĚRY KONFERENCÍ A „WORKSHOPŮ“ POŘÁDANÝCH NA ČESKÉ ZEMĚDĚLSKÉ UNIVERZITĚ V PRAZE A VE VÝZKUMNÉM ÚSTAVU ROSTLINNÉ VÝROBY NA WWW STRÁNCE?

Elektronická podoba sborníků (od roku 2005) je na: 1/ http://www.vurv.cz/ 2/ http://www.vurv.cz/stresyrostlin, zde zvolte českou verzi a v nabídce, která se objeví klikněte na VÚRV, v.v.i. a zde pak je třeba vybrat : publikace VÚRV 3/ Přímá cesta: http://www.vurv.cz/index.php?key=section&id=252

Foto:Ladislav Bláha

3

Informace o možnostech stáží a studia týkajícího se vlivu biotických a abiotických stresorů na vlastnosti rostlin je možno získat na adrese: Ing. F. Hnilička, Ph. D., Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů Katedra botaniky a fyziologie rostlin Kamýcká 129,1600 Praha 6, tel: 224382519, e-mail: [email protected] Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Foto: Vlastimil Mikšík

4

OBSAH Rejstřík autorů Hnilička F.: Úvodní slovo - Jak dál ve „stresové konferenci“ rostlin?

8 11

VYZVANÉ REFERÁTY Kožnarová V., Klabzuba J., Sulovská S.: Příspěvek ke studiu teplotních podmínek 14

v půdě

Masarovičová E. , Kráľová K., Májeková M. , Vykouková I.: Systém pôda – rastlina – atmosféra vo vzťahu k abiotickým faktorom Stehno Z., Dotlačil L., Faberová I.: Současné možnosti jak přispět využitím genetických zdrojů rostlin ke stabilitě produkce

Kůdela V.: Abiotické faktory vnějšího prostředí z pohledu fytopatologa Chrpová J., Šíp V., Bártová Š., Štočková L.: Faktory ovlivňující výskyt klasových fuzarióz na území ČR

20 25 31 36

REFERÁTY Janská A., Aprile A., Zámečník J., Cattivelli L., Ovesná J.: Rozdíly v aklimatizačních reakcích odnožovacích uzlů a listů ječmene na úrovni transkriptomu

Pazderů K., Al-Muntaser S., Al-Khewani T., Hassan S.T.S.: Vitalita osiv a klíčení ve stresových podmínkách Hnilička F., Hniličková H., Holá D., Kočová M., Rothová O.: Studium suchovzdornosti kukuřice (Zea mays L.) pomocí vybraných fyziologických charakteristik Kuklová M., Kukla J., Sýkora A.: Dentaria bulbifera L. v imisne ovplyvnených bukových ekosystémoch Holubec V.: Význam ekologizačních opatření pro travní porosty a monitoring floristických změn Hrušková I., Šerá B., Petřík V., Šerý M., Špatenka P.: Stimulace klíčivosti máku setého pomocí plazmatu Gogoláková A., Štrba P.: Identifikácia stresu rastlín napadnutých škodcami pomocou fluorescencie chlorofylu Věchet L..: Význam interakcí hostitel – patogen Jindřichová B., Fodor J., Burketová L., Valentová O.: Reaktivní formy kyslíku v obranných reakcích rostlin proti patogenům – studie interakce Brassica napus – Leptosphaeria maculans Hýsek J., Hermuth J.: Abiotické anomálie u čiroku a béru a jejich vztah k houbovým chorobám

Věchet L.: Vliv lokality na výskyt braničnatky pšeničné (Mycosphaerella graminicola) Šerá B.: Regenerační schopnosti rozrazilu nitkovitého (Veronica filiformis Sm.)

43 44

48 52 58 64 68 72 78

82 87 91

PŘÍSPĚVKY DO SBORNÍKU, PLAKÁTOVÁ SDĚLENÍ Potop V.: Risk level of combination type of extreme weather events during growing period of vegetable crops Filová A., Skoczowski A., Krivosudská E..: Vplyv osmotického stresu na zmeny intenzity metabolickeho tepla klíčiacich rastlín vybraných genotypov strukovin Pospišil R., Živčáková M., Hunková E., Demjanová E.: Buriny ako biotické stresory pri pestovaní hrachu siateho (Pisum sativum L.) Mészáros P., Piršelová B., Matušíková I.: Akumulácia chitináz v koreňoch sóje fazuľovej vystavených účinkom iónov kadmia

5

97

101 105 109

Vlasáková E., Prášil I. T., Melišová L.: Hodnocení obsahu ABA během několika růstových fází rostlin pšenice ozimé v podmínkách dlouhotrvajícího sucha Šimonová H., Šafránková I.: Studium stomatální výměny plynů při vodním stresu u rodu Triticum Štočková L., Bradová J., Chrpová J.: Vliv fuzáriové infekce na kvalitativní a kvantitativní složení bílkovin pšenice (Triticum aestivum L.) Žofajová A., Užík M., Havelová J.: Kumulácia a translokácia dusíka historického súboru odrôd ozimnej pšenice Neuberg M., Pavlíková D., Žižková E., Motyka V.: Vliv způsobu aplikace dusíku na hladiny cytokininů u rostlin Martinková J., Hnilička F., Koudela M., Svozilová L.: Vliv vodního deficitu a mulče na rychlost výměny plynů okurky seté (Cucumis sativus L.) Matějovič M., Hejnák V., Skalický M., Martinková J.: Vliv mrazových tepot na anatomicko-morfologické změny slunečnice (Helianthus annuus L.) Miklánková E., Dobrá J., Štorchová H., Vaňková R.: Dynamika signálnej dráhy a metabolizmu cytokinínov po vystavení chladovému stresu v Arabidopsis Čepl J., Kasal P.: Vliv stresových podmínek způsobených poškozením rostlin bramboru herbicidem na výnos a vybrané ukazatele kvality Pavlovkin J., Tamás L.: The impact of fusaproliferin on the cell membranes of maize primary roots Urban M. O., Klíma M.: Vliv polyethylen-glykolu (PEG 4000;6000) a amiprophos methylu (APM) na mikrosporově odvozená embrya řepky olejky (Brassica napus L.) Štrba P., Benková J.: Diverzita cievnatých rastlín na Banských haldách Zemanová V., Pavlíková D., Truncová J.: Vliv kadmia na hladiny volného prolinu v hyperakumulujících rostlinách Pavlovkin J., Šrobárová A.: Vplyv beauvericínu na bunky listov klíčnych rastlín kukurice Danzer M., Úradníček L.: Vliv odběru korku na tloušťkový přírůst korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.) Henselová M., Zahoranová A., Černák M.: Vplyv nízkoteplotnej plazmy na klíčivosť a ontogenetický vývin kukurice Zea mays L. Slováková Ľ., Henselová M. Pavlovič A.: Účinok zinku a EDTA na fyziologické procesy rastlín fazule mungo Bulíř P.: Dynamika změn nástupů fenologických projevů u vybraných dřevin Drška R., Henselová M., Kárnik M., Pavlovič A.: Vplyv bakteriálnej krúžkovitosti na niektoré fyziologické parametre zemiakov Heřmanská A., Hromádko M.: Metoda testování mrazuvzdornosti genotypů ozimé pšenice na šlechtitelské stanici Úhřetice Bokor B., Vaculík M., Pavlovič A., Lux A.: Zmierňuje kremík dÔsledky zvýšenej koncentrácie zinku pri kukurici? Dobroviczká T., Piršelová B., Matušíková I.: Vplyv iónov kadmia a arzénu na vybrané fyziologické ukazovatele listov Glycine max (L.) Merill. Candráková E.: Reakcia jačmeňa siateho jarného na ošetrenie fungicídmi Illéš L., Žembery J., Kupecsek A.: Vplyv biotických a abiotických faktorov na úrodu zrna jačmeňa jarného Gloser V., Baláž M., Svoboda P.: Transport vody v rostlinách chmele za dostatečné a snížené dostupnosti vody v půdě Peško M., Kráľová K., Masarovičová E.: Rast Matricaria recutita L. a akumulácia 6

113 117 122 126 130 133 137 141 144 145

148 151 155 159 162 166 170 174 178 182 186 190 194 199 205

Cd a Cu v rostlinných orgánech jedincov v rôznom štádiu ontogenetického vývinu Krivosudská E., Filová A.: Tolerancia vybraných odrôd hrachu (Pisum sativum L.) na deficit vody Vaculík M., Lux A., Martinka M., Lišková D., Kulkarni M. G., Stirk W. A., Van Staden J.: Toxické prejavy kadmia na liečivú juhoafrickú rastlinu Merwilla plumbea (Lindl.) Speta Ondrášek Ľ. , MartincováJ., Čunderlík J.: Produkcia CO2 pôdy pod rôzne využívanými trávnymi porastmi Hegedűsová A., Kuna R., Boleček P., Jakabová S., Hegedűs O.: Vplyv chelatačného činidla na intenzitu transferu olova v systéme pôda – hrach siaty Hniličková H., Hnilička F.: Vliv nízkých teplot na obsah energie juvenilních rostlin okurky seté (Cucumis sativus L.) Jadrná P., Zámečník J., Faltus M., Mýlová P., Kolek R.: Mrazuvzdornost dormantních pupenů révy vinné a její vývoj při řízené mrazové dehydrataci Martinek J., Svobodová M., Králíčková T.: Vliv obilek kostřavy rákosovité na klíčení vybraných druhů trav Svobodová M., Králíčková T., Martinek J.: Vliv výšky seče na počáteční vývin vybraných trávníkových odrůd kostřavy rákosovité Martinek J., Svobodová M., Králíčková T.: Stres suchem a dynamika klíčení vybraných trávníkových odrůd lipnice luční Šenfeldr M., Maděra P.: Adaptační strategie smrku ztepilého nad horní hranicí lesa v Hrubém Jeseníku Šafránková I.: Výskyt rzi Puccinia vincae na barvínku větším v České republice Salaj T., Matušíková I. , Panis B. , Swennen R. , Salaj J.: Cryopreservation of conifer embryogenic tissues and their characterization after post-thaw recovery Straková M., Janků Ľ., Straka J., Ševčíková M., Kašparová J., Chovančíková E.: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na velikost listové plochy a kořenový systém vybraných druhů trav Brant B., Pivec J., Hamouzová K, Procházka L., Satrapová J.: Modelové ověření závislosti vodního potenciálu listů stanoveného Scholanderovou bombou na hodnotách transpirace, stomatální vodivosti a objemové vlhkosti půdy Sochor J., Salaš P., Pláteníková M., Adam V., Kizek R.: Stanovení obsahu chlorofylu a intenzity fluorescence chlorofylu u rostlin v polních podmínkách Kryštofová O. , Sochor J. , Adam V., Zehnálek J., Havel L., Kizek R.: Vliv kademnatých iontů na metabolomické markery u explantátové kultury slunečnice roční Sochor J., Salaš P., Adam V., Kizek R.: Ovlivnění stresu u rostlin působením pomocných půdních látek Zezulka Š., Kummerová M., Váňová L.: Morphology of pea and maize roots in the presence of organic pollutant Gaudinová A., Dobrev P., Pešek B., Odstrčilová L., Drahošová H., Vaňková R.: Působení exogenního cytokininu m-topolinu na hladinu fytohormonů a výnos jahod Dobrá J., Štorchová H., Kolář J., Vaňková R.: Vliv teplotního stresu na expresní profily genů spojených se signální a metabolickou dráhou cytokininů u Arabidopsis

7

208 212

217 221 226 230 234 238 242 246 250 254 257

261

265

269

273 277 281

285 289

Rejstřík autorů A

Fodor J.: 78

Adam V. 269, 273, 277 Al-Khewani T.: 44 Al-Muntaser S. : 44 Aprile A.: 43

G Gaudinová A.: 285 Gloser V.: 205 Gogoláková A.: 68

B H Baláž M.: 205 Bártová Š.: 36 Benková J.: 151 Bokor B.: 186 Boleček P.: 226 Bradová J.: 122 Brant V.: 265 Bulíř P.: 174 Burketová L.: 78

Hamouzová K.: 265 Hassan S.T.S.: 44 Havel L.: 273 Havelová J.: 126 Hegedűs O.: 226 Hegedűsová A.: 226 Hejnák V.: 137 Henselová M.: 166, 170, 178 Hermuth J.: 82 Heřmanská A.: 182 Hnilička F.: 11, 48, 133, 230 Hniličková H.: 48, 230 Holá D.: 48 Holubec V.: 58 Hromádko M.: 182 Hrušková I.: 64 Hunková E.: 105 Hýsek J.: 82

C Candráková E.: 194 Cattivelli L.: 43 Č Čepl J.: 144 Černák M.: 166 Čunderlík J.: 221

CH

D Chovančíková E.: 261 Chrpová J.: 36,122

Danzer M.: 162 Demjanová E.: 105 Dobrá J.: 141, 289 Dobrev V.: 285 Dobroviczká T.: 190 Dotlačil L.: 25 Drahošová H.: 285 Drška R.: 178

I Illéš L.: 199

J Jadrná P.: 234 Jakabová S.: 226 Janků L.: 261 Janská A.: 43 Jindřichová B.: 78

F Faberová I.: 25 Faltus M.: 234 Filová A.: 101, 212

8

K O Kárnik M.: 178 Kasal P.: 144 Kašparová J.: 261 Kizek R.: 269, 273, 277 Klabzuba J.: 14 Klíma M.: 148 Kočová M.: 48 Kolář J.: 289 Kolek R.: 234 Koudela M.: 133 Kožnarová V.: 14 Králíčková T.: 238, 242, 246 Kráľová K.: 20, 208 Krivosudská E.: 101, 212 Kryštofová O.: 273 Kůdela V.: 31 Kukla J.: 52 Kuklová M.: 52 Kulkarni M. G.: 217 Kummerová M.: 281 Kuna R.: 226 Kupecsek A.: 199

Panis B.: 257 Pavlíková D.: 130, 155 Pavlovič A.: 170, 178, 186 Pavlovkin J.: 145, 159 Pazderů K.: 44 Pešek B.: 285 Peško M.: 208 Petřík V.: 64 Piršelová B.: 109, 190 Pivec J.: 265 Pláteníková M.: 269 Pospišil R.: 105 Potop V.: 97 Prášil I. T.: 113 Procházka L.: 265

L

R

Lišková D.: 217 Lux A.: 186, 217

Rothová O.: 48

Odstrčilová L.: 285 Ondrášek Ľ. : 221 Ovesná J.: 43 P

S M Salaj J.: 257 Salaj T.: 257 Salaš P.: 269, 277 Satrapová J.: 265 Skalický M.:137 Skoczowski A. :101 Slováková Ľ.: 170 Sochor J.: 269, 273, 277 Stehno Z.: 25 Stirk W. A.: 217 Straka J.: 261 Straková M.: 261 Sulovská S.: 14 Svoboda P.: 205 Svobodová M.: 238, 242, 246 Svozilová L.: 133 Swennen R.: 257 Sýkora A.: 52

Maděra P.: 250 Májeková M. 20 Martincová J.: 221 Martinek J.: 238, 242, 246 Martinka M.:217 Martinková J.: 133, 137 Masarovičová E.: 20, 208 Matějovič M.: 137 Matušíková I.: 109, 190, 257 Melišová L.: 113 Mészáros P.: 109 Miklánková E.: 141 Motyka V.: 130 Mýlová P.: 234 N Neuberg M.: 130 9

Š

V

Ševčíková M. 261 Šafránková I: 117 Šafránková I.: 254 Šenfeldr M.: 250 Šerá B.: 64, 91 Šerý M.: 64 Šimonová H.: 117 Šíp V.:36 Špatenka P.: 64 Šrobárová A.: 159 Štočková L.: 36, 122 Štorchová H.: 141, 289 Štrba P.: 68, 151

Vaculík M.: 186, 217 Valentová O.: 78 Van Staden J.: 217 Vaňková R.: 141, 285, 289 Váňová L.: 281 Věchet L..: 72, 87 Vlasáková E.: 113 Vykouková I.: 20 Z Zahoranová A.: 166 Zámečník J.: 43, 234 Zehnálek J.: 273 Zemanová V.: 155 Zezulka Š: 281

T Tamás L.: 145 Truncová J.: 155

Ž

U

Žembery J.: 199 Živčáková M.: 105 Žižková E.: 130 Žofajová A.: 126

Užík M.: 126 Urban M. O.: 148 Úradníček L.: 162

10

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011

ÚVODNÍ SLOVO JAK DÁL VE „STRESOVÉ KONFERENCI“ ROSTLIN? V letošním roce konference „Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin“ zahajuje druhou dekádu pracovních, vědeckých i osobních setkání nejenom nad fyzikálně-chemickými, ale i biologickými stresovými faktory a jejich vlivu na rostliny a proto je možná na tomto místě se opět zamyslet nad hlavními cíli a směřování této konference. Proto budou následující řádky věnovány zamyšlení nad budoucí náplní našich společných setkání nad velmi rozsáhlou problematikou týkající se stresům rostlin. Z odezev účastníků je patrné velmi pozitivní hodnocení především propojení teoretických základů stresové fyziologie rostlin s praxí, nejenom té prvovýrobní, ale také té šlechtitelské. I přes toto pozitivní hodnocení je však nutné zodpovědně konstatovat, že určitým handicapem konference je relativně nižší účast právě z řad pěstitelů, šlechtitelů, producentů osiva i sadby. Z hodnocení uplynulých deseti ročníků vyplývají i další cíle. Jedním z cílů je také snaha všech organizátorů se zaměřit také na skupinu začínajících vědců, šlechtitelů, pěstitelů a dalších navazujících disciplín, neboť také v tomto případě je účast „mladších“ kolegů nižší. Vzhledem k této skutečnosti je cílem organizačního výboru vytvořit pro mladé, nejenom vědecké pracovníky v rámci jednotlivých přednáškových celků větší prostor pro prezentování jejich výsledků, nejenom formou plakátových sdělení, ale také v rámci přednášek. Otevíráme tedy možnost prezentace významných výsledků, např. shrnutí disertační

nebo

habilitační

práce

či

souhrnného

zpracování zajímavé

aktuální

problematiky. Jedním z nedostatků, který si organizátoři uvědomují, byla disproporce mezi přednáškami či postery s tématikou fyzikálně-chemických a biotických stresů, neboť v ročnících minulých byla převaha příspěvků v rámci abiotických stresorů na úkor biotických stresů. Tento nedostatek se snažíme změnit v 11. ročníku, kdy bude konference rozdělena v rámci jednacích dnů na dvě části. První den bude věnován prezentaci výsledků zabývajících se problematikou abiotických stresorů a druhý den se budeme věnovat biotickým stresům. Tímto krokem se snažíme tento handicap zmírnit. Další problém, který se budou naše budoucí „stresových“ setkání snažit alespoň částečně zmírnit je sblížení aplikovaného zemědělského výzkumu a teoretických vědních 11

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 disciplín, neboť často existují disproporce, co které vědní obory „potřebují a vyžadují“. K tomuto by měla sloužit pracovní setkání – Workshopy, které jsou již od roku 2007 pravidelnou a nedílnou součástí konference. V rámci těchto moderovaných pracovních setkání bude vždy vybráno aktuální nosné téma a jeho závěry by měly být prezentovány i v odborném tisku. Před organizátory konference je dále jeden velmi významný cíl, který spočívá ve zlepšování kvality příspěvků a sborníku. Tento cíl je možné naplnit několika možnými cestami. Jednou z těchto cest je recenzování příspěvků. K recenzování příspěvků přikročil organizační tým v roce 2010, kdy byl sborník recenzován jedním oponentem a v letošním roce jsou všechny příspěvky recenzovány již dvěma nezávislými recenzenty. Další z cest je zařazení do světové databáze konferencí, i když jsme si vědomi, že se jedná o velmi dlouhou cestu, ale naše snažení jistě každý z účastníků ocení. Závěrem je možné konstatovat, že o uvedenou konferenci je stále zájem, o čemž svědčí účast nejenom v minulých ročnících, ale i v letošním roce. Našim přáním by bylo, aby o uvedenou konferenci byl stále zájem a účastníci se na ni těšili, nejenom pro získání nových vědeckým, metodických a jiných poznatkům, ale také pro přátelská posezeni, navozování vědecké spolupráce a vyhledávání nových jednotlivých i globálních vědeckých problémů. Jedná se především o to, aby nová problematika, která může průkazně přispět ke stabilnější či vyšší produkci rostlin měla vždy ve výzkumu přednost před jinými cíly. Dále by bylo nutné, aby při každé zemědělské aktivitě, jenž vychází z fyziologického výzkumu, byl brán zřetel také na paralelní „ekologické uvažování“ o současném, ale i o budoucím dopadu na stav půdy, krajiny, zachování biodiverzity atd. I nadále budou výsledky workshopu a sborník vystaveny na internetových stránkách konference: http://www.vurv.cz/stresyrostlin http://www.vurv.cz/index.php?key=section&id=252 Vzhledem k tomu, že pohled organizátorů na jednotlivé ročníky nemusí byt vždy objektivní, budeme proto rádi za každou poznámku či připomínku, která povede ke zlepšení kvality či úrovně nejenom konference samotné, ale i výstupů z ní.

František Hnilička

12


VYZVANÉ REFERÁTY

13


PŘÍSPĚVEK KE STUDIU TEPLOTNÍCH PODMÍNEK V PŮDĚ Kožnarová V., Klabzuba J., Sulovská S. Katedra agroekologie a biometeorologieČeská zemědělská univerzita v Praze165 21 Praha 6 – Suchdol e-mail: [email protected]

Abstrakt Fyzikální vlastnosti půdy mají významnou roli v mnoha procesech, především v chemických a biologických interakcích, které jsou vázány na půdní prostředí. Účinky těchto dějů se šíří půdním profilem v rámci transportních procesů a jsou ovlivněny měrnou tepelnou kapacitou, tepelnou a teplotní vodivostí projevující se v teplotě půdy. Na agrometeorologické stanici katedry agroekologie a biometeorologie České zemědělské univerzity v Praze jsme provedli měření teploty půdy v hloubce 10 cm po dobu teplého a chladného půlroku 2006/2007 v desetiminutovém intervalu. Datový soubor byl analyzován v souvislosti s povětrnostními situacemi. Výsledky jsou předloženy v grafické podobě.

Klíčová slova: půda, teplota půdy, synoptická situace Úvod Půda patří mezi základní složky životního prostředí, které podmiňují udržení života na Zemi. Řada autorů definuje půdu jako samostatný přírodní útvar na rozhraní litosféry s atmosférou nebo hydrosférou, který vzniká jako výsledek půdotvorných procesů, při němž faktory působící na půdotvorný substrát jsou příčinou existence různých druhů a typů půd. Termodynamické vlastnosti půdy hrají významnou roli v mnoha procesech, především v chemických a biologických interakcích, které jsou vázány na půdní prostředí. Nejvýznamnější je konverze dopadajícího slunečního záření v teplo a distribuce energetických toků (dlouhovlnná radiace, latentní teplo při změnách skupenství, zjevné teplo v půdě projevující se konvekcí a tokem tepla v půdě). Všechny jsou závislé na obsahu půdní vody a teplotě půdy. Účinky těchto dějů se šíří půdním profilem v rámci transportních procesů a jsou ovlivněny fyzikálními vlastnostmi půdy a zřetelně se projevují v teplotě půdy. Hodnoty teploty půdy jako fyzikální veličiny jsou určeny měrným teplem dané látky, tepelnou kapacitou, tepelnou a teplotní vodivostí. V reakci na změny probíhající zejména na půdním povrchu se mění i teplota půdy. Variabilita je přitom determinována řadou faktorů jako je roční období, záření, srážky, teplota vzduchu přiléhajícího k povrchu, vegetační kryt, vlastnostmi půdy a hloubkou, ve které se teplota půdy stanovuje. Navzdory známým fyzikálním zákonům o šíření tepla v půdě je praktická definice teploty půdy jako agrometeorologického prvku natolik obtížná, že se používá, obdobně jako u některých meteorologických prvků, mezinárodní konvence. Za teplotu půdy považujeme údaj na speciálním teploměru v příslušné hloubce na rovinném nezastíněném pozemku s přirozeným půdním profilem a s neušlapaným standardním povrchem (Klabzuba 2002). Mezinárodně stanovené hloubky pro měření půdní teploty jsou 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 a 1,0 m. V denním chodu se minimum teploty půdy vyskytuje obvykle v době východu Slunce, v jednotlivých případech je minimální teplota povrchu půdy naměřena v rozmezí ± 30 minut okolo východu Slunce v závislosti na směru a velikosti turbulentního toku tepla, latentního toku tepla a toku tepla mezi povrchem a podložím. Maximálních hodnot dosahuje teplota povrchu půdy většinou 1 až 2 hodiny po pravém slunečním poledni, protože bilance záření povrchu zůstává kladná ještě určitou dobu po kulminaci Slunce. K poklesu teploty povrchu

14


půdy v pozdějších odpoledních hodinách dochází v důsledku spotřeby tepla na vypařování a na turbulentní tok tepla, pokračuje i tok tepla od povrchu půdy do podloží. Skutečnost, že lze stanovit určité opakující se jevy (extrémy, amplitudu a periodicitu) v denním a ročním chodu, se projevuje ve snaze popsat kolísání teplotního režimu pomocí matematické funkce zejména pro možnost využití při modelování. Nejjednodušší vyjádření je založeno na předpokladu, že teplota půdy ve všech hloubkách kmitá jako harmonická sinusoidní funkce času kolem průměrné hodnoty. S větší hloubkou se maximum teploty půdy snižuje a minimum zvyšuje, degresivně s časem se extrémy posunují, což souvisí s teplotními vlastnostmi půdy a frekvencí teplotní změny. Obvykle se změna teploty půdy v homogenních půdách popisuje podle schémat uvedených na obr. 1 a 2.

Obr. 1 Denní chod teploty půdy

Obr. 2 Roční chod teploty půdy

Skutečné změny teploty půdy jsou však značně složitější. Příčinou je složení, struktura půdy a obsah vody. Tepelná vodivost půdy závisí na vlhkosti a ta se mění s hloubkou i s časem. Kromě toho je teplota v půdě v letním období podmíněna teplotními vlastnostmi povrchové vrstvy půdy, další komplikace vyvolává různý porost půdy. V zimě je teplota v půdě značně ovlivněna tepelně izolačními vlastnostmi sněhové pokrývky. Nepravidelnosti způsobené srážkovou aktivitou se těmto předpokladům také vymykají. Materiál a metody V rámci řešení výzkumného záměru Fakulty agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů byla provedena na našem pracovišti celá řada detailních studií zabývajících se teplotou vzduchu pod nastýlanými textiliemi, teplotou půdy v různých hloubkách, propustností srážek a záření (Kožnarová 1999, 2000, Kožnarová a Klabzuba 2001, 2005, Kožnarová et al. 2001, 2007, 2008). Při zpracování rozsáhlého souboru dat jsme zjistili, že obvyklý popis denní fluktuace teploty půdy vycházející na teoretickém modelu ne vždy odpovídá experimentálně získaným datům. Jako hlavní příčina byla analyzována variabilita faktorů ovlivňující teplotu půdy, které lze shrnout jako vliv synoptické situace. Synoptická situace vyjadřuje rozložení vzduchových hmot, atmosférických front, cyklón a anticyklón a jiných synoptických objektů, které určují ráz počasí nad určitou geografickou oblastí obvykle několik dnů. Nejjednodušším grafickým vyjádřením synoptické situace je mapa graficky popisující povětrnostní podmínky. Z praktických důvodů se provádí typizace povětrnostních situací, která je pro podmínky ČR zpracována se zvláštním zřetelem k tlakovému poli nad střední Evropou oblastí. Situace jsou slovně charakterizovány v „Katalogu synoptických situací“ a označeny pomocí zkratek, kde c je cyklóna, a – anticyklóna, b – brázda nízkého tlaku, N, NE, E, SE, S, SW, W, NW – anglické označení směrů (česky S, SV, V, JV, J, JZ, Z, SZ). Přehled o výskytu povětrnostních situací v dané oblasti v jednotlivých dnech roku dává „Kalendář povětrnostních situací“, který je pravidelnou součástí časopisu Meteorologické zprávy a je vydáván od roku 1946. 15

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Pro detailní rozbor byly zvoleny synoptické situace ve dvou odlišných sezónách – v létě a v zimě. Pro analýzu jsme situace rozdělili do 4 skupin (obr. 3, 4, 5 a 6) podle Křivancová a Vavruška (1997). Polohu tlakového pole dokumentují schématické obrázky a popis. 1. Situace „teplé“ v létě: A – anticyklóna nad střední Evropou - nad střední Evropou se udržuje kvazistacionární tlaková výše, vyjádřená i ve vyšších hladinách. Je vyplněna relativně teplým vzduchem s výjimkou studené přízemní vrstvy v zimním období. Wal – západní anticyklonální situace letního typu - ve výškovém západním až jihozápadním proudění přecházející přes střední Evropu jádra oddělená od Azorské anticyklóny a v mělkých brázdách mezi nimi studené, resp. zvlněné studené fronty. 2. Situace „studené“ v létě: C – cyklóna nad střední Evropou - střed cyklóny ve výšce leží nejčastěji nad západní částí střední Evropy. Frontální systémy s přízemními cyklónami postupují přes Středozemní moře nad východní část střední Evropy a zde se retrográdně stáčejí k západu. Území ČR zasahují jejich srážková pásma, nikoliv ale teplé sektory. Nc – severní cyklonální situace - řídící cyklona je nad Finskem a Pobaltím, frontální zóna, směřující z Norského moře do střední Evropy, nebývá vždy výrazně vyvinuta, v létě někdy přecházejí od severu jen jednotlivé podružné studené hmoty. 3. Situace „teplé“ v zimě: SWc2 – jihozápadní cyklonální situace č. 2 - frontální zóna probíhá z Atlantiku přes Francii k severovýchodu nad Baltské moře, fronty zasahují i území ČR. Zde převládá advekce teplého maritimního vzduchu, v závěru situace proniká zpravidla chladný vzduch od severozápadu. Wc – západní cyklonální situace - frontální zóna probíhá z Atlantiku přes Britské ostrovy k východu nad Pobaltí, přitom fronty zasahují aktivně i území ČR a střídají se zde teplé a studené maritimní vzduchové hmoty. 4. Situace „studené“ v zimě: NEc – severovýchodní cyklonální situace - tlaková níže východně od území ČR přivádí studený vzduch od severu až severovýchodu, ve výšce se občas uplatňuje advekce teplého vzduchu retrográdně přetočeného přes Ukrajinu a Polsko k jihozápadu. NWa – severozápadní anticyklonální situace na rozdíl od situace NWc probíhá frontální zóna východněji a území ČR je převážně pod vlivem tlakové výše nad západní a částečně i střední Evropou, v převládající teplé advekci. 16

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Pro analýzu variability teploty půdy jsme zvolili pozemek meteorologické stanice katedry agroekologie a biometeorologie České zemědělské univerzity s aktivním povrchem, kterým byla půda bez porostu. Tím byl eliminován vliv rostlin v průběhu vegetačního období, které by svým habitem ovlivňovaly povrch půdy a kořeny hlubší vrstvy. V povrchové vrstvě cca 10 cm byly umístěny dataloggery Tynitag, monitoring denního chodu teploty půdy vycházel z časového kroku 10 minut a uskutečnil se v období od 9. 5. 2006 do 13. 4. 2007. Snímání teploty půdy tak probíhalo téměř kontinuálně. Relativně dlouhý časový interval pokrývající i zimní období pak umožnil sledování značně variabilních podmínek vyvolaných povětrnostními podmínkami determinovanými synoptickou situací. Pro popis počasí, resp. stanovení povětrnostní situace, byly použity materiály publikované ČHMÚ. K prezentaci v příspěvku jsme pak zvolili jen situace, které se ve sledovaném období opakovaly, což umožňuje i porovnání denního chodu teploty půdy a jeho proměnlivost ve sledovaném časovém intervalu. Situace jsme rozdělili do skupin na „teplé“ v létě: A – anticyklóna nad střední Evropou, Wal – západní anticyklonální situace letního typu, „studené“ v létě: C – cyklóna nad střední Evropou, Nc – severní cyklonální situace, „teplé“ v zimě: SWc2 – jihozápadní cyklonální situace č. 2, Wc – západní cyklonální situace a „studené“ v zimě: NEc – severovýchodní cyklonální situace, NWa – severozápadní anticyklonální situace. Výsledky Předložené grafy zpracovaných údajů zřetelně ukazují rozdíly v denním chodu teploty půdy za různých povětrnostních situací. Situace „teplé“ v létě (VI. až VIII. 2006) 45

45

40

40

35

35

19.VI.

18.VII. 19.VII.

20

20.VII. 15

25..VII. 26.VII.

10

25

11.VII.

5

0

0 12:00

10.VII.

12.VII.

15

5

6:00

9.VII.

20

13.VII.

10

27.VII.

0:00

7.VII. 8.VII.

15.VI.

25

20.VI

30

14.VI. teplota půdy (°C)

teplota půdy (°C)

30

18:00

21.VII. 22.VII. 23.VII. 0:00

6:00

čas (h)

12:00

18:00

24.VII.

čas (h)

Obr. 3a Anticyklóna nad střední Evropou

b Západní anticyklonální situace letního typu

Situace „studené“ v létě (VI. až VIII. 2006) 45

45

40

40

35

35 30

3.VIII. 4.VIII.

25

teplota půdy (°C)

teplota půdy (°C)

30

5.VIII. 6.VIII.

20

13.VIII. 15

14.VIII. 15.VIII.

10

1.VI.

25

4.VI. 20

5.VI. 6.VI.

15

7.VI. 10

16.VIII.

5

5

0

0 0:00

6:00

12:00

18:00

0:00

čas (h)

Obr. 4a Cyklóna nad střední Evropou

6:00

12:00 čas (h)

b Severní cyklonální situace

17

18:00

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Situace „teplé“ v zimě (XII. 2006 až II. 2007) 45

45

40

40

11.XII. 12.XII. 13.XII. 2.I.

35

35 30

5.XII.

25

6.XII. 7.XII.

20

30.XII.

15

31.XII. 1.I.

10

4.I 5.I.

25

6.I. 20

7.I. 8.I.

15

11.I. 10

9.I. 10.I.

5

3.I.

30

teplota půdy (°C)

teplota půdy (°C)

4.XII.

12.I. 13.I.

5

14.I. 0

0 0:00

6:00

12:00

18:00

18.I. 0:00

6:00

čas (h)

12:00

18:00

čas (h)

Obr 5a Jihozápadní cyklonální situace č. 2

19.I. 20.I.

b Západní cyklonální situace

45

45

40

40

35

35

30

30

teplota půdy (°C)

teplota půdy (°C)

Situace „studené“ v zimě (XII. 2006 až II. 2007)

25

23.I. 20

24.I. 25.I.

15

20.XII. 21.XII.

20

22.XII. 23.XII.

15

24.XII.

10

10

5

5

0

19.XII.

25

25.XII.

0 0:00

6:00

12:00

18:00

0:00

čas (h)

Obr. 6a Severovýchodní cyklonální situace

6:00

12:00

18:00

čas (h)

b Severozápadní anticyklonální situace

Všechny grafy uvedené v obrázcích dokumentují značnou variabilitu denního chodu teploty půdy a významné diference proti znázornění na obr. 1a. Rozdíly se objevují zejména ve velikosti amplitudy (výraznější za anticyklonálních situací v létě, a prakticky zanikající za „studených“ situací v zimě). Také výskyt maximálních a minimálních hodnot teploty půdy je určen jak vlivem ročního období, tak i v závislosti na synoptické situaci. Závěry Zpracované výsledky dokumentují zásadní rozdíly v teplotě půdy vlivem povětrnostní situace a nastiňují tak nové možnosti ve vytváření vhodných teoretických modelů popsaných pomocí matematických funkcí. Synoptické materiály jsou běžně dostupné - popis v grafické i slovní formě je pravidelnou součástí analýzy a prognózy počasí na internetu nebo ve sdělovacích prostředcích. Kromě toho se synoptické materiály ukládají do archivu Českého hydrometeorologického ústavu. Porozumění synoptické situaci umožňuje také velmi dobré praktické využití zejména v jarním a podzimním období. Jedná se o manipulaci s nastýlanými syntetickými materiály např. při předpovědi nízké teploty lze rostliny chránit přikrytím, nebo naopak při vysoké teplotě odstraněním nastýlaného materiálu. Termometrické snímače nové konstrukce v současné době umožňují téměř kontinuální sběr dat měnící se teploty půdy v průběhu dne i delších časových úseků. V rámci modernizace metod měření není proto nutné pro výpočet průměrné denní teploty půdy (tdp) dodržovat klimatologická termínová měření v 7, 14 a 21 hodin a vycházet z aritmetického průměru těchto hodnot. Za vhodnější považujeme stanovit tdp pomocí aritmetického průměru využívajícího denního maxima a minima (případně průměru založeném na 24 hodinových hodnotách). Předností takto stanovené průměrné denní teploty vzduchu je možnost porovnání 18

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 teploty půdy v různých hloubkách s podstatně menší chybou, protože eliminuje vliv posunu extrémů, ke kterému dochází s rostoucí hloubkou. Podotýkáme, že je však nezbytné dodržovat používání středního místního času, který koresponduje s polohou Slunce, i stanovení počátku klimatologického dne (tj. 7 h středního místního času). Dalším přínosem je možnost využití výsledků při vytváření vhodného prostředí v klimatizovaných boxech a podobných zařízeních. Použitá literatura Katalog povětrnostních situací pro území ČSSR. Praha, HMÚ, 1972: 40. Klabzuba, J.: Bilance tepla na aktivním povrchu, teplota půdy, vzduchu a vody. Powerprint, Praha, ISBN 80-213-0778-1, 2002:46 Kožnarová, V., Klabzuba, J.: Měření teploty půdy pomocí dataloggerů. Výzkumné trendy v agrotechnice a meteorologii. ČZU v Praze, ISBN 80-213-0856-7, 2001: 60-61. Kožnarová, V.: Vliv synoptického období na chod teploty ve větších hloubkách. Atmosféra 21. storočia, organizmy a ekosystémy. Technická Univerzita vo Zvolene, Zvolen, 80-228-0840-7, 1999: 348. Kožnarová, V.: Měření teploty půdy s různým aktivním povrchem. In: Zamyšlení nad rostlinnou výrobou. ČZU Praha, Praha, 80-213-0567-3, 2000: 302-308. Kožnarová, V., Türkott, L., Klabzuba, J.: Variability of soil temperature during growing season. Bioclimatology and Natural Hazards. Zvolen, 978-80-228-1760-8, 2007. Kožnarová, V., Klabzuba, J: The properties of the non-woven mulching fabrics from agrometeorological point of view. Bioklimatologie současnosti a budoucnosti. Křtiny, 2005. Kožnarová, V. - Potop, V.- Türkott, L.: Impact of Large-scale weather situation on soil temperature. Scientific Pedagogical Publishing, ISBN 80-85645-58-0, 2008: 153-155. Kožnarová, V., Voborníková, J., Hamouz, K.: Propustnost srážek nastýlanou netkanou textílií. Stabilizující a omezující faktory tvorby výnosu a jakosti rostlinné produkce. 2001. Křivancová, S., Vavruška, F.: Základní meteorologické prvky v jednotlivých povětrnostních situacích na území České republiky v období 1961 - 1990. NKP ČR, 27, Praha, ČHMÚ,1997: 114. Poděkování: Příspěvek byl zpracován a publikován s podporou výzkumného záměru MSM No. 6046070901 „Setrvalé zemědělství, kvalita zemědělské produkce, krajinné a přírodní zdroje“. CONTRIBUTION TO STUDY OF SOIL TEMPERATURE The soil temperature regime plays a very important role in many processes, which take place in the soil. Soil temperature varies in response to exchange processes that take place primarily through the soil surface. The effects are extended by transport processes into the soil profile and are influenced by the specific heat capacity, thermic and thermal conductivity.At agrometeorological station of Department of Agroecology and Biometeorology of Czech University of Life Sciences in Prague soil temperature was monitored during warm and cold seasons of the agrometeorological year 2006/2007 with 10 minutes time interval in the bare soil. Data set of soil temperature was analysed by weather pattern and the results are presented in graphs and table.

Keywords: soil temperature, weather pattern, datalogger

19


SYSTÉM PÔDA – RASTLINA – ATMOSFÉRA VO VZŤAHU K ABIOTICKÝM FAKTOROM Masarovičová E. , Kráľová K., Májeková M. , Vykouková I. Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského v Bratislave, Mlynská dolina, SK-842 15 Bratislava, Slovenská republika; email: [email protected]

ABSTRAKT V práci sa venujeme vplyvu abiotických faktorov na systém pôda – rastlina – atmosféra. Analyzujeme hydrologický cyklus a vodný režim rastlín z hľadiska meniacich sa environmentálnych podmienok. Pozornosť sme venovali fyzikálnym vlastnostiam pôdy, evaporácii pôdy, transpirácii rastlín a evapotranspirácii porastu. Charakterizovali sme vodný stres, obranné mechanizmy a životné stratégie rastlín vo vzťahu k nedostatku vody. Zhodnotili sme regionálne a globálne klimatické zmeny so zreteľom na vodný režim. Na príklade mokradí a lužného lesa sme upozornili na zmeny, ku ktorým dochádza v štruktúre, funkcii, biodiverzite a produkcii týchto ekosystémov vo vzťahu k hydrologickým a klimatickým zmenám. Kľúčové slová: evaporácia, hydrologický cyklus, klimatické zmeny, lužné lesy, transpirácia, vodný stres. systém pôda – rastlina – atmosféra.

ÚVOD Pôda a jej fyzikálne vlastnosti spolu s klimatickými podmienkami sú určujúcimi činiteľmi pre stav vody v pôde, ktorej nedostatok je limitujúcim faktorom pre produkciu rastlín a porastov. Regulácia množstva vody v aktívnej vrstve pôdy preto predstavuje významný intenzifikačný prvok, ktorý zvyšuje bioenergetický potenciál pôdy a produkciu fytocenózy. Vo všeobecnosti je hydrologický cyklus ovplyvňovaný zmenami prírodných podmienok, globálnym otepľovaním atmosféry, narušovaním ozonosféry, vysokými odbermi a spotreby vody, znečisťovaním vodných zdrojov a vodných tokov, melioráciami, či stavom a obhospodarovaním porastov. V hydrologickom cykle zohráva významnú úlohu rastlinný porast vďaka svojej retenčnej, akumulačnej a retardačnej schopnosti. Pre transport vody v systéme „pôda – rastlina – atmosféra“ sú dôležité bilancia medzi príjmom a výdajom vody a klimatické podmienky. Týmto vzťahom sa venujeme v predloženom príspevku. VODNÁ BILANCIA RASTLÍN A PORASTU Vodná bilancia rastlín vyjadruje vzájomný vzťah medzi príjmom a výdajom vody. Optimálna vodná bilancia nastáva v prípade, keď je rastlina optimálne nasýtená vodou. Po vyčerpaní fyziologicky dostupnej vody v pôde dochádza k dočasnému alebo aj trvalému poklesu nasýtenia rastliny vodou s následnými negatívnymi účinkami. Pri aktívnej vodnej bilancii dochádza k dosycovaniu rastliny vodou, pri negatívnej vodnej bilancii v rastline vzniká vodný deficit. Hraničným prípadom vodného deficitu, ktorého prekročenie už možno považovať za typický vodný stres, je subletálny vodný deficit. Je to taká hodnota vodného deficitu, pri ktorej už dochádza k ireverzibilnému poškodeniu 5 až 10 % listovej plochy (porovnaj Brestič a Olšovská 2001) . Významnou zložkou v rovnici vodnej bilancie porastu je rastlinná biomasa. Pre posúdenie vplyvu porastu na premenu atmosférických zrážok do povrchového odtoku sa preto musí zohľadniť evapotranspirácia porastu, ktorá vo vzťahu k množstvu spadnutých zrážok determinuje množstvo vody opúšťajúcej porast vo forme povrchového, resp. podzemného odtoku. Druhým aspektom vplyvu porastu na celkovú vodnú bilanciu je vplyv porastu z hľadiska jeho protipovodňovej funkcie, a to predovšetkým vo vzťahu k povrchovému odtoku, kedy rozhodujúci význam má okamžitý záchyt zrážok v poraste (intercepcia) a stav bylinnej vrstvy porastu a vrstvy nadložného humusu, ktoré majú rozhodujúci vplyv na infiltráciu zrážok do pôdy (napr. Minďáš et al . 2001). Pre prienik (infiltráciu) vody do pôdy sú zase dôležité fyzikálne a chemické vlastnosti pôdy, teplotné ako aj vlhkostné podmienky pôdy (Kořenková 2010). Z hľadiska vplyvu vegetácie na hydrologický cyklus je 20

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 determinujúci hlavne jej transformačný účinok na atmosférické zrážky a celkovú vodnú bilanciu porastu, a to prostredníctvom transpirácie a evapotranspirácie. Tieto procesy sú rozhodujúcimi procesmi pre posúdenie funkcie porastu v celkovom hydrologickom režime krajiny v meniacich sa environmentálnych podmienkach, čomu sa venujeme v jednej z nasledujúcich kapitol. POHYB VODY V SYSTÉME PÔDA – RASTLINA –ATMOSFÉRA Pri transporte vody v systéme pôda – rastlina – atmosféra sa voda pohybuje najskôr ako kvapalina cez pôdu, pletivá, cievny systém až do vzdušných priestorov listu, odkiaľ difunduje do atmosféry ako vodná para. Z biologického hľadiska je významná voda podzemná, kapilárna a obalová, z fyziologického hľadiska hlavne však voda kapilárna. Pre obsah vody v pôde a retenčnú kapacitu pôdy sú dôležité fyzikálne vlastnosti pôdy (sorptivita a vodoodpudivosť pôdnych agregátov, stupeň zmáčavosti pôdy) a zloženie minerálneho a organického podielu v pôde (Kořenková 2010, Doerr et al. 2000). Základom efektívneho príjmu vody koreňom je úzky kontakt medzi koreňovým povrchom a pôdou. Kontakt sa zväčšuje prerastaním koreňových vláskov do pôdy. V smere radiálnom voda vniká do koreňa apoplazmickými, transmembránovými a symplazmickými cestami až kým nedosiahne endodermu. Radiálny pohyb vody cez koreň tak predstavuje komplex procesov. Pri ďalšom transporte vody na dlhé vzdialenosti sa voda v rastline pohybuje cez špecializované vodivé elementy xylému – cievy a cievice. Xylém tvorí najdlhšiu časť transportu vody v rastline a je cestou, na konci ktorej prechádza na povrchu mezofylových buniek kvapalné skupenstvo vody na plynné skupenstvo. Mezofylové bunky sú v priamom kontakte s atmosférou prostredníctvom rozsiahleho systému intercelulárnych priestorov (prehľadne Kramer a Boyer 1995), čím je medzi rastlinou a atmosférou zabezpečená vzájomná spätná väzba. TRANSPIRÁCIA RASTLÍN A EVAPOTRANSPIRÁCIA PORASTU Transpirácia rastlín je výpar vody z povrchov rastlín. Ide o výdaj vody vo forme vodnej pary prevažne cez prieduchy listov (95 % prieduchová transpirácia) a menšou mierou aj cez pokožku (kutikulu) listov (5 % kutikulárna transpirácia). Tento pohyb vody sa deje difúziou a hnacou silou výdaja vody z rastliny do atmosféry je gradient koncentrácie vodnej pary. Evaporácia je výpar vody z pôdneho povrchu. Transpirácia a evaporácia tvoria celkový výpar vody – evapotranspiráciu. Evapotranspirácia zahŕňa tri zložky: fyzikálny výpar, pozostávajúci zo zachytenej zrážkovej vody (intercepcia) a výparu vody z pôdy (evaporácie) a fyziologického výdaju vody rastlinami – transpirácie. Rýchlosť evapotranspirácie ovplyvňujú predovšetkým príkon energie potrebnej na fázovú premenu vody a dostatok, resp. nedostatok vody. Približne 25 % intenzity evapotranspirácie môže byť ovplyvnených vlastnosťami prízemnej vrstvy atmosféry a vyparujúceho povrchu. Pri dostatku vody je sezónny priebeh evapotranspirácie riadený predovšetkým príkonom energie k vyparujúcemu povrchu, v prípade nedostatku vody v pôde je tento priebeh modifikovaný obsahom vody v pôde (Novák 2001). Podiel evapotranspirácie na celkovej vodnej bilancii závisí od a) klimatických pomerov – množstva a rozloženia zrážok, vlhkosti pôdy, a) evaporačných požiadaviek ovzdušia, b) vegetačného krytu (zahrňujúceho anatomické, morfologické a fyziologické vlastnosti rastlín, c) druhového zloženia porastu, veku a štruktúry porastu. Pretože priame meranie evapotranspirácie porastov je metodicky náročné, na stanovenie hodnoty tohto parametra sa väčšinou používajú nepriame metódy výpočtu. Matejka (1997) vypracoval model transpirácie, ktorý vychádza z PenmanovejMonteithovej rovnice upravenej do trojúrovňového jednorozmerného stacionárneho modelu prenosu hmoty a energie v systéme „Soil – Vegetation – Atmosphere Transfer“ (SVAT).

21

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Použijúc tento model sa vypočíta rýchlosť transpirácie a evapotranspirácia pomocou mikrometeorologických údajov meraných in situ v poraste. VODNÝ STRES RASTLÍN Tendencia klimatických zmien za posledných sto rokov signalizuje stály pokles sumy ročných atmosférických zrážok a pokles ročných priemerov relatívnej vlhkosti vzduchu. Súčasne sa zvyšujú priemerné ročné teploty vzduchu, čím narastajú evaporačné požiadavky rastlín na vodu. Obdobia sucha medzi atmosférickými zrážkami sa predlžujú, takže rastliny a vegetácia sú často vystavené vodnému deficitu. Takého nepriaznivé klimatické podmienky sa následne výrazne prejavujú v zníženej rýchlosti rastu aj nižšej produkcii (porovnaj Havrila a Novák 2006). Sucho ako prírodný fenomén sa svojimi dôsledkami zaraďuje medzi prírodné katastrofy. Podľa údajov Európskej komisie sa za posledných 30 rokov zvýšila priemerná plocha územia EU postihnutej suchom zo 6 % na 18 %, za čo ekonomika EU zaplatila 100 miliárd EUR (Čimo et al. 2008). Hodnotenie sucha však nie je vždy jednoznačné, ale závisí od vednej oblasti jeho posudzovania. Preto poznáme sucho atmosférické, meteorologické, klimatologické, agronomické, fyziologické, hydrologické a náhodilé (Šútor et al. 2007). VPLYV KLIMATICKÝCH FAKTOROV NA HYDROLOGICKÝ CYKLUS V 20. storočí sa na Slovensku pozoroval rast priemernej ročnej teploty vzduchu asi o 1,1°C (v zime ešte viac) a pokles ročných úhrnov atmosférických zrážok o 5,6 % v priemere (na juhu SR bol pokles aj viac ako 10 %, na severe a severovýchode ojedinele je rast do 3 % za celé storočie). Zaznamenal sa aj výrazný pokles relatívnej vlhkosti vzduchu (do 5 %) a pokles snehovej pokrývky takmer na celom území Slovenska. Sledovanie potenciálneho a aktuálneho výparu, vlhkosti pôdy, globálneho žiarenia a radiačnej bilancie potvrdili, že najmä juh Slovenska sa postupne vysušuje (rastie potenciálna evapotranspirácia a klesá vlhkosť pôdy), v charakteristikách slnečného žiarenia však nenastali podstatné zmeny (Balajka et al 2005). Vegetačné obdobie s priemerom teploty vzduchu T = 10°C by sa teda mohlo počas 21. storočia významne predĺžiť. Doteraz sa na Slovensku spracovali výstupy z deviatich modelov všeobecnej cirkulácie atmosféry (GCMs) zo štyroch svetových klimatických centier, pričom najväčší dôraz sa kládol na modely CCCM 2000 a GISS 1998. Podľa scenárov modelu CCCM sa očakáva, že na Podunajskej a Záhorskej nížine budú priemerné mesačné teploty vzduchu kladné počas celého roka už od časového horizontu 2030. Na južnom a východnom Slovensku takéto teplotné pomery očakávame až okolo roku 2075. Významné zmeny sa očakávajú v prípade vodnej bilancie, ktorá je charakterizovaná predovšetkým úhrnom zrážok, teplotou vzduchu a vlhkosťou vzduchu, pričom sa očakáva zvyšovanie ročného deficitu evapotranspirácie. Pre nížinné – južné časti Slovenska (klimatická stanica Hurbanovo) sa predpokladá v podmienkach zmenenej klímy zvýšenie deficitu o 126 mm, čo je zvýšenie tohto parametra o 50 %. Pre vyššie položené – severné časti Slovenska (klimatická stanica Liptovský Hrádok) sa síce predpokladá v podmienkach zmenenej klímy zvýšenie deficitu len o 66 mm, avšak pre tieto polohy nárast predstavuje 111 % (Balajka et al. 2005). Môžeme konštatovať, že v poslednom desaťročí došlo aj na Slovensku k zvýšenému výskytu povodní, ale aj extrémne teplých a suchých periód, ktoré vo výraznej miere obmedzili zásoby fyziologicky prístupnej vody v pôde. Možno s vysokou pravdepodobnosťou predpokladať, že tieto javy boli dôsledkom globálnych klimatických zmien, ktoré sa dávajú do súvisu s antropogénnou produkciou skleníkových plynov (porovnaj Frederick 1997). Vojtilla a Široký (2009) prezentovali poznatky súčasných vedcov o príčinách vzniku, súčasných dôsledkoch a prognózach klimatickej zmeny vo svete a na Slovensku. V blízkej budúcnosti sa predpokladá ešte vyššia frekvencia vegetačných období s nižšími úhrnmi zrážok zapríčinených globálnym otepľovaním atmosféry (Mindáš a Škvarenina 2003), čo môže následne negatívne ovplyvniť biodiverzitu a produkciu prirodzených fytocenóz, ako aj 22


produkciu agrocenóz. Takéto klimatické podmienky budú priaznivé nielen pre kolonizovanie a expanziu u nás už existujúcich inváznych rastlín, ale aj pre introdukciu ďalších – nových inváznych druhov rastlín. VPLYV MENIACICH SA ENVIRONMENTÁLNYCH PODMIENOK NA LUŽNÉ LESY SLOVENSKA Vo všeobecnosti charakter lužných lesov neovplyvňuje klíma, ale voda a vodný režim riek, pri ktorých rastú. Existencia lužných spoločenstiev závisí hlavne od vody zo záplav a podzemnej vody a teda aj na to nadväzujúcej pôdnej vlhkosti. Charakter mäkkých lužných lesov z asociácie Salicetum albae Soó 1926 určujú prevažne záplavy, zatiaľ čo charakter na ne nadväzujúcich spoločenstiev tvrdých lužných lesov z podzväzu Ulmenion Oberd. 1953 určuje vo väčšej miere výška a kolísanie hladiny podzemnej vody (Jurko 1958). Táto tvorí najdôležitejší zdroj vody pre rastliny lužných lesov. Obidva typy spoločenstiev nájdeme v alúviách veľkých riek. Podobne ako tvrdé lužné lesy nadväzujú vo vyšších úrovniach terénu na mäkké lužné lesy, nadväzuje na brehoch menších riečok a potokov spoločenstvo FicarioUlmetum campestris Medwecka-Kornaś 1952 na výrazne vlhkomilnejšie spoločenstvo Stellario-Alnetum Lohmayer 1957 (Kollár et al. 2009). Rovnako ako charakter prostredia určujú rastliny, ktoré sa v ňom vyskytujú, tak aj druhové zloženie fytocenózy je odrazom vlastností prostredia. Niektoré rastlinné druhy sú euryvalentné so širokou amplitúdou a neslúžia teda ako dobré indikátory prostredia, avšak na druhej strane niektoré majú silnú väzbu na určitý typ ekotopu, ktorý potom spoľahlivo indikujú (Balkovič, 2001). Na základe takýchto fytoindikátorov potom vieme určiť environmentálne podmienky daného stanovišťa. Vo vzťahu k vode v prostredí môžeme rastliny rozdeliť do štyroch ekologických skupín: xerofyty, mezofyty, hygrofyty a hydrofyty (Ellenberg 1974). V spoločenstvách viazaných na vodu, ako sú lužné lesy, nájdeme prevažné zastúpenie hygrofytov, teda rastlín viazaných na veľmi vlhké pôdne podmienky, dobre znášajúce aj zaplavenie a dlhšie stojacu vodu. Čím ďalej alebo vyššie od vodného zdroja sa potom spoločenstvo nachádza, tým menšie bude zastúpenie hygrofytov, a tým vyššie bude zastúpenie mezofilných a xerofilných druhov. Na základe jednoduchej ekologickej analýzy, ktorú vypracoval Ellenberg (1974) pre rastliny Európy, vieme na základe rastlín zhodnotiť zmeny vo vodnom režime pôd i celého prostredia. Či už sú tieto zmeny vyvolané prirodzene, napr. prirodzeným odklonom vodného toku, alebo ľudskou činnosťou, napr. vysušovaním so zámerom získať ornú pôdu, budú sa odrážať v druhovej skladbe spoločenstva. Ekosystémy lužných lesov sa dokážu adaptovať na zmeny prostredia relatívne rýchlo, čo je prirodzené, ak zoberieme do úvahy neustále disturbancie v podobe záplav, nánosov a prirodzených zmien v koryte rieky a ramennej sústave. Preto aj na zmeny vyvolané ľudskou činnosťou reagujú tieto spoločenstvá už v priebehu niekoľkých rokov. Akékoľvek zmeny podmienok z hľadiska obsahu vody sa prejavia v zmene druhového zloženia fytocenózy. Pri vysušovaní prostredia sa bude v rastlinných spoločenstvách zvyšovať zastúpenie mezofytov, pri opätovnom zamokrení budú prevládať hygrofyty. Pravda, pri extrémne dlhotrvajúcom vodnom deficite môže nastať nezvratný stav, kedy môžu z ekosystému niektoré druhy definitívne vypadnúť, čo sa následne prejaví v poklese biodiverzity. Literatúra Balajka J., Lapin M., Minďáš J., Šťastný P., Thalmeinerová D.: Štvrtá národná správa SR o stave klímy a správa o dosiahnutom pokroku pri plnení Kjótskeho protokolu. MŽP SR a SHMÚ, 2005 Balkovič J.: Primárne hodnotenie vegetácie na príklade lesných cenóz SZ časti Štiavnických vrchov. Rigorózna práca. Bratislava, 2001, pp. 93 23


Brestič M., Olšovská K.: Vodný stres rastlín, príčiny, dôsledky, perspektívy. Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, 2001, pp.149. ISBN 80-7137-902-6 Čimo J., Igaz D., Bárek V.: Hodnotenie sucha na základe agroklimatických a pôdnych faktorov. In: Rožňovský J., Litschmann T. (ed.): Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině. Mikulov 9. – 11.9.2008, pp. 51-59. ISBN 978-80-86690-55-1 Doerr S.H., Shakesby R.A., Walsh R.P.D.: Soil water repellency: its causes, characteristics and hydrogeomorphological significance. Earth Service Reviews 51, 2000 : 33−65 Ellenberg H.: Zeigewerte des Gefässpflanzen Mitteleuropas. Scr. Geobot. 9, 1974 : 5−97 Frederick K.D.: Water resources and climate change. Climate Issues, 3, 1997 : 1−16 Havrila J., Novák V.: Metóda určenia režimu odberu vody z pôdy rastlinami pre potreby produkcie biomasy. J. Hydrol. Hydromech, 54, 2006 : 15−25 Jurko A.: Pôdne ekologické pomery a lesné spoločenstvá Podunajskej nížiny. SAV, Bratislava, 1958, pp. 269 Kollár J., Šimonovič V., Kanka R., Balkovič J.: Prípotočné lužné lesy Borskej nížiny. Bull. Slov. Bot. Spol., 31, 2009: 59−71 Kořenková L.: Effects of selected soil properties, temperature and moisture conditions on water entry into the soil. PhD. Thesis. Faculty of Naturals Sciences, Comenius University in Bratislava, 2010, pp. 186 Kramer P.J., Boyer J.S.: Water relations of plants and soils. Elsevier, 1995, pp. 495 Matejka F.: A tree-layer SVAT model for homogeneous land surfaces. Contribution of the Geophysical Institute of the Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Series of Meteorology 17, 1997 : 44−53 Minďáš J., Škvarenina J.: Lesy Slovenska a globálne klimatické zmeny. EFRA Zvolen, Lesnícky výskumný ústav Zvolen, 2003, pp. 44−49. ISBN 80-228-1209-9 Minďáš J., Škvarenina J., Střelcová L.: Význam lesa v hydrologickom režime krajiny. Životné prostredie, 35, 2001 : 146−151 Novák V.: Evapotranspirácia a jej rozdelenie na území Slovenska. Životné prostredie, 35, 2001 : 133−137 Šútor J., Gomboš M., Mati R.: Bioclimatology and natural hazards, International scientific conference, Bratislava, 2007, pp. 211. ISBN 978-80-228-1760-8 Vojtilla S., Široký P.: Globálne otepľovanie a klimatická zmena vo svete. Slovenská klimatická koalícia, 2009. pp. 52

SYSTEM SOIL – PLANT – ATMOSPHERE IN THE RELATION TO THE ABIOTIC FACTORS Paper is aimed to the effect of abiotic factors to the system soil – plant – atmosphere. Hydrological cycle and water regime from the aspect of changing environmental condition is analysed. Attention was devoted to the physical feature of the soil, soil evaporation, plant transpiration and evapotranspiration of the stand. Water stress and defend mechanisms in the relation to the water deficit were characterized. We evaluated regional and global climatic changes with respects to water regime. Using the flooded forest we warned to the changes of structure, function, biodiversity and production of these ecosystems connected with hydrological and climatic changes. Key words: climatic changes, evaporation, flooded forest, hydrological cycle, system soil – plant – atmosphere, transpiration, water stress.

Poďakovanie Túto prácu finančne podporili Vedecká grantová agentúra MŠ SR a SAV VEGA, granty č. 1/0163/08 a 1/0431/09, ako aj OP Výskum a vývoj, projekt Tvorba a vývoj environmentálnych technológií pri protipovodňovej ochrane sídiel Malokarpatskej oblasti – prípadová štúdia Modra, ITMS 26240220019.

24


SOUČASNÉ MOŽNOSTI JAK PŘISPĚT VYUŽITÍM GENETICKÝCH ZDROJŮ ROSTLIN KE STABILITĚ PRODUKCE Stehno Z., Dotlačil L., Faberová I. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT Uchovávání, hodnocení a využívání genetických zdrojů rostlin (GZR) má na území České republiky dlouhodobou tradici. Dostupné GZR jsou v ČR využívány především pro další výzkum pro šlechtitelské programy a vzdělávání. Předpokladem pro intenzivní využívání uchovávaných vzorků je vedle vlastní dostupnosti GZR především dostupnost informací, které je charakterizují. Základní prvotní informaci představují tzv. pasportní data. Popisná data (výsledky polních hodnocení a laboratorních analýz) umožňují potenciálnímu uživateli získat údaje o vlastnostech a znacích konkrétního vzorku. GZR se uplatňují při rozšiřování diverzity na úrovni pěstovaných plodin jako např. zaváděním pěstování pluchatých pšenic, trsnatého žita a řady dalších druhů. V rámci jednotlivých plodin slouží GZR jako donory cenných vlastností a znaků pro další šlechtitelské zlepšování odrůd a to především ke zvyšování odolnosti k biotickým a abiotickým stresům i jakosti produkce. Klíčová slova: genetické zdroje rostlin; dostupnost informací; výsledky hodnocení; rozšiřování agrobiodiverzity

HISTORIE SHROMAŽĎOVÁNÍ A VYUŽÍVÁNÍ GENETICKÝCH ZDROJŮ ROSTLIN Uchovávání, hodnocení a využívání genetických zdrojů rostlin (GZR) má na území České republiky dlouhodobou tradici. Je spojováno s počátky šlechtění a prvé aktivity se datují do konce devatenáctého století. V období mezi světovými válkami byly sbírky GZR uchovávány, rozšiřovány a šlechtitelsky využívány na výzkumných pracovištích, školách a především ve šlechtitelských firmách. Počátkem padesátých let dvacátého století byly kolekce GZR převedeny do vznikajících státních specializovaných ústavů. Do Výzkumného ústavu rostlinné výroby v Praze – Ruzyni tak byly přeneseny sbírky GZR obilnin, luskovin, olejnin a některých pícnin v celkovém rozsahu 2847 vzorků. Síť pracovišť GZR v Československu byla koordinována od roku 1955 ‚Národní radou světových sortimentů kulturních rostlin‘, která vznikla při VÚRV Praha – Ruzyně. Náplní činnosti Oddělení genetických zdrojů ve VÚRV bylo, kromě aktivit shodných s ostatními pracovišti (hodnocení, uchování a využívání GZR), též zabezpečování centrálního dovozu vzorků do republiky. Dále zde byly publikovány klasifikátory pro zkoumané plodiny a přehledy skladovaných vzorků ve formě Index seminum. Z iniciativy tohoto pracoviště byly též pořádány sběrové expedice, ať již v Československu nebo v zahraničí. V polovině sedmdesátých let se rozvíjí intenzivní práce na systematické dokumentaci shromážděných sbírek GZR a údajů o jednotlivých vzorcích. Byl tak vyvinut a postupně zdokonalován systém EVIdence GEnetických Zdrojů zvaný EVIGEZ. Prvé kroky v mezinárodní spolupráci začaly koncem šedesátých a začátkem sedmdesátých let v rámci tehdejšího programu RVHP, který koordinoval VIR v St. Petersburgu. Československo mělo v tomto programu významné postavení. K rozvoji všestranných mezinárodních kontaktů dochází hlavně po roce 1974, kdy byla započata spolupráce s ‚Mezinárodní radou pro rostlinné genetické zdroje‘ (IBPGR), komisí FAO pro GZ a specializovanou komisí při šlechtitelské asociaci EUCARPIA. Významným mezníkem v práci s GZR se stalo dokončení budovy genové banky (GB) ve VÚRV v roce 1988. Od této doby je tak využíváno zařízení k uchování semen generativně množených druhů hospodářsky využívaných rostlin v regulovaných podmínkách vlhkosti a teploty. Prodlužuje se tím životnost semen a snižují se nároky na jejich regeneraci.

25

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Ke stabilizaci a podpoře činnosti jak genové banky tak ostatních zainteresovaných pracovišť v České republice významně přispělo zahájení ‚Národního programu konzervace a využití GZR v ČR‘, který řídí a financuje Ministerstvo zemědělství. V současnosti je většina vzorků generativně množených GZR převedena do genové banky, vysušena a skladována v aktivní a základní kolekci při –18 oC. V této podobě funguje genová banka od generální rekonstrukce v roce 2009. Bezpečnostní duplikace nejcennějších vzorků je uložena ve VÚRV Piešťany. Vegetativně množené GZR jsou uchovány na řešitelských pracovištích ve formě polních kolekcí či kolekcí in vitro. Pasportní data v informačním systému jsou zkompletována, průběžně aktualizována a dostupná na internetu. Pracoviště GB je zodpovědné za ‚Evropskou databázi pšenice‘ (EWDB). V rámci dělby zodpovědností za plodinové kolekce GZR je pracoviště genové banky řešitelem kolekcí pšenice, tritikale, ozimého ječmene, pohanky, prosa, amarantu, merlíku quinoi, a uchovává kolekce slunečnice, řepy a kukuřice. OBLASTI VYUŽÍVÁNÍ GZR - Výzkum – mezi uživateli požadovanými vzorky převládá v poslední době jejich uplatnění ve výzkumu (cca 60 %). Souvisí to především s experimenty v rámci výzkumných projektů - Šlechtění – GZR jsou významným zdrojem cenných vlastností a znaků pro tvorbu nových odrůd ve šlechtitelských projektech. Významné je z tohoto hlediska poskytování informací o výsledcích hodnocení vzorků GZR, které probíhá v podmínkách blízkých potenciálnímu uplatnění nových odrůd. - Vzdělávání - široká variabilita uchovávaných GZR je dobrou základnou pro jejich využití při výuce či začlenění do tématických výstav nebo do programů skanzenů a podobných zařízení. PŘEDPOKLADY INTENZIVNÍHO VYUŽÍVÁNÍ GZR 3.1 Dostupnost informací Dostupnost informací ovlivňuje výrazným způsobem intenzitu využívání uchovávaných GZR. Zdroje informací se liší podle toho, zda se jedná o data pasportní či popisná. 3.1.1 Pasportní deskriptory poskytují základní informaci o genetickém zdroji rostlin zařazeném do kolekce včetně sběrových údajů. Pasportní údaje jsou obecného charakteru. Mezinárodní standard pro tuto část informačního systému, který je vyvíjen průběžně od 70. let minulého století IBPGR/IPGRI a FAO, je všeobecně přijímán pro uchování a výměnu pasportních dat kolekcí GZR. V současné době je platným standardem dokument Multi-Crop Passport Descriptors (MCPD) vydaný v prosinci 2001 IPGRI a FAO. K pasportním údajům patří především název genetického zdroje a jemu přidělené národní evidenční číslo (ECN). Dále sem patří začlenění GZR v rámci taxonomického systému a řada dalších údajů, které specifikují původ genetického zdroje. 3.1.2 Popisná data jsou získávána na základě hodnocení podle národních klasifikátorů. Kde není k dispozici klasifikátor (menší druhové kolekce), provádí se hodnocení podle seznamu deskriptorů vytvořeného kurátorem kolekce. Popisná data jsou získávána z různých systémů hodnocení. 3.1.2.1 Polní experimenty - systém hodnocení je plodinově specifický. Do tzv. základního kroku hodnocení postupují vzorky GZR buď přímo po získání, nebo po namnožení dostatečného množství osiva. K zajištění relativního porovnání GZR slouží co nejhustší síť parcelek s kontrolní odrůdou (odrůdami). Jako kontrola je řazena registrovaná odrůda s dostatečnou plasticitou a výnosovou stabilitou, případně známý, dobře popsaný GZ. Hodnocení každého genetického zdroje probíhá po dva až tři roky. 26


Základní hodnocení je hlavním zdrojem dat pro popisnou část databáze EVIGEZ. Získané údaje mají buď formu bodového ohodnocení znaku dle klasifikátoru, nebo metrického údaje.Metrická data se do podoby bodového vyjádření převádí následně pomocí klasifikátorů pro příslušné plodiny. Původní naměřené hodnoty jsou však uchovávány též v metrické podobě jako cenná informace pro šlechtitelské případně pěstitelské využití.Během základního hodnocení jsou hodnoceny znaky morfologické, fenologické charakteristiky, odolnosti k biotickým a abiotickým stresům, je odhadována produktivita GZ, její základní struktura a jsou odebírány vzorky k analýze struktury klasu a testování potravinářské, pekařské, sladařské či krmivářské hodnoty.Odolnost k biotickým stresům je testována v podmínkách přirozeného výskytu chorob na pokusném stanovišti, nebo pokud možno v infekčních školkách za standardizovaného infekčního tlaku. Vedle shromažďování základních popisných dat pro uživatele GZ (databáze popisných dat EVIGEZ) je důležitá analýza poznatků o genetické variabilitě kolekce, podle jejichž výsledků by tato měla být plánovitě doplňována. 3.1.2.2 Laboratorní analýzy Další významný zdroj popisných dat představují rozbory ke stanovení výnosových prvků. Ty umožňují získat přehled, jakou roli hrají jednotlivé složky výnosu při formování výnosu finálního produktu. Druhou velmi důležitou skupinou analýz jsou laboratorní stanovení ukazatelů kvality produktu. Spektrum analýz závisí jednak na hodnocené plodině a současně na cíli pro který bude produkt využíván. Náročná chemická stanovení jsou pokud možno nahrazována expeditivním stanovováním obsahových látek případně dalších ukazatelů expeditivními nepřímými metodami jako je např. NIRS. Využití takovýchto systému obvykle závisí na dostatečně přesném nakalibrování přístroje. 3.2 Dostupnost vzorků genetických zdrojů rostlin Výstupem základního stupně hodnocení nejsou pouze popisná data předaná do IS EVIGEZ a zachované původní výsledky, ale též semenné vzorky předané v příslušné kvalitě (nejlépe z prvého roku hodnocení) do dlouhodobého skladu GB. Vegetativně množené GZR jsou dostupné přímo z polních GB nebo in vitro kolekcí. PŘÍKLADY VYUŽÍVÁNÍ GZR S CÍLEM PŘISPĚT KE STABILITĚ ROSTLINNÉ PRODUKCE 4.1 Rozšiřování diverzity na plodinové úrovni Rozšiřování diverzity na druhové úrovni je významné především pro drobné farmáře, kteří mohou velice obtížně konkurovat velkým společnostem v produkci základních plodin. Z obilnin lze za posledních 10 let uvést např.: - registrovanou odrůdu ozimé pšenice špaldy ‚Rubiota‘ - registrovanou odrůdu žita trsnatého ‚Lesan‘ - právně chráněnou odrůdu pšenice dvouzrnky ‚Rudico‘ Pro ekologické pěstování jsou zvláště významné pluchaté druhy pšenice jako pšenice špalda a dvouzrnka. - ozimá pšenice špalda ‚Rubiota‘ Pro odrůdu pšenice špaldy Rubiota, registrované v roce 2001, je charakteristické silné antokyanové zabarvení koleoptyle a naopak velmi slabé zabarvení oušek praporovitého listu. Ojínění pochvy praporovitého listu, stébla a klasu je střední. Klas je jehlancovitý, velmi dlouhý, řídký, hnědavě zabarvený. Zrno je červenohnědé, velké, s HTS dosahující 60 g i více. Zrno se z klásků uvolňuje méně snadno než u odrůdy Franckenkorn. Podíl pluch ve sklizni klásků činí 23 až 25 %. Obsah hrubých bílkovin v zrnu je obvykle o 1,5 až 2 % vyšší než u Franckenkornu. Jedná se o odrůdu ozimého charakteru s vysokým stéblem, později dozrávající, s vyšší citlivostí k padlí travnímu (Blumeria graminis). Je doporučována do systému ekologického zemědělství i na pozemky s nižší hladinou živin.

27

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 -jarní dvouzrnka ‚Rudico‘.

‚Rudico‘ je pluchatá pšenice dvouzrnka s podílem pluch, který se pohybuje těsně kolem 20 %. Je vysoce odolná řadě chorob jako např. padlí travnímu, Pyrenophora, Septoria tritici, Septoria nodorum. V odolnosti k těmto chorobám převyšuje registrované jarní odrůdy pšenice seté. Středně odolává též fuzariózám. Z jakostních parametrů zrna je významný vysoký podíl hrubých bílkovin (15 – 20 %), obsah lepku cca 45 %. Hodnota sedimentačního testu v SDS se pohybuje mezi 35 až 40 ml. Výnos zrna je na tento druh pšenice velmi vysoký a dosahuje za příznivých podmínek až 3 t/ha, v parcelkových pokusech v roce 1998 až 4,38 t/ha. Tab. 1 Biologické znaky - průměrné hodnoty - za 3 lokality Odrůda vegetační padlí travní rez poléhání před výnos doba: vzejití travnísklizní (t/ha) metá- vosko- konec pozdní pozdní stupeň % index ní vá sloup- mléčná mléčná zralost kování zralost zralost Triticum monococcum L. Ruzyně - průměr

67,7

104,8

8,9

8,8

8,5

7,7

48,0

7,9

3,51

Č. Budějovice - průměr

72,0

116,3

9,0

9,0

9,0

3,0

95,0

3,8

0,55

Uhříněves - průměr

69,8

110,5

9,0

8,9

8,8

5,3

96,3

5,8

2,03

jednozrnky - průměr

69,8

110,5

9,0

8,9

8,8

5,3

5,8

2,03

3,1

5,2

0,5

0,9

2,9

43,8

34,9

72,9

Ruzyně - průměr

67,9

104,6

8,8

8,8

7,9

6,9

57,0

7,3

2,95


68,8

111,9

8,9

9,0

9,0

3,0

95,0

4,3

1,40


66,6

97,2

9,0

8,7

8,4

4,7

79,1

5,6

2,85

dvouzrnky - průměr

67,8

104,6

8,9

8,8

8,4

4,9

5,7

2,40

1,7

7,0

1,2

1,9

6,7

40,0

26,2

36,1

jednozrnky - var. koef.

Triticum dicoccon Schrank

dvouzrnky - var. koef.

Triticum spelta L. Ruzyně - průměr

64,5

102,9

8,6

8,6

6,0

7,3

85,0

7,5

3,87


70,1

112,6

7,8

8,8

6,9

3,0

95,0

3,8

1,60


66,0

100,8

8,9

8,6

7,4

3,4

87,9

4,1

3,18

špaldy - průměr

66,9

105,4

8,4

8,7

6,8

4,6

5,1

2,88

4,3

6,0

6,5

1,5

10,5

51,9

40,0

40,4

špaldy - var. koef.

Triticum aestivum L. - přesívky Ruzyně - průměr

67,9

107,4

7,5

7,8

5,8

7,5

73,3

7,5

1,67


72,8

112,3

5,5

9,0

4,8

3,0

80,0

4,2

1,20


65,3

101,5

6,6

6,8

6,3

3,8

78,8

4,4

2,04

přesívky - průměr

68,7

107,1

6,5

7,9

5,6

4,8

5,4

1,64

přesívky - var.koef.

5,5

5,1

15,3

14,0

13,6

50,4

34,8

25,7

Triticum aestivum L. - kontroly Ruzyně - průměr

58,7

99,7

8,3

8,3

4,0

8,7

33,3

8,7

3,04


63,0

106,0

8,0

9,0

7,3

8,0

15,0

8,3

3,30


59,0

84,5

8,4

7,5

7,5

6,3

78,8

6,8

3,42

kontroly- průměr

60,2

96,7

8,2

8,3

6,3

7,7

7,9

3,3

4,0

11,4

2,4

9,1

31,4

15,9

12,5

5,9

kontroly - var.koef.

28

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Vzhledem k zájmu ekologických pěstitelů o jarní obilniny probíhá výzkum škály jarních pluchatých pšenic, zaměřený na znaky důležité pro tento způsob pěstování. Oproti odrůdám pro konvenční pěstování je významný tvar trsu po vzejití, který umožňuje lepší zapojení porostu a zvyšuje konkurenceschopnost plodiny. Z důvodu přenosu chorob do klasu je výhodná jeho větší vzdálenost od posledního listu. Vysoce významná je odolnost k chorobám a jakost zrna. Výsledky hodnocení jarní pšenice špaldy, dvouzrnky a jednozrnky spolu s vybraným i starými a kontrolními odrůdami pšenice seté na třech pokusných lokalitách shrnují tabulky 1 až 3. Ze sledování nástupu růstových a vývojových fází (Tab. 1) lze konstatovat, že hodnocené jednozrnky patřily ve všech fázích k velmi pozdním a také nejpozději dozrávaly. Vzhledem k tomu, že u nich probíhalo pozdě také kvetení byla doba jejich generativního vývoje (tzv. plnění zrna) velmi krátká. Nejdelší doba plnění zrna byla zaznamenána u kontrolních odrůd pšenice seté. V odolnosti k padlí travnímu vynikaly především jednozrnky a většina dvouzrnek. V poléhání byly velké rozdíly mezi pokusnými lokalitami a to především vlivem předplodin. Lze však konstatovat, že hodnocené druhy pšenice poléhaly více než kontrolní odrůdy pšenice seté. Častým problémem je v posledních letech výskyt klasových fuzarióz. Přesnou a objektivní metodou hodnocení jejich výskytu je metoda PCR s využitím specifických primerů. Touto metodou byl hodnocen zúžený soubor 10 vzorků pšenice (Tab. 2), které byly na základě dosavadních výsledků předvybrány a hodnoceny na dvou pokusných lokalitách, kde bylo možné očekávat větší rozdíly v průběhu počasí v období rozhodujícím pro vznik infekce Fusarium spp. (tedy v době kvetení) tj. v Českých Budějovicích a Praze – Uhříněvsi. Tab. 2 Hodnocení výskytu klasových fuzarióz prostřednictvím CR Odrůda Stát F. F. F. culpůvodu poae grami- morum nearum lokalita Praha Uhříněves Triticum monococcum L. Schwedisches Einkorn SWE -xx -T. monococcum No.8910 DNK -x -Triticum dicoccon Schrank Rudico CZE -xx x Weisser Sommer DEU --xx Triticum spelta L. Spalda bila jarni CSK ---T. spelta...(VIR St.Petersburg) CSK --xx Triticum aestivum L. - přesívky Cervena perla CSK --xx Kasticka presivka 203 CSK -xxx xx Triticum aestivum L. - kontroly Jara CSK -x x SW Kadrilj SWE -xxx xx

F. poae

F. F. culgrami- morum nearum

lokalita Č. Budějovice ---

xx x

---

x --

xxx x

xxx xx

--

xx

xx

--

xx

xx

---

xxx xx

xx x

---

xxx xxx

xx xx

Vysvětlivky: -- vzorek negativní x - vzorek slabě pozitivní (nízké napadení), xx - vzorek středně pozitivní (střední napadení), xxx - vzorek silně pozitivní (silné napadení)

29

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Z výsledků je patrné, že intenzita výskytu Fusarium spp. na lokalitě Praha – Uhříněves byla celkově nižší oproti lokalitě České Budějovice (Tab. 2). Z hodnocení jednotlivých druhů vyplynulo, že na obou lokalitách byly nejméně napadeny jednozrnky; na lokalitě Praha – Uhříněves dosáhly velmi dobrých výsledků i špaldy (u ‚Špaldy bílé jarní‘ nebylo Fusarium detekováno vůbec). 4.2 Rozšiřování diverzity v rámci druhu - plodiny

Genetické zdroje rostlin slouží v tomto případě jako donory požadovaných vlastností a znaků pro šlechtění nových odrůd. K tvorbě nových, zlepšených odrůd jsou využívány různé šlechtitelské postupy. - pro využívání široké škály genetických zdrojů je významná tzv. vzdálená hybridizace. Tato metoda umožnila např. přenos genů odolnosti k padlí travnímu (Pm6) z pšenice jednozrnky do odrůdy pšenice seté ‚Vlasta‘. Víceleté výsledky z let kdy byla odrůda ‚Vlasta‘ hodnocena spolu s další kontrolou ‚Samanta‘ ukazují na její vyšší odolnost k padlí travnímu (Tab. 3). Tab. 3 Porovnání odolnosti k padlí travnímu odrůd pšenice seté 'Vlasta' a 'Samanta' Odolnost k padlí travnímu Odrůda 2004 2005 2007 2009 průměr 5 7,5 8 7 Vlasta 6,9 3 5 6 4,5 Samanta 4,6 - pro metody kombinačního křížení jsou každoročně šlechtitelům poskytovány výsledky donory cenných hodnocení kolekcí genetických zdrojů. Mohou tak být vyžívány hospodářských vlastností a znaků. Tato data mohou být doplňována informacemi z literatury, z popisů nových odrůd a databází. - podrobná charakterizace genetických zdrojů bílkovinnými markery (např. gliadiny, hordeiny, HMW či LMW gluteniny) a nalezení jejich vazeb s významnými znaky a vlastnostmi je základem tzv. MAS (marker assisted selection) - k přesné identifikaci GZR slouží molekulární techniky jako např. PCR Genetické zdroje rostlin jsou také vybírány podle způsobu využití finálního produktu. V případě pšenice je škála využití velice pestrá a tomu odpovídá i výběr GZR. Výrazně odlišné parametry jsou požadovány pro pšenici pro pekařské využití (vyšší obsah hrubých bílkovin s převahou zásobních bílkovin, příznivý obsah mokrého lepku a gluten index, optimální hodnoty sedimentace dle Zelenyho a další podrobně stanovená kriteria). Naproti tomu jsou pro krmné účely výhodnější pšenice s nižším obsahem N-látek s vyšším podílem albumino- globulinové frakce a s nižším zastoupením lepkových bílkovin. CURRENT OPPORTUNITIES TO USE PLANT GENETIC RESOURCES TO INCREASE STABILITY OF PRODUCTION Maintenance, evaluation and use of plant genetic resource (PGR) in the territory of the Czech Republic have long term tradition. Available PGR are used mainly for further research, breeding programmes and education. Availability of information describing particular accessions is, in addition to availability of PGR samples, important precondition of their intensive utilisation. Passport data provide primary, general information. Description data (results of field evaluation and laboratory analyses) enable to a possible user to obtain data on properties and traits of the particular accession. PGR are applied with the aim to extend diversity on the crop level e.g. introduction of hulled wheat species, Secale cereale L. and number of other species into growing systems. Within particular crops, the PGR are engaged as donors of valuable properties and traits for further breeding improvement of varieties to increase first of all resistance to biotic and abiotic stresses and product quality. Key words: plat genetic resources; information availability; results of evaluation; agrobiodiversity widening

Poděkování: Příspěvek vznikl v rámci řešení Národního programu uchování a vyžití genetických zdrojů rostlin a agrobiodiverzity MZe Č.j.: 4280/2010-10000 a projektu NAZV QH82272

30


ABIOTICKÉ FAKTORY VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ Z POHLEDU FYTOPATOLOGA Kůdela V. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně, e-mail [email protected]

ABSTRAKT Středem zájmu fytopatologie jsou hlavně infekční choroby způsobované mikrobiálními patogeny. Avšak škodlivý odklon od normálního fungování fyziologických procesů trvající dostatečně dlouho, aby způsobil nepřetržité narušení jednoho nebo více životních funkcí rostliny nebo její části, může být rovněž způsoben abiotickými agens, jako jsou nepříznivé faktory vnějšího prostředí, nedostatek nebo nadbytek živin, toxické chemikálie, mechanické poškození apod. Přesto lze v několika posledních desetiletích zaznamenat snahy, aby poruchy a poškození abiotického původu přestaly být součástí fytopatologie. Takové tendence jsou znepokojivé. V tomto příspěvku pojednáváme o symptomatologii, klasifikaci, nomenklatuře a regulaci abiotických chorob. Zároveň předkládáme důvody, proč by abiotické choroby měly být i nadále nedílnou součástí fytopatologie a rostlinolékařství. Key words: abiotické choroby, symptomatologie, klasifikace, nomenklatura, regulace

Vzájemné vztahy mezi rostlinami a abiotickými faktory jsou předmětem vědeckého i praktického zájmu z několika důvodů: (i) ovlivňují udržování a způsobují narušování rovnovážného stavu přirozených a umělých ekosystémů, a tím ovlivňují i geografické rozšíření rostlinných druhů (Hanif 2005); (ii) mohou vyústit v ekologickou speciaci (vznik nových druhů organismů) (Flégr 2005); (iii) výrazně ovlivňují kvantitativní a kvalitativní produkční vlastnosti užitkových rostlin, a tím i stupeň využití jejich genetického produkčního potenciálu (Boyer 1982).K disciplinám, které se zabývají interakcemi mezi abiotickými faktory a rostlinami patří spolu s ekologií rostlin, fyziologií rostlin, evoluční biologií, pěstováním rostlin a pěstováním lesa i fytopatologie. Uvedené discipliny se zabývají stejným fenoménem s poněkud odlišnými záměry, u různých skupin rostlin, při použití odlišných metodických postupů a rozdílné terminologie. NÁPLŇ A POSLÁNÍ FYTOPATOLOGIE V PROMĚNÁCH ČASU Fytopatologie je vědní disciplinou, která má praktický cíl: přispět k zabezpečení dostatečného množství rostlinných produktů, zejména zdravotně nezávadných a kvalitních potravin a krmiv (Agrios 2005), a to postupy a prostředky, které nemají nepříznivé vedlejší účinky na člověka a životní prostředí. K dosažení tohoto vznosného cíle se spojuje s dalšími rostlinolékařskými disciplinami jako je aplikovaná zoologie a herbologie. V tradičním pojetí se fytopatologie zabývá kromě infekčních chorob i narušením zdraví abiotickými faktory. V posledních desetiletích se projevují tendence, aby náplní fytopatologie se staly pouze infekční choroby způsobované biotickými agens a problematika vlivu samotných abiotických faktorů na zdraví rostlin byla z předmětu fytopatologie a dokonce i z oboru rostlinolékařství vytěsněna. Ve fytopatologické příručce vydané v roce 1884 P. Sorauerem, jedním ze zakladatelů fytopatologie, bylo biotickým chorobám věnováno 45 % textu, zatímco v encyklopedii ochrany rostlin autorů Kazda a kol. (2010) nejsou abiotická poškození vůbec začleněna. Takové trendy jsou neuvážené. Místo podpory celostního pojetí zdraví a choroby rostlin se prohlubuje nežádoucí segmentarizace, což znesnadňuje rozpoznání příčin narušeného zdraví (znalost biotických chorob je nezbytná pro symptomatologickou diagnostiku!) a volbu nejúčinnějších způsobů praktického řešení problémů. Fytopatologie a ostatní rostlinolékařské discipliny vznikly z potřeby řešit problémy narušeného zdravotního stavu kulturních rostlin v produkčních agroekosystémech, tedy v ekosystémech umělých, pro něž je charakteristické, že všechny tři složky systému, tj. rostlina, patogen a vnější prostředí, jsou - na rozdíl od přirozených ekosystémů - ovlivněny činností 31

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 člověka. Úsilí o dynamický rovnovážný stav v těchto umělých systémech se proto bez cílené odborné péče o zdravotní stav rostlinných společenstev neobejde. POJETÍ ZDRAVÍ A CHOROBY Zdraví se definuje jako optimální průběh fyziologických procesů živých systémů, který umožňuje — s přihlédnutím ke stupni optimalizace vnějších podmínek — plně využít neporušený genetický potenciál. Choroba v širším pojetí se nejčastěji charakterizuje jako odchylka od normálního fungování fyziologických procesů trvající dostatečně dlouho, aby způsobila narušení nebo zpomalení životní aktivity. Kategorizace narušeného zdraví rostlin Narušení nebo zpomalení životní aktivity, tj. choroba v širším pojetí, se dále člení podle několika kritérií, k nimž patří: (i) původ příčinného agens (biotický nebo abiotický), (ii) mechanismus, jimiž příčinné agens narušuje zdraví; (iii) epidemiologické vlastnosti (faktory ovlivňující vznik a nárůst četnosti choroby v času a prostotu).Problémy narušeného zdraví rostlin lze členit podle relativního postavení v hierarchii, a to: kategorie (choroba v širším pojetí), skupina (biotikóza, abiotikóza, abio-biotikóza) a typ (choroba v užším pojetí, porucha, poškození). Termíny biotikóza a abiotikóza jsou neologismy vytvořené z řeckého slova bioticos = k životu patřící; z řeckého a = částice vyjadřující zápor a z přípony „-óza“ používané pro choroby, chorobné či patologické stavy. Ve stejném významu se v češtině někdy používají názvy bionóza a abionóza. Jazykovědci je však považují za nepatřičné, neboť chorobný stav je vyjádřen nadvakrát, a to jednak základem slova nosos = nemoc, jednak příponou –óza. Definice skupin a typů narušeného zdraví rostlin Choroba v širším pojetí: odchylka od normálního fungování fyziologických procesů způsobená biotickými nebo abiotickými agens, která má za následek narušení nebo zastavení životních funkcí. Biotikóza: narušení zdraví, které zahrnuje jednak chorobu v užším pojedí, jednak poškození biotického původu. Abiotikóza: narušení zdraví, které zahrnuje jednak poruchu, jednak abiotické poškození. Abio-biotikóza: narušení zdraví, které není způsobeno jediným kausálním agens, ale interakcí několika biotických a abiotických faktorů působících současně nebo v určité posloupnosti. Choroba v užším pojetí (infekční choroba): odchylka od normálního fungování fyziockýcn procesů způsobená biotickými agens, tj. patogenními organismy, viry a viroidy. Porucha: narušení zdraví způsobené déletrvajícími nepříznivými nutričními, půdními a povětrnostními podmínkami. Poškození: choroba rostlin vznikající většinou náhle působením přechodné nebo krátce trvající aktivity abiotického nebo biotického neifekčního agens. VLIV ABIOTICKÝCH FAKTORŮ VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ NA ROSTLINY Fytopatologické hledisko Abiotické faktory (AF) vnějšího prostředí ovlivňují zdravotní stav rostlin (Kůdela a kol. 1989; 2002) několika způsoby: (i) AF jsou příčinným faktorem narušeného zdraví rostlin: • mohou být samy o sobě patogenními agens vyskytují-li se v intenzitě či rozsahu přesahující rámec tolerance rostlinného druhu a kultivaru; • spolu se specifickými biotickými agens se mohou spolupodílet na vzniku specifických komplexních chorob; (ii) AF jsou jednou ze dvou podmínek, které umožňují působení příčiny infekčních chorob rostlin (druhou podmínkou je náchylná hostitelská rostlina). Podmínky samy o sobě nejsou schopny infekční chorobu vyvolat, vytvářejí však vhodnou situaci pro uplatnění vlastní příčiny (patogenního agens). Mohou pouze modifikovat formu projevu, intenzitu rozsah specifického patologického procesu; (iii) AF působí na výsledek dějů, které předcházejí vlastní infekci: • mají vliv na přežívání a šíření původců infekčních chorob; 32

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 ovlivňují specifickou reaktivitu (dispozici) hostitelské rostliny k určitému původci infekční choroby v době kontaktu infekčního agens s rostlinou, což se projevuje negenetickou predispozicí směrem k vyšší nebo nižší náchylnosti rostliny; • mají přímý vliv na bakteriální a houbové patogeny (např. ovlhčení listů umožňuje klíčení spor, což je první předpoklad k tomu, aby patogen pronikl dovnitř hostitelské rostliny); (iv) Znalost AF je nezbytná: • pro spolehlivou prognózu vzniku a rozvoje epidemií infekčních chorob a pro vhodné načasování přímých nebo preventivních regulačních opatření; • pro hodnověrné hodnocení rizika zavlečení karanténních organismů do nových oblastí; • pro specifikaci možného dopadu předpokládaných klimatických změn na výskyt a škodlivost původců infekčních chorob v jednotlivých zeměpisných oblastech. Ekologické hledisko V centru pozornosti ekologů je působení faktorů vnějšího prostředí na biotické jednotky (jedince, populace a společenstva) podle toho, zda jsou odolné vůči minimálním nebo maximálním limitům vnějšího prostředí a mohou existovat a reprodukovat se v určitých podmínkách, které pro ně vymezují oblasti geografického rozšíření (Duvigneaud 1988). Vliv člověka na ekosystém Země za posledních několik desetiletí enormně narostl (některými autory je považován dokonce za dominantní). Uznává se, že znečištění atmosféry a půd spolu s narušením rovnováhy ekosystému Země ohrožuje biologickou rozmanitost (biodiverzitu), jíž je přikládán základní význam. Vychází se s paradigmatu, že každý organismus má v přírodě své místo, a to bez ohledu na tom, zda se člověku jeví v dané časové etapě a při určitém stavu poznání užitečný nebo škodlivý. Stav ekosystémů je předmětem monitorování při použití různých soustav indikátorů, přičemž konečným globálním indikátorem je míra vlivu na lidské zdraví a pohodu (Moldan 1996, Vačkář et al. 2005, ). Zdůrazňuje se, že zdravé vnější prostředí (ecohealth, ecosystem health) je klíčový faktor pro trvale udržitelný rozvoj, pro zdraví člověka a přežití lidstva (Chivian, Bernstein, 2008). Skepticky vyznívá konstatování Moldana (in Vačkář 2005), že přes všechno dosavadní úsilí „chybí relevantní, věrohodné a uznávané indikátory biodiverzity“ …. a „stále nevíme přesně, co vlastně máme zachraňovat“. Fyziologické hledisko Fyziologové zabývající se vnitřními pochody živých organismů, zdůvodňují svůj zájem o vnější faktory, které nadměrně zatěžují živé organismy mimo jiné tím, že kdo chce porozumět normální buňce, musí studovat buňky abnormální, vystavené vnějším stresům. Stresem se rozumí kterýkoliv faktor vnějšího prostředí, biotický nebo abiotický (fyzikálně-chemický), který potenciálně nepříznivě ovlivňuje (zatěžuje) živé organismy, přičemž příčinou stresů jsou stresory (Lewit 1972; McKersie, Leshen 1994 Nilsen, Orcutt 1996). Fyziologický přístup k studiu stresu u rostlin může být podnětný např. i proto, že rostliny úspěšné vyvinuly obranné reakce vůči stresům, které až na výjimky se u živočichů nevyvinuly, např.mrazuvzdornost, suchovzdornost nebo slanovzdornost. KLASIFIKACE ABIOTICKÝCH PŘÍČINNÝCH FAKTORŮ NARUŠUJÍCÍCH ZDRAVÍ ROSTLIN Podle povahy abiotických příčinných faktorů (PF) a místa jejich působení na rostlinu se používá několik systémů členění, a to: (i) podle povahy PF (fyzikální, chemické); (ii) podle původu či místa výskytu PF (kosmické, hydrosférické, pedosférické); (iii) podle ekologického a ekonomického významu PF; (iv) podle rizika ohrožení přežití rostlinných druhů a narušení rovnovážného stavu ekosystémů; (v) podle rizika narušení zdraví rostlin (funkční rovnováhy rostliny) a způsobilosti limitovat produkční schopnosti užitkových rostlin; (vi) podle způsobilosti predisponovat užitkové rostliny k původcům infekčních chorob. 33

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 SYMPTOMATOLOGIE ABIOTIKÓZ Symptomy abiotikóz jsou obdobné, jako je tomu u biotikóz. Patří k nim např.: abnormální nebo předčasná změna zbarvení rostlinných orgánů (chloróza, bronzovitost, nekróza a vybělení, skvrnitost, strakatost, sežehnutí), změna tvaru (zakrnělost, deformace listů a jiných orgánů, praskání kůry), vadnutí, předčasná senescence, defoliace a odumření. Méně nápadným příznakem, ale svým dopadem na produkci a její kvalitu mnohdy významnějším jevem, je redukce růstu, snížená produkce květů, semen a plodů nebo znehodnocení (snížení kvality) produkce.Vznik symptomů a jejich vzhled (forma, tvar) je určován jednak typem škodlivého faktoru a dobou, po kterou jsou jeho působení rostliny vystaveny, jednak druhem rostliny a růstovou fází v době expozice. Např. čerstvě rašící pupeny jsou mnohem více citlivé k náhlému poklesu teplot než starší rostlinné orgány. Často jsou abiotikózy výsledkem kombinovaného působení suboptimálních vnějších podmínek. Příkladem může být sluneční úžeh, který se může projevovat v podobě suchých, nekrotických, vkleslých skvrn, chlorózou, svinováním listů, puchýřnatostí a diskolorací na listech a dužnatých plodech ovoce a zeleniny. Vznik těchto symptomů je podporován kombinací silného svitu a vysokých teplot ve spojení se silným větrem a nízkou relativní vlhkostí vzduchu. NÁZVOSLOVÍ ABIOTIKÓZ Každý název abiotikózy (a stejně tak i biotikózy) je tvořen souslovím, jehož základem je substantivum, k němuž je připojen jednak shodný adjektivní přívlastek, jednak neshodný substantivní přívlastek v genitivu. Substantivum vyjadřuje charakteristický symptom narušeného zdraví rostliny, shodný adjektivní přívlastek upřesňuje symptom a neshodný substantivní přívlastek specifikuje postiženou rostlinu (případně i orgán rostliny). Příklady: Fe-deficientní chloróza broskvoně; B-excesivní sprchávání květů révy; ozonová chloróza ječmene; kyselostní růstová deprese luskovin, chladová chloróza okurky; mrazová trhlina kmene jabloně; sluneční úžeh jablek; suchostní poškození jahodníku; vlhkostní odumírání třešně. KVANTIFIKACE EKONOMICKÉHO VÝZNAMU ABIOTIKÓZ

Počet hospodářsky významných biotických a biotických chorob na jedné plodině se pohybuje přibližně v rozmezí od 60 do 110, z toho připadá na biotikózy 80 % a na abiotikózy 20 %. Představu o škodlivosti abiotických faktorů pro pěstované rostliny lze získat z pokusů, v nichž jsou porovnány rekordní výnosy s průměrnými výnosy. Buchanan et al. (2000) uvádějí, že abiotické stresy mají za následek průměrné ztráty výnosu u kukuřice o 66 %, pšenice o 82 %, ječmene o 75 %, brambor o 54 %, cukrovky o 51 %. Určitou vypovídací schopnost o významu biotikóz a abiotikóz mají i částky vyplácené pojišťovnami pojistníkům. Z celkové výše pojistné náhrady škod vyplacené v USA v průběhu 41 let (1939-1978) připadlo podle Boyera (1982) na biotikózy pouze více než 7 %, naproti tomu na abiotikózy více než 90 %. Největší podíl náhrady byl vyplacen za utrpěné škody suchem (téměř 41 %), nadměrnými srážkami (více než 16 %), nízkými teplotami (téměř 14 %), krupobitím (více než 11 %) silnými větry 7 % a ostatními abiotickými faktory (více než 3 %).Četnost a intenzita kritických vnějších faktorů nepříznivých pro zemědělskou a lesní produkci má stoupající tendenci. Nemusí to být jen následek změny klimatu, špatného hospodaření s vodou v krajině, ale i dalších faktorů jako je např. narůstající degradace půdy. REGULACE ŠKODLIVOSTI ABIOTIKÓZ Volba metod a postupů k regulaci škodlivosti abiotikóz je odvislá od příčinného agens, druhu a růstové fázi rostliny. Vzhledem k četnosti a různorodosti jak příčinných agens, tak i druhů rostlin, u nichž připadá v úvahu uplatnění regulačních opatření, můžeme se pro omezený

34


rozsah tohoto příspěvku omezit jen na je na několik poznámek k současné a perspektivní strategii regulace škodlivosti abiotikóz.Jednou z nejlepších strategií ochrany rostlin proti abiotikózám je být proaktivní. Minimalizace výskytu a škodlivosti abiotikóz lze dosáhnout uplatňováním správné pěstitelské praxe, včasnou diagnózou narušeného zdraví rostlin a vhodným načasováním ochranných zásahů (Shutzki, Gregg 2007). Podobně jako u biotikóz, ekonomicky, ekologicky i technicky nejlepší metodou ochrany rostlin proti abiotikózám je jejich genetická rezistence nebo tolerance. Slibnou metodou pro řešení ochrany proti abiotikózám je transgenoze. Další pokrok v efektivnosti regulace škodlivosti abiotikóz lze očekávat při využití hlubších znalostí podstaty mechanismu adaptace na nepříznivé vnější podmínky. Riziko výskytu suchostního a chladového stresu je možno snížit aplikací látek speciálních ochranných látek. Literatura Agrios G.N.: Plant Patology. 5th ed. Academic Press, New York, San Diego, 2005. Boyer J.S.: Plant productivity and environment. Science 218, 1982: 443-448. Buchanan B.B., Gruissen W., Jones R.L. (eds): Biochemistry & Molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologists. Rockville, Maryland, 2000. Chivian E., Bernstein A. (eds): Sustaining life: how human health depends on biodiversity. Oxford University Press, New York, 2008. Davigneaud P.: Ekologická syntéza, Academia, Praha, 1988. Flégr J.: Evoluční biologie. Academia, Praha, 2005. Hanif M.: Encycopaedia of Agricultural Geography. Volume 4. Anmol Publication PVT.LTD New Delhi – 110 002 (India), 2005. Kůdela V. (ed.): Obecná fytopatologie. Academia, Praha, 1989. Kůdela V., Novacky A., Fucikovsky L.: Rostlinolékařská bakteriologie. Academia, Praha, 2002. Kazda J., Mikulka J., Prokinová E.: Encyklopedie ochrany rostlin. Vydavatelství Profi Press s.s.o., Praha, 2010. Levitt J.: Responses of plants to environmental stresses. Academic Press, New York and London, 1972. McKersie B.D., Leshen Y.Y.: Stress and stress coping in cultivated plants. Kluwer Academic Publisher, Dorddrecht, 1994. Moldan B.: Indikátory trvale udržitelného rozvoje. Vysoká škola baňská – Technická univerzita Ostrava, 1996. Nilsen E.T., Orcutt D.M.: The physiology of plant under stress. John Willey & Sons.INC., New York, 1996 Schutzki R.E., Gregg B.: Abiotic plant disorders. Symptoms, signs and solutions. Extension Bulletin E-2996. Michigan State University Extension, 2007. Vačkář D. (ed.): Ukazatelé změn biodiverzity . Academi, Praha, 2005.

ABIOTIC ENVIRONMENTAL FACTORS FROM THE PLANT PATHOLOGIST’S POINT OF VIEW Plant pathology is predominantly centred on infectious disease caused by microbial pathogens. However, harmful deviation from normal functioning of physiological processes of sufficient duration to induce the sustained impairment of one or more vital processes in plant or any of its parts can be also caused by abiotic agens, such as the adverse environmental factors, nutritional deficiencies or excesses, toxic chemicals, mechanical injuries, etc. In spite of this, in last decades, a growing willingness and tendency appears to exclude abiotic pathogens, causing so called disorders or environmental diseases, from plant pathology. These tendencies are worrying. In this article, we will present symptomatology, classification, nomenclature and regulation of environmental diseases. We will also provide reasons why environmental diseases should be part and parcel of plant pathology. Key words: environmental diseases or disorders, symptomatology, classification, nomenclature, regulation

Poděkování : Příspěvek byl vypracován v rámci řešení Výzkumného záměru Ministerstva

zemědělství České republiky č. MZe 0002700604. 35


FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ VÝSKYT KLASOVÝCH FUZARIÓZ NA ÚZEMÍ ČR Chrpová J., Šíp V., Bártová Š., Štočková L. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 6 – Ruzyně, Drnovská 507

ABSTRAKT Studie vychází z analýzy obsahu mykotoxinu deoxynivalenolu (DON) u vzorků zrna pšenice získaných náhodným odběrem prováděným v letech 2004-2009 na území ČR. Přítomnost DON byla stanovena téměř v polovině analyzovaných vzorků. Nejvyšší podíl na zjištěné variabilitě v obsahu DON měl ročník a lokalita pěstování (> 50 %) a bylo potvrzeno, že zvláště vysoké riziko představuje pěstování náchylných odrůd pšenice po předplodině kukuřice. Nebylo zjištěno významné ovlivnění zjištěného obsahu DON způsobem zpracování půdy. Získané údaje také umožnily vymezit rizikové oblasti České republiky, s opakovaně silnějším výskytem fuzarióz. Vysoká kontaminace zrna mykotoxiny byla spojena s vysokým úhrnem srážek 10 dní před kvetením, jakož i bezprostředně po infekci. Analýza ukázala, že na celkové proměnlivosti v obsahu DON měla vysoký podíl odrůda (24,1 %). Klíčová slova: pšenice, klasové fuzariózy, deoxynivalenol, průběh počasí, predikce rizika napadení, odrůda

ÚVOD Fuzariózy klasu se vyskytují ve všech významných světových obilnářských oblastech a patří k závažným houbovým onemocněním obilovin. Vzhledem k tomu, že některé druhy rodu Fusarium jsou producenty mykotoxinů, dochází u napadeného zrna nejen k redukci výnosů, ale i ke snížení hygienické kvality zrna. Narůstající význam klasových fuzarióz zřejmě souvisí se zvýšeným zastoupením kukuřice a obilovin v osevních postupech i s minimalizačními opatřeními při zpracování půdy (Maiorano et al., 2008). Podle nejnovějších informací byl na území ČR zjištěn převažující výskyt Fusarium graminearum, dále byly zastoupeny druhy F. culmorum, F. avenaceum a F. poae (Nedělník et al., 2007). Mykotoxiny patří mezi jedny z nejzávažnějších kontaminantů potravního řetězce přírodního původu a jedná se o vysoce nebezpečné chemické látky známé svými toxickými účinky. Jejich výskyt v přírodě i koncentrace jsou velmi proměnlivé v rocích a za určitých podmínek, které je třeba blíže specifikovat, nelze vyloučit ani kalamitní výskyt. Dosavadní studie ukázaly, že převažujícím mykotoxinem je ve středoevropských podmínkách deoxynivalenol (DON), který patří stejně jako nivalenol (NIV), HT-2 a T-2 toxin mezi trichothecenové deriváty (D´Mello, 1999; Hajšlová et al., 2007; Nicholson et al., 2007). DON je považován za určitý markér kontaminace zrna mykotoxiny. Velmi často je také diskutován DON jako faktor virulence. Nařízením komise (ES) č. 1881/2006 ze dne 19. prosince 2006 byl pro mykotoxin DON stanoven v nezpracovaném zrnu pšenice maximální limit 1,25 mg/kg. Je dokumentováno, že výrazný vliv na rozšíření fuzarióz mohou mít určité povětrnostní podmínky (kombinace vysoké vzdušné vlhkosti a teplot) v různých fázích vývoje patogena a choroby (Šíp et al., 2007). Na stupeň napadení a akumulaci mykotoxinů má dále vliv stupeň rezistence odrůdy, předplodina a orební systém. Schaafsma a Hooker (2007) zjistili, že obsah DON v zrnu je ze 48 % ovlivňován podmínkami prostředí, z 27 % odrůdou a ze 14 – 28 % předplodinou; avšak orební systém přispíval k proměnlivosti v obsahu DON méně než 5 %. K vysokému riziku kontaminace zrna mykotoxiny přispívá i skutečnost, že není zajištěna dostatečně spolehlivá ochrana především fungicidními prostředky, jejichž účinnost se celkově udává v průměru pouze 50% (Mesterházy et al., 2003; Hershman, Draper, 2004; Lechoczki-Krsjak et al., 2008; Šíp et al., 2010). Ochrana proti této závažné chorobě musí zahrnovat celý komplex opatření. Jedná se o agrotechnická opatření, především zapravení 36

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 posklizňových zbytků do půdy a vhodný osevní postup. Jako nejúčinnější ochrana se jeví kombinace pěstování odrůdy s vyšší rezistencí a cílené fungicidní ochrany (Šíp et al., 2007). Cílem tohoto příspěvku bylo analyzovat výskyt klasových fuzarióz a kontaminaci zrna mykotoxiny na území ČR s ohledem na klimatické i regionální pěstební podmínky. MATERIÁL A METODY Monitoring výskytu klasových fuzarióz na území ČR V letech 2004-2009 bylo analyzováno 888 vzorků ozimé pšenice získaných náhodným odběrem z provozních ploch z různých regionů ČR prováděným Státní rostlinolékařskou správou (SRS). Souhrnně byly zpracovávány údaje získané za celé období s ohledem na ročník, lokalitu, odrůdu, předplodinu a zpracování půdy. Meteorologická data, úhrn srážek (mm) a průměrná teplota vzduchu (ºC) byly získány z měsíčních přehledů počasí z nejbližší meteorologické stanice vztažené ke konkrétním pozorovacím bodům (ČHMÚ, 2004-2009). V těchto přehledech jsou jednotlivá měření zaznamenána v pentádách. Sledované periody byly odvozeny od doby kvetení odrůd pšenice na konkrétních lokalitách. K dispozici pro zpracování byly každoroční údaje o průměrných teplotách a srážkách za období duben-červenec. Obsah DON byl stanoven metodou ELISA s použitím diagnostické sady RIDASCREENR FAST DON kits. Pro statistické analýzy byl použit program UNISTAT 5.1 (UNISTAT Ltd., London W9 3DY, UK). Hodnocení rezistence odrůd pšenice k fuzarióze klasu Od roku 2004 probíhá hodnocení odolnosti k fuzarióze klasu u souboru registrovaných odrůd a u novošlechtění pšenice ozimé procházejících registračním řízením ÚKZÚZ dvěma způsoby. Na lokalitách ÚKZÚZ je aplikována metoda přirozené infekce na pozemcích po kukuřici s definovaným množstvím kukuřičných zbytků na povrchu půdy (provokační testy). Původcem napadení je zde především F. graminearum. V pokusech VÚRV, v.v.i. Praha – Ruzyně se provádí přímá infekce klasů suspenzí konidií F. culmorum (umělá infekce). V rámci obou typů pokusů je bodově hodnocena intenzita napadení klasů a obsah nejvýznamnějšího mykotoxinu DON metodou ELISA. Výsledky obou typů pokusů přinášejí komplexní pohled na rezistenci odrůd k fuzarióze klasu a jsou každoročně publikovány v Seznamu doporučených odrůd, který vydává ÚKZÚZ. VÝSLEDKY A DISKUSE O potenciálním ohrožení porostů klasovými fuzariózami svědčí skutečnost, že přítomnost DON byla detekována téměř v polovině analyzovaných klasových vzorků (427/888) náhodně odebraných z provozních ploch ve sledovaném období 2004-2009. Obsah DON zjištěný v klasových vzorcích se pohyboval v rozmezí od 0 do 27,2 mg/kg. Nadlimitních vzorků (s obsahem DON překračujícím 1,25 mg/kg) bylo 82, což je 9,23 % z celkového počtu vzorků. Jejich největší podíl byl v roce 2004 (21 vzorků) a nejmenší podíl (3 vzorky) v roce 2008. Na obsah DON měl významný vliv ročník, který se na základě provedených analýz rozptylu spolu s lokalitou pěstování podílel na celkové proměnlivosti v obsahu DON z 54,4 %. Za celé sledované období byl průměrný obsah DON 0,501 mg/kg a statisticky průkazné rozdíly byly zjištěny mezi rokem 2004 a roky 2006, 2007 a 2009 (Graf 1). Vysoký byl průměrný obsah DON v letech 2004 (0,935 mg/kg) a 2005 (0,747 mg/kg) a relativně nejnižší (avšak vysoce proměnlivý) v roce 2008 (0,275 mg/kg). Ročníky s vysokým obsahem DON lze charakterizovat podprůměrnými teplotami a nadprůměrnými či průměrnými srážkami v rozhodujících etapách vývoje choroby. Hodnocení průběhu počasí ve sledovaných letech vedlo k následujícím zjištěním:

37


Statistická analýza prokázala významný vliv úhrnu srážek v období 10 a 20 dní před kvetením. Byl zjištěn především rozhodující význam období 10 dnů před kvetením. K vysoké akumulaci mykotoxinu DON došlo při úhrnu srážek převyšujícím o 33 % celkový průměr. Vysoce podlimitní (0,208 mg/kg) byla v období 10 dnů před kvetením kontaminace mykotoxinem DON při srážkách nižších než 10 mm, což z praktického hlediska ukazuje na nižší riziko napadení klasovými fuzariózami uplatnitelné při rozhodování o použití fungicidní ochrany. V souladu s poznatky, které v našich podmínkách experimentálně prokázali Váňová et al. (2009), bylo zjištěno, že kontaminaci mykotoxinem DON mohou zřejmě ovlivnit již srážky a průměrné teploty v měsíci dubnu. Ve sledovaném šestiletém období byl nadlimitní obsah DON zaznamenán při dubnovém srážkovém úhrnu o 23 % vyšším než byl průměr 43,39 mm, přičemž pozitivně zřejmě působily též celkově nadprůměrné teploty v tomto měsíci (o 2 oC vyšší než je dlouhodobý průměr 7,29 oC). Citelněji se však zřejmě na snížení rizika napadení projevuje výrazný nedostatek srážek v průběhu května, kdy bývají dlouhodobě srážky i průměrné teploty podstatně vyšší než v dubnu (71,07 mm/43,51 mm; 12,31 oC/ 7,29 oC). Zajímavé je zjištění, že teploty v období 10 a 20 dnů před kvetením (i celkově v měsíci květnu) nebyly pro dosažení vysokého obsahu DON rozhodující. Jako limitující se ukázaly pouze průměrné teploty převyšující 19 oC (kdy obsah DON byl pouze 0,211 mg/kg oproti celkovému průměru 0,501 mg/kg). Vyšší srážkové úhrny (v průměru o 26 %) v období během kvetení a těsně po něm také podporovaly tvorbu DON, avšak úhrn srážek v období 20 dnů po kvetení již obsah DON významně neovlivnil. Hromadění mykotoxinu DON bezprostředně po infekci a v období 20 dnů po infekci podporovaly spíše nižší teploty (v průměru kolem 16 oC). Jako výrazně omezující produkci DON se ukázaly až průměrné teploty nad 22 oC, kdy průměrný obsah DON činil pouze 0,063 mg/kg. Riziko nákazy evidentně snižoval vysoký výskyt dnů s maximy převyšujícími 25 oC a i 30 oC (roky 2006 a 2008). Slunečné velmi teplé dny v době kvetení a bezprostředně po něm obvykle provází nižší úhrn srážek nebo krátkodobé přívalové deště, což rozvoj choroby v této rozhodující fázi nepodporuje. Častěji se proto při přirozené infekci porostů pšenice stávají rizikovými podmínky podporující dlouhodobý rozvoj choroby při dostatečné vlhkosti a za relativně nižších teplot (Šíp et al., 2007). Získané údaje mají význam pro tvorbu matematických modelů, které umožňují blíže specifikovat a predikovat stupeň ohrožení. V současné době již různé predikční modely existují (Kanada, Itálie, Belgie, USA), jejich přednosti i nevýhody jsou shrnuty v publikaci Prandini et al. (2009). Ve Švýcarsku je funkční program Fusaprog, který umožňuje posouzení míry výskytu klasových fuzarióz a zatížení obilovin deoxynivalenolem (http://www.fusaprog.ch/ ). V souladu s řadou prací (Koehler, 1924; Teich and Nelson, 1984; Dill-Macky, 2008; Maiorano et al., 2008) výsledky získané v této studii dokumentují významné riziko, které představuje pěstování pšenice po předplodině kukuřici. Byl zjištěn statisticky významný rozdíl v průměrném obsahu DON po kukuřici jako předplodině od všech ostatních použitých předplodin a odhad efektu předplodiny na obsah DON činil 21,5 %. Těmito šetřeními však nebyl prokázán významný vliv způsobu zpracování půdy (konvenční/minimalizované) na hromadění mykotoxinu DON v zrnu pšenice (Graf 1). Získané výsledky také umožnily vymezit oblasti se zvýšeným rizikem výskytu klasových fuzarióz. Nejohroženější byl opakovaně východ Moravy, v jihozápadních a jižních Čechách okresy Plzeň-jih, Domažlice, Rokycany, Klatovy a České Budějovice a na severovýchodě Čech okresy Česká Lípa a Trutnov. Relativně méně byla v celém období ohrožena napadením fuzariózami „podkrušnohorská oblast“ (kraje Ústecký a Karlovarský) a relativně nižší bylo i napadení ve středních Čechách a v kraji Vysočina (Bártová et al., 2010). Analýzy rozptylu ukázaly, že na celkové proměnlivosti v obsahu DON měla vysoký podíl odrůda (24,1 %), což je ve shodě s šetřeními, která prováděli Schaafsma a Hooker 38


(2007). Konkrétní posouzení přínosu stupně rezistence jednotlivých odrůd však bylo obtížné vzhledem k širokému sortimentu pěstovaných odrůd (analyzované vzorky zahrnovaly celkem 85 různých odrůd). Mezi četněji zastoupenými odrůdami pšenice ozimé vykazovaly nízký průměrný obsah DON Alana, Biscay, Bohemia, Batis, Samanta, Vlasta, Tower, Ebi, Globus, Cubus, Dromos, Nela a Hermann (Tabulka 1). Vzhledem k tomu, že se odrůda podílí cca ¼ na celkové proměnlivosti v obsahu DON a její volba je zcela v rukou pěstitele, je této problematice dlouhodobě věnována náležitá pozornost. Odrůdy s vysokou rezistencí k fuzarióze klasu však dosud vyšlechtěny nebyly. Odolnost ke klasovým fuzariózám je polygenně založená a má různé komponenty. Při hodnocení odolnosti odrůd pšenice je pozornost zaměřena především na rezistenci k invazi patogena, rezistenci k šíření patogena v klasu a na rezistenci k hromadění mykotoxinů v zrnu. Nejlépe hodnocené komerčně využívané odrůdy lze označit pouze jako středně až mírně odolné k fuzarióze klasu. Podle nejnovějších výsledků (Chrpová et al., 2010) byla mírná rezistence na základě hodnocení akumulace DON v pokusech s umělou infekcí prokázána u odrůd Bakfis, Federer, Baletka, Samanta, Sakura a střední rezistence u odrůd Brilliant, Dromos, Košútka, Sultan, Hedvika, Orlando, Akteur, Secese, Mulan, Ludwig, Megas a Meritto. Podle starších výsledků můžeme za mírně rezistentní považovat i odrůdy Apache, Alana, Simila (Chrpová et al., 2007) a odrůdu Nela (Šíp et al., 2007). Ačkoliv mezi obsahem DON zjištěným v pokusech s přirozenou infekcí a v pokusech s umělou infekcí F. culmorum aplikovanou přímo do klasů byla zjištěna statisticky významná korelace, existují odrůdy, u kterých je reakce na oba způsoby infekce odlišná. Jedná se např. o odrůdu Ebi, která v podmínkách přirozené infekce vykazovala nízký obsah DON, ale v podmínkách s umělou infekcí reagovala jako náchylná k akumulaci mykotoxinů. Podobný, i když ne tak výrazný rozdíl mezi oběma způsoby infekce byl zjištěn u odrůd Batis a Bohemia. U těchto odrůd se zřejmě v podmínkách přirozené infekce podobně jako na provozních plochách uplatňují i nepřímé mechanismy rezistence především délka rostliny, ale zřejmě i ranost či pozdnost kvetení aj. (Mesterházy, 1995). ZÁVĚR Na základě získaných poznatků můžeme konstatovat, že vymezení faktorů majících vliv na výskyt klasových fuzarióz a obsah mykotoxinů v zrnu pšenice může přispět k eliminaci rizik na různých úrovních: • Získané poznatky mohou být podkladem pro tvorbu predikčních programů sloužících zemědělské praxi. Poznatek, že vysoce podlimitní obsah DON byl zjištěn při srážkách nižších než 10 mm v období 10 dnů před kvetením, vede k praktickým závěrům uplatnitelným při rozhodování o použití fungicidní ochrany. • Vymezení rizikových oblastí na území ČR má význam pro věnování větší pozornosti ochranným opatřením (volba odrůd s vyšším stupněm rezistence, aplikace fungicidní ochrany, popř. změny v osevním postupu). • Dostupné údaje o stupni rezistence/náchylnosti odrůd mají význam při rozhodování o volbě odrůd zvláště v oblastech se zvýšenými riziky. LITERATURA Bártová, Š., Šíp, V., Chrpová, J., Štočková, L.: Klasové fuzariózy pšenice na území ČR a predikce rizika napadení porostů. Úroda 12, 2010: 8-10 Dill-Macky, R.: Cultural control practices for Fusarium head blight: Problems and solutions. Cereal Res. Commun. 36 Suppl. B, 2008: 653-657 D´Mello, J.P.F., Placinta, C.M., MacDonald, A.M.C: Fusarium mycotoxins: a review of global implications for animal health, welfare and productivity. Animal Feed Sci. Tech 80., 1999: 183-205

39

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Hajšlová, J., Lancová, K., Sehnalová, M., Krplová, A., Zachariášová, M., Moravcová, H., Nedělník, J., Marková, J., Ehrenbergerová, J.: Occurrence of trichothecene mycotoxins in cereals harvested in the Czech Republic. Czech J. Food Sci. 25, 2007: 339-350 Hershman, D., Draper, M.: Analysis of 2004 uniform wheat fungicide trials across locations and wheat classes. In: Proc. 2nd International Symposium on Fusarium head blight. Orlando, FL., 2004: 318-322

Chrpová, J., Šíp, V., Matějová, E., Sýkorová, S.: Resistance of winter wheat varieties registered in the Czech Republic to mycotoxin accumulation in grain following inoculation with Fusarium culmorum. Czech J. Genet. Plant Breed. 43, 2007: 44-52 Chrpová, J., Šíp, V., Štočková, L., Milec, Z., Bobková, L.: Resistance of winter wheat varieties registered in the Czech Republic to Fusarium head blight in relation to the presence of specific Rht alleles. Czech J. Genet. Plant Breed. 46, 2010: 122 - 134 Koehler, B., Dickson, J.G., Holbert, J. R.: Wheat scab and corn root rot caused by Gibberella saubinetti in relation to crop successions. J. Agric. Res. 27, 1924: 864-883 Lechoczki-Krsjak, S., Tóth, B., Kótai, C., Martonosi, I., Farády, L., Kondrák, L., Szabó-Hevér, Á., Mesterházy, Á.: Chemical control of FHB in wheat with different nozzle types and fungicides. Cereal Res. Commun. 36 Suppl. B, 2008: 677-681

Maiorano, A., Blandino, M., Reyneri, A., Vanara, F.: Efects of maize residues on the Fusarium spp. infection and deoxynivalenol (DON) contamination of wheat grain. Crop Prot. 27, 2008: 182-188 Mesterházy, Á: Types and components of resistance to Fusarium head blight on wheat. Plant Breed. 144, 1995: 377-386 Mesterházy, Á.: Control of Fusarium head blight of wheat by fungicides. In: Leonard, K.T., Bushnell, W.R. (eds), Fusarium head blight of wheat and barley, APS Press, St. Paul, Minessota, 2003: 363-380 Nedělník, J., Moravcová, H., Hajšlová, J., Lancová, K., Váňová, M., Salava, J.: Fusarium spp. in wheat grain in the Czech Republic analysed by PCR method. Plant Protect. Sci. 43, 2007: 135-137 Nicholson, P., Gosman, N., Draeger, R., Thomsett, M., Chandler, E., Steed, A: The Fusarium head blight pathosystem: Status and knowledge of its components. In: Buck, H.T., Nisi, J.E., Salomón, N. (eds.): Wheat Production in Stressed Environments, Springer 2007, 12: 23-36 Prandini, A., Sigolo, S., Filippi, L. Battilani, P., Piva, G.: Review of predictive models for Fusarium head blight and related mycotoxin contamination in wheat. Food Chem. Toxicol. 47, 2009: 927-931 Schaafsma, A.W., Hooker, D.C.: Climatic models to predict occurrence of Fusarium toxins in wheat and maize. Int. J. Food Microbiol. 119, 2007: 116–125 Šíp, V., Chrpová, J., Leišová, L., Sýkorová, S., Kučera, L., Ovesná, J.: Effects of genotype, environment and fungicide treatment on development of Fusarium head blight and accumulation of DON in winter wheat grain. Czech J. Genet. Plant Breed. 43, 2007: 16-31 Šíp, V., Chrpová, J., Veškrna, O., Bobková, L.: The impact of cultivar resistance and fungicide treatment on mycotoxin content in grain and yield losses caused by Fusarium head blight in wheat. Czech J. Genet. Plant Breed., 46, 2010: 21–26 Teich, A.H., Nelson, K.: Survey of Fusarium head blight and possible effects of cultural practices in wheat fields in Lambton Country in 1983. Can. Plant Dis. Surv. 64,1984:11-13 Váňová, M., Klem, K., Matušinský, P., Trnka, M.: Prediction model for deoxynivalenol in wheat grain based on weather conditions. Plant Protect. Sci. 45, 2009: S33-S37

40


THE FACTORS AFFECTING THE OCCURRENCE OF FUSARIUM HEAD BLIGHT IN THE CZECH REPUBLIC Six year (2004-2009) systematic surveys of deoxynivalenol (DON) content in wheat grain samples randomly collected in the Czech Republic indicated substantial threat to farm fields from these aspects. DON was detected in almost half of tested samples. The highest contribution (> 50 %) to the total variation in DON content had year and growing region and it was acknowledged that highly threatened are especially susceptible wheat cultivars grown after preceding crop maize. There were also identified certain regions in the Czech Republic with repeatedly higher manifestation of the disease. High contamination of grain with DON was connected with sufficient rainfall 10 days prior anthesis and during anthesis. A high contribution of variety to the total variation in DON content (24,1 %) was detected. Key words: winter wheat, grain samples, Fusarium head blight, DON content, field observations, risk assessment

Poděkování: Výzkum byl podporován v rámci výzkumného záměru MZE 000270064 a projektu NAZV QG50076. Tabulka 1. Průměrný obsah DON (mg/kg) za období 2004-2009 u odrůd ozimé pšenice s širším zastoupením na osevních plochách (n ≥ 10)

> 1 mg/kg Alibaba (2,41), Mladka (1,98), Hana (1,97), Contra (1,51), Bill (1,42)

0,3-1 mg/kg

< 0,3 mg/kg

Meritto (0,70), Ludwig (0,68), Akteur (0,46), Sulamit (0,41), Versailles (0,38), Rapsodia (0,38), Ilias (0,35), Banquet (0,34), Rheia (0,33), Etela (0,31)

Alana (0,28), Biscay (0,28), Bohemia (0,25), Batis (0,22), Samanta (0,19), Vlasta (0,18), Tower (0,18), Ebi (0,14), Globus (0,11), Cubus (0,07), Dromos (0,05), Nela (0,03), Hermann (0,01)

Graf 1 – Vliv ročníku, předplodiny a zpracování půdy na obsah DON v zrnu (průměrné hodnoty s intervaly spolehlivosti; p < 0,10) Předplodina: OB-obilovina, KU- kukuřice, OL-olejnina, PI-pícnina, OK-okopanina, LUluskovina; zpracování půdy: K-konvenční, M-minimalizované 1,6

2,6 2,4

1,4

2,2 2,0

1,2

1,8 1,6 DON (mg/kg)

DON (mg/kg)

1,0

0,8

1,4 1,2 1,0

0,6

0,8 0,4

0,6 0,4

0,2

0,2 0,0

0,0 2004

2005

2006

2007

2008

OB

2009

41

KU

OL

PI

OK

LU

K

M


REFERÁTY

42


ROZDÍLY V AKLIMATIZAČNÍCH REAKCÍCH ODNOŽOVACÍCH UZLŮ A LISTŮ JEČMENE NA ÚROVNI TRANSKRIPTOMU

Janská A.1,2, Aprile A.3, Zámečník J.1, Cattivelli L.4, Ovesná J.1 1

Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6, Česká republika Karlova Univerzita v Praze, Přírodovědecká fakulta, Viničná 5, 128 44 Praha 2, Česká republika 3 University of Salento, Department of Biological and Environmental Sciences and Technologies, Ecoteckne prov.le Monteroni-Lecce, 73100 Lecce, Italy. 4 Agricultural Research Council of Italy, Genomic Research Centre, via S. Protaso, 302, I 29017 Fiorenzuola d'Arda PC, Italy 2

ABSTRAKT Produktivita užitkových plodin je velmi závislá na prostředí, ve kterém vyrůstají, zejména na dostupnosti vody a přiměřené teplotě. Studium reakce užitkových rostlin na nepříznivé podmínky a jejich schopnost vyrovnávat se s nimi již dávno není jen doménou zemědělského výzkumu, ale problematika abiotických stresů u užitkových plodin je již dlouho předmětem studia nejen rostlinných fyziologů, ale i molekulárních biologů. Je známa exprese mnoha genů a regulace drah zodpovědných za toleranci k abiotickým stresům, včetně nízkých teplot a mrazu, u modelové rostliny Arabidopsis thaliana a z velké části jsou informace aplikovatelné i na ostatní rostliny (Langridge et al. 2006). V našich pokusech jsme se zaměřili na komplexní analýzu průběhu otužování ozimé odolné odrůdy Luxor pomocí DNA čipů Affymetrix a to na úrovni dvou pletiv – listů a odnožovacích uzlů, které jsou pro přezimování zcela zásadní. Po normalizaci hrubých dat byla data analyzována programy GeneSpring a MapMan. Programem MapMan je možné vizualizovat a analyzovat velké množství transkriptomických dat a utřídit je do funkčních skupin a metabolických drah. Značnou výhodou je možnost třídit data nejen podle anotace Arabidopsis thaliana jakožto modelové rostliny, ale k dispozici jsou již i metabolické dráhy pro jiné rostliny, mezi nimiž je i ječmen. Porovnávali jsme transkripční profily v průběhu aklimatizace (0, 1d, 3d, 7d, 21d při 3°C a další 1d při -3°C) u listů a odnožovacích uzlů ozimého ječmene hybridizací na DNA čipy Affymetrix. Data analyzovaná programem GeneSpring jsme roztřídili do třech skupin genů – ty, jejichž exprese se měnila v průběhu aklimatizace v obou orgánech (1371), jejichž exprese byla specifická pro odnožovací uzle (999) a nebo listy (4827). Všechny tři skupiny jsme rozdělili do klastrů podle průběhu exprese v rámci celé aklimatizace a rozdělili do funkčních skupin pomocí MIPS databáze. Vzhledem k testům mrazové odolnosti jsme vybrali porovnání “K vs. 1d”, “K vs. 3d” a “21d vs. 1d při -3 °C” pro vizualizaci genové exprese programem MapMan a zařazení příslušných genů do metabolických drah, zejména drah metabolismu sacharidů a ligninu. Zapojení genů kódujících enzymy biosyntézy osmolytů a sekundárních metabolitů do metabolických drah v průběhu aklimatizace bude diskutováno v přednášce. Poděkování Tato práce byla podpořena Grantovou agenturou Univerzity Karlovy (projekt č. 84309), Národní agenturou pro zemědělský výzkum (projekt č. QH 81287) a Ministerstvem zemědělství České republiky (projekt č. Mze0002700604).

43


VITALITA OSIV A KLÍČENÍ VE STRESOVÝCH PODMÍNKÁCH Pazderů K., Al-Muntaser S., Al-Khewani T., Hassan S.T.S. ČZU v Praze, FAPPZ, katedra rostlinné výroby, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 - Suchdol, [email protected]

ABSTRAKT V experimentu byla posuzována možnost selekce partií osiv pro výsev ve stresových podmínkách na základě rozdílné vitality osiv hodnocené prostřednictvím energie klíčení. Osivo pšenice ozimé (5 odrůd) bylo testováno v podmínkách nedostatku vody (40, 60 a 80% nasycení substrátu) a zasolení (100mM a 150mM NaCl v substrátu).Zjištěné výsledky poukazují na možnost selekce partií osiv, byla zjištěna pozitivní korelace mezi energií klíčení 3 den ve standardních podmínkách, a energií klíčení při stresu suchem (r=0,82; u 40% nasycení substrátu vodou) a zasolením (r=0,94; u koncentrace 100mM).

Klíčová slova: osivo, pšenice, klíčivost, vitalita, stresové podmínky, ÚVOD Za základní parametr kvality osiv je považována klíčivost, která odráží schopnost semen klíčit v optimálních podmínkách prostředí a vytvořit životaschopnou rostlinu, která bude dále pokračovat v růstu. Klíčivost jako vlastnost hodnocená podle mezinárodních pravidel ISTA umožňuje mezinárodní obchod s osivy, málo ale vypovídá o reálné schopnosti semen klíčit v méně optimálních podmínkách prostředí. Přitom pravděpodobnost klíčení semen v optimálních podmínkách na poli je spíše marginální, ve skutečnosti se na poli při klíčení projevují obvykle nějaké stresové podmínky. Pro hodnocení kvality osiv pro klíčení ve stresových podmínkách byla definována vitalita osiv (AOSA, 1983; ISTA, 1995). Vitalita vyjadřuje, do jaké míry bude maximální klíčivost realizována v podmínkách méně optimálních. V praxi se ale využívá zatím jen u některých plodin (sója, kukuřice, hrách, řepka), u kterých je test vitality definován v pravidlech ISTA. A i u těchto plodin se testy vitality využívají méně, než by bylo možné (vhodné) (Hampton, 1995; TeKrony, 2001). Potřeba selekce vhodnosti partií osiv pro výsev do nepříznivých podmínek naopak vzrůstá se stále se častěji vyskytujícími lokálními suchy střídanými s extrémními srážkami. Pro hodnocení vitality osiv lze s výhodou použít energii klíčení (early germination), která odráží jeden z aspektů vitality, rychlost a vyrovnanost klíčení, a vykazuje vysokou korelaci ke klíčivosti skladovatelnosti osiv (Khajeh-Hosseini et al, 2009). Cílem experimentu bylo poukázat na možnost výběru takových partií osiv, které lépe odolávají stresovým podmínkám při klíčení.

MATERIÁL A METODY V experimentu byly využity partie osiv ozimé pšenice (5 odrůd) od firmy Elita semenářská a.s. Testy klíčivosti byly založeny podle metodiky ISTA, ve skládaném FP, 4x100 semen. Klíčivost byla počítána jako fyziologická, ve 24 hodinových intervalech, za vyklíčená byla považována semena s 5 mm dlouhou koleoptile a vyvinutými kořínky. Jako modifikace byla založena klíčivost ve stresových podmínkách, při různém množství vody v substrátu (jemný písek, 210 g) 20, 30 a 40 ml (40, 60 a 80% nasycení substrátu) a v podmínkách zasolení (100mM a 150mM NaCl v substrátu). Z hodnot denních klíčivostí byly vypočítány energie klíčení 3 a 4 den (jako suma kumulativních klíčivostí za 3, resp. 4 dny), celková klíčivost (suma klíčivostí na konci testu) a MGT (střední doba klíčení, podle Nichols a Heydecker, 1968). 44

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Výsledky byly statisticky zpracovány balíkem statistických programů SAS, metoda GLM (ANOVA). Podrobnější vyhodnocení rozdílů mezi průměry bylo provedeno metodou HSD (Tukey). U hodnocení byla použita arcsin √x/100 transformace pro korekci normality rozdělení. Data v tabulkách jsou uváděna po zpětné transformaci. VÝSLEDKY A DISKUSE Kvalita osiva všech sledovaných partií osiv pšenice byla vyhovující, všechny partie splňovaly semenářskou normu minimálně 85%. Zajímavé jsou ovšem rozdíly v kvalitě osiva z pohledu jeho vitality, kterou reprezentuje energie klíčení (early germination). V případě partií 5 a 4 byla zaznamenána nižší EK3 (u partie 5 průkazně), viz tab. 1. Partie EK3 EK4 KL MGT 24,1a 52,4ab 98,1a 4,38ab 1 29,8a 62,9a 95,5a 4,17b 2 22,4ab 58,2ab 93,5a 4,20ab 3 14,4bc 42,6b 92,0a 4,46a 4 10c 46,7ab 89,1a 4,37ab 5 HSD 9,2 18,0 15,9 0,27 Tab. 1. Semenářské parametry jednotlivých partií osiva pšenice (standardní test) − − −

HSD – minimální průkazná diference podle Tukey Průměry označené stejným písmenem jsou navzájem neprůkazně odlišné (P<0.05) Hodnoty v tabulkách jsou zaokrouhleny, průkaznosti odpovídají nezaokrouhleným hodnotám po transformaci

Tab. 2 uvádí semenářské parametry jednotlivých partií v podmínkách abiotického stresu suchem. Klíčení partií bylo výrazně pomalejší, než u standardního testu klíčivosti, i když celkové klíčivosti na konci testu byly srovnatelné se standardním testem. Došlo k prodloužení MGT, u partie 5 je patrný průkazný rozdíl v EK4 v porovnání s ostatními partiemi. Partie EK3 EK4 KL MGT 2a 46,7b 93,5a 4,45b 1 2,5a 42,5b 89,5a 4,78ab 2 5,5a 62,0a 94,5a 4,35b 3 5,0a 44,4b 91,9a 4,79ab 4 0,0a 20,6c 83,2a 5,29a 5 HSD 6,5 12,5 15,1 0,51 Tab. 2. Semenářské parametry jednotlivých partií osiva pšenice (stresový test 40% nasycení substrátu vodou) Na grafu 1 je zobrazen průběh klíčení dobré partie v optimálních a stresových podmínkách. Klíčení v optimálních podmínkách je rychlejší a vykazuje vyšší uniformitu. Průběh klíčení horší partie 5 je uveden v grafu 2. Ačkoliv celková klíčivost na konci testu byla prakticky srovnatelná, je patrný pomalejší průběh klíčení ve stresových podmínkách.

45


100 90

Klíčivost (%)

80 70 60

3FPK

320ml

330ml

340ml

50 40 30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Dny

Graf 1. Průběh klíčení partie 3 – dobrý vzorek, stres suchem FP – standardní test, 20, 30, 40 ml- nasycení substrátu vodou)

100 90

Klíčivost (%)

80 70 60 50 40

5FPK

520ml

530ml

540ml

30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Dny

Graf 2. Průběh klíčení partie 5 – horší vzorek, stres suchem Na grafu 3 jsou patrné rozdíly v průběhu klíčení horší partie 5 v zasoleném substrátu. Stresové podmínky zpomalují průběh klíčení, i když nemusí ovlivnit celkovou klíčivost na konci testu (podrobnější data s průkaznostmi nejsou uvedena). 100 90

Klíčivost (%)

80 70 60

5FPK

50

5100mM

40

5150mM

30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

Dny

6

7

8

9

10

Graf 3. Průběh klíčení partie 5 – horší vzorek, stres zasolením FP – standardní test, 100mM, 150mM – koncentrace NaCl v substrátu

Jak vyplývá ze zjištěných výsledků, pomocí znalosti vitality (způsobem energie klíčení) 46

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 partií jsme schopni rozlišit partie, které mohou mít problémy s klíčením ve stresových podmínkách. Nižší energie klíčení u standardního testu ale nemusí nutně znamenat i nižší klíčivost ve stresových podmínkách, o průběhu klíčení v podmínkách stresu ale vypovídá. Zjištěná korelace mezi energií klíčení 3 den (EK3) v optimálních podmínkách a energií klíčení v podmínkách abiotického stresu suchem byla 0,82 (u 40 % nasycení substrátu vodou), korelace k energii klíčení v podmínkách zasolení byla 0,94 (pro 100mM koncentraci NaCl), resp. 0,81 (pro 150mM NaCl). Hodnocení vitality osiv lze použít pro selekci partií osiv pro výsev ve stresových podmínkách prostředí. Obecně platí, že čím nižší je energie klíčení u partií v optimálních podmínkách, tím větší bude negativní projev partie ve stresových podmínkách. Nižší energie klíčení u standardního testu nemusí ale nutně znamenat nižší celkovou klíčivost ve stresových podmínkách, spíše se projevuje poklesem rychlosti klíčení.

Literatura AOSA. Seed vigor testing. AOSA Handbook 32, AOSA Springfield, 1983, 15 s. Hampton, J.G. Methods of Viability and Vigor Testing: A Critical Appraisal. In: Basra, A. S. Seed Quality: Basic Mechanisms and Agricultural Implications. Haworth Press, 1995, 81-118. Hampton, J.G., TeKrony, D.M. et al.. Handbook of Vigour Test Methods, 3rd Edition, 1995, 117 stran. ISTA. Understanding seed vigour. ISTA, 1995, dostupné z: http://www.seedtest.org/upload/prj/product/Understanding SeedVigourPamphlet.pdf Khajeh-Hosseini M, Lomholt A, Matthews S. Title: Mean germination time in the laboratory estimates the relative vigour and field performance of commercial seed lots of maize (Zea mays L.), Seed Sci Technol., 2009,37, (2), 446-456. Nichols, M. A., Heydecker, W. Two approaches to the study of germination data. Proceeding of the International Seed Testing Association, 1968, 33: 531 –540. TeKrony, D. M. ISTA Seed vigour Survey 2000. ISTA News Bulletin 2001, 122, 14-15. SEED VIGOUR AND GERMINATION AT STRESS CONDITIONS The possibility to select seed losts for sowing in stress conditions on the base of differences between seed vigour evaluated by germination energy (early germination) was evaluated. Wheat seed lots (5 varieties) were tested in conditions with low amount of water (40, 60, 80% saturation of substrate) and in conditions of salinity stress (100mM and 150mM NaCl in substrate). The results show the possibility to select seed lots; positive correlation between germination energy 3rd day in standard conditions for germination, and between germination energy at drouhgt stress (r=0,82; at 40% saturation of substrabe by water) and between germination energy at saline substrate (r=0,94; 100mM concentration.) Keywords: seeds, winter wheat, germination, vigour, stress conditions

PODĚKOVÁNÍ

Tato práce byla podpořena výzkumným záměrem MSM 6046070901.

47


STUDIUM SUCHOVZDORNOSTI KUKUŘICE (Zea mays L.) POMOCÍ VYBRANÝCH FYZIOLOGICKÝCH CHARAKTERISTIK Hnilička F.1, Hniličková H.1, Holá D.2, Kočová M.2, Rothová O.2 1

Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol, e-mail: [email protected] 2 Univerzita Karlova, katedra genetiky a mikrobiologie, Albertov 6, 128 43 Praha 2

ABSTRAKT Ve skleníkových podmínkách byl sledován vliv vodního deficitu na rychlost výměny plynů a fotosyntetickou akumulaci energie do jednotlivých orgánů juvenilních rostlin kukuřice. Jako pokusný materiál byl vybrán širší genotypový soubor kukuřice (5 inbredních rodičovských linií – 2013, 2023, 2086, CE704, CE810 – a jejich reciprocí kříženci F1 generace) organizovaného jako dialelní křížení. Ze získaných výsledků je patrný průkazný pokles hodnot sledovaných fyziologických charakteristik u stresovaných rostlin v porovnání s rostlinami zavlažovanými. Dále byl zjištěn vliv genotypu jako reakce na vodní deficit a byly detekovány genotypy citlivě reagující na nedostatek vody v půdě a naopak také rostliny, které se jeví jako odolnější k vodnímu deficitu. Na základě získaných výsledků je možné konstatovat, že metody stanovující rychlost výměny plynů a spalné kalorimetrie je možné využít jako detekční metody pro stanovení odolnosti rostlin vůči stresorům a je možné je využít také při šlechtění rostlin na odolnost vůči stresorům. Klíčová slova: vodní deficit, fotosyntéza, transpirace, obsah energie, kukuřice, Zea mays

ÚVOD Kukuřice je citlivá k různým abiotickým a biotickým stresorům, včetně sucha. Ekonomické ztráty způsobené suchem v produkci kukuřice jsou velmi značné a proto šlechtění rostlin na odolnost vůči suchu jsou aktuální (Bäzinger a Araus, 2007). Na nedostatek vody kukuřice reaguje snížením výnosu, ale také obsahem energie především v době kvetení a naplňování zrna, ale vodní deficit může působit také v juvenilních fázích vývoje rostlin. Proto je cílem šlechtění rostlin nalézt takové křížence, kteří by vykazovali odolnost vůči vodnímu deficitu. Aktuální strategií zvýšení odolnosti rostlin vůči suchu je studium geonomu, včetně QTL identifikace a klonování, jak např. uvádí Bruce et al. (2002), ale uvedené metodické postupy mají ještě svá úskalí. Alternativní cestou šlechtění rostlin jsou nepřímá selektivní kritéria, jako jsou např. fyziologické charakteristiky. Mezi tato kriteria je možné zařadit především studium výměny plynů (Chaves et al., 2009) a kalorimetrické stanovení obsahu energie v biomase rostlin (Bláha et al, 2003). Na základě literárních dat vycházejí cíle této práce. Cílem této práce bylo stanovit změny v rychlosti výměny plynů a obsahu energie rodičovských genotypů kukuřice a jejich kříženců v závislosti na působení vodního deficitu a zda je možné uvedenou metodu využít jako nepřímou selektivní metodu při šlechtění rostlin. MATERIÁL A METODY Jako pokusný materiál byl vybrán širší genotypový soubor kukuřice (5 inbredních rodičovských linií – 2013, 2023, 2086, CE704, CE810 – a jejich reciprocí kříženci F1 generace) organizovaného jako dialelní křížení. Juvenilní rostliny kukuřice byly pěstovány v nádobách se směsí zahradního substrátu A a písku, v poměru 2:1, v částečně řízených podmínkách skleníku za přirozeného osvětlení. Teplotní režim byl 23 °C ve dne a 18 °C v noci. Rozmístění nádob v řízených podmínkách vycházelo z principu metod Latinského čtverce, při zachování pěti opakování. Kukuřice byla pěstována po 1 rostlině v jedné nádobě o rozměrech 11x11 cm. Schéma pokusu zahrnovalo dvě varianty: kontrolní (zavlažované) a stresované. Rostliny kontrolní byly zavlažovány na úroveň 70 % polní vodní kapacity. U stresované varianty nebyly rostliny zavlažovány po dobu osmnácti dnů. Pokus byl zahájen při vytvoření čtyř pravých listů. Zálivka byla řízena na základě výsledků získaných přístrojem 48

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 AT Theta Kit (Delta – T Device, Velká Británie). Množství zálivkové vody bylo u rostlin kontrolních 250 ml. U juvenilních rostlin kukuřice byla ve dvoudenních intervalech měřena gazometricky rychlost fotosyntézy a transpirace za využití komerčního přenosného infračerveného analyzátoru plynů LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.), při hustotě ozáření 650 µmol.m-2.s-1 a teplotě 25 °C. Ve dvoudenních intervalech byly rostliny odebírány a v sušině jednotlivých orgánů kukuřice bylo kalorimetricky stanoveno množství energie za použití spalného kalorimetru IKA C200 (IKA, SRN). Pro stanovení brutto a netto energie jsme vycházeli z platných norem ČSN ISO 1928. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) -STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze 9.0. VÝSLEDKY A DISKUZE Ze získaných výsledků je patrný průkazný vliv varianty pokusu na rychlost fotosyntézy a transpirace, neboť rychlost fotosyntézy a transpirace byla průkazně nižší u rostlin stresovaných v porovnání s rostlinami kontrolními. U rostlin stresovaných byla průměrná rychlost fotosyntézy 7,47 µmol CO2.m-2.s-1 a transpirace 0,89 mmol H2O.m-2.s-1, kdežto u rostlin kontrolních 9,27 µmol CO2.m-2.s-1 a 1,09 mmol H2O.m-2.s-1, viz grafy 1 a 2. Uvedené výsledky jsou v souladu s prací Czajboka et al. (2007). Z grafu 1 dále vyplývají rozdílné reakce testovaných genotypů na vodní deficit, kdy nejnižší rozdíly mezi variantami byly zjištěny u genotypu CE704 a nejvyšší rozdíly u genotypu 810*13. V případě genotypu CE704 byla průměrná rychlost fotosyntézy stresovaných rostlin 7,02 µmol CO2.m-2.s-1 a kontrolních 7,09 µmol CO2.m-2.s-1. U genotypu 810*13 byla průměrná rychlost fotosyntézy stresovaných rostlin 4,74 µmol CO2.m-2.s-1 a u kontrolních 9,93 µmol CO2.m-2.s-1. Graf 1: Změny rychlosti fotosyntézy (µmol CO2.m-2.s-1) v závislosti na genotypu a variantě Další měřenou charakteristikou výměny plynů byla rychlost transpirace. Z grafu 2 je patrné, že nejnižší průměrnou rychlost transpirace měly stresované rostliny genotypu 810*13 (0,55 mmol H2O.m2 -1 .s ) a nejvyšší kontrolní rostliny genotypu 23*704 (1,28 mmol H2O.m2 -1 .s ). Rozdíly mezi genotypy v rychlosti transpirace v rámci působení vodního deficitu potvrzuje u kukuřice např. Batistella et al. (2002) a Bodi a Pepo (2007).

Graf 2: Změny rychlosti transpirace (mmol H2O.m-2.s-1) v závislosti na genotypu a variantě 49

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Vedle rychlosti výměny plynů byl u juvenilních rostlin kukuřice sledován obsah energie v sušině kořenů a nadzemní biomasy. Ze získaných hodnot spalného tepla kořenů a nadzemní biomasy kukuřice vyplývá statisticky průkazný vliv varianty na tuto sledovanou charakteristiku. Průměrná hodnota spalného tepla kořenů a nadzemní biomasy stresovaných rostlin byla 10,08 kJ.g-1 a 12,90 kJ.g-1. V případě rostlin kontrolních byl obsah energie kořenů ve výši 12,32 kJ.g-1 a nadzemní biomasy 15,63 kJ.g-1, viz grafy 3 a 4. Uvedený trend ve své práci potvrdili např. Lawlor, Tezara (2009). Z grafu 3 dále vyplývá, že u všech sledovaných genotypů byly nalezeny mezi jednotlivými variantami průkazné diference. Nejnižší rozdíly byly zjištěny mezi variantami u genotypů CE704 (0,64 kJ.g-1) a ((23x704)x704) – 0,72 kJ.g-1, přičemž vyšší obsah energie vykazovaly rostliny kontrolní ve srovnání s rostlinami stresovanými. Na straně druhé nejvyšší průkazné diference mezi stresovanými a kontrolními rostlinami v obsahu energie kořenů byly nalezeny mezi genotypy 23x704) a (23x704)x(704x23), kdy rozdíly činily 2,86 kJ.g-1 a 2,95 kJ.g-1 v neprospěch stresovaných rostlin. Graf 3: Změny obsahu netto energie (kJ.g-1) kořenů v závislosti na genotypu a variantě Fotosyntetická akumulace energie byla zjišťována také v nadzemních orgánech kukuřice, jak dokumentuje graf 4. Z něho je patrné, že Obsah energeticky bohatých látek naakumulovaných do nadzemní biomasy byl vedle varianty pokusu ovlivněn také genotypem sledovaného sortimentu rostlin kukuřice. Ze statistické analýzy vyplývá, že průkazně nejnižší obsah energie nadzemní biomasy vykazují rostliny genotypu 23x(704x23) - 13,60 kJ.g-1 a naopak nejvyšší z genotypu (23x704)x(23x704) - 15,00 kJ.g-1. Ze sledovaných genotypů nejméně snížil obsah energeticky bohatých látek mezi pokusnými variantami genotyp 23x(23x704). Rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou byl 1,91 kJ.g-1. Naopak nejvyšší průkazné diference mezi stresovanými a kontrolními rostlinami v obsahu energie nadzemní biomasy byly nalezeny mezi genotypy (23x704)x(23x704) – 3,34 kJ.g-1 a (704x23)x(704x23) - 3,12 kJ.g-1. Získané výsledky jsou v souladu s pracemi např. Bláha et al. (2003), Bäzingera a Arause (2007). Graf 4: Změny obsahu netto energie (kJ.g-1) nadzemní biomasy v závislosti na genotypu a variantě 50


ZÁVĚR Ze získaných výsledků vyplývá průkazný negativní vliv nedostatku vody na rychlost výměny plynů (fotosyntéza, transpirace) a obsah energie v jednotlivých rostlinných orgánech. Dále byl zjištěn vliv genotypu na sledované fyziologické charakteristiky a také rozdílné reakce na vodní deficit. Na základě získaných hodnot byly detekovány genotypy citlivě reagující na nedostatek vody v půdě a naopak také rostliny, které se jeví jako odolnější k vodnímu deficitu. Je tedy možné konstatovat, že metody stanovující rychlost výměny plynů a spalné kalorimetrie je možné využít jako screnningové metody pro stanovení odolnosti rostlin vůči stresorům a je možné je využít také jako podklad pro šlechtitele. Literatura Batistella F., Vitti Moro F., De Carvalho N.M.: Relationships between physical, morphological and physiological characteristics of seeds developed at different positions of the ear of two maize (Zea mays L.) hybrids. Seed Sci. & Technol. 30, 2002: 97- 106 Bäzinger, M., Araus, J.: Recent advances in breeding maize for drought and salinity stress tolerance. In: Jenks M.A., Hasegawa P.M., Jain S.M. (eds): Advances in Molecular Breeding Toward Drought and Salt Tolerant Crops, Springer, 2007 Bláha, L., Hnilička, F., Hořejš P., Novák, V.: Influence of abiotic stresses on the yield, seed and root traits at winter wheat (Triticum aestivum L.). Scientia Agriculture Bohemica. 34, 2003: 1-7 Bodi, Z., Pepo, P.: Trends of pollen production and tassel area index in yellow lines, hybrids and blue corn landraces. Cereal Research Communication. 35, 2007: 277-280 Bruce, W.B., Edmeades, G.O., Barker, T.C.: Molecular and physiological approaches to maize improvement for drought tolerance. Journal of Experimental Botany. 53, 2003: 13-25 Csajbok, J., Kutaly, E., Borbéry Hunyady, E., Lesznyák, M.: Comparing the photosynthetic aktivity of maize, winter wheat, potato and some significant weed. Cereal Research Communications. 35, 2007: 325-328 ČSN ISO 1928 – Tuhá paliva – Stanovení spalného tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádobě a výpočet výhřevnosti. Český normalizační institut, Praha, 1999 Chaves, M.M., Flexas, J., Pinheiro, C.: Photosynthesis under drought and salt stress: regulation mechanisms from whole plant to cell. Ann. Bot. 103, 2009: 551-560. Lawlor, D.W., Tezara, W.: Causes of decreased photosynthetic rate and metabolic capacity in water-deficient leaf cells: a critical evaluation of mechanisms and integration of processes. Ann. Bot. 103, 2009: 561-579.

STUDYING THE RESISTANCE OF MAIZE TO DROUGHT BY MEANS OF SELECTED PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS The aim of the experiments was to monitor the immediate impact of water deficit on the gas exchange and energy content in selected genotypes of maize. A broader genotype set of maize types was selected as the experimental material (5 in-bred parental lines and their cross-breeds). The maize plants were cultivated under controlled conditions in a climate box - the control group and the stressed group. The obtained results show that the stressed plants provably reduced the rate of photosynthesis, transpiration rate and energy content in their roots and above-ground biomass in comparison with the control plants. The influence of genotypes on the gas exchange and the content of substances rich in energy, accumulated in the individual plant organs, was proved. Therefore, it can be stated that the method of measurement of gas exchange and combustion calorimetry can be used as one of the indirect selective methods usable in plant breeding. Key words: water deficit, rate of photosynthesis, transpiration rate, energy content, maize, Zea mays Poděkování Uvedený výzkum je podporován výzkumnými záměry MSM 6046070901, 0021620858 a grantovým projektem GA ČR 521/07/0476.

51


Dentaria bulbifera L. V IMISNE OVPLYVNENÝCH BUKOVÝCH EKOSYSTÉMOCH Kuklová M., Kukla J., Sýkora A. Ústav ekológie lesa SAV, Ľ. Štúra 2, 960 53 Zvolen, Slovenská republika, E-mail:[email protected]

ABSTRAKT Výskum sa uskutočnil v segmentoch bukových geobiocenóz vzdialených od emisného zdroja, závodu na výrobu hliníka SLOVALCO a.s. v Žiari nad Hronom 1,5 km, 7,0 km (lokalita Močiar) a 18 km (EES Kremnické vrchy). Aktuálna reakcia kambizemí skúmaných ekosystémov je kyslá až slabo kyslá a so vrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií sa v prípade pokrývkového humusu podstatne nemení (pHH2O 5,1–5,4), kým v prípade minerálnych vrstiev sa zvyšuje (z pHH2O 4,6–4,7 na 5,8–6,3). V rovnakom smere vzrastá aj obsah Ct v A horizontoch kambizemí (z 2,6 na 4,8 %) a obsah Nt v 0–30 cm vrstve pôd (z 0,07–0,14 na 0,10–0,33 %). Maximum Ct sa zistilo v pokrývkovom humuse na EES Kremnické vrchy (25–53 %), v prípade Nt na ploche v Žiari nad Hronom (1,3–1,8 %) – pravdepodobne v dôsledku imisií NOX. Priemerné hodnoty C/N v subhorizontoch pokrývkového humusu sa pohybovali v rozmedzí 20–36 a so vrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií sa zvyšovali. Hodnoty C/N zistené v nadzemnej časti druhu Dentaria bulbifera L. sa so vrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií zvyšovali, čo zrejme súvisí so zvyšujúcim sa obsahom Nt v minerálnych vrstvách kambizemí. Kľúčové slová: bukové ekosystémy, kambisoly, Dentaria bulbifera L., kyslé emisie, obsah Ct, Nt

ÚVOD Jedným zo súčasných ekologických problémov v oblasti lesného hospodárstva je prílišné ochudobňovanie pôdy o živiny, čo môže byť jednou z príčin vzniku porúch vo výžive lesných porastov a zhoršovania ich zdravotného stavu. Na objasnenie týchto procesov spojených s narušením kolobehu živín v lesných ekosystémoch sa preto zameriava viacero prác (Maňkovská 2004; Bučinová, Mihál 2008; Jamnická et al. 2007; Kuklová, Kukla 2008). K nadmerným stratám živín dochádza najmä v pôdach lesných ekosystémov dlhodobo ovplyvňovaných imisiami kyslého typu, ako je tomu aj v okolí ZSNP a.s. v Žiari nad Hronom, kde došlo v minulosti k najvýraznejšiemu znečisteniu životného prostredia. Po odstavení zastaranej výroby oxidu hlinitého v Söderbergových peciach a v zavedení novej technológie výroby hliníka v uzavretých elektrolyzéroch s vopred vypálenými anódami a s kompletným čistením plynov dcérskou spoločnosťou SLOVALCO a.s. došlo k poklesu emisií fluóru, ale zároveň výrazne vzrástli emisie CO. V roku 2007 uniklo do ovzdušia 98,319 t TZL, 1 326,385 t SO2, 559,140 t NOX, 12 942,443 t CO, 9,598 t F, 36,626 t dechtu a 32,79 t CF4+C2F6 (Slovalco, 2007). Výskum sme zamerali na sledovanie vplyvu imisií na vybrané zložky troch nudálnych bukových geobiocenóz nachádzajúcich sa v rôznej vzdialenosti od hliníkárne v Žiari nad Hronom. V príspevku prezentujeme údaje o obsahu vybraných makroelementov (Ct, Nt) v pôdnych horizontoch a nadzemnej časti dominantného bylinného druhu Dentaria bulbifera L. MATERIÁL A METÓDY

V Žiari nad Hronom sa geobiocenologická výskumná plocha nachádza vo vzdialenosti 1,5 km od emisného zdroja. Situovaná je na SSZ svahu so sklonom 5–10°, v nadmorskej výške 450 m. V bylinnom podraste 85 ročného bukového porastu sa nachádza 9 bylinných druhov s celkovou pokryvnosťtou 5–10 %. Z edaficko-ekologického hľadiska (Zlatník, 1976) ide o zamokrený rad a hemioligotrofný medzirad geobiocénov A/B nachádzajúci sa v makroklimatickom priestore 3 lesného vegetačného stupňa (lvs). V zmysle Zlatníka (1959) ide o segment geobiocenózy zo skupiny lesných typov (slt) Fagetum pauper superiora.

52


Druhá geobiocenologická plocha sa nachádza na lokalite Močiar, ktorá je situovaná vo vzdialenosti 7 km od emisného zdroja na Z svahu so sklonom 15°, v nadmorskej výške 600 m. V bylinnom podraste 95 ročného bukového porastu sa nachádza 6 bylinných druhov s celkovou pokryvnosťou 10 %. V zmysle Zlatníka (1959, 1976) ide o 4. lvs, vedúci edaficko-hydrický rad geobiocénov mezotrofného charakteru a slt Fagetum pauper superiora. V najväčšej, 18 km vzdialenosti od zdroja emisií sa nachádza kontrolná geobiocenologická plocha Ekologického experimentálneho stacionára (EES) v Kremnických vrchoch. Situovaná je na ZJZ svahu so sklonom 15–20°, v nadmorskej výške 500 m. V bylinnom podraste 110 ročného bukového porastu sa nachádza 10 druhov s celkovou pokryvnosťou 10–15 %. Geobiocenóza je súčasťou 3. lvs. V zmysle Zlatníka (1959, 1976) ide o 3. lvs, vedúci rad geobiocénov mezotrofného charakteru a slt Fagetum pauper inferiora. Podrobnejšia charakteristika výskumných plôch je uvedená v tabuľke 1. Tab. 1. Základné charakteristiky. Výskumná plocha Zdroj emisií [km]

Žiar nad Hronom Močiar EES Kremnické vrchy 1,5 7,0 18,0 48º32'01" 48º33'11" 48º38'08" Geografické súradnice 18º51'53" 18º56'85" 19º04'18" Nadmorská výška [m] 450 600 500 Expozícia SSZ Z ZJZ Sklon [ ˚ ] 5-10 15 15-20 Hornina ryolitový tuf, tufit ryolitové tufové aglomeráty andezitové tufové aglomeráty Pôda kambizem pseudoglejová kambizem modálna kambizem andozemná Lesný vegetačný stupeň 4. bukový 3. dubovo-bukový Trofický rad/medzirad A/B hemioligotrofný B mezotrofný Vek porastu 85 95 110 Zakmenenie 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9 Zápoj 90-100 90-100 90-100

Výskumné plochy sú situované v mierne teplej klimatickej oblasti, s priemernou teplotou v júli 17–18 °C. Priemerná ročná teplota vzduchu sa pohybuje v rozpätí od 6–7 °C a priemerný úhrn zrážok dosahuje 700–800 mm (Miklós et al., 2002). V segmentoch skúmaných geobiocenóz sa vyhotovili fytocenologické zápisy na ploche 400 m2 (podľa Zlatníka 1976). Makromorfologické charakteristiky pokrývkového humusu boli opísané a humusové formy klasifikované v zmysle Šályho (1998), minerálne vrstvy pôd sa opísali v zmysle Šályho, Ciesarika (1991) a klasifikácia pôd sa urobila v zmysle Kolektívu (2000). Z plochy každého fytocenologického zápisu sa pomocou šablóny 33,33 x 33,33 cm odobrali vzorky pokrývkového humusu v troch opakovaniach. Reprezentatívne vzorky pôd odobraté z pôdnej vrstvy 0–5, 10–20 a 20–30 cm boli vysušené na vzduchu a preosiate cez sito s veľkosťou otvorov 2 x 2 mm. Hodnoty aktívnej reakcie sa stanovili potenciometricky – pomocou digitálneho pH-metra Inolab pH 720 (pomer jemnozeme k destilovanej vode 1:2,5). Vzorky bylín boli sušené pri 80 oC počas 48 hodín, zhomogenizované achátovým mlynom firmy Fritsch (<0.001 mm) a zmineralizované v konc. HNO3 v mikrovlnnej piecke Uni Clever Plasmatronik. Celkový obsah N a C v pôdnych vzorkách a v sušine dominantného druhu Dentaria bulbifera L. sa stanovil pomocou NCS analyzátora typ FLASH 1112. VÝSLEDKY A DISKUSIA Dôležitou vlastnosťou pôdy je reakcia, ktorá vytvára ekologické podmienky pre rast rastlín a ovplyvňuje pohyblivosť živín a rizikových prvkov v pôdnom profile. V blízkosti emisných zdrojov sú jej hodnoty viac alebo menej ovplyvňované vlastnosťami polutantov, 53

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 ktoré prenikajú do lesných porastov. V Žiari nad Hronom ide najmä o emisie SO2, NOx a alkalického prachu vyvievaného z kalového poľa. Aktuálna reakcia kambizemí nachádzajúcich sa v segmentoch skúmaných bukových geobiocenóz je kyslá až slabo kyslá (tab. 2) a so vrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií sa v prípade pokrývkového humusu podstatne nemení (z pHH2O 5,1–5,4), zatiaľ čo v prípade minerálnych vrstiev sa zvyšuje (z hodnôt pHH2O 4,6–4,7 na 5,8–6,3). Skok v hodnotách pHH2O medzi subhorizontami Oof a Ooh na ploche v Žiari nad Hronom zrejme odráža čiastočné zlepšenie emisno-imisnej situácie v okolí hlinikárne. Najvyššie hodnoty reakcie sa zistili v minerálnych vrstvách kambizeme andozemnej na EES Kremnické vrchy, kde už v hĺbke 20–30 cm vzrastajú nad hodnotu 6, t.j. do rozpätia reakcie charakteristickej (v zmysle Kuklu 1993) pre heminitrofilný medzirad geobiocénov. Hodnoty reakcie zistené v kambizemi modálnej na ploche Močiar sú len o trochu nižšie. Tab. 2. Hodnoty pôdnej reakcie. Lokalita Pôda Horizont Ool Oof Ooh Aoq Bv Bv

[cm] 2–3 1–2 0–1 0–5 10–20 20–30

Parameter

MP Žiar n. Hronom kambizem pseudoglejová 5,43 ± 0,11 5,28 ± 0,13 4,63 ± 0,08 4,65 4,58 4,70

pHH2O

MP Močiar kambizem modálna x ±sx 5,13 ± 0,11 5,11 ± 0,23 5,53 5,22 5,34

EES Kremnické vrchy kambizem andozemná 5,10 ± 0,18 5,26 ± 0,16 5,81 5,93 6,34

Obsah organických látok v horizontoch lesných pôdach závisí najmä od kvality lesného opadu a procesov prebiehajúcich pri jeho rozklade. K tvorbe organických látok prispieva vo veľkej miere aj rozklad odumretých koreňov rastlín. Humus zlepšuje fyzikálne vlastnosti a štruktúru pôd, do ktorých potom ľahšie prenikajú rastlinné korene. V pôdach skúmaných geobiocenóz sa najvyšší obsah celkového uhlíka zistil v subhorizontoch pokrývkového humusu (obr. 1.). Priemerné hodnoty Ct v subhorizontoch Ool a Oof sa pohybovali v rozmedzí od 46,4 ± 0,7 do 52,7 ± 3,3 %. Podstatne nižší obsah Ct (25,4±7,4 %) bol v Ooh horizonte kambizeme pseudoglejovej v Žiari nad Hronom. 60 Žiar nad Hronom Močiar EES Kremnické vrchy

Ct [% sušiny]

50 40 30 20 10 0 [cm]

Ool 2-3

Oof 1-2

Ooh 0-1

Aoq 0-5

B 10-20

B 20-30

Dentaria Dentaria bulbifera bulbifera

Obr. 1. Obsah Ct v pôdach a v druhu Dentaria bulbifera. V minerálnych vrstvách kambizemí sa nachádza 0,95–4,79 % Ct, ide teda o slabo až stredne humózne pôdy (sensu Šály, Ciesarik, 1991). Najvyšší obsah Ct (4,79 %) sa zistil v A horizonte kambizeme andozemnej na EES Kremnické vrchy, najnižší (2,65 %) bol v zrnitostne ťažšom A horizonte kambizeme pseudoglejovej v Žiari nad Hronom. 54


Nt [% sušiny]

Uhlík sa v nezamokrených pôdach akumuluje najmä vo forme humusu, s kvalitou ktorého bezprostredne súvisí aj obsah ďalšej dôležitej živiny – dusíka (Schulze et al. 2000, Kulhavý et al. 2010). Rastliny prijímajú N vo forme amoniaku alebo kyseliny dusičnej, len bôbovité rastliny prostredníctvom hrčkotvorných baktérií. Jeho nedostatok v pôde sa prejavuje zakrpateným vzrastom, svetlozelenou farbou listov a ich predčasným opadávaním. Na druhej strane nadbytok dusíka predlžuje obdobie rastu výhonkov až do príchodu mrazov, ktoré poškodzujú nevyzreté výhonky. V reprezentatívnych pôdnych typoch Slovenska sa priemerné hodnoty celkového dusíka pohybujú v rozpätí 0,11–0,23 %. Najvyššie obsahy celkového dusíka sa nachádzajú v lužných pôdach, najnižšie v hnedozemiach, luvizemiach a regozemiach (Šoltýsová, 2007). V pôdach skúmaných bukových geobiocenóz sa najvyšší obsah celkového dusíka zistil v subhorizontoch pokrývkového humusu (1,32 ± 0,11 až 1,76 ± 0,05 %). So vzrastajúcou hĺbkou odberu vzorky a vzdialenosťou od zdroja emisií sa obsah Nt spravidla znižoval (obr. 2). V minerálnych vrstvách kambizemí sa priemerný obsah Nt so vzrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií naopak zvyšuje a skúmané geobiocenózy vytvárajú nasledovný vzostupný rad: EES Kremnické vrchy (0,19 ± 0,13 %) > Močiar (0,16 ± 0,10 %) > Žiar nad Hronom (0,09 ± 0,04 %) . 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 [cm]

Žiar nad Hronom Močiar EES Kremnické vrchy

Ool 2-3

Oof 1-2

Ooh 0-1

Aoq 0-5

B 10-20

B 20-30

Dentaria Dentaria bulbifera bulbifera

Obr. 2. Obsah Nt v pôdach a v druhu Dentaria bulbifera. Kvalita organickej hmoty sa najčastejšie hodnotí na základe pomeru C/N (Sotáková, 1982). Čím je tento pomer väčší, tým je aj dekompozícia organickej hmoty pomalšia. V dusíkom dobre zásobených lesných pôdach s vysokou biologickou aktivitou dosahuje pomer C/N 8–12, zatiaľ čo v opade niektorých ihličnatých drevín vzrastá podľa Šályho (1998) až nad hodnotu 65 (v prípade smrekovca opadavého až nad hodnotu 110). V pokrývkovom humuse skúmaných geobiocenóz sa priemerné hodnoty C/N pohybujú v rozpätí 20–36 a so vzrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií (NOx) sa zvyšujú. Na druhej strane v minerálne prirodzene bohatších pôdnych horizontoch (na lokalitách Močiar a EES Kremnické vrchy) sú podstatne nižšie (C/N 11–16) a so vzrastajúcou vzdialenosťou od zdroja emisií sa znižujú (tab. 3). Porovnateľné s našimi sú hodnoty C/N 19–24, ktoré Kulhavý et al. (2010) zistili vo vzorkách pokrývkového humusu odobratých z rôzne obhospodarovaných lesných porastov Drahanskej vrchoviny. V Ah horizontoch pôd dosahovali hodnoty C/N 18–27 a boli teda v porovnaní s našimi hodnotami podstatne vyššie. Požiadavky rastlín na živiny sú rozličné a úzko súvisia s biologickou zvláštnosťou druhov. Živiny prijímajú rastliny najmä koreňmi z pôdy, kyslík a uhlík hlavne zo vzduchu vo forme oxidu uhličitého (CO2). Sušina rastlín obsahuje priemerne 45 % C, 42 % O, 6,5 % H, 1,5 % N a 5 % popola. 55


Priemerné obsahy celkového uhlíka v druhu Dentaria bulbifera L. sa pohybovali v rozmedzí od 44,8 ± 1,7 do 46,5 ± 5,5 % (obr. 1) a v porovnaní s priemerným obsahom C v rastlinách dosahovali 99,55–103,33 %. Priemerné obsahy celkového dusíka kolísali od 2,73 ± 0,42 do 3,37 ± 0,15 % (obr. 2) a miera ich variácie v porovnaní s priemerným obsahom dusíka v rastlinách činila 82–124 %.

Tab. 3. Hodnoty koeficientu C/N v pôdach a v druhu Dentaria bulbifera. Lokalita Pôda Horizont [cm] Ool 2–3 Oof 1–2 Ooh 0–1 Aoq 0–5 Bv 10–20 Bv 20–30 Dentaria bulbifera

Parameter

C/N

MP Žiar n. Hronom kambizem pseudoglejová 27,35 ± 0,77 28,03 ± 0,26 20,42 ± 1,72 19 15 14 47,60 ± 1,96

MP Močiar kambizem modálna x ±sx 35,20 ± 1,27 32,56 ± 2,10 14 17 13 48,13 ± 1,03

EES Kremnické vrchy kambizem andozemná 35,81 ± 3,18 34,47 ± 2,69 15 10 9 49,90 ± 5,60

Pomer C/N v druhu Dentaria bulbifera kolísal v rozpätí od 47,6±1,96 do 49,90±5,60 a so zväčšujúcou sa vzdialenosťou od zdroja emisií vzrastal (tab. 3), čo zrejme súvisí so zvyšujúcim sa obsahom Nt v minerálnych vrstvách kambizemí. Uvedené hodnoty sú v porovnaní s priemernou hodnotou pomeru C/N 30 v rastlinách vyššie o 59–66 %. Výrazne vyššie sú aj v porovnaní s priemernou hodnotou C/N 25, ktorú na základe analýz vzoriek 111 bylinných druhov rastúcich v Národnej prírodnej rezervácii Daqinggou, v SV Číne, zistili Chen et al. (2010). ZÁVER Emisiami najviac ovplyvnené sú vrchné vrstvy kambizeme pseudoglejovej nachádzajúcej sa v tesnej blízkosti hlinikárne. V dôsledku prísunu imisií NOx došlo v pokrývkovom humuse k poklesu hodnôt C/N, ktoré sú nižšie ako na vzdialenejších, imisiami menej ovplyvnených výskumných plochách. Vzrast hodnôt C/N v 0–30 cm minerálnej vrstve už ale súvisí s prirodzene vyšším obsahom dusíka v troficky priaznivejších kambizemiach na lokalitách Močiar a EES Kremnické vrchy. Čiastočne zlepšenú emisno-imisnú situáciu na ploche v Žiari nad Hronom indikuje skok v hodnotách pHH2O medzi subhorizontami Oof a Ooh. Kvalitu pôdy výrazne ovplyvňuje organická hmota. Jej množstvo v pôdach výskumných plôch sa líšilo najmä v dôsledku rôznej kombinácie ekologických podmienok. Najvyššie obsahy Ct a Nt sa zistili v horizontoch pokrývkového humusu a so vzrastajúcou hĺbkou odberu pôdnej vzorky sa ich množstvo znižovalo. Absolútne maximum Nt sa zistilo v nadzemnej fytomase modelového druhu Dentaria bulbifera. Literatúra Bučinová, K., Mihál, I.: The Ecological Nutritional Groups of the Macromycetes present in Kremnické vrchy Mts. and in Štiavnické vrchy Mts. and Comparison of their Abundance within the selected Permanent Research Plots. Acta Facultatis Ecologiae, FEE TU Zvolen, 18, 2008: 5-11. Chen, F.-S., Niklas, K. J., Zeng, D.-H: Important foliar traits depend on species-grouping: analysis of a remnant temperate forest at the Keerqin SandyLands, China. Plant Soil, 2010, DOI 10.1007/s11104010-0606-9. Jamnická G, Bučinová K, Havranová I, Urban A.: Current state of mineral nutrition and risk elements in a beech ecosystem situated near the aluminium smelter in Žiar nad Hronom, Central Slovakia. For Ecol Manag 248, 2007: 26-35.

56

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Kolektív: Morfogenetický klasifikačný systém pôd Slovenska. Bazálna referenčná taxonómia. VÚPOP, Bratislava, 2000, 76 p. Kukla, J.: The direct determination of the geobiocen edaphic-trophic orders and interorders. Ekológia (Bratislava), 12, 4, 1993: 373–385. Kuklová, M., Kukla, J.: Accumulation of macronutrients in soils and some herb species of spruce ecosysrems. Cereal Research Communications, 36, Suppl. 5, 2008: 1319-1322. Kulhavý, J., Menšík, L., Fabiánek, T., Drápelová, I., Remeš, M.: How the different tree species composition can alter throughfall, chemical properties of subsurface runoff and soil chemistry. 19th World Congress of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World 1–6 August 2010, Brisbane, Australia, 2010: 28-31. Maňkovská, B.: Biomonitoring of pollution load lowering with change of the aluminium production technology. Ekológia (Bratislava), 23, 2, 2004: 169-183. Miklós L. et al.: Atlas krajiny Slovenskej republiky. MŽP SR a SAŽP, 2002, Bratislava. Schulze E. D., Högberg P., van Oene H., Persson T., Harrison A.F., Read D., Kjølleru A., Matteucci G.: Interactions between the carbon and nitrogen cycles and the role of biodiversity: a synopsis of a study along a north-south transect through Europe. In: Schulze E.D. (ed): Carbon and nitrogen cycling in European forest ecosystems. Ecological Studies, 142, 2000: 468–491. Slovalco: Environmentálna správa 2007. SLOVALCO a.s., 2008, 58 p. Sotáková, S.: Organická hmota a úrodnosť pôdy. Bratislava. Príroda, 1982, 234 s. Šály, R., Ciesarik, M.: Pedológia. Návody na cvičenia. TU Zvolen, 1991, 123 p. Šály, R.: Pedológia. Učebné texty. TU Zvolen, 1998, 177 p. Šoltýsová, B.: Dusík v prírode a v pôde. Slovenské centrum poľnohospodárskeho výskumu. Ústav agroekológie Michalovce. http://www.scpv-ua.sk/index.php/2007-pr-19/53-dusik-v-prirode-a-v-pode. Zlatník, A.: Lesnická fytocenologie. ŠZN, Praha, 1976, 495 p. Zlatník, A.: Přehled Slovenských lesů podle skupin lesních typů. Spisy Vědecké laboratoře biocenologie a typologie lesa LF VŠZ v Brně, 3, 1959,195 s.

CONTENT OF CT AND NT IN SOIL AND ABOVE GROUND PART OF Dentaria bulbifera L. SPECIES IN BEECH ECOSYSTEMS INFLUENCED BY AIR POLLUTION The research was realised in segments of beech geobiocoenoses localised in distances of 1.5 km (Žiar nad Hronom), 7 km (Močiar) and 18 km (EES Kremnické vrchy Mts) from source of emissions, aluminium producing plant SLOVALCO Inc. in Žiar nad Hronom. Active reaction of Cambisols is acid to slightly acid and with increasing of distance from source of emissions was not substantially changed only in case of surface humus (pHH2O 5.1–5.4), while in case of mineral layers was increased from 4.6–4.7 to 5.8–6.3. In the same direction increased also the content of Ct in A-horizons of Cambisols (from 2.6 to 4.8 %) and the contents of Nt in a depth of 0–30 cm (from 0.07–0.14 to 0.10–0.33 %). The maximum Ct was found in surface humus on EES Kremnické vrchy Mts (25–53 %), in case of Nt on Žiar nad Hronom plot (1.3–1.8 %) – probably due to influence of NOX imissions. Average C/N values in subhorizons of surface humus fluctuated in range of 20–36 and they have been increased with increased distance from source of emissions. The C/N values in above ground parts of Dentaria bulbifera L. species increased with increasing of distance from source of emissions what was evidently connected with increased contents of Nt in mineral layers of Cambisols.

Keywords: Beech ecosystems, Cambisols, Dentaria bulbifera L., acid emissions, content of Ct, Nt Poďakovanie Táto práca bola podporovaná Vedeckou grantovou agentúrou Ministerstva školstva SR a Slovenskej akadémie vied (projekt č.2/0034/10).

57


VÝZNAM EKOLOGIZAČNÍCH OPATŘENÍ PRO TRAVNÍ POROSTY A MONITORING FLORISTICKÝCH ZMĚN Holubec V. Genová banka, Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., 161 06 Praha 6 Ruzyně 507; e-mail: [email protected]

ABSTRAKT V rámci ČR bylo monitorováno 48 půdních bloků, kde došlo ke změnám obhospodařování vlivem přijetí jednoho nebo více agroevironmenálního opatření v letech 2005-2010. Byl zapsán výskyt všech druhů v půdním bloku a na vytýčené trvalé ploše 9 m2 a byly zapisovány fytocenologické snímky při užití Braun-Blanquetovy stupnice abundance/dominance. Positivní trendy lze sledovat již od druhého roku po změně hospodaření k vyššímu počtu lučních druhů a k návratu dvouděložných druhů. V průměru nejvyšší a stálou úroveň diversity na základě výpočtu Shannonova (H) a Simpsonova indexu (D) si udržuje lokalita 47 Polom a 42 Drákov. Stálý nárůst diversity lze zaznamenat u lokalit 34 a 35 Fojtovice, 84 Suchomasty a 87 Velký rybník. Nejvýznamnější pád Shannonova indexu byl na lokalitě 33 Sněžník a 97 Dlouhé pole způsobený jinými faktory. Na sledovaných blocích je monitorován výskyt vzácných plevelů a druhů v Červeném seznamu české květeny.

Klíčová slova: monitorování, louky, pastviny, fytocenologické snímky, agro-environmentální opatření, ekologizace, konzervace.

ÚVOD Velkovýrobní zemědělství minulé éry bylo škůdcem pro plané druhy rostlin a živočichů. Absolutní preference orné půdy vedla k hospodaření i na nevhodných pozemcích v horských oblastech. Plošné meliorace, vysoké dávky hnojiv a pesticidů likvidovaly citlivé druhy plané flóry v okolní krajině. Po politických změnách v roce 1989 došlo ke změnám v půdní držbě a ke změnám zemědělských priorit. Zemědělství dostává nové nevýrobní funkce tvorby a ochrany venkovské krajiny, tak jak je tomu už více než 25 let v západní Evropě (Lehmann, 2009). Mělo by být zodpovědné nejen za setrvalé využívání zemědělské krajiny, ale i za zachování její ekologické funkce zejména v návaznosti na vodohospodářství a ochranu přírody a v neposlední řadě za konzervaci typického rázu české krajiny. Trvalé travní porosty ochraňují půdu před erozí, redukují vyplavování nitrátů, zmírňují povodňové škody a jsou tak klíčovým faktorem pro stabilizaci biodiversity (Stypiński et al. 2009). MZe ČR podporuje projekty na podporu setrvalého rozvoje a využívání venkovské krajiny a na konzervaci biodiversity. Mezi podobné projekty patří využívání historické agrobiodivesrity v zemědělské krajině a ekologizační opatření, jejichž prostřednictvím jsou aspekty životního prostředí a ochrany přírody integrovány do zemědělské politiky. Zpětnou vazbou musí být monitorovací systémy na posouzení účinnosti těchto projektů. Monitorovací systémy posuzují změny bioty v ekosystémech při selekčním tlaku využívání krajiny a po změnách ve způsobech obhospodařování. Je důležité zjistit, jaké změny a za jak dlouho nastávají při změně hospodaření na travních porostech. Dále je třeba monitorovat výskyt ohrožených druhů, jejich ohrožení a potřebu jejich in situ konzervace.

MATERIÁL A METODY Agroenvironmentální opatření MZe ČR byla navržena jako dotační tituly na podporu zlepšení biodiversity existujících travních porostů v rámci České republiky. Zahrnovala hospodaření v ekologickém zemědělství (A), regulované ošetřování travních porostů (B1), zatravňování orné půdy (C1), tvorba travnatých pásů na svažitých půdách (C2), šetrné hospodaření na zamokřených a rašelinných lukách (C4), ptačí lokality na travních porostech - hnízdní lokality chřástala (Crex crex, C5A) a biopásy (C6). Každý z dotačních titulů se vyznačoval specifickými požadavky na pratotechnická ošetření, zejména termíny seče. Úroveň hnojení byla omezena na 60 kg N na ha včetně zatížení pasením a režim bez hnojení na pozemcích 58

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 C4. Podmínkou byly 2 seče ve stanovených termínech bez mulčování. V rámci České republiky bylo vybráno 48 půdních bloků v různých půdně-klimatických podmínkách, kde došlo ke změnám obhospodařování vlivem přijetí jednoho nebo více výše uvedených opatření. Monitorování probíhalo v letech 2005-2010 v době plné vegetace v květnu až červnu a na podzim. V prvním roce byl proveden zápis všech přítomných druhů cévnatých rostlin a tento seznam byl průběžně aktualizován. Na každém půdním bloku byly vyznačeny trvalé plochy o velikosti 3 x 3 m, kde byly zapisovány fytocenologické snímky při užití Braun-Blanquetovy kombinované stupnice abundance/dominance (Prach 1994). Analýza druhového složení na snímku a kvantifikace početnosti/pokryvnosti byly využity ke sledování vegetačních změn v čase. Botanická diversita byla posuzována na základě výpočtu Shannonova (H) a Simpsonova indexu (D) a jejich standardizované verze Evenness (Eh a Ed) (Zvárová at al. 2002).

VÝSLEDKY A DISKUSE Výsledky představují celkem 288 fytocenologických snímků ze 48 lokalit. Jsou presentovány sumárně podle jednotlivých opatření a ve skupinách s analogickým vývojem porostu. Zápis výskytu druhů cévnatých rostlin sledovaných půdních blocích v průběhu 6 let se pohyboval v rozmezí 8 (lokalita Chyňava) až 89 (lokalita Drákov, Jeseníky). Spodní extrém představuje lokalita Podkozí, kde se jednalo o zatravněné pole (C1) směsí jílku a vojtěšky s počátkem monitorování 3 roky od zásevu. Na vytýčené ploše 3 x 3 m bylo zapsáno v roce 2005 pouze 5 druhů a další roky 3, 4 a 5 druhů. Kromě druhů ze zásevu se na ploše střídalo 6 druhů jednoletých plevelů. Tato lokalita si udržela po 5 let extrémně nízký počet druhů, i když v okolí byl dostatečný potenciál na náletu diaspor. Shannonův index biodiversity byl nejnižší, za jednotlivé roky 0,68 – 0,74. Opačný extrém je lokalita 47 Polom (Orlické hory). Jedná se o trvalý travní porost užívaný jako jedno sečná louka s bohatým květnatým druhovým složením s vysokým podílem dvouděložných druhů, opatření A a C5A. Na půdním bloku bylo zapsáno 47 druhů a na vytýčené ploše od roku 2005 bylo zapsáno17, 21, 20, 23, 27, 29 druhů cévnatých rostlin (graf 1). Z grafu je patrné snižování podílu dominantních trav (Festuca pratensis, F. rubra, Poa angustifolia, Phleum pratense a Dactylis glomerata) a zvyšování diversity ve prospěch dvouděložných druhů (Rhinanthus alectrolophus, Symphytum officinale, Trifolium pratense, Galium molugo, Vicia sepim). Nápadné je zvýšení podílu Trifolium repens v roce 2007. Vysoké hodnoty Shannonova indexu (H = 2,257, rok 2009) a Simpsonova indexu (D= 7,140, rok 2009) odrážejí velkou botanickou diversitu lokality – velký počet druhů s vyrovnanou vysokou pokryvností. V roce 2010 oba indexy mírně poklesly vlivem menšího množství druhů s vyšší hodnotou pokryvnosti (navýšení Trisetum flavescens). Velmi positivní vývoj lze sledovat na lokalitách 96 Šišovka a 40 Rejvíz, který lze přičíst zavedeným ekologizačním opatřením (A, C5A). V obou případech na počátku monitorování v roce 2005 byl luční porost řídký s výskytem vytrvalých plevelných druhů Urtica dioica, Rumex obtusifolius, Aegopodium podagraria, Heracleum sphondylium. Na trvalých plochách se počet druhů zvýšil na Šišovce z 15 na 22 a na Rejvízu z 18 na 27 (graf 2). Plošně se omezuje výskyt plevelů ve prospěch jednoděložných druhů, zejména Alopecurus pratensis a Trisetum flavescens. Shannonův index na Šišovce dosáhnul 1,97 (2010) a na Rejvízu 2,31 (2009). Zde byly v roce 2008 nalezeny kvetoucí vstavače (Dactylorhiza majalis), což představuje mimořádné zlepšení podmínek. Nález svědčí o kvalitní pratotechnice a nepoužívání strojených hnojiv a pesticidů. Vstavač se šíří z přilehlé reservace Rejvíz. Na lokalitách 49 Orlické Záhoří a 87 Velký Rybník jsou patrné positivní trendy ve zvyšování diversity, ale jejich příčina není v zavedených opatřeních. V obou případech se jedná o vlhké louky a vývoj vegetace kopíruje spíše výšku hladiny spodní vody v součinnosti s meteorogickými faktory. Na lokalitě 49 Orlické Záhoří (opatření A, C5A, graf 3) kulminovaly vlhkomilné druhy (Deschampsia caestitosa, Junczus effusus, Ranunculus acris, 59

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Viola biflora) v letech 2005-2007 a znovu posílily v roce 2010. Na lokalitě 87 Velký Rybník byl trend zvyšování počtu druhů kulminován v sušším roce 2009. V srážkově bohatém roce stagnující voda na lokalitě způsobila ústup běžných lučních dvouděložných a nástup litorálních druhů (Glyceria plicata, Myosotis palustris, Juncus effusus, Lysimachia nummularia) a vlhkomilných (Alopecurus pratensis, Carex hirta). Za roky 2009 a 2010 hodnota Shannonova indexu poklesla z 2,19 na 2,17 a hodnota Simsonova indexu vzrostla z 5,36 na 7,81 (výskyt krajních hodnot pokryvnosti v roce 2009 a vyrovnanější zastoupení přítomných druhů v roce 2010). Jiný vývoj vegetace v průběhu monitorování prodělala lokalita 33 Sněžník (opatření A, B1, C4, graf 4). Trvalá vytyčená plocha v průběhu let 2005-2006 byla stabilní, s minimálními změnami týkající se sezónnosti a aspektu vegetace. Porost Carex brizoides se z okrajové části rozšiřoval k vytyčené ploše a v červnu 2007 se objevil na části plochy. V době snímkování na podzim byla monitorovací plocha již z větší části pokryta. V roce 2010 polykormon Carex brizoides postoupil 8 m za vytýčenou plochu. Tím byla ještě více snížena početnost a pokryvnost ostatními druhy, zejména trávami (Alopecurus pratensis) a řada dvouděložných druhů byla zcela vytlačena. Expanzívní charakter růstu ostřice není následek agroenvironmentálních opatření, je to výsledek přirozené sukcese bylinných druhů. V druhově bohatých trávnících Jongepierová (2008) považuje způsob obhospodařování za klíčový moment jejich ochrany. Po začátku kosení se počet druhů začal zvyšovat a po 6 letech byl dvojnásobný. V našem monitoringu bylo možno obdobné trendy sledovat, ale vliv ostatních faktorů jako meteorologické podmínky ročníku, chyby v pratotechnice, přítomnost expanzních druhů, dostupnost náletových diaspor a jiné mnohdy maskovaly positivní trendy v sukcesi. Změny botanické diversity na vytýčených plochách kvantifikované pomocí Shannonova indexu (graf 5 a 6) nejsou statisticky průkazné na hladině významnosti 0,05 (Anova), nicméně lze sledovat trendy vývoje jednotlivých lokalit. V průměru nejvyšší a stálou úroveň diversity si udržuje lokalita 47 Polom a 42 Drákov. Stálý nárůst diversity lze zaznamenat u lokalit 34 a 35 Fojtovice, 84 Suchomasty a 87 Velký rybník. Nejvýznamnější pád Shannonova indexu byl na lokalitě 33 Sněžník a 97 Dlouhé pole. Mimo vytýčené plochy je monitorován výskyt vzácných plevelů a druhů v Červeném seznamu české květeny (Adonis aestivalis, Erophila verna, Meum athamanticum a Dactylorhiza majalis).

ZÁVĚR Změny v druhovém složení travních porostů po aplikaci agroenvironmentálních opatření byly prokázány v průběhu 6-letého monitoringu. Na vytýčených trvalých plochách počty druhů a botanická diversita hodnocená Shannonovým a Simpsonovým indexem se neprojevily jako statisticky průkazné vzhledem ke značné různorodosti pozemků a působení mnoha dalších faktorů. Pro kvalifikované závěry o účinnosti opatření je třeba hodnotit dynamický vývoj druhového spektra na jednotlivých monitorovacích plochách v souvislosti s vlivem ročníku a s kvalitou uplatňovaných pratotechnických opatření. I přes ne vždy jednoznačné závěry o vlivu opatření, jsou trendy ve vývoji vegetace positivní, k vyššímu počtu lučních druhů a k návratu dvouděložných druhů. Positivní trendy lze sledovat již od druhého roku po změně hospodaření. Literatura Jongepierová I. Louky Bílých Karpat. ZO ČSOP Bílé Karpaty, Veselí nad Moravou, 2008, 461 s.

60


Lehmann B. Grasslands beyond conventional food markets – economic value of multifunctional grassland: An analytical framework as contribution from agricultural economics. In Cagaš B et al. Alternative functions of grasslands. EGF 14, 2009: 25-36. Prach K. Monitorování změn vegetace, metody a principy. Český ústav ochrany přírody, Praha, 1994, 69 s. Stypiński P. Hejduk S, Svobodová M., Hakl J. a Rataj D. Development, current state and changes in grassland in the past year. In Cagaš B et al. Alternative functions of grasslands. EGF 14, 2009: 1-10. Zvárová J., Mazura I. Biomedicinská statistika II. Stochastická genetika. Nakladatelství Karolinum, Praha, 2002. Festuca pratensis

40

Festuca rubra Poa angustifolia Phleum pratense

35

Trisetum flavescens Dactylis glomerata 30

Veronica chamaedrys Cerastium vulgare Alopecurus pratensis

25

Taraxacum officinale Elytrigia repens Galium mollugo

20

Campanula patula Rhinanthus alectorolophus 15

Myosotis arvensis Ranunculus acris Symphytum officinale

10

Lychnis flos cuculi Cirsium arvense Cirsium palustre

5

Trifolium pratense Vicia cracca 0

Carex leporina 2005

2006

2007

2008

2009

203

Trifolium repens Trifolium hybridum

Graf 1. Vývoj abundance/dominance (%) a druhového složení na lokalitě č. 47 Polom (Orlické hory) během let 2005-2010. Alopecurus pratensis

70

Trisetum flavescens Phleum pratense Poa palustris

60

Dactylis glomerata Taraxacum officinale 50

Chareophylum temulum Festuca pratensis Hypericum maculatum

40

Crepis biennis Alchemilla vulgaris 30

Trifolium pratense Ranunculus acris Rumex acetosela

20

Veronica chamaedrys Lathyrus pratensis 10

Stellaria media Tanacetum vulgare Aegopodium podagraria

0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

Glechoma hederacea Heracleum sphondylium

Graf 2. Vývoj abundance/dominance (%) a druhového složení na lokalitách č. 40 Rejvíz (Jeseníky) během let 2005-2010. 61


Deschampsia caespitosa

70

Juncus effusus Agrostis stolonifera Ranunculus acris

60

Viola biflora Angelica sylvestris

50

Rhinanthus minor Holcus lanatus Luzula pallescens

40

Hypericum maculatum Potentilla erecta 30

Cirsium palustre Phleum pratense Polygonum bistorta

20

Stellaria uliginosa Lychnis flos-cuculi 10

Myosotis palustris Vicia cracca Veronica chamaedrys

0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

Campanula patula Sanguisorba officinalis

Graf 3. Vývoj abundance/dominance (%) a druhového složení na lokalitách č. 49 Orlické Záhoří během let 2005-2010. 100 Deschampsia caespitosa

90

Festuca rubra Alopecurus pratensis

80

Poa pratensis 70

Carex nigra Rumex acetosella

60

Ranunculus repens Lathyrus pratensis

50

Vicia cracca Galium sp.

40

Cirsium palustre 30

Carex brizoides Cardamine pratensis

20

Dactylis glomerata Veronica chamaedrys

10

Urtica dioica

0 20088

2006

2007

2008

2009

203

Graf 4. Vývoj abundance/dominance (%) a druhového složení na lokalitách č.33 Sněžník (Krušné hory) během let 2005-2010. 3,5 Rejvíz 40

3

Drákov 42

2,5

Stará Voda 43

2

Bedřichovka 45 Polom 46

1,5

Polom 47

1

Orlické Z. 48

0,5

Orlické Z. 49

0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

Graf 5. Botanická diversita stanovená na základě Shannonova indexu na trvalých plochách o velikosti 9 m2 na lokalitách v Orlických horách a Jeseníkách. 62


2,5 Třemošnice 1 2

Vítonín 16 V.Rybník 87

1,5

V.Rybík 88 Budením 91

1

Budenín 92 Budenín 95

0,5

Šišovka 96 Dlouhé Pole 97

0 2005

2006

2007

2008

2009

2010

Graf 6. Botanická diversita stanovená na základě Shannonova indexu na trvalých plochách o velikosti 9 m2 na lokalitách na Benešovsku, Voticku a Českomoravské vysočině.

THE IMPORTANCE OF ECOLOGICAL TREATMENTS FOR GRASSLANDS AND MONITORING OF FLORISTIC CHANGES The effect of the agro-environmental arrangements adopted by farmers was monitored on 48 plots during the years 2005-2010. Plant checklists were elaborated for each locality. Phytosociological relevés were noted on permanent plots 9 m2 using a standard Braun-Blanquet abundance/dominance scale. Positive trends towards a higher number of typical meadow species and especially dicotyledonous species return were possible to observe as early as after 2 years. The highest and increasing biological diversity evaluated using the Shannon and Simpson indices was found on localities 34 and 35 Fojtovice, 84 Suchomasty and 87 Velký rybník. The highest decrease of Shannon index was found on localities 33 Snežník and 97 Dlouhé pole, both caused by other factors. Rare weeds and Czech Red List species were found and monitored.

Key words: monitoring, meadows, pastures, phytosociological relevés, agro-environmental treatments, ecologization, conservation. Poděkování Tato práce vznikla při řešení projektů MZe ČR HRDP, 1G46066 a MŠMT 0002700604.

63


STIMULACE KLÍČIVOSTI MÁKU SETÉHO POMOCÍ PLAZMATU Hrušková I.1, Šerá B.1, Petřík V.2, Šerý M.2, Špatenka P.3 Ústav systémové biologie a ekologie, AV ČR, Na Sádkách 7, 37005 České Budějovice Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Pedagogická fakulta, Jeronýmova 10, 37115 České Budějovice 3 Technická univerzita v Liberci, fakulta strojní. Studentská 2, 46117 Liberec 1 2

ABSTRAKT Semena máku setého byla modifikována aparaturou generující chladné plazma. Testovány byly tři treatmenty s různými časy (180s, 300s, 600s) a jedna kontrola. Měřena byla klíčivost a počáteční růst semenáčků. Data ze šestého dne pokusu vykazovala vyšší hodnoty u modifikovaných semen s časem expozice 180s než u ostatních treatmentů.

Klíčová slova: klíčivost, plazma, stimulace, modifikace ÚVOD Mák setý (Papaver somniferum L.) patří do čeledi makovitých (Papaveraceae). Je to jednoletá bylina s lodyhou 0,3 až 1,8 m vysokou, na řezu vyplněnou dření. Pletivo máku setého obsahuje mléčnice, které po poranění roní bílou lepkavou štávu. Má zubaté až vykrajované listy, které objímají stonek. Květy vyrůstají jednotlivě, jsou oboupohlavné a mají nejčastěji bílou barvu s fialovou skvrnou. Plody jsou mnohosemenné tobolky - makovice. Pěstování máku má v ČR dlouholetou tradici. V současnosti patří mezi důležité zemědělské komodiky, protože ČR patří mezi světovou jedničku v jeho pěstování a vývozu. Nové exportní možnosti se v posledních letech naskytly díky tomu, že bylo jeho pěstování v mnoha zemích zakázáno, aby memohl být zneužíván jako nežádoucí surovina pro výrobu nelegálních omamných prostředků (Bechyně 1993). Pěstuje se jako jednoletá plodina ze semene. Bohužel semana nevykazují 100% klíčivost, jsou často napadána různými houbovými chorobami a mívají nízkou polní vzcházivost (Baranyk et al. 2010). Mák setý se pěstuje především na semeno. Na domácím trhu má semeno máku uplatnění především v domácnostech, pekárnách a cukrárnách. Část produkce se zpracovává na olej pro potravinářské i technické účely. Svůj velký význam má mák setý i ve farmaceutickém průmyslu. Prázdné makovice společně s krátkými stonky obsahují cenné alkaloidy a jsou surovinou pro výrobu léků (Bechyně 1993). Náš tým má zkušenosti s fyzikálním ovlivňováním semen a plodů plazmatem (Straňák 2007; Šerá 2008, 2009a, 2010). Z předchozích pokusů provedených na pšenici jarní a ovsu setém byl potvrzen pozitivní vliv plazmatu jak na klíčivost, tak na rychlost počátečního růstu semenáčků (Hrušková 2009; Šerá 2009b, 2010; Filátová et al. 2010). V této práci bylo naším cílem otestovat semena máku setého, protože je významnou plodinou českého zemědělství a protože jsou známy problémy s jeho polní vzcházivostí. Ozdravění osiva a zvýšení polní vzcházivosti modifikováním semen by měly významný dopad v zemědělské praxi. MATERIÁL A METODY Semena byla modifikována v aparatuře Plasonic AR-550-M. Jedná se o nízkotlakou, nízkoteplotní, mikrovlnou aparaturu generující plazma pomocí stojaté vlny rezonátoru. Testovány byly tři treatmenty (A, B, C) a jedna kontrola (K). Jednotlivé treatmenty se od sebe lišily pouze délkou časové expozice (A: 180s, B: 300s, C: 600s ). Ostatní parametry byly konstantní: výkon 500W, průtok kyslíku 50ml/min a průtok argonu 50ml/min.

64

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Pokus byl proveden v laboratorních podmínkách. Pro stanovení klíčivosti a časného růstu byly použity plastové Petriho misky o průměru 9 cm. Do každé misky byly vloženy tři filtrační papíry KA0/80, naneseno 5ml destilované vody a vloženo 30 testovaných semen. Pro každý treatment bylo provedeno pět opakování. Byly hodnoceny počty klíčících semen a délkové přírůstky semenáčků. Vše bylo hodnoceno v jednodenních intervalech až do vzniku děložních lístků. Takto získaná parametrická data byla nejdříve logaritmována a pak statisticky vyhodnocena pomocí nested ANOVA. Nezávyslými proměnnými byl den odečtu (čas) a typ treatmentu, přičemž treatment byl vnořen do času. Závyslými proměnnými byly: počet klíčících semen na misku, průměrná délka lodyžky, suma délek lodyžek na jednu misku. Podrobné otestování průkazných pokusných variant navzájem bylo následně provedeno Tukey HSD testem mnohonásobného porovnání. Všechny statistické testy byly počítány na hladině významnosti α=0,05. VÝSLEDKY A DISKUZE Byly použity stejné parametry jako při testování stimulace klíčivosti u pšenice jarní a ovsu setého (Šerá et al. 2010), kde byl zaznamenán pozitivní výsledek. Semena máku setého začala klíčit čtvrtý den od založení pokusu (Graf 1). Tento den byly zazanamenány vyšší hodnoty v počtu klíčících semen u modifikovaných semen na rozdíl od kontrolních vzorků. Pátý den od založení pokusu došlo k vyrovnání hodnot mezi kontrolou a modifikovaným vzorkem C (kde čas plazmování byl 600s). Na konci pokusu (šestý den) nejlépe klíčila semena ze vzorku A, tedy semena modifikovaná po dobu 180s. 27 26 25

Number

24

K A

23

B C

22 21 20 19 4

5

6

Days

Graf 1. Průměrné počty vyklíčených semen čtvrtým, pátým a šestým dnem pokusu. A, B, C modifikovaná semena, K kontrola. Průběh klíčení (Graf 1) potvrzuje teorii o fyzikálně-chemickém narušení povrchu semene pomocí plazmatu, které má za následek rychlejší příjem vody v počáteční fázi klíčení (Šerá 2008, 2010). To pravděpodobně umožňuje rychlejší bobtnání a vyklíčení oplazmovaných semen. Během dalšího vývoje pak dojde k vyrovnání klíčivosti modifikovaných i nemodifikovaných semen. Při hodnocení průměrné délky rostoucího semenáčku (Graf 2) opět nejlépe vychází vzorek A (kde čas plazmování byl 180s).

65


10 9

Mean length (mm)

8 7 K

6

A

5

B

4

C

3 2 1 0 4

5

6

Days

Graf 2. Průměrná délka semenáčků čtvrtým, pátým a šestým dnem pokusu. A, B, C modifikovaná semena, K kontrola. Graf 3 zobrazuje poslední den pokusu a zachycuje hodnocení všech naměřených dat – počet klíčících semen [ks], průměrná délka semen [mm], suma délek vyklíčených semen na misce [cm], průměrná délka přírůstku jednoho semene [mm] a suma délek přírůstků na misku [cm]. Je patrné, že treatment A (modifikace s časem 180s) je ve všech případech lepší než kontrolní nemodifikovaný vzorek. Všechny výše popsané rozdíly nebyly zaznamenány na statisticky významné hladině (Tukey HSD test). 6th day 35 30 25 K 20

A B

15

C 10 5 0 Number

Mean length (mm)

Sum of lengths (cm)

Mean of length accretion (mm)

Sum of length accretion (cm)

Graf 3. Přehled všech sledovaných hodnot na konci pokusu, tedy šestým dnem hodnocení. A, B, C modifikovaná semena, K kontrola. ZÁVĚR Výsledky ukazují, že vliv plazmatu na klíčivost máku setého existuje. Bohužel nebyl potvrzen na statisticky významné hladině, jak tomu bylo u pšenice jarní nebo u ovsu setého (Hrušková 2009; Šerá 2009, 2010). Tento fakt může být způsoben tím, že testovaná semena patří do různých taxonomických skupin. Obě obiloviny, pšenice a oves jsou jednoděložné rostliny (čeleď lipnicovité, Poaceae) a jejich zásobní orgány v sememi obsahují především sacharidy. Oproti tomu mák je dvouděložná rostlina (čeleď makovité, Papaveraceae), která patří mezi 66


olejniny. Její semena obsahují cca 40-50% lipidů. Tato semena mají jinou stavbu a obsahují jiné zásobní látky. Plazma tak pravděpodobně interaguje se semeny máku jiným způsobem, než je tomu u obilovin. Ovšem i nízké zvýšení klíčivosti nebo zrychlení počátečního růstu (Graf 1) může mít z ekonomického hlediska velmi zajímavé. Navíc plasma může pravděpodobně dezinfikovat povrch semen (Filátová et al. 2009), tedy odstranit původce nežádoucích (např. houbových) chorob. Další výzkum bude směrován do pokusů s nízkými časy modifikace semen máku setého a pokusů zaměřených na dezinfekci osemení. Literatura Cihlář, P., Vašák, J., Kosek, Z.(2003): Technologie máku setého pro dvoutunové výnosy semen. Řepka, mák, hořčice, sborník z konference 19.2.2003, ČZU Praha, 134-141. Baranyk, P. et al.(2010): Olejniny. Profi Press Praha. Bechyně, M.(2003): Základy pěstování máku. Institut výchovy a vzdělávání MZe ČR Praha. Straňák, V., Tichý, M., Kříha, V., Scholtz, V., Šerá, B. & Špatenka, P. (2007): Technological applications of sulfatron produced discharge. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 9 (4), 852-857. Šerá, B., Straňák, V., Šerý, M., Tichý, M. & Špatenka, P. (2008): Germination of Chenopodium album in response to microwive plasma treatment. Plasma Science and Technology, 10(4): 506-511. Šerá, B., Šerý, M., Straňák, V., Špatenka, P. & Tichý, M. (2009a): Does cold plasma change the seed dormancy? Study on seeds of Lambs Quarters (Chenopodium album agg.). Plasma Science and Technology, 11(6): 750-754. Šerá, B., Špatenka, P., Šerý, M. & Hrušková, I. (2009b): Influence of plasma treatment on seed germination. - p. 46, In: ICPM-II Second International Conference on Plasma Medicine, March 16-20, 2009, A. J. Drexel Plasma Institute, San Antonio, Texas. Šerá, B., Špatenka, P., Šerý, M., Vrchotová, N. & Hrušková, I. (2010): Influence of plasma treatment on corn germination and early growth. IEEE Transactions on Plasma Science, 38(10): 2963-2968. Filátová, I., Azharonok, V., Kadyrov, M., Beljavsky, V., Šerá, B., Hrušková, I., Špatenka, P. & Šerý, M. (2010): RF and microvawe plasma application for pre-sowing caryopsis treatment. In: Popovič L.Č. & Kuraica M.M., 25th Summer School and International Symposium on the Physics of Ionized Gases, 30. 8.-3.9. 2010, Serbia, Publ. Astron. Obs. Belgrade, 89: 289-292. Hrušková, I.(2009): Modifikace povrchových vlastností plasmatem u semen. Dipl. pr. JU Č. Budějovice. Filátová, I., Azharonok, V., Gorodetskaya, E., Mel’nikova, L., Shedikova, O., Shik, A. Plasmaradiowave stimulation of plant seeds germination and inactivation of pathogenic microorganisms. - p. 586, 19th International Symposium on Plasma Chemistry, 26-31 July 2009, Bochum, Germany, ISPC Proceedings, 2009.

POPPY SEEDS GERMINATION AFTER A PLASMA STIMULATION Poppy seeds were modified by a device generating cold plasma. The seeds were tested with three different treatment times (180s, 300s, 600s) and one control. Seed germination and early growth of seedling were measured. Data from the sixth day of the experiment showed higher values for modified seeds (exposure of 180s) than other tested treatments.

Key words: invazive species, regeneration, management, shoot

Poděkování Tato práce byla podpořena výzkumným záměrem ÚSBE AV ČR, v.v.i. č. AV0Z60870520.

67


IDENTIFIKÁCIA STRESU RASTLÍN NAPADNUTÝCHŠKODCAMI POMOCOU FLUORESCENCIE CHLOROFYLU Gogoláková A., Štrba P. Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Fakulta prírodných vied, Katedra botaniky a genetiky, Tr. A. Hlinku 1, 949 01 Nitra, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT Metódou fluorescenčnej spektrofotometrie sme skúmali vplyv škodcov (Cameraria ohridella a Diaspis sp.) na fluorescenciu chlorofylu vybraných druhov okrasných rastlín (Aesculus hippocastanum a Citrus sinensis). Hmyz spôsobil zníženie minimálnej fluorescencie (Fo), maximálnej fluorescencie (Fmax) a maximálneho kvantového výťažku fluorescencie (Fv/Fm) pri všetkých skúmaných rastlinných objektoch. Analýza fluorescencie chlorofylu môže byť prakticky využitá ako doplnková metóda na identifikáciu biotického stresu rastlín. Kľúčové slová: fluorescencia chlorofylu, Fv/Fm, hmyz, okrasné rastliny, stres, škodcovia

ÚVOD Fyziologické reakcie rastlín sa odlišujú v závislosti od druhu rastliny aj patogéna, preto skúmanie následkov biotického stresu býva problematické. Ku relatívne nedávnemu pokroku pri pochopení skorých interakcií medzi patogénmi a rastlinami prispelo aj používanie analýzy fluorescencie chlorofylu. Sledované môžu byť napríklad zmeny nefotochemického zhášania (Lohaus et al. 2000) alebo zmeny fluorescenčnej indukčnej kinetiky (Peterson et Aylor 1995). Detekcia napadnutia poľnohospodárskych plodín spôsobená vplyvom patogéna sa prevažne vyhodnocuje pomocou vizuálnych prejavov. To je však časovo náročné najmä v prípade, keď je potrebné kontrolovať napr. niekoľko tisíc sadeníc. Metódy využívajúce fluorescenciu chlorofylu majú potenciál tento proces zjednodušiť a urýchliť (Lüdeker et al. 1996). Využívanie fluorescencie chlorofylu v poľnohospodárstve sa javí ako efektívny nástroj pri detekcii rastlín alebo plodov napadnutých patogénmi ešte pred viditeľnými prejavmi poškodenia. Sú vyvíjané rôzne metódy ako fluorescenciu chlorofylu využiť pri automatizovanom detekovaní, ktoré by bolo schopné identifikovať a odstraňovať napadnuté sadenice (Lüdeker et al. 1996) alebo ovocie (Nedbal et al. 2000) ešte pred prejavom viditeľných škôd. Herbivory môžu ovplyvniť fyziologické procesy rastlín priamo poškodením fotosyntetizujúceho listového pletiva a nepriamo vyvolaním tvorby obranných látok alebo prerušením transportu vody a živín (Nykänen et Koricheva 2004), ale tieto následky sú rôzne variabilné. Cieľom práce bolo zistiť účinok hmyzu na fluorescenciu chlorofylu vybraných druhov okrasných rastlín. MATERIÁL A METÓDY Objektom štúdie boli vybrané druhy okrasných rastlín pagaštan konský (Aesculus hippocastanum, Hippocastanaceae) napadnutý karanténnym škodcom ploskáčikom pagaštanovým (Cameraria ohridella) a citrónovník pomarančový (Citrus sinensis, Rutaceae) napadnutý štítničkou (Diaspis sp.). Vzorky pagaštana sme získali z alejovej výsadby na ulici Nábrežie mládeže v Nitre počas vegetačnej sezóny a vzorky citrónovníka sme získali z rastlín pestovaných v skleníku Katedry botaniky FPV UKF v Nitre. Merania fluorescencie chlorofylu boli uskutočnené pomocou kinetickej fluorescenčnej kamery GFPCam (Photon Systems Instruments, Brno, Česká republika). Fluorescenciu chlorofylu sme merali minimálne 10-krát na zdravých (kontrola) aj na napadnutých listoch. V prípade pomaranča sme podrobili analýze aj nedozreté plody. Po svetelnej adaptácii rastlinného materiálu približne 5 minút sme prístrojom zaznamenávali nasledujúce parametre 68

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 fluorescencie chlorofylu: F0 – minimálna fluorescencia, Fm – maximálna fluorescencia, (Fv/Fm,, Qmax) – maximálny kvantový výťažok fluorescencie. Fluorescencia chlorofylu bola indukovaná sekundovým impulzom excitačného žiarenia (λ=650 nm, 120 µmol.m-2.s-1) na list rastliny. Okamžité zmeny chlorofylovej fluorescencie počas indukovanej kinetiky fluorescencie chlorofylu (Kautského efekt) boli zaznamenávané s časovým rozlíšením 0,04 sekundy a uchovávané prostredníctvom softvéru FluorCam verzia 6 s rozlíšením 0,1 mm2/1 pixel. Úroveň maximálnej fluorescencie bola meraná pridaním hypersaturačného pulzu (>5000 µmol.m-2.s-1) pochádzajúceho z LED diód. Frekvencia a dĺžka pulzu je stimulovaná kontrolnou jednotkou P.A.M., ktorá automaticky zabezpečuje zmeny frekvencie modulácie počas dĺžky pulzu na 100 kHz (Trtílek et al. 1997). Výsledky meraní sme vyhodnotili štatisticky pomocou programu Excel. Vo výslednej tabuľke uvádzame priemerné hodnoty jednotlivých fluorescencií a smerodajné odchýlky. VÝSLEDKY A DISKUSIA Škodcovia spôsobili zníženie minimálnej fluorescencie (Fo) pri všetkých skúmaných rastlinných objektoch (tab.1). Listy citrónovníka stresované štítničkami vykazovali priemerne o 19 % nižšie hodnoty Fo, listy pagaštanu v prípade ploskáčika vykazovali hodnoty Fo dokonca až o 49,1 % nižšie ako nenapadnuté listy. Po ataku plodov citrónovníka štítničkami došlo k 3-násobnému zníženiu Fo v porovnaní so zdravými plodmi. Podobne sme determinovali zníženie maximálnej fluorescencie (Fmax) napadnutých listov škodcami priemerne o 21,4 % (citrónovník) a tiež aj zníženie variabilnej fluorescencie pagaštanu o 42,9 % v porovnaní s kontrolou. Fmax plodu citrónovníka ovplyvneného štítničkami sa znížila priemerne 3,5-násobne v porovnaní s nenapadnutými plodmi. Parameter citrónovník plod list

Minimálna fluorescencia (Fo) Maximálna fluorescencia (Fm) škodca kontrola škodca kontrola 96,6 ± 36 324,9 ± 31,3 346,3 ± 143,7 1238,3 ± 102,6 211,5 ± 29,8 251,8 ± 11,6 818,9 ± 93,7 994 ± 40,7 Minimálna fluorescencia (Fo) Variabilná fluorescencia (Fp) pagaštan 45,4 ± 3,22 67,7 ± 5,42 126,2 ± 16,7 180,3 ± 23,08 Tab. 1 Vplyv škodcov na minimálnu a maximálnu fluorescenciu rastlín

Maximálny kvantový výťažok fluorescencie (Fv/Fm)

Biotický stres sa prejavil aj na znížení maximálneho kvantového výťažku fluorescencie (Fv/Fm) všetkých analyzovaných rastlinných objektov (graf 1). 0,76 0,74 0,72 0,7 0,68 0,66 0,64 0,62 0,6 0,58 0,56 Aesculus škodca

Aesculus Citrus plod Citrus plod Citrus list kontrola škodca kontrola škodca

Graf 1 Vplyv škodcov na maximálny kvantový výťažok fluorescencie rastlín 69

Citrus list kontrola

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Najvýraznejšie sa prejavil na listoch pagaštanu ovplyvneného ploskáčikom, kde došlo k zníženiu Fv/Fm o 4,8 %. Štítničky spôsobili inhibíciu Fv/Fm plodov o 2,8 % a listov o 1,9 % v porovnaní s nestresovanými variantami. Poškodenie hmyzom často iniciuje zložitý komplex vzájomných procesov, ktoré ovplyvňujú výmenu plynov v poškodených pletivách. Indukcia množstva obranných látok (Kessler et Baldwin 2002) môže presmerovať uhlík a dusík z primárneho metabolizmu, pričom sekundárne zlúčeniny menia fotochemický stav listu. Napr. zmeny v obsahu pigmentu po mechanickom poškodení (Herde et al. 1999) a tvorba reaktívnych „kyslíkových foriem“ (Bown et al. 2002) môže redukovať efektivitu fotosystému II a rýchlosť asimilácie uhlíka v poškodených listoch. Sledovaním zmien fluorescencie chlorofylu rastlín po ataku škodcov sa zaoberalo viacero autorov. Zníženie maximálneho kvantového výťažku fluorescencie chlorofylu sóje škodcom Popillia japonica dokumentuje štúdia Aldea et al. (2005). Inhibíciu Fv/Fm o 4 až 8 % zaznamenal Tang et al. (2006) na druhu Arabidopsis thaliana napadnutom len 1. štádiom instaru Trichoplusia ni. Dai et al. (2009) študoval zníženie Fv/Fm na druhu Hypericum sampsonii vplyvom Thrips tabaci a podobne aj Gantner et Michalek (2010) zistili zníženie Fv/Fm na lieske napadnutej voškami. Zangerl et al. (2002) zistili 3-násobné zníženie rýchlosti fotosyntézy divorastúceho paštrnáka (Pastinaca sativa) spôsobené herbivorom Trichoplusia ni. Pomocou fluorescencie chlorofylu bolo dokázané, že narušenie fotosyntetického aparátu súvisí s lokálnymi stratami vody spôsobenými hmyzími požerkami (Tang et al. 2006). Voda sa pohybuje do poškodených okrajov listov cez hlavné žily a následne do priestorov bunkových stien pod epidermou. Po transporte v kvapalnom stave cez apoplast evaporuje do mezofylu približne 100 µm od okraju a rozptýli sa do atmosféry. Plocha 100–200 µm2 okolo okrajov poškodeného pletiva sa vyznačuje nižšou ΦPSII a vyššou teplotou, preto tieto časti bezprostredne susediace s poškodením bývajú často kriticky dehydrované (Aldea et al. 2005). Štúdie Retuerto et al. (2004) však poukazujú na zvýšenie rýchlosti fotosyntézy Ilex aquifolium vplyvom škodcu. Za istých podmienok rastliny môžu kompenzovať nepriaznivý účinok herbivorov prostredníctvom zmien fyziologických charakteristík. Tieto zahrňujú kompenzačnú fotosyntézu, definovanú ako zvýšenie rýchlosti fotosyntézy poškodených rastlín v porovnaní s nepoškodenými. Herbivory tiež môžu ovplyvniť fotosyntézu redukciou environmentálnych obmedzení, zlepšujúcich prenikanie svetla na defoliované časti rastlín a zvýšenie prístupnosti vody, živín a hormónov do zvyšných listov. ZÁVER Metódou fluorescenčnej spektrofotometrie sme skúmali vplyv škodcov na fluorescenciu chlorofylu vybraných druhov okrasných. Biotický stres spôsobil zníženie minimálnej a maximálnej fluorescencie a tiež aj maximálneho kvantového výťažku fluorescencie, preto analýza fluorescencie chlorofylu môže byť prakticky využitá na identifikáciu stresu rastlín. Literatúra Aldea, M., Hamilton, J.G., Resti, J.P., Zangerl, A.R., Berenbaum, M.R., Delucia, E.H.: Indirect effects of insect herbivory on leaf gas exchange in soybean. Plant, Cell and Environment 28, 2005 : 402–411 Bown, A.W., Hall, D.E., MacGregor, K.B.: Insect footsteps on leaves stimulate the accumulation of 4-aminobutyrate and can be visualised through increased chlorophyll fluorescence and superoxide production. Plant Physiology 129, 2002 : 1430–1434 Dai, Y., Shao, M., Hannaway, D., Wang, L., Liang, J., Hu, L., Lu, H.: Effect of Thrips tabaci on anatomical features, photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence of Hypericum sampsonii leaves. Crop Protection 28, 2009 : 327–332 70

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Gantner, M., Michalek, W.: Measurements of chlorophyll fluorescence as an auxiliary method in estimating susceptibility of cultivated hazel (Corylus L.) for filbert aphid (Myzocallis coryli Goetze). Acta Agrobotanica 63 (1), 2010 : 189–195 Herde, O., Pena-Cortes, H., Fuss, H., Willmitzer, L., Fisahn, J.: Effects of mechanical wounding, current application and heat treatment on chlorophyll fluorescence and pigment composition in tomato plants. Physiologia Plantarum 105, 1999 : 179–184 Kessler, A., Baldwin, I.T.: Plant responses to insect herbivory: the emerging molecular analysis. Annual Review of Plant Biology 53, 2002 : 299–328 Lohaus, G., Heldt, H.W., Osmond, C.B.: Infection with phloem limited abutilon mosaic virus causes localized carbohydrate accumulation in leaves of Abutilon striatum: Relationships to symptom development and effects on chlorophyll fluorescence quenching during photosynthetic induction. Plant Biology 2, 2000 : 161–167 Lüdeker, W., Dahn, H.G., Gunther, K.P.: Detection of fungal infection of plants by laserinduced fluorescence: An attempt to use remote sensing. Journal of Plant Physiology 148, 1996 : 579–585 Nedbal, L., Soukupová, J., Whitmarsh, J., Trtílek, M.: Postharvest imaging of chlorophyll fluorescence from lemons can be used to predict fruit quality. Photosynthetica 38, 2000 : 571– 579 Nykänen, H., Koricheva, J.: Damage-induced changes in woody plants and their effects on insect herbivore performance, a meta-analysis. Oikos 104, 2004 : 247–268 Peterson, R.B., Aylor, D.E.: Chlorophyll fluorescence induction in leaves of Phaseolus vulgaris infected with bean rust (Uromyces appendiculatus). Plant Physiology 108, 1995 : 163–171 Retuerto, R., Fernandez-Lema, B., Roiloa, R., Obeso, J.R.: Increased photosynthetic performance in holly trees infested by scale insects. Functional Ecology 18, 2004 : 664–669 Tang, J.Y., Zielinski, R.E., Zangerl, A.R., Crofts, A.R., Berenbaum, M.R., DeLucia, E.H.: The differential effects of herbivory by first and fourth instars of Trichoplusia ni (Lepidoptera: Noctuidae) on photosynthesis in Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany 3, 2006 : 527–536 Trtílek, M., Kramer, D.M., Koblížek, M., Nedbal, L.: Dual-modulation LED Kinetic fluorometer. Journal of Luminescence 72 (74), 1997 : 597–599 Zangerl, A.R., Hamilton, J.G., Miller, T.J., Crofts, A.R., Oxborough, K., Berenbaum, M.R., DeLucia, E.H.: Impact of folivory on photosynthesis is greater than the sum of its holes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 99, 2002 : 1088–1091 PLANT STRESS IDENTIFICATION AFTER PEST INFESTATION WITH CHLOROPHYLL FLUORESCENCE METHOD We studied the impact of insect pests (Cameraria ohridella and Diaspis sp.) on chlorophyll fluorescence of selected ornamental plants (Aesculus hippocastanum and Citrus sinensis) by fluorescence spectrophotometry method. Insect decreased minimal fluorescence (Fo), maximal fluorescence (Fmax) and maximum fluorescence yield efficiency (Fv/Fm) within all observed plant objects. Chlorophyll fluorescence analyse can be utilised for identification of plant biotic stress. Key words: chlorophyll fluorescence, Fv/Fm, insect, ornamental plants, pests, stress

Poďakovanie: Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP-0125-07 a grantovou agentúrou UGA VII/30/2009.

71


VÝZNAM INTERAKCÍ HOSTITEL – PATOGEN Věchet L. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně, vechet @vurv.cz

ABSTRAKT Náchylnost nebo rezistence rostliny k patogenu záleží na mnoha nepatrných interakcích mezi molekulami tvořenými rostlinou a molekulami tvořenými patogenem. Obranné reakce rostliny jsou fyzikální, chemické a fyziologické. Rezistence k chorobě tudíž závisí na schopnosti rostliny poznat patogena brzy v infekčním procesu a na dostupnosti účinných intercelulárních signálních systémů, které spouští rezistentní reakce. V procesu poznání jsou klíčové geny rezistence rostliny. Ty kódují receptory, jež jsou schopny vzájemně reagovat se specifickými, to je odpovídajícími proteiny, pocházejícími z patogena.

Klíčová slova: hostitel; patogen, interakce; rezistence; obranné reakce Rostliny jsou z větší části schopny žít a živit se z podkladu na kterém se uchytily. Rostliny musí v přírodě vzdorovat abiotickým a biotickým stresům. Obecně je možné říci, že organizmy, které jsou bez možnosti pohybu jsou často využívány jako zdroj potravy a úkrytu pro širokou řadu parazitů. Rostlina ochoří, když je nepřetržitě postižena nějakým příčinným původcem, který končí v abnormálních fyziologických procesech, jež narušují normální strukturu rostliny, růst, funkci a jiné aktivity. Nicméně vývoj choroby je spíše výjimka než pravidlo, a to v důsledku vysoce účinných, koordinovaných systémů pasivních a aktivních způsobů obrany, které se v rostlinách vyvinuly. Ty omezují hostitelskou škálu mikroorganizmů schopných způsobit chorobu. Rezistence rostliny k chorobě může být také indukována u specifických odrůd rostliny, uvnitř řady hostitelů nebo pouze v reakci ke specifickým rasám patogena. Nicméně rostliny vyvinuly pozoruhodné strategie k adaptaci na vnější změny s použitím řady konstitutivních (tvořící jejich součást) nebo indukčních (uměle vyvolaných) biochemických a molekulárních mechanizmů. Ty se projevují jak dlouhodobými, tak krátkodobými reakcemi k bezprostředním změnám, které na ně působí. Zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k infekci záleží na mnoha nepatrných interakcích mezi molekulami tvořenými rostlinou a molekulami tvořenými patogenem. Lyon (2002) uvádí, že znalost příslušných molekulárních interakcí může být rozdělena do dvou skupin, založených na informaci o „patogenem odvozených molekulách“ a informaci o „rostlinou odvozených molekulách“. Patogenem odvozené molekuly. - patogeny mají geny avirulence, jejichž produkty zapleteny s určením specifity hostitele; - patogeny mohou mít hrp geny, jejíž produkty jsou spojeny s indukcí hypersenzitivní reakce u rostlin; - nekrotrofní patogeny tvoří širokou škálu extracelulárních enzymů, které jim umožňují vstoupit do buněk rostliny pomocí degradování polymerů buněčné stěny rostliny. Mnoho těchto extracelulárních enzymů existuje jako isoenzymy. Mikrobiální proteázy mohou degradovat proteiny buněčné stěny rostlin spojené s rezistencí; - biotrofní patogeny tvoří velmi málo extralelulárních enzymů ve srovnání s nekrotrofy; - patogenní houby mají kutinázy umožňující jim penetrovat kutin na povrchu rostlin. Rostlinné patogenní bakterie nemají kutinázy a mohou vstoupit do rostliny pouze skrz přirozené otvory např. stomata nebo poranění; - některé patogeny tvoří fytotoxiny, které zabíjí buňky rostliny, bránící jim od reagování v koordinovaném způsobu rezistence k infekci. Fytotoxiny mohou být specifické (postihující řadu rostlin nebo patogenů) nebo mohou být nespecifické (postihující rostliny mimo řadu hostitelů patogena); 72

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 -

houbové patogeny jsou obecně schopni degradovat fytoalexiny tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Existuje málo důkazů degradace fytoalexinů bakteriemi.

Rostlinou odvozené molekuly -

rostliny mají geny rezistence, které jsou specifické k patogenu a jsou obecně neefektivní proti jiným patogenům. To naznačuje velmi specifické molekulární signální reakce mezi genem avirulence tvořeným patogenem a produktem genu rezistence (receptorem) v rostlině. Bude mnoho kopií každého receptoru na povrchu každé rostlinné buňky. Projev genu rezistence může být modifikován ostatními geny rezistence; - zdá se, že produkty genu rezistence mají množství charakteristik v obecném vyžadování membránových oblastí a leucinem bohatých opakování (ty jsou často spojen s proteiny zahrnutými ve vazbě protein/protein); - rostliny obsahují proteiny, které jsou schopny specificky inhibovat jisté stěnu degradující enzymy; - mnoho genů zahrnutých v signální transdukci, například přepis faktorů, existuje jako rodiny. Členové odlišných rodin reagují odlišnými podněty. Umění rostliny poznat patogena je klíčovým problémem, který určuje, zda rostlina bude napadena, či nikoliv. Rezistence k chorobě tudíž závisí na schopnosti rostliny poznat patogena brzy v infekčním procesu a na dostupnosti účinných intercelulárních signálních systémů, které spouští rezistentní reakce. V procesu poznání jsou klíčové geny rezistence (R) rostliny. Ty kódují receptory, jež jsou schopny vzájemně reagovat se specifickými, to je odpovídajícími proteiny, pocházejícími z patogena. Téměř každá interakce hostitel – patogen je jedinečná ve způsobu aktivace, lokalizace, trvání a rozsahu obranných reakcí. Podle Bűlow et al. (2004) je během kontaktu mezi rostlinou a patogenním organizmem tvořen sled jednotlivých událostí v organizmu rostliny. Interakce mezi rostlinou a patogenem se mohou vyvíjet dvěma způsoby: 1. Rostlina je opatřena receptorem, který vzájemně reaguje s proteinem patogena. Výsledkem je vytvoření rychlé obranné reakce. V takové situace je patogen nazýván avirulentní pro daný patotyp rostliny (Piffanelli P. et al., 1999; Martin G.B., 1999). 2. Proteiny patogenního organizmu jsou pro daný genotyp virulentní. Rostlina je napadena patogenem, zatímco obranné mechanizmy jsou aktivovány pomaleji (Maleck K. a Lawton K., 1998). V obou případech s počátkem transkripce genu patogeneze jsou zesíleny buněčné stěny. Potom jsou v místě penetrace patogena vytvářeny aktivní formy kyslíku, způsobující odumření infikovaných buněk. Obranná reakce je obvykle vyvolána látkami nazývanými elicitory, ty aktivují v rostlině celý obranný mechanismus. Jsou to signální molekuly, které aktivují obrannou reakci rostlin. Jsou to látky monomerní, oligomerní nebo polymerní. Elicitory se váží na specifické receptory lokalizované obvykle na povrchu buněčných membrán. Elicitory mohou být kódovány geny avirulence patogenu. Jsou to tzv. specifické elicitory. Specifické elicitory patří mezi exogenní elicitory, které jsou vylučovány patogenem. Endogenní elicitory jsou látky uvolněné narušením buněčné stěny patogenu nebo rostliny. Jsou to tzv. nespecifické elicitory, zahrnují fragmenty buněčných stěn hub a bakterií, hydrolytické enzymy, glykoproteiny, mastné kyseliny apod (Gloser & Prášil, 1998). Hostitelská rostlina obsahuje geny rezistence. Expresí těchto genů vznikají receptory pro dané typy elicitorů. Tyto receptory reagují s elicitory. Po vzniku vazby receptorelicitor, dochází ke spuštění obranné reakce [1]. Rostlina není vždy opatřena receptory k proteinům napadajících bakterií nebo hub. V této situaci je patogen virulentní k danému genotypu rostliny a pár rostlina-patogen je kompatibilní. V tomto případě molekuly patogena jsou nespecifickými elicitory, což jsou nespecifické 73


látky způsobující patogenezi. Způsoby získání signálu z nespecifických elicitorů jsou ještě málo známé. Molekuly, které v hostiteli indukují přítomnost patogena (receptory), se aktivují elicitory patogena a rychle vytváří vnitřní signál, jež spouští časné obranné reakce. Blumwald et al. (1998) uvádějí, že poznání mikroorganizmu buňkou rostliny záleží právě na tvorbě elicitorů patogenem. Nespecifické elicitory, například fragmenty buňky houby, jsou uvolňované během infekčního procesu a vyvolávají obrannou reakci. Ta pomáhá minimalizovat chorobu. Receptor rostliny reaguje s molekulou patogena. Pokud se setká rostlina s odpovídajícím genem rezistence (R-gen) s patogenem mající gen avirulence (avr), tak se takový proces nazývá inkompatibilní reakcí. Rasově specifické elicitory jsou molekuly, kterými jsou zakódovány geny avirulence (Avr) v patogenu. Ta vede většinou k hypersenzitivní reakci. V místě penetrace jsou syntetizovány silné oxidanty, tak jako H2O2, O2-, OH. Z toho důvodu je rozvinuto oxidativní propuknutí (vzplanutí), následované odumřením infikovaných buněk podle mechanizmu podobného apoptóze u obratlovců (Lam et al., 1999). Hypersenzitivní reakce je vyvolána v místě penetrace patogena do sousedních buněk. Podle Thomma et al. (2001) je tato obranná strategie, je zvláště úspěšná proti biotrofním patogenům (bakterie, houby a viry). Rychle vyvinutý lokální proces vytváří signální molekuly šířící se podél vaskulárního systému rostliny. V závislosti na lokálních událostech je připravena řada signálních molekul, které následovně vytvářejí všeobecné reakce. V celém organizmu rostliny jsou aktivovány k patogenezi vztažené geny (PR-geny), stěny buňky zesilují a rostlina akumuluje nějaké množství ochranných substancí, které jsou více efektivní v zápase s konkrétním druhem patogena. V buňce rostliny je tvořena kyselina salicylová (SA) ve značném množství a způsobuje aktivaci SA-indukovaných genů. Celistvost těchto událostí je nazývána jako systémově získaná rezistence (SAR), (Mitter et al., 1998). Další systémová nebo týkající se celého organizmu, reakce k infekci patogena je indukovaná systémová reakce (ISR). Ta se odlišuje od SAR aktivací některých odchylných skupin genů patogeneze a jinými způsoby signální trasdukce (bez účasti kyseliny salicylové), (Pieterse et al., 1996). Jsou spouštěny obecné ochranné mechanizmy a rostlina se stává více rezistentní k ostatním chorobám po setkání s avirulentním patogenem (Zhu et al., 1999). Interakce mezi (R) geny rezistence k chorobě u rostlin a jejich odpovídajících genů avirulence (Avr) jsou klíčem k určení, zda je rostlina náchylná nebo rezistentní k napadení patogenem. V rezistentních reakcích rostlin k patogenům hrají hlavní roli signály a signální transdukční kaskády. Poznání patogenem odvozených signálů, indukujících rezistenci (elicitorů), se může vyskytnout na povrchu rostlinné buňky skrz nachystané receptory. Jinak řečeno, patogen exportuje elicitor do buněčné cytoplazmy, kde jeho poznání vyžaduje určité místo. Vazba elicitoru aktivuje receptor nebo komplex receptorů a výsledek je nazýván efektor, jež může být defosforylován (slučovat se s kyselinou fosforečnou). Následně je pak vnímaný signál transdukován prostřednictvím signální kaskády, která končí ve fyziologických reakcích, jež kulminují do rezistentní reakce. Lokalizace infekce je pak jedním z výsledků těchto obranných reakcí rostliny. Poznání patogenů rostlinou je tedy zprostředkováno velkou řadou vysoce polymorfních (mnohotvárných) R genů (Dangl & Jones, 2001; Jones, 2001). Produkty těchto genů fungují při poznání přímých nebo nepřímých produktů patogenem kódovaných Avr genů (Nimchuk et al., 2001). Většina identifikovaných R genů rostliny kóduje intracelulární proteiny, které obsahují předpověděné vazební místo nukleotidu, následované řadou leucinem bohatých opakování (LRR-leucine rich repetition), na jejich konečných místech určení (Xiao et al., 2001). Studie proteinů rezistence naznačily, že vysoce proměnlivé LRR domény určují poznání Avr produktů patogena (Dodds et al., 2001; Ellis et al., 1999; Jia et al., 2000).

74

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Hypersenzitivní reakce Hypersensitivní odumírání buňky je obecně kontrolováno přímými nebo nepřímými interakcemi mezi produkty avirulentního genu patogena a produkty genů rezistence rostliny. Může končit v mnohočetných signálních drahách. Neustálá proměna iontů a tvorba reaktivních druhů kyslíku obecně předchází odumření buňky, ale také se přímo účastní pozdějších událostí tak, aby se pozměnily v kombinaci rostlina-patogen (Heath, 2000). Na počátku události (Delledonne et al., 2001) v hypersenzitivní reakci je produkce super-oxidu (O2-) a akumulace peroxidu vodíku (H202) v oxidativním propuknutí (výbuchu), připomínající reaktivní kyslík (ROIs) u aktivovaných makrofágů (fagocytující buňka usazená v tkáni). Aktivace oxidativního propuknutí v hypersenzitivní reakci rostliny je částí vysoce zesíleného a integrovaného systému. Ten také zahrnuje kyselinu salicylovou a pertubaci a tvorbu cytosolického Ca2+ (rozpuštěného v cytoplazmě) ke spuštění obranných mechanizmů (Lamb & Dixon, 1997) a k založení systémové imunity (Alvarez et al., 1998). Oxidativní propuknutí je nezbytné, ale ne dostatečné ke spuštění odumření hostitelské buňky. Nedávné údaje naznačují, že také oxid dusičný (NO) kooperuje s ROIs v aktivaci hypersenzitivního odumření buňky.

Obranné reakce rostliny Vlastní obranná reakce se spouští po překonání vnější překážky, fyzikální reakce, epidermis. U nadzemní části rostliny jsou buňky epidermis ztlustlé a jsou kryty vrstvou kutikuly, jež je tvořena tukem a vosky. Z pokožkových buněk mohou vyrůstat jednobuněčné nebo mnohobuněčné trichomy, doplňující ochrannou funkci pokožky. Sekundární meristém v dužnatých tkáních, plodech, kořenech a kůře, korkové kambium, může produkovat korkové buňky, které mají ztlustlé suberizované stěny. Korek omezuje energetické ztráty rostliny a rovněž poskytuje ochranu před bakteriemi či houbovými infekcemi. K dalšímu posílení buněčné stěny, které může zvýšit odolnost hostitele, dochází po pokusu patogenu proniknout do hostitelské buňky. Je charakterizováno nahromaděním cytoplazmy okolo místa ataku, zvýší se tvorba kalózy a tvoří se papily, buněčné stěny se zpevňují ligninem. Pokud buňka opraví a posílí buněčnou stěnu dostatečně rychle, efektivně tak redukuje průnik patogenu (Černý, 1989). Membrána hostitele je zapojená v nejranějších stupních rozpoznávání patogenu a ve spouštění signální kaskády vedoucí ke vzniku obranné reakce. Také vertikální orientace listů může přispět k rezistenci, a to zabráněním tvorby vlhkostního filmu povrchu listu hostitele, zejména u patogenů, kde klíčení je závislé na přítomnosti vody. Chemické bariéry zahrnují sloučeniny, jako například konstitutivní fytoalexiny, které jsou syntetizovány rostlinou konstantní rychlostí, a tudíž vždy přítomné v tkáních rostliny. Zatímco ostatní fytoalexiny jsou tvořeny pouze v reakci na stimuly, jako je invaze patogena. Odlišnost mezi nimi záleží na tom, kdy jsou tvořeny – buď před anebo po infekci. Fytoalexiny mají obecně antimikrobiální aktivitu. Houbové patogeny jsou obecně schopny degradovat fytoalexiny, tvořené hostitelskou rostlinou, zatímco degradace fytoalexinů z nehostitelských rostlin je velmi pomalá. Dalšími sloučeninami, tvořené rostlinou ve spojitosti s rezistencí k patogenu, jsou laktony, kyanogenní (schopné tvořit kyanidové sloučeniny) glykosidy, saponiny, terpeny, stilbeny (organická sloučenina) a taniny. Saponiny jsou skupinou fytoanticipinů, které ničí soudržnost membrány u patogenů citlivých k saponinům a jsou uchovávány v inaktivní formě ve vakuolách rostlinné buňky. Stávají se aktivními, když jsou uvolněny hydrolázy enzymů po poranění nebo infekci. Na druhé straně některé patogeny jsou schopny uvolňovat enzymy, které detoxikují rostlinné saponiny a vytvářejí je intenzivně ke svému způsobu obrany. Rezistence některých rostlin ke specifickým patogenům je tedy výsledkem intenzity produkce hostitelsky specifických toxinů, tvořených patogenem. Avšak geny rezistence mohou kódovat enzym, který přeměňuje toxin na netoxický derivát nebo absenci receptoru k toxinu. Další skupinou obranných sloučenin jsou rostlinné defensiny, které narušují výživu patogena a zpomalují jejich vývoj.

75

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 Mikroby produkují četné kutinázy a enzymy, jako jsou pektinázy, celulázy, xylanázy a polygalacturonázy, které napadají různé polymery buněčné stěny a hydrolyzují stěnu buňky. Jeden typ zpevnění buňky, který se vyskytuje velice rychle v reakci na invazi houby je tvorba papily. Papily se často tvoří okamžitě pod penetračním klíčkem patogena a jsou heterogenní ve skladbě. Je však také možné, že jejich tvorba je požadována proto, aby se poskytla adekvátní podpora následnému vývoji haustoria, což může být nezbytné pro patogenezi (Heath, 1980). Lyngkjaer et al. (1994) zjistili, že spory avirulentního izolátu padlí travního (Blumeria graminis f.sp. hordei), které selhaly v penetraci, odumřely po udělání druhého nebo třetího apresoriálního lalůčku. Mlo-rezistentní ječmen reagoval na pokusy padlí travního proniknout tvorbou rozsáhlé papily pod apresoriálními lalůčky houby. Avšak když byl ječmen inokulován Mlo-virulentním izolátem a spory uspěly v penetraci, pak buňky rostliny (dlouhé i krátké epidermální buňky) pod apresoriem patogena neukázaly žádnou nebo velmi malou cytoplasmatickou aktivitu a tvorbu papily. Dalšími obrannými mechanizmy rostliny jsou fyziologické reakce, které zahrnují změny v prostupnosti membrány plazmy, vedoucí k přívalu vápníku, draslíku a výtoku chloridu, který následně indukuje extracelulární produkci přechodného reaktivního kyslíku, peroxidu vodíku a hydroxylových volných radikálů (McDowell & Dangl, 2000). Produkce signálních sloučenin, jako přechodného reaktivního kyslíku (ROIs), kyseliny salicylové (SA), oxidu dusičného (NO), etylénu (ETH) a kyseliny jasmonové (jasmonic acid-JA), způsobuje aktivaci mnoha reakcí.

ZÁVĚR Rostlina dokáže během vývoje vzájemných interakcí s patogenem vytvořit obranný systém, který musí být nepřetržitě efektivní vzhledem k měnícímu se složení populace patogena a měnícím se vnějším podmínkám, jejichž změnám je neustále vystavena. Patogenní mikroorganizmy se neustále snaží přizpůsobit svojí infekční strategii změnám získaným v místě jejich hostitele. Poznání těchto nikdy nekončících interakcí mezi hostitelskou rostlinou a patogenem, které se neustále prohlubuje, je důležité pro výběr odrůd rezistentních k měnící se populaci patogena, ve šlechtění na rezistenci a v ochraně rostlin.

Literatura Alvarez, M.E., Pennel. R.. Meijer, P.J., Ishikawa, A., Dixon, R.A., Lamb C.: Reactive oxygen intermediates mediate a systemic signal network in the establishment of plant imunity. Cell 92, 1998: 773-784. Blumwald, E., Aharon,G.S., Lamb C.: Early signal transduction pathways in plant-pathogen interactions. Trends Plant Sci 3, 1998: 342-346. Bülow,L., Schindler, M., Choi, C., Hehl, R.: PathoPlant®: A Database on Plant-Pathogen Interactions. In Silico Biology 4, 0044; ©2004, Bioinformation Systems e.V. Černý, A.: Parazitické dřevokazné houby. Státní zemědělské nakladatelství v Praze. 1989. Dangl, J.L., Jones, J.D.G.: Plant pathogens and integrated defence response to infection. Nature 411, 2001: 826-833. Delledonne, M., Zeiler, J., Marocko A., Lamb, Ch.: Signal interactions between nitric oxide and reactive oxygen intermediates in the plant hypersensitive resistance response. PNAS 6, 98, 2001: 13454-13459. Dodds, P.N., Lawrence G. ., Ellis J.G.: Six amino acid changes confined to the leucine-rich repeat β-strand/β-turn motif determine the difference between the P and P2 rust resistence specificities in flax. Plant Cell 13, 2001: 495-506. Ellis J.G., Lawrence G.J., Luck J. ., Dodus P.: Identification of regions in allels of the lay rust resistance gene L that determine differences in gene-for-gene specificity. Plant Cell 11, 1999: 495-506. 76


Gloser, J., Prášil, T. I.: Fyziologie stresu. In Procházka S., Macháčková I., Krekule J., Šebánek J. a kol.: Fyziologie rostlin. Academia Praha, 1998: 412 - 430. Heath, M.C.: Reaction of nonsusceptible hosts to fungal pathogens. Annu. Rev. Phytopathol. 18, 1980: 211-236. Heath, M.C.: Hypersensitive response-related death. Plant Mol. Biol. 44 (3), 1980: 321-334. Jia, Y., McAdams, S.A., Bryan, G.T., Hershey, H.P., Valent, B.: Direct interaction of resistance gene and avirulence gene products confers rice blast resistance. EMBO J. 19, 2000: 4004-4014. Jones, J.D. .: Putting knowledge of plant disease resistance genes to work. Curr. Opin. Plant Biol. 4, 2001: 281-287. Lam, E., Pontier, D., del Pozo, O.: Die and let live: programmed cell death in plants. Curr. Opin. Plant Biol 2, 1999: 502-507. Lyngkjaer, M.F., Østerdárd, H., Munk, L.: Papilla formation in leaves of mlo-resistant barley attached by mlo-virulent powdery mildew. 3rd Cereal Mildew Workshop COST 817, Zűrich/Kappel am Albis, Nov. 1994: 5-10. Lyon, G.D.: Plant/pathogen interactions at cellular level.. Programme, Scottish Crop Research Institute, Invergowrie, Dundee DD2 3DA, Scotland, UK. 2002.

Maleck, K., Lawton, K.: Plant strategies for resistance to pathogens. Curr. Opin. Plant. Biol. 9, 1998: 208-213. Martin, G.B.: Functional analysis of plant disease resistance genes and their downstream effectors. Curr. Opin..Plant Biol., 2, 1999: 273-279. Mitter, N., Kazan, K., Way, H.M., Broekaert, W.F., Manners, J. M.: Systemic induction of an Arabidopsis plant defensin gene promoter by tobacco mosaic virus and jasmonic acid in transgenic tobacco. Plant Sci. 136, 1998: 169–180. Nimchuk, Z., Rohme,r L., Chang, J.H., Dangl, J.L.: Knowing the dancer from the dance: Rgene products and their interactions with other proteins from host and pathogen. Curr. Opin. Plant Biol. 4, 2001: 288-194. Pieterse, C.J., van Wees, S.C.M., Hoffland, E., van Pelt, J. A., and van Loon, L. C.: Systemic resistance in Arabidopsis induced by biocontrol bacteria is independent of salicylic acid accumulation and pathogenesis-related gene expression. Plant Cell 8, 1996: 1225-1237. Piffanelli, P., Devoto, A., Schulze-Lefert, P.: Defence signalling in cereals. Curr.Opin.Plant.Biol. 2, 1999: 295-300. Thomma, B.P., Penninckx, I.A., Broekaert, W.F., Cannue, B.P.: The complexity for disease signaling in Arabidopsis. Curr. Opin. Immunil. 13, 2001: 63-68. Zhu, Q., Droge-Laser, W., Dixon, R. A., Lamb, C.: Transcriptional activation of plant defence genes. Curr.Opin.Genet.Dev. 6 (5), 1999: 624-630. Xiao, S., Ellwood, S., Calis, O., Patrick, E., Li, T., Coleman, M., Turmer, J. G.: Broad spectrum powdery mildew resistance in Arabidopsis thaliana mediated by RPW8. Science 291, 2001: 118-120.

IMPORTANCE OF HOST – PATHOGEN INTERACTIONS. Plant susceptibility or resistance to pathogen depends on many imperceptible interactions among molecules produced by plant and molecules produced by pathogen. Defence mechanisms are physical, chemical and physiological. Resistance to disease than depends on plant ability to indentify of pathogen early in infection process and on accessibility effective intercellular signal systems which initialize resistant reactions. In process recognition are key genes of resistance. These genes code receptors which are capable mutually react with specific it is correspondent proteins native to pathogen. Key words:host; pathogen; interaction; resistance; defence reactions 77


REAKTIVNÍ FORMY KYSLÍKU V OBRANNÝCH REAKCÍCH ROSTLIN PROTI PATOGENŮM – STUDIE INTERAKCE Brassca napus – Leptosphaeria maculans Jindřichová B.1,2, Fodor J.3, Burketová L.1, Valentová O.2 1

Ústav experimentální botaniky, Akademie věd České Republiky, Na Karlovce 1a, 160 00 Praha 6, Česká Republika, [email protected] 2 Ústav biochemie a mikrobiologie, Vysoká škola chemicko-technologická, Technická 5, 160 00 Praha 6, Česká Republika 3 Plant Protection Institute of the Hungarian Academy of Science, Budapest 1022, Herman Ottó út 15, Hungary

ABSTRAKT Cílem této práce bylo určit roli peroxidu vodíku při interakci rostliny s hemibiotrofním patogenem. Pro studium byla použita řepka (Brassica napus) infikovaná houbovým hemibiotrofním patogenem Leptosphaeria maculans způsobující fómovou hnilobu. Do děložních listů B. napus inokulovaných L. maculans byl infiltrován H2O2 nebo katalasa a byl sledován vliv těchto látek na průběh infekce. Katalasa infiltrovaná do děložních listů B. napus potlačovala rozvoj infekce L. maculans. Dále byla v listech B. napus inokulovaných L. maculans sledována akumulace H2O2 a změny v aktivitách antioxidačních enzymů (katalasy, askorbátperoxidasy, guajakolperoxidasy a glutathionreduktasy). Během rozvoje infekce byl detekován nárůst H2O2. V první fázi infekce docházelo ke zvýšení aktivit peroxidas a glutathionreduktasy. Následně v pozdější fázi byl detekován i nárůst aktivity katalasy. Ze získaných výsledků je zřejmé, že peroxid vodíku přispívá k rozvoji infekce L. maculans a aktivace antioxidačních enzymů je součástí obranné reakce B. napus. Klíčová slova: peroxid vodíku, antioxidační mechanismy, hemibiotrof, Leptosphaeria maculans, řepka

ÚVOD Peroxid vodíku hraje důležitou roli během interakce rostliny s patogenem. Účastní se vlastní obranné reakce, má přímý antimikrobiální účinek a způsobuje programovanou buněčnou smrt. Zároveň je i důležitou signální molekulou. Pro biotrofní patogeny je peroxid vodíku toxický a zabraňuje jejich růstu (Thordal-Christensen et al., 1997). Tím, že přispívá k buněčné smrti, usnadňuje růst nekrotrofním patogenům (Temme a Tudzynski, 2009). V případě infekce hemibiotrofním patogenem, který kombinuje vlastnosti biotrofního i nekrotrofního patogena, je o roli H2O2 známo velmi málo. V rostlině je několik možných zdrojů reaktivních forem kyslíku (ROS). Během infekce jsou hlavními zdroji ROS NADPHoxidasa a superoxiddismutasa. Zároveň musí být hladina ROS regulována pomocí antioxidačních mechanismů. ROS jsou regulovány jak neenzymatickou, tak enzymatickou cestou (Apel a Hirt, 2004). MATERIÁL A METODY Rostliny B. napus cv. Columbus byly pěstovány za kontrolovaných podmínek (16 h / 8 h; 22°C / 20°C; světlo / tma) v hydroponické kultuře (perlit, živný roztok podle Steinera). 14 dní staré rostliny byly inokulovány infiltrací suspenzí konidií L. maculans (106 spor/ml). Do inokulovaných rostlin byly 2. 4. a 6. den po inokulaci infiltrovány roztoky 2000 U/ml katalasy nebo 4 mM H2O2. Plocha nekróz byla kvantifikována pomocí analýzy obrazu programem APS Assess 2.0 (APS Press). H2O2 byl detekován pomocí 3,3´-diaminobenzidinu (Thordal-Christensen et al., 1997). Aktivity antioxidačních enzymů katalasy (KAT), guajakolperoxidasy (GPX), askorbátperoxidasy (APX), glutathionreduktasy (GR) a superoxiddusmutasy (SOD) byly měřeny v rostlinném homogenátu. Aktivity KAT (240 nm) (Aerbi, 1984), GPX (480 nm) (Chance a Maehly, 1955), APX (290 nm) (Nakano a Asada, 1981), GR (340 nm) (Klapheck et al., 1990), a SOD (560 nm) (Beauchamp a Fridovich, 1971) byly měřeny spektrofotometricky. Isoformy peroxidas byly detekovány po PAGE pomocí o-dianisidinu a peroxidu vodíku (Seevers et al., 1971).

78

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10. 3. 2011 VÝSLEDKY A DISKUZE Byl sledován vliv H2O2 na průběh infekce L. maculans v listech B. napus. Na listech ošetřovaných H2O2 byl viditelný nárůst nekróz oproti kontrole, naopak listy ošetřované katalasou měly statisticky významně menší plochu nekróz (obr. 1). Rozvoj infekce L. maculans v děložních listech B. napus závisel na množství H2O2, který se účastnil vzájemné interakce. Zároveň nebyl prokazatelný žádný toxický účinek samotného H2O2 nebo katalasy v neinokulovaných listech. Také byl sledován i samotný účinek H2O2 na klíčení a růst mycelia L. maculans na tuhém kultivačním médiu. Zatímco mycelium L. maculans rostlo v přítomnosti 10 mM H2O2, naproti tomu pro klíčení konidií byla přítomnost 10 mM H2O2 letální (data nejsou prezentována). Klíčící konidie L. maculans byly tedy mnohem citlivější k H2O2 než již rozrostlé mycelium.

Obr 1.: Vliv H2O2 a katalasy na rozvoj infekce L. maculans v listech B. napus. Do inokulovaných listů byl opakovaně infiltrován roztok H2O2, katalasy a voda. Přítomnost katalasy snižovala rozvoj infekce v děložních listech.

Ke zjištění tvorby ROS během obranné odpovědi řepky k patogenu L. maculans byl po inokulaci sledován nárůst H2O2. Od 6. dne po inokulaci byl jasně patrný nárůst tvorby H2O2 v infikovaných listech (obr. 2). Obr 2.: Akumulace H2O2 v děložních listech B. napus po infekci L. maculans. Červenohnědé zbarvení ukazuje přítomnost H2O2 v listech B. napus. C – kontrolní rostliny; L.m. - rostliny infikované L. maculans; d – den po inokulaci Jedním z možných zdrojů H2O2 v listech řepky je superoxiddismutasa. Aktivita tohoto enzymu byla sledována během rozvoje infekce L. maculans (obr. 3). Během první fáze infekce byl zjištěn pokles aktivity SOD. Od 6. dne po inokulaci byl detekován nárůst její aktivity (170%). Během infekce L. maculans v děložních listech B. napus docházelo k aktivaci antioxidačních mechanismů. Aktivity antioxidačních enzymů v děložních listech B. napus byly sledovány v průběhu infekce L. maculans do 10. dne po inokulaci. Katalasa (KAT) a askorbátperoxidasa (APX) regulují v rostlinách hladinu H2O2. I přes svoji důležitost nebyla aktivita KAT v děložních listech B. napus po inokulaci L. maculans do 6. dne po inokulaci zvýšena, a poté byl nárůst aktivity jen o 20% (obr. 4A). Zatímco v rostlinách B. napus po inokulaci L. maculans byla aktivita APX signifikantně zvýšená (obr. 4B), aktivita APX se pohybovala v rozmezí 130

79

150%.Guajakolperoxidasa (GPX) se nepodílí pouze na odstranění H2O2, ale i na dalších obranných odpovědích rostlin proti patogenům (např. lignifikace). Aktivita GPX v děložních listech B. napus byla velmi výrazně zvýšena již od 2. dne po inokulaci (obr. 4C). Aktivita GPX se pohybovala v rozmezí 170 – 300 %. Glutathionreduktasa (GR) je posledním enzymem askorbát-glutathionového cyklu a katalyzuje redukci oxidovaného glutathionu závislou na NADPH. Aktivita GR v listech B. napus po inokulaci L. maculans byla zvýšená (obr. 4D). Hodnoty aktivity GR se pohybovaly v rozmezí 120 – 200 %. Na gelu po PAGE a detekci pomocí substrátů o-dianisidin a H2O2 bylo detekováno 5 různých isoforem peroxidas. Isoenzym s Rf 0,21 byl detekován v listech řepky od 4. dne po inokulaci L. maculans. Od 8. dne po inokulaci byl nalezen v listech řepky další isoenzym s Rf 0,35.

Obr. 4.:Vliv infekce L. maculans v děložních listech B. napus na aktivitu antioxidačních enzymů. Výsledky měření aktivit KAT (A), APX (B), GPX (C) a GR (D) z 3 nezávislých biologických opakovaní. Statisticky významné rozdíly stanovené t-testem (P < 0.05) jsou označeny *. ZÁVĚR Peroxid vodíku hraje důležitou roli během vzájemné interakce Brassica napus a Leptosphaeria maculans. Při jeho nedostatku dochází k menšímu rozvoji lézí. Akumulace peroxidu vodíku byla v děložních listech B. napus po inokulaci L. maculans časově závislá. Superoxiddismutasa se účastní tvorby peroxidu vodíku během obranných reakcí B. napus k L. maculans. Guajakolperoxidasa, askorbátperoxidasa a glutathionreduktasa se účastní regulace ROS v děložních listech B. napus po inokulaci L. maculans. Literatura Aebi, H.: Catalase Invitro. Methods Enzymol. 105, 1984: 121-126 Apel, K., Hirt, H.: Reactive oxygen species: Metabolism, oxidative stress, and signal transduction. Annu. Rev. Plant Biol. 55, 2004: 373-399 Beauchamp,C., Fridovic,I.: Superoxide Dismutase - Improved Assays and An Assay Applicable to Acrylamide Gels. Anal. Biochem. 44, 1971: 276-287 Chance, B., Maehly, A.C.: Assay of Catalases and Peroxidases. Methods Enzymol 2, 1955: 764-775 Klapheck, S., Zimmer, I., Cosse, H.: Scavenging of Hydrogen-Peroxide in the Endosperm of Ricinus-Communis by Ascorbate Peroxidase. Plant Cell Physiol. 31, 1990: 1005-1013 80

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 Nakano, Y., Asada, K.: Hydrogen-Peroxide Is Scavenged by Ascorbate-Specific Peroxidase in Spinach-Chloroplasts. Plant Cell Physiol. 22, 1981: 867-880 Seevers,P.M., Daly,J.M., Catedral,F.F.: Role of Peroxidase Isozymes in Resistance to Wheat Stem Rust Disease. Plant Physiol. 48, 1971: 353-360 Temme, N., Tudzynski, P.: Does Botrytis cinerea Ignore H2O2-Induced Oxidative Stress During Infection? Characterization of Botrytis Activator Protein 1. Mol. Plant-Microbe Interact. 22, 2009: 987-998 Thordal-Christensen, H., Zhang, Z.G., Wei, Y.D., Collinge, D.B.: Subcellular localization of H2O2 in plants. H2O2 accumulation in papillae and hypersensitive response during the barley-powdery mildew interaction. Plant J. 11, 1997: 1187-1194 REACTIVE OXYGEN SPECIES IN PLANT DEFENCE RESPONSE TO PATHOGEN – STUDY OF Brassca napus – Leptosphaeria maculans INTERACTION Aim of this work was to study the role of hydrogen peroxide during the interaction between oilseed rape (Brassica napus) and its hemibiotrophic fungal pathogen Leptosphaeria maculans, a causal agent of so-called “blackleg disease”. In the study, we inoculated cotyledons of the plants with conidial suspension and manipulated the H2O2 content by infiltration of catalase and/or H2O2 into tissues. The action of catalase resulted in a significant decrease in lesions development, but when H2O2 was applied instead; the lesion formation was only moderately stimulated compared to the untreated control. To investigate antioxidant mechanisms implicated in the response of B. napus to L. maculans, the cotyledons were inoculated with L. maculans conidia. Increased activities of guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, glutathione reductase and superoxide dismutase were recorded in L. maculans infected cotyledons. The results indicate the importance of these enzymes for ROS scavenging in B. napus – L. maculans interaction. Key words: hydrogen peroxide, antioxidative mechanisms, hemibiotroph, Leptosphaeria maculans, rapeseed

Poděkování Tato práce byla podpořena granty GAČR 522/08/1581 a MŠMT MEB040923.

81

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011

ABIOTICKÉ ANOMÁLIE U ČIROKU A BÉRU A JEJICH VZTAH K HOUBOVÝM CHOROBÁM Hýsek J., Hermuth J. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 6 – Ruzyně

ABSTRAKT V letech 2009 a 2010 jsme sledovali zdravotní stav různých odrůd čiroku a béru kultivovaných v Praze – Ruzyni. Zaměřili jsme se na makroskopické změny na povrchu listů, stonků a lat. Na většině importovaných odrůd se objevily skvrny na povrchu, které byly jak biotického tak abiotického původu. Z hnědých skvrn biotického původu, jejichž okraj byl červený, jsme vyizolovali čisté kultury houby Colletotrichum graminicolum, z hnědých nepravidelných skvrn byla zachycena houba Alternaria sp. Listy čiroku a béru byly často postiženy skvrnami abiotického původu. U těchto skvrn jsme nepozorovali prosvítající dvůrky, jejich zbarvení bylo pravidelné, okraj skvrn byl rovněž pravidelný, na skvrnách nebyly zachyceny houby a bakterie. Postupem času však povrchová pletiva rostlin čiroku a béru odumírala a usazovaly se v nich saprofytické houby různých rodů a druhů jako např. Mucor, Absidia, Penicillium, Aspergillus a Micromucor ramannianus v. ramanniana (syn. Mortierella ramanniana). U odrůdy čiroku Latte (USA) se vyskytlo spontánní pruhovité panašování listů, kde byla výrazná albikace a porucha tvorby chlorofylu. Jiné změny zbarvení listů se jevily např. jako červené okrajové zbarvení a to nejen na listech, ale i na stéblech v místě připojení listu ke stonku, což mohlo být způsobeno nadbytkem kadmia i nevhodnými půdními podmínkami. Na některých latách zvláště čiroku se projevilo poškození zrnových obalů neznámého původu. Klíčová slova: čirok, bér, Colletotrichum graminicolum, Alternaria sp., skvrny abiotického původu, poruchy tvorby chlorofylu, panašování listů

ÚVOD Pěstování čiroků ve světovém měřítku je velmi významné jak pro lidskou výživu, krmné účely a v současné době také jako materiál vhodný pro výrobu bioplynu. Jako potravina jsou čiroky nejvíce využívány v Africe a Asii, pro krmné účely v Evropě, USA a Austrálii. Světová plocha pěstování je cca 1,5 mil. ha, v Evropě 220 000 ha. V Evropě jsou největšími pěstiteli čiroku Francie, Itálie a Španělsko. V současné době plocha pěstovaného čiroku v České republice, především na produkci zelené biomasy činí odhadem několik set hektarů. V posledních letech je patrný posun pěstování čiroku i do severnějších oblastí (Francie, Maďarsko), kde existují programy šlechtění hybridů čiroků. Šlechtí se zejména na chladuvzdornost, ranost a snížení obsahu antinutričních látek v obilkách (RAJKI – SIKLÓSI, 1993). Tak se nabízí větší možnost jeho využití v Evropě k potravinářským účelům, což se dosud dělo jen v omezené míře. Obsah škrobu je podobný jako u kukuřice okolo 70%, obsah bílkovin 8 – 16%, tuku 3,3%, popelovin 1,9% a hrubé vlákniny 1,9% (JAMBUNATHAN, SUBRAMANIAN, 1988). Jako negativní vlastnost se uvádí obsah taninu a některých dalších antinutričních látek, které mohou nepříznivě ovlivňovat stravitelnost. Cukrové čiroky jsou používány jak pro krmné účely (zelená biomasa), tak i k výrobě sirupů. Sklízí se celé rostliny po odkvětu, kdy je obsah cukru nejvyšší. Získané sirupy se používají na výrobu různých cukrářských výrobků. Rovněž sirupy z čiroků jsou vhodnou surovinou k výrobě lihu a lihových nápojů, protože snadno a rychle zkvašují. Morfologická stavba všech čiroků je velmi podobná, Většinou jsou mohutného vzrůstu, silně olistěné s méně nebo více vyvinutou latou, která má charakteristické utváření. Kořenová soustava čiroků je silně vyvinutá. Kromě hlavních kořenů se vytváří veliké množství jemných vedlejších vláskových kořenů. Čiroky vytvářejí ještě kořeny adventivní – vzdušné, které se zúčastňují také výživy rostliny. Adventivní kořeny se vytvářejí zpravidla na prvním, méně na druhém kolénku stébla. Bér vlašský je druh pocházející z Číny, Indie a Malé Asie. Původní forma není dodnes zcela jednoznačně určena, protože se jedná o velmi starou obilninu, doloženou historicky již 5000 let před našim letopočtem. Nejpravděpodobněji vznikl z béru zeleného ( Setaria viridis), který se i v současné době spontánně vyskytuje jak v Číně, tak i v Indii. 82

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 Obilky béru jsou používány pro konzumní účely i pro krmení domácích zvířat, převážně drůbeže. Velmi často je bér pěstován jako pícnina na zelenou hmotu nebo na seno. V současné době je tato pícnina pěstována v jižních státech Evropy, USA, méně v Asii. V Číně a Indii je bér pěstován hlavně jako obilnina pro konzumní účely. Z drobných obilek se mele mouka, ze které se připravují nejrozmanitější pokrmy (kaše, placky a pod.). Chemické složení obilek béru je podobné jako u prosa. Obsah bílkovin činí14,2 %, tuku 4,7 %, vlákniny 11,3 %, popele 2,1 %, bezdusíkatých látek výtažkových 50,9 %. Bér vlašský má vysoký podíl čistých bílkovin, až 91,5 %. Ve složení frakcí bílkovin činily albuminy a globuliny 13,1 %, prolaminy 39,4 %, gluteliny 9,9 % a zbytek 35,7 %. Obsah lepku u béru vlašského je na nízké úrovni, takže obilky béru jsou vhodné pro lidskou dietu při celiakii (PETR et al., 2003). Bér je teplomilnější rostlina než proso a tepelná suma činí 2350 – 2800 °C. Rostliny dosahují výšky 80 – 150 cm, stéblo je duté, olistění silné. Květenství je podlouhlá vejčitá lata, která je dosti hustá a jednotlivé větve vytváří laloky. V horní části bývá lata často převislá. Celé květenství je slabě až silně ochlupené. Obilky béru jsou drobné, chuťově horší jakosti. Pro lidský konzum se musí obilky v mlýnech „odslupkovat“, neboť plucha srůstá s obilkou. Velikost obilek kolísá v rozmezí 1 – 1,7 mm, absolutní váha obilek činí 2 – 4 g. Na půdu, ani na zařazení v osevním postupu není bér zvláště náročný, daří se mu na všech půdách a po všech předplodinách. Bér nesnáší půdy těžké, zamokřené a studené. Při pěstování na zelenou hmotu získáváme 20 – 55 t.ha-1, ze které můžeme sušením získat 5 – 15 t sena. Čirok a bér patří mezi obilniny, které se u nás experimentálně pěstují poměrně krátkou dobu asi padesáti let. Jde o plodiny, které jsou na vrcholu produkce zvláště v subtropických a tropických oblastech, kde patří mezi základní obilniny. V našich podmínkách se vyskytuje poměrně málo původních chorob ať již virového, bakteriálního nebo houbového původu, je i málo přirozených škůdců (Hýsek, Hermuth, 2010), ale mohou nastat problémy spojené se zavlečením uvedených škodlivých činitelů. Zaměřili jsme se však na častější poruchy způsobené vlivem abiotických faktorů, z nichž mnohé jsme dosud nenalezli ve vědecké literatuře. Ochoření rostlin zahrnuje různé orgány od kořenů v půdě počínaje přes stonek, listy až k pozdně dozrávajícím latám. Každá porucha může být vyvolána působením různých abiotických faktorů simultánně, což může být komplikováno v našich poměrech zvláště tím, že jde o netypické podmínky pro pěstování uvedené plodiny. MATERIÁL A METODY Čiroky mají značné nároky na teplotu. Pro klíčení potřebuje semeno minimální teplotu 12 – 15 °C. Poněkud menší nároky na teploty při klíčení a vzcházení má Sorghum vulgare, var. sudanense, které klíčí a vzchází již při teplotách 8 – 10 °C. Na nízké teploty jsou čiroky citlivé ve všech fázích vývoje, zvláště v období vzcházení a kvetení. Některé odrůdy čiroků jsou na teploty méně náročné (variety technikum a sudanense). Čiroky podobně jako kukuřice se vyznačuje pomalým počátečním růstem, po tomto období dochází k rychlému růstu, který je intenzivnější i ve srovnání s kukuřicí., přičemž obě tyto plodiny využívají rychlou tzv. C4 fotosyntézu. Daří se jim i v takových podmínkách, kde kukuřice již neposkytuje uspokojivé výnosy. Nároky na vodu jsou u čiroků poměrně menší než u kukuřice, přičemž největší nároky na vodu jsou ve fázi sloupkování. Nároky na půdu u čiroků jsou rovněž ve srovnání s kukuřicí menší. Kořeny čiroků zasahují do hloubky až 150 cm, v propustných půdách i hlouběji. Velikou předností čiroků je , že se jim daří i na půdách částečně zasolených, kde jiné zemědělské plodiny poskytují pouze malé výnosy. Nejvíce náročné na prostředí (teploty, vodu a výživu) jsou čiroky cukrové (var. saccharatum). Bér je teplomilnější rostlina než proso a tepelná suma činí 2350 – 2800 °C. Rostliny dosahují výšky 80 – 150 cm, stéblo je duté, olistění silné. Květenství je podlouhlá vejčitá lata, která je dosti hustá a jednotlivé větve vytváří laloky. V horní části bývá lata často převislá. Celé květenství je slabě až silně ochlupené. Obilky béru jsou drobné, chuťově horší jakosti. Pro lidský konzum se musí obilky v mlýnech „odslupkovat“, neboť plucha srůstá s obilkou. 83

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 Velikost obilek kolísá v rozmezí 1 – 1,7 mm, absolutní váha obilek činí 2 – 4 g. Na půdu, ani na zařazení v osevním postupu není bér zvláště náročný, daří se mu na všech půdách a po všech předplodinách. Bér nesnáší půdy těžké, zamokřené a studené. Výsev béru se provádí do řádků, nebo na široko. Meziřádková vzdálenost při pěstování na zrno se pohybuje v rozmezí 40 – 50 cm, při pěstování na zelenou hmotu 15 – 20 cm. Výsevné množství na 1 hektar při pěstování na zrno činí 8 – 12 kg, při pěstování na zelenou hmotu 12 – 18 kg. Výsev provádíme do půdy vyhřáté nejméně na 12 – 15 °C, do hloubky 2 – 3 cm (termín variabilní podle teploty půdy). Sklizeň béru na zrno provádíme v plné zralosti, neboť porosty dozrávají poměrně jednotně a obilky z laty nevypadávají. Protože obilky jsou velmi drobné, musíme výmlat provádět vysokými otáčkami s dostatečně staženým mláticím košem. Nebezpečí poškozování obilek je minimální. Při pěstování béru na zelenou hmotu provádíme sklizeň v době začátku metání nebo až plného metání. Dřívější sklizeň je nežádoucí, neboť snižuje výnos hmoty z jednotky plochy, při pozdější sklizni obsahuje rostlina značné množství vlákniny a je hůře stravitelná. Zelenou hmotu můžeme zkrmovat přímo, nebo silážovat, nebo sušit na seno. V rámci České republiky byly ověřovány možnosti pěstování netradičních letních meziplodin jako bér vlašský a proso seté (HERMUTH, 1997), přičemž u béru vlašského je nutné zajistit dostatečně dlouhou vegetační dobu porostu (93 – 119 dní) pro tvorbu biomasy. Hektarové výnosy semene béru kolísají podle pěstitelských podmínek a úrovně agrotechniky od 1,5 do 4 t. VÝSLEDKY A DISKUSE Na rostlinách čiroku, zvláště na listech, jsme nalezli velkou škálu různých změn způsobených vlivem abiotických faktorů. Byly to různé skvrnitosti, které neobsahovaly patogenní houby a bakterie, různá červenání okrajů s nejasnou etiologií. Může jít i o poškození mikroprvky jako je např. kadmium (obr. 2) a nevhodným půdním složením. V našem případě byly listy červeně ohraničeny až po špičku. Jedním z příznaků nedostatku železa nebo hořčíku byla chloróza (blednička), která byla pozorována zvláště na listech. Vlivu mikroprvků by měl předcházet jejich důsledný rozbor v půdě a znalost optimální koncentrace pro jednotlivé pěstované plodiny. Krátce pojednáme o panašování listů, které není abiotického původu. Někdy může jít o zmenšenou schopnost nebo neschopnost chloroplastů syntetizovat chlorofyl. Tyto organely zůstávají bílé a mají jiný tvar než zelené plastidy. Buňky, které je obsahují, zůstávají bezbarvé skládají se v úseky albikátního pletiva. Některé plastidy mohou mít zachovanou schopnost tvorby karotenoidů a podle toho jsou příslušné rostliny zbarveny, což se projevuje jako panašování (variegace), kdy se vyskytují různě zbarvené úseky rostlin nebo se vyskytuje letální úplná albikace. Panašování může být sektoriální (např. celá část listů) – obr.3a, 3b, periklinální (celý okraj listů) nebo mozaikové – nepravidelné albikace např. v celém listu. U čiroku jsme se setkali zásadně se sektoriálním panašováním. Panašování však může být též mendelisticky dědičné nebo infekční (virózy). Mimo tyto případy jde vždy o dědičnost mimojadernou. Dědičnost plasmidová může být přenosná matrilineárně (pomocí mateřských plastidů) nebo ambilineárně (plastidy mateřskými i otcovskými). U čiroku by bylo nutné dále zkoumat vlastnosti potomstva po výsevu osiva (obr.1). Zvláštními změnami byla červená zbarvení středních žilek listů (obr.4), z nichž opět nebyly vyizolovány patogenní mikroorganismy. Některá biogenní poškození imitovala napadení houbou Colletotrichum graminicola (obr.1), patogen však opět nebyl kultivačně prokázán. Někdy se vytvářely nekrotické skvrny, které mohou být vstupní branou jak pro patogeny, tak pro saprofytní organismy při vyvolání možné infekce. Uvedené změny mohou probíhat nejen na listech, ale i na stoncích zvláště v úžlabích listů, kdy může být poškození branou pro další infekci. I hmyz zde může spolupůsobit při vzniku možné infekce, neboť nabodává pletiva rostlin. Přestože to nepatří do tématu o abiotických faktorech, některé larvy např. brouků nosatců, pilousů kukuřičných nebo housenky osenice vytvářejí velmi pravidelné požerky, které se mohou jevit jako lidský výtvor.

84

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 Na povrchu listů jsme sledovali povrchovou mykoflóru. Byly nalezeny následující mikromycety: Mucor, Absidia, Alternaria, Penicillium, Aspergillus a Micromucor ramannianus v. ramanniana (syn. Mortierella ramanniana). V roce 2009 byl výskyt rodu Alternaria zvláště vysoký. Byl zjištěn i na našich běžných obilninách (pšenice, ječmen), což jsme popsali jako epifytocii (Hýsek, Vavera, 2009). V letošním roce se však uvedená semipatogenní houba vyskytovala na listech minimálně. Uvedené houby jsou saprofytickou složkou půdní mykoflóry a jsou zastoupeny ve všech půdách naší planety. Zajímavý je výskyt houby Micromucor ramannianus v. ramanniana (syn. Mortierella ramanniana), která bývá hlavní složkou půdní mykoflóry. Pěstování čiroku a béru u nás naráží na problémy dieteticky ověřených obilnin mírného pásma. Čirok a bér jsou plodiny, které se jaksi vymykají našim potravinářským zvyklostem. Přesto však jsou mnohde ve světě hlavní obilninou. U nás naráží pěstování na netypické podmínky, které se projevují abiotickými poruchami. Zjistit přesně, o který abiotický faktor se jedná, je často neřešitelný problém, protože abiotická poškození vznikají působením více faktorů a jejich interakcí. O uvedených abiotických faktorech není ani ve vědecké ani v odborné literatuře dosud příliš známo. V naší práci jsme se zabývali sledováním vnějších příznaků a jejich fotografickou dokumentací a dále kultivací poškozených orgánů rostlin – tj různých lézí a skvrn na stonku i na listech. Pokud nebyly vyizolovány patogenní houby, považovali jsme za příčinu vzniku netypických příznaků abiotické faktory, které jsme zdokumentovali fotograficky. Životní podmínky hrají důležitou roli, ovlivňují přímo růst rostlin a v případě, že nejsou příznivé, působí negativně na rostliny, což se odráží přímo v poškození rostlin. Zajistit dobrý zdravotní stav rostlin čiroku a béru bylo naším hlavním cílem. ZÁVĚR Při pěstování čiroku a béru v Praze - Ruzyni jsme zjistili poškození rostlin způsobená vlivem abiotických faktorů. Šlo zvláště o příznaky napodobující antraknózu vyvolanou houbou Colletotrichum graminicolum, červenání okrajů listů způsobené nadbytkem kadmia nebo červené pruhy ve středních cévách rostlin. Uvedená poškození vlivem abiotických faktorů mohou být vstupní branou pro infekci patogenními a saprofytickými houbami.

Obr.1 Zbarvení listu čiroku vzniklé abioticky imitující fungální antraknózu ( foto Veverka)

Obr.2 Pravděpodobné poškození listu béru vlivem nadbytku kadmia ( foto Veverka)

85


Obr.4 Červené zbarvení ve střední cévě listů čiroku ( foto Veverka)

Obr.3 Sektoriální panašování listů Čiroku( foto Veverka)

LITERATURA Hermuth J., Michalová A., Dotlačil L.: Netradiční a perspektivní meziplodiny. Úroda č. 7, 1997, s. 14 Hýsek, J., Hermuth, J. : U nás málo známé choroby a škůdci čiroku. Rostlinolékař č. 2, 2010, s.22-23 Hýsek, J., Vavera, R.: Alternaria triticina – potenciálně nebezpečný patogen pšenice. Úroda č.11, 2009, s. 17-21 Petr J., et al. Extension of the Spektra of Plant Products for the Diet in Coeliac Disease. Czech J. Food Sci. 21 (2), 2003, s. 8-15 Rajki-Siklósi E.: Braun sorghum and silane sorghum breeding objectives. XVI. Maize and Sorghum. Eucarpia Conf. Bergamo, 1993, s. 173-188 Jambunathan R., Subramainian V.: Braun duality and utilisation of sorghum and pearl milet. In: Biotechnology workshop, Pantacheru, India, Pantacheru ICRISAT, 12-15 January 1988, s. 133-139 THE ABIOTIC ANOMALIES OF Sorghum AND Setaria „(INDIAN MILLET)“ AND THEIR RELATION TO FUNGAL DISEASES. In the years 2009 and 2010 we watched heath state of different varieties of Sorghum and Setaria cultivated in Prague – Ruzyně. We followed macroscopic changes on leaf surface, stems and flowers. The spots were abiotic and biotic origins. From brown spots with red edges we isolated pure cultures of the fungus Colletotrichum graminicolum, in brown irregular spots we found Alternaria sp. The leaves of Sorghum and Setaria had often the spots of abiotic origins. From these spots we didn´t isolate pathogenic bacteria and fungi. Surface tissues died and saprophytic fungi settled in the plants (Mucor, Absidia, Penicillium, Aspergillus a Micromucor ramannianus v. ramanniana (syn. Mortierella ramanniana)). On the variety Latte (USA) there appeared spontaneously motle leaves. Red edges on the leaves was caused by the abundance of cadmium. Key words: Sorghum, Setaria, Colletotrichum graminicolum, Alternaria sp., spots of abiotic origins, disorder in chlorophyll production, motley leaves

Poděkování: Článek vznikl za finanční podpory výzkumného záměru MZe 0002700604.

86


VLIV LOKALITY NA VÝSKYT BRANIČNATKY PŠENIČNÉ (Mycosphaerella graminicola) Věchet L. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně, [email protected]

ABSTRAKT Byly zjištěny výrazné rozdíly ve výskytu a závažnosti braničnatky pšeničné na komerčních odrůdách pšenice ve dvou odlišných oblastech ČR. Vyšší výskyt i závažnost choroby byla v oblasti Ústí nad Orlicí, než v Hadačce u Kralovic, blízko Plzně. V oblasti Ústí nad Orlicí se projevily rozdíly v závažnosti choroby u stejné odrůdy hodnocené na odlišných lokalitách. Protože v Hadačce u Kralovic byla nízká závažnost choroby, reakce rostlin byly rezistentní. V oblasti Ústí nad Orlicí, kde byla podstatně vyšší závažnost choroby, byly reakce rostlin náchylná, až středně rezistentní.

Klíčová slova: odrůdy pšenice; braničnatka pšeničná, závažnost choroby; lokality MATERIÁL A METODY Význam braničnatky pšeničné je značný. Proto je třeba mít informace o výskytu a závažnosti choroby v našich podmínkách. Z toho důvodu sledujeme chorobu na různých místech republiky, například v Hadačce u Kralovic, severně od Plzně v pokusech SRS, dále pak v oblasti Ústí nad Orlicí. Výskyt choroby a její závažnost jsme sledovali v období koncem června na komerčních odrůdách pšenice v letech 2009 a 2010. Na každém poli nebo pokusné parcele na čtyřech různých místech hodnotíme dvakrát 15 rostlin. Hodnotí se všechny živé listy na rostlině, jako procento příznaků choroby, to jsou charakteristické skvrny nebo světle zelené skvrny s tmavými pyknidy. Variace ve vzorech rezistence jednotlivých odrůd pšenice byla hodnocena metodou podle Arama et al. (2000) a byla rozdělena do následujících skupin: R = rezistentní (0-10% pokrytí listové plochy pyknidy braničnatky). MR = středně rezistentní (1120%) a S = náchylná ((>20%). VÝSLEDKY A DISKUZE Výskyt choroby byl v obou oblastech rozdílný. Z uvedených grafů je zřejmý rozdíl v závažnosti braničnatky pšeničné v těchto dvou odlišných místech. V Hadačce u Kralovic, na pokusných parcelách SRS, byla podstatně nižší závažnost choroby, než v oblasti Ústí nad Orlicí. V Hadačce u Kralovic byly v obou letech pozorování, v důsledku nízkého výskytu choroby, malé rozdíly mezi odrůdami v závažnosti braničnatky pšeničné. V roce 2009 (Graf 1) byly nejvíce napadeny odrůdy SULAMIT, dále pak MERITTO a VLASTA. Nejméně napadeny byly odrůdy RADÚZA, následovaly ALANA a SIMILA. Graf 1. Závažnost braničnatky pšeničné v Hadačce u Kralovic v roce 2009.

87

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 V roce 2010 (Graf 2) byly nejvíce napadeny odrůdy MERITTO a VLASTA. Nejméně odrůdy ALANA, RADÚZA a RHEIA. Všechny odrůdy bylyk chorobě rezistentní. Graf 2. Závažnost braničnatky pšeničné v Hadačce u Kralovic v roce 2010.

V oblasti Ústí nad Orlicí byla závažnost braničnatky pšeničné u jednotlivých odrůd pšenice velice rozdílná, díky výrazně vyššímu výskytu choroby. V roce 2009 (Graf 3) byla nejvíce napadena odrůda BARDOTKA a VLASTA, néně byly napadeny BISCAY a MERITTO. Nejméně napadeny byly odrůdy ALANA, BARRYTON a MULAN. Graf 3. Závažnost braničnatky pšeničné v oblasti Ústí na Orlicí v roce 2009. Místo sběru: VLASTA – Libchavy, BATIS – Libchavy, MERITTO – Česká Třebová, BISCAY – Vysoké Mýto, EBI – Slatina u Vysokého Mýta, ALANA – Vysoké Mýto, Rapsodia – České Heřmanice, AKTEUR – České Heřmanice, BARDOTKA – Choceň, RADÚZA – Jehnědí, BARRYTON – Jehnědí, MULAN – Jehnědí.

Odrůdy BARDOTKA, VLASTA, BISCAY, MERITTO a RAPSODIA byly náchylné. Mezi středně rezistentní patřily BATIS, AKTEUR, RADÚZA, EBI, MULAN, BARRYTON a ALANA. Rezistentní k braničnatce pšeničné nebyla žádná odrůda. Vroce 2010 (Graf 4) byla vyšší závažnost choroby, než v předchozím roce. Nejvyšší závažnost braničnatky pšeničné měly odrůdy BARROKO a MERITTO. Naopak nejniží závažnost měly odrůdy VLASTA a RAPSODIA, což je oproti přechozímu roku u těchto dvou odrůd dost velký rozdíl. Mezi náchylné odrůdy patřily BARROKO a MERITTO na čtyřech

88

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 různých místech a RADÚZA na dvou různých místech. Ostatní dvě odrůdy VLASTA a RAPSODIA byly středně rezistentní. Graf 4. Závažnost braničnatky pšeničné v oblasti Ústí nad Orlicí v roce 2010. Místo sběru: VLASTA – Libecina, MERITTO – Žichlínek, MERITTO – Žichlínek, MERITTO – Hlavná u Žamberka, MERITTO – Slatina nad Zdobnicí, RAPSODIA – Tisová, RADÚZA – Jehnědí, RADÚZA – Choceň – Hemže, BARROKO – Děčín u Rokytnice.

Mycosphaerella je jednou z největších skupin patogenních hub s více než 1 800 pojmenování druhů tohoto patogena (Goodwin & Cavaletto, 2002). Arama et al. (2000) testovali šestnáct izolátů S. tritici (M. graminicola), sebraných z různých geografických lokalit, na 43 odrůdách pšenice ve stádiu semenáčů, v růstové místnosti. Interakce mezi odrůdami a izoláty byly vysoce významné. Některé izoláty sebrané z téže lokality se odlišovaly ve virulenci. Cordo et al. (1997) zjistili, že izoláty M. graminicola měly odlišné morfologické charakteristiky, hlavně tvar, velikost a barvu stélky a spor. Linde et al. (2002) prokázali, že skvrna braničnatky pšeničné má od dvou do šesti různých genotypů. Skvrna se obvykle skládá z jednoho nebo dvou genotypů, které okupují většinu skvrny spolu s jinými zřídkavými genotypy. Převaha jednoho nebo dvou genotypů ve skvrně naznačuje možnost nejvyššího obecného tlaku. Sledování výskytu a závažnosti braničnatky pšeničné ve dvou odlišných oblastech republiky na komerčních odrůdách, přímo na poli, ukázalo na velké rozdíly. V oblasti Ústí nad Orlicí byla podstaně vyšší závažnost choroby, než v Hadačce u Kralovic, blízko Plzně. Tyto rozdíly byly podmíněny rozdíly v počasí, neboť v oblasti Ústí nad Orlicí byly mnhem vyšší strázky, které podporují šíření této choroby. Vzhlem k nízkému výskytu choroby v Hadačce u Kralovic byly všechny odrůdy rezistentní. Naopak při podstatně vyšším výskytu choroby v oblasti Ústí nad Orlicí se ukázalo, že rezistentní nebyla žádná odrůda. V této oblasti v roce 2010 se hodnotily odrůda MERITTO na čtyřech různých místech a odrůda RADÚZA na dvou odlišných místech. Ukázalo se, že i menší nebo větší vzálenosti mezi sledovanýma polma měly vliv na odlišnost v závažnosti choroby. V tom může sehrát svojí roli několik faktorů, jako odlišné mikroklima, aplikace fungicidů, úroveň hojení, předplodina a její zbytky v půdě apod. Nicméně běžné odrůdy pšenice poskytují pouze částečnou ochranu proti této chorobě a to díky častým změnám virulence v populaci patogena, jeho schopnosti rychle změnit složení populace a přizpůsobit se změnám ve složení pěstovaných odrůd. ZÁVĚR Braničnatka pšeničná (STB) způsobená M. graminicola (anamorph Septoria tritici) je jednou z nejvíce devastujících chorob pšenice (Triticum aestivum). V současné době významnou chorobou pšenice ve většině Evropských zemí a je důležitá v mnoha ostatních regionech světa 89

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 (Eyal et al., 1987). Potřeba odrůd s vysokou rezistencí znamená, že pouze plně efektivní metodou kontroly této choroby je v kombinaci s plánovanou aplikací fungicidů. Avšak objevení se široce rozšířené rezistence patogena ke strobilurinu (Fraaije et al., 2005) a teprve nedávno k triazolovým fungicidům (Brunner et al., 2008) udělilo selekci na rezistenci k braničnatce pšeničné vysokou prioritou pro šlechtitele pšenice. Literatura Brunne,r P.C, Stefanato, F.L, McDonald, B.A.: Evolution of the CYP51 gene in Mycosphaerella graminicola: evidence for intragenic recombination and selective replacement. Molecular Plant Pathology. 9, 2008: 305–316. Cordo, Ch..A., Perelló Alipippi, H.E., Arriapa, H.O.: Morphological variants of Septoria tritici isolates. Rev. lberoam Micol. 14, 1997: 166-172. Eyal, Z., Scharen, J.M., Prescott, J.M., van Ginkel, M.: The Septoria diseases of wheat. CIMMYT. 1987. Fraaije, B.A., Cools, H.J., Fountaine, J., Lowell ,D. J., Motteram, J., West, J. S., Lucas, J. A..: Role of ascospores in further spread of QoI-resistant cytochrome b alleles (G143A) in field populations of Mycosphaerella graminicola. Phytopathology. 95, 2005: 933–941. Goodwin, S.B., Cavaletto, J.: Analysis of 18s ribosomal Rna sequences reveals the phylogenic relationships of the genus Mycosphaerella. Mycological International Conference proceedings. August 12, 2002. Linde, C.C., Zhan, J., McDonald, B.A.: Population structure of Mycosphaerella graminicola from lesions to continents. Phytopathology. 92, (9), 2002: 946–955.

INFLUENCE OF LOCALITY ON SEPTORIA TRITICI BLOTCH (Mycosphaerella graminicola) OCCURRENCE. High differences in occurrence and disease severity of septoria tritici blotch on commercial wheat cultivars were ascertained in two diverse regions Czech Republic. Higher occurrence and disease severity was in the region Ústi nad Orlici than Hadacka u Kralovic near Pilsen. Differences in disease severity appeared in the same cultivar evaluated in different localities in the region Usti nad Orlici. As in Hadacka u Kralovic was low disease severity, reaction of plants were resistant. In the region Usti nad Orlici, where disease severity was substantially higher, plants reaction were susceptible or middle resistant. Key words: wheat cultivars; septoria tritici blotch; disease severity; locality

Poděkování: Toto sledování bylo provedeno díky projektu NAZV QH 81284: Genotypová diverzita a morfologická variabilita populace Mycosphaerella graminicola, identifikace genů rezistence pšenice a studium obranných reakcí pro využití v kontrole braničnatky pšeničné.

90


REGENERAČNÍ SCHOPNOSTI ROZRAZILU NITKOVITÉHO (Veronica filiformis SM.) Šerá B. Ústav systémové biologie a ekologie AV ČR, v.v.i., Na Sádkách 7, 370 05 České Budějovice, Czech Republic, [email protected]

ABSTRAKT Experiment byl založený na testování schopnosti klonálního šíření rozrazilu nitkovitého (Veronica filiformis Sm.) z částí lodyh bez použití stimulačních prostředků. Byly rozlišovány dva terminální řízkovanci (hlavní terminal s dvěmi nody, postranní terminal s dvěmi nody) a dva řízkovanci získaní ze střední části lodyhy (malý s jedním nodem, velký se dvěmi nody). Všechny typy řízkovanců vytvářely náhradní kořeny a zakořeňovaly v půdním substrátu i na louce, byly schopné přežít zimu, rozrůstat se a vykvést. Řízkovanci prosperovaly lépe v přítomnosti těchto lučních druhů: Lotus corniculatus, Medicago lupulina, Achillea millefolium, Plantago lanceolata, Taraxacum sect. Ruderalia, Trifolium repens a Crepis biennis. Nejúspěšnější z testovaných segmentů lodyh byly hlavní terminály, které vykazovaly největší počet přežitých jedinců, nejvíce kvetly a měly největší hmotnost biomasy. Klíčová slova: invazní druh, regenerace, management, lodyha

ÚVOD

Rozrazil nitkovitý (Veronica filiformis Sm.) patří mezi nepůvodní druhy naší flóry, u kterých se teoreticky předpokládá vysoký invazní potenciál (Křivánek, 2006). Je to subtilní, nízká, nenápadná rostlinka, které si zpravidla všimnete jen v době květu. Během března až května totiž vytváří jasně modré, nápadné květy. Ačkoliv tato trvalka kvete pravidelně každým rokem, v našich zeměpisných šířkách nevytváří životaschopná semena (Peniaštěková a Zlinská, 1995). Rozmnožuje se tedy vegetativně a v kosených trávnících, které preferuje (Soják a Šourek, 1959; Jehlík, 1961), vyplňuje všechny volné „patche“, které zcela svými výhonky zaplňuje. Studium možnosti šíření tohoto cizího expanzivního plevelu vnitřní karantény (Jehlík, 1998) je důležitý. Cílem této práce bylo zjistit, jaká část lodyhy je pro vegetativní propagaci tohoto druhu nejoptimálnější. Která část rostliny způsobuje to, že se může rozmnožovat a následně šířit v krajině. MATERIÁL A METODY Pokus I – skleníkový pokus Rostlinný materiál byl získán z lokality Velké Skaliny (48°44’48,6, 14°34’43,4) v Jižních Čechách. Tyto matečné rostliny byly napěstovány a jsou zavedeny do trvalé kultury v areálu BC AV ČR v Č. Budějovicích. Lodyhy rostlin byly nařezány na čtyři typy segmentů: A vrcholový terminál (vrchol hlavní lodyhy se dvěmi vyvinutými listy a pupenem), B postranní terminál (vrchol postranní větve lodyhy se dvěmi vyvinutými listy a pupenem), C malý nodus (jeden nod se dvěmi listy) a D velký nodus (dva nody se čtyřmi listy). Půdní substrát byl získán smícháním zahradní a květinové zeminy (výrobce Rašelina Soběslav) a písku v poměru 2:1. Základní složky nebyly hnojeny ani sterilizovány, získaný substrát byl proset přes síto 3 x 3 mm. Substrát byl doplněn mletým vápencem v množství 3 g na 5 l substrátu. Tímto substrátem byly naplněny plastové kořenáče 4 x 4 x 6 cm tak, aby každý obsahoval 30 ml substrátu. Nezakořeněné segmenty rostlinného materiálu byly jednotlivě vkládány na povrch substrátu a lehce přitlačeny k povrchu. Šedesát kořenáčů bylo umístěno na společný zavlažovací tác, tak aby jeden tác obsahoval jen kořenáče se stejným typem segmentů.. Na každý zavlažovací tác s kořenáči bylo před výsadbou segmentů nalito 1000 ml vody, aby připravený substrát byl dostatečně provlhčený.

91

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 Rostlinné segmenty byly kultivovány v temperovaném skleníku po dobu tří měsíců na podzim roku 2007. Kultivace probíhala v režimu den/noc, průměrná teplota ve dne byla 20°C a v noci 8°C. Substrát byl průběžně zaléván odspoda do zavlažovacích táců, množství vody bylo pro každý tác stejné. Rostliny byly poté jednorázově sklizeny, spočítány, nadzemní a podzemní biomasa usušena při pokojové teplotě (cca 21°C) a zvážena na analytických laboratorních vahách s citlivostí 0,0001 g. Byl stanoven poměr mezi hmotností podzemní a nadzemní biomasou (R/S). Pro hodnocení rozdílů životaschopnosti použitých rostlinných segmentů byla použita one-way ANOVA a Tukey HSD test. Pokus II – pokus v trávníku Stejné typy rostlinných segmentů byly použity pro testování úspěšnosti růstu v běžném trávníku. Nezakořeněné rostlinné segmenty byly lehce zatlačeny k půdnímu povrchu ve znáhodněných čtvercích na výzkumné ploše BC AV ČR v Č. Budějovicích. Pro každý typ segmentu bylo použito pět znáhodněných čtverců 1x1 m2 a na každém bylo kultivováno po pěti segmentech. Pokus byl založen v srpnu 2008. Po celou dobu pokusu nebyl trávník kosen ani uměle zavlažován. V červnu 2008 byly zaznamenány fytocenologické snímky jednotlivých čtverců. Vysazené rostliny rozrazilu byly pravidelně monitorovány, v červenci 2009 sklizeny a byla stanovena hmotnost jejich nadzemní biomasy. Pro hodnocení rozdílů životaschopnosti použitých rostlinných segmentů byla použita one-way ANOVA a Tukey HSD test. Porovnání úspěšnosti vzhledem k pokryvnosti ostatních druhů rostlin na 25 čtvercích byla použita mnoharozměrná analýza dat (PCA, Parcial Cluster Analysis). VÝSLEDKY A DISKUZE Pokus I – skleníkový pokus Všechny čtyři segementy měly vysokou ujímavost. Po třech měsících kultivace byl procentuální poměr rostoucích jedinců vzhledem k počtu vysazených segmentů následující: A 90%, B 97%, C 97% a D 93%. Tedy všechny typy rostlinných segmentů byly schopny zakořenit a vytvořit životaschopné jedince. Hmotnost nadzemní i podzemní biomasy byla významně vyšší u segmentů A a B oproti segmenům C a D. Poměr biomasy R/S se výrazně nelišil pouze mezi segmenty A a B (Tab 1). Velký nodus (jeden nod se dvěmi listy) byl z hlediska vytvořené biomasy nejméně vhodný pro umělou kultivaci druhu Veronica filiformis ve skleníku. Tab 1: Hmotnost sušiny druhu rozrazil nitkovitý (Veronica filliformis) v závislosti na způsobu kultivace ve skleníku z různých segmentů lodyh. Jsou prezentovány výsledky Tukey HSD testu, kde různá písmena značí signifikantní rozdíly při P < 0.05. Počáteční stav kultivace Vrcholový terminál Postranní terminál Malý nodus Velký nodus

Kořen (mg) Průměr SD 0,025 0,007

HSD a

Stonek (mg) Průměr SD HSD 0,293 0,065 a

Kořen/Stonek Průměr SD HSD 0,083 0,016 a

0,026

0,009

a

0,297

0,082

a

0,089

0,027

a

0,010 0,015

0,007 0,011

b b

0,018 0,017

0,008 0,010

b b

0,508 0,858

0,295 0,474

b c

Pokus II – pokus v trávníku Sety testovaných segmentů po čtyřech měsících růstu v přirozených lučních podmínkách vykazovaly následující úspěšnost přežívajících jedinců: A 84%, %, B 80%, C 60% a D 40%. Tyto procentuální poměry rostoucích jedinců vzhledem k počtu vysazených segmentů se přes zimu zásadně nezměnily (Obr 1). Na konci pokusu, tedy po jedenácti měsících růstu, byl tento poměr: A 76%, %, B 68%, C 56% a D 36%.

92


30

25

Počet jedinců

20

15

10

5

0 Srpen

Prosinec

Březen

Duben

Květen

Červenec

2008 - 2009

Vrcholový terminál

Postranní terminál

Malý nodus

Velký nodus

Obr 1: Suma počtu životaschopných jedinců rozrazilu nitkovitého (Veronica filliformis) rostoucích z různých segmentů lodyh v louce. Měsíc srpen značí založení pokusu se stejným počtem vysazených segmentů. Obdobné výsledky byly získány i v počtu rozkvetlých květů (během května), počtu nově vytvořených větví z původní lodyhy a průměrné hmotnosti sušiny nadzemní biomasy na konci pokusu (Tab 2). Tab 2: Rozdíly v růstu rozrazilu nitkovitého (Veronica filliformis) v závislosti na způsobu kultivace v lučních podmínkách z různých segmentů lodyh. Jsou prezentovány hmotnosti sušiny nadzemní biomasy, počet větvících se lodyh a počet květů na rostlinu. Výsledky Tukey HSD testu: různá písmena značí signifikantní rozdíly při P < 0.05. Počáteční stav kultivace Vrcholový terminál Postranní terminál Malý nodus Velký nodus

Hmotnost sušiny (mg) Průměr SD HSD 0,013 0,008 a

Počet lodyh Průměr SD HSD 0,450 0,497 a

Počet květů Průměr SD HSD 0,750 0,433 a

0,008

0,010

ab

0,421

0,494

a

0,474

0,499

b

0,005 0,004

0,004 0,003

b b

0,267 0,100

0,442 0,300

b c

0,467 0,400

0,499 0,490

b b

Jako nejúspěšnější byly vyhodnoceny segmenty terminálů. Naopak nejméně úspěšné byly segmenty velkých nodů. Ačkoliv segmenty nodů (C, D) rostly v porovnání s terminály (A, B) výrazně hůře, přesto přežily zimu a dokázaly růst, rozvětvit se a kvést. Mnohorozměrná analýza dat ukázala pravděpodobné závislosti mezi výskytem (úspěšný růst) rozrazilu nitkovitého a pokryvností určitých lučních druhů (Obr 2). Řízkovanci prosperovaly lépe v přítomnosti těchto lučních druhů: Lotus corniculatus, Medicago lupulina, Achillea millefolium, Plantago lanceolata, Taraxacum sect. Ruderalia, Trifolium repens a Crepis biennis.

93


0.8

Poznámka: Na konci Pokusu II byla vážena na rozdíl od Pokusu I jen nadzemní biomasa. Podzemní biomasu nebylo možné řádně sklidit a následně analyzovat. Získaná nepočetná semena nebyla klíčivá. Poa pra Ste gra Cre bie Car hir

Tri rep

Leo his Gle hed Tar sec Pla lan Ver fil Lot cor Ach mil Cam pat

Ger pus Cer hol

Med lup

Ran acr Vic Dacang glo

Tri pra Fes rub

Lol per Ran rep Ver arv

Tri hyb Hyp rad Ver cha

Pot rep

-0.8

Agr ten

-0.6

1.0

Obr 2: PCA analýza zobrazuje závislost růstu všech typů vegetativních částí rozrazilu nitkovitého (Ver fil) na pokryvnosti rostlinných druhů v trávníku. ZÁVĚR Vzhledem k získaným výsledkům je zřejmé, že rostlina je schopna se lehce rozmnožit z různých částí lodyh. Vysoká pravděpodobnost uchycení a následného růstu byla nalezena u segmentů lodyh hlavního terminálu, popřípadě postranního teminálu. Přesto lze tvrdit, že i tak nízké hodnoty schopnosti přežít a růst, jaké byly zaznamenány u velkých nodů (36%) jsou pro regeneraci populace tohoto druhu velmi významné. Bylo zjištěno, že pokud se část lodyhy přijme hned po výsadbě (lehké přitlačení k půdnímu podkladu), je pravděpodobnost dalšího růstu vysoká. Je nutno připomenout, že trávník, kde byly testované segmenty pěstovány, nebyl po dobu pokusu kosen ani žádným jiným způsobem disturbován. Faktor kosení, který by byl součástí normálních podmínek pravidelně udržovaného porostu, by pravděpodobně působil pozitivně. Vzhledem k literárním výstupům a prezentovaným výsledkům lze předpokládat, že rozrazil nitkovitý by úspěšně expandoval do udržovaných trávníků urbánních celků jako jsou městské trávníky, privátní zahrady, parky,

94

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9. - 10.3 20011 okraje silnic intavilánů nebo golfová hřiště. Další výzkum vegetativního množení rozrazilu nitkovitého bude zaměřen na jeho schopnost rozrůstat se pod stresem různých disturbancí. Literatura Jehlík, V. (ed.): Cizí expanzivní plevele České republiky a Slovenské republiky. Academia Praha 1998. Jehlík, V.: Rozšíření Veronica filiformis Smith v Československu a poznámky k jejímu výskytu. Preslia 33, 1961: 315-321 Křivánek, M.: Biologické invaze a možnosti jejich předpovědi. Predikční modely pro stanovení invazního potenciálu vyšších rostlin. Acta Pruhoniciana 84, 2006 Peniašteková, M., Zlinská, J.: Veronica filiformis Sm. in Slovakia. Notes on distribution, ecology and phytocoenology. – Biológia Bratislava 50, 1995: 13-18 Soják, J., Šourek, J.: Veronica filiformis Sm. v Československu. Preslia 31, 1959: 421-424

REGENERATIVE ABILITY OF SLENDER SPEEDWELL (Veronica filiformis SM.) The experiment was focused on clonal development of Slender speedwell (Veronica filiformis Sm.) from small cutting stems without using of stimulative agents. Short stems from four various part of aboveground body were cultivated: main terminal part, secondary terminal part, small nodes, and big nodes.All different vegetative parts were able to produce roots, take roots in soil substrate and in semi-natural meadow, survive winter, and make flower. The species was more successful in company with these meadow plants: Lotus corniculatus, Medicago lupulina, Achillea millefolium, Plantago lanceolata, Taraxacum sect. Ruderalia, Trifolium repens and Crepis biennis. The best growth was confirmed for both of main and lateral terminal parts. These terminal segments had the greatest number of survived individuals, flowering stem, and weigh of dried parts. Key words: invazive species, regeneration, management, shoot Poděkování Tato práce byla částečně podpořena grantem MŠMT č. OC10032 a výzkumným záměrem ÚSBE AV ČR, v.v.i. č. AV0Z60870520.

95

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011

PŘÍSPĚVKY DO SBORNÍKU A PLAKÁTOVÁ SDĚLENÍ

96


RISK LEVEL OF COMBINATION TYPE OF EXTREME WEATHER EVENTS DURING GROWING PERIOD OF VEGETABLE CROPS Potop V. Czech University of Life Sciences Prague, Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources, Department of Agroecology and Biometeorology, Prague, Czech Republic, [email protected] ABSTRACT In this paper presents some results of effects of extreme meteorological events on the quality of vegetable crops in Polabí. Assessment of the extreme weather events during sowing/planting, flowering and/or harvest is based on longterm series datasets of daily temperatures and precipitation (1961-2009). Four lowland stations in the area stretching from northwest to southeast with the mean elevation is 245 m a.s.l. The tendency of increasing frequency of weather extreme events in Polabí is leading to reduced yields and greater yield variability for vegetables. This results in rising costs for growing vegetables and economic losses for farmers. Key words: dry, wet, vegetables, Polabí

INTRODUCTION Risks in grown vegetable crops can be grouped in two main groups: price risks due to trade liberalisation and production risks due to extreme weather events (e.g., drought, heavy rain, frost). In the Czech Republic, field vegetables are predominantly grown in areas around the lowland basins of such rivers as the Elbe, Vltava, Ohře, Morava, Dyje and Svratka which are agriculturally the most productive, but in terms of precipitation the most uneven and often afflicted by drought (Malý et al. 1998). The Polabí lowlands are often affected by drought and thus can experience increased wind erosion and require a higher level of irrigation. The main aim of the present study was to assess the evolution of weather extreme events during growing vegetable crops. MATERIALS AND METHODS This methodology was applied on the Czech study area located in Polabí lowland, where one of the largest farmed especially in growing marketing vegetable crops. This paper analyses a 49-year time series (1961–2009) of daily temperatures and precipitation in the Polabí lowland region are used as weather indicator for a direct evaluation of particular risk such as extreme dry spell, extreme wet spell and heat episodes during sowing, flowering or harvest. A detailed description on how extreme events are computed may be found in Potop (2010). Daily data was calculated as means from four weather stations representative of the Polabí area. RESULTS AND DISCUSSION Extremes in temperature, particularly through occurrences of prolonged hot and/or cold events during planting or flowering can have significant impacts on yield of vegetables. Departures from summer averages of daily maximum temperatures are presented in Fig. 1. The summer average of maximum daily temperature shows that the decade 2000-2009 appears as the warmest, but the decade 1971–1980 as the coldest (the summer of 1980 is the coolest, at -2.1°C below normal). Since 1961, the warmest summers by departures from normal occurred in the Polabí in 2003, 1994, 1992, 2006, 1983 and 2007 (Fig. 1). The summers of 1994, 2003 and 2006 were characterised by the highest numbers of tropical days. The warmest summer as regards heat wave duration and severity also occurred in 1994. The absolute maximum temperatures in the Polabí was recorded in Poděbrady on 1 August 1994 (Tmax = 39.2°C).

97


AVG - Polabí tmax = 23.7 °C σ = 1.2 °C

3 2

warmest summers 1

2009

2007

2005

2003

2001

1999

1997

1995

1993

1991

1989

1987

1985

1983

1981

1979

1977

1975

1973

1971

1969

1967

1965

1963

0 1961

Mean summer tmax anomaly, °C

4

-1 -2 -3

Fig. 1 Departures from mean air maximum summer temperature in Polabí (1961–2009).

In Polabí, the longest dry spell during vegetables’ growing period is 30 and average duration is 12 days. The high concentrations of maximum dry spells are on April, August and September. The maximum values reaching 2nd ten-day of April and September (23–26 days). The number of wet days decline was most obvious in April and September what has been accompanied by increased dry days during this period. Mean length of dry and wet spells can be expected once every 2 years and long length once in 10 years The driest month for the entire studied period was July 1994, followed by August 1992, April 2007, June 2003 and September 1982. The average length of wet spells during the growing period of vegetables is 5–6 days, with the longest being 19 days. Extremely wet and very wet days are frequent on third ten-day period of June and July and first tenday period of August. This causes precipitation to be concentrated in a small number of days and summer maxima events represent a high percentage of the total annual. The most extreme wet months for the entire reference period were recorded to be the following: April 1997, May 1965, June 1974, July 1981, August 1977 and September 2001. Concerning time distribution on ten-day period of warm days is observed that maximum in first ten-day of August and third ten-day of July. Thereby, the warmest ten-day period is 1 st ten-day period of August, the driest ten-day period is 2 nd ten-day period of April and the wetness is 2 nd ten-day period of June. Heat or frost episodes associated with a lack of precipitation or surplus of rainfall in the growing season are major contributors to losses in vegetable crops (Fig. 2). During individual years, plants’ specific requirements for water vary according to weather patterns, type of soil, and individual phenological stage in the plants’ development. The largest decreases in yields of bulb vegetables were recorded in years with extraordinarily warm and dry summers, such as 2006 and 2007. The greater proportion of decreases in fruit vegetable yields occurred in years with extreme wet spells in June or August (e.g. 2006 [August – cold and wet] and 2009 [June – wet]). In 2006 occurred an uneven distribution of rainfall, and hot and dry months alternated with cold and wet months. A long and extreme winter period with abundant snow cover occurred in the second half of March. Abrupt thawing in combination with heavy rainfall led to a delay in the first sowings and plantings of vegetables. In some vegetable growing areas, late spring ground frosts caused considerable damage to the vegetation, and especially to early types of vegetables, and delayed the start of harvesting. In July, crops suffered tropic temperatures and extreme drought, while in August there came a rainy period that in turn caused roots to rot (Fig. 2).

98


2006 40 r, mm

Tmax

Tmin

Tmean

Heat wave

35 tropical days 30 summer day 25 20 15 10 5

October

300

August

270

July

240

June

210

May

180

April frost days

150

March

-5

120

90

60

CDD 0

September

-10 Planting/ sowing period

dry/heat risk

late harvest

early harvest

2007 40 r, mm

Tmax

Tmin

35

peak summer tmax=38.4 °C

Tmean

wet-warm spell

tropical days 30

HW

summer day 25 20 15 10

-10

Octomber

September

early harvest

300

August

dry/heat risk

270

July

240

June

210

180

May

150

frost days

April Planting/ sowing period

-5

120

March

90

0

60

5

late harvest

2008

40 r, mm

Tmax

Tmin

Tmean

peak autumn tmax=33.2 °C (6.09.2008)

35 tropical days ( tmax≥30 °C) 30 summer day (tmax≥25 °C) 25

15 10

-5 -10

99

Setember

early harvest

300

August

270

July

dry/heat risk

240

June

210

May

180

April

Planting/ sowing period

150

March

120

0

90

5

60

mm, t °C

20

Octomber

late harvest

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 2009

40 r, mm

Tmax

Tmin

35 tropical days ( tmax≥30 °C)

Tmean

peak summer tmax=35.9 °C

wet-cold spell

30 summer day (tmax≥25 °C) 25

mm, t °C

20 15 10 5

-5 -10

planting/ sowing period

dry/heat risk

September

early harvest

Octomber

300

270

August

240

July

210

June

180

May

150

April

CDD 120

March

90

60

CDD 0

late harvest

Fig. 2 Evolution of daily maximum temperature (Tmax), minimum temperature (Tmin), average temperature (Tmean) and daily rainfall during growing period of vegetable crops. CDD = consecutive dry days; HW = heat wave.

CONCLUSION The occurrence of extreme meteorological events, particularly in the growing seasons of agricultural crops (incidence of spring and autumn frosts, heatwaves, drought, extreme rainfall) has increased over the past 10 years. At present, the impact of extreme meteorological phenomena on the cultivation of market vegetables is little studied. This study is complicated because it combines, on the one hand, the rising frequency of extreme phenomena resulting from the global variability of climate and, on the other, production, financial and market factors resulting from economic globalization. The tendency of increasing frequency of weather extreme events in Polabí is leading to reduced yields and greater yield variability for vegetables. This results in rising costs for growing vegetables and economic losses for farmers. References Malý, I., Bartoš, J., Hlušek, J., Kopec, K., Petříková, K., Rod, J., Spitz, P.: Polní zelinářství, Agrospoj, Praha: 1998:196. Potop, V.: Temporal variability of daily climate extremes of temperature and precipitation in the middle Polabí (Elbeland) lowland region. Scientia Agriculturae Bohemica, 41. č.3, 2010:140-148 VLIV EXTREMNÍCH METEOROLOGICKÝCH JEVŮ NA KVALITU ZELENIN V POLABÍ Tématem příspěvku je zpracovat meteorologické informace a určit výskyt extremních meteorologických jevů ve vegetačním období a jejich vliv na kvalitu zelenin. Vyhodnocení extrémních výkyvů počasí během výsevu nebo výsadby, kvetení - tvorby plodů a sklizně je založeno na dlouhodobých hodnotách denních teplot a srážek (1961-2009). Tendencí je zvyšování četnosti extrémních meteorologických jevů v Polabí, které vede ke snížení výnosů a vyšší výnosové variabilitě zelenin. Důsledkem toho je pak zvyšování nákladů na pěstování zeleniny a ekonomické ztráty zemědělců.

Klíčová slova: období sucha a vlhka, zelenina, Polabí Acknowledgements: This research was supported by Research Project MSM No. 6046070901.

100


VPLYV OSMOTICKÉHO STRESU NA ZMENY INTENZITY METABOLICKEHO TEPLA KLÍČIACICH RASTLÍN VYBRANÝCH GENOTYPOV STRUKOVÍN Filová A.1, Skoczowski A.2, Krivosudská E.1 1

Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Fakulta agrobiológie a potravinových zdrojov, Katedra fyziológie rastlín, Tr. A. Hlinku 2, 949 01 Nitra, Slovensko, [email protected] 2 Polish Academy of Sciences in Krakow, Department of Plant Physiology, Podluzna 3, Krakow, Poland

ABSTRAKT Cieľom práce bolo charakterizovať intenzitu zmeny metabolického tepla a akumuláciu voľného prolínu v mladých listov a v koreňoch pri osmotickom blokovaní príjmu vody polyetylénglykolom PEG-6000 o koncentráciách 5 % a 10% a overiť použiteľnosť izotermálne mikrokalorimetrie ako rýchlej skríningovej metódy pre hodnotenie suchovzdornosti genotypov strukovín hrachu siateho a sóje fazuľovej. Uvedená metóda je veľmi zaujímavým fyziologickým pohľadom na metabolické zmeny počas stresu rastlín. Dosiahnuté výsledky z jednotlivých meraní toku tepla v listoch a koreňoch, ako aj akumulácie prolínu v listoch, potvrdzujú prioritnú úlohu metabolických zmien signalizujúcich sucho. Vodný stres zvýšil akumuláciu voľného prolínu najmä u všetkých genotypov hrachu a sóje. Všetky reakcie rastlín boli odrodovo podmienené. Vytvorené modelové podmienky umožňujú determinovať ukazovatele tolerancie odrôd na pôsobenie vodného stresu.

Kľúčové slová: mikrokalorimetria, prolín, osmotický stres, strukoviny, ÚVOD Životné podmienky každého organizmu sú v dnešnej dobe ovplyvnené rôznymi faktormi. Niektoré vplývajú na organizmus pozitívne, iné negatívne. Schopnosť odolávať zmeneným metabolickým a životným podmienkam a adaptovať sa na ne je základnou podmienkou pre prežitie. Každý aj ten najmenší vplyv sa prejaví na zmenách metabolizmu, avšak organizmy majú schopnosť vyvinúť si dostatočné mechanizmy stresovej odozvy. Niektoré sú spoločné alebo veľmi podobné pre celý živý svet (produkcia enzýmov a niektorých endogénnych stresových metabolitov primárneho metabolizmu), zatiaľ čo iné sú špecifické pre určitý druh organizmu či typ stresu. Stresová odozva bunky môže byť sledovaná na rôznej úrovni (proteomická, genomická, metabolomická). Vodný deficit vedie k inhibícii rastu, akumulácii ABA, prolínu, manitolu a sorbitolu, k tvorbe komponentov zachytávajúcich voľné radikály, k zatvoreniu prieduchov a k redukcii transpirácie, vodného potenciálu pletív, fotosyntetickej aktivity, ako aj k syntéze nových proteínov (BRESTIČ, OLŠOVSKÁ, 2001). V súčasnosti sa objavujú molekulové základy odolnosti voči abiotickým stresom (ZHU, HASEGAWA, 1997). To je výzva pre rastlinných fyziológov a biochemikov, ktorí musia nájsť selekčné kritériá pre hodnotenie rozdielov, identifikovať relatívne a náhodné znaky. Akumulácia prolínu je takmer univerzálnou reakciou rastlín na vodný deficit, aj keď niektoré druhy reagujú syntézou iných metabolitov, predovšetkým cukrov, zložitejších alkoholov, betaínu. Prolín počas stresu môže plniť niekoľko funkcií: ako napr. osmotické prispôsobovanie (HARE, 1999), osmoprotekciu (KAVI KISHOR et al., 2005), antioxidačné pôsobenie a odstraňovanie voľných radikálov (SHARMA, DIETZ, 2006), ochrana makromolekúl pred denaturáciou (VANRENSBURG et al., 1993), regulácia cytozolickej kyslosti (SIVAKUMAR et al., 2000), ďalej plní prolín funkciu zásoby uhlíka a dusíka po pôsobení stresu (DÍAZ et al., 1999). Reguláciu biosyntézy prolínu, degradáciu a transport vo vyšších rastlinách popísali KAVI KISHOR et al. (2005).Volný prolín je považovaný aj za marker stresu. V dnešnej dobe sa hľadajú možnosti hodnotenia genotypových rozdielov vo vlastnostiach, ktoré majú tesný vzťah k vyššej

101

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 efektívnosti využitia vody už v skorých rastových štádiách. Jednou z nových metód v detekcii rastlín na vodný deficit sa javí izotermálna mikrokalorimetria. Táto biofyzikálna metóda umožňuje sledovať priebeh metabolických, enzymatických reakcií na základe merania rozdielu toku tepla v kontrolnej a v stresovanej vzorke. Rôzne metabolické udalosti v bunke sú všetky sprevádzané produkciou tepla. Mikrokalorimetria umožňuje priamo určiť, 'biologickú aktivitu' živého systému, poskytuje kontinuálne meranie tepla, čím môžeme získať užitočné informácie o metabolických procesoch (Tan, Xie, 1995). Je dobre známe, že stresové faktory (nedostatok vody, vysoká teplota, salinita, ťažké kovy, patogény...) zasahujú do metabolizmu buniek, ktoré vedú k zvýšenému uvoľneniu metabolického tepla (WADSO, 1995) .Poznanie metabolizmu rastlín po navodení osmotického stresu, alebo aspoň schopnosť rozpoznať a určiť zmeny, ktoré v metabolizme nastali, je jedným zo základných predpokladov úspešnej produkcie. MATERIÁL A METÓDY Základnými atribútmi metód vyžadovanými v skríningu sú rýchlosť, nenáročnosť a schopnosť otestovať veľké množstvo materiálu. Pre naplnenie týchto požiadaviek sme sa pokúsili hodnotiť citlivosť genotypov na základe testovania reakcií mladých rastlín, vypestovaných v hydropónii v klimatizovanom boxe s umelým osvetlením, na rýchlu dehydratáciu indukovanú použitím hydroponického roztoku s pridaním 5% a 10% polyetylénglykolu (PEG 6000). Pre našu prácu sme použili ako modelové rastliny 2 vybrané druhy strukovín po 2 genotypy hrachu cv. XANTOS a cv. NOVOZELANDSKÝ a sóje fazuľovej cv. VISION (Kanada), cv. HS098 (Slovensko). Klíčenie semien a následná kultivácia prebehla v Reyd - Yorkovom živnom roztoku, v špeciálne upravených 5 l nádobách po 10 klíčiacich rastlinách v 6 opakovaniach, pri ožiarení 120µmol.m-2.s-1 fotosynteticky aktívnej radiácie, 12 hodinovej fotoperióde, s priemernými dennými a nočnými teplotami 24/18°C a s priemernou vlhkosťou vzduchu 45%. Testované boli mladé rastliny s podobnými morfologickými parametrami vo fenofáze V1 1.nóda vyvinutých prvých pravých nedelených listov. Merania sa realizovali po 24 hodín od aplikácie PEG-u, kedy sme detekovali zmeny intenzity toku metabolického tepla pomocou izotermalnej mikrokalorimetrie pre pomery ultra slabej emisie tepla kalorimentrom Bioactivity Monitor (2277 LKB, Thermometric, Järfälla, Švédsko). Experimenty boli vykonané pri teplote 25 0C (298 K), v sklenených 4ml ampulkách. Boli použité 4 kanály pre jednotlivé merania. Kalorimeter bol kalibrovaný s použitím elektrickej substitučnej metódy. Výsledky a údaje z pokusov toku tepla z experimentu boli analyzované, spracované a vykreslené v programe Digitam pre Windows 9x/Me/2000/XP, verzie 4.1.0.43. Množstvo celkového toku tepla bolo vyjadrené v µW.mg-1 DW (hmotnosť sušiny). Ďalším sledovaným parametrom bol obsah voľného prolínu, ktorý sme stanovili spektrofotometricky ninhidrínovou metódou podľa BATES et al.(1973) pri 520 nm spektrofotometrom NOVA 400 vyjadrený v µmol.g-1 FW (hmotnosti čerstvej vzorky listov). VÝSLEDKY A DISKUSIA Za významným determinačný znak tolerancie druhu voči suchu sa považuje akumulácia voľného prolínu, ktorého obsah sa pri dehydratácii zvyšuje niekoľkonásobne. Z našich experimentov vyplýva, že vodný stres výrazne ovplyvnil akumuláciu voľného prolínu oproti kontrolným vzorkám u obidvoch genotypov hrachu ako aj u sóje. Najvýraznejšia akumulácia prolínu bola zaznamenaná pri hrachu siatom genotyp XANTOS (33,9 µmol.g-1 FW listov) a genotype Novozelandský (29,3 µmol.g-1 FW listov) pri najvyššej koncentrácii PEGu (Obr.1A a B.). Dá sa predpokladať, že hrach má vyššiu schopnosť osmotickej adjustácie v porovnaní so sójou. Hare a Cress (1997) však uvádzajú, že cytoplazmatický pool voľného prolínu je nedostatočný pre dosiahnutie biofyzikálnych efektov, ako je sprostredkovanie osmotického prispôsobenia, stabilizácia subcelulárnych štruktúr a zachytávanie voľných radikálov. V poslednom období sa však objavili práce, popisujúce úlohy prolínu priamo v redoxnom systéme počas vodného stresu. Syntéza prolínu a glycín-betaínu pôsobí ako pufor pre bunkový redoxný potenciál.

102

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 V dôsledku pôsobenia osmotického stresu na vybrané genotypy strukovín sa akumuluje voľný prolín, čoho indikátorom je zvýšené množstvo metabolického toku tepla najmä v koreňoch a menej v listoch sledovaných rastlín (Obr.2A a B.).

Akumulácia prolínu môže redukovať stresom vyvolané okysľovanie buniek alebo vyvoláva oxidatívnu respiráciu, ktorá poskytuje energiu potrebnú pre regeneráciu. Vysoká úroveň syntézy prolínu môže udržať pomer NAD(P)+/NAD(P)H v hodnotách kompatibilných s metabolizmom v normálnych podmienkach. Už malý nárast v biosyntéze prolínu môže mať veľký vplyv na úroveň redukcie poolu NADP v bunke. Zvýšený pomer NAD(P)+/NAD(P)H pravdepodobne zlepšuje aktivitu oxidatívneho pentózofosfátového cyklu, ktorý poskytuje prekurzory pre tvorbu sekundárnych metabolitov počas stresu ako aj syntézu nukleotidov sprevádzajúcu zrýchlené delenie 103

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 buniek pri zotavovaní sa zo stresu, keď oxidácia prolínu poskytuje dôležitý zdroj energie pre fosforyláciu ADP (Hare a Cress, 1997).Zvýšenie obsahu prolínu koreluje so schopnosťou rastlín odolávať stresu, ale môže byť aj dôkazom osmotickej regulácie (osmotickej adjustácie).Oxidáciou jednotlivých cukrov, lipidov a bielkovín vedie k získaniu energie a uvoľneniu tepla. Zvýšená produkcia tepla predstavuje zmeny tepelného výkonu rastliny v súlade s potrebami navodenia obraných mechanizmov, a to hlavne zvýšením metabolických pochodov. ZÁVER Veľká tvorba tepla je spojená so zvýšenou činnosťou metabolizmu a predpokladáme, že súvisí so syntézou prolínu v rastlinných orgánoch, ako odpoveď na osmotický stres. Izotermická kalorimetria je sľubnú metódou pre pohodlné a rýchle stanovenie genotypových rozdielov v reakcii na osmotický stres. Literatúra Bates, L. S. , Waldren, R. P., Teare, J. D.: Rapid determination of proline for water stress studies. In: Plant and Soil, 39,1973: 205-207. Brestič, M. , Olšovská, K.: Vodný stres rastlín: príčiny, dôsledky, perspektívy. VES SPU Nitra, ISBN 807137-902-6, 149 s. Hare, P. D., Cress, W. A., Van Staden, J. : Proline synthesis and degradation: a model system for elucidating stress-related signal transduction. In: Journal of Experimental Botany, 50, 333, 1999:413-434. Kavi Kishor, P. B., Sangam, S., Amrutha, R. N., Sri Laxmi, P., Naidu, K. R., Rao, K. R. S. S., Rao, S., Reddy, K. J., Theriappan, P., Sreenivasulu, N. : Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: Its implications in plant growth and abiotic stress tolerance. In: Current Science, 88, 2005: 424–438. Sharma, S. S, Dietz, K. J. : The significance of amino acids and amino acid-derived molecules in plant responses and adaptation to heavy metal stress. In: Journal of Experimental Botany, 57, 2006: 711–726. Sivakumar, P., Sharmila, P., Saradhi, P.P.: Proline alleviates salt-stress induced enhancement in Rubisco oxygenase activity. In: Biochemical and Biophysical Research Communications, 279, 2000: 512–515. Tan , A.M, Xie, C.L, Qu, S.S.: Microcalorimetric study on the growth metabolism of anaerobes. Acta Physico-Chimica Sinica 11, 1995: 954–956. Vanrensburg, L., Kruger, G. H. J., Kruger, R. H.: Proline accumulation the drought tolerance selection: its relantionship to membrane integrity and chloroplast ultra structure in Nicotiana tabacum L. In: Journal of Plant Physiology, 141, 1993: 188–194. Wadso, I.: Microcalorimetric techniques for characterization of living cellular systems. Will there be any important practical application? Thermochim Acta, 1995:269–270:337–50. Whalley, W. R., Bengough, A. G. , Dexter, A. R.: Water stress induced by PEG decreases the maximum growth presure of roots of pea seedlings. In: Journal of Experimental Botany, 327, 49, 1998: 1689-1694. Zhu, J., Hasegawa, P.M., Bressan, R.A.: Molecular aspects of osmotic stress in plants. In: Critical Reviews in Plant Sciences, 16 (3), 1997: 253-277.

THE EFFECT OF OSMOTIC STRESS TO METABOLIC HEAT CHANGES WITH SELECTION LEGUMINOUS GENOTYPES The aim of the work was characterize of changes intensity metabolic heat and accumulation of free proline in young leaves and in roots to osmotic stress evoked by blocking the water uptake in roots by polyethylenglycol (PEG-6000) at 5% and 10% concentration., and to verify applicability of isothermal calorimetry as fast screening method for determination of drought – resistance in pea and soybean genotypes. The effects of osmotic stress on metabolic heat output of pea and soybean was measured by isothermal microcalorimetry. The method above is very interesting physiological view to metabolic changes during plant stress. Results from several measurements of metabolic flow heat in leaves and roots, as well as accumulation of free proline in leaves, confirm precedence role of metabolic changes which signaling drought. Water stress increased accumulation of free proline especially in all pea genotypes and soybean. All plant reactions were claused by variety. Created model conditions allow to determine markers of water stress activity tolerance in plant varieties.

Key words: isothermal calorimetry, proline, osmotic stress, pea and soabean, 104


BURINY AKO BIOTICKÉ STRESORY PRI PESTOVANÍ HRACHU SIATEHO (Pisum sativum L.) Pospišil R., Živčáková M., Hunková E., Demjanová E. Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, Slovenská republika, [email protected]

ABSTRAKT Na experimentálnej báze SPU v Nitre – Dolná Malanta bol založený v rokoch 2005–2007 poľný pokus (175 m n.m., hnedozem kultizemná, kukuričná výr. oblasť). Z plochy 4x0,25 m2 boli v troch termínoch hodnotenia (máj, jún, júl) odoberané rastliny hrachu siateho, pichliača roľného a parumančeka nevoňavého za účelom zistenia miery škodlivosti burín pomocou plodinových (CEi) a živinových (NEi) ekvivalentov. CEi = Ww/Wc, kde: CEi = plodinový ekvivalent pre určitý burinový druh „i“, Ww hmotnosť suchej hmoty buriny, Wc = hmotnosť suchej hmoty plodiny. NEi = Qcw/Qcv, kde: Qcw = Ccw /Wcw, Qcv = Ccv/Wcv, NEi = živinový ekvivalent pre odber prvku určitým burinovým druhom „i“, Wcw - hmotnosť jednej rastliny buriny v mg, Wcv - hmotnosť jednej rastliny plodiny v mg, Ccw – odber prvku (mg) jednou rastlinou buriny, Ccv – odber prvku (mg) jednou rastlinou plodiny. Buriny najviac konkurovali hrachu siatemu v máji (BBCH hrachu 19-20, BBCH burín 40), menej v júni a v júli. Pichliač roľný najviac čerpal vápnik, parumanček nevoňavý draslík a horčík.

Kľúčové slová: hrach siaty (Pisum sativum L.), pichliač roľný (Cirsium arvense (L.) Scop.), parumanček nevoňavý (Tripleurospermum perforatum (Mérat) M. Laínz = Matricaria inodora), plodinový ekvivalent, živinový ekvivalent, N, P, K, Ca, Mg

ÚVOD Buriny pôsobia v porastoch kultúrnych rastlín ako významné biotické stresory. Svojou prítomnosťou významne konkurujú pestovaným rastlinám o priestor, svetlo, vodu a živiny. Cieľom práce bolo vyjadriť mieru škodlivosti vybraných druhov burín tzv. plodinovými a živinovými ekvivalentami. MATERIÁL A METÓDY V rokoch 2005 – 2007 bol na experimentálnej báze SPU Nitra – Dolná Malanta založený poľný polyfaktorový pokus. Stanovište má rovinatý charakter, nachádza sa na rozhraní sprašových sedimentov Žitavskej pahorkatiny a svahových sedimentov pohoria Tribeč v 175 m n. m. Pôdny typ je hnedozem na proluviálnych zasprašovaných sedimentoch, subtyp hnedozem kultizemná (HMa). Objemová hmotnosť pôdy je 1350 – 1440 kg.m-3, s obsahom humusu (podľa Tjurina) 2,16% a s pH (KCl) od 5,03 do 5,69. Obsah P dosahuje 83 mg.kg-1, K 205 mg.kg-1 a Mg 203 mg.kg-1. Územie patrí do agroklimatickej oblasti veľmi teplej so sumou priemerných denných teplôt vzduchu (TS ≥ 10 °C) za hlavné vegetačné obdobie 3 000 °C a viac. Priemerná teplota za rok dosahuje 9,7°C, za vegetačné obdobie 16,4°C. Agroklimatická podoblasť je veľmi suchá s ukazovateľom zavlaženia v letných mesiacoch KVI – VIII = 150 mm. Zásoba vody v pôde na začiatku jarného obdobia je 150 – 160 mm. V mesiacoch IV. – V. sa prejavuje deficit 60 – 90 mm. Agroklimatický okrsok je s miernou zimou s priemernou hodnotou absolútnych teplotných miním (Tmin > -18 °C) (Týr, Pospišil, 1999, Tobiášová, Šimanský, 2009). V rámci poľného polyfaktorového pokusu v Nitre – Dolnej Malante boli odobrané rastliny hrachu siateho (sejba 6.4. v každom sledovanom roku), pichliača roľného a parumančeka nevoňavého z plochy snímku (4 x 0,25 m2) v troch termínoch hodnotenia: v r. 2005 6.5., 6.6. a 7.7., v r. 2006 4.5., 10.6. a 9.7., v r. 2007 4.5., 4.6. a 4.7. Boli zaznamenané rastové fázy podľa BBCH. Zvyšky pôdy z koreňov boli odstránené prúdom vody nad sitami s priemerom otvorov 0,1-2,0 mm. Po vyplavení bola nadzemná časť a korene mechanicky oddelené, vysušené v sušičke pri 60°C a zvážené. Pre sledované druhy burín a plodinu bola stanovená priemerná hmotnosť suchej hmoty na jednu rastlinu. Plodinové ekvivalenty boli vypočítané ako pomer hmotnosti suchej hmoty jednej rastliny burinového druhu a jednej kultúrnej rastliny podľa vzorca: 105

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 CEi =Ww/Wc, kde: CEi = plodinový ekvivalent pre určitý burinový druh „i“, Ww hmotnosť suchej hmoty buriny, Wc = hmotnosť suchej hmoty plodiny. Hodnotu CEi možno považovať za konverzný faktor umožňujúci prepočet jedincov určitého druhu burín na burinové jednotky. Model môže byť citlivý na faktory pôsobiace nesymetricky na jednotlivé druhy burín, alebo pestovanú plodinu. Okrem toho boli zisťované obsahy prvkov N, P, K, Mg a Ca v suchej hmote v hrachu siatom a v burinách (prepočet na jednu rastlinu). Obsah prvkov bol stanovený nasledovne: N - Kjeldahlovou metódou, P - fotometricky podľa Koppora, K a Ca - plamennou fotometriou, Mg - atómovou absorbčnou spektrometriou. Chemické analýzy boli realizované samostatne pre korene, nadzemnú časť resp. súplodie. Zo zistených hodnôt bol vypočítaný živinový ekvivalent (NE) pre jednotlivé prvky podľa vzťahu: NEi = Qcw / Qcv, kde: Qcw = Ccw / Wcw, Qcv = Ccv / Wcv, NEi - živinový ekvivalent pre odber prvku určitým burinovým druhom „i“, Wcw - hmotnosť jednej rastliny burinového druhu v mg.rastlina-1, Wcv - hmotnosť jednej kultúrnej rastliny v mg.rastlina-1, Ccw – odber prvku (mg) jednou rastlinou burinového druhu, Ccv – odber prvku (mg) jednou kultúrnou rastlinou. VÝSLEDKY A DISKUSIA

Jednou z možností, ako možno vyjadriť konkurenčnú schopnosť plodiny a buriny predstavujú aj plodinové ekvivalenty (Wilson, 1986). Buriny s plodinovým ekvivalentom vyšším ako 1 majú vyššiu konkurenčnú schopnosť ako pestovaná kultúrna plodina, a naopak. Líška et al. (2007) uvádzajú, že plodinové ekvivalenty predstavujú veľmi stabilný faktor pre posúdenie konkurenčnej schopnosti burinového spoločenstva, resp. druhu buriny, ktorý je v poraste dominantný. Okrem toho umožňujú prepočet hustoty burín na relatívnu hmotnosť sušiny, pretože fytomasa burín podstatne lepšie koreluje s úrodou plodiny, ako hustota výskytu burín na jednotku plochy (Lutman, 1992). Obr. 1 Upravené Walterove meteogramy (klimogramy) za agrometeorologické roky 2004-2005, 2005-2006 a 2006-2007 v Nitre (červená čiara - priebeh priemernej mesačnej teploty, prerušovaná tmavočervená čiara - teplotný normál za obdobie 1961-90, plná modrá čiara - úhrn mesačných zrážok, prerušovaná modrá čiara - zrážkový normál za roky 1961-90. Modré plochy znázorňujú obdobie s dostatkom zrážok, oranžové plochy indikujú suché obdobie. (Živčáková, 2010, modifikované podľa Kožnarová a Klabzuba, 2010, Šiška,Čimo, 2006).

106

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Obr. 2 Plodinové ekvivalenty pichliača roľného a parumančeka nevoňavého v hrachu siatom Hodnoty plodinových ekvivalentov v hrachu siatom pre pichliač roľný (CIRAR) a parumanček nevoňavý (MATIN) 10 CIRAR

MATIN

8

CEi

6 4 2 0 m áj

jún

júl

m áj

jún

2005

júl

m áj

2006

jún

júl

2007

Obr. 3 Živinové ekvivalenty pichliača roľného v hrachu siatom Hodnoty živinových ekvivalentov v hrachu siatom pre pichliač roľný (CIRAR) 12 N

10

P

K

Ca

Mg

NEi

8 6 4 2 0 máj

jún

júl

máj

jún

2005

júl

máj

2006

jún

júl

2007

Obr. 4 Živinové ekvivalenty parumančeka nevoňavého v hrachu siatom Hodnoty živinových ekvivalentov v hrachu siatom pre parumanček nevoňavý (MATIN) 4 N

P

K

Ca

Mg

NEi

3 2 1 0 máj

jún

júl

máj

jún

2005

2006

júl

máj

jún

júl

2007

Hodnoty ekvivalentov CEi a NEi >1,0 znamenajú, že jedna rastlina buriny mala vyššiu hmotnosť suchej hmoty ako jedna rastlina hrachu a v prípade NEi odčerpala násobne viac príslušného prvku z pôdy, ako jedna rastlina hrachu, a naopak (CEi a NEi <1,0 znamenajú teda vyššiu konkurenčnú schopnosť hrachu oproti burinám). CEi pichliača a parumančeka boli najvyššie v prvých dekádach mája, pri BBCH hrachu 19-20. BBCH burín vtedy dosahovala 40. V prvých dekádach júna a júla aj vplyvom zvyšujúcej sa BBCH hrachu boli CEi celkovo nižšie a menili sa v závislosti od priebehu počasia v hodnotenom období (obr. 2). Vo veľmi teplom a zrážkovo značne nevyrovnanom roku 2007 (obr. 1) boli v júni a v júli vyššie než v teplotne a zrážkovo 107

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 vyrovnanejších rokoch 2005-2006. Priebeh počasia ovplyvnil aj čerpanie živín z pôdy. Hrachu siatemu najviac konkuroval pichliač roľný v čerpaní Ca, potom parumanček v čerpaní K a Mg spolu s pichliačom, a to najmä v roku 2007 (obr. 3, 4). ZÁVER Pomocou plodinových a živinových ekvivalentov sa potvrdil význam oboch druhov burín ako biotických stresorov v konkurencii s porastom hrachu siateho. Pozemky pred založením porastov hrachu treba dôsledne odburiniť (agrotechnika + herbicídy) a ku predplodine (nie priamo pod hrach) odporúčame vápnenie spolu s aplikáciou Mg hnojiva.

Literatúra Kožnarová, V., Klabzuba, J.: Tradiční i moderní metody hodnocení počasí v podnebí v biologických disciplínách. In: Současné možnosti fyziologie a zemědělského výzkumu přispět k produkci rostlin (vybrané kapitoly). Praha : VÚRV, 2010, s. 4-33. ISBN 978-80-7427-023-9. Líška, E., Demjanová, E., Hunková, E.: Konkurenčná schopnosť pichliača roľného Cirsium arvense (L.) Scop. a parumančeka nevoňavého Tripleurospermum perforatum (Mérat) M. Laínz v porastoch jačmeňa siateho. In: Agriculture (Poľnohospodárstvo), roč. 53, 2007, č. 4, s. 191-199. Lutman, P. J. W.: Prediction of the competitive effects of weeds on the yields of several spring-sown arable crops. In: Proc. 9th Int. Symp. Biology of Weeds, Dijon, ANPP, 1992, s. 337-345. Šiška, B., Čimo, J.: Klimatická charakteristika rokov 2004 a 2005 v Nitre. Nitra : VES SPU v Nitre, 2006. 50 s. ISBN 80-8069-761-2. Tobiášová, E., Šimanský, V.: Kvantifikácia pôdnych vlastností a ich vzájomných vzťahov ovplyvnených antropickou činnosťou. Nitra : SPU v Nitre, 2009. 114 s. ISBN 978-80-552-0196-2 Týr, Š., Pospišil, R.: Pestovanie hustosiatych obilnín bez používania herbicídov. In: Agriculture (Poľnohospodárstvo), roč. 45, 1999, č. 2, s. 108-119. Wilson, B. J.: Yield responses of winter cereals to the control of broadleaved weeds. In: Proceedings EWRS Symposium – Economic Weed Control., 1986, s. 75-82. Živčáková, M.: Vplyv racionalizácie pestovateľských systémov na aktuálnu zaburinenosť a úrodový potenciál vybraných plodín pre podmienky trvalo udržateľného rozvoja : Doktorandská práca. Nitra : SPU v Nitre, 2010. 146 s. + príl. WEEDS AS BIOTIC STRESSORS IN FIELD PEA GROWING (Pisum sativum L.) In 2005-2007 years the field trial on experimental base SUA in Nitra – Dolná Malanta was founded (175 m altitude, Haplic Luvisols (WRB), maize growing region). The plants of pea, field thistle and scentless mayweed were selected from area 4x0,25 m2 in three evaluation terms (May, June, July) for purpose of harmfulness rate detection – according to crop (CEi) and nutrient (NEi) equivalents .CEi = Ww/Wc, where: CEi = crop equivalent for certain weed species „i“, Ww weed dry mass weight, Wc = crop dry mass weight. NEi = Qcw/Qcv, where: Qcw = Ccw /Wcw, Qcv = Ccv/Wcv, NEi = nutrient equivalent for element taking of certain weed species „i“, Wcw – one weed plant dry mass weight (mg), Wcv – one crop plant dry mass weight (mg), Ccw – element taking by one weed plant (mg), Ccv – element taking by one crop plant (mg). Weeds were the most competed to pea (CEi and NEi were the highest) in May (pea BBCH 19-20, weeds BBCH 40), less in June and July. The most taken elements were Ca (by field thistle), then K and Mg (by scentless mayweed). Key words: pea (Pisum sativum L.), creeping thistle (Cirsium arvense (L.) Scop.), scentless mayweed (Tripleurospermum perforatum (Mérat) M. Laínz = Matricaria inodora), crop equivalent, nutrient equivalent, N, P, K, Ca, Mg

Poďakovanie / Acknowledgement:Táto práca bola podporená grantom (this work was supported by project) VEGA 1/0152/08

108


AKUMULÁCIA CHITINÁZ V KOREŇOCH SÓJE FAZUĽOVEJ VYSTAVENÝCH ÚČINKOM IÓNOV KADMIA Mészáros P.1, Piršelová B.1, Matušíková I.2 1 2

Katedra botaniky a genetiky FPV UKF v Nitre, Nábrežie mládeže 91, 949 74 Nitra (Slovenská republika) Ústav genetiky a biotechnológií rastlín SAV, Akademická 2, 950 07 Nitra (Slovenská republika)

ABSTRAKT Kadmium je ťažký kov, ktorého toxicita v rastlinách sa najčastejšie prejavuje inhibíciou rastu, chlorózou listov a oxidatívnym poškodením pletív. Rastliny vyvinuli rôzne obranné mechanizmy voči účinkom ťažkých kovov nielen na úrovni jednotlivých druhov ale aj odrôd. Cieľom tejto práce bolo zistiť variabilitu v niektorých obranných mechanizmoch medzi odrodami sóje fazuľovej s rozdielnou toleranciou voči kadmiu. Odrody s relatívne vysokou (cv. Chernyatka) a nízkou (cv. Kyivska 98) toleranciou k ťažkým kovom po vystavení účinkom 5 mg.l-1 Cd2+ prejavili rozdiely v miere peroxidácie lipidov membrán, tvorbe molekúl peroxidu vodíka ako aj akumulácii chitináz. V koreňoch analyzovaných odrôd sme detekovali 3 izoformy chitináz s molekulovou hmotnosťou 66, 42 a 21 kDa. Po aplikácii testovanej dávky kadmia izoformy s molekulovou hmotnosťou 66 kDa prejavili zníženú akumuláciu v koreňoch menej tolerantnej Kyivsky 98, naopak, izoformy o veľkosti 42 kDa prejavili zvýšenú akumuláciu v obidvoch odrodách. Kľúčové slová: kadmium, tolerancia, chitinázy, sója

ÚVOD Kadmium je ťažký kov toxický pre živé organizmy vrátane rastlín, pričom rozdiely v jeho príjme a detoxifikácii závisia nielen od rastlinného druhu ale aj odrody (Arao et al., 2003). Toxicita kadmia sa najčastejšie prejavuje inhibíciou rastu, chlorózou listov (Yang et al., 2007) a oxidatívnym poškodením pletív (Schützendübel a Polle, 2002). Rastliny vyvinuli rôzne obranné mechanizmy voči toxickým účinkom ťažkých kovov. Tieto mechanizmy spočívajú napríklad v syntéze fytochelatínov a metalotionenínov, vo zvýšení aktivity zložiek antioxidatívneho systému (Sandalio et al., 2001) a v akumulácii PR (z angl. Pathogenesis Related) bielkovín. PR bielkoviny, najmä chitinázy a glukanázy sa študujú hlavne v súvislosti s obranou rastlín voči patogénom (van Loon et al., 2006), výsledky štúdii posledných rokov však naznačujú ich možnú úlohu aj v obrane rastlín voči ťažkým kovom (Jung et al., 1995; Békésiová et al., 2008). Cieľom našej práce je zhodnotiť rozdiely v akumulácii chitináz v koreňoch odrôd sóje, ktoré prejavili rozdiely v tolerancii voči iónom kadmia. Zároveň hodnotíme mieru poškodenia buniek koreňov testovaných odrôd sóje. MATERIÁL A METÓDY Analýzam sme podrobili korene dvoch odrôd sóje (Chernyatka a Kyivska 98), ktoré boli vyselektované na základe testovania tolerancie voči iónom kadmia (Golovatiuk et al., 2010). Semená tolerantnejšej odrody (Chernyatka) a citlivejšej odrody (Kyivska 98) boli vystavené účinkom kadmia o koncentrácii Cd2+ 5 mg.l-1 a následne podrobené ďalším analýzam. Mieru peroxidácie membránových lipidov sme stanovili meraním množstva vznikajúceho malondialdehydu (MDA) podľa Dhindsa et al. (1981). Mieru oxidatívneho poškodenia sme stanovili aj meraním hladiny peroxidu vodíka podľa Velikovej et al. (2000). Chitinázovú aktivitu v proteínových extraktoch koreňov (Hurkman a Tanaka, 2003) sme detekovali na polyakrylamidových géloch (SDS PAGE) podľa Pana et al. (1991). Intenzitu proteínových pásov (bandov) zodpovedajúcej miere akumulácie chitináz sme vyhodnotili softvérom Scion Image. Získané údaje sme podrobili štatistickým analýzam využitím programu MS Excel. Štatistickú významnosť rozdielov pri porovnávaní súborov sme stanovili Studentovým t-testom.

109

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 VÝSLEDKY A DISKUSIA Na základe testovania odrôd sóje fazuľovej voči iónom kadmia (Golovatiuk et al., 2010) boli vyselektované odrody s relatívne vysokou (tolerančný index 94,26 %) a nízkou (TI=79,58 %) mierou tolerancie (cvs. Chernyatka a Kyivska 98). Korene týchto odrôd sme podrobili ďalším analýzam za účelom porovnania miery poškodenia buniek koreňov a tiež za účelom stanovenia rozdielov v akumulácii chitináz ako možnej zložky obranných mechanizmov prebiehajúcich v pletivách rastlín. Ťažké kovy môžu spôsobiť zvýšenú produkciu aktívnych foriem kyslíka, čo môže mať za následok zvýšenú mieru peroxidácie membránových lipidov. Hoci sme zaznamenali zvýšenú akumuláciu H2O2 v koreňoch odrody Kyivska 98 (obr. 1A), výraznejšie poškodenie bunkových membrán v dôsledku peroxidácie lipidov sme zaznamenali v prípade odrody Chernyatka (obr. 1B). B relatívne množstvo MDA

miera akumulácie peroxidu vodíka

A

*

1,04 1,02

Kyivska 98

1

Chernyatka

0,98 0,96 0,94

K

Cd

***

1,4 1,2 1

Kyivska 98 Chernyatka

0,8 0,6 0,4 0,2 0

K

Cd

Obr. 1: Relatívna miera akumulácie peroxidu vodíka (A) a miera peroxidácie lipidov membrán (B) vplyvom kadmia (Cd) vzhľadom ku kontrole (K). Hladiny významnosti rozdielov: *P≤0,05; ***P≤0,001. Množstvo MDA zodpovedá miere peroxidácie lipidov membrán.

Zmeny v peroxidácii lipidov membrán však pravdepodobne neprejavujú koreláciu s toleranciou daných genotypov, čo naznačujú aj výsledky Metwallyho et al. (2005), ktorí zaznamenali vnútrodruhovú variabilitu v peroxidácii membránových lipidov nezávislú od tolerancie daných odrôd. V koreňoch vystavených účinkom kadmia sme preukázali štatisticky významné (P≤0,05) zvýšenie obsahu celkových bielkovín v porovnaní s kontrolou (hodnoty nie sú uvedené), čo môže byť náznakom zvýšenej syntézy (stresových) proteínov. Po separovaní bielkovín na polyakrylamidových géloch sme detekovali aktivitu chitináz. V koreňoch oboch testovaných odrôd sme zaznamenali tri izoformy (66, 42 a 21 kDa), z ktorých niektoré (21 kDa) nereagovali na ióny kadmia a pravdepodobne zohrávajú v koreňoch inú úlohu ako obrannú. V prípade izoformy veľkosti 66 kDa došlo ku zníženej akumulácii v koreňoch odrody Kyivska 98 a nezaznamenali sme žiadne zmeny u odrody Chernyatka (obr. 2, tab. 1). Kyivska 98 Chernyatka K Cd K Cd kDa 66

42

21

Obr. 2: Detekované izoformy chitináz z bielkovinového extraktu koreňov testovaných odrôd sóje fazuľovej. (K- kontrola, Cd- vzorka vystavená účinkom kadmia)

110


Zníženú akumuláciu tejto izoformy zaznamenali aj Békésiová et al. (2008) v koreňoch sóje cv. Korada. Táto zmena však nebola štatisticky významná. V prípade izoformy veľkosti 42 kDa naopak došlo u oboch odrôd ku zvýšenej akumulácii vplyvom stresu (obr. 2, tab. 1). Tab. 1: Akumulácia izoforiem chitináz v proteínovom extrakte koreňov sóje fazuľovej.

Testovaná odroda Kyivska 98

Chernyatka

Molekulová hmotnosť (kDa) 66 42 21 66 42 21

Cd2+ (5 mg.l-1) 0,81 ± 0.09 ** 1,50 ± 0,37 * 1,30 ± 0,25 1,10 ± 0,15 1,78 ± 0,60 1,08 ± 0,16

Údaje zodpovedajú relatívnym hodnotám aritmetického priemeru ±SD (n=3), kontrola=1. Hladiny významnosti rozdielov: *P≤0,05; **P≤0,01.

Zvýšenú aktivitu chitináz pozorovali Metwally et al. (2005) v koreňoch citlivejších genotypov. Porovnávať výsledky rôznych analýz ja však obtiažne v prípade rôznych experimentálnych prístupov (meranie celkovej aktivity enzýmov, hodnotenie akumulácie jednotlivých izoforiem). Naše výsledky v zhode s výsledkami iných autorov poukazujú na genotypovú variabilitu v reakcii rastlín na ióny kovov a poukazujú na možnú úlohu chitináz v obrane rastlín voči kovom. Táto ich úloha však doteraz nie je podrobnejšie preskúmaná a jej objasnenie si vyžaduje hlbšie analýzy. ZÁVER V našej práci sme študovali účinok kadmia na obranné mechanizmy dvoch odrôd sóje fazuľovej s rozdielnou citlivosťou. Naše výsledky potvrdzujú rozdiely v účinku iónov kadmia na korene testovaných genotypov a existenciu vnútrodruhovej variability v tolerancii voči ťažkým kovom. Odrody s rozdielnou citlivosťou k tomuto kovu odhalili rozdiely v miere peroxidácie lipidov membrán ako aj v akumulácii peroxidu vodíka či chitináz. Literatúra Arao, T., Ae, N., Sugiyama, M., Takahashi, M.: Genotypic differences in cadmium uptake and distributions in soybeans. Plant Soil 251, 2003 : 247-253 Békésiová, B., Hraška, Š., Libantová, J., Moravčíková, J., Matušíková, I.: Heavy-metal stress induced accumulation of chitinase isoforms in plants. Mol Biol Rep. 35, 2008 : 579-588 Dhindsa, R. S., Matowe, W.: Drought tolerance in two mosses: correlated with enzymatic defense against lipid peroxidation. J Exp Bot. 32, 1981 : 79-91 Golovatiuk, I., Mészáros, P., Piršelová, B., Libantová, J., Moravčíková, J., Matušíková, I.: Intraspecies variability of soybean (Glycine max L.) roots in response to heavy metals. The Proceedings of 15th International Conference on Heavy Metals in the Environment, Gdansk: University of Technology, 2010 : 334-337 Hurkman, W. J., Tanaka, C. K.: Solubilization of plant membrane proteins for analysis by twodimensional gel electrophoresis. Plant Physiol. 81, 1986 : 802-806 Jung, J. L., Maurel, S., Fritig, B., Hahne, G.: Different pathogenesis-related-proteins are expressed in sunflower (Helianthus annuus L.) in response to physical, chemical and stress factors. J Plant Physiol. 145, 1995 : 153-160 Metwally, A., Safronova, V. I., Belimov, A. A., Dietz, K. J.: Genotypic variation of the response to cadmium toxicity in Pisum sativum L. J Exp Bot. 56, 2005 :167-178

111

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Pan, S. Q., Ye, X. S., Kuc, J.: A technique for detection of chitinase, β-1,3-glucanase and protein patterns after a single separation using polyacrylamide gel electrophoresis or isoelectrofocusing. Phytophatol. 81, 1991 : 970-974 Sandalio, L. M., Dalurzo, H. C., Gomez, M., Romero-Puertas, M. C., Del Rio, L. A.: Cadmiuminduced changes in the growth and oxidative metabolism of pea plants. J Exp Bot. 52, 2001 : 21152126

Schützendübel, A., Polle, A.: Plant responses to abiotic stresses: heavy metal-induced oxidative stress and protection by micorrhization. J Exp Bot. 53, 2002 : 1351-1365 Van Loon, L. C., Rep, M., Pieterse, C. M. J.: Significance of inducible defense-related proteins in infected plants. Ann Rev Phytopathol. 44, 2006 : 135-162 Velikova, V., Yordanov, I., Edreva, A.: Oxidative stress and some antioxidant systems in acid raintreated bean plants. Plant Sci. 151, 2000 : 59-66 Yang, Y. J., Cheng, L. M., Liu, Z. H.: Rapid effect of cadmium on lignin biosynthesis in soybean roots. Plant Sci. 172, 2007 : 632-639

ACCUMULATION OF CHITINASES IN SOYBEAN ROOTS BY CADMIUM TREATMENT Cadmium is a toxic heavy metal that frequently causes growth inhibition, leaf chlorosis and oxidative damages in plant tissues. Plants have developed different defense mechanisms against heavy metals varying not only among species but also among cultivars. The aim of this work was to determine the variation of some of the defense responses in two selected soybean cultivars in response to presence of cadmium. Upon exposure to 5 mg.l-1 Cd2+ the analyzed cultivars with relative high (Chernyatka) and low tolerance (Kyivska 98) revealed differences in rate of membrane lipid peroxidation, generation of hydrogen peroxide as well as chitinase accumulation. There were 3 chitinase isoforms (66, 42 and 21 kDa) observed in roots of tested soybean cultivars. Upon metal treatment the isoform of 66 kDa showed decreased accumulation in roots of less tolerant Kyivska 98, whereas the isoform of 42 kDa an increased accumulation in both Kyivska 98 and Chernyatka under cadmium treatment. Key words: cadmium, tolerance, chitinase, soybean

Poďakovanie: Práca vznikla za finančnej podpory projektu UGA VII/24/2010.

112


HODNOCENÍ OBSAHU ABA BĚHEM NĚKOLIKA RŮSTOVÝCH FÁZÍ ROSTLIN PŠENICE OZIMÉ V PODMÍNKÁCH DLOUHOTRVAJÍCÍHO SUCHA Vlasáková E.1, Prášil I. T.1, Melišová L.2 1 2

Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, 161 06, Praha 6 – Ruzyně, email: [email protected] Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00, Brno

ABSTRAKT Kyselina abscisová je řazena mezi stresové fytohormony, které se podílejí na udržení homeostáze rostlin. Kvantifikace endogenní ABA je často užívána jako vhodný nástroj pro identifikaci vodního deficitu rostlin. Realizovali jsme nádobový experiment ve venkovních podmínkách s regulací objemu vody dostupné pro rostliny. Sledovali jsme hladinu ABA u tří odrůd pšenice, od počátku sloupkování do fáze metání a ve dvou režimech zálivky – kontrola (75% plného nasycení půdy) a sucho (30% plného nasycení půdy). Naše výsledky potvrzují nárůst hladiny ABA ve variantě s omezenou zálivkou oproti kontrolní. Nejvyšší hodnoty byly zjištěny ve 3. odběru (19 dnů sucha), v ostatních odběrech hodnoty ABA značně kolísaly. Výsledky ukazují, že při akumulaci ABA převažoval spíše vliv genotypu než růstové fáze u stresovaných rostlin.

Klíčová slova: pšenice, kyselina abscisová, vodní deficit ÚVOD Kyselina abscisová (ABA) jako indikátor reakce rostliny na vnější prostředí je v současné době hojně stanovovaným fytohormonem. V minulosti byla mnohými autory vědeckých příspěvků zaznamenána změna hladiny ABA po vystavení rostlin stresovým podmínkám suchu, nízké teplotě, vysoké teplotě (např. Hartung a Davies, (1991), Bray (1993), Taylor (1991), Popova et al., (1996, Janowiak et al. (2002), Pekic et al. (1995), Murelli et al. (1995)), podle jiných autorů nebyla významná změna hladiny ABA v některých experimentech potvrzena (Capell a Dörffling (1989), Dallaire et al. (1994)). Publikována byla celá řada způsobů, jak uspořádat pokus, jehož součástí je stanovení ABA (např. vztah mezi listovým turgorem a akumulací ABA popsali Pierce a Raschke (1980), signální dráhou ABA se zabývali Wilkinson a Davies (2002); také je možné použít fluridone, který je, stejně jako norflurazon, selektivním inhibitorem působícím v buňkách při syntéze karotenoidů (Popova, 1998), jindy simulovali navození stresu sucha Henson a Quarrie (1981) vysoušením listů proudícím vzduchem; ovlivnění tolerance k suchu přes enzymatický aparát (9- cis- epoxy karotenoid dioxygenázu), který se podílí na biosyntéze kyseliny abscisové pomocí genové manipulace u Arabidopsis thaliana publikoval Iuchi (2001)). Vzhledem k tomu, že hladina ABA může značně kolísat v závislosti na vnějších i vnitřních podmínkách, převažuje realizace experimentů na stanovení ABA v regulovaných podmínkách klimaboxu. Přechodem mezi plně regulovanými a polními pokusy jsou částečně regulované nádobové pokusy. Obecně je ABA spojována s vodním deficitem, který stresové děje provází. Její aktuální obsah v konkrétním rostlinném pletivu souvisí se syntézou, redistribucí a degradací ABA. Cílem tohoto příspěvku bylo sledovat kolísání fytohormonu ABA u rostlin pšenice v závislosti na růstových fázích a délce stresu. Dlouhotrvající vodní deficit byl navozen pomocí regulované zálivky, která byla aplikována na rostliny pěstované v nádobách. MATERIÁL A METODY V nádobovém pokusu byly sledovány odrůdy ozimé pšenice Alacris, Hedvika a Mulan. Nádoby o objemu cca 10 litrů (9 rostlin v nádobě) byly umístěny ve venkovním prostoru pozemku MENDELU v Brně, po přezimování byly přemístěny pod stříšku a zálivka byla regulována tak, že kontrolní varianta byla zalévána na 75% plného nasycení půdy a suchá na 30% plného nasycení půdy až do konce vegetace. Vzorky listových čepelí pro analýzu ABA byly odebrány v pěti termínech v období duben až květen 2010 (viz tab. 1). 113


Analýza ABA byla provedena metodou ELISA podle Folkarda Asche (2000). V době odběru byl stanoven také obsah vody v listech váhovou metodou.

Tab. 1 Termíny odběrů vzorků. Odběr datum Počet dnů sucha růstové fáze (DC) I 23.4. 5 počátek sloupkování (31) II 30.4. 12 sloupkování (33) III 7.5. 19 sloupkování (36) IV 14.5 26 vyvinutý praporcový (40) V 28.5. 40 metání (51)

VÝSLEDKY A DISKUSE Během experimentu prošly rostliny v době odběrů několika růstovými fázemi (od sloupkování po metání), obsah vody v listech byl v průměru u kontrolních variant vyšší, než tomu bylo u varianty suché. Stanovení obsahu endogenní ABA ukázalo navýšení ABA v suchých variantách oproti kontrolám. Z grafu vyplývá, že změna hladiny ABA se zdá být odrůdově specifická, takové tvrzení je však třeba podepřít dalšími experimenty. Za daných podmínek se sucho projevilo nárůstem hladiny ABA u všech odrůd, nejvíce u Alacris, která současně vykázala během experimentu nejnižší ztrátu vody z listových pletiv (viz. obr. 1 a tab. 2).

Tab. 2 Průměrný obsah vody zjištěný v listech. prům. obsah varianta odrůda vody SD [%] [%] kontrola Alacris 76,6 2,2 kontrola Hedvika 79,66 2,7 kontrola Mulan 78,02 3,4 sucho Alacris 75,16 1,2 sucho Hedvika 77,52 1,6 sucho Mulan 77,40 1,9 Genotypově specifická citlivost vůči ABA by mohla být pravděpodobně spojená s obrannými mechanismy rostlin vůči suchu. Vliv ostatních podmínek vnějšího prostředí (teplota, délka dne, intenzita světla atd.) nebyl prokázán vzhledem k nízkým hodnotám ABA v kontrolní variantě. Hladina ABA se dynamicky mění díky její syntéze, distribuci a degradaci v rámci rostliny, určité množství může být přijato a vyloučeno do půdy.

114


obsah endogenní ABA 300

ABA [ng /g čhm]

250 200 23.4.

150

30.4.

100

7.5. 14.5. 28.5.

50 0 Alacris kontrola

Hedvika kontrola

Mulan kontrola

Alacris suchá

Hedvika suchá

Mulan suchá

Obr. 1 Obsah endogenní ABA v listech. ZÁVĚR Naše výsledky potvrzují možnost využití ABA jako indikátoru stresu vodního deficitu ve venkovních podmínkách, a to i během různých růstových fází rostlin. Sledování rozdílů mezi odrůdami bude řešeno jako jeden z výstupů několikaletého pokusu. Literatura Asch, F.: Determination of Abscisic Acid by Indirect Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay (ELISA). The Royal Veterinary and Agricultural University Denmark, 2000. Bray, E. A.: Molecular responses to water deficit. Plant Physiol. 103, 1993: 1035–1040 Capell, B., Dörffling, K.: Low temperature induced changes of abscisic acid contents in barley and cucumber leaves in relation to their water status. J. Plant Physiol. 135, 1989: 571–575 Dallaire, S., Houde, M., Gagné, Y., Saini, H., S., Boileau, S., Chevrier, N., Sarhan, F.: ABA and low temperature induced freezing tolerance via distinct regulatory pathways in wheat. Plant Cell Physiol. 35 (1), 1994: 1–9 Hartung, W., Davies, W.J.: Drought-induced changes in physiology and ABA.. In Davies, W.J., and H.G. Jones (eds.), Abscisic acid: Physiology and Biochemistry. UK: Bios Scientific Publishers Ltd., 1991: 63–80 Henson I. E., Quarrie, S. A.: Abscisic acid accumulation in detached cereal leaves in response to water stress. I Effects of incubation time and severity of stress. Z. Pflanzenphysiol. 101, 1981: 431– 438 Iuchi S., Kobayashi M., Taji T., Naramoto M., Seki M., Kato T., Tabata S., Kakubari Y., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K.: Regulation of drought tolerance by gene manipulation of 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase, a key enzyme in abscisic acid biosynthesis in Arabidopsis. Plant J. 27, 2001: 325–333 Janowiak, F., Maas, B., Dörffling, K.: Importance of abscisic acid for chilling tolerance of maize seedlings. J. of Plant Physiol. 159, 2002: 635–643 Murelli, C., Rizza, F., Albini, F. M., Dulio, A., Terzi, V., Cattivelli, L.: Metabolic changes associated with cold-acclimation in contrasting cultivars of barely. Physiol. Plantarum 94, 1995: 87–93

115

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Pekic, S., R. Stikic, L. Tomljanovic, V. Andjelkovis, M. Ivanovic, Quarrie, S.A.: Characterization of maize lines differing in leaf abscisic acid content in the field. I. Abscisic acid physiology. Ann. Bot. 75, 1995 : 67–73 Pierce M., Raschke, K.: Correlation between loss of turgor and accumulation of abscisic acid in detached leaves. Planta 148, 1980: 174–182 Popova, L.P.: Fluridone-and light-affected chloroplast ultrastructure and ABA accumulation in drought-stressed barley. Plant Physiol. Biochem., 36, 1998: 313–319 Taylor I.: Genetics of ABA synthesis. In: Davies W, Jones H, eds. Abscisic acid, physiology and biochemistry. Oxford: Bios Scientific, 1991: 23–35 Popova, L. P., Riddle, K. A.: Development and accumulation of ABA in fluridone-treated and drought-stressed Vicia faba plants under different light conditions. Physiol. Plant. 98, 1996 : 791– 797 Wilkinson, S., Davies, W. J.: ABA-based chemical signalling: the co-ordination of responses to stress in plants. Plant, Cell and Envir. 25, 2002: 195–210 EVALUATION OF WINTER WHEAT ABA CONTENT IN PLANTS AT A RANGE OF GROWTH STAGES SUBJECTED TO DROUGHT Abscisic acid (ABA) belongs to a group of phytohormones involved in the maintenance of intracellular homeostasis, especially when plants are subjected to various stress conditions. The level of ABA in plant tissue (i.e., plant endogenous ABA level) is usually employed as an indicator of water deficit in plants. Here we described pot experiment with three wheat cultivars grown outdoor under the shelter and subjected to two levels of watering – control (75% of full water capacity) and drought (30%). We evaluated endogenous ABA level at a broad range of plant growth stages, from main stem elongation to heading. The level of endogenous ABA was higher in drought-treated plants than in control ones; however, the variations in the ABA level between the sampling dates were quite large. The results indicate a larger effect of cultivars than plant growth stage on endogenous ABA level in wheat subjected to drought.

Key words: wheat, abscisic acid, water stress Dedikace Tato práce byla podporována z projektů Ministerstva zemědělství QH91192 a MZe0002700604.

116


STUDIUM STOMATÁLNÍ VÝMĚNY PLYNŮ PŘI VODNÍM STRESU U RODU Triticum Šimonová H., Šafránková I. Univerzita Hradec Králové, Přírodovědecká fakulta, katedra biologie, Náměstí Svobody 301, 500 03 Hradec Králové 3, Česká republika, e-mail: [email protected], [email protected]

ABSTRAKT Výzkum byl zaměřen na fyziologické mechanismy podmiňující reakce k vodnímu stresu a možného ovlivnění aplikací kyseliny abscisové a brassinosteroidy. Pro experiment byly vybrány genotypy pšenice jarní: „Granny“ z ČR, „Sakha 80“ z Egypta, „Iran“ z Íránu a „AC Hartland“ z Kanady. Rostliny byly rozděleny do 4 variant: kontrola, sucho, sucho + aplikace 100 µM ABA, sucho + aplikace 0,001 µM brassinosteroidy (aplikace těsně před navozením stresu). Po dobu vodního stresu byly gazometricky měřeny parametry výměny plynů (fotosyntéza, transpirace). Z výsledků vyplývá, že při omezení zálivky došlo ke snížení PN a E u genotypů „Sakha 80“, „AC Hartland“ a „Iran“. Nejvýrazněji na omezení zálivky reagoval íránský genotyp „Iran“. Fytohormonální účinnost (ABA, BR) se lišila v závislosti citlivosti jednotlivých genotypů vůči suchu. Genotyp z Íránu reagoval na brassinosteroidy průkazným snížením E a PN oproti variantě, kde byla aplikována ABA. Kanadský genotyp „AC Hartland“ naopak reagoval více na aplikaci ABA než na aplikaci BR a sice nejnižšími hodnotami PN. Klíčová slova: Triticum aestivum L., sucho, fotosyntéza, transpirace, kyselina abscisová, brassinosteroidy

ÚVOD Pšenice patří mezi plodiny s celosvětovým významem. Fluktuace teploty s nabýváním extrémních hodnot a periodický nedostatek vody jsou dnes limitujícím faktorem tvorby výnosu zemědělských plodin (Solomon et Labuschagne 2003). Rostliny jsou schopné přizpůsobit se podmínkám vodního deficitu a přežít mírný stres, ten však může způsobit vážné poruchy na fyziologické úrovni. Prvotním signálem deficitu vody v rostlinných pletivech je fyziologická reakce, která se projeví uzavřením průduchů – aby se zabránilo ztrátám vody, sníží se intenzita fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivosti (Munns 2002). K významným regulátorům stresových faktorů, zejména vodního deficitu, patří fytohormony seskviterpenoid kyselina abscisová (ABA) (Kondo et Sugahara 1978) a brassinosteroidy (BR) (Sakurai et al.1999). ABA indikuje adaptivní reakce na sucho, reguluje otevřenost průduchů a růst v podmínkách sucha (Bláha et Hnilička 2006). Při nedostatku vody v listech koncentrace ABA rychle vzrůstá (Dubey 1997). Vliv ABA na uzavírání průduchů byl prokázán u řady zemědělských plodin (Stuchlíková et al. 2007; Šafránková et al. 2007), je tedy nezbytnou součástí vodního provozu rostlin. Dle Yuan et al. (2010) jsou i brassinosteroidy schopny snižovat negativní dopad vlivů vnějšího prostředí, například sucha. Brassinosteroidy zvyšují obsah chlorofylu, kumulaci energie v ATP a výkon fotosystému (Hradecká et al. 2009), pravděpodobně zvyšují aktivitu enzymu RuBisCO (Kamlar et al. 2010), výrazně zvyšují aktivitu antioxidačních enzymů a endogenní koncentraci ABA (Yuan et al. 2010). Příznivě působí na výnosové i kvalitativní ukazatele, např. cukrové řepy (Hradecká et al. 2009). Využitím brassinosteroidů v praxi by se mohlo eliminovat působení abiotických stresorů, což by v konečném důsledku zvýšilo výnos zemědělských plodin (Khripach et al. 2000). Rezistence k vláhovému deficitu je také podmíněna genetickým základem pěstovaných genotypů. Odolnost genotypů kulturních rostlin vůči suchu je proto dlouhodobě aktuální problém (Vegh et Rajkai 2006). Schopnost genotypů obnovit původní účinnost fotosyntetického aparátu poté, co u rostlin dojde k obnově normálního vodního režimu, je značně variabilní (Loggini et al. 1999). Cílem práce bylo získat nové poznatky na úrovni parametrů výměny plynů během vodního stresu s využitím ABA a brassinosteroidů u jarní pšenice vybraných genotypů různé provenience.

117


MATERIÁL A METODY Rostliny pšenice jarní různé provenience byly pěstovány v klimaboxu za řízených podmínek při teplotě 21°C, vyrovnané hladině živin a s relativní vlhkostí vzduchu pohybující se kolem 80 %. Denní fotoperioda byla u pšenice s nároky fakultativně dlouhodenního druhu nastavena na 16 hodin světla s ozářeností 700 µmol.m-2.s-1 a 8 hodin tmy. V nádobách s agroperlitem o objemu 950 cm3 bylo pěstováno vždy 12 rostlin. Vlhkost agroperlitu byla udržována na 70 ± 2 % maximální kapilární vodní kapacity (θMKK). Základní živiny byly dodány dvakrát týdně formou Knopova živného roztoku, mikroelementy jednorázově dle Bensona. Do pokusu byly zařazeny genotypy, u kterých předpokládáme fyziologický kontrast (ČR – „Granny“, Irán – „Iran“, Egypt – „Sakha 80“, Kanada – „AC Hartland“). Rostliny staré 21 dnů byly rozděleny do 4 variant: kontrola (K), sucho (S), sucho – aplikace ABA (S-ABA), sucho – aplikace brassinosteroidy (S-BR). Vlhkost substrátu v nádobách u varianty sucho a variant ošetřených fytohormony byla od prvého dne pokusu postupně snižována až na 40 ± 2 % θMKK. Zálivka byla doplňována gravimetrickým vážením pěstebních nádob. Fytohormony byly aplikovány zálivkou ke kořenům těsně před navozením sucha. Varianta S-ABA byla ošetřena zálivkou 50 cm3 100 µM ABA (Pospíšilová 2003). Varianta S-BR byla ošetřena zálivkou 50 cm3 0,001 µM epibrassinolidu (Sharma et Bhardwaj 2007). Reakce rostlin na změny vnějších vlivů v pěstebním substrátu byly u všech variant monitorovány na úrovni fyziologie listů. Rychlost čisté fotosyntézy (PN) a rychlost transpirace (E) byly stanoveny na intaktních, plně vyvinutých listech pomocí gazometrického infračerveného analyzátoru LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Měření probíhalo v asimilační komoře analyzátoru při teplotě 21°C, ozářenosti 700 µmol.m-2.s-1, 50% vlhkosti vzduchu a koncentraci CO2 350 µmol.mol-1. Měření bylo rozděleno do 3 částí, které probíhaly v těchto termínech: 1. v období 3 dny po přerušení zálivky (3 sd), 2. v období 7 dnů po přerušení zálivky (7 sd), 3. v období 3 dny po rehydrataci (10 rd). Statistické vyhodnocení bylo provedeno pomocí programu StatSoft, Inc. (2008) – STATISTICA Cz, verze 9 vícenásobnou analýzou rozptylu při α = 0,05. Publikované hodnoty jsou průměrem ze tří opakování. VÝSLEDKY A DISKUZE Hodnoty transpirace uvádíme v grafu 1. Průměrné hodnoty E z měření při stresu (sd) vykazují rozdíly v porovnání všech variant s kontrolou a rozdíly varianty ošetřené ABA s variantou sucho. Porovnáním variant K a S došlo k průkaznému snížení E u genotypů „Iran“ (o 25,36 %) a „AC Hartland“ (o 14,37 %). Porovnáním genotypů variant S a S-ABA průkazně reagoval pouze genotyp „AC Hartland“ (o 21,63 %). Snížením E v průběhu vodního stresu došlo také ke snížení fotosyntézy. Hodnoty PN uvádíme v grafu 2. Průměrné hodnoty PN z obou měření při stresu (sd) vykazují rozdíly v porovnání všech variant s kontrolou, rozdíly variant ošetřených ABA s variantou sucho a variant ošetřených fytohormony. Při srovnání variant K a S došlo k průkaznému snížení hodnot PN u genotypů „Iran“ (o 31,61 %) a „AC Hartland“ (o 26,61 %). Porovnáním genotypů variant S a S-ABA vychází s průkazně nižší hodnotou PN kanadský genotyp „AC Hartland“ (o 49,32 %). Srovnáním průměrných hodnot PN variant S-ABA a S-BR bylo zjištěno, že hodnoty íránského genotypu jsou prokazatelně nižší u varianty ošetřené BR (o 37,93 %). Kanadský genotyp porovnáním variant SABA a S-BR vychází naopak s průkazně nižší hodnotou PN u varianty S-ABA (o 33,89 %). Egyptský genotyp „Sakha 80“ při srovnání jednotlivých měření nevykazuje průkazné rozdíly mezi stresovanými variantami. V porovnání s kontrolou dochází ke snížení transpirace i fotosyntézy (Hnilička et al. 2005). Se vzrůstající intenzitou vodního stresu fotosyntéza statisticky významně klesá u varianty S a S-BR (Bousba 2009). Výrazně snížené hodnoty PN jsme po rehydrataci naměřili u všech stresovaných variant (graf 2). Průměrné hodnoty E a PN ukazují, že aplikace fytohormonů pomohla tyto parametry za stresu více snížit (Stuchlíková et al. 2007). Český genotyp „Granny“ nevykazuje průkazné rozdíly v reakci na sucho, odchylky jsme zjistili až při 3. 118


měření po rehydrataci, stresované varianty měly nižší intenzitu PN oproti kontrole, varianty ošetřené hormony i nižší intenzitu E (graf 1, 2). genotyp: Sakha80

8 7 6 5 4 3 2

genotyp: Granny

7 6 5 4 3 2 8 7

genotyp: Iran

Evmmol H2Om s

6 5 4 3 2

genotyp: ACHartland

8 7 6 5 4 3 2 1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: kontrola

1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: sucho

1_3sd

2_7sd

3_10rd

1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: sucho + brassinosteroidy

varianta: sucho + ABA

Průměr Průměr±SmCh

měření

-2 -1

genotyp: Sakha80

16 14 12 10 8 6 4 2 0

genotyp: Granny

16 14 12 10 8 6 4 2 0 16 14 12 10 8 6 4 2 0

genotyp: ACHartland

PN v µmol CO2 m s

-2 -1

Graf 1 Parametry transpirace v mmol H2O m s

genotyp: Iran

-2 -1

8

16 14 12 10 8 6 4 2 0 1_3sd

2_7sd

varianta: kontrola

3_10rd

1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: sucho

1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: sucho + ABA

1_3sd

2_7sd

3_10rd

varianta: sucho + brassinosteroidy

Průměr Průměr±SmCh

měření

Graf 2 Parametry fotosyntézy v µmol CO2 m-2 s-1 Rozdíly jsme zaznamenali především u genotypů z Íránu a Kanady. Průměrné hodnoty při stresu ukazují snížení intenzity E a PN (Hnilička et al. 2004) u obou genotypů varianty S v porovnání s kontrolou. Nejnižší hodnoty E (Ø 3,74 mmol H2O m-2 s-1) a PN (Ø 4,21 µmol CO2 m-2 s-1) jsme v průběhu sucha zaznamenali u kanadského genotypu „AC Hartland“ ošetřeného zálivkou ABA. Průměrné hodnoty při stresu ukazují, že kanadský genotyp reaguje průkazně vyššími hodnotami PN při aplikaci BR (Ø 6,37 µmol CO2 m-2 s-1), z grafu je patrný i významný pokles PN při zvyšující se intenzitě sucha (Bousba et al. 2009). Íránský genotyp reagoval v průběhu sucha na aplikaci ABA ve srovnání s genotypem „AC Hartland“ průkazně vyššími hodnotami PN (Ø 9,22 µmol CO2 m-2 s-1) a E (Ø 4,78 mmol H2O m-2 s-1), naopak nižší intenzitou PN při aplikaci BR (Ø 5,72 µmol CO2 m-2 s-1). Pozitivní vliv při rehydrataci měla aplikace BR na íránský genotyp (Loggini et al. 1999) a došlo k 119

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 průkaznému zvýšení intenzity PN (Ø 8,8 µmol CO2 m-2 s-1) v porovnání s variantou sucho (Yuan et al. 2010). Průměrné hodnoty naměřené při stresu ukazují, že kanadský genotyp nejvíce reagoval na aplikaci ABA, došlo k průkaznému snížení PN a E oproti variantám sucho a kontrola. Tento genotyp nejlépe reagoval na podmínky stresu. Rozdíly mezi odrůdami pšenice v reakci na sucho ve své práci uvádí také Solomon et Labuschagne (2003). Hodnoty s nižší průkazností, často vysoké hodnoty PN a E mohou být způsobeny navozením mírného vodního deficitu. ZÁVĚR Při omezení zálivky jsme zaznamenali snížení E a PN u „Sakha 80“, „AC Hartland“ a „Iran“. Fytohormonální účinnost (ABA, BR) se lišila v závislosti citlivosti jednotlivých genotypů vůči suchu. Genotyp z Íránu reagoval na brassinosteroidy významnějším snížením E a PN, naopak kanadský genotyp „AC Hartland“ reagoval více na aplikaci ABA. U egyptského genotypu „Sakha 80“ jsme nezaznamenali významné rozdíly v účinnosti aplikovaných fytohormonů. Český genotyp nevykazoval průkazné reakce na sucho a fytohormonální aplikaci. Literatura Bláha, L., Hnilička, F.: Význam vlastností kořenů a semen pro odolnost rostlin vůči abiotickým stresorům. Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, ČZU, Praha, 2006: 1–9. Bousba, R., Ykhlef, N., Djekoun, A.: Water use efficiency and flag leaf photosynhtetic in response to water deficit of durum wheat (Triticum durum Desf.). World Journal of Agricultural Sciences 5, 2009: 609–616. Dubey, R. S.: Photosynthesis in plants under stressful conditions. In: Pessarakli M. (ed.): Handbook of Photosynthesis, Marcel Dekker, Inc., New York-Basel-Hong Kong, 1997: 859–875. Hnilička, F., Hniličková, H., Česká, J.: The influence of abiotic stresses upon photosynthesis and growth of wheat. Žemdirbyste 86, 2004: 54–66. Hnilička, F., Petr, J., Hniličková, H., Bláha, L.: The effect of abiotic stresses on rate of photosynthesis and formation of dry matter in winter wheat plants. Scientia Agriculturae Bohemica 36, 2005: 1–6. Hradecká, D., Urban, J., Kohout, L., Pulkrábek, J. Hnilička, R.: Využití brassinosteroidů k regulaci stresu během růstu a tvorby výnosu řepy cukrové. Listy cukrovarnické a řepařské 129, 2009: 271– 273. Kamlar, M., Uhlík, O., Chlubnová, I., Kohout, L., Harmatha, J., Ježek, R., Šanda, M., Pišvejcová, A., Macek, T.: Využití afinitní chromatografie pro studium působení vybraných oxysterolů u rostlin. Chemické listy 104, 2010: 215–222. Khripach, V., Zhabinskii, V., De Groot, A.: Twenty years of brassinosteroids: steroidal plant hormones Warrant better crops for the XXI century. Annals of Botany 86, 2000: 441–447. Kondo, N., Sugahara, K.: Changes in transpiration rate of SO2-resistant and sensitive plants with SO2 fumigation and the participation of abscisic acid. Plant Cell Physiology 19, 1978:365-373. Loggini, B., Scartazza, A., Brugnoli, E., Navarizzo, F.: Antioxidative defense system, pigment composition and photosynthetic efficiency in two wheat cultivars subjected to drought. Plant Physiology 119, 1999: 1091–1099. Munns, R.: Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell and Environment 25, 2002: 239–250. Pospíšilová, J.: Interaction of cytokinins and abscisic acid during regulation of stomatal opening in bean leaves. Photosynthetica 41, 2003: 49–56. Sakurai, A., Yokota, T., Clouse, S. D.: Brassinosteroids-Steroidal Plant Hormones. SpringerVerlag, Berlin, 1999: 253pp. Sharma, P., Bhardwaj, R.: Effect of 24-epibrassinolide on seed germination, seedling growth and heavy metal uptake in Brassica juncea L. General and Applied Plant Physiology 33, 2007: 59–73.

120

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Solomon, K. F., Labuschagne, M. T.: Expression of drought tolerance in F-1 hybrids of a diallel cross of durum wheat (Triticum turgidum var. durum L.). Cereal Research Communications 31, 2003: 49–56. Stuchlíková, K., Hejnák, V., Šafránková, I.: The effect of abscisic acid and benzylaminopurine on photosynthesis and transpiration rates of maize (Zea mays L.) under water stress and subsequent rehydration. Cereal Research Communications 35, 2007: 1593–1602. Šafránková, I., Hejnák, V., Stuchlíková, K., Česká, J.: The effect of abscisic acid on rate of photosynthesis and transpiration in six barley genotypes under water stress. Cereal Research Communications 35, 2007: 1013–1016. Vegh, K. R., Rajkai, K.: Root growth and nitrogen use efficiency of spring barley in drying soil. Cereal Research Communications 34, 2006: 267–270. Yuan, G. F., Jia, C. G., Li, Z., Sun, B., Zhang, L. P., Liu, N., Wang, Q. M.: Effect of brassinosteroids on drought resistance and abscisic acid concentration in tomato under water stress. Scientia Horticulturae 126, 2010: 103–108. THE STUDY OF STOMATAL GAS EXCHANGE BY GENUS Triticum DURING WATER STRESS The aim of the research was to study phisiological mechanisms linking the reactions to water stress and a possible influence of abscisic acid and brassinosteroids. Four genotypes of common wheat (Triticum aestivum) had been chosen for the experiment: „Granny“ from CR, „Sakha 80“ from Egypt, „Iran“ from Iran and „AC Hartland“ from Canada. The plants were cultivated in four variants: control, drought, drought + treatment of abscisic acid, drought + treatment of brassinosteroids applied right before the water stress induction. During the water stress period and after subsequent rehydration the gas exchange parameters were measured: photosynthesis (PN) and transpiration (E). Under the water reduction genotypes „Sakha 80“, „AC Hartland“ and „Iran“ reacted by reduction of PN and E. The strongest response to reduction of irrigation was seen at genotype from Iran. Phytohormone influence was distinguished depending on sensibility of single genotypes towards the drought. The genotype from Iran responded to brassinosteroids by evidential decrease of E and PN over against the variant where ABA was applied. On the contrary, the Canadian genotype „AC Hartland“ responded to application ABA more than to the application of BR. It had the lowests values of PN. Keywords: Triticum aestivum L., drought, photosynthesis, transpiration, abscisic acid, brassinosteroids

Poděkování: Autoři článku děkují za finanční podporu projektu specifického výzkumu MŠMT: 2110/01470/1210.

121


VLIV FUZÁRIOVÉ INFEKCE NA KVALITATIVNÍ A KVANTITATIVNÍ SLOŽENÍ BÍLKOVIN PŠENICE (Triticum aestivum L.) Štočková L., Bradová J., Chrpová J. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha 6 161 06, email: [email protected]

ABSTRAKT V této studii byl sledován vliv fuzáriové infekce na kvalitativní a kvantitativní změny bílkovin zrna pšenice. Kvantitativní analýza RP-HPLC prokázala, že fuzáriová infekce zvyšuje množství gliadinů o prům. 55 % a snižuje množství gluteninů o 45 %. Korelace mezi kvantitativními změnami a obsahem deoxynivalenolu resp. podílem napadených zrn nebyly prokázány. Elektroforéza SDS PAGE ukazuje na úplnou destrukci bílkovinných složek s vyšší molekulovou hmotností u napadených vzorků a kvalitativní změny v elektroforetickém spektru celkových bílkovin. Klíčová slova: pšenice, bílkoviny, fuzária, HPLC, SDS PAGE Úvod Fuzáriové infekce patří mezi často se vyskytující biotické stresy u pšenice a dalších obilovin v klimatických podmínkách střední Evropy. Sekundárními metabolity jsou fuzáriové mykotoxiny – deoxynivalenol (dále jen DON), zearalenon (ZEA), T-2 toxin, HT-2 toxin aj. DON je vzhledem k četnosti výskytu často považován za indikátor fuzáriové infekce. Je potvrzena úzká pozitivní korelace mezi intenzitou infekce a koncentrací DON v zrnu (Prange et al. 2005a). Fuzáriová infekce způsobuje kromě snížení hygienické kvality zrna také změny ve struktuře zrna. Mnoho publikací prokazuje, že zrna s vyšším obsahem DON mají horší pekařské vlastnosti, ačkoliv existují i studie, které přes vysoké hladiny DON v testovaném materiálu takové závěry nepotvrdily (Antes et al. 2001). Zhoršení pekařské kvality je pravděpodobně spojeno se změnami ve struktuře, kvalitě a množství lepkových bílkovin. Lepkové bílkoviny – gliadiny a gluteniny – mají totiž zásadní vliv na pekařské využití zrna pšenice. Kvalita lepku závisí na kombinaci mnoha fyzikálních a chemických vlastností bílkovinného komplexu a je určena zejména optimální kombinací zásobních lepkových bílkovin (Hoseney a Huifen 1994). Fuzáriová infekce významně neovlivňuje kvalitu lepkových bílkovin ve smyslu snížení počtu disulfidových vazeb a tím snížení potence tvorby agregátů, ani množství lepkových bílkovin (Prange et al. 2005b), avšak jiné výsledky při srovnatelných koncentracích DON prokazují výrazné kvantitativní změny v jednotlivých bílkovinných frakcích (Eggert et al. 2010). Významné kvantitativní změny v albumino-globulinové frakci potvrzeny nebyly (Eggert et al. 2010), nicméně lze předpokládat určité kvalitativní změny odrážející obranný mechanizmus proti stresovému faktoru, neboť albumino-globulinová frakce je složená především z funkčních a enzymových proteinů. Případné kvalitativní změny mohou dobře ilustrovat změny biochemických pochodů v zrnu díky působení stresu, avšak takové výsledky nám nejsou známy. Cílem této práce bylo zjistit, jak ovlivňuje fuzáriová infekce množství a složení bílkovinných frakcí v uměle infikovaných vzorcích s vysokým obsahem deoxynivalenolu a zda obsah deoxynivalenolu souvisí s případnými kvantitativními změnami. Materiál a metody Vliv fuzáriové infekce byl sledován ve dvou letech (2009 a 2010) na pěti odrůdách ozimé pšenice (Tab. 1) s různou úrovní rezistence k fuzáriové infekci. Na pozemcích VÚRV, v.v.i. v Ruzyni byla

122

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 provedena umělá inokulace 10 klasů ve stejné vývojové fázi (GS 64) suspenzí konidií patogenního izolátu (B) druhu F. culmorum (Chrpová et al. 2007) a pro podpoření rozvoje infekce byla použita závlaha. Napadení v klase bylo hodnoceno na základě procenta infikovaných klásků ve 3 termínech. Obsah DON byl stanoven z 10 klasů metodou ELISA. Kontrolní vzorky bez fuzáriové infekce byly pěstovány v maloparcelkových pokusech na stejné lokalitě (pozemky VÚRV, v.v.i. v Ruzyni) v ochranné vzdálenosti od infikovaných pokusů. Pro kvalitativní analýzu bílkovin byla použita klasická elektroforéza v polyakrylamidovém gelu v prostředí dodecylsufátu sodného (dále SDS PAGE)(Laemmli, 1970) a vzorky byly porovnány vizuálně při zachování stejných podmínek separace. Kvantitativně byly bílkoviny stanoveny kapalinovou chromatografií na reverzní fázi (dále RP-HPLC) (Naeem a Sapirstein 2007), které předcházela modifikovaná frakcionace dle Laroquea et al. 2001. Proteinové frakce byly kvantifikovány s využitím hovězího sérového albuminu jako externího standardu. Výsledky a diskuze Umělá inokulace zaručila u všech vzorků vysoký obsah DON, stejně jako procento napadených zrn (Tab. 1). Kvantitativní změny stanovené RP-HPLC vykazovaly všechny analyzované frakce. Změny v množství albumino-globulinové frakce byly výrazné, vyšší než výsledky publikované Eggertem et. al (2010), výsledky však nevykazovaly žádný trend. V oblasti zásobních bílkovin má fuzáriová infekce víceméně uniformní vliv v tom smyslu, že zvyšuje množství gliadinové frakce průměrně o 55 % a snižuje množství gluteninů o 45 %. Celkový protein (stanovený jako suma frakcí analyzovaných RP-HPLC) se lišil podle odrůdy. Výrazné zvýšení množství gliadinové frakce lze připsat přítomnosti proteinů houby samotné. Podle již publikovaných měření (Eggert et al. 2010) je sice příspěvek těchto proteinů k celkové koncentraci bílkovin zanedbatelný, avšak toto tvrzení platí pro vzorky s menším rozsahem infekce (charakterizovaným deseti- či vícenásobně menší koncentrací DON než vzorky testované v této studii). Byla sledována korelace mezi kvantitativními změnami bílkovinných frakcí, obsahem DON a intenzitou infekce vyjádřenou % napadených zrn, avšak na hladině spolehlivosti α = 0,1 nebyla korelace mezi změnami bílkovin a atributy fuzáriové infekce prokázána. Komplex pšenice – houba je zřejmě komplikovanější, než aby bylo možno podstatnou část variability stresové reakce popsat jednou proměnou. Tab. 1: Relativní rozdíl v koncentraci bílkovinných frakcí v % vztažený k množství frakce ve zdravém zrnu u sledovaných vzorků a obsah DON a míra infekce vyjádřená jako podíl napadených zrn v infikovaných vzorcích Ročník Odrůda ∆ A-G ∆ Gli ∆ Glu ∆ Protein DON % napadených (%) (%) (%) (%) (mg/kg) zrn Bohemia 5,4 57,5 -38,9 1,65 56,7 2009 75,2 Secese 17,2 79,3 -33,7 16,39 64,9 80,0 Briliant -15,8 37,7 -37,8 -0,59 82,7 89,7 Seladon 16,1 68,2 -51,6 9,82 99,3 86,6 Iridium 69,5 68,0 -51,7 5,20 64,5 86,6 Bohemia -9,7 19,5 -60,2 -16,95 51,1 61,0 2010 Secese 26,3 75,3 -12,2 36,14 94,2 56,3 Briliant -16,2 62,6 -54,1 10,64 55,6 55,3 Seladon -3,6 18,9 -57,0 -9,71 84,1 91,8 Iridium 31,5 74,0 -66,8 23,15 44,5 83,7 Pomocí metody SDS PAGE byla porovnávána kvalitativní úroveň změn v elektroforetických

123

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 spektrech bílkovin zdravých zrn pšenice a zrn infikovaných fuzárii ve dvouletých pokusech. Výrazné kvalitativní i kvantitativní rozdíly v elektroforetických spektrech bílkovin pšeničného endospermu dokumentované na příkladu odrůdy Iridium (obr. 1), které byly zaznamenány mezi infikovanou a zdravou variantou u všech testovaných odrůd v obou ročnících, jsou výsledkem aktivity proteáz syntetizovaných houbou (Brzozowski et al. 2008). Nightingale et al. (1999) rovněž prokázal, že bílkoviny pšeničného zrna napadeného fuzárii jsou mnohem více náchylné k degradaci, což dokazují i naše výsledky. Na obr. 1 je vidět, že u infikovaných zrn došlo zcela k vymizení vysokomolekulárních gluteninových podjednotek (HMW-GS, 80-150kDa), dále k částečné redukci nízkomolekulárních gluteninových podjednotek (LMW-GS, 35-50 kDa) a gama, omega gliadinů, které se vyskytují jako multigenní skupina v úzkém spojení LMW-GS. Vlivem působení proteolytických enzymů z fuzárií dochází patně k destrukci těchto bílkovin na produkty s mnohem nižší molekulovou hmotností. Následkem toho pravděpodobně dochází u infikované varianty k výskytu bílkovinných složek (na obr. 1 pruhy označené hvězdičkou *), které nejsou identifikovatelné u zdravých zrn. Podobný trend byl zaznamenán u všech testovaných odrůd. Výsledky SDS elektroforézy a RP-HPLC analýzy si neodpovídají především v oblasti gliadinů, ačkoliv jsou výsledky obou metod v souladu s již publikovanými studiemi (Eggert et al.2010, Nightingale 1999). To může být způsobeno rozdílnou metodikou extrakce, kdy při použití 50% 1propanolu pro RP-HPLC jsou inaktivovány proteolytické enzymy produkované houbou, zatímco extrakce pro SDS PAGE prováděná merkaptoethanolem ve vodném prostředí tyto proteázy inaktivovat nemusí a tím dojde k degradaci zmíněných bílkovin (Nightingale et al.1999)

Obr. 1: SDS PAGE bílkovin extrahovaných merkaptoethanolem z pšeničného zrna odrůdy Iridium (A, C – varianta infikovaná fuzárii; B, D – zdravá varianta; 2009, 2010 – ročník) Závěr Fuzáriová infekce ovlivňuje jak kvalitativní, tak kvantitativní složení bílkovin. Kvantitativní změny jsou do jisté míry ovlivněny odrůdou, pokud se týká SDS PAGE, nebyly mezi jednotlivými odrůdami zaznamenány rozdíly v kvalitativních změnách. Rozdíly mezi ročníky byly pozorovány pouze v kvantitativních RP-HPLC analýzách. Nebyla pozorována statisticky významná korelace mezi kvantitativními změnami v bílkovinných frakcích a intenzitou napadení infikovaného vzorku. Literatura Antes, S., Birzele, B., Prange, A., Kriket, J., Meier, A., Dehne, H.-W., Köhler, P.: Rheological and breadmaking properties of wheat symplex infected with Fusarium spp. Mycotox. Res. 17, 2001, Suppl. 1: 76-80 Brzozowski, B., Dawidziuk, K., Bednarski, W.: Gliadin degradation by proteases of Fusarium genus fungi in vivo and in vitro conditions. Pol. J. Natur. Sci.23, 2008: 188 - 206 Eggert, K.,Wiesner, H., Pawelzik, E.: The influence of Fusarium infection and growing location on the quantitative protein composition of emmer (Triticum dicoccum). Eur. Res. Food. Technol. 230, 2010: 837 – 847 Hoseney R.C., Huifen H.: Gluten, a theory of how it controls bread Tkachuk, R. (eds.), Gluten Proteins. AACC, 1994 St. Paul Minnesota,USA, 1 - 10

124

making quality, In Bushuk, W.,

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Resistance of winter wheat varieties registered in the Czech Republic to mycotoxin accumulation in grain following inoculation with Fusarium culmorum. Czech J. Genet. Plant Breed. 43, 2007: 44–52. Laemmli V.K.: Cleavage of structural proteins during assembly of the head bacteriophag. Nature, 227, Chrpová, J., Šíp, V., Matějová, E., Sýkorová S.:

1970: 680–685 Larroque, O.R., Bekes, F., Wrigley, C.W., Rathmell, W.G.: Analysis of gluten proteins in grain and flour blends by RP-HPLC. In: Shewry, P.R., Tatham, A.S. (Eds.), Wheat Gluten. Royal Society of Chemistry. Cambridge, UK, 2001, 136–139. Naeem, H.A., Sapirstein, H.D.: Ultra-fast separation of wheat glutenin subunits by reversed-phase HPLC using a superficially porous silica-based column. Journal of Cereal Science 46, 2007: 157-168 Nightingale, M.J., Marchylo, B.A., Clear, R.M., Dexter, J.E., Preston, K.R.: Fusarium head blight: Effect of fungal proteases on wheat storage proteins. Cereal. Chem. 76, 1999: 150 - 158 Pestka, J. J.: Deoxynivalenol:Toxicity, mechanisms and animal health risks. Animal Feed Sci.Tech. 137, 2007: 283-298 Prange, A., Birzele, B., Krämer, J., Meier, A., Modrow, H., Köhler, P.: Fusarium-inoculated wheat: deoxynivalenol contents and baking quality in relation to infection time. Food Control 16, 2005a: 739745 Prange, A., Modrow, H., Hormes, J., Krämer, J., Köhler, P.: Influence of Mycotoxin Producing Fungi

(Fusarium, Aspergillus, Penicillium) on Gluten Proteins during Suboptimal Storage of Wheat after Harvest and Competitive Interactions between Field and Storage Fungi. J. Agric. Food Chem. 53, 2005b: 6930–6938

THE INFLUENCE OF Fusarium INFECTION ON QUALITATIVE AND QUANTITATIVE CHANGES IN WHEAT (Triticum aestivum L.) PROTEINS. The influence of the Fusarium infection on qualitative and quantitative changes in the wheat proteins was evaluated. A quantitative RP-HPLC analysis proved that the amount of gliadines is increased by 55 % on average and the amount of glutenins is decreased by 45 % due to the infection. Any statistically significant correlation between quantitative changes in fractions and the deoxynivalenol content or the ratio of scabby grains was not proved. SDS PAGE results discover the destruction of protein compounds with a high molecular weight and a qualitative changes in protein electrophoretic spectra of infected samples. Klíčová slova: wheat, protein, Fusarium, HPLC, SDS PAGE Dedikace: Tato práce byla podpořena řešením výzkumného záměru MZe ČR 0002700604 a projektu MZe ČR – NAZV QH 92155

125


KUMULÁCIA A TRANSLOKÁCIA DUSÍKA HISTORICKÉHO SÚBORU ODRÔD OZIMNEJ PŠENICE Žofajová A.1, Užík M.1, Havelová J.2 1

CVRV - Výskumný ústav rastlinnej výroby, Piešťany, Bratislavská 122, 921 01 Piešťany, Slovensko, [email protected] 2 HORDEUM s r.o., Nový Dvor 1052, 925 21 Sládkovičovo

ABSTRAKT Desať odrôd ozimnej pšenice povolených v rokoch 1921 až 2003 na Slovensku bolo hodnotených v nádobovom pokuse na štyroch variantoch N hnojenia a v dvoch termínoch (klasenie, zrelosť). Moderné odrody mali efektívnejší príjem N, akumulovali viac N v klasení a v zrelosti (mg.rastlinu-1), mali efektívnejšiu translokáciu N, vyšší zberový index dusíka, ale napriek tomu mali nižší obsah N v zrne (1,976 % – 2,224 %) ako staré odrody (2,268 % – 2,760 %), nakoľko mali dva krát vyššiu úrodu zrna. Relatívne vysoká koncentrácia N v slame a v koreňoch predstavuje zdroj pre zvýšenie zberového indexu dusíka a obsahu N v zrne. Kľúčové slová: dusík, akumulácia, translokácia, ozimná pšenica, odrody

ÚVOD Úroda zrna a obsah bielkovín sú predmetom zvýšeného záujmu šľachtiteľa a pestovateľa. V minulom storočí za krátke obdobie zvýšila sa úroda zrna obilnín dvojnásobne (Austin et al. 1980, Užík a Žofajová 2005), avšak znížila sa koncentrácia dusíka v zrne a kvalita zrna (Feil 1997, Fabrizius et al. 1997, Žofajová a Užík 2004), čo sa prejavuje v zápornom vzťahu medzi úrodou a kvalitou (Užík a Žofajová 2002). Sila vzťahu medzi úrodou zrna a obsahom bielkovín závisí od genotypového zloženia súboru a od podmienok prostredia (Fabrizius et al. 1997). Prístupnosť N v pôde má rozhodujúcu úlohu v prejave tohto vzťahu, pričom nové odrody, ktoré majú vyššiu efektívnosť príjmu a utilizácie N majú slabší záporný vzťah medzi úrodou zrna a obsahom bielkovín (Ortiz-Monasterio et al. 1997b, Užík a Žofajová 2002). Účinnosť príjmu aplikovaného N, účinnosť využitia aplikovaného N a účinnosť využitia prijatého N na úrodu zrna sú kritéria využívané na charakteristiku efektívnosti šľachtiteľských a pestovateľských opatrení (Moll et al. 1982, Ortiz-Monasterio et al. 1997a). Cieľom predloženej práce bolo na historickom súbore odrôd ozimnej pšenice detekovať rozdiely v príjme a v utilizácii dusíka. MATERIÁL A METÓDY S desiatimi odrodami ozimnej pšenice, ktoré boli povolené v rokoch 1921 až 2003 (1 – Slovenská 777, 1921, 2 – Slovenská B, 1946, 3 – Diana I, 1960, 4 – Solaris, 1976, 5 – Košútka, 1981, 6 – Viginta, 1984, 7 – Torysa, 1992, 8 – Astella, 1995, 9 – Vanda, 2001, 10 – Axis, 2003) bol založený nádobový pokus v dvoch opakovaniach so 4 variantmi N hnojenia (N1 = 0, N2 = 50, N3 = 100, N4 = 150 kg N), s 2 termínmi zberu (klasenie a zrelosť). Dávka N hnojiva (liadok vápenatý) zodpovedala dávkam na 1 ha pri hĺbke pôdy 20 cm. V klasení sme z každej nádoby stanovili suchú hmotu klasov a separátne suchú hmotu stebiel a listov. Pri zbere v zrelosti sme stanovili úrodu zrna, hmotnosť pliev a slamy. Po zbere v klasení a v zrelosti sme korene z každej nádoby vyplavili nad sitom o veľkosti 1 cm. Pretože obsah N a ďalšie ukazovatele sme stanovili v priemernej vzorke z 2 opakovaní, pre odrody uvádzame len priemerné hodnoty zo 4 variant N hnojenia. Údaje sme štatisticky vyhodnotili pomocou balíka programov Statgrafics plus for Windows. VÝSLEDKY A DISKUSIA

Obsah N (%). Medzi odrodami boli významné rozdiely v obsahu N v klasení (tab. 1), pričom jeho koncentrácia v nadzemnej hmote sa zvyšovala s rokom povolenia odrody, keď staršie odrody mali obsah N 1,064 % a moderné odrody 1,297 %, čo je v zhode s publikovanými údajmi (Austin et al. 1980, Ortiz-Monasterio et al. 1997a, Žofajová a Užík 2004). Výnimkou bola odroda Košútka, ktorá mala najvyšší obsah N až 1,531 %. Kolísavá tendencia bola pozorovaná v obsahu N látok v koreňoch (tab. 1). Medzi odrodami bol obsah N v slame a v plevách vyrovnaný (0,436 – 0,579 %) 126

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 až na odrodu Košútka, ktorá mala najnižší obsah N (0,383 %). Variabilita obsahu N v koreňoch nebola podmienená odrodou, ale obsah N bol vyšší ako v nadzemnej hmote (0,670 % verzus 0,472 %). V ďalších ukazovateľoch bol medzi skupinou starých odrôd (prvé tri) a modernými odrodami podstatný rozdiel. Staré odrody mali vyšší obsah N v zrne (2,703 – 2,760 %), vyšší obsah bielkovín (15,10 – 15,36 %), vyšší obsah mokrého lepku (55,97 – 58,89 %) než moderné odrody v tom istom poradí (1,976 – 2,268 %), (11,04 – 13,30), (37,36 – 47,71 %). Tab. 1 Koncentrácia N (v % sušiny ) v klasení a v zrelosti a ukazovatele kvality zrna Odroda

1 Slovenská 777 2 Slovenská B 3 Diana I 4 Solaris 5 Košútka 6 Viginta 7 Torysa 8 Astella 9 Vanda 10 Axis

x LSD 0,05

Klasenie nadzemná koreň biomasa

koreň

slama

1,101 abc 1,040 a 1,054 ab 1,356 de 1,531 f 1,309 de 1,219 cd 1,421 cf 1,208 bcd 1,333 de 1,256 -

0,692 0,734 0,595 0,694 0,662 0,598 0,658 0,690 0,708 0,678 0,670 -

0,452 0,518 0,476 0,579 0,383 0,436 0,457 0,550 0,456 0,423 0,472 -

0,785 d 0,680 ab 0,608 a 0,709 cb 0,744 cd 0,694 cb 0,670 ab 0,749 cd 0,716 bcd 0,701 cb 0,705 0,073

Zrelosť zrno

2,714 ab 2,703 b 2,760 a 2,268 ab 1,976 ab 2,224 a 2,095 ab 2,268 ab 1,982 ab 1,988 ab 2,297 0,114

obsah bielkovín (NIRS) 15,36 15,29 15,10 13,12 11,04 12,75 11,64 13,30 10,87 11,56 13,00 -

obsah lepku (NIRS) 57,91 55,97 58,89 44,12 37,36 43,50 42,20 47,71 38,65 38,73 47,36 -

Medzi priemermi označenými rovnakým písmenom nie sú štatisticky významné rozdiely Množstvo prijatého N (mg.rastlina-1). Celkové množstvo prijatého N ako výsledok koncentrácie N a vyprodukovanej biomasy, kolísalo v klasení a v zrelosti v závislosti od odrody (tab. 2). V klasení staršie odrody mali nižší príjem N v koreňoch (3,564 – 4,544) než moderné odrody (4,821 – 6,304) až na odrodu Košútka (3,134). Opačná situácia bola v celkovom príjme N v nadzemnej biomase, keď moderné odrody mali tendenciu nižšieho príjmu N než staré odrody (50,57 verzus 54,06). V zrelosti staré odrody naakumulovali viac N v koreňoch (1,72 až 2,56), viac v slame (20,64 až 23,72), ale menej v zrne (37,10 až 44,55), než moderné odrody v tom istom poradí (1,23 až 1,72), (13,13 až 20,11), (42,52 až 50,52). V celkovom príjme N (koreň + nadzemná hmota) bol medzi odrodami menší rozdiel v dôsledku kompenzácie rozdielneho obsahu N v koreňoch a v nadzemnej hmote pri starých a moderných odrodách. Translokácia N (mg.rastlina-1). Akumulácia N v zrne bola závislá najmä od translokácie N naakumulovaného vo vegetatívnej hmote do kvitnutia, čo bolo zdrojom pre translokáciu. Obsah N vo vegetatívnej nadzemnej hmote za obdobie nalievania zrna sa znížil z 1,256 % na 0,472 % (tab. 1), čo naznačuje, že limitujúcim faktorom zvyšovania N v zrne bola úložná kapacita v zrne (tab. 3). Významné rozdiely boli v efektívnosti akumulácie N (EAN), t.j. podielu prijatého množstva N v klasení z celkového N nahromadeného v zrelosti, ktorá kolísala medzi odrodami od 75,53 (Vanda) až do 88,66 ( Slovenská 777), čo znamená, že niektoré odrody nahromadili v dobe nalievania zrna len 12 až 25,7 % N (tab. 3). Z uvedeného vyplýva, že medzi odrodami sú rozdiely v príjme N v období nalievania zrna. Medzi odrodami boli významné rozdiely v znížení obsahu N v nadzemnej vegetatívnej hmote, keď staršie odrody, v tomto prípade aj novšia odroda Solaris, znížili obsah N len na 41,96 – 49, 14 % avšak moderné odrody až na 25,83 – 37,74 %, pričom najviac znížila odroda Košútka (na 25,83 %), ktorá mala najvyšší obsah N v klasení. Zníženie obsahu N v koreňoch bolo nízke, a medzi odrodami neboli pozorované žiadne významnejšie rozdiely. Translokácia N sa môže vhodnejšie vyjadriť v mg.rastlinu-1, alebo v % úrody zrna. Medzi odrodami boli významné rozdiely, ale s rokom povolenia bola kolísavá tendencia. Vhodným ukazovateľom využitia prijatého N na jeho akumuláciu v zrne je zberový index dusíka. Medzi odrodami bol významný rozdiel, keď staré odrody mali zberový index N 0,619 až 0,690 a 127

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 moderné odrody 0,679 až 0,792. Tab. 2 Príjem dusíka v klasení a v zrelosti (v mg na rastlinu) Odroda koreň 1* 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x LSD(0,05)

*

3,966 3,564 4,544 4,645 3,134 5,542 5,296 6,304 4,821 5,172 4,698 1,049

Klasenie nadzemná biomasa 52,809 48,811 48,491 50,411 49,503 45,011 44,468 45,530 43,614 47,105 47,57 6,49

spolu

koreň

56,775 52,376 53,034 55,056 52,637 50,553 49,764 51,834 48,436 52,277 52,27 7,10

2,15 bc 1,72 ab 2,56 c 1,31 a 1,44 ab 1,72 ab 1,29 a 1,23 a 1,41 a 1,39 a 1,620 0,724

Zrelosť slama zrno 20,64 bcd 23,72 d 21,45 cd 20,11 bcd 13,13 a 15,56 ab 15,92 abc 16,77 abc 15,09 ab 14,18 a 17,65 5,815

40,16 ab 37,45 a 44,56 bcd 42,52 abc 50,52 d 47,32 cd 45,63 bcd 46,81 cd 47,87 cd 49,01 cd 45,18 6,517

spolu 62,94 a 62,90 a 68,56 a 63,94 a 65,09 a 64,61 a 62,84 a 64,81 a 64,37 a 64,58 a 64,46 68,46

Názvy odrôd viď tabuľka 1

Tab. 3 Translokácia dusíka Odroda

***

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x *

LSD(0,05)

Translokácia N (mg.rastlina-1) nadzemná biomasa 32,17 abc 25,09 a 27,04 ab 30,30 abc 36,37 c 29,45 abc 28,55 ab 28,76 ab 28,52 abc 32,92 bc 29,91 7,81

celková biomasa** 33,99 abc 26,93 a 29,03 ab 33,64 abc 38,07 c 33,27 abc 32,55 abc 33,84 abc 31,94 abc 36,71b c 32,99 8,120

Podiel N v zrelosti (klasenie =100%)

koreň 89,57 ab 107,96 b 97,01 ab 98,29 ab 90,03 ab 85,72 a 99,19 ab 93,43 ab 98,11 ab 97,07 ab 95,63 18,97

EAN*

celková slama biomasa** 42,21 bcd 88,66 b 49,14 d 83,35 ab 43,82 cd 77,22 ab 41,96 bcd 86,96 ab 25,83 a 79,80 ab 32,80 ab 78,20 ab 37,05 bc 81,73 ab 37,74 bc 79,51 ab 36,93 bc 75,53 a 31,56 ab 80,87 ab 37,90 81,18 10,99 11,84

Zberový index N (NHI)

z nadzemná z celkovej nadzemnej biomasa biomasy ** biomasy 85,13 c 0,636 a 0,659 a 79,65 abc 0,601 a 0,619 a 73,15 ab 0,663 ab 0,690 abc 81,06 bc 0,665 ab 0,679 ab 76,57 abc 0,775 c 0,792 d 71,17 ab 0,739 c 0,760 cd 74,44 abc 0,727 bc 0,743 bcd 70,90 ab 0,731 bc 0,746 bcd 69,30 a 0,751 c 0,768 d 74,20 abc 0,762 c 0,779 d 75,55 0,704 0,723 11,22 0,073 0,073

Podiel naakumulovaného N v klasení z celkového N v zrelosti, **vrátane koreňov, ***Názvy odrôd viď tabuľka 1

ZÁVER Moderné odrody ozimnej pšenice mali v klasení vyššiu koncentráciu N v nadzemnej hmote, t.j. vyššiu špecifickú efektívnosť príjmu N na jednotku biomasy, avšak pretože skôr kvitli vyprodukovali menej biomasy tak i pri vyššej koncentrácii N, jeho príjem bol nižší ako pri starých odrodách. Moderné odrody mali vyššiu efektívnosť translokácie, pretože dokázali v období nalievania zrna, z vyššieho obsahu N vo vegetatívnej hmote znížiť ho na rovnakú úroveň ako mali staré odrody. Moderné odrody mali nižšiu koncentráciu N v zrne, nižší obsah mokrého lepku a bielkovín, čo bolo spôsobené nevyváženosťou medzi zdrojmi N a C a úložnou kapacitou zrna. Nedostatočná akumulácia N moderných odrôd v klasení, nízka efektívnosť príjmu N počas nalievania zrna a vysoká úroda zrna, boli príčinou, že napriek efektívnejšej translokácii a utilizácii N (zberový index N) kvalita zrna bola nižšia ako pri starých odrodách.

128

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Literatúra Austin, R.B., Bingham, J., Blackwell, R.D., Evans, L.T., Ford, M.A., Morgan, C.L., Taylor, M.: Genetic improvements in wheat yields since 1900 and associated physiological changes. J. Agric. Sci. 94, 1980 : 675–689 Fabrizius, M. A., Cooper, M., Basford, K. E.: Genetic analysis of variation for grain yield and protein concentration in two wheat crosses. Aust. J. Res. 48, 1997 : 605–614 Feil, B.: The inverse yield-protein relationship in cereals: possibilities and limitations for genetically improving the grain protein yield. Trends Agron. 1, 1997 : 103–119 Moll, R. H., Kamprath, E. J., Jackson, W. A.: Analysis and interpretation of factors which contribute to efficiency of nitrogen utilization. Agron. J., 74, 1982 : 562–564 Ortiz-Monasterio, R., Pena, R. J., Sayre, K. D., Rajaram, S.: CIMMYT's genetic progress in wheat grain quality under four nitrogen rates. Crop Sci., 37, 1997b : 892–898 Ortiz-Monasterio, R., Sayre, K. D., Rajaram, S., McMahon, M.: Genetic progress in wheat yield and nitrogen use efficiency under four nitrogen rates. Crop Sci, 37, 1997a : 898–904 Užík, M., Žofajová, A.: Genetický pokrok v úrode a kvalite zrna pšenice – In: Progres v biológii : Zborník referátov z medzinárodnej vedeckej konferencie 8. - 9. september 2005 / Ed. M. Zima, P. // Boleček, R. Omelka: Fakulta prírodných vied UKF, 2005 : 385–387 Užík, M., Žofajová, A.: Niektoré aspekty selekcie na zvýšenie efektívnosti príjmu a utilizácie dusíka vo vzťahu k parametrom kvality pri ozimnej pšenici. Zb. z 8. odborného seminára “Nové poznatky z genetiky a šľachtenia poľnohospodárskych rastlín. Šľachtenie obilnín na kvalitu”. VÚRV Piešťany, 2002 : 32–41 Žofajová, A., Užík, M.: Historický sortiment odrôd pšenice letnej f. ozimnej - hodnotenie úrody a kvality. Genofond, 8, 2004 : 24–25 NITROGEN ACCUMULATION AND TRANSLOCATION OF HISTORICAL SET OF WINTER WHEAT CULTIVARS. Ten winter wheat cultivars realised in the years 1921 – 2003 in Slovakia were evaluated in pot experiment at 4 variants of N fertilization and at 2 terms of harvest (heading, maturity). Modern cultivars had more effective N uptake, more accumulated N (mg plant-1) at heading and maturity, had more effective N translocation, had higher N harvest index, but in spite of that lower N content in grain (1.976% – 2.224 %) than old cultivars (2.268% – 2.760%), because had two times higher grain yield. Relative high N concentration in straw and root at maturity represent source for increasing N harvest index and N content in grain. Key words: nitrogen, accumulation, translocation, winter wheat, cultivars

Poďakovanie Výskum bol podporený projektmi VMSP-P-0047-09 a VMSP-P-0056-09.

129


VLIV ZPŮSOBU APLIKACE DUSÍKU NA HLADINY CYTOKININŮ U ROSTLIN Neuberg M.1, Pavlíková D.1, Žižková E.2, Motyka V.2 1

Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 - Suchdol, Česká republika, [email protected], [email protected] 2 Ústav experimentální botaniky, AV ČR, Rozvojová 263, 165 02 Praha 6

ABSTRAKT Dusíkatá hnojiva jsou v zemědělské praxi hojně užívána a proto je jedním z hlavních cílů této studie popis metabolismu endogenních cytokininů u travního hybridu Festulolium v závislosti na formě dusíku a jeho aplikaci (konvenční aplikace a bodová aplikace užitím metody CULTAN). Výsledky naznačují jen nepatrné změny hladin endogenních cytokininů v závislosti na aplikaci N.

Klíčová slova: Festulolium, CULTAN, cytokininy, amonný dusík ÚVOD Cytokininy (CK) jsou jednou z nejdůležitějších skupin fytohormonů hrajících důležitou roli v růstu a vývoji rostlin. Existuje řada prací dokumentujících korelaci mezi příjmem živin rostlinou a distribucí CK (Sakakibara a kol., 2006). Translokace CK je pravděpodobně spojena s aktivitou purinových permeáz a přenašečů nukleosidů, které společně sdílejí řadu intermediátních konjugovaných cukrů (Hirose a kol., 2005). Otázkou zůstává, jakým způsobem rostliny regulují biosyntézu a distribuci CK v závislosti na působení vnitřních a vnějších vlivů. Hlavními přirozeně vyskytujícími se CK ve vyšších rostlinách jsou trans-zeatin (Z), N6-( 2isopentenyl)adenin (iP), cis-zeatin (cisZ) a dihydrozeatin (DHZ) a jejich deriváty (Mok a Mok, 2001). CK iP-typu jako primární produkty biosyntézy jsou kódovány malou rodinou genů IPT (AtIPT1a AtIPT3–AtIPT8 u Arabidopsis; Kakimoto, 2001). Analýzy jednotlivých IPT odhalily, že gen AtIPT3, který je převážně obsažen ve floému, je v nadbytku při působení nitrátu (Takei a kol., 2004). Akumulace CK v závislosti na přítomnosti nitrátu byla redukována u mutantních rostlin ipt3, což naznačuje spojení mezi přítomností nitrátů a biosyntézou CK (Takei a kol., 2004). MATERIÁL A METODY Pro sledování vlivu bodové a plošné aplikace síranu amonného na dynamiku tvorby CK byl založen nádobový pokus. Jako modelová rostlina byl použit rodový hybrid trav Festulolium (hybrid jílku mnohokvětého Lolium multiflorum Lamk. × kostřavy rákosovité Festuca arundinacea Schreber.) Pro pěstování rostlin byla použita černozem (pH = 7,2; Cox = 1,83 %; KVK = 258 mmol+.kg -1). Do nádoby bylo odváženo 10 kg zeminy, která byla promíchána s 0,8 g K a 0,32 g P (aplikace ve formě K2HPO4) a následně bylo zaseto 40 travních semen. Po vzejití bylo ponecháno 20 rostlin v nádobě. Dusíkem bylo hnojeno dvěma způsoby. V případě 1. varianty byl síran amonný aplikován plošně. U 2. varianty byl aplikován do půdy bodově (10 cm) na dvou protilehlých místech nádoby. Tento způsob odpovídá systému CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition). Dávka síranu amonného byla u obou variant 3 g N.nádoba-1. Každá varianta byla pětkrát opakována. Vzorky nadzemní biomasy rostlin byly odebírány v termínu 1, 3, 5 a 22 dní po aplikaci síranu vápenatého. V odebraných vzorcích byl stanoven obsah endogenních CK dle metodiky vyvinuté Dobrevem a Kamínkem (2002). VÝSLEDKY A DISKUZE Hladiny fyziologicky aktivních endogenních CK nukleobází Z, iP, DHZ a jejich ribosidů vykazovaly výrazné maximum v nadzemní biomase Festulolia 5. den po aplikaci dusíku, následně byl pozorován pokles jejich obsahu (obr. 1). V případě bodové (lokální) aplikace síranu amonného byl zaznamenán vyšší obsah bioaktivních CK již 3. den po ošetření dusíkem, v porovnání s plošnou aplikací, u které byl maximální nárůst hladiny bioaktivních CK zaznamenám 5. den. Změny obsahu zásobních CK (zejména O-glukosidů) probíhaly u obou variant totožně (obr. 2); v obou 130

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 případech byla maxima koncentrací zásobních forem zaznamenána 5.den. Plošná aplikace vykazovala vyšší maximum ve srovnání s metodou CULTAN. Výsledky naznačují korelaci mezi akumulací CK a příjmem dusíku rostlinou. U rostlin Urtica dioica bylo zjištěno, že celkové množství CK je vyšší u rostlin dostatečně zásobených dusíkem oproti rostlinám trpícím jeho nedostatkem (Wagner a Beck 1993). Zvýšená akumulace CK v závislosti na dostupnosti dusíku byla zjištěna také u rostlin ječmene (Samuelson a Larsson 1993) a kukuřice (Takei a kol., 2001). Tyto práce tedy dokumentují spojení mezi výživou dusíkem a metabolismem cytokininů. V naší práci byly při porovnání obou způsobů aplikace síranu amonného popsány rozdíly v tvorbě a distribuci biomasy Festulolium. ZÁVĚR Přestože v souladu s literárními údaji byla zaznamenána dočasná zvýšení hladin CK po aplikaci dusíku, nebyly zjištěny významnější kvantitativní ani kvalitativní rozdíly v produkci CK v závislosti na typu zvolené aplikace. Obr. 1: Obsah aktivních CK (nukleobází trans-zeatinu, N6-( 2-isopentenyl)adeninu a dihydrozeatinu a jejich ribosidů) u Festulolia při různých způsobech aplikace síranu amonného. Plošná aplikace

25,00

metoda CULTAN

CK pmol/g FW

20,00

15,00

10,00

5,00

0,00 1

3

5

22

Dny po aplikaci

Obr. 2: Obsah zásobních forem CK (zejména O-glukosidů) u Festulolia při různých způsobech aplikace síranu amonného. 160,00

Plošná aplikace metoda CULTAN

140,00

CKpmol/gFW

120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 1

3

5

Dny po a plika ci

131

22

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Literatura Dobrev, P.I., Kamínek, M.: Fast and efficient separation of cytokinins from auxin and abscisic acid and thein purification using mixed-mode solid-phase extraction. J Chrom. 950, 2002 : 21-29 Hirose, N., Makita, N., Yamaya, T., Sakakibara, H.: Functional characterization and expression analysis of a gene, OsENT2, encoding an equilibrative nucleoside transporter in rice suggest a function in cytokinin transport. Plant Physiol. 138, 2005 :196–206 Kakimoto, T.: Identification of plant cytokinin biosynthetic enzymes as dimethylallyl diphosphate:ATP/ADP isopentenyltransferases. Plant Cell Physiol. 42, 2001 : 677–685 Mok, D.W., Mok, M.C.: Cytokinin metabolism and action. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol.52, 2001 : 89–118 Sakakibara, H.: Cytokinins: activity, biosynthesis, and translocation. Ann. Rev. Plant Biol. 57, 2006 : 431–449 Samuelson, M.E., Larsson, C.-M.: Nitrate regulation of zeatin riboside levels in barley roots: effects of inhibitors of N assimilation and comparison with ammonium. Plant Sci. 93, 1993 : 77–84. Takei, K., Sakakibara, H., Taniguchi, M., Sugiyama, T.: Nitrogen-dependent accumulation of cytokinins in root and the translocation to leaf: implication of cytokinin species that induces gene expression of maize response regulator. Plant Cell Physiol. 42, 2001 :85–93 Takei, K., Ueda, N., Aoki, K., Kuromori, T., Hirayama, T., Shinozaki, K., Yamaya, T., Sakakibara, H.: AtIPT3 is a key determinant of nitrate-dependent cytokinin biosynthesis in Arabidopsis. Plant Cell Physiol.45, 2004 :1053–1062 Wagner, B.M., Beck, E.: Cytokinins in the perennial herb Urtica dioica L. as influenced by its nitrogen status. Planta 190, 1993 : 511–518 IMPACT OF N APPLICATION ON CK LEVELS IN PLANTS This study aims to reveal and to compare effects of two various systems of nitrogen (N) nutrition, namely (1) injection by CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition) method and (2) sidedress application, on the levels of cytokinins in Festulolium plants. Ammonium sulphate was used as N source in the pot experiment. The levels of endogenous cytokinins peaked 3-5 days after application regardless the method of application. Key words : Festulolium, CULTAN, cytokinins, ammonium nitrogen

Poděkování . Příspěvek je řešen za finanční podpory NAZV QH 71077 a GAČR 506/110774.

132


VLIV VODNÍHO DEFICITU A MULČE NA RYCHLOST VÝMĚNY PLYNŮ OKURKY SETÉ (Cucumis sativus L.) Martinková J.1, Hnilička F.1, Koudela M.2, Svozilová L.2 1

Česká zemědělská univerzita v Praze, FAPPZ, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol, [email protected] 2 Česká zemědělská univerzita v Praze, FAPPZ, katedra zahradnictví, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol

ABSTRAKT U rostlin okurky seté, pěstované pod foliovým krytem, byl jako antistresové opatření použit mulč z mačkané slámy. Rostliny byly pěstovány ve dvou variantách – jako optimálně zavlažované a s omezenou zálivkou (stresovaná varianta). Na okurkách byly měřeny vybrané fyziologické charakteristiky (fotosyntéza, transpirace). Rostliny stresované mají nižší rychlost transpirace oproti rostlinám optimálně zavlažovaným. Rychlost transpirace stresovaných rostlin okurky seté se ve foliovém krytu zvýšila po nakrytí mulčem. U rostlin kontrolních se naopak transpirace snížila. Rychlost fotosyntézy byla ve foliovém krytu nižší u rostlin stresovaných. U rostlin optimálně zavlažovaných byl zaznamenán pokles rychlosti fotosyntézy u rostlin pěstovaných v podmínkách biologického mulče. U rostlin stresovaných se rychlost fotosyntézy zvýšila u varianty s mulčem v porovnání s variantou bez mulče. Klíčová slova: mulč, okurka setá, vodní stres, foliový kryt, fotosyntéza, transpirace

ÚVOD Nedostatek vody (naopak i přebytek) indukuje u rostlin vodní stres (Flexas et al., 2004). Brestič et 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, ať už růstovými nebo metabolickými, tím dochází také ke snižování výnosů u rostlin. Jedním z projevů vodního stresu je uzavření průduchů a snížení intenzity fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivosti (Munns, 2002). Jako protistresové opatření může být u rostlin použit mulč (Ibeawuchi et al., 2008) a (de Moura et al., 2009) uvádí při jeho použití vyšší zisk čisté fotosyntézy. MATERIÁL A METODY Jako pokusný materiál byla vybrána okurka setá, odrůda Hariett F1. Rostliny byly pěstovány pod fóliovým krytem z důvodu regulace srážek a závlahy. Foliový kryt (F) se nachází ve Výzkumné stanici v Troji. Jako antistresové opatření byl použit biologický mulč v podobě mačkané obilné slámy. Optimálně zavlažována varianta byla udržována na 80 % VVK a u varianty stresované byla zálivkou udržována hladina 40 % VVK. Schéma pokusu u pokusných ploch pěstování zahrnovalo 4 základní varianty: ošetřená a neošetřená kontrola (KM a KB), ošetřené a neošetřené stresované rostliny (SM a SB). U rostlin byly v týdenních intervalech měřeny vybrané fyziologické charakteristiky od 15.7. do 2.9. 2010. U posledních měření (6. a 7. termín) byly rostliny napadeny plísní okurkovou. Na porostu proběhlo celkem 7 měření. Graficky jsou uvedeny průměrné hodnoty pro jednotlivé varianty. Gazometricky byla měřena rychlost fotosyntézy a transpirace. Uvedené charakteristiky byly měřeny přenosným infračerveným analyzátorem LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Jako optimální byla nastavena teplota 25 °C a hustota ozáření 650 µmol.m-2.s-1. Rychlost fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivost byla měřena u kontrolních a pokusných rostlin. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) -STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze 7.0.

133


VÝSLEDKY A DISKUZE Rychlost transpirace byla průkazně ovlivněna variantou pokusu, jak demonstruje obr. 1. Z uvedeného obr. vyplývá průkazný vliv mulče na stresované rostliny. Průkazně nejnižší průměrná transpirace byla stanovena u rostlin neošetřených (FSB) - 2,00 mmol H2O.m-2.s-1 a naopak nejvyšší u rostlin pěstovaných s mulčem – 2,57 mmol H2O.m-2.s-1. V případě rostlin kontrolních nebyly nalezeny statisticky průkazné rozdíly mezi variantami s a bez mulče. Neprůkazně nižší transpiraci vykazovaly rostliny pěstované s mulčem – 2,44 mmol H2O.m-2.s-1 v porovnání s variantou bez mulče – 2,51 mmol H2O.m-2.s-1.

Obr. 1: Průměrná rychlost transpirace (mmol H2O.m-2.s-1) v závislosti na variantě pokusu Rychlost transpirace rostlin pěstovaných ve foliovém krytu byla nejnižší na konci pokusu, v 7. termínu měření téměř u všech měřených rostlin. Výjimku z tohoto trendu tvoří varianta FKM, kdy u ní byla nejnižší rychlost transpirace stanovena v 6. termínu měření (0,95 mmol H2O.m-2.s-1). Na konci pokusu byl interval rychlosti transpirace okurky seté od 0,99 mmol H2O.m-2.s-1 (FSM) do 1,44 mmol H2O.m-2.s-1 (FKM). Na počátku sledovaného období, 1. termín, byla transpirace nejnižší u varianty FKM (2,21 mmol H2O.m-2.s-1) a nejvyšší u varianty FSB (3,30 mmol H2O.m-2.s-1). Maximální rychlost transpirace byla dosažena u sledovaných rostlin v různých vývojových fázích, v závislosti na variantě pokusu. U rostlin kontrolních byla maximální rychlost transpirace naměřena ve 4. a 5. termínu (3,98 mmol H2O.m-2.s-1 u kontroly bez mulče a 3,89 mmol H2O.m-2.s-1 u kontroly s mulčem). Zatímco u rostlin stresovaných byla maximální transpirace na počátku pokusu, tedy 1. a 2. termín (3,3 mmol H2O.m-2.s-1 bez mulče a 3,52 mmol H2O.m-2.s-1 s mulčem). Při hodnocení vlivu varianty pokusu na rychlost transpirace je možné konstatovat, že nižší transpiraci mají rostliny stresované o 7,37 % v porovnání s kontrolou (2,45 mmol H2O.m-2.s-1). Další měřenou charakteristikou výměny plynů byla rychlost fotosyntézy. Mezi variantami u stresovaných rostlin byl zjištěn průkazný rozdíl v rychlosti fotosyntézy, kdy nejnižší průměrná rychlost fotosyntézy rostlin, pěstovaných ve foliovém krytu, byla u neošetřené stresované varianty FSB (12,11 µmol CO2.m-2.s-1) a naopak nejvyšší u varianty kontrolní bez mulče (15,29 µmol CO2.m-2.s-1). Rychlost fotosyntézy u rostlin pěstovaných ve foliovém krytu u všech variant pokusu narůstala postupně. Tento nárůst je možné zaznamenat od počátku měření (1.termín) až do 5. termínu měření, kdy u rostlin ze všech pokusných variant byla zaznamenána maximální rychlost fotosyntézy. Poté již dochází k postupnému snižování rychlosti fotosyntézy okurky seté především v důsledku napadení plísní okurkovou a senescencí listového aparátu. Naměřený interval hodnot fotosyntézy byl na počátku sledovaného období od 11,07 µmol CO2.m-2.s-1 (FSB) do 17,08 µmol CO2.m-2.s-1 (FKB). V době maximální rychlosti fotosyntézy byly její hodnoty 16,84 µmol CO2.m-2.s-1 (FSB) až 21,16 µmol CO2.m-2.s-1 (FKM). Na konci sledovaného období se již rychlost fotosyntézy průkazně snížila v důsledku napadení patogenem, neboť nejnižší rychlost fotosyntézy v tomto období byla naměřena u varianty FSM 3,13 µmol CO2.m-2.s-1 a nejvyšší u varianty FKM 5,14 µmol CO2.m-2.s-1. 134

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Ze získaných výsledků je dále patrné, že nižší rychlost fotosyntézy o 28 % vykazují rostliny stresované oproti rostlinám kontrolním (14,98 µmol CO2.m-2.s-1).

Obr. 2.: Průměrná rychlost fotosyntézy (µmol CO2.m-2.s-1) v závislosti na variantě pokusu V případě využití mulče jako antistresového opatření je možné konstatovat, že v případě rostlin kontrolních dochází k neprůkaznému poklesu rychlosti fotosyntézy o 1,03 % v případě rostlin pěstovaných na variantě s mulčem oproti nezakryté kontrole (15,06 µmol CO2.m-2.s-1). Naopak u rostlin stresovaných dochází vlivem mulče k omezenější evaporaci a tím i lepšímu zásobení rostlin vodou, což se odrazilo i v rychlosti fotosyntézy, která byla o 4,19 % vyšší než u varianty bez mulče (12,04 µmol CO2.m-2.s-1). Výsledky potvrdily zjištění (Ibeawuchi et al., 2008, de Moura et al., 2009) o kladném působení mulče na průběh růstu a fyziologických charakteristik u okurky seté a také (Lawlor et Cornic, 2002) o působení vodního deficitu na fotosyntézu. ZÁVĚR Rostliny stresované mají nižší rychlost transpirace oproti rostlinám optimálně zavlažovaným. Rychlost transpirace stresovaných rostlin okurky seté se ve foliovém krytu zvýšila po nakrytí mulčem. U rostlin kontrolních se naopak transpirace snížila. Rychlost fotosyntézy byla ve foliovém krytu nižší u rostlin stresovaných. U rostlin optimálně zavlažovaných byl zaznamenán pokles rychlosti fotosyntézy u rostlin pěstovaných v podmínkách biologického mulče. U rostlin stresovaných se rychlost fotosyntézy zvýšila u varianty s mulčem v porovnání s variantou bez mulče. Literatura Brestič, M., Olšovská, K.: Vodný stres rastlín – príciny, dôsledky, perspektívy. SPU Nitra, Nitra, 2001 : 149 s de Moura, E.G., Coelho, K.P., de Freitas, I.C., Aguiar, A.D.F.: Chemical and physical fertility indicators of a weakly-structured ultisol after limit and mulching. Scientia Agricola, 66, 2009 : 800805 Flexas, J., Bota, J., Loreto, F., Cornic, G., Sharkey, T.: Diffusive and metabolic limitations to photosynthesis under drought and salinity in C3 plants. Plant Biology, 6, 2004 : 269–279 Ibeawuchi, I.I., Iheoma, O.R., Obilo, O.P., Obiefuna, J.C.: Effect of time mulch application on the growth and yield of cucumber (Cucumis sativus) in Owerri, Southeastern Nigeria. Life Science Yournal, 5, 2008 : 90-93 Lawlor, D., Cornic, G.: Photosynthetic carbon assimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant, Cell & Environment, 25, 2002 : 275–294 Munns, R. (2002): Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell and Environment, 25: 239–250.

135

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 EFFECT OF WATER DEFICIT TO RATE OF PHOTOSYNTHESIS AND TRANSPIRATION IN CUCUMBER (Cucumis sativus L.) In cucumber plants, grown under cover foil, was used as an anti-stress action of pressed wheat mulch. Plants were grown in two variatns - as optimally irrigated and limited watering (stressed variant). At the cucumbers were measured selected physiological characteristics (photosynthesis, transpiration). Stressed plants have lower transpiration rate than plants irrigated optimally. Transpiration rate of stressed cucumber plants in plastic greenhouses increased after mating mulch. In control plants transpiration was decreased. Photosynthetic rate was lower in plastic greenhouses in the stressed plants. The plants were irrigated optimally decrease the rate of photosynthesis in plants grown in terms of biological mulch. In stressed plants, the rate of photosynthesis increased in the variant with mulch in comparison with the variant without mulch.

Key words: mulch, cucumber, water stress, foil cover, photosynthesis, transpiration Poděkování Tato práce vznikla za podpory projektu NAZV QH 81110 a dále je podporována výzkumným záměrem MSM 6046070901.

136


VLIV MRAZOVÝCH TEPOT NA ANATOMICKO-MORFOLOGICKÉ ZMĚNY SLUNEČNICE (Helianthus annuus L.) Matějovič M., Hejnák V., Skalický M., Martinková J. Katedra botaniky a fyziologie rostlin, fakulta agrobiologie, přírodních a potravinových zdrojů, Česká zemedělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 165 21, Praha

ABSTRAKT Na vybrané genotypy slunečnice (C120 a C148) byl sledován vliv mrazových teplot. Ve fázi plně vyvinutých čtyř pravých listů byly vystaveny mrazovým teplotám -3 °C v klimatizované komoře po dobu 10 hodin. Po působení mrazových teplot byly nastaveny regenerační podmínky (17 °C), za kterých byly rostliny měřeny. Měřené charakteristiky představují výšku rostliny, celkovou plochu listů, LAI, počet a plochu průduchů. Výsledkem měření je zjištění, že genotyp C120 je citlivější k mrazovým teplotám než genotyp C148. Klíčová slova: slunečnice, mráz, změny, anatomie, morfologie ÚVOD

Slunečnice je odolná suchu, přesto nedostatek dešťových srážek ve fázi kvetení nepříznivě působí na výši a kvalitu výnosu (Grieu et al., 2008). Posunutím termínu výsevu oproti užívanému (viz např. Málek et al., 2005) o asi 1 měsíc (Boujghagh, 1993, Barros et al., 2004), by mohlo dojít k eliminaci nepříznivých vlhkostních poměrů a teplotního stresu v době květu (Grieu et al., 2008). Pro časnější termín výsevu je ale zapotřebí vybrat genotypy slunečnice, které budou tolerovat teploty pod bodem mrazu v raných fázích vývoje. MATERIÁL A METODY Nažky genotypů slunečnice C120 a C148 byly dle metodiky ISTA předklíčeny v termostatu na vodou ovlhčeném filtračním papíru při 20 °C po dobu 18 hodin. Po umístění nažek do homogenizovaného zahradnického substrátu A v klimatizované komoře Conviron E8 a jejich vyklíčení byly rostliny vystaveny ve fázi plně vyvinutých dvou párů listů po dobu 10 hodin mrazovým teplotám -3 °C simulujících nízkou noční teplotu. Následně byla teplota zvýšena na 17 °C a při této teplotě rostliny regenerovaly 7 dnů. Měření stresovaných rostlin probíhalo ve 3 termínech (1., 3. a 7. den po působení mrazových teplot). Na intaktních rostlinách byla měřena výška rostliny, celková plocha listů a index pokryvnosti listoví (LAI), počet a plocha průduchů. K výpočtu plochy listů byla použita matematická metoda výpočtu dle Šestáka et al. (1966), k měření počtu a plochy průduchů byla použita metoda otisková a k vyhodnocení metoda analýzy obrazu. VÝSLEDKY A DISKUSE Genotyp C120 vykazoval po působení stresu pomalejší nárůst rostliny (graf 1), snížil počet (graf 2, 3) i plochu (graf 4, 5) průduchů abaxiální i adaxiální epidermis, tak jak uvádí Stamp et al. (1984) nebo Soleimani et al. (2003). Plocha listů byla menší u rostlin stresovaných než u rostlin kontrolních jak dokládá Hewezi et al. (2006) (graf 6) a také došlo ke snížení indexu pokryvnosti listoví (LAI) (graf 7).

137


Graf 2. Počet průduchů spodní epidermis

Graf 1. Výška rostliny

Plocha listů byla menší u rostlin stresovaných než u rostlin kontrolních jak dokládá Hewezi et al. (2006) (graf 6) a také došlo ke snížení indexu pokryvnosti listoví (LAI) (graf 7).

Graf 3. Počet průduchů svrchní epidermis.

Graf 4. Plocha průduchů spodní epidermis.

Graf 5. Plocha průduchů svrchní epidermis

Graf 6. Celková plocha listů

138


Graf 7. Index pokryvnosti listoví (LAI). Rostliny genotypu C148 snížily rychlost růstu (graf 1), počet (graf 2, 3) i plochu (graf 4, 5) průduchů, tak jak popisují Stamp et al. (1984), Soleimani et al. (2003). Také plocha listů se u stresovaných rostlin snížila oproti kontrolním, jak popisuje Hewezi et al. (2006) (graf 6), stejně tak i index pokryvnosti listoví (LAI), jak je patrno z grafu 7.

ZÁVĚR Vliv mrazových teplot na anatomicko-morfologické charakteristiky byl výrazněji pozorován u genotypu C 120, který se tímto jeví jako více citlivý než genotyp C148, protože nízkou teplotou je méně ovlivňován genotyp C148. Literatura Barros, J. F. C. - de Carvalho, M. - Basch, G. (2004): Response of sunflower (Helianthus annuus, L.) to sowing date and plant density under Mediterranean conditions. European Journal of Agronomy, 21:347-356. Boujghagh, M. (1993): Performance of ten sunflower genotypes with winter sowing in free Moroccan edaphic/climatic localities. Helia, 16:31-44. Grieu P., Maury, P., Debaeke, P., Sarrafi, A. (2008) : Ecophysiological and genetical studies to improve drought tolerance of sunflower genotypes. In: Proceedings of the I. Prague Plant Scientific Workshop, Prague. Hewezi T., Leger M., El Kayal W., Gentzbittel L. (2006): Transcriptional profiling of sunflower plants growing under low temperatures reveals an extensive down–regulation of gene expression associated with chilling sensitivity. Journal of Experimental Botany 57: 3109-3122. Málek B., Povolný M., Richter R., Hřivna L., Jursík M., Holec J., Kohout V., Bartoška J., Hrůza M., Kazda J., Říha K., (2005): Metodika pěstování slunečnice. SPZO s.r.o, Praha. Soleimani A., Lessani H., Talaie A. (2003): Relationship between stomatal density and ionic leakage as indicators of cold hardiness in olive (Olea europaea L.). In Tanino K., Arora R., Graves B., Griffith M., Gusta L.V., Junttila O., Palta J., Wisniewski M. (eds) (2003): Environmental stress and horticulture crops 618: 521-525. Stamp P., Thiraporn R., Geisler G. (1984): Leaf Anatomy of Maize Lines from Different Latitudes at Sub- and Supraoptimal Temperatures. Journal of Experimental Botany 3: 384-388. Šesták Z., Čatský J., Šetlík, J., Nečas, J., Květ, J., Smetánková, M., Slavík, B., Janáč, J., 139

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Vozněsenskij, V. L., Bartoš, J., Avrataščuková, N., Kubín, Š. (1966). Metody studia fotosyntetické produkce rostlin. Academia, Praha

THE ANATOMICAL-MORPHOLOGICAL ADAPTATION CHANGES ON THE SUNFLOWER (Helianthus annuus L.) TO THE COLD AND FROST TEMPERATURES The selected genotypes of sunflower (C120 and C148) was investigated in the frosty temperatures. At the stage of fully developed four true leaves were exposed to frost temperatures of -3 ° C in airconditioned chamber for 10 hours. After being frosty temperatures were set restorative conditions (17 ° C) under which the plants were measured. Characteristics are measured plant height, total leaf area, LAI, number and area of stomata. The measurement result is the finding that the genotype of C120 is more sensitive to frost temperatures than genotype C148. Keywords: sunflower, cold, changes, anatomy, morphology Poděkování Tato práce byla podpořena výzkumným záměrem MSM 6046070901.

140


DYNAMIKA SIGNÁLNEJ DRÁHY A METABOLIZMU CYTOKINÍNOV PO VYSTAVENÍ CHLADOVÉMU STRESU V Arabidopsis Miklánková E.1,2, Dobrá J.1,3, Štorchová H.1, Vaňková R.1 1

Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Rozvojová 263, 165 02 Praha 6 , Česká republika Katedra experimentální biologie rostlin, PřF UK, Viničná 5, 128 44 Praha 2, Česká republika 3 Katedra biochemie, PřF UK, Hlavova 8, 128 43 Praha 2, Česká republika Mail: [email protected]

2

ABSTRAKT Chladový stres a signálne dráhy fytohormónov sú tesne prepojené. Na modelovom organizme Arabidopsis thaliana boli analyzované zmeny expresie génov zapojených do metabolizmu a signálnej dráhy cytokinínov v počiatočnej fáze odozvy na chlad (9°C). Stres spôsobil prechodné zvýšenie expresie génov pre biosyntetické a degradačné enzýmy v listoch. Boli tiež zaznamenané zmeny expresie génov pre prvky signálnej dráhy cytokinínov.

Kľúčové slová: chladový stres, cytokiníny, cytokinínová signálna dráha, CKX, IPT, Arabidopsis ÚVOD Jedným z významných abiotických stresov pôsobiacich na rastlinu je stres chladový. V rastlinnom organizme vyvoláva zmeny na rôznych úrovniach, vrátane úrovne molekulárnej, kde sa prejavuje zmenou génovej expresie inducibilných génov, a zmien v hladinách rastlinných hormónov. Veľmi dôležitou skupinou fytohormónov sú cytokiníny. V ich metabolizme sú zásadné dva enzýmy – izopentenyltransferáza (IPT), ktorá sa podieľa na ich syntéze, a cytokinínoxidáza/dehydrogenáza (CKX), ktorá zabezpečuje degradáciu izoprenoidných cytokinínov s nenasýteným postranným reťazcom. Cytokinínová signalizácia prebieha pomocou viackrokového signálneho systému, ktorého prvky sa podieľajú aj na reakcií na chlad. Cieľom tejto práce je poskytnúť ucelený pohľad na zmeny v metabolizme cytokinínov a úlohu komponent cytokinínovej signálnej dráhy po vystavení rastliny chladovému stresu, a to na úrovni génovej expresie pomocou kvantitatívnej RT PCR. MATERIÁL A METÓDY Rastliny Arabidopsis thaliana, ekotyp Columbia 0 boli pestované hydoroponicky v Hoaglandovom médiu po dobu 40 dní. Rast rastlín prebiehal v klimaboxoch Sanyo MLR 350H (Osaka, Japonsko) pri 20°C, relatívnej vlhkost 75% a svetle SD 8/16, pričom intenzita svetla bola 130 µmol.m-2.s-1. Časť rastlín bola vystavená chladu prenesením kultivačných vaničiek (4 l roztoku) do klimaboxu vychladeného na 5°C. Po vložení vaničiek do boxu sa teplota prostredia zvýšila na 9°C. Odbery boli prevedené po 15, 30 a 45 minútach a po 1, 2 a 6 hodinách. Z kontrolných i stresovaných rastlín boli odobrané apexy, listy ružice a korene pre analýzu génovej expresie. Vzorky pletív boli tesne po odbere zamrazené v kvapalnom dusíku a uchovávané pri -80°C. Celková RNA bola izolovaná z apexov, listov a koreňov pomocou kitu RNeasy Plant Minikit (Qiagen) postupom doporučeným výrobcom. Po izolácií bola RNA zbavená kontaminácie genómovou DNA (kit DNA-free, Ambion). RNA bola následne reverzne transkribovaná do cDNA s použitím kitu M-MLV Reverse Transriptase RNase H Minus, Point Mutant (Promega), Protector RNase Inhibitor (Roche) a oligodT primery. Miera expresie génov bola stanovená pomocou LightCycler® 480 Probes Master a LightCycler® 480 Sybr Green na cykleri LightCycler 480 (Roche). Pre kvantitatívnu RT PCR bol použitý kit FastStart DNA MasterPLUS SYBR Green I Kit (Roche) a primery čistené HPLC (Metabion). Pre normalizáciu nameraných hladín expresie bol

141

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 použitý gén pre ubikvitín 10 (At4g05320). Kvalita RNA a PCR produktov bola kontrolovaná pomocou gelovej elektroforézy. VÝSLEDKY A DISKUSIA Na základe výsledkov merania expresie je možné skonštatovať, že chlad dynamicky ovplyvňuje expresiu génov zapojených do metabolizmu cytokinínov i cytokinínovej signálnej dráhy. Regulácia expresie je rozdielna pre apexy, listy a korene. Gény pre enzýmy CKX1, CKX3, CKX5 a CKX6 reagujú na chlad podobným spôsobom. Najvyššie hodnoty expresie génov boli namerané po 30 minútach a po 2 hodinách v listoch rastlín (obr. 1). Zmeny expresie v apexoch a koreňoch boli menej výrazné, čo je pravdepodobne spôsobené prevedením pokusu, kedy boli chladu vystavené len nadzemné časti rastlín. Gény kódujúce syntetické enzýmy – IPT – vykazovali rovnako ako CKX najvýznamnejšie zvýšenie expresie po 30 minútach v listoch. U IPT3 bola expresia génu zvýšená tiež v apexe po 15 minútach a po hodine (obr.2). Podobný trend bol zaznamenaný u receptorov cytokinínovej signálnej dráhy, AHK2 a AHK3 (obr.3). Obrázek 1: Zmeny expresie génu CKX6.

C K X6 1100 1000

%

30

900 800 700 600 500 400 300 200

60 45 2h

45 60 15

100 0

15

6h

30

45

15 30

2 h6 h

apex

lis t

60

6h 2h

koreň

Obrázek 2: Zmeny expresie génu IPT3.

IP T 3 900

30

800 700

45

600 % 500 400

15

2h 6h 2h

300 200 100

6h

60 15

60

6h 15

30 45

45 30

60

0 apex

lis t

koreň

142

2h

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Obrázek 3: Zmeny expresie génu AHK3.

A HK 3 1800 30

1600 1400 1200 % 1000 800

60

45

15

600

60

400 200

45 30

2 h6 h

6h 2h

15

15

30

45

60 2 h 6 h

0 apex

lis t

koreň

ZÁVER Z výsledkov práce vyplýva, že chladový stres a cytokinínová signálna dráha a metabolizmus cytokinínov sú prepojené. Pôsobením chladu na nadzemné časti rastlín sa expresia génov kódujúcich kľúčové enzýmy metabolizmu cytokinínov – izopentenyltransferázy a cytokinínoxidázy/dehydrogenázy prechodne zvýšila. Došla tiež k zmenám expresie génov pre receptory cytokinínovej signálnej dráhy – AHK2 a AHK3. Literatúra Jeon, J., Kim, N.Y., Kim, S., Kang, N.Y., Novák, O., Ku, S.-J., Cho, C., Lee, D.J., Lee, E.-J., Strnad, M., Kim, J.: A subset of cytokinin two-component signalling system plays a role in cold temperature stress response in Arabidopsis. J Biol Chem. 285(30), 2010: 23371-23386. Wahid, A., Gelani, S., Ashraf, M., Foolad, M.R.: Heat tolerance in plants: An overview. Environ Exp Bot 61, 2007: 199-223. Werner, T., Schmülling, T.: Cytokinin action in plant development. Curr Opin Plant Biol 12, 2009: 527-538 DYNAMICS OF THE CYTOKININ SIGNALLING PATHWAY AND METABOLISM DURING THE EARLY COLD STRESS RESPONSE IN Arabidopsis Cold stress and phytohormone signalling pathways are closely linked. The expression of genes associated with cytokinin metabolism and signalling in the early cold responsive phase (9°C) was analysed on the model organism Arabidopsis thaliana. Stress caused transient increase of expression of genes for biosynthetic and biodegrading enzymes. Changes in expression of genes for cytokinin signalling pathway exhibited similar pattern, which indicates dynamic changes of cytokinin metabolism and signalling upon exposure to cold.. Key words: cold stress, cytokinins, cytokinin signalling pathway, CKX, IPT, Arabidopsis

Poďakovanie: Táto práca bola podporená GA ČR, grantový projekt č. 522/09/2058, a MŠMT ČR, projekt č. LC06034.

143


VLIV STRESOVÝCH PODMÍNEK ZPŮSOBENÝCH POŠKOZENÍM ROSTLIN BRAMBORU HERBICIDEM NA VÝNOS A VYBRANÉ UKAZATELE KVALITY Čepl J., Kasal P. Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, s.r.o., Dobrovského 2366, 580 01 Havlíčkův Brod, Česká Republika, e-mail:[email protected] ABSTRAKT Současná technologie pěstování brambor ve specializovaných zemědělských podnicích je založena na odkaměnění pozemku před výsadbou. Odkameňovací linka sestává z rýhovače (vytváří dvě rýhy a šířce 1, 8 m), separátoru hrud a kamenů (zeminu z rýhy prosaje a kameny a hroudy uloží do meziřádku) a dvouřádkového sázeče. Tato technologie vylučuje další následný mechanický zásah, kterým se odstraňovaly plevele z pozemku. Regulační opatření proti plevelům se tak redukují pouze na použití herbicidů. Ve většině případů se pro preemergentní ošetření používají pouze tři účinné látky: metribuzin a linuron v tank mixu s clomazone. Často je nutné ošetřovat i postemergentně, k tomu slouží dvě účinné látky – již zmiňovaný metribuzin a rimsulfuron. Právě u metribuzinu existuje silná odrůdová citlivost. Téměř u třetiny sortimetu odrůd nelze metribuzin po vzejití použít, třetina odrůd nemá projevy poškození a u poslední třetiny existuje silná interakce vlivu metribuzinu a povětrnostních podmínek po jeho aplikaci. Nelze tak s jistotou usuzovat na to, že aplikace nezpůsobí poškození porostu. Stres, vyvolaný částečnou defoliací a poškozením asimilačního aparátu může mít několik příčin. Vedle poškození herbicidy je nejčastější příčinou poškození mrazem v časných fázích vegetace nebo později poškození kroupami. Wille, et.al. (1992) sledovali výnosovou reakci a změny v kvalitě brambor na simulované poškození krupobitím. Poškození simulované během počátečního stadia růstu hlíz způsobilo menší výnosové ztráty (méně než 5 %) při nízkém stupni defoliace, ale vážné ztráty při větší defoliaci s poměrnou ztrátou kvality hlíz. Defoliace koncem sezony se projevila značně menší redukcí výnosu i kvality. Langner (1995) zjistil, že při úplné ztrátě zelené natě nebyla v žádném případě zjištěna ztráta na výnose větší než 60 %. Lehké škody na nati (do 30 %) mají při pěstování brambor za následek pouze nepatrný pokles výnosu. Love et, al. (1993) ověřovali model pro prognózu výnosových ztrát způsobených poškozením metribuzinem. Nejlepší byl lineárně-logaritmický model. Cílem naší práce bylo zjistit vliv stresu, způsobený poškozením porostu herbicidem na výnosové a kvalitativní ukazatele brambor. Sledování probíhalo u dvou odrůd (velmi raná Rosara a polopozdní Samantána) v letech 2004 až 2009 na pokusných pozemcích VÚB H. Brod ve Valečově. Byl sledován výnos hlíz, škrobu, a sušiny, obsah sušiny a škrobu, stolní hodnota, obsah dusičnanů a glykoalkaloidů. Z výsledků vyplynulo, že díky stresovým podmínkám po poškození herbicidem byl výnos v průměru let snížen o 13,2 % (Rosara), resp. o 22,7 % (Samantána). To se projevilo i na výnosu sušiny a škrobu, ale samotný obsah sušiny ani škrobu ovlivněn nebyl, týkalo se to i stolní hodnoty včetně chutě vařených hlíz. Na druhou stranu byl díky stresovým podmínkám podstatně zvýšen obsah dusičnanů (o 8,9 %, resp. 30,7 %) a glykoalkaloidů solaninu (o 19,0 %, resp. 23,6 %) a chaconinu (12,8 %, resp, 38,5 %). Poděkování Tato práce byla podpořena Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy (Výzkumný záměr MSM6010980701)

144


THE IMPACT OF FUSAPROLIFERIN ON THE CELL MEMBRANES OF MAIZE PRIMARY ROOTS Pavlovkin J., Tamás L. Institute of Botany, SAS, Dúbravská cesta 9, SK-84523, Bratislava, Slovakia; e mail: [email protected]

ABSTRACT The aim of our study was to investigate how fusariotoxin, fusaproliferin is involved in plant pathology of maize roots with respect to its effect on the characteristics of cell membrane properties (membrane potentials, membrane permeability) and activity of some enzymes. Three days old seedling plants of two maize cultivars differing in their sensitivity to fusaproliferin (Lucia – tolerant, Pavla – susceptible) were used for experiments. Results of electrophysiological measurements were compared with those obtained with two another toxic factors, namely anoxia and fusicoccin. Comparing the effect of fusaproliferin (35 µM) to that of anoxia and fusicoccin, it was observed that functional differences in membrane potential induced by fusaproliferin have caused most severe damage of the root cells than anoxia or fusicoccin. The phytotoxic effect of fusaproliferine on membrane potential, membrane permeability and activity of studied enzymes was greater in the susceptible maize cv. Pavla. Key words: Fusaproliferintoxicity, membrane potential (EM), diffusion potential (ED), membrane permeability, enzymes, fusicoccin (FC), anoxia, primary maize roots.

Members of the genus Fusarium produce a range of chemically different phytotoxic compounds, which influence a large variety of biological activities and metabolic effects including wilting, chlorosis, necrosis, growth inhibition, inhibition of seed germination, and effects on cali (Desjardins and Hohn, 1997, Neuhold et al., 1997, Šrobárová and Pavlová 2002). A relatively recently identified toxin fusaproliferin was isolated and purified by Ritieni et al. (1997) and it has been shown, that it can induced teratogenic effects, e.g. cephalic dichotomy, macrocephaly and limb asymmetry in chicken toxicity to Artemia salina insect cells, and human B-lymphocytes was identified (Logrieco et al., 1996). Fusaproliferin is produced by several isolates of Fusarium proliferatum and Fusarium subglutinans and it has been found as a natural contaminant in different commodities in Europe and in the USA. In plants, only the effects of fusaprolifern on chloroplasts (Nadubinská et al., 2003) and photosystem II. (Santini et al., 2008) in maize leaves was investigated. The literature gap and the clear relationship between toxins and their phytopathological effects prompted us to investigate the effect of fusaproliferin on root maize seedlings, and in order to reach this goal two different cultivars of maize, one tolerant (Lucia) and one susceptible (Pavla) to Fusarium were selected. MATERIAL AND METHODS Plant material: Maize (Zea mays L. cv. Lucia – tolerant, and Pavla - susceptible) 3 days old seedlings roots were used for our experiments. Electrophysiological measurements: The intact seedlings were mounted in 4 ml volume plexiglass chamber and were constantly perfused (10 ml/min) with bathing medium composed of 0.1 mM KCl and 1 mM CaSO4, adjusted to pH 5.7. The membrane potential (EM) of both control and fusaproliferin (35 µM)-treated primary roots of maize seedlings were then measured as previously described Pavlovkin et al. (1993). To induce anoxic conditions the perfusion solution was saturated with N2 gas by flushing. Membrane permeability: The primary root segments were aged in 0.5 mM CaCl2 or 35 µM FUS solution for 24 or 48 h. After this time initial conductivity was determined by conductivity meter OK-109-1 (Radelkis, Hungary). Conductivity changes were expressed as a difference between the value of particular conductivity measured, and the value of the initial conductivity.

145


Enzyme assays: All enzymatic activities were measured spectrophotometrically using microplate reader (Synergy HT BIO-TEK, USA) according to Tamás et al. (2008). Fusaproliferin (FUS) isolated and purified by Ritieni et al. (1995) was dissolved in methanol >99% to make a stock solution (6 mg.mL-1). To obtain the final concentration (35 µM), the stock solution was diluted with 1X. Fusicoccin (FC) (Sigma, 30 µM in 0.1% ethanol) a H+ -ATPase stimulator, was used to monitor the functionality of the membrane H+-ATPase. RESULTS AND DISCUSSION The membrane potential (E M) of the outer cortical root cells represented -136 ± 9 mV (n = 32) for cv.Lucia and – 132 ± 11 mV (n = 26) for cv. Pavla. Replacement of aging solution by (35 µM) FUS, an immediate decrease of the EM was observed. The maximum depolarisation was maintained to 24 h in both cultivars. In all measurements extent of E M depolarisation of outer cortical maize roots was grater in susceptible cv. Pavla (∆ mV = 52 ± 6 mV, n = 11) than in tolerant cv. Lucia (∆ mV = 22 ± 8 mV, n = 14). Two components of EM were separated by anoxic conditions, which depolarised EM in control plants to – 79 ± 3 mV (n = 8) in cv. Lucia and to – 80 mV ± 3 mV (n = 8) in cv.Pavla. These values are considered to be the values of the diffusion potential (ED). ED values in plants treated 24 h by 35 µM FUS dropped in cv. Lucia to – 71 ± 5 mV (n = 16) and in Pavla to -53 ± 7 mV (n = 21). Fusicoccin (FC), a powerful hyperpolarizing phytotoxin rapidly and permanently hyperpolarised the membranes of the outer cortex cells in both cultivars approximately 30 – 40 mV in control cells, with none of the recorded hyperpolarisations being statistically different between Lucia and Pavla. After 24 h treatment by 35 µM FUS, FC hyperpolarised the membrane to – 154 ± 8 mV (n = 10) on average in root cortical cells of cv. Pavla to -147 ± 11 mV (n = 13). These results indicate that FUS did not permanently affect the H+-ATPase during the first 24 hours of treatment. The effect of FUS (35 µM) on membrane permeability of maize root cells resulted in significant changes in electrolyte leakage from the segments 0 –2.5 mm behind the root tip in the roots of susceptible cv. Pavla but not from those of tolerant cv. Lucia (date not shown). Already small changes of surroundings can affect the activity of peroxidases, therefore peroxidases were also described as markers for stress conditions. Our results showed that the 35 µM FUS enhanced peroxidase activity in both studied cultivars, but the greater extent was registered in the sensitive cv. Pavla. Enhanced peroxidase activity may also be involved in the detoxification of hydrogen peroxide which is probably increased due to the inhibition of ascorbate peroxidase activity after the application of toxin in both cultivars. Similarly to the peroxidase activity, higher superoxide dismutase activity was detected in the sensitive cv. Pavla suggesting greater toxininduced superoxide radical production in this cultivar. In contrast to these enzymes, significantly higher activity of glutathion S-transferase in the tolerant cv Lucia indicates its direct involvement in the detoxification processes, which is probably one of the key factors in the tolerance mechanisms of this cultivar to FUS. CONCLUSION Results indicated that fusaproliferin is involved in Fusarium pathogenesis either as a virulence factor or by enhancing the activity of other toxins or stressful factors that might be concomitantly present in infected plants. References Desjardins, A. E., Hohn, T. M.: Mycotoxins in plant pathogenesis. Molec. Plant-Microbe Interactions 10, 1997 : 147 – 152.

146

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Logrieco A., Moretti A. Fornelli, F., Fogliano, V., Ritieni, A., Caiaffa, M.: Fusaproliferin production by Fusarium subglutinosa and its toxicity to Artemia salina, SF-9 insct cells, and IARC/LCL 171 human B-lymphocytes. Appl. Environ. Microbiol. 62, 1996 : 3378 – 3784. Nadubinská, M., Ritieni, A., Moretti A., Šrobárová, A.: Chlorophyl content in maize plants after treatment with fusariotoxins. Biologia Bratislava, 58, 2003 : 115 – 119. Neuhold, G., Fidesser, M., Krska, R.: Head blight (Fusarium spp.) on wheat: investigation on the relationship between disease symptoms and mycotoxin content. Cereal Res. Com. 25, 1997 : 459 – 465. Pavlovkin, J., Mistrík, I., Zajchenko, A. M., Dugovič, L.: Some aspects of the phytotoxic action of trichothecene mycotoxin - roridin H on corn roots. Biologia (Bratislava), 48, 1993: 435 - 439. Ritieni, A.,Monti, S. M., Randazzo, G., Logrieco, A., Meretti, A., Peluso, G.: Teratogenic effects of fusaproliferin on chicken. J. Agric. Food Chem. 45, 1997 : 3039 – 3043. Santini, A., Šrobárová, A., Pavlovkin, J., Čiamporová M., Ritieni, A.: Fusaproliferin effects on the photosystem in the cells of maize seedling leaves. Eur. J. Plant. Pathol. 120, 2008 : 363 – 371. Šrobárová A., Pavlová A.: The resistance of wheat to Fusarium culmorum and its metabolites - a survey. J. Appl. Genetics. 43, 2002 : 193-196 Tamás, L., Dudíková, J., Ďurčeková, K., Huttová, J., Mistrík, I., Zelinová, V.: The impact of heavy metals on the activity of some enzymes along the barley root. Env. Exp. Bot., 62, 2008:86-91. ÚČINOK FUSAPROLIFERÍNU NA MEMBRÁNY BUNIEK PRIMÁRNYCH KOREŇOV KUKURICE Cieľom predloženej práce bolo preštudovať akú úlohu zohráva fusariotoxín fusaproliferín v patologickom procese buniek koreňov kukurice s prihliadnutím na zmeny membránového potenciálu, permeabilitu membrane, a aktivitu niektorých enzýmy. Experimenty boli uskutočnené na primárnych koreňoch trojdňových klíčencov odrôd kukurice tolerantnej k fusáriám cv. Lucia a náchylnej odrody cv. Pavla. Zmeny membránového potenciálu pôsobením fusaproliferínu boli porovnané s meraniami rozpojovača oxidatívnej fosforylácie (anoxie) a stimulátora plazmalémovej H+-ATPázy fuzikokcínu. Namerané zmeny nasvedčujú, že fusaproliferín neovplyvňuje priamo aktivitu púmp plazmalémy a preto zmeny mebránového potenciálu sú odrazom zvýšenej permeability membrán hostiteľských buniek na jednej strane a na strane druhej môžu byť výsledkom nedostatočného zásobovania púmp ATP. Tieto zmeny následne vedú k spusteniu kaskády procesov vedúcich k smrti buniek hostiteľských rastlín. Vo všetkých sledovaných parametroch boli zmeny výraznejšie pri náchylnej odrode Pavla v porovnaní s tolerantnou odrodou Lucia.

Kľúčové slová: Toxicita fusaproliferínu, membránový potenciál (EM), difúzny potenciál (ED), permeabilita membrán, enzýmy, fuzikokcín (FC), anoxia, primárne korene kukurice. Acknowledgement: This work was supported by VEGA , projekt No. 02 for JP and No. 0050 for LT.

147


VLIV POLYETHYLEN-GLYKOLU (PEG 4000;6000) A AMIPROPHOS METHYLU (APM) NA MIKROSPOROVĚ ODVOZENÁ EMBRYA ŘEPKY OLEJKY (Brassica napus L.)

Urban M. O.1, Klíma M.2 1

Katedra experimentální biologie rostlin, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, Viničná 5, Praha 2 E-mail: [email protected] 2 Výzkumný ústav rostlinné výroby (VURV), Drnovská 507, Prague 6 - Ruzyně

ABSTRAKT Produkce dihaploidních liníí pro šlechtění řepky ozimé pomocí indukované mikrosporové regenerace je dnes rutinní záležitostí a nevyžaduje drahé laboratorní vybavení. Přestože jde o vcelku rychlou a jednoduchou metodu, je nutné zaměřit se na lepší regenerační schopnost embryí a celistvých rostlin, modifikaci indukce vzrostného vrcholu a zlepšení poměru dihaploidních jedinců. Využítím nepermeabilních osmotik spolu s novým typem antimitotického agens jsme se pokusili upravit využívanou metodiku a současně odpovědět na otázku možné in-vitro selekce regenerantů řepky olejky. Klíčová slova: řepka olejka, gametofytická embryogeneze, androgeneze, mikrosporové kultury, selekce in-vitro, polyethylen-glykol, amiprophos methyl

ÚVOD V České republice je ozimá forma řepky olejky (Brassica napus L. var. napus) nejrozšířenější olejninou a druhou nejvíce pěstovanou plodinou po obilovinách. Ve šlechtitelských programech řepky jsou využívány dihaploidní rostliny odvozené z mikrosporových kultur, protože umožňují produkci homozygotních linií a výrazně tak snižují časovou náročnost. V jednom experimentu tak mohou být regenerovány tisíce embryí, které mají v F2 generaci maximální variabilitu. Je možné sledovat recesivní rekombinace znaků, které jsou přítomny v jedné generaci mikrosporových embryí. Biotechnologickým přínosem tedy mohou být pozorování morfologických, agronomických či kvalitativních znaků souvisejících jak s výnosem, tak i s kvalitou produkce řepky. Přestože jde o relativně jednoduchou kultivaci (viz Metodika pro praxi, vydaná VURV; Vyvadilová et al. 2008), je záhodné docílit lepší regenerační schopnosti embryí a vyšší výtěžnosti, protože kultivaci mikrospor ovlivňuje široká škála interních pre/poizolačních faktorů. Při transferu kotyledonárních embryí z DM (developmental medium) 20-30 dnů po začátku kultivace do RM media (regeneration medium) např. musí dojít k seříznutí cca 2/3 délky děložních lístků k podpoření růstu apikálního meristému a vývoji pravých listů. Tento krok je časově náročný, dochází k vyššímu riziku kontaminace a výsledek není jistý. Využitím různých stresorů a jejich kombinací je možno dosáhnout zlepšení ve stabilizaci celého regeneračního systému. Proto jsme se zaměřili více na metodologické úpravy. MATERIÁL A METODY Kultivace a příprava donorových rostlin, odběr a macerace poupat jsou popsány v Metodologii pro praxi (Vyvadilová et al. 2008). Byly vybrány tři agronomicky výnosné a slibné liniové odrůdy řepky (Californium, Ladoga, Winner). Složení médií bylo zvoleno shodně s vyzkoušenou metodikou, dále byl aplikován polyethylen glykol s amiprophos methylem (SPONT – znamená nepřítomnost APM) přímo do kultivačního media s mikrosporami. Použitím PEG různých molekulových hmotností v časné fázi růstu jsme chtěli předejít náročnému seřezávání kotyledonů, které je nezbytným krokem pro zlepšení regenerace. Amiprophos methyl jako relativně neškodné diploidizační agens byl použit v naší laboratoři poprvé k rozlišení spontánní úrovně diploidizace (v obr. jako SPONT) od indukované (APM). U kombinace nepermeabilního osmotika s antimitotickým agens jsme sledovali jejich vliv na vytváření suspensoru, tvaru embryonálních vývojových stádií a počet viabilních jedinců. Všechna životaschopná embrya byla dopěstována běžnými postupy do autotrofního stadia, přenesena do ex-vitro podmínek, vysazena, jarovizována a pěstována do plné zralosti semen, která byla sklizena (fertilní dihaploidní jedinci). Přehled použitých médií podává tab. 1. Média byla v první fázi kultivace v termostatu vyměněna po 6 a 24 hodinách za čerstvá, byla ponechána i třetí varianta bez výměny media (v obr. 0 hod). Všechna

148

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 měření byla provedena 30 dní po založení kultivace (16/8 den/noc; 25 °C; 250 µmol/m2/s; vývoj kultivace mimo kontrolu se v PEG výrazně opožďoval). V médiích byla stanovena hodnota vodního potenciálu Ψw v MPa pomocí Wescor Dew Point MicroVoltmeter. Tab. 1 Označení média A B C D E

F

Složení

Vztah k hypotézám

Poznámka

H1; H3; H4

Kontrolní k rutinnímu médiu (Lichter, 1985)

NLN-13 % w/v sacharoza; (Ψw -1,1 MPa) NLN-13 % w/v sacharosa + 10 µM APM; (Ψw -1,1 MPa) NLN-PEG 4000 23 % w/v + 1% sacharosa; (Ψw -1,4 MPa) NLN-PEG 6000 23 % w/v + 1 % sacharosa; (Ψw -1,37 MPa) NLN-PEG 4000 23 % w/v + 1 % sacharosa + 10 µM APM; (Ψw -1,4 MPa) NLN-PEG 6000 23 % w/v + 1 % sacharosa + 10 µM APM; (Ψw -1,37 MPa)

H4-H5 H1-H4 H1-H4

K porovnání s médium A K porovnání s embryogenní schopností média E K porovnání s embryogenní schopností média F

H1-H5

Úroveň indukované diploidizace

H1-H5

Úroveň indukované diploidizace

VÝSLEDKY A DISKUZE V níže uvedené tabulce přehledně uvádíme sledované hypotézy a jejich potvrzení. Hypotézy H1 Výsledek H2 Výsledek H3 Výsledek H4 Výsledek H5 Výsledek

Shrnutí Média s PEG podpoří vývoj embryí a/nebo morfologii v porovnání k médiu se sacharózou jako osmotikem. Nepotvrzeno Nalezneme rozdíly v morfologii a regeneraci embryí při kultivaci v rozdílných PEG médiích. Potvrzeno Bude pozorován signifikantní vliv genotypu na výnos embryí v rozdílných osmoticích. Potvrzeno Výměna kultivačního media pozitivně ovlivní morfologii a produkci embryí. Potvrzeno (nesignifikantně) Zpracování bez výměny média s antimitotickým agens zabrání vývoji embryií. Potvrzeno

ZÁVĚR Z pohledu vývoje embryí byly pozorovány tyto statisticky významné rozdíly v kombinaci APMxSPONT; α=0.01), mezi osmotiky (PEGxsacharoza; α=0.02; ovšem bez rozdílu mezi mediem A a C; media E, F inhibovala regeneraci) a obecně mezi genotypxosmotikum (α=0.03). Samotný vliv genotypu nebo výměny media (po 6 či 24 hod) na tvorbu embryí nebyl signifikantní, významný rozdíl jsme pozorovali pouze v některých kombinacích zmíněných faktorů. Časové působení APM (6 a 24 hod, obr. 1;3) nevykázalo rozdíl v produkci embryí. Usoudili jsme, že použitá koncentrace 10 µM APM je příliš vysoká. Z nepermeabilních osmotik pouze PEG 4000 v uvedené koncentraci produkci embryií podpořil, u cv. Californium i v porování se permeabilní sacharózou! Vliv PEG (obou typů) na zlepšení regenerační schopnosti embryí po seřezání kotyledonů nebyl významný. Počet či vývoj globulí nebyl významně ovlivněn žádným typem media. Z celkového pohledu nebyla regenerace prokazatelně ovlivněna ani výměnou media ani genotypem. Odrůda Californium (obr. 2;3) byla z uvedených nejvíce embryogenní; Winner ovšem nečekaně dobře regeneroval i v mediu s PEG 6000, které by mohlo být využito jako vhodnější in-vitro 149

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 selekční osmotikum, např. při hodnocení nových hybridů. APM je možné využít jako dihaploidizační agens, oproti kolchicinu je totiž levný a pro laboranty v podstatě netoxický. APM je tedy v mediu s PEG účinným DH agens. Tato kombinace je funkční v mediu E, ovšem zcela nevyhovující v mediu typu F. Byla potvrzena myšlenka, že mikrospory je možné pěstovat v mediu s méně než 1% sacharózy bez viditelného zhoršení vývoje. Navzdory vývojovým poruchám (absence meristémů, nekrózy děloh, srůsty atp.) vypadala mikrosporová embrya morfologicky dobře, poměr přímé konverze globule-regenerant byl ovšem nízký. Fúze kotyledonů byly velmi časté v prostředí s PEG. Výhledově je nutné ověřit vhodnost PEG 10 000, snížit koncentraci APM a vytvořit koncentrační řadu PEG 4000, 6000 a 10 000 a zamezit odpařování media z petriho misek (změny Ψw) . Obr. 1 Vztah antimitotického agens k PEG a sacharoze s výměnou média

Obr. 2 Vztah mezi osmotiky bez APM

Obr. 3 Vztah sacharozy a APM

Literatura Vyvadilova, M.; Klima, M.; Kučera.: V. Metodika produkce dihaploidních linií pro šlechtění řepky ozimé. 2008. Praha. VURV. 1. ed. ISBN 978-80-87011-80-5 THE ROLE OF POLYETHYLENEGLYCOL (PEG 4000; 6000) AND AMIPROPHOS METHYL (APM) ON MICROSPORE DERIVED EMBRYOS OF RAPESEED (Brassica napus L.) The doubled haploid production in rapeseed pure line breeding programmes is almost - owing to microspore regeneration - a routine technique and doesn´t require expensive equipment. Although, quick and simple method, the problems of better regeneration/conversion ability of embryos and entire plants, the induction of apical meristem and DH ratio actually need to be still solved. As a solution the possibility of using nonpermeable osmotics with a „new“ type of antimitotical herbicide agent was researched. Keyword: rapeseed, gametophytic embryogenesis, androgenesis, microspore culture, in-vitro selection, polyethylen-glykol, amiprophos methyl

Poděkování :Tento výzkum byl podpořen Ministerstvem zemědělství ČR, č. záměru 0002700604 150


DIVERZITA CIEVNATÝCH RASTLÍN NA BANSKÝCH HALDÁCH Štrba P., Benková J. Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Fakulta prírodných vied, Katedra botaniky a genetiky, Tr. A. Hlinku 1, 949 01 Nitra, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT Cieľom nášho výskumu bolo stanoviť diverzitu cievnatých rastlín na vybraných banských haldách. Študovali sme haldy v Spišsko-gemerskom Rudohorí. Vyhodnotili sme zastúpenie druhov podľa frekvencie výskytu na lokalitách, percentuálne zastúpenie čeľadí, životných foriem, inváznych a expanzívnych druhov. Výsledky práce sú využiteľné pre podrobný ekofyziologický výskum jednotlivých druhov ako aj pre riešenie otázok biodiverzity v krajine, kvality životného prostredia, problematiky rekultivácií a kontroly šírenia inváznych druhov. Kľúčové slová: biodiverzita, cievnaté rastliny, haldy, sekundárna sukcesia, ťažké kovy

ÚVOD V krajine sú haldy cudzím neorganickým prvkom a rušivo pôsobia v súbore faktorov životného prostredia. Na Slovensku, v krajine s bohatou baníckou tradíciou, sa nachádza mnoho starých háld. Haldy ako podklad, na ktorom sa pôda iba začína vytvárať, sú vhodným objektom pre štúdium prirodzeného nástupu vegetácie a vývoja rastlinných spoločenstiev (Banásová, 1976). Rastliny, ktoré rastú na haldách, sú prispôsobené špecifickým ekologickým podmienkam. Je to predovšetkým nedostatok vody ako jednej zo základných podmienok, potrebnej pri ich existencii. Rudné haldy sú obyčajne nasypané tak, že nie sú v dosahu podzemnej vody. Substrát háld sa za slnečného počasia veľmi prehrieva, teplota povrchu môže dosiahnuť aj viac ako 50ºC. Materiál háld neobsahuje prakticky žiadne organické živiny potrebné pri výžive rastlín. Prísne ekologické kritériá – nedostatok vody, nedostatok organických živín, osobité mikroklimatické pomery a vysoký obsah ťažkých kovov umožňujú len niektorým rastlinám uchytiť sa na rudných haldách a ozeleniť ich (Banásová, 1981). Monitorovaniu znečistenia prostredia pomocou rastlín sa venujú mnohé európske krajiny. Zvlášť aktívne sú severské krajiny (Švédsko, Fínsko), ktoré majú vypracované osobitné programy. Pri monitoringu používajú nižšie rastliny, vybrané druhy machov a lišajníkov. Využíva sa ich vysoká akumulačná schopnosť škodlivín, najmä ťažkých kovov a síry pri znečistení ovzdušia SO2. Intenzívnym skúmaním vegetácie v znečistených regiónoch Slovenska sa zaoberali Banásová (1970, 1974, 1976, 2004), Banásová et Holub (1992) a Lackovičová et al. (1993). Metodiku využitia peľu ako indikátora mutagenity a fytotoxicity v životnom prostredí vypracovali a navrhli indikačné druhy rastlín (Mičieta et Murín, 1996). Cieľom nášho výskumu bolo stanoviť celkovú diverzitu na vybraných banských haldách, zistiť spektrum rastlinných druhov a vyhodnotiť ich botanicko-ekologické vlastnosti. MATERIÁL A METÓDY Študovali sme diverzitu rastlinných druhov na haldách v Spišsko-gemerskom Rudohorí v katastrálnom území obcí Gemerská Poloma, Henckovce, Jelšava, Nadabula, Nižná Slaná a Rakovnica. Postupovali sme zaužívanými floristickými metódami – terénny výskum pozostával z detailného súpisu rastlinných druhov na jednotlivých lokalitách a nasledovalo kvantitatívne vyhodnotenie terénnych dát z viacerých lokalít. VÝSLEDKY A DISKUSIA Na študovaných banských haldách v Spišsko-gemerskom Rudohorí sme celkovo zaznamenali 210 druhov, z 62 čeľadi. Medzi druhovo najpočetnejšie čeľade patria: bôbovité (Fabaceae) 21 druhov, astrovité (Asteraceae) 19 druhov, hluchavkovité (Lamiaceae) 15 druhov, lipnicovité (Poaceae)

151

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 14 druhov, krtičníkovité (Scrophulariaceae) 12 druhov. Nasledujú menej početné čeľade: silenkovité (Caryophyllaceae) 9 druhov, ružovité (Rosaceae) 9 druhov, čakankovité (Cichoriaceae) 8 druhov. Ostatné čeľade boli zastúpené menej ako 7 druhmi. Čeľade Brassicaceae bola zastúpená 6 druhmi. Boraginaceae, Liliaceae, Ranunculaceae sú zastúpené 5 druhmi. Štrba et Bialeková (2009) uvádzajú z banských objektov Kremnice výskyt 42 čeľadí, pričom najviac zastúpená čeľaď boli rovnako bôbovité (Fabaceae) – 15 druhov. Jednotlivé haldy, podľa svojho veku, štruktúry a chemického zloženia výsypkového materiálu osídľuje rôzny počet druhov. Celkovo najvyššia diverzita rastlín bola zaznamenaná na halde v Nižnej Slanej (61 druhov). Druhovo početnými haldami sú aj: lom v Gemerskej Polome (54 druhov), halda v Nadabulej (47 druhov), halda v Heckovciach – Za Dubovou (41 druhov), halda v Rakovnici (39 druhov), lom na Hrádku (30 druhov). Druhovo menej zastúpenými sú haldy v Gemerskej Polome – Podsúľová (19 druhov), v Gemerskej Polome pri Fabíniho chate (18 druhov), v Henckovciach – Za Dubovou v doline (15 druhov). Najnižšia druhová diverzita bola zaznamenaná na halde v Jelšave – Teplá Voda (iba 4 druhy). Z hľadiska životných foriem možno konštatovať, že na študovaných banských haldách v Spišskogemerskom rudohorí výrazne dominujú hemikryptofyty (H) (65%). Rovnako zastúpené (8%) sú terofyty, geofyty, nanofanerofyty. Nižšie percentuálne zastúpenie majú chamaefyty a fanerofyty (4%), makrofanerofyty (3%). Podobne Štrba et Bialeková (2009) uvádzajú vo flóre banských objektov v Kremnici prevahu hemikryptofytov (61%) a fanerofytov (22%). Zaznamenali sme 133 trvácich druhov, 17 druhov stromov, 13 druhov krov, 13 dvojročných, 11 jednoročných druhov, 10 dvojročných až trvácich druhov a 13 druhov patriacich do ostatných kategórii podľa životnosti. Pri vyhodnotení zastúpenia jednotlivých druhov na všetkých lokalitách sme zistili, že breza previsnutá (Betula pendula) je najzastúpenejším druhom na študovaných banských haldách v Spišsko-gemerskom rudohorí. Výskyt druhu sme zaznamenali na 31 lokalitách, čo predstavuje 34% z celkového počtu lokalít. Druhým najzastúpenejším druhom je vŕba rakytová (Salix caprea) (29%), tretím rebríček obyčajný (Achillea millefolium), ktorý sa vyskytoval na 22 lokalitách. Zlatobyľ kanadská (Solidago canadensis) a topoľ osikový (Populus tremula) sa vyskytujú na 20 lokalitách, Daucus carota na 19 lokalitách. Ďalšími početnými druhmi na skúmaných lokalitách sú: hrab obyčajný (Carpinus betulus) (19%), borovica lesná (Pinus sylvestris) (16%), ľadenec rožkatý (Lotus corniculatus) (15%), ľubovník bodkovaný (Hypericum perforatum) (15% lokalít). Z celkového počtu 210 rastlinných druhov bolo zistených 12 nepovôdných druhov (6%). Do kategórie inváznych taxónov – neofytov patria 4 druhy: turanec kanadský (Conyza canadensis), agát biely (Robinia pseudoacacia), zlatobyľ kanadská (Solidago canadensis), hviezdnik ročný (Stenactis annua). Do kategórie inváznych taxónov – archeofytov patrí 6 druhov: balota čierna (Ballota nigra), čakanka obyčajná (Cichorium intybus), pichliač obyčajný (Cirsium vulgare), komonica biela (Melilotus albus), komonica lekárska (Melilotus officinalis), vratič obyčajný (Tanacetum vulgare). Medzi často splanejúce taxóny patrí rozchodník skalný (Sedum rupestre). K nezaradeným taxónom patrí lucerna siata (Medicago sativa). Expanzívne taxóny (8 druhov) na haldách zastupujú: ovsík obyčajný (Arrhenatherum elatius), palina obyčajná (Artemisia vulgaris), smlz kroviskový (Calamagrostis epigejos), smrekovec opadavý (Larix decidua), paštrnák siaty (Pastinaca sativa), baza čierna (Sambucus nigra), ďatelina lúčna (Trifolium pratense), divozel Chaixov rakúsky (Verbascum chaixii subsp. austriacum). Gucwa-Przepióra et al. (2001) determinovali na zinkových haldách výskyt 69 druhov cievnatých rastlín z 25 čeľadí. Často vyskytujúcimi rastlinami boli Cardaminopsis arenosa, Silene vulgaris, Tussilago farfara. Pyšek et al. (2003) opísali flóru na 96 skládkach odpadov v Českej republike. Niektoré skládky obsahovali ťažké kovy, chlóretylény, fenoly. Na skládkach odpadov bolo celkovo zaznamenaných 588 druhov rastlín. Gogoláková et Štrba (2008) uskutočnili floristický výskum na halde priemyselného odpadu z výroby ferozliatin a v jej blízkom okolí. Na haldách determinovali výskyt 107 druhov rastlín. Z hľadiska pokryvnosti dominovali na halde druhy Erysimum cheiranthoides, Microrrhinum minus, Tussilago farfara a Verbascum thapsus. Zápoj vegetácie nebol na žiadnej časti haldy súvislý (Gogoláková, 2009).

152

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Medzi charakteristické a zároveň tolerantné druhy háld s obsahom ťažkých kovov autori zaraďujú trsť obyčajnú (Phragmites australis) (Kovář, 2004), Biscutella laevigata (Wierzbicka et al., 2004), Agrostis stolonifera, Festuca rubra, Silene vulgaris a Armeria maritima (McCabe et al., 2000), Dendrocalamus strictus (Juwarkar, 2008) a Ceratodon purpureus (Štrba et Gogoláková, 2007). Ollerová (2004) skúmala stanovištia ovplyvnených ropnými látkami v oblasti Petrochema Dubová. Medzi často sa vyskytujúce druhy patrili Melilotus albus, Calamagrotis epigejos a Carex hirta. Toleranciou tráv k ropnému stresu sa v experimentálnej štúdii zaoberali aj Gogoláková et Urbánková (2009). ZÁVER Získané výsledky zodpovedajú známym zákonitostiam rozšírenia druhov a sú dané prírodnými podmienkami študovanej oblasti – z hľadiska fytogeografického členenia kveteny Slovenska zaraďujeme Slovenské Rudohorie do oblasti západokarpatskej flóry (Carpaticum occidentale) a obvodu predkarpatskej flóry (Praecarpaticum) (Futák, 1984). Celková biodiverzita rastlinstva na haldách je nízka a preukazne nižšia od biotopov okolitej krajiny. Dominantnými sú druhy trvácich rastlín zo skupiny hemikryptofytov. Podľa štatistického zastúpenia čeľadí – bôbovité (Fabaceae) dosahujú najvyšší počet prítomných druhov na haldách. Tento jav vysvetľuje ich spolužitie s nitrogénnymi baktériami, ktoré bôbovitým pomáha prežívať v podmienkach stresu (nedostatok živín, pôdnej vody, extrémne hodnoty pH, teploty substrátu). Pri haldách staršieho veku sme pozorovali postupnú sekundárnu sukcesiu smerom k lesným spoločenstvám. Na zložení iniciálnych resp. blokovaných štádií sukcesie sa významne podieľajú aj invázne a expanzívne druhy, pre ktoré haldy môžu predstavovať ohniská šírenia v krajine. Podrobný ekofyziologický výskum by bolo vhodné zamerať na druhy najviac rozšírené a tvoriace dominantnú zložku vegetácie háld. Literatúra Banásová, V., Holub, Z.: Využitie rastlín ako indikátorov prírodného prostredia ovplyvneného dopravou. Bratislava: ZSVTS, 1992 : 55–62 Banásová, V.: Predbežné výsledky výskumu vegetácie medených háld na Slovenku (Slovinky – Slovenské Rudohorie). Acta instituci botanici Academiae Scientarum Slovacae, Ser. A1 Taxonomica et Geobotanica, 1974 : 189–195 Banásová, V.: Synantropná vegetácia háld. Životné prostredie, 15, 1981, 4 : 194–196 Banásová, V.: Unikátna vegetácia na starých banských haldách. Chránené územia Slovenska, 60, 2004, 62 : 42–43 Banásová, V.: Vegetácia dobšinských azbestových háld. Biológia, 25, 1970, 10 : 699–708 Banásová, V.: Vegetácia medených a antimónových háld. Biologické práce 22, 1976 : 1–112 Gogoláková, A.: Plant occurence on the iron ore waste dump. Acta Physiologiae Plantarum. 31 (supll.1), 2009 : 97 Gogoláková, A., Štrba, P.: Tolerancia rastlín na prostredie kontaminované ťažkými kovmi. In Mladí vedci 2008. Nitra: UKF, 2008 : 71–75. ISBN 978-80-8094-285-4 Gogoláková, A., Urbánková, J.: Tolerancia vybraných druhov tráv k ropnému stresu. Zborník vedeckých prác doktorandov a mladých vedeckých pracovníkov. Nitra : UKF, 2009 : 422–428. ISBN 978-80-8094-499-5 Gucwa-Przepióra, E., Turnau, K.: Arbuscular mycorrhiza and plant successions on zinc smelter spoil heap in Katowice-Wełnowiec. Acta Societatis Botanicorum Poloniae 70 (2), 2001 : 153–158 Juwarkar, A.: Restoration of fly ash dump through biological interventions. Journal Environmental Monitoring and Assessment 139, 2008 : 355–365 Kovář, P. (ed.).: Natural Recovery of Human-Made Deposits in Landscape. Biotic Interactions and Ore/Ash-Slag Artificial Ecosystems. Praha: Academia, 2004. 358 s. ISBN 80-200-1279-6

153


Lackovičová, A., Banásová, V., Pišút, I., Riman, J.: Rastliny – bioindikátory znečistenia životného prostredia. Bratislava: Ústredné metodické centrum Ministerstva školstva a vedy SR, 1993. 65 s. ISBN 80-85756-06-4 McCabe, O.M., Baldwin, J. L., Otte, M.L.: Metal tolerants in Wetland plants. Intercost workshop on Bioremediation in Sorrento, 2000 : 37–38 Mičieta, K., Murín, G.: Indikácia genotoxicity druhmi miestnej flóry v monitoringu znečisteného životného prostredia. In: Eliáš, P. (ed.): Monitorovanie bioty na území Slovenskej republiky. Bratislava: SEKOS, 1996 : 51–58. ISBN 80-967292-7-6 Ollerová, H.: Flóra a vegetácia stanovíšť ovplyvnených ropnými látkami v oblasti Petrochema Dubová, Zvolen: Technická univerzita, 2004 : 123 s. ISBN 80-228-1428-8 Pyšek, A., Pyšek, P., Jarošík, V., Hájek, M., Wild, J.: Diversity of native and alien plant species on rubbish dumps: Effects of dump age, environmental factors and toxicity. Diversity and Distributions. 9 (3), 2003 : 177–189 Štrba, P., Bialeková, M.: Floristická charakteristika banských objektov Kremnice. In Mladí vedci 2009. Nitra: UKF, 2009 : 503–511. ISBN 978-80-8094-499-5 Štrba, P., Gogoláková, A.: Heavy metal content in moss Ceratodon purpureus Brid. growing on the iron-ore spoil. Acta Physiologiae Plantarum 29 (supll.1), 2007 : 116-117 Wierzbicka, M., Pielichowska, M.: Adaptation of Biscutella laevigata L., a metal hyperaccumulator, to growth on a zinc-lead waste heap in southern Poland: I - Differences between waste-heap and mountain populations. Chemosphere 54 (1), 2004 : 1663–1674 DIVERSITY OF VASCULAR PLANTS ON MINE HEAPS The aim of our field research was to determine diversity of vascular plants on selected mine heaps in Spišsko-gemerské Rudohorie. We analysed plant composition according to occurrence on the localities, percentage presence of plant families, life forms, invasive and expansive species. Results of study could be utilised for comprehensive ecophysiological research of individual species and also for resolution questions about biodiversity, environmental quality, recultivation problems and control of distribution of invasive species. Key words: biodiversity, heaps, heavy metals, secondary succesion, vascular plants

Poďakovanie: Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP-0125-07 a Univerzitnou grantovou agentúrou UKF v Nitre – UGA VI/6/2008 a UGA VII/30/2009.

154


VLIV KADMIA NA HLADINY VOLNÉHO PROLINU V HYPERAKUMULUJÍCÍCH ROSTLINÁCH Zemanová V.1, Pavlíková D.1, Truncová J.1 1

Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 - Suchdol, Česká republika, [email protected], [email protected]

ABSTRAKT Tématem této práce je sledování a kvantifikace hladin volného prolinu při působení různých koncentrací Cd u vybraných druhů rostlin. Jako modelové rostliny byly použiti zástupci čeledi Brassicaceae: Thlaspi caerulescens a Arabidopsis halleri. Hladiny volného prolinu byly stanoveny metodou GC-MS. Byly nalezeny signifikantní rozdíly v koncentracích prolinu v závislosti na koncentraci Cd v půdě. U Thlaspi caerulescens došlo ke snížení hladiny prolinu v nadzemní biomase a naopak ke zvýšení hladiny prolinu v biomase kořenů se zvyšující se koncentrací Cd v půdě. U Arabidopsis halleri se projevil nárůst hladin prolinu v nadzemní biomase i kořenech rostlin se zvyšující se koncentrací Cd v půdě. Klíčová slova: kadmium, hyperakumulátory, prolin, Thlaspi caerulescens, Arabidopsis halleri

ÚVOD Hyperakumulátory Cd jsou rostliny schopné hromadit tento prvek v nadzemních částech (stoncích a listech) v koncentracích překračujících hladiny 100 mg.kg -1 (Baker a kol., 2000). Tato schopnost však není pro rostliny typická. Dosud bylo identifikováno jen několik druhů schopných akumulovat Cd v tak vysokých koncentracích. Mezi tyto druhy patří: Thlaspi caerulescens, Arabidopsis halleri, Sedum alfredii (Yang a kol., 2004) a Rubia tinctorum (Baker a kol., 2000). Zmíněné druhy jsou využívány zejména pro fytoremediační účely (McGarth a Zhao, 2003). Z tohoto důvodu je zapotřebí detailní znalost fyziologických, biochemických a molekulárních mechanismů akumulace Cd. Z hlediska fytoremediace je zapotřebí především věnovat pozornost translokaci Cd v rostlině (rozdělení akumulovaného Cd mezi kořeny a nadzemní část) a bazálním pochodům rostlinného metabolismu. Byla publikována řada studií týkajících se mechanismu příjmu Cd a jeho translokace v T.caerulescens a A.halleri. Příjem Cd u T.caerulescens je zprostředkován vysokoafinitními přenašeči pro Cd exprimovanými v plazmatické membráně kořenových buněk (Lombi a kol., 2002). Akumulace Cd u T.caerulescens je závislá na metabolismu rostliny a není inhibována jinými dvoumocnými ionty (Zhao a kol., 2002). U A. halleri je příjem Cd pravděpodobně zprostředkováván kanály, které slouží pro vstup Zn do rostliny (Zhao a kol., 2006). Při dlouhodobé expozici kovům rostliny také často syntetizují a akumulují v nadměrných koncentracích látky, které rostlině pomáhají překonávat působený stres. Mezi tyto rostlinné metabolity patří: peptidy (glutathion), fytochelatiny (PC), aminy (spermin, spermidin a putrescin) a také specifické aminokyseliny (prolin). Prolin (Pro) je aminokyselina s mnoha metabolickými a ochrannými funkcemi v rostlině. Vystupuje jako osmolyt, je schopen vázat radikály, funguje jako stabilizátor makromolekul a komponent buněčných stěn (Matysik a kol., 2002). Je převážně syntetizován z glutamátu (kyseliny glutamové). Mnoho rostlin akumuluje tuto aminokyselinu v buněčné šťávě při vodním deficitu (Aspinall a Paleg., 1981), nízké teplotě (Naidu a kol., 1991), vysoké teplotě a při působení řady jiných environmentálních stresů. MATERIÁL A METODY Pro sledování vlivu koncentrace Cd na hladiny volného prolinu v biomase rostlin byl založen nádobový pokus. Jako modelové rostliny byly použity penízek modravý (Thlaspi caerulescens L.) a huseníček halerův (Arabidopsis halleri L.). Pro vegetační nádobový pokus byla použita černozem – lokalita Suchdol (pHKCl = 7,2; Cox = 1,83 %; KVK = 258 mmol(+).kg -1). Do nádob byly odváženy 3 kg zeminy, která byla promíchána s 155

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 0,3 g N (ve formě NH4NO3), 0,10 g P a 0,24 g K (ve formě K2HPO4). Následně bylo přidáváno kadmium ve formě Cd(NO3)2.4H2O, v koncentracích 0 (kontrola), 30 (Cd1), 60 (Cd2) a 90 (Cd3) mg Cd na kg-1 zeminy. Vzorky rostlin byly odebírány v intervalu 30 -ti, 60 -ti a 90 -ti dní po zasetí. V odebraných vzorcích byl stanoven obsah volného prolinu. Pro stanovení obsahu volných aminokyselin byly vzorky zamraženy a zhomogenizovány v kapalném dusíku. Extrakce aminokyselin byla provedena z čerstvé hmoty methanolem s následnou opakovanou extrakcí methanolem s 30 % H2O. Pro vlastní stanovení byla použita sada EZ:faast firmy Phenomenex (Neuberg a kol., 2010) a měření bylo provedeno na GC-MS (Agilent Technologies). VÝSLEDKY A DISKUZE Hyperakumulující druhy jsou charakterizovány vysokou schopností translokace Cd z kořenů do nadzemních částí (Zhao a kol., 2006), zatímco u nehyperakumulujících druhů (Chan a Hale, 2004) je zřejmě pouze část Cd translokována do nadzemní části prostřednictvím apoplastu. Přesun Cd z kořenů do nadzemních částí se pravděpodobně děje prostřednictvím xylému a hnací silou je transpirace listů (Hart a kol., 1998), která může být při dlouhodobé expozici Cd negativně ovlivněna. V případě T. caerulescens jsou patrné vyšší hladiny volných aminokyselin v nadzemní biomase i kořenech, v porovnání s A.halleri (tab. 1).

Cd (mg.kg-1)

Tabulka 1: Obsah volných aminokyselin v nadzemní biomase (NB) a kořenech (K) rostlin Thlaspi caerulescens a Arabidopsis halleri v závislosti na koncentraci Cd v půdě.

0 30 60 90

Koncentrace aminokyselin (µmol.kg-1 biomasy) Thlaspi caerulescens Arabidopsis halleri NB K NB K 43,47 16,64 14,42 8,96 39,18 22,96 19,07 11,01 29,53 43,22 12,85 6,63 22,95 14,75 13,41 11,57

U T. caerulescens je při porovnání kontroly a Cd3 patrný signifikantní rozdíl snížení obsahu volného Pro (graf 1). Při porovnání Cd1 a Cd2 s kontrolou nebyl nalezen významný rozdíl mezi jednotlivými koncentracemi volného prolinu. V kořenech T. caerulescens byla koncentrace volného Pro nižší v porovnání s nadzemní biomasou u všech koncentrací Cd v půdě. Nejnižší koncentrace volného Pro byla nalezena v kořenech rostlin exponovaných 90 mg Cd.kg-1 půdy. Dle Alia a Saradhe (1991) právě Cd a Cu významně vyvolávají zvýšení hladin volného Pro v rostlinách. Graf 1: Obsah volného prolinu v nadzemní biomase a kořenech Thlaspi caerulescens L.

156


U A.halleri došlo ke zvýšení hladiny volného Pro při koncentraci 90 mg Cd.kg-1 (graf 2). U ostatních variant byly hladiny podobné, respektive nebyly nalezeny významné rozdíly. Hladiny volného Pro v kořenech A.halleri vykazovaly stejný trend jako v nadzemní části. Jejich hladiny byly ovšem vyšší při všech koncentracích Cd i v případě kontroly. Graf 2: Obsah volného prolinu v nadzemní biomase a kořenech Arabidopsis halleri L.

ZÁVĚR Výsledky tohoto pokusu potvrzují vliv zvyšující se koncentrace Cd na metabolismus rostlin, zvláště na hladiny volných AMK. Přestože oba vybrané druhy rostlin jsou zástupci stejné čeledi, byl u nich pozorován opačný trend pohybu hladin volného Pro v závislosti na koncentraci Cd. V metabolismu T. caerulescens došlo ke snižování hladiny volného Pro v nadzemní biomase. U biomasy kořenů došlo při aplikaci nízkých koncentrací Cd ke zvýšení hladin volného Pro, avšak při nejvyšší koncentraci Cd (90 mg.kg-1) byl výrazný pokles této hladiny. Naopak u A. halleri byl pozorován nárůst hladin volného Pro v nadzemní biomase i kořenech rostlin, s výjimkou koncentrace 60 mg Cd na kg-1 zeminy (Cd2), kdy došlo u rostlin k poklesu hladiny volného Pro jak v nadzemní biomase, tak kořenech. V našem případě se potvrdila skutečnost, že vliv Cd na rostliny záleží nejen na druhu dané rostliny, ale zvláště na fyziologických a metabolických pochodech daného druhu. LITERATURA Alia, Saradhi, P.P.: Proline accumulation under heavy metal stress. J. Plant Physiol. 138, 1991 : 504–508 Aspinall, D., Paleg, L.G.: Proline accumulation: physiological aspects. In: Paleg, L.G., Aspinall, D., eds.: The physiology and biochemistry of drought resistance in plants. Australia: Academic Press, 1981 : 205–240 Baker, A.J.M., McGrath, S.P., Reeves, R.D., Smith, J.A.C.: Metal hyperaccumulator plants: a review of the ecology and physiology of a biochemical resource for phytoremediation of metalpolluted soils. In: Terry, N., Bañuelos, G., eds.: Phytoremediation of contaminated soil and water. Boca Raton, FL: Lewis Publishers, 2000 : 85–107 Hart, J.J., Welch, R.M., Norvell, W.A., Sullivan, L.A., Kochian, L.V.: Characterization of cadmium binding, uptake, and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars. Plant Physiol. 116, 1998 : 1413–1420

157

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Chan, D.Y., Hale, B.A.: Differential accumulation of Cd in durum wheat cultivars: uptake and retranslocation as sources of variation. J. Exp. Bot. 55, 2004 : 2571–2579 Lombi, E., Tearall, K.L., Howarth, J.R., Zhao, F.J., Hawkesford, M.J., McGrath, S.P.: Influence of iron status on cadmium and zinc uptake by different ecotypes of the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. Plant Physiol. 128, 2002 : 1359–1367 Matysik, J., Alia, Bhalu, B., Mohanty, P.: Molecular mechanisms of quenching of reactive oxygen species by proline under stress in plants. Curr. Science 82, 2002 : 525–532 McGrath, S.P., Zhao, F.J.: Phytoextraction of metals and metalloids from contaminated soils. Curr. Opin. Biotech. 14, 2003 : 277–282 Naidu, B.P., Paleg, L.G., Aspinall, D., Jennings, A.C., Jones, G.P.: Amino acid and glycine-betaine accumulation in cold stressed seedlings. Phytochemistry 30, 1991 : 407–409 Neuberg, M., Pavlíková, D., Pavlík, M., Balík, J.: The effect of different nitrogen nutrition on proline and asparagine content in plant. Plant Soil Environ. 56, 2010 : 305–311 Yang, X.E., Long, X.X., Ye, H.B., He, Z.L., Calvert, D.V., Stoffella, P.J.: Cadmium tolerance and hyperaccumulation in a new Zn hyperaccumulating plant species (Sedum alfredii Hance). Plant Soil 259, 2004 : 181–189 Zhao, F.J., Hamon, R.E., Lombi, E., McLaughlin, M.J., McGrath, S.P.: Characteristics of cadmium uptake in two contrasting ecotypes of the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. J. Exp. Bot. 53, 2002 : 535–543 Zhao, F.J., Jiang, R.F., Dunham, S.J., McGrath, S.P.: Cadmium uptake, translocation and tolerance in the hyperaccumulator Arabidopsis halleri. New Phytol. 172, 2006 : 646–654

THE EFFECT OF CADMIUM ON FREE PROLINE LEVEL IN THE HYPERACCUMULATING PLANTS This study is focused on study and comparison of effects of different cadmium concentrations on free proline in selected plant species. As a model plants members of the family Brassicaceae, Thlaspi caerulescens and Arabidopsis halleri, were used. Levels of free proline were determined by GC-MS method. The significant differences of proline concentrations depending on the Cd concentration in soil were found. In Thlaspi caerulescens levels of proline in the above - ground biomass were decreased, and these levels were increased in roots with increasing Cd concentrations in soil. Opposite trend - a significant increase of proline levels in the above - ground biomass and roots of plants - was observed in Arabidopsis halleri. Key words: cadmium, hyperaccumulating plants, proline, Thlaspi caerulescens, Arabidopsis halleri

Poděkování: Příspěvek je řešen za finanční podpory v rámci výzkumného záměru MSM 6046070901.

158


VPLYV BEAUVERICÍNU NA BUNKY LISTOV KLÍČNYCH RASTLÍN KUKURICE Pavlovkin J., Šrobárová A. Botanický ústav SAV, Dúbravská cesta 9, SK-84523 Bratislava, Slovensko; e mail: [email protected] ABSTRAKT Študoval sa efekt beauvericínu (BEA) na membránový potenciál (EM) a dýchanie buniek listov klíčnych rastlín odrôd kukurice s rozdielnou náchylnosťou k fuzariózam. Ošetrenie listov 50 µM BEA vyvolávalo preukaznú depolarizáciu EM, ktorá bola výraznejšia u náchylnej odrody Pavla v porovnaní s tolerantnou odrodou Lucia. Výsledky ukázali, že BEA nevyvoláva nezvratné zmeny H+-ATPáz plazmalémy, pretože pridanie fuzikokcínu (FC), ktorý je aktivátorom ich aktivity repolarizovalo EM. DCMU (3-3(3,4 dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea) inhibítor fotosystému II vyvolával podobné zmeny EM ako BEA., čo nasvedčuje na jeho priamy vplyv na fotosystém II. Súčasne s dosiahnutím maximálnej depolarizácie sme registrovali aj pomalú, ale preukaznú inhibíciu dýchania listov. Výraznejšiu inhibíciu sme registrovali u náchylnej odrody Pavla. Výsledky naznačujú, že BEA môže byť významným faktorom patogenézy huby Fusarium tým, že ovplyvňuje základné metabolické procesy už v skorých štádiách patogenézy ešte pred objavením sa prvých vizuálnych symptómov. Kľúčové slová: Beauvericín (BEA), fytotoxicita, membránový potenciál (EM), dýchanie, fuzikokcin (FC), DCMU, listy kukurice (Zea mays L.). ÚVOD Viaceré druhy rodu Fusarium sú vážnym problémom pri pestovaní zrnovín na celom svete, pretože sú schopné produkovať mykotoxíny, ktoré sú zodpovedné nielen za zdravotný stav samotných hostiteľských rastlín ale aj poľnohospodárskych zvierat a ľudí (Moretti et al., 1995). Macchia et al. (1995) a Logrieco et al. (2002) poukázali na to, že BEA je významným toxickým metabolitom podieľajúcim sa na ochoreniach kukurice, ryže a pšenice a je súčasťou potravinového reťazca viacerých druhov živočíchov a človeka. Aj keď sa účinok BEA na živočíšnych objektoch intenzívne študuje (Ojcius et al., 1997) v literatúre je len málo údajov o jeho vplyve na rastlinné bunky. Predchádzajúce výsledky nášho laboratória svedčia o jeho širšom spektre účinku na rastlinné objekty. B EA vyvolával zmeny membránových potenciálov, vytekanie elektrolytov a inhiboval dýchanie buniek koreňov kukurice (Pavlovkin et al., 2006), pôsobil fytotoxicky na jadrá buniek a vytekanie ATP z buniek do medzibunkových priestorov koleoptýl pšenice (Šrobárová et al., 2009). V príspevku uvádzame výsledky pôsobenia BEA na dynamické zmeny membránových potenciálov a dýchanie listových buniek odrôd kukurice vyznačujúcich sa rozdielnou náchylnosťou k fuzáriám. (cv. „Lucia“ – tolerantná, cv. „Pavla“ - náchylná). MATERIÁL A METÓDY Na pokusy sme použili 8 dňové klíčne rastliny k fuzáriám odolnej odrody kukurice Lucia a náchylnej odrody Pavla (Zeainvent Trnava, Slovensko).Membránové potenciály (EM) sme merali v bunkách palisádového parenchýmu listov kukurice štandartnou mikroelektródovou technikou (Pavlovkin et al., 1986). Svetelnú fázu EM sme registrovali pri intenzite osvetlenia 115 µW.cm-2. Rýchlosť respirácie bola meraná polarograficky Clarkovou elektródou (YSI 5300, Yelow Springs Instrument, USA). Z kryštálikov BEA sme pripravili zásobný roztok (0,5 mg/10 ml MeOHN) a následne riedili na prožadovanú koncentríciu. Na monitorovanie aktivity H+-ATPázy plazmalémy sme použili stimulátor pumpy fuzikokcín (30 µM v 0,1 % etanole) a na inhibíciu fotosystému II. špecifický inhibítor DCMU (5 µM).

159

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 VÝSLEDKY A DISKUSIA Pridanie 50 µM BEA do prietokového roztoku (0.1 mM KCl, 1 mM NaH2PO4, 1 mM Mg SO4, 1 mM (CaNO3)2, pH 5.7) vyvolalo postupnú depolarizáciu EM buniek palisádového parenchýmu listov kukurice. Maximum depolarizácie sme registrovali po ôsmych hodimách u obidvoch študovaných odrôd kukurice, pričom na svetle boli zmeny EM menej výrazné v porovnaní so zmenami v tme. Výraznejšiu depolarizáciu sme zaregistrovali u náchylnej odrody Pavla, zatiaľ čo tolerantná odroda Lucia si dokázala udržiavať elektrochemický gradient buniek palisádového parenchýmu na vyšších hodnotách aj po 8 h pôsobení BEA (Tab. 1). Tabulka 1. Vplyv 50 µM BEA na membránový potenciál buniek (EM) palisádového parenchýmu klíčnych rastlín kukurice. Údaje predstavujú stredné hodnoty EM ± S.D.,počet opakovaní 17 až 32. Dĺžka expozície (h) 0 4 8

Svetelné podmienky merania Svetlo Tma Svetlo Tma Svetlo Tma

Lucia Kontrola EM (mV)

Pavla Kontrola EM (mV)

Lucia BEA EM (mV)

Pavla BEA EM (mV)

- 170 ± 9 - 170 ± 9 - 174 ± 8 - 174 ± 7 - 175 ± 9 - 175 ± 11

-175 ± 12 - 174 ± 10 - 178 ± 9 - 177 ± 8 - 177 ± 7 -175 ± 9

- 169 ± 15 - 157 ± 17 -161 ± 15 - 148 ± 18

- 163 ± 15 - 140 ± 17 - 149 ± 18 - 128 ± 22

Následné ošetrenie listov kukurice fuzikokcínom vystavených 8 h pôsobeniu BEA malo za následok čiastočnú repolarizáciu EM u odrody Pavla, alebo jeho úplnú repolarizáciu u odrody Lucia, často krát sprevádzanú hyperpolarizáciou membrány hlavne na svetle. Tieto údaje nasvedčujú na fakt, že ATPázy plazmalémy sú aktívne aj po 8 hodinovom pôsobení BEA a depolarizácia celkovej hodnoty EM môže byť skôr signálom, ako priamym účinkom na protónovú pumpu plazmalémy. V našich experimentoch sme porovnávali tiež dynamické zmeny EM buniek palisádového parenchýmu v tme a na svetle so zmenami, ktoré vyvoláva DCMU. Tento inhibítor elektrónového transportu fotosyntézy vyvolával podobné, alebo identické zmeny EM u buniek ošetrených aj neošetrených BEA vo fáze prechodu zo svetla do tmy. Transientné depolarizácie vyvolané BEA, rovnako ako DCMU by mohli byť odrazom priameho pôsobenia BEA na fotosytém II. Veľmi podobné reakcie na fotosystém II. boli zistené napríklad na listoch kukurice pri pôsobení fuzaproliferínu, ktorý produkujú huby Fusarium proliferatum a Fusarium subglutinas (Santini et al., 2008). Registrácia zmien intenzity dýchania ukázala, že BEA u obidvoch odrôd kukurice stimuloval rýchlosť respirácie, ktorej hodnoty sa preukazne líšili až po 8 h pôsobení toxínu (Tab. 2). Tieto zmeny svedčia o možnom efekte BEA na energetický status buniek listov kukurice. Tabulka 2. Účinok 50 µM BEA na dýchanie listov kukurice. Údaje predstavujú stredné hodnoty µmol O2.g-1.sušina.s-1 ± S.D., v zátvorkách počet opakovaní. Čas (h) 4 8

Respirácia listov kukurice (µmol O2.g-1.sušina.s-1) Lucia Kontrola Pavla Kontrola Lucia Toxín Pavla Toxín 42.0 ± 3.4 (6) 48.6 ± 4.4 (7) 43.1 ± 5.3 (10) 54.7 ± .7.8 (11) 36.8 ± 4.1 (8) 41.1 ± 4.9 (9) 49.0 ± 5.5 (12) 73.2 ± 8.1 (13)

ZÁVER BEA vykazoval fytotoxický účinok na bunky listov dvoch orôd kukurice líšiacich sa toleranciou k fuzáriám. V načich experimentoch BEA vyvolával výrazné depolarizácie membránových potenciálov a ovplyvňoval metabolickú aktivitu buniek už v počiatočných fázach infekcie.

160

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Predpokladáme, že BEA môže byť v ďalších fázach infekcie ako zdroj signálu vedúcemu napokon k programovanej smrti buniek tzv. apoptóze, podobne ako je tomu pri bunkách cicavcov. Literatúra Logrieco A., Moretti A., Ritieni A., Caiaffa M.F., Macchia L.: Beauvericin: chemistry, biology and significance. In: Advances in microbial toxin research and its biotechnological explitation. Upadhyay R Ed. Kluwer Acadenic/Plenum Publ., London, 2002: 23 – 30. Macchia, L., Caiaffa, M.F., Fornelli, F., Calō, L., Nenna, S., Moretti, A., Logrieco, A., Tursi, A.: Apoptosis induced by the Fusarium mycotoxin beauvericin in mammalian cells. J. Appl. Genet. 434, 2002: 363 – 371. Moretti, A., Logrieco, A., Bottalico, A., Ritieni, A., Randazzo, G., Corda, P.: Beauvericin production by Fusarium subglutinans from different geographical areas. Mycol. Res. 99, 1995: 282-286. Ojcius D.M., Zychlinsky A., Zheng L.M., Young J.E.: Ionophore induced apoptosis: role of DNA fragmentation and calcium fluxes. Exp. Cell Res. 197, 1991 : 43 – 49. Pavlovkin, J., Novacky, A., Ullrich-Eberius, C.I.: Membrane potential changes during bacteria-induced hypersensitive reaction. Physiol. Molec. Plant Pathol. 28, 1986:125 – 135. Pavlovkin, J., Mistríková, I., Luxová, M., Mistrík, I.: Effects of beauvericin on root cell transmembrane electric potential, electrolyte leakage and respiration of maize roots with different susceptibility to Fusarium. Plant Soil and Environment 52, 2006 : 492 – 498. Santini, A., Šrobárová, A., Pavlovkin, J., Čiamporová, M., Ritieni, A.: Fusaproliferin effects on the photosystem in the cells of maize seedling leaves. Eur. J. Plant Pathol. 120, 2008 : 363 – 371. Šrobárová, A., Teixeira da Silvab J. A:, Kogan, G., Ritieni, G., Santini A.: Beauvericin decreases cell viability of wheat. Chemistry and Biodiversity 6, 2009 : 1209 – 1215.

BEAUVERICINE EFFECTS ON THE CELLS OF MAIZE SEEDLING LEAVES The posible role of the beauvericin (BEA) in plant pathology was investigated with respect to cell membrane potential and respiration to study both the early effect of BEA on the host plasma membrane and metabolical responses in the cells of maize leaves. The seedlings of tolerant (Lucia) and susceptible (Pavla) to the beauvericin maize cultivars were treated by 50 µM BEA and electrophysiological measurements were compared with those obtained using two different toxic compounds, namely fusicoccin and 3-3(3,4 dichlorophenyl)-1,1-dimethylurea) (DCMU). The results indicate, that the intracellular phytotoxin BEA plays an important role, possibly as a mediator in celldeathsignalling.

Keywords: beauvericin phytotoxicity, membrane potential (EM), respiration, fusicoccin (FC), DCMU, maize leaves (Zea mays L.)

Poďakovanie: Tento príspevok bol financovaný z prostriedkov VEGA č.02. Autori sú vďakou zaviazaní Dr. A. Morettimu (CNR, Taliansko) za láskavé poskytnutie beauvericínu.

161


VLIV ODBĚRU KORKU NA TLOUŠŤKOVÝ PŘÍRŮST KORKOVNÍKU AMURSKÉHO (Phellodendron amurense RUPR.) Danzer M., Úradníček L. Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie, LDF MENDELU v Brně, Zemědělská 3, 613 00 Brno, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT Korkovník amurský (Phellodendron amurense Rupr.) je v podmínkách České republiky pěstován v plantážích, které byly určeny pro sběr korku již od počátku 50. let. Korkovník je jednou z dřevin, která se dá využít jako alternativa pro sběr korku. Ve srovnání s dubem korkovým (Quercus suber L.), který je současným fenoménem, nevykazuje takové razantní přírusty korkové vrstvy. Kvantita korku však není jediným kritériem, a kvalita korku korkovníku amurského zůstává nezodpovězenou otázkou. Na vybraných lokalitách v České republice byl hodnocen vliv odběru korku na tloušťkový přírůst. Sledována byla dynamika přírůstu v jednotlivých měsících. Přírůst kulminoval na konci července a ustal v září. V této době byl u stromů bez odebraného korku přírůst 1,4 mm a pohyboval se v intervalu spolehlivosti pro α 0,05 od 1,1 do 1,6 mm. U korkovníků s odebraným korkem byl, zaznamenám přírůst 1,0 mm (pro α 0,05 0,8–1,3 mm). Významný vliv sběru korku na růst a vitalitu dřeviny nebyl prokázán. Klíčová slova: Korkovník amurský, stres, tloušťkový přírůst

ÚVOD Korkovník amurský (Phellodendron amurense Rupr.) je opadavá listnatá dřevina z čeledi Rutaceae, která se přirozeně vyskytuje v severní Číně, v ruské části Poamuří, Japonsku a Koreji. Ve své domovině je stromem středního vzrůstu dosahující výšky 7–15 m. V oblastech Východní Asie je pěstován jako léčivá dřevina, která nachází uplatnění v tradiční čínské medicíně (Danzer, 2010). Korkovník amurský je potenciálním zdrojem korku, který by mohl být využívaný zejména jako aglomerovaný izolační materiál ve stavebnictví a v různých průmyslových odvětvích (Zavadil, 1956; Jirásek, 1953; Hofman, 1953). První zmínky o možnostech produkčního využívání této dřeviny v ČR pocházejí už z roku 1912 (Šiman, 1912), byly první rozsáhlejší výzkumy zahájeny až 50. letech minulého století. Některé z prvních pokusů s pěstováním korkovníku poukázaly na možný produkční potenciál této dřeviny, který by mohl skýtat překvapivé výsledky (Grünbaum, 1932). V těchto letech byl tehdejší Výzkumný ústav lesního hospodářství a myslivosti ve Strnadech pověřen výzkumem produkčních vlastností této dřeviny, které měl být zaměřen na technické vlastnosti korku a možnosti pěstování korkovníku amurského intenzivním způsobem v plantážích pro účelný sběr korku. Korkovník vytváří korkové vrstvy v kůře již od 10 až 15 let. Korek se však těží až po 20 až 25 letech. Těžby korku je možno provádět od poloviny června do konce července, kdy se korková vrstva snadno odlupuje od lýka. Začátek a konec tohoto období je ovlivněn průběhem počasí. Korek je odebrán z jedinců, kteří dosahují výčetního průměru 20 centimetrů a více. Korková vrstva mladých stromků se zpravidla nejprve odstraňuje pouhým seškrabáváním, protože je málo elastická. Teprve po tomto zásahu se vytvářejí korkové vrstvy vhodné pro technické zpracování (Hofman, 1953). Těžba korku je realizována maximálně do 3 metrů výšky kmene nejen z důvodu nejvyšší výtěžnosti, ale i proto, že k nasazení koruny dochází právě až od této hranice. Cílem práce bylo zhodnocení vlivu odběru korku na tloušťkový přírůst korkovníku amurského, a zhodnotit tak případné využití tohoto druhu ke komerčnímu sběru korku. MATERIÁL A METODY Na vybraných lokalitách v ČR byly sledovány změny tloušťkového přírustu korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.) způsobené odběrem korku. Tloušťkový přírůst byl hodnocen u 12 jedinců korkovníku v arboretu Křtiny, které se nachází asi 20 km od Brna. Průměrná roční teplota

162

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 zde dosahuje 6 °C a roční úhrn srážek 450–500 mm (Úradníček, 2010). Na území přírodní rezervace Mydlovarský luh, ležící 18 km západně od Nymburka byli měřeni 4 jedinci zájmového druhu. Průměrná roční teplota je 9,2°C, průměrný roční úhrn srážek 350–400 mm. Rezervace se nachází v nadmořské výšce 198 m. n. m. Tloušťkový přírůst jednotlivých stromů byl hodnocen kontinuálně od května do září 2010 za použití obvodových dendrometrů (obr. 1). Obvodové změny kmene byly zaznamenávány v měsíčních intervalech. Dendrometry byly instalovány do 1,3 m výšky kmene, tak aby bylo možné hodnotit změny průměru v prsní výšce tzv. d1,3. Instalaci předcházela úprava povrchu kmene, která spočívala v odstranění všech nepravidelných a nežádoucích výrostků korkovité borky (Danzer, Úradníček et al., 2010). Typicky rozpukaná borka korkovníku by bez úpravy neumožnila optimální měření. Páska dendrometru by po nerovném povrchu sjížděla, nepřimknula by se správně k obvodu kmene a mohlo by docházet ke zkreslení výsledků. Metoda umožňuje jednoduché a přitom přesné sledování tloušťkového přírustu kmene v průběhu celého roku. Změny v růstu kmene jsou měřeny s přesností na 0,1 mm.

Obr. 1: Sběr korku korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.), 28. 6. 2010 arboretum Křtiny Kontinuálně byl tloušťkový přírůst měřen celkem u 16 jedinců. Odběr korku byl realizován 28. června 2010. Pro účely sledování reakce a změn v obvodovém přírustu korkovníku byl u 3 stromů odebrán korek. Výzkum měl ověřit, jak korkovník amurský reaguje a snáší stres, který mu způsobí odebrání korkové vrstvy v celém obvodu kmene. VÝSLEDKY A DISKUZE Na vybraných lokalitách s výskytem korkovníku amurského byla sledována dynamika tloušťkového přírustu kmene. Odděleně byl sledován vývoj přírůstu u jedinců, z kterých nebyl odebrán korek.

163

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Zvláště pak byly hodnoceny stromy, u kterých došlo k odebrání korku v celém obvodu kmene. Podrobný přehled měřených hodnot je uveden v grafu 1.

Graf 1: Dynamika tloušťkového přírůstu korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.) Graf podává přehled o vývoji tloušťkového přírustu v jednotlivých měsících od května do září 2010. Přírůstové křivky obou skupin dřevin nevykazují vzájemně velkou variabilitu. Velice patné je snížení přírůstu v červenci, kdy se přestává u dřevin vytvářet jarní dřevo a nastává proces tvorby dřeva letního. V červenci byl zaznamenán v obou případech stejný přírůst dřeva a to 0,3 mm. Od června došlo k pozvolnému nárůstu a přírůst kulminoval na konci července. V této době byl u stromů bez odebraného korku přírůst 1,4 mm a pohyboval se v intervalu spolehlivosti pro α 0,05 od 1,1 do 1,6 mm. U korkovníků s odebraným korkem byl, zaznamenám přírůst 1,0 mm (pro α 0,05 0,8– 1,3 mm). Procentický rozdíl hodnot kulminujícího tloušťkového přírustu činil 28,6 %. V období po sběru korku od 28. 6. 2010 nedošlo k žádným výrazným odchylkám ve srovnání s růstem dřevin, které těžbou korku nebyly stresovány. Neprokázaly se žádné výrazné diferenciace v růstu, které by se daly očekávat. Ve srovnání s dubem korkovým (Quercus suber L.) korkovník nevykazoval po odběru korku razantní navýšení přírustu, které je pro dub typické (Sanches- Gonzáles et al. 2006, Ribeiro et al., 2004). Na druhou stranu se dá konstatovat, že nedošlo ani k rapidnímu snížení vitality, které by mohlo být jednou z možných reakcí. Konec růstu korkovníku amurského nastává v září. ZÁVĚR Korkovník amurský je korkodárná dřevina, která je na rozdíl od dubu korkového schopna snášet mráz. Mrazuvzdornost této dřeviny je ve srovnání s produkčním potenciálem dubu jednou z nesporných výhod. Sledování tloušťkového přírustu na vybraných lokalitách ukázalo, že korkovník amurský odběr korkových vrstev dobře snáší. Porovnáním růstových křivek nestresovaných a stresovaných stromů odběrem korku nebyly zjištěny odchylky od normálu. Předběžné výsledky potvrzují, že těžba korku nesnižuje vitalitu dřeviny a v žádném případě nedochází k její mortalitě. Následné výzkumy budou cíleně směřovány k hodnocení obnovy korkových vrstev. Předkládané závěry jsou úvodem do velice široké problematiky, proto je třeba brát výsledky jako předběžné a prozatímně informativní.

164


Literatura Danzer, M., Úradníček,L.: Produkce korku korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.). In Prknová, H. Aktuality v pěstování introdukovaných dřevin. 1. vyd. Praha: Tribun EU.s.r.o, 2010, s. 15–21. ISBN 978-80-213-2114-4. Danzer, M.: Amur Corktree (Phellodendron amurense Rupr.) - Medicinal plant, growing opportunities in the Czech Republic. [CD-ROM]. In Conference proceedings - 2nd International Conference on Horticulture Post-graduate Study, 2010, s. 10–18. ISBN 978-80-7375-419-8. Hofman, J.: O korkovníku amurském, Lesnická práce, 1953, č. 2. 71–77. Grünbaun, H.: Der Korkbaum und seine Bedeutung für Mitteleuropa, Der Züchter, 1932, č. 10, str. 254-256. Jirásek, V.: O korku a rostlinách korkodárných. Vesmír, ročník 32, 1953, č. 10, s. 361-362. Ribeiro, N. A., Dias, S., Surový, P., Goncalvas A. C., Ferfeira, A. G., Olivera, A. C.: The importace of crown cover on the sustainability of cork oak stands: a simulation approach. Adv Geoecol, 2004, 37:275-286. Sanches- Gonzáles, M., Río, M., Canellas, I., Montero, G.: Distance independent tree diameter growth model for cork oak stands. Forest Ecology and Management 225 (2006) 262–270. Úradníček, L., Tichá, S., Maděra, P., Mauer, P., Nejezchleb, B.: Arboretum křtiny průvodce, Mendelova univerzita v Brně, 2010, vyd. 2, 38 s., ISBN 978-80-7375-380-1. Šiman, K.: Aklimatisace cizokrajných dřevin v zemích Československých. Háj (1912), 41, s. 100-103. Zavadil, Z.: Technické vlastnosti dřeva a korku korkovníku amurského. Strnady, VULHM, 1956, 52s. IMPACT OF CORK STRIPPING ON DIAMETER INCREMENT OF AMUR CORKTREE (Phellodendron amurense RUPR.) Amur Corktree is an introduction woody plant, which was imported into the Czech Republic first in 1911. Initially it was planted and cultivated as an ornamental tree in the botanic gardens and parks. At the beginning of fifties the Forestry and Game Management Research Institute was entrusted with research of production properties of this species. In 1954-1956 were established several plots with character of plantation in the area of the Czech Republic. These plots had been effective used for stripping the bark, evaluation of technical properties and seed collection. Impact of cork stripping on diameter increment of Amur Corktree (Phellodendron amurense Rupr.) was evaluated on selected plots in the Czech Republic. Dynamics of diameter increment was followed for different months. Culmination point of diameter increment was detected at the end of July and finished in September. Significant impact of cork stripping on growth and vitality of Amur Corktree wasn’t verified. Keywords: Amur Corktree, stress, diameter increment

Poděkování Tato studie byla uskutečněna a prezentována za finanční podpory výzkumného záměru LDF Mendelu v Brně, reg. č. MSM : 6215648902, IGA 14/2010- Interní grantová agentura LDF Mendelu v Brně: Porovnání produkce a růstu korkovníku amurského (Phellodendron amurense Rupr.) s dubem korkovým (Quercus suber L.) a IGA LDF Mendelu v Brně č. 12/2010.

165


VPLYV NÍZKOTEPLOTNEJ PLAZMY NA KLÍČIVOSŤ A ONTOGENETICKÝ VÝVIN KUKURICE Zea mays (L.) Henselová, M1., Zahoranová A2., Černák M2. 1

Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra fyziológie rastlín, Mlynská dolina B-2, 842 15 Bratislava, Slovenská republika, [email protected] 2 Univerzita Komenského v Bratislave, Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Katedra experimentálnej fyziky, Mlynská dolina F-2 , 842 48 Bratislava, Slovenská republika

ABSTRAKT V práci sa overovali účinky nízkoteplotnej plazmy (NTP) na semená kukurice Zea mays (L.) cv. KWS pri expozičných dávkach 10 – 300 s. Sledoval sa vplyv plazmy na hmotnosť semien, príjem vody, rýchlosť klíčenia, rastové parametre (dĺžka koreňa a koleoptyly, čerstvá a suchá hmotnosť rastlín, listová plocha rastlín), ako aj aktivitu enzýmu amylázy. Zvyšovaním expozičnej dávky plazmy sa znižovala hmotnosť semien a zvyšoval príjem vody do semien. Plazma v rozsahu aplikačných dávok 40 – 80 s stimulovala preukazne predlžovací rast a zvyšovala hmotnosť rastlín v porovnaní s kontrolnými neošetrenými semenami. Vyššie dávky plazmy nad 100 s mali už negatívny vplyv na klíčivosť semien a rast kukurice. Zistila a sa tiež zvýšená aktivita enzýmu amylázy pod vplyvom plazmy. Kľúčové slová: kukurica, nízkoteplotná plazma, klíčenie, rast, amyláza

ÚVOD Elektrická nízkoteplotná plazma (NTP) predstavuje dostatočne ionizovaný plyn, ktorý sa v laboratórnych podmienkach generuje pomocou elektrických výbojov v plyne. Pri jej generovaní dochádza účinkom silného elektrického poľa k ionizácii molekúl plynu, čím vznikajú elektróny a kladné ióny. Elektróny v silnom elektrickom poli získavajú vysokú energiu a pri ich zrážkach s molekulami plynu dochádza k tvorbe chemicky aktívnych častíc a vzbudených molekúl (Martišovitš 2004). Plazma nachádza čoraz širšie uplatnenie v rôznych oblastiach, pričom jednou z nich je aj jej využitie na úpravu rastlinných semien. Dosahuje sa ňou rýchlejšia klíčivosť, lepšie vzchádzanie, vyššia životaschopnosť rastlín, ako aj kvalita úrody či vyššia rezistencia rastlín voči stresu (Dubinov et al. 2000, Marinković a Borcean 2009, Meiqiang et al. 2005, Šerá et al. 2008). Existuje viacero prác pojednávajúcich o rôznych fyzikálnych metódach využívaných elektrické, alebo magnetické pole či laser, ktoré zlepšujú a kontrolujú klíčenie semien a rast rastlín (Hernández et al. 2006, Lynikiene et al. 2006, Volin et al. 2000, Zhang et al. 1990). Predmetom našej práce bolo overenie účinkov NTP na klíčivosť, vzchádzavosť, vybrané rastové parametre kukurice, ako aj aktivitu enzýmu amylázy. MATERIÁL A METÓDY Ako zdroj nízkoteplotnej plazmy sme použili povrchový dielektrický bariérový výboj, ktorý je schopný generovať nízkoteplotnú makroskopicky homogénnu plazmu pri atmosférickom tlaku vo vzduchu alebo v ľubovoľnom plyne. Zdroj NTP a jeho vlastnosti sú detailnejšie popísané v práci (Černáková et al. 2005). Semená kukurice Zea mays (L.) cv. KWS sme získali od firmy Sedos Krakovany, SR. Semená pri ich rotujúcom pohybe sme opracovali plazmou v expozičných dávkach 10 až 300 s, pričom výkon dodávaný do plazmy bol 400 W. Vzorky v počte 500 až 1000 ks semien na variant sme odvážili na analytických váhach s presnosťou ± 0,01 mg pred i po ošetrení plazmou. Imbibíciu semien ako aj všetky biologické pokusy sme zakladali 24 hodín po ošetrení semien plazmou. Príjem vody sme sledovali na vzorke 3 × 100 vopred odvážených semien, ktoré boli napučiavané v destilovanej vode a po 2 a 8 hodinách po ich osušení sme stanovili ich hmotnosť. Z rozdielov hmotnosti pred a po imbibícii sme určili príjem vody semenami. Klíčivosť neošetrených i ošetrených semien plazmou, ktoré boli vopred 5 hodín napučiavané v destilovanej vode, sme stanovovali v laboratórnych podmienkach na Petriho miskách s priemerom 15 cm s10- 15 ml destilovanej

166

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 vody (v počte 30 – 50 ks × 4 – 6 opakovaní) a kultivovali v termostate pri teplote 25 °C a RV 60 %. Klíčivosť sme denne kontrolovali a podľa potreby dopĺňali do Petriho misiek destilovanú vodu. Klíčivosť semien sme sledovali aj v pôdnom substráte v kontrolovaných podmienkach pri teplote 25 °C, fotoperióde 12/12 h (deň/noc) a intenzite svetla 110 µmol·m2 -1 ·s . Percento klíčivosti sme vypočítali z pomeru počtu klíčiacich semien k celkovému počtu naložených resp. vysiatych semien. Dynamiku rastu kukurice sme hodnotili po 2, 4 a 6 dňoch na základe dĺžkových prírastkov koreňa a koleoptyly, ako aj čerstvej a suchej hmotnosti rastlín po ich vysušení v sušiarni pri 70 až 105 °C. Listovú plochu rastlín sme merali trikrát u 20 rastlín/variant a vypočítali podľa vzorca: dĺžka × šírka listov × koeficient 0,776; podľa metódy (Květ a Nečas 1966). Aktivitu enzýmu amylázy sme stanovili semikvantitatívne po exstirpácií embryí zo semien kukurice neošetrenej i ošetrenej plazmou po 24 hodinovom napučiavaní v destilovanej vode. Embryá v počte 5 ks na Petriho misku (o priemere 12 cm) v 5 opakovaniach/variant sme mierne ponorili do pevného agarovo-škrobového substrátu a kultivovali 5 dní v tme pri teplote 25 °C. Po vybraní embryí sme povrch kultivačného substrátu poliali Lugolovým roztokom (zmes jodidu draselného a jódu) a následne sme zmerali priemer bielych zón indikovaných hydrolyzovaný škrob na modrom pozadí nehydrolyzovaného škrobu a vyhodnotili aktivitu hydrolytického enzýmu amylázy uvoľňujúceho sa z embryí kukurice. Štatistickú preukaznosť dosiahnutých výsledkov sme vyhodnotili t-testom Studenta. VÝSLEDKY A DISKUSIA Nízkoteplotná plazma mala ako pozitívny, tak aj negatívny vplyv na klíčivosť semien a raný ontogenetický vývin rastlín kukurice (tab. 1, 2, 3). Účinok bol závislý od expozičnej dávky plazmy. V nižších aplikačných dávkach 40 až 80 s plazma mala priaznivý vplyv na sledované parametre. V laboratórnych aj v kontrolovaných podmienkach sa dosiahli podobne výsledky v klíčivosti, ktorá však bola vzhľadom na relatívne vysokú prirodzenú klíčivosť kukurice (92 %) vplyvom plazmy nepreukazne zvýšená a dosahovala úroveň 94 až 98,7 %. Šerá et al. (2008) vplyvom plazmy zistili zvýšenie klíčivosti semien mrlíka bieleho až o 55 % oproti 15 % klíčivosti semien v kontrole, tiež (Lynikiene et al. 2006) zvýšenie o 24 % u semien mrkvy, 12 % u redkvičky a cukrovej repy a 9 % u jačmeňa. Dávky vyššie ako 100 s mali už negatívny vplyv na klíčivosť kukurice (tab.2). Zistená znížená klíčivosť semien pri vyšších expozičných dávkach plazmy naznačuje, že teplota pracovného plynu sa pri generovaní nízkoteplotnej plazmy predlžovaním expozície zvyšuje. Prenikaním cez endosperm semena sa dostáva až k embryu, ktoré pravdepodobne termický inaktivuje, čo má za následok stratu životaschopnosti embryí. Plazma mala pozitívny vplyv aj na rastové parametre kukurice dĺžku koreňa a koleoptyly (tab. 1), čerstvú a suchú hmotnosť rastlín (tab.3) a plochu ich listov (tab.2), ktoré boli preukazne zvýšené oproti kontrole v rozsahu aplikačných dávok plazmy 40 – 80 s. Marinković a Borcean (2009) taktiež zistili preukazné zvyšenie hmotnosti nadzemnej časti pšenice o 23,5 % a koreňov o 46 % vplyvom plazmy. Naše doterajšie skúsenosti s aplikáciou nízkoteplotnej plazmy na semená jedno- a dvojklíčnolistových plodín ukazujú, že jednotlivé druhy reagujú na aplikáciu plazmy rozdielne, pričom optimálna dávka pre jednotlivé druhy plodín je závislá od veľkosti semena, jeho tvaru a morfológie, tvrdosti osemenia, ako aj hrúbky endospermu. Pozitívny účinok plazmy na klíčivosť kukurice a stimuláciu jej počiatočného rastu nie je možné v súčasnosti jednoznačne vysvetliť. Pôsobením plazmy dochádza pravdepodobne nielen k zmenám povrchových vlastností a povrchovej energie semien, ale aj k zmenám na úrovni endospermu, ktorým sa mienime podrobnejšie venovať v našich budúcich experimentoch. Ďalej sme zistili, že zvyšovaním expozičnej dávky plazmy sa znižovala aj hmotnosť semien ošetrených plazmou od 80 do 950 mg (tab.3). Strata hmotnosti semien môže vyplývať zo straty vody z osemenia účinkom tepla z plazmy. Táto strata však mala naopak vplyv na

167

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 zvýšený príjem vody do semena a rýchlejšiu imbibíciu semien ošetrených plazmou v porovnaní s kontrolou (obr. 1). Príjem vody do semien sa zvyšoval až do expozičnej dávky 100 s čo pravdepodobne korešponduje so zachovaním životaschopnosti embryí. Podobné účinky plazmy zistili aj (Volin et al. 2000) u semien redkvičky, hrachu, sóje, kukurice a fazule. Naše výsledky tiež potvrdzujú preukazne zvýšenú aktivitu enzýmu amylázy embryí izolovaných zo semien ošetrených plazmou (tab.2). Veľkosť zóny hydrolyzovaného škrobu dosahovala v priemere od 2,3 cm pri 20 s až do 3,3 cm pri 250 s ošetrenia plazmou. Je všeobecne známe, že počas klíčenia semien sú aktivované viaceré enzýmy, aj enzýmy, ktoré hydrolyzujú také komponenty akými sú škrob, neškrobové polysacharidy a proteíny na jednoduchšie cukry bielkoviny a aminokyseliny, čo dokázali v semenách pšenice (Yang et al. 2001).

Dĺžka koleoptily[cm]

Dĺžka [cm]

koreňa

Tab. 1. Dynamika rastu koreňa a koleoptily kukurice siatej cv. KWS stanovená po 2 až 6 dňoch kultivácie semien v laboratórnych podmienkach. Hodnoty sú priemerom 30 rastlín ± SE (n=3). * Hodnoty sú preukazné oproti kontrole pri P < 0,05. kontrola 40 s 50 s 60 s 70 s 80 s

3,22 3,36 3,85 4,39 3,81 3,70

2 dni ± 0,231 ± 0,064 ± 0,153 ± 0,240 ± 0,120 ± 0,099

kontrola 40 s 50 s 60 s 70 s 80 s

2,96 3,09 3,28 3,45 3,77 3,22

± 0,123 ± 0,125 ± 0,025 ± 0,101 ± 0,100 ± 0,112

*

9,56 11,47 12,39 14,08 12,41 12,18

4 dni ± 0,250 ± 0,100 ± 0,357 ± 0,389 ± 0,111 ± 0,193

6,26 6,94 7,24 7,53 7,62 7,33

± 0,239 ± 0,192 ± 0,158 ± 0,278 ± 0,156 ± 0,102

* *

* * * * *

18,15 18,32 21,38 20,89 20,11 18,54

6 dní ± 0,950 ± 0,618 ± 0,388 ± 0,323 ± 0,199 ± 0,353

* * * * *

8,94 9,21 9,87 10,36 10,28 9,33

± 0,911 ± 0,103 ± 0,322 ± 0,381 ± 0,123 ± 0,488

* *

* *

Tab. 2. Zmeny úbytku hmotnosti tisíc semien, klíčivosti, asimilačnej plochy 2. až 5. listu rastlín kukurice a veľkosti zóny hydrolyzovaného škrobu v kontrole (K)a po aplikácii plazmy v rozsahu 10–250 sekúnd na semená kukurice siatej cv. KVS. Hodnoty sú priemermi (n = 3 pre listovú plochu, n = 5 pre hydrolýzu škrobu, n = 6 pre klíčivosť). Hodnoty označené * sú preukazné oproti kontrole pri P < 0,05. Parametre

K

10 s

20 s

30 s

40 s

50 s

60 s

Úbytok hmotnosti semien [mg] Klíčivosť semien [%] Asimilačná plocha listov [cm2] Priemer zóny hydr. škrobu [cm]

0 92,0 153,52 2,00

80,2 94,0 155,23 2,15

100,0 95,3 160,85 2,31*

150,1 96,7 176,13* 2,45*

170,0 97,3 175,68* 2,51*

230,5 98,7 182,37* 2,53*

310,2 98,7 183,18* 2,55*

Úbytok hmotnosti semien [mg] Klíčivosť semien [%] Asimilačná plocha listov [cm2] Priemer zóny hydr. škrobu [cm]

70 s 360,0 97,3 178,03* 2,56*

80 s 420,4 95,3 153,63 2,88*

90 s 510,2 92,0 143,50 2,93*

100 s 580,0 89,0 132,20* 2,98*

150 s 700,3 85,0* 130,80* 3,07*

200 s 830,1 75,0* 114,70* 3,14*

250 s 950,2 40,0* – 3,34*

Tab.3. Čerstvá hmotnosť a sušina rastlín kukurice siatej cv. KWS stanovená v kontrolovaných podmienkach 4 týždne po výseve semien ošetrených plazmou. Hodnoty sú priemerom z 50 rastlín ± SE, (n=3). * Hodnoty sú preukazne oproti kontrole pri P< 0,05. variant kontrola 40 s 50 s 60 s 70 s 80 s

4,10 4,48 4,64 4,95 5,20 4,58

Priemerná hmotnosť 1 rastliny čerstvá sušina g %K mg ± 0,11 100,0 352,22 ± 6,27 ± 0,18 109,3 418,50 ± 4,78 ± 0,19 113,1 443,33 ± 2,19 ± 0,15 * 120,7 461,66 ±6,14 ± 0,04 * 126,8 454,16 ± 8,75 ± 0,06 * 111,7 421,00 ± 8,35

168

* * * * *

%K 100,0 119,0 125,1 131,1 128,9 119,5

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Obr. 1. Príjem vody semenami kukurice neošetrenej (K) a ošetrenej plazmou (10-300 s po 2 a 8 hodinách imbibície) 12

2h

8h

Obsah H2O [g/100 semien]

10

8

6

4

2

0 K

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

150

200

250

300

Ošetrenie plazmou [s]

ZÁVER Ošetrenie semien kukurice nízkoteplotnou plazmou v dávkach 40 – 80 sek. stimulovalo rýchlosť klíčenia a pozitívne ovplyvnilo počiatočný ontogenetický vývin plodiny. LITERATÚRA Černáková, L., Kováčik, D., Zahoranová, A., Černák,M., Mazúr, M.: Surface modification of polypropylene non-woven fabrics by atmospheric-pressure plasma activation followed by acrylic acid grafting. Plasma Chem. Plasma Process. 25, 2005: 427-437 Dubinov, A.E., Lazarenko, E.R., Selemir, V.D.: Effect of glow discharge air plasma on grain crops seed. IEEE Trans. Plasma Sci. 28, 2000:180-183 Hernández, A.C., Carballo, C.A., Artola, A., Michtchenko, A.: Laser irradiation effects on maize seed field performance. Seed Sci. Technol. 34, 2006:193-197 Květ, J., Nečas, J.: Measurement of leaf area. Pp. 315-334 In: Šesták, Z., Čatský, S. (ed.). Methods of studying photosynthetic production of plants. Academia, Praha, 1966. Lynikiene, S., Pozeliene, A., Rutkauskas, G.: Influence of corona discharge field on seed viability and dynamics of germination. Int. Agrophysics 20, 2006:195-200 Marinković, D., Borcean, I.: Effect of cold electron plasma and extremely low frequency electro-magnetic field on wheat yield. Res. J. Agric. Sci. 41, 2009:96-101 Martišovitš,V.: Základy fyziky plazmy. FMFI UK, Bratislava, 2004: 216 s. Meiqiang, Y., Mingjing, H., Buzhou, M., Tengcai, M.: Stimulating effects of seed treatment by magnetized plasma on tomato growth and yield. Plasma Sci. Technol. 7, 2005:3143-3147 Šerá, B., Straňák, V., Šerý, M., Tichý, M., Špatenka, P.: Germination of Chenopodium album in response to microwave plasma treatment. Plasma Sci. Technol. 10, 2008: 506-511 Volin, J.C., Denes, F.S., Young, R.A., Park, S. M.T.: Modification of seed germination performance through cold plasma chemistry technology. Crop Sci. 40, 2000:1706-1718 Yang, F., Basu, T.K., Ooraikul, B.: Studies on germination conditions and antioxidants contents of wheat grain. J. Food Sci. Nutrit. 52, 2001:319-330. Zhang, Z.X., Wang, R.C., Lin, C.X., Wang, J.H., Li, C.S.: Study of biological effect of electrostatics field on maize seed germination. J. Hebei Agric. Univ. 13, 1990:11-15

EFFECT OF LOW-TEMPERATURE PLASMA ON THE GERMINATION AND ONTOGENETIC DEVELOPMENT OF CORN (ZEA MAYS L.) The effect of low-temperature plasma (with exposure times from 10 to 300 s) on germination, growth parameters, weight and water uptake into seeds as well as amylase activity of Zea mays L. cv. KWS was studied. It was found out that a short-time (40 – 80 s) treatment of seeds enhances their germination, promotes early appearance of sprouts, and accelerates the development of plant. Higher doses than 100 s manifested inhibitive effect on growth of corn. Increase of plasma doses reduced the weight and enhanced the uptake of water of treated seeds. Amylase activity was under influence of plasma treatment increased. Key words: corn, low-temperature plasma, germination, growth, amylase

Poďakovanie Práca bola podporená grantovým projektom VEGA č. 1/0755/10. Autori ďakujú Dr. Jane Kohanovej za technickú pomoc.

169


ÚČINOK ZINKU A EDTA NA FYZIOLOGICKÉ PROCESY RASTLÍN FAZULE MUNGO Slováková Ľ., Henselová M. Pavlovič A. Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského, Katedra fyziológie rastlín, Mlynská dolina B-2, 842 15 Bratislava, Slovensko, e–mail: slovakova@ fns.uniba.sk

ABSTRAKT V skleníkových podmienkach sa overovali účinky dvoch zdrojov zinku aplikovaného do pôdy vo forme ZnSO4 × 7 H20 samotného, a v kombinácií s EDTA v pomere 1:1 v koncentráciách 60, 120 a 240 µM·kg-1 pôdy na rastliny fazule mungo [Vigna radiata (L.) Wilczek]. Aplikácia Zn2+ sa uskutočnila v štádiu prvého trojlistu fazule a tri týždne po aplikácií sa stanovila v listoch aktivita antioxidačných enzýmov POX a SOD, obsah fotosyntetických pigmentov (chlorofylov a karotenoidov), aktivita izolovaných chloroplastov, ako aj celková fotosyntéza. Výsledky potvrdili pozitívny vplyv Zn2+ na študované fyziologicko-biochemické parametre v dávkach 60 a 120 µM·kg-1 pôdy, naproti tomu dávka 240 µM·kg-1 mala už preukazne inhibičný účinok, ktorý bol vyšší pri Zn2+ aplikovaného spolu s EDTA. Aplikácia všetkých variant koncentrácií znižovala obsah rozpustných proteínov a zvyšovala aktivitu POX a SOD.

Kľúčové slová: POX, SOD, fazuľa mungo, fotosyntéza, Hillová reakcia, chlorofyly, karotenoidy, zinok ÚVOD Zinok je esenciálnym prvkom nielen pre človeka, ale aj pre rastliny. Je súčasťou väčšiny enzýmov a proteínov, ovplyvňuje bunkový a uhlíkový metabolizmus, metabolizmus nukleových kyselín a bielkovín (Broadley et al., 2007). Na nedostatok zinku sú citlivé viaceré rastliny, pričom deficiencia ako aj nadbytok tohto prvku sa prejavuje redukciou fotosyntézy buď nízkym obsahom chlorofylu, poškodením fotosyntetického elektrónového transportu alebo redukciou tvorby ribulozobisfosfátu (Tripathy a Mohanty, 1980 Wang et al. 2009). Fazuľa mungo je významnou strategickou plodinou predovšetkým v ázijských krajinách, hlavne ako energetický a bielkovinový zdroj (Bohra et al., 2006). Pre svoju vysokú nutričnú hodnotu sa tento druh udomácnil už aj na európskom trhu. Cieľom tejto práce bolo porovnanie účinkov dvoch zdrojov zinku aplikovaného do pôdy na vybrané fyziologicko-biochemické parametre fazule mungo pestovanej v skleníkových podmienkach. MATERIÁL A METÓDY Rastliny fazule mungo [Vigna radiata (L.) Wilczek] sme predpestovali v perlite na 1/2 živnom roztoku podľa Knoppa. V štádiu prvého trojlistu sme ich – po 15 na každý variant – presadili do nádob (1 kg substrátu hlinito-piesčitej pôdy zloženia mg·kg-1: celkový N 3082; P 78,6; Mg 554,7; Ca 11816; K 172,5; humus 16,3 % a pH(KCl) 7,52. Zinok vo forme ZnSO4×7 H20, a v zmesi s EDTA v pomere 1:1 sme aplikovali formou zálievky v dávkach 60, 120 a 240 µM·kg-1 pôdy. Kontrola bola ošetrená rovnakým objemom destilovanej vody. Kultivácia prebiehala v skleníku (máj až júl) s teplotami 24,5-36,5 °C, relatívnou vlhkosťou vzduchu 35-60 %, maximom PAR 1400 µmol·m-2·s-1, s pravidelnou zálievkou. Tri týždne po aplikácií zinku sme vyhodnotili účinok na fyziologicko-biochemické parametre. Obsah fotosyntetických pigmentov sme stanovili po extrakcii 80% acetónom zmeraním absorbancie na spektrofotometri (663,2 a 646,8 nm – chlorofyl a a b a 470 nm – karotenoidy). Ich obsah sme vypočítali metódou Lichtenthaller (1987) prepočtom na 1g suchej hmotnosti listov. Fotosyntézu (PN) sme merali infračerveným analyzátorom CIRAS-2 pri koncentrácií CO2 360 µl·l-1, osvetlení 1000 µmol·m-2·s-1 PAR a listovej teplote 28 °C ± 1°C. Aktivitu Hillovej reakcie sme stanovili in vitro metódou Henselová et al. (2004). V supernatante extraktu z listov v 50 mM Na-fosfátovom EDTA tlmivom roztoku pH 7,5 sme spektrofotometricky stanovili obsah rozpustných proteínov (Bradford, 1976), aktivitu guaiakolperoxidázy (POX, E.C.1.11.1.7) (Frič a Fuchs, 1970) a superoxiddismutázy (SOD, E.C.1.15.1.1) (Madamanchi et al.,

170

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 1994). Špecifická aktivita je vyjadrená ako jednotka enzymatickej aktivity u.mg-1 rozpustných proteínov. Výsledky sme štatisticky spracovali pomocou ANOVA a t-testu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Zinok aplikovaný do pôdy vo forme síranu zinočnatého samotného, ako aj v zmesi so syntetickým chelátorom EDTA preukazne ovplyvnil fyziologicko-biochemické parametre fazule mungo (Tab. 1). Účinky, ako pozitívne tak aj negatívne, záviseli od koncentrácií zinku. V rozmedzí 60-120 µM koncentrácií bol obsah celkového chlorofylu (a+b) preukazne zvýšený 18-29 % a obsah karotenoidov 2,5-88 % oproti kontrole. Podobne sa prejavila aplikácia 12-120 µM koncentrácie zinku aj v rumančeku (Kummerová et al., 2010). Naopak, 240 µM koncentrácia zinku v našich pokusoch už znížila obsah chlorofylov 32-37 % a karotenoidov 6-13 % v porovnaní s kontrolou, čo sa zistilo aj v kapuste sitinovej pri 250 µM koncentrácii (Ebbs a Uchil, 2008). Ovplyvnenie obsahu pigmentov korešpondovalo aj s aktivitou fotosyntézy, ktorá sa pri oboch nižších dávkach zvýšila 516 % a pri vyššej znížila 5-24 %, s čím korešpondujú aj výsledky zistené v kukurici (Wang et al., 2009). Ovplyvnenie aktivity chloroplastov sa podobne, ako v predchádzajúcich parametroch, prejavilo zvýšením Hillovej reakcie pri nižších koncentráciách (8,5-14 %) a znížením pri vyššej (15-23 %). Podobný charakter výsledkov sa dosiahol aj v jačmeni (Tripathy a Mohanty, 1980). Tab. 1. Zmeny v obsahu fotosyntetických pigmentov, fotosyntézy a aktivity Hillovej reakcie fazule mungo pestovanej v skleníkových podmienkach po aplikácií zinku do pôdy vo forme ZnSO4×7H20 samotného a v kombinácií s EDTA v pomere 1:1. Parametre boli stanovené 3 týždne po aplikácií. Hodnoty vyjadrujú aritmetický priemer ± sX,, n=3. Hodnoty označené rozdielnym písmenom sú preukazné pri P = 0,5 podľa ANOVA testu. Parameter

Kontrola

Síran zinočnatý

Síran zinočnatý + EDTA

Koncentrácia [µM] 0 60 120 240 60+60 Obsah chlorofylov 16,0±0,5 20,6±0,2 18,9±0,8 10,0±0,1 16,4±0,2 a+b [mg·g-1 (s. h.)] b d c a b Obsah 1,2±0,03 2,3±0,03 1,3±0,2 1,1±0,02 1,2±0,1 karotenoidov k+x b c b b b -1 [mg·g (s. h.)] Aktivita Hillovej 72,4±0,9 82,6±1,9 76,3±1,4 60,5±0,9 78,5±2,0 reak. c e cd b de

120+120 240+240 15,5±0,1 10,9±0,6 b a 1,1±0,1 1,0±0,03 a a 61,6±1,0 55,3±1,8 b a

[% fotoreduk. DCPIP]

Fotosyntéza PN 12,1±0,4 14,0±0,4 13,9±1,5 11,4±0,3 13,4±0,2 12,7±0,9 9,1±0,3 [µmol CO2· m-2·s-1] bc c c b bc bc a Na biochemickej úrovni sa aplikácia použitých koncentrácií zinku samotného, aj v kombinácii s EDTA, prejavila preukazným znížením obsahu rozpustných proteínov v listoch fazule mungo (obr. 1). Súčasne sme zaznamenali preukazné stúpnutie aktivity antioxidačných enzýmov POX a SOD oproti kontrole (obr. 2). To nasvedčuje tomu, že v ošetrených rastlinách sa indukovala produkcia reaktívnych foriem kyslíka, spôsobujúcich oxidačný stres, na ktorých odstraňovaní sa podieľajú oba spomenuté enzýmy. Podobné pôsobenie v listoch V. radiata vyvolala aj zvýšená koncentrácia chrómu (Karuppanapandian et al., 2009), kadmia (Slováková et al., 2007) a kobaltu (Kaliyamoorthy et al., 2008).Príjem zinku a iných mikroelementov cez pôdu aj listy v optimálnych dávkach ovplyvňuje aktivitu fotosyntézy mobilizáciou asimilátov a ich transportu do reprodukčných orgánov fazule mungo, čím sa ovplyvňuje aj výnos (Kassab, 2005), čo sme tiež zistili v našich predošlých pokusoch (Henselová et al., 2007). Z nich vyplýva, že 240 µM koncentrácia zinku je pre fazuľu mungo pravdepodobne toxická. Vysoké koncentrácie zinku, ako aj

171

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 2 ,25

O b sah ro zp u stn ých p roteín o v (m g g -1 Č H )

2 ,00 1 ,75

C 1 20 µ M 2 40 +24 0 µ M a

60 µ M 120 +12 0 µ M

1 ,50

60+ 60 µ M 240 µ M

bc

1 ,25

d

d

Obr. 1. Vplyv aplikácie rôznych koncentrácii ZnSO4 x 7 H2O samotného a v kombinácii s EDTA (pomer 1:1) na obsah rozpustných proteínov v listoch fazule mungo po 21-dňovej kultivácii. Hodnoty vyjadrujú aritmetický priemer ± sX,, n=3. Hodnoty označené rozdielnym písmenom sú preukazné pri P = 0,5 podľa ANOVA testu.

b

cd

1 ,00

e

0 ,75 0 ,50 0 ,25 0 ,00 A plik ácia ZnS O 4 a nd ZnS O 4 +ED TA

50

10 00 60+ 60 µ M 240 µ M d

7 00 6 00

c

5 00 4 00

c

c

bc

b

a

-1

3 00

45 A k tivita S O D ro zp u stn ých p roteíno v)

8 00

60 µ M 120+ 120 µ M

2 00

(U m g

(U m g

-1

A k tivita P O D ro zp u stn ých p ro teín ov)

9 00

C 1 20 µ M 2 40+ 240 µ M

1 00

40

C

60 µ M

60+ 60 µ M

1 20+ 120 µ M

240 µ M

240 +2 40 µ M

35

d

c

30

120 µ M

b

b

b

25 20

a e

15 10

0

5 0 Aplik ácia ZnS O 4 and ZnS O 4 + ED TA

A plik ácia ZnS O 4 a ZnS O 4 +ED TA

Obr. 2. Vplyv aplikácie rôznych koncentrácii ZnSO4 x 7 H2O samotného a v kombinácii s EDTA (pomer 1:1) na aktivitu guajakol-peroxidázy (POX) a superoxiddismutázy (SOD) v listoch fazule mungo po 21-dňovej kultivácii. Hodnoty označené rozdielnym písmenom sú preukazné pri P = 0,5 podľa ANOVA testu. iných mikroprvkov môžu vyvolať oxidačný stres, ktorý ovplyvňuje biochemické reakcie metabolizmu proteínov a pigmentov a redukovať aktivitu fotosyntézy (Ved et al., 2009). Preukazne vyššiu depresiu všetkých sledovaných parametrov vyvolala aplikácia zinku spolu s EDTA, než zinok sám (Tab. 1). Domnievame sa, že to mohol spôsobiť zvýšený príjem Zn2+ do nadzemných častí rastlín. V predošlých pokusoch (Henselová et al., 2007). sme zistili preukazný účinok EDTA na zvýšený príjem a obsah Zn2+ nielen v koreňoch, ale aj jeho zvýšený transport do nadzemnej časti rastlín. Zinok tvorí pravdepodobne s EDTA komplex a takáto forma penetruje do rastlín oveľa ľahšie podobne, ako sa zistilo v kukurici vplyvom zinku (Goos et al., 2000) a vo fazuli vplyvom olova (Piechalak et al. 2008). Literatúra Bohra, S., Mathur, N., Singh, J., Hohra, A. Q., Vyas, A.: Changes in morpho-biochemical characteristics of moth bean in Indian thar desert - due to sulphur and iron nutrition. Amer.-Euras. J. Agric. Environ. Sci. 1, 2006: 51-57. Bradford, M.M.: A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein using the principle of protein-dye binding. Analyt. Biochem. 72, 1976: 248-254. Broadley, M.R., White, P.J., Hammond, J.P., Zelko, I., Lux, A.: Zinc in plants. New Phytol. 173, 2007: 677702. Ebbs, S., Uchil, S.: Cadmium and zinc induced chlorosis in Indian mustard [Brassica juncea (L.) Czern] involves preferential loss of chlorophyll b. Photosynthetica 46, 2008: 49-55.

172

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Frič, F., Fuchs, W.H.: Veränderungen der Aktivität einiger Enzyme im Weizenblatt in Abhängigkeit von der temperaturlabilen Verträglichkeit fűr Puccinia graminis tritici. Phytopath. Z. 67, 1970: 161-174. Goos, R.J., Johnson, B.E., Thiollet, M.: A comparison of the availability of three zinc sources to maize (Zea mays L.) under greenhouse conditions. Biol. Fertil. Soils 31, 2000 : 343-347 Henselová, M., Regecová, M., Sováková, A.: Isolation of chloroplasts in the Karwinskia species and determination of their photochemical activity under in vitro conditions. Plant Soil Environ. 50, 2004: 149-156. Henselová, M., Slováková, Ľ., Barteková, J.: The role of EDTA for trasport and accumulation of zinc in mung bean plants under greenhouse and field conditions. Sborník abstraktů z konference experimentální biologie rostlin a 11. dny fyziologie rostlin, Olomouc. Bull. ČSEBR a Fyziol. sekce SBS, 2007: 109. Kaliyamoorthy, J., Cheruth, A. J., Azooz, M.M.: Phytochemical changes in green gram (Vigna radiata) under cobalt stress. Global J. Molec. Sci. 3, 2008: 46-49. Karuppanapandian, T., Pritam, B.S., Kamarul H.A., Manoharan, K.: Chromium-induced accumulation of peroxide content, stimulation of antioxidative enzymes and lipid peroxidation in green gram [Vigna radiata (L.) Wilczek] leaves. Afric. J. Biotechnol. 8, 2009: 475-479. Kassab, O.M.: Soil moisture stress and micronutrients foliar application effects on the growth and yield of mung bean plants. J. Agric. Sci. 30, 2005: 247-256. Kummerová, M., Zezulka, Š., Kráľová, K., Masarovičová, E.: Effect of zinc and cadmium on physiological and production characteristics in Matricaria recutita. Biol. Plant. 54, 2010: 308-314. Lichtenthaller, H.K.: Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 148, 1987: 350-382 Madamanchi, N.R., Donahue, J.L., Cramer, C.L., Alschner, R.G., Pedersen, K.: Differential response of Cu, Zn superoxide dismutases in two pea cultivars during a short term exposure to sulphur dioxide. Plant Mol. Biol. 26, 1994: 95-103. Piechalak, A., Malecka, A., Baralkiewicz, D., Tomaszewska, B.: Lead uptake, toxicity and accumulation in Phaseolus vulgaris plants. Biol. Plant. 52, 2008: 565-568. Slováková, Ľ., Klecová-Šimonová, E., Henselová, M., Hudák, J.: Antioxidačné enzýmy na kadmium tolerantnej (Brassica juncea L.) a citlivej (Vigna radiata (L.) Wilczek) rastliny. In: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2007 - Praha : VÚRV, ČZU, 2007: 321-327. Tripathy, B.C., Mohanty, P.: Zinc-inhibited electron transport of photosynthesis in isolated barley chloroplasts. Plant Physiol. 66, 1980: 1174-1178. Ved, R., Misra, S.K., Upadhyay, R.M.: Effects of sulphur, zinc and biofertilizers on the quality characteristics of mung bean. Ind. J. Pulses Res. 2, 2002 : 139-141. Wang, H., Liu, R.L., Jin, J.Y.: Effects of zinc and soil moisture on photosynthetic rate and chlorophyll fluorescence parameters of maize. Biol. Plant. 53, 2009: 191-194.

EFFECT OF ZINC AND EDTA ON THE PHYSIOLOGICAL PROCESSES OF MUNG BEAN PLANTS. The effects of two sources of zinc on the antioxidant enzymes, photosynthetic pigments, net photosynthesis, and activity of isolated chloroplasts in mung bean [Vigna radiata (L.) Wilczek] plants grown under greenhouse conditions were studied. The zinc sources were applied into the soil at doses of 60, 120 and 240 µM·kg-1 of soil in the stage of first trifoliate leaves and the effect was evaluated three weeks after zinc application. Under influence of zinc in the range of 60 to 120 µM concentrations·kg-1 of soil were increased all physiological parameters but at 240 µM concentration was determined negative effect on photosynthetic pigments, (chlorophylls and carotenoids), photosynthetic rate and Hill reaction activity of isolated chloroplasts with higher inhibiting effect by zinc with EDTA, than zinc sulfate alone. All concentrations used decreased the total amount of soluble proteins and increased the activity of both antioxidant enzymes POX and SOD. Keywords: POX, SOD, carotenoids, Hill reaction activity, chlorophylls, mung bean, photosynthesis, zinc

Poďakovanie Prácu podporil grantový projekt VEGA, č. 1/3489/06 a 1/0472/10. Autori ďakujú Ing. M. Matuškovej, CSc. z VÚPOP v Bratislave za analýzu pôdy a RNDr. J. Kohanovej za technickú pomoc.

173


DYNAMIKA ZMĚN NÁSTUPŮ FENOLOGICKÝCH PROJEVŮ U VYBRANÝCH DŘEVIN Bulíř P. Mendelova univerzita v Brně, Zahradnická fakulta v Lednici, Valtická 337, 691 44 Lednice, e-mail:[email protected], tel. +420 519 367 283

Abstrakt: Znalost průběhu fenologické periodicity u zahradních rostlin je klíčová ve vztahu k jejich používání. Realizovaný pokus monitoruje a vyhodnocuje projevy 76 zahradních rostlin v průběhu čtyř podzimních období. Zkoumána je role faktorů prostředí, teplotních mezníků a fenologických gradientů ve vztahu dynamice nástupu, ale i cyklické časově specifické opakovatelnosti, esteticky atraktivních projevů rostlin. Soubor výsledků dokládá mimo jiné rozhodující vliv minimální teploty, zejména skrze její dynamické rozvrstvení v čase a předkládá sumu dat, na jejichž podkladě je možno rostliny efektivněji používat a třídit. Klíčová slova: fenologie, prostředí, proměnlivost, použití rostlin, zahradní architektura

ÚVOD Znalost detailního průběhu fenologické periodicity zkoumaných rostlin napomáhá v zahradní architektuře k jejich sofistikovanějšímu používání. Současně dovolí nahlédnout i do zákonitostí, jež ovlivňují nástup a dobu trvání esteticky významných růstových a vývojových period. Mezi stěžejní faktory ovlivňující nástup, průběh a trvání fenologických fází bezpochyby náleží teplota vzduchu a vlhkost půdy, které mohou podle své velikosti aktuální průběh fenofáze značně urychlit nebo naopak výrazně zpomalit. Zkoumání role těchto faktorů za současného studia dynamiky změn fenologických projevů jakož i studia cyklické pravidelnosti těchto změn je pro zahradní tvorbu klíčové a je cílem této práce. Předběžné poznatky shrnuje v rámci podzimního období tento příspěvek. Fenologická periodicita rostlin je v informačních zdrojích zkoumána a vyhodnocována ve vztahu k zahradní tvorbě spíše výjimečně (BUSINSKÝ, 1987 - HEPPER, 2003). O poznání častěji je studována ve vztahu ke změnám a vývojovým trendům v rostlinných společenstvech (BAUER, 2006) či ve vztahu k možné změně klimatu (KRAMER, 1996 - SCHWARTZ, 2003). MATERIÁL A METODY Hodnocený soubor dřevin byl sestaven z hlediska potřeb zahradní a krajinářské tvorby. Reprezentován je modelovým souborem složeným ze 76 zástupců zahradních křovin. Pokusná část výzkumného projektu byla vykonávána na třech samostatných lokalitách typických bohatým sortimentem rostlin a charakteristických podobnými podmínkami v průběhu každoroční povětrnosti. Konkrétně se jedná o lokality: Lednice (Zámecký park), Brno (Arboretum Mendelovy univerzity) a Průhonice (Dendrologická zahrada). Jejich charakteristiky, jakož i detailní strukturu kritérií pro výběr dřevin uvádí BULÍŘ (2009). Výchozí hodnoty meteorologických parametrů rozhodných pro realizovaný pokus byly získávány z nejbližších meteorologických stanic (ČHMÚ, 2004 – ČHMÚ, 2008). Pro monitoring průběhu fenologických fází byla použita upravená metodika ČHMÚ, 1987, modifikovaná pro potřeby zahradní a krajinářské tvorby (BULÍŘ, 2009). Pravidelné fenologické pozorování probíhalo v letech 2001 – 2002, a následně v letech 2005 – 2006. Za všeobecný nástup fenofáze se považovala skutečnost, kdy více jak 50% jedinců daného druhu splnilo charakteristiku danou popisem sledované vývojové fáze. Za účelem komplexního zhodnocení podzimního aspektu byly dle principů shora uvedené metodiky zaznamenávány následující fenologické fáze: (I.) začátek probarvování, (II.) probarvování, (III.) plné probarvení, (IV.) opadávání listů a (V.) opad listů. Statistická evaluace využívá pro hodnocení nástupů fenofází metodu zjišťování středních hodnot za pomoci mediánu (x), kterým je současně přiřazována hodnota střední chyby výběru (sx).

174


VÝSLEDKY A DISKUZE Data získaná při terénních pozorováních byla zpracována do souborných přehledových tabulek, a to pro každou fenofázi individuálně (Tab. 1). Zjištěné hodnoty byly dále podrobeny statistické analýze (Tab. 2). Z úhrnu získaných fenologických dat a výstupů je zřejmé, že počátky a délka trvání fenologických fází se v jednotlivých letech značně liší (Tab. 1). Zaznamenány byly posuny projevů rostlin v rámci časových vegetačních dispozic, jednotlivých lokalit či období, a to jak pro každou sledovanou jednotku samostatně, tak v rozsahu určitých skupin rostlin. Spolu s geneticky fixovanými faktory zde nepochybně hraje nezastupitelnou úlohu zejména chod teplot a úhrnů srážek, jakož i jejich rozvrstvení v čase. Vliv klimatických prvků na průběh fenologické periodicity je zřejmý kupříkladu z dynamiky změn minimální teploty. Příkladem zde může být podzimní perioda roku 2001 charakteristická chodem vysokých teplot vzduchu. Ještě 21. října byla v tomto roce v Lednici zaznamenána minimální teplota přesahující 10 °C a 9. listopadu překračující 5 °C. První mrazík se vyskytnul 3. listopadu a jejich souvislejší sled dokonce až v jeho polovině. Úhrn relativně vysokých minimálních teplot tedy fakticky podporoval prodlužování vegetačního období. Z hlediska nástupu opadu se zde potvrdila role teplotních výkyvů, které prakticky nastaly až s příchodem posledně zmíněného měsíce a sehráli významnější roli než prostý sled minimálních hodnot. Oproti tomu teplotní nástup podzimu ve druhém pozorovacím období byl zřetelnější, a střídání naměřených hodnot v něm dynamičtější. Poklesy teplot pod bod mrazu byly v jeho rámci zaznamenány již v první dekádě října a jejich následná rytmika byla nápadnější. Celkově byl měsíc říjen ve druhém roce pozorování znatelně chladnější. Podzimní fenofáze (probarvování, opad listů) nezůstaly bez odezvy. Dostavily se podstatně dříve a jejich průběh byl rychlejší. Podobně byla potvrzena role obecně známých hraničních teplot vymezujících orientačně dobu trvání velkého a malého (hlavního) vegetačního období (SCHWARTZ, 2003). Naprostá většina sledovaných druhů rostlin nastupovala totiž do svých podzimních fenofází v souladu s chodem minimální teploty. Logicky docházelo k dílčímu prodlení nebo určitým modifikacím podle zvoleného druhu rostliny, ale v zásadě lze situaci popsat následovně. Současně s poklesem minimální denní teploty pod 10 °C, umocněné jejími dynamickými poklesy a vzestupy, případně zesílené výskytem suché periody, začala hromadně nastupovat fenofáze začátek probarvování (druhá polovina září). Klesla-li uvedená teplota dále pod 5 °C (na počátku října) počalo obvykle hromadné intenzivní probarvování (umocněné opět rytmikou těchto změn). Výskyt prvních mrazových dní (slabých) a následná teplá perioda pak umožňuje vstup do fenofáze plné probarvení. Po ní následující další chladná perioda zřetelně způsobuje počátek opadávání listů, jehož tempo se řídí podle intenzity výše uvedeného principu až do úplného opadu. Nástup a délku trvání fenofáze plné probarvení, tedy do značné míry limituje „síla“ prvních mrazových dnů, respektive výše minimálních teplot v nich a následující délka bezmrazého intervalu. Je-li tedy první mrazový den příliš „silný“ nebo přichází-li v časných fázích podzimu, přičemž současně dochází k opakování naznačeného principu, průběh podzimních fenofází je zřetelně rychlejší a celkové podzimní probarvení zpravidla nedosahuje svého vrcholného kompozičního efektu, čehož dokladem je i rok 2002. Naopak je-li tento interval delší a teplejší, doba takzvaného zlatého čili vrcholného podzimu se prodlužuje. Průběh a vliv srážek zakotvený v citovaných klimatologických údajích se zdá ve vztahu k fenologickým projevům rostlin o poznání méně významný. Pokud totiž srovnáme například chod a rozložení úhrnů srážek mezi jednotlivými kalendářními měsíci a lety pak zjistíme, že ani vyšší úhrn srážek v podzimním období roku 2002 nedokázal výrazně ovlivnit a zbrzdit opad listů, který nastal vlivem rozvrstvení a dynamiky kolísání minimálních teplot dokonce dříve než ve stejném období podstatně suššího předešlého roku. Výše zmiňované jevy, ale i řada dalších tedy plně korespondují s chodem klimatických prvků v určených lokalitách (ČHMÚ, 2004 – ČHMÚ, 2008). Vliv teplotních charakteristik a úhrnů

175


srážek na nástup daných fenofází rovněž v mnohém kopíruje již skutečnosti doložené řadou autorů (KRAMER, 1996 – SCHWARTZ, 2003 – BAUER, 2006). Tab. 1: Dílčí záznamy nástupů fenofáze.

Průhonice

Lednice

Brno

Průhonice

11.10. 18.9. 27.9.

Brno

Průhonice

10.10. 15.9. 24.9.

2006 lokalita

Lednice

12.10. 26.9. 4.10.

Brno

9.10. 23.9. 3.10.

2005 lokalita

Lednice

Taxon

1 Berberis thunbergii DC. 2 Corylus avellana L. 3 Viburnum lantana L.

Průhonice

P.č.

2002 lokalita

Brno

Začátek probarvování

2001 lokalita Lednice

fenofáze/období

19.10. 21.9. 5.10.

14.10. 23.9. 7.10.

10.10. 19.9. 3.10.

18.10. 26.9. 11.10.

19.10. 28.9. 12.10.

9.10. 25.9. 9.10.

Z detailnějšího předběžného srovnání výsledků (Tab. 1) je rovněž zřejmé, že zvolené lokality jsou si ve fenologických výstupech vzájemně poměrně podobné, mnohdy až identické (Lednice a Brno). Rozdíl, reálně těžko postihnutelný při respektování zásad vymezených pro tento pokus činí v uvedeném případě zhruba jeden den, v předjaří a v pozdním podzimu dny dva. Předpokládaná diference v nástupech fenofází se tedy nedá jednoznačně doložit. Zřetelnějších obrysů ovšem nabývá zpoždění (podzimní urychlení) v lokalitě Průhonice, kde jsou rozdíly zaznamenatelné i za použití zvolené metodiky. Uplatníme-li zde faktor fenologického gradientu (ŠPÁNIK et ŠIŠKA, 2004) zjistíme, že jeho hodnota více méně odpovídá (teplotní rozdíl oproti ostatním lokalitám činí cca 0,5 °C, rozdíl výškový 60–100 m). Ze srovnání dílčích podzimních období je zřejmé, že nejdříve podzimní fenofáze nastupovaly v roce 2002. V témže roce také došlo k nejčasnějšímu opadu listů. Naopak nejpozději tomu bylo v obou případech v roce 2001. Srovnáme-li období 2005 a 2006, pak lze konstatovat, že sledované projevy se svým charakterem a načasováním blíží spíše charakteristikám roku 2001. Esteticky nejvýznamnější podzimní fenofáze plné probarvení nastupovala povětšinou kolem 25. 10., fáze opad listů pak kolem 10. 11. s výjimkou roku 2002, kdy vrcholná fáze plného probarvení nastupovala zhruba o týden dříve a rovněž úplný opad listů nastal nejdříve ze všech sledovaných let, a to kolem 5. 11. Z hlediska dlouhodobého a kvalitativního zatřídění dat jsou si na jedné straně vzájemně blízké vegetační cykly v letech 2001 a 2002, a na straně druhé průběhy let 2005 a 2006. Ze srovnání s dlouhodobými normály je zřejmé, že jsou všechna období na všech lokalitách vysoce teplotně nadprůměrná. Překvapivě je tomu tak i v případě celkového množství srážek. Konečně na základě zjištěných diferencí v nástupech sledovaných fenofází (začátek probarvování a opad listů) a jejich opakovatelnosti v určitých časových rámcích (Tab. 2), a to napříč souborem sledovaných druhů dřevin, bylo možno vymezit předběžné skupiny rostlin.

13.10. 25.9. 6.10.

283 265 279

10.10. 22.9. 6.10.

sx, počet dní

2 2 3

x, datum

286 268 279

x, číslo dne

3 3 4

sx, počet dní

14.10. 22.9. 4.10.

x, datum

287 265 277

x, číslo dne

2 2 2

sx, počet dní

12.10. 23.9. 5.10.

x, datum

285 266 278

P.č.

x, číslo dne

x, datum

1 Berberis thunbergii DC. 2 Corylus avellana L. 3 Viburnum lantana L.

Začátek probarvování

sx, počet dní

Taxon

x, číslo dne

Tab. 2: Dílčí evaluace z let 2001-2002, 2005-2006. (x – median nástupu fenofáze, sx – střední chyba výběru) fenofáze/lokalita Souhrn Lednice Brno Průhonice

1 3 3

Členění vychází z dob nástupů uvedených fenofází, přičemž s ohledem na praktický význam využívá pouze hodnot ze vzájemných protipólů těchto souborů rostlin. Podle doby nástupu fenofáze začátek probarvování lze rostliny členit na skupinu a) velmi časně a časně probarvující (zpravidla do 20. září) a b) pozdě a velmi pozdě probarvující (zpravidla po 10. říjnu). Obdobně pro nástup fenofáze opad listů na skupinu c) s časným velmi časným opadem listů (zpravidla do 5. listopadu) a d) s pozdním a velmi pozdním opadem listů (zpravidla po 25. listopadu). Současně je 176

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 zřejmé, že na uvedené skupiny i veškerá základní data je třeba nahlížet skrze faktor časoprostorových gradientů, které jsou rozhodné pro jejich validitu. ZÁVĚR Rozsáhlé šetření fenologické periodicity prováděné na vybraném souboru zahradních rostlin potvrdilo, a v mnoha ohledech rozšířilo, obecné fyziologické poznatky o roli dílčích faktorů prostředí na vnější projevy rostlin. Dynamika změn fenologických projevů dle provedeného pokusu jednoznačně kopíruje chod určujících klimatických prvků, jejichž význam se v průběhu určené časové periody prokazatelně mění. Předmětné skutečnosti byly zaznamenány na celém souboru rostlin, byť probíhali v mírně odlišných časových schématech. Vybrané kompozičně, časově a esteticky významné projevy široké skupiny zahradních rostlin tak lze na základě uvedených poznatků do jisté míry efektivněji využívat, a to jak ve smyslu využití vhodných rostlinných partnerů, tak do jisté míry i ve smyslu rámcové předpovědi nástupu atraktivních fenologických aspektů. Vzájemná podobnost výsledků z jednotlivých lokalit pak umožnila využít obsáhlejšího souboru dat, jejichž vyhodnocením vznikly předběžné fenologické údaje aplikovatelné v širších zeměpisných rámcích (prvních třech vegetačních stupních ČR), tedy údaje praxí žádané, a současně údaje, které zpřesní řadu dosud publikovaných literárních dat. Potvrzen byl rovněž význam a role fenologických gradientů. Na podkladě čtyřletého pozorování a statistického vyhodnocení cyklické opakovatelnosti nástupů dílčích esteticky významných projevů (nástupů vybraných fenofází) bylo možno navrhnout také předběžné časově specifické skupinové třídění rostlin. Literatura Bauer, Z.: Fenologické tendence složek jihomoravského lužního lesa na příkladu habrojilmové jaseniny (Ulmi-Fraxineta Carpini) za období 1961-2000. Část I. – Fenologie dřevin. Praha, ČHMÚ: Meteorologické zprávy 3, 2006: 80-85. Bulíř, P.: Fenologie vybraných dřevin v zahradní a krajinářské tvorbě. Lednice, MENDELU, [Dizertační práce], 2009: 175.

Businský, R.: Vyhodnocení sadovnicky cenných vlastností vybraného sortimentu růží pro podmínky ČSR. Průhonice, VŠÚOZ: Acta Pruhoniciana 53, 1987: 91 – 126. ČHMU: Návod pro činnost fenologických stanic – Lesní rostliny. Praha, ČHMÚ, 1987: 111. ČHMU: Klimatologická data za období let 2001,2002,2005 a 2006 v lokalitě Brno. Interní materiály. Brno, ČHMÚ, 2004, 2008 Hepper, F. N.: Phenological records of English garden plants in Leeds (Yorkshire) and Richmond (Surrey) from 1946-2002. Biodiversity and Conservation 12, 2003: 2503-2520. Kramer, K.: Phenology and growth of European trees in relation to climate change. Wageningen: Proefschrift Wageningen,1996: 210. Schwartz, M. D.: Phenology: An Integrative Environmental Science. Task for vegetation science 39. Dordrecht- London: Kluwer Academic Publishers, 2003: 564. Špánik, F., Šiška, B.: Biometerológia. Nitra: SPU, 2004: 227.

ONSET PHENOLOGICAL EVENTS AND THEIR DYNAMIC RANGE IN TIME SHIFT NEAR A GROUP OF CHOOSEN WOODY SPECIES Abstract Knowledge of phenological periodicity near the garden plants give us key data for their using. This attempt evaluate seasonal behaviour of 76 garden plants, all in a course of four autumn periods. Investigated was also a role of ecological elements, temperature margin and phenological gradients, all in relation to dynamic range of phenophases setout, but also in relation to time specific periodical repeatibility of aesthetically attractive features. Set of outcomes among others illustrating the key influence of minimal day temperature and of course their stratification, which is signifiant in a course of time. Amount of gleanings data thus allow us more effective use and assort of garden plants. Key words: phenology, ecological elements, changeability, using of plants, Landscape Architecture

177


VPLYV BAKTERIÁLNEJ KRÚŽKOVITOSTI NA NIEKTORÉ FYZIOLOGICKÉ PARAMETRE ZEMIAKOV Drška R. 1, Henselová M. 1, Kárnik M. 2, Pavlovič A.1 1

Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra Fyziológie rastlín, Mlynská dolina B-2,842 15 Bratislava, Slovenská republika 2 Ústredný kontrolný a skúšobný ústav poľnohospodársky Oddelenie všeobecnej a karanténnej diagnostiky, Hanulova 9/A, 844 29 Bratislava, Slovenská republika

ABSTRAKT V práci sa študoval vplyv umelej infekcie baktériou Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (CMS) na obsah fotosyntetických pigmentov (chlorofylov a karotenoidov), fluorescenciu chlorofylu a aktivitu izolovaných chloroplastov dvoch odrôd (Agria a Solara) ľuľku zemiakového. Najvýraznejší pokles vo všetkých sledovaných parametroch sme zaznamenali 21 dní po umelej infekcii, pričom odroda Agria bola voči CMS citlivejšia, ako odroda Solara. Obsah chlorofylu (a+b) sa preukazne znížil do 24,5 %, fluorescencia chlorofylu do 4 % a aktivita chloroplastov do 27 % oproti kontrole. Kľúčové slová: bakteriálna krúžkovitosť zemiakov, fotosyntetické pigmenty, fluorescencia chlorofylu, Hillová reakcia

ÚVOD

Bakteriálna krúžkovitosť zemiakov je nebezpečné karanténne ochorenie, ktoré spôsobuje fytopatogénna baktéria Clavibacter michiganensis subsp. sepedopnicus (CMS) (Davis et al. 1984). Počiatočnými príznakmi infekcie je schnutie listov, strata ich lesklého povrchu a mierne vinutie okrajov listov smerom dovnútra a nahor (Larson 1944). Medzižilové priestory listov menia farbu na rozvoj chlorózy. svetlozelenú až bledožltú a možno na nich badať S postupným rozvojom ochorenia chloróza pokračuje, listy hnednú až podľahnú nekróze (Romanenko et al. 2002). V prípade ľuľku zemiakového v pokročilých štádiách ochorenia dochádza k intenzívnemu hnitiu zemiakových hľúz. Takto postihnuté hľuzy sú nepoužiteľné pre ďalšie komerčné spracovateľské či množiteľské účely. Keďže sadbové hľuzy sú najčastejším zdrojom šírenia tohto patogénu, na Slovensku, ale aj v ďalších štátoch EU prebieha monitoring tohto ochorenia. Cieľom tejto práce bolo štúdium vplyvu CMS na niektoré fyziologické parametre dvoch odrôd ľuľku zemiakového. MATERIÁL A METÓDY Pre štúdium vplyvu CMS na vybrané fyziologické parametre boli vybrané dve odrody ľuľku zemiakového (Agria a Solara), u ktorých v rámci predchádzajúceho trojročného monitoringu bol potvrdený výskyt CMS. Zo zaschnutých segmentov sadbových hľúz oboch odrôd sme vypestovali rastliny do štádia prvých pravých listov. Pre umelú infekciu sme použili patogénny bakteriálny kmeň CMS PD-406 (Plant Protection Service, Wageningen, Holansko). Bakteriálnu suspenziu s koncentráciou 5·108 KTJ·ml-1 sme pripravili resuspendovaním trojdňovej bakteriálnej kultúry v sterilnej destilovanej vode. Následne sme do cievnych zväzkov stonky, 12-tich rastlín ľuľku zemiakového, inzulínovou striekačkou injektovali medzi klíčne a primárne pravé listy 750 µℓ bakteriálnej suspenzie o uvedenej koncentrácii. Ako kontrola slúžil rovnaký počet rastlín oboch odrôd nainjektovaných rovnakým objemom sterilnej destilovanej vody. Pokusy boli trikrát opakované. Infikované, ako aj kontrolné rastliny boli kultivované oddelene v rastových komorách pri rovnakých podmienkach, a to pri teplote 21 °C, 16 hodinovej fotoperióde a intenzite svetla 70 µmolm-2s-1 FAR. Po umelej infekcii sme v týždňových intervaloch odoberali listy z infikovaných a kontrolných rastlín a stanovovali nasledovné fyziologické parametre. Fotochemickú aktivitu izolovaných chloroplastov sme stanovili Hillovou reakciou v in vitro podmienkach podľa modifikovanej metódy (Henselová et al. 2004). Chloroplasty sme izolovali z 10 g listov a ako umelý akceptor elektrónov sme použili sodnú soľ 2,6 dichlorfenolindofenolu (DCPIP).

178


Redukciu DCPIP izolovanými chloroplastami sme merali spektrofotometricky pri 630 nm po trojminútovej svetelnej expozícii reakčnej zmesi o intenzite svetla 400 µmol·m-2·s-1 FAR a aktivitu chloroplastov vyjadrili v percentách fotoredukcie umelého akceptora elektrónov DCPIP. Obsah chlorofylov (a+b) a karotenoidov (k+x) sme stanovovali spektrofotometricky po extrakcii pigmentov 80 % acetónom a vypočítali podľa metódy (Lichtenthaler 1987). Fluorescenciu chlorofylu sme merali u piateho listu rastlín fluorescenčnou kamerou Fluorcam FC 1000-LC. Pred meraním boli rastliny adaptované 15 min v tme a listy uzavreté v kyvete PLC 6 (PP-system, Hitchin, UK). Zmerala sa minimálna fluorescencia F0 (0,1 µmol·m-2·s-1 FAR, 5s). Aplikáciou saturačného záblesku (800 ms, 4000 µmol·m-2·s-1 FAR) sme zmerali maximálnu fluorescenciu Fm. Z uvedených údajov sme vypočítali maximálny kvantový výťažok fotosystému II Fv/Fm ako (FmF0)/Fm podľa metódy (Maxvell & Johnson 2000). Efektívny kvantový výťažok na svetle ΦPSII sa následne vypočítal podľa rovnice (F´m-Ft)/F´m. Dosiahnuté výsledky sme štatisticky vyhodnotili ANOVA testom v programe STATGRAPHICS Centurion XV. VÝSLEDKY A DISKUSIA Štúdium vplyvu bakteriálnej krúžkovitosti na obsah fotosyntetických pigmentov infikovaných rastlín ľuľku zemiakového ukázalo, že toto ochorenie negatívne ovplyvňuje predovšetkým obsah celkového chlorofylu. Zároveň sme zistili, že odroda Agria je citlivejšia, resp. náchylnejšia na CMS, ako odroda Solara, nakoľko k preukaznému zníženiu obsahu celkového chlorofylu o 20,3 % u infikovanej odrody Agria nastalo už 14 dní po infekcii (obr. 1 A), zatiaľ čo pri odrode Solara k porovnateľnému poklesu obsahu chlorofylu o 24,5 % došlo až 21 dní po infekcii (obr. 1 B). Keďže chloróza je typickým príznakom bakteriálnej krúžkovitosti zemiakov (De Boer et al. 1984), pokles obsahu celkového chlorofylu korešponduje so symptomatikou tohto ochorenia. Na obsahu karotenoidov sa vplyv bakteriálnej krúžkovitosti výraznejšie neprejavil (obr. 1 C,D). A

K

B

K

I c

c

I

d

3

c Obsah chlorofylu (a +b ) [mg.g -1(č.h)]

Obsah chlorofylu (a +b ) [mg.g -1(č.h)]

2

b 1,5

a

1

0,5

d

cd

b 2

a

1

0

0 7

14

7

21

14

K

C a

a

a

a a

0,4

0,3

0,2

0,1

I

0,6 Obsah karotenoidov (k +x ) [mg.g-1(č.h)]

0,5

K

D

I a

21

Čas po infekcii [dni]

Čas po inf ekcii [dni]

Obsah karotenoidov (k +x ) [mg.g-1(č.h)]

cd

c

c

0,5

ba

ba

b ba

a

0,4 0,3 0,2 0,1 0

0 7

14

7

21

14

21



Obr. 1: Vplyv bakteriálnej suspenzie CMS s koncentráciou 5.108 KTJ.ml-1 na obsah chlorofylov (a+b) a karotenoidov (k+x) u Solanum tuberosum L. cv. Agria (A, C) a cv. Solara (B, D) 7, 14 a 21 dní po umelej infekcii. Hodnoty sú priemerom ±SE, n=3. Rozdielne označenie medzi variantmi vyjadruje preukazný rozdiel pri P≤0,05 podľa ANOVA testu. K – kontrolné rastliny, I – infikované rastliny, KTJ-koloniotvorné jednotky

179

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Pri aktivite chloroplastov izolovaných z infikovaných a kontrolných rastlín sa potvrdil podobný trend, ako pri analýze fotosyntetických pigmentov (Tab. 1). V prípade citlivejšej odrody Agria aktivita chloroplastov, v porovnaní s kontrolou, klesala úmerne s narastajúcim časom od umelej infekcie a to od 5,7 % po 7 dňoch až do 27,1 % po 21. dňoch. U odolnejšej odrody Solara sme naopak 7 dní po infekcii zaznamenali mierny, ale nepreukazný nárast aktivity o 6,8 %, avšak 21 dní, po prehĺbení infekcie aktivita chloroplastov u infikovaných rastlín vplyvom ochorenia preukazne poklesla o 20 % v porovnaní s kontrolnými rastlinami. Čo sa týka fluorescencie chlorofylu, u infikovaných rastlín v porovnaní s kontrolnými sme podobne, ako u aktivity chloroplastov zaznamenali vyšší pokles efektívneho kvantového výťažku fotosystému II u odrody Agria, než u odrody Solara, a to pod hranicu 0,800 (Tab. 2) čo indikuje u rastlín stres na úrovni fotosyntetického aparátu. Tab. 1.: Vplyv bakteriálnej suspenzie CMS s koncentráciou 5.108 KTJ.ml-1 na aktivitu izolovaných chloroplastov (AHR v %) 7, 14 a 21 dní po umelej infekcii. Hodnoty sú priemerom ± SE, n=3. Rozdielne označenie medzi variantmi vyjadruje preukazný rozdiel pri P≤0,05 podľa ANOVA testu. K – kontrolné rastliny, I – infikované rastliny

odroda variant Agria Solara

K I K I

Čas po infekcii [dni] 7 14 21 26,4 ± 0,38 b 25,6 ± 0,61 b 25,8 ± 1,46 b 24,9 ± 1,27 b 19,6 ± 0,63 a 18,8 ±0,86 a 31,3 ± 1,69 b 32,8 ± 0,61 b 30,7 ± 0,78 b 33,6 ± 1,67 b 33,1 ± 1,37 b 24,6 ± 0,87 a

Tab. 2.: Zmeny v efektívnom kvantovom výťažku fotosystému II (ΦPSII) u Solanum tuberosum L. cv. Agria a cv. Solara 14 a 21 dní po umelej infekcii bakteriálnou suspenziou CMS v koncentrácii 5.108 KTJ.ml-1. Hodnoty sú priemerom ± SE, n=3. Rozdielne označenie medzi variantami vyjadruje preukazný rozdiel pri P≤0,05 podľa ANOVA testu.

odroda Agria Solara

Čas po infekcii [dni] 14 21 14 21

Kontrolné rastliny

Infikované rastliny

0,834±0,004 a 0,812±0,009 a 0,849±0,001 a 0,820±0,010 b

0,822±0,009 a * 0,822±0,002 b 0,787±0,005 c

* rastliny neboli merané kvôli zvädnutiu Aktivita chloroplastov ako aj fluorescencia chlorofylu sú fyziologické parametre charakterizujúce fotosystém II fotosyntetického aparátu, ktorý citlivo reaguje na biotický aj abiotický stres rastlín. Tak napríklad Šimonová et al. (2007) dokázali pokles fotochemickej aktivity izolovaných chloroplastov pod vplyvom stresu z kadmia a to ako u kapusty sitinovej (Brassica juncea L. cv. Vitasso), tak aj u fazule mungo (Vigna radiata L. Wilczek). Taktiež osmotický, alebo teplotný stres, ako aj stres po aplikácií herbicídov mali negatívny vplyv na aktivitu izolovaných chloroplastov (Reddy & Vora 1986). Štúdiu vplyvu biotického stresu, kde môžeme zaradiť aj nami sledovaný vplyv CMS na aktivitu fotosystému II, sa nevenovala porovnateľná pozornosť, ako v prípade abiotického stresu. Pokles aktivity izolovaných chloroplastov z rastlín infikovaných vírusom mozaiky tabaku zistili napríklad Zaitlin & Jagendorf (1960). Rovnako pokles maximálneho a efektívneho kvantového výťažku fotosystému PS II vplyvom fytopatogénnej baktérie Pseudomonas syringae v listoch arábovky thalovej potvrdili Bonfig et al. (2006).

180


ZÁVER Štúdiom interakcie fytopatogénnej baktérie CMS PD-406 s jej hostiteľskou rastlinou ľuľkom zemiakovým sme zistili, že v závislosti od stupňa infekcie sa znižuje obsah celkového chlorofylu, jeho fluorescencia, ako aj aktivita izolovaných chloroplastov. Z testovaných odrôd sa ukázala viac citlivejšia odroda Agria než odroda Solara. Literatúra Bonfig, K.B., Schreiber, U., Gabler, A., Roitsch, T., Berger, S.: Infection with virulent and avirulent P. syringae strains defferentially affects photosynthesis and sink metabolism in Arabidopsis leaves. Planta 225, 2006: 1-12 Davis, M.J., Gillaspie Jr., A.G., Vidaver, A.K., Harris, R.W.: Clavibacter. A new genus containing some phytopathogenic coryneform bacteria, including, Clavibacter xyli, subsp. xyli sp. nov., pathogens that cause ratoon stunting disease of sugarcane and bermudagrass stunting disease. Inter. J. Sys. Bacter. 34, 1984: 107-111 De Boer, S.H., Slack, S.A.: Current status and prospects for detecting and controlling bacterial ring rot of potatoes in North America. Plant Dis. 68, 1984: 841-844 Henselová, M., Regecová, M., Sováková, A.: Isolation of chloroplasts in the Karwinskia spieces and determination of their photochemical activity under in vitro conditions. Plant Soil Environ. 50, 2004: 149- 156 Larson, R.H.: The ring rot bacterium in relation to tomato and eggplant. J. Agric. Res. 68, 1944: 309-326 Lichtenthaler, H.K.: Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 148, 1987: 350-382 Maxvell, K., Johnson, G.N.: Chlorophyll fluorescence – a practical guide. J. Exp. Bot. 51, 2000: 659-668 Reddy, M. P., Vora, A. B. 1986. Changes in pigment composition, Hill reaction activity and saccharides metabolism in Bajra (Pennisetum typhoides S & H) leaves under NaCl salinity. Photosynthetica 20, 1986: 50-55 Romanenko, A.S., Lomovatskaya, L. A., Graskova, I. A.: Necrotic lesions as unusual symptoms of ring rot in the potato leaves. Russ. J. Plant Physiol. 496, 2002: 90-695 Šimonová, E., Henselová, M., Masarovičová, E., Kohanová, J: Comparison of tolerance of Brassica juncea and Vigna radiata to cadmium. Biol. plantarum 51, 2007: 488-492 Zaitlin, M, Jagendorf, A. T.: Photosynthetic phosphorylation and Hill reaction activities of chloroplasts isolated from plants infected with tobacco mosaic virus. Virology 12, 1960: 477-486

EFFECT OF BACTERIAL RING ROT ON SOME PHYSIOLOGICAL CHARACTERISTICS OF POTATO The aim of this work was to study the effect of Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus (CMS) infection on some physiological parameters of two Solanum tuberosum cultivars (Agria and Solara). We determined considerable decrease of all studied parameters 21 days after infection. Chlorophyll content was significantly decreased to 24,5 %, chlorophyll fluorescence to 4 % and activity of isolated chloroplasts to 27 % in comparison with control plants. Higher sensitivity to CMS had Agria variety than Solara. Key words: bacterial ring rot, Hill reaction, photosynthetic pigments, chlorophyll fluorescence

181

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 METODA TESTOVÁNÍ MRAZUVZDORNOSTI GENOTYPŮ OZIMÉ PŠENICE NA ŠLECHTITELSKÉ STANICI ÚHŘETICE Heřmanská A.1, Hromádko M.2 1 2

SELGEN, a.s., Šlechtitelská stanice Úhřetice, 538 32 Úhřetice 11, [email protected] SELTON, s.r.o., Stupice 24, 250 84 Sibřina, [email protected]

Abstrakt Mrazuvzdornost ozimých obilnin je důležitá vlastnost, která eliminuje riziko vymrzání během období zimního vegetačního klidu. Na Šlechtitelské stanici Úhřetice se používá polně-laboratorní metoda testování mrazuvzdornosti, kde se sleduje reakce rostlin při teplotě -14,5 °C. Byly hodnoceny výsledky 22 odrůd ozimé pšenice získané v letech 2008 − 2010. Vyskytly se rozdíly v reakci jednotlivých odrůd a určité rozdíly v hodnocení jednotlivých let. Při sumarizaci výsledků a jejich následném porovnání byla zjištěna shoda s víceletými testy ve VÚRV, v.v.i., PrahaRuzyně. Tato metoda testování mrazuvzdornosti přispěla k vytvoření úspěšných odrůd ozimé pšenice jako ALANA, RHEIA a BOHEMIA. Klíčová slova: mrazuvzdornost, pšenice ozimá, zásahový cyklus, zásahová teplota

ÚVOD Testování mrazuvzdornosti ozimů je neodmyslitelnou součástí práce šlechtitelů a podílí se na procesu vytváření nových odrůd vhodných pro klimatické podmínky České republiky. Průběh počasí v období vegetačního klidu zimních měsíců je značně proměnlivý a působení nízkých teplot nelze v polních podmínkách vždy objektivně hodnotit. Každoroční opakované testování souboru ozimých obilnin za relativně shodných podmínek v provokačním nádobovém testu dává možnost výběru genotypů, které nenesou riziko vymrzání při působení nízkých teplot během zimy. MATERIÁL A METODY Mrazové testy se na Šlechtitelské stanici Úhřetice provádějí s předpěstováním rostlin v kontejnerech a následným zásahem v mrazové komoře. Testovaný soubor ozimých pšenic je vyset po 15 zrnech do plastikových kontejnerů a je seřazen dle plánku v umělohmotných přepravkách (37 kontejnerů/přepravka). Kapacita mrazové komory je 48 přepravek, tj. 1776 pokusných členů včetně kontrol. Pokusy jsou založeny ve 2, 3 i více opakováních, která jsou jednotlivě zařazována do zásahových cyklů. Pro přesnější vyhodnocení lze počet opakování podle potřeby zvýšit. V každé přepravce jsou umístěny kontrolní odrůdy pšenice, a to odolná, středně až více náchylná k vymrzání a náchylná vymrzající (jarní) pšenice. Osivo je seto již mořené nebo se dodatečně moří při setí postřikem Celest. Přepravky jsou umístěnyv pařeništích, kde rostliny vzcházejí a zakořeňují za optimálních podmínek. Podle potřeby se provádí ošetření proti padlí a případně zastřihování přerostlých rostlin (5 cm). Zásahy se provádějí od poloviny prosince do konce února v mrazové komoře a jeden zásahový cyklus trvá 5 dní. Pro větší množství testovaných materiálů se provádějí zásahy i přes víkend. V tomto období lze tedy optimálně provést 14 zásahových cyklů. Pro přesné stanovení zásahové teploty používáme na začátku testování mrazuvzdornosti tzv. testovací zásah s krajní zásahovou teplotou -15,0 °C na kontrolních odrůdách. Podle reakce kontrolních odrůd přesněji stanovíme optimální zásahovou teplotu pro následující cykly. U dalších cyklů lze přihlížet k výsledkům předešlým a tím zásahovou teplotu ještě upřesňovat. Při volbě zásahové teploty v komoře je nutno přihlédnout k aktuálnímu průběhu počasí, jelikož při déletrvající oblevě a ke konci února se odolnost nízkým teplotám snižuje. V komoře je teplota po celou dobu zásahu sledována rozmístěnými třemi digitálními teploměry Testostor. Průběh ochlazování je nastaven v komoře pomocí mikroprocesorového regulátoru Aposys. Celý cyklus je tak řízen digitálním regulátorem teploty, kde je pokles a vzestup teplot naprogramován. Teplota komory je první den zásahového cyklu nastavena na teplotu -3,0 °C pro minimalizaci teplotního šoku. Druhý den probíhá postupné snižování teploty o 1,5 °C na -6,0 °C. Třetí den je zásahová teplota nastavena v rozmezí od -13,0 °C do -15,0 °C, dle předpokládaného stupně otužení 182

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 a aktuálních venkovních teplot. Zásahová teplota trvá 20 hodin. Poté následuje postupné oteplování po 2°C na 0 °C. Pátý den jsou přepravky vyneseny do skleníku, kde probíhá regenerace rostlin při teplotě 10 − 12 °C. Hodnocení zásahu se provádí vizuálně dle bodové stupnice po 7 a 14 dnech. Po druhém hodnocení se u vybraných pokusů (Mezistaniční zkoušky, Registrační zkoušky, Sortiment, Test) stanovuje počet přeživších a uhynulých rostlin. Při hodnocení zásahu se přihlíží ke stavu kontrolních odrůd, kdy při optimálním zásahu je bodově hodnocena odolná odrůda 8 − 9 a odrůda s nižší mrazuvzdorností 3 − 4, kdy 9 = 100 % a 1 = 0 % přeživších rostlin. Při druhém hodnocení přihlížíme k intenzitě obrůstání (regeneraci) rostlin. VÝSLEDKY A DISKUZE Výsledky jednotlivých zásahů provedených během zimy v roce 2008/2009 jsou uvedeny v tabulce 1. Jak již bylo zmíněno v metodické části, tato metoda používá jednu zásahovou teplotu, kterou je potřeba optimalizovat. K tomu slouží zásahy prováděné v prosinci, kdy se vychází ze zásahu při působení -15,0 °C a podle reakce odrůd se provádí korekce zásahové teploty na její optimum, většinou o 0,5 °C. Vzhledem k tomu, že předpěstované rostliny jsou umístěny před zásahem venku, je třeba brát ohled na aktuální otužení rostlin v závislosti na předchozím působení povětrnostních vlivů. Bylo by přesnější použít několik různých zásahových teplot, navýšením množství zkoušeného materiálu by však nestačila kapacita mrazové komory.

TEST Odrůda MERITTO SULTAN SULAMIT ALANA DARWIN SAMANTA BOHEMIA RADUZA CHRUDIMKA VLASTA RHEIA SIMILA SVITAVA MLADKA HERMANN SAKURA PENALTA SECESE SELADON ELLY FAUSTINA SILUETA Průměr pš. oz. GRANNY ARANKA SEANCE Průměr pš. j.

I.

5. - 9. 12. 2008 11. - 15. 12. 2008 22. - 26. 12. 2008 5. - 9. 1. 2009

9. - 13. 1. 2009 15. - 19. 1. 2009 10. - 14. 2. 2009 16. - 20. 2. 2009 24. - 28. 2. 2009

6 6 6 6 5 7 7 5 6 6 7 6 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 3 2 3 3

85 62 74 83 53 85 90 72 86 87 91 86 65 68 68 77 71 85 76 80 84 80 78 25 14 18 19

2. - 6. 3. 2009

-15,0 °C

-14,0 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

-14,5 °C

22.12.2008

29.12.2008

9.1.2009

23.1.2009

27.1.2009

2.2.2009

2.3.2009

6.3.2009

13.3.2009

20.3.2009

II.

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII.

IX.

X.

XI.

body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. body % přež. 5 54 6 90 7 83 6 67 6 100 7 90 8 100 7 100 7 100 6 96 4 53 4 36 4 40 5 68 4 9 7 83 8 73 8 76 7 88 5 67 4 85 5 62 4 13 3 43 7 81 4 50 6 100 7 91 8 96 6 86 6 71 7 96 8 92 5 63 4 71 7 88 6 95 7 92 7 100 8 95 7 88 6 45 7 96 6 82 3 12 3 14 3 17 5 63 7 78 4 33 6 88 6 87 4 32 6 91 4 70 4 59 5 85 7 100 6 96 7 62 8 91 8 100 8 92 7 100 7 96 6 56 6 68 5 96 6 58 7 92 6 100 8 100 8 100 8 88 8 100 6 100 8 92 3 12 3 60 5 67 4 58 6 100 7 79 8 100 7 88 7 100 4 88 3 45 4 41 4 96 4 72 5 64 6 100 7 90 7 100 7 92 8 100 6 96 7 92 5 52 3 76 6 82 7 96 7 84 8 88 8 100 7 100 8 100 6 95 5 81 6 68 7 91 8 100 7 92 7 92 8 100 8 95 7 88 8 100 6 100 6 79 4 59 6 83 6 92 7 88 7 88 7 88 7 91 6 81 7 92 7 96 7 91 3 16 4 25 5 72 3 46 6 89 7 89 7 91 7 82 6 89 7 100 3 12 3 15 3 39 4 64 4 27 6 100 7 80 7 89 6 80 5 82 5 92 7 79 4 55 4 36 5 72 5 68 6 65 6 88 7 82 6 72 6 70 6 80 5 64 3 63 3 50 5 74 5 78 6 100 7 71 8 92 7 81 6 72 6 91 5 73 4 36 3 41 5 92 6 45 7 96 6 74 8 96 8 100 4 14 6 96 7 92 5 52 5 88 7 95 6 86 6 74 7 100 8 91 7 100 5 61 7 92 7 91 5 48 4 82 6 86 4 88 7 70 7 86 8 91 7 68 6 88 7 95 3 33 4 38 4 65 5 68 5 69 7 84 8 91 7 100 6 84 8 100 7 96 7 80 4 52 5 80 5 70 6 92 6 80 6 88 7 100 7 100 7 100 5 84 6 82 5 54 5 68 7 74 5 100 7 100 7 84 8 100 7 88 5 78 6 90 3 45 4,2 43,9 4,2 64,5 5,7 76,1 5,3 71,3 6,5 88,0 7,0 85,2 7,6 94,2 6,9 87,9 6,3 80,0 6,1 93,2 5,5 70,3 2 13 1 0 2 9 2 4 5 58 3 29 4 41 5 55 3 0 3 35 2 29 1 0 1 0 2 4 1 0 4 42 1 0 3 11 4 42 3 10 2 22 1 18 2 8 1 0 3 17 1 0 4 35 2 8 7 67 3 5 3 13 3 20 2 24 1,7 7,0 1,0 0,0 2,3 10,0 1,3 1,3 4,3 45,0 2,0 12,3 4,7 39,7 4,0 34,0 3,0 7,7 2,7 25,7 1,7 23,7

183

P rů m ě r % p ře ž .

Zásahový cyklus 1. - 5. 12. 2008 Zásahová teplota -15,0 °C 19.12.2008 Hodnocení

P rů m ě r b o d y

Tab. 1: Hodnocení testů mrazuvzdornosti v zimě 2008/2009

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Samotné hodnocení spočívá ve vizuální bonitaci poškození nadzemní části rostlin. Pro přesné vyhodnocení zásahu je však nutné zhodnotit i stupeň poškození kořenů a odnožovacího uzlu a spočítat procento přeživších/uhynulých rostlin. To lze udělat pouze podrobným rozborem rostlin. Z výsledků je patrno, že vizuální bonitace (body 9 − 1) nemusí vždy korespondovat se skutečným procentem přežitých rostlin. Některé odrůdy pšenice přes poškozenou nadzemní hmotu vykazují schopnost regenerace, jejich kořeny a odnožovací uzel zůstanou nepoškozeny. Např. Alana má v průměru v zimě 2008/2009 bodové hodnocení 6 a procento přežití rostlin 83 %. Přesto je korelace bodového hodnocení a procenta přežití 0,91 poměrně dobrá (tab. 2). Výjimku tvoří data získaná v roce 2010, s nízkým korelačním koeficientem 0,56. Tab. 2: Korelace hodnocení mrazuvzdornosti v letech 2008 – 2010 Rok 2007/2008

Rok 2007/2008

Rok 2008/2009

Rok 2009/2010

0,89

0,73 0,64

0,34 0,33

0,73 0,64

0,91

0,41 0,46

0,34 0,33

0,41 0,46

0,56

body procenta

Rok 2008/2009

body procenta

Rok 2009/2010

body procenta

V tabulce 3 je uvedeno průměrné hodnocení jednotlivých odrůd v letech 2008 − 2010. Množství dat získané pro jednotlivé odrůdy ve více letech eliminuje do určité míry variabilitu jednotlivých zásahů. Tab. 3: Průměrné hodnocení odrůd pšenice v letech 2008 – 2010

MERITTO

7

79,1

6

84,8

7

90,2

SULTAN SULAMIT

5 6

55,6 58,0

6 6

62,5 74,5

7 7

84,0 83,6

ALANA

6

73,4

6

83,2

7

88,8

DARWIN

4

34,3

5

53,2

*

*

SAMANTA

7

79,3

7

85,2

*

*

BOHEMIA

6

74,7

7

90,4

7

86,0

RADUZA

5

62,4

5

72,5

7

82,8

CHRUDIMKA

4

44,7

6

85,7

8

87,4

VLASTA

5

53,4

6

86,7

7

81,6

RHEIA

7

73,2

7

91,4

7

81,7

SIMILA

6

62,8

6

86,3

7

88,2

SVITAVA

5

49,2

5

64,6

*

*

MLADKA

4

54,5

5

67,9

6

76,9

HERMANN

6

60,9

5

68,4

7

81,8

SAKURA

5

55,1

6

76,8

7

76,8

PENALTA

6

59,3

6

71,1

7

87,7

SECESE

7

83,1

6

84,5

7

86,6

SELADON

5

47,5

6

75,9

7

84,7

ELLY

6

62,6

6

79,5

7

95,2

FAUSTINA SILUETA

6 *

70,4 *

6 6

84,4 80,1

* 7

* 85,6

Průměr pš. oz.

6

62,2

6

77,7

7

85,5

GRANNY ARANKA

* *

* *

3 2

24,8 13,5

4 3

41,0 31,0

Průměr pš. j.

0

0

3

17,9

4

50,8

* nebyla testována

184

7 6 6 6 4 7 7 6 6 6 7 6 5 5 6 6 6 7 6 6 6 6 6 4 3 2

přežití

Prům ěr %

Prům ěr body

TEST

přežití

Prům ěr %

TEST (9x ) 2009/2010 Prům ěr body

přežití

Prům ěr %

Prům ěr body

TEST (11x) 2008/2009 přežití

Prům ěr %

ODRŮDA

Prům ěr body

TEST (8x) 2007/2008

85 67 72 82 44 82 84 73 73 74 82 79 57 66 70 70 73 85 69 79 77 83 75 33 22 23

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 V souboru ozimých pšenic (tab. 3) je testováno 10 odrůd, u kterých byl na základě víceletých provokačních testů ve VÚRV, v.v.i., Praha-Ruzyně stanoven také stupeň zimovzdornosti. V porovnání s výsledky dlouhodobé studie Prášilové a Prášila (2007) se průměr bonitace za tříleté testování mrazuvzdornosti shoduje s 5 odrůdami, a to pšenice ozimé Alana, Darwin, Meritto, Rheia a Sulamit. Hodnocení odrůd Samanta a Simila vykazuje nižší bonitační číslo o 1, naopak odrůda Raduza o 1 stupeň vyšší. Dále Prášilová a Prášil (2007) uvádějí u dvou odrůd stupeň zimovzdornosti v rozmezí hodnot 5 − 6, a to u Vlasty a Svitavy. ZÁVĚR V příspěvku byla představena polně-laboratorní metoda testování mrazuvzdornosti používaná na Šlechtitelské stanici Úhřetice, pracoviště firem SELGEN, a.s. a SELTON, s.r.o. a její výsledky byly demonstrovány na souboru 22 odrůd ozimé pšenice v průběhu tří let. Jejím cílem ale není detailní charakteristika mrazuvzdornosti jednotlivých odrůd. Hlavním přínosem je poměrně rychlý a jednoduchý screening a následná eliminace genotypů s nízkou úrovní odolnosti vůči nízkým teplotám, které mohou sice vynikat vysokým výnosem, ale jsou potencionálně rizikové pro pěstování v našich klimatických podmínkách. Tato metoda přispěla k vytvoření úspěšných pšenic jako je odrůda Rheia nebo v současné době velice rozšířená odrůda Bohemia, která odolala i tvrdé zimě na Ukrajině v roce 2009/2010. Ročně se protestuje na Šlechtitelské stanici až na 12 tisíc pokusných členů. Metoda testování mrazuvzdornosti na Šlechtitelské stanici Úhřetice byla součástí projektu QF 4190. Literatura Prášilová P., Prášil I. T.: Hodnocení zimovzdornosti obilnin provokační nádobovou metodou. Metodika pro praxi, VÚRV, v.v.i., Praha-Ruzyně, 2007, 14 s.

METHOD OF GENOTYPE FROST RESISTANT WINTER WHEAT TESTS AT UHRETICE PLANT BREEDING STATION Winter cereals frost resistance is an important character, which eliminate the risk of cereals frost killing during winter dorm period. We used field-laboratory method of frost resistance test at Uhretice Plant Breeding Station, where plant reaction to temperature -14.5 °C is observed. Results of 22 cultivars of winter wheat in 2008 − 2010 were evaluated. Differences among cultivars reaction and some differences among evaluations were detected. The results were summarized and compared with multiyear (long-term) tests from VURV, v.v.i, Praha-Ruzyne where correspondence was detected. This method was administered to create successful winter wheat cultivars like ALANA, RHEIA and BOHEMIA. Key words: frost resistance, wheat winter, experimental critical cycle, experimental critical temperature

Poděkování Metoda testování QF 4190.

mrazuvzdornosti

na

Šlechtitelské

185

stanici

Úhřetice

byla

součástí

projektu

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZMIERŇUJE KREMÍK DÔSLEDKY ZVÝŠENEJ KONCENTRÁCIE ZINKU PRI KUKURICI? Bokor B., Vaculík M., Pavlovič A., Lux A. Univerzita Komenského v Bratislave, Prírodovedecká fakulta, Katedra fyziológie rastlín, Mlynská dolina B2, 84215 Bratislava, Slovenská RepublikaEmail: [email protected]

ABSTRAKT Zinok je esenciálny prvok rastlinnej výživy podieľajúci sa na viacerých biologických aktivitách rastlín. Táto aktivita je závislá od koncentrácie zinku v rastlinných bunkách. Po presiahnutí hodnôt optimálnej koncentrácie dochádza k prejavom toxicity zinku ako napríklad: zníženie veľkosti plochy listov, zmena v obsahu fotosyntetických pigmentov, zníženie rýchlosti fotosyntézy a iné. Kremík je polokov, ktorý sa nezaraďuje medzi esenciálne prvky na rozdiel od zinku (Marschner,1995). Zaujímavou vlastnosťou kremíka je, že dokáže znížiť negatívne účinky toxicity niektorých ťažkých kovov (Liang,Wong,Wei, 2005).V práci sa snažíme zistiť, či vplyvom kremíka dôjde k potlačeniu negatívnych prejavov z nadbytku zinku. Kľúčové slová: kremík, kukurica, toxicita zinku, zinok

MATERIÁL A METÓDY Ako materiál sme používali rastlinu kukuricu siatu (Zea mays L. hybrid Jozefína). Trojdňové klíčence boli hydroponicky pestované v Hoaglandovom živnom roztoku 10 dní v kultivačnej miestnosti s 12-hodinovou fotoperiódou pri teplote 24ºC/18 ºC deň/noc. Vlhkosť vzduchu dosahovala hodnotu 75 % a intenzita osvetlenia bola 200 µmol.m-2.s-1. Prvé dva dni sme pestovali rastliny v Hoaglandovom živnom roztoku (Hoagland,Aron,1950) s polovičnou koncentráciou všetkých jeho zložiek. Ďalšie dni (3. deň až 10. deň) rástli rastliny už v plnom živnom roztoku, ktorý bol vymieňaný každý druhý deň (čiže spolu 3-krát počas 10. dní kultivácie). Živný roztok sme vždy upravili na pH 6,2 kyselinou chlorovodíkovou (1M) alebo hydroxidom draselným (1M). Pri kultivácii sme použivali 6 pokusných variantov: Kontrolný (K), dva zinkové varianty s koncentráciou 200 µM alebo 400 µM ZnSO4•7H2O (Zn 200; Zn 400), kremíkový variant s koncentráciou 5 mM roztoku Si, pripraveného z 27 % SiO2, ktorý bol rozpustený v 14 % NaOH (Sodium Silicate Solution, Sigma) (Si) a varianty s kombináciou kremíka a zinku (Si+Zn 200; Si+Zn 400). V 10. deň kultivácie sme rastlinný materiál odobrali a spracovali. Plochu prvého a druhého listu sme vyrátali podľa vzorca D x Š x 0,772 (D = dĺžka listu, Š = šírka listu, 0,772 = špecifický koeficient na výpočet listovej plochy pre kukuricu). Obsah fotosyntetických pigmentov sme stanovili v každom pokusnom variante zo strednej tretiny prvého a druhého listu kukurice. Fotosyntetické pigmenty sme stanovili spektrofotometricky na spektrofotometri JENWAY 6400 VISIBLE. Absorbanciu chlorofylu a sme merali pri vlnovej dĺžke 663,2 nm, chlorofyl b pri 646,8 nm a karotenoidy pri 646,8 nm. Koncentráciu týchto fotosyntetických pigmentov sme potom vypočítali podľa Lichtenthalera (1987).Maximálnu rýchlosť fotosyntézy sme zistili pri teplote 22 ± 1°C, koncentrácii CO2 = 380 ppm a relatívnej vlhkosti vzduchu ~ 50 % a intenzity osvetlenia 1500 µmol m-2.s-1 PAR pomocou gazometrického prístroja. Na meranie rýchlosti fotosyntézy sme použili infračervený analyzátor CIRAS-2 (PPsystems, Hitchin, UK). VÝSLEDKY A DISKUSIA Plocha prvého a druhého listu Veľkosť plochy 1. listu kukurice sa vplyvom zvýšenej koncentrácie zinku (varianty Zn200 a Zn400) znížila len minimálne – približne o 8 % oproti kontrole. Rastliny variantu Zn200+Si mali veľkosť plochy 1. listu preukazne nižšiu oproti variantu Zn200, ale rozdiel medzi variantmi Zn400 a Zn400+Si nebol štatisticky preukazný (obr. 1).

186

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Plocha druhého listu kukurice sa znížila pri koncentrácii zinku 200 µM (o 12,45 %) a 400 µM (o 18,63 %). V tomto prípade kremík znížil negatívny účinok nadbytku zinku len pri variante Zn200+Si a plocha druhého listu sa preukazne zvýšila. 18 a

16

b c

cd

14

cd

d

cm

2

12 10 a

c

8

b

b

bc

d

6 4 2 plocha 1.L

0 K

Si

Zn200+Si

Zn200

Zn400+Si

Zn400

plocha 2.L

Obr. 1: Veľkosť plochy 1. a 2. listu kukurice. Obsah chlorofylov v prvom a druhom liste Prvý list kukurice nebol výrazne poznačený poklesom obsahu chlorofylov a, b a a+b (obr. 2). Nezistili sme preukazný rozdiel medzi variantmi Zn200 a Zn200+Si v porovnaní s kontrolným variantom. Rozdiel v obsahu chlorofylu a vo variantoch Zn400 a Zn400+Si bol taktiež nepreukazný, hoci obsah chlorofylu b bol nižší vo variante Zn400+Si oproti Zn400. Na základe týchto výsledkov môžeme konštatovať, že v pokusoch sa neprejavil pozitívny vplyv kremíka. Obsah chlorofylu a, b a a+b druhého listu sa výrazne znížil v zinkových variantoch a zinkovo-kremíkových variantoch (obr. 3). Obsah chlorofylu a a b sa pri variante Zn200 znížil o 42,7 % a 34,3 % oproti kontrolnému variantu. Rastliny variantu Zn400 mali o 48,9 % menej chlorofylu a a hodnota obsahu chlorofylu b sa znížila o 44 % oproti kontrole. Štatisticky preukazný rozdiel medzi variantmi Zn200 a Zn200+Si v obsahu chlorofylov a, b a a+b nie je a podobne je to aj v prípade variantov Zn400 a Zn400+Si. 3,5 ab

a

3 b

bc

bc

2,5 mg.g-1

ab

c

a

2

bcd

bc

cd

d

1,5 1

ab

a

ab bc

c

b

0,5 chl a

0

chl b

K

Si

Zn200+Si

Zn200

Zn400+Si

Zn400

chl (a+b)

Obr. 2: Obsah chlorofylov a, b a a+b v prvom liste kukurice.

187


3,5 a

3

mg.g

-1

2,5 2

b

a

c bc

bc

c

b

c

1,5

bc

bc

c

a

1

ab

b

bc

c

bc

0,5

chl a chl b chl a+b

0 K

Si

Zn200+Si

Zn200

Zn400+Si

Zn400

Obr. 3: Obsah chlorofylov a, b a a+b v druhom liste kukurice. Obsah karotenoidov prvého a druhého listu Obsah karotenoidov prvého listu sa znížil pri variante Zn400+Si oproti kontrole, kde všetky ostatné varianty sa štatisticky zhodovali s kontrolou (obr. 4). Druhý list kukurice všetkých variantov obsahoval preukazne menšie množstvo karotenoidov v porovnaní s kontrolným variantom. Podobne ako pri prvom liste, aj druhý list obsahoval najmenej karotenoidov pri variante Zn400+Si. Zo zistení nám vyplýva, že kremík nepotlačil negatívne prejavy vysokej koncentrácie zinku v obsahu karotenoidov. 0,45 0,4

a

a

ab

bc

0,35

bc

mg.g-1

0,3

ab bc

c bc

b c

0,25

bc

0,2 0,15 0,1 0,05 0

1. lis t

K

Si

Zn200+Si

Zn200

Zn400+Si

Zn400

2. lis t

Obr. 4: Obsah karotenoidov prvého a druhého listu kukurice. Rýchlosť fotosyntézy Inhibičný účinok toxicity zinku sa prejavil znížením rýchlosti fotosyntézy pri variante Zn200 o 25% a Zn400 o 27%. Pozitívny vplyv kremíka sa vo variantoch Zn200+Si a Zn400+Si neprejavil (obr. 5). 18

a

ab

b

16 b

µmol CO2 m-2.s-1

14

b

12 c

10 8 6 4 2 0 K

Si

Zn200+Si

Zn200

Zn400+Si

Zn400

Obr. 5: Rýchlosť fotosyntézy na plochu druhého listu kukurice.

188


ZÁVER Vyššie koncentrácie zinku (200 a 400 µm) pôsobia negatívne na rast a fyziologické pprocesy rastlín. Z literatúry je známe, že kremík má schopnosť znížiť dôsledky toxicity mnohých ťažkých kovov. V prípade nami použitých koncentrácií zinku a pri danom hybride kukurice nedošlo k potlačeniu negatívnych účinkov tohto kovu vplyvom kremíka. Literatúra: Marschner, H.: Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press, Ltd., London, Norfolk, UK, 1995: p. 861 Liang, Y., Wong, J.W.C., Wei, L.: Silicon mediated enhancement of cadmium tolerance in maize (Zea mays L.) grown in cadmium contaminated soil. Chemosphere 58, 2005: 475-483 Hoagland, D.R., Aron, D.I.: The water culture method for growing plant without soil. California Agric. Exp. Stn. Cir., 347, 1950: 39 Lichtenthaler, H.K.: Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol. 148, 1987: 350-382

DOES THE SILICON MITIGATE THE EFFECT OF HIGHER ZINC CONCENTRATION IN MAIZE? Zinc is an essential trace element important in plant nutrition. Zinc is required for many metabolical and physiological processes of plants. These physiological activities depend on zinc concentration in plant cells. Higher zinc amount than optimal may induce several symptoms such as: decrease of leaf area, variation of photosynthetic pigments content, decrease of net photosynthetic rate and many others. The metalloid silicon, which is not essential element such as zinc /1/, can decrease the negative effect of heavy metal toxicity /2/. In our study we tried to find out, if this interesting ability of silicon is exhibited in interaction with zinc. In concentrations of zinc and silicon used in this study, the alleviating effect of silicon was not found. Key words: maize, silicon, zinc, zinc toxicity

Poďakovanie Práca bola podporená projektom z grantovej agentúry VEGA 1/0472/10 APVV 0004-06 a je súčasťou medzinárodného projektu COST FA 0905.

189


VPLYV IÓNOV KADMIA A ARZÉNU NA VYBRANÉ FYZIOLOGICKÉ UKAZOVATELE LISTOV Glycine max (L.) MERILL. Dobroviczká T.1, Piršelová B.1, Matušíková I.2 1

Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Katedra botaniky a genetiky, Nábrežie mládeže 91, 949 74 Nitra, Slovenská republika, [email protected] 2 Ústav genetiky a biotechnológií rastlín SAV, Akademická 2, P.O. Box 39A, 950 07 Nitra, Slovenská republika, [email protected]

ABSTRAKT Ťažké kovy patria medzi významné znečisťovatele životného prostredia kvôli ich ekotoxicite, akumulácii v živých organizmoch ako i neschopnosti sa degradovať. Cieľom našich experimentov bolo stanoviť citlivosť vybraných odrôd sóje fazuľovej (Glycine max (L.) Merril. cv. Bólyi 44 a cv. Cordoba) na ióny kadmia a arzénu na základe stanovenia fyziologických parametrov listov ako obsah fotosyntetických pigmentov, miera peroxidácie lipidov a veľkosť listovej plochy. Listy oboch odrôd reagovali citlivejšie na ióny kadmia. V prípade odrody Cordoba sme pozorovali štatisticky významný pokles obsahu chlorofylu a v spodných (o 30,86%) a vrchných listoch 1 (o 19,09%), kým v prípade odrody Bólyi 44 došlo k poklesu obsahu chlorofylu b (o 21,42%). Zistili sme, že ióny kadmia spôsobujú mierny pokles miery peroxidácie lipidov vo vrchných listoch 1 u odrody Cordoba (o 23%). Ióny arzénu spôsobili mierny oxidatívny stres vo vrchných listoch 1 a 2 v prípade oboch testovaných odrôd, čo je v súlade so zvýšenou mierou peroxidácie lipidov o 10,5% vo vrchných listoch 1 (Bólyi 44) a o 34% vo vrchných listoch 2 (Cordoba). Naše výsledky potvrdili negatívne účinky týchto kovov pri daných koncentráciách na obe testované odrody. Kľúčové slová: sója fazuľová, kadmium, arzén, listy

ÚVOD Problematika znečisťovania životného prostredia ťažkými kovmi je jednou z kľúčových environmentálnych problémov súčasnosti vo svete. V princípe neexistujú mechanizmy samočistenia, ide len o premiestňovanie medzi jednotlivými zložkami krajinnej sféry Zeme. Nakoľko najviac kontaminovanou je pôda (ťažké kovy sa v nej nachádzajú v rôznych koncentráciách, oxidačných stupňoch i väzbách), limity sú pre ňu najprepracovanejšie z dôvodu rizika ekotoxicity a kumulácie ťažkých kovov v abiotických i biotických zložkách prostredia (Ďurža a Khun, 2001). Strukoviny patria medzi najstaršie pestované plodiny, využívané pre výživu ľudí, ale aj pri chove hospodárskych zvierat (Šinský et al., 1985). Sója fazuľová (Glycine max (L.) Merill.) patrí medzi bôbovité rastliny, ktoré majú v ekosystéme významné postavenie vyplývajúce z ich schopnosti žiť v symbióze s hľuzkotvornými baktériami a za ich pomoci fixovať vzdušný dusík. Významnou vlastnosťou strukovín je aj malá reakcia na intenzifikačné faktory a vysoká elasticita vo vzťahu k podmienkam prostredia (Petre t al., 1980). Cieľom našich experimentov bolo posúdiť citlivosť vybraných odrôd sóje fazuľovej (Glycine max (L.) Merill. cv. Bólyi 44, cv. Cordoba) na ióny kadmia a arzénu na základe fyziologických parametrov listov (obsah fotosyntetických pigmentov, miera peroxidácie lipidov, veľkosť listovej plochy) a poukázať na možné mechanizmy ich rezistencie na vybrané ióny kovov. MATERIÁL A METÓDY Vysterilizované semená sóje fazuľovej (Glycine max (L.) Merill. cv. Bólyi 44, cv. Cordoba) sme nakličovali na Petriho miskách (Ø 12 cm) po dobu 3 dní. Keď korene dosiahli dĺžku 5 – 8 mm, vysadili sme ich do plastových črepníkov (Ø 25 cm, objem 1500 ml) do zmesi rašelinovej zeminy BORA (pH 5 – 7; vlhkosť 65%) a perlitu (v pomere 4:1), a zaliali sme ich destilovanou vodou, ktorej množstvo zodpovedalo maximálnej sorpčnej kapacite pôdy (~700 ml). Na rastliny v štádiu prvých asimilačných listov (10. deň nádobového pokusu) sme aplikovali roztoky kovov (5 mg.kg-1 pôdy As3+, 50 mg.kg-1 pôdy Cd2+) vo forme roztokov As2O3 a Cd(NO3)2.4H2O, resp. destilovanú vodu (kontrola). Nádobové pokusy sme uskutočnili v rastovej komore s kontrolovanou klímou pri teplote 23 °C. Ontogenetické 190


štádium listov rastlín sme stanovili nasledovne: prvý asimilačný list sme označili ako spodný list, druhý asimilačný list ako vrchný list 1 a tretí asimilačný list ako vrchný list 2 (v smere od koreňa ku vrcholu výhonku). Po 10 dňoch rastu sme stanovili veľkosť listovej plochy podľa (Cholvadovej et al., 2007). Spektrofotometricky sme stanovili obsah fotosyntetických pigmentov (Lichtenthaler a Wellburn, 1985) a mieru peroxidácie lipidov podľa (Karabala et al., 2003). Uvedeným analýzam sme podrobili minimálne 10 rastlín v štyroch opakovaniach každého variantu experimentu. Údaje boli štatisticky spracované a vyhodnotené Studentovým t-testom v programe Microsoft Excel. VÝSLEDKY A DISKUSIA Pri zvolených dávkach iónov kadmia (50 mg.kg-1) a arzénu (5 mg.kg-1) pôdneho substrátu sme nezaznamenali štatisticky významné rozdiely vo veľkosti listovej plochy spodných listov a vrchných listov 1 stresovaných rastlín sóje. Zmeny vo veľkosti listovej plochy (zmenšenie) vplyvom iónov kovov však boli zaznamenané v prípade fazule a slnečnice (Bindhu a Bera, 2001; Hammami et al., 2004). Citlivejšie na ióny kovov reagoval fotosyntetický aparát v listoch oboch odrôd (Tab. 1), predovšetkým na ióny kadmia. V prípade odrody Cordoba došlo k štatisticky významnému poklesu obsahu chlorofylu a v spodných (30,86%) aj vrchných listoch 1 (o 19,09%) (Tab. 1). Chlorofyl a je nevyhnutný pre vlastnú premenu energie vo fotosyntéze, kým ostatné pigmenty majú len pomocnú funkciu. Citlivo reagovali na prítomnosť iónov kadmia v pôdnom substráte aj spodné listy odrody Bólyi 44, čo sa prejavilo znížením obsahu chlorofylu b o 21,42%. Zmenšenie množstva spomínaných typov chlorofylov zaznamenali aj iní autori (Hammami et al., 2004; Ben Ammar et al., 2005; Rahman et al., 2007). Štatisticky významné zmeny obsahu karotenoidov v listoch stresovaných rastlín sme naopak nezaznamenali (Tab. 1). K podobnému výsledku dospeli aj Baryla et al., 2001). Napriek pomerne vysokej citlivosti sóje fazuľovej voči iónom arzénu (Stoeva a Bineva, 2003), dávka kovu (5 mg.kg-1 As3+) aplikovaná v našich experimentoch nevyvolala významné zmeny v obsahu fotosyntetických pigmentov v sledovaných odrodách danej plodiny. Tab. 1.: Vplyv iónov kadmia a arzénu na vybrané fyziologické ukazovatele listov sóje fazuľovej (Glycine max (L.) Merill. cv. Bólyi 44 a cv. Cordoba) As 5 mg.kg-1 pôdy Cd 50 mg.kg-1 pôdy Bólyi 44 Cordoba Bólyi 44 Cordoba veľkosť listovej plochy (mm2) 1293,3 ± 108,5 1347,7 ± 159,2 1384 ± 192,8 1357,3 ± 148,9 1233,8 ± 207,3 1040,3 ± 128,4 887,6 ± 70,35 1048,6 ± 107,9 886,9 ± 62,5 1024,2 ± 106,5 chlorofyl a (mg.g-1 čerstvej hmotnosti) 3,22 ± 0,84 3,36 ± 0,14 2,91 ± 0,37 3,32 ± 0,66 2,33 ± 0,58 * 3,09 ± 0,51 2,9 ± 0,22 2,95 ± 0,46 3,05 ± 0,47 2,5 ± 0,3 * chlorofyl b (mg.g-1 čerstvej hmotnosti) 0,12 ± 0,03 0,12 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,11 ± 0,03 * 0,15 ± 0,03 0,13 ± 0,02 0,11 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,12 ± 0,02 0,13 ± 0,03 karotenoidy (mg.g-1 čerstvej hmotnosti) 0,89 ± 0,17 0,91 ± 0,32 0,79 ± 0,12 0,93 ± 0,22 0,86 ± 0,13 0,86 ± 0,13 0,99 ± 0,21 0,89 ± 0,14 0,89 ± 0,22 1,06 ± 0,22 miera peroxidácie lipidov (násobok kontroly, kontrola=1) 1 0,78 ± 0,19 0,88 ± 0,20 1,25 ± 0,38 0,93 ± 0,06 1 1,10 ± 0,01 *** 0,99 ± 0,29 1,32 ± 0,61 0,77 ± 0,09 *** 1 1,08 ± 0,29 1,34 ± 0,35 * 1,09 ± 0,11 1,16 ± 0,32

kontrola Bólyi 44 Cordoba spodný list vrchný list

1349,9 ± 42,5 827,9 ± 81,5

spodný list vrchný list 1

3,37 ± 0,72 3,16 ± 0,57


0,14 ± 0,03 0,11 ± 0,02


0,71 ± 0,13 1,02 ± 0,16

spodný list vrchný list 1 vrchný list 2

1 1 1

Hodnoty zodpovedajú aritmetickému priemeru ± smerodajná odchýlka (n = 6 - 10). Hladiny významnosti rozdielov: * P<0,05; *** P<0,001.

Jedným z prejavov oxidačného stresu rastlín je zvýšená miera peroxidácie lipidov membrán.

191


Jej hladiny sme stanovili v spodných, vrchných listoch 1 a vrchných listoch 2 stresovaných aj kontrolných rastlín. Na prítomnosť iónov arzénu v pôdnom substráte citlivo reagovali vrchné listy 1 a 2, čo sa prejavilo zvýšenou hladinou peroxidácie lipidov o 10,5% vo vrchných listoch 1 (Bólyi 44) a o 34% vo vrchných listoch 2 (Cordoba) v porovnaní s kontrolnými vzorkami. Pokles miery peroxidácie lipidov na ióny kadmia sme zaznamenali vo vrchných listoch 1 pri odrode Cordoba (o 23%). Naopak, žiadne výrazné zmeny sme nepozorovali v spodných listoch stresovaných rastlín oboch odrôd sóje fazuľovej (Tab. 1). Vyššiu hladinu peroxidácie lipidov v hrachu spôsobenú iónmi kadmia zaznamenali aj iní autori (Lozano-Rodriguez et al., 1997; Metwally et al., 2005), a bola preukázaná aj vplyvom iónov arzénu vo fazuli (Stoeva et al., 2005; Singh et al., 2007). ZÁVER V našej práci sme zhodnotili účinky iónov kadmia a arzénu na vybrané fyziologické parametre listov dvoch odrôd sóje fazuľovej. Na ióny kadmia citlivejšie reagovali listy odrody Cordoba a na ióny arzénu listy odrody Bólyi 44. Z testovaných parametrov boli iónmi kovov najviac ovplyvnené vrchné listy 1 (obsah chlorofylu a a miera peroxidácie lipidov) a spodné listy (obsah chlorofylu a a chlorofylu b). Naše výsledky teda potvrdzujú genotypovú variabilitu v tolerancii na ťažké kovy (Metwally et al., 2005), poukazujú však aj na líšiace sa stratégie obrany v rôznych častiach jednotlivých rastlín. Ďalšie hlbšie fyziologické, biochemické a molekulárno-biologické analýzy sú potrebné k odhaleniu možných mechanizmov obrany študovaných odrôd sóje voči iónom kadmia a arzénu. Literatúra Baryla, A. – Carrier, P. – Franck, F. – Coulomb, C. – Sahut, C. – Havaux, M.: Leaf chlorosis in oilseed rape plants (Brassica napus) grown on cadmium-polluted soil: causes and consequences fot photosynthesis and growth. Planta, 212, 2001: 696 – 709 Ben Ammar, W. - Nouairi, I. - Tray, B. - Zarrouk, M. – Jemal, F. – Ghorbel, M. H.: Effets du cadmium sur l’accumulation ionique et les teneurs en lipides dans les feuilles de tomate (Lycopersicon esculentum). J. Soc. Biol., 199, 2005: 157 - 163 Bindhu, S. J. – Bera, A. K.: Impact of cadmium toxicity on leaf area, stomatal frequency, stomatal index aand pigment content in mungbean seedlings. J. Environ. Biol., 22 (4), 2001: 307 - 309 Ďurža, O. – Khun, M.: Environmentálna geochémia niektorých ťažkých kovov. Bratislava: Univerzita Komenského, 2002: 115 Hammami, S. S. – Chaffai, R. – El Ferjani, E.: Effect of Cadmium on Sunflower Growth, Leaf Pigment and Photosynthetic Enzymes. Pakistan Journal of Biological Sciences, 7 (8), 2004: 1419 - 1426 Cholvadová, B. – Erdelský, K. – Masarovičová, E.: Praktikum z fyziológie rastlín. Bratislava: Univerzita Komenského, 2007: 136 Karabal, E. – Yücel, M. – Öktem, H. A.: Antioxidant responses of tolerant and sensitive barley cultivars to boron toxicity. Plant Science, 164, 2003: 925 - 933 Lichtenthaler, H. K, Wellburn, A. R.: Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transactions, 11, 1985: 591 592 Lozano-Rodriguez, E. – Hernandez, L.E. – Bonay, P. - Carpena-Ruiz, R. O.: Distribution of cadmium in shoot and root tissues of maize and pea plants: physiological disturbances. Journal of Experimental Botany, 48, 1997: 123 - 128 Metwally, A. – Safronova, V. I. – Belimov, A. A. – Dietz, K. J.: Genotypic variation of the

192


response to cadmium toxicity in Pisum sativum L. Journal of Experimental Botany, 56, 2005: 167 - 178 Petr, J., Černý, V., Hruška, L. a kol.: Tvorba výnosu hlavních polních plodin. Praha, SZN, 1980: 448 Rahman, M. A. – Hasegawa, H. – Rahman, M. M. – Islam, M. N. – Miah, M. M. A. – Tasmen, A.: Effect of arsenic on photosynthesis, gorwth and yield of five widely cultiveted rice (Oryza sativa L.) varieties on Bangladesh. Chemosphere, 67, 2007: 1072 – 1079 Singh, H. P. – Batish, D. R. – Kohli, R. K. – Arora, K.: Arsenic-induced root growth inhibition in mungbean (Phaseolus aureus Roxb.) is due to oxidative stress resulting from enhanced lipid peroxidation. Plant Growth Regul., 53, 2007: 65 - 73 Stoeva, N. – Berova, M. – Zlatev, Z.: Effect of arsenic on some physiological parameters in bean plats. Biologia plantarum, 49 (2), 2005: 293 - 296 Stoeva, N. – Bineva, T.: Oxidative changes and photosynthesis inoat plant grown in Ascontaminated soil. Bulg. J. Plant Physiol., 29 (1 - 2), 2003: 87 - 95 Šinský, T. a kol.: Strukoviny. Bratislava: Príroda, 1985: 157

EFFECT OF IONES OF CADMIUM AND ARSENIC ON CHOOSEN PHYSIOLOGICAL ASPECTS OF LEAVES OF Glycine max (L.) MERILL. Heavy metals belong to significant pollutants of environment because of their ecotoxicity, ability to accumulate in living organisms and inability to be degraded. The goal of our experiments was to determine sensitivity of selected soybean varieties (Glycine max (L.) Merril. cvs. Bólyi 44 and Cordoba) to ions of cadmium and arsenic on the basis of of physiological characteristics of leaves concretly content of photosyntetic pigments, rate of lipid peroxidation and leaf area. Leaves of both varieties responded sensitively to ions of cadmium. In the case of cv. Cordoba we observed statistically significant decrease of chlorophyll a content in lower (by 30,86%) and upper leaves 1 (by 19,09%), while in the case of cv. Bólyi 44 there was observed a decrease of chlorophyll b content by 21,42%. We observed that ions of cadmium caused moderate decrease of lipid peroxidation rate in upper leaves 1 in the variety Cordoba (by 23%). Arsenic ions caused in both tested varieties a slight oxidative stress in upper leaves 1 and 2, which is in agreement with higher rates of lipid peroxidation such as by 10,5% in upper leaves 1 (Bólyi 44) and by 34% in upper leaves 2 (Cordoba). Our results confirmed negative impact of these heavy metals at given doses on both the tested varieties. Keywords: soybean, cadmium, arsenic, leaves

Poďakovanie Práca bola vypracovaná v rámci riešenia projektov COST FA 0605 a UGA - VII/6/2010.

193


REAKCIA JAČMEŇA SIATEHO JARNÉHO NA OŠETRENIE FUNGICÍDMI Candráková E. SPU v Nitre, Katedra rastlinnej výroby,Tr. A. Hlinku 2, 94976 Nitra, e-mail: [email protected] ABSTRAKT V poľnom maloparcelkovom pokuse v rokoch 2005-2007 boli porasty jačmeňa siateho jarného ošetrené fungicídmi proti listovým chorobám. Varianty ošetrenia: kontrola, T1-Capitan S (0,80 l.ha-1), T1-Capitan S (0,60 l.ha-1) + T3-Charisma (1,0 l.ha-1), T1-Charisma (0,50 l.ha-1) + T3-Charisma (0,50 l.ha-1), T2-Cerelux Plus (0,80 l.ha-1), T1-Artea (0,50 l.ha-1) + T3-Amistar (0,80 l.ha-1). Ošetrenie porastov štatisticky preukazne zvýšilo úrodu zrna v porovnaní s kontrolným variantom. Najvyššia úroda zrna bola po aplikácii prípravku Cerelux Plus (6,33 t.ha-1), Charisma+Charisma (6,23 t.ha-1), Capitan S (6,13 t.ha-1). Najnižšia úroda (4,87 t.ha-1) bola na neošetrenom variante. Ošetrenie fungicídmi pôsobilo pozitívne aj na mechanické ukazovatele kvality zrna (HTZ, podiel zrna nad sitom 2,5 mm, objemová hmotnosť zrna). Vplyvom ošetrenia sa mierne zvýšil obsah dusíkatých látok v zrne jačmeňa, ale rozhodujúci vplyv na ich obsah mal ročník.

Kľúčové slová: jačmeň siaty jarný, fungicídy, ošetrenie, úroda, kvalita zrna. ÚVOD Obilniny sú hostiteľmi viacerých patogénov, z ktorých v našich podmienkach sú najvýznamnejší huboví pôvodcovia chorôb hrdzí, múčnatiek, chorôb koreňov a báz stebiel, septorióz, fuzarióz a snete. Z vírusových chorôb v ostatných rokoch nadobúdajú na význame žltá zakrpatenosť jačmeňa (Barley yelow dwarf virus). Špecifické postavenie patogénov prenosných osivom majú pôvodcovia hnedej škvrnitosti jačmeňa (Pyrenophora teres), hnedej prúžkovitosti jačmeňa (Pyrenophora graminea) a prašnej sneti jačmennej (Ustilago nuda). Rynchosporium secalis je pôvodcom rynchospóriovej škvrnitosti raže a tiež rynchospóriovej škvrnitosti jačmeňa. Hrdze a múčnatky sa vyznačujú veľkou vnútrodruhovou variabilitou. Na jačmeni sa vyskytuje Blumeria graminis f. sp. hordei (Cagáň a i., 2010). Prvým opatrením na ochranu porastov v začiatočných fázach rastu je morenie osiva. S tým sa stotožňuje Sekerková (2000), Zimolka a i. (2006). Pri zamazaní osiva sa môže škodlivo prejaviť aj Helmintosporium sativum. Sekerková (2000) upozorňuje, že pre zabezpečenie zdravého porastu treba škodlivé činitele diagnostikovať načas a odborne. Termíny efektívnej aplikácie fungicídov na jačmeni pre hnedú škvrnitosť jačmeňa, rynchospóriovú škvrnitosť jačmeňa sú vo vývojovej fáze 37-39 DC ak sú napadnuté posledné 3 listy na 15-20 %. Ochrana proti múčnatke a hrdzi je potrebná ak sú vo vývojovej fáze 30-39 až 49 DC napadnuté posledné 3 listy na 15-25 %. Ošetrenie proti steblolamu je vo vývojovej fáze 31-37 DC pri napadnutých rastlinách na 15-25 %. Ošetrovať je potrebné aj proti škodcom ako sú zunčavka jačmeňová (Oscinella frit), kohútiky (Lema), vošky (Aphis). Stupeň poškodenia je závislý na odrode, technológii pestovania a na priebehu počasia v danom roku. Chladnejšie a vlhšie počasie podporuje výskyt múčnatky trávovej, vyššie dávky dusíka hnedú škvrnitosť. Pre výskyt hrdzi jačmennej je vhodnejšie teplé a suchšie počasie (teploty nad 20 °C) (Váňová, 2005). Vančo (2003) uvádza, že významným prvkom usmernenej ochrany, z hľadiska ekologického a ekonomického, je i odroda, ktorá umožňuje minimalizovať aplikáciu Fungicídnych prípravkov. Miera rentability aplikovaných fungicídnych prípravkov pri jačmeni jarnom je ovplyvňovaná nielen druhom prípravku a počtom ošetrení, ale ich efekt 194


kolíše aj podľa ročníka, prípadne odrody. Aby sa zabezpečila efektivita použitých prípravkov, ošetrenie fungicídmi má opodstatnenie iba pri dobre zabezpečenej výžive rastlín. Z hľadiska kvality zrna je potrebné zabezpečiť dobrý zdravotný stav porastov počas celého vegetačného obdobia. Vplyv chorôb asimilačných orgánov je na kvalitu zrna v podstate nepriamy. Narušením metabolizmu a znížením asimilačnej plochy je negatívne ovplyvnený transport asimilátov do zrna, tým sa znižuje HTZ a podiel zrna 1. triedy. Výskyt húb z rodu Fusarium v klasoch je sprevádzaný produkciou mykotoxínov v zrne a následne aj v slade (Váňová, 2004). MATERIÁL A METÓD Pokus bol realizovaný v repárskej výrobnej oblasti v rokoch 2003 až 2007 (N=48° 28´, E=18° 90´). Nadmorská výška lokality je 168 m s úhrnom zrážok za rok 607 mm, priemernou ročnou teplotou vzduchu 9,5 °C Pôdny typ je hnedozem na spraši, pôdny druh stredne ťažká, hlinitá pôda. Maloparcelkové polyfaktorové pokusy boli založené blokovou metódou s náhodným usporiadaním pokusných členov v 3 opakovaniach po repe cukrovej hnojenej maštaľným hnojom v dávke 35 t.ha-1 bez zaorania pozberových zvyškov predplodiny. Orba bola urobená do hĺbky 220 až 250 mm. Pri jarnej príprave pôdy bol použitý smyk a kompaktor. Veľkosť parceliek bola 14 m2. Vysievali sme odrodu Ebson a Malz s výsevkom 4,5 mil. klíčivých zŕn na ha sejačkou Pneusej do hĺbky 40 mm pri medziriadkovej vzdialenosti 125 mm. Varianty ošetrenia: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Kontrola, T1 - Capitan S (0,80 l.ha-1), T1 - Capitan S (0,60 l.ha-1) + T 3 - Charisma (1,0 l.ha-1), T1 - Charisma (0,50 l.ha-1) + T 3 - Charisma (0,50 l.ha-1), T2 - Cerelux Plus (0,80 l.ha-1), T1 - Artea (0,50 l.ha-1) + T 3 - Amistar (0,80 l.ha-1).

T1 (koniec odnožovania) - zamerané na ochranu proti múčnatke trávovej, hrdzi jačmennej a prvým výskytom hnedej škvrnitosti (10. 5.); T2 (obdobie steblovania) - zamerané na ochranu proti hnedej škvrnitosti a hrdzi jačmennej (21. 5.); T3 (na začiatku klasenia) zamerané na ochranu proti hrdzi jačmennej a fuzariózam (4. 6.) VÝSLEDKY A DISKUSIA Cieľom ochrany rastlín je integrovať biologické, ekofyziologické a technické opatrenia za účelom zníženia strát na kvantite a kvalite produkcie. Vzťah patogén, škodca a rastlina je špecifický a dynamický. Ich dynamika vývoja závisí od biotických a abiotických podmienok prostredia, prítomnosti a početnosti hostiteľských rastlín, vhodnosti vonkajších podmienok pre vývinový cyklus a ďalšie. Od poznania týchto vzájomných vzťahov sa odvíjajú racionálne, efektívne metódy a spôsoby ochrany rastlín (Kostrej a i., 1998).Prípravky aplikované v pokuse boli zamerané na ochranu porastov proti listovým chorobám. Ich účinok na úrodu zrna jačmeňa siateho jarného je uvedený na obr. 1. Štatisticky významne pôsobil ročník, pričom najvyššia úroda bola dosiahnutá v roku 2005 (7,44 t.ha-1). Medzi odrodami boli rozdiely štatisticky nepreukazné. Vplyv ošetrenia fungicídmi bol štatisticky preukazný na hladine α 0,05. Vysoko preukazne ovplyvnili úrodu prípravky Cerelux Plus (6,33 t.ha-1),

195


s rozdielom -0,10 t.ha-1 zaostal prípravok Charisma+Charisma a s rozdielom -0,20 t.ha-1 prípravok Capitan S. Najnižšia úroda (4,87 t.ha-1) bola na neošetrenom variante. Ošetrením porastov fungicídmi sme zaznamenali zvýšenie úrody zrna jačmeňa od 11,94 % do 28,18 %. Kubinec (2000) dosiahol zvýšenie úrody v priemere o 10,7 % v porovnaní s neošetreným variantom, pričom zaznamenal aj zlepšenie znakov kvality zrna jačmeňa. Účinok ošetrenia vybranými prípravkami sa pozitívne prejavil aj na mechanických a technologických ukazovateľoch kvality zrna jačmeňa siateho jarného v každom pestovateľskom ročníku (tab. 1). Rozdiely sú však medzi odrodami. V priemere troch rokov, pri odrode Ebson, je viditeľný jednoznačne pozitívny vplyv fungicídov na všetkých mechanických ukazovateľoch kvality, v porovnaní s neošetreným variantom. Rozdiely medzi prípravkami neboli veľmi veľké. Pri odrode Malz sa jednoznačný vplyv ošetrenia fungicídmi prejavil na objemovej hmotnosti. HTZ bola najvyššia na neošetrenom variante a podiel zrna nad sitom 2,5 mm bol najnižší po prípravku Capitan S v kombinácii s Charismou. V porovnaní s neošetreným variantom sa obsah dusíkatých látok po ošetrení fungicídmi, v priemere troch rokov, mierne zvýšil. Najviac bol ovplyvnený ročníkom. Nezávisle od ošetrenia fungicídmi, pri obidvoch odrodách, bol nevyhovujúci obsah N-látok v roku 2007 a najviac sa k optimálnym hodnotám priblížil v roku 2005. Obr. 1 Úroda zrna jačmeňa siateho jarného odrody Ebson a Malz v rokoch 2005-2007 v závislosti od ošetrenia fungicídmi

9 8 7 6 -1

t.ha

5 4 3 2 1 0

2005

2006

2007

2005

Ebson Kontrola

Capitan S

2006

2007

Malz

Capitan S+Charisma

196

Charisma+Charisma

Cerelux Plus

Artea+Amistar


Tab. 1 Priemerné hodnoty ukazovateľov kvality zrna jačmeňa siateho jarného za obdobie rokov 2005-2007 odrôd Ebson a Malz Ebson

Malz

Podiel Varianty ošetrenia

HTZ (g)

zrna 1.tried y

Podiel Obsah OH (g.l-1)

Obsah HTZ

zrna

OH

(g)

1.triedy

(g.l-1)

NL (%)

NL (%)

(%)

(%) Kontrola

44,04

95,25 669,30 11,40

46,35

95,37

669,83

10,36

Capitan S

45,42

96,50 681,72 12,10

45,22

95,45

674,73

10,78

Capitan S+Charisma

44,95

96,38 680,83 12,10

44,20

92,75

671,39

11,54

44,76

96,56 681,04 12,50

44,11

96,56

672,71

11,14

Charisma+Charis ma

44,93

96,56 681,72 12,70

44,25

96,01

670,00

11,00

Cerelux Plus

44,49

97,22 677,62 12,20

45,77

95,78

672,01

10,58

44,76

96,40 678,71 12,17

44,92

94,80

671,78

10,90

Artea+Amistar

x

ZÁVER Pri ošetrení porastov jačmeňa siateho jarného proti chorobám listov sa jednoznačne potvrdilo, že použitie prípravkov je nevyhnutné. Všeobecne sa odporúča reagovať na základe signalizácie, ale z niekoľkoročných výsledkov môžeme konštatovať, že preventívne ošetrenie nie je stratové a je istejšie, ako oneskorená reakcia. Porasty na ošetrenie reagujú zvýšením úrody zrna. Pozitívne ovplyvnili mechanické ukazovatele kvality zrna. V porovnaní s neošetreným variantom sa obsah dusíkatých látok v zrne mierne zvýšil, pričom rozhodujúci vplyv mal ročník. Pri ošetrení sa prejavila odolnosť odrôd proti chorobám a škodcom v závislosti na priebehu poveternostných podmienok a výberu prípravkov. Tieto majú rôzne účinné látky, ktoré sa v každom pestovateľskom roku uplatňujú v závislosti od podmienok pre rozvoj chorôb. Výskyt chorôb je v každom pestovateľskom ročníku iný. Preto v niektorých rokoch lepšie reagujú porasty jačmeňa na jedno, dve, prípadne tri ošetrenia fungicídmi v kombinácii s odrodou, hnojením a podmienkami pestovania. Ošetrením porastov sme dosiahli zvýšenie úrod zrna od 11,94 % do 28,18 %.

197


Literatúra Cagáň, Ľ., Praslička, J., Huszár, J. a i.: Choroby a škodcovia poľných plodín. Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, 2010 : 894 s. ISBN 978-80-552-0354-6. Kostrej, A. a i. Ekofyziológia produkčného procesu porastu a plodín. SPU v Nitre, 1998 : 187 s. ISBN 80-7137-528-4. Kubinec, S.: Vplyv hnojenia dusíkom a ošetrovania jarného jačmeňa pesticídmi na úrodu zrna a niektoré kvalitatívne znaky. Jačmeň-výroba a zhodnotenie. VES SPU v Nitre, 2000 : s. 3841, ISBN 80-7137-681-7 Sekerková, M.: Regulácia škodlivých činiteľov v porastoch jačmeňa v priebehu celého vegetačného obdobia. Jačmeň-výroba a zhodnotenie. VES SPU v Nitre, 2000 : s. 76-78, ISBN 80-7137-681-7 Vančo, B.: Vplyv vybraných fungicídnych prípravkov na zdravotný stava úrodu zrna jarného jačmeňa. Agrochémia, SPU Nitra a Duslo, a.s., Šaľa, roč. VII. (43), č. 4, 2003 : s. 17-20. ISSN 1335-2415 Váňová, M.: Možnosti intenzivního pěstování jarního ječmene pro sladovnické účely inovací pěstěbných technologií. Řepařství Sladovnický ječmen. Praha, ČZU, 2004 : s. 167-170, ISBN 80-213-1131-2 Váňová, M.: Jarní ječmen-choroby přenosné osivem, choroby na listech a v klase. Kompendium vybraných poznatkú při pěstování jarního ječmene. Česká zemědělská univerzita v Praze, 2005 : s. 32-35, ISBN 80-213-1296-3 Zimolka, J. et al.: Ječmen- formy a úžitkové směry v České republice. Praha, 2006 : 199 s. ISBN 80-86726-18-5. THE REACTION OF SPRING BARLEY ON THE FUNGICIDE TREATMENT The spring barley was treated with fungicides against leaf diseases in field experiment established in 2005 – 2007. Variants of treatment: control, T1-Capitan S (0.80 l.ha-1), T1-Capitan S (0.60 l.ha-1) + T3-Charisma (1.0 l.ha-1), T1-Charisma (0.50 l.ha-1) + T3-Charisma (0.50 l.ha-1), T2-Cerelux Plus -1 (0.80 l.ha ), T1-Artea (0.50 l.ha-1) + T3-Amistar (0.80 l.ha-1). The treatment increased the yield statistically significant in sequence: Cerelux Plus (6.33 t.ha-1), Charisma+Charisma (6.33 t.ha-1), prípravok Capitan S (6.13 t.ha-1). The lowest yield (4.87 t.ha-1) was in non-treated variant. The treatment positively affected on mechanic indicators of grain quality (WTG, proportion of grain over the sieve 2.5 mm, bulk density of grain). The nitrogen matter content in barley grains slightly increased with treatment, but decisive impact had the year.

Keywords: spring barley, fungicides, treatment, yield, quality of grain

198


VPLYV BIOTICKÝCH A ABIOTICKÝCH FAKTOROV NA ÚRODU ZRNA JAČMEŇA JARNÉHO Illéš L., Žembery J., Kupecsek A. Katedra rastlinnej výroby FAPZ – Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre ABSTRAKT V rokoch 2009 a 2010 sme na experimentálnej baze SPU v Nitre Dolná Malanta sledovali vplyv obrábania pôdy a hnojenia na úrodu zrna jačmeňa jarného. Úrody medzi konvenčným a minimalizačným spôsobom obrábania boli štatisticky nepreukazné. Najvyššia úroda 5,29 t.ha-1 bola dosiahnutá v roku 2009 pri minimalizačnom spôsobe obrábania na variante hnojenia H2. Vyššiu úrodu sme dosiahli v poveternostne priaznivejšom roku 2009 s úhrnom zrážok počas vegetácie 197,5 mm. Rok 2010 z hľadiska množstva a rozloženia zrážok hodnotíme ako mimoriadne vlhký s celkovým úhrnom zrážok počas vegetácie 460,9 mm, čo malo za následok redukciu úrody zrna. Priemerná hodnota vlhkosti pôdy (16,7 % obj.) bola nižšia v roku 2009.V roku 2010 bola priemerná hodnota vlhkosti pôdy 28,3 %obj. Na konvenčnom spôsobe obrábania pôdy bola vlhkosť v obidvoch rokoch vyššia ako na minimalizačnom spôsobe obrábania.

Kľúčové slová: jačmeň jarný, obrábanie, hnojenie, vlhkosť pôdy, úroda MATERIÁL A METÓDA Poľný polyfaktorový pokus s jačmeňom jarným odrody Nitran bol založený v rokoch 2009 a 2010 na experimentálnej báze FAPZ SPU v Nitre, Dolná Malanta. Súradnice pokusnej lokality sú 48°19´ s.z.š., 18°09´ v.z.d. Pôdnym typom je hnedozem kultizemná, pôda je hlinitá, stredne ťažká, nadmorská výška územia je 170 m n. m. V pokuse sme sledovali konvenčné obrábanie pôdy t.j. stredne hlboká orba do hĺbky 0,20 – 0,25 m - (O1), redukované obrábanie (O2) a minimalizačné, t.j.tanierovanie do hĺbky 0,12 – 0,15 m - (O3). Tab. 1: Suma zrážok (mm) v roku 2009 a 2010 a odchýlka od dlhodobého normálu. Σ zrážok

Σ zrážok

v mm

v mm

Σ zrážok % klim. normálu v mm

% klim. normálu

Mesiac

(1961-1990) 2009

2010

I.

31

41,7

134,5

48,2

155,5

II.

32

57,3

179,1

27,4

85,6

III.

30

53,6

178,7

24,2

80,7

IV.

39

10,1

66,2

95,3

244,4

V.

58

38,1

65,7

156,3

269,5

VI.

66

79,4

120,3

158,3

239,8

VII.

52

69,8

134,2

51,9

99,8

199


Varianty hnojenia boli H1 - nehnojená kontrola, H2 - hnojený variant priemyselnými hnojivami a H3 variant aplikácia priemyselných hnojív a zaoranie pozberových zvyškov predplodiny.Hodnoty teplôt a zrážok za jednotlivé pestovateľské ročníky sú uvedené v Tab. 1.Na meranie vlhkosti pôdy bol použitý prístroj Virrib W/Amet, ktorý kontinuálne registruje momentálny obsah vody v pôde (W % obj.). Prístroj bol zapravený v pôde do hĺbky 0,25 m na variantoch O1 a O3. V jednotlivých rokoch bolo vykonaných 25 - 29 meraní.Výsledky experimentu boli vyhodnocované v štatistickom programe Statistica 6 pomocou viacfaktorovej analýzy rozptylu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Objektívnym výrobným činiteľom v rastlinnej výrobe je počasie. Vplyv počasia na úrodu a kvalitu pestovaných plodín sa výrazne podieľa na ekonomike poľnohospodárstva. Jačmeň siaty jarný je veľmi produktívna plodina. Za pomerne krátke vegetačné obdobie (95-120 dní) dokáže vytvoriť pozoruhodné množstvo akostnej hmoty. Vyžaduje si to vhodné podmienky pre koreňovú sústavu, t.j. zaistenie dostatočného prísunu živín, vody a dostatok vzduchu. Okrem pôdnych vlastností je potrebné dodržiavať vysokú úroveň všetkých agrotechnických zásahov v optimálnych termínoch (Šoltysová, Danilovič, 2005). Vzhľadom k zložitým vzťahom medzi množstvom vody v rastline a v okolitom prostredí vrátane pôdy, nie je možné zaviesť jednoduché kritérium, podľa ktorého by bolo možné objektívne hodnotiť ako veľkému stresu z nedostatku vody je rastlina vystavená (Procházka a i. 1998).Úrodu zrna štatisticky významne ovplyvnili pestovateľský ročník a hnojenie (Tab. 3). Najvyššia priemerná úroda bola dosiahnutá v poveternostne priaznivejšom roku 2009 (4,92 t.ha-1) V poveternostne nepriaznivejšom ročníku z hľadiska úhrnu a rozloženia zrážok počas vegetácie 2010 bola úroda 2,35 t.ha-1. Rozdiely v úrodách zrna medzi jednotlivými rokmi boli štatisticky vysoko preukazné (Tab. 4). Pestovateľské ročníky 2009 a 2010 z pohľadu priemerných úhrnov zrážok boli v porovnaní s klimatickým normálom veľmi rozdielne. V roku 2009 boli mesiace predvegetačného obdobia (január – marec) zrážkovo nad normál (od 134,5 do 179,1 %). Mesiac apríl a máj zrážkovo pod normálne, jún a júl mierne nad dlhodobým normálom ( Tab. 1) V roku 2010 v III. dekáde marca úhrn zrážok dosiahol 15 mm, čím sa vytvorili dobré vlahové podmienky na vzchádzanie porastov. Mesiace apríl, máj a jún môžeme hodnotiť ako rizikové mesiace z pohľadu zrážok, kedy v týchto mesiacoch boli vysoko nadnormálne zrážky (od 239,8 % do 269,5% klimatického normálu), ktoré negatívne ovplyvnili odnožovanie a celkový počet klasov s výrazným poklesom úrod na sledovaných variantoch. Tab. 2: Priemerná teplota vzduchu (oC) a suma zrážok R (mm) počas vegetačného obdobia jačmeňa jarného v rokoch 2009 a 2010. Rok

Mesiac

III.

IV.

V.

VI.

VII.

x (o C), Σ R (mm)

2009

2010

teplota oC

5,5

14,0

15,5

17,1

20,6

14,5

Σ zrážky

-

10,1

38,1

79,4

69,8

197,4

teplota oC

5,3

10,6

15,2

20,1

23,0

14,8

Σ zrážky

15,0

95,3

156,3

158,3

36,0

460,9

200


Sleziak (2004) považuje za optimálne rozdelenie zrážok a priemerných denných teplôt v predvegetačnom období a počas ontogenézy jačmeňa nasledovne: január a február 55-60 mm, marec 35-40 mm, apríl 45- 55 mm, máj 65- 70 mm, jún 55-60 mm, čo znamená celkový úhrn zrážok 255-285 mm. Priemerné mesačné teploty: marec 5-7 oC, apríl 10-13 oC, máj 1720 oC, jún do 25 oC, júl do 28 oC V interakcii roka s hnojením na všetkých úrovniach hnojenia boli najvyššie úrody zaznamenané v roku 2009 a najnižšie v roku 2010. Varianty hnojenia H2 a H3 mali preukazne vyššiu úrodu zrna v porovnaní s nehnojenou kontrolou (Tab. 4). Najvyššia úroda 5,29 t.ha-1 bola dosiahnutá na H2 variante hnojenia v interakcii s minimalizačným spôsobom obrábania pôdy. Medzi hnojenými variantmi boli rozdiely v úrodách štatisticky nepreukazné. Z našich predchádzajúcich výsledkov vyplýva, že vo vlahovo normálnych ročníkoch jačmeň kladne reaguje úrodou zrna na konvenčné obrábanie pôdy (Žembery, Molnárová, Illéš, 2004). Jačmeň jarný dosiahol najnižšiu priemernú hodnotu vlhkosti pôdy v roku 2009 v prvej a druhej dekáde júna 16,1 a 15,1 % obj., čo korešponduje s nízkym úhrnom zrážok v mesiaci apríl a máj. V roku 2010 sme dosiahli najvyššiu hodnotu vlhkosti pôdy v mesiaci jún (32,8 %), kedy boli zaznamenané aj najvyššie úhrny zrážok v tomto období (158,3 mm), čo predstavuje 239,8 % dlhodobého normálu. Hodnoty vlhkosti pôdy boli v obidvoch rokoch vyššie na konvenčnom spôsobe obrábania. V roku 2009 bola priemerná vlhkosť pôdy na konvenčnom spôsobe obrábania pôdy 18,7 % obj. a na minimalizačnom spôsobe obrábania bola nižšia o 3,9 % obj. V roku 2010 sme na konvenčnom spôsobe obrábania pôdy mali priemernú hodnotu vlhkosti za vegetáciu 30,6 % obj. a na minimalizačnom bola nižšia o 4,5 % obj. Tieto hodnoty sú podobné ako v predchádzajúcich rokoch kedy sme zistili, že konvenčné spracovanie pôdy (vlhkosť pôdy 20,4 %) pozitívne vplývalo na obsah vody v pôde v porovnaní s minimalizačným (vlhkosť pôdy 17,5 %) hlavne v roku 2004, (Illéš, Kokindová, Líška, Žembery, 2006).

Graf 1: Úroda zrna jačmeňa jarného odrody Nitran v rokoch 2009 a 2010.

201


Graf 2: Vlhkosť pôdy (W obj.)v jačmeni jarnom a úhrn zrážok (mm) v roku 2009.

Graf 3: Vlhkosť pôdy (W obj.) v jačmeni jarnom a úhrn zrážok (mm) v roku 2010.

ZÁVER Pestovateľské ročníky 2009 a 2010 z pohľadu úhrnu zrážok boli v porovnaní s klimatickým normálom veľmi rozdielne, čo sa prejavilo na dosiahnutých úrodách zrna. Rovnomerné rozloženie zrážok v roku 2009 sa podieľalo na vyšších úrodách v tomto roku. Rok 2010 s extrémne vysokými zrážkami negatívne ovplyvnil formovanie produkčných parametrov, čo malo za následok zníženie úrod zrna jačmeňa jarného vplyvom podmáčania porastov. Po minimalizačnom obrábaní pôdy sme dosiahli v sledovanom období vyššie úrody avšak rozdiely medzi jednotlivými spôsobmi obrábania neboli štatisticky preukazné. Obidva hnojené varianty pozitívne ovplyvnili úrodu zrna. V roku 2009 bola priemerná hodnota vlhkosti pôdy veľmi nízka 16,7 % obj. v porovnaní s rokom 2010, kedy bola hodnota vlhkosti 28,3 % obj. V roku 2009 bola suma zrážok počas vegetácie nižšia 197,4 mm ako v nasledujúcom roku, kedy dosiahol úhrn zrážok 202


za vegetačné obdobie 460,9 mm. Z hľadiska zadržiavania vody sme zistili ako vhodnejší konvenčný spôsob obrábania pôdy, na ktorom boli v obidvoch rokoch vyššie hodnoty vlhkosti pôdy. Tab. 3: Analýza rozptylu úrod zrna jačmeňa jarného odrody Nitran priemer za roky 2009-2010.

Zdroj premenlivosti Preukaznosť Hnojenie

+

Obrábanie pôdy

-

Ročník

++

Tab. 4: Priemery a preukaznosť medzi variantmi obrábania pôdy, hnojenia a rokmi Obrábanie pôdy

Priemer

Hnojenie

Priemer

Ročník

Priemer

Konvenčné

3,53 a

Kontrola

3,14 a

2009

4,62 a

Redukované

3,32 a

Hnojený

3,66 b

2010

2,36 b

Minimalizačné

3,64 a

Hnojený + Pozberové zyšky

3,67 b

Priemerné hodnoty označené s rovnakým písmenom sa signifikantne nelíšili (p<0,05, HSD Tuckey test). LITERATÚRA Illéš, L., Kokindová, M., Líška, E., Žembery, J.: Vplyv obrábania pôdy na dynamiku zmien vlhkosti pôdy v jačmeni jarnom. In Pedogeneze a kvalitativní změny půd v podmínkách přírodních a antropicky ovlivněných území : sborník referátů z 11. pedologických dnů Koutynad Desnou, 2006 : 271-274. Procházka, S. et al.: Fyziologie rostlin. Praha Academia, 1998, 484 s. Sleziak, L. 2004: Rozhodujúce faktory úspešného pestovania jarného jačmeňa. Naše pole. 2, 2004 : 16-17 Šoltýsová, B., Danilovič, M.: Zmeny úrod a kvalitatívnych parametrov jačmeňa siateho jarného v závislosti od podmienok prostredia. „Bioklimatologie současnosti a budoucnosti“. 1. vyd., 2005. Žembery, J., Molnárová, J., Illéš, L.: Vplyv obrábania pôdy a poveternostných podmienok ročníka na úrodu zrna jačmeňa nahého. Aktuálne problémy riešené v agrokomplexe. Nitra: SPU, 2004, s.183-187.

203


THE EFFECT OF BIOTIC AND ABIOTIC FACTORS ON GRAIN YIELD OF SPRING BARLEY We monitored the effect of tillage methods and fertilization on grain yield of spring barley at the experimental field of SUA in Nitra Dolná Malanta in years 2009 and 2010. The differences in yields between conventional and minimized tillage methods were not significant. The highest yield 5.29 t.ha-1 was achieved in year 2009 at minimized tillage method on the fertilization variant H2. Higher yields were achieved in year with favourable weather conditions 2009 with precipitation during vegetation 197.5 mm. We evaluate the year 2010 due to amount and distribution of rainfall as very humid with the total amount of rainfall during vegetation 460.9 mm, what caused a grain yield reduction.The average values of soil moisture (16.7 % dns.) were lower in year 2009. In year 2010 the average values of soil moisture level 28.3 % dens. On the conventional tillage method the moisture was in both years higher than on minimized tillage method.

Key words: spring barley, tillage, fertilization, soil moisture, yield

Poďakovanie: Príspevok vznikol za podpory VEGA 1/0816/11

204


TRANSPORT VODY V ROSTLINÁCH CHMELE ZA DOSTATEČNÉ A SNÍŽENÉ DOSTUPNOSTI VODY V PŮDĚ Gloser V.1, Baláž M.1, Svoboda P.2 1

Masarykova Univerzita, Přírodovědecká fakulta, Ústav experimentální biologie, Kotlářská 2, 611 37 Brno, [email protected],

2

Chmelařský institut s.r.o., Kadaňská 2525, 438 46 Žatec

ABSTRAKT Práce ukazuje, že odrůdy chmele se mezi sebou mohou lišit v některých znacích, které podmiňují jejich rozdílné reakce na nedostatek vody v půdě. Odrůdy Premiant a Osvaldův klon 31 se lišily zejména v hustotě průduchů na jednotku plochy listu. Menší hustota průduchů u odrůdy Premiant zřejmě přispěla i k menší rychlosti její transpirace. Premiant také citlivěji reagoval na pokles obsahu vody v půdě zpomalením rychlost transpirace. Podrobnější analýza významu těchto odlišností pro přežívání a produktivitu rostlin chmele za nedostatku vody by mohla pomoci při výběru a šlechtění nových odrůd pro pěstování v podmínkách suššího klimatu.

Klíčová slova: Humulus lupulus,průduchová vodivost, hustota průduchů, transpirace, vodní potenciál ÚVOD Udržení vysoké produktivity chmele v podmínkách klesajícího úhrnu srážek (Trnka et al. 2008, Kopecký et Ježek 2008) bude vyžadovat výběr odrůd tak, aby jejich vlastnosti ve využívání vody odpovídaly dostupnosti zdrojů na dané lokalitě. Problémem v agrotechnické i šlechtitelské práci při pěstování chmele je vážný nedostatek informací o relevantních znacích rostlin využitelných pro identifikaci vhodného genotypu v souvislosti s využitím vody rostlinami a jejich reakcí na sucho. Cílem této práce bylo zjistit, jak se liší dvě odrůdy chmele ve znacích spojených s transportem a využitím vody. Případné významnější meziodrůdové rozdíly v některých znacích by bylo potenciálně možné využít jako kritérium při výběru vhodných odrůd pro další šlechtění. MATERIÁL A METODY K experimentům byly použity tříleté rostliny odrůd Premiant a Osvaldův klon 31. Rostliny byly od počátku vegetace pěstovány ve skleníku v květináčích o objemu 15 litrů a oporu jim tvořila 4 m vysoká dřevěná tyč. V době odběru vzorků se většina rostlin nacházela ve fázi prodlužovacího růstu (BBCH 19) a dosáhla výšky 3-4 m. Rychlost transpirace byla stanovena gravimetricky vážením celých rostlin mezi 8 a 18h v hodinových intervalech. Květináče byly v průběhu měření uzavřeny v plastových sáčcích, aby výpar vody z půdy probíhal výhradně prostřednictvím rostliny. Vodní potenciál listů byl stanoven psychrometricky (Wescor HR33, Wescor Inc. USA). Vodivost průduchů byla měřena pomocí porometru AP4 (Delta-T Devices Ltd., UK). Obsah vody v půdě v květináčích byl sledován pomocí čidla ML2x ThetaProbe připojeného k měřiči HH2 Soil moisture meter (Delta-T Devices Ltd., UK). Listová plocha celých rostlin byla zjištěna na základě hmotnosti sušiny listů celé rostliny a převodního faktoru mezi hmotností a listovou plochou zjištěnou na reprezentativním vzorku listů pomocí analýzy jejich digitalizovaného obrazu. VÝSLEDKY A DISKUZE Rozdíl mezi odrůdami v rychlosti transpirace nebyl příliš výrazný (Tab. 1). Rostliny OK31 vykazovaly mírně vyšší rychlosti transpirace než Premiant. Výraznější rozdíly byly 205


zjištěny ve vodivosti průduchů, kde byla u rostlin OK31 zjištěna o 20% vyšší vodivost než u Premiantu. Vyšší vodivost může být jednak důsledkem větší otevřenosti průduchové štěrbiny, ale může ji také ovlivnit množství průduchů na jednotku plochy listu. V tomto experimentu se ukázalo, že vyšší vodivost v případě OK31 byla pravděpodobně způsobena vyšším hustotou průduchů. Hustota průduchů byla, podobně jako vodivost, o 20% vyšší u rostlin OK31. Rozdíly ve vodivosti průduchů, a v konečném důsledku i v rychlosti transpirace, mohla tedy významně ovlivnit rozdílná morfologie pokožky listů obou odrůd. Hustota průduchů je zřejmě znakem, ve kterém se některé odrůdy chmele mohou významně odlišovat, a který by mohl být potenciálně užitečný pro predikce strategie odrůdy v hospodaření s vodou. Bude však nutné dále zkoumat význam tohoto znaku pro fungování rostlin chmele v řízených podmínkách, zejména za stálé ozářenosti. Přesné zjištění relativního podílu hustoty průduchů a velikosti štěrbiny jednotlivého průduchu na celkové rychlosti transpirace vyžaduje měření za maximální otevřenosti průduchů u sledovaného druhu. V přírodních podmínkách je záření pro otevřenost průduchů často hlavním omezujícím faktorem, zejména při kolísání ozářenosti v důsledku přirozeném chodu oblačnosti. Tento efekt se projevil i v našich měřeních, kde průměrné množství záření v průběhu celodenního měření bylo 210 mol m-2 s-1 a zjištěná rychlost transpirace dosahovala 47-54% potenciálního výparu naměřeného výparoměry v průběhu experimentu.

Tabulka 1: Rychlost transpirace, vodivost průduchů, hustota průduchů a vodní potenciál listů rostlin chmele odrůd Osvaldův klon 31 (OK 31) a Premiant. Průměrné hodnoty byly získány na rostlinách (n=4-6) opakovaným měřením v průběhu jednoho dne. V závorkách je uvedena střední chyba průměru. OK 31 Rychlost transpirace (g m-2 h-1) -2 -1

Vodivost průduchů (mmol m s ) -2

Hustota průduchů (mm ) Vodní potenciál listů (MPa)

Premiant

45,1 (3)

39,8 (3)

179,6 (21)

148,0 (11)

470,9 (36)

379,5 (20)

1,26 (0,05)

1,48 (0,12)

Závislost rychlosti transpirace rostlin na snižující se dostupnosti vody v půdě, je důležitým kritériem pro posouzení strategie dané odrůdy v reakci na sucho (Schurr et al. 1992, Sperry 2000). Rychlý pokles rychlosti transpirace při snížení dostupnosti vody v půdě umožňuje dlouhodobě rostlinám přežívat nedostatek vody, avšak na druhou stranu může výrazně limitovat fotosyntetickou produkci rostliny, pokud dostupnost vody kolísá často. Naopak rostliny, které výrazně nezpomalují výměnu plynů za mírného nedostatku vody mohou udržovat vysokou produktivitu i při krátkodobém kolísání obsahu vody v půdě, avšak s rizikem významného poškození v případě déle trvajícího sucha (Heilmeier et al. 2007, Sperry 2000). V našich experimentech se ukázalo, že se sledované dvě odrůdy lišily v reakci na nedostatek vody v půdě. Zatímco pokles rychlosti transpirace s klesající dostupností vody v půdě byl u OK31 velmi mírný, transpirace rostlin Premiantu poklesla za nedostatku vody v půdě výrazně.Odrůda Premiant je podle našich zjištění lépe vybavena na úspěšné přežívání nedostatku vody. Důležitým dalším krokem v analýze důsledků nedostatku vody na sledované odrůdy bude tedy zjistit, do jaké míry je menší rychlost transpirace a vyšší citlivost k nedostatku vody v půdě vykoupena sníženou produktivitou rostlin v podmínkách sucha.

206


y = 9.5355x + 39.906 2 R = 0.057

-2

-1

Rychlost transpirace(gm h )

60

50

40

y = 30.853x + 24.9 2 R = 0.4881

30

OK 31 Premiant

20 0.200

0.300

0.400

0.500

Vlhkost půdy (g g

0.600 -1

0.700

0.800

)

Obr. 1: Závislost rychlosti transpirace na obsahu vody v půdě. Část rostlin byla ponechána několik dní bez zálivky a tím došlo ke zvětšení rozdílů mezi jednotlivými rostlinami v obsahu vody v půdě. Sledována byla reakce odrůd Osvaldův klon 31 (OK 31) a Premiant. Každý bod představuje průměrnou rychlost transpirace jedné rostliny v průběhu dne získanou opakovaným měřením úbytku hmotnosti. Proložené přímky ilustrují možné odlišnosti mezi odrůdami. Literatura Heilmeler, H., Schulze, E.D., Fan, J., Hartung, W.: General relations of stomatal responses to xylem sap abscisic acid under stress in the rooting zone - a global perspective. Flora 202, 2007: 624-636 Kopecký, J., Ježek, J.: Vliv závlahy na výnos chmele v roce 2007. Chmelařství, 80, 2008: 149-153 Schurr, U., Gollan, T., Schulze, E.D.: Stomatal response to drying soil in relation to changes in the xylem sap composition of Helianthus annuus .2. Stomatal sensitivity to abscisic acid imported from the xylem sap. Plant Cell Environ. 15, 1992: 561-567 Sperry, J.S.: Hydraulic constraints on plant gas exchange. Agricult. Forest Meteorol. 104, 2000: 13-23 Trnka, M., Dubrovsky, M., Hlavinka, P., Brazdil, R., Mozny, M., Semradová, D., Žalud, Z., Dobrovolny, P., Stepanek, P., Hayes, M., Svoboda, M.: Drought in the Czech Republic and drought impacts on the yields of the main crops - future trends. Sborník z konference Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2008. CZU-VURV, Praha, 2008: 32-47

WATER TRANSPORT IN HOP PLANTS UNDER SUFFICIENT AND REDUCED WATER AVAILABILITY IN SOIL This work shows that hop cultivars may differ in some traits that underlie their different responses to low water availability in soil. Cultivars Premiant and Osvalds clone 31 differed namely in stomatal density per leaf area. Lower stomata density of cultivar Premiant most likely contributed to the lower rate of transpiration of these plants. Cultivar Premiant also responded more sensitive to the reduction in soil moisture by reduction in transpiration rate. More detailed analysis of significance of these differences for survival and productivity of hop plants under water shortage may help in selection and breeding of new cultivars for cultivation under conditions of dryer climate.

Key words: water availability,leaf area,stomatal density Poděkování Tato práce byla finančně podporována výzkumným projektem GAČR reg. č. 206/09/1967. 207


RAST Matricaria recutita L. A AKUMULÁCIA Cd A Cu V RASTLINNÝCH ORGÁNOCH JEDINCOV V RÔZNOM ŠTÁDIU ONTOGENETICKÉHO VÝVINU Peško M., Kráľová K., Masarovičová E. Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Mlynská dolina CH-2, SK-842 15 Bratislava, Slovenská republika; e-mail: [email protected]

ABSTRAKT Študoval sa rast rumančeka kamilkového (cv. Bona) a akumulácia kadmia, resp. medi v rastlinných orgánoch jedincov v rôznom štádiu ontogenetického vývinu. Výsledky potvrdili vyššiu mobilitu Cd v rastline v porovnaní s mobilitou Cu. Pozorovali sa významné rozdiely medzi rastlinami pestovanými v rámci experimentov s rôznym agrotechnickým termínom vysiatia, a tým aj s rôznou fyziologickou aktivitou. Staršie rastliny (3-mesačné), ktoré pochádzali z výsevu v agrotechnickom termíne (marec) boli fyziologicky aktívnejšie a v pletivách rastlinných orgánov akumulovali vyššie množstvá kovu ako rastliny mladšie (2 mesačné), vysiate neskôr (máj), teda po agrotechnickom termíne. Kľúčové slová: M. recutita, kadmium, meď, akumulácia, translokačný a bioakumulačný faktor

ÚVOD Kadmium nie je esenciálnym prvkom a preto už pri relatívne nízkych koncentráciách má nepriaznivý účinok na rast a vývin rastlín, nakoľko interferuje s príjmom, transportom a využívaním rôznych esenciálnych kovov v rastline, ovplyvňuje príjem vody rastlinou, inhibuje fotosyntetické procesy a vyvoláva peroxidáciu lipidov (prehľadne Sanita di Toppi a Gabrielli 1999). Kadmium je mobilný prvok, ľahko sa absorbuje koreňmi rastlín a transportuje sa do výhonkov, v dôsledku čoho predstavuje značné environmentálne riziko (Hasan et al, 2009). Na druhej strane, meď je esenciálnym prvokm, avšak jej vyššie koncentrácie sú fytotoxické, nakoľko Cu účinne inhibuje fotosyntetické procesy u rias aj cievnatých zelených rastlín (Yurela 2005).Rumanček kamilkový (Matricaria recutita L.) je vo všeobecnosti jednou z najčastejšie používaných liečivých rastlín a tvorí základ pre prípravu mnohých fytoterapeutických prípravkov. K zvýšenej akumulácii toxických kovov v úboroch rastlín M. recutita pestovaných v rôznych lokalitách Východného Slovenska prispievala vyššia teplota aj vyššia zrážková činnosť (Šalamon et al. 2007). Cieľom práce bolo študovať rast rumančeka kamilkového (cv. Bona) a akumuláciu kadmia, resp. medi v rastlinných orgánoch jedincov v rôznom štádiu ontogenetického vývinu. MATERIÁL A METÓDY Na kultiváciu experimentálnych rastlín sa použili semená rumančeka kamilkového, cv. Bona, ktoré nám poskytol Ústav agroekológie SCPV v Michalovciach. Semená sa vysiali na pôdu v dvoch termínoch: 30. marca (experiment A) a 28. mája (experiment B)V rámci experimentu A sa rastliny premiestnili do hydropónií po 12 týždňoch kultivácie v laboratóriu na dennom svetle, zatiaľ čo v rámci experimentu B už po 8 týždňoch kultivácie v laboratóriu na dennom svetle. V hydropóniách sa rastliny pestovali 7 dní v kontrolovaných podmienkach (priemerná teplota vzduchu: 25 ± 0.5 oC, relatívna vlhkosť vzduchu: 80 % a energia fotosynteticky aktívneho žiarenia: 80 µmol m–2 s–1): kontrolný variant v Hoaglandovom roztoku, resp. varianty s

208

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 odstupňovanou koncentráciou kovu v Hoaglandovom roztoku. Na experimenty sa použili 3CdSO4.8H2O a CuSO4.5H2O analytickej čistoty (Lachema Brno, ČR). Po ukončení experimentov sa stanovila suchá hmotnosť koreňov a výhonkov. Obsah Cd v rastlinných orgánoch sa stanovil pomocou AAS (Perkin Elmer 1100, USA). VÝSLEDKY A DISKUSIA Z údajov o suchej hmotnosti rastlinných orgánov rumančeka kamilkového (cv. Bona) po

aplikácii CdSO4 and CuSO4 (Tab. 1) je zrejmé, že kultivar Bona je tolerantný voči stresu indukovanému Cd a Cu, pretože výraznejší toxický účinok sa prejavil až pri aplikácii najvyššej koncentrácie kovu (24 µmol dm-3). Je však potrebné poznamenať, že zatiaľ čo suchá hmotnosť výhonkov rastlín kultivovaných v experimente A a B bola porovnateľná, suchá hmotnosť koreňov rastlín pestovaných v rámci experimentu B (kontrolný aj Cd(Cu) variant) bola približne dvojnásobná v porovnaní s hodnotami získanými u rastlín z experimentu A.

Tab. 1 Suchá hmotnosť rastlinných orgánov rumančeka kamilkového (cv. Bona) po aplikácii CdSO4 and CuSO4. Priemer ± S.E.; n = 14. Priemery označené odlišnými písmenami sa významne líšia na hladine významnosti 0,05. A-experiment vykonaný v júni; B- experiment vykonaný v júli.

Akumulácia Cd a Cu v koreňoch rastlín bola podstatne vyššia ako vo výhonkoch, pričom v oboch rastlinných orgánoch sa so zvyšujúcou sa koncentráciou kovu táto zvyšovala. Staršie rastliny (3-mesačné; experiment A), ktoré pochádzali z výsevu v agrotechnickom termíne (marec) boli fyziologicky aktívnejšie a akumulovali v pletivách rastlinných orgánov vyššie množstvá Cd ako rastliny mladšie (2 mesačné; experiment B) vysiate neskôr (máj), teda po agrotechnickom termíne. Túto skutočnosť odzrkadľujú aj hodnoty bioakumulačných faktorov (BAF) vzťahujúcich sa k akumulácii Cd a Cu v koreňoch a výhonkoch testovaných rastlín pestovaných v rámci experimentu A a B (Tab. 2). Hodnoty BAF vzťahujúce sa k akumulácii Cd a Cu vo výhonkoch vykazovali so zvyšujúcou sa koncentráciou Cd exponenciálny pokles. Zatiaľ čo BAF vzťahujúce sa k akumulácii kovu v koreni boli v prípade Cd iba nevýrazne vyššie ako v prípade Cu, BAF vzťahujúce sa k akumulácii kovu vo výhonku boli v prípade Cd prakticky o rád vyššie ako v prípade Cu (Tab. 2). Tento fakt poukazuje na výrazne vyššiu mobilitu Cd v rastline a je v súlade s našimi predchádzajúcimi zisteniami (Kráľová a Masarovičová 2008).

209


Tab. 2 Hodnoty množstva kovu akumulovaného v rastlinných orgánoch rastlín rumančeka kamilkového po aplikácii Cd, resp. Cu, príslušné bioakumulačné (BAF) a translokačné faktory (TF), ako aj podiel daného kovu. A - experiment vykonaný v júni; B - experiment vykonaný v júli

Hodnoty translokačného faktora (TF) udávajú podiel akumulovaného kovu vo výhonkoch a v koreňoch. Hodnoty TF vyhodnotené pre Cd sa pohybovali v rozmedzí 1.154-0.68 (experiment A), resp. 0.568-0.353 (experiment B), zatiaľ čo v prípade Cu v rozmedzí. 0.134-0.067 (experiment A), resp. 0,079-0,048 (experiment B) Významné rozdiely medzi rastlinami pestovanými v rámci experimentu A a B súvisia s rôznym agrotechnickým termínom vysiatia, a tým aj s rôznou fyziologickou aktivitou rastlín (staršie rastliny z experimentu A ukončili prirodzený ontogenetický vývin). Zatiaľ čo u rastlín exponovaných v rámci experimentu A v prípade najnižšej koncentrácie kovu (6 µmol dm-3) bolo viac 50 % Cd, resp. 11,9 % Cu akumulovaného rastlinou alokované vo výhonku; u rastlín 210


z experimentu B dosahoval obsah kovu iba 36 % (Cd), resp. 4.5 % (Cu). Podstatne vyšší podiel Cd vo výhonku rastlín pestovaných v rámci experimentu A sa pozoroval aj pri aplikácii vyšších koncentrácií Cd, v prípade Cu však boli rozdiely menšie (Tab. 2). Z uvedeného vyplýva, že fyziologicky aktívnejšie výhonky mali vyššiu atrakčnú silu, napr. v dôsledku intenzívnejšieho transpiračného prúdu (napr. Masarovičová et al. 2002). Pomer suchej hmotnosti (s.h.). koreňa k s. h. výhonku (R:S) bol u rastlín z experimentu B v rozmedzí 0.323-0.352, zatiaľ čo u rastlín z experimentu A iba 0.142-0.171 (Tab. 1). Pravdepodobne preto rastliny z experimentu A vykazovali nižšiu toleranciu voči stresu spôsobenému Cd, čo sa odrazilo v zvýšenej miere akumulácie Cd v oboch rastlinných orgánoch (obr. 2). Vysoký podiel Cd alokovaný vo výhonkoch vzhľadom k celkovému množstvu Cd akumulovaného rastlinami v experimente A bol výrazne ovplyvnený skutočnosťou, že suchá hmotnosť výhonkov rastlín ošetrených Cd bola približne šesťnásobná v porovnaní so suchou hmotnosťou koreňov (S:R v rozmedzí 5.86-7.06), zatiaľ čo v prípade rastlín z experimentu B bola iba trojnásobná (S:R v rozmedzí 2.84-3.10). Výsledky potvrdili, že aj kultivar rumančeka kamilkového Bona je účinným akumulátorom Cd a je tiež relatívne tolerantný voči stresu spôsobenému Cd. Translokáciu tohto kovu z koreňov do výhonkov však významne ovplyvňujú vnútorné faktory (ontogenetický vývin, prerozdelenie asimilátov medzi koreň a výhonok - S:R pomer) aj vonkajšie faktory - termín výsadby, kultivačné podmienky (hlavne teplota ovplyvňujúca transpiračný tok).

Literatúra Sanita di Toppi, L., Gabrielli, R.: Respnse to cadmium in higher plants. Environ. Exp. Bot. 41(10), 1999 : 105-130 Hasan, S., A., Fariduddin, Q., Ali, B., Hayat, S., Ahmad, A.: Cadmium: Toxicity and tolerance in plants. J. Environ. Biol. 30(10), 2009 : 165-174 Yruela, I.: Copper in plants. Braz. J. Plant Physiol. 17, 2005 : 145-156 Šalamon, I., Kráľová, K., Masarovičová, E.: Accumulation of cadmium in chamomile plant cultivated in eastern Slovakia regions. Acta Hort. (ISHS) 749, 2007 : 217-222 Kráľová, K., Masarovičová, E.: EDTA-assisted phytoextraction of copper, cadmium and zinc using chamomile plants. Ecol. Chem. Engin. 15(3), 2008 : 213-220 GROWTH OF Matricaria recutita L. AND ACCUMULATION OF Cd AND Cu WITHIN PLANT ORGANS IN DIFFERENT STAGE OF ONTOGENETICAL DEVELOPMENT Growth of Matricaria recutita (L.)(c. Bona) and Cd or Cu accumulation in plant organs of individuals in different ontogenetical stage was studied. The results confirmed higher mobility of Cd within the plant in comparison with Cu mobility. Significant differences were observed between plants cultivated in experiments with different agrotechical date of outplanting and thereby also with different physiological activity of plants. Older (3 month old) originating from sowing in agrotechnical date (March) were physiologically more active and accumulated in tissues of plant organs higher metal amounts than younger (2 month old) plants sowed later (May), thus after the agrotechnical date. Key words: M. recutita, cadmium, copper, accumulation, translocation and bioaccumulation factors PoďakovanieTúto prácu finančne podporila Sanofi Aventis Pharma Slovakia.

211


TOLERANCIA VYBRANÝCH ODRÔD HRACHU (Pisum sativum L.) NA DEFICIT VODY Krivosudská E., Filová A. Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra fyziológie rastlín, Trieda A. Hlinku 2, 949 01 Nitra, Slovenská republika, [email protected]

ABSTRAKT Malá zásoba vody v pôde, vysoké intenzity žiarenia a vysoké teploty vedú často k výrazným stratám na úrode. Tieto negatívne javy klimatických zmien môžu byť zmiernené napr. vhodným výberom rastlín, zlepšením hospodárenia s vodou i zavlažovacími systémami. Riešením môže byť i využitie genotypov, ktoré nám aj v sťažených podmienkach prinesú spoľahlivé úrody v primeranej kvalite. Z uvedeného dôvodu cieľom práce bolo počas obdobia dehydratácie u rôznych genotypov hrachu sledovať niekoľko fyziologických parametrov - zatváranie prieduchov, relatívny obsah vody v listoch, osmotický potenciál a osmotické prispôsobenie. Z výsledkov vyplynuli jednoznačné závery, že olistené genotypy hrachu majú nižšiu schopnosť osmotického prispôsobenia počas dlhšietrvajúceho sucha ako semileafless (úponkové) typy, ktoré sa vyznačovali vyššou schopnosťou osmoticky sa prispôsobiť a mohli by zároveň poslúžiť pri výbere tolerantných genotypov a byť jednou z alternatív pestovania hrachu v budúcnosti.

Kľúčové slová: vodný stres, hrach, osmotický potenciál, relatívny obsah vody, osmotické prispôsobenie

ÚVOD Každý faktor vonkajšieho prostredia má svoje hranice s minimálnou a maximálnou hodnotou, v rámci ktorých je organizmus schopný bez problémov prežiť. Extrémne hodnoty vyvolávajú v rastlinách stresovú reakciu alebo stresovú odpoveď. V rámci stresových faktorov prostredia je potrebné sledovať nielen biotické faktory ale aj abiotické faktory, ako sú meteorogénne faktory (extrémne teploty, nadmerné žiarenie, nedostatok vody, nedostatok kyslíka na zatopených pôdach, nadbytok iónov). Pri dlhodobom pôsobení stresového faktora môže dôjsť až k poklesu odolnosti (Masarovičová et al., 2002). Často diskutovanou problematikou sú za posledné roky práve otázky premenlivosti podmienok prostredia, ktoré sa dávajú do súvisu s globálnymi klimatickými zmenami. Práve globálne otepľovanie, pokles zásob pôdnej vlahy a tým aj zásobovanie rastlín vodou, ekologická zraniteľnosť rastlín, môžu byť zdrojom zmien ich produkčnej výkonnosti. Preto je sucho najvážnejším faktorom, limitujúcim úrody hlavných poľnohospodárskych plodín. V rámci strukovín je hrach pomerne plastická plodina, ale pri vytváraní úrody sú preň tiež dôležité podmienky stanovišťa (Pospíšil, Candráková, 2004). Vyššie požiadavky hrachu na vlahu sú pri klíčení a začiatku tvorby generatívnych orgánov, púčikov a kvetov. Pri suchom počasí dochádza k opadávaniu kvetov a znižovaniu počtu semien v strukoch, čoho výsledkom môže byť opäť znížená produkčná výkonnosť. Preto aj zámerom práce bolo sledovať toleranciu rôznych genotypov hrachu na sucho.

212


MATERIÁL A METÓDY Počas experimentálnych meraní boli v dvoch pokusných rokoch sledované vybrané genetické zdroje hrachu siateho, ktoré nám poskytla Šľachtiteľská stanica, a. s. Horná Streda. Pre posúdenie tolerancie voči deficitu vody boli testované domáce genotypy (Xantos, Svit), vyšľachtené na uvedenej šľachtiteľskej stanici a dva zahraničné genetické zdroje Novozélandský a Debrecényi Galamb (olistené typy).Genotypy Svit a Xantos patria k semileafless – typom s redukovanou listovou plochou. Svit je žltosemenná, poloskorá odroda hrachu, povolená podľa LRO v roku 2001, intermediárneho vzrastu, vhodná na produkciu suchého semena na potravinárske a krmovinárske využitie. Vyznačuje sa dobrým zdravotný stavom, najmä odolnosťou proti fuzariózam a múčnatke. Farebne vyrovnané semeno je stredne veľké s nižšou hmotnosťou tisíc zŕn HTZ 245 g. Xantos je nová, žltosemenná odroda, povolená podľa LRO v roku 2004, vhodná pre pestovanie vo všetkých výrobných oblastiach. Je to poloskorá odroda, intermediárneho vzrastu, ktorá sa vyznačuje výborným zdravotným stavom, najmä odolnosťou proti fuzariózam, múčnatke a chorobám ascochyta – komplexu. Má veľmi dobrú odolnosť proti poliehaniu a dosahuje výbornú úrodu semena. Experimentálne merania sa realizovali v prirodzených klimatických podmienkach. V dopoludňajších hodinách prebiehali merania difúznej vodivosti (gc) na adaxiálnej i abaxiálnej strane listov porometrom Delta-T-Devices (Cambridge, England).Rôznym analýzam boli podrobené plne vyvinuté dospelé listy z dehydratovaných aj kontrolných rastlín. Vzorky listov boli vždy odoberané v ranných hodinách. V rámci meraní boli sledované rôzne fyziologické parametre ako je relatívny obsah vody v listoch, osmotický potenciál, obsah asimilačných pigmentov i obsah voľného prolínu. Gravimetrickou metódou bol stanovený relatívny obsah vody (v %). Osmotický potenciál (v MPa) bol stanovený psychrometricky (Wescor, Logan, Utah, USA).Z vyššie spomenutých hodnôt osmotického potenciálu listov (kontrolných aj dehydratovaných rastlín), prepočítaného na plne hydratovaný stav, sme mohli určiť osmotické prispôsobenie podľa Wilsona et al. (1979). Vychádzali sme z údajov relatívneho obsahu vody v listoch a korekcie (B=18%) pre apoplastickú vodu (Babu et al., 1999). Na stanovenie osmotického prispôsobenia (OA) sme pri rastlinách hrachu v nádobových pokusoch použili metódu odhadu OA ako rozdielu osmotických potenciálov kontrolných a dehydratovaných rastlín, prepočítaných na plné nasýtenie vodou podľa Wilsona et al. (1979). VÝSLEDKY A DISKUSIA V meniacich sa podmienkach prostredia narastá potreba využívania odrôd schopných tolerovať nepriaznivé faktory prostredia, predovšetkým sucho, v rôznych fenofázach rastu. V literatúre je značná diskusia o potenciálnej úlohe fyziologického výskumu v šľachtení rastlín. Všeobecne sa pri skríningu genotypov na toleranciu k menej priaznivým abiotickým a biotickým faktorom prostredia dostáva do popredia fyziologický prístup. Umožňuje pracovať s väčšou šírkou genotypov, než klasický agronomický prístup, urýchľuje šľachtiteľský proces. Ten sa stáva rozhodujúcim vo finálnej fáze hodnotenia najlepších vybraných genotypov. Zvlášť významné je to pri tak komplexnom faktore ako je sucho, kde sa ešte nepodarilo presne špecifikovať genetickú podmienenosť (Reynolds et al., 2001).

213


0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3 -3,5 -4 XANTOS

SVIT

NOVOZÉLANDSKÝ DEBREC.GALAMB

pokles osmotického potenciálu

Obr. 1: Zmeny osmotického potenciálu [MPa] v priemere za dva roky

V rámci vyhodnocovania celého experimentu sa pozornosť sústredila na kapacitu osmotického prispôsobenia daných genotypov. OA sa pozitívne viaže na úrodu plodín, pričom bol väčšinou potvrdený pozitívny vzťah medzi OA a úrodou zrna v podmienkach sucha. Pre mierny vodný stres alebo krátko trvajúce sucho je OA veľmi účinný mechanizmus udržiavania turgoru a rastu, ak však sucho pôsobí príliš dlho, alebo je veľmi intenzívne, OA nemusí postačovať (Brestič et al., 2008). Osmotické prispôsobenie predstavuje znižovanie hodnôt osmotického potenciálu listov (obr. 1) ako uvádza Munns (1988) a zároveň pokles relatívneho obsahu vody, čoho dôkazom boli aj naše zistenia. Rozpätie hodnôt pre osmotické prispôsobenie nami sledovaných genotypov (Xantos, Svit, Novozélandský, Debrecényi Galamb) bolo 0,01 až 0,69 MPa, čo je v súlade s hodnotami publikovanými viacerými autormi pre rastliny pri výraznejšom deficite vody. Pri porovnávaní genotypov možno jednoznačne konštatovať, že výraznejšia kapacita pre osmotické prispôsobenie sa prejavila u tzv. semileafless foriem – v priemere odroda Xantos (0,65 MPa) a odroda Svit (0,52 MPa) v porovnaní s olistenými typmi (tabuľka 1). Zároveň spomenuté genotypy vykazovali vyššiu akumuláciu obsahu voľného prolínu, ktorý je reakciou rastlín na vodný deficit, aj keď niektoré druhy reagujú syntézou iných metabolitov, predovšetkým cukrov, betaínu zložitejších alkoholov. Schopnosť akumulovať tieto skupiny komponentov je viac – menej druhovo špecifická. Mnoho výskumov poukázalo na pozitívnu koreláciu medzi akumuláciou prolínu a osmotoleranciou rastlín tým, že stúpajúca hladina prolínu je výsledkom stresu (Tokihiko et al., 1999). Prolín slúži aj ako alternatívny elektrónový donor pre fotosystém II (PS II), ak dôjde k inhibícii alebo disociácii komplexu uvoľňujúceho kyslík (OEC) vplyvom vysokých teplôt alebo iných stresových faktorov. Táto zvýšená akumulácia prolínu prispieva k ochrane pred fotoinhibíciou a vylepšuje aj energetický stav rastlinných buniek pri ich regenerácii po uplynutí stresu (De Ronde et al., 2004).

214


Tabuľka 1: Osmotické prispôsobenie v listoch sledovaných genotypov hrachu Osmotické prispôsobenie [MPa] Genotyp

Priemer za roky 2005

2006

Xantos

0,69

0,61

0,65

Svit

0,41

0,63

0,52

Novozélandský

0,15

0,19

0,17

Debrecényi Galamb

0,01

0,04

0,03

ZÁVER Spomedzi testovaných genotypov sme sa zamerali aj na novšie vyšľachtené formy hrachu s redukovanou listovou plochou, ktorá je nahradená úponkami. Tieto bezlistové odrody, označované ako úponkové alebo semileafless typy sú považované za vývojove vyšší stupeň šľachtenia hrachu. I napriek redukcii listovej plochy bolo zistené, že sa ich úrodový potenciál šľachtením stále zvyšuje. V našom experimente sme dospeli k zisteniu, že práve úponkové typy boli tolerantnejšie k deficitu vody a môžu byť jednou z možností ďalšieho pestovania hrachu. V šľachtiteľských procesoch by mohli napomôcť pri tvorbe kvalitných genetických zdrojov pre zabezpečenie optimálnej produkcie v prirodzených podmienkach prostredia, ktoré je ovplyvnené pôsobením vysokých teplôt a dostupnosťou vody. Litreratúra Babu R.C., Pathan, M.S., Blum, A., Nguyen, H.T.: Comparison of measurement methods of osmotic adjustment in rice cultivars. In Crop science 31, 1999 : 150-158 Brestič, M., Olšovská, K., Hauptvogel, P.: Život rastlín v meniacich sa podmienkach prostredia: evolučná perspektíva pre 21. storočie. 1. vyd. – Brno: Tribun EU, 2008 : 131 s. ( Librix. sk ) ISBN 978 – 80 – 7399 – 566 -9. De Ronde, J. A., Cress, W. A., Kruger, G.H.J.: Photosynthetic response of transgenic soybean plants, containing an Arabidopsis P5CR gene, during heat and drought stress. In Journal of Plant Physiology 161, 2004 : 1211 – 1224. Masarovičová et al.: Fyziológia rastlín. Bratislava: Univerzita Komenského, 2002 : 303 s. ISBN 80223-1615-6. Munns, R.: Why measure Osmotic Adjustment? In Australian Journal of Plant Physiology 15, 1988: 717 – 726. Pospíšil, R., Candráková, E.: Strukoviny. Ústav vedecko –technických informácií pre poľnohospodárstvo. Nitra. 2004 : s. 85. ISBN 80 – 89088 – 39 – 2. Reynolds, M.P., Ortiz-Monasterio, J.I., McNab, A.: Application of Physiology in Wheat Breeding. Mexiko, D. F.: CIMMYT, 2001 : s.32. ISBN 970-648-077-3. Švec, M., Hauptvogel, P., Brestič, M., Mikulová, K.: Vyhľadávanie a identifikácia genetických zdrojov pšenice (Triticum spp. L.). Brno: Tribun EU, 2010: 139 s. ISBN 978-80-7399-966-7. Tokihiko, N., Masamoto, K., Yoshu, J., Yukika, S.: Biological functions of proline in morphogenesis and osmotolerance revealed in antisence transgenic Arabidopsis thaliana L. In The Plant Journal, Vol. 18, 1999 : 185 – 193

215

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Wilson, J.R., Fisher, M.J., Schultze, G.R., Dolby, G.R., Ludlow, M.M.: Comparison between pressure–volume and dew point hygrometry techniques for determining the water relations characteristics of grass and legume leaves. In Oecologia, 41, 1979 : 77-88

WATER DEFICIT TOLERANCE OF SELECTED PEA (Pisum sativum L.) GENOTYPES Small quantity of water in the soil, high intensity radiation and high temperature often lead to significant losses to crops. These negative effects of climate change can be mitigated throught appropriate choice of plant species, improving water management and irrigation systems. One of the solution is to use genotypes that even in difficult conditions will result in yield with reasonable quality. Therefore the aim study was to monitor the physiological parameters of four genetic resources of pea (Xantos, Svit, Novozélandský, Debrecényi Galamb). The influence of water stress was tested on some physiological parameters - stomatal closure, relative water content in leaf, osmotic potential and osmotic adjustment. Among tested genotypes „semileafless“ cultivars (Xantos and Svit) showed the higher capacity for osmotic adjustment during increasing drought conditions. Key words: water stress, pea, osmotic potencial, relative water content, osmotic adjustment Poďakovanie Práca bola riešená v rámci VTP aplikovaného výskumu číslo 1109/2004 MŠ SR G – 201.

216


TOXICKÉ PREJAVY KADMIA NA LIEČIVÚ JUHOAFRICKÚ RASTLINU Merwilla plumbea (LINDL.) SPETA

Vaculík M.1, Lux A.1,2, Martinka M.1, Lišková D.2, Kulkarni M. G.3, Stirk W. A.3, Van Staden J.3 1

Department of Plant Physiology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dolina B-2, SK-842 15 Bratislava, Slovak Republic 2 Department of Glycobiotechnology, Institute of Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, SK-845 38 Bratislava, Slovak Republic 3 Research Centre for Plant Growth and Development, School of Biological and Conservation Sciences, University of KwaZulu-Natal Pietermaritzburg, Private Bag X01, Scottsville 3209, South Africa

ABSTRAKT Merwilla plumbea je dôležitá liečivá rastlina využívaná v tradičnej juhoafrickej medicíne. Častokrát rastie na biotopoch kontaminovaných rôznymi toxickými kovmi, vrátane kadmia, čo môže viesť k intoxikácií ľudí. Cieľom práce bolo zistiť reakciu druhu Merwilla plumbea na zvýšené koncentrácie Cd pri kultivácií v médiu. Priama hydroponická kultivácia rastlín v roztokoch sa ukázala ako nevhodná pre daný druh rastliny. Zistili sme, že kadmium vo vysokých koncentráciách (5 mg Cd L-1) preukazne inhibuje rast a veľká väčšina Cd ostáva v koreňovom systéme a nie je transportovaná do cibule a nadzemnej časti. V apikálnych oblastiach koreňov exponovaných vysokým dávkam kadmia došlo k vytvoreniu suberinizovanej peridermálnej vrstvy, ktorá je charakteristická iba pre dvojklíčnolistové rastliny a pri jednoklíčnolistových je výnimočná. Slúži pravdepodobne ako bariéra radiálneho príjmu Cd do vnútorných oblastí koreňa

Kľúčové slová: Merwilla plumbea, liečivé rastliny, kadmium, ťažké kovy, periderm v jednoklíčnolistových rastlinách, anatómia koreňa, environmentálny stres MATERIÁL A METÓDY Semená rastliny Merwilla plumbea (Lindl.) Speta, získané z Botanickej záhrady Univerzity KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, Južná Afrika, klíčili pri laboratórnej teplote 10 dní na vlhkom filtračnom papieri. Vyklíčené mladé rastliny sa preniesli do perlitu a zavlažovali sa prvé štyri týždne vodovodnou vodou a ďalších osem týždňov Hoaglandovým roztokom s polovičnou koncentráciou zložiek. Takto predpestované rastliny sa využili v ďalších experimentoch. Kultivácia prebiehala dvomi spôsobmi – hydroponicky priamo v Hoaglandovom roztoku s polovičnou koncentráciou zložiek alebo v perlite, ktorý bol zalievaný Hoaglandovým roztokom s polovičnou koncentráciou zložiek. Rastliny v prípade obidvoch experimentov rástli v kultivačnej komore počas štyroch týždňov pri teplote 25°C, 60% vlhkosti vzduchu, 16/8 h fotoperióde deň/noc a pri intenzite osvetlenia 150 µmol m-2 s-1. V prípade obidvoch experimentov sme rastliny pestovali v troch variantoch: 1. kontrola – Hoaglandov roztok s polovičnou koncentráciou zložiek 2. Cd1 – ½ Hoaglandov roztok obsahujúci 1 mg Cd L-1 3. Cd5 – ½ Hoaglandov roztok obsahujúci 5 mg Cd L-1.

217


Kadmium sa aplikovalo vo forme Cd(NO3)2 4H2O. V prípade priamej hydroponickej kultivácie sa roztoky vymienali raz týždenne, pri kultivácii v perlite sa rastliny zavlažovali raz týždenne 100 ml roztoku. Po štyroch týždňoch celkovej kultivácie sa zaznamenala čerstvá a následne po päťdňovom sušení pri teplote 70°C aj suchá hmotnosť koreňov, cibúľ a listov. Obsah Cd sa determinoval v jednotlivých rastlinných orgánoch pomocou ICP-MS. Pre zistenie anatomickej stavby koreňa sa zhotovila séria ručných rezov farbených toluidínovou modrou. Depozícia suberínu do pletív koreňa sa zaznamenala pomocou farbenia fluorescenčným farbivom Fluorol Yellow 088 v kombinácii s kyselinou mliečnou (Lux et al., 2005). Všetky experimenty boli nezávisle zopakované trikrát a preukaznosť rozdielov bola porovnaná pomocou softvéru Statghraphics (Statgraphics Centurion XV, v. 15.2.05, StatPoint, Inc.) (hladina preukaznosti 0.05). VÝSLEDKY A DISKUSIA Rastliny kultivované priamo v hydroponickom roztoku zastavili svoj rast a len v prípade kontrolného variantu došlo k ojedinelej tvorbe nových koreňov. Väčšina koreňov v obidvoch Cd variantoch postupne odumrela. Z výsledkov je zrejmé, že kultivácia druhu Merwilla plumbea priamo v hydroponickom roztoku nie je vhodná.V prípade rastlín pestovaných v perlite sme zaznamenali preukazné rozdiely medzi kontrolným variantom a variantom ovplyvneným Cd. Čerstvá a suchá hmotnosť koreňov a listov rastlín v Cd1 variante preukazne klesla viac ako o 50 % v porovnaní s kontrolnými rastlinami a tento pokles tvorby biomasy bol ešte výraznejší pri vyššie použitej koncentrácií Cd (Cd5 variant). Preukazný rozdiel v čerstvej a suchej hmotnosti cibúľ bol zaznamenaný iba pri Cd5 variante, kontrolný variant sa preukazne neodlišoval od nižšie použitého kadmiového stresu (Cd1). Obsah kadmia v jednotlivých orgánoch varíroval, pričom najväčšia koncentrácia kadmia bola v koreni. Tieto výsledky korešpondujú so zisteniami iných autorov pri viacerých druhoch rastlín (Lux et al., 2011a), pričom predpokladáme, že depozícia Cd v koreni slúži ako ochrana nadzemných častí rastlín pred jeho toxickým pôsobením. Rozdiely v koncentrácii Cd medzi jednotlivými časťami rastlín boli markantnejšie pri vyššej použitej Cd koncentrácií. Koncentrácia Cd v koreňoch bola pri Cd5 variante okolo 15-krát vyššia v porovnaní s cibuľami a približne 30-krát vyššia v porovnaní s listami kontrolných rastlín. Podobne, vyššie koncentrácie Cd v koreňoch cibuľovín zaznamenali aj Soudek et al. (2009), pričom 75 % Cd sa akumulovalo v koreňoch a zvyšok kadmia sa transportoval do cibúľ (18 %) a do listov (7 %). Napriek tomu, že translokačný pomer pri druhu Merwilla plumbea je pomerne nízky, hodnoty obsahu Cd v cibuliach, ktoré sú predmetom zberu pre potreby tradičnej juhoafrickej medicíny, prekračujú limitné hodnoty obsahu Cd (0,3 ppm) platné podľa noriem svetovej zdravotníckej organizácie (WHO). Podobná situácia sa pozorovala napr. aj pri druhu Tulbaghia violacea (Street et al., 2010). Preto by sa mali vzorky rastlinných produktov pochádzajúcich zo zberov v prírode pravidelne podrobovať kontrole obsahu toxických látok.Pri adventívnych koreňoch druhu Merwilla plumbea sme v kontrole zaznamenali typickú stavbu jednoklíčnolistových rastlín. Koreň je tvorený jednovrstvovou rhizodermou, relatívne širokým kortexom s jednou vrstvou hypodermálnych buniek, ktoré v určitej vzdialenosti od apexu koreňa tvoria Casparyho pásik a suberínovú lamelu. Endoderma vytvára Casparyho pásik v kontrolných podmienkach relatívne blízko pri apexe (3 mm), pričom neskôr dochádza ku kontinuálnej suberinizácii bunkových stien. Stredný valec je úzky a pozostáva z jednovrstvového pericykla, 6-12 pólov xylému a floému a centrálnej parenchymatickej oblasti. Vplyvom pôsobenia Cd došlo k zmenám v anatomickej stavbe adventívnych koreňov. Pri vyššej použitej Cd koncentrácii sme pozorovali tvorbu peridermu na vnútornej strane/ kortexu v oblasti priliehajúcej k exoderme (Obr.1). Bunky sa delili periklinálne a ich deriváty okamžite subernizovali svoje bunkové steny. Prvé periklinálne delenie bolo zaznamenané vo vzdialenosti približne 5 mm od apexu. Doteraz sa pozorovala 218


tvorba peridermu v prípade jednoklíčnolistových rastlín iba ojedinele. V prípade cibuľovín bola zaznamenaná tvorba ochranného peridermu po infekcií hubou z rodu Penicillium (Saaltink, 1971). Výnimočne sa pozorovala tvorba peridermu aj v prípade niektorých druhov čeľade Asparagales (Kauff, 2000). Akokoľvek, doteraz nebola zdokumentovaná tvorba peridermu v apikálnej oblasti jednoklíčnolistových rastlín, a preto predpokladáme že v prípade druhu Merwilla plumbea ide o špecifickú obrannú reakciu pletív koreňa voči toxickému pôsobeniu kadmia (Lux et al., 2011b).

Obr.1 Priečny rez apikálnou časťou adventívneho koreňa druhu Merwilla plumbea. Koreň rastliny, ktorá rástla v médiu s obsahom kadmia (5mg L-1 Cd) farbený fluorescenčným farbivom Fluorol Yellow 088 na detekciu suberínu. Šípky ukazujú na periklinálne delenie a následnú depozíciu suberínu do bunkových stien peridermy v kortikálnej oblasti priľahlej ku exoderme. Vysvetlivky: ep – epiderma (rhizoderma), ex - exoderma, me - mezoderma, pe suberinizovaný periderm. Mierka 50 µm.

ZÁVER Kadmium sa akumuluje v prípade druhu Merwilla plumbea – rastliny využívanej v tradičnej juhoafrickej medicíne, prednostne v koreni a znižuje preukazne rast rastlín. Napriek tomu koncentrácia Cd v cibuliach presahuje limitné hodnoty povolené WHO, a preto môže zber liečivých rastlín na kontaminovaných plochách predstavovať riziko intoxikácie ľudského organizmu. Doteraz nepozorovaným javom je tvorba suberinizovaných buniek peridermu 219


v kortexe apikálnych častí koreňov ovplyvnených Cd, ktorý pravdepodobne slúži ako ochrana voči príjmu a transportu Cd do nadzemných častí tejto jednoklíčnolistovej rastliny. LITERATÚRA Kauff, F., Rudall, P. J., Conran, J. G.: Systematic root anatomy of Asparagales and other monocotyledons. Plant Systemat. Evol. 223, 2000: 139-154. Lux, A., Martinka, M., Vaculík, M., White, P. J.: Root responses to cadmium in the rhizosphere – A Review. J Exp. Bot. 2011a, doi:10.1093/jxb/erq281. Lux, A., Morita, S., Abe, J., Kaori, I.: An improved method for clearing and staining freehand sections and whole-mount samples. Ann. Bot. 96, 2005: 989-996. Lux, A., Vaculík, M., Martinka, M., Lišková, D., Kulkarni, M.G., Stirk, W.A., Van Staden, J.: Cadmium induces hypodermal periderm formation in the rots of the monocotyledonous medicinal plant Merwilla plumbea (Lindl.) Speta. Ann. Bot. 2011b, doi:10.1093/aob/mcq240. Saaltink, G. J.: The infection of bulbs by Penicillium sp. Acta Horticulturae (ISHS) 23, 1971: 235-241. Soudek P, Kotyza J, Lenikusová I, Petrová Š, Benešová D, Vaněk T.: Accumulation of heavy metals in hydroponically cultivated garlic (Allium sativum L.), onion (Allium cepa L.), leek (Allium porrum L.) and chive (Allium schoenoprasum L.). J. Food. Agr. Environ. 7, 2009: 761-769. Street, R.A., Kulkarni, M.G., Stirk, W.A., Southway, C., Van Staden, J.: Effect of Cd on growth and micronutrient distribution in wild garlic (Tulbaghia violacea). South Afr. J. Bot. 76, 2010: 332-336.

TOXIC EFFECTS OF CADMIUM ON SOUTH AFRICAN MEDICINAL PLANT Merwilla plumbea (LINDL.) SPETA. Merwilla plumbea is an important South African medicinal plant used in traditional medicine. This species often grows in the areas contaminated with toxic metals, which can lead to intoxication of people. The aim of the work was to evaluate the reaction of Merwilla plumbea on higher Cd toxicity in the medium. Direct cultivation of plants in hydroponic solutions was found to be not suitable for this species. We found that Cd at high concentration (5 mg Cd L-1) significantly inhibits the growth and most of the Cd is located in the root system and is not transported to the bulb and above-ground plant parts. In the apical part of roots which were exposed to higher doses o Cd, a suberinized periderm layers developed, which is not typical for monocots, and probably serves as a barrier of radial uptake of Cd into the inner parts of the root. Key words: Merwilla plumbea, medicinal plants, cadmium, heavy metals, periderm in monocots, root anatomy, environmental stress

Acknowledgement :We thank National Research Foundation RSA-Slovak Collaborative Project, South Africa and the Slovak Research and Development Agency (Grant APVV SKZA-0007-07). The work was also supported by Grant VEGA (1/0472/10) and is a part of COST FA 0905 Action.

220


PRODUKCIA CO2 PÔDY POD RÔZNE VYUŽÍVANÝMI TRÁVNYMI PORASTMI Ondrášek Ľ. , MartincováJ., Čunderlík J. Centrum výskumu rastlinnej výroby Piešťany – Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva Banská Bystrica, [email protected]; [email protected]; [email protected]

ABSTRAKT V priebehu vegetácie rokov 2008-2009 sme na stanovišti Tajov (stredné Slovensko, nadm. výška 464 m) v pôde neobhospodarovaného trávneho porastu a porastu využívanom kosením a pasením kravami a ovcami sledovali produkciu CO2 in vito a in situ. Tzv. reaktívna CO2(R) a bazálna CO2(B) meraná v laboratórnych podmienkach závisela od obsahu Cox (r = 0,54++; r = 0,42+), Nt (r = 0,51++; r = 0,39+), celkovej mikrobiálnej biomasy (r = 0,49++; r = 0,40+) v pôde ale najmä od stability pôdnych organických látok vyjadrenej pomerom NG:B (r = - 0,71++, r = - 0,74++). Respirácia trávnej mačiny bez odstránenia nadzemných častí rastlín a opadu CO2-T(P) a po ich odstránení CO2-T(OP) meraná priamo na stanovišti závisela od pôdnej vlhkosti (r =0,44+; r = 0,33) ale najmä od teploty pôdy (r = 0,55++; r = 0,69++). Kľúčové slová: trávny porast, pôdna organická hmota, pôdna vlhkosť, pôdna teplota, produkcia CO2 pôdy ÚVOD Medzi najdôležitejšie plyny podmieňujúce skleníkový efekt a s tým súvisiace globálne otepľovanie patrí oxid uhličitý. Uvádza sa, že až 60 % skleníkového efektu možno pripísať práve jeho vplyvu. Pôdna respirácia zohráva jednu z dominantných úloh v celkovom kolobehu uhlíka, a preto presné meranie jej intenzity je kľúčový prvok v bilancii C (Vinther et Eriksen, 2001; Rastogi et al. 2002). Cieľom nášho príspevku je zhodnotiť výsledky dvojročného sledovania produkcie CO2 in vitro a in situ v kosenom a pasenom trávnom poraste a ich vzťah k pôdnej organickej hmote, vlhkosti a teplote pôdy.

MATERIÁL A METÓDY Problematika sa riešila v roku 2008 a 2009 v katastri obce Tajov, ktoré leží približne 3 km severozápadne od Banskej Bystrice v nadmorskej výške 464 m. Na záujmovom území sme vybrali plochy trávnych porastov (TP) dlhodobo využívaných nasledovným spôsobom: nevyužívaný TP, kosený TP (1 – 2 kosby za vegetáciu), pasený TP (kravy), pasený TP (ovce).Vzhľadom na to, že nevyužívaný porast bol umiestnený pri ceste a v tieni lesa vybrali sme v roku 2009 novú plochu, ktorá sa nachádzala v blízkosti pasených porastov. Všetky plochy mali južnú orientáciu a boli približne v rovnakej nadmorskej výške. Pôda je extrémne kyslá kambizem. (pH(n KCl) = 3,9 – 4,2). Z hľadiska botanického zloženia na pasienkoch spásaných ovcami aj kravami prevládajú porasty s dominanciou Festuca rupicola. Lúka využívaná kosením je druhovo bohatšia a patrí do spoločenstva Arrhenatherion. Na každej ploche sme v 2 opakovaniach ohraničili a oplotili parcely o rozmere 5 x 5 m. Z parciel sme v priebehu vegetačného obdobia roku 2008 odobrali z vrstvy 0-100 mm pôdne vzorky v termíne 22.5. (I.), 8.7 (II.), 18.8. (III.), 30.9.2008 (IV.) a v roku 2009 v termíne 5.5. (I), 26.6 (II.), 5.8. (III.), 11.9.2009 (IV.). V pôdnych vzorkách preosiatych cez 2 mm sito sme stanovili: a/ absolútnu pôdnu vlhkosť gravimetrickou metódou; b/ tzv. reaktívnu pôdnu respiráciu - CO2(R) (1 deň predinkubácie zeminy) po 1 dni inkubácie vzoriek v termostate pri teplote 25oC; c/ bazálnu pôdnu respiráciu - CO2(B) (5 dní predinkubácie zeminy) po 20-tich hodinách inkubácie v termostate pri teplote 25oC; d/ potenciálnu respiráciu pôdy CO2(NG) 221


(5 dní predinkubácie zeminy) s pridaným roztokom glukózy a minerálneho dusíka po 20tich hodinách inkubácie v termostate pri teplote 25oC; e/ pomer potenciálnej respirácie pôdy CO2(NG) k bazálnej respirácii CO2(B) - NG:B vyjadrujúci stabilitu pôdnych organických látok (Novák et Apfelthaler, 1964); e/ obsah uhlíka celkovej mikrobiálnej biomasy (MB_C) rehydratačnou metódou (Růžek,1992); f/ obsah Cox (Tjurin), Nt (Kjeldahl). Produkcia CO2 bola meraná metódou plynovej chromatografie pomocou TCD detektora.Okrem uvedeného sme v termínoch odberu pôdnych vzoriek merali produkciu CO2 priamo v terénnych podmienkach pomocou prenosného prístroja EGM-3 prostredníctvom respiračnej komôrky SRC-1 (výrobca PP- Systems – UK). Meranie sme urobili na ploche bez odstránenia nadzemnej časti rastlín a rastlinného opadu - CO2-T(P) a po ich odstránení - CO2 -T(OP). Súčasťou merania bolo aj stanovenie aktuálnej teploty pôdy v hĺbke 100 mm pomocou integrovaného tepelného snímača.Výsledky boli vyhodnotené štatistickou metódou viacnásobnej analýzy rozptylu pričom preukaznosť hraničných diferencií medzi priemermi bola posúdená LSD testom pri hladine P=95%. Vzťahy medzi hodnotenými ukazovateľmi sme posúdili pomocou Pearsonovho korelačného koeficientu, ktorého preukaznosť bola testovaná t - testom. Regresné vzťahy boli vypočítané v programe EXCEL. VÝSLEDKYA DISKUSIA Spôsob obhospodarovania, rastlinné spoločenstvo a zrejme aj mikroklimatické podmienky sa výrazným spôsobom prejavili v zásobe pôdnej organickej hmoty na hodnotených plochách trávnych porastov. Z tab. 1 vyplýva, že obsah Cox, ktorý všeobecne možno hodnotiť ako veľmi vysoký bol v roku 2008 najnižší na neobhospodarovanom poraste, na obhospodarovaných bol výrazne vyšší a zvyšoval sa v poradí porastu koseného, paseného kravami a ovcami o 21 %, 81 % a 98 %. Približne rovnako možno hodnotiť aj obsah Nt. V pôde plochy neobhospodarovaného porastu, ktorú sme vybrali v roku 2009 je podľa výsledkov v tab. 1 obsah Cox a Nt viac ako dvojnásobne vyšší než v pôde plochy vybratej v roku 2008 a v porovnaní s ostatnými plochami je najvyšší. Obsah Cox rovnako ako aj Nt boli v dobrej zhode s pôdnou vlhkosťou (r = 0,52++; r = 0,55++) s príslušným funkčným vyjadrením v tab. 3. čím sa potvrdzuje veľký význam obsahu organickej hmoty v pôde pre jej Tab. 1: Priemerné hodnoty obsahu Cox, Nt, pôdnej vlhkosti (P. v.) a teploty pôdy (T. p.) vo vrstve 0 -100 mm za vegetačné obdobia pokusných rokov Variant/Rok Index

Nevyužívaný TP

Kosený TP

Pasený TP (kravy)

Pasený TP (ovce)

2008

2009

2008

2009

2008

2009

2008

2009

Cox

32,4a

68,1c

39,3b

30,1a

58,5c

65,4c

64,3d

59,6b

Nt

3,0a

7,1d

3,3a

3,1a

6,0b

6,3c

5,7b

5,8b

P. v.

230,7a

291,6c

232,1a

193,1a

254,4b

235,1b

329,5c

278,7c

T. p.

12,4a

14,0a

14,3b

14,3a

15,6d

15,5b

15,2c

15,7b

Poznámka: Cox, Nt, P.v. - g. kg-1 ; T. p. - oC Medzi priemernými hodnotami ukazovateľov v rámci jednotlivých rokov v ktorých označení sa nevyskytujú rovnaké symboly sú preukazné rozdiely. 222


retenčnú schopnosť. Produkcia CO2 meraná v laboratórnych podmienkach (tab. 2) vzhľadom na inkubáciu prirodzene vlhkých pôdnych vzoriek za konštantnej laboratórnej teploty vyjadruje množstvo a kvalitu organických látok v pôdnej vzorke a schopnosť prítomných mikroorganizmov ich využívať (Šantrůčková, 1993). V prípade CO2(R) vzhľadom na krátku dobu predinkubácie vzorky sa predýchalo iba malé množstvo ľahko rozložiteľných organických látok a preto sú dosiahnuté hodnoty v priemere za oba roky o 23 % vyššie než v prípade CO2(B) kde je vo vzorkách vzhľadom na 5 dňovú predinkubáciu vzoriek hladina ľahko rozložiteľných organických látok nižšia. Medzi CO2(R) a CO2(B) je však úzka závislosť (r = 0,85++) (tab. 3) a preto je ich vzťah k hodnoteným ukazovateľom prevažne zhodný. Tab. 2: Priemerné hodnoty respirácie a obsahu mikrobiálnej biomasy pôdy vo vrstve 0 -100 mm za vegetačné obdobia pokusných rokov Variant/Rok Index

Nevyužívaný TP

Kosený TP

Pasený TP (kravy) Pasený TP (ovce)

2008

2009

2008

2009

2008

2009

2008

2009

CO2(R)

96,9a

212,4b

127,6b

146,4a

133,7bc

164,3a

144,5c

159,9a

CO2(B)

52,3a

113,0b

74,4b

82,8a

74,8b

103,7b

73,4b

87,6a

CO2(NG)

471,3a

514,4ab

788,9c

558,9bc

822,5c

572,2c

675,4b

480,8a

NG:B

9,5a

4,7a

10,8b

6,7c

11,5b

5,4b

9,4a

5,8b

CO2-T(P)

2,3a

3,1a

2,2a

3,0a

2,3a

3,4b

3,1b

2,9a

CO2-T(OP)

1,6a

1,6a

1,6a

1,9b

1,7a

1,9b

2,0b

1,7a

MB_C

1843,3a 3257,2b 1775,9a 2317,2a 3336,1b 3557,6b 3220,6b 3565,4b

Poznámka: Medzi priemernými hodnotami ukazovateľov v rámci jednotlivých rokov v ktorých označení sa nevyskytujú rovnaké symboly sú preukazné rozdiely. CO2 (R) - reaktívna produkcia CO2 v pôdnych vzorkách (mg CO2 kg-1. 1d-1) CO2 (B) - bazálna produkcia CO2 v pôdnych vzorkách (mg CO2 kg-1. 1d-1) CO2 (NG) - potenciálna produkcia CO2 v pôdnych vzorkách (mg CO2. kg-1 .1d-1) NG:B - pomer potenciálnej respirácie pôdy CO2NG) k bazálnej respirácii CO2(B) NG:B - pomer potenciálnej respirácie pôdy CO2NG) k bazálnej respirácii CO2(B) CO2-T(P) - pôdna respirácia meraná v terénnych podmienkach bez odstránenia nadzemnej časti rastlín a rastlinného opadu ( g CO2. m-2. h-1) CO2-T(OP) - pôdna respirácia meraná v terénnych podmienkach bez odstránenia nadzemnej časti rastlín a rastlinného opadu ( g CO2. m-2. h-1) MB_C - obsah uhlíka celkovej mikrobiálnej biomasy v pôde (g C. g-1)

223


Tab. 3: Zistené preukazné vzťahy medzi sledovanými ukazovateľmi x*

x_min. - x_max.*

y*

r

Regresná rovnica

Cox

23,8 - 73,9

CO2 (R)

0,54++

y = 1,5979x + 64,792

-"-

-"-

CO2 (B)

0,42+

y = 0,8356x + 39,126

-"-

-"-

P.v.

0,52++

y = 1,7273x + 165,45

-"-

-"-

Nt

0,89++

-"-

-"-

MB_C

0,79++

y = 44,679x + 526,43

Nt

2,6 - 7,9

CO2 (R)

0,51++

y = 14,123x + 77,061

-"-

-"-

CO2 (B)

0,39+

-"-

-"-

P. v.

0,55++

y = 16,754x + 171,22

-"-

-"-

MB_C

0,64++

y = 332,84x + 1182,1

T. p.

8,2 - 19,8

CO2-T (P)

0,55++

y = 0,1897x + 0,0161

-"-

-"-

CO2-T (OP)

0,69++

y = 0,1216x - 0,0289

P.v.

152,5 - 350,6

CO2-T (P)

0,44+

y = 0,0096x + 0,3274

MB_C

1479,305 - 4515,0

CO2 (R)

0,49++

y = 0,0255x + 75,186

-"-

-"-

CO2 (B)

0,40+

y = 0,0141x + 42,551

NG:B

3,4 - 15,1

CO2 (R)

-0,71++

y = -10,795x + 236,37

-"-

-"-

CO2 (B)

-0,74++

y = -7,5765x + 144,63

CO2 (R)

77,2 - 257,6

CO2 (B)

0,85++

y = 0,097x - 0,0234

y = 7,1177x + 46,89

y = 0,5717x - 1,9792

* Použité skratky jednotlivých ukazovateľov a jednotky, v ktorých sú uvedené ich hodnoty sú zhodné s tab. 1 a 2. Zistené priemerné hodnoty CO2(R) a CO2(B) svedčia o tom, že so zvyšujúcim sa obsahom Cox a Nt v pôde vzrastala aj jej respiračná schopnosť čo potvrdilo vyhodnotenie vzťahu korelačnou a regresnou analýzou za oba roky výskumu (tab. 3). Je zrejmé, že v uvedených závislostiach zohráva prioritnú úlohu variabilita podielu ľahko rozložiteľných organických látok, čo nám potvrdil veľmi úzky záporný vzťah respirácie pôdy k pomeru NG:B, ktorý v prípade CO2(R) dosiahol hodnotu r = - 0,71++ a v prípade CO2(B) r = - 0,74++. Z priemerných hodnôt v tab. 2 vyplýva, že v roku 2008 sa najnižším obsahom mikrobiálnej biomasy vyznačoval neobhospodarovaný a kosený porast, v pasených porastoch bola hladina MB_C výrazne a preukazne vyššia. V roku 2009 bol obsah MB_C najnižší v kosenom poraste, v ostatných bol preukazne vyšší. Korelačnou analýzou (tab. 3) sme potvrdili vzťah MB_C k CO2(R) a CO2(B) (r = 0,49++; r = 0,40+). Veľmi dobre vystihovala obsah MB_C v pôde hladina Cox (r = 0,79++) a Nt (r = 0,64++). Prostredníctvom merania CO2 in situ

224


pomocou prístroja EGM-3 je v nameraných hodnotách CO2-T(OP) zahrnutá respirácia pôdnej mezofauny, mikroflóry a koreňového systému trávneho porastu. Vo výsledkoch CO2-T(P) sa premieta aj respirácia nadzemnej časti rastlín a mikrobiálny rozklad rastlinného opadu a preto sú namerané hodnoty v priemere o 37 % vyššie než v prípade CO2-T(OP). Z výsledkov v tab. 2 je zrejmé, že v každom roku sa na respirácii pôdy podieľal vplyv mnohých faktorov. Z korelačných koeficientov vyplýva, že CO2-T(P) aj CO2-T(OP) závisela od vlhkosti (r = 0,44+; r = 0,33) ale hlavne od teploty pôdy (r = 0,55++; r = 0,69++). K podobným záverom sa dospelo aj v práci Frank et al. (2002) a Mielnick et al. (2000). ZÁVER Respirácia pôdy v pôde hodnotených trávnych porastov meraná v laboratórnych podmienkach bola závislá predovšetkým od obsahu Cox, Nt, MB_C ale najmä od stability pôdnych organických látok vyjadrenej pomerom NG:B. Určujúcimi faktormi pre respiráciu meranú v terénnych podmienkach bola variabilita vlhkosti ale hlavne teploty v pôde. Literatúra Frank, A. B., Liebig, M. A., Hanson, J. D.: Soil CO2 flux in a tallgrass prairie. Soil Biology and Biochemistry, Vol. 32, Issue 2, 2000: 221-228. Mielnick, P. C., William A. Dugas: Soil CO2 flux in a tallgrass prairie. Soil Biology and Biochemistry, Vol. 32, Issue 2, 2000: 221-228. Novák, B., Apfelthaler, R.: Příspěvek ke stanovení respirace jako indikátoru mikrobiologických procesu v pude. Rostl. Výr. 10, 1964: 145 – 150. Rastogi, M., Singh, S., Pathak, H.: Emission of carbon dioxide from soil. Current Science, Vol. 82, No. 5, 2002: 510-517. Růžek, L.: C-biomasy půdních mikroorganismů stanovený rehydratační metodou v orniční vrstvě půd. In Metody stanovení mikrobní biomasy v půdě: sborník referátu ze semináře, České Budějovice: ÚPB ČSAV, 2.-3. 6.1992, ed: Šantrůčková, H, 1992: 18-26. Šantrůčková, H.: Respirace půdy jako ukazatel její biologické aktivity. Rostl. Výr. 39, č.9, 1993: 769 - 778. Vinther, F.P., Eriksen, J.: Measurement of CO2 evolution in situ. Paper presented at Cost Action 627: Carbon Storage in European Grasslands. Meeting of working groups 1 & 2, Trinity College Dublin, Ireland, 5th - 8th April, 2001; Published in Abstracts of the Cost Action 627 meeting: Carbon Storage in European Grasslands, 2001: 17. PRODUCTION OF CO2 IN GRASSLAND SOIL AT DIFFERENT WAYS OF SWARD UTILISATION Over the growing seasons in 2008 – 2009, a research was carried out at grassland (“Tajov” site; altitude 464 m; central Slovakia). The sward was either without utilisation or cut and grazed with cows and sheep. The research objective was to study CO2 production in the grassland soil in vitro as well as in situ. The so-called reactive CO2 (R) and basal CO2 (B) production measured under laboratory conditions was dependent on the content of Cox (r = 0.54++; r = 0.42+), Nt (r = 0.51++; r = 0.39+) and total microbial biomass (r = 0.49++; r = 0.40+) in soil, but especially on the stability of soil organic substances specified by the NG : B ratio (r = - 0.71++; r = - 0.74++). The respiration of sward without removing the above-ground plant parts and litter, i.e. CO2-T (P), and after their removal, i.e. CO2-T (OP), measured directly at the research site, was relating to the soil moisture (r = 0.44+; r = 0.33), but depended mainly on the temperature of soil (r = 0.55++; r = 0.69++).

Key words: grassland, soil organic matter, soil moisture, soil temperature, soil CO2 production

225


VPLYV CHELATAČNÉHO ČINIDLA NA INTENZITU TRANSFERU OLOVA V SYSTÉME PÔDA – HRACH SIATY Hegedűsová A.1, Kuna R.2, Boleček P.2, Jakabová S.1, Hegedűs O.3 1

Fakulta prírodných vied Univerzity Konštantína Filozofa, Katedra chémie, Tr. A. Hlinku 1, 949 74 Nitra, Slovenská republika, [email protected], 2 Fakulta prírodných vied Univerzity Konštantína Filozofa, Katedra botaniky a genetiky rastlín, Nábr. mládeže 91, 949 74 Nitra, Slovenská republika, Tr. A. Hlinku 1, 949 01 Nitra, Slovenská republika, [email protected],

ABSTRAKT V modelových nádobových pokusoch vo fytokomore sa sledoval vplyv vybranej chelátotvornej látky (EDTA) na zvýšenie intenzity transferu olova z kontaminovaného modelového pôdneho substrátu využitím techniky indukovanej fytoextrakcie cez korene do nadzemnej časti hrachu siateho. Zistili sme, že príjem olova koreňmi hrachu sa zvyšuje približne dvojnásobne po aplikácii 5 a 10 mmol EDTA.kg-1 na kontaminovanej pôde s obsahom olova 100 mg.kg-1 (oproti 50 mg.kg-1). transfer olova z koreňov do nadzemnej časti hrachu bol ešte intenzívnejší, a to po aplikácii 5 a 10 mmol EDTA na kg kontaminovanej pôdy s 50mg Pb až 44-násobný, a na kontaminovanej pôde so 100 mg Pb.kg-1 18-násobný. Optimálne je použitie EDTA s koncentráciou 5 mmol.kg-1, nakoľko po aplikácii 10 mmol EDTA.kg-1 sa zníži hmotnosť čerstvých koreňov o 55%, čím sa zníži aj intenzita príjmu olova. Kľúčové slová: indukovaná fytoextrakcia, EDTA, olovo, hrach siaty

ÚVOD Poloha Slovenska v rámci Európy podmieňuje, že toto územie je dlhodobo kontaminované globálnym prenosom z veľkých priemyselných a energetických komplexov s regionálnym vplyvom. Tieto vplyvy negatívne pôsobia na neobyčajne heterogénny pôdny pokryv so zvýšeným, až extrémne vysokým obsahom rizikových prvkov prirodzeného pôvodu. Ekologické riziká z kumulácie rizikových látok v pôde sa odrážajú na schopnosti pôd poskytovať hygienicky neškodné potraviny. Zvlášť to platí pre obsah ťažkých kovov s vysokým stupňom biotoxicity vplyvom kontaminácie z rôznych zdrojov (Hegedűsová et al., 2000). Dekontaminácia oblastí znečistených toxickými kovmi predstavuje jeden z dôležitých predmetov výskumu súčasnej vedy a čistenie takýchto lokalít zaužívanými fyzikálnochemickými metódami je finančne veľmi nákladné a tiež často neekologické. Možnosť odstraňovania ťažkých kovov z pôdy ponúkajú moderné remediačné technológie (Lasat, 2002; Simon et al., 2003). Pre fytoremediáciu ťažkých kovov sa využíva predovšetkým fytoextrakcia a fytostabilizácia. V procese fytoextrakcie rastliny extrahujú polutanty z pôdy svojim koreňovým systémom a uskladňujú ich prevažne v zelenej biomase (len čiastočne v koreňoch), alebo zvyšovaním ich mobility aplikáciou chelatačných látok sa stanú ľahko prijateľné pre rastliny s veľkou biomasou (indukovaná fytoextrakcia) (McGrath et al., 2002). Získaná biomasa sa následne spracuje a to mikrobiálne (kompostovaním), tepelne (spopolnením alebo spaľovaním), alebo chemicky (extrakciou). Niektoré rastliny, označované ako tzv. hyperakumulátory, viažu kovy vo veľkých množstvách a preto ich možno využiť vo fytoremediačných technikách. Olovo nepatrí k esenciálnym prvkom a je vysoko toxické pre živočíšny aj rastlinný organizmus. Účinkom olova dochádza k narušeniu intermediárneho metabolizmu; zasahuje hlavne enzýmy na sulfhydrylových skupinách. Obsah Pb v hlavných pôdnych typoch Slovenska kolíše v pomerne širokom intervale a to od 10 do 60 mg.kg-1. Prirodzené hodnoty olova v pôde sa zvyšujú kumuláciou prašného spadu v okolí priemyselných ciest a tiež formou vodných zrážok. V pôde dochádza pri styku s kyslíkom k oxidácii, ale nie k degradácii, pretože zlúčeniny olova sa pôdnymi mikroorganizmami nerozložia (Fodor, 2003; Grčman et. al., 2003). Cieľom našej práce bolo sledovanie vplyvu chelátotvornej látky – EDTA (kyselina etyléndiamíntetraoctová) v rámci dekontaminácie pôd na zvýšenie mobility olova z modelovo

226


kontaminovanej pôdy do nadzemnej časti hrachu siateho (Pisum sativum L., odroda Oskar) využitím techniky indukovanej fytoextrakcie. MATERIÁL A METÓDY Modelové nádobové pokusy na sledovanie indukovanej fytoextrakcie olova hrachom boli založené vo fytokomore na Katedre botaniky a genetiky FPV UKF v Nitre v deviatich variantoch. Ako chelatačné činidlo sme použili EDTA v koncentráciách 5 a 10 mmol.kg-1. Olovo bolo aplikované vo forme roztoku Pb(NO3)2 v dvoch rôznych koncentráciách (50,0 a 100,0 mg.kg-1). Ako pestovateľský substrát bola použitá nekontaminovaná pôda (na každú vegetačnú nádobu 1000 g pôdy). Roztok olova sa aplikoval 4 týždne pred založením vegetačného pokusu rozprašovačom na rovnomerne rozloženú vrstvu pôdy v dvoch rôznych koncentráciách (50 a 100 mg.kg-1). Vodná kapacita pôdy sa upravovala na 75 %. Hrach siaty sa vysieval priamo do nádob, v množstve 20 semien na nádobu. Podmienky pestovania: teplota vzduchu 20 ºC, vlhkosť vzduchu 60 – 70 %, svetelná perióda 12 hod. svetlo/12 hod. tma, intenzita žiarenia max. 1 900 lx. Po šiestich týždňoch rastu sme aplikovali chelatačné činidlo (5 a 10 mmol EDTA. kg-1) v dvoch oddelených dávkach, ktoré sme realizovali s týždenným posunom. Pokus bol zrušený po 8 týždňoch rastu hrachu siateho.Na konci pokusov sme korene, nadzemnú časť a pestovateľský substrát po úprave podrobili analýzam. Obsah olova v pôde sa stanovil vo výluhu lúčavky kráľovskej a v koreňoch a nadzemnej časti hrachu po mokrej mineralizácii metódou ET-AAS (SpectrAAS-200 Varian) pri vlnovej dĺžke 283,3 nm. Spracovanie výsledkov sa vykonalo v programe Microsoft Excel a na štatistickú analýzu výsledkov sa použila analýza variancie s jednou premennou a Tukeyov b-test pomocou programu SPSS. VÝSLEDKY Stanovením obsahu Pb v koreňoch a nadzemných častiach hrachu sa sledovala účinnosť chelatačného činidla EDTA na zvýšenie transferu olova z pôdy do rastliny. Pri návrhu použitých koncentrácií na modelovú kontamináciu pôdy sa vychádzalo z predchádzajúcich výsledkov, ktoré sa získali v rámci monitoringu pôd južného Slovenska (Hegedűsová et al., 2000). Korene hrachu vykazovali schopnosť príjmu olova v množstve 0,22 mg Pb.kg-1 z pôdy modelovo kontaminovanej 50 mg Pb.kg-1 a 0,27 mg Pb.kg-1 z pôdy kontaminovanej 100 mg Pb.kg-1, tj. bez aplikácie EDTA transfer olova z pôdy do koreňov hrachu siateho bol minimálny. So zvyšujúcim sa prídavkom chelatačného činidla (EDTA) sa zvyšoval jeho obsah v koreňoch a v biomase. Aplikované dávky EDTA (5 a 10 mmol EDTA.kg-1 pôdy) vyvolali 2,4- a 2-násobné štatisticky významné zvýšenie transferu olova z pôdy do koreňov (na pôde kontaminovanej 100 mg Pb.kg-1), 44- a 36-násobné zvýšenie jeho obsahu v nadzemnej časti hrachu siateho pestovaného na pôde kontaminovanej 50 mg Pb.kg-1, a. na pôde kontaminovanej 100 mg Pb.kg-1 18-násobné zvýšenie jeho obsahu voči variantu bez aplikácie EDTA (Tab. 1). Zvýšenú akumuláciu ťažkých kovov v rastlinách v procese indukovanej fytoextrakcie sledovali mnohí autori. Výsledky Huang et. al. (1997) potvrdili, že aplikácia 1g EDTA.kg-1 pôdy kontaminovanej 2500 mg Pb.kg-1 zvýšila transfer olova z koreňov do nadzemnej biomasy hrachu 20-krát. Z piatich syntetických chelatačných činidiel (EDTA, HEDTA, DTPA, EGTA, EDDHA) práve EDTA vykazovala najintenzívnejšie desorpčné vlastnosti. Hodnoty v Tab. 2 udávajú výťažnosť koreňov a biomasy hrachu prepočítané na sušinu. Z uvedených výsledkov vyplýva, že aplikácia 10 mmol EDTA.kg-1 do kontaminovanej pôdy olovom štatisticky významne znížilo výťažnosť sušiny koreňov rastliny (o 24 až 33 %). Uvedená dávka chelatačného činidla vyvolala síce fyziologické zmeny v koreňoch hrachu, ale v procese indukovanej fytoextrakcie dopestovaná rastlina je likvidovaná týždeň po aplikácii chelatačného činidla a kontaminovaná rastlina je ďalej spracovaná kompostovaním alebo 227

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 tepelne. Fyziologické zmeny koreňov mohli ovplyvniť intenzitu príjmu olova koreňovým systémom tesne pred likvidáciou pokusu . Tabuľka 1 Obsah olova v koreňoch a nadzemnej časti hrachu siateho po aplikácii EDTA (nádobové pokusy, Nitra, 2008) Variant Korene Nadzemná časť Pb/EDTA Pb (µg/g sušiny) a Kontrola 0,05 0,03a 50/0 0,22ab 0,03a b 50/5 0,29 1,33c 50/10 0,33b 1,08bc 100/0 0,27b 0,04a c 100/5 0,67 0,73b 100/10 0,54c 0,71b Poznámka: koeficienty sú výsledky analýza variancie s jednou premennou, Tukeyov b-test (P < 0,05).

Tabuľka 2 Hmotnosť vysušených koreňov a nadzemnej časti hrachu siateho po aplikácii EDTA (nádobové pokusy vo fytokomore, Nitra, 2008) Variant Pb/EDTA

Kontrola 50/0 50/5 50/10 100/0 100/5 100/10

Nadzemná časť

Korene

Sušina (g/nádoba) 3,33a 3,33a 2,99a 3,09a 3,33a 3,33a 2,95a

a

0,73 0,70a 0,68a 0,53b 0,67a 057a 0,45b

Poznámka: koeficienty sú výsledky analýza variancie s jednou premennou, Tukeyov b-test (P < 0,05).

Z výsledkov stanovenia transportných indexov (Ti), t.j. pomeru obsahu olova v nadzemnej biomase hrachu k jeho podielu v koreni vyplýva, že koncentrácia chelatačného činidla 5 mmol EDTA.kg-1 zvýšila transport olova z koreňov do nadzemnej časti hrachu najintenzívnejšie, t.j. 33-krát (pri kontaminácii 50 mg Pb.kg-1 pôdy). Transportný index má hodnotu 4,6, čo svedčí za daných podmienok o hyperakumulačných schopnostiach biomasy hrachu siateho (Tab. 3). Tabuľka 3 Transportné indexy Variant Pb/EDTA 50/0 50/5 50/10 100/0 100/5 100/10

Ti 0,1 4,6 3,3 0,2 1,1 1,3

ZÁVER Napriek tomu, že v ostatných rokoch došlo k určitému poklesu emisií na Slovensku vďaka určitým systémovým opatreniam, problém znečistenia životného prostredia ťažkými kovmi

228

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 stále existuje. Hygienická čistota poľnohospodárskych pôd je základným predpokladom dopestovania zdravotne neškodných potravín. Na základe výsledkov výskumu procesu indukovanej fytoextrakcie pomocou rastlín hrachu siateho (Pisum sativum L.) s využitím chelatačného činidla EDTA možno konštatovať že chelatačné činidlo zvýšilo pohyblivosť olova v pôde, a jeho mobilizácia kontinuálnou fytoextrakciou s EDTA bola najúčinnejšia po aplikácii 5 mmol EDTA na kg pôdy kontaminovanej s 50 mg Pb (biomasa hrachu odčerpáva 44-krát viac olova ako bez chelatačného činidla). Biomasa hrachu sa dá využiť ako energetické palivo a olovo v kovovej forme možno získať naspäť tepelne, alebo kompostovaním zmenšiť jeho objem. Hodnotením transportného indexu sme zaznamenali efektivitu prenosu olova z koreňov do nadzemnej časti rastlín hrachu. Najvyššia hodnota transportného indexu bola zaznamenaná na kontaminovaných pôdach s 50 mg Pb.kg-1 po aplikácii obidvoch použitých koncentrácií EDTA, čo svedčí o hyperakumulačných schopnostiach nadzemných častí hrachu, nakoľko pomer obsahu olova v nadzemnej časti k obsahu v koreňoch je väčší ako 1 (nadz. časť/korene = 4,6). Zníženie hmotnosti sme sledovali len u koreňov hrachu siateho po aplikácii 10 mmol EDTA. kg-1, čím sa znížila ich schopnosť príjmu olova z pôdy. Literatúra Fodor, F.: Ólom és kadmiumstressz növényekben. Bot. Közlem. 90(1-2), 2003: 107–120 Grčman, H., Vodník, D., Velikonja-Bolta, Š., Leštan, D.: Heavy metals in the environment. J. Environ. Qual. 32, 2003, 500–506 Hegedűsová, A., Hegedűs, O., Vollmannová, A.: Kontaminácia poľnohospodárskych pôd a zelenín ťažkými kovmi na južnom Slovensku. Hort. Sci. 27 (2), 2000: 57–64 Huang, J. W., Chen, J., Berti, W. R., Cunningham, S. D.: Phytoremediation of LeadContaminated Soils: Role Synthetic Chelates in Lead Phytoextraction. Environ. Sci. Technol. 31(3), 1997: 800–805 Lasat, M. 2002. Phytoextraction of Toxic Metals. J. Environ. Qual. 31 (1-2), 2002, 109–120. Luo, Ch., Shen, Z., Li, X.: Root Exudates Increase Metal Accumulation in Mixed Cultures: Implications for Naturally Enhanced Phytoextraction. Water, Air & Soil Pollution 193, 2008: 147–154 McGrath, S. P., Zhao, F. J., Lombi, E.: Phytoremediation of metals, metalloids, and radionuclides. Advances in Agronomy 75, 2002: 1–56 Simon, L., Szegvári, I., Csillag, J.: Impact of picolinic acid on the chromium accumulation in fodder radish and komatsuna. Plant and Soil 254, 2003: 337–348 THE EFFECT OF CHELATING AGENT ON INTESITY OF LEAD TRANSFER IN FIELD-GARDEN PEA SYSTEM Pot experiments with contaminated soil substrata (50 mg Pb.kg-1 and 100 mg Pb.kg-1) were established for experimental purposes in growth chamber. The results showed that application of 5 and 10 mmol EDTA.kg-1 to experimental variants with 100 mg Pb.kg-1 doubled the increase of lead uptake by pea roots in comparison with variants without EDTA addition, which was statistically confirmed. Intensive lead transfer was observed from roots to aboveground parts of pea after application of 5 and 10 mmol EDTA.kg-1 in variant with 50 mg Pb.kg-1 (44-fold increase), as well as in variant with 100 mg Pb.kg-1 (18-fold increase). The results showed that induced phytoextraction can improve the mobility of lead from soil to plant roots. Following the results, pea could be used for decontamination of arable soil. The optimal EDTA concentration seems to be 5 mmol.kg-1. Therefore, application of 10 mmol EDTA.kg-1 decreased root mass about 33%, which resulted to decrease the intensity of lead uptake. Key words: induced phytoextraction, EDTA, lead, garden pea

Poďakovanie Tento príspevok vznikol s grantovou podporov riešenia projektu APVV LPP-0125-07.

229


VLIV NÍZKÝCH TEPLOT NA OBSAH ENERGIE JUVENILNÍCH ROSTLIN OKURKY SETÉ (Cucumis sativus L.) Hniličková H., Hnilička F. Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT V podmínkách klimaboxu byl sledován vliv nízké teploty (8 °C) na fotosyntetickou akumulaci energie do listů juvenilních rostlin okurky seté - nakládaček. Pokusným materiálem byly vybrané F1 hybridy okurky seté (Cucumis sativus): Regina, Bára, Blanka, Hana, Charlotte, Mira a Elizabeth. Ze získaných výsledků je patrný průkazný pokles hodnot brutto energie stresovaných rostlin v porovnání s rostlinami z kontrolních podmínek. Dále byl zjištěn vliv genotypu jako reakce na nízkou teplotu a byly detekovány genotypy citlivě reagující na nízkou teplotu a naopak také rostliny, které se jeví jako odolnější k tomuto abiotickému stresoru. Klíčová slova: nízká teplota, obsah energie, okurka, Cucumis sativus

ÚVOD Okurka setá patří mezi jednu z oblíbených plodových zelenin, kdy její pěstební plocha je cca 10 % z celkové plochy pěstované zeleniny a zároveň se jedná o zeleninu, která je citlivá na chlad. Tato citlivost se může obdobně jako u rajčat projevit omezením růstu (Allen a Ort, 2001) a fotosyntézy (Hniličková et al., 2003), což se projeví v konečném důsledku na výnosu. Dále dochází ke snížení fotosyntetické akumulace energie, jak dokládá práce Hniličky et al. (2010) s kukuřicí. Stupeň poškození nízkou teplotou závisí kromě „síly“ stresoru též na délce expozice či fázi ontogenetického vývoje, podstatná je též strmost nástupu nízkých teplot. Listy okurky jsou poškozovány teplotou +10 °C po týdenní expozici, při +8 °C již za tři dny a při vystavení teplotě +3 °C již během několika hodin (Nilsen a Orcutt, 1996; Bláha et al., 2003a). Na základě literárních dat vycházejí cíle této práce. Cílem této práce bylo stanovit změny obsahu energie vybraných hybridů okurky seté v závislosti na působení nízké teploty a stanovit genotypovou odezvu na tento abiotický stresor. MATERIÁL A METODY Pokus byl založen v regulovaných prostorech klimaboxu. Pokusným materiálem byly vybrané F1 hybridy okurky seté (Cucumis sativus): Regina, Bára, Blanka, Hana, Charlotte, Mira a Elizabeth. Jedná se o okurky nakládačky. Pokus byl rozdělen na dvě varianty: varianta kontrolní a varianta stresovaná. Juvenilní rostliny okurky seté byly pěstovány v nádobách se směsí zahradního substrátu A a písku, v poměru 2:1, v částečně řízených podmínkách skleníku za přirozeného osvětlení. Teplotní režim při vzcházení obou skupin rostlin byl 23 °C ve dne a 18 °C v noci. Rozmístění nádob v řízených podmínkách vycházelo z principu metod Latinského čtverce, při zachování pěti opakování. Okurky byly pěstovány po 1 rostlině v jedné nádobě o rozměrech 11x11 cm. Rostliny kontrolní varianty byly umístěny v klimaboxu, kde denní teplota dosahovala 20 °C a noční 16 °C. Rostliny stresované varianty byly umístěny po dobu 15 dnů v nepříznivých pěstebních podmínkách, kde teplota vzduchu byla 8 °C + 0,5 °C. Pokusné vzorky byly odebírány v pětidenních intervalech. Pokus byl zahájen ve fázi pátého listu. V sušině rostlinného materiálu se na základě metody spalné kalorimetrie stanovovala fotosyntetická akumulace energie. Obsah energie byl stanovován za použití spalného kalorimetru IKA C200 (IKA, SRN). Pro stanovení brutto energie (obsah energie s popelovinami) jsme vycházeli z platných norem ČSN ISO 1928. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) -STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze 9.0.

230

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 VÝSLEDKY A DISKUZE Ze získaných výsledků je patrný průkazný vliv varianty pokusu na obsah energie v sušině listů okurky seté, neboť byla průkazně nižší u rostlin stresovaných (15,74 kJ.g-1) v porovnání s rostlinami kontrolními (16,56 kJ.g-1), viz grafy 1 a 2. Uvedené výsledky jsou v souladu s pracemi např. Golleye (1961), El Bassana (1996) pro trávy, Križkové a Hejnáka (2007) pro jarní ječmen, Hniličky et al. (2008, 2009) pro kukuřici. K uvedenému snížení dochází v důsledku redukce obsahu energeticky bohatých látek vlivem nepříznivých podmínek vnějšího prostředí. Z grafu 1 dále vyplývá průkazný vliv působení nízké teploty na sledované genotypy okurky seté. Nejvyšší průměrný obsah brutto energie byl zjištěn na začátku pokusu, kdy činil 16,15 kJ.g-1. S prohlubujícím se vlivem nízké teploty docházelo k postupnému snížení obsahu brutto energie na hodnotu 15,13 kJ.g-1, která byla zjištěna na konci pokusu. Ze sledovaných genotypů měl průkazně nejvyšší brutto energie ze skupiny stresovaných rostlin hybrid Hana (16,31 kJ.g-1) a na straně druhé nejnižší hybrid Regina (15,21 kJ.g-1). Jestliže hodnotíme vliv nízké teploty na brutto energii v rámci testovaných hybridů okurky seté je možné konstatovat, že nejvýrazněji snížil obsah energie vlivem působení nízké teploty hybrid Regina. U tohoto hybridu se obsah energie snížil mezi prvním (17,07 kJ.g-1) a pátým odběrem o 3,1 kJ.g-1. Naopak u hybridu Blanka bylo zaznamenáno nejnižší snížení o 0,40 kJ.g-1 mezi prvním a pátým odběrem (15,73 kJ.g-1). Meziodrůdové rozdíly potvrzují u pšenice Bláha et al. (2003b), Hnilička et al. (2007) a pro jarní ječmen Martinková et al. (2007). Výjimku z uvedeného trendu snižování brutto energie je genotyp Bára, u něhož se naopak obsah energie zvýšil o 0,68 kJ.g-1.

Graf 1: Změny v obsahu brutto energie (kJ.g-1) u rostlin stresovaných Brutto energie byla také měřena u rostlin kontrolních, jak dokumentuje graf 2. Oproti rostlinám stresovaných dochází u rostlin z kontrolních podmínek naopak k postupnému zvyšování hodnot brutto energie, neboť nejnižší průměrná hodnota brutto energie byla na počátku sledovaného období (15,71 kJ.g-1). Na straně druhé byla nejvyšší hodnota brutto energie stanovena na konci sledovaného období (17,34 kJ.g-1). Tento trend nebyl zaznamenán pouze u hybridů Regina a Bára, u nichž bylo mezi prvním a pátým odběrem zaznamenáno neprůkazné snížení brutto energie. Uvedené výsledky jsou v souladu s pracemi např. Lietha (1977), Kumara (1994), který sledoval fotosyntetickou akumulaci energie u ječmene. Obdobné výsledky uvádí ve své práci s kukuřicí např. Hnilička et al. (2009).

231


Graf 2: Změny v obsahu brutto energie (kJ.g-1) u rostlin kontrolních Obdobně jako v případě stresovaných rostlin byl i v případě rostlin kontrolních zjištěn průkazný vliv genotypu sledovaných rostlin okurky seté, jak deklaruje graf 2. Z něho je patrné, že nejnižší průměrnou hodnotu brutto energie měl hybrid Regina (15,93 kJ.g-1) a na straně druhé nejvyšší hodnotu brutto energie měl hybrid Blanka (17,23 kJ.g-1). Při hodnocení výsledků uvedených v grafech 1 a 2, tedy srovnání rostlin stresovaných a kontrolních vyplývá možnost rozdělení genotypů na odolnější vůči nízké teplotě, ale také na citlivě reagující hybridy. Do kategorie odolnějších genotypů je možné zařadit hybridy Charlote a Bára, kteří snížili nejméně obsah energie mezi kontrolními a stresovanými rostlinami. Snížení bylo o 0,07 kJ.g-1 (Charlote) a 0,10 kJ.g-1 (Bára). Naopak nejvyšší rozdíl v brutto energii mezi variantami pokusu byl u genotypů Elizabeth a Blanka. U těchto hybridů se obsah energie snížil u stresovaných rostlin o 1,65 kJ.g-1 (Elizabeth) a 1,45 kJ.g-1 (Blanka) v porovnání s kontrolou. Genotypové rozdíly ve své práci uvádí např. Golley (1961), Hansen a Diepenbrock (1994). ZÁVĚR Ze získaných výsledků vyplývá průkazný negativní vliv nízkých teplot na fotosyntetickou akumulaci energie do listů juvenilních rostlin okurky seté. Dále byl zjištěn vliv genotypu na hodnoty brutto energie a také jejich rozdílné reakce na nízkou teplotu. Na základě získaných hodnot byly detekovány genotypy citlivě reagující na nízkou teplotu a naopak také rostliny, které se jeví jako odolnější k tomuto abiotickému stresoru. Literatura Allen, D.J., Ort, D.R.: Impacts of chilling temperatures on photosynthesis in warm-climate plants. Trends in Plant Science, 6, 2001: 36 – 42. Bláha, L., Bocková, R., Hnilička, F., Hniličková, H., Holubec, V., Möllerová, J., Štolcová, J., Zieglerová, J.: Rostlina a stres. VÚRV Praha, 2003a: 156 s. Bláha, L., Hnilička, F., Hořejš, P., Novák, V.: Influence of abiotic stresses on the yield, seed and root traits at winter wheat (Triticum aestivum L.). Scientia Agriculture Bohemica, 34, 2003b: 1 – 7. ČSN ISO 1928 – Tuhá paliva – Stanovení spalného tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádobě a výpočet výhřevnosti. Český normalizační institut, Praha, 1999 El Bassan, N.: Renewable energy – potential energy crops for Europe and the Mediterranean region. Federal Agricultural Research Centre (FAL). Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome, 1999

232

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Golley, F. B.: Energy values of ecological materials. Ecology, 42, 1961: 581 – 584. Hansen, F.; Diepenbrock, W.: Pflanzenbauliche Aspekte der Energie und Stickstoffbilanz des Raspsanbaus. Fett Wiessenschaft Technologie, 96, 1994: 129 – 136. Hniličková, H., Duffek, J., Hnilička, F.: Effects of low temperatures on photosynthesis and growth in selected tomato varieties (Lycopersicon esculentum Mill.). Scientia Agriculturae Bohemica, 33, 2002: 101-105. Hnilička, F., Hniličková, H., Martinková, J., Bláha, L.: The influence of drought and the application of 24-epibrassinolide on the formation of dry matter and yield in wheat. Cereal Research Communications, 35, 2007: 457 – 460. Hnilička, F., Hniličková, H., Holá, D., Kočová, M., Rothová, O.: Vliv půdního sucha na obsah energie v juvenilních rostlinách kukuřice. In: 30. Mezinárodní český a slovenský kalorimetrický seminář (Sborník příspěvků), Univerzita Pardubice, Beskydský hotel Relax, Rožnov pod Radhoštěm, 2008: 133 – 136. Hnilička, F., Holá, D., Hniličková, H., Rothová, O., Kočová, M.: Vliv postupného vodního deficitu na obsah energie v biomase juvenilních rostlin kukuřice. In.: 31. Mezinárodní slovenský a český kalorimetrický seminář. Hotel Boboty, Terchová, Vrátna dolina, Slovenská republika, 2009: 51 – 54. Hnilička, F., Hniličková, H., Holá, D., Rothová, O., Kočová, M.: Změny rychlosti fotosyntézy a transpirace kukuřice v závislosti na působení nízkou teplotou. In.: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2010. ČZU v Praze, 2010: 127 – 130. Križková, J., Hejnák, V.: The impacts of the aridisation of a habitat on the photosynthetic fixation of energy in spring barley (Hordeum vulgare L.). Cereal Research Communications, 35, 2007: 1301 – 1304. Kumar, Y.: Vplyv vonkajších faktorou na tvorbu sušiny a akumuláciu energie v rastlinách (jačmen jarný). Disertační práce, VŠZ Praha, 1994. Lieth, H.: Energy flow and effliciency diferences in plants and plant comunities. Application of calorimetry in life science. Walter de Gruyter, Berlin – New York, 1977: 325 - 326. Martinková, J., Hnilička, F., Hejnák, V.: Vliv vodního deficitu na fotosyntetickou akumulaci energie u jarního ječmene. In.: 29. Mezinárodní český a slovenský kalorimetrický seminář. Hotel Medlov, Českomoravská vysočina, 2007 : 163 – 166. Nilsen, E.T., Orcutt D.M.: The physiology of plants under stress. John Wiley & Sons, Inc. Canada, 1996: 690 s.

THE INFLUENCE OF JUVENILE PLANTS OF CUCUMBER (Cucumis sativus L.) TO LOW TEMPERATURE BY ENERGY CONTENT The aim of the experiments was to monitor the immediate impact of low temperature on the energy content in selected genotypes of cucumber. A broader genotype set of maize types was selected as the experimental material: Regina F1, Bára F1, Blanka F1, Hana F1, Charlotte F1, Mira F1 and Elizabeth F1. The cucumber plants were cultivated under controlled conditions in a climate box - the control group and the stressed group. The obtained results show that the stressed plants provably reduced the energy content in their leaves biomass in comparison with the control plants. The influence of genotypes on the content of substances rich in energy, accumulated in the leaves, was proved. Key words: low temperature, energy content, cucumber, Cucumis sativus.

Poděkování Uvedený výzkum je podporován výzkumného záměru MSM 6046070901.

233


MRAZUVZDORNOST DORMANTNÍCH PUPENŮ RÉVY VINNÉ A JEJÍ VÝVOJ PŘI ŘÍZENÉ MRAZOVÉ DEHYDRATACI Jadrná P.1, Zámečník J.1, Faltus M.1, Mýlová P.1, Kolek R.1 1

Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha 6, 16106, mail: [email protected]

ABSTRAKT Byly provedeny opakované mrazové testy u vybraných odrůd révy vinné a porovnána tolerance jednotlivých odrůd k mrazovým zásahům o různých teplotách. Schopnost regenerace po mrazových zásazích byla ověřena růstovými testy. Mrazové zásahy byly prováděny jak u nedehydratovaného materiálu, tak u pupenů v průběhu dehydratace v mrazícím boxu při teplotě -4°C, a byl sledován vliv dehydratace na mrazuvzdornost. Bylo zjištěno, že určitá míra dehydratace může zlepšovat toleranci odrůd vinné révy vůči nízkým teplotám, zvláště snáší-li tyto odrůdy dobře samotnou dehydrataci. Klíčová slova: Vitis vinifera, odrůda, stres, tolerance k mrazu, tolerance k dehydrataci ÚVOD Při teplotách pod bodem mrazu dochází u rostlin k iniciaci tvorby ledových krystalů vně buněk a následně dochází vlivem rozdílu potenciálů k pohybu intracelulární vody ven z buněk a jejímu mrznutí na ledových krystalech mimo ně až do vyvážení chemických potenciálů, z čehož plyne, že mrazová tolerance zahrnuje toleranci rostliny k vysokému osmotickému stresu (Thomashow, 2001). Míra tolerance rostlinných pletiv k mrazu koreluje s mírou jejich tolerance k této dehydrataci buněk (Levitt, 1980; Vertucci a Stushnoff, 1992). Vitis vinifera, vinná réva, vykazuje vysokou genotypovou variaci mrazuvzdornosti odrůd v rámci druhu, přičemž některé odrůdy, jako například ‘Ryzlink rýnský’, snáší krátkodobě teploty až -26°C, zatímco jiné odrůdy mohou být poškozeny při -17 až -23°C, citlivé již při -14°C (Jackson, 2000). Strategie mrazuvzdornosti zahrnuje rovněž extraorgánové vymrzání, kdy voda migruje z důležitých orgánů s růstovými meristémy do jiných, u nichž nedochází k mrazovému poškození, avšak réva vinná se podle předběžných měření DSC jeví jako rostlinný druh, kde k extraorgánovému vymrzání nedochází (Bilavčík, unpublished). MATERIÁL A METODY Pro experiment byly zvoleny odrůdy révy vinné ‘Blussard modrý’, ‘Modrý Portugal’, ‘Müller Thurgau’, ‘Ryzlink rýnský’ a ‘Kerner’ (odrůda ‘Kerner’ pouze v testech mrazuvzdornosti). Z tažňů révy vinné odebraných v lednu ve vinicích Výzkumné stanice vinařské v Karlštejně bylo nařezáno větší množství jednonodálních řízků a ty byly dehydratovány v mrazícím boxu v sáčcích z umělé síťoviny s při - 4°C po dobu 38 dnů. Na počátku dehydratace bylo odebráno u každé odrůdy 5 řízků pro gravimetrické zjištění množství vody v pletivech destruktivní metodou zvážení a opakovaného zvážení po vysušení při 80°C do konstantní hmotnosti. V intervalech 1-5 dnů bylo pak opakovaně váženo 5 vybraných řízků náhodně uložených mezi ostatními v sáčcích s rostlinným materiálem během dehydratace. Váženo bylo vždy 5 jednonodálních řízků a hodnoty byly zprůměrovány. Po každém vážení byly obsahy sáčků promíchány pro zrovnoměrnění dehydratace. V intervalu 7 dnů bylo během dehydratace třikrát odebráno vždy 10 řízků na testy životaschopnosti. Ty byly umístěny do vody na světlo při pokojové teplotě pro narašení a 6-8 týdnů poté byla hodnocena míra regenerace, tedy počet resp. procento rašících a prorůstajících pupenů, a to pomocí LD50, tedy stupně dehydratace, kdy byla regenerace jednonodálních řízků 50 %. LD50 byla stanovena pomocí statistické logistické esovité funkce sestavené pro výpočet průběhu mrazového poškození rostlin (Janáček a Prášil, 1991). V intervalu 7 dnů byly dále prováděny mrazové zásahy u postupně dehydratovaných řízků, a to osmi různými zápornými teplotami v rozsahu -10°C až -35°C trvajícími po dobu 8 hodin s poklesem z iniciační teploty rychlostí -2°C/hod 234

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 a růstem teploty po ukončení zásahu rychlostí -2°C/hod zpět na -5°C. Při této teplotě byly jednonodální řízky drženy až do nasazení do vody. Při mrazových zásazích bylo v každé variantě 10 řízků a řízky byly během zásahů zabaleny v plastových sáčcích pro zamezení sublimace vody v nich obsažené do prostor mrazícího boxu. 6 – 8 týdnů po nasazení do boxů s vodou byla hodnocena míra regenerace – počet rašících a prorůstajících pupenů, a její míra stanovena výpočtem LT50. VÝSLEDKY A DISKUSE Během dehydratace jednonodálních řízků révy vinné se u zkoumaných odrůd mírně zvýšila mrazuvzdornost, po 7 dnech dehydratace vykazovaly všechny odrůdy vyšší míru regenerace dle LT50 po mrazových zásazích než kontrolní nedehydratované vzorky. U odrůdy ‘Müller Thurgau’ se LT50 ještě mírně zvýšila u vzorků dehydratovaných 14 dní, u ostatních odrůd již klesala pravděpodobně díky stresu z dehydratace působícímu v součinnosti s mrazovým stresem (viz Tab 1, grafické znázornění průběhu - Graf 1). V Tab. 1 je patrný vysoký meziodrůdový rozdíl v reakci na mrazový zásah mezi velmi mrazuvzdornou odrůdou ‘Ryzlink rýnský’ a odrůdou ‘Kerner’, jež patří mezi odrůdy citlivé k mrazu. Tab. 1:Vývoj LT 50 při mrazových zásazích u čtyř vybraných odrůd révy vinné, vystavených kontinuální mrazové dehydrataci při -4°C 0 dní 7 dní 21 dní Odrůda dehydratace dehydratace 14 dní dehydratace dehydratace LT50 (°C) LT50 (°C) LT50 (°C) LT50 (°C) ‘Blussard -18,1028 -22,9116 -21,8983 -12,8900 modrý’ ‘Müller -20,0910 -23,3727 -24,1359 -19,0445 Thurgau’ ‘Portugal -17,7503 -25,2927 -19,8604 -20,1748 modrý’ ‘Ryzlink -23,7544 -24,9851 -20,1260 -20,4893 rýnský’ -14,8003 ‘Kerner’

Tab 2: Srovnání obsahů vody při LD50 během deydratace dormnatních pupenů sledovaných odrůd, opakování v letech 2007 a 2008 (Bilavčík a kol. 2009) a rok 2010 Obsah vody v pletivech pupenů při LD50 Odrůda 2007 2008 2010 [g H2O g suš-1] [g H2O g suš-1] [g H2O g suš-1] ‘Blussard modrý’ 0,47 0,49 ‘Müller Thurgau’ 0,43 0,40 0,42 ‘Portugal modrý’ 0,50 0,39 0,38 ‘Ryzlink rýnský’ 0,37 0,45 0,46

235


Graf 1: Vývoj LT50 při mrazových zásazích u čtyř vybraných odrůd révy vinné, vystavených kontinuální mrazové dehydrataci při -4°C

Legenda: BM – ‘Blussard Modrý’, MT - ‘Müller Thurgau’ (+ číslo klonu), PM - ‘Portugal Modrý’ (+ číslo klonu), RR - ‘Ryzlink Rýnský’

Dehydratace u pupenů vinné révy byla nejrychlejší u odrůdy ‘Portugal modrý’ a odrůdy ‘Müller Thurgau’ vykazovala nejnižší rychlost ztráty vody z pletiv (Graf 2). Přesto reagovala na dehydratační stres ztrátou regenerační schopnosti po mrazových zásazích nejcitlivěji odrůda ‘Blussard Modrý’ a poté ‘Müller Thurgau’, u obou z nich byla po 21 dnech dehydratace regenerace po mrazových zásazích nižší než u nedehydratovaných kontrol, zatímco u ostatních dvou odrůd regenerace po 21 dnech dehydratace stále převyšovala regeneraci kontrol. Graf 2: Průběh mrazové dehydratace při -4°C u dormantních pupenů révy vinné

Legenda: BM – ‘Blussard Modrý’, MT - ‘Müller Thurgau’ (+ číslo klonu), PM - ‘Portugal Modrý’ (+ číslo klonu), RR - ‘Ryzlink Rýnský’. Modré šipky ukazují na stav dehydratace ve dnech odběru dormantních pupenů na mrazové zásahy a následné testy regenerace.

LD50 nastávaly při mrazové dehydrataci kontrolních pupenů při -4°C nevystavovaných mrazovým zásahům při obsahu 0,38-0,49 g vody na gram sušiny, což je srovnatelný výsledek s opakováními v předchozích letech, především velmi shodný s rokem 2008 (Tab. 2). Nejnižší obsah vody byl při LT50 u odrůdy ‘Portugal Modrý’, nejvyšší naproti tomu u odrůdy ‘Blussard Modrý’.

236

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZÁVĚR Řízená dehydratace dormantních pupenů vinné révy pozitivně ovlivňuje jejich mrazuvzdornost ověřenou testy regenerace po mrazových zásazích do té míry ztráty vody z pletiv, jež sama začíná mít negativní vliv na regeneraci pupenů. Ze tří mrazových testů dehydratovaných pupenů provedených u rostlinného materiálu dehydratovaném po dobu 7, 14 a 21 dní, byly nejlepší výsledky u varianty 7 dní, v případě odrůdy ‘Müller Thurgau’ u varianty 14 dní, dále schopnost regenerace měřená pomocí LT50 klesala, ve dvou případech (‘Müller Thurgau’, ‘Blussard Modrý’) klesla pod LT50 mrazuvzdornosti u kontrolních pupenů. Literatura Bilavčík A., Jadrná P., Casal R.A., Zámečník J., Faltus M., Jandurová O.M., 2009: Tolerance dormantních pupenů révy vinné k dehydrataci. Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2009 (Sborník příspěvků): 444-447 Jackson R.C. 2000: Wine science: principles, practice, perception. Academic Press: 648p Janáček J. and Prášil I., 1991. Quantification of plant frost injury by nonlinear fitting of an sshaped function. Cryo-Letters 12 (7): 47-52 Levitt J., 1980: Responses of Plants to Environmental Stresses (Physiological Ecology): Chilling, freezing, and high temperature stresses (Hardcover). Academis Press, New York, USA: 497 Thomashow M.F., 2001: So What's New in the Field of Plant Cold Acclimation? Lots! Plant Physiol 125: 89-93 Vertucci C. V., Stushnoff C., 1992: The state of water in acclimating vegetative buds from Malus and Amelanchier and its relationship to winter hardiness. Physiologia Plantarum 86(4): 503-511 FROST TOLERANCE IN DORMANT BUDS OF Vitis vinifera AND ITS DEVELOPMENT DURING CONTROLLED FROST DEHYDRATION Frost

tests were proceeded by selected cultivars of Vitis vinifera and frost hardiness was compared among particular cultivars and various temperature treatments. Regeneration ability after frost treatments was proved by growth tests. Frost treatments were assessed by nondehydrated dormant buds and also by buds having been dehydrated in freezing box at -4°C, influence of dehydration on the frost tolerance improvement was examined. It was found out that certain dehydration rate can increase the frost tolerance in Vitis vinifera cultivars, above all in case that they are well tolerant to dehydration. Poděkování Studie byla finančně podpořena projektem Genres 7B08039 a záměrem MZE 0002700604.

237


VLIV OBILEK KOSTŘAVY RÁKOSOVITÉ NA KLÍČENÍ VYBRANÝCH DRUHŮ TRAV Martinek J., Svobodová M., Králíčková T. Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra pícninářství a trávníkářství, Kamýcká 129, 165 21, Praha 6Suchdol, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT V laboratorním pokusu byla hodnocena dynamika klíčení a celková klíčivost druhů Lolium perenne (odr. Filip), Poa pratensis (odr. HIFI), Festuca rubra ssp. trichophylla (odr. Viktorka) a Deschampsia caespitosa (odr. Kometa) ve dvou komponentových směsích s osivem Festuca arundinacea (odr. Palladio). Pokus byl veden v klimaboxu Binder KBWF 720 při teplotním režimu 15/5 °C (den/noc 16/8 hodin, rh 70%). Celková klíčivost (GT) u žádného z testovaných druhů nebyla ovlivněna obilkami kostřavy rákosovité a oproti kontrole se lišila pouze o 1 – 4%. Stejně tak nebyl prokázán vliv kostřavy na střední dobu klíčení (MGT) ani na rychlost klíčení (S) osiva doprovodných druhů. Klíčová slova: trávy, klíčení, allelopatie, Festuca arundinacea

ÚVOD Kostřava rákosovitá patří v posledních letech v ČR k druhům stále více zařazovaným do trávníkových směsí s širokým využitím od extenzivnějších trávníků krajinného charakteru po intenzivnější parkové a rekreační trávníkové plochy. To je dáno zejména odolností tohoto druhu vůči zátěži, schopností hlubokého zakořenění a z toho plynoucí nenáročnosti na pravidelné hnojení a zavlažování. Konkurenceschopnost tohoto krátce výběžkatého druhu je determinována zejména výškou seče, kdy sílu konkurovat ostatním druhům (zejména kostřavě červené, psinečku výběžkatému nebo jílku vytrvalému) získává při výšce seče od 50mm (Černoch a Našinec, 2009). Ve směsích se jinak velmi dobře doplňuje s lipnicí luční. Konkurenční síla nad ostatními druhy v okolí kostřavy rákosovité byla připsána také alleopatickému potenciálu tohoto druhu a to především díky obsahu některých fenolických sloučenin v rostlinných částech (Wardle et al., 1996). Kohoutek et al. (1998) uvádí, že právě ve výměšcích kostřavy rákosovité byla identifikována řada látek (allelopatik) patřících mezi inhibitory klíčení některých semen v půdě, jako příklad uvádí kyselinu p-hydroxybenzeová, phydroxybenzaldehyd, kyselinu vanilová, vanilín, kyselinu syringová, kyselinu p-kumarová, kyselinu benzoová, kyselinu protokatechová a kyselinu ferulová. K popsání ekologické allelopatie na základě simulace přirozených podmínek je dle Einhelliga (1986) velmi obtížné z důvodu mnoha komplexně působících faktorů, které je jen velmi obtížné od sebe oddělit. Stejně tak obtížné je analyzovat vzájemný vliv většího počtu komponent ve směsi. Výsledky dosažené v laboratorních podmínkách nemusí vždy znamenat shodný účinek v přirozeném prostředí. To dokládají v pokusech Krogmeier a Bremmer (1989), kdy byl testován vliv devíti fenolických kyselin - kyseliny kávové, chlorogenové, kumarinové, elagiové, ferulové, gallové, para-hydroxybenzoové, syringové, vanilové) na klíčení a růst klíčních rostlin kukuřice, ječmene, ovsa, žita, čiroku, pšenice a vojtěšky. Ačkoli byl zjištěn allelopatický efekt při založení na Petriho misky, v půdě, i přes zvýšenou dávku allelopatik, tento vliv prokázán nebyl. Alelopatické účinky klíčícího osiva kostřavy rákosovité na klíčení semen štírovníku růžkatého byly zjištěny v pokusu Smolíkové a Bartošové (1997). Cílem tohoto pokusu bylo zhodnotit vliv klíčících obilek kostřavy rákosovité (odrůdy Palladio) ve směsi s vybranými odrůdami běžně používaných trávníkových druhů na jejich dynamiku klíčení (střední dobu a rychlost klíčení) a celkovou klíčivost.

238

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 MATERIÁL A METODIKA V klimaboxu Binder KBWF 720 byly sledovány celková klíčivost, rychlost klíčení (S) a střední doba klíčení (MGT) obilek Lolium perenne (odr. Filip), Poa pratensis (odr. HIFI), Festuca rubra ssp. trichophylla (odr. Viktorka) a Deschampsia caespitosa (odr. Kometa). Osivo každého druhu bylo uloženo na Petriho misky s navlhčeným filtračním papírem ve směsi s Festuca arundinacea (odr. Palladio) a to v počtu 50 ks obilek. Každá varianta byla provedena ve třech opakováních. Střídavý teplotní režim byl nastaven na 15/5 °C (den/noc 16/8 hodin), s pozvolnými dvouhodinovými přechody teplot a světla, vlhkost vzduchu byla nastavena na 70%. Vyklíčené obilky obou druhů (při délce koleoptile cca 2 mm) byly odebírány a odečítány v denních, později 2-3 denních intervalech. Celková klíčivost byla kalkulována pomocí indexu GT (Total Germination) vypočítaného dle: GT = (NT * 100) / N; kde GT je celková klíčivost; NT množství vyklíčených obilek při posledním odpočtu; N je počet všech obilek na jedno opakování, (Chiapusio et al., 1997). Pro vyjádření průběhu klíčení obilek v monokulturách byla vypočtena střední doba klíčení osiva (Mean Germination Time - MGT) podle rovnice: MGT = ΣD*n/Σn; kde D je počet dnů od počátku testu; n je počet obilek vyklíčených v den D (Ellis a Roberts, 1980). Zároveň byla pro citlivější posouzení vypočtena rychlost klíčení S (Speed of germination) dle vzorce: S = (N1* 1) + (N2-N1)* ½ + (N3-N2)* 1/3 + … + (Nn-Nn-1)*1/n; kde S (Speed of germination) je rychlost klíčení; N1, N2, N3, … Nn-1, Nn představuje počet obilek vyklíčených 1., 2., 3., n-1, n-tý den (Khandakar a Bradbeer, 1983). Výsledky byly hodnoceny analýzou rozptylu ANOVA LSD α = 0,05 v programu Statgraphics verze XV. VÝSLEDKY A DISKUSE Z výsledků je patrné, že vliv klíčících obilek kostřavy rákosovité na celkovou klíčivost druhého z komponentů ve směsi nebyl průkazný, přičemž u jílku vytrvalého, metlice trsnaté a kostřavy červené došlo oproti monokultuře k malému poklesu v celkově vyklíčených (o 14%), naopak u lipnice luční byl zaznamenán nepatrný nárůst v počtu vyklíčených a to o 2%. Rozdíly nebyly oproti kontrole (monokulturám jednotlivých druhů) průkazné (Tab. 1, Graf 1). K rozdílným výsledkům dospěli ve svém pokusu Kovár a Gregorová (2008), kteří dokládají, že vysetím směsi kostřavy rákosovité a lipnice luční se celková klíčivost lipnice snížila o 17%. 100 90 80 70 60 50 40 %....30 20 10 0 směs

mono

Jílek vytrvalý Filip

směs

mono

Lipnice luční HIFI

směs

mono

Metlice trsnatá Kometa

směs

mono

Kostřava červená Viktorka

Druhy (odrůdy) / varianta

Graf 1. Celková klíčivost druhů ve směsi s kostřavou rákosovitou (odr. Palladio) (%)

239

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 V našem pokusu nebyl prokázán ani vliv obilek kostřavy rákosovité na průběh klíčení (střední dobu klíčení MGT a rychlost klíčení S) žádného z doprovodných komponentů ve směsi (Tab. 1, Graf 2-5). U lipnice luční došlo pouze ke snížení MGT obilek při vysetí ve směsi a to o 1,4 dnů, rozdíl však nebyl průkazný. Dle vypočteného S (rychlost klíčení) nedošlo vlivem obilek kostřavy rákosovité ani ke zpomalení ani ke zrychlení klíčení doprovodných druhů. Tabulka 1. Celková klíčivost (%) a dynamika klíčení Jílek Lipnice Metlice Kostřava červená vytrvalý luční trsnatá Viktorka Filip Hifi Kometa Celková klíčivost (%) Směs s KR 95 a 87 a 68 a 87 a Monokultura 99 a 85 a 69 a 91 a Dmin. α=0,05 14,2 12,2 35,4 34,6 MGT (dnů) 14,6 a Směs s KR 9,3 a 15,5 a 12,7 a Monokultura 9,3 a 16,0 a 15,1 a 13,0 a Dmin. α=0,05 1,1 2,7 4,4 1,8 Rychlost klíčení (S) Směs s KR 1,03 a 0,32 a 0,24 a 0,51 a Monokultura 1,07 a 0,32 a 0,29 a 0,52 a Dmin. α=0,05 0,17 0,15 0,45 0,17 a - homogenní skupina (pro jednotlivé varianty založení v rámci použitého druhu) 100 90 80 70 60 % 50 40 30 20 10 0

směs s KR monokultura JV

100 90 80 70 % 60 50 40 30 20 10 0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

směs s KR monokultura KČ 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Dnů klíčení od založení

Dnů klíčení od založení

Graf 2. Dynamika klíčení j. vytrvalého Filipa Graf 3. Dynamika klíčení k. červené Viktorky 100 90 80 70 60 % 50 40 30 20 10 0

směs s KR monokultura MT

100 90 80 70 % 60 50 40 30 20 10 0

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Dnů klíčení od založení

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Dnů klíčení od založení

Graf 4. Dynamika klíčení m. trsnaté Komety

směs s KR monokultura LL

Graf 5. Dynamika klíčení l. luční HIFI

240

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZÁVĚR V pokusu se nepodařilo prokázat retardační či stimulační vliv klíčících obilek kostřavy rákosovité (odr. Palladio) na průběh klíčení a celkovou klíčivost druhého komponentu ve směsi a to jílku vytrvalého (odr. Filip), kostřavy červené (odr. Viktorka), metlice trsnaté (odr. Kometa) a lipnice luční (odr. HIFI). Literatura Einhellig, F.A.: Interactions among allelochemicals and other stress factors of plant environment. In Waller, G. R. (ed) 1987. Allelochemicals: role in agriculture and forestry. Amer. Chem. Soc. Washington DC. 1986: 343–357 Ellis, R.H., Roberts, E.H.: Improved equations for seed longevity. Anals of Botany 45, 1980: 13–30. Černoch, V., Našinec, I.: Trávníkové druhy a odrůdy. In Hrabě, F. a kol., 2009, Trávníky pro zahradu, krajinu a sport. Vydavatelství Petr Baštan, 2009: 335 s. Chiapusio, G., Sánchez, A.M., Reigosa, M.J., González, L., Pellissier, F.: Do germination indices adequately reflex allelochemical effects on the germination process? Journal of Chemical Ecology, 23, 1997: 2445–2453. Khandakar, A. L., Bradbeer, J.W.: Jute seed quality. Bangladesh Agricultural Research Council, Dhaka. 1983 Kohoutek, A., Fojtík, A., Horák, J., Odstrčilová, V., Novosadová, P., 1998: Vliv alelopatického působení lyofilizovaných půdních výluhů na klíčivost, délku hypokotylu a kořene Trifolium pratense, cv. Vesna. a Festuca arundinacea, cv. Kora. Rostlinná výroba 44, (6): 251-260. Kovár, P., Gregorová, H.: Uplatnenie alelopatie v procese klíčenia semien tráv a ďateliny plazivej. In Trávníky 2008. Sborník z odborného semináře, Agentura Bonus, Hrdějovice. 2008: 43–46. Krogmeier, M.J., Bremmer, J.M.: Effects of fenolic acids on seed germination and seedling growth in soil. Biology of fertility of soils , 8, 1989: 184-192. Smolíková, M., Bartošová, L.: Alelopatické ovlivnění klíčivosti vybraných druhů jetelovin a kostřavy rákosovité (Festuca arundinacea Schreb.). Rostl. výr., 43,1997: 425-429. Wardle, D.A., Nicholson, K.S., Rahman, A.: Use of a comparative approache to identify allelopathic potential and relationship between allelopathy bioassays and „competition“ experiments for ten grassland and plant species. Jurnal of Chemical Ecology 22, 1996: 933– 948.

THE INFLUENCE OF Festuca arundinacea KERNELS ON GERMINATING OF SELECTED TURFGRASS SPECIES. The germination dynamics and capacity of Lolium perenne (cv. Filip), Poa pratensis (cv. HIFI), Festuca rubra ssp. trichophylla (cv. Viktorka), Deschampsia caespitosa (cv. Kometa) were evaluated in mixtures with Festuca arundinacea (cv. Palladio). The laboratory experiment was conducted under temperature regimen 15/5 °C (16/8 hours – day/night, rh 70%) in a climate chamber Binder KBWF 720. On average, total germination rates (GT) of tested species were not significantly affected by Festuca arundinacea seed and the differences ranged between 1-4 % in comparison with monocultures. The influence of Festuca arundinacea on Mean Germination Time (MGT) nor on Speed of Germination (S) of the other species in mixtures was not proved. Key words: grass, germination, allelopathy, Festuca arundinacea

Poděkování Výsledky byly získány za podpory Výzkumného záměru MSM 6046070901 MŠMT ČR a interního grantu SGS FAPPZ 2010.

241


VLIV VÝŠKY SEČE NA POČÁTEČNÍ VÝVIN VYBRANÝCH TRÁVNÍKOVÝCH ODRŮD KOSTŘAVY RÁKOSOVITÉ Svobodová M., Králíčková T., Martinek J. Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra pícninářství a trávníkářství, Kamýcká 129, 165 21. Praha 6 Suchdol, email: [email protected]

ABSTRAKT V nádobovém pokuse ve skleníku za stálé teploty 19°C byly vysety obilky Festuca arundinacea (Palladio, Barfelix, Zuzana) v monokultuře (105 mil. klíčivých obilek na ha) nebo tentýž výsevek F. arundinacea ve směsi s Poa pratensis HIFI ve váhovém poměru 90:10 nebo 70:30. Porosty byly sečeny na výšku 30 a 60 mm. Byla sledována hmotnost sušiny ústřižků. Průkazně více hmoty produkovaly odrůdy Zuzana a Palladio (P-value 0,0002-0,0201). V 1. pokusné seči odr. Zuzana vytvořila v průměru o 28% více hmoty než odr. Palladio a o 20% více než Barfelix. Ve druhé a třetí seči byl výnos ústřižků u odrůd Zuzana a Palladio v průměru stejný, u odrůdy Barfelix o 7-8% nižší. Vliv výšky seče byl prokázán pouze v 1. seči (P-value = 0,0000). Ve druhé a třetí seči hmotnosti ústřižků mezi variantami sečenými na 30 a 60 mm lišily v průměru jen o 3%. Klíčová slova: Festuca arundinacea, Poa pratensis, výška seče, hmotnost ústřižků

ÚVOD Mezi nejčastěji používané druhy do travních směsí mírného pásma patří jílek vytrvalý a lipnice luční. Pro trvalé udržení kvalitního trávníku je ve většině případů nezbytná závlaha, hnojení a další zásahy. V posledních letech se však šlechtitelé začínají zaměřovat na méně náročné a zejména suchovzdornější travní druhy, které mohou funkčně i esteticky nahradit běžně používané trávníkové trávy pro tzv. low-input parkové trávníky. Jako perspektivní se z tohoto pohledu jeví kostřava rákosovitá. Vzhledem k vysoké adaptabilitě druhu vůči různým nepříznivým faktorům se uplatňuje v hrubších, ne příliš nízko sečených zatěžovaných trávnících veřejné zeleně i v extenzivních trávnících krajinného charakteru na výsušných i mokrých stanovištích. Její podíl ve směsi s doporučovanou lipnicí luční by měl být minimálně 60% váhových. Podle starších (Davis,1958; Murray a Powell,1979) i novějších zdrojů (Dannenberger et al., 2003; Černoch, Našinec, 2009) je kostřava rákosovitá přizpůsobena výšce seče od 40 mm výše, ovšem nejlépe se jí daří při sečení na 60 mm. V pokusech na šlechtitelské stanici Větrov bylo prokázáno, že časté sečení snižuje její konkurenční schopnost a ve směsích s agresivními druhy, jako jsou kostřava červená trsnatá nebo psineček tenký, z trávníku ustupuje (Našinec, 2009). Při pěstování běžných parkových trávníků bez pravidelné závlahy bychom pro dosažení přijatelného estetického i funkčního efektu měli dávat přednost zapojenému porostu bez plevelů, s podstatně menším důrazem na nízké sečení. Vyšší výška seče (60 mm a více) vytvoří předpoklady pro hlubší zakořenění rostlin, které je zásadní pro odolnost porostu proti suchu (Straková, Hrabě, 2001; Svobodová, Šantrůček, 2007). Z hlediska tvorby nadzemní fytomasy při trávníkářském využití patří kostřava rákosovitá ke středně produktivním druhům - v pokusech Strakové (2001) tvořila v průměru o 15% méně fytomasy než např. lipnice luční. Vyšší sečí se navíc v podmínkách trávníků běžné městské zeleně omezí riziko skalpování porostů při nerovném povrchu půdy. Snížením produkce posečené fytomasy, při současném zachování hustoty trávníku, může být dosaženo finančních úspor při sečení trávníků. Cílem práce bylo posoudit vliv výšky seče na tvorbu nadzemní fytomasy, resp. produkci ústřižků, které jsou při seči odstraňovány, u tří odrůd kostřavy rákosovité v monokultuře nebo ve směsi s lipnicí luční s různým poměrem komponent.

242

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 MATERIÁL A METODIKA Nádobový pokus se čtyřmi opakováními, byl veden ve sklenících ČZU v Praze za stálé teploty 19°C a relativní vzdušné vlhkosti 70%. Do vegetačních nádob o rozměrech 150 x 150 x 200 mm s křemičitým pískem se zrnitostí 250-500µm byly 4.8.2010 vysety obilky kostřavy rákosovité (Festuca arundinacea) odrůd Palladio, Barfelix, Zuzana v monokultuře (210 kg/ha klíčivých obilek = 105 mil. klíčivých obilek na ha) nebo tentýž výsevek kostřavy rákosovité ve směsi s lipnicí luční (Poa pratensis) odrůdy HIFI. Výsevek lipnice byl 90 kg/ha, což představovalo váhový poměr osiva kostřavy a lipnice 70:30 nebo 23 kg/ha (= váhový poměr osiva kostřavy a lipnice 90:10). Porost byl hnojen kapalným hnojivem Pentakeep – G, (NPK 6-10-5) s obsahem fotosyntézu urychlující 5 – aminolevulovou kyselinou, v poměru 1ml na 1 litr vody v pěti dávkách (5 dávek po 250 ml roztoku na nádobu) pro zajištění optimálních podmínek růstu. Poprvé (25.8.2010) byly všechny porosty posečeny na výšku 30 mm. Seč byla prováděna v každé nádobě zvlášť nůžkami podle vložené šablony zajišťující stejnou výšku seče od povrchu půdy. Po šesti týdnech pěstování bylo zahájeno sečení porostů na rozdílnou výšku, tj. na 30 a 60 mm, takto byly provedeny tři seče (6.10., 21.10. a 9.11. 2010). V jednotlivých sečích byla sledována hmotnost ústřižků (v sušině). Výsledky byly vyhodnoceny analýzou rozptylu LSD α = 0,05 v programu Statgraphics XV. VÝSLEDKY A DISKUSE Vliv odrůdy na hmotnost ústřižků v jednotlivých sečích byl průkazný (P-value 0,00020,0201) - více hmoty produkovaly odrůdy Zuzana a Palladio (Tab. 1). Největší rozdíl byl zaznamenán v 1. seči, kde odr. Zuzana vytvořila v průměru v monokultuře i ve směsích o 28% více hmoty než odr. Palladio a o 20% více než Barfelix. Ve druhé a třetí seči byl výnos ústřižků u odrůd Zuzana a Palladio v průměru stejný, u odrůdy Barfelix o 7-8% nižší, což odpovídá našim výsledkům z polních pokusů, kde odrůda Barfelix sice tvořila největší odnože, ale vyznačovala se nejmenší hustotou odnoží a produkovala nejméně hmoty (Králíčková et al., 2010). V prvních dvou sečích byla větší produkce ústřižků při větším podílu kostřavy rákosovité ve směsích, ve třetí seči byl průkazně nejvyšší výnos ústřižků při podílu kostřavy rákosovité 90% (Tab. 1). Vliv výšky seče (Tab. 1) byl statisticky prokázán pouze v 1. seči (P-value = 0,0000), což je logické vzhledem k tomu, že při předchozím ošetřování bylo sečení prováděno na stejnou výšku. Větší reziduální listová plocha dává předpoklady k většímu nárůstu hmoty do další seče. V našem pokuse se však ve druhé a třetí seči hmotnosti ústřižků mezi variantami sečenými na 30 a 60 mm lišily v průměru jen o 3% a rozdíly byly neprůkazné i v interakci výšky seče a odrůdy (graf 1) nebo v interakci výšky seče a podílu kostřavy rákosovité ve směsi. Tento výsledek podporuje myšlenku ponechání větší výšky porostu při praktickém pěstování trávníku s převahou kostřavy rákosovité, je však třeba zhodnotit i vývin porostu v následujících obdobích po plném vyvinutí druhé složky porostu - lipnice luční. ZÁVĚR Z dosavadních výsledků vyplývá, že při vyšší výšce seče u nově založeného trávníku nedojde ke zvýšení produkce odstraňované fytomasy. Je třeba prověřit tyto vztahy u starších porostů v souvislosti se změnami poměru jednotlivých komponent směsi.

243

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Tabulka 1. Hmotnost sušiny ústřižků (g.m-2), homogení skupiny (α = 0,05) Seč 1. seč 2. seč 3. seč odrůda Palladio 24,5 a 25,1 a 20,4 ab Barfelix 26,2 a 22,9 a 19,5 a Zuzana 31,4 b 22,9 a 22,9 b Dmin. 3,5 2,4 2,3 P-value 0,0002 0,0203 0,0021 podíl 100 27,1 ab 24,6 a 19,7 a kostřavy 90 29,6 b 23,4 a 22,6 b rákosovité 70 25,5 a 22,9 a 20,6 ab Dmin. 3,5 2,4 2,3 P-value 0,0108 0,1229 0,0074 výška seče 30 35,7 b 23,9 a 21,3 a 60 19,1 a 23,3 a 20,6 a Dmin. 2,9 1,9 1,9 P-value 0,0000 0,3712 0,3324

-2

(g.m )

Graf 1. Hmotnost sušiny ústřižků (g.m-2) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

30 60

1. seč 2. seč 3. seč 1. seč 2. seč 3. seč 1. seč 2. seč 3. seč Palladio

Barfelix

Zuzana

Odrůda Graf 1. Hmotnost sušiny ústřižků (g.m-2)

Literatura Danneberger, K., Dipaola, J., O´Keffe, M., Shetlar, D., Bloetscher, B., Bearmore, J., Duncanason, E., Snyder, G., Cregan, J.: Osu Global Golf Course Management Workshop, Sea Pines Resorts, Hilton Head Island, Sc, The Ohio State University, 2003, 145 s. Davis, R.R.: The Effect Of Other Species And Swing Height On Persistence Of Lan Grasses. Agron. J. 50, 1958: 671-673 In Casler, M., D, Duncan, R.R. 2003. Turfgrass Biology, Genetics Ans Breeding. Published by John Wiley, Inc., Hoboken, New Jersey, 367s. Černoch, V., Našinec, I.: Trávníkové druhy a odrůdy. In Hrabě, F. A kol., 2009, Trávníky pro zahradu, krajinu a sport. Vydavatelství Petr Baštan, 2009: 335 s.

244

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Svobodová, M., Šantrůček, J.: Příspěvek ve sborníku Vývin kořenového systému lipnice luční a jílku vytrvalého v závislosti na jejich poměru v směsi a výšce seče. Česká republika, 2007, Praha, In: Sborník příspěvků z odborného semináře "Aktuální témata v pícninářství a trávníkářství 2007", Česká zemědělská univerzita v Praze, 2007: 67-71. Králíčková T., Svobodová M., Martinek J.: Konkurenční vztahy kostřavy rákosovité a lipnice luční v počátku vývinu porostu. Vědecká příloha časopisu Úroda, 58, 2010: 495-498. Murray J. J., Powell J. B.: Turf 1979. In R. C. Brukner and L. P. Bush, Eds. Tall Fescue. Agron Monogr. 20. ASA, CSSA, and SSSA, Madison, WI, 1979 Našinec, I.: Ústní sdělení, 2009. Straková, M., Hrabě, F.: Weight and Stratification of Root Biomass in Selected Turf Cultivars. Rostlinná výroba, 47, 2001: 451-455. Straková, M.: Vývoj a struktura nadzemní a podzemní biomasy trávníkových odrůd trav. Doktorská disertační práce. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2001

THE INFLUENCE OF MOWING HEIGHT ON INITIATIVE EMERGENCE OF Festuca arundinacea AND ITS SELECTED VARIETIES. Seeds of Festuca arundinacea (varieties: Palladio, Barfelix, Zuzana) were sown in a laboratory experiment in a greenhouse (fixed temperature 19°C). Either it was a monoculture (105 millions of germinative seeds / hectare) or the same seeding amount was used in a mixture with Poa pratensis (HIFI) in a weight proportion 90:10 and 70:30%. The mowing height was 30 and 60 mm. The weight of clippings was measured. Significantly higher yield of dry mass of clippings was produced by the variety Zuzana and Palladio (P-value 0,0002-0,0201). In the 1st cutting, Zuzana formed 28% matter more than Palladio and 20% more than Barfelix. In the 2nd cutting, Zuzana and Palladio were equalled as far as the yield of clippings is concerned, Barfelix was 7-8% lower. The influence of mowing height was proved only at the 1st cutting (P-value = 0, 0000). The difference in between 2nd and 3rd cutting was only 3% on average. Key words: Festuca arundinacea, Poa pratensis, mowing height, clippings yield

Poděkování Výsledky byly získány za podpory Výzkumného záměru MSM6046070901 MŠMT ČR a interního grantu SGS FAPPZ 2010.

245


STRES SUCHEM A DYNAMIKA KLÍČENÍ VYBRANÝCH TRÁVNÍKOVÝCH ODRŮD LIPNICE LUČNÍ Martinek J., Svobodová M., Králíčková T. Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra pícninářství a trávníkářství, Kamýcká 129, 165 21, Praha 6Suchdol, e-mail: [email protected]

ABSTRAKT V laboratorních pokusech byl sledován vliv stresu suchem při klíčení tří odrůd lipnice luční – HIFI, Slezanka a Harmonie. Po nabobtnání – 1 - 8 dnů (denní/noční režim - 16/8 hod., 15/5 °C, rh 70%) a následném 5 denním stresu (35°C, rh 40%), byla sledována rychlost klíčení a celková klíčivost. Celková klíčivost testovaných odrůd lipnice luční byla v průměru průkazně ovlivněna jak odrůdou (p-value 0,0093), tak délkou nabobtnání obilek před stresem (p-value 0,0000). Celková klíčivost odrůdy HIFI nebyla průkazně ovlivněna bobtnáním obilek před stresem od 1 do 5 dnů bobtnání, při 6 - 8 dnech bobtnání před stresem došlo k průkaznému snížení celkové klíčivosti až o 46%. Obilky odrůdy Slezanka dosáhly nejvyšší celkové klíčivosti při bobtnání 6 dnů před stresem naopak velmi nízké celkové klíčivosti bylo dosaženo u variant s 3 denním (53%) a 4 denním bobtnáním (55%) před stresem. Celková klíčivost odrůdy Harmonie se pohybovala od 67 do 76%, rozdíly byly neprůkazné. Výsledky byly hodnoceny analýzou rozptylu ANOVA LSD α = 0,05 v programu Statgraphics verze XV. Klíčová slova: Trávy, klíčení, vodní stres, Poa pratensis

ÚVOD Klíčivost osiva je základním kritériem pro uspokojivé založení trávníkového porostu. Proces klíčení zahrnuje iniciaci metabolických procesů a je podmíněné vlastnostmi osiva (genetickými dispozicemi, kvalitou osiva) a podmínkami prostředí jako dostatkem vody a kyslíku, optimální teplotou a někdy i světlem (Copeland and McDonald, 1995; Míka et al., 2002). Abiotický stres, jako je stres suchem, může mít různý efekt v různých fázích vývoje semenáčku. Příjem vody za optimální teploty je však z faktorů jeden z nejdůležitějších. Příjmem vody dává embryo signál k mobilizaci zásobních látek, dochází k syntéze hydrolytických enzymů štěpící škrob a embryo se tak transformuje z dehydratovaného klidového stavu do stadia se životaschopným metabolismem (Houba, Hosnedl, 2002). Následuje prodlužování buněk radikuly a viditelná fáze klíčení s růstem koleoptile. Nedostatek vody v průběhu bobtnání zpravidla nemusí znamenat porušení klíčku. Nastane-li však nedostatek vody ve fázi klíčení, které je již spojeno s buněčným dělením, objemovým růstem a růstu klíčku, pak k porušení klíčku dochází (Hess, 1983; Houba, Hosnedl, 2002). Důležitá je i schopnost obilky umět si vodu udržet např. při krátkodobých výskytech vysokých teplot. Při velkých ztrátách vody může dojít k prodýchání značného množství zásobních látek, někdy i k zaschnutí klíčních rostlin (Bláha et al., 2003) nebo mohou být tyto poškozeny i vysokými teplotami. V našich předchozích pokusech (Martinek et al., 2009a,b, Svobodová et al., 2010) byl zkoumán vliv stresu suchem (5 dní, 35°C, relativní vlhkost 40%) v prvních 1 – 9 dnech klíčení. Výsledky těchto pokusů potvrdily rozdíly u jednotlivých druhů v době, kdy nastává kritická fáze nabobtnání, ve které se obilka stává citlivější k stresu suchem, dochází k poškození naklíčených obilek suchem a celková klíčivost průkazně klesá. U metlice trsnaté a kostřavy červené byl kritický moment stanoven po 8. dnu bobtnání, u jílku vytrvalého se hranice pohybuje mezi 9. a 10. dnem. Cílem pokusu bylo zhodnotit schopnost obilek používaných trávníkových druhů lipnice luční obnovit proces klíčení po jeho přerušení uměle vyvolaným vláhovým stresem a definovat, kdy se stává poškození obilek tímto stresem fatální.

246

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 MATERIÁL A METODIKA Na Petriho misky s navlhčeným filtračním papírem bylo umístěno 50 ks obilek lipnice luční; byly použity tři odrůdy HIFI, Slezanka a Harmonie. Pokus byl založen ve 3 opakováních v klimaboxu Binder KBWF 720 (denní/noční režim - 16/8 hod., 15/5 °C s pozvolnými přechody, rh 70%). Po 1 - 8 dnech bobtnání obilek proběhlo jejich sušení po dobu 5 dnů při teplotě vzduchu 35°C a rh 40% (simulace přísušku), po té následovalo opětné navlhčení a klíčení probíhalo za stejného denního a nočního režimu jako bobtnání, ve stejném termínu byla založena i kontrolní varianta (bez stresu). Průběh klíčení byl sledován v 1 denních intervalech až do plného vyklíčení osiva. Celková klíčivost byla kalkulována pomocí indexu GT (Total Germination) vypočítaného dle: GT = (NT * 100) / N; kde GT je celková klíčivost; NT množství vyklíčených obilek při posledním odpočtu; N je počet všech obilek na jedno opakování, (Chiapusio et al., 1997). Pro vyjádření rychlosti klíčení obilek v monokulturách byla vypočtena střední doba klíčení osiva (Mean Germination Time - MGT) podle rovnice: MGT = ΣD*n/Σn; kde D je počet dnů od počátku testu; n je počet obilek vyklíčených v den D (Ellis a Roberts, 1980). Výsledky (počet vyklíčených obilek ve vybraných dnech) byly zpracovány analýzou rozptylu Anova v programu Statgraphic XV (LSD α = 0,05). VÝSLEDKY A DISKUSE Celková klíčivost testovaných odrůd lipnice luční byla v průměru průkazně ovlivněna jak odrůdou (p-value 0,0093), tak délkou nabobtnání obilek před stresem (p-value 0,0000). Nejvyšší celkovou klíčivost osiva kontrolních variant dosáhla odrůda HIFI (77%), přičemž střední doba klíčení (dále MGT) byla 15,9 dnů. Slezanka dosáhla celkové klíčivosti 72% při MGT 18,4 dnů (o 2,5 dne více než HIFI), nejméně vyklíčených bylo odečteno u odrůdy Harmonie (67%), s MGT 17,5 dne (Tab. 1, Graf 1). Tabulka 1. Celková klíčivost (%) a střední doba klíčení (MGT - dny) Střední doba klíčení (MGT) Celková klíčivost (%) Dnů bobtnání HIFI Slezanka Harmonie HIFI Slezanka Harmonie 0 1 2 3 4 5 6 7 8

77 76 81 75 66 69 57 53 31

de de e de bcd cde bc b a

72 62 66 53 55 76 79 70 63

bc 67 a 15,9 ab 18,4 d ab 70 a 15,5 a 17,3 cd abc 68 a 15,0 a 16,3 bc a 76 a 15,2 a 17,5 cd a 68 a 16,4 abc 18,8 d bc 75 a 17,4 bc 15,6 ab c 75 a 17,6 c 14,6 a bc 69 a 18,1 c 15,0 ab ab 68 a 17,9 c 16,4 bc Dmin. 15,2 1,7 Odrůda 0,0093 0,1104 P-value Dnů bobtnání 0,0000 0,0015 α = 0.05 Interakce 0,0000 0,0000 a, b, c, d, e - homogenní skupiny (pro jednotlivé varianty délky bobtnání)

17,5 17,3 17,4 16,4 16,4 16,1 15,3 14,9 14,3

b b b b ab ab a a a

Vliv délky bobtnání obilek před stresem se projevil různě u všech testovaných odrůd. Celková klíčivost odrůdy HIFI nebyla průkazně ovlivněna bobtnáním obilek před stresem od 1 do 5. Při 6 - 7 dnech bobtnání před stresem došlo k průkaznému snížení celkové klíčivosti o 20 a 24% oproti kontrolní variantě bez stresu. Při 8 dnech bobtnání s

247

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 následujícím stresem se klíčivost snížila na 31%, tedy oproti kontrole o 46%. S prodlužující se dobou bobtnání se u této odrůdy prodlužovala i střední doba klíčení. Průkazný rozdíl oproti kontrole byl patrný u variant s 6 denním bobtnáním a delším, kdy se střední doba klíčení (MGT) zvýšila až o 2,2 dne. Obilky lipnice luční Slezanky dosáhly překvapivě nejvyšší celkové klíčivosti při bobtnání 6 dnů před stresem, tato varianta měla i nejnižší střední dobu klíčení (14,6 dnů) - Graf 2-4. Naopak velmi nízké celkové klíčivosti bylo dosaženo u variant s 3 denním (53%) a 4 denním bobtnáním (55%), osivo u těchto variant klíčilo nejdéle – střední doba klíčení až 18,8 dnů. Při bobtnání 7 a 8 dnů před stresem byly rozdíly od kontrolní variant v celkové klíčivosti neprůkazné. Osivo odrůdy Harmonie vykazovalo značnou stabilitu z hlediska celkové klíčivosti. Rozdíly mezi jednotlivými variantami doby nabobtnání před stresem byly neprůkazné a celková klíčivost se pohybovala od 67 do 76%. Střední doba klíčení se u Harmonie zvyšovala s přibývajícími dny bobtnání, klesla z 17,5 na 14,3 dnů (průkazné rozdíly od 6 dnů bobtnání). V porovnání výsledků pokusů s ostatními druhy (Martinek et al., 2009b) došlo při 8 dnech bobtnání a následném stresu suchem ke snížení celkové klíčivosti u jílku vytrvalého (odr. Filip) o 13% (oproti kontrolní variantě), u metlice trsnaté (odr. Kometa) o 56% a u kostřavy červené (odr. Viktorka) o celých 60%. 100

Dnů bobtnání před stresem

90

80

0 3 6

80

70

70

60

1 4 7

40

50 40

30 20

30

10

20 10

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

LL Hifi

0 1 2 3 4 5 6 7 8

LL Slezanka

0 1

LL Harmonie

3

5

7

9

Graf 1.

13

15

17

19

21

23

25

27

29

11 13 15 17 19 Dnů od konce stresu

21

23

25

27

29

Graf 2. Slezanka

100 0

80 70

1

Harmonie

100


90

11

Dnů od konce stresu

Odrůda/Dnů bobtnání před stresem


90

2

3

4

5

6

7

8

80 70

0

1

2

3 6

4 7

5 8

60 %

60 %

2 5 8

60

50

%

%

HIFI

100

90

50

50

40

40

30

30

20

20

10

10 0

0 1

Graf 3.

3

5

7

9

11 13 15 17 19 Dnů od konce stresu

21

23

25

27

1

29

3

5

7

9

Graf 4.

Graf 1. Celková klíčivost (%) u vybraných odrůd lipnice luční v závislosti na době bobtnání před stresem. Graf 2-4. Dynamika klíčení vybraných odrůd lipnice luční v závislosti na délce nabobtnání před stresem (graf 2. HIFI, graf 3. Slezanka, graf 4. Harmonie)

248

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZÁVĚR Z těchto výsledků je patrné, že i v rámci jednoho druhu se mohou vyskytovat rozdíly mezi odrůdami v průběhu bobtnání a počátku klíčení, kdy stres suchem již vede k nevratnému poškození obilek. V důsledku toho může dojít ke změnám druhové skladby trávníku oproti původně vyseté směsi. Literatura Bláha, L., Bocková, R., Hnilička, F., Hniličková, H., Holubec, V., Mollerová, J., Štolcová, J., Zieglerová, J.: Rostlina a stres. VÚRV, Praha, 2003: 156 s. Copeland, L.O., McDonald, M.B.: Principles of Seed Science and Technology. Chapman&Hall, 1995: 409 s. Ellis R.H., Roberts E.H.: Improved equations for seed longevity. Anals of Botany 45, 1980: 13–30. Hess, D.: Fyziologie rostlin. Academia Praha 1983: 348 s. Houba, M., Hosnedl, V. 2002. Osivo a sadba. Praktické semenářství. 1.Vydání. 185s. Chiapusio G., Sánchez A.M., Reigosa M.J., González L., Pellissier F.: Do germination indices adequately reflex allelochemical effects on the germination process? Journal of Chemical Ecology, 23, 1997: 2445–2453. Martinek, J., Svobodová, M., Zimmermannová, T. 2009a. An influence of water stress in first stages of development on germination capacity of selected turfgrass species. In: Proceedings of the 15th of the European Grassland Federation Symposium, Grassland Science in Europe Vol. 14, Research inst. of fodder crops Ltd. Troubsko, Brno, 2009a: 410 -413. Martinek, J., Svobodová, M., Zimmermannová, T.: Dynamika klíčení trávníkových druhů trav při vodním stresu. Vědecká příloha časopisu Úroda, 12, 2009b: 85-88. Míka, V., Cagaš, B., Fiala, J., Kohoutek, A., Komárek, P., Nerušil, P., Odstrčilová, V., 2002. Morfogeneze trav. Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 200 s. Svobodová, M., Martinek, J., Zimmermannová, T.: Germination dynamics of amenity grasses under drought stress. Proceedings of the 2nd European Turfgrass Society Conference, Angers 11.-13.4.2010, 2010: 219-221.

THE INFLUENCE OF WATER STRESS ON GERMINATING OF SELECTED TURFGRASS CULTIVARS OF Poa pratensis. Two laboratory experiments were conducted to evaluate the ability of germination of selected cultivars of Poa pratensis such as HIFI, Slezanka and Harmonie. The kernels were imbibed for 1- 8 days on wet paper in Petry’s dishes under day/light regime 16/8 hours, 15/5 °C, rh 70%. Water stress after this period lasted 5 days (35°C, rh 40%). The germination dynamics and capacity were evaluated. On average, the germination capacity was affected by the cultivar used (p-value 0.0093), as well as, by the time of imbibition before drought stress (p-value 0.0000). The germination capacity of cultivar HIFI was not significantly affected by kernels imbibition 1 to 5 days before stress; however, there was significant decrease of germinated kernels by variants imbibed from 6 to 8 days before stress (up to 46%). The kernels of cultivar Slezanka germinated surprisingly with highest capacity by variant with imbibition 6 days before stress; in contrary, very low capacity was found by variant with imbibition lasting 3 days (53%). Germinating capacity of cultivar Harmonie ranged from 67 to 76% and the differences were not significant. The results were evaluated by analysis of variance ANOVA LSD α = 0.05 (Statgraphics programme, version XV.). Key words: Grass, germination, drought stress

Poděkování Výsledky byly získány za podpory Výzkumného záměru MSM 6046070901 MŠMT ČR a interního grantu SGS FAPPZ 2010.

249


ADAPTAČNÍ STRATEGIE SMRKU ZTEPILÉHO NAD HORNÍ HRANICÍ LESA V HRUBÉM JESENÍKU Šenfeldr M., Maděra P. Ústav lesnické botaniky, dendrologie a geobiocenologie, LDF MENDELU v Brně, Zemědělská 3, 613 00 Brno

ABSTRAKT Horní hranice lesa je nejvýznamější biogeografická hranice v horském reliéfu a představuje unikátní prostředí pro studium rostlinných adaptací a strategií přežití na hranici ekologického pesima. Vegetativní schopnost ozmnožování smrku ztepilého představuje klíčovou adaptaci, která je nezbytná pro udržení a šíření na stanovišti s vysokou intenzitou stresu. Nový klonální jedinec vzniká zakořeněním větve rodičovského jedince – po zakořenění je tato větev nazývána jako spojovací větev a zprostředkovává spojení mezi rodičovským a dceřiným jedincem. Prostřednictvím hřížení vznikají klonální smrkové skupiny. Cílem příspěvku je popsat základní parametry hřížení (vzdálenost a směr zakořenění, výšku nasazení spojnice na rodičovském stromě) a distribuci jedinců v klonálních generacích. Z výsledků vyplývá, že intenzita hřížení se zvyšuje s nadmořskou výškou.Nejvyšší zastoupení jedinců bylo zaznamenáno v první klonální generaci. Na studované lokalitě byly zaznamenány až tři generace jedinců klonálního původu. Klíčová slova: přirozené vegetativní rozmnožování – hřížení, horní hranice lesa, klonální smrková skupina, rodičovský strom.

ÚVOD Vegetativní schopnost rozmnožování smrku ztepilého představuje klíčovou adaptaci, která je nezbytná pro udržení a šíření na stanovišti s vysokou intenzitou stresu. Nový klonální jedinec vzniká zakořeněním větve rodičovského jedince - po zakořenění je tato větev nazývána jako spojovací větev a zprostředkovává spojení mezi rodičovským a dceřiným jedincem.Prostřednictvím hřížení vznikají klonální smrkové skupiny. Cílem příspěvku je popsatzákladní parametry hřížení (vzdálenost a směr zakořenění, výšku nasazení spojnice na rodičovském stromě) a distribuci jedinců v klonálních generacích. MATERIÁL A METODY Výzkumná lokalita se vyskytuje v NPR Šerák - Keprník, která formuje SZ část Hrubého Jeseníku. Lokalita Keprník je jedna ze sedmi elevací v Hrubém Jeseníku, kde je vymezena horní hranice lesa (Treml, Banaš 2000).Terénní sběr dat probíhal na výzkumném polygonu (VP) na SZ svahu Keprníku.Výzkumný polygon byl v altitudiálním směru rozdělen na dvě části. Spodní část byla vymezena horní hranicí smrků o výšce 5 m (1382 m. n.m) a horní hranicí smrků o výšce 2 m (1407 m.n.m). Horní část byla vymezena horní hranicí smrků o výšce 2 m (1407 m.n.m) a nejvyšším bodem rezervace – vrcholem Keprníku (1423 m.n.m). Tyto vegetační linie vymezil Treml (2007).Na výzkumném polygonu bylo celkem 10 náhodně vybraných klonálních smrkových skupin (6 ve spodní části VP, 4 v horní části VP) vybráno k podrobnému studiu příbuzenských vztahů. Byly zjištěny počty živých a odumřelých jedinců v klonálních skupinkách, zjištěny rodičovské vztahy odkrytím dochovaných spojovacích větví. U spojovacích větví byla změřena jejich výška nasazení, vzdálenost a směr zakořenění od mateřského stromu.Získaná data byla hodnocena běžnými statistickými postupy v programu STATISTICA 9 and MICROSOFT EXEL 2003. VÝSLEDKY A DISKUZE

Struktura klonálních skupinek Celkem v deseti podrobně analyzovaných klonálních skupinkách bylo změřeno 158 živých stromů a identifikováno bylo rovněž 7 stromů mrtvých (Tab. 1). 250


Rozložení jedinců v klonálních generacích zprostředkovává zajímavý náhled na věkovou strukturu populace (Tab. 1). Ve spodní části VP vyprodukovalo celkem 11iniciálních rodičovských stromů 49 hříženců 1 generace, tyto 23 hříženců 2 generace, hříženci druhé generace dali vzniknout dokonce 5 jedincům 3 generace. V horní části VP bylo zaznamenáno o jednu generaci hříženců méně. Celkem 5 iniciálních mateřských stromů vyprodukovalo 64 hříženců 1 generace, tito dali vzniknout 10 hřížencům druhé generace.Vztáhneme li předchozí údaje na celý výzkumný polygon, tak na jeden primární mateřský strom připadá 7,1 přímých potomků – hříženců 1. generace. Hříženci 1 generace už vyprodukovaly v průměru pouze 0,3 hříženců 2 generace, hříženci druhé generace pouze 0,2 hříženců 3 generace (Tab. 1). Rychlost propagace smrku se v obou částech VP od druhé generace výrazně zpomalila. Byl zaznamenán statisticky významný rozdíl (Mann-WhitneiůvU - test p < 0,05) v počtu hříženců 1. generace vygenerovaných jedním mateřským stromem mezi spodní (průměr - 4,5) a horní (průměr - 12,8) částí VP.

Vegetativní reprodukce Z důvodu omezené generativní reprodukce (Holtmeier 2009) se jeví schopnost vegetativního šíření v podmínkách hranice lesa jako velmi důležitá (Kuoch, Amiet 1970). Populace smrku zásadní problém udržení a šíření na stanovišti s vysokou intenzitou působení stresu a disturbance biomasy řeší formou reprodukce vegetativní cestou – hřížením spodních poléhavých větví.

Byl zaznamenán statisticky významný rozdíl (Mann Whitneyův U test, p < 10-5 ) mezi vzdáleností zakořenění ve spodní části VP (93,0) a horní částí VP (43,9). Rovněž rozdíl ve výšce nasazení hřížící větve na mateřském stromě mezi spodní (25,9) a horní (7,8) částí VP byl statisticky významný (Mann Whitneyův U test, p < 10-4 ). Bylo zjištěno, že jedna primární hřížící větev může dát vzniknout více jedincům, tak, že větev hříží na více místech, resp. hříží jednotlivě její boční prýty. Bylo zaznamenáno až pět jedinců, kteří vznikli z jedné větve. Průměrný počet jedinců vzniklých z jedné primární větve byl mírně vyšší v horní části VP (1,9), než ve spodní části VP (1,6), ale statisticky významný rozdíl zaznamenán nebyl (Mann

251

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Whitneyův U test, p = 0,22). Ve spodní části VP docházelo k hřížení nejčastěji v SZ (20%), JV (20%) a JZ (18%) směru, v horní části VP bylo hřížení nejčastěji realizováno ve V (27%), SV (19%) a S (19%) směru Skutečnost, že v horní části VP bylo zaznamenáno o jednu generaci méně lze vysvětlit celkově nižším věkem populace v horní části VP (Šenfeldr, Maděra 2010), který souvisí s posunem horní hranice lesa vzhůru (Šenfeldr, Maděra 2010). Otázkou ovšem zůstává, jak se do těchto míst dostali původní mateřští jedinci – zakladatelé klonálních skupin. Původ zakladatelů současných skupin lze vidět, buď v pozůstatcích zalesňovacích prací postupně opuštěných pastvin (Maděra 2004), nebo v přirozeně generativně zmlazených jedincích, kteří se dále šíří vegetativní cestou.Ten fakt, že hodnoty vzdálenosti zakořenění spojovací větve a výšky nasazení na rodičovském stromě jsou výrazně vyšší ve spodní částí VP, lze vysvětlit tím, že v horní část VP dochází k vegetativnímu šíření u výrazně mladších jedinců a více intenzivněji, což potvrzuje i vyšší počet dceřiných jedinců připadajících na jeden primární rodičovský strom. Vyšší intenzitu vegetativního šíření pravděpodobně zapříčiňuje vyšší poškozením stromů v horní části VP zlomy (stanoviště více exponováno působení vrcholového fenoménu), což.představuje aktivační proces pro formování adventivních kořenů a realizování vegetativního rozmnožování. Fanta (1973), Zimmermann a Brown (1971) zaznamenali kladnou korelaci mezi množstvím zlomů a počtem hřížících větví. Po poškození apikálního prýtu (mráz, sucho, abraze, mechanické poškození), se mohou plagiotropní větve silně prodlužovat, protože již nejsou hormonálně kontrolovány terminálním prýtem (Kuoch, Amiet 1970). Hřížení je popisováno jako adaptační odezva na působení stresových faktorů (Jeník 1976) - se zvyšujícím se působením stresových faktorů smrky hříží intenzivněji a jsou hustěji nahloučeny v rámci klonální skupiny – což má pozitivní vliv na mikroklima uvnitř skupinky (Holtmeier 2009). Na základě rozložení četností směrů zakořenění, které je vnímáno jako dlouhodobý indikátor působení větrných podmínek (Griggs 1938 cit in Holtmaier 2009), lze konstatovat, že v obou částech VP se uplatňují větrné podmínky různým způsobem. Ve spodní, méněexponované části VP převažují klonální skupinky, jejichž fyziognomie je kulovitá a hřížení je realizováno různými směry což dle (Griggs 1938 cit in Holtmaier 2009) indikuje ,málo větrem ovlivněné místo“. V horní části VP, která je výrazněji ovlivněna vrcholovým fenoménem a více exponován přímému působení větrů, je hřížení nejvýrazněji limitováno působením J větrů, které se vyznačují nejvyšší rychlostí, a tím, že se uplatňují hlavně v zimě (Sobíšek 2000). Na základě směru korun vlajkových smrků ve vrcholové oblasti Keprníku bylo zřejmě, že hlavní devastující atak na koruny stromů přicházel z J a JZ směru. ZÁVĚR Výsledky potvrdily vynikající schopnost smrku ztepilého udržet se a šířit na stanovišti s vysokou intenzitou působení stresů. Na vyzkumném polygonu byly zaznamenány tři generace jedinců vegetativního původu ve spodní části VP a v horní části pouze dvě generace.Rozdíl v počtu generací je vysvětlen celkově nižším věkem populace v horní části VP.V horní části VP bylo zaznamenáno intenzivnější hřížení, které souvisí s výraznějšímm působením stresových faktorů hřebenového stanoviště. Literatura Fanta, J. (1973): Die vegetative Vermehrung der Fichte in der Lüneburger Heide. Mitteilungen der Deutschen Dendrologischen Gesselschaft 66: 39 - 48 Firbas, F. (1949, 1952): Spät – und nacheiszeitliche Waldgesichte Mitteleuropas nördlich der Alpen, Vol 1 und 2, Jena, 956 pps. Holtmeier, F-K. (2009): Mountain timberlines. Ecology, Patchiness, and Dynamics. Advances

252

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 in global change research. 36. Springer Netherlands, 437 str. Jeník, J. (1976): O vegetativním rozmnožování smrku Picea abies (L.) Karsten. Preslia: (7)101– 106. Kuoch, R., Amiet, R. (1970): Die Verjüngung im Bereich der oberen Waldgrenze der Alpen mit Berücksichtigung von Vegetation und Ablegerbildung. Gebirgsprogramm: 10.Beitrag, Eidgenössischen Anstalt für das Forstliche Versuchswesen, Vol.46/Fasc.4, pp 329. Maděra, P. (2004): Růst smrku (Picea abies(L.) Karsten na horní hranici lesa v NPR Praděd. In: Sborník referátů z konference k 35. výročí chráněné krajinné oblasti Jeseníky, Karlova Studánka, Malá Morávka 11. a 12.11. 2004. Sobíšek, B. (2000): Rychlost a směr větru na území České republiky v období 1961 – 1990. Národní klimatický program České republiky. Nakladatelství ČHMÚ, Praha. 87 str. Šenfeldr, M., Maděra, P. 2010. Populační struktura a růstová strategie smrku v ekotonu horní hranice lesa na SZ svahu Keprníku. In DROBILOVÁ, L. Venkovská krajina 2010. 1. vyd. Zámek 1, 281 63 Kostelec nad Černými lesy: Lesnická práce s.r.o., 2010, s. 185--191. ISBN 978-80-87154-43-4. Treml, V. (2007): Dynamika alpinské hranice lesa ve vysokých sudetech. Disertační práce. Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy. 198 str. Treml, V., Banaš, M. (2000): Alpine Timberline in the High Sudetes. Acta Universitatis Carolinae, Geographica: 83-99. Karolinum, Praha. Zimmermann, M. H., Brown, C. L. (1971): Trees. Structure and function. Berlin/ Heidelberge/New York.

ADAPTATION STRATEGY OF NORWAY SPRUCE ABOVE TIMBERLINE IN THE HRUBÝ JESENÍK MTS. ABSTRACT Decreased ability of generative reproduction at the timberline is replaced by vegetative reproduction – layering. The new individual ramets are developing by rooting branches of the parent trees. In this way the clonal groups are developed, which represent a unique adaptation of Norway spruce to extreme environmental conditions. The aim of this study was to describe the vegetative propagation strategy, with an emphasis on the numerical structure of individuals in clonal generations, distance and direction of rooting branches and age relation between ortets and ramets. Dendrochronologic and dendrometric approaches were used for data collection and analysis. The highest number of individuals occured in the first ramet generation. The vegetative propagation intensity was high in the first ramet generation and decreased in further generations. Layering was limited by the direction of prevailing winds. Key words: vegetative propagation - layering, timberline, parent tree, clonal spruce group.

Poděkování Publikace vznikla díky podpoře projektů IGA LDF 15/2009, IGA LDF 12/2010 a díky podpoře MŠMT ČR v rámci výzkumného záměru LDF MZLU v Brně (reg.č. MSM 6215648902).

253


VÝSKYT RZI Puccinia vincae NA BARVÍNKU VĚTŠÍM V ČESKÉ REPUBLICE Šafránková I. Mendelova univerzita v Brně, AF, ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství, Zemědělská 1, 613 00 Brno

ABSTRAKT V Botanické zahradě a arboretu Mendelovy univerzity v Brně byly v letech 2003–2010 nalezeny na kultivarech barvínku většího (Vinca major) pustuly rzi. Během vegetace se u kultivarů se zelenými listy (V. major) vyskytovaly žloutnoucí listy s drobnými hnědými, postupně nekrotizujícími skvrnami, u V. major ´Variegata´ s bílozelenými listy drobné světlezelené skvrny s tmavším středem. Na líci infikovaných listů byla nalezena spermogonia a ojedinělá uredia, na rubové straně listů četná uredia a telia rzi. Jako původce skvrnitosti byla určena rez Puccinia vincae, která je řazena mezi brachypuccinie. Klíčová slova: Puccinia vincae, Vinca major

ÚVOD Rod Vinca L. (Apocynaceae) zahrnuje dvanáct druhů, z nichž nejčastěji se pro okrasné účely pěstují V. difformis Pour., V. major L. a V. minor L. Barvínek větší (Vinca major) je kvetoucí rostlina přirozeně se vyskytující v jižní Evropě (od Španělska a jižní Francie přes východní a západní Balkán po severovýchodní Turecko a západní Kavkaz). Do nových lokalit v Evropě a východní části USA byl introdukován jako okrasná nebo léčivá rostlina. V České republice se vysazuje jako půdopokryvná rostlina v parcích a zahradách, případně do závěsných nádob jako součást mobilní zeleně, nebo se používá jako dekorační materiál do vazeb. Barvínek byl využíván jako léčivá bylina, ve farmaceutickém průmyslu k extrakci alkaloidů (vincamin) a v homeopatii. V Botanické zahradě a arboretu Mendelovy univerzity v Brně (BZA) jsou vysazeny kultivary V. major a V. major ´Variegata´, na nichž byla rez od r. 2003 každoročně zaznamenána. MATERIÁL A METODY Sběr a preparace materiálu rzi na V. major a V. major ´Variegata´ byly provedeny obvyklým způsobem. Makrosymptomy rzi byly identifikovány binokulární lupou Olympus SZX 12, mikrosymptomy ve vodním preparátu (mikroskop Olympus BX 41) při 200 a 600násobném zvětšení. Pro pozorování klíčních pórů na teliosporách byly preparáty připraveny v laktofenolu. Identifikovány byly sběry z Botanické zahrady a arboreta Mendlovy univerzity v Brně, Brno-Ponava, 200–250 m n.m., 11. IX. 2003, 26. VIII. 2004, 16. IX. 2005, 5. X. 2006, 30. X. 2007, 3. XI. 2008, 19. X. 2009, 12. XI. 2010; 0, II, III, leg. I. Šafránková. VÝSLEDKY A DISKUZE Během vegetace se u zelenolistých kultivarů objevovaly žloutnoucí listy s nenápadnými skvrnami, u kultivaru Variegata s bílozelenými listy drobné nekrotické skvrny. Na líci infikovaných listů byla nalezena ojedinělá spermogonia i uredia, na rubové straně listů četná uredia, příp. telia rzi. Jako původce skvrnitosti byla určena rez Puccinia vincae, která je řazena mezi brachypuccinie.Puccinia vincae (DC.) Plowr., in Smith, Engl. Fl., Fungi (Edn 2) (London) 5(2): 364 (1836) Popis vlastního vzorku Spermogonia na líci listů, roztroušená, medově žlutá, kulovitá až hruškovitá, ponořená v pletivu, 146–162 µm, spermacie bezbarvé. Uredia o velikosti 0,5–1,9×0,4–0,9 mm se vyskytují roztroušeně na rubové straně, ojediněle i na líci listů. Kruhovitá, protáhlá, případně se slévající do větších celků, krytá epidermis.

254

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Urediospory elipsoidní až protažené obdélníkovité, 25–37×15–25,5 µm, stěna skořicově hnědá 1–2 µm, ostnitá, se 3–4 equatoriálními či mírně subequatoriálními klíčními póry. V části uredií se tvoří teliospory. Teliospory dvoubuněčné, elipsoidní až kyjovité, v místě přepážky mírně smáčknuté, 35–42×18–24 µm. Stěna teliospor kaštanově hnědá, 1,5–2,5 µm silná, bradavkatá, s bradavkami někdy řazenými v podélných řadách. Na každé buňce se vyskytoval klíční pór krytý hyalinní papilou, na vrcholku horní buňky a u spodní buňky přilehlý ke krátké hyalinní stopce. Rez byla identifikována jako Puccinia vincae (DC.) Plowr. Tab. 1: Srovnání publikovaných velikostí uredií a spor rzi P. vincae na V. major teliospory zdroj spermogonia uredia urediospory (µm) (µm) (µm) (mm) Gäumann 175 µm 24–45×14–24 31–70×15–35 Brandenburger 38–40×22–24 37–41×21–23 Ellis & Ellis 35–40×20–23 37–40×20–23 Hernandez 2–3×1 27–36×17–27 34–45×19–30 Wilson 34–40×23–25 37–41×21–23 & Henderson vlastní vzorek 146–162 0,5–1,9×0,4–0,9 25–37×15–25,5 35–42×18–24

P. vincae byla poprvé nalezena v Británii v r. 1887. Hostitelem P. vincae jsou kromě V. major a V. major ´Variegata´ také V. herbacea, V. difformis, V. libanotica a V. media. Urban & Marková (2009) uvádějí rez P. vincae na V. herbacea na Slovensku. Na druzích r. Vinca jsou zaznamenány i další rzi, např. Puccinia cribrata na Vinca minor. V. major, na rozdíl od V. minor, je méně rozšířena a pravděpodobně i proto bývá nenápadná rez snadno přehlédnuta. Na jedné rostlině se vyskytují zdravé i napadené výhony, které nekvetou, případně se na nich vyskytují silnější listy se lžícovitě zdviženými okraji (Agro et al., 1999). Wilson & Henderson (1966) uvádějí časté osídlení sorů rzi hyperparazitem Tuberculina sbrozzii Cav. & Sacc., který však u sledovaných rostlin nebyl nalezen. Rzivé výhony jsou infikovány systemicky a hyfy kontinuálně produkují sladce vonící spermogonia rozptýlená na rubové straně nejmladších listů. Intercelulární hyfy asociované se spermogonii jsou monokaryotické a tvoří intracelulární filiformní M typ haustorií (Littlefield & Heath, 1979, Heath & Shalamera, 1997). Obvykle za 4–6 dnů po spermogoniích se objevují na rubové straně listů rozptýlená uredinoidní aecia nepravidelného tvaru, obsahují aeciospory, hladké parafýzy a příležitostně i teliospory. U aecií P. vincae pseudoperidie chybí, stopkaté hrubě ostnité aeciospory se tvoří po jedné a morfologicky se podobají urediosporám. Tento typ je označován jako uredinoidní aecium (Wilson & Henderson, 1966) a charakterizuje brachycyklické druhy. Na starých listech tvoří P. vincae jen málo uredií s urediosporami, které jsou mnohem více rozptýleny než urenoidní aecia. Na rubové straně listu se tvoří jednotlivá tmavě hnědá telia s teliosporami uloženými v podélných řadách a s nápadně vyčnívající klíčními póry. Zda je P. vincae heterothalická není známo (Agro et al., 1999). ZÁVĚR Vzhledem k nevelkému rozšíření barvínku většího (V. major) v ČR a jen ojedinělému výskytu rzi P. vincae se nepředpokládá její rozšíření a tedy ani není nutné uvažovat o nutnosti chemické ochrany. Pokud by došlo k zvýšení výskytu patogena na uvedené lokalitě či u pěstitelů, bylo by nutné ověřit účinnost stávajících fungicidů, které jsou určeny na ochranu okrasných rostlin proti rzím.

255

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Literatura Agro, L. A., Bell, A, Shattock, R. C.: Puccinia smyrnii and P. vincae: a microscopical study of two autoecious rusts. Mycologist 13(8), 1999: part. 3. Gäumann, E.: Die Rostpilze Mitteleropas, mit besonderer Berücksichtigung der Schweiz. In: Beiträge zur Kryptogamenflora der Schweiz. Bd. 12. Bern, 1959: 1020–1021. Ellis, M. B., Ellis, J. P.: Microfungi on Land Plants. Richmond Publ.. 1997: 868 s. Heath, M. C., Shalamera, D.: Cellular interactions between planta and biotrophic fungal parasites. In: Callow, ed. Advances Botanical Research incorporating Advances in Plant Pathology Academic Press, London 24, 1997: 195–225. Hernandez, J. R., Palm, M. E., Tidwell, T. E.: First report of Puccinia vincae on Vinca spp. in California. Pl. Dis. 86, 2002: 75. Littlefield, L. J., Heath M. C.: Ultrastructure of Rust Fungi. Academic Press, London, 1979: 277 p. Urban, Z., Marková, J.: Cataloque of Rust Fungi of the Czech and Slovac republics. Katrolinum, Praha , 2009: 365 s. Wilson, M., Henderson, D. M.:.British Rust Fungi. 1966: 384 s. OCCURENCE OF RUST Puccinia vincae ON GREATHER PERIWINKLE In the Botanical Garden and Arboretum of Mendel University in Brno in 2003–2010 were found rust pustules in cultivars bigleaf periwinkle (Vinca major). During the vegetation has been found yellowing leaves with tiny brown, gradually necrosis spots on bigleaf periwinkle with green leaves (V. major), and small pale green spots with a darker center were on cv. Variegata. Spermogonia and rare uredia were produced on the adaxial surface of leaves. Uredia and telia were found on the abaxial surface of leaves. As the pathogen was determined rust Puccinia vincae, which ranks among brachypuccinie. Keywords: Puccinia vincae, Vinca major Poděkování Studie je součástí grantového projektu 2B08020 NPV II (Modelový projekt zamezení biologické degradace půd v podmínkách aridního klimatu), podpořeného MŠMT ČR v rámci Národního programu výzkumu II.

256


CRYOPRESERVATION OF CONIFER EMBRYOGENIC TISSUES AND THEIR CHARACTERIZATION AFTER POST-THAW RECOVERY Salaj T.1, Matušíková I. 1, Panis B. 2, Swennen R. 2,3, Salaj J. 1 1

Institute of Plant Genetics and Biotechnology, Slovak Academy of Sciences, Akademická 2, P.O.Box 39A, 950 07 Nitra, Slovak Republic 2 Laboratory of Tropical Crop Improvement, Katholieke Universiteit Leuven (K.U.Leuven), Kasteelpark Arenberg 13, Bus 2455, 3001 Leuven, Belgium. 3 Honorary Research Fellow, Bioversity International, K.U. Leuven, Kasteelpark Arenberg 13, 3001, Leuven, Belgium.

ABSTRACT Embryogenic tissues of Pinus nigra Arn. and Abies hybrids were cryopreserved using the slow-freezing method. For P. nigra short-term cyropreservation (30 min. in liquid nitrogen) resulted in relatively high tissue regrowth. Out of six cell lines tested five regrew with individual frequencies of 62.5 – 100%. Neither fresh nor dry mass increase were negatively affected by cryopreservation. Long-term storage (1 year in LN) of 20 cell lines resulted in regrowth of 14 of them with individual regrowth frequencies 10 – 100%. This treatment, however, did not change the physiological as well as structural features of P. nigra embryogenic tissues. Cryopreservation of hybrid Abies embryogenic tissues was also successful and the tissues after cryostorage retained their original features regarding growth parameters, somatic embryo morphology and maturation capacity. Keywords: embryogenic tissues, Pinus nigra, Abies hybrids, cryopreservation

INTRODUCTION Somatic embryogenesis is an efficient vegetative plant regeneration system, allowing production of large number of plants in relatively short period of time. The embryogenic tissues of conifers contain numerous bipolar somatic embryos capable of development and plant production. The tissue maintenance involves regular transfers to fresh media every two-three weeks, while this process is time consuming, moreover holds the risk of microbial contamination and loss of regeneration ability. Cryopreservation in liquid nitrogen at – 196 ˚C can be an alternative method for their long-term storage, since the method has already been successfully applied for many conifer embryogenic cultures.

MATERIAL AND METHODS Experiment 1: the aim of experiment 1 was to test the regrowth (regeneration) ability of Pinus nigra Arn. cell lines after cryopreservation using the slow-freezing method described by Panis et al. (2002). Altogether six cell lines (E 177 E 182, E 184, E 190, E 193, E 196) initiated from immature zygotic embryos were included in this experiment and cultivated according to Salajova and Salaj (2005). Cryopreservation procedure was applied as described previously (Salaj et al., 2007). Experiment 2: this experiment aimed to test the regrowth ability of Pinus nigra embryogenic cell lines after 1 year storage in liquid nitrogen. Altogether 20 cell lines initiated from immature zygotic embryos(cell lines E222, E223, E224, E225, E227, E228, E230, E231, E234, E235, E247, E248, E250, E253, E256, E258, E203, E206, E208) were included into this experiment. The samples were cryopreserved as described above and stored in liquid nitrogen for one year. Experiment 3: the aim was cryopreservation of hybrid Abies embryogenic cultures by slowfreezing method. Three cell lines of hybrid fir Abies alba x A. cephalonica (AC1, AC4, AC 78) as well as one cell line of Abies alba x A. numidica (AN 72) were included into the experiment. The DCR proliferation culture medium was supplemented with 1 mg.l-1 BA. Cryopreservation was performed as described in Salaj et al., 2010. Visual observations:To follow the regrowth of cells/tissues observation were done in 2-3 days intervals under dissected microscope. Regrowth of tissues was evaluated six weeks after thawing. Once tissues started regrowing, it was considered the cryopreservation for the given

257

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 cell line was successful. The regrowth was expressed as percentage of growing tissues out of the total tissue samples of each given cell line. Microscope investigations FDA staining was done after thawing for both Abies as well as Pinus tissues. The structure (micromorphology) of somatic embryos was investigated using squash preparations and acetocarmine staining (Salajova and Salaj 2005). Growth analysis The growth of cryopreserved tissues was compared to the growth of non-cryopreserved and non-pretreated tissues (control2, C2) at day 14 (Abies cell lines) or at day 7 and 14 (Pinus cell lines) of growth cycle. RAPD analyses were performed to test genetic fidelity of cryopreserved tissues (Salaj et al., 2010). RESULTS AND DISCUSSION Experiment 1: the growth (tissue regeneration) started one week after thawing and subsequently massive tissue proliferation occurred in five of the tested cell lines. The cell line E190 stopped growth during the second week of post-thaw cultivation. The pretreated nonfrozen tissues showed 90-100% regrowth and intensive proliferation. Five out of six cryopreserved cell lines survived with individual regrowth frequencies 62.5% to 100%. Immediately after thawing the tissues were investigated under fluorescent microscope to reveal the structure and micromorphology of somatic embryos. It was apparent that the fluorescent signal was concentrated in the meristemetic embryonic cells indicating these cells survived cryostorage, while the long vacuolised suspensor cells were disrupted. During the subsequent tissues regrowth the somatic embryos restored their original structural features and their micromorphology was the same as observed before cryopreservation. The growth of these tissues evaluated as fresh as well as dry mass increase was not negatively influenced by cyrostorage. The regenerated embryogenic tissues produced somatic embryos capable of development and plantlet regeneration. The number of cotyledonary somatic embryos varied among cell lines reaching values 24 ± 3(cell line E 193), 50 ±4.9 (cell line E196), 54±4.6 (cell line 184). Experiment 2: after one year of cryostorage out of 20 cell lines tested 14 showed regrowth in post-thaw period (70%) with individual regrowth frequencies 10% to 100%. For cell lines with high regrowth frequencies (E206, E225) the lag phase after thawing took approximately 9-10 days while cell lines with low regrowth frequencies (E248) started to regenerate 8 weeks after thawing. The control cell lines (C1, pretreated but not cryostored in LN) showed high regrowth frequencies (almost in all cases 100%). The fresh mass increase of cryopreserved cell lines was comparable to the control non-cryopreserved tissues. The long – term storage in LN did not resulted in abnormalities of structural features of somatic embryos. Experiment 3: after cryostorage all the four tested cell lines resumed growth (regrowth 100%) but differences were observed in individual regrowth frequencies in dependence on cell line and treatments. For the cell line AN72 all treatments resulted in 100% regrowth frequencies. For cell line AC78 the regrowth frequencies reached 83% to 100%. Relatively lower regrowth frequencies (37-100%) were obtained for cell lines AC1 and AC4. The growth of tissues that survived cryopreservation has been evaluated three month after thawing and was compared to the growth of non-pretreated and non-cryopreserved tissues. At day 0 of growth cycle 0.5g of fresh mass was inoculated onto the nutrient medium for cell lines and treatments. The fresh mass increase for the cell lines AC1 and AC4 was unaffected by cryopreservation and no statistically significant differences were observed. For the cell line AN72 significantly lower fresh mass accumulation was observed after shorter sorbitol pretreatment (24h). In the AC78 lower sorbitol concentrations (0.4M) caused growth decline. On the other hand no statistically significant differences in fresh mass accumulation were 258

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 detected after using 0.8M sorbitol as pretreatment. The dry mass accumulation in post-thaw period has been negatively affected only for the cell line AC78 after 0.8M sorbitol pretreatment. For the cell lines AC1, AC4, AN72 the dry mass accumulation was comparable to that of control. The cryopreseved hybrid Abies tissues produced somatic embryos capable of development and plantlet production. The genetic background of cryopreserved as well as control tissues has been investigated using RAPD analysis. These investigations did not reveal any changes in genetic fidelity of cryopreserved tissues compared to non-cryopreserved control. As we have mentioned earlier the cryopreservation method is very efficient tool also for longterm storage of conifer embryogenic tissues. For many conifer species the method has been tested and successful regrowth of embryogenic tissues occurred after thawing. For conifers mostly the two-step slow-freezing method has been used. Successful cryopreservation protocols were reported for Abies cephalonica (Aronen et al. 1999), Abies nordmanniana (Misson et al. 2006, Norgaard et al. 1993a), Larix x eurolepis (Klimaszewska et al. 1992), Picea glauca engelmannii complex (Cyr et al 1994), Picea abies (Gupta et al. 1987, Norgaard et al 1993b), Picea sitchensis (Find et a. 1993, Gale et al 2007), Pinus taeda (Gupta and Durzan, 1987), Pinus roxburghii (Mathur et al. 2003), Pinus patula (Ford et al. 2000), Pinus caribaea (Laine et al. 1992), Pinus sylvestris (Häggman et al. 1998), Pinus nigra (Salaj et al. 2007), Pinus pinaster (Lelu-Walter et al. 2006, Marum et al. 2004). CONCLUSION Embryogenic tissues of conifers Pinus nigra Arn. and hybrids Abies alba x A. cephalonica, Abies alba x A. numidica have been cryopreseved by slow-freezing method. Tissue recovery after thawing was successful for mentioned conifers, while the post-thaw growth as well as maturation capacity were not negatively influenced by storage in liquid nitrogen. Based on these observations we can state the slow-freezing method is suitable as an alternative method of maintenance for storage of embryogenic tissues. References Aronen, T., Krajnakova, J., Häggman, H., Ryynänen, L.A. (1999) Genetic fidelity of cryopreserved embryogenic cultures of open-pollinated Abies cephalonica. Plant Sci. 142, 1999: 163-172 Cyr, D., Lazaroff, W.R., Grimes. S.M.A., Quan, G., Bethune, T.D., Dunstan, D.I., Roberts, D.R.: Cryopreservation of interior spruce (Picea glauca engelmanni complex) embryogenic cultures. Plant Cell Rep. 13, 1994: 574-577 Find, J.I., Floto, F., Krogstrup, P., Moller, J.D., Norgaard, J.V., Kristensen, M.M.H.: Cryopreservation of an embryogenic suspension culture of Picea sitchensis and subsequent plant regeneration. Scand. J For Res 8, 1993: 156-162 Ford, C.S., Jones, N.B., van Staden, J.: Cryopreservation and plant regeneration from somatic embryos of Pinus patula. Plant Cell Rep. 19, 2000: 610-615 Gale, S., John, A., Benson, E.E.: Cryopreservation of Picea sitchensis (Sitka spruce) embryogenic suspensor masses. CryoLetters 28, 2007: 225-239 Gupta, P.K., Durzan, D.J., Finkle, B.J.: Somatic embryogenesis in embryogenic cell masses of Picea abies (Norway spruce) and Pinus taeda (loblolly pine) after thawing from liquid nitrogen. Can. J. For. Res. 17, 1987: 1130-1134 Häggman, H., Ryynänen, L., Aronen, T., Krajňakova, J.: Cryopreservation of embryogenic cultures of Scots pine. Plant Cell Tiss Org Cult 54, 1998: 45-53 Klimaszewska, K., Ward, C., Cheliak, W.M.: Cryopreservation and plant regenerationfrom embryogenic cultures of larch (Larix x eurolepis) and black spruce (Picea mariana). J. Exp. Bot. 43, 1992: 73-79

259

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Laine, E., Bade, P., David, A.: Recovery of plants from cryopreserved embryogenic cell suspensions of Pinus caribaea. Plant Cell Rep 11, 1992: 295-298 Lelu-Walter, M-A., Bernier-Cardou, M., Klimaszewska, K.: Simplified and improved somatic embryogenesis for clonal propagation of Pinus pinaster (Ait.). Plant Cell Rep 25, 2006: 767776 Marum, L., Estevaco, C., Oliveira, M., Amancio, S., Rodrigues, L., Miguel, C.: Recovery of cryopreserved embryogenic cultures of maritime pine – effect of cryoprotectant and suspension density. CryoLetters 25, 2004: 363-374 Misson, J-P., Druart, P., Panis, B., Watillon, B.: Contribution to the study of the maintenance of somatic embryos of Abies nordmanniana LK.: cell culture media and cryopreservation method. Propagat Ornament Plants 6, 2006: 17-23 Mathur, G., Alkutkar, V.A., Nadgauda, R.S.: Cryopreservation of embryogenic culture of Pinus roxburghii. Biol Plant 46, 2003: 205-210 Nörgaard, J.V., Baldursson, S., Krogstrup, P.: (1993a) Genotypic differences in the ability of embryogenic Abies nordmanniana cultures to survive cryopreservation. Silvae Gen 42, 1993a: 93-97 Nörgaard, J.V., Duran, V., Johnsen, O., von Arnold, S.:Variation in cryotolerance of embryogenic Picea abies cell lines and the association to genetic, morphological, and physiological factors. Can J For Res 23, 1993b: 2560-2567 Panis, B., Strosse, H., Van Den Hende, S., Swennen. R.: Sucrose preculture to simplify cryopreservation of banana meristem cultures. CryoLetters 23, 2002: 375-384 Salajova, T., Salaj, J.: Somatic embryogenesis in Pinus nigra: embryogenic tissue initiation, maturation and regeneration ability of established cell lines. Biologia Plantarum (Praha) 49,2005: 333-339 Salaj, T., Panis, B, Swennen, R., Salaj, J.: Cryopreservation of embryogenic tussues of Pinus nigra Arn. by a slow freezing method. CryoLetters 28, 2007: 69-76 Salaj, T., Matusikova, I., Panis, B., Swennen, R., Salaj, J.: Recovery and characterisation of hybrid firs (Abies alba x A.cephalonica, Abies alba x A. numidica) embryogenic tissues after cryopreservation. CryoLetters 31, 2010: 206-217 KRYOKONZERVÁCIA EMBRYOGÉNNYCH PLETÍV IHLIČNATÝCH DREVÍN A ICH CHARAKTERIZÁCIA PO REGENERÁCII Embryogénne kultúry Pinus nigra a hybridných jedlí boli kryokonzervované metódou pomalého zamŕzania. Pri Pinus nigra po krátkodobej kryokonzervácii (30min. v tekutom dusíku) individuálne frekvencie regenerácie dosahovali hodnoty 62,5 až 100%, kým rast pletív nebol negatívne ovplyvnený. Po dlhodobej kryokonzervácii (1 rok v tekutom dusíku) z 20 bunkových línií regenerovalo 14 s individuálnymi frekvenciami regenerácie 10 až 100%. Po dlhodobej kryokonzervácii sme zmeny fyziologických a štruktúrnych charakteristík pletív nepozorovali. Kryokonzervácia bola úspešná aj pri embryogénnych kultúrach hybridných jedlí, pričom pletivá po kryokonzervácii si uchovali pôvodné charakteristiky ako rastové parametre, mikromorfológia somatických embryí a maturačná kapacita.

Kľúčové slová: embryogénne pletivá, Pinus nigra, hybridy Abies, kryokonzervácia Acknowledgement Financial support was from the project VEGA 20/0025/08

260


VLIV ROZDÍLNÝCH AGROEKOLOGICKÝCH PODMÍNEK NA VELIKOST LISTOVÉ PLOCHY A KOŘENOVÝ SYSTÉM VYBRANÝCH DRUHŮ TRAV Straková M.1, Janků Ľ.1, Straka J.1, Ševčíková M.2, Kašparová J.2, Chovančíková E.2 1 Agrostis Trávníky, s.r.o., Npor. Krále 16, 683 01 Rousínov, [email protected] 2 Oseva vývoj a výzkum, s.r.o., o. z. Rožnov-Zubří, Hamerská 698, 756 54 Zubří, [email protected] ABSTRAKT Na dvou stanovištích (Rousínov x Zubří) byly vysázeny teplomilné druhy trav (Saccharum ravennae, Panicum virgatum a Sorgastrum nutans), u kterých byla sledována listová plocha, počet listů na stéble a výška rostlin. Listová plocha u druhu Saccharum ravennae byla dvojnásobná na lokalitě Rousínov v porovnání s lokalitou Zubří. U druhu Panicum virgatum a Sorgastrum nutans se vliv lokality nepotvrdil. Počet listů na jednom stéble byl vyšší na lokalitě Rousínov, rozdíly nebyly statisticky průkazné. Průkazně vyšší byla výška rostlin v této lokalitě. Dále byla sledována hmotnost suchých kořenů ve dvou vrstvách (0-20 mm a 21-200 mm) u plošně vysetých monokultur trav (Poa pratensis 'Slezanka', Poa pratensis 'Hifi', Poa bulbosa, Cynodon dactylon, Festuca ovina 'Jana', Festuca ovina 'Quatro', Festuca arundinacea 'Finelawn', Festuca pallens a Festuca brevipila). Vliv rozdílných stanovištních podmínek na kořenový systém nebyl statisticky průkazný. U druhů Festuca pallens a Poa bulbosa byla pozorována nedostatečná pokryvnost (pod 1%), druh Cynodon dactylon se na lokalitě Zubří nevyskytoval. Klíčová slova: teplomilné trávy, travní druh, listová plocha, kořenový systém ÚVOD Cílem výzkumného projektu bylo porovnání dvou odlišných stanovišť v České republice z pohledu možnosti pěstování vybraných teplomilných druhů trav, které patří do skupiny rostlin s fotosyntézou typu C4. Dále byla porovnána hmotnost kořenů u vybraných travních druhů na těchto stanovištích. MATERIÁL A METODY Z okrasných zahradnických školek byl shromážděn vegetativní materiál vybraných druhů trav z teplých podnebních pásem (Saccharum ravennae, Panicum virgatum a Sorgastrum nutans). Ten byl vysazen na dvou stanovištích (Rousínov a Zubří) po 5 rostlinách ve třech opakováních. Ve druhém roce po výsadbě byly na konci července odebrány stébla rostlin, počítány listy na jednom stéble a byla změřena výška trsů. Plocha listů z jednoho stébla byla měřena přístrojem AM 300 (ADC BioScientific Ltd., UK) a byla vyjádřena v cm2. Tab. 1: Základní charakteristiky stanovisť Lokalita

Půdní druh

Půdní typ

Rousínov Zubří

hlinitý písčitohlinitý

fluvizem fluvizem

Nadmořská výška 229 m n.m. 345 m n.m.

Roční úhrn srážek 511 mm 865 mm

Průměrná roční denní teplota 9.0 °C 7.5 °C

V květnu 2008 byly na dvou lokalitách ručně vysety monokultury vybraných druhů trav (Poa pratensis 'Slezanka', Poa pratensis 'Hifi', Poa bulbosa, Cynodon dactylon, Festuca

261

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ovina 'Jana', Festuca ovina 'Quatro', Festuca arundinacea 'Finelawn', Festuca pallens a Festuca brevipila) na parcelky velikosti 2,5 m2 ve třech opakováních. Odběr půdního monolitu byl proveden na konci vegetační sezóny (začátkem října 2010) půdní sondýrkou do hloubky 200 mm metodou podle Fialy (1987). Ze získaného vzorku byla odstraněna reziduální nadzemní biomasa a zbylý půdní monolit byl rozříznutím rozdělen na vrstvu 0-20 mm a 21-200 mm od povrchu půdy. Vzorky byly promývány na sítech pod tekoucí vodou, vyprané kořeny byly volně sušeny. Hmotnost suchých kořenů byla přepočtena na jednotku plochy (g.m-2). K statistickému vyhodnocení byl použit program STATISTICA 9.0 (StatSoft Inc., USA). VÝSLEDKY A DISKUZE V pokuse s teplomilnými druhy trav byla zjištěna nejmenší listová plocha u druhu Sorgastrum nutans, přičemž nebyly zjištěny rozdíly mezi sledovanými lokalitami (tab. 2). U druhu Panicum virgatum také nebyl zaznamenán rozdíl v listové ploše na dvou lokalitách. Listová plocha u druhu Saccharum ravennae byla na lokalitě Zubří 313,8 cm2, na lokalitě Rousínov dosahovala téměř dvojnásobek (622,4 cm2). Také výška rostlin k datu odběru vzorků byla u tohoto druhu na lokalitě Rousínov vyšší o 25% v porovnání s výškou rostlin na lokalitě Zubří. I výška rostlin druhu Panicum a Sorgastrum byla větší na lokalitě Rousínov a to o 25,7% a 38,5% v porovnání s lokalitou Zubří. Počet listů na jednom stéble u jednotlivých druhů byl vyšší opět na lokalitě Rousínov, ale rozdíly nebyly statisticky průkazné (tab. 2). Sledované teplomilné druhy trav jsou schopny v našich podmínkách bez problémů přezimovat (Ševčíková a Straková, 2010). Tab. 2: Sledované charakteristiky u výsadby teplomilných druhů trav Lokalita LA (cm2) Počet listů a Rousínov 622,4 6,0a Saccharum ravennae b Zubří 313,8 5,3 a Rousínov 200,6 a 6,7 a Panicum virgatum a Zubří 217,3 6,0 a Rousínov 158,3 a 5,7 a Sorgastrum nutans Zubří 151,6 a 5,0 a a, b průkazné rodíly (P<0,05) zjištěné mezi hodnotami druhu ve dvou lokalitách Druh

Výška rostlin (cm) 150,0 a 120,0 b 146,7 a 116,7 b 120,0 a 86,7 b

Výsledky hmotnosti kořenů plošně vysetých monokultur vybraných druhů trav ve vrstvě 0-20 mm a 21-200 mm ukazuje graf 1 a 2. V půdní vrstvě 0-20 mm byla největší hmotnost kořenů zjištěna u lipnice luční 'Hifi' na stanovišti Rousínov (graf 1). Tento druh se nelišil statisticky významně s hmotností kořenů na stanovišti Zubří. Také hmotnost kořenů v této vrstvě se u jednotlivých druhů (uvedených v grafu) na lokalitě Rousínov proti lokalitě Zubří nelišila. Podle Jančoviče et al. (2002) je určujícím faktorem v akumulaci kořenové biomasy suma atmosferických srážek, což se v našem sledování nepotvrdilo. Vyšší hmotnost kořenů byla pozorována na lokalitě Rousínov u druhu Festuca ovina 'Jana' a 'Quatro' v porovnání s lokalitou Zubří. Travní druh Cynodon dactylon se ve sledovaném roce na lokalitě Zubří nevyskytoval a druhy Festuca pallens a Poa bulbosa nedosahovaly při odběrech půdních vzorků dostatečnou pokryvnost, proto nebyly odebírány. Hmotnost suchých kořenů v půdní vrsvě 21-200 mm se statisticky významně nelišila mezi sledovanými lokalitami v rámci jednoho druhu a odrůdy (graf 2). Největší hmotnost kořenů byla zaznamenána u druhu Cynodon dactylon v Rousínově (500,7 g/m2). Největší rozdíly mezi lokalitami (statisticky neprůkazné) byly zaznamenány u druhu Festuca brevipila.

262

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Graf 1: Hmotnost suchých kořenů ve vrstvě 0-20 mm (g/m2) u sledovaných trav

1000 800 600 400 200

Festuca brevipila

Festuca arund. Finelawn

Festuca ovina Quatro

Festuca ovina Jana

Poa pratensis Slezanka

-200

Cynodon dactylon

0

Poa pratensis Hifi

Hmotnost suchých kořenů 0-20 mm (g/m2)

1200

Lokalita Rousínov Lokalita Zubří

Druh

Graf 2: Hmotnost suchých kořenů ve vrstvě 21-200 mm (g/m2) u sledovaných trav

1000 800 600 400 200

Druh

263

Festuca brevipila

Festuca arund. Finelawn

Festuca ovina Quatro

Festuca ovina Jana

Cynodon dactylon

-200

Poa pratensis Hifi

0

Poa pratensis Slezanka

Hmotnost such.kořenů 21-200mm (g/m2)

1200

Lokalita Rousínov Lokalita Zubří

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZÁVĚR Z výsledků vyplývá, že sledované teplomilné druhy trav je možno pěstovat i v chladnějších lokalitách, přičemž výška rostlin a listová plocha (u druhu Saccharum) dosahuje vyšších hodnot v teplejších oblastech. Vliv lokality se nepotvrdil u sledování hmotnosti suchých kořenů ve dvou vrstvách (0-20 mm a 21-200 mm) u vybraných trav vysetých plošně v monokultuře, přičemž pokryvnost druhů Festuca pallens a Poa bulbosa nebyla více jak 1% plochy, Cynodon dactylon se na lokalitě Zubří dva roky po výsevu nevyskytoval. LITERATURA Fiala, K.: Stanovení podzemní biomasy porostů – metoda monolitů. In: Rychnovská, M., et al., [ed.]: Metody studia travinných ekosystémů. 1. vydání, Academia: Praha, 1987: 104-108 Jančovič, J., Slamka, P., Vozár, L., Kováčik, P.: Changes of root system of various types of grasslands influenced by mineral nutrition. Ekológia. 21, 2002: 356-362 Ševčíková, M., Straková, M.: Možnosti pěstování teplomilných druhů trav v ČR. Úroda 12 vědecká příloha, 2010: 133-138

THE EFFECT OF DIFFERENT AGROECOLOGICAL CONDITIONS ON THE LEAF AREA AND THE ROOT SYSTEM OF SELECTED GRASS SPECIES The warm season grasses (Saccharum ravennae, Panicum virgatum and Sorgastrum nutans) were planted in two different locations (Rousínov x Zubří) and a leaf area, an amount of leaves on one blade and a height of plants was measured. The leaf area in species Saccharum ravennae was doubled in Rousínov location as compared to Zubří. The influence of location on the leaf area was not confirmed in species Panicum virgatum and Sorgastrum nutans. The amount of leaves on one blade was higher in Rousínov location, but differences were not statistically significant. Significantly higher was the height of plants in this location. The weight of dry roots in two soil laeyrs (0-20 mm and 21-200 mm) were measured in experiment with monocultures of grasses Poa pratensis 'Slezanka', Poa pratensis 'Hifi', Poa bulbosa, Cynodon dactylon, Festuca ovina 'Jana', Festuca ovina 'Quatro', Festuca arundinacea 'Finelawn', Festuca pallens and Festuca brevipila. The effect of different site condition on the root system was not confirmed. In the species Festuca pallens and Poa bulbosa was detected insufficient coverage (< 1%) and the species Cynodon dactylon was not determined in Zubří location.

Key words: warm season grasses, grass species, leaf area, root system Poděkování

Ke zpracování příspěvku byly použity výsledky získané při řešení výzkumného projektu č. 2B08020 „Modelový projekt zamezení biologické degradace půd v podmínkách aridního klimatu“ podpořeného MŠMT ČR v rámci Národního programu výzkumu II.

264


MODELOVÉ OVĚŘENÍ ZÁVISLOSTI VODNÍHO POTENCIÁLU LISTŮ STANOVENÉHO SCHOLANDEROVOU BOMBOU NA HODNOTÁCH TRANSPIRACE, STOMATÁLNÍ VODIVOSTI A OBJEMOVÉ VLHKOSTI PŮDY Brant B., Pivec J., Hamouzová K, Procházka L., Satrapová J. Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 16521 Praha 6, [email protected] ABSTRAKT V laboratorních podmínkách byl sledován vliv poklesu obsahu vody v půdě na hodnoty vodního potenciálu listů (Ψleaf, bar), transpirace (Tr, mmol H2O m-2 s-1) a na stomatální vodivosti (gs, mmol H2O m-2 s-1). Obsah vody v půdě byl vyjádřen pomocí objemové vlhkosti půdy (VWC, %). Měření probíhala na rostlinách slunečnice roční ve fázi BBCH 36 při různých hodnotách VWC. Cílem práce bylo stanovit závislosti mezi hodnotami Ψleaf a hodnotami Tr a gs, a závislost Ψleaf na hodnotách VWC, jako základu pro výpočet výše uvedených hodnot v polních podmínkách na základě měření Ψleaf. Pro vyjádření závislostí mezi proměnnými bylo využito hyperbolické funkce. Hodnota indexu korelace (I) u závislosti Ψleaf (závisle proměnná) na VWC činila 0,97. Vysoká těsnost závislosti byla stanovena mezi Tr a gs (nezávisle proměnné) a Ψleaf, I = 0,99. Při stanovení závislosti Tr a gs na hodnotě Ψleaf (nezávisle proměnné) byla stanovena nižší těsnost závislosti počítaného modelu (I = 0,74). Klíčová slova: vodní potenciál listu, transpirace, stomatální vodivost, objemová vlhkost půdy, slunečnice roční

ÚVOD Metoda stanovení vodního potenciálu listů pomocí tlakové komory je v rámci rostlinné fyziologie a ekologie využívána více než 40 let. Princip metody vychází z předpokladu, že tlak plynu v přetlakové komoře, který je potřebný pro vytlačení vody z odříznutého listu rostliny (nebo z její části), odpovídá hodnotě vodního potenciálu listu (Ψleaf). Hodnoty Ψleaf měřené pomocí tlakové komory (Scholanderova bomba, Scholander et al., 1965) lze využít pro dokumentaci reakce rostlin na změny vodních podmínek prostředí (např. Czajkowski a Bolte, 2005, Lendzion a Leuschner, 2008 a další). Pro praktické využití Scholanderovy bomby v polních podmínkách, je však potřebné stanovit závislost Ψleaf na hodnotách dalších fyziologických procesů v rostlinách, jako je transpirace, stomatální vodivost, potenciál půdní vody, objemová vlhkost půdy apod. Ve srovnání se získáním hodnot transpirace a stomatální vodivosti v polních podmínkách, je stanovení Ψleaf pomocí Scholanderovy bomby jednodušší a méně časově náročné. Cílem práce bylo stanovit závislosti mezi hodnotami Ψleaf (bar) a hodnotami transpirace (Tr, mmol H2O m-2 s-1), stomatální vodivosti (gs, mmol H2O m-2 s-1) a objemové vlhkosti půdy (VWC, %), jako základu pro výpočet výše uvedených hodnot v polních podmínkách na základě měření hodnot Ψleaf. MATERIÁL A METODY V roce 2010 byl v laboratorních podmínkách (skleník) ověřován vliv snížené dostupnosti vody na hodnoty transpirace, stomatální vodivosti a vodního potenciálu listů u rostlin Helianthus annuus L. (slunečnice roční, odrůda Pikasol). Rostliny slunečnice byly vysety do květináčů o objemu 2300 cm3 (výška 15 cm) dne 14.1.2010. Objemová hmotnost půdy v květináčích činila 1.1 g cm-3. V každém květináči byla pěstována jedna rostlina. Do růstové fáze BBCH 36 byly rostliny plně zavlaženy, v miskách byla kontinuálně udržována vodní hladina o výšce 15 mm. Čtyři dny před začátkem měření Ψleaf (termíny měření byly 24.2.2010 a 26.2.2010) byla část rostlin umístěných v samostatných miskách ponechána bez závlahy, část z těchto rostlin byla poté dva dny před měřením zavlažena odstupňovanými dávkami vody (100, 150 a 200 ml na květináč) a část rostlin byla ponechána při plném zavlažení. Cílem diferenciace závlahy bylo vytvořit rozdílné hodnoty obsahu vody v půdě. Dne 265

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 24.2.2010 probíhalo měření Ψleaf na sedmi rostlinách, u nichž se hodnoty VWC v květináčích pohybovaly v intervalu od 12,9 do 36,6 %. Na každé rostlině byla stanovena hodnota Ψleaf pro 3. až 10. list od báze rostliny. Pro stanovení závislosti mezi VWC a Ψleaf byla použita průměrná hodnota Ψleaf stanovená aritmetickým průměrem hodnot Ψleaf jednotlivých listů na rostlině. Měření probíhala v čase od 9:00 do 10:30. Dne 26.2.2010 byl Ψleaf měřen na šesti rostlinách, vždy na 5. až 7. listu od báze rostliny. Pro stanovení závislosti mezi hodnocenými parametry Ψleaf byla použita průměrná hodnota Ψleaf stanovená aritmetickým průměrem hodnot Ψleaf 5. až 7. listu. Před stanovením Ψleaf byly na každém sedmém listu změřeny hodnoty Tr a gs. Měření hodnot Tr a gs na listu trvalo 10 min, záznam hodnot byl pořizován v intervalu po 30 s, použito bylo umělé osvětlení (600 µmol m-2 s-1). Pro výpočty byly použity hodnoty aritmetického průměru Tr a gs listu ze 14-ti opakování. Hodnoty VWC v květináčích se pohybovaly v intervalu od 11,3 do 38,0 %. Měření VWC bylo prováděno čidlem ML2 v kombinaci s ústřednou HH2 (Delta-T Devices, UK) ve středu květináče ve vrstvě půdy 0 – 50 mm. Pro stanovení Tr a gs bylo využito přístroje Ciras 2 PP Systems (USA), výpočtový algoritmus byl korigován na základě počtu průduchů na horní a spodní straně listů. Hodnoty Ψleaf byly změřeny v tlakové komoře (Scholander Pressure Chamber M 600, PMS Instrument Company, USA). Výpočet parametrů rovnic byl proveden v programu Mini32, verze 4.2.31.0 (EMS Brno, CZ). VÝSLEDKY A DISKUZE Na základě provedených výpočtů bylo pro stanovení závislostí využito hyperbolické funkce vyjádřené obecným tvarem: y = Par1+Par2/(x – Par3). Parametr 1 (Par1) určuje minimální hodnotu závisle proměnné potřebnou pro maximální hodnotu nezávisle proměnné. Parametr 2 (Par2) určuje tvar křivky a parametr 3 (Par3) dokumentuje hodnotu nezávisle proměnné při maximální hodnotě závisle proměnné. Grafické znázornění ověřovaných závislostí dokumentuje graf 1. Těsná závislost byla pomocí navrženého modelu stanovena mezi VWC (nezávisle proměnná) a Ψleaf (závisle proměnná) a rovněž mezi hodnotami Tr a gs (nezávisle proměnná) a Ψleaf (závisle proměnná). Při stanovení závislosti Tr a gs na hodnotě Ψleaf (nezávisle proměnné) byla stanovena nižší těsnost závislosti (I = 0,74). Stanovením těsné závislosti mezi hodnocenými parametry (Ψleaf – závisle proměnná) byl potvrzen předpoklad, že na základě měření hodnot Ψleaf v polních podmínkách lze stanovit hodnoty Tr a gs. Jak již bylo v úvodu zmíněno, je stanovení Ψleaf pomocí Scholanderovy bomby v polních podmínkách ve srovnání s hodnotami Tr a gs, které nabízejí většinou i dostatek rostlinného materiálu, jednodušší a časově méně náročné. Předpokladem pro využití výpočtu těchto hodnot je však nutné stanovení parametrů hyperbolické funkce na základě srovnávacího měření pro dané polní podmínky a růstovou fázi rostliny. Nižší těsnost závislosti stanovená při zařazení Ψleaf jako nezávisle proměnné a Tr a gs jako závislých proměnných je dána skutečností, že u rostliny rostoucí v půdě, kde hodnota VWC činila 23,1%, byly stanoveny vyšší průměrné hodnoty Tr a gs (7,709 a 1179,1 mmol H2O m-2 s-1) a nižší hodnoty Ψleaf (– 4,7 bar) než u rostliny plně zavlažené (VWC = 38,0%, Ψleaf = – 3,7 bar). Jednou z příčin vysvětlující tuto diferenci je skutečnost, že v důsledku nižšího zásobení rostlin vodou a zlepšujícími se podmínkami pro fotosyntézu během dne dochází ke zvýšení hodnot Tr a gs při současném poklesu Ψleaf . Kudoyarova et al. (2007) stanovili negativní lineární závislost mezi Ψleaf (nezávisle proměnná) a stomatální vodivostí (gs) u rostlin Solanum lycopersicum pěstovaných v klimatizované komoře. Hodnoty Ψleaf byly na rostlinách měřeny v rozmezí 10. až 15. hodiny. Negativní závislost mezi hodnotami gs (nezávisle proměnná) a Ψleaf a transpirací (nezávisle proměnná) a Ψleaf vyjádřenou lineární funkcí u rostlin Alnus glutinosa uvádějí Eschenbach a Kappen (1999). Opět se jedná o závislost těchto parametrů vycházejících z denního chodu výše uvedených hodnot při shodné míře dostupnosti vody.

266


Graf 1: Závislost mezi VWC (%, nezávisle proměnná) a Ψleaf (bar, nezávisle proměnná) stanovená dne 24.2.2010 – a) a 26.2.2010 – b). Písmena c) a d) dokumentují závislost mezi Tr a gs (mmol H2O m-2 s-1, nezávisle proměnné) a Ψleaf stanovené dne 26.2.2010. Těsnost závislostí dokumentuje index korelace (I). Pokles hodnot Ψleaf v poledních a odpoledních hodinách ve srovnání s hodnotami stanoveními ráno je všeobecně známou skutečností. Například Czajkowski a Bolte (2005) stanovili u mladých a starších rostlin Fagus sylvatica vyšší hodnoty Ψleaf před svítáním (měřeno mezi 3. a 5. hod. ráno) ve srovnání s hodnotami naměřenými mezi 12 a 15 hodinou. Tyto rozdíly byly zjištěny jak u rostlin vystavených vodnímu stresu, tak u rostlin optimálně zavlažených. Z hlediska stanovení daných závislostí je nutné při měření výše hodnocených parametrů respektovat zákonitosti jejich denního chodu.

ZÁVĚR Dosavadní výsledky potvrzují předpoklad, že na základě ověřeného modelu lze znalost hodnot Ψleaf využít pro výpočet hodnot Tr a gs a naopak. Z hlediska dalšího výzkumu je však potřebné výše uvedené závislosti ověřit na větším souboru hodnot a rostlinných druhů. Literatura Czajkowski, T., Bolte, A.: Unterschiedliche Reaktion deutscher und polnischer Herkünfte der Buche (Fagus sylvatica L.) auf Trockenheit. Allg. Forst- u. J.-Ztg. 177, 2005: 30–40

267


Eschenbach, Ch., Kappen, L.: Leaf water relations of black alder [Alnus glutinosa (L.) Gaertn.] growing at neighbouring sites with different water regres. Trees. 14, 1999: 28–38 Kudoyarova, G.R., Vysotskaya, L.B., Cherkozyanova, A., Dodd, I.C.: Effect of partial rootzone drying on the concentration of zeatin-type cytokinins in tomato (Solanum lycopersicum L.) xylem sap and leaves. J. Exp. Bot. 58, 2007: 161–168 Lendzion, J., Leuschner, C.: Growth of European beech (Fagus sylvatica L.) saplings is limited by elevated atmospheric vapour pressure deficits. Forest Ecol. Manag. 256, 2008: 648–655 Scholander, P.F., Hammel, H.T., Bradstreet, E.D., Hemmingsen, E.A.: Sap pressure in vascular plants. Science. 148, 1965: 339–346

VERIFICATION OF DEPENDENCE OF THE LEAF WATER POTENTIAL, ESTIMATED BY SCHOLANDER PRESSURE BOMB, ON THE TRANSPIRATION, STOMATAL CONDUCTANCE AND VOLUMETRIC WATER CONTENT. The influence of the soil water content depression to the leaf water potential (Ψleaf, bar), transpiration (Tr, mmol H2O m-2 s-1) and stomatal conductivity (gs, mmol H2O m-2 s-1) was observed in the laboratory. The soil water was measured as a volumetric water content (VWC, %). The sunflower plants in the BBCH 36 were measured at different values of VWC. The main aim of the work was to verify the dependence of leaf water potential on the transpiration, stomatal conductance and volumetric water content. The hyperbolic dependence was used for expression of these relationships mentioned above. The correlation coefficient (I) between Ψleaf and VWC (independent variable) was 0.97, high closeness of the dependence between Tr and gz (independent variables) and Ψleaf 0.99 was observed. The lower dependence was estimated in vice versa dependence calculation, (Ψleaf as independent variable, I = 0.74). Key words: leaf water potential, transpiration, stomatal conductance, volumetric water content, sunflower

Poděkování Práce vznikla v rámci projektů MŠM 6046070901 a NAZV QH 82096. Poděkování patří rovněž firmě EMS Brno za pomoc při matematickém zpracování výsledků.

268


STANOVENÍ OBSAHU CHLOROFYLU A INTENZITY FLUORESCENCE CHLOROFYLU U ROSTLIN V POLNÍCH PODMÍNKÁCH Sochor J.1, Salaš P.1, Pláteníková M.2, Adam V.2, Kizek R.2* 1

Mendelova univerzita v Brně, Zahradnická fakulta, Ústav šlechtění a množení zahradnických rostlin, Valtická 337, 69144 Lednice 2 Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Ústav chemie a biochemie Zemědělská 1, 613 00 Brno, [email protected]

ABSTRAKT U rostlin rostoucích v přírodních podmínkách je studium fyziologických reakcí na stres značně komplikované, protože často působí současně více stresových faktorů. V naší práci jsme na experimentálních parcelách oblasti Hodonínska – lokality vátých písků, založili multifaktoriální experiment zaměřený možnost využití komerčních přístrojů k určení míry stresu u rostlin. Zaměřili jsme se na posuzování fyziologické reakce dřevin Acer campestre L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., Tilia platyphyllos Scop. a Swida sanquinea L. pomocí obsahu chlorofylu a fluorescence chlorofylu. Klíčová slova: Acer campestre L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., Tilia platyphyllos Scop., Swida sanquinea L., chlorofyl, fluorescence chlorofylu, abiotický stres

ÚVOD Studium fyziologických reakcí rostlin a stresu u rostlin rostoucích v přírodních podmínkách je značně komplikované, protože často více stresových faktorů působí současně (intenzivní sluneční záření, vysoká povrchová teplota obtížně dostupná voda, zvýšená transpirace, iontová nerovnováha v půdním roztoku). Interakce mezi nimi mohou podstatně měnit charakter stresové reakce ve srovnání s působením každého faktoru odděleně. Působení stresorů bývá také často omezeno pouze na část rostliny (listy či kořeny), ve které dochází k lokální stresové reakci, ale ta může druhotně způsobovat stres i v ostatních orgánech (Blaha, 2003, Cherif a kol., 2010, Mathur a kol., 2010, Procházka a kol., 2003). Mezi v přírodě nejčastěji se vyskytující stresové faktory působící na rostliny patří nedostatek vody (Long a kol., 1994). Voda má v ekosystémech velmi rychlý koloběh a její zásoba v rostlinách i v půdě stačí ve srovnání se živinami jen na poměrně krátkou dobu (Kyparissis a kol., 1995). Dušková (Duskova a Hejnak, 2007) uvádí, že i nízký pokles vodního potenciálu může být příčinou vážných fyziologických poruch syntetických procesů, jako je rychlost fotosyntézy či rychlost transpirace, dále ovlivňuje struktury proteinů a aktivity enzymů, ovlivňuje růstu listů i kořenů, změnu hladiny fytohormonů (především kyseliny abscisové), změnu osmotického potenciálu vody v rostlině, výměny plynů či vodní páry (Kostrej a kol., 1998), klesá také příjem CO2 (Kincl a Krpes, 1978). Kořenové systémy rostlin, které prošly stresem z nedostatku vody v půdě, mají sníženou propustnost pro vodu i několik dnů po zavlažení (zejména dřeviny). V naší práci jsme se zaměřili možnost využití komerčních přístrojů k určení míry stresu u rostlin. Byla posuzována fyziologické reakce dřevin Acer campestre L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., Tilia platyphyllos Scop. a Swida sanquinea L. pomocí obsahu chlorofylu a fluorescence chlorofylu. MATERIÁL A METODY Pokusná plocha se nachází v katastru obce Ratíškovice nedaleko Hodonína. Půdní podmínky jsou extrémní: regozem stenická, zrnitostní třída písek, nízká retenční vodní kapacita (méně než 40,0 % z celkové pórovitosti). Extrémně vysoká provzdušenost, s výjimkou krátkých období po dešťových srážkách, více než 90 % z celkové pórovitosti. Výměnná půdní reakce je silně kyselá, pH KCl Ah horizontu méně 4,5. Srážky - roční průměr srážek 569 mm, 355 mm srážek za vegetační období (Strakova a kol., 2009).

269

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Obrázek 1.: a) pyranometr SG 002.5 sloužící k měření globální radiace b) klipsy sloužící k měření fluorescence chlorofylu, c) měření obsahu chlorofylu d) měření fluorescence chlorofylu

Biologické vzorky: Generativně množené výpěstky Acer campestre L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., Tilia platyphyllos Scop. a Swida sanquinea L. Vše ve stáří dva roky + dva roky ve školce. Sortiment dřevin pro experimenty byl stanoven na základě několika kritérií – vhodnost pro určené stanoviště, autochtonnost, dynamika růstu, typ kořenové soustavy (souvislost s vodním režimem rostlin), minimální velikost listové plochy, stupeň adaptability dřeviny a perspektivnost pro využití. Přístroje: Chlorophyll Fluorometer OS – 30 – přístroj sloužící k měření fotosyntetické výkonnosti (Fv/Fm). Je založen na nedestruktivním principu měření, vhodný pro měření přímo v terénu. Chlorophyll Content Meter (CCM–200) slouží ke stanovení obsahu chlorofylu. Je založen na nedestruktivním principu měření, vhodný pro měření přímo v terénu. Pro kalibraci obsahu chlorofylu bylo využito automatického fotometrického analyzátoru BS 200 (Mindray, China). Měření bylo prováděno v průběhu dne 15. 8. 2010 v dvouhodinových intervalech od 10 do 18 hodiny. Na lokalitě byly zaznamenávány mikroklimatické údaje. Intenzita slunečního záření byla měřena pyranometrem SG 002.5 (Obr. 1). Měřící rozsah 0 – 1200 [W·m-2]. Souběžně probíhal záznam mikroklimatických údajů na pokusných plochách s využitím čidel HOBO (teplota vzduchu a půdy) a VIRRIB (vlhkost půdy v několika horizontech). VÝSLEDKY A DISKUZE Mezi jednu ze základních charakteristik zdravotního stavu rostlin je intenzita fotosyntézy (Procházka a kol., 2003). Změny v obsahu chlorofylu mohou nastat jako výsledek deficitu živin, vystavení rostlin environmentálním stresům, používání herbicidů a změn intenzity osvětlení v průběhu růstu rostlin. Intenzita fotosyntézy může být stanovena na základě fluorescence chlorofylu, který stanovujem e pomocí fluorescenčního poměru variabilního k maximální fluorescenci (Fv/Fm). Taho hodnota je obecným indikátorem snížení funkce nebo poškození reakčních center fotosystému II (Cherif a kol., 2010, Mathur a kol., 2010). Pokud je fotosyntetický aparát rostlin nebo celá rostlina vystavena působení některého stresu, dochází k negativnímu ovlivnění funkce fotosystému II.

270

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Graf 1: Změny hodnot obsahu chlorofylu u jednotlivých dřevin zjištěných v průběhu dne.

Hodnoty chlorofylu se v průběhu dne měnily nelineárně bez závislosti na počasí (Graf 1). Byly zaznamenány rozdíly obsahu chlorofylu mezi jednotlivými dřevinami. Obsah chlorofylu tedy nebyl přímo závislý na aktuální změně počasí. Graf 2: Změny hodnot obsahu fluorescence chlorofylu u jednotlivých dřevin zjištěných v průběhu dne.

Hodnoty fluorescence chlorofylu byly závislé na změně globální radiace (Graf 3). Mezi fluorescencí chlorofylu a globální radiací byla pozitivní korelace r = 0.67. Maximální hodnoty byly získány ve dvanáct hodin. S ubývajícími hodnotami slunečního záření se snižovaly také hodnoty fluorescence chlorofylu (Graf 2). Graf 3: Změny hodnot globální radiace v průběhu dne.

Studium fyziologických reakcí rostlin a stresu u rostlin rostoucích v přírodních podmínkách je značně komplikované, protože často více stresových faktorů působí současně (intenzivní sluneční záření, vysoká povrchová teplota obtížně dostupná voda, zvýšená transpirace,

271

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 iontová nerovnováha v půdním roztoku). Interakce mezi nimi mohou podstatně měnit charakter stresové reakce ve srovnání s působením každého faktoru odděleně. Působení stresorů bývá také často omezeno pouze na část rostliny (listy či kořeny), ve které dochází k lokální stresové reakci, ale ta může druhotně způsobovat stres i v ostatních orgánech. ZÁVĚR Předložený příspěvek zpracovává výsledky měření obsahu chlorofylu a fluorescence chlorofylu u čtyř zkoumaných dřevin na experimentální ploše vátých písků u Hodonína v průběhu dne 15. 8. 2010. Jednalo se o základní fyziologické parametry, které jsou limitovány průběhem fotosyntézy. Protože laboratorní metody pro stanovení obsahu chlorofylu jsou časově náročné a destruktivní, bylo využito komerčních přístrojů, díky kterým jsme schopni nedestruktivně a rychle měřit fyziologické paramentry i v průběhu vegetace či experimentu v polních podmínkách, kde na sledované dřeviny působí přirozené biotické i abiotické faktory prostředí. Literatura Blaha, L., Rostlina a stres, Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 2003. Duskova, S., Hejnak, V., Efektivita využitia vody u rastlín rodu Hordeum sp. při vodnom strese, Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 2007. Cherif, J., Derbel, N., Nakkach, M., von Bergmann, H., Jemal, F., Ben Lakhdar, Z.: Analysis of in vivo chlorophyll fluorescence spectra to monitor physiological state of tomato plants growing under zinc stress. J. Photochem. Photobiol. B-Biol. 101, 2010: 332-339. Kincl, M., Krpes, V., Základy fyziologie rostlin, Stát. pedag. nakl., Praha, 1978. Kostrej, A., Danko, J., Jureková, Z., Zima, M., Gáborčík, N., Vidovič, J., Ekofyziológia produkčného procesu porastu a plodín, SPU, Nitra, 1998. Kyparissis, A., Petropoulou, Y., Manetas, Y.: Summer survival of leaves in a soft-leaved shrub (Phlomis fruticosa L, Labiatae) under Mediterranean field conditions: Avoidance of photoinhibitory damage through decreased chlorophyll contents. J. Exp. Bot. 46, 1995: 1825-1831. Long, S.P., Humphries, S., Falkowski, P.G.: Photoinhibition of photosynthesis in nature. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 45, 1994: 633-662. Mathur, S., Allakhverdiev, S.I., Jajoo, A.: Analysis of high temperature stress on the dynamics of antenna size and reducing side heterogeneity of Photosystem II in wheat leaves (Triticum aestivum). Biochim. Biophys. Acta-Bioenerg. 1807, 2010: 22-29. Procházka, S., Macháčková, I., Kerkule, J., Šebánek, J., Fyziologie rostlin, Academia, Praha, 2003. Strakova, M., Salas, P., Kohout, M., Pekar, M., Sevcikova, M., Pelikan, J., Modelový projekt zamezení biologické degradace půd v podmínkách aridního klimatu, Agentura BONUS, Hrdějovice, 2009.

DETERMINATION OF CHLOROPHYLL AND CHLOROPHYLL FLUORESCENCE INTENSITY OF PLANTS IN FIELD CONDITIONS In plants growing under natural conditions is to study the physiological response to stress rather complicated because they often work together more stress factors. In our work we on the experimental plots Hodonín - site drift sands, based multifactorial experiments focused opportunity to use commercial devices to determine the degree of stress in plants. We focused on assessing the physiological responses of tree species Acer platanoides L., Quercus petraea (Matt.) Liebl., platyphyllos Tilia Scop. and L. Swida sanquinea with chlorophyll content and chlorophyll fluorescence.

Keywords: Tillia platiphylos Scop., chlorophyll content, chlorophyll fluorescence, abiotic stres Poděkování: Tato práce byla podpořena granty IGA 9/2010/591 a 2B08020 NPV II.

272


VLIV KADEMNATÝCH IONTŮ NA METABOLOMICKÉ MARKERY U EXPLANTÁTOVÉ KULTURY SLUNEČNICE ROČNÍ Kryštofová O. 1, Sochor J. 1,3, Adam V. 1, Zehnálek J.1, Havel L.2, Kizek R. 1* 1

Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Ústav chemie a biochemie Zemědělská 1, 613 00 Brno, *[email protected] 2 Mendelova univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Ústav biologie rostlin, Zemědělská 1, 613 00 Brno 3 Mendelova univerzita v Brně, Zahradnická fakulta, Ústav šlechtění a množení zahradnických rostlin, Valtická 337, 69144 Lednice

ABSTRAKT Od konce druhé poloviny 20. století dochází na vědeckém poli k masivnímu rozvoji nových vědních oborů s příponou – omika. Nejkomplexnější z omických věd je metabolomika. Zabývá se procesy v živých organismech na úrovni metabolitů. V naší práci jsme se zabývali vlivem různých koncentrací kademnatých iontů (0, 5, 10, 50, 100 a 500 µM) na růst a metabolomické markéry explantátové kultury slunečnice roční kultivaru Aloha. Z metabolomických markérů byly sledovány obsah proteinů, antioxidační aktivita a obsah -SH skupin. Z námi dosažených výsledků vyplývá, že kademnaté ionty inhibovaly proteosyntézu v celé koncentrační škále. Dále jsme pozorovali pomocí výsledků antioxidační aktivity, že rostliny spouští své obranné mechanismy postupně a v přímé závislosti na koncentraci aplikovaného kovu. V posledním bodu naší práce bylo zjištěno, že u všech explantátových kultur vystavených působení kademnatých iontů dochází ke zvýšení koncentrace –SH skupin. Klíčová slova: slunečnice, explantátová kultura, kadmium, metabolom

ÚVOD Od konce druhé poloviny 20. století dochází na vědeckém poli k masivnímu rozvoji nových vědních oborů s příponou – omika. Jedná se o genomiku, transkriptomiku, proteomiku a metabolomiku. Všechny tyto vědy mají kromě stejné přípony společné, že se zabývají biochemickými procesy v živých organismech, ať už na úrovni DNA, RNA, tak proteinů či metabolitů. Nejkomplexnější z uvedených omických věd je metabolomika. Zabývá se procesy v živých organismech na úrovni metabolitů. K tomu, abychom byli schopni sledovat změny v živých organismech na tak podrobné úrovni, je zapotřebí mít k dispozici dobře definovaný organismus, který jsme schopni kultivovat za definovaných podmínek. Mezi takovéto organismy patří např. explantátové kultury. Tyto kultury nám pomohou v proteomických a genomických studiích lépe pochopit rozdíly mezi liniemi na kontaminant tolerantními a na kontaminant citlivými (Azevedo a kol., 2005). Mezi nejzávažnější kontaminanty anorganické povahy v životním prostředí patří těžké kovy. Těžké kovy jsou dle jedné z mnoha definic chemické prvky, mezi které patří zejména přechodné kovy, některé polokovy, lanthanoidy a aktinoidy. Ukládají se v živých organismech (rostlinách i živočiších) a vstupují tak do potravního řetězce, kde se mohou kumulovat až do koncentrací, které jsou pro organismu smrtelné (Krystofova a kol., 2009). Příkladem toxického těžkého kovu je kadmium. Jeho nebezpečnost spočívá ve vysoké afinitě k síře, a protože není esenciálním prvkem, může při zvýšené koncentraci na organizmus působit toxicky. Jeho příjem rostlinou nezávisí pouze na přirozených metabolických systémech, ale také na jeho vstupu přes mechanismy určené pro příjem jiných esenciálních kovů (Krystofova a kol., 2010). To, do jaké míry je kadmium schopno kumulovat se v rostlinných pletivech, nezávisí jen na metabolických systémech, ale také na rostlinném druhu a koncentraci živin v půdě potřebných rostlinný růst (Hagemeyer a kol., 1993, Prasad, 1995). Důsledkem toxického působení kadmia na rostliny může být narušení fotosyntézy, respiračního řetězce, narušení příjmu živin, listová nekróza či celkový pokles biomasy s potenciálním snížením výnosnosti u zemědělských plodin o 5 až 22 % (Makovnikova a kol., 2006). Existuje mnoho studií zabývajících se vlivem kadmia na rostliny, avšak jen velmi málo

273

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 z nich se zabývá jeho vlivem na slunečnici a ještě méně její explantátové kultury (Azevedo a kol., 2005). Proto jsme se v naší práci zabývali vlivem různých koncentrací kademnatých iontů (0, 5, 10, 50, 100 a 500 µM) na růst explantátové kultury slunečnice roční kultivaru Aloha. MATERIÁL A METODY Explantátová kultura byla odvozena dle Santos a Caldeira (Santos a Caldeira, 1998). Následně byly přibližne stejně velké shluky explantátů napasážovány na modifikované MS medium obsahující 0, 5, 10, 50, 100 nebo 500 µM kadmium dodané v podobě Cd(NO3)2. Stanovení obsahu proteinů pyrogalovou červení: Pro stanovení byl použit kit od firmy Diagon. Postup měření pro automatický analyzátor: Do plastových kyvet bylo pipetováno 150 µl reagencie, následně bylo přidáno 3 µl vzorku. Absorbance byla měřena při λ = 605 nm po dobu 5 minut. Stanovení antioxidační aktivity pomocí DPPH• testu: Postup měření pro automatický analyzátor: Do plastových kyvet bylo pipetováno 200 µl 9.5·10-5 M roztoku DPPH (2,2diphenyl-1-picrylhydrazyl), následně bylo přidáno 20 µl vzorku či standartu (kyselina gallová) a vše bylo pečlivě promícháno. Po dobu 25 minut byla zaznamenávána v 15 sekundových intervalech absorbance při vlnové délce λ = 515 nm (Sochor a kol., 2010). Stanovení antioxidační aktivity pomocí metody ABTS: Postup měření pro automatický analyzátor: Do plastových kyvet bylo pipetováno 245 µl roztoku 7 mM ABTS•(2,2.azinobis(3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonát) s 4.95 mM peroxodisíranem draselným, následně bylo přidáno 5 µl vzorku či standartu (kyselina gallová) a vše bylo pečlivě promícháno. Po dobu 25 minut byla zaznamenávána v 15 sekundových intervalech absorbance při vlnové délce λ = 670 nm (Sochor a kol., 2010). Stanovení antioxidační aktivity pomocí metody FRAP: Postup měření pro automatický analyzátor: Do plastových kyvet bylo pipetováno 245 µl 10 mM TPTZ (2,4,6-tris(2-pyridyl)s-triazine) rozpustit v 40 mM HCl smíchaného s 20mM FeCl3·6H2O a acetátovým pufrem pH 3,6 v poměru 1:1:10, následně bylo přidáno 5 µl vzorku či standartu (kyselina gallová). Po dobu 25 minut byla zaznamenávána v 15 sekundových intervalech absorbance při vlnové délce λ = 604 nm (Sochor a kol., 2010). Stanovení –SH skupin (Ellmanova reakce): Postup měření pro automatický analyzátor: Do plastových kyvet bylo pipetováno 277 µl 2 mM DTNB (5,5’-dithiobis(2-nitrobenzoová) kyselina) smíchané s 50 mM Na2 (CH3COO)2 a 33 µl 1 M Tris pufr (pH 8), následně bylo přidáno 10 µl vzorku či standartu (cystein) vše bylo promícháno a inkubováno 5 min při 37°C. Po uplynutí 5 minut byla měřena absorbance při vlnové délce λ = 427 nm. VÝSLEDKY A DISKUZE Prvním sledovaným parametrem byl obsah proteinů. Ze získaných výsledků je zřejmý pokles koncentrace celkových proteinů u explantánové kultury vystavené působení kademnatých iontů. Nejvyšší inhibice syntézy proteinů byla zaznamenána u koncentrace 50 µM a nejnižší u koncentrace 10 µM. Druhým sledovaným parametrem byla antioxidační aktivita. Antioxidační aktivita je často používaným markérem ukazujícím míru stresové reakce. V naší práci jsme stanovovali antioxidační aktivitu třemi různými metodami DPPH test, ABTS test a FRAP metodu. Pro optimalizaci jsme jako standard použili kyselinu gallovou o koncentracích v rozmezí 0 – 100 µg/ml. U všech těchto metod se nám podařilo získat lineární závislosti. Dále jsme díky optimalizaci schopní stanovit antioxidační aktivitu v pouhých 100 µg vzorku (Obr. 1).

274


Obr. 1: Vliv kademnatých iontů na antioxidační aktivitu u explantátové kultury slunečnice stanovenou metodou DPPH, ABTS testem a metodou FRAP. V dalším kroku naší práce jsme všechny optimalizované metody použili pro stanovení na reálných vzorcích. Pokud jsme získané závislosti proložili přímkou, můžeme obecně říci, že se vzrůstající dobou kultivace a koncentrace kademnatých iontů roste antioxidační aktivita. Při detailnějším pohledu na získané výsledky, kdy jsme získali průměrné hodnoty antioxidačních aktivit, bylo zjištěno, že metoda DPPH vykazuje nejvyšší aktivitu u kultur vystavených koncentraci 10 µM kademnatých iontů, metoda ABTS u koncentrace 50 µM a metoda FRAP u koncentrace 100 µM (Obr. 1). Tyto výsledky ukazují na to, že rostliny spouští své obranné mechanismy postupně a v přímé závislosti na koncentraci aplikovaného kovu.

Obr. 2: Obsah –SH skupin v explantátové kultuře slunečnice vystavené působení různých koncentrací kademnatých iontů. Posledním sledovaným parametrem byl obsah volných –SH skupin. Ze získaných výsledků vyplývá, že všechny aplikované koncentrace kademnatých iontů stimulují u explantátových kultur slunečnice syntézu thiolových sloučenin, které jsou důležitým účastníkem obranných mechanismů rostlin proti působení toxických kovů. V porovnání s kontrolou jsou pozorovány až dvojnásobné nárůsty, přičemž nejvyšší obsah –SH skupin byl zaznamenán u explantátových kultur vystavených působení 100 µM koncentrace kademnatých iontů (Obr. 2). 275


ZÁVĚR Ze získaných výsledku vyplývá, že ionty kadmia vyskytující se v životním prostředí mohou být akumulovány do rostlin a ovlivňovat tak jejich metabolom. Při pokusech na explantátových kulturách slunečnice roční byla prokázána inhibice syntézy proteinů u všech aplikovaných koncentrací kademnatých iontů. Také bylo potvrzeno na základě antioxidačních aktivit, že rostliny spouští své obranné mechanismy postupně a v přímé závislosti na koncentraci aplikovaného kovu. V posledním bodu naší práce bylo zjištěno, že u všech explantátových kultur vystavených působení kademnatých iontů dochází ke zvýšení koncentrace –SH skupin. Literatura Azevedo, H., Pinto, C.G.G., Santos, C.: Cadmium effects in sunflower: Nutritional imbalances in plants and calluses. J. Plant Nutr. 28, 2005: 2221-2231. Hagemeyer, J., Lohrmann, D., Breckle, S.W.: Development of annual xylem rings and shoot growth of young beech (Fagus-sylvatic L) grown in soil with various Cd and Zn levels. Water Air Soil Pollut. 69, 1993: 351-361. Krystofova, O., Shestivska, V., Galiova, M., Novotny, K., Kaiser, J., Zehnalek, J., Babula, P., Opatrilova, R., Adam, V., Kizek, R.: Sunflower Plants as Bioindicators of Environmental Pollution with Lead (II) Ions. Sensors 9, 2009: 5040-5058. Krystofova, O., Zehnalek, J., Adam, V., Trnkova, L., Babula, P., Kizek, R.: Effect of cadmium(II) ions on sunflower callus culture. Listy Cukrov. Reparske 126, 2010: 400-400. Makovnikova, J., Barancikova, G., Dlapa, P., Dercova, K.: Inorganic contaminants in soil ecosystems. Chem. Listy 100, 2006: 424-432. Prasad, M.N.V.: Cadmium toxicity and tolerance in vascular plants. Environ. Exp. Bot. 35, 1995: 525-545. Santos, C., Caldeira, G.: Callus formation and plant regeneration from protoplasts of sunflower calli and hypocotyls. Acta Soc. Bot. Pol. 67, 1998: 31-36. Sochor, J., Ryvolova, M., Krystofova, O., Salas, P., Hubalek, J., Adam, V., Trnkova, L., Havel, L., Beklova, M., Zehnalek, J., Provaznik, I., Kizek, R.: Fully automated spectrometric protocols for determination of an antioxidant activity: Advantages and disadvantages. Molecules 15, 2010: 8618-8640.

EFFECT OF CADMIUM IONS ON METABOLOMIC MARKERS IN SUNFLOWER TISSUE CULTURES Since the end of the second half of the 20th century, new scientific branches with the suffix -omics are of great development. The most complex of omics’ sciences is metabolomics. It deals with the processes in organisms at the level of metabolites. In this study, we investigated the influence of different concentrations of cadmium(II) ions (0, 5, 10, 50, 100 and 500 µM) on the growth and metabolomic markers of plant tissue culture of sunflower cultivar Aloha. We determined the following markers as protein content, antioxidant activity and content of -SH groups. It clearly follows from the results obtained that cadmium(II) ions inhibited protein synthesis in the whole concentration range. Furthermore, based on the results obtained using the antioxidant activity of the plants it can be concluded that treated plants trigger their defence mechanisms gradually and directly dependent on the concentration of metal ions. The last point of our study was found that in the concentration of -SH groups enhanced in all plants exposed to cadmium(II) ions. Keywords: sunflowers, plant tissue culture, cadmium, metabolome Poděkování: Výsledky byly získány za laskavé podpory projektů IGA MENDELU IP 7/2010 a REMEDTECH GA ČR 522/07/0692.

276


OVLIVNĚNÍ STRESU U ROSTLIN PŮSOBENÍM POMOCNÝCH PŮDNÍCH LÁTEK Sochor J.1, Salaš P.1, Adam V.2, Kizek R.2* 1

Ústav šlechtění a množení zahradnických rostlin, Zahradnická fakulta, Mendelova univerzita v Brně, Valtická 337, 691 44 Lednice, Česká republika 2 Ústav chemie a biochemie, Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká Republika, *[email protected]

ABSTRAKT Cílem experimentu bylo zjištění protektivního působení pomocné půdní látky Agrisorbu na degradovaných půdách. Pro tento účel byl zaveden kontrolovaný experiment, při kterém jsme sledovali vodní stres u rostlin Tillia platiphylos. Rostliny byly kultivovány při dvou rozdílných teplotách (24°C a 34°C) v půdě obsahující 3 různé koncentrace Agrisorbu (10, 20 a 30 g·m-2), při vodním režimu posuzovaného dle bodu vadnutí, dvojnásobku bodu vadnutí a retenční vodní kapacity. Klíčová slova: Tillia platiphylos, Agrisorb, vodní stress

ÚVOD Limitujícím stresujícím faktorem pro rostliny je nedostatek vody (Kyparissis a kol., 1995, Long a kol., 1994). Voda má v ekosystémech velmi rychlý koloběh a její zásoba v rostlinách i v půdě stačí ve srovnání se živinami jen na poměrně krátkou dobu (Procházka a kol., 2003). I nízký pokles vodního potenciálu může být příčinou vážných fyziologických poruch syntetických procesů, struktury proteinů a aktivity enzymů (Duskova a Hejnak, 2007). Již mírný stres suchem vyvolává řadu fyziologických reakcí: ovlivnění růstu listů i kořenů, změnu hladiny fytohormonů (především kyseliny abscisové), změnu osmotického potenciálu vody v rostlině, změnu v otevírání průduchů a výměny plynů či vodní páry (Kostrej a kol., 1998), klesá také příjem CO2 (Kincl a Krpes, 1978). Kořenové systémy rostlin, které prošly stresem z nedostatku vody v půdě, mají sníženou propustnost pro vodu i několik dnů po zavlažení (Blaha, 2003). Jednou z typických reakcí na stres suchem je tvorba kutikuly (vrstvičky na povrchu listů). Podmíněně vytvořený vosk má pravděpodobně rostlinu chránit před tepelnými účinky dopadajícího slunečního záření. Vzhledem k barvě voskového pokryvu jsou změněny optické vlastnosti listů (porostu), vzrůstá odrazivá schopnost jednotlivých listů (albedo), teplota listů se snižuje s konečným efektem poklesu transpirace a zvýšením WUE (water use efficiency). Dušková (Duskova a Hejnak, 2007) uvádí, že stres způsobený suchem je statisticky významný limitující faktor růstu i ostatních fyziologických procesů, na které rostliny reagují různými růstovými a metabolickými změnami. Eliminovat nebo snížit vodní stres můžeme pomocí látek, které zadržují vodu v půdě. Mezi takové látky patří např. syntetické hydroabsorbenty (půdní kondicionéry) (Sloup, 2005). Pomocné půdní látky (PPL) představují širokou skupinu substrátů, které se dostávají do popředí zájmu. Prezentují jednu z možností snižování stresových podmínek pro rostliny a zlepšování chemických, fyzikálních a biologických vlastností půd (Cherif a kol., 2010, Mathur a kol., 2010). Díky své struktuře zadržují vodu a následně ji pozvolně uvolňují rostlinám. Mohou pomoci rostlinám přežít kritická období sucha. Ovšem pravidelnou a dostatečnou zálivku nenahradí (Salas, 1996). Cílem práce bylo zjistit do jaké míry je hydroabsorbent schopen snížit vliv stresového faktoru sucha. MATERIÁL A METODY Navrhovaný postup spočíval v zavedení kontrolovaného experimentu při expozici zkoumané dřeviny Tilia platyphyllos Scop. v ideálních a stresových podmínkách pod vlivem PPL Agrisorbu a v porovnání s rostlinami bez aplikace PPL.

277

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Pro experiment byla dopravena půda z horizontu 0 - 40 cm z oblasti Hodonína. Půdní podmínky jsou zde extrémní: regozem stenická, zrnitostní třída písek, nízká retenční vodní kapacita (méně než 40,0 % z celkové pórovitosti). Extrémně vysoká provzdušenost, s výjimkou krátkých období po dešťových srážkách, více než 90 % z celkové pórovitosti. Výměnná půdní reakce je silně kyselá, pH KCl Ah horizontu méně jak 4,5. Srážky - roční průměr srážek je 569 mm a za vegetační období 355 mm srážek. Zemina byla pomocí síta přeseta na velikost frakce 2 mm a vysušena při 150 °C 2 hodiny. Pro experiment byly použity dvouleté prostokořené sazenice, pěstované ve školce v Moravském Písku. Před založením experimentu bylo nutno dodat v náležitém formátu vstupní data, která můžeme rozdělit do dvou základních skupin: 1. Varianta s ideálními podmínkami pro rostlinu - s použitím PPL Agrisorbu - kontrolní varianta, bez PPL Agrisorb 2. Varianta se stresovými podmínkami pro rostlinu - s použitím PPL Agrisorbu - kontrolní varianta, bez PPL Agrisorb Podmínky, které jsou pro sledovanou rostlinu ideální, lze vyjádřit jejími ekologickými a klimatickými nároky. Jedná se o parametry pro fotosyntézu a respiraci, fenologický vývoj a listovou plochu, růst kořenové soustavy. Ve fytotronu, upravením fyzikálních parametrů vstupujících do modelu, jsme získali simulované ideální životní podmínky. U sledované rostliny Tilia platyphyllos Scop. byla jako optimální zvolena teplota vzduchu 24 °C, vlhkost vzduchu 65 %, rychlost větru 2 m · s-1, světelné podmínky 16 000 lux, světlostní fáze 16 hod, temnostní fáze 8 hod. Podmínky, které byly zvoleny za stresové, zohledňují potenciální možnost aplikace PPL a souvislost adaptace rostlin na extrémní půdně-klimatické podmínky vlivem PPL. K zajištění definovaných stresových podmínek byl posloužit fytotron s upravenými kultivačními parametry: teplota vzduchu 34 °C, vlhkost vzduchu 45 %, rychlost větru 2 m · s-1, světelné podmínky 16 000 lux, světlostní fáze 16 hod, temnostní fáze 8 hod. Jelikož je půdní vlhkost přímým ukazatelem geo-environmentální integrace mezi půdní látkou a závlahou/srážkami, byl při závlaze u experimentu kladen důraz na následující hydrolimity a jejich rozmezí: bod vadnutí (BV), dvojnásobek bodu vadnutí (2*BV), retenční vodní kapacitu (RVK). Dále byly v obou variantách použity tři různé koncentrace Agrisorbu. První koncentrace je běžně používaná (20 g · m-2), druhá byla poloviční (10 g · m-2) a třetí koncentrace byla vzhledem k běžnému používání o polovinu vyšší (30 g · m-2). Tímto jsme chtěli zjistit, do jaké míry je hydroabsorbent schopen snížit vliv stresového faktoru sucha. Dále jsme mohli odvodit vztah, mezi vlivem sledovaných stresových parametrů vůči množství aplikace PPL do degradované půdy. Tabulka 1.: Přehled faktorů a variací u experimentální varianty s ideálními podmínkami. teplota 24 °C 24 °C 24 °C 24 °C

vlhkost 65% 65% 65% 65%

Varianta s ideálními podmínkami závlaha množství PPL BV kontrola 10 g · m-2 20 g · m-2 -2 2*BV kontrola 10 g · m 20 g · m-2 -2 RVK kontrola 10 g · m 20 g · m-2 -2 0 kontrola 10 g · m 20 g · m-2

30 g · m-2 30 g · m-2 30 g · m-2 30 g · m-2

světlo 16 000 lux 16 000 lux 16 000 lux 16 000 lux

Tabulka 2.: Přehled faktorů a variací u experimentální varianty se stresovými podmínkami teplota 34 °C 34 °C 34 °C 34 °C

vlhkost 45% 45% 45% 45%

Varianta s podmínkami stresovými závlaha množství PPL BV kontrola 10 g · m-2 20 g · m-2 -2 2*BV kontrola 10 g · m 20 g · m-2 -2 20 g · m-2 RVK kontrola 10 g · m -2 0 kontrola 10 g · m 20 g · m-2

278

30 g · m-2 30 g · m-2 30 g · m-2 30 g · m-2

světlo 16 000 lux 16 000 lux 16 000 lux 16 000 lux

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 VÝSLEDKY A DISKUZE Syntetický hydroabsorbent Agrisorb je schopen ve vodním prostředí silně bobtnat a vytvořit stabilní gel. Jedná se o organickou polymerní sloučeninu schopnou do své struktury extrémně vázat vodu a v průběhu vegetace ji předávat kořenům (Salas, 1996). Vytvořený gel z přípravku chrání nejjemnější kořenový systém rostliny před poškozením suchem a vlivy přesazování. Po ošetření kořenů rostlin a následném vysázení urychlí přítomnost Agrisorbu kontakt s půdou a tím se zabezpečí překonání šoku z přesazení. Gel vytvořený z 1 g je schopný vázat až 300g vody (Strakova a kol., 2009). Ve vlastní části experimentu se u jednotlivých variant (stresové podmínky, množství aplikované PPL a dávkování vody) posuzovala míra stresu. Posuzovalo se, zda PPL Agrisorb dokáže zmírnit stresové účinky teploty a sucha. Rostliny byly sledovány v průběhu 120 hodin od založení experimentu. Snímány byly kamerou každých pět minut a bylo pozorováno jejich postupné vadnutí. K pokusným variantám byla vždy vztažena kontrolní rostlina bez použití hydroabsorbentu (0 g · m-2 Agrisorbu). Posuzování bylo založeno na subjektivním pozorování stresu, sledovali jsme míru poklesu turgoru. Tento stav jsme vyjádřili devítibodovou stupnicí 9 - 1. Nejvyšší bodové ohodnocení měly vitální rostliny, nejnižší rostliny, kterým listí opadalo. 9 bodů – velmi dobrý stav, 7 dobrý, 5 – průměrný, 3 – špatný, 1 – bez listí. Posuzovali jsme všechny listy na dané rostlině, z nichž jsme následně vypočítali průměrnou hodnotu. 1. rostliny s dávkou vody ekvivalentní retenční vodní kapacitě. Rostliny v této variantě byly zavlaženy množstvím vody, které odpovídalo retenční vodní kapacitě (RVK). U této varianty nebyly pozorovány výrazné změny v růstu rostlin. Varianty s PPL však vykazovaly větší vitalitu, než rostliny kontrolní (Tab. 3). Tabulka 3.: Posouzení stresu u varianty s dávkou vody ekvivalentní retenční vodní kapacitě. Množství vody Teplota 0 g · m-2 10 g · m-2 20 g · m-2 30 g · m-2 24 °C 7 8 8 9 34 °C 8 8 9 9 RVK 2. rostliny s dávkou vody odpovídající dvojnásobku bodu vadnutí. Rostliny v této variantě byly zavlaženy množstvím vody, které odpovídalo dvojnásobku bodu vadnutí, zde již byly pozorovány změny. Především v mírném vadnutí (Tab. 4). Tabulka 4.: Posouzení stresu u varianty s dávkou vody ekvivalentní dvojnásobku bodu vadnutí. Množství vody Teplota 0 g · m-2 10 g · m-2 20 g · m-2 30 g · m-2 24 °C 6 6 7 7 2*BV 34 °C 5 5 5 6 3. rostliny s dávkou vody ekvivalentní bodu vadnutí. Rostliny v této variantě byly zavlaženy množstvím vody, které odpovídalo bodu vadnutí (BV). Zde již byly na konci experimentu zaznamenány velmi citelné změny. Listy uvadaly, některé uschnuly a opadly (Tab. 5). Tabulka 5.: Posouzení stresu u varianty s dávkou vody ekvivalentní bodu vadnutí. Množství vody Teplota 0 g · m-2 10 g · m-2 20 g · m-2 30 g · m-2 24 °C 3 3 4 5 BV 34 °C 3 3 3 4 4. rostliny kontrolní varianty bez dávky vody. Poslední varianta byla bez přídavku vody. U této varianty nebyly pozorovány prakticky žádné

279

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 rozdíly. Bylo to pravděpodobně proto, že hydroabsorbent nemohl využít svůj potenciál. Tabulka 6.: Posouzení stresu s kontrolní variantou bez dávky vody. Množství vody Teplota 0 g · m-2 10 g · m-2 20 g · m-2 30 g · m-2 24 °C 2 2 2 2 0 34 °C 2 1 2 2 Z pozorování vyplývá, že sledované charakteristiky byly průkazně lepší u rostlin pěstovaných v podmínkách s PPL Agrisorb. Tato skutečnost mohla být způsobena tím, že jednou z hlavních funkcí hydroabsorbentů je vázat vodu v době jejího nadbytku (srážky, závlaha) a potom ji postupně uvolňovat rostlinám (Duskova a Hejnak, 2007, Salas a Sloup, 2007). Využití hydroabsorbentu umožňuje nejen snížení celkové závlahové dávky, ale zejména četnost závlahy. ZÁVĚR Pomocné půdní látky prezentují jednu z možností snižování stresových podmínek pro rostliny a zlepšování chemických, fyzikálních a biologických vlastností půd. Aplikační kriteria, zahrnující výběr a dávkování PPL v rozličných ekosystémech je odlišné a mnohé interakce nebyly doposud prozkoumány. Z našeho experimentu vyplynulo, že varianty s rostlinami, u nichž byla aplikována pomocná půdní látka Agrisorb, měly pomalejší průběh vadnutí a byly vitálnější. Literatura Blaha, L., Rostlina a stres, Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 2003. Duskova, S., Hejnak, V., Efektivita využitia vody u rastlín rodu Hordeum sp. při vodnom strese, Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 2007. Cherif, J., Derbel, N., Nakkach, M., von Bergmann, H., Jemal, F., Ben Lakhdar, Z.: Analysis of in vivo chlorophyll fluorescence spectra to monitor physiological state of tomato plants growing under zinc stress. J. Photochem. Photobiol. B-Biol. 101, 2010: 332-339. Kincl, M., Krpes, V., Základy fyziologie rostlin, Stát. pedag. nakl., Praha, 1978. Kostrej, A., Danko, J., Jureková, Z., Zima, M., Gáborčík, N., Vidovič, J., Ekofyziológia produkčného procesu porastu a plodín, SPU, Nitra, 1998. Kyparissis, A., Petropoulou, Y., Manetas, Y.: Summer survival of leaves in a soft-leaved shrub (Phlomis fruticosa L, Labiatae) under Mediterranean field conditions: Avoidance of photoinhibitory damage through decreased chlorophyll contents. J. Exp. Bot. 46, 1995: 1825-1831. Long, S.P., Humphries, S., Falkowski, P.G.: Photoinhibition of photosynthesis in nature. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec. Biol. 45, 1994: 633-662. Mathur, S., Allakhverdiev, S.I., Jajoo, A.: Analysis of high temperature stress on the dynamics of antenna size and reducing side heterogeneity of Photosystem II in wheat leaves (Triticum aestivum). Biochim. Biophys. ActaBioenerg. 1807, 2010: 22-29. Procházka, S., Macháčková, I., Kerkule, J., Šebánek, J., Fyziologie rostlin, Academia, Praha, 2003. Salas, P.: Hydroabsorbenty - látky zadržující vodu v půdě. Využití hydroabsorbentů pro potřeby zahradní architektury, zahradnické produkce a lesnictví, 1996: 6-19. Salas, P., Sloup, J.: The use of substance retaining water in soil for nursery production. Acta Hortic. Regiotect. 10, 2007: 12. Sloup, J.: Využití látek, zadržujících vodu v půdě, pro školkařskou produkci. 2005: 99-125. Strakova, M., Salas, P., Kohout, M., Pekar, M., Sevcikova, M., Pelikan, J.: Modelový projekt zamezení biologické degradace půd. Travniky, 2009: 6-9.

INTERFERENCE STRESS OF PLANTS INCINDENCE OF SOIL CONDITIONS The aim of the experiment was to determine the protective effect of soil Agrisorbu on degraded soils. For this purpose was introduced by controlled experiment in which water stress was observed in plants Tillie platiphylos. Plants were grown at two different temperatures (24 ° C and 34 ° C) in soil containing 3 different concentrations Agrisorbu (10, 20 and 30 g · m-2) and water regime considered by wilting point, twice the wilting point and water retention capacity. Keywords: Tillia platiphylos Scop., Agrisorb, abiotic stress

Poděkování: Tato práce byla podpořena granty IGA 9/2010/591 a 2B08020 NPV II. 280


MORPHOLOGY OF PEA AND MAIZE ROOTS IN THE PRESENCE OF ORGANIC POLLUTANT Zezulka Š., Kummerová M., Váňová L. Oddělení fyziologie a anatomie rostlin, Ústav experimentální biologie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, 611 37 Brno, [email protected]

ABSTRACT Results of this study confirmed negative effect of fluoranthene (FLT) on the growth and root morphology of seedlings in pea (Pisum sativum) and maize (Zea mays). FLT was applied in concentrations 0.01, 0.1, 1, 4 and 7 mg L-1. Significant decreases of length and dry weight of roots and shoots was found in maize seedlings already under influence of 0.1 mg L-1 FLT, while in pea under 1 mg L-1. Total length of primary root and lateral roots and the length of lateral roots were significantly reduced mainly by 4 and 7 mg L-1 FLT in pea and by 1, 4 and 7 mg L-1 FLT in maize. The length of non-branched part of primary root in pea was reduced already by 0.01 mg L1 FLT, whereas in maize by 0.1 mg L-1 FLT. In both plant species the number of lateral roots was significantly increased by 0.01, 0.1 and 1 mg L-1 FLT and significantly reduced by 4 and especially by 7 mg L-1 FLT. The content of FLT in both roots and shoots of both plant species positively correlated with the level of FLT treatment. Keywords: fluoranthene, growth seedlings, morphology of root system, Pisum sativum, Zea mays

INTRODUCTION Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), important environmental pollutants, can influence all stages of plant ontogenesis. The seed germination and growth of seedling are the existential conditions of the further development of plant (Baud-Grasset et al., 1993). Particularly, the formation of the root system is important for necessary uptake of water and mineral nutrients. The impact on germination and seedling growth due to the contamination of soils with PAHs (or other semivolatile organic compounds) can be one of the factors of natural selection and even also of the plant evolution. The increasing loading of PAHs can be a decisive factor for the future diversity of plant species in the habitat and it can determine the level of economic yields (Kummerová et al., 1997). The aim of this study was to evaluate the effect of fluoranthene (FLT), which is one of the most abundant PAHs with ubiquitous environmental distribution, and its increasing concentration (0.01, 0.1, 1, 4 and 7 mg L-1) in solution on early growth of seedlings and the morphological characteristics of root system in Pisum sativum and Zea mays. MATERIAL AND METHODS Fluoranthene (FLT; Supelco, USA) was dissolved in acetone (Labscan, Ireland) to the concentration 420 mg L-1 and delivered to filter-purified (ultrafiltration) water (FP-H2O) or Reid-York nutrient solution to final concentrations 0.01, 0.1, 1, 4 and 7 mg L-1. For early growth assessment, seeds of pea (Pisum sativum) and maize (Zea mays) germinated for 3 days in FP-H2O and the seedlings were then delivered to the dishes with granulated polyethylene and FP-H2O. Five-day-old seedlings were then transplanted into glass vessels with 300 ml of Reid-York nutrient solution without (control) or with FLT additions. This experiment was done under controlled conditions (temperature 24±2oC, relative air humidity 60% to 80%, photoperiod 16/8 and irradiation up to 400 µmol m-2 s-1 PAR) for 7 days. Afterwards following parameters were assessed: the length and dry mass of roots and shoot and morphological characteristics of root system. Content of FLT in dry mass of roots and shoot after 7 days of cultivation was determined by gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) technique using the Finnigan GCQ ion trap instrument (Finnigan MAT, USA). Roots for morphological characteristics of pea and maize root system were placed into inversed scanner and their images were taken. The total length of primary root and lateral roots (TL), length of non-branched part of primary root (NBL), lateral roots length (LRL) and the number of lateral

281

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 roots (LRN) were then evaluated by means of Root Analyser Module in software Lucia G (Laboratory Imaging, Prague, Czech Republic). Each treatment was represented by 10 replicates. Results were then processed with software STATISTICA 6 (StatSoft, Inc.®). RESULTS AND DISCUSSION Pea and maize represent important crops and in the natural environment they are exposed to synergic action of a whole group of pollutants like PAHs. Seedling growth of pea and maize plants was expressed on the base of length and dry weight of roots and shoot. The inhibition effect improved with increasing FLT loading. Biomass production of plant species and their organs was influenced in different manner (data not shown). Dry biomass of pea roots was reduced up to 65% and maize roots by 85% and pea shoot up to 54% and maize shoot by 88%. These results are in agreement with the knowledge of Pašková et al. (2006) and AbdelLatif (2008). Nevertheless on the basis of growth parameters, such as length and weight of roots, it is impossible to make conception of changes in formation and morphology of root system of plants growing in the presence of PAHs.

Figure 1 The effect of increasing concentration of fluoranthene (FLT) on morphological characteristics of pea (A) and maize (B) root system after 7 days of cultivation. TL - total length of primary root and lateral roots, NBL - length of non-branched part of primary root, LRL - lateral roots length, LRN - number of lateral roots. Data are mean values of 10 replicates, standard deviations are indicated by error bars. Different letters above the neighbouring columns show statistically significant difference at P=0.05 Therefore besides the total length of primary root the length of non-branched part of primary root and length and number of all lateral roots of both plants species were evaluated (Fig. 1).

282


In maize cultivated in low treatment, lateral roots significantly participate in root system, both by their number (0.01, 0.1 a 1 mg L-1 FLT) and length (0.01 a 0.1 mg L-1 FLT). Also in pea, lateral roots markedly participated in root system of plants growing in this concentration range of FLT (Fig. 1, Fig. 2).

Figure 2 Photos of roots of pea (A1-A4) and maize (B1-B4) seedlings cultivated for 7 days in nutrient solution with fluoranthene (FLT). Concentrations were as follows: 1 = FLT 0 mg L-1 (control), 2 = FLT 0.1 mg L-1, 3 = FLT 1 mg L-1, 4 = FLT 7 mg L-1. Bar = 2 cm. Table 1 Content of fluoranthene in root and shoot biomass of pea and maize after 7 days of exposure. FLT content (mg kg-1 DW) FLT treatment (mg L-1)

Pisum sativum

Zea mays

root

root

0.01 0.1 1 4 7

0.93 19.77 32.89 92.60 136.36

shoot 0.02 0.38 0.79 1.51 2.01

0.10 2.65 14.28 31.60 69.30

283

shoot 0.00 0.01 0.03 0.12 0.15

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 The content of FLT detected in pea and maize biomass (Table 1) demonstrated that both the roots and shoot of plants accumulated certain amount of FLT. Higher FLT content was recorded in roots of both plant species. Pea plants accumulated in their roots and shoot several fold higher content of FLT. CONCLUSION Organic pollutant fluoranthene influenced the growth of seedlings of both pea and maize and morphology of their roots. Lower FLT treatment stimulated the formation of lateral roots. Higher FLT concentrations caused inhibition of both lateral roots formation and the length of non-branched part of primary root. References Abdel-Latif, A.: Effect of Methyl tert-Butyl ether on growth and phosphoenolpyruvate carboxylase activity of Zea mays. Aust. J. Basic Appl. Sciences 2, 2008 : 63-67 Baud-Grasset F., Baud-Grasset S., Safferman S.I.: Evaluation of the bioremediation of a contaminated soil with phytotoxicity tests. Chemosphere 26, 1993 : 1365-1374 Kummerová, M., Slovák, L., Holoubek, I.: Growth response of spring barley to short- or longperiod exposures to fluoranthene. Rostlinná výroba 43, 1997 : 209-215 Pašková, V., Hilschrová, K., Feldmannová, M., Bláha, L.: Toxic effects and oxidative stress in higher plants exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons and their N-heterocyclic derivatives. Environ. Toxicol. Chem. 25, 2006 : 3238-3245

MORFOLOGIE KOŘENŮ ROSTLIN HRACHU A KUKUŘICE V PŘÍTOMNOSTI ORGANICKÉHO POLUTANTU Výsledky této studie dokládají negativní účinek fluoranthenu (FLT) na růst a morfologii kořenů klíčních rostlin hrachu (Pisum sativum) a kukuřice (Zea mays). FLT byl aplikován v koncentracích 0.01, 0.1, 1, 4 a 7 mg L-1. Signifikantní snížení délky i sušiny kořenů a nadzemních částí bylo u klíčních rostlin kukuřice zjištěno již pod vlivem 0.1 mg L-1 FLT, zatímco u hrachu až od 1 mg L-1. Celková délka kořenů a délka postranních kořenů byly významně redukovány zejména 4 a 7 mg L-1 FLT u hrachu a 1, 4 a 7 mg L-1 FLT u kukuřice. Délka nevětvené části primárního kořene hrachu byla redukována již 0.01 mg L-1 FLT, zatímco u kukuřice až 0.1 mg L-1 FLT. Počet postranních kořenů se u obou rostlinných druhů významně zvýšil působením 0.01, 0.1 a 1 mg L-1 FLT a byl signifikantně redukován 4 a především 7 mg L-1 FLT. Obsah FLT v kořenech a nadzemních částech obou rostlinných druhů pozitivně koreloval se stupněm zatížení FLT. Klíčová slova: fluoranthen, růst klíčních rostlin, morfologie kořenového systému, Pisum sativum, Zea mays

Acknowledgement The work was supported by Czech Science Foundation projects GAČR 522/09/0239 and GAČR 522/09/P167.

284


PŮSOBENÍ EXOGENNÍHO CYTOKININU M-TOPOLINU NA HLADINU FYTOHORMONŮ A VÝNOS JAHOD Gaudinová, A.1, Dobrev, P.1, Pešek B.1, Odstrčilová, L.2, Drahošová, H.2, Vaňková, R.1 1 2

Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Rozvojová 263, 16502 Praha 6, [email protected] Výzkumný a šlechtitelský ústav ovocnářský Holovousy s.r.o., Holovousy 1, 50801 Holovousy

ABSTRAKT Aromatický cytokinin (CK) m-topolin (3 µM) byl aplikován na jahodníky kultivar Honeoye a Elsanta ve stádiu otevření prvního květu. Vzorky listů, květů a mladých plodů na analýzu fytohormonů byly odebrány týden po aplikaci m-topolinu. Exogenní CK vedl ke zvýšení hladiny bioaktivních CK i jejich prekursorů (CK fosfátů) v květech a plodech obou kultivarů, zejména v plodech u Elsanta. Auxin (IAA, kyselina indol-3-octové) byl zvýšen v listech a plodech kultivaru Honeoye, a květech a plodech kultivaru Elsanta. Rozdíly mezi kultivary byly pravděpodobně dány rychlejším vývojem kultivaru Elsanta. Hladiny stresových hormonů kyseliny abscisové (ABA) a prekursoru etylénu (ACC) výrazněji ovlivněny nebyly. Hladina kyseliny jasmonové byla po postřiku mírně zvýšena v listech kultivaru Elsanta a výrazně snížena v listech kultivaru Honeoye. Obsah kyseliny salicylové vykazoval opačný trend. Vzhledem ke značné variabilitě, nebyl výnos jahod exogenním CK statisticky významně ovlivněn. Malé, statisticky neprůkazné zvýšení výnosu plodů bylo pozorováno u kultivaru Elsanta.

Klíčová slova: jahodník, CK, auxin, kyselina abscisová, kyselina jasmonová, kyselina salicylová, kyselina aminocyklopropan karboxylová

ÚVOD Cytokininy (CK) jsou rostlinné hormony, které mají řadu důležitých fyziologických funkcí, především jsou nezbytné pro buněčné dělení a růst (Stals a Inze, 2001, Dobrev et al., 2002). CK regulují tvorbu květů, prostřednictvím indukce exprese genů řídících aktivitu apikálního meristému (Lindsay et al., 2006). CK se také účastní zakládání plodů a plnění zrn (Xu et al., 2007, Gaudinová et al., 2009, Morris et al., 1993). Exogenní aplikace CK má řadu positivních účinků, např. na zvýšení odolnosti vůči abiotickým stresům a zejména urychlení jejich zotavení (Rulcová a Pospíšilová, 2001). Cílem této studie je vyhodnotit možnost zvýšení výnosu jahod aplikací exogenního aromatického CK m-topolinu. Jelikož exogenní CK positivně ovlivňují hladiny endogenních CK (Vaňková et al., 1991), sledovali jsme vliv m-topolinu i na hladiny jednotlivých metabolitů endogenních CK. Vzhledem k velmi intenzívní interakci mezi jednotlivými rostlinnými hormony, zejména synergismu mezi CK a auxinem při regulaci buněčného dělení, byla sledována hladina nejrozšířenějšího auxinu, kyseliny indol-3-octové (IAA). Protože byly rostliny jahodníku vystaveny v polních pokusech řadě stresů, byly sledovány i stresové hormony kyselina abscisová, jasmonová, salicylová a aminocyklopropan karboxylová (ACC). MATERIÁL A METODY Materiál a experimentální uspořádání Rostliny jahodníku kultivar Honeoye a Elsanta byla pěstovány v polních pokusech ve VŠUO Holovousy, na detašovaném pracovišti Čejkovice u Jičína. Aromatický CK m-topolin (3 µM) byl aplikován na jahodníky ve stádiu otevření prvního květu. Vzorky listů, květů a nezralých plodů byly odebrány 7 dní po aplikaci exogenního CK a okamžitě zamraženy v kapalném dusíku. Vzorky byly skladovány při -80°C. Výnosové parametry byly vyhodnoceny na konci sezóny. Analýza cytokininů, auxinu a ABA 285

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Fytohormony byly izolovány podle Dobrev a Kamínek (2002). Dvanáct deuterovaných vnitřních standardů bylo použito pro CK, tritiované standardy pro IAA a ABA. CK (27 metabolitů) byly stanoveny pomocí LC/MS podle Dobreva et al. (2002), auxin a ABA pomocí 2D-HPLC podle Dobreva et al. (2005). Analýza ACC byla prováděna na GC/MS-MS v módu chemické ionizace za pomocí methanu. Byly kvantifikovány ionty příslušející ACC a deuterované ACC (vnitřnímu standardu). Kyselina jasmonová byla stanovena pomocí GC/MS-MS v módu EI. Byly stanoveny ionty příslušející esteru kyseliny jasmonové a deuterovanému esteru kyseliny jasmonové (vnitřnímu standardu). Analýza kyseliny salicylové byla prováděna na LC/MS, v záporném MS/MS módu, s použitím interních standardů. VÝSLEDKY A DISKUZE Exogenní aplikace m-topolinu vedla po jednom týdnu ke zvýšení hladin bioaktivních CK v květech a plodech obou kultivarů. V listech žádný vliv zaznamenán nebyl (Obr. 1A, B). Obsah biosyntetických prekursorů CK (fosfátů) byl u kultivaru Honeoye podstatně vyšší v květech než v plodech, což naznačuje intensivnější biosyntézu CK v tomto orgánu. U Elsanta bylo největší navýšení pozorováno v plodech. Tyto rozdíly mezi kultivary byly pravděpodobně dány rychlejším vývojem kultivaru Elsanta.

HONEOYE, kontrola

Z Z9R DHZ DHZ9R iP iP9R

60

HONEOYE, CK postřik


60

40

40

20

20

0

0 listy

obsah bioaktivních CK (pmol/g č.h.)

80

květy

plody

listy

ELSANTA, kontrola 25 20 15


80

květy

plody

ELSANTA, CK postřik 25



20 15

10

10

5

5

0

0 listy

květy

plody

listy

286

květy

plody



Obr. 1. Vliv exogenního cytokininu m-topolinu na obsah bioaktivních cytokininů v kultivarech jahodníku Honeoye a Elsanta (Z- trans-zeatin, Z9R - trans-zeatin ribosid, DHZ – dihydrozeatin, DHZR – dihydrozeatin ribosid, iP- isopentenyladenin, iP9R – isopentenyladenosin).

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Zásobní formy CK (O-glukosidy) a deaktivační formy CK (N-glukosidy) poklesly v listech obou kultivarů, pravděpodobně v důsledku snížené biosyntézy CK. Hladiny obou typů glukosidů byly zvýšeny v květech a plodech kultivaru Honeoye. U Elsanta byly zvýšeny v plodech a slabě poklesly v květech. Exogenní m-topolin vedl ke zvýšení hladiny IAA, zejména v plodech Honeoye, u Elsanta jak v plodech, tak v menší míře v květech. Hladiny ABA výrazněji ovlivněny nebyly. Hladiny prekursoru etylénu, ACC, byly po působení cytokininu sníženy v listech a plodech obou odrůd. V květech bylo pozorováno zvýšení ACC. Je možné, že positivní vliv CK na hladinu ACC (stabilizace ACC synthetasy) se projevuje pouze v určitých tkáních, případně vývojových stádiích. Obsah kyseliny jasmonové byl po postřiku mírně zvýšen v listech kultivaru Elsanta a výrazně snížen v listech kultivaru Honeoye. Obsah kyseliny salicylové vykazoval opačný trend, což dobře koreluje s antagonistickým vztahem těchto dvou hormonů. Výnosové parametry: počet plodů, průměrná hmotnost plodu, výnos jahod, nárůst biomasy byly vyhodnocovány na konci vegetačního období. Vzhledem k rozdílným klimatickým podmínkám v jednotlivých sledovaných letech a působení biotických i abiotických stresů, se projevila variabilita výnosu v jednotlivých pokusných parcelkách. Výnos jahod nebyl exogenním CK statisticky významně ovlivněn. ZÁVĚR 1) Exogenní aplikace m-topolinu zvýšila obsah bioaktivních CK a jejich biosyntetických prekursorů v květech a plodech obou sledovaných kultivarů, v Honeoye především v květech a u Elsanta převážně v plodech. 2) Aplikace m-topolinu vedla ke zvýšení hladiny IAA, zejména v plodech Honeoye, u Elsanta jak v plodech, tak v květech. 3) Výnos jahod nebyl exogenním CK statisticky významně ovlivněn.

Literatura Dobrev, P.I., Kamínek, M.: Fast and efficient separation of cytokinins from auxin and abscisic acid and their purification using mixed-mode solid-phase extraction. J. Chromatogr. A 950, 2002: 21-29 Dobrev, P., Motyka, V., Gaudinová, A., Malbeck, J., Trávníčková, A., Kamínek, M., Vaňková, R.: Transient accumulation of cis- and trans-zeatin type cytokinins and its relation to cytokinin oxidase activity during cell cycle of synchronized tobacco BY-2 cells. Plant Physiol. Biochem. 40, 2002: 333-337 Dobrev, P.I., Havlíček, L., Vágner, M., Malbeck, J., Kamínek, M.: Purification and determination of plant hormones auxin and abscisic acid using solid phase extraction and twodimensional high performance liquid chromatography. J. Chromatogr. A 1075, 2005: 159-166 Lindsay, D.L., Sawhney, V.K., Bonham-Smith, P.C.: Cytokinin-induced changes in CLAVATA1 and WUSCHEL expression temporally coincide with altered floral development in Arabidopsis. Plant Sci. 170, 2006: 1111-1117 Morris, R.O., Blevins, D.G., Dietrich, J.T., Durley, R.C., Gelvin, S.B., Gray, J., Hommes, N.G., Kamínek, M., Mathews, L.J., Meilan, R., Reinbott, T.M., Sayavedrasoto, L.: Cytokinins in plant-pathogenic bacteria and developing cereal grains. Aust. J. Plant Physiol. 20, 1993: 621-637 Rulcová, J., Pospíšilová, J.: Effect of benzylaminopurine on rehydration of bean plants after water stress. Biol Plant. 44, 2001: 75-81 Stals, H., Inze, D.: When plant cells decide to divide. Trends Plant Sci. 6, 2001: 359-364

287

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Xu, G.W., Zhang, J.H., Lam, H.M., Wang, Z.Q., Yang, J.C.: Hormonal changes are related to the poor grain filling in the inferior spikelets of rice cultivated under non-flooded and mulched condition. Field Crop Res. 101, 2007: 53-61 Vaňková, R., Hsiao, K.C., Bornman, C.H. Gaudinová, A.: Effects of synthetic cytokinins on levels of endogenous cytokinins and respiration patterns of Beta vulgaris cells in suspension. J. Plant Growth Regul. 10, 1991: 197-199

THE IMPACT OF EXOGENOUS CYTOKININ M-TOPOLIN ON PHYTOHORMONE POOLS AND FRUIT YIELD IN STRAWBERRY Aromatic cytokinin (CK) m-topolin was applied to two strawberry varieties cv. Honeoye and cv. Elsanta at the stage of the first flower opening. Changes in levels of phytohormones were followed in leaves, flowers and fruits one week after spraying of plants with 3 µM m-topolin. Application of exogenous CK resulted in elevation of endogenous bioactive CKs as well as of their biosynthetic precursors, CK phosphates, in flowers and fruits of both varieties, the increase being most profound in fruits of Elsanta. Exogenous m-topolin treatment increased auxin (IAA, indole-3-acetic acid) both in leaves and fruits of Honeoye. While in Elsanta, IAA increased in flowers and fruits. The observed differences might be given by slightly faster development of Elsanta cultivar. The levels of stress hormones abscisic acid (ABA) and ethylene precursor ACC were not significantly affected. Jasmonic acid exhibited mild elevation on leaves of cv. Elsanta and strong decrease in cv. Honeoye. Salicylic acid exhibited the opposite trend. Variable weather conditions during the field experiments caused considerable differences in the yield of individual plots. No significant differences were found after application of exogenous CK, only slightly increased fruit yield was observed in Elsanta.

Key words: strawberry, cytokinin, auxin, abscisic acid, jasmonic acid, salicylic acid, aminocyclopropane carboxylic acid

Poděkování: Tato práce vznikla za podpory MZE ČR, projekt č. QH82231.

288


VLIV TEPLOTNÍHO STRESU NA EXPRESNÍ PROFILY GENŮ SPOJENÝCH SE SIGNÁLNÍ A METABOLICKOU DRÁHOU CYTOKININŮ U Arabidopsis Dobrá J.1,2, Štorchová H.1 , Kolář J.1, Vaňková R.1 1

Ústav experimentální botaniky, v.v.i., Rozvojová 263, 165 02 Praha 6, Česká republika Katedra biochemie, PřF UK, Hlavova 2030/8, 128 43 Praha 2, Česká republika Email: [email protected] 2

ABSTRAKT Rostliny vyvinuly řadu mechanismů, které jim umožňují přizpůsobit se nepříznivým podmínkám prostředí. O rostlinných hormonech cytokininech je známo, že zvyšují odolnost vůči mírným stresům. Proto jsme se rozhodli sledovat vliv vysoké teploty na jejich signální a metabolickou dráhu v rostlinách Arabidopsis thaliana. Vzhledem k odlišné odezvě jednotlivých tkání byl analyzován apex, listy v růžici a kořeny. Kvantitativně jsme stanovili expresi genů kódujících cytokininové receptory, regulátory odpovědi (typu A i B), dále enzymy biosyntézy volných cytokininů – isopentenyltransferasy (IPT) a hlavní degradační enzymy cytokininů – cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX). V počáteční fázi reakce na zvýšenou teplotu byla pozorována přechodná stimulace metabolismu cytokininů a přenosu jejich signálu, která korelovala se zvýšením obsahu aktivních cytokininů a přechodným otevřením průduchů, umožňujícím zvýšení transpirace nezbytné pro ochlazení povrchu listů. Klíčová slova: teplotní stres, cytokininy, genová exprese

MATERIÁL A METODY Rostliny Arabidopsis thaliana, ekotyp Columbia 0, byly pěstovány v hydroponii v kultivační komoře ( SANYO MLR 350H, Osaka, Japonsko) po dobu 29 dní při fotoperiodě 8/16 hodin světlo/tma, 100 µmol m-2 s-1, vzdušné vlhkosti 75% a teplotě 20°C. Poté jsme odpovídající část rostlin přemístili do druhé kultivační komory stejného typu, kde byly rostliny inkubovány na světle při teplotě 40°C po dobu 15 min až 6 hodin. Stres byl na rostliny aplikován třemi různými způsoby – pouze na nadzemní část, pouze na kořeny a na celou rostlinu. Ze všech rostlin, stresovaných i kontrolních, byly odebrány apex, listy růžice a kořeny. Vzorky pletiv byly těsně po odběru zamrazeny v tekutém dusíku a do zpracování uchovávány při -80°C. Celková RNA byla izolována z listů a kořenů pomocí kitu RNeasy Plant Mini Kit (QIAgen). Zbytky genomické DNA byly odstraněny pomocí kitu DNA-freeTM (Ambion). Reverzní transkripce byla provedena s oligodT primery za použití enzymů Protector RNase Inhibitor (Roche) a M-MLV Reverse Transcriptase RNase H Minus, Point Mutant (Promega). Pro real-time PCR byl užity kit LightCycler® 480 Probes Master kit (Roche) spolu s UPL sondami (Roche) nebo kit LightCycler® 480 SYBR Green I Master kit (Roche) a primery čištěné HPLC (Metabion), vše aplikováno na LightCycler® 480 (Roche). Pro normalizaci naměřených hladin exprese byl využit gen pro ubiquitin 10 (At4g05320). Kvalita RNA a PCR produktů byla kontrolována pomocí agarosové elektroforézy. VÝSLEDKY A DISKUSE Charakterizace stresu Pro stanovení, jak intenzivně vnímají rostliny daný teplotní stres, jsme použili měření hladin exprese dvou transkripčních faktorů HsfA2 a DREB2B. Ve všech případech došlo k časné odpovědi v částech rostlin vystavených zvýšené teplotě.

289

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 Exprese AHK a ARR typu-B Expresní profily byly naměřeny pro geny kódující cytokininové receptory (AHK2, AHK3 a AHK4) a vybrané geny pro pozitivní regulátory odpovědi (ARR10 a ARR12), které jsou zodpovědné za aktivaci exprese genů časné odezvy. Expresní profily všech těchto genů si byly velmi podobné. Pokud byla zvýšené teplotě vystavena pouze nadzemní část, byl v apexu signál po prvních 15 minut zachován, později klesal, aby byl po 2 hodinách znovu obnoven. V listech docházelo ke snížení hladiny exprese už po 15 minutách. Po 2 hodinách bylo pozorováno jen částečné obnovení signálu. V kořenech byla naopak pozorována přechodná stimulace. U varianty, kdy byly kořeny rostlin ponořeny do média vytemperovaného na 40°C zatímco nadzemní část zůstala při optimální teplotě, byla zjištěna přechodná stimulace signálu v apexech. V listech zůstala hladina exprese nezměněná. V kořenech byl průběh obdobný jako v apexech v případě stresované nadzemní části. Rostliny, které byly celé vystaveny zvýšené teplotě, vykazovaly pokles hladin exprese všech genů AHK, ve všech analyzovaných tkáních, a genů ARR10 a ARR12 v nadzemní části. Hladiny transkriptu ARR10 a ARR12 v kořenech zůstaly v průběhu stresu nezměněné. Ze získaných expresních profilů usuzujeme, že jednotlivé části rostliny mezi sebou intenzívně komunikují. Přechodné změny naznačují adaptaci jednotlivých částí rostliny na zvýšenou teplotu. Exprese ARR typu-A Negativní regulátory odpovědi, tj. ARR typu-A, zpětnovazebně inhibují cytokininový signál. V podmínkách náhlého teplotního stresu působícího na celou rostlinu docházelo k poklesu exprese těchto genů ve všech analyzovaných tkáních (nejpomaleji v kořenech). Pokud byla aplikována zvýšená teplota jen na část rostliny, naměřené expresní profily se nelišily od profilů ARR typu-B. Výjimkou byl apex v případě stresového působení pouze na nadzemní část, kdy došlo k okamžitému poklesu exprese. Exprese IPT a CKX Ve všech analyzovaných tkáních měl nejvyšší četnost transkript AtIPT3, lokalizovaný ve floému a v cévních svazcích (Miyawaki et al., 2004). mRNA pro AtIPT1, AtIPT5 a AtIPT7 měly nízkou, ale stále dobře měřitelnou expresi. Hladina exprese AtIPT4, AtIPT6 a AtIPT8 byla na hranici měřitelnosti. Expresní profily genů AtIPT1, AtIPT3, AtIPT5 a AtIPT7 kopírovaly průběhy genů pro pozitivní komponenty cytokininové signální dráhy. V kořenech rostlin, které byly celé vystavené zvýšené teplotě, se hladiny mRNA AtIPT1 a AtIPT3 v průběhu stresu neměnily, což odpovídá situaci u genů ARR10 a ARR12. Za kontrolních podmínek byly nejvíce exprimovány geny AtCKX5 a AtCKX6 v apexu a v listech růžice, jejich exprese v kořenech byla relativně nižší. Oba tyto transkripty jsou lokalizovány především v cévních svazcích (Schmülling et al., 2003). V kořenech byla nejvíce zastoupena AtCKX1, jejíž exprese v nadzemní části byla relativně nízká. Působením vyšší teploty docházelo ke změnám v hladinách transkriptů AtCKX1, AtCKX3, AtCKX5 a AtCKX6, které velmi dobře odpovídaly změnám, pozorovaným v případě genů ARR8 a ARR9, tj. negativních komponent cytokininové signální dráhy. Exprese AtCKX1 při teplotním stresu klesala především v apexu a listech. Výjimkou bylo posunutí maxima exprese AtCKX1 a AtCKX3 v kořenech rostlin, jejichž nadzemní část byla vystavena zvýšené teplotě. Oddálení stimulace exprese degradačních enzymů napomáhalo udržení zvýšené hladiny cytokininů v těchto rostlinách. Hladina transkriptu AtCKX2 se pohyboval na hranici měřitelnosti.

290

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 9-10.3 2011 ZÁVĚR Získané výsledky naznačují, že jednotlivé části rostliny mezi sebou intenzívně komunikují. Přechodné změny v expresích jednotlivých skupin genů nasvědčují rychlé adaptaci rostliny na zvýšenou teplotu v počáteční fázi teplotního stresu. Z porovnání expresních profilů transkriptů IPT a genů pro pozitivní komponenty signální dráhy (receptory a ARR typu-B), spolu s obdobnými, či v několika případech mírně posunutými, expresními profily genů pro CKX a negativní regulátory odpovědi (ARR typu-A) lze usoudit, že rostlina má při náhlém vystavení teplotnímu stresu snahu udržet (nebo v počáteční fázi mírně zvýšit) hladinů cytokininů, a současně stimulovat přenos jejich signálu. Důsledkem může být přechodné otevření průduchů umožňující zvýšení transpirace, která je nezbytná k ochlazení povrchu listů. Zachování optimální hladiny cytokininů a aktivity jejich signální dráhy může rovněž přispět k zachování metabolické aktivity i v podmínkách, kdy je biosyntetická kapacita rostlin soustředěna především na biosyntézu látek spojených s obranou proti stresu, zejména proteinů sHSP. Literatura Miyawaki K., Matsumoto-Kitano M., Kakimoto T.: Expression of cytokinin biosynthetic isopentenyltransferase genes in Arabidopsis: tissue specifiky and regulation by auxin, cytokinin and nitrate. The Plant Journal 37, 2004: 128–138 Schmülling T., Werner T., Riefler M., Krupková E., Bartrina y Manns I.: Structure and function of cytokinin oxidace/dehydrogenace gene sof maize, rice, Arabidopsis and other species. J. Plant Res. 116, 2003: 241-252 THE EFFECT OF HEAT STRESS ON THE EXPRESSION OF GENES ASSOCIATED WITH CYTOKININ SIGNALLING AND METABOLISM IN Arabidopsis PLANTS Dynamics of the expression profiles of genes coding for cytokinin receptors, positive and negative response regulators, as well as for cytokinin biosynthetic enzymes isopentenyltransferases (IPT) and degradation enzymes - cytokinin oxidase/dehydrogenases (CKX) was followed in the apex, leaves and roots of Arabidopsis plants grown in hydroponics during the heat stress (40°C for 15min up to 6 hours). Stimulation of cytokinin signal transduction accompanied by an increase in the level of active cytokinins resulted in stomata opening and temporarily higher transpiration rate. Enhanced transpiration led to cooling of the leaf surface, which contributed effective defence against elevated temperature, especially at the early phase of heat stress response. Key words: heat stress, cytokinins, gene expression

Poděkování: Za poskytnutí sekvencí primerů (IPT a CKX) děkujeme Dr. Břetislavu Brzobohatému a Mgr. Přemyslu Součkovi (Mendelova zemědělská univerzita, Brno). Tato práce byla podpořena GA ČR, grantový projekt č. 206/09/2062, a MŠMT ČR projekt č. LC06034.

291


Organizátoři konference děkují sponzorům za jejich finanční příspěvek na tuto konferenci

292


293


294


Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. (veřejná výzkumná instituce)

295


296


297


Název:

Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2011

Editor:

Ing. Ladislav Bláha, CSc., Ing. František Hnilička, Ph.D.

Vydavatel: Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha – Ruzyně Česká zemědělská univerzita v Praze Technická úprava: Ing. František Hnilička, Ph.D., Ing. Ladislav Bláha, CSc., Tisk:

Power Print, s.r.o.

Náklad:

150 ks

Počet stran: 298 Vydání:

první

Rok vydání: 2011 ISBN: 978-80-7427-068-0 (VÚRV, v.v.i.) ISBN: 978-80-213-2160-1 (ČZU v Praze)

298

Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Praha Ruzyně Česká zemědělská univerzita v Praze

Recommend Documents