VLIV ABIOTICKÝCH STRESŮ NA PRODUKCI A KVALITU OSIVA

11.02.1999 | Odborné konference

Influence of abiotic stresses on seed production and quality

Ing. Ladislav Bláha CSc.

VÚRV Praha - Ruzyně

Ing. František Hnilička

Doc. Ing. Vratislav Novák, CSc.

Katedra botaniky a fyziologie rostlin, ČZU v Praze

Abstract

Yield differences among cultivars under different biotic and abiotic stresses were observed. There exists a statistically significant influence of abiotic stresses on the seed traits, nutrient utilisation, growth, development and yield stability exists (drought, high temperature, waterlogging, salinity, low pH, high and low level of nutrients ).

From the agronomic point of view “seed provenance” i.e. influence of individual (and of combinations) abiotic stresses has influence on the seed traits and the first phases of plant growth, development and the yield formation.

Statistically significant effect (5%) of seeds traits and of the juvenile plants from different localities (and from different stress conditions) on yield was obtained.There is also possibility of using this phenomenon in plant breeding.

There was also measurable influence of abiotic stresses on a degree of contamination of seeds by spores of pathogenic fungi and the large influence of ”provenance” on the different root traits and on the nutrient uptake. Also large changes are measurable especially at root morphology.

The different seed traits are under geenetic control. The order of importance of individual traits of the root for plant production depends on genotype and on the environmental conditions (type of stress).

There are essential differences already in the juvenile phase (sprouting plants) of development among cultivars in nutrient uptake, content and distribution to the roots and shoots between standard and stress conditions.

In case of measurements of gross and net energy the statistically significant differences existed only for cultivars, but stress treatments were not statistically significant.

Seed quality and stress tolerance has of very strong effect in nutrient uptake, nutrient content and distribution to the roots and shoots and on the first phase (sprouting plants) of plant development and yield formation.

seeds, abiotic stresses, yield, seed traits

Mezi hlavní semenářské cíle ve výzkumu patří testování odrůd ozimé pšenice a jejich tolerance vůči nejčastěji se vyskytujícím abiotickým stresům, vliv stupně citlivosti genotypů na kvalitu a výnos osiva a vliv změněných vlastností osiva působením abiotických stresů na růst následné generace. Sledovali jsme zejména tvorbu kořenů, příjem živin a tvorbu výnosových prvků, tj. znaků které patří ke stěžejním zájmům semenářského výzkumu. Vlastnosti osiva utvářené pod vlivem uvedených vlivů následně ovlivňují výkon porostu u jednotlivých odrůd ale i příjem živin v průběhu vegetace. Z abiotických stresů je nutno sledovat zejména sucho, vysokou teplotu, nízké pH a nedostatek živin. Z vlastností osiva se jedná zejména o pekařské vlastnosti, vitalitu, energetickou hodnotu, chemické složení, vlastnosti embrya, morfologické a anatomické vlastnosti osiva.

Obvykle osivo jednotlivých plodin z kvalitnějších podmínek produkuje vitálnější a zdravější porosty s menší potřebou všech typů agrochemikálií. Vyšší bývá většinou výnos a efektivnější je prokazatelně i využití živin.

Materiál a metody

Použité metody jsou shodné s metodami projektu COST 828. Jedná se o polní, laboratorní, nádobové a skleníkové pokusy. Hodnoceny byly odrůdy: Astella, Estica, Ilona, Olga, Plodna, Patria, Samanta, Zdar, Šárka.

Výsledky a diskuse

Byly zjištěny výnosové rozdíly mezi odrůdami z jednotlivých lokalit a z podmínek jednotlivých abiotických stresů. Statisticky významné vlivy (na 5% hladině významnosti) abiotických stresů na morfologické vlastnosti osiva, obsah a kvalitu bílkovin, příjem živin a jejich využití, růst, vývoj a výnos byly pozorovány na různém stupni u všech hodnocených odrůd.

Na příkladu je uveden vliv sucha v porovnání se standardou a s kombinovaným vlivem sucha a vysoké teploty. U kombinací jednotlivých typů stresů dochází většinou k vyššímu snížení výnosových prvků při porovnání s vlivem jednoho stresu. Obdobně je tomu i u ostatních vlivů stresů.

STANDARDA

-	H1R	P.P.O	HZK		HTZ	DK		PKK		PZK		HZR		SI
Astella	6,11	2,33	0,54	24,7			8,25		19,0		22,0		1,27		0,20
Estica	11,55	4,50	0,90	24,2			7,80		20,6		37,3		4,06		0,35
Ilona	5,00	2,00	1,11	30,5			7,40		19,5		36,5		2,33		0,46
Olga	7,50	3,50	0,80	24,0			6,80		17,0		33,0		2,80		0,37
Patria	11,42	3,87	1,43	35,0			9,45		18,6		39,0		6,87		0,60
Plodna	5,00	3,53	0,47	28,0			6,20		16,6		60,1		1,68		0,34
Samanta	4,80	4,80	0,96	22,4			8,65		19,7		43,0		3,85		0,80
Šárka	6,53	4,16	1,10	31,0			8,75		16,7		24,1		4,75		0,72

Vysvětlivky:

H1R-hmotnost jedné rostliny, P.P.O-počet plodných odnoží, HZK-hmotnost zrna v klasu, S.I.- sklizňový index, HTZ-hmotnost tisíce zrn, HZR-hmotnost zrna v klasu, DK-délka klasu, PZK- počet zrn v klasu, PKK- počet klásků v klasu

VLIV SUCHA

-	H1R	P.P.O	HZK	HTZ	DK	PKK	PZK	HZR	SI
Astella	0,69	0,88	0,61	31,0	5,13	11,5	10,47	0,32	0,47
Estica	1,05	1,00	0,49	33,9	6,21	12,0	14,50	0,49	0,46
Ilona	1,36	0,95	0,49	34,0	6,90	17,6	20,30	0,73	0,53
Olga	1,36	1.00	0,57	37,0	5,71	15,5	15,54	0,57	0,42
Patria	1,66	1,00	1,04	120	4,92	8,30	8,06	1,04	0,62
Plodna	1,36	1,00	1,26	33,6	5,71	15,6	18,86	0,65	0,47
Samanta	1,42	1,00	0,53	42,9	6,90	15,6	12,42	0,53	0,37
Šárka	1,30	1,11	0,53	340	6,21	12,4	12,22	0,58	0,44

c -VLIV SUCHA A VYSOKÉ TEPLOTY

-	H1R	P.P.O	HZK	HTZ	DK	PKK	PZK	HZR	SI
Astella	1,09	1,40	0,16	14,8	5,62	14,3	10,05	0,29	0,27
Estica	2,42	3,14	0,23	23,0	6,55	14,2	6,14	0,44	0,18
Ilona	0,54	1,00	0,23	27,0	5,60	14,7	8,46	0,23	0,42
Olga	1,00	1,10	0,37	46,2	7,11	15,1	7,91	0,39	0,39
Patria	0,77	1,11	0,25	21,9	6,08	10,2	11,50	0,28	0,36
Plodna	1,70	2,30	0,22	28,8	5,62	14,3	7,74	0,51	0,30
Samanta	0,66	1,13	0,47	35,0	7,91	16,5	13,05	0,53	0,80
Šárka	1,05	0,78	0,48	25,1	6,82	14,9	17,8	0,40	0,38

Z agronomického hlediska původ osiva, tj. vliv jednotlivých stresů a jejich kombinací má vliv na vlastnosti osiva a prvé fáze růstu, následný růst, vývoj a tvorbu výnosu. Stupeň reakce odrůd na uvedené podmínky je většinou dědičně zakódován a lze využít tohoto jevu i ve šlechtění.

Existuje i prokazatelný vliv abiotických stresů (vliv provenience) na stupeň kontaminace sporami hub v a to i v následné generaci.

Za velmi významný lze označit i vliv provenience osiva na vlastnosti kořenového systému u klíčních rostlin. Zejména patrný je tento vliv při měření vlivu jednotlivých abiotických stresů na tvorbu kořenů v následující generaci. Jedná se zejména o délku kořenů, počet kořenů, počet postranních větví, sušinu kořenů, objem kořenů, poměr sušiny kořenů a nadzemní biomasy (obr.I).

Pořadí významnosti jednotlivých znaků osiva, kořenové soustavy a klíčních rostlin je dáno odrůdou a typem působícího stresu. Tolerance starších odrůd k abiotickým stresům při vzájemném porovnání s novými odrůdami a vlastnosti kořenové soustavy jsou pro zajímavost uvedeny v následujícím přehledu (+ hodnoty vyšší než-li u nových odrůd, - hodnoty nižší, = identita s novými odrůdami)

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
=	=	-	-	+	+	-	-	-	-	-	-	+	-	-	-	+

Vysvětlivky:1-zasolení, 2-zavodnění, 3-nízké pH hematoxylinový test, 4-nízké pH-kořenový index, 5-vysoká teplota, 6-suchovzdornost, 7-nízká hladina živin-polní pokus, 8-vitalita klíčících rostlin (přírůstek/čas), 9-počet zárodečných kořenů, 10-délka zárodečných kořenů, 11-objem zárodečných kořenů, 12-objem kořenů v období metání, 13-počet kořenů v metání 14-délka kořenů v metání, 15-sušina kořenů v metání, 16-poměr sušiny kořenů a nadzemní části 17-hloubka pronikání kořenů do půdy.

Současné odrůdy při porovnání s odrůdami z prvé poloviny tohoto století též vykazují vyšší hodnotu poměru root:shoot, nižší variabilitu u sledovaných znaků. Starší odrůdy byly více tolerantní vůči suchu a měly větší kořenový systém (větší počet kořenů a větší hloubka pronikání kořenů do půdy).

Jednotlivé vlastnosti klíčních rostlin jsou geneticky řízeny a je možno pozorovat odrůdové rozdíly jak ze standardních podmínek, tak u jednotlivých typů stresů. Obdobně je tomu i při distribuci zásobních látek a příjmu živin.

V případě měření množství přijatých živin a jejich distribuce do nadzemních částí a do kořenů, bylo zjištěno, že zřejmě největší vliv na tyto vlastnosti má nízké pH. Větší pokles obsahu přijatých živin u většiny stresů je u kořenové soustavy větší při porovnání s nadzemní částí rostlin. Uvedený jev se promítá i do výnosu a kvality zrna.

Vzhledem k tomu, že lokality s kyselou půdou představují velkou část osevních ploch, proto je nutno tomuto negativnímu fyzikálnímu faktoru věnovat samostatnou pozornost. Změny - zejména na kořenovém systém způsobené vlivem tohoto negativního faktoru jsou již pozorovatelné u raného stadia vývoje. Nízké pH, které je často při velmi nízkých hodnotách tohoto faktoru doprovázené aluminiovou toxicitou, ovlivňuje morfologii i anatomii kořenového systém více, než-li nadzemní části. Příjem hlavních makroprvků a mikroprvků je silně ovlivňován tímto faktorem. Jako příklad je uveden dusík jak je zobrazeno na příloze, (maximální a minimální hodnoty):

Pšenice - nadzemní část

pH 6.5

Pšenice - nadzemní část

pH 4.5

Pšenice - kořeny

pH 6.5

Pšenice - kořeny

pH 4.5

3.11

5.13

4.27

4.69

0.10

2.16

0.01

1.34

Z dosavadních znalostí o odrůdách obilnin vyplývá, že je možno využít i genetické zdroje k výběru odrůd do podmínek se zvýšeným vlivem stresů, či že je možno využít uvedené vlastnosti odrůd přímo ve šlechtění na vlastnosti osiva

Z agronomického hlediska je možno hovořit o snížení vlivu na variabilitu znaků způsobenou vnějšími vlivy. Snížení vlivu vnějších podmínek je žádoucí z hlediska vytváření vyšší biologické kvality osiva, ale i výnosu a jeho prvků.

Je známo že existuje velké množství znaků osiva, které zlepšují “biologickou” hodnotu. Nejčastěji bývá uváděna vitalita osiva. Tento znak bývá z různých důvodů považován za klíčový při zvyšování produktivity a snižování vstupů do rostlinné výroby.

Při hodnoceni vitality bývá používána celá řada testů: chladový test, test urychleného stárnutí, konduktometrický test, chladový test, test rychlosti růstu klíčních rostlin, test s využitím osmotického stresu, měření rychlosti dýchání.

Ke všem uvedeným testům je možno míti podstatné výhrady. Z těchto důvodů trvá snaha po vývoji nových testů. I když současný stupeň znalostí je celkem na dosti vysoké úrovni, nelze definovat optimální kombinaci hodnot znaků, která by určila nejlepší fyziologickou kvalitu. Obdobně je tomu u hierarchie významu jednotlivých hodnot jednotlivých znaků.

Z měření intenzity fotosyntézy u starých a nových odrůd vyplývá, že intenzita fotosyntézy je vyšší na nižší hladině živin u starých i nových odrůd. Diference v intenzitě fotosyntézy je vyšší u starších odrůd. Uvedené rozdíly jsou patrně způsobeny vyšší intenzitou dýchání a zastíněním spodních listů. Tento faktor, tj. kontrastní hladina živin, která měnila intenzitu fotosyntézy, však vlastnosti osiva podstatně neměnil, jedná se zřejmě o kompenzaci ostatními fyziologickými procesy. Uvedený příklad je demonstrován na jiném souboru odrůd, vzhledem k tomu, že je k dispozici více měření.

Intenzita fotosyntézy v µ m/cm2 /s na dvou hladinách živin
-	Vysoká hladina	Nízká hladina	Diference
Nové odrůdy
Zdar	11.58	11.13	-0.45
Vlada	10.95	11.97	1.02
Hana	10.65	14.55	3.90
Pagode	10.61	11.92	1.32
Průměr	10.94	12.39	1.45
-
Staré odrůdy
Slovenská 1784	4.27	7.85	3.57
Bílá od Dukovan	12.40	11.00	-1.40
Kaštická osinatka	8.33	9.60	1.27
Chlumecká 12	3.80	11.13	7.35
Průměr	7.20	9.59	2.69

Literatura

Bláha, L., Novák, V., Zámečník, J., Hnilička, F., Ottová, M.: Influence of abiotic stresses on seed germination, quality and seed production.Abstracts. COST 828 action:Seed scuience in the field of genetically controlled stress physiology.INRA,Toulouse centre,France,11-14 November,1998.

Bláha, L., Novák, V., Zámečník, J.,Hnilička, F., Franciková, I.:Influence of abiotic stresses on seed germination, quality and seed production.

COST 828,Workgroup2 meeting.Barcelona, Spain,November 10,1997

Obr. 1: Příklad stresu způsobeného vysokou teplotou