VLIV ABIOTICKÝCH STRESŮ NA TVORBU KOŘENŮ PŠENICE

The influence upon roots formation of winter wheat plants

František Hnilička2, Ladislav Bláha1, Jana Opatrná3

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

2Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6 - Ruzyně

3Ústav experimentální biologie, AV ČR, Praha 6 - Lysolaje

Souhrn, klíčová slova

V pokusu jsme zjišťovali změny v morfologii kořenového systému následné generace dvou odrůd pšenice ozimé Astella a Estica po působení abiotických stresů na rodičovskou generaci. Morfologické změny se týkají především počtu kořenů a jejich délky, dále počtu bočních větví, hloubky pronikání do půdy a v neposlední řadě také počtu kořenových špiček. Sledované odrůdy nereagovaly shodně na abiotické stresy, neboť např. délka kořenů se u odrůdy Astella u varianty sucho prodloužila, ale u odrůdy Estica naopak zkrátila. V případě kombinace tří stresových faktorů - sucho, nízké pH a vysoká teplota došlo u obou odrůd k prodloužení kořenového systému. U další sledované charakteristiky, u počtu kořenů, se opět projevil vliv genotypu obou odrůd, neboť u vzájemné kombinace tří stresových faktorů byl zaznamenán nárůst počtu kořenů u odrůdy Estica o 27,52 % v porovnání s kontrolou. Oproti tomu odrůda Astella reagovala na kombinaci stresů snížením počtu kořínků o 50,36 % při srovnání s kontrolou.

Klíčová slova: pšenice; odrůdy; abiotické stresy, kořenový systém

Summary, keywords

Divergences of sensitivity of different winter wheat cultivars (Astella and Estica) to abiotic stresses were analysed. Abiotic stress factors affect significantly yielding traits, seed traits and traits of sprouting plants - especially root traits: length, surface, weight, nutrient uptake, number of root tips, number of root hairs, number of lateral roots and density. This change is connected in the next generation with tolerance to other abiotic stresses. Cultivar differences in analysed traits were obtained. There is possibility to use obtained results in plant breeding.

Keywords: wheat, cultivars, abiotic stresses, root system

Úvod

Při pěstování rostlin v polních podmínkách jsou rostliny vystavovány celé řadě nepříznivých faktorů vnějšího prostředí, které s sebou přináší nejenom změny počasí v průběhu jejich hlavní vegetace (nerovnoměrně rozložené srážky, vysoká či nízká teplota apod.), ale i změny související se změnami systému pěstování jednotlivých kultur. Tyto změny je možné souhrnně zařadit mezi abiotické stresové faktory.

Abiotické stresy ovlivňují nejenom kvalitu osiva, tedy jeho morfologické, anatomické, fyziologické a biochemické vlastnosti, ale také růst a vývoj následné generace, zejména vlastnosti kořenů. Vzhledem k této skutečnosti se náš výzkum zaměřil na sledování vlastností kořenového systému vybraných odrůd pšenice ozimé pěstované v podmínkách kontrolních a v podmínkách působení stresových faktorů.

Literární přehled

Z pěstitelského hlediska abiotické stresy (negativní vlivy vnějšího prostředí) ovlivňují semenářskou hodnotu osiva a působí i na následnou generaci rostlin, kdy ovlivňují její důležité životní pochody, včetně výše a kvality výnosu.

Stresové abiotické faktory, zejména sucho, vysoká teplota, nízké pH, extrémní hladina živin, ovlivňují kvalitu osiva, jeho morfologické, anatomické, fyziologické a biochemické znaky, růst a vývoj potomstva, zejména vlastnosti kořenů (BLÁHA et al., 2001).

Přizpůsobivost k abiotickým stresům je dána genetickým základem jednotlivých odrůd, proto jsou známy meziodrůdové rozdíly. Rozdíly je však možné nalézt i v rámci jedné odrůdy pěstované v různých ekologických podmínkách. Na základě těchto skutečností např. WELCH (1977) a TORRES et al. (1982) konstatují, že je žádoucí sledovat vliv genetického základu odrůd a vliv provenience na vlastnosti osiva a následné generace.

Metody

V letech 1997 až 2001 byl ve skleníku v regulovaných podmínkách sledována morfologie, délka a počet kořenů u odrůd pšenice seté Astella a Estica.

Rostliny pšenice byly pěstovány v Mitcherlichových nádobách s homogenizovanou hlinito-jílovitou zeminou, odebranou z pozemku VÚRV. Pěstovalo se vždy 20 rostlin na nádobu, při čtyřech opakováních do doby plné zralosti zrna. Struktura založeného pokusu je shrnuta do tab. 1.

Tab. 1: Přehled jednotlivých variant pokusu

Osivo získané ze stresovaných rostlin bylo použito pro analýzu chování následné generace rostlin. Osivo bylo umístěno do klíčící komory, v níž byla nastavena teplota na 20°C ve dne a v noci na 15°C, při světelném režimu 16 hod. světla a 8 hod. tmy. Světelný režim byl 490 m mol.m-2.s-1. Rostliny byly pěstovány v Hoaglandově živném roztoku č. 3.

K analýze morfologie kořenového systému, počtu kořenů, jejich délky bylo použito 30 rostlin pěstovaných 14 dnů v klíčící komoře, při zachování 5 opakování. K analýze kořenového systému byl použit obrazový analyzátor LUCIA.

Výsledky

Z tabulky 2 vyplývá, že délka kořenů byla výrazně ovlivněna variantou pokusu, neboť u většiny stresů došlo k omezení délky kořenového systému sledovaných odrůd. Délka kořenového systému se prodloužila v případě odrůdy Astella o 31,12 mm u sucha, ale u odrůdy Estica se délka zkrátila o 72,62 mm. U obou sledovaných odrůd došlo k prodloužení kořenového systému v případě vzájemné kombinace tří stresových faktorů o 35,43 mm (Astella) a 115,96 mm (Estica). Nejvýrazněji se délka kořenů zkrátila u kombinace faktorů sucho a nízké pH, kdy se kořínky v průměru ze všech měření a odrůd zkrátily o 112,57 mm. Další zkrácení kořenového systému bylo zaznamenáno u varianty s nízkou hladinou živin a u varianty s vysokou hladinou živin.

Tab. 2: Délka a počet kořenů u jednotlivých variant stresu

Z tab. 2 dále vyplývá, že také počet kořenů byl ovlivněn prostředím, ze kterého bylo získáno osivo. Z výsledků je například zřejmé, že ani v tomto případě nereagovaly sledované odrůdy shodně, neboť u vzájemné kombinace tří stresových faktorů byl zaznamenán nárůst počtu kořenů u odrůdy Estica o 27,52 % v porovnání s kontrolou, kdežto odrůda Astella reagovala na kombinaci stresů snížením počtu kořínků o 50,36 % při srovnání s kontrolou.

Změny morfologie kořenového systému u jednotlivých variant pokusu jsou zaznamenány na obr. 1. Jak je z něj patrné existují morfologické změny kořenového systému v rámci jednotlivých pokusných variant. Tyto morfologické změny se týkají především počtu kořenů a jejich délky, dále počtu bočních větví, hloubky pronikání do půdy a v neposlední řadě také počtu kořenových špiček. Změny v morfologické stavbě kořenového systému mají za následek změny přijmu živin, vody, ale také souvisí s tolerancí vůči abiotickým stresům. Snížená tvorba kořenového systému vede ve své podstatě též k omezení základních fyziologických ukazatelů, v konečném důsledku snižuje výnos zemědělských plodin a kvalitu získané produkce.

Obr. 1: Morfologické změny kořenového systému způsobené abiotickými stresy

Kontrola Nízká hladina živin Vysoká hladina živin

Sucho Sucho , nízké pH Sucho, nízké pH, vysoká teplota

Závěrem je možné konstatovat, že abiotické stresy ovlivňují nejenom kvalitu osiva, ale ovlivňují i vlastnosti rostlin následné generace. Rostliny vypěstované ze stresovaného osiva mají změny v morfologii kořenového systému, které se poté projevují ve zhoršeném přijmu živin, vody, čímž ovlivní i další metabolické procesy, včetně tvorby výnosotvorných prvků.

Diskuse

Získané výsledky o změnách morfologických vlastností kořenů u následné generace rostlin, vypěstovaných z osiva stresovaného jsou v souladu např. s výsledky BLÁHY et al. (2001), konstatující, že je ovlivněna kvalita kořenového systému následné generace. Uvedený jev má za následek změnu odolnosti rostlin k vnějšímu prostředí a změnu všech důležitých životních pochodů rostlin, jako je příjem vody, minerálních živin apod.

Morfologické změny kořenového systému jsou také ovlivněny genotypem použité odrůdy, neboť jak dokládají naše výsledky byly získány rozdílné hodnoty v počtu kořenů a jejich délce v případě odrůdy Astella a Estica. Je tedy možné v souladu se závěry WELCHA (1977), TORESSE et al. (1982) konstatovat, že je velice potřebné testovat semena a rostliny různé provenience, z různých podmínek pěstování a různého genotypu, neboť existují velké meziodrůdové rozdíly v adaptačních mechanismech vůči abiotickým stresům.

Závěr (praktické doporučení)

Na základě získaných výsledků se domníváme, že změny morfologických vlastností kořenového systému, jako např. délka kořenové systému, jeho hmotnost, mohutnost, počet kořenů apod., ovlivňují další ukazatele rostlinné produkce a proto by jim měla být věnována také pozornost i ze strany šlechtitelů a pěstitelů.

Použitá literatura

Bláha, L. Hnilička, F., Hořejš, P., Matoušek, J.: Vliv vnějších faktorů na vlastnosti osiva a na nutnost jeho každoroční obměny. Agro, VI., 2001 (2) : 18 -21

Torres, J., L. et al: Increasing seed protein content enhances seedling emergence and vigour of seeds. Journal of plant nutrition, 5, 1982: 1133-1140.

Welch, R., W.: Seedling vigour and grain yield of cereals grown from seeds of varying protein contents. Journal of Agricultural Science, Cambridge, 88, 1977: 119-125.

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 výzkumného záměru MSM 412100002, grantového projektu GA ČR č. 521/01/P029 a mezinárodního výzkumného projektu COST 828.10.