CHEMICKÉ SLOŽENÍ ZRNA PŠENICE OŠETŘENÉ CYTOKININY

Chemical content of wheat grain treated by cytokinins

Ludmila Staszková1, Dana Hradecká2, Daniela Miholová2, Eva Trnková2

Česká zemědělská univerzita v Praze, 1 Katedra chemie,

2 Katedra rostlinné výroby

Souhrn, klíčová slova

Během let 1998 - 2001 byl hodnocen vliv derivátů přírodních cytokininů na tvorbu výnosu a kvalitu zrna. Pokusy probíhaly v polních podmínkách s pšenicí jarní ošetřenou postřikem dávkou 1 litr na 10 m2 o koncentraci 1.10-6 mol.l-1 roztoku ve fázi 49 DC. Byly hodnoceny volné a ribosilované cytokininy. Jejich účinek byl srovnán s brassinosteroidy. Růst, kumulace sušiny, obsah chlorofylu byl doplněn hodnocením energetické bilance fotosyntézy rychlou fluorescenční indukcí (RFI). Při chemickém rozboru zrna byl hodnocen obsah Ca, K, Mg, Cu, Zn, P a NO3-. Byla stanovena i aktivita enzymu glutamátkinázy. Všechny látky zvýšily výnos, oddálily stárnutí, zvětšily listovou plochu, zvýšily obsah chlorofylu. Ribosilované cytokininy a brassinosteroidy však také zvyšovaly obsah nitrátů v zrnu. Existuje korelace mezi chlorofylem a aktivitou spojovacích a vnitřních antén. Se vzrůstem obsahu chlorofylu klesala aktivita PSII.

Klíčová slova: Cytokininy, výnos, chemické složení zrna, energetická bilance, RFI.

Summary, keywords

In 1998 - 2001 years derivatives of native cytokinins and their impact on yield and grain quality were analysed. Experiments made on wheat in field plots by spraying with dose 1 lt for 10 sq.m, conc. 1.10-6 mol.l-1 solution in transition of development stage 49 DC. Free or ribosiled cytokinins were compared reciprocally, and in 2001 year also to another group of phytohormons- brassinosteroids. Growth, dry matter, chlorophyll content were refilled by energy balance of the photosynthesis by quick fluorescent induction (QFI). Chemical analyses of grain tested Ca, K, Mg, Cu, Zn, P and NO3-. Activity of enzyme glutamate kinase was assessed. All substances enhanced yield, chlorophyll content, prolonged ageing, augmented assimilative area, raised mineral accumulation in grain. Ribosiled cytokinins as brassinosteroids, escalated nitrate content. There were find out correlations in chlorophyll and the activity of connecting antennas. Chlorophyll increase was accompanied by diminution the activity PSII.

Keywords: Cytokinins, yield, mineral grain content, energy balance, QFI

Úvod

Z dlouhodobých studií ČZU v Praze z let 1983-2001 je zřejmé, že aplikace látek povahy fytohormonů postřikem působí změny výnosotvorného procesu a ovlivňuje výnos. Dopad na kvalitu však dosud nebyl hodnocen. Proto jsme v letech 1998 - 2001 zkoumali kvalitu zrna po aplikaci 20 derivátů aromatických cytokininů vyskytujících se v přírodě v metabolitech vyšších rostlin, kvasinek, a řas. Látky se lišily přítomností -OH resp. -CH3O skupiny v polohách “2, 3 ,4” vzhledem k jádru benzylaminu (u přírodních preparátů), a přítomností F, Cl, a Br u halogenderivátů (syntetických). Hodnotili jsme cytokininy volné a ribosilované. V letech 1997 - 2001 jsme je porovnali i s brassinosteroidy, (rostlinnými steroidními hormony). Procházka a kol. (1997) je sice neřadí mezi fytohormony, Sakurai, a kol. (1999) ano. Výzkumem a biosyntézou nových aromatických cytokininů se zabývají na Přírodovědecké fakultě Palackého university v Olomouci, kde připravili hydroxy, methoxy, fluoro, chloro, bromo, a další analoga 6-benzylaminopurinu. Na testech biologické a biochemické aktivity cytokininů v polních podmínkách participují Katedra rostllinné výroby a Katedra chemie ČZU, pod zorným úhlem možného přínosu pro praxi.

Literární přehled

Výzkum cytokininů byl zpočátku orientován na studium izoprenoidní skupiny zastoupené např. zeatinem a izopentenyladeninem (LETHAM a kol.1978). Aromatické cytokininy reprezentované především 6-benzylaminopurinem (BAP) byly považovány jen za syntetické látky. Přitom BAP a jeho 2-hydroxylovaná analoga, (STRNAD a kol.1994) byla objevena v rostlinách. STRNAD a kol. (1992, 1994) nalezl velmi aktivní skupinu endogenních cytokininů odvozených od 6-(3-hydroxybenzylamino) purinu, přítomnou v topolu (HORGAN 1983). Aromatické cytokininy se od izoprenoidních odlišují chemickou strukturou, i spektrem biologických aktivit. Izoprenoidní jsou účinné v procesu buněčného dělení, zatímco aromatické ovlivňují vývojový proces a zvláště rezistenci vůči stresu (WERBROUCK a kol. 1996).

Metody

Pokusy probíhaly na pozemku ČZU Praha s pšenicí jarní na parcelkách (10 m, 2n = 4). Dávka 1 litr o koncentraci 1.10-6mol.l-1 byla užita ve fázi 49 DC, (sloupkování až začátek metání). Růst byl hodnocen podle Šestáka a Čatského (1966), aktivita glutamátkinázy za 6 dní po ošetření podle VAŠÁKOVÉ a ŠTEFLA (1982). V servisní laboratoři Katedry chemie ČZU byl metodou plamenové AAS se směsí plynů acetylen + vzduch na přístroji Varian SpectrAA 400 stanoven obsah Ca, K, Mg, Cu, a Zn. Obsah P byl zjištěn spektrofotometricky a NO3- potenciometricky ISE. Rychlá fluorescenční indukce se měřila přístrojem Plant Efficiency Analyser P02003, softw. Winpea 32 Hansatech Instr. Ltd. Norfolk PE 321 JL England.

Výsledky a diskuse

Testované přípravky ovlivnily příznivě výnos jak je zřejmé z průměru všech variant i ročníků 1998-2001.Ošetření prodlužovala stébla i klasy, omezila dodatečné odnožování, zvětšila asimi- lační plochu, prodlužovala období její funkční aktivity, optimalizovala tvorbu sušiny a regulovala produktivitu klasu (Obr.1).

K zvýšení výnosů docházelo dle zákona autoregulace výnosových prvků, tj. jejich kompenzací, která odpovídá ontogenetickému vývinu dosaženému rostlinami v době aplikace. Cytokininy podporují i nárůst kořenů, jak konstatují i THOMAS a KATTERMAN (1992) u ředkvičky. Ribosilované cytokininy působily intenzivnější změny metabolizmu než volné. MUNOZ a kol. (1992) zjistil, že izopentenyladenin ovlivňoval jen metabolizmus sacharidů na rozdíl od izopentenyladeninribosidu, který působil i na přeměnu látkovou rezervních lipidů a proteinů. Exogenní cytokininy jsou rychle metabolizovány na nukleotidy, zejména monofosfáty, a ty poměrně rychle přeměněny na konjugáty s cukry či aminokyselinami. V této formě jsou v pletivech nejčastěji uloženy. V našich pokusech docházelo k intenzivnějším nárůstům výnosu, chlorofylu i aktivity glutamátkinázy (149 - 237 %) u ribosilovaných cytokininů (Obr.2), ale u některých brassinosteroidů (4154 BR) došlo i k snížení aktivity (Obr.3). Aktivita glutamátkinázy korelovala s elektronegativitou substituentu. Po ribosilovaných cytokininech vzrůstal obsah Zn a P v zrnu, ale podobně jako brassinosteroidy zvýšily i ony hladinu nitrátů (Obr.4).

Ošetření všemi látkami zvyšovalo příjem Ca, Mg, a Zn. Draslík se zvyšoval jen po BAP, měď jen u ošetření brassinosteroidy (Obr.5). Existují relace mezi chlorofylem a Mg a Zn v zrnu, a dále mezi Mg a aktivitou světlosběrných, spojovacích a PSII antén. MAUK a NOODEN (1992) zjistili při studiu listových explantátů soji, že cytokininy ovlivňují příjem a redistribuci některých prvků, např. Ca, Mg, Zn a P, což je v souladu s našimi výsledky. Rychlá fluorescenční indukce vyjasňuje vzájemné relace energetické bilance světlosběrných, chinonových, a PSII antén, iniciační energie fotosyntézy a energetické spotřeby membránami (Obr.6). Ty souvisejí se změnami chlorofylu v ontogenezi, obsah chlorofylu koreluje s čistým výkonem asimilace.

Závěr (praktické doporučení)

Cytokininy i brassinosteroidy jsou vhodnými supplementy pro regulaci tvorby výnosu v praxi. Umožňují cílené řízení výnosotvorného procesu, a o jejich reálné využití v blízké budoucnosti svědčí i skutečnost, že v letošním roce byly již v několika podnicích testovány v poloprovozních podmínkách. Z hlediska hygienických nároků mají přednost látky se substituenty hydroxy a methoxy, které jsou plně metabolizovány a nezatěžují prostředí. Ribosilované cytokininy jsou účinnější než volné, ale jejich výroba je nákladnější.

Použitá literatura

HORGAN,R.: Phytochemistry. 22, (5), (1983), s. 1103-1105.

LETHAM ,D.S., a kol.: Phytohormones .Vol.I., (1978), s. 205-263.

MAUK ,C.S., NOODEN, L.D:J.Exp. Bot. 43, (256), (1992), s. 1429-1440.

MUNOZ,J.L., a kol.: Plant Sci. 82, (2), (1992), s. 161-166.

Procházka, S.,a kol.: Fyziologie rostlin. Praha.(1997), 485 s.

Sakurai,A., a kol.(Eds): Brassinosteroids. Berlin. (1999), 253 s.

STRNAD ,M.,a kol.:Plant Physiol. 99, (1992), s.74-80.

STRNAD, M.,a kol.: Phytochemistry. 37, (1994), s. 1059-1062.

ŠESTÁK,Z,. ČATSKÝ,J.:Metody studia fotosyntetické produkce rostlin. (1966), 359s.

THOMAS ,J.C., KATTERMAN, F.: Plant Sci. 83, (2), (1992), s.143-148.

VAŠÁKOVÁ, L.,ŠTEFL, M.: Collect. Czech. Chem. Commun. 47, (1982), s. 349. WERBROUCK, S.P.O.,a kol.: Physiol. Plant. 98, (1996), s. 291-297.

Kontaktní adresa

Ludmila Staszková,

Česká zemědělská univerzita v Praze, AF, Katedra chemie, 165 21 Praha 6 - Suchdol

Tel.2438 2537, e-mail: hradecka@af.czu.cz

Práce vznikla za podpory Záměru MSM 412100002 AF CZU