Pěstování pokusných rostlin

Transkript

1 zimní semestr 2008/2009 Pěstování pokusných rostlin Přednáška 8. Metody testování osiva

2 A. Generativní reprodukce: opylení oplození (vznik embrya, endospermu) semeno (standardní diaspora) dormance klíčení semenáček (klíčenec) juvenilní fáze důsledkem je genetická diverzita

3 Pohlavní (generativní) rozmnožování vznik nových jedinců je výsledkem pohlavního procesu splynutí pohlavních buněk (gamet), dochází ke splývání cytoplasmy i jader obou gamet, pouze chromozomy nesplývají zygota má diploidní počet chromozomů střídání jaderných fází: oplození 2n redukční dělení (meioza) n gametofyt, sporofyt krytosemenné rostliny: gametofyt potlačen, je nesamostatnou částí sporofytu

4 Krytosemenné rostliny Na megasporofytu (pestík) vznikají megasporangia - vajíčka, a haploidní megaspory. Megaspora dává vznik samičímu gametofytu (zárodečnému vaku) s jednou nebo více oosférami Na mikrosporofytech (tyčinky) vznikají v mikrosporangiích (prašných pouzdrech) mikrospory. Mikrospory dávají vznik samčím gametofytům (vícebuněčným pylovým zrnům), které obsahují samčí gamety (buňky spermatické)

5 Témata související se vznikem semen a plodů: podmínky přechodu do reprodukční fáze: jarovizace, fotoperiodická indukce kvetení, funkce giberelinů věk rostlin opylení, apomixis, partenokarpie

6 Semena embryo (oosféra + gener. buňka pyl. láčky) v různém stupni diferenciace (mrkev málo, hrách vysoce diferencované): embryonální osa + děloha plumula (embryonální vegetační vrchol), případně základy listů radikula (embryonální vegetační vrchol kořene) endosperm (2n jádro + gener. buňka pyl. láčky) semena s endospermem (mák, Poaceae) semena bez endospermu (Cucurbitaceae) např. u Poaceae aleuronová vrstva živé buňky perisperm z nucellu (2n) vnitřní bílek zásobní pletivo pro výživu embrya testa osemení (z vaječných obalů) fytohormony

7 Voda v semenech vliv na všechny vývojové fáze semen: formování a zrání stav klidu bobtnání a klíčení Semena podle tolerance k vyschnutí: většina kulturních rostlin vyžaduje pro úplný vývoj fázi vyschnutí, obsah vody se ustálí v rovnováze s prostředím, mnoho druhů si udrží schopnost klíčit po dlouhé období. U nás běžně pěstované druhy plodiny obsah vody % Semena procházející fází vyschnutí ortodoxní Tropy zralá semena obsahují 20 40% vody, při poklesu vlhkosti ztrácejí klíčivost semena rekalcitrantní (Coffea arabica, citrusy, někdy Passiflora)

8 Dormance semen = stav, ve kterém jsou semena chráněna před klíčením v prostředí, které je normálně pro klíčení nepříznivé, jde o přirozený fyziologický stav naproti tomu quiescence = klid vynucený podmínkami prostředí (suchá semena v suchu, velmi nízká teplota) 1. dormance primární: exogenní endogenní 2. dormance sekundární

9 Primární exogenní dormance semen Dormance primární (vyvolána v průběhu vývinu semene): exogenní - semenu nejsou dostupné základní podmínky pro klíčení (voda, kyslík), příčina semenné obaly: 1. zábrana příjmu vody - tzv. tvrdá semena (Fabaceae, Malvaceae, Liliaceae) anatomická stavba semenných obalů, vliv genetický, podmínky při dozrávání, které ovlivňují rychlost vysychání (větší výskyt tvrdých semen obvykle souvisí se stresovými vláhovými podmínkami při dozrávání, i během posklizňové úpravy (rychlost a teplota sušení) 2. zábrana výměny plynů a odvodu inhibičních látek z embrya např. u semen některých peckovin a jádrovin s obsahem amygdalinu kyanovodík nemůže unikat a inhibuje klíčení, nebo mechanický odpor obalů, kdy semeno nemá dostatek energie k proniknutí tkáněmi obalových vrstev (salát, rajče, celer)

10 Způsoby odstranění primární exogenní dormance: v přírodě činností mikroorganismů nebo fyzikálními změnami v půdě (zamrzání, rozmrzání), změnami ph úprava semen: 1. skarifikace mechanické narušování semenných obalů, teplotními šoky, krátkým ponořením do vroucí vody, působením radiace 2. chemicky slabý roztok H 2 SO 4, NaCl, H 2 O 2, po aplikaci nutno omýt a osušit 3. selektivními enzymy celuláza, pektináza kritický faktor délka expozice

11 Primární endogenní dormance semen je výsledkem vrozených vlastností semen, odpovídá druhovým a odrůdovým charakteristikám je ovlivněna podmínkami prostředí v období vývinu semen a zrání hlavní složky endogenní dormance: přítomnost inhibičních látek (ABA, kumarin, kys. ferulová, fenolové kyseliny, kys. abscisová), přítomnost org. kyselin v dužnatých plodech (např. rajče), silice např. petržel, kmín, fenykl tvorbu a obsah inhibitorů klíčení ovlivňuje: 1. délka dne v závěru zrání semen: dlouhý den indukuje dormanci u Beta vulgaris, Amaranthus retroflexus, Lactuca sativa, vznikají také tvrdší obaly 2. vláhové podmínky vodní deficit a doba kdy k němu dojde (např. u ječmene po kvetení dormanci aktivuje, ale ke konci zrání působí opačně) 3. pozice semene na rostlině a v květenství např. u Apiaceae nejsilnější dormance u okolíků 1. řádu 4. stáří mateřské rostliny v době kvetení souvisí s výživou dusíkem a vláhovými podmínkami 5. teploty v době zrání

12 Metody odstranění primární endogenní dormance: 1. vyluhování látek např. u řepy; také semena rajčat klíčí po jejich odstranění z plodu - šťáva působí jako osmotická inhibice 2. teplotní ošetření změní se poměr mezi stimulátory a inhibitory klíčení u semen nabobtnalých za nízkých teplot, u semen suchých za vyšších teplot 3. stratifikace semen nabobtnalá semena jsou vystavena nízké teplotě (peckoviny, jabloně, javor, lísky, hloh, buk, jasan, smrk, borovice) 4. ošetření fytohormony - gibereliny

13 Stratifikace semen peckovin

14 Dormance sekundární nově vyvolaný výskyt dormance u zralých, nedormantních semen v podmínkách nepříznivých pro klíčení termodormance fotodormance vliv světla (např. salát určité světelné spektrum) skotodormance vliv tmy vliv vody, obsah některých plynů apod. indukce dormance může nastat i několika cyklech během skladování semen nejčastěji je dormance spojována s chováním semen plevelů a planě rostoucích druhů v půdě periodické změny v sekundární dormanci jsou vysvětlením pro postupné vzcházení některých plevelů v průběhu roku

15 Stárnutí (senescence( senescence), deteriorace a ztráta životaschopnosti deteriorace postupné snižování kvality semen druhové a odrůdové rozdíly nové poznatky fyziologie deteriorace osiva není nezvratný proces kvalitativních změn Coolbeat (1995) při dobrých skladovacích podmínkách se může v semenech aktivovat mechanismus, který může tento proces zvrátit

16 Projevy deteriorace semen Abddul-Baki a Anderson (1972): snižuje se intenzita dýchání snižuje se celková aktivita enzymatické činnosti mění se poměr zásobních látek v semeni, narůstá podíl polyfenolů nastávají změny struktury buněčných membrán, které zvyšují citlivost semen na podmínky prostředí při klíčení a vzcházení dochází ke změnám v syntéze nových látek dochází ke změnám genetického aparátu zvyšuje se podíl mutací akumulace toxických metabolitů projevy: např. tmavnutí obalových vrstev každý genotyp má kritickou mez, kolik buněk může být poškozeno, než dojde k narušení životaschopnosti obvykle nepřekračuje 15% další limitující faktor kontaminace mikroorganismy

17 Symptomy projevu stárnutí redukce klíčivosti a vzcházivosti zpomalení rychlosti klíčení nevyrovnané klíčení a vzcházení nižší vitalita, projevující se zvýšenou citlivostí na podmínky prostředí při klíčení a vzcházení méně vyvinuté klíční rostliny anomální klíční rostliny zvyšování obsahu polyfenolických látek v semenech

18 Dlouhověkost semen Dlouhověkost semen u suchých semen obecně: 1. s každým snížením vlhkosti o 1% se dvojnásobně prodlouží délka jeho životaschopnosti 2. s každým snížením teploty uskladnění o 5,6 C se dvojnásobně prodlužuje délka jeho životaschopnosti Relativní indexy skladovatelnosti semen (doba snížení klíčivosti na polovinu: 1. (po 1 2 letech): kukuřice,žito, sója, slunečnice, mák, salát, cibule 2. (po 3 5 letech): ječmen, pšenice, oves, pohanka, řepka, bob, len, zelí, květák, mrkev, paprika 3. (po 5 a více letech): vojtěška, řepa, rajče, okurka, vikev, hrách při vlhkosti nad 30% může docházet ke klíčení semen vlhkost 18 30% podporuje rychlou deterioraci semen, zejména v souvislosti s rozvojem mikroorganismů vlhkost pod 8 9% zamezuje rozvoji hmyzu vlhkost 4 5% - semena jsou odolná proti napadení hmyzem a houbovými patogeny

19 Dlouhodobé uložení osiva vysušení na 13-8% vlhkosti hermeticky uzavřené obaly - 20 C řada běžných druhů zemědělských plodin Fabaceae 5 C ultra dry seed 3% vlhkosti, skladování při laboratorní teplotě

20 Klíčení semen příjem vody semenem: 1. fáze bobtání (imbibice) podle fyzikálních zákonů, shodný průběh u všech druhů osiva (dormantních, nedormantních, živatoschopných, neživých), nezávislé na metabolické aktivitě vodní potenciál (tlakový, osmotický, hydratační) voda v.p.=0 (vysoký), suchá semena v.p. = -100 až -400 MPa 2. fáze aktivace biochemických procesů pouze klíčivá semena (nikoliv semena neživá, semena v dormanci) 3. fáze růstu klíčku viditelné klíčení a růst klíční rostliny, v.p. semen asi -1 MPa vliv specifických vlastností semen, vlhkosti a složení substrátu, teploty vyspělé firmy prehydratační úpravy semen zeleniny a květin nežádoucí rychlý příjem vody suchými semeny lze ovlivnit použitím osmotika (roztok s nižším vodním potenciálem než má voda)

21 Praktický význam fáze bobtnání osiva: dochází k rychlému, ale přechodnému vyluhování anorganických i organických látek (exsudace) do okolního prostředí příčinou exsudace jsou buněčné membrány, které mohou při vyschnutí ztratit svou celistvost nadměrná exsudace cukrů a aminokyselin ztráta substrátu pro dýchání a metabolismus, může vést ke stimulaci rozvoje kontaminující mikroflóry

22 Klíčení semen začíná příjmem vody a končí startem prodlužování embryonální osy, zpravidla kořínku řada biochemických, fyzikálních a biologických procesů (hydratace protein, strukturální buněčné změny, dýchání, makromolekulární syntéza, prodlužování buněk) embryo se transformuje z dehydratovaného stavu do stadia se životaschopným metabolismem u vzorku osiva: a, b - rychlé a vyrovnané klíčení c nevyrovnanost dlouhé období klíčení e výskyt dvou odlišných skupin osiva ve vzorku

23 Základní podmínky klíčení voda: bobtnání 1. fáze klíčení, až do 2. fáze semena zpravidla nereagují na přerušení tohoto pochodu a ani po vyschnutí a opakovaném bobtnání nemusí docházet k porušení klíčku; jakmile je již klíčení spojeno s buněčným dělením a růstem klíčku, k následné poruše již dochází kyslík: na počátku spotřeba prudce narůstá, po skončení hydratace pletiv stagnuje, nárůst opět ve 3. fázi; nedostatek se projevuje poklesem klíčivosti, některé druhy jsou přizpůsobené podmínkám a klíčí bez přístupu kyslíku (rýže) v půdním prostředí ovlivňuje klíčení také CO 2 a etylén normální obsah kyslíku v půdě je 19%, může se snížit až na 1% (při vytvoření půdního škraloupu), inhibice klíčení při 1 3% kyslíku semena jsou různě citlivá na obsah kyslíku: např. mrkev inhibice při 9 10%, teplota: efekt teploty se vyjadřuje existencí tři kardinálních bodů minimum, optimum, maximum (optimum pro většinu semen je15-30 C závisí na druhu, odrůdě, podmínkách prostředí, kvalitě osiva nízké teploty sice klíčení zpomalují, ale mohou být využity k odstranění dormance)

24

25 Specifické podmínky klíčení světlo: u většiny plodin není nezbytnou podmínkou klíčení, u některých druhů intenzita nebo spektrální složení světla klíčení ovlivňuje, např. některé odrůdy salátu klíčí jen na světle pozitivně fotoblastické světlo působí prostřednictvím fytochromového systému fotoblastické chování semen má adaptační význam. semena stimulovaná světlem mají zpravidla nedostatek zásobních látek a klíční rostliny musí rychle dosáhnout přechodu na autotrofní výživu chemické látky

26 Životaschopnost osiva: je vlastnost semen, která umožňuje za vhodných podmínek prostředí jejich klíčení rozdílné hledisko fyziologické a semenářské Metodiky testování klíčivosti a vzcházivosti osiva: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, Odbor osiva a sadby, Brno Doporučené metody hodnocení vitality osiva: 1. test růstu a vývinu kořínků: hodnocení délky kořínků klíčních rostlin v stanovených časových intervalech 2. Hiltnerův test: test laboratorní vzcházivosti klíčení v substrátu, cihlové drti nebo písku v hloubce setí 3. chladový test kukuřice 4. konduktometrický test vodivosti výluhu 5. test urychleného stárnutí 6. test řízené deteriorace 7. topografický tetrazoliový test 8. aleuronový tetrazoliový test

27 1. Zkouška klíčivosti kategorie: normální klíčenci, abnormální klíčenci (poškození, deformovaní, shnilí -nejsou schopni se vyvinout v normální rostlinu v půdě dobré jakosti za optimálních podmínek) nevyklíčená semena (tvrdá, svěží nevyklíčená, mrtvá) materiál: filtrační papír (biologický test Phleum pratense, Agrostis gigantea, Festuca rubra var. commutata) písek (fytotoxicita hořčice bílá, pšenice) zemina přístroje: Jakobsenovo klíčidlo, skříň pro klíčení, klimatizační komora pozice semen: na povrch, mezi vrstvy papíru, v písku, zemině teplo, světlo: v závislosti na testovaném druhu

28 4. Konduktometrické vodivostní testy vycházejí z biologické podstaty vitality, ze změn vlastností buněčných membrán poškození semen během bobtnání v důsledku rychlého příjmu vody je monitorováno měřením konduktometrické vodivosti vody, ve které semena bobtnala vodivost exsudátu závisí na množství látek iontové povahy vyluhovaných ze semen a souvisí s integritou membrán

29 Postup osivo hrachu: vzorek osiva v Erlenmayerově baňce v destilované nebo deionizované vodě o teplotě 20 C po dobu 24 hodin předem stanovení vlhkosti osiva, kalibrace konduktometru měření vodivosti hodnocení výsledku osivo hrachu: do 24 µs.g -1 osivo je vhodné pro časný výsev nad 43 µs.g -1 hrách není vhodný k setí

30 5. Testy urychleného stárnutí (AA) perspektivní, ale nutná standardizace podstatou je hodnocení rozdílů v klíčivosti před expozicí zvýšené teploty (zpravidla C) a vlhkosti (absolutní relativní vlhkost) a po expozici doba expozice hodin semena vysoce vitální odolnost k extrémním podmínkám semena s vysokou životností si uchovávají po zkoušce urychleného stárnutí vysokou klíčivost u semen s nízkou životností se klíčivost sníží vliv řady faktorů, např. velikosti semen, odrůdy

31 7. Topografický tetrazoliový test TTC (biochemická zkouška životaschopnosti semen) zejména pro druhy, které mají dlouhou dobu klíčení, u semen s dormancí, u vzorků s vysokým podílem svěžích nevyklíčených semen podstatou TTC testu je barevná reakce, která je důsledkem redukčních pochodů probíhajících v živých buňkách

32 7. Topografický tetrazoliový test TTC (biochemická zkouška životaschopnosti semen) indikátorem těchto reakcí je bezbarvý roztok 2,3,5- trifenyltetrazolium chloridu nebo bromidu, který při bobtnání semene proniká do pletiv v živých buňkách se působením dehydrogenáz uvolňuje vodík, který reaguje s TTC za vzniku stabilní nedifundující červené látky trifenylformazanu

33 tím je možné odlišit červeně zbarvená (živá) pletiva od bezbarvých (mrtvých) Vedení řezu při přípravě semen před barvením: 1-4 obilky 5-6 Lactuca 7 Apiaceae 8 jehličnany 9 řez na obou koncích

34 u některých semen určitý podíl nekrotické tkáně o jejich klasifikaci rozhoduje poloha a rozsah nekróz, nikoliv intenzita zabarvení tkáně Postup: 1. semena předběžné vlhčení (podle druhu) 2. máčení semen ve vodě (bobtnání semen) 3. preparace pletiv, propichování, řezy, vyříznutí embrya, odstranění osemení pro usnadnění pronikání roztoku 4. barvení 0,1 1,0% roztok ph 6,5 7,5 (pufr), někdy přídavek antibiotik (Prevenol), ve tmě

35 Příklad: Postup TTC Agrostis (psineček): předběžné vlhčení: při 20 ºC VeF 16 hod, voda 2h příprava: propíchnout poblíž embrya barvení: 1,0% při 30 C 18 hod příprava pro hodnocení: obnažit embryo max. plocha nezbarveného pletiva: 1/3 kořene

36