VLIV ABIOTICKÝCH STRESŮ NA ENERGETICKÝ VÝNOS VYBRANÝCH ODRŮD PŠENICE OZIMÉ

The influence upon yield of energy for cultivars of winter wheat plants

František Hnilička1, Ladislav Bláha2, Vratislav Novák1

1Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra botaniky a fyziologie rostlin

2Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6 - Ruzyně

Souhrn, klíčová slova

U vybraných odrůd pšenice ozimé, Astella, Olga, Patria, Plodna a Zdar, byl sledován obsah energie, výnos zrna a celkový energetický výnos. Rostliny pšenice byly pěstovány v řízených podmínkách ve dvou variantách pokusu, které zahrnovaly kontrolní prostředí a kombinaci tří abiotických stresů - sucho, nízké pH a vysokou teplotu. Celkový energetický výnos zrna se snížil v podmínkách stresu o 9,95 % v porovnání s kontrolním prostředím. U rostlin stresovaných bylo též zaznamenáno snížení výnosu a netto energie na 1 g sušiny v porovnání s kontrolou. Např. odrůda Olga měla energetický výnos u varianty kontrolní 633,46 kJ.nádoba-1 a u varianty stresované 472,48 kJ.nádoba-1. U odrůdy Plodna byl zaznamenán energetický výnos ve výši 446,02 kJ.nádoba-1 u kontroly a u varianty stresované 375,11 kJ.nádoba-1. Je tedy možné říci, že odrůda Olga se jeví tolerantnější k abiotickým stresům v porovnání s odrůdou Plodna.

Klíčová slova: pšenice; odrůdy; netto energie; abiotické stresy

Summary, keywords

Net energy content, yield of grain and yield of energy were studied in grains of representative cultivars of wheat: Astella, Olga, Patria, Plodna and Zdar. Grains were taken from plants cultivated under controlled glasshouse conditions and under conditions with mutual combination of 3 representative abiotic stresses - low pH (pH), high temperature (T) and drought (S). There is possibility to conclude, it is possible to conclude negative impact of abiotic stresses on accumulation of rich in energy matters into wheat grains, as by the plants cultivated in stress conditions occurred the decrease of energy yield in comparison with control variant. Yield of energy per pot was, apart from the outer factors, limited also by genotype of used cultivars, where in the amount of accumulated energy showed up the sensitivity or, alternatively, tolerance towards abiotic stresses. At the cultivar Olga of the control variant was the yield of energy 633,46 kJ per pot, then at the stressed variant occurred the decrease of energy yield to 472,48 kJ per pot. By the cultivar Plodna we have found at the control variant yield of energy 446,02 kJ per pot and at stressed plants it was 375,11 kJ per pot. It is possible to say, that the less adaptable cultivar to abiotic stresses from the representative cultivars seems to be Plodna, and on the other side the most adaptable is Olga cultivar.

Keywords: winter wheat, cultivars, yield, energy content, abiotic stresses

Úvod

Tvorba výnosu zemědělských plodin je ovlivňována působením povětrnostních a půdních podmínek dané pěstební oblasti. Jednotlivé druhy, ale i odrůdy mají svým genetickým základem různou schopnost adaptace na stresové faktory vnějšího prostředí, jako je např. sucho, vysoká či naopak nízká teplota, nízké pH půdy apod. V pokusu jsme proto sledovali vliv vybraných abiotických stresů a jejich vzájemné kombinace na fyziologické procesy rostlin pšenice. Součástí výzkumu bylo i stanovení výše výnosu hlavního a vedlejšího produktu pšenice seté pěstované v podmínkách kontrolních a v podmínkách působení stresových faktorů.

Literární přehled

Abiotické stresy jako jsou sucho, nízké pH půdy, vysoká teplota a nízká úroveň živin ovlivňují veškeré vlastnosti semen, včetně obsahu energeticky bohatých látek. Tato energie je počáteční silou umožňující semeni rozběhnout fyziologické procesy, kterou vedou k tvorbě generativních orgánů, tedy k reprodukci rostlinného druhu. Množství takto naakumulované energie do semen závisí nejenom na rostlinném druhu, ale také na vzájemné kombinaci a poměru jednotlivých látek - sacharidů, lipidů a proteinů, které vznikají v průběhu fotosyntézy zelených rostlin. Vedle vlivu intenzity fotosyntézy se na energetické hodnotě biomasy podílí i působení vnějšího prostředí, jako je např. intenzita ozáření, fotoperioda, dostupnost živin, typ půdy atd. (GOLLEY, 1961).

Tyto základní životní podmínky rostlin stále častěji omezují nepříznivé fyzikální vlastnosti životního prostředí, neboť se stále častěji objevuje období s vysokými teplotami a s nízkou vlhkostí vzduchu. Dalším extrémem pěstování polních plodin jsou nevhodně rozdělené srážky v období hlavní vegetace rostlin, kdy se v době tvorby a dozrávání semen objevuje přísušek. Tyto nepříznivé faktory vedou nejenom ke snížení výnosu, ale také ke zhoršení semenářské kvality osiva.

Vedle nedostatku vody se na snížení rostlinné produkci podílí i nižší půdní reakce. Kyselé půdy jsou jedním z nejzávažnějších problémů zemědělské výroby, který zahrnuje nejenom území střední Evropy, ale i ostatních kontinentů. Na snížení hodnot pH působí kyselé deště, používání fyziologicky kyselých hnojiv a menších dávek dodaných vápenatých hnojiv.

Metody

V letech 1997 až 2000 byl ve skleníku v regulovaných podmínkách sledován obsah energie v obilkách vybraných odrůd pšenice seté: Astella, Olga, Patria, Plodna a Zdar. Pro výsev bylo použito standardizované jarovizované osivo uvedených odrůd.

Rostliny pšenice byly pěstovány v Mitcherlichových nádobách s homogenizovanou zeminou a vyrovnanou hladinou živin. Pěstovalo se vždy 20 rostlin na nádobu, při čtyřech opakováních. V kontrolních podmínkách (K) byla průměrná teplota vnějšího prostředí v době nalévání zrna 23°C ve dne a v noci byla teplota 15°C. Zálivka byla jednotná a vycházela z 31 % objemu půdní vlhkosti, což představuje hodnotu vodního potenciálu půdy - 0,12 MPa, při pH 7,0. Druhá varianta pokusu zahrnovala vzájemnou kombinaci tří nejčastěji se vyskytujících abiotických stresů - nízké pH (pH), vysoká teplota (T) a sucho (S). Průměrná teplota vnějšího prostředí byla ve dne 37,6°C a v noci 25,6°C. Sucho bylo simulováno sníženou zálivkou na úroveň 17 % objemu půdní vlhkosti, tj. vodní půdní potenciál - 1,28 MPa, při pH 4,5. Závlaha u varianty sucho byla uskutečňována vždy po dosažení bodu vadnutí a vlhkost půdy byla vždy nižší i po zálivce.

U uvedených odrůd se stanovoval výnos zrna a množství netto energie zrn rostlin kontrolních a stresovaných, při úplném spálení vzorku v automatickém adiabatickém spalném kalorimetru MS 10 A, německé firmy Laget. Získané hodnoty tepelného skoku jsme přepočetli na základě norem (ČSN ISO 1928) na hodnoty netto energie.

Výsledky

Z tabulky 1 vyplývá, že výnos zrna pšenice na nádobu byl výrazně ovlivněn variantou pokusu, neboť u varianty stresované se snížil průměrný výnos zrna o 12,77 % v porovnání s variantou kontrolní. I mezi jednotlivými odrůdami byly zjištěny rozdíly ve výši výnosu. Nejvýrazněji snížila výnos u stresované varianty odrůda Olga (6,15 g na nádobu) a nejméně odrůda Plodna (2,02 g na nádobu).

Tab. 1.: Výnos zrna a obsah netto energie v kJ.g-1 obilek pšenice ozimé

Jak je dále patrné z tabulky 1 došlo u vybraných odrůd pšenice ozimé, pěstované v podmínkách stresu, nejenom ke snížení výnosu, ale také ke snížení obsahu netto energie v porovnání s kontrolní variantou o 9,95 % .

U naměřených hodnot spalného tepla obilek pšenice je patrná rozdílná reakce použitých odrůd, neboť u odrůdy Zdar je možné zaznamenat nejnižší snížení množství netto energie mezi variantami (0,95 kJ.g-1). A na straně druhé nejvyšší snížení v neprospěch varianty stresované bylo nalezeno u odrůdy Olga (1,73 kJ.g-1).

Celkový energetický výnos zrna pšenice ozimé je ovlivněn podmínkami prostředí a použitou odrůdou, kdy se v množství naakumulované energie projevila citlivost nebo naopak tolerance k abiotickým stresům (viz. obr. 1). Např. u odrůdy Olga, kontrolní varianty byl průměrný energetický výnos 633,46 kJ.nádobu-1, potom u varianty stresované došlo ke snížení energetického výnosu na hodnotu 472,48 kJ.nádobu-1. U této odrůdy se energetický výnos snížil o 160,98 kJ na nádobu v neprospěch varianty stresované. Oproti tomu u odrůdy Plodna byl zjištěn u kontrolní varianty energetický výnos 446,02 kJ.nádobu-1 a u rostlin stresovaných 375,11 kJ.nádobu-1 (snížení o 70,91 kJ.nádoba-1).

Obr. 1: Energetický výnos pšenice ozimé v kJ na nádobu.

Statisticky průkazné rozdíly v energetickém výnosu nebyly zaznamenány mezi odrůdami Plodna, Zdar a Patria v porovnání s odrůdami Astella a Olga. Přesto je možné konstatovat, že se odrůda Plodna jeví citlivou k abiotickým stresům a naopak odrůda Olga jako tolerantní z vybraného sortimentu odrůd.

Rozdíly mezi těmito dvěma odrůdami byly dány množstvím naakumulované energie v 1 g sušiny obilek, ale také celkovou výši výnosu zrna. U odrůdy Plodna byl zaznamenán nejnižší rozdíl hodnot netto energie v 1 g sušiny obilek a výnosu mezi oběma variantami pokusu v porovnání s odrůdou Olga, avšak získané hodnoty byly v meziodrůdovém srovnání nižší.

Diskuse

Kombinace abiotických stresů průkazně snižovala množství naakumulované energie. K podobným závěrům dospěli u rostlin stresovaných pouze suchem HANSEN a DIEPENBROCK (1994), u kombinací stresových faktorů OTTOVÁ (1998) a HNILIČKA et al. (2000 a 2001).

Z naměřených hodnot energetického výnosu je patrné, že jednotlivé odrůdy pšenice seté nereagovaly na kombinaci abiotických stresů shodně. V tomto případě se do značné míry projevil vliv genotypu, tedy schopnost dané odrůdy přizpůsobit se nepříznivým životním podmínkám. Lze konstatovat shodně s GOLLEYEM (1961), HNILIČKOU (1996) a HNILIČKOU et al. (2000), že energetická hodnota rostlinného materiálu je funkcí genotypu a závisí též na podmínkách vnějšího prostředí.

Závěr (praktické doporučení)

Abiotické stresy během růstu rostlin a tvorby výnosu ovlivňují základní metabolické pochody a většinu vlastností obilek, která se odrazí na kvalitě získaného produktu. Studium vlivů abiotických stresů na kvalitu získávané zemědělské produkce je velmi důležité, neboť v současnosti je zemědělská výroba těmito faktory stále více ovlivňována a směr zemědělské výroby nyní není diktován maximálními výnosy, ale co možná nejvyšší kvalitou. Domníváme se, že mezi možné parametry kvality zrna je možné zařadit i množství naakumulované energie, tedy hodnoty spalného tepla. Pro ekonomické porovnání jednotlivých farmářů by mohl sloužit i celkový energetický výnos plodin, včetně vypočtené energetické bilance pěstování plodin, neboť tyto ukazatele nejsou ovlivňovány cenovými výkyvy trhu v ČR a ve světě.

Použitá literatura

Golley, F. B.: Energy values of ecological materials. Ecology, Vol. 42, 1961 (3) : 581 - 584

Hansen, F., - Diepenbrock, W.: Pflanzenbauliche Aspekte der Energie und Stickstoffbilanz des Rapsanbaus. Fett Wissenschaft Technologie 96, 1994 (45) : 129 - 136

Hnilička, F.: Fyziologické aspekty optimalizace hnojení dusíkem. Diplomová práce ČZU v Praze, 1996 : 96

Hnilička, F., Bláha, L., Novák, V., Hořejš, P.: Obsah energie jako jeden z ukazatelů kvality osiva. In.: Osivo a sadba - V. odborný a vědecký seminář (sborník příspěvků), 14. února 2001. ČZU v Praze, 2001 : 117 - 119

Hnilička, F., Bláha, L., Zámečník, J., Novák, V., Ottová, M.: Vliv abiotických stresů na akumulaci netto energie v obilkách ozimé pšenice (Triticum aestivum L.). Rostlinná Výroba, 46, 2000 (12) : 549 - 554

Ottová, M. - Hnilička, F. - Novák, V.- Zámečník, J.: Influence of seed size on the osmotic adjustment and distribution of energy in parts of winter wheat seedlings. In.: Seed science in the field of genetically controlled stress physiology. INRA, Toulouse Centre, France, 11 - 14 November, 1998 : 30

ČSN ISO 1928 - Tuhá paliva - Stanovení spalného tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádobě a výpočet výhřevnosti. Český normalizační institut, Praha, 1999

Kontaktní adresa

Ing. František Hnilička, Ph.D.

Česká zemědělská univerzita v Praze, AF, Katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol 165 21.

Tel.: 02/24382519, e-mail: hnilicka@af.czu.cz

Uvedené pokusy byly financovány z prostředků mezinárodního výzkumného projektu COST 828.10 a výzkumného záměru MSM 412100002.