VLIV ROZDÍLNÉ KONCENTRACE DUSÍKU V ROZTOKU NA INTENZITU FOTOSYNTÉZY PŠENICE OZIMÉ

12.12.2001 | Odborné konference

The effect of different nitrogen concentration of the solution upon rate of photosynthesis of winter wheat plants

František Hnilička, Václav Hejnák, Vratislav Novák

Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra botaniky a fyziologie rostlin

Souhrn, klíčová slova

Dusík působí nejenom na formování listů, ale také na rychlost jejich stárnutí, včetně obsahu fotosynteticky aktivních pigmentů. Ve své práci jsme se soustředili na sledování vlivu rozdílných koncentrací dusíku v Hoaglandově živném roztoku č. 3: kontrolní varianta 1 N (1,327 g.l-1), varianta se zvýšeným obsahem dusíku na 4 N (3,129 g.l-1) a se sníženým obsahem dusíku na 0,1 N (0,123 g.l-1), na rychlost fotosyntézy mladých rostlin pšenice. Rychlost fotosyntézy byla měřena infračerveným analyzátorem plynů LCA - 4 u čtyř odrůd ozimé pšenice: Astella, Estica, Ilona a Samanta, v rámci juvenilních fází vývoje (14. DC až 30. DC). Ze získaných hodnot vyplývá, že rychlost fotosyntézy má narůstající trend v průběhu vegetace. Zvýšení rychlosti fotosyntézy v průběhu vegetace rostlin pšenice bylo ovlivněno koncentrací dusíku v roztoku, neboť nejnižší hodnoty byly naměřeny u varianty 0,1 N (4,372 m mol.m-2.s-1) a nejvyšší hodnota byla u varianty 1 N - 5,577 m mol.m-2.s-1 a u varianty 4 N - 5,517 m mol.m-2.s-1. Rychlost fotosyntéza nebyla ovlivněna odrůdou.

Klíčová slova: pšenice; odrůdy; dusík, fotosyntéza

Summary, keywords

Photosynthetic rate as a process is influenced by great number of biotic and abiotic factors. One of significant factors, which influences photosynthetic rate is nitrogen. This element effects not only the formation and velocity of leaves senescence but the content of photosynthetically active pigments as well. We studied influence of different nitrogen concentration in Hoagland´s solution No. 3: Control variant 1 N (1,327 g.l-1), variants with decreased and increased nitrogen concentration in the solution for 0.1 N (0,123 g.l-1) and 4 N (3,129 g.l-1) and velocity of photosynthesis. These physiological characteristics were taken by gasometric instrument LCA - 4 with representative cultivars of winter wheat: Astella, Estica, Ilona and Samanta from the phase 14. DC to the phase 30. DC. The intensity of photosynthesis distinctly tended to increase of measured values during ontogeny. This increase was to some extent influenced by concentration of nitrogen in solution, as the lowest taken values were found with variant 0.1 N (4,372 m mol.m-2.s-1) and the highest value were noted with variant 1 N - 5,577 m mol.m-2.s-1 and variant 4 N - 5,517 m mol.m-2.s-1. Velocity of photosynthesis was not influenced by cultivar.

Keywords: inter wheat, cultivars, nitrogen, photosynthesis

Úvod

Fotosyntéza jako jeden ze základních metabolických procesů zelených rostlin je ovlivňována celou řadou faktorů, ale také sama ovlivňuje další procesy probíhající v živém rostlinném těle. Fotosyntéza se podílí na vzniku energeticky bohatých látek, sušiny a tedy i výnosu hlavních a vedlejších produktů.

Vzhledem k její nezastupitelné roli v tvorbě sušiny jsme se rozhodli ve svém pokusu sledovat vztah mezi nevyrovnanou dusíkatou výživou a fotosyntézou mladých rostlin pšenice ozimé.

Literární přehled

Fotosyntéza, ale i dýchání a transpirace jsou procesy, které ovlivňují veškerou energetiku rostlin, proto je jim stále věnována značná pozornost, neboť především rychlost fotosyntézy je významným faktorem, který ovlivňuje tvorbu a množství biomasy, tedy i výnosu. Z tohoto pohledu je tedy fotosyntéza primárním biologickým základem produktivity kulturních rostlin (EVANS, 1975).

Vlastní proces fotosyntézy je ovlivňován celou řadou faktorů, jak vnějších, tak i vnitřních. K faktorům vnitřním je možné zařadit transpiraci, otevřenost průduchů, stáří listu a obsah fotosynteticky aktivních pigmentů. Mezi významné vnější faktory je možné zařadit sluneční záření a teplotu vzduchu. V produkčním procesu se nejvíce projevuje vliv slunečního záření a teploty vzduchu na změny rychlosti fotosyntézy (HODYSON, 1981; WIT a PEENNING de VRIES, 1982). Rostliny však ve fotosyntetických reakcích využívají z celkového dopadajícího globálního záření na Zemi jen asi 0,8 % (STRAŠIL, 1998).

Vedle slunečního záření je fotosyntéza ovlivňována i minerální výživou. Jedním z nejdůležitějších faktorů je dostatek přijatelných forem dusíku v živném prostředí. Tento prvek nejenom na obsah fotosynteticky aktivních pigmentů v listech, ale také na tvorbu fotosyntetického aparátu a rychlost jeho stárnutí jak dokládá např. práce KOSTREJE et al. (1992).

Metody

V letech 1997 až 2001 byl v laboratorních podmínkách sledován vliv rozdílných koncentrací dusíku v živném roztoku na rychlost fotosyntézy mladých rostlin pšenice ozimé, odrůd: Astella, Estica, Ilona a Samanta.

Rostliny byly pěstovány hydroponicky v řízených světelných a teplotních podmínkách, kdy světelný režim představoval 16 hodin světla a 8 hodin tmy při intenzitě ozáření 490 m mol.m-2.s-1 a 8 hodin tmy. Teplota byla nastavena na 25 ± 1 °C ve dne a v noci na 20 ± 1°C. Vlhkost vzduchu činila 75 %.

V pokusu byl sledován vliv tří koncentrací dusíku v živném roztoku Hoagland č. 3: varianta kontrolní (1 N - 1,327 g.l-1), varianta s výrazným deficitem dusíku (0,1 N - 0,123 g.l-1) a varianta s vysokou koncentrací dusíku (4 N - 3,129 g.l-1). Ostatní vlastnosti živného roztoku zůstaly u všech variant stejné (pH bylo 4,57 a osmotická koncentrace byla 1,583).

Ve vybraných fázích organogeneze (14. DC, 16. DC, 22. DC, 25. DC a 30. DC) jsme stanovili gazometricky okamžitou rychlost fotosyntézy pomocí infračerveného analyzátoru plynů LCA - 4.

Výsledky

Při sledování fotosyntézy mladých rostlin pšenice byl patrný nárůst její intenzity v průběhu ontogeneze. Nejnižší intenzita fotosyntézy byla zjištěna ve fázi čtvrtého listu (2,087 až 3,080 m mol.m-2.s-1) a naopak nejvyšší na počátku sloupkování (6,134 až 9,767 m mol.m-2.s-1). Jak vyplývá z naměřených hodnot fotosyntézy (viz obr. 1 - 4) má křivka fotosyntézy v juvenilních fázích vývoje rostlin pšenice rostoucí trend, který není ovlivněn koncentrací dusíku v živném roztoku.

Jak je dále patrné z grafů intenzita fotosyntézy se měnila i v závislosti na koncentraci dusíku v roztoku, i když mezi variantami 1 N a 4 N nebyly nalezeny průkazné diference. Nejvyšší nárůst hodnot intenzity fotosyntézy je možné nalézt u varianty 4 N, kdy se zvýšila okamžitá rychlost fotosyntézy z 2,599 m mol.m-2.s-1 ve fázi 14. DC až na hodnotu 9,767 m mol.m-2.s-1 ve fázi 30. DC. Nárůst intenzity fotosyntézy v průběhu ontogeneze rostlin pšenice byl také zaznamenán u varianty s výrazným nedostatkem dusíku v živném roztoku (0,1 N). Naměřené hodnoty okamžité intenzity fotosyntézy byly u varianty 0,1 N v porovnání s ostatními variantami statisticky průkazně nejnižší, neboť na počátku vegetace, tedy ve fázi 14. DC byla rychlost fotosyntézy 2,087 m mol.m-2.s-1 a na počátku sloupkování ve výši 6,134 m mol.m-2.s-1.

Intenzita fotosyntézy nebyla průkazně ovlivněna odrůdou. I přes tuto zjištěnou skutečnost byla nejnižší průměrná hodnota intenzity fotosyntézy naměřena u odrůdy Samanta (4,057 m mol.m-2.s-1) a naopak nejvyšší u odrůdy Ilona (5,660 m mol.m-2.s-1).

Obr. 1: Intenzita fotosyntézy (m mol.m-2.s-1) odrůdy Astella

Obr. 2: Intenzita fotosyntézy (m mol.m-2.s-1) odrůdy Estica

Obr. 3: Intenzita fotosyntézy (m mol.m-2.s-1) odrůdy Ilona

Obr. 4: Intenzita fotosyntézy (m mol.m-2.s-1) odrůdy Samanta

Závěrem je možné konstatovat, že naměřená okamžitá rychlost fotosyntézy byla průkazně ovlivněna koncentrací dusíku v živném roztoku, neboť nejnižší hodnoty fotosyntézy byly zaznamenány u varianty 0,1 N. Naopak vysoká koncentrace neovlivnila rychlost fotosyntézy. Genotyp jednotlivých použitých odrůd ozimé pšenice výrazněji neovlivnil naměřené hodnoty intenzity fotosyntézy.

Diskuse

Je možné konstatovat, že intenzita fotosyntézy má v juvenilních fázích vývoje rostlin rostoucí trend, který je možné zaznamenat u všech koncentrací dusíku v živném roztoku. Získané výsledky odpovídají i závěrům GENKELA (1969), REA a CALEHO (1991), HEJNÁKA et al. (1998).

Průkazné snížení intenzity fotosyntézy u varianty s nedostatkem dusíku (0,1 N) o 17,19 % při porovnání s variantou 1 N bylo způsobeno tím, že rostliny nevytvořily dostatečné množství chlorofylů. Lze tedy shodně s REPKOU (1986), HEITHOLTEM et al. (1995), HEJNÁKEM et. al. (1998) konstatovat, že deficit dusíku výrazně snižuje intenzitu fotosyntézy.

Získané výsledky nepotvrdily zcela závěry HNILIČKY a NOVÁKA (2000), kteří uvádějí ve své práci, že vedle výrazného nedostatku dusíku v živném roztoku průkazně snížila okamžitou rychlost fotosyntézy i jeho extrémně vysoká koncentrace - 4 N, neboť podle získaných výsledků extrémně vysoká koncentrace dusíku v živném roztoku průkazně neovlivnila, ani pozitivně ani negativně naměřenou okamžitou rychlost fotosyntézy v porovnání s variantou kontrolní.

Závěr (praktické doporučení)

Ze získaných výsledků je patrné, že v juvenilních fázích vývoje rostlin má fotosyntéza stoupající trend bez patrnějšího vlivu nevyrovnané dusíkaté výživy, i když u varianty s výrazným deficitem dusíku je již patrné zaostávání tvorby fotosyntetického aparátu, které se projevuje i menším nárůstem biomasy. Nevyrovnaná hladina živin, jeden ze stresových faktorů výroby, se projeví nejenom změnami v metabolismu rostlin, ale také snížením výnosu a zhoršením jeho kvality, proto je nutné mít rostliny v optimálním výživném stavu.

Použitá literatura

Evans, L., T.: Crop physiology. Cambringe Press, Cambringe, 1975

Genkel´, P., A.: Fiziologija sel´skochozjajstvennych rastenij - Tom IV. Fiziologija pšenicy Moskovskij gosudarstvennyj universitet im. M. V. Lomonosova, 1969 : 253 - 297

Heitholt, J., J., Johnson, R., C., Ferris, D., M.: Stomatal limitation to carbon dioxide assimilation in nitrogen and drought - stressed wheat. Crop Science (31), 1995 (1) : 135 - 139

Hejnák, V., Novák, V., Zámečníková, B., Hnilička, F.: Ovlivnění fotosyntézy a výnosu obilovin dusíkatou výživou na půdách s kyselou a neutrální reakcí. Závěrečná zpráva o řešení výzkumného úkolu 201/10/14396/0. ČZU Praha, 1998

Hnilička, F., Novák, V.: The rate of photosynthesis and the content of photosynthetic pigments of wheat young plants at different nitrogen concentrations in nutrient solution. Scientia Agriculturae Bohemica, 31, 2000 (3): 161 - 170

Hodyson, G., L.: Physiological and ecological studies in the analysis of plant environment XIII A Comparison of the growth of Helianthus annus and Vicia faba in the vegetative phase. Ann. Bot., 1981 : 21 - 28

Kostrej, A. et al: Fyziológia porastu pol´ných plodín. VŠP Nitra, 1992, 141

Rea, E., Cale, M., T.: Nitrogen nutrition and photosynthesis in Triticum durum cv. Duilio. Rivista di Agronomia 25, 1991 (1) : 29 - 34

Repka, J.: Funkcia mineralných živín v regulácii fotosyntézy a rastu rastlín. Veda vydavatelstvo Slovenskej akadémie vied, 1986 : 166 pp.

Strašil, Z.: Využití kalorimetrického měření pro potřeby rostlinné výroby. In.: Mezinárodní slovenský a český kalorimetrický seminář 1998. Sborník příspěvků. Hotel Barbora, Vyšná Boca, Nízké Tatry, 25. - 28.5. 1998, 1998 : 39 - 40

Wit, C., T., Peening de Vries, F., W., T.: L´ analyse des systémes de production primaire. In.: La productivité des páturages Sahéliens. Agric. Res. Rep. (Pudoc, Wageningen) 918, 1982: 20 - 23