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

Transcription

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
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
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
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
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
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
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
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
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
-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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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.
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
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
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
-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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).
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.,
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
použitý gén pre ubikvitín 10 (At4g05320). Kvalita RNA a PCR produktov bola kontrolovaná
pomocou gelovej elektroforézy.
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
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.
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
1994). Špecifická aktivita je vyjadrená ako jednotka enzymatickej aktivity u.mg-1 rozpustných
proteínov. Výsledky sme štatisticky spracovali pomocou ANOVA a t-testu.
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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).
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
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.
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
spodný list
vrchný list 1
0,14 ± 0,03
0,11 ± 0,02
spodný list
vrchný list 1
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.)
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.
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
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).
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).
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
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).
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Graf 4. Dynamika klíčení m. trsnaté Komety
směs s KR
monokultura LL
Graf 5. Dynamika klíčení l. luční HIFI
240
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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).
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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
rozdíly. Bylo to pravděpodobně proto, že hydroabsorbent nemohl využít svůj potenciál.
Tabulka 6.: Posouzení stresu s kontrolní variantou bez dávky vody.
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.
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
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.®).
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
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
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
Z
Z9R
DHZ
DHZ9R
iP
iP9R
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
Z
Z9R
DHZ
DHZ9R
iP
iP9R
Z
Z9R
DHZ
DHZ9R
iP
iP9R
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).
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
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
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
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

Transcription

Similar documents

universal remote control

Drum and voice