Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Praha - Ruzyn eská zem d lská univerzita v Praze

Transkript

1 Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Praha - Ruzyn eská zem d lská univerzita v Praze VLIV ABIOTICKÝCH A BIOTICKÝCH STRESOR NA VLASTNOSTI ROSTLIN 2009 (Sborník p ísp vk ) Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i. Praha - Ruzyn

2 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝZKUMNÝ ÚSTAV ROSTLINNÉ VÝROBY PRAHA RUZYNĚ v.v. i. Odbor genetiky, šlechtění a kvality produkce ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů VLIV ABIOTICKÝCH A BIOTICKÝCH STRESORŮ NA VLASTNOSTI ROSTLIN 2009 (Sborník příspěvků) Pořadatelé: Odbor genetiky, šlechtění a kvality produkce VÚRV v.v.i. Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů ČZ Tato publikace neprošla jazykovou a redakční úpravou Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i Praha -Ruzyně března

3 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Redakčně zpracoval: Ing. Ladislav Bláha, CSc. Jazyková korektura: Texty příspěvku neprošly jazykovou úpravou Foto na titulní straně: Onopordon illyricum L. foto Zdena Hybnerová Odborný garant konference: Ing. Ladislav Bláha, CSc. (VÚRV v.v.i.) Ing. František Hnilička, Ph.D. (ČZU) Organizační výbor konference: Ladislav Bláha (VÚRV, v.v.i.) František Hnilička (ČZU v Praze) Miloš Faltus (VÚRV, v.v.i.) Jiří Zámečník (VÚRV, v.v.i.) Ivan Hon (VÚRV,v.v.i.) Jaroslava Martinková (ČZU v Praze) Jan Matoušek (VÚRV, v.v.i.) Martin Matějovič (ČZU v Praze) Jan Šmolík (ČZU v Praze) Lenka Němcová (ČZU v Praze) Alena Charvátová (VÚRV, v.v.i.) Lenka Rerychová(VÚRV, v.v.i.) Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i. Praha-Ruzyně, 2009 ISBN: Česká zemědělská univerzita v Praze, 2009 ISBN:

4 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Sborníky konferencí a závěry workshopů pořádaných v minulých letech ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby lze stáhnout na www stránce: 4

5 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Informace o možnostech stáží a studia týkajícího se vlivu biotických a abiotických stresorů na vlastnosti rostlin je možné získat na adrese: Ing.F. Hnilička Ph.D., Česká zemědělská univerzita v Praze Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Katedra botaniky a fyziologie rostlin Kamýcká 129, 1600 Praha 6, tel: , hnilicka@af.czu.cz Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů 5

6 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin OBSAH Jmenný rejstřík... 9 Ladislav Bláha, František Hnilička : Úvodní slovo VYZVANÉ REFERÁTY B. Vyskot: Mechanismy vývojové regulace genové exprese F. Baluška: Stress perception and adaptation in plant from the neurobiology perspective L. Dotlačil,J.Hermuth,Z.Stehno,I.Faberová:Výběr donorů významných znaků z krajových a starých odrůd pšenice I. Prášil, P.Vítámvás, K. Kosová, Z. Školáček, S. Zelenková,: Využití proteomiky při studiu stresu rostlin" 29 J. Ovesná: Jaké jsou možnosti a rizika tvorby transgenních rostlin z hlediska zlepšování odolnosti rostlin vůči stresu sucha a vysoké teploty? E. Masarovičová, K. Kráľová, M. Peško :Fotosynteticka aktivita repky olejky-aktualny stav a perspektivne zmeny V. Kožnarová, J. Klabzuba,V.Potop: Agrometeorologický pohled na hodnocení počasí E. Kunzová: "Vliv půdně klimatických podmínek na výnos ječmene jarního v dlouhodobých výživářských pokusech v létech M. Vašková: Stabilní izotopy uhlíku a kyslíku jako markery fyziologické odezvy na měnící se podmínky prostředí M. Straková,J.Straka,L.Binková,J.Sloup,M.Ševčíková,M.Lošák,F.Hrabě,P.Knot:Vliv zvyšující se variability průběhu počasí na vlastnosti porostů trav P. Horčička:Šlechtění pšenice s lepší adaptabilitou k enviromentálním stresům a možnosti využití transgenních rostlin I. Našinec: Problematika testování suchovzdornosti trav R.Vavera, P.Růžek, H.Kusá:Reakce odrůd ozimé pšenice pěstované při různé intenzitě agrotechniky na stres suchem REFERÁTY M. Kuklová, J. Kukla:Vplyv znečistěnia prostredia na obsah vybraných mikroelementov vo výhonkoch druhu Rubus idaeus L P. Kovár, H. Gregorová: Dopad vodného stresu na obsah asimilačních pigmentov trávnikových druhov tráv pestovaných v bezzávlahových podmienkach J. Dobrá,H Štorchová,J.Kolář,R.Vaňková:Vliv teplotního stresu na expresní profily genů spojených s biosyntézou či degradací cytokininů u Arabidopsis H. Červinková, O. Novák, M. Strnad, R. Vańková:Vliv abiotického stresu (zvýšená teplota, sucho) na rostliny tabáku se sníženým obsahem cytokininů O. Kryštofová, J.Baloun,D.Húska, V.Diopan,V.Shestivska,O.Zitka, V.Adam,T.Macek, M.Mackova, L.Havel. R.Kizek:Multi-instrumentální analýza vlivu kademnatých iontů na vybrané odrůdy lnu setého J. Baloun,M.Galinová,O.Kryštofová, D.Húska,V.Adam, J.Kaiser, J.Zehnálek, L.Havel, R.Kizek: Studium topografie olovnatých iontů v listech slunečnice roční za využití laserem indukované ablační spektrometrie B. Šerá, N. Vrchotová: Studium fytotoxicity křídlatek v kontrolovaných půdních podmínkách M.Benešová,L.Fischer,J.Honnerová,P.Jedelský:Změny listového proteomu vyvolané vodním deficitem u rostlin kukuřice( Zea Mays L.):Porovnání reakce dvou inbredních rodičovských linií a jejich kříženců F1 generace D. Holá,M.Benešová,D.Haisel, F. Hnilička,H.Hniličková,J.Honnerová, M. Kočová,T.Kučera, O. Rothová, D.Procházková,N. Wilhelmová :Fyziologické a biochemické parametry inbredních a hybridních genotypů kukuřice vystavených vodnímu deficitu L.Věchet: Vliv faktorů počasí na průběh epidemie padlí travního (Blumeria graminis f.sp.tritici) a na indukovanou rezistenci pšenice k padlí travnímu J. Chrpová,A.Hanzalová,P.Bartoš,O.Veškrna: Změny spektra chorob pšenice související s postupným oteplováním a zvyšující se variabilitou průběhu počasí

7 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin J. Zámečník, M. Faltus: Vitrifikace základ pro přežití rostlin uchovaných v ultranízkých teplotách P. Maršik, T. Vaněk: Využití metabolomiky pro studim abiotických stresů rostlin ODBORNÉ ČLÁNKY A OBSAHY PLAKÁTOVÝCH SDĚLENÍ D.Vrábl, M. Vašková, M. Hronková, J. Flexas, J. Šantrůček : Mesophyll Conductance to CO 2 transport estimated by two independent methods: Effect of ambient CO 2 concentration and abscisic acid 152 J.Baloun, O.Kryštofová, D.Húska,V.Adam, J.Zehnálek, R. Kizek:Studium vlivu kadmia na změny hladiny vybraných enzymů u raných somatických embryí smrku ztepilého P.Bulíř: Proměnlivost a čas aneb fenologické záznamy pod drobnohledem M.Svobodová, J.Šantrůček: Vliv hustoty porostu a výšky seče na kořenový systém trav H.Burešová,K.A.Mocová,H.Motejlová:Srovnání fytotoxicity a akumulace kadmia u dvou variet kukuřice (Zea Mays L.) A.Gogoláková:Vplyv vodného stresu na fotosyntézu Dendramthema indicum P.Štrba, I.Marhevský, A.Gogoláková: Klíčenie Dipsacus silvestris L. v rôznych podmienkach E. Candráková:Stresové faktory pri pestovaní Lupiny bielej (Lupinus alba, L.) A.Diviaková E. Kočická:Funkčná účinnosť líniových formácií nelesnej drevinovej vegetácie voči plošnej vodnej erózii v okolí obce Žibritov (Štiavnické vrchy) J.Hakl,L.Krajíc,J.Šantrůček,M.Hrubá:Vliv odolnosti k napadení chorobami kořenového systému na výnos vojtěšky seté v poloprovozních podmínkách F.Hnilička,J.Martinkova,M.Koudela,L.Svozilová:Vliv 24-epibrassinolidu na výměnu plynů květáku 195 F.Hnilička,H.Hniličková,D.Holá,M.Kočová,O.Rothová:Stomatální inhibice výměny plynů kukuřice pod vlivem vodního deficitu 199 H.Hniličková,F.Hnilička,P.Svoboda:Vliv vodního deficitu na rychlost fotosyntézy a stomatální vodivost chmele H.Hniličková,F.Hnilička,P.Svoboda: Vliv různého závlahového režimu na fyziologické charakteristiky chmele P.Mikulková,L.Holková,M.Klemš,M.Bradáčová,I.T.Prášil:Hodnocení suchem aktivovaných stresových reakcí u vybraných odrůd ječmene jarního P.Hrstková,T.Středa: Hodnocení adaptability vybraného sortimentu odrůd pšenice ozimé na odlišné vláhové podmínky v půdě A.Bilavčík.P.Jadrná,J.Zámečník,M.Faltus:Mrazuvzdornost dormantních pupenů jabloní a hrušní ve vztahu ke kryoprezervaci P. Knot, F.Hrabě, J.Vrzalová:Vliv abiotických faktorů na klíčivost vybraných travních druhů L. Kováč, J. Jakubová:Vplyv agroklimatických podmienok Východoslovenskej nížiny na úrodu sušiny ďatelinovín O.Kryštofová, J.Baloun, D. Húska, V. Adam, K. Bartušek,L. Havel, J. Zehnálek, R. Kizek: Porovnání vlivu iontů olova a zinku na příjem vody u raných somatických embryí smrku pichlavého O.Kryštofová, J.Baloun,D.Húska,V.Adam,J.Jarkovský,L. Havel, J.Zehnálek, R.Kizek: Topografie enzymové aktivity aminotransferáz v listech salátu vystavených působením olovnatým iontům Z.Kuliková, A.Lux:Vliv kremíka na vybrané hybridy Zea Mays L vystavené abiotickému stresu z kadmia J.Martinek,M.Svobodová,T.Králíčková: Vliv vodního stresu na klíčení vybraných druhů trav J.Mokričková,P.Salaš:Vplyv pomocných pôdnych látok na kvalitu škôlkarských výpestkov pestovaných v kontajneroch M.Nováková:Identifikácia regiónov s výskytom sucha v podmienkach pol nohopodársky využívaného územia SROV M.Koudela,F.Hnilička,J.Martinkova:Vliv brassinosteroidů na vybrané obsahové látky a celkovou antioxidační kapacitu květáku při různých úrovních závlahy M,Neuberg,M.Pavlík,D.Pavlíková,J.Balík:Produkce volných aminokyselin u rostlin kukuřice v závislosti na formě utilizovaného dusíku A.Jezdinský,M.A.Abdelaziz,R.Pokluda,K.Petříková:Vliv vodního stresu na vybrané charakteristiky rajčat 271 M.Peško, K. Kráľová, E.Masarovičová : Ovplyvnenie akumulácie kadmia selénom v rastlinách Vigna Radiata L

8 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin P.Ferus: Aktivita fotosystémov II v listoch jablone počas letných teplotních extrémov:úloha podpínka R.Gebauer,J.Dreslerová,I.Fundová,A.Kohutka,T.Koutecký,D.Volařík,L.Langerová,M.Martinková: Horská hranice lesa jako citlivý indikátor změn klimatu studie Pinus Pumila(Pallas)Regel na poloostrově Kamčatka,Rusko B.Piršelová,R.Kuna,A.Gogoláková,I.Matušíková:Biochemické aspekty účinkov olova, kadmia a arzénu na korene sóje fazul ovej..287 A.Žofajová,M.Užík:Stabilita úrody zrna domácich a zahraničných odrôd ozimnej pšenice V.Potop,V.Kožnarová,L.Türkot:Hodnocení mimořádného a rozsáhlého sucha v roce 2006 a 2007 na území ČR.295 E Hunková, J.Ferencová,M.Brestič,M.Živčák,E.Masarovičová:Ekofyziologické prístupy hodnotenia produkčného procesu kapusty repkovej pravej (Brassica napus subsp. napus).299 M.Babulicová:Úroda a kvalita zrna pšenice letnej formy ozimnej v osevných postupech s rôznym podielom obilnín A.Hegedüsová,P.Boleček,R.Kuna,S.Jakabová,O.Hegedüs,J.Švikurová:Zvýšenie intenzity transferu a efektívnosti využita kadmia indukovanou fytoextrakciou v systéme pôda rastlina J.Martincová, Ľ.Ondrášek:Účinok špeciálnych mikrobiálnych prípravkov na úrodu a pôdne vlastnosti v podmienkach klimatickej zmeny Ľ.Ondrášek,J.Martincová,J.Čunderlík:Vplyv organického a minerálneho hnojenia na pôdno-biologické vlastnosti a retenčnú schopnosť pôdy pod poloprírodným trávnym porastom v podmienkach klimatickej zmeny B.Procházková,A.Lux:Úloha koreňovej čiapočky v príjme iónov kadmia při rostlinách kukurice a Eichhornie H. Červinková,O.Novák,M.Strnad,R,Vaňková:Vliv abiotického stresu(zvýšená teplota,sucho) na rostliny tabáku se sníženým obsahem cytokininů M.Henselová,Ľ.Slováková:Porovnanie účinkov listových hnojív Campofort s obsahom zinku a železa na rastliny fazule mungo pestovanej v stresových podmienkach J.Martinková,F.Hnilička,V.Hejnák:Změny hmotnosti klasů a počtu obilek jarního ječmene v závislodti na vodním stresu A.Bilavčík,P.Jadrná,R.A.Casal,J.Zámečník,M.Faltus, O.M.Jandurová:Tolerance dormantních pupenů révy vinné k dehydrataci M.Vaculík,A.Lux,B.Lalinská,L.Jurkovič,P.Šottník,M.Chovan:Arzén v rastlinách rastúcich na niektorých starých banských lokalitách Slovenska H,Motejlová,H.Burešová,K.A.Mocová:Vliv odpadních vod na růst okřehku (Lemma minor L.) a klíčivost hořčice(sinapis alba L.) R.Kotková,B.Zámečníková:Vodní a osmotický potenciál rodu Hibiscus,Pelargonium a Saintpaulia 356 V.Holubec:Monitorování výskytu pažitky Alium schoenoprasum L. na lokalitách v ČR M.Kovár, I.Černý:Aplikácia nitrofenolátov ovplyvňuje toleranciu čakanky na sucho J.Šmolík,V.Hejnák,F.Hnilička:Obsah fotosynteticky aktivních pigmentů a rychlost fotosyntézy u vybraných druhů pšenic Z.Lubovská,N.Wilhelmová,M.Havlová,R.Vaňková,H.Štorchová:Vliv cytokininů na zastoupení isoforem antioxidačních enzymů při vystavení tabáku suchu a teplotnímu šoku L.Bláha,M.Vyvadilová,M.Klíma: Výběr genetických zdrojů řepky ozimé se zvýšenou suchovzdorností pomocí laboratorních testů

9 Vliv abiotických a biotických stesorů na vlastnosti rostlin : A JMENNÝ REJSTŘÍK Adam V. 111,115,153,233,237 Galinová M. 115 Abdelazis H. A. 271 Gogoláková A. 171,175,287 B G Gebauer R. 283 Gregorová H 99 Babulicová M. 87,304 H Bartušek K. 233 Hanzalová A. 142 Bartoš P. 142 Haisel D 130 Baloun J. 111,115,153,233,237 Hakl J. 191 Baluškav F. 19 Havel L. 111,115,233,237 Balík J. 265 Hegedüs O. 309 Benešová M. 124,130 Hegedüsová A. 309 Binková L. 73 Hermuth J. 22 Boleček P. 309 Hejnák V. 340,373 Brestič M. 299 Henselová M. 335 Burešová H 167,352 Havlová M. 377 Binková L. 73 Hniličková H. 130,199,203,207 Bláha L. 12,383 Hnilička F. 12,130,195,199,203, Bulíř P ,261,340,373 Bradáčová M. 211 Holá D 130,199 Bilavčík A. 221,344 Holubec V. 360 Hofman J. 234 C Honnerová J. 124,130 Candráková E. 179 Hrabě F. 73,225 Casal R. 344 Hronková M. 152 Č Hrubá M. 191 Hrstková P 216 Červinková H. 108,328 Holková L. 211 Čunderlík J 318 Horčička P. 84 Černý 365 Hunková E. 299 D Húska D. 111,115,153,233,237 Diopan V. 111 Diviaková A. 185 CH Dobrá J. 105 Chrpová J. 142 Dotlačil L. 22 Chovan M. 348 Dresslerová J. 283 J Ď Jakubová J. 229 Ďatko M. 189 Jakabová S. 309 Jadrná P. 221,344 F Jarkovský A. 237 Faltus M. 147,221,344 Jandurová M. 344 Faberová I. 22 Jezdinský A. 271 Ferus P. 279 Jedelský P. 124 Ferencová J. 299 Jurkovič L. 348 Flexas J. 152 Fundová I. 283 Fischer L

10 Vliv abiotických a biotických stesorů na vlastnosti rostlin : K Martinková M. 283 Kaiser J. 115 Martinek J. 245 Kryštofová O. 111,115,153,233,237 Mocová K. 167,352 Kizek R. 111,115,153,233,237 Marhevský I. 175 Králíčková T. 245 Mokričková J. 249 Knot P. 73,225 Motejlová H. 167,352 Kotková R. 356 Maršík P. 151 Kožnarová V. 49,295 Matušiková I. 287 Klabzuba J. 49 Klemš M. 211 N Klíma M. 383 Novák O. 108,328 Kukla J. 95 Nováková M. 254 Kuklová M. 95 Našinec I. 86 Kunzová E. 59 Neuberg M 265 Kusá H. 88 Kolář J. 105 Kučera T. 130 O Krajíc L. 191 Ondrášek L. 313,318 Kočická E. 185 Ovesná J. 36 Kohutka A. 283 Kočová M. 130,199 P Koutecký.T 283 Pavlík M. 265 Kosová K. 29 Pavlíková D. 265 Kolář J. 105 Peško B. 40,275 Koudela M 195,261 Petříková K. 271 Kováč L. 229 Piršelová B. 287 Kovár P. 99 Pokluda R. 271 Kráľová K. 40,275 Prášil I. 29,211 Kuna R. 287,309 Potop V. 49,295 Krajíc K. 191 Procházková D. 130,324 Kuliková Z. 241 Kovár M. 365 L Lalinská B. 348 Langerová L. 283 Lux A. 241,324,348 R Lošák M. 73 Rothová O. 130,199,220 Lubovská Z. 377 Růžek P. 88 M Macek T. 111 Macková M. 111 Martincová J. 313,318 Masarovičová E. 40, 275,299 Mikulková P. 211 Martinková J ,340 10

11 Vliv abiotických a biotických stesorů na vlastnosti rostlin : S Salaš P. 249 Vaculík M. 105,348 Stehno Z. 22 Vaněk T. 151 Strnad M. 108,328 Věchet L. 136 Slováková L. 335 Veškrna O. 142 Shestivska V. 111 Vańková R. 105,108,328,377 Straka J. 73 Vyvadilová 383 Straková M. 73 Vrzalová J. 225 Svobodová M. 163,245 Vrábl D. 152 Svoboda P. 203,207 Vítamvás P. 29 Sloup J. 73 Vrchotová N. 120 Svozilová L. 195 Vašková M. 67,152 Středa T. 216 Vavera R. 88 Vyskot B. 18 V Volařík D. 283 Š Šantrůček J. 152,163,191 Ševčíková.L 73 W Štorchová H. 105,377 Wilhelmová N. 130,377 Štrba P. 175 Šerá B. 120 Z Švikurová J. 309 Zehnálek J. 115,153,233,237 Šotník P. 348 Zámečník J. 147,221,344 Školáček Z. 29 Zelenková S. 29 Šmolík J. 373 Zitka O. 111 Zámečníková B. 356 T Türkot L. 295 Ž Živčák M. 299 U Žofajová A. 291 Užík M

12 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ÚVODNÍ SLOVO Vážené kolegyně, vážení kolegové Stresy jsou do jisté míry i módní téma. Nicméně je však nutné konstatovat, že se jedná o téma vysoce aktuální, neboť vezmeme-li antropogenní stresy, je možno uvést, že soustavné ničení přírody pokračuje a bude pokračovat dále, ať se tento názor líbí nebo nelíbí, důkazy jsou bohužel nezvratné. Jakákoliv činnost člověka sebou nese negativní dopady.pro přírodu Dokonce i tzv. ekologické činnosti mají většinou negativní vlivy. Těchto činností je možno vyjmenovat desítky. Ačkoliv to zní hrozivě pro zastavení procesu devastace přírody existuje jediná možnost - nižší počet obyvatel na Zemi Před všemi obyvateli planety je nyní nastolena otázka. Jakým způsobem lze tyto vlivy alespoň zmírnit? Přes veškerou snahu států či různých organizací devastace pokračuje. Například, aby příroda ČR měla možnost dokonale regenerovat, je nutné odhadnout optimální počet jejího počtu obyvatel. Podle ekologů by Česká republika měla mít 5 milionů obyvatel. Představa, že většina obyvatel Země bude méně devastovat přírodu, dosáhne-li se u nich stejné životní úrovně jako v Evropě a v USA není reálná, chybí totiž energie. Toto se týká 97 % obyvatel Země. Tzv. zelená revoluce, do které se vkládala velká naděje je založena i na využití agrochemikálií... V případě fyzikálních stresů (sucho,vysoká teplota, nízké ph, atd...) je situace poněkud optimističtější z pohledu eliminace těchto negativních vlivů na Zemi. Z uvedeného krátkého úvodu vyplývá i cíl tohoto našeho již tradičního setkání. Z tohoto pohledu by měla konference poskytnout jako v minulých létech příležitost k výměně výsledků teoretického a praktického výzkumu v oblasti stresové fyziologie rostlin, meteorologie, klimatologie, ekologie a ekofyziologie. Jedná se o aktuální problematiku, která bude mít stále vyšší význam v zemědělském a v biologickém výzkumu, neboť zvyšující se variabilita počasí a dlouhá období sucha mají již za následek postupný vznik pouště v centrální části Španělska (první velká evropská poušť ) a poměrně hrozivou situaci v některých částech jižní Evropy. V této oblasti Evropy se uvažuje o pěstování tradičních plodin a jejich náhradě za plodiny, které mají nižší spotřebu vody. Důsledky globální změny klimatu, které mají značný vliv na zajištění dostatku potravy, je nutné řešit především v hladovějících oblastech Země, ale i ekonomicky rozvinuté státy mají nutně zájem na maximalizaci rostlinné produkce při minimalizaci vstupů - zejména vody a ohleduplnosti k životnímu prostředí. V naší republice v období bylo zaznamenáno 12 nejteplejších let za dobu pozorování globální teploty. Situaci kterou způsobuje občasné sucho a vysoká teplota navíc 12

13 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zhoršuje současný stav zemědělství, kde prakticky ještě navíc neexistují osevní postupy a kvalita půdy klesá. Zvyšují se plochy obilnin, řepky, lnu, olejný len drasticky ubývá, u brambor se pokles zastavil, u konopí a chmele se výměry dále snižují Obdobná situace je také u luskovin, cukrovky, u trav se situace mění podle druhu. Z tohoto pohledu se jako perspektivní jeví mák a slunečnice, ječmen. Nejproduktivnější oblastí pro obilniny není již jih Moravy a oblast kolem Labe ale okraje Českomoravské vysočiny. Na Českomoravské vysočině se již lokálně zavlažují brambory.v naší zemi je podle evropských předpokladů očekáván postupný vzrůst průměrné teploty o 2 C a postupný pokles srážek-tedy situace podobná jako na Balkáně, ale v mírnější podobě. - Obecný vědecký názor vyplývající z posledních diskusí na Evropské agronomické konferenci je pesimistický: rychlost změn klimatu a průběhu počasí je na některých lokalitách jihu Evropy tak velká, že téměř neexistují metody účinného boje. Proč? Není voda. Jedná se o podcenění dané problematiky. Bohužel se více o problému mluví, než-li se jedná. Závěry nejsou příliš optimistické ani když se mění vlastnosti rostlin šlechtěním, pomocí metod genového inženýrství, ale i introdukcí genových zdrojů. Změny skladby odrůd jsou pomalejší, než-li je dosavadní rychlost změn klimatu a variability průběhu počasí. Výsledky u některých plodin v posledních letech v České republice naznačily, že řada odrůd již nedokáže s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých výnosových možností. Jedná se tedy o signál, jakým směrem by se měla pozornost vědců a šlechtitelů zaměřit. Zemědělství na zemi - současný stav V současné době na Zemi živí lidstvo cca 200 základních plodin a 30 druhů živočichů. Základní typy zemědělské produkce na Zemi představuje následující přehled: lov a sběr, žďáření, plantáže, kočovný chov dobytka, pěstování rýže, tradiční chov dobytka a ovcí, zahradnictví, mediteránní oblast (s typem spíše extenzivní způsob hospodaření) 13

14 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin klasické zemědělství a obilnářství (Čína, USA, Indie, Rusko, Francie a ostatní země klasickým zemědělstvím). Jak je vidět uplatnění výzkumu nemá a ani nemůže mít svůj vliv u všech uvedených aktivit. Přičemž se navíc uvádí a je to součástí řady konferencí a jednání, (např. konference ESA), že výuka a výzkum však stále nemají stále propojení se zemědělstvím takové, jaké by mělo být. Vývoj klasického zemědělství za poslední půlstoletí Hlavními cíly zemědělství by mělo být zachování, či zlepšeni životního prostředí, produkce s nižšími energetickými vstupy, maximální pozornost snížení vlivu fyzikálních stresů, zvýšení provázanost mezi zemědělskou praxí a zemědělským výzkumem. Cíle zemědělství se mění, jak je níže uvedeno poměrně značně: v 50 letech minulého století zemědělství mělo za úkol zavádění anorganických hnojiv, v 60 letech se zaváděla chemie do ochrany rostlin, v 70 letech se jednalo o využití plodin v průmyslu, v 80 letech se objevilo organické zemědělství, v 90 letech se objevily geneticky modifikované rostliny V současné době se jedná vedle problematiky bioenergetických plodin, geneticky modifikovaných plodin především o problematiku zvyšující se variability počasí, globálního oteplování a postupné změny klimatu. Žádoucí by bylo, jak se stále častěji uvádí aby fyziologický výzkum více probíhal na rostlinách využívaných člověkem (bezprostřední dopad) a ne na tzv. modelových. druzích. Důvody pro tento požadavek nejsou jen praktické ale i fyziologické (diverzita metabolismu). Bohužel též ubývá prací zabývajících se celistvostí rostliny. Které jsou základní vlastnosti rostlin požadované pro praktické cíle při současných podmínkách počasí. Uvedený přehled, který byl již dříve publikován je za poslední dva roky jen mírně rozšířen.jedná se o -:1/ Ranost, 2/ Rychlý nárůst biomasy za účelem zkrácení vegetace a rychlého zakrytí povrchu půdy za účelem snížení výparu, 3/ Odolnost vůči suchu,4/ Odolnost vůči vysoké teplotě, 5/ Odolnost vůči kombinaci vysoké teploty a sucha, 6/ Široká adaptabilita, tj. schopnost tolerovat výkyvy průběhu počasí. Uvedený cíl vychází z velmi složitého fyziologického jevu, který se vyskytuje u některých planých druhů a málokterých zemědělských plodin, 7/ Zlepšování vitality semen a efektivnosti využití vody v průběhu klíčení 8/ Zlepšení poměru kořeny nadzemní část ve prospěch kořenové soustavy či dosažení optimálního poměru9/ Využití genových zdrojů odolnosti vůči abiotickým stresorům, 10/ 14

15 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Využití krajových odrůd a genových zdrojů, 11/ Zvýšená efektivnost využití vody, 12/ Zvýšená reflektance listů - propustí jen fotosynteticky účinné záření, 13/ Zlepšování intenzity fotosyntézy - zlepší se tím efektivnost využití vody, 14/ Testování novošlechtění, nových odrůd v extrémních podmínkách, 15/ Osmotické přizpůsobení již od počátku klíčení. Stresory-mají vždy pleiotropní vliv na rostlinu (ABA, heat shock proteins,volné radikály, změna osmoregulace, atd.). Ne všechny známé reakce rostlin na sucho a metabolické pochody s nimi svázané se dají pak vždy použít jako selekční kritéria. Při otázce jaký má být metabolismus rostlin se vychází víceméně z prakticky získaných výsledků měření metabolismu stresu odolných rostlin. Zdá se že je to úspěšná cesta.fyziologické modely pro šlechtitele-mají výběr znaků a jejich kombinací přímo podle odrůd lépe hospodařících s vodou tedy podle parametrů naměřených přímo v podmínkách sucha a parametrů na nich naměřených v podmínkách sucha Jedná se tedy o základní změnu v přístupu k této problematice který byl již prezentován v roce 2007 ve Viborgu., jak již bylo uvedeno na loňské konferernci Požadavky na růst a vývoj rostlin v současně se měnících podmínkách možnosti genetiky šlechtění zatím neomezené Ideální růst a vývoj rostlin má být od počátku doprovázen efektivním využitím vody. Tedy již semena mají mít velkou energii růstu a již od klíčení má být efektivní využití vody, rostlina má co nejrychleji zakořenit do větší hloubky a mít co nejrychlejší nárůst biomasy. Následuje požadavek na rychlý nárůst biomasy a zkrácení vegetace, aby se rostliny vyhnuly období sucha v době růstu sklizňových částí rostlin. Zajímavé je, že doba kvetení se u řady plodin prodloužila a doba nalévání zrna je dosti pevně geneticky zafixovaná. Zkrácením vegetace tyto dva procesy pak mohou probíhat v době před nástupem maximálních teplot. Další skutečností posledních třiceti let šlechtění obilovin je, že se ne záměrným výběrem posunulo pěstování směrem k ranějším typům, které spíše ve výnosových zkouškách obstály. Na rozdíl od pozdních, genotypů, které snížily výnos díky nedostatku vody. Důležitý je požadavek na částečné zavírání stomat od určitého stupně sucha tak, aby ale mohla dále probíhat fotosyntéza. Delší období sucha mají vliv na chemické složení sklízených částí rostlin. Například známá a obecně přijímaná je skutečnost, že po nástupu sucha například obilniny mají vyšší obsah bílkovin- je to logický důsledek transportních a metabolických procesů v podmínkách sucha. Simuluje-li se však v umělých podmínkách celovegetační sucho provázené vyšší teplotou, mají pak i po celou vegetaci vyšší teplotu i kořeny díky prohřátí půdy do hlubších vrstev a chemické složení semen je u plodin a jejich odrůd značně odlišné a často nečekané. 15

16 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Při hodnocení plodin je nutno rozlišovat celovegetační sucho (obvykle je doprovázeno vyšší teplotou a od začátku vegetace se jedná o vývoj habitu a kořenů přizpůsobených suchu), sucho které přichází obvykle na konci vegetace (odrůda dokáže i v době kvetení reagovat na sucho zvětšením kořenového systému a celou řadou metabolických funkcí) a střídavé sucho, kde je nutno sledovat i plasticitu dané plodiny (jedná se u většiny změn o vratné procesy po odeznění vlivu negativních podmínek). U všech třech typů reakce na sucho se jedná o fyziologicky odlišné reakce rostlin. Stále vyšší důraz je kladen na kořenový systém, jako tradičně sklizňový index a hodnocení intenzity fotosyntézy jakožto jednoho z ukazatelů efektivnosti využití vody. Efektivnosti využití vody je věnováno velké množství prací. Existuje velké množství prací hodnotících efektivnost využití vody i v polních podmínkách, ale s obrovskou variabilitou ve výsledcích díky různým plodinám, metodám, atd.tyto postupy zde nejsou uvedeny pro jejich velké množství. Při zavlažování je též nutná znalost ve kterých fázích růstu a vývoje je nutné vodu aplikovat. Jak již bylo uvedeno,výsledky u některých plodin v posledních letech jasně naznačily, že řada odrůd již nedokáže s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých výnosových možností. Jedná se tedy o signál, kterým směrem by se měla pozornost vědců a šlechtitelů zaměřit A tím i změnit či upravit cíle jednotlivých grantových agentur kde se tato situace odsud neobráží. Ing Ladislav Bláha CSc, ing.františek Hnilička Ph.D 16

17 VYZVANÉ REFERÁTY

18 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MECHANISMY VÝVOJOVÉ REGULACE GENOVÉ EXPRESE MECHANISMS OF DEVELOPMENTAL CONTROL OF GENE REGULATION Boris Vyskot Department of Plant Developmental Genetics, Institute of Biophysics AS CR, Královopolská 135, Brno, vyskot@ibp.cz Souhrn Organismy si vyvinuly adu mechanism, jak reagovat na zm ny životního prost edí, pat í mezi n i zapínání a vypínání jednotlivých gen, které m že být fixováno (asimilováno) nejen v pr b hu ontogeneze, ale i v procesu evoluce. To p ipomíná již po dv století zavrhovanou teorii adaptivní evoluce i d di nosti získaných znak francouzského u ence Jeana-Baptiste Lamarcka. Conrad Waddington vyslovil adu teorií o flexibilit metabolických drah, snad nejlépe ilustrovaných jeho obrazem epigenetické krajiny. Bu ka se vpr b hu ontogeneze postupn ireverzibiln diferencuje v závislosti na vnit ních a vn jších faktorech prost edí. Tomu odpovídá i teorie regulativního (epigenetického) vývoje: osud jednotlivých bun k není prederminován, nýbrž se odvíjí na základ signál z prost edí. Waddington provád li adu experiment, v nichž demonstroval význam adaptivních mechanism. Nejznám jší jsou experimenty s drosofilou, kde prost ednictvím rozkolísání podmínek embryogeneze éterovým i teplotním šokem a následným výb rem selektoval fenokopie mutant typu bithorax i cross-veinless. V následných generacích docházelo k asimilaci vývojových drah, tedy fenoyp byl fixován i bez následné selekce. K dalším významným jev m popsaným Waddingtonem a Goldschmidtem p i studiu adapta ních mechanism pat í kanalizace: realizace fenotypu je restrik ní, genetická variabilita je pufrována, takže dochází ke vzniku omezeného po tu fenotyp. Na základ recentních studií již byly objasn ny n které molekulární mechanismy tohoto pufrování: klí ovou roli hrají heat shock proteiny. Je to pom rn širokospektrální skupina molekulárních chaperon, které mají zajiš ovat správnou strukturu i funkci mnoha protein. Vy azení funkce hsp prost ednictvím mutace i chemickou inhibicí vede k uvoln ní skryté genetické variability. Jinou roli hrají jevy epigenetické: jde o široké spektrum nemendelistické d di nosti, která se odehrává p edevším na úrovni regulace transkripce. Termín epigenetika zavedl Waddington a v dnešním pojetí jde o p enos informace jiné než je sled nukleotid v molekule DNA. Epigenetické jevy m žeme klasifikovat podle mechanismu ú inku, jejich pravd podobnosti i délky trvání. K mechanism m pat í zejména uml ování gen na úrovni transkripce (metylace DNA, modifikace nukleozomálních histon, vazba protein Polycomb) i posttranskrip ní (RNA interference). V tšina epigenetických stav p etrvává jen po dobu života jedince (mitotický p enos, bookmarking), jiné se p enášejí i do pohlavního potomstva (meiotická transmise), p i emž mechanismy p enosu této infornace jsou dosud nejasné. Pod kování za finan ní pomoc LC (MŠMT). 18

19 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STRESS PERCEPTION AND ADAPTATION IN PLANTS FROM THE PLANT NEUROBIOLOGY PERSPECTIVE František Baluška IZMB, University of Bonn, Kirschallee 1, Bonn, Germany Phone: , baluska@uni-bonn.de Plants are generally considered to be passive and insensitive organisms. One can trace this strong belief back to Aristoteles who put immobile plants outside of the sensitive life domain. But there are numerous new data which are incompatible with such views. Plant Neurobiology initiative is part of the current paradigm shift in plant sciences. In the last twothree decades, plants have been demasked as very sensitive organisms, monitoring and integrating large amounts of abiotic and biotic parametres from their environment. Plants are unique as their development and morphogenesis are plastic throughout their life. They continuously monitor diverse biotic and abiotic parameters of their environment and these sensory perceptions shape their organs and bodies. Although genes are critical, the final form and architecture of above-ground organs, and especially of root systems, are determined by their sensory activities associated by motoric responses. Plants retrieve properties of their environment via sensory perceptions which are critical for their survival. Especially light and gravity, two physical factors pervading the universe, are essential in this respect. Plants actively experience environment and can both store and retrieve memories in order to drive active life-style. Nevertheless, there are several critical situations requiring centralized decisions in plants, such as, for instance, the onset of flowering and the onset or breakage of dormancy. Although these decisions are based on information retrieved via numerous distant organs, they imply some central processor which would reliably control the whole plant body. Importantly, any wrong decision would have detrimental consequences for the whole plant. Future studies focusing on these new aspects of plants will allow us to understand plants and their unexpected sensory, communicative and social aspects. Contrary to all mechanistic predictions based on the high turgor pressure of plant cells, endocytosis has been found to be an essential process of plant cells which impinges upon almost all aspects of plant life. Moreover, recent advances in the plant molecular biology have identified, besides classical neurotransmitters, also several proteins typical of animal neuronal systems, such as acetylcholine esterases, glutamate receptors, GABA receptors and endocannabinoid signalling components, as well as indicating signalling roles for ATP, NO and ROS. Importantly, plant action potentials have turned out to control processes such as actin-based cytoplasmic streaming, plant organ movements, wound responses, respiration and 19

20 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin photosynthesis, as well as flowering. Last, but not least, there have been significant advances in ecological studies on plant-plant and plant-insect communications, in behavioral studies on memory and learning phenomena in plants, as well as the revelation that complex plant behaviour implicates neuronal signal perception, processing, and the integration of ambient signals. The plant neurobiological perspective reveals several surprises when the classical plant hormones like auxin, abscisic acid, ethylene, and salicylic acid are considered from this angle. Auxin and abscisic acid elicit immediate electric responses if applied to plant cells from outside, suggesting that their regulated release within plant tissues may be a part of neurotransmitter-like cell-to-cell communication. Abscisic acid signaling pathway is conserved between plants and animals and this signalling molecule both stimulates and is endogenously produced in human granulocytes in a way suggesting that it acts as endogenous proinflammatory cytokine. Biologically active abscisic acid was isolated also from brains of vertebrates indicating possible roles of abscisic acid in the central nervous system. Salicylic acid activates similar subset of MAPKs as voltage pulses. Ethylene, a classical plant hormonone, is an anaesthetic, a fact that plant physiologists have ignored until now. Interestingly, anaesthetics used on animals including man, induce anaesthetising effects on roots similar to those of ethylene. Ethylene is released in mechanically stressed plant tissues, and structurally diverse anaesthetics activate mechanosensitive channels. As ethylene is released after wounding, it might act to relieve pain in plants. There are numerous other plant-derived substances, which manipulate the pain receptors in animals, such as capsaicin, menthol, camphor. Interestingly, the monoterpene volatiles, menthol and camphor induce oxidative stress and inhibit root growth in maize, indicating that they, too, act as plant signalling molecules. Finally, plants express inhibitors that are specific to the neuronal nitric oxide synthases. Another example of neuronal-like behaviour of plants is the report that prevention of nyctinastic movements of leguminous leaves causes their death while leaves allowed to sleep stayed healthy. This resembles the situation in animals. Although melatonin was discovered in plants more than ten years ago, we know almost nothing about roles of melatonin in plants despite the fact that it is biochemically closely related to auxin. Interestingly in this respect, melatonin mimics auxin in the induction of lateral root primordia from pericycle cells. Recently, dramatic salt-induced modification of root growth direction has been observed which represent new salt-avoidance tropism of root apices. This salt-avoidance behavior of growing root apices represents an active adaptive mechanism for plants grown under saline conditions. It was also shown that growing root apices can recognize in advance dangerous substrate (soil) patches having high aluminium and avoid them using similar active avoidance 20

21 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin root tropism. Our recent study revealed that neuronal molecules like synaptotagmins are relevant for coping of plant cells with salt stress and these proteins are relevant also for adaptation to cold stress. All these reports document that plants have a fine and sophisticated sensory and communicative systems that enable them to dynamically and efficiently cope with rapidly changing environment. Further Reading Baluška F, Šamaj J, Menzel D (2003) Trends Cell Biol 13: Baluška F, Mancuso S, Volkmann D, Barlow PW (2004) Biologia 59: 9-17 Baluška F, Volkmann D, Menzel D (2005) Trends Plant Sci 10: Baluška F, Mancuso S, Volkmann D (2006) Communication in Plants: Neuronal Aspects of Plant Life. Springer-Verlag Baluška F, Mancuso S (2009) Cogn Process, In press Baluška F, Mancuso S (2009) Plant-Environment Interactions. Springer-Verlag Baluška F (2009) Plant Signaling. Springer-Verlag Brenner E et al. (2006) Trends Plant Sci 11: Brenner ED, Stahlberg R, Mancuso S, Baluška F, Van Volkenburgh E (2007) Trends Plant Sci 12: Brenner E et al. (2006) Trends Plant Sci 12: Bruce TJA, Matthes MC, Napier JA, Pickett JA (2007) Plant Sci Darwin C (1880) The Power of Movements in Plants. London: John Murray. Eckardt NA 2009) Plant Cell, In Press Fromm J, Lautner S (2007) Plant Cell Environm 30: Gális I, Gaquerel E, Pandey SP, Baldwin IT. (2008) Plant Cell Environ 2008; In press Karban R (2008) Ecol Lett 11: Li X, Zhang WS (2008) Plant Signal Behav 3: Mancuso S, Shabala S (2007) Rhytms in Plants. Springer-Verlag Ruuhola T, Salminen JP, Haviola S, Yang S, Rantala MJ (2007) J Chem Ecol 33: Šamaj J, Baluška F, Menzel D (2006) Endocytosis in Plants. Springer-Verlag Scott P (2008) Physiology and Behaviour of Plants. John Wiley & Sons Ltd. Schapire AL, Voigt B, Jasik J, Rosado A, Lopez-Cobollo R, Menzel D, Salinas J, Mancuso S, Valpuesta V, Baluška F, Botella MA (2009) Plant Cell, In Press Sun F, Zhang W, Hu H, Li B, Wang Y, Zhao Y, Li K, Liu M, Li X (2008) Plant Physiol 146: Trewavas A (2003) Ann Bot 92: 1-20 Trewavas A (2005) Naturwissenschaften 92: Trewavas A (2007) Trends Plant Sci 12: Volkov AG (2006) Plant Electrophysiology. Springer-Verlag Yamazaki T, Kawamura Y, Minami A, Uemura M (2009) Plant Cell, In Press 21

22 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝB R DONOR VÝZNAMNÝCH ZNAK Z KRAJOVÝCH A STARÝCH ODR D PŠENICE Ladislav Dotla il, Ji í Hermuth, Zden k Stehno, Iva Faberová Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 6 -Ruzyn, Drnovská 507 SOUHRN Dva soubory krajových a starých odr d pšenice (121 položek v souboru I. a 101 položek v souboru II.) byly spolu s moderními odr dami hodnoceny v t íletých polních pokusech. Staré odr dy se oproti kontrolám vyzna ovaly nižší produktivitou v d sledku nižší hmotnosti zrna na klas (zejména v d sledku nízkého po tu zrn v klásku) p i srovnatelných hodnotách HTS. Staré odr dy m ly však vyšší obsah hrubého proteinu ( o 2-3 %). Mezi deseti hodnocenými znaky vykázaly nejvyšší variabilitu (Vk 11-20%) délka klasu a znaky produktivity klasu (s výjimkou HTS s Vk 9 %). V obou souborech bylo možné nalézt cenné donory vysokého obsahu proteinu (Bergland, Ukrajinka, Sippbachzeller, Innichen Nr a Barbu du Finistere) a dalších cenných znak. Produktivita 31 vybraných krajových a starých odr d byla hodnocena v polních pokusech na šesti stanovištích; ty i moderní odr dy byly použity jako kontroly. Byl hodnocen výnos zrna, jeho stabilita a odezva na podmínky p stování. Pr m rný výnos kontrol byl o 51% vyšší než u starých odr d. Dvanáct starých odr d p ekonalo výnosovou úrove 4,0 t 1, mezi nimi domácí odr dy Bílá od Dukovan, Vouska z T emošnice, Židlochovická jubilejní osinatá a Chlumecká 12. Krajové a staré odr dy byly lépe schopny kompenzovat nep íznivé podmínky prost edí a vykazovaly vyšší stabilitu výnos, ovšem na nižší výnosové úrovni než moderní odr dy. Výrazn jší reakci na prost edí prokázaly moderní odr dy (b= 1,63) ve srovnání s nižší reakcí starých odr d (b= 0,88). R zná reakce na prost edí však byla zjišt na i v rámci starých odr d. V polních podmínkách byla hodnocena zimovzdornost starých odr d; bylo možné nalézt odr dy s vysokou zimovzdorností. Screeningovou metodou založenou na diskriminaci p ijímání izotopu uhlíku 13 C pr duchy rostlin byla p edb žn hodnocena suchovzdornost u širšího souboru genetických zdroj pšenice a je mene. A koliv jde o p edb žné výsledky, potvrzuje se ú elnost studia krajových odr d jako vhodných donor tolerance k suchu. Klí ová slova: ozimá pšenice, krajové a staré odr dy, produktivita, reakce na prost edí, zimovzdornost, odolnost k suchu ÚVOD Krajové odr dy vznikaly v kombinaci p irozené selekce (p dní a klimatické vlivy) a zám rné innosti lov ka (efekt výb ru, p stitelských technologií)- Belay et. al., Staré odr dy vznikaly z krajových odr d, nejd íve zpravidla hromadným i individuálním výb rem, teprve pozd ji, v prvé polovin 20. století, se uplatnilo k ížení jako nástroj získání nové genetické variability (rekombinací). Krajové a z nich odvozené staré odr dy jsou proto zpravidla dob e p izp sobeny místním podmínkám a vyskytujícím se stres m (Li et. al., 1997). Zachovaly si rovn ž vyšší hodnoty n kterých znak, které byly v d sledku selekce zm n ny a jež obtížn nalézáme u moderních odr d (nap. vysoký obsah proteinu, ranost)- Kato a Yokoyama (1992). Diskutována je rovn ž využitelnost krajových a starých odr d pro p stitelské využití p i nízkých vstupech (Brush a Meng, 1998). Krajové a staré odr dy jsou proto považovány za cennou sou ást genofondu zem d lských plodin a je jim v nována vzr stající pozornost. MATERIÁL A METODY Dva soubory krajových a starých odr d pšenice (121 položek v souboru I. a 101 položek v souboru II.) byly spolu moderními odr dami jako kontrolami (Sparta, Samanta a 22

23 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Ilona) hodnoceny v t íletých polních pokusech. Pokusy byly vysévány na parcelkách 1,5 m 2 na stanovišti v Praze- Ruzyni, s využitím b žných p stitelských postup, p i omezeném hnojení a bez použití morforegulátor. B hem vegetace byla zjiš ována ranost a délka rostlin, v dob zralosti bylo odebráno 30 stébel pro analýzy produktivity klasu a zjišt ní skliz ového indexu. Obsah hrubého proteinu v zrnu byl zjiš ován s využitím Kjeltec Auto System II (metoda dle Kjeldahla). Produktivita 31 vybraných krajových a starých odr d byla následn hodnocena v polních pokusech na šesti stanovištích; ty i moderní odr dy byly použity jako kontroly. Byl hodnocen výnos zrna, jeho stabilita a odezva na podmínky p stování. Pokusy byly zakládány v Praze Ruzyni a ve VÚRV Pieš any. Pro zjišt ní odezvy odr d na prost edí bylo využito výpo tu lineární regrese odr d na pr m rné hodnoty celého souboru v jednotlivých prost edích (Finlay, Wilkinson, 1963). Zimovzdornost odr d ozimé pšenice v polních podmínkách (hodnocení podle klasifikátoru pšenice) byla posuzována p i studiu core kolekce ozimé pšenice. Pomocí bodové stupnice (1-9) byl hodnocen ve 4 ro nících a na dvou stanovištích vyhodnocen soubor 437 genotyp. Pro studium genetických zdroj pšenice a screening potenciálních donor suchovzdornosti byla ov ována a využita laboratorní metoda založená na odhadu rozdíl v uzavírání pr duch rostlinami. Metoda vychází z diskriminace p ijímání 13 C rostlinami za ur itých podmínek; ím více mají rostliny otev ené pr duchy tím více diskriminují 13 C oproti 12 C, což se projeví na pom ru obou izotop v sušin zrna. Hypotéza: genotypy které mén diskriminují 13 C d íve uzavírají pr duchy a mohou být suchovzdorné. VÝSLEDKY A DISKUSE Porovnání hodnot sledovaných znak u dvou soubor krajových a starých odr d pšenice se dv ma moderními odr dami (kontroly) ukazují zm ny které byly dosaženy šlecht ním. P edevším produktivita klasu je u moderních odr d výrazn vyšší (hmotnost zrna na klas byla u kontrol vyšší o 9% u prvého souboru a o 31% u druhého souboru Tab. 1.). Taulka 1. Hodnoty znak a jejich variabilita u dvou soubor krajových a starých evropských odr d ozimé pšenice. Kontrolní odr dy Krajové a staré odr dy ozimé pšenice Hodnocené znaky Pr m rné hodnoty znak Pr m rné hodnoty znak Koeficienty variability (Vk %) Soubor I Soubor II Soubor I Soubor II Soubor I Soubor II Dny do kvetení ,7 4,5 Dny do zralosti ,9 1,9 Kvetení - zralost (dny) ,1 4,7 Výška rostlin (cm) ,8 8,7 Délka klasu (cm) 7,9 8,8 9,2 8,4 12,3 13,7 Hmotnost zrna/ klas (g) 1,34 1,95 1,23 1,49 19,9 16,4 Po et zrna na klásek 1,99 2,51 1,71 1,83 11,1 12,0 HTS (g) 39,8 47,9 39,6 44,4 8,9 9,5 Skliz ový index 0,48 0,51 0,39 0,39 9,0 9,9 Obsah hr. proteinu (%) 13,3 13,2 16,2 15,3 6,5 6,9 Soubor I: n = 124 odr d, Soubor II: n = 103 odr d 23

24 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Zna ný rozdíl mezi ob ma soubory je mj. d sledkem vyšší produktivity stejných kontrol (Samanta, Ilona) u souboru II., z ejm zejména v d sledku lepších podmínek prost edí v pr b hu pokus se souborem II. Je z ejmé, že šlechtitelský pokrok se projevil zejména v d sledku významného zvýšení po tu zrn v klásku (16% a 37% u souboru I. a II.), zatímco hmotnost zrna se p íliš nem nila. Zvýšení produktivity klasu bylo d sledkem významného zvýšení skliz ového indexu (HI) v našich pokusech o 23% a 31%- zejména v d sledku zkrácení stébla (o 33% a 38% oproti kontrolám). Zdá se, že délka klasu se p íliš nezm nila. Významné zm ny nebyly rovn ž zaznamenány v ranosti- tyto záv ry jsou nicmén ovlivn ny malým po tem kontrolních odr d. Zdá se, že šlecht ním se pon kud prodloužilo období tvorby zrna u moderních odr d (o 2-3 dny v d sledku ran jšího kvetení u moderních odr d). Krajové a staré odr dy naopak vykázaly významn vyšší obsah proteinu v obilkách (v našich souborech o 22% a 16%). I když také mezi krajovými a starými odr dami mají mnohé obsah proteinu srovnatelný s kontrolami, pop. i nižší, v tšina z nich (zvlášt odr dy s dlouhým stéblem a nižším HI) jsou charakteristické výrazn vyšším obsahem hrubého proteinu. V rámci krajových a starých odr d existuje rovn ž významná variabilita (Tab. 1.). V rannosti byla pon kud vyšší variabilita v dob kvetení oproti zralosti (Vk= 0,9% a 1,9%). Variabilita v období od kvetení do zralosti (doba pln ní zrna) byla významn vyšší než u p edchozích ukazatel ranosti (Vk = 5.1% a 4.7% u obou soubor ) a v pr m ru byla o 2 až 3 dny delší u moderních odr d. Velká variabilita byla zjišt na u znak produktivity klasu. Nejvyšší byla variabilita hmotnosti zrna na klas (Vk = 19,9% a 16,4%), následoval znak po et zrn na klásek ( Vk= 11,1% a 12,0%) a HTS m la veriabilitu nižší (Vk% 8,9% a 9,5%). Relativn vysoká produktivita klasu byla zjišt na u Tschermacks Marchfelder (2,0 g), v d sledku vysokého po tu zrn na klásek (2,06) a relativn vysoké HTS (46,2 g). Hmotnost zrna na klas vyšší než 1,7 g vykázaly také odr dy Antoninska Wczesna, Židlochovická jubilejní osinatá (HTS 46,7 g) a Victor (2,05 zrn na klásek). Tyto odr dy byly st edn ranné, s pon kud delším obdobím pln ní zrna. Odr dy Nordharzer Burg, Little Tiche, Slazaczka a Rimpaus Brauner Weizen hodnocené v souboru II. vykázaly pr m rnou hmotnost zrna na klas 1,9 až 2,0 g; produktivita klasu byla založena zejména na vyšším po tu zrn v klásku ( ), rovn ž HTS vykazovala vyšší hodnoty (47 54g). Skliz ový index vykazoval rovn ž zna nou variabilitu mezi odr dami ( 9,0% a 9.9% u obou soubor ). Také u krajových a starých šlecht ných odr d bylo možné nalézt n které, s vyšším HI (Hatvan- 0,48, Židlochovické jubilejní osinatá a eská p esívka- 0,45 v souboru I.; Japhet -0,47, A 15 0,48 a Lovink 0,50 u souboru II.). Naopak n které krajové odr dy m ly HI blízko 0,3 (Gelderse Ris, Blanc de Lorraine, Saumur d Automne v souboru I.; Willem I. a Bretonniers v souboru II.). Variabilita v obsahu hrubého proteinu m že být v kontextu výše uvedených znak považována za st ední (Vk. = 6,5%, resp. 6.9%), srovnatelná nap. s variabilitou ve výšce rostlin. U n kterých krajových odr d byly zjišt ny zna n vysoké hodnoty (v souboru I. nap. u odr d Bergland -18,7%, Ukrainka -18,1%, Sipbachzeller zu ,0%, ve druhém souboru u odr d Barbu du Finistere -18,0% a Innichen (Suedtirol) -18.1%. Vysoký obsah proteinu u krajových odr d pšenice je zmi ován mnoha autory (nap. Keller et al., 1991 ; Yang, Liang, 1995), námi zjišt né hodnoty pat í k nejvyšším uvád ným- a je proto na míst tyto hodnoty dále ov it. Naše t íleté hodnocení i následné pokusy s vybranými liniemi však tyto vysoké hodnoty potvrdily. Obsah proteinu u kontrol v pokusech dosáhl 13,4% a 13.5% u obou soubor, což odpovídá jejich charakteristikám. Z obou výše uvedených soubor krajových a starých odr d byly vybrány materiály s cennými znaky (kvalita, ranost) a relativn dobrou produktivitou a hodnoceny spolu se ty mi moderními odr dami jako kontrolami v šesti prost edích. Analýza výsledk ukázala, 24

25 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin že moderní odr dy dosáhly pr m rného výnosu 5,85 t.ha -1, tj. 151 % k pr m ru 31 vybraných krajových a starých odr d. Tento údaj je velmi blízký zjišt ní Mac Key (1993), který vy íslil p ínos švédského šlecht ní pšenice nár stem výnos o 49%. Z eských krajových odr d byly nejvýnosn jší Bílá od Dukovan, Vouska z T emošnice a Židlochovická jubilejní osinatka, s pr m rným výnosem p es 4,3 t.ha -1 ; tyto staré odr dy pat ily k šesti nejvýnosn jším (Dílá od Dukovan dosáhla pr m rného výnosu 4,61 t.ha -1, tj. o 24,7% mén než nejvýnosn jší kontrola Astella. N které krajové odr dy vykázaly relativn dobrý výnos p i jeho nízké variabilit (nap. Tschermacks weisser Marchfelder (4,47 t.ha -1, Vk= 22,2%), Vouska z T emošnice a Židlochovická jubilejní osinatá (Vk =22,6% a 22,9%). Velmi nízkou variabilitu výnos (Vk mén než 20%) jsme zjistili u n kolika odr d s nízkou produktivitou (nap. ma arská odr da Szekacz m la nejstabiln jší výnosy (Vk=14,7%) p i pr m rném výnosu 3,98 t.ha -1. Tyto výsledky potvrzují skute nost, že krajové odr dy vykazují vyšší stabilitu výnos, ovšem na výrazn nižší výnosové úrovni oproti moderním odr dám. Pro zjišt ní odezvy odr d na prost edí jsme výpo etli lineární regrese odr d na pr m rné hodnoty celého souboru v jednotlivých prost edích. Výsledky charakterizuje Graf 1. Jak ukazují výsledky regresní analýzy, mnohem výrazn jší reakci na prost edí prokázaly moderní odr dy (b= 1,63) ve srovnání s menší reakcí starých odr d (b= 0,87). R zná reakce na prost edí však byla zjišt na i v rámci starých odr d (Dotla il, Toman, 1991). N které z t chto odr d reagovaly na prost edí výrazn, podobn jako odr dy moderní (nap. Bílá od Dukovan, Brauner Fuchs, Barbu du Maconnais, Baltischer Winterweizen a Gammel Svensk Landhvete). Naopak odr dy Dolis-Puri 35/4 a Hatvani 5612 vykázaly velmi nízkou reakci na prost edí (b = 0,73). Odr dy s takovouto širokou adaptací mohou poskytnout lepší výsledky p i on farm konzervaci nebo p i p stování v systémech s nízkými vstupy. Mezi starými eskými odr dami mají k tomuto typu blízko Židlochovická jubilejní osinatá a Chlumecká 12, podobn avšak s vyváženou odezvou na prost edí reagovala i Vouska z T emošnice. Jak již bylo zmi ováno, krajové odr dy jsou zpravidla dob e adaptovány k abiotickým stresor m v lokalitách jejich p vodu. V R jde aktuáln zejména o stresy nízkých teplot a sucha. V rámci hodnocení core kolekce ozimé pšenice byla zjiš ována rovn ž zimovzdornost v polních podmínkách. Hodnoceno bylo 437 genotyp ve 4 ro nících na dvou stanovištích. Soubor zahrnoval krajové, staré i moderní odr dy ( core kolekce má za cíl shromáždit a reprezentovat genetickou diversitu celé kolekce). Nejvyšší zimovzdornost skute n vykazovaly odr dy p ímo odvozené z krajových populací, zejména ze severní a st ední Evropy, ale i n které moderní odr dy (Tab. 2). Ze starých eských odr d vykázaly nejvyšší zimovzdornost Rokycanská sametka, eská p esívka, Dobrovická p esívka P 2 a další. Patnáct odr d bylo hodnoceno nejvyšším bodovým skóre 9 (Mironovská 808, s velmi dobrou zimovzdorností, m la hodnotu 8). V souvislosti s intenzivním hospoda ením na p d (rostoucí pot eba vody pro zajišt ní zvyšujících se výnos ) a zejména pak v d sledku globálního oteplování vzr stá význam suchovzdornosti zem d lských plodin. V rámci studia genetických zdroj pšenice byla proto ov ována a využita metoda pro p edb žný výb r (screening) genotyp, založená na odhadu rozdíl v uzavírání pr duch rostlinami. Metoda vychází z diskriminace 13 C rostlinami za ur itých podmínek; ím více mají rostliny otev ené pr duchy tím více diskriminují 13 C oproti b žnému izotopu 12 C (rostlina up ednost uje 12 C oproti 13 C, stejn jako RUBISCO, protože 12 C je o proton leh í než 13 C). Pracovní hypotéza je následující: lze o ekávat, že genotypy které p i zm nách prost edí (suchu) d íve uzavírají pr duchy budou tolerantn jší ke stres m sucha. Potenciáln suchovzdorné materiály lze tedy vyhledat mezi odr dami a genotypy, které mén diskriminují 13 C. Tuto hypotézu prakticky ov ili australští šlechtitelé pšenice, kte í diskriminace 13 C úsp šn využili p i šlecht ní suchovzdorných odr d. 25

26 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 1. uvádí distribuci zjišt ných hodnot ukazatele diskriminace 13 C (charakteristiky 13 ) u genotyp pšenice a je mene. Diskriminace C 13 u souboru 238 genotyp pšenice a je mene -21, , Diskriminace C -23,00-24,00-25,00-26,00-27,00-28,00-29,00 Odr dy Lze odhadnout, že distribuce hodnot tohoto ukazatele je blízká normálnímu rozd lení (velmi podobné hodnoty pr m ru a mediánu). Rozp tí zjišt ných hodnot od -23,9 do -28,3 (rozdíl 4,4 13 C, tj. 17,1% pr m rné hodnoty) dává p edpoklad pro výb r ze souboru. U ozimé pšenice seté jsme zjistili nejnižší 13 C u syrské krajové odr dy, vedené pod íslem (Tabulka 2.). Jak nazna uje Obr. 1., významn jší odchylky od pr m ru lze o ekávat u relativn malého procenta položek a to spíše na stran nízkých hodnot 13 C (vysoké záporné hodnoty 13 C), kde m žeme p edpokládat výskyt genotyp tolerantních k suchu. V Tabulce 2. uvádíme p ehled odr d, které vykázaly nejnižší hodnoty diskriminace 13 C. Tabulka 2.P ehled odr d, které vykázaly nejnižší hodnoty diskriminace 13 C ( 13 C). Název odr dy ECN Eviden ní ozna ení) 13 C 01C SYR -27,3 01C01 Aarden FRA -26,84 01C SYR -26,59 01C SYR -26,56 01C Virtuose FRA -26,52 01C SYR -26,42 A 01C SYR -26,42 01C CDC Falcon CAN -26,25 01C CDC Ptarmigan CAN -26,22 01C GK Hargita HUN -26,21 01C01 Boomer DEU -26,19 01C Sakna POL -26,18 01C Meridien SWE -26,17 01C01 Ambition DNK -26,15 01C Griffen GBR -26,14 01C Eclipse GBR -26,13 01C Armstrong FRA -26,1 01C Samurai DEU -26,06 01C SYR -26,06 Uvedené výsledky jsou zatím spíše orienta ní, není dosud zpracován celý soubor a nejsou k dispozici opakovaná m ení. Mezi odr dami s nejnižší diskriminací 13 C (nejvyšší 26

27 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin záporné hodnoty) je n kolik krajových odr d ze Sýrie (poskytnuty z kolekce ICARDA), ale i n které starší odr dy z Kanady a evropských stát (zejména z Francie). Tyto materiály jsou dále hodnoceny. Po podrobn jší analýze celého souboru p edpokládáme, že provedeme jistou úpravu (vy azení n kterých neperspektivních položek, naopak dopln ní o n které nové zajímavé materiály). P edpokládáme že po této úprav bude soubor hodnocen druhým rokem. LITERATURA Bareš, I. - Dotla il, L.: Stru ný p ehled povolených odr d pšenice v SFR v létech 1921 až 1990 (Brief survey of wheat cultivars released in Czechoslovakia in the years ). Rostlinná výroba, 1990, s Belay, G. - Tesemma, T. Bechere, E. Mitiku, D.: Natural and human selection for purplegrain tetraploid wheats in the Ethiopian highlands. Genetic Resources and Crop Evolution, 1995, 42, 4, P Brush, S. B., Meng E.: The value of wheat genetic resources to farmers in Turkey. In. Agricultural values of plant genetic resources (Ed. Evenson, R.E., Gollin, D., Santaniello, V.), Wallingford, UK, CAB International, 1998, p Dotla il, L. - Toman, K,: Výnosová stabilita u typov odlišných odr d pšenice (The stability of the yield of different wheat varieties). Rostlinná výroba, 37, 1991, (1), s Finlay, K. W. - Wilkinson, G. N.: The analysis of adaptation in plant breeding programme: Australian J. of Agric. Res., 1963, 14, p Kato, K. Yokoyama, H.: Geographical variation in heading characters among wheat landraces, Triticum aestivum L., and its implication for their adaptability. Theoretical and Applied Genetics. 1992, 84, 3-4, p Keller, L., Schmid, J. E., Keller, E. R.: Are cereal land races a source for breeding? Landwirtschaft Schweiz 1991, 4: 5, Li, X. P. Sun, F. R. Guo, B. H. Liu, L. R. Pang, CH. M.: Evaluation of abiotic stress resistance in Hebei winter wheat genetic resources. Wheat Information Service, 1997, 85, p Mac Key, J.: Demonstration of genetic gain from Swedish cereal breeding. Sveriges Utsadesforenings Tidskrift, 1993, 103, 1, p Yang, J. Z., Liang, Q.: Yinchun 3 wheat germplasm with high protein content and resistance to drought. Crop Genetic Resources, 1995, 1, p. 44 Pod kování: V p ísp vku byly využity výsledky ešení projektu NAZV 1G Choice of Donors of Important Characters in Wheat Landraces and Obsolete Cultivars Summary Two sets of European winter wheat landraces and obsolete cultivars (121 accessions in set I. and 101 accessions in set II.) were evaluated in 3 years field trials. Increased spike productivity in modern cultivars could be attributed mainly to increased number of grains in spikelets and increased HI, whereas TGW had marginal effect. Old cultivars proved higher mean crude protein content by 2-3%. Potentially valuable donors of earliness and longer grain filling period were identified, as well. As valuable character, high crude protein content (up to 18% in cvs. Bergland, Ukrajinka, Sippbachzeller, Innichen Nr and Barbu du Finistre) can be considered. Mean yield of four modern check cultivars was by 51% higher then mean yield in 31 selected landraces and obsolete cultivars. Eleven old cultivars provided mean yields over 4 t per ha, local cultivars Bílá od Dukovan, Vouska z T emošnice, Židlochovická jubilejní osinatá and Chlumecká 12 belonged to this group. Landraces and obsolete cultivars could better 27

28 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin compensate adverse conditions of environment and provided better yield stability, of course on a lower level of productivity than modern cultivars. Also results of regression analysis confirmed much stronger mean response of modern cultivars to environment (b=1,63) when compared to the mean response of old cultivars (b=0,88). Different response to environments can be found also within the landraces and obsolete cultivars. Winterhardiness of landraces and obsolete cultivars was evaluated in the field conditions; accessions which proved high winterhardiness were found. Using a screening method based on 13 C discrimination by plants we have evaluated draught tolerance in broader set of wheat and barley genetic resources. Preliminary results confirmed the value of landraces as potential donors of a drought tolerance. Key words: Winter wheat, landraces and obsolete cultivars, productivity, response to environment, winterhardiness, drought tolerance Graf 1. Odezva moderních a starých krajových odr d ozimé pšenice na prost edí y = 1,63x - 76,4 Kontroly (4) Brauner Fuchs (landr.) Dolis puri (landr.) y = 0,88 x + 29,4 Staré odr dy (31) Pr m rné výnosy souboru odr d v jednotlivých proist edích (n=6) 28

29 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VYUŽITÍ PROTEOMIKY P I STUDIU STRES ROSTLIN Ilja Tom Prášil 1, Pavel Vítámvás 1, Klára Kosová 1, Zbyn k Škodá ek 1, Sylva Zelenková 2 1 Výzkumný ústav rostlinné výroby, Drnovská 507, Praha, Prasil@vurv.cz 2 Univerzita Karlova, Katedra fyziologie rostlin, Vini ná 5, Praha 2 SOUHRN Proteomika poskytuje moderní analytické metody pro studium proteomu - souboru všech protein exprimovaných rostlinou a jejich zm n v d sledku p sobení r zných faktor prost edí, v etn stresor. Separace a kvantifikace protein pomocí diferen ní dvourozm rné elektroforézy (2D-DIGE) a následná identifikace diferenciáln exprimovaných protein metodami hmotnostní spektrometrie (MS) je vhodným nástrojem pro posuzování vliv stres na rostliny. Možnosti využití DIGE jsou ukázány na studiu zm n proteomu u souboru genotypových linií odvozených od dvou odr d pšenice s r znou úrovní mrazuvzdornosti po jejich vystavení chladu. ada recentních studií nasti uje možnost využití stresových protein jako marker tolerance rostlin, což je demonstrováno na p íkladu dehydrin exprimovaných p i stresech spojených s bun nou dehydratací. Genom - soubor genetické informace uložené v DNA konkrétního organismu p edstavuje relativn konstantní celek d ležitý pro zajišt ní d di nosti. Naproti tomu proteom - soubor všech protein, které jsou produkované genomem daného organismu - p edstavuje velmi dynamický celek, který odráží zm ny v organizmu a okolí. Proteom je výrazn v tší a složit jší než genom, což souvisí s tím, že p i expresi ur itého po tu gen vzniká daleko v tší po et protein. Z desítek tisíc gen mohou vzniknout stovky tisíc protein a to hlavn díky alternativnímu sest ihu mrna, preferen ní a alternativní translaci, posttransla ním modifikacím (nap. fosforylace, glykosylace, sulfonace, ubiquitinace, aj.) a nejr zn jším interakcím protein (proteinovým komplex m). Pro zajišt ní aktivity a funkce protein jsou d ležité nejen jejich modifikace, ale jejich lokalizace v rámci bu ky. Navíc se proteom v ur itém asovém okamžiku (tj. proteom v užším slova smyslu) výrazn liší v r zných ástech rostlin, v r zných fázích vývoje a za r zných podmínek prost edí. Proteom tak odráží aktuální metabolický stav dané ásti rostliny a tím umož uje lépe zkoumat konkrétní mechanismy odpov dné za p ežití a rezistenci rostlin v i stres m (Vítámvás et al. 2007) a hloub ji proniknout do podstaty fungování živých organism. Mezi hladinou DNA, mrna a protein zpravidla není vzájemná korelace, což ukazuje na specifi nost proteomu jako d ležitého mezi lánku mezi genomem a fenotypovým projevem (znakem). Proteom p edstavuje klí ové propojení mezi transkriptomem a metabolomem. Spole n pak tyto p ístupy funk ní genomiky rostlin umož ují detailní a zárove komplexní pohled na biochemické procesy, nebo poskytují informace o aktuálních proteinech s enzymatickou, regula ní a strukturní funkcí, které mají zásadní roli v metabolismu rostlin p i adaptaci na m nící se podmínky prost edí. Proteomika se zabývá systematickou analýzou protein z hlediska jejich identity, množství a funkce (Chmelík 2005). P itom se jedná nejen o identifikaci všech protein, ale i objasn ní jejich struktury, lokalizace, role a dynamiky v rámci bu ky, tkán a organismu. Velký rozvoj proteomiky byl dosažen pokrokem v hmotnostní spektrometrii (MS), a to použitím nových ioniza ních technik za ú asti matrice (MALDI) nebo elektrospeje (ESI) p i identifikaci peptid (Ková ová 2005). Základní metodický postup proteomiky spo ívá v rozd lení sm si 29

30 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin protein pomocí dvourozm rné elektroforézy na poly-akrylamidovém gelu (2-DE), kvantifikaci skvrn, a následn št pení vybraných protein na peptidy a jejich identifikace pomocí MS (MALDI MS nebo ESI MS). Jiný metodický postup za íná nejprve št pením sm si extrahovaných protein na peptidy, na to navazuje d lení peptid pomocí chromatografických metod (nej ast ji kapalinové chromatografie, LC) a jejich identifikace metodami MS. Nakonec oba p ístupy spojuje vyhledávání v databázích proteinových a nukleotidových sekvencí pro zp tnou identifikaci protein, p ípadn i úplné sekvenování peptid tandemovou hmotnostní spektrometrií (MS/MS) ( ehulka et al. 2007). V sou asné dob se dále rozvíjí jak základní techniky (nap. DIGE viz dále), tak další metodické postupy spojené s analýzou proteinových profil s využitím izotopových proteinových zna ek, proteinových chip atd. (Man a Bezoušek 2006). Vše pak spojuje vysoký stupe robotizace. Z hlediska použité metodologie a ú elu se p i studiu dopad stres na rostliny krom funk ní proteomiky uplat ují p edevším p ístupy expresní (srovnávací) proteomiky. Funk ní proteomika je zam ena na izolaci a charakterizaci souboru protein na základ spole né funkce, expresní proteomika sleduje kvantitativní zm ny složení protein p i r zných stavech rostlin, nap íklad p ed, p i, p ípadn i po p sobení stresu. Cílem proteomiky stresu je zjistit p í iny poškození rostlin stresovými faktory na úrovni protein a úlohu protein p i obranných a adapta ních reakcích rostlin v i stres m; dále nalézt a identifikovat rozdíln se vyskytující proteiny pro p esn jší diagnostiku patogen i výb r biomarker rezistencí rostlin. V budoucnu lze o ekávat rozší ení studia na úrove proteinových komplex, r zných interakcí a modifikací protein (strukturní proteomika), které umožní cílen zasahovat do proces rezistencí rostlin, p esn ji diagnostikovat stresové reakce rostlin a zlepšit výb r potenciáln ranných biomarker. Takovýto vysokokapacitní systémový p ístup, zahrnující analýzu více úrovní reakce rostliny na stres, umožní získat ucelen jší pohled na fyziologické aspekty stresové odpov di s akceptováním specifik jednotlivých plodin a má tak i praktický výstup pro šlecht ní rostlin s vyšší rezistencí v i nep íznivým faktor m prost edí (Quareshi et al. 2007). Díky novým technickým vylepšením proteomických metod je možno rychleji a p esn ji identifikovat a kvantifikovat rozdíly v proteomu rostlin vystavených stres m, a tak nalézt další vhodné biomarkery aplikovatelné u studovaných stres. Jedna z nejpoužívan jších proteomických metod je dvourozm rná elektroforéza (2-DE), která se využívá již desítky let (O Farrell, 1975). Její nejnov jší zlepšení p edstavuje dvourozm rná diferen ní gelová elektroforéza (two-dimensional difference in gel electrophoresis; 2D-DIGE), kterou využíváme také v naší laborato i. Základem této techniky je ozna ení interního standardu a dvou r zných vzork pomocí fluorescentních barev (Cy2, Cy3, Cy5; GE Healtcare), které lze následn smíchat a elektroforeticky rozd lit na jediném 2-DE gelu (obr. 1). Interní standard se vytvo í smícháním všech studovaných vzork a zna í se barvou Cy2. Díky internímu standardu lze snadno normalizovat jednotlivé gely mezi sebou a kvantifikovat jednotlivé proteinové skvrny bez nutnosti technických opakování (Tonge et al. 2001; Renaut et al. 2006). Po elektroforetické separaci protein se vybrané proteinové skvrny vy ezávají z gelu a po digesci na peptidy trypsinem se tyto proteiny identifikují pomocí hmotnostní spektrometrie (obr. 1). Pokud genom studovaného organismu není osekvenován, tak je vyžadována sekvenace peptid tandemovým spektrometrem (MS/MS) pro pr kaznou identifikaci vybraných protein (Hirano et al. 2004). 30

31 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 1. Schéma 2D-DIGE metody. P evzato z Renaut et al. (2006). A) Proteiny (Score Plot) B) Genotypy + odb ry (Loading Plot) Obr. 2. PCA analýza densit vybraných protein extrahovaných z odnožovacích uzl substitu ních linek ozimých pšenic. A) Profil densit jednotlivých protein. B) Srovnání zm n v densitách všech protein v jednotlivých genotypech a odb rech. P evzato z Vítámvás et al. (nepublikováno) Jako p íklad vhodnosti 2D-DIGE lze uvést výsledky experimentu, ve kterém jsme studovali proteom u 4 recipro ních substitu ních linií chromozóm 5 homoeologní ady (5A a 5B), odvozených od dvou r zn mrazuvzdorných ozimých odr d Mironovská 808 a Bezostá 1 (Vítámvás et al, nepublikováno). Chromozóm 5 je u pšenice nositelem nejen gen mrazuvzdornosti Fr1 a Fr2, ale i genu ídícího jarovizaci Vrn1. Uvedený soubor linií tedy p edstavuje vhodný materiál ke studiu jak vlivu gen mrazuvzdornosti, tak i vlivu jarovizace na indukci a udržení mrazuvzdornosti. Všech 6 genotyp (4 linie + 2 p vodní odr dy) bylo odebíráno po 0, 3, 21 a 69 dnech otužování rostlin za chladu a ve t ech biologických 31

32 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin opakováních. Pomocí výše popsané technice 2D-DIGE bylo pot eba jen 36 gel na všech 72 vzork. Pokud bychom použili standardní metodu 2-DE, kde lze rozd lit jen jeden vzorek na jeden gel, tak by bylo pot eba pro kvantifikaci a normalizaci spot minimáln 216 (72 x 3 technické opakování) 2-DE gel! Z jednoho vzorku bylo pr m rn na gelu detekováno 2400 proteinových skvrn. Pomocí programu DeCyder (GE Healthcare) byly vybrány všechny proteinové skvrny (celkem 301), jejichž densita se lišila alespo v jednom odb ru nebo genotypu minimáln 1,5 krát. Pomocí MALDI-TOF/TOF bylo identifikováno celkem 206 protein. V tšina t chto protein pat ila mezi proteiny související se stresovou reakcí jako jsou HSP proteiny, askorbátperoxidasy, enolasy, COR proteiny atd. Pomocí PCA (principal component analysis) byly zjišt ny rozdíly v proteomu mezi kontrolními (0 dní otužené), stresovanými (3 dny otužené) a adaptovanými rostlinami (21 a 69 dní otužené). Navíc, u chladov -adaptovaných rostlin 21 a 69 dn byly zjišt ny signifikantní rozdíly mezi genotypy (obr. 2). Proteiny, jejichž akumulace byla odlišná mezi genotypy, p edstavují vhodné kandidáty na biomarkery mrazuvzdornosti. Výsledkem rychle nar stajícího po tu proteomických studií je identifikace široké škály diferenciáln exprimovaných protein, zahrnující všechny úrovn signálních kaskád a genové exprese. Jedná se zejména o skupiny protein, které se ú astní transkripce a translace, signalizace, regulace, transportu, metabolismu cukr, aminokyselin a lipid, odstra ování reaktivních kyslíkových radikál a detoxifikace, osmotického p izp sobení a dalších obraných mechanism (Zelenková 2007). Velmi významnou skupinou protein jsou proteiny spojované s reakcí na stres, tzv. stresové proteiny. Za stresové proteiny jsou ozna eny proteiny, které jsou v rostlinách bu nov indukované nebo syntetizované ve v tším množství v d sledku stresu. Výrazn se mohou podílet na modifikaci bun ného metabolismu. N které stresové proteiny jsou pojmenovány a azeny do skupin podle druhu stresu. P i p sobení sucha jsou to DHNs (dehydrins) a osmotin, p ed desikaci semen, v pozdní fázi embryogeneze je to skupina LEA (late embryogenesis abundant) protein. P i vysoké teplot nebo bezprost edn po jejím p sobení jsou to HSPs (heat shock proteins), p i nízké teplot COR (cold-regulated) proteiny. Za anaerobiózy se hromadí ANP (anaerobic polypeptides), p i výskytu t žkých kov metalothioneiny a fytochelatiny, p i infekci patogeny dochází ke zvýšené syntézy PR (patogenesis-related) protein. Indukci jednotlivých typ stresových protein vyvolají v tšinou r zné stresové faktory. K nej ast jším protein m spojovaným se stresy se adí proteiny oxida ního (nap. antioxida ní enzymy) a osmotického (nap. enzymy syntézy osmoticky aktivních látek) stresu. Možnosti využití dehydrin jako marker tolerance rostlin v i r zným stresovým faktor m je v nována zna ná pozornost (souhrnné lánky k této problematice viz nap. Rorat 2006; Kosová et al. 2007, 2008b). Dehydriny (LEA-2 proteiny) pat í mezi proteiny, jejichž exprese je indukována r znými abiotickými i biotickými stresovými faktory spojenými s bun nou dehydratací (sucho, zasolení, výpar, osmotický stres, chlad a mráz, poran ní). Stanovení množství dehydrinového transkriptu i proteinu m že být pom rn dobrým nep ímým ukazatelem stresové tolerance rostlin (o p ímých a nep ímých metodách stanovení stresové rezistence nap. Prášil et al. 2007). Tolerance rostlin v i ur itému stresu z výše uvedených m že souviset s alelickou variabilitou v dehydrinové sekvenci, vedoucí k akumulaci (anebo k absenci) funk ního dehydrinového proteinu v rostlinných pletivech. Nap. Ismail et al. (1999) popsali, že p ítomnost funk ního dehydrinu DHN1 (35 kda) v semenech extrémn chladov citlivé 32

33 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin tropické luskoviny Vigna unguiculata u linie pozitivn koreluje s chladovou tolerancí v pr b hu klí ení rostlin. U geneticky p íbuzné, avšak chladov citlivé linie tento protein v semenech zjišt n nebyl. ast ji však byly popsány p ípady, kdy se odolné a citlivé linie (odr dy) ur ité plodiny navzájem liší nikoliv alelickou variabilitou v dehydrinové sekvenci, ale pouze mírou transkripce ur itého dehydrinového genu i mírou akumulace ur itého dehydrinového proteinu. Ukazuje se, že míra akumulace stresových protein pozitivn koreluje s mírou tolerance rostlin v i danému stresovému faktoru (p ehledn Kosová et al. 2007). V našich experimentech jsme sledovali kvantitativní rozdíly v akumulaci dehydrinových protein u dvou hospodá sky významných obilovin ze skupiny Triticeae p stovaných v oblastech mírného pásma - u pšenice seté (Triticum aestivum) a je mene setého (Hordeum vulgare) - v souvislosti s jejich mrazuvzdorností i zimovzdorností. Již v roce 1992 Houde et al. popsali souvislost mezi akumulací chladov indukovaných dehydrin z rodiny WCS120 (Sarhan et al. 1997) u pšenice a mrazuvzdorností rostlin a navrhli dehydriny z rodiny WCS120 jako možné markery mrazuvzdornosti. Prokázali jsme (Vítámvás et al. 2007), že r znou míru akumulace dehydrin z rodiny WCS120 lze využít k odlišení r zn odolných ozimých odr d pšenice vystavených dostate n dlouhému otužení (3 týdny p i 2 C). U je mene se jako vhodný marker mrazuvzdornosti ukázal ortolog pšeni ného genu WCS120 (WCS120 je nejabundantn jší len z rodiny WCS120 protein ), dehydrin DHN5. Kosová et al. (2008a) nalezli u souboru 21 odr d je mene zahrnujícího všechny r stové typy (jarní, ozimý, p esívka) po 3 týdnech otužení korelaci mezi akumulací proteinu DHN5 a dosaženou úrovní mrazuvzdornosti. Ukazuje se však, že tuto korelaci mezi akumulací DHN5 a mrazuvzdorností je možné získat jen u rostlin ve vegetativní fázi vývoje (Kosová et al., nepublikované výsledky). U pšenice i u je mene jsme také zjistili, že dobrým ukazatelem (markerem) mrazuvzdornosti nemusí být jenom míra akumulace dehydrinového transkriptu i proteinu za nízkých teplot indukujících otužení (chladovou aklimaci) rostlin, ale též intenzita exprese dehydrin ( i jiných Cor gen ) za suboptimálních teplot (17-9 C). Mrazuvzdorn jší odr dy akumulovaly za t chto teplotních podmínek více dehydrin ( i jiných COR protein ), na rozdíl od odr d citlivých, neschopných indukovat za chladu vysokou mrazuvzdornost. Poda ilo se tak odlišit odolné odr dy od mén odolných odr d podle akumulace COR protein už za mnohem vyšších teplot než se b žn používá k rozlišení jejich mrazuvzdornosti. Vítámvás et al. (subm.) také prokázali, že míra akumulace protein WCS120 již p i 17 C (a dále pak p i 9 C a 4 C) do zna né míry koreluje s mírou p ezimování rostlin, což nazna uje široké možnosti pro uplatn ní metody stanovení akumulace dehydrin z rodiny WCS120 p i pre-screeningu odr d (linií) pšenice ve šlechtitelských programech zam ených na zvyšování mrazuvzdornosti i zimovzdornosti rostlin. Uvedené p íklady názorn demonstrují, že analýzy stresové odpov di pomocí proteomického výzkumu jsou d ležitou cestou pro odhalení molekulárních a biochemických mechanism tolerance rostlin ke stresu, a jsou i základem pro jejich využití ve šlechtitelských programech i efektivních metodách výb ru vhodných genetických zdroj a zachování biodiverzity. Identifikace proteom p i r zných typech stresu tak poskytuje jedine nou p íležitost hloubkového studia odpov di rostlin na stále vzr stající stresy prost edí a slibuje i velký p ínos pro trvale udržitelné zem d lství budoucnosti. 33

34 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA: Hirano H, Islam N, Kawasaki H (2004) Technical aspects of functional proteomics in plants. Phytochemistry 65: Houde M, Dhindsa RS, Sarhan F (1992) A molecular marker to select for freezing tolerance in Gramineae. Mol Gen Genet 234:43-48 Chmelík J (2005) Proteomický pr vodce. Chemické listy 99: Ismail A, Hall, AE, Close TJ (1999) Allelic variation of a dehydrin gene cosegregates with chilling tolerance during seedling emergence. PNAS 96: Kosová K, Vítámvás P, Prášil IT (2007) The role of dehydrins in plant response to cold. Biol Plantarum 51: Kosová K, Holková L, Prášil IT, Prášilová P, Bradá ová M, Vítámvás P, apková V (2008a) Expression of dehydrin 5 during the development of frost tolerance in barley (Hordeum vulgare). J Plant Physiol 165: Kosová K, Vítámvás P, Prášil IT (2008b) Dehydriny - struktura, funkce a využití p i studio stres vyvolávajících dehydrataci rostlin. V: Vliv abiotických a biotických stresor na vlastnosti rostlin (sborník p ísp vk ). ZU Praha a VÚRV Praha-Ruzyn. Str Ková ová H (2005) Proteomika v postgenomové dob. Chemické listy 99: Man P, Bezouška K (2006) Sou asné trendy v analýze eukaryotických proteom, glykom a lipidom. Chemické listy 100: O Farrell PH (1975) High resolution two-dimensional electrophoresis of proteins. J Biol Chem 250: Prášil IT, Prášilová P, Ma ík P (2007) Comparative study of direct and indirect evaluations of frost tolerance in barley. Field Crop Res 102:1-8 Quareshi MI, Qadir S., Zolla L (2007) Proteomics-based dissection of stress-responsive pathways in plants. J Plant Physiol. 164: Renaut J, Hausman JF, Wisniewski ME (2006) Proteomics and low-temperature studies: bridging the gap between gene expression and metabolism. Physiol Plantarum 126: Rorat T (2006) The plant dehydrins: tissue location, structure and functions. Cell Mol Biol Lett 11: ehulka P, ehulková H, Chmelík J (2007) M ení proteomických dat hmotnostní spektrometrií a jejich bioinformatická interpretace. Chemické listy 101: Sarhan F, Ouellet F, VazquezTello A (1997) The wheat wcs120 gene family. A useful model to understand the molecular genetics of freezing tolerance in cereals. Physiol Plantarum 101: Tonge R, Shaw J, Middleton B, Rowlinson R, Rayner S, Young J, Pognan F, Hawkins E, Currie I, Davison M (2001) Validation and development of fluorescence two-dimensional differential gel electrophoresis proteomics technology. Proteomics 1: Vítámvás P, Saalbach G, Prášil IT, apková V, Opatrná J, Jahoor A (2007) WCS120 protein family and proteins soluble upon boiling in cold-acclimated winter wheat. J Plant Physiol 164: Vítámvás P, Kosová K, Vítámvás J, Prášilová P, Prášil IT (2008) WCS120 protein as a marker of frost tolerance in wheat grown under different temperatures, submitted Zelenková (2007) Proteomic approaches in plant stress research. Workshop Advances in Molecular Biology: New Approaches in Plant Analysis, pp , Praha. 34

35 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The applications of proteome and proteomics studies in plant stress research Summary Proteomics can be defined as a discipline dealing with a study of proteome - the whole of proteins expressed by plant and their changes caused by different developmental and environmental cues including various stress factors. Protein separation and quantification using 2D - different in-gel electrophoresis (2D-DIGE) and their subsequent identification by mass spectrometry (MS) present a useful tool for evaluation of stress impacts on plants, especially under global climate change. An example of 2D-DIGE application on an analysis of proteome changes in a set of wheat chromosome substitution lines derived from two differently frost-tolerant cultivars exposed to cold acclimation is given. Many recent studies show options how to use stress-induced proteins as markers of plant stress tolerance. Possibilities of the use of dehydrins as proteins induced by stress factors associated with cellular dehydration in the study of plant (crop) tolerance are discussed. Pod kování: Auto i d kují Dr.K.Pánkové a Ing. Z.Milcovi z VÚRV, vvi Praha za poskytnutí chromozomových substitu ních linií pšenice. Tato práce byla podpo ena granty MŠMT OC08066 a MZe QH

36 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin JAKÉ JSOU MOŽNOSTI A RIZIKA TVORBY TRANSGENNÍCH ROSTLIN Z HLEDISKA ZLEPŠOVÁNÍ ODOLNOSTI ROSTLIN V I STRESU SUCHA A VYSOKÉ TEPLOTY? Ovesná Jaroslava Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha 6 Ruzyn ovesna@vurv.cz SOUHRN Geneticky modifikované rostliny jsou sou ástí rostlinné výroby. Používají se na velkých plochách a rozhodn jsou v pop edí GM rostliny odolné v i biotickým stres m zjm. hmyzím šk dc m. Byla navržena ada strategií, jak se rostliny mohou bránit dalším biotických stres m. Nyní se objevují i programy, které slibují vyvinout rostliny zjm. jednod ložné odolné v i suchu a zasolení. V pop edí je i odolnost v i chladu. K tomuto ú elu se rozbíhají programy, které na stran jedné vybírají a charakterizují odolné genotypy s využitím moderních technik molekulární biologie. Plné pochopení obranné strategie rostliny m že vést ke správn naplánované volb metod a vnášených gen.na stran druhé jsou stále zlepšovány metody transformace. Krom samotného programu vývoje transgenních rostlin se ustalují pravidla, jak hodnotit jejich p ínosy a rizika. Klí ová slova: geneticky modifikované organismy, stres, geny transformace ÚVOD Geneticky modifikované organismy (GMO), jsou produktem moderních biotechnologií organismy krom lov ka, jejichž d di ný materiál (DNA) byl zm n n genetickou modifikací. Genetická modifikace je cílená zm na d di ného materiálu organismu zp sobem, kterého se nedosáhne p irozenou rekombinací, a to vnesením cizorodého d di ného materiálu do d di ného materiálu organismu nebo vyn tí ásti d di ného materiálu z organismu. Nejvíce diskutovanou skupinou GM organism jsou geneticky modifikované rostliny. Pokud se využívají, je t eba je p stovat na poli, kde jsou sou ástí životního prost edí. Vstupují do potravního et zce a už p ímo nebo jako krmivo pro hospodá ská zví ata. Geneticky modifikované organismy se staly sou ástí potravního et zce a agro-ekosystém. Produkce geneticky modifikovaných rostlin stále roste. Využívají se zejména GMO s lepšími produk ními charakteristikami. Krom GMO odolných k herbicid m jsou hojn využívány GMO odolné k biotickým stres m. B žn jsou známé tzv. Bt odr dy. Jako Bt se ozna ují odr da, do kterých byl metodami molekulární biologie vnesen gen z bakterie Bacillus thuringiensis. Díky n mu rostliny produkují Bt toxin, který hubí housenky r zných druh. Pro Evropu má nejv tší význam odolnost k snad nejv tšímu šk dci kuku ice - motýlku zavíje e kuku i ného (Ostrinia nubilalis). Geneti tí inžený i p ipravili adu konstrukt, které obsahují geny z r zných typ B. thuringiensis, a navozují odolnost v i hmyzím šk dc m u bavlníku, rýže i dalších plodin. Je známo, že kuku ice odolné v i okusu hmyzem odolávají lépe i houbovým chorobám, protože houba se nemá kde uchytit. To je p ípad transgenní kuku ice MON810 a napadaní houbou r.fusarium (Wu et al. 2008). Navíc 36

37 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin byly vyvinuty plodiny odolné v i vir m (nap. komer n p stovaná papaya v USA, Wei a Wing, 2008) nebo houbovým patogen m (nap. Lee et al. 2008) V r byly p edstaveny programy, které se zabývají i možností geneticky modifikovat rostliny tak, aby byly odolné v i abiotickým stres m. Pro v tšinu farmá na naší planet je hospoda ení s vodou klí ové. S nedostatkem vody souvisí i zasolování p d. U tzv. ozimých plodin mírného pásma je pak významná schopnost p ezimovat i za nízkých teplot. STUDIUM STRESOVÉ ODPOV DI ROSTLINNÉHO GENOMU Proto je základem všech úsp šných pokus o genetickou manipulaci studium proces, které probíhají v odolných genotypech hospodá sky významných druh rostlin a jim p íbuzných druh. Rostlinný genom je dynamická struktura, která je nositelkou genetické informace. Proto se provád jí studie na úrovni genomu (studium alelomorfimu) a hledání DNA markér, významné je i studium transkriptomu (regulace genové exprese Degenkolbe et. al ), proteomu a metabolomu (Araus et al. 2008, Charlton et al. 2008, Kamoshita et al. 2008). Proto i na pracovišti VÚRV, v.v.i. studujeme zm ny na úrovni transkriptomu na modelu je mene a odolnosti v i chladu i suchu (Box 1) U ozimých plodin dochází v pr b hu podzimu ke chladové aklimatizaci, K zahájení tohoto procesu p ispívá snižující se teplota a krátká fotoperioda. Spouští se transkripce specifických gen a zm ny v transkripci je možné zachytit nap. pomocí DNA ip ,1 CTRL 24hSL 3dSL 7dSL 21dSL -3CL Y-axis: Acclimation TimeCourse, Default Interpretation Gene List: all genes (22840) Box 1: Janská A. et al. (unpublished) zm ny transkrip ního profilu list po chladovém p sobení v 2. listu odr dy Luxor. 37

38 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Pokud jsou významné geny charakterizovány v etn jejich alelomorfismu, mohou být klonovány a p eneseny do recipientního genomu pomocí vhodného vektoru (nap. A. tumefaciens) nebo p ímou transformací (Dwivedi et al. 2008). Je tedy z ejmé, že GM technologie mohou urychlit šlechtitelský proces a efektivn využít variabilitu gen genetických zdroj a místn adaptovaných genotyp. Odr dy, které vznikly genetickou modifikací jsou hodnoceny i s ohledem na jejich možné nové interakce s životním prost edím a bezpe nost pro zdraví lov ka. POSUZOVÁNÍ ENVIRONMENTÁLNÍCH RIZIK Hodnocení možných environmentálních rizik je složitou záležitostí. Byly zvažovány možnosti vzniku superplevel, vznik resistentních šk dc, p enos gen do p dních bakterií, vznik nových rekombinovaných agresivních vir. Proto se zvažuje ada aspekt - Interakce s p íbuznými plevelnými druhy (p enos transgen pylem) - Možnost zm ny invasivity geneticky modifikovaného druhu v daném eko-systému - Vliv na necílový hmyz - Vliv na p dní mikroflóru - Vliv na strukturu p dy - Možnost p enosu genu do bakterií a její možný vliv - Interakce s virovými patogeny - Vliv na zm nu složení hmyzích šk dc Ve sv tovém m ítku se posuzováním environmentálních rizik zabývá OECD, která má své lenské subjekty. OECD se zabývá GMO od r. 1995, kdy byla ustavena pracovní skupina expert, která se v nuji p íprav podklad pro harmonizaci postup v rámci celého sv ta. OECD si totiž klade za cíl harmonizovat postupy pro odhady rizik/bezpe nosti potravin. Její pracovní skupina vyhodnocuje - Rizika spojená s ur itým typem plodiny/rostlinného druhu - Rizika spojená s ur itým transgenem Byla vypracována celá ada konsensuálních dokument OECD. I v p ípad p enesení vlastního genu druhu do místn adaptovaného recipienta, nap. genu odolnosti k zasolení z exotické variety daného druhu do výkonného genotypu s hodnotnými hospodá skými vlastnostmi je t eba zvažovat n které možné nové vlastnosti dané možnou insercí genu do aktivního tecího rámce nebo naopak iniciací exprese nového úseku DNA, i když ostatní vlastnosti, které jsou hodnoceny, nemohou zp sobovat vyšší rizika Jacobsen a Schouten, 2007, Russell a Sparrow, 2008) Možnosti využití transgenóze pro zlepšení odolnosti rostlin v i abiotickým stres m není záležitostí krátkodobou, vyžaduje rozsáhlé výzkumné programy a zapojení více disciplín pro ešení otázky. Vždy i zem, které mají rozvinuté projekty pro využití transgenóze ohlásili vy ešení problému se zvýšenou suchovzdorností cca do roku 2015 (Austrálie pšenice, Indie a ína rýže), lepší utilizaci anorganických živin do roku 2015 (USA kuku ice) a podobn je tomu s dalšími vlastnostmi. Je tedy t eba konstatovat, že efektivní využití biotechnologických nástroj vyžaduje získání dalších v domostí o rostlinném genomu a vzájemné interakce v agro-ekosystémech. Pod kování: P ísp vek byl p ipraven s podporou projekt NAZV QH81287 a výzkumný zám r VÚRV, v.v.i MZE

39 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin References: Araus, JL, Slafer, GA, Royo, C, et al. (2008): Breeding for Yield Potential and Stress Adaptation in Cereals, Critical Reviews in Plant Sciences, 27: Degenkolbe, T, Do, PT, Zuther, E (2009): Expression profiling of rice cultivars differing in their tolerance to long-term drought stress, Plant Molecular Biology, 69: Dwivedi, S, Perotti, E, Ortiz, R (2008): Towards molecular breeding of reproductive traits in cereal crops Plant Biotechnology Journal, 6: Charlton, AJ, Donarski, JA, Harrison, M,(2008):.Responses of the pea (Pisum sativum L.) leaf metabolome to drought stress assessed by nuclear magnetic resonance spectroscopy, Metabolomics, 4: Jacobsen, E, Schouten, HJ (2007): Cisgenesis strongly improves introgression breeding and induced translocation breeding of plants Trends in Biotechnology, 25: Kamoshita, A, Babu, RC, Boopathi, NM (2008) Phenotypic and genotypic analysis of drought-resistance traits for development of rice cultivars adapted to rainfed environments, Field Crops Research, 109: 1-23 Kumar, S, Chandra, A, Pandey, KC (208): Bacillus thuringiensis (Bt) transgenic crop: An environment friendly insect-pest management strategy, Journal of Environmental Biology. 29: Lee, SC, Hwang, IS, Choi, HW,(2008).Involvement of the pepper antimicrobial protein CaAMP1 gene in broad spectrum disease resistance, Plant Physiology, 148: Russell, AW, Sparrow, R (2008) The case for regulating intragenic GMOs, Journal of Agricultural & Environmental Ethics, 21: Wei, FS, Wing, RA (2008) A fruitful outcome to the papaya genome project, Genome Biology, 9 :Article Number 227 Wu, F, Liu, Y, Bhatnagar, D (2008): Cost-effectiveness of aflatoxin control methods: economic incentives, Toxin Reviews, 27:

40 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin FOTOSYNTETICKÁ AKTIVITA REPKY OLEJKY AKTUÁLNY STAV A PERSPEKTÍVNE ZMENY Elena Masarovi ová, Katarína Krá ová, Matúš Peško Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Mlynská dolina, SK Bratislava, Slovenská republika; masarovicova@fns.uniba.sk SÚHRN V práci sa venujeme teoretickým základom fotosyntetickej aktivity a produk nému potenciálu rastlín, ktoré sme analyzovali vo vz ahu k faktorom prostredia. Z tohto aspektu sme pozornos venovali kapuste repkovej pravej (repke olejke) forme ozimnej (Brassica napus L. subsp. napus) so zrete om na aktuálny stav a perspektívne zmeny. Posudzovali sme pozitívne aj negatívne ú inky dusíkatého hnojenia, ktoré je trvalou a nevyhnutnou sú as ou agrotechniky tejto našej významnej plodiny. Zhodnotili sme zvýšené riziko negatívneho vplyvu N 2 O vznikajúceho v po nohospodárskej praxi, ke že tento plyn vykazuje nepriaznivé ú inky charakteristické pre skleníkové plyny. Upozornili sme tiež na niektoré etické aspekty, ktoré bude potrebné rešpektova pri využívaní po nohospodárskych plodín aj pre technické ú ely. ÚVOD Kapusta repková pravá (repka olejka forma ozimná, Brassica napus L. subsp. napus alej len repka) je po obilninách a kukurici tre ou najdôležitejšou plodinou a najvýznamnejšou olejninou na Slovensku. Využíva sa na výrobu stolového rastlinného oleja, biokomponentov do nafty a jej olejnaté pokrutiny predstavujú významnú zložku živo íšneho krmiva (preh adne Masarovi ová et al. 2008). Schopnos akumulova vyššie koncentrácie niektorých toxických kovov (hlavne Cd) do kore a aj nadzemnej asti (napr. Marchiol et al. 2004, Peško et al. 2008) ju zaradilo medzi druhy rastlín využite ných vo fytoextrak ných technológiách. Výsledky štúdií Wilsona et al. (2001) ukázali, že UVB žiarenie ( nm) indukovalo v pokožke listov Brassica napus L vyššiu koncentráciu flavonoidov zdraviu prospešných látok, ktoré znižujú riziko srdcovo-cievnych a zhubných nádorových ochorení, majú protizápalové ú inky, zlepšujú zrak, pomáhajú spoma ova nábeh na obezitu aj diabetes a predlžujú vek života. Repka olejka sa tak stala popri po nohospodárskej a technickej plodine rastlinou, ktorá sa stane v krátkej budúcnosti tzv. funk nou plodinou. Z týchto plodín sa pripravujú funk né jedlá významne obohatené látkami s vysokou nutri nou hodnotou. Rastliny obohatené o niektoré významné bioelementy (napr. Zn, Fe) sa v sú asnosti získavajú biotechnologickými postupmi nazývanými fytofortifikácia (preh adne Krá ová a Masarovi ová 2006). V prezentovanej práci sme sa pokúsili posúdi sú asnú fotosyntetickú aktivitu a produk ný potenciál repky olejky a upozornili sme na podmienky, ktoré budú v budúcnosti limitova produkciu a úrodu tejto hospodársky významnej plodiny. 40

41 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Fotosyntetická aktivita a produk ný potenciál rastlín Fotosyntetická aktivita predstavuje súbor primárnych (absorpcia fotosynteticky aktívneho žiarenia, syntéza ATP a NADPH 2 ) a sekundárnych reakcií (transport CO 2 na miesto jeho fixácie, tvorba, transport a ukladanie asimilátov). Asimiláty sú zdrojom uhlíkového skeletu pre alšie organické zlú eniny, pre syntézu sekundárnych metabolitov, ale predovšetkým sú substrátom pre respira né procesy. Vo fotosyntéze vzniknuté makroergické látky (ATP) a reduk né ekvivalenty (NADPH 2 ) poskytujú energetický a reduk ný potenciál pre alšie fyziologické procesy. Fotosyntetická aktivita je úzko spätá s ostatnými fyziologickými procesmi respiráciou, príjmom a utilizáciou minerálnych látok, distribúciou asimilátov, zdroj-sinkovými vz ahmi (preh adne Dekker 2005). Potrebné je však zdôrazni, že fotosyntetickú aktivitu nemožno stotož ova s produk nou aktivitou (produk ným potenciálom, produkciou) pretože nemusí by vždy spojená s preukazným prírastkom biomasy rastlín. V priebehu vegeta ného obdobia existujú úseky, kedy fotosyntetický proces prebieha, produk ná aktivita je zrejmá, ale prírastok biomasy sa nezaznamená. V tomto prípade sa fotosyntetická aktivita a jej energetický potenciál využíva v iných procesoch, napr. repara ných procesoch porušených bunkových štruktúr, na tvorbu semien, rast, príjem látok (hlavne živín) a transportné procesy. Fotosyntetická aktivita je základom produkcie rastlín (Masarovi ová a Navara 1995, Masarovi ová a Lux 1997, Kostrej et al. 1998). Produk ný proces je hierarchicky usporiadaný sled fyziologických procesov s rôznym reak ným asom, o vedie k analýze reakcií na rôznych organiza ných úrovniach konforma né zmeny bunkových membrán, rýchlos fotosyntézy, rast jednotlivých astí rastlín alebo prírastok biomasy celých jedincov. Fyziologickým základom tvorby biomasy a teda aj úrody, je fotosyntetická aktivita a s ou spojené procesy. Produk ná aktivita predstavuje komplex morfologicko-anatomikých štruktúr a v nich prebiehajúcich procesov, vrátane interakcií týchto procesov s faktormi prostredia, ktorý vedie k tvorbe novej biomasy a k zachovaniu už existujúcej biomasy. Sú asná úrove poznania a metodické prístupy ekofyziologickej analýzy produk ných procesov poskytujú informácie o fotosyntetickej aktivite a s ou spojených procesov na úrovni listu, výhonku, rastliny alebo porastu, raste rastlín, štruktúre porastu alebo distribúcii fyzikálnych faktorov na úrovni jedinca alebo porastu. Poznanie rastu a produktivity rastlín alebo porastov je podmienené analytickým štúdiom fotosyntetických procesov, o následne umož uje predpoveda správanie sa rastlín v meniacich sa podmienkach prostredia. S fotosyntetickou aktivitou a produkciou úzko súvisí hospodárska úroda, ktorá predstavuje zložku produkcie, ktorá sa hospodársky využíva. V úrode je premietnutá ur itá as celkovej produkcie biomasy, a tým aj as už realizovanej fotosyntetickej aktivity. Úrodotvorný proces je komplexný proces zahr ujúci genofond plodiny, základné fyziologické procesy (rast a vývin, fotosyntéza, respirácia, minerálna výživa, vodný režim), pôdne pomery a klimatické faktory. Z uvedeného vyplýva, že tvorba biomasy, a tým aj hospodárska úroda, sú dynamické a regionálne špecifické fenomény (Kostrej et al. 1998). Na rozdiel od zahrani ia (napr. Canada, Austrália a niektoré štáty EÚ) sa na Slovensku štúdiu fyziológii repky doteraz pozornos nevenovala. Výskum bol zameraný predovšetkým na vplyv rôznych pestovate ských postupov, rôznych klimatických pomerov a aplikácie minerálnej výživy (hlavne NPK) na úrodu repky a úrodu semena (Šrojtová 2005a,b). Vä šina zahrani ných štúdií sa venovala vplyvu sucha na rast a úrodu rôznych odrôd repky (Qaderi et al. 2006) vplyvu teploty na rast repky (Angadi et al. 2000), vplyvu potenciálnych klimatických zmien na úrodu repky (Torriani et al. 2007) alebo dozrievanie semien (Aksouh-Harradj et al. 2006). 41

42 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Pozoruhodné výsledky získali H. Zukalová so spolupracovníkmi (Katedra rostinné výroby, ZU v Prahe - Suchdol) pri štúdiu vplyvu pestovate ských technológií a lokalít na úrodu, olejnatos a pomerné zastúpenie mastných kyselín v oleji viacerých hybridných a líniových odrôd repky. Tieto výsledky dosiahli v rámci riešenia projektu P stitelské technologie pro hlavní líniové a hybridní odr dy epky ozimé p i r zné intenzit vstup. Fotosyntéza a produkcia rastlín vo vz ahu k faktorom prostredia V prirodzených podmienkach pôsobí na fotosyntézu a produkciu rastlín rôznym spôsobom zložitý komplex vnútorných a vonkajších faktorov. Z vonkajších faktorov, ktoré ovplyv ujú fotosyntézu a tým aj produkciu sú to: energia žiarenia, teplota, koncentrácia CO 2, minerálna výživa a voda. Už sme uviedli, že repka je jednou z našich najvýznamnejších po nohospodárskych a technických plodín. Kvalita semien repky (ako hospodárskeho produktu) je výsledkom pôsobenia 4 faktorov: genetického základu, charakteru lokality, agrotechniky pestovania a priebehu po asia v príslušnom vegeta nom období. Najdôležitejšími ukazovate mi pre hodnotenie ekonomiky repky sú hektárová úroda a nákladovos výroby, avšak v sú asnosti mimoriadne dôležitým ukazovate om sú aj environmentálne aspekty, súvisiace predovšetkým s hnojením a meniacimi sa klimatickými podmienkami. Pri pestovaní repky jedným z najvýznamnejších intenzifika ných faktorov je aplikácia hnojív. Repka je plodina, ktorá má relatívne vysoké nároky na minerálnu výživu, predovšetkým na dusík: približne 50 kg N.t -1 semena v ítane biomasy, iže kg N. ha -1 pri celkovej úrode 3 t ha -1. Dusíkaté hnojenie prispieva k lepšiemu využitiu prijatého dusíka pre tvorbu semena, zatia o nehnojený variant akumuluje relatívne vä šie množstvo dusíka v slame (preh adne Šrojtová 2005a,b, Krá ová a Masarovi ová 2008). Možno konštatova, že pri štúdiu fotosyntézy sa doteraz pozornos venovala vplyvu vlnových d žok žiarenia na PSII a CO 2 asimiláciu (Keiller et al. 2003), vz ahu medzi aktivitou Rubisco a vývinom semien (Schwender et al. 2004), vz ahu medzi fotosyntézou a úrodou semien (Ramana a Ghildiyal, 1997); v posledných rokoch najmä vplyvu síry na niektoré metabolické procesy (Malhi a Gill, 2006), vplyvu nízkej teploty na expresiu niektorých génov v chloroplaste (Singh a Johnson-Flanagan, 1998). Sledovala sa aj fluorescencia chlorofylov v podmienkach stresu z vysokej koncentrácie ozónu (Gielen et al. 2006). Repka olejka istý výkon fotosyntézy a rastové procesy Vo šeobecnosti genotyp a vhodná agrotechnika sa spoluú asti faktorov prostredia determinujú maximálnu absorpciu energie slne ného žiarenia asimila nými orgánmi v poraste, vysokú ú innos využitia absorbovaného slne ného žiarenia vo fotosyntéze a distribúciu dostupných asimilátov do hospodársky významnej morfologickej alebo chemickej frakcie rastliny (preh adne Kostrej et al. 1998). V rámci projektu aplikovaného výskumu Ministerstva školstva SR venovaného Fyziologickému a produk nému potenciálu repky olejky v klimatických podmienkach Slovenska z h adiska využitia vo výrobe biopalív (grant. AV 4/2037/08) Hunková et al. (2008) testovali 10 genotypov repky rôznej proveniencie: Asgard (Nemecko), Californium (Francúzsko), Catalina (Francúzsko), Magali (Francúzsko), Manitoba (Francúzsko), Ontario (Taliansko), Oponent ( eská republika), Rodeo (Nemecko), Rohan (Nemecko), Talisman (Dánsko). Zamerali sa na najvýznamnejšie parametre: index listovej pokryvnosti (LAI), pomerná olistenos (LAR), špecifická listová plocha (SLA), špecifická listová hmotnos (SLW), absolútna rýchlos rastu (AGR), istý výkon fotosyntézy 42

43 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin (NAR), relatívna rýchlos rastu (RGR), rýchlos rastu porastu (CGR) a fotosyntetický potenciál (LAD). Uvedené parametre analyzovali vo vz ahu k meniacej sa teplote vzduchu a energii fotosynteticky aktívneho žiarenia po as vegeta ného obdobia. Autori zaznamenali v období apríl jún vysoké hodnoty NAR, ktoré sa v prípade 7 genotypov pohybovali od 10 do 16 g.m -2.de -1 (Obr. 1), pri om Kostrej et al. stanovili hodnoty tohto parametra v priemere 9-10 g.m -2.de -1. g.m -2.de -1 Obr. 1 istý výkon fotosyntézy (NAR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku ,00 16, ,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Magali Catalina Californium Talisman Rodeo Ontario Manitoba Rohan Asgard Oponent Obr. 1 Hodnoty istého výkonu fotosyntézy (NAR) rôznych odrôd repky olejky prebraté z práce autorov Hunková et al. (2008). alší parameter, ktorý autori hodnotili, predstavuje rýchlos prírastku sušiny porastu (CGR), závisiaci od ve kosti a výkonnosti listovej plochy. V jesennom a jarnom období tento parameter v priemere dosahuje hodnoty g.m -2.de -1 (Kostrej a kol., 1998). Rovnako ako v prípade parametra NAR, Hunková et al (2008) zistili podstatne vyššie hodnoty tohto parametra, ktoré sa u všetkých testovaných odrôd pohybovali od 21 do 95 g.m -2.de -1 (Obr. 2). g.m -2.de Magali Obr. 2 Rýchlos rastu porastu (CGR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku 2008 Rodeo Catalina Talisman Manitoba Ontario Asgard Californium Rohan Oponent Obr. 2 Hodnoty rýchlosti rastu porastu (CGR) rôznych odrôd repky olejky prebraté z práce autorov Hunková et al. (2008). 43

44 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Na základe celkového hodnotenia študovaných parametrov môžno konštatova, že do agroekologických podmienok pestovania v kukuri nej výrobnej oblasti na Slovensku sú vhodnejšie francúzske odrody Magali, Catalina a nemecká odroda Rodeo, ako odrody Asgard, Rohan, Ontario a Oponent. Odroda Oponent navyše dosiahla najnižšie hodnoty u troch zo štyroch sledovaných parametrov - NAR, CGR aj sušiny šešú. V prípade fyziologických parametrov, ktoré sa sledovali (obsah asimila ných pigmentov, fluorescencia Chl a, nepublikované) sa ukázala významná odrodová variabilita. Autori tiež zdôraznili, že z h adiska alšieho štúdia uvedenej problematiky bude potrebné detailnejšie analyzova (a) vz ah medzi uvedenými fyziologickými parametrami a faktormi prostredia (najmä klimatologickými charakteristikami) a (b) regula né mechanizmami v rámci primárnych procesov a produkciou biomasy jednotlivých odrôd repky. Dusíkaté hnojenie zdroj emisií N 2 O Už sme uviedli, že úroda repky významne závisí od dusíkatého hnojenia. To znamená, že fotosyntetická aktivita, a tým aj produkcia a úroda repky bude v budúcnosti podstatne limitovaná práve hnojením dusíkom. Táto skuto nos však ukázala potenciálne nebezpe enstvo negatívneho vplyvu N 2 O ako skleníkového plynu. Najnovšie analýzy totiž potvrdili, že najvýznamnejším zdrojom emisií N 2 O je práve po nohospodárstvo hlavne hnojenie dusíkom. V sú asnosti sa odhaduje, že príspevok N 2 O vzh adom k celkovým emisiám skleníkových plynov súvisiacich s po nohospodárskou innos ou je približne 69% (Pattey 2007). Emisia N 2 O je dôsledkom mikrobiálnych procesov prebiehajúcich v pôde. Zna ná as emisií tiež pochádza z drenážnych a pobrežných vôd, kde dochádza ku konverzii dusíka na N 2 O prostredníctvom bakteriálnych procesov. Avšak dusík, ktorý sa v týchto procesoch konvertuje, pochádza hlavne z využívania hnoja a priemyselných hnojív v po nohospodárstve. Ukázalo sa, že k poklesu týchto emisií o približne 25% v období r prispela hlavne legislatíva zameraná na zlepšenie využitia dusíka v hnojivách, o sa následne prejavilo v znížení vylu ovaného množstva dusíka na jednotku chovného dobytka, ako aj v zna nej redukcii používania hnojív. Oxid dusný (N 2 O) participuje zhruba 5%-ami na skleníkovom efekte, spôsobenom antropogénnou innos ou (napr. používanie hnojív v po nohospodárstve, výroba kyseliny dusi nej, a pod.). Pod a Crutzena et al. (2007) uvo ovanie N 2 O pri po nohospodárskej produkcii plodín pre výrobu biopalív eliminuje o akávanú redukciu globálneho otep ovania, spôsobenú nahradením fosílnych palív biopalivami. Potenciál globálneho otep ovania (PGO) N 2 O je totiž 296x vyšší ako PGO CO 2 o rovnakej hmotnosti (Prather a Ehhalt 2001). Repka olejka sa využíva na výrobu >80% biokomponentov do bionafty na celom svete, pri om využívanie repky na tieto ú ely sa podporuje hlavne v Európe. Na základe analýzy, ktorú vykonali Crutzen et al. (Crutzen et al. 2007) pre bionaftu produkovanú z repky olejky vyplynulo, že globálne otep ovanie spôsobené N 2 O je v priemere približne krát vä šie ako kvázichladiaci ú inok dosiahnutý nerealizovanými emisiami CO 2 z fosílnych palív. Pod a týchto autorov význam emisií N 2 O pre formovanie podnebia vyplýva aj zo skuto nosti, že príspevok z po nohospodárstva vo výške TgN 2 O-N/rok má rovnaký ú inok na klímu ako Pg C/rok, o je 8 11% skleníkového otep ovania spôsobeného oxidom uhli itým z fosílnych palív. Predpokladá sa, že zvýšená emisia N 2 O tiež spôsobí zvýšenie koncentrácií NOx a úbytok ozónu v stratosfére (Crutzen 1970). Emisie N 2 O v SR (vyjadrené prostredníctvom CO 2 ekvivalentu) v rokoch 1900 až 2003 sú znázornené na obr. 3 (Balajka et al. 2005). Z obrázku je zrejmé, že za iatkom 90-tych rokov došlo aj v SR k významnému poklesu týchto emisíí v súvislosti so znížením množstva dusíkatých hnojív používaných v po nohospodárskej produkcii. V sú asnosti však možno 44

45 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin o akáva nárast emisií N 2 O v dôsledku zvyšovania osevných plôch na pestovanie repky olejky, rastliny, ktorá má vysoké nároky na minerálnu výživu, predovšetkým na dusík CO2 ekvivalent [Tg] rok Obr. 3 Emisie N 2 O v SR (vyjadrené prostredníctvom CO 2 ekvivalentu) v rokoch 1900 až 2003 (Štvrtá národná správa SR o zmene klímy a Správa o dosiahnutom pokroku pri plnení Kjótskeho protokolu, SR 2005). Podrobnú analýzu negatívneho vplyvu dusíkatého hnojenia na životné prostredie ako aj environmentálnu charakteristiku N 2 O sme publikovali v našej predchádzajúcej preh adnej práci Krá ová a Masarovi ová (2008). Fotosyntetický a produk ný potenciál rastlín vo vz ahu k vode Voda je ropou 21. storo ia toto konštatovanie odznelo po as jednod ovej medzinárodnej konferencie Voda pre ozdravenie klímy Nová vodná paradigma. Konferencia sa konala v rámci Svetovej výstavy EXPO Zaragoza 2008 ( Zaragoza World Expo 2008 ) za ú asti expertov z Ve kej Británie, Nemecka, Francúzska Talianska, iech a Slovenska. Ú astníci konferencie sa dohodli, že vzh adom k tomu, že na rozdiel od ropy vodu nemožno nahradi žiadnou alternatívnou látkou, Európska komisia zreviduje do r svoju stratégiu o vode. Hrozba nedostatku vody a sucha sa bude rešpektova a následne zoh ad ova vo všetkých relevantných dokumentoch EK. Uvedené fakty potvrdzujú mimoriadny význam štúdia vplyvu vodného stresu na rastliny. Avšak problematika fotosyntézy a produkcie rastlín (vrátane repky) vo vz ahu k vode je tak komplexná (porovnaj Kumar a Singh 1998), že by si vyžadovala rozsiahlejší prístup, a tým aj osobitný príspevok, o o sa môžeme perspektívne pokúsi na niektorej z nasledujúcich konferencií. Po nohospodárske versus technické plodiny - etický problém Na záver by sme ešte chceli zdôrazni, že využívanie repky olejky ako technickej plodiny na úkor jej využívania pre potravinárske ú ely sa stáva významným etickým problémom, ktorému bude potrebné v budúcnosti venovali náležitú pozornos. 45

46 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATÚRA Aksouh-Harradj N. M., Campbell L. C., Mailer R. J.: Canola response to high and moderately high temperature stresses during seed maturation. Can. J. Plant Sci., Vol. 86, No 4, 2006, pp.: Angadi S.V., Cutforth H.W., Miller P.R., McConkey B.G., Entz M.H., Brandt S.A., Volkmar K.M.: Response of three Brassica species to high temperature stress during reproductive growth, Can. J. Plant Sci 4, 2000,pp.: Balajka J., Lapin M., Min áš J., Š astný P.: Štvrtá národná správa SR o zmene klímy a Správa o dosiahnutom pokroku pri plnení Kjótskeho protokolu, Ministerstvo životného prostredia SR a SHMÚ, Crutzen P. J.: The influence of nitrogen oxides on the atmospheric ozone content, Q. J. Roy. Meteor. Soc., Vol. 96, 1970, pp Crutzen P.J., Mosier A.R., Smith K.A., Winiwarter W.: N 2 O release from agro-biofuel production negates global warming reduction by replacing fossil fuels. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 7, 2007, pp.: Dekker M. (ed): Handbook of Photosynthesis. Second Edition. Boca Raton : Taylor & Francis Group, 2005, Pp.928 Gielen B., Vandermeiren K., Horemans N., D Haese D., Serneels R., Valcke R.: Chlorophyll a fluorescence imaging of ozone-stressed Brassica napus L. plants differing in glucosinolate concentrations. Plant Biol. Vol. 8, no 5, 2006, pp Hunková E., Bresti M., Masarovi ová E., Surov ík J., Ferencová J.: Využitie rastovej analýzy pre hodnotenie genotypových rozdielov kapusty repkovej pravej (Brassica napus L., subsp. napus).príspevok v zborníku z.15. vedeckej konferencie s medzinárodnou ú as ou Nové poznatky z genetiky a š achtenia po nohospodárskych rastlín, novembra 2008, Pieš any Keiller D.R., Mackerness S.A.H., Holmes M.G.: The action of a range of supplementary ultraviolet (UV) wavelengths on photosynthesis in Brassica napus L. in the natural environment: effects on PSII, CO 2 assimilation and level of chloroplast proteins. Photosynt. Res., Vol. 75, No 2, 2003, pp.: Kostrej A., Danko J., Jureková Z., Zima M., Gábor ík N.,Vidovi J.: Ekofyziológia produk ného procesu porastu a plodín. Vydavate ské a edi né stredisko SPU v Nitre, 1998, Pp. 179 Krá ová K., Masarovi ová E.: Plants for the future. Ecol. Chem.Eng. Vol. 13, No. 11, 2006, pp

47 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Krá ová K., Masarovi ová E.: Minimalizácia rizík pre životné prostredie pri pestovaní repky olejky na ú ely biopalív. Priemyselná toxikológia 08, Eds.: A. Manová, F. echo, STU Bratislava, ISSN , ISBN pp Zborník príspevkov z 28. vedeckej konferencie Priemyselná toxikológia 08, Tatranská Štrba, Kumar A., Singh D.P.,: Use of physiological indices as a screening technique for drought tolerance in oil seed Brassica species. Ann. Bot,, Vol.81, No 3, 1998, pp Malhi S.S., Gill K.S.: Cultivar and fertilizer S rate interaction effects on canola yield, seed quality. Can. J. Plant Sci., Vol. 86, No 1, 2006, pp Marchiol L., Assolari S., Sacco P., Zerbi G.: Phytoextraction of heavy metals by canola (Brassica napus) and radish (Raphanus sativus) grown on multicontaminated soil. Environ. Pollution, vol 132., 2004, pp Masarovi ová E., Navara J.: Einfluss des Fruchtbehanges auf CO2-Gaswechsel: Wasseraufnahme und Biomassebildung bei Apfel. Gartenbauwissenschaft. Vol. 59, 1994, pp Masarovi ová E., Lux A.: Physiological bases of growth and production in woody plants Acta Universitatis Carolinae - Biologica. Vol. 41, 1997, pp Masarovi ová E., Krá ová K., Bresti M., Olšovská K.: Produk ný potenciál repky olejky v environmentálnych podmienkach Slovenska z h adiska využitia vo výrobe FAME. 8. medzinárodné sympózium Motorové palivá 2008 (Motor Fuels 2008), Tatranské Matliare 008, ,jún 2008, D. Bratský ed., Ved.-technická spolo nos pri Slovnaft, Bratislava, ISBN , p Pattey E., Edwards G.C., Desjardins R.L., Pennock D.J., Smith W., Grant B., MacPherson J.I.: Agricultural and Forest Meteorology Vol. 142, No. 2-4, 2007, pp Peško M., Krá ová K., Masarovi ová E.: Niektoré aspekty fytoextrakcie kovov rastlinami druhu Brassica napus L. Priemyselná toxikológia 08, Eds.: A. Manová, F. echo, STU Bratislava, ISSN , ISBN pp Zborník príspevkov z 28. vedeckej konferencie Priemyselná toxikológia 08, Tatranská Štrba, Prather M., Ehhalt D.: Atmospheric chemistry and greenhouse gases, Ed.:Houghton, J. T., Ding, Y., Griggs, D. J., et al.: in: Climate Change 2001: The Scientific Basis, pp , Cambridge University Press, Cambridge, UK, Qaderi M.M., Kurepin L.V., Reid D.M.: Growth and physiological responses of canola (Brassica napus) to three components of global climate change: temperature, carbon dioxide and drought. Physiol. Plant. Vol. 128, No 4, 2006, pp Ramana S., Ghildiyal M.C.: Contribution of leaf photosynthesis towards seed yield in Brassica species J. Aggr. Crop Sci Zeitschrift fur Acker und Pflanzenbau, Vol. 178, No 3, 1997, pp:

48 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Singh M., Johnson-Flanagan A.: Co-ordination of photosynthetic gene expression during lowtemperature acclimation and development in Brassica napus cv. Jet Neuf leaves. Plant Sci, Vol. 135, No 2, 1998, pp Schwender J., Goffman F., Ohlrogge J.B., Shachar-Hill Y.: Rubisco without the Calvin cycle improves the carbon efficiency of developing green seeds. Nature Vol. 432, 2004, pp.: Šrojtová G.: Nitrogen fertilization in relationships to yields of winter rap. In: Zbornik radova proceedings: 40. hrvatskimadunarodni znanstveni simpozi agronoma. Zahreb: Agriculture University J.J. Srossmayer, 2005a s CDR ISBN Šrojtová G.: Priebeh poveternostných podmienok a ich vplyv na tvorbu úrody repky olejky. In: Zborník vedeckých prác VÚRV Pieš any-úae Michalovce 21. Michalovce : VÚRV-Úae Michalovce, 2005b. s ISBN Torriani D.S., Calanca P., Schmid S., Beniston M., Fuhrer J.: Potential effects of changes in mean climate and climate variability on the yield of winter and spring crops in Switzerland Climate Res., Vol. 34, No 1, 2007, pp Wilson K.E., Thompson J.E., Huner N.P.A., Greenberg B.M.: Effects of ultraviolet-a exposure on ultraviolet-b-induced accumulation of specific flavonoids in Brassica napus. Photochem Photobiol, Vol. 73, No 6, 2001, pp Summary Photosynthetic activity of the rapeseed actual state and perspective changes Elena Masarovi ová, Katarína Krá ová, Matúš Peško Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Mlynská dolina, SK Bratislava, Slovenská republika; masarovicova@fns.uniba.s The paper is aimed to the theory of photosynthetic activity and production potential of the plants what was analysed in relation to the environmental factors. From this aspect attention was paid to the rapeseed (Brassica napus L. subsp. napus) considering actual state and perspective changes. Both positive and negative effects of nitrogen fertilization, which is permanent and necessary component of agricultural technology of this important crop, were evaluated. We appreciated raising negative effect of N 2 O originated in agricultural practice because of this gas shows similar unfavourable effects like greenhouse gases. It was stressed that some ethic aspects in utilization of crops for agricultural and technical purposes will have to be respect. Po akovanie Túto prácu finan ne podporila Vedecká grantová agentúra MŠ SR, grant. AV 4/2037/08. 48

49 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin AGROMETEOROLOGICKÝ POHLED NA HODNOCENÍ POČASÍ Věra Kožnarová, Jiří Klabzuba, Vera Potop Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra agroekologie a biometeorologie koznarova@af.czu.cz, klabzuba@af.czu.cz, potop@af.czu.cz SOUHRN Práce se zabývá problematikou vlivu meteorologických faktorů na pěstování zemědělských plodin. V úvodní části obsahuje přehled agrometeorologických a bioklimatologických charakteristik vhodných pro tyto účely. Přehledně jsou uvedeny jak jednoduché parametry používané od počátku 20. století, tak i složitější indexy využívané v databázi World Meteorological Organization CLICOM. Speciální pozornost je věnována aplikaci standardizovaných klimatologických charakteristik při komplexním hodnocení rizikových povětrnostních faktorů na výnos řepky v podmínkách střední Evropy v poledním dvacetiletí. ÚVOD Meteorologické prvky jako je teplota půdy, vzduchu a vody, vlhkost vzduchu a půdy, trvání slunečního svitu a délka dne, intenzita záření nebo světla, množství, druh a tvar srážek a jejich rozdělení během vegetace, výpar vody z půdy a rostlin, různé extrémními jevy jako sucho, přívalové deště, krupobití, silný vítr a mnoho dalších jsou faktory, které ovlivňují biologické jevy v přírodě. Všechny prvky můžeme dále detailněji popisovat pomocí jednotlivých charakteristik, kterých je poměrně značné množství. Například u teploty vzduchu můžeme použít hodnoty změřené v určitých dohodnutých termínech, tzv. termínová měření, stanovit průměrné hodnoty, extrémy, četnosti výskytu zvolené teploty, sumy, odchylky od normálu a další statistické veličiny. Pro celistvý popis počasí je nutné obvykle zvolit vhodný počet kombinací charakteristik vystihujících sledované období. Každý rok nebo i jeho části jsou totiž jedinečné a neopakovatelné. Ztěchto důvodů je pro hodnocení vlivu počasí na pěstování rostlin v nejširším slova smyslu nezbytná určitá standardizace a unifikace metodických postupů při měření, zpracování a interpretaci meteorologických informací při hodnocení jejich vlivu, které umožňuje porovnávání variability ročníků. Hodnocení by mělo obsahovat univerzálně použitelná kritéria vhodná jak pro velká území nebo administrativní celky, tak i pro konkrétní lokalitu nebo i malá území. Pro jednotlivé plodiny nebo skupiny plodin a pro časové a výnosové řady je však nutné zvolit charakteristiky cíleně vybírané. Měly by být také použitelné při posuzování vlivu chorob, škůdců a plevelů, při bonitaci a oceňování pozemků. METODIKA Přehled agrometeorologických charakteristik vhodných pro hodnocení počasí v jednotlivých letech i pro hodnocení dlouhodobého režimu meteorologických prvků z klimatologického hlediska vybraných z celosvětově doporučovaného seznamu (na kterém se podílely World Meteorological Organization, Food and Agriculture Organization a Agrometeorology Organization) byl sestaven do bloků termického režimu, režimu zavlažení, radiačního režimu, nepříznivých a rizikových agroklimatických faktorů, úrodnosti půdy, nadmořské výšky a reliéfu /10/. Využití agroklimatických dat v elektronickém věku je mnohem účinnější než dříve. Efektní exploatace informací předpokládá jednotně řízené následující fáze: získávání dat, revizi kvality dat, zpracování dat, archivaci dat, analýzu dat, šíření výsledků tak, aby byly dostupné komunitě agroklimatologů uživatelů. Podle WMO by databáze měla být operativní a adaptabilní natolik, aby mohla sloužit pro aplikace na úrovních národních, regionálních i globálních. Měla by být směrována tak, aby splňovala požadavky projektu Climate Appli- 49

50 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin cations Referal System s možností využití databáze GIS. Zvláštní pozornost by měla být soustředěna na těsnou souvislost s World Climate Data Programme Project. Systém databáze CLICOM (CLImate COMputing) je koncipován s ohledem na výše uvedené skutečnosti. V ČR jej provozuje Český hydrometeorologický ústav. Obsahuje základní údaje o teplotě vzduchu (včetně denních stupňů a počtu dnů a hodin s určitou definovanou teplotou vzduchu, statistiky vegetační doby), podrobné údaje o srážkách (včetně charakteristik sucha, sněhové pokrývky a extrémních srážkách), informace o směru, rychlosti a trvání větru, data o oblačnosti, slunečním svitu a globálním záření a radiační bilanci, data o vlhkosti vzduchu, informace o výparu vody z volné hladiny a evapotranspiraci, výskytu rosy, její množství a trvání ovlhnutí listů, údaje o teplotě půdy ve standardních hloubkách (včetně promrzání a výskytu charakteristické teploty v hloubce), údaje o extrémních jevech (mráz, kroupy, období veder, vpády studeného vzduchu, sucho, záplavy), speciální agrometeorologická pozorování (informace o vlhkosti půdy ve standardních hloubkách, růstová analýza, fenologie plodin, LAI, nadzemní biomasa, teplota listů, délka kořenů, teplotní poměry uvnitř porostu). Pro potřeby zpracování různých studií a klasifikačních systémů byly postupně zaváděny a definovány účelové a komplexní klimatografické dvou a více parametrové indexy, koeficienty a stupně /2/, /3/, /4/, /5/, /6/, /7/, /8/, /9/, /11/, /12/, /13/, /14/, /17/. Pod pojmem klimatologický index rozumíme veličinu obvykle vypočtenou na základě empirické formule, sloužící k podrobnějšímu charakterizování některých vlastností podnebí. V případě biometeorologické vazby se používá bioklimatologický index. Nejčastěji požívané indexy uvádíme v následujícím přehledu: Teplotní vegetační konstanta, vegetační teplotní suma (syn.) je součet průměrných denních teplot vzduchu za vegetační období plodiny, tj. od zasetí nebo sázení do sklizně. Starší literatura vyjadřuje teplotní vegetační konstantu nesprávně ve C, nověji se používá označení DD (Degree Day), případně denní stupeň, graden, gradenové číslo. Den s definovanou charakteristikou je vázán na definici dne jako časové míry zahrnující interval 24 hodin. Jeho počátek však není vázán na spodní kulminaci Slunce (půlnoc), ale na meteorologickou charakteristiku, která je měřena. Pro srážky den začíná v 7 h a trvá do 7 h následujícího dne, pro denní maximum a denní minimum teploty vzduchu je počátkem 21 h a den končí 21 h následujícího dne. Používaný čas je čas střední místní. K podrobnějšímu popisu teplotních poměrů daného místa patří údaje o počtu dní letních (t max 25,0 C), tropických (t max 30,0 C), s tropickou nocí (t min 20,0 C), mrazových (t min -0,1 C), se silným mrazem (t max -0,1 C), ledových (t min -10,0 C) a arktických (t max -10,0 C). Významnou a často používanou charakteristikou v agroklimatické nebo bioklimatické rajonizaci je např. den s průměrnou denní teplotou vzduchu t d 0,0; 5,0; 10,0; 15,0 i 20,0 C. Nejčastěji se používá jako tzv. zástupná teplotní charakteristika s tím, že reprezentuje jak teplotní zajištění, tak i dobu trvání. Některá období vymezená pomocí takto definovaných charakteristik získala i obecně platné názvy: vegetační zima (t d < 0,0 C), velké vegetační období (t d 5,0 C); hlavní vegetační období (t d 10,0 C); vegetační léto (t d 15,0 C). Obdobně jsou popisovány srážkové podmínky pomocí následujících charakteristik: den s deštěm, den se srážkovým úhrnem 0,0 mm, 1,0 mm, 10,0 mm, den s rosou, den s bouřkou, den se sněžením, den se sněhovou pokrývkou, den s mlhou. Z hlediska charakteristik slunečního svitu a oblačnosti v daném místě, jsou vhodným doplňkem údaje o počtu dní jasných (s průměrnou oblačností 20 %), oblačných (20 až 80 %) a zamračených ( 80 %). 50

51 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Při hodnocení počasí se často uchylujeme k určitým zjednodušením, kdy zdánlivě nejsnazším se jeví ročníky, které můžeme na základě empirických znalostí popsat čtyřmi stavy: teplé, studené, suché a vlhké. Na první pohled jsou tyto pojmy zcela jasné, při bližším popisu se však můžeme setkat s různým vyjádřením od velmi obecných až po složité, značně komplikovaně definované indexy. Některé povětrnostní situace a specifické podmínky svým režimem nebo stavem prvků vytvářejí sucho, jehož výsledkem je nedostatek vláhy jako mimořádný jev. Z ekologického hlediska zvláště v bioklimatologii rostlin je sucho determinováno podmínkami půdními, hydrologickými, biologickými, technickými či antropickými vlivy a vyvolává škodlivý nedostatek vláhy v krajině nebo její části. Pro popis sucha se používají: Index sucha - I such, kde hodnota I such = 1 charakterizuje počátek sucha; I such = 0,5 nástup výrazného sucha. Rozhodujícím kritériem hodnocení nedostatku atmosférických srážek pro rozvoj určité rostliny nebo společenstva rostlin je zpravidla stanovení hranice sucha. Podle Pencka je to hranice mezi oblastí humidní a aridní. Pro naše poměry odpovídá hodnotě 70 podle Langova dešťového faktoru. Gregor stanovil hranici sucha rovnice vyjadřující roční úhrn srážek a průměrnou roční teplotu vzduchu. Podle hydrotermického koeficientu Seljaninova HTK, je to tehdy, kdy HTK = 1, tj. množství srážek je shodné s množství odpařené vody. Minář vymezil hranici sucha kladnou vláhovou jistotou, v létě vymezuje hranici sucha měsíční úhrn srážek < 40 mm. Hranici je však možné definovat i pomocí celé řady dalších vzorců: Ukazatel sucha podle de Martona zahrnuje průměrný roční úhrn srážek v mm, průměrnou roční teplota vzduchu, počet dní se srážkami v daném místě a průměrný počet srážkových dní v okolních lokalitách. Rovnici zlepšil Reichel do podoby vhodné pro střední Evropu, kde průměrný počet srážkových dnů ve střední Evropě je 180. Budyko navrhl použít index sucha - I such zpoměru celkové radiační bilance a množství tepla potřebného k vypaření srážek. V roce 1968 vznikl Palmerův index suchosti Palmer Drought Severity Index PDSI, který je vhodný ke klasifikaci vodního režimu půdy, speciálně pro použití pro delší období jako rok nebo dlouhodobý průměr (nehodí se pro denní, někdy ani pro měsíční údaje). Je založen na hodnocení rozdílu mezi reálnými úhrny srážek a srážkami potřebnými pro evapotranspiraci. Je vhodný k posuzování déletrvajících období sucha nebo deštivého počasí. Variantu PDSI (za použití Penman Monteith metody výpočtu evapotranspirace) použili Paulo a Pereira /6/, Szalai a Syinell /6/. Modifikovaná varianta je použita i v novém Atlasu podnebí ČR (2007). Index Sucha Si vychází z kombinace srážek, teploty vzduchu a vlhkosti půdy, kdy umožňuje charakterizovat zemědělské sucho nebo v jednodušším tvaru bez půdní vlhkosti meteorologické sucho /15/, /16/. Problematiku sucha lze řešit i pomocí indexů požívaných pro hodnocení příliš vlhkých podmínek, resp. nadbytku srážek. Vláha je termín, který v meteorologii vyjadřuje neurčitý pojem, jímž se zpravidla rozumí vlhkostní poměry v půdě a někdy i spadlé atmosférické srážky. Ve vztahu k zemědělství se často hovoří o nadbytku nebo nedostatku vláhy, který má úzký vztah k závlahám a zavlažování (vláhový deficit, vláhové podmínky, vláhová bilance). V zemědělské meteorologii se zpravidla používá pojem produktivní vláha vyjadřující půdní vláhu využitelnou rostlinami. Zimní vláha je voda akumulovaná v půdě z deště a tajícího sněhu na počátku vegetačního období a úzce souvisí s vlhkostí půdy. Pro hodnocení se používají indexy: Ukazatel zavlažení (klimatický), koeficient zavlažení K vyjadřuje bilanci půdní vody v měřitelných jednotkách. Ukazatel zavlažení vypočtený za období od června do srpna se používal v agroklimatické rajonizaci Československa v roce 1975 jako hlavní kritérium vláho- 51

52 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vých podmínek. Základem je potenciální výpar a úhrn srážek za určité období. Pro podmínky rajonizace ho použil Tomlain (podle Budyka). Water Satisfaction Index WSI definovali Frere a Popov /6/ speciálně pro studia zajištění minimální potřeby vody rostlinami (pro určitý výnos). Rain Anomaly Index RAI byl původně navržen v roce 1965 (Van-Rooy); Gomes a Petrasi /6/ ho doporučili k hodnocení potenciální zemědělské produkce (je to vhodný mezičlánek mezi suchem a přebytkem vody a socioekonomickým dopadem. Do skupiny speciálních indexů lze zařadit: Aridity Anomaly Index AAI, který je založen na hodnocení poměru deficitu vláhy a potřebách vody plodinou. Surface Water Supply Index SWSI, definovali Shafer a Derman /6/ zejména pro použití ve vyšších a horských polohách, kde hraje významnou roli sněhová pokrývka. Crop Water Stress Index CWSI je teoreticky vypočtený index z většího množství agrometeorologických dat jako je teplota porostu i vzduchu, výpar, radiační bilance a rychlost větru. Pro hodnocení kratších časových období se používá (na základě CWSI) i Stress Degree Day (SDD), který je vhodný pro výpočet tvorby výnosu plodiny. Crop Moisture Index CMI je zaměřen na postižení zemědělského sucha, tj. nedostatku nebo přebytku půdní vláhy v průběhu vegetace. Jeho autorem je Palmer. Standardized Precipitation Index SPI je univerzálně použitelný jednoduchý index založený jen na srážkách. Hodí se pro hodnocení krátkodobého využití srážek v zemědělství a hydrologické aplikace (odtok, vsakování). Rainfall Deciles používali Gibbs a Mather /6/) při studiu sucha v Austrálii. Metoda je založena na kumulativním hodnocení srážkových úhrnů v jednotlivých decilech. V rámci dálkového průzkumu Země se používají další indexy: Green Leaf Area Index, Greenness, Vegetation Condition Index, Transformed Soil Adjusted Vegetation Index, Enhanced Vegetation Index, Fraction of Absorbed Photosynethetically Active Radiation (FAPAR), Meris Global Vegetation Index (MGVI). Některé speciální indexy s dominantním vlivem meteorologického prvku byly použity ke klasifikaci klimatu. Např. Transenau (1905) použil zákalový činitel atmosféry, Szymkiewicz (1925) kombinaci tlaku vodní páry, tlaku vzduchu a teploty vzduchu, Meyer (1926) preferuje sytostní doplněk, Wallén (1927) odtokové množství vody, Angström (1936) vlhkostní koeficient průzračnosti atmosféry, Köppen ( ) používal a definoval redukované množství srážek, relativní teploty vzduchu, Knoche (1942) zavádí pojmy efektivní srážky a aktivní teploty /6/. Mnoho autorů používá pro potřeby klasifikace klimatu index kontinentality, protože má významný vliv na rozdělení srážek v roce: Index vlhkosti (humidity) - I vlh použil Thornthwaite pro třídění a rajonizaci podnebí větších měřítek a pro určení vazeb mezi podnebím a vegetací. Index Climate, Vegetation, Productivity CVP stanovil Paterson v roce Umožňuje na základě klimatických dat (teplota vzduchu, množství srážek, trvání vegetačního období, sluneční záření) odhadnout množství dřevní produkce v libovolné oblasti Země. Konstanta heliotermická - K H podle Barnase je vhodná při posuzování poloh pro pěstování révy vinné, zvláště ve Francii. Stanovuje se pomocí sumy průměrné denní teploty vzduchu vyšší než je biologická (vegetační) nula a sumy efektivně možné doby trvání slunečního svitu za období aktivních teplot. Ukazatel bioklimatický - BKU definoval Constantinescu a je obdobně určen k charakteristice oblasti vhodných pro pěstování vinné révy. Využívá sumy aktivní teploty, koeficient insolace a úhrn srážek. 52

53 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vláhový koeficient, koef. vlagooborota postihuje vztah zdrojů vláhy jak ve formě padajících srážek, tak i srážek horizontálních -rosya ostatních kondenzátů z vodní pár; úzce souvisí s intercepcí srážek a kvantifikací bilančních složek. Formuli HAUDE MOESE, klimaformuli použili autoři v roce 1937 ke klasifikaci určené k výpočtu výnosů v zemědělství. Základem je trvání vegetační doby, počet dnů se srážkovým úhrnem a relativní proměnlivost srážek v jednotlivých letech. Koeficient Meyerův Q, vyjadřuje tzv. efektivní vlhkost pomocí průměrného ročního úhrnu srážek a sytostního doplňku. Kvocient termodromický navrhl von Marilaun pro posouzení termické kontinentality podnebí příslušné oblasti. Principem je porovnání teplotních poměrů jara a podzimu. Plošné rozložení kvocientu se vyjadřuje na mapách pomocí izolinií termoizodrom. Vláhová jistota podle Mináře - K M charakterizuje vláhové poměry místa. Pro podrobné členění sestavil autor mapy, které byly použity při rajonizaci. Hydrotermický koeficient HTK se používá k vyjadřování aridity nebo humidity, zpravidla se jedná o poměr srážek k teplotě vzduchu. Nejznámější je hydrotermický koeficient Seljaninova založený na vztahu sumy srážek a sumy průměrné denní teploty vzduchu t d 10,0 C. Plošné zobrazení je k dispozici v publikaci Agroklimatické podmienky ČSSR. Jiným případem je hydrotermický koeficient Šatského. Faktor dešťový podle Langa je stanoven pomocí průměrného úhrnu srážek a roční teploty vzduchu. Podle Oelkerse faktor vychází z úhrnu srážek pro jeden den vegetačního období a průměrné teploty vzduchu tohoto období (nejčastěji od května do září). Podle Alberta zahrnuje úhrn ročních srážek a průměrnou teplotu vzduchu v bezmrazovém období. Faktor omočení patří mezi významné charakteristiky v ochraně rostlin. Bonitační stupeň klimatu Bk /8/, /13/. byl definován podle požadavků integrálního hodnocení bonity klimatu pro potřeby zemědělství v podmínkách střední a východní části Evropy. Koeficient zavlažení - K charakterizuje podmínky zavlažení během roku /8/, /13/. Bonitační stupeň zavlažení - představuje podíl výnosu vlivem zavlažení připadající na 100 stupňů Σ t 10 C/8/, /13/.. K popisu dvou nebo více klimatických prvků se používá obvykle grafického vyjádření - klimatického diagramu (syn. klimagram, klimagraf, klimatograf, klimatogram, klimogram nebo klimograf). Předností tohoto způsobu zpracování je současné vyjádření studovaných prvků, jejich proměnlivosti a případně i vzájemných vztahů v průběhu roku. Většinou jsou klimatické prvky na svislé ose a časové informace (obvykle měsíce) na ose vodorovné. Některé klimogramy jsou konstruovány tak, že 12 (nebo méně) měsíčních hodnot daného klimatického prvku je vyneseno na vertikální ose a odpovídající hodnoty jiného prvku pak na horizontální. Průsečíky obou souřadnic jsou spojeny kontinuální linií. Mezi nejznámější patří: Walter - Liethův klimagram vznikl na základě myšlenky zobrazit a porovnat klima různých regionů s podobnou vegetací. V průběhu několika let autoři zpracovali a vyhodnotili okolo lokalit a na jejich základě stanovili 10 typů podnebí. Je vhodný zejména pro agrometeorologické účely. Hytegraf (hythegraph) umožňuje vyjádřit v pravoúhlé souřadnicové soustavě teplotu a srážky nebo humiditu v dané lokalitě. Na vodorovnou osu se vynášejí údaje o průměrné měsíční teplotě vzduchu, na svislou osu měsíční úhrn srážek. Vzniká tak obrazec, který umožňuje jak klimatologickou interpretaci při porovnávání různých lokalit (klima kontinentální, maritimní, monzunové, pasátové), ale i hodnocení variability počasí v různých letech na jedné lokalitě. Za autora je považován T. Griffith Taylor. Obdobnou konstrukci jako má hytegraph jsme použili při sestavení termopluviogramu /10/, /11/, /12/.. Popisuje teplotní a srážkové poměry v pravoúhlé souřadnicové soustavě na základě odchylky od normálu nebo dlouhodobého průměru a relativního vyjádření srážek 53

54 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin pomocí procenta normálu nebo dlouhodobého průměru. Procentem zabezpečení byly stanoveny hranice intervalů obou meteorologických charakteristik a vznikla tak sedmidílní stupnice poskytující 49 možných kombinací. Toto grafické vyjádření umožňuje porovnávat libovolně dlouhé časové řady na jedné lokalitě. S ohledem na skutečnost, že východiskem je hodnocení odlišností od normálu, je možné porovnávat i různá místa. Integrovaný index počasí, Integrated Weather Index, IWI rozšiřuje původní schéma termopluviogramu ze dvou na tři hlavní meteorologické faktory ovlivňující růst a vývoj rostlin. K odchylce teploty vzduchu od normálu, procento úhrnu srážek přidali autoři Kott a Nekovář /6/ procento trvání slunečního svitu. Grafické vyjádření se nazývá termopluviosolarigram TPS. Výše uvedený přehled používaných kritérií ukazuje možnosti pro hodnocení počasí pro různé účely. Při jejich aplikaci se však často dostáváme do problémů spojených s nedostupností dat popisujících některý meteorologický prvek nebo charakteristiku. Proto jsme se v další části pokusili o vytvoření modelu založeného na použití nejjednodušších a také nejčastěji používaných vstupních dat. METODIKA Jako obchodnou plodinu analýzu jsme zvolili řepku olejnou. Na poměrně vágní a často subjektivní slovní popisy podmínek v průběhu vegetačního období jsme aplikovali objektivní vstupní meteorologické parametry založené na jednoznačných definicích použitých pojmů. Kladli jsme především důraz na rizikové a nebezpečné jevy v průběhu pěstování, které jsou obvykle vyjádřeny jako: sucho při předseťové přípravě půdy, při setí a vzcházení (tj. především v měsíci srpnu), nedostatek srážek vedoucí k redukci počtu rostlin v počátcích vegetace (srpen, září), nadměrné množství srážek spolu s velmi teplým podzimem (vedoucí k nadměrné tvorbě biomasy), střídání relativně teplých a studených období v zimě (prosinec až březen), silné mrazy v zimě (prosinec až únor) zejména při absenci sněhové pokrývky a předcházejícím teplém a vlhkém podzimu, sucho v jarním období na počátku vegetace, deštivé a chladné počasí v období květu. Rozhodujícím kritériem při volbě klimatologických charakteristik byla dostupnost dat v informačních zdrojích především v materiálech Českého hydrometeorologického ústavu. Jedná se o charakteristiky běžně používané, jejichž definice, význam a možná interpretace byly publikovány /17/. Při jejich zpracování byla využita sedmidílná stupnice vyjadřující procento zabezpečení (tab. 1). S ohledem na řešenou problematiku jsme zvolili jen ty stavy, které lze považovat za rizikové nebo nebezpečné. Uvádíme je v chronologickém pořadí: suché, silně suché a mimořádně suché měsíce (srpen a září), silně vlhké nebo mimořádně vlhké měsíce (srpen a září), silně teplé nebo mimořádně teplé měsíce (říjen a listopad), silně studené nebo mimořádně studené zimní měsíce (prosinec až únor), velký počet dnů se silným mrazem v zimních měsících (prosinec až únor), malý počet dnů se sněhovou pokrývkou v zimě (prosinec až únor), velká absolutní teplotní amplituda za chladný půlrok (říjen až březen), suché, silně suché až mimořádně suché jarní měsíce (duben až červen), velký počet dnů se srážkovým úhrnem větším než 1 mm (květen a červen). 54

55 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin tab. 1 Kritéria pro hodnocení Hodnocení Pravděpodobnost Hodnocení Hodnocení Kvantily normality opakování teploty srážek mimořádně mimořádně mimořádně < 2,0 % < než jednou za 50 let nadnormální teplý vlhký silně nadnormální 2,0 až 9,9 % < než jednou za 10 let silně teplý silně vlhký nadnormální 10,0 až 24,9 % < než jednou za 4 roky teplý vlhký normální 25,0 až 75,0 % jednou za 2 roky normální normální podnormální 75,1 až 90,0 % < než jednou za 4 roky studený suchý silně podnormální 90,1 až 98,0 % < než jednou za 10 let silně studený silně suchý mimořádně podnormální > 98,0 % < než jednou za 50 let mimořádně studený mimořádně suchý VÝSLEDKY Podle výše uvedené tabulky jsme vytvořili grafické (obr. 1) a třístupňové tabulkové (tab. 2) vyjádření, v němž jsou polohou znázorněny definované klimatologické charakteristiky. Nebezpečné a rizikové faktory pak jsou zařazeny do klasifikace: výskyt jevu, silný výskyt jevu a mimořádný výskyt jevu. Obr. 1 Přehled výskytu, kombinací a kumulací rizikových biometeorologických faktorů určujících výnos řepky v jednotlivých ročnících sucho při setí mokro při setí teplý podzim studená zima velký počet dnů se silným mrazem nejnižší teplota vzduchu v zimě velká amplituda teploty vzduchu malý počet dnů se sněhovou pokrývkou sucho ve vegetaci na jaře velký počet srážkových dnů při kvetení vlhký podzim mimořádně silný výskyt jevu silný výskyt jevu výskyt jevu / / / / / / / / / / / / / / / / /06 (roky) 55

56 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin tab. 2 Nepříznivé a rizikové agrometeorologické jevy v průběhu ročníků 1989/90 až 2005/06 (+ výskyt jevu; ++ silný výskyt jevu; +++ mimořádně silný výskyt jevu) sucho při setí mokro při setí teplý podzim studená zima velký počet dnů se silným mrazem nejnižší teplota vzduchu v zimě velká amplituda teploty vzduchu malý počet dnů se sněhovou pokrývkou sucho ve vegetaci na jaře velký počet srážkových dnů při kvetení vlhký podzim 1989/ / / / / / / / / / / / / / / / / ZÁVĚR Předložená práce ve své první části poskytuje ucelený přehled o používaných kritériích pro posouzení počasí v průběhu ročníku. Jednotlivé metody jsou stručně charakterizovány a umožňují řešitelům výzkumných úkolů další rozhodovací proces při možné aplikaci. Působení biometeorologických faktorů ovlivňujících tvorbu výnosu je vždy komplexní a komplikované. Jejich výskyt, různé kombinace v negativním i pozitivním smyslu a v neposlední řadě i kumulace během celého ročníku determinují variabilitu produkce v jednotlivých letech. Významně se uplatňují i jednoduché nebo vícenásobné interakce, které mohou záporné působení jednotlivých faktorů částečně kompenzovat nebo naopak jejich vliv zesilovat. Navržená metoda umožňuje vizuálně posoudit jmenované skutečnosti, shodné zpracování na základě objektivních kritérií založených na meteorologických datech, jednoznačnou interpretaci výsledků a může tak být prvním krokem pro následné statistické šetření. K tomuto účelu by mělo sloužit i přiřazení váhy jednotlivým biometeorologickým parametrům v průběhu vegetačního období na základě doporučení pěstitelů a výzkumných pracovníků. 56

57 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA 1. ČHMÚ (1988): Zpracování klimatologických informací, Praha 2. GLOSSARY OF METEOROLOGY (2000): American Meteorological Society, Boston, ISBN GŐTZ, G. (1983): Introduction to General Climatology, Meteorological Service of the Hungaria, Budapest 4. HAYHOE, H., HOEFSLOOT, P., HOUQUAN, L., MOTHA, R., VEERASAMY, M., WIERINGA, J. (2006): Agricultural Meteorological Data, their Resentation and Statistical Analysis, Guide of Agrometeorology - chapter 3, ( 5. HANDBOOK OF METEOROLOGY (1945): New York, London 6. KLABZUBA, J. (2007): Literární rešerše ke studiu možností využití klasických i nestandardních agrometeorologických charakteristik pro účely hodnocení zemědělského půdního fondu, projekt QH72257, 42 str. 7. KLABZUBA, J., KOŽNAROVÁ, V. (1993): Agrometeorologické hodnocení ročníku nebo kratšího období -I. část, Sborník VŠZ. Praha 8. KLABZUBA, J., KOŽNAROVÁ, V. (1995): Studie možností využití klasických i nestandardních agrometeorologických charakteristik pro účely bonitace klimatu na území České republiky, dílčí závěrečná zprava, ČZU v Praze 9. KLABZUBA, J., KOŽNAROVÁ, V. (1996): O mezoklimatu a mikroklimatu v agrometeorologii, monografie, Praha, 52 str. 10. KLABZUBA, J., KOŽNAROVÁ, V., VOBORNÍKOVÁ, J. (1999): Hodnocení počasí v zemědělství, ČZU v Praze, ISBN , 125 str. 11. KOŽNAROVÁ, V. KLABZUBA, J. (1993): Agrometeorologické hodnocení ročníku nebo kratšího období -II. část, Sborník VŠZ. Praha 12. KOŽNAROVÁ V., KLABZUBA J. (2002): Doporučení WMO pro popis meteorologických, resp. klimatologických podmínek definovaného období, Rostlinná výroba, ČAZV - ÚZPI, ISSN X, duben 2002, č. 4, ročník 48, str KOŽNAROVÁ V., KLABZUBA J., POTOP, V. (2008): Mořnosti využití klasických i nestandardních agrometeorologických charakteristik pro zemědělské účely, S, ÚZEI, Praha, Sborník Hodnocení zemědělského půdního fondu v podmínkách ochrany životního prostředí, str METEOROLOGICKÝ SLOVNÍK VÝKLADOVÝ A TERMINOLOGICKÝ (1993): Academia, MŽP, Praha 15. POTOP, V., KOŽNAROVÁ, V. (2008): Drought as natural hazard in the Czech Republic, 8th Annual Meeting of thew EMS/7th ECAC Climate adaptation, ISBN , Amsterdam 16. POTOP, V., TURKOTT, L., KOŽNAROVÁ, V. (2008): Spatiotemporal characteristics of drought in Czechia. Scientia Agriculturae Bohemica. 39 (3): str ZPRACOVÁNÍ KLIMATOLOGICKÝCH INFORMACÍ (1988): ČHMÚ, Praha 57

58 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Weather evaluation under agrometeorological point of view Summary The paper deals with problems of meteorological factor influences on the crop production. The starting part contents overview of agrometeorological and bioclimatological characteristics suitable to this reason. There are presented simple parameters used since first half of the last century and the complex indices exploited in the database CLICOM World Meteorological Organization briefly. The special attention is devoted to the application of standardized climatologically characteristics. The evaluation of risk weather factors was realised on the rape cultivation in the central Czech region during last twentieth. Poděkování Příspěvek byl zpracován a publikován s podporou výzkumného záměru MSM No Setrvalé zemědělství, kvalita zemědělské produkce, krajinné a přírodní zdroje a projektu QH72257 Hodnocení zemědělského půdního fondu se zohledněním ochrany životního prostředí. 58

59 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV P DN KLIMATICKÝCH PODMÍNEK NA VÝNOS JE MENE JARNÍHO V DLOUHODOBÝCH VÝŽIVÁ SKÝCH POKUSECH V LETECH Eva Kunzová Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 6 Ruzyn, eská republika kunzova@vurv.cz Souhrn Ke studiu vliv p dn -klimatických faktor na výši výnos byl vybrán je men jarní u dlouhodobých výživá ských pokus VOP, na t ech stanovištích: v Ivanovicích, v áslavi a v Lukavci. V asovém úseku sledovaných let se prokázal dominantní vliv stanovišt a jeho klimatických podmínek. U je mene jarního (odr da Calgery) se interval výnos na nehnojené variant v Ivanovicích pohyboval od 2,99 do 5,69 t.ha -1, v áslavi od 1,49 do 3,27 t.ha -1 v epa ských výrobních oblastech a od 1,66 do 2,15 t.ha -1 v Lukavci v bramborá ské výrobní oblasti. Nejvyšších výnos bylo dosaženo na variant hn j+n 2 PK (Ivanovice a áslav) a v Lukavci na variant hn j+n 3 PK. Klí ová slova: dlouhodobé výživa ské pokusy, je men jarní, výnos ÚVOD Na tvorbu výnosu jarního je mene má silný vliv charakter ro níku, nebo v d sledku kratší vegeta ní doby a slabšího ko enového systému se h e vyrovnává s výkyvy po así, zhoršeným fyzikálním stavem p dy a chybami v agrotechnice. Tvorbu úrody m žeme definovat jako vliv interakce p dn -klimatických podmínek, genotypu, technologie na syntézu, transport a hromad ní asimilát v zrn je mene. Kolísaní výnos jarního je mene v závislosti na pr b hu pov trnostních podmínek se pohybuje kolem 25 % a projevuje se rozdíln siln v interakci s pestrou škálou agroekologických podmínek, úrovni agrotechniky a zdravotním stavem odr dy. MATERIÁL A METODA Dlouhodobé výživá ské pokusy (ozna ené jako VOP - výživá ské osevní postupy) byly založeny na podzim 1955 na stanovištích Ivanovice, áslav a Lukavec, na 4 honech s jednotným osevním postupem - se 12 variantami hnojení, 4x opakovanými. Velikost modelových pokusných hon iní 40 ar, rozd lených na 48 parcelách (8x8), skliz ová parcela je 5x5 m 2. Systém hnojení, dávky hnojiv a osevní postup jsou jednotné pro všechna stanovišt. Dusík byl dodáván v ledku amonném s vápencem, fosfor v superfosfátu, draslík v draselné soli a ho ík v Kieseritu. Výrobní a klimatické podmínky stanoviš uvádí tabulka 1. P ehled variant hnojení uvádí tabulka 2. Organické hnojení se aplikuje jen pod okopaniny. Dávky minerálního hnojení: (kg.ha -1 ): N 1-30, N 2-60, N 3-90, K 2 O-60. K hodnocení výnos je mene jarního v letech v dlouhodobých pokusech VOP, jsme vybrali všech 12 variant hnojení. 59

60 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabulka 1: Výrobní a klimatické podmínky stanoviš Ivanovice áslav Lukavec Stanovišt : na Hané u Kutné Hory u Pacova Výrobní typ epa ský epa ský bramborá ský Nadmo ská výška v m n.m P dní podmínky: P dní genetický typ degradovaná ernozem siln degradovaná ernozem kambizem Druh p dy hlinitá na spraši hlinitá pís itohlinitá Hloubka ornice 0,35-0,45 m 0,40-0,50 m O,15-0,20 m Klimatické podmínky: Suma ro ních srážek 556 mm 590 mm 686 mm Pr m rná ro ní teplota 8,4 C 8,1 C 6,8 C Klimatický region teplý, mírn suchý teplý, mírn vlhký mírn teplý, vlhký Tabulka 2: Schéma variant hnojení Ozna ení varianty Organické hnojení Minerální hnojení (vápn ní u všech) O11 hn j O O12 hn j PK O13 hn j N 1 PK 014 hn j N 2 PK 015 hn j N 3 PK O16 hn j N 2 PK+Mg hn j N 2 Mg 023 hn j N hn j N 2 O25 hn j N 2 P O26 hn j N 2 K VÝSLEDKY A DISKUSE Statistické hodnocení výsledk výnos jarného ja me a bylo provedeno t-testem jednotliv na každém stanovišti. Za kontrolní variantu byla zvolená varianta 011, hnojená hnojem k okopanin. Tabulka 3: Statistické hodnocení významnosti rozdílu výnos ja mene jarního na stanovišti Ivanovice proti variant O11 (hn j) Varianty Pr m r SD N Pr m r rozdíl t df P Významnost O11 MH O 6,01 1,40 O12 MH PK 6,38 1, ,37-1, , O11 MH O 6,01 1,40 O13 MH N1PK 6,64 1, ,64-1, ,0844 * O11 MH O 6,01 1,40 O14 MH N2PK 7,01 1, ,01-3, ,0043 *** 60

61 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin pokra ování Tabulky 3... O11 MH O 6,01 1,40 O15 MH N3PK 6,85 0, ,84-2, ,0118 ** O11 MH O 6,01 1,40 O16 MH N2PK+Mg 7,36 0, ,35-4, ,0010 *** O11 MH O 6,01 1,40 4,36 1, ,64 8, ,16E- 07 *** O21 O O O11 MH O 6,01 1,40 O22 MH N2+Mg 7,30 1, ,29-2, ,0125 ** O11 MH O 6,01 1,40 O23 MH N1 7,06 1, ,05-3, ,0082 *** O11 MH O 6,01 1,40 O24 MH N2 7,00 0, ,99-4, ,0011 *** O11 MH O 6,01 1,40 O25 MH N2P 6,74 1, ,73-3, ,0071 *** O11 MH O 6,01 1,40 O26 MH N2K 7,02 0, ,01-3, ,0082 *** Tabulka 4: Statistické hodnocení významnosti rozdílu výnos ja mene jarního na stanovišti áslav proti variant O11 (hn j) Varianty Pr m r SD N Pr m r rozdíl t df P Významnost O11 MH O 4,23 0,68 O12 MH PK 4,72 0, ,49-5, ,55E-05 *** O11 MH O 4,27 0,67 O13 MH N1PK 5,39 1, ,11-7, ,95E-06 *** O11 MH O 4,33 0,66 O14 MH N2PK 5,64 0, ,31-15, ,49E-10 *** O11 MH O 4,36 0,68 O15 MH N3PK 5,54 0, ,17-11, ,57E-08 *** O11 MH O 4,32 0,67 O16 MH N2PK+Mg 5,49 0, ,17-10, ,32E-07 *** O11 MH O 4,20 0,69 O21 O O 2,68 0, ,52 8, ,12E-07 *** O11 MH O 4,32 0,67 O22 MH N2+Mg 5,36 0, ,04-8, ,25E-06 *** O11 MH O 4,23 0,68 O23 MH N1 5,11 0, ,88-9, ,12E-07 *** O11 MH O 4,36 0,68 O24 MH N2 5,05 1, ,69-3, ,74E-03 *** O11 MH O 4,27 0,67 O25 MH N2P 5,53 1, ,26-10, ,87E-08 *** O11 MH O 4,33 0,66 O26 MH N2K 5,59 0, ,26-9, ,69E-07 *** 61

62 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabulka 5: Statistické hodnocení významnosti rozdílu výnos ja mene jarního na stanovišti Lukavec proti variant O11 (hn j) Varianty Pr m r SD N Pr m r rozdíl t df P Významnost O11 MH O 2,47 0,22 O12 MH PK 2,66 0, ,19-4, ,99E-04 *** O11 MH O 2,47 0,22 O13 MH N1PK 4,37 0, ,90-23, ,40E-13 *** O11 MH O 2,47 0,22 O14 MH N2PK 5,41 0, ,94-28, ,59E-14 *** O11 MH O 2,47 0,22 O15 MH N3PK 6,12 0, ,65-23, ,28E-13 *** O11 MH O 2,47 0,22 O16 MH N2PK+Mg 5,34 0, ,87-20, ,90E-12 *** O11 MH O 2,47 0,22 O21 O O 1,94 0, ,53 6, ,42E-05 *** O11 MH O 2,47 0,22 O22 MH N2+Mg 5,25 0, ,77-26, ,51E-14 *** O11 MH O 2,47 0,22 O23 MH N1 4,34 0, ,86-21, ,12E-12 *** O11 MH O 2,47 0,22 O24 MH N2 5,07 0, ,60-19, ,24E-12 *** O11 MH O 2,47 0,22 O25 MH N2P 5,50 0, ,03-28, ,76E-14 *** O11 MH O 2,47 0,22 O26 MH N2K 5,37 0, ,90-23, ,72E-13 *** Aplikace stup ovaných dávek dusíku v r zné kombinaci s dalšími živinami (P, K, Mg) m la statisticky významný vliv na výši výnos je mene jarního resp. rozdíly výnos mezi nehnojenou kontrolou (O11) a ostatními variantami hnojení byly statisticky pr kazné na hladin významnosti 0,01. Dokonce i na variant O12, kde byl aplikován pouze fosfor a draslík, byl zjišt n statisticky pr kazný rozdíl proti zvolené kontrolní variant na hladin 0,01. Uvedené platí pro všechny hnojené varianty spolu za t i stanovišt, stejn jako na stanovištích áslav a Lukavec spolu za 4 roky. Výjimkou je stanovišt Ivanovice, kde samotné hnojení fosforem a draslíkem (varianta O12) bylo statisticky nevýznamné. Rozdíl výnos zrna na variant O13 (N1PK) proti zvolené kontrolní byl statisticky významný jen na hladin 0,10 a rozdíl výnos na variantách N3PK a N2Mg byl statisticky významný na hladin 0,05. Je zajímavé, že na kontrolní variant O11 oproti nehnojené variant O21 (základní p dní úrodnost stanovišt ) byl ve všech stanovištích zjišt ný statisticky pr kazný rozdíl na hladin 0,01. 62

63 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabulka 6: Varia ní rozp tí výnos je mene jarního v letech na stanovištích VOP Stanovišt Ivanovice áslav Lukavec Varianty ,76 2,54 1,46 0,50 0,40 0,27 0,11 0,10 0,45 0,47 0,42 0, ,14 4,36 1,43 0,32 0,16 0,35 0,34 0,63 0,51 0,21 0,24 0, ,94 2,75 0,45 0,47 0,37 0,37 0,17 0,71 0,77 0,76 0,50 0, ,37 2,23 0,93 0,64 0,38 0,24 0,31 0,16 0,39 0,56 0,26 0, ,98 1,21 0,92 1,24 0,36 0,00 0,33 0,47 0,74 0,34 0,43 0, ,06 2,72 0,76 1,33 0,36 0,02 0,45 0,33 0,58 0,69 0,29 0, ,65 0,73 1,24 0,94 0,16 0,41 0,50 0,28 0,54 0,35 0,25 0, ,60 5,10 0,39 0,80 0,29 0,20 0,45 0,59 0,75 0,74 0,66 0, ,00 6,74 0,83 1,14 0,23 0,30 0,85 0,30 0,48 0,57 0,48 0, ,55 1,62 0,90 0,83 0,30 0,00 0,70 0,49 1,53 0,42 0,33 0, ,70 2,91 0,68 1,15 0,32 0,46 0,90 0,49 0,30 0,18 0,31 1, ,60 2,81 0,58 1,84 0,30 0,35 1,33 0,27 0,40 0,46 0,29 1,17 Jak vyplynulo z výsledk, nejvyšších hodnot varia ního rozp tí bylo dosaženo na stanovišti Ivanovice v letech 2006 a Uvedené poukazuje na skute nost, že na dosažené výnosy zrna je mene jarního p sobí nejen samotné hnojení, ale také vliv klimatických podmínek, výskyt šk dc, ošet ení pokusu a jiné faktory. Tabulka 7: Po adí nejvyšších a nejnižších výnos je mene jarního na stanovištích VOP v letech Stanovišt Ivanovice áslav Lukavec Po adí V souladu s logickým p edpokladem, že ve v tšin p ípadu nejnižší výnosy byly dosaženy na zvolené kontrolní variant (011). Je zajímavé, že nejnižší výnosy byly dosaženy i na variantách O12 (PK) O13 (N 1 PK) na stanovišti Ivanovice a na variant O24 (N 2 ) v áslavi. Nejvyšší výnosy byly dosažené p i r zných variantách hnojení p i emž nebyl zjišt n soulad mezi jednotlivými stanovišti. Na stanovišti áslav to byly 4 r zné varianty (026, 025, 016 a 013), na stanovišti Ivanovice 3 r zné varianty (016, 022, 016 a 013) a na stanovišti Lukavec jedna varianta ve všech letech (015). Uvedené potvrzuje z hlediska výše výnos je mene jarního, že je nemožné doporu it jednotnou kombinaci živin a jejich dávek na všech stanovištích a dokonce ro nících. Výjimkou je stanovišt Lukavec, kde se z hlediska výše výnos ukazuje jako nejvhodn jší 63

64 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin varianta O15 (N 3 PK). V porovnaní se zbývajícími dv ma lokalitami se lokalita Lukavec vyzna uje nejnižší produktivitou p dy, co potvrzují hodnoty pr m rných výnos na variant O21. Naopak, na stanovišti Ivanovice jsou výnosy je mene jarního na variante O21 (v porovnaní se zbývajícími dv ma stanovišti) nejvyšší, co indikuje vyšší p irozenou p dní úrodnost a možno nižší efektivnost hnojení ve vztahu k výší výnos. Variabilitu výnos v jednotlivých letech a stanovištích názorn ilustrují grafy (1-3). Graf 1: Vliv hnojení na výnos je mene jarního na stanovišti Ivanovice v letech ,00 Ivanovice 10,00 ha 8,00 6,00 4, ,00 0, variant Graf 2: Vliv hnojení na výnos je mene jarního na stanovišti áslav v letech ,00 áslav 7,00 6,00 ha 5,00 4,00 3,00 2, ,00 0, variant 64

65 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 3 Vliv hnojení na výnos je mene jarního na stanovišti Lukavec v letech ,00 Lukavec 7,00 6,00 ha 5,00 4,00 3,00 2, ,00 0, variant Z výsledk je patrné, že nejvyššího výnos zrna bylo dosaženo p edevším vlivem p íznivého rozložení srážek b hem vegetace i optimálních teplotních i srážkových pom r b hem dozrávání zrna. Vlivem p íznivých srážkových pom r a nižších teplot v jarních m sících byl zajišt n nejvyšší po et rostlin a hlavn klas na jednotce plochy v roce 2008 na stanovišti Ivanovice a naopak v roce 2005 na stanovišti áslav. ZÁV R Sledování vlivu stanovištních a klimatických podmínek na výnos zrna je mene jarního v epa ské a bramborá ské oblasti v letech ukázalo, silnou podmín nost p íjmu živin komplexem ekologických faktor. Pro doporu ení kombinace vhodného hnojení pro praxi je pot ebné zvážit kvalitu je mene jarního, která výraznou mírou ovliv uje realizaci této komodity na trhu. Nejvyšší výnos nemusí vždy korespondovat s nejlepší resp. požadovanou sladovnickou kvalitou zrna je mene (na stanovišti Lukavec byly nejvyšší výnosy zrna dosahované na variant O15 s dávkou dusíku 90 kg N kg.ha -1 ). Další aspekt intenzity hnojení je ekonomická efektivnost hnojení, kde vedle ocen ného výnosu (v tržbách na hektar) se zohled ují i náklady na hnojiva. Uvedená analýza asto ukáže, že nejvíce nebývá vždy nejekonomi t jší. LITERATURA Klír J., Kunzová E., Baierová V.: 50 let dlouhodobých výživá ských pokus VOP na stanovišti v Lukavci. In:,,Sborník referát z konference Hospoda ení v mén p íznivých oblastech, Lukavec, 2005, pp Kunzová E.; Baierová V.; Bartošová Z. Effect of location on yields of winter wheat, spring barely and potatoes in long-term stationary experiments ( ). In: Book of Abstracts International Conference on The Role of Long-term Field Experiments in Agricultural and ecological Sciences. Prague, , p. 52. Kunzová E. (2006): Yield trends for spring barley during long-term experiments between 1965 and 2004, Bibliotheca Fragmenta Agronomica 11 - part I, 4-7 September 2006, Warszawa, Poland), pp Petr J., erný V., Hruška L.: Tvorba výnosu hlavních polních plodin. Praha, SZN,

66 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The influence of soil-climatic conditions on the yield spring barley Summary The long-term stationary fertilizer trials were performed at three ecologically different sites to study the subsequent effects of manure and full dressing on the yields of spring barley grown after maize. In the variant without any fertilization (neither manure nor fertilizers) for the past 50 to 53 years, the basic grain yields were decreasing with the higher altitude (four-year average varied from 5,69 to 1,49 t.ha -1 ). The maximum spring barley yields,, were obtained on the variant manure+n 2 PK (Ivanovice a áslav) and in Lukavec on the variant manure+n 3 PK.Statistically significant difference was also recorded between grain and precipitation in April up to June. The share of factors, which affected significantly the grain yield, changed in experimental years and entered into interactions, particularly with weather as well as with a fertilization. Key words: spring barely, long-term field experiments, yield Pod kování P ísp vek byl vypracován v rámci ešení Výzkumného zám ru Ministerstva zem d lství eské republiky MZe

67 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Stabilní izotopy uhlíku a kyslíku jako markery fyziologické odezvy na m nící se podmínky prost edí Martina Vašková Jiho eská univerzita v eských Bud jovicích, P írodov decká fakulta, Katedra fyziologie rostlin, Branišovská 31, , eské Bud jovice Souhrn Od poloviny minulého století se da í soustavn zvyšovat výnosy pšenice a jiných obilovin díky šlechtitelským úsp ch m kombinovaným s intenzivním zem d lstvím. Na druhou stranu za neoptimálních r stových podmínek b hem vegeta ního období dochází k výraznému poklesu výt žk p sobením stres, a to p edevším sucha. Práv stabilní izotopy nesou informaci o t chto podmínkách a také o schopnosti rostliny se s nimi vyrovnat. S tím související izotopová analýza letokruh umož uje lépe pochopit procesy, které ovliv ují izotopové složení rostlinných orgán. Úvod Stabilní izotopy se stále více využívají ke studiu interakce rostlin s prost edím, a to na úrovni bu ky, jedince i celého ekosystém. Z hlediska sou asných trend v rostlinné fyziologii je studium stabilních izotop mimo jiné zam eno na pochopení vztah mezi zastoupením jednotlivých izotop (p edevším 13 C a 18 O) v rostlinných pletivech a environmentálními faktory, které limitují r st a výnosy, a to jak za celý as ontogeneze, tak v kratších asových úsecích života rostliny. Výnosy dnešních kulturních plodin jsou úzce spjaty se schopností co nejlépe využívat dostupnou vodu (v pom ru k množství asimilovaného CO 2 ). P edpokládaný pokles dostupnosti vody v zem d lských oblastech bude klást na ú innost využití vody t chto plodin v tší nároky. A práv stabilní izotopy umož ují stanovit p edevším zdatnost (fitness) konkrétních rostlin z pohledu využití vody pop. difúzních limitací, které jsou s tímto fenoménem úzce spojeny. Stabilní izotopy uhlíku Použití stabilních izotop ve fyziologii rostlin je možné díky tzv. izotopovému efektu, který je zp sobený rozdíly ve fyzikálních a chemických vlastnostech t žkých (nap. 13 C nebo 18 O) a lehkých izotop (nap. 12 C nebo 16 O). Ve fyziologii rostlin je jedním z nejvíce využívaných izotopový efekt uhlíku, ke kterému dochází p i fotosyntetické asimilaci CO 2. Zastoupení izotop uhlíku v CO 2 v atmosfé e Zem není rovnocenné: lehkého 12 CO 2 je p ibližn 98.9 %, zatímco t žká forma 13 CO 2 tvo í pouze 1.1%. Karboxyla ní enzym C3 rostlin Rubisco (Ribulosa-1,6-bisfosfát karboxyláza/oxygenáza) ochotn ji váže 12 CO 2, který se navíc rychleji pohybuje difúzí. Uhlík v suché hmot C3 rostlin je tak ve srovnání s atmosférou ochuzen o izotop 13 C, mluvíme o izotopové diskriminaci uhlíku Δ 13 C. Izotopové složení látky vyjad ujeme ve vztahu ke standardu jako Rsample δ ( ) = 1000 R 1 standard 67

68 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin kde R je pom r množství t žšího k leh ímu izotopu, nap. 13 C/ 12 C. Z tohoto vztahu dostáváme pro sou asné složení atmosféry (δ 13 C) -8, zatímco složení typického C3 listu se pohybuje kolem -29. Ve fyziologii rostlin se používá k výpo tu izotopové diskriminace vztah ( δa δ p ) Δ ( ) = 1+ δ ( ) kde δ a odpovídá izotopovému složení atmosféry a δ p izotopovému složení rostlinného pletiva. Pro výpo et izotopové diskriminace p i fotosyntéze se používá vztah podle /1/ ci Δ 13 C = a + ( b a) ca kde c i /c a je pom r intracelulární koncentrace CO 2 v listu ke koncentraci ve vn jší atmosfé e, a je diskriminace zp sobená difúzí ve vzduchu a b je diskriminace p i karboxylaci. Diskriminace Δ 13 C je tedy p ímo úm rná pom ru c i /c a. Díky tomuto vztahu lze Δ 13 C využít jako náhradu za experimentáln obtížn ji stanovitelný parametr ú innosti využití vody (WUE; pom r mezi rychlostí fotosyntetické fixace uhlíku a rychlostí ztráty vody transpirací), který na pom ru c i /c a závisí nep ímo úm rn. Proto i závislost Δ 13 C a WUE je nep ímo úm rná (Obr.1). Izotopové složení uhlíku v biomase je tak primárn ur eno dostupností vody a pr duchovou vodivostí. Bude-li c i oproti c a relativn vysoká (pr duchová vodivost bude mnohem vyšší než rychlost fotosyntézy), bude 13 C p i karboxylaci siln diskriminován a hodnota δ 13 C cukr v listu bude nízká. Pokud ale situace bude opa ná a pr duchová vodivost bude ve srovnání s rychlostí fotosyntézy malá, potom dojde k poklesu c i, diskriminace 13 C se sníží a hodnota δ 13 C cukr se naopak zvýší. P i tvorb složit jších slou enin z cukr pak dochází k další frakcionaci, proto nap. celulóza nebo lignin vždy vykazují nižší hodnoty δ 13 C než jednoduché cukry. p Obr.1: Vztah mezi ú inností využití vody a izotopovou diskriminací 13 C u 34 genotyp rýže.(p evzato z /2/) 68

69 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Stabilní izotopy kyslíku Vztah mezi izotopy kyslíku a zm nami v prost edí není tak jasný jako u izotop uhlíku. Izotopové složení (δ 18 O) rostlinného pletiva odráží (1) δ 18 O zdrojové vody, (2) obohacení o t žký izotop v d sledku transpirace a (3) biochemickou frakcionaci b hem syntézy organické hmoty /3/. Zdrojovou vodou je v tšinou p dní vlhkost, proto izotopový signál rostlinných pletiv do jisté míry odpovídá izotopovému signálu srážek. Ke zm n izotopového signálu do velké míry dochází evaporací, proto je d ležité znát dobu, po kterou srážky v p d setrvávají, stejn jako hloubku, ze které ko eny rostlin vodu p ijímají. Izotopový signál srážek je siln geograficky závislý a m ní se také v závislosti na ro ním období a na teplot. P i p íjmu vody ko eny nedochází k frakcionaci, xylémová voda tak svým izotopovým signálem odpovídá vod zdrojové. K výrazné frakcionaci dochází až v listech na výparných místech. Sacharóza, která se v listu tvo í, odráží izotopové složení vody v listu, ale s obohacením 27. D vodem je vým na kyslíku v organických molekulách za kyslík z vody /4. V p ípad celulózy je situace ješt složit jší. P i transportu do kmene dochází k vým n atom kyslíku s kyslíkem xylémové vody. Pokud by se vym nily všechny atomy, odráželo by izotopové složení celulózy pouze signál zdrojové vody, vliv transpirace v listech by se v bec neprojevil. Pom r vym n ných atom je proto pot eba znát /6/. Kombinací studia 13 C a 18 O v rostlinných pletivech jsme p i m nící se ú innosti využití vody schopni stanovit, do jaké míry se na této zm n podílejí pr duchy, a do jaké ostatní komponenty. Nižší δ 13 C (vyšší WUE) m že být zp sobena jednak vyšší rychlostí asimilace uhlíku, ale také uzav ením pr duch a nižší produktivitou. Izotopové složení 18 O v biomase však odráží pouze rychlost transpirace b hem fotosyntézy k další diskriminaci 18 O nedochází. Uvnit listu se CO 2 s vodou dostávají do rovnovážného stavu a dochází mezi nimi k vým n atom kyslíku. Po asimilaci CO 2 se tak signál kyslíku z vody dostává do listového pletiva /7/. Izotopy kyslíku v rostlinném pletivu pak korelují pouze s pr duchovou vodivostí. Srovnání 18 O a 13 C izotopového složení umož uje sledovat reakci rostliny p i stresu, protože vlivy pr duchové vodivosti a fotosyntetické kapacity na zm ny WUE mohou být odd leny /8/. Stabilní izotopy v letokruzích Jedním z hlavních d vod pro využití stabilních izotop v ekofyziologických studiích je jejich schopnost integrovat procesy v rostlinách probíhající v ase. Podle rostlinného materiálu, který si ke studiu vybereme, m žeme sledovat tuto integraci v rámci n kolika dní až tisíc let. Tohoto se s výhodou využívá zejména u strom p i studiu vlivu prost edí na jejich r st a vývoj. Letokruhy strom se velmi asto používají p i rekonstrukci paleoklimatu. Výhodou letokruh je možnost jejich p esného datování, ímž získáme dokonalé ro ní rozlišení. Další výhodou je, že pro každý rok najdeme letokruhy z více jedinc, takže m žeme definovat variabilitu m ení stejn jako pr m rnou hodnotu. Stromy bývají také široce rozší eny, takže m žeme sledovat geografickou rozmanitost vlivu klimatu v minulosti a m žeme odhadovat d sledky zm n klimatu v budoucnosti. Stabilní izotopy uhlíku zaznamenávají bilanci mezi pr duchovou vodivostí a rychlostí fotosyntézy, která je v suchých oblastech ízena relativní vlhkostí a obsahem vody v p d a ve vlhkých oblastech zejména ozá eností a teplotou. Stabilní izotopy kyslíku pak zaznamenávají zdrojovou vodu, která obsahuje teplotní signál, a transpiraci list, kontrolovanou zejména deficitem výparného tlaku (VPD). 69

70 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr.2: Vztah mezi Δ 13 C d eva Quercus ilex a Pinus halepensis a ro ními pr m rnými srážkami (vlevo) nebo pom ru mezi srážkami a potenciální evapotranspirací P/E (vpravo). (P evzato z /9/). Velké množství prací zabývajících se stabilními izotopy v letokruzích se zam ilo na oblasti mírného a boreálního pásu, kde je faktorem limitujícím r st teplota. Proto bývá variabilita v δ 13 C asto spojena s teplotou /5/. Ve v tšin prací však byla nalezena siln jší závislost mezi diskriminací uhlíku a ostatními parametry, jako jsou relativní vlhkost nebo srážky /5/. Tyto výsledky z ejm vyplývají z nep ímého vztahu mezi teplotou a vodním stavem rostlin. Ukázalo se, že δ 13 C v letokruzích siln koreluje s množstvím vody v p d, srážkami a mírou evaporace (Obr.2) /9/. Tyto závislosti však platí pro sezónn suchá podnebí. V ostatních p ípadech jsou hlavními faktory zp sobujícími variabilitu v izotopovém složení ozá enost, nadmo ská výška a dostupnost živin /11/. Obr.3: Vztah mezi pr m rnými ro ními srážkami (P an ) a VPD a δ 13 C nebo δ 18 O d eva Pinus halepensis. (P evzato z /10/). 70

71 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin D ív jší studie δ 18 O v letokruzích ukázaly silnou korelaci se zm nami pr m rné teploty, což bylo p isouzeno izotopové frakcionaci ve srážkách. Nicmén v n kterých p ípadech m že být obohacení transpirací v listu tak silné, že p ekryje p vodní izotopový signál zdrojové vody /12/. /10/ našli u Pinus halepensis silnou korelaci mezi δ 18 O a VPD (Obr.3), zatímco závislost mezi δ 18 O d eva a δ 18 O srážek se neprokázala. Podmínky prost edí, které se odrážejí v δ 18 O jsou tak podobné t m, které ovliv ují δ 13 C. Oba tyto izotopy tak dávají dopl ující se informace o reakci rostlin na podmínky prost edí. Literatura /1/ Farquhar GD, O'Leary MH and Berry JA (1982) On the relationship between carbon isotope discrimination and the intercellular carbon dioxide concentration in leaves, Australian Journal of Plant Physiology 9(2), /2/ Impa SM, Nadaradjan S, Boominathan P, Shashidhar G, Bindumadhava H, Sheshshayee MS (2005) Carbon isotope discrimination accurately reflects variability in WUE measured at a whole plant level in rice, Crop Science 45(6), /3/ Yakir D (1992) Variations in the natural abundance of O-18 and deuterium in plant carbohydrates. Plant, Cell and Environment 15, /4/ Sternberg L, De Niro M, Savidge R (1986) Oxygen isotope exchange between metabolites and water during biochemical reactions leading to cellulose synthesis. Plant Physiology 82, /5/ Anderson WT, Bernasconi SM, McKenzie JA, Saurer M (1998) Oxygen and carbon isotopic record of climatic variability in tree ring cellulose (Picea abies): An example from central Switzerland ( ). Journal of Geophysical Research 103(31), ,636. /6/ Anderson WT, Bernasconi SM, McKenzie JA, Saurer M, Schweingruber F (2002) Model evaluation for reconstruction the oxygen isotopic composition in precipitation from tree ring cellulose over the last century. Chemical Geology 182, /7/ Yakir D (1998) Oxygen-18 of leaf water: a crossroad for plant-associated isotopic signal. In Stable isotopes: integration of geological, ecological and geochemical processes. (Ed. H Griffiths) pp (Bios Scientific Publishers: Oxford) /8/Farquhar GD, Barbour MM, Henry BK (1998) Interpretation of oxygen isotope composition of leaf material.. In Stable isotopes: integration of geological, ecological and geochemical processes. (Ed. H Griffiths) pp (Bios Scientific Publishers: Oxford) /9/ Ferrio JP, Florit A, Vega A, Serrano L, Voltas J (2003) Δ 13 C and tree-ring width reflect different drought response in Quercus ilex and Pinus halepensis. Oecologia 137, /10/ Feriio JP, Voltas J (2005) Carbon and oxygen isotope ratios in wood constituents of Pinus halepensis as indicators of precipitation, temperature and vapour pressure deficit. Tellus Series B-Chemical and Physical Meteorology /11/ Warren CR, McGrath JF, Adams MA (2001) Water availability and carbon isotope discrimination in conifers. Oecologia 127, /12/ Cernusak LA, Artur DJ, Pate JS, Farquhar GD (2003) Water relations link carbon and oxygen isotope discrimination to phloem sap sugar concentration in Eucalyptus globulus. Plant Physiology 131,

72 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Stable carbon and oxygen isotopes as markers of physiological plants response to variable environment Summary Since the second half of the last century, yield in wheat and other cereals has increased steadily thanks to the great success of crop breeding, combined with intensive agronomic practices. On the other hand under least favourable growing conditions, abiotic stresses such as drought strongly limit the gain. Stable isotopes include information about these environmental conditions and ability of the plants to cope with them. Related isotopic analysis of treerings enables the climate reconstruction and better understands processes, which affect isotopic composition of plant organs. 72

73 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV ZVYŠUJÍCÍ SE VARIABILITY PR B HU PO ASÍ NA VLASTNOSTI POROST TRAV Marie Straková 1, Josef Straka 1, Ludmila Binková 1, Jakub Sloup 1, Magdalena Šev íková 2, Martin Lošák 2, František Hrab 3, Pavel Knot 3 1 Agrostis Trávníky, s.r.o., Rousínov; Npor. Krále 16, Rousínov, agrostis@agrostis.cz 2 OSEVA PRO s.r.o., o. z. Výzkumná stanice traviná ská Rožnov Zub í 3 Mendelova zem d lská a lesnická univerzita v Brn Souhrn P ísp vek vyhodnocuje vliv odlišných agroekologických podmínek na tvorbu ko enového systému a strukturu travního drnu u extenzívního 5tise ného travního porostu Lolium perenne, Festuca rubra a Poa pratensis. Z výsledk dvou užitkových let pokusu založeného na t ech klimaticky a fytogeograficky odlišných lokalitách Rousínov, Zub í a Vatín vyplývá statisticky pr kazný rozdíl ve tvorb živé složky reziduální nadzemní biomasy u všech sledovaných travních druh na jednotlivých lokalitách, zatímco p i hodnocení vlivu stanovišt na hmotnost odum elé složky (sta iny) reziduální nadzemní biomasy byl statisticky pr kazný vliv zaznamenán pouze u Lolium perenne a Poa pratensis. U všech sledovaných travních druh byl zjišt n statisticky pr kazný vliv stanovišt a ro níku na tvorbu ko en v p dní vrstv 0-20 mm, ale u Lolium perenne se navíc projevil i statisticky pr kazný vliv dávky dusíku na hmotnost ko enové biomasy v této vrstv. V pokusu byl dále sledován vliv formy dusíku na stratifikaci a hmotnost ko enové biomasy do hloubky 200 mm a na celkovou strukturu travního drnu. Sledování složení a hmotnosti travního drnu zahrnovalo rozd lení reziduální nadzemní biomasy na živou a odum elou složku. Dusík byl aplikován ve form rychle p sobící, pomalu p sobící a se stabilizátorem dusíku DMPP. Z výsledk získaných ze všech sledovaných lokalit vyplývá, že aplikovaná forma dusíku statisticky pr kazn ovlivnila hmotnost živé složky reziduální nadzemní biomasy, která dosahovala nejvyšších hodnot p i hnojení se stabilizátorem dusíku DMPP. Klí ová slova: krajinný trávník, ko eny, nadzemní biomasa, travní drn, ošet ování a výživa trávníku, forma dusíku v hnojivu, dávka hnojiva, sucho, travní porost ÚVOD Krajinné trávníky p edstavují vegeta ní složku, jejíž nedostatek, p ípadn nízká kvalita a zanedbaný stav pat í mezi hlavní problémy v oblasti životního prost edí kulturní krajiny i sídel. Dosažení a udržení funk ní ú innosti travnatých ploch je neodmysliteln spojeno s celým komplexem p stitelských opat ení a zásah. Intenzita a etnost t chto zásah vytvá í ur itou p stební technologii, která respektuje požadavky kladené na konkrétní typ trávníku p i sou asném zohledn ní stresových faktor, které na travní drn p sobí. Pro rostliny je limitujícím stresujícím faktorem nedostatek vody. Voda má v ekosystémech velmi rychlý kolob h a její zásoba v rostlinách i v p d sta í ve srovnání se živinami jen na pom rn krátkou dobu. Ko enové systémy rostlin, které prošly stresem z nedostatku vody v p d, mají sníženou propustnost pro vodu i n kolik dn po zavlažení. V suchých oblastech na velmi propustných (pís itých) p dách je vodní stres limitujícím faktorem pro mnohé rostliny. V kontextu s progresí procesu zvyšování aridity krajiny a rozši ováním aridních oblastí v d sledku zm ny klimatu vyvstává do budoucna velmi závažná otázka schopnosti adaptace rostlin, p stovaných i rostoucích v sou asné dob na t chto extrémních p dn klimatických stanovištích. Nosnými travními druhy v tšiny vysévaných tzv. parkových travních sm sí jsou jílek vytrvalý, kost ava ervená a lipnice lu ní, které v r zných pom rech ve sm si ovliv ují vytrvalost, hustotu, zdravotní stav, suchovzdornost, barvu a další užitkové a estetické vlastnosti neproduk ních travnatých ploch (Straková, Hrab, 2001). Kvalitu a celkový vzhled travního drnu ovliv uje p edevším jeho struktura, tedy podíl odum elé složky a rostlinných zbytk, podíl živé fotosynteticky aktivní složky a ko enový systém. 73

74 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Ko enová biomasa p edstavuje % isté primární produkce travních ekosystém. Vytvo ení v tšího množství aktivních ko en (v etn v tšího množství zásobních látek) znamená i vyšší odolnost porost proti zm nám vn jších podmínek a odolnost v i stresovým vliv m. Délka života ko en, hloubka zako en ní, hmotnost a stratifikace ko enového systému vykazují zna né druhové a odr dové rozdíly, které mohou být modifikovány vlivem stanovišt, úrovní ošet ování a ú inkem stresu. ím hloub ji sahají ko eny, tím lépe mohou získávat vláhu i z v tších hloubek a tím odolávat stres m ze sucha. Vedle hloubky ko en je d ležitým kritériem také proko en ní p dy, která se zvlášt v posledních letech stává p edm tem studia ko enové biomasy. Podle BEARDA (1973) dosahuje ko enový systém trav mírného pásma hloubky okolo 45 cm. Jsou-li trávy krátce koseny, m že být hloubka zako en ní p i letním stresu z horka redukována na 5 cm i mén. ím nižší je výška kosení, tím m l í je proko en ní. Podstatným faktorem ovliv ujícím r st a vertikální distribuci ko enové biomasy je hnojení. Nedostatek živin obecn zp sobuje relativn vyšší nár st ko enové hmoty, protože vrcholky ko en zpravidla pronikají rychle zónami s nižší zásobou živin. Omezení r stu ko en je asto následkem vysoké úrovn N - hnojení spojené s vyšším nár stem nadzemní hmoty a s tím související pot ebou asimilace. V p d dochází ke zvýšení koncentrace CO 2, což je d sledek zvýšené hustoty porostu, zvlášt v souvislosti se stoupající intenzitou odnožování zap í in né vyšší etností využití. V p ípad trávník lze m l í proko en ní p isuzovat více než nadm rné výšce porostu tvorb travní plsti, která p i postupném utužení vede k omezení vým ny plyn mezi p dou a atmosférou (GANDERT, BURES 1991). Porostová struktura travního drnu je dle HOLÚBKA (1992) vymezena následujícími složkami: reziduální nadzemní biomasa (strništ ) - je základem dalšího obr stání porostu zóna odnožování - áste n nad i pod povrchem p dy zabezpe uje vegetativní rozmnožování jednotlivých druh ko enová biomasa - aktivní zóna vým ny látek mezi rostlinou a p dou V každé z t chto složek je možno rozlišit: živou biomasu, která je fyziologicky aktivní odum elou biomasu, která je fyziologicky neaktivní a zahrnuje tzv. sta inu, tj. odumírající a mrtvé ásti rostlin a opad, což jsou opadané a rozkládající se ásti rostlinných orgán, kterými se vrací ást rostlinné biomasy do kolob hu organických a minerálních látek. V p ísp vku je hodnocen vliv p sobení rozdílných agroekologických podmínek t í zcela klimaticky odlišných lokalit na tvorbu a strukturu travního drnu, tedy reziduální nadzemní biomasy a ko enové biomasy, 5tise ného travního porostu základních travních druh Lolium perenne, Festuca rubra a Poa pratensis ve vztahu k aplikaci rozdíln p sobících forem dusíku v hnojivu a odlišné úrovn dávky dusíku ve dvou užitkových letech. MATERIÁL A METODY Polyfaktoriální maloparcelkový pokus byl založen metodou znáhodn ných blok ve t ech opakováních v zá í 2006 na t ech klimaticky odlišných stanovištích. Tab. 1: Základní klimatické a p dní charakteristiky stanoviš Stanovišt Výrobní oblast P dní druh P dní typ Nadmo ská výška Ro ní úhrn srážek Pr m rná denní teplota vzduchu m. n. m. Rousínov VO hlinitá fluvizem mm 9,0 C Zub í VO pís itohlinitá nivní p da mm 7,5 C Vatín BVO pís itohlinitá kambizem mm 6,9 C 74

75 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Z jednotlivých variant extenzívního trávníku složeného z jílku vytrvalého (30%), lipnice lu ní (30%) a kost avy ervené (40%) byl na konci vegeta ní sezóny, bezprost edn po poslední 5. se i, proveden odb r monolitu travního drnu sondýrkou do hloubky p dy 200 mm s výškou reziduální nadzemní biomasy 40 mm. Velikost parcel inila 1,8 x 1,8 m 2. Pro výsevek bylo použito 25 g.m -2 osiva. Pokusné faktory: Faktor 1 stanovišt : a) Rousínov; b) Zub í; c) Vatín Faktor 2 typ porostu: a) Lolium perenne (sm s 3 odr d) b) Festuca rubra (sm s 3 odr d reprezentujících 3 formy r stu) c) Poa pratensis (sm s 3 odr d) Faktor 3 použitá forma dusíku v hnojivu a) RN - N v rychlorozpustné form, pom r živin 15N-5P-20K + mikroprvky, hnojivo Nitrophoska perfekt; b) SN - se stabilizátorem N (inhibitorem nitrifikace DMPP dimethylpyrazolphosfat), pom r živin 14N-7P-17K + mikroprvky, hnojivo ENTEC perfekt; c) DN - N ve form dlouhodobé (IBDU-kondenzát mo oviny), pom r živin 16N-7P-15K + mikroprvky, Floranid permanent; d) K kontrola (bez hnojení) Faktor 4 dávka dusíku za rok: a) 50 kg N/ha; b) 100 kg N/ha ve dvou dávkách P i odb ru vzork ko en metodou monolit (Fiala in Rychnovská et. al., 1987) byly získány podklady pro hodnocení následujících charakteristik: - hmotnost živé reziduální nadzemní biomasy v suchém stavu - hmotnost odum elé reziduální nadzemní biomasy v suchém stavu - hmotnost ko enové biomasy ve vrstv 0-20 mm v suchém stavu - hmotnost ko enové biomasy ve vrstv mm v suchém stavu Samotný odb r byl na jednotlivých pracovištích proveden sondýrkou uzp sobenou k odb ru p dního monolitu do hloubky 200 mm. Ze získaného vzorku p dního monolitu byla od íznuta reziduální nadzemní biomasa, která byla v laborato i rozebrána na odum elou a živou složku, ta se následn nechala p irozen usušit. Zbylý p dní monolit byl roz íznutím rozd len na vrstvu 0-20 mm a vrstvu mm od povrchu p dy. Vzorky p dních monolit byly vyplavovány na sítech pod tekoucí vodou, získané vyprané ko eny byly ponechány k p irozenému vysušení. Po usušení byly všechny vzorky zváženy na 2 desetinná místa. Jednotlivá pracovišt disponovala odlišnými typy sondýrek, takže na základ exaktn zm ených pr m r použitých sond byl pro získání srovnatelných výsledk proveden p epo et hmotnosti sledovaných charakteristik na jednotku plochy (g.m -2 ). VÝSLEDKY A DISKUSE Z hodnocení výsledk jednotlivých složek travního drnu ze dvou užitkových let vyplývá zásadní vliv lokality nejen na hmotnost sledovaných znak, ale p edevším na strukturu travního drnu. Již v 1. užitkovém roce 2007 jsou na stanovišti Vatín, které se nachází v nejvyšší nadmo ské výšce 560 m.n.m. (tab.1) s nejnižší pr m rnou denní teplotou 6,9 C, dosaženy statisticky pr kazn vyšší hodnoty hmotnosti ko enové biomasy v suchém stavu v p dní vrstv mm, než je tomu na ostatních níže položených stanovištích (tab. 2-7), a to u Lolium perenne 429,24 g.m -2, u Festuca rubra 426,08 g.m -2 a u Poa pratensis 327,81 g.m -2. Ve 2. užitkovém roce jsou tyto rozdíly v ko enové vrstv mm ješt pr kazn jší a rozdíly mezi lokalitami jsou až 4násobné (obr. 1). Zatímco v roce 2008 dochází na lokalitách ve Vatín a v Zub í u všech sledovaných typ porost ke stagnaci nebo zvýšení 75

76 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hmotnosti ko enové biomasy ve vrstv mm, v nejsušší lokalit Rousínov na Jižní Morav dochází dokonce k poklesu tvorby ko en v této vrstv u druh Lolium perenne a Festuca rubra proti p edcházejícímu roku 2007 (obr.1). Z vybraných travních druh byl u Lolium perenne oproti ostatním travním druh m zjišt n staticky pr kazný vliv aplikované vyšší dávky dusíku na tvorbu ko enové biomasy v p dní vrstv 0-20 mm (obr. 2). K druh m s nadpr m rnou celkovou hmotností ko enové biomasy náleží dle STRAKOVÉ (2001) Festuca ovina, Poa pratensis a Festuca rubra, což potvrzují i dosavadní výsledky tohoto pokusu. Nejvyšších pr m rných hodnot celkové hmotnosti ko enové biomasy bylo dosaženo na stanovišti Vatín ve 2. užitkovém roce u Festuca rubra (1120 g.m -2 ) a u Poa pratensis (1234 g.m -2 ). P i hodnocení reziduální nadzemní biomasy jsou zjišt ny statisticky pr kazné rozdíly mezi lokalitami ve 2. užitkovém roce pouze u porostu Lolium perenne a Poa pratensis, a to v tvorb živé i odum elé reziduální nadzemní biomasy (tab. 5,7). U porostu Festuca rubra nevyplývá z dosavadních výsledk žádný vliv odlišného agroekologického stanovišt na tvorbu reziduální nadzemní biomasy (tab. 6). Hmotnost živé složky reziduální nadzemní biomasy lze na základ dosažených výsledk (obr. 3) ovlivnit použitím vhodné formy dusíku v hnojivu p i výživ travních porost. P i aplikaci hnojiva ENTEC perfekt s inhibitorem nitrifikace DMPP bylo u travních porost dosaženo statisticky pr kazn vyšší hmotnosti živé složky reziduální nadzemní biomasy než p i aplikaci pomalu rozpustného dusíku. Stanovišt Rousínov je rok od roku stále více ohrožováno suchem, a p estože z agronomického hlediska pat í mezi nejúrodn jší oblasti eské republiky, v kontextu dosavadních výsledk tohoto pokusu, a pr b hu klimatických podmínek v této lokalit v posledních letech (tab. 8), vyvstává otázka, je-li složení sm sí p i zakládání travnatých ploch na Jižní Morav, postavené na doposud nosných travních druzích mírného pásma Lolium perenne, Festuca rubra a Poa pratensis, vhodné a nebude-li nutné, i s ohledem na další sledované trávníkové vlastnosti, jako je barva, hustota a celkový vzhled porostu, upravit druhové složení travních sm sí sm rem k teplomilným rostlinám typu C4. Obr. 1: Vliv rozdílných klimatických podmínek na hmotnost ko enové biomasy v suchém stavu v g.m -2 v p dní vrstv mm u vybraných travních druh Lolium perenne Festuca rubra Poa pratensis Rousínov Vatín Zub í 76

77 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 2: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Lolium perenne v I. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 194,08 a 390,02 a 271,71 a 185,49 a Vatín 175,92 a 352,32 a 334,85 a 429,24 b Zub í 161,89 a 333,26 a 232,72 a 196,96 a Tab. 3: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Festuca rubra v I. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 114,77 a 284,96 a 211,43 a 146,86 a Vatín 182,23 a 265,21 a 256,48 a 426,08 b Zub í 205,87 a 445,29 a 354,39 a 289,75 c Tab. 4: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Poa pratensis v I. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 177,84 a 247,26 a 233,27 a 122,42 a Vatín 246,53 a 328,54 a 338,25 a 327,81 b Zub í 182,17 a 347,57 a 283,12 a 134,88 a Tab. 5: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Lolium perenne ve II. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 230,50 a 507,80 a 332,09 a 135,64 a Vatín 225,42 a 343,59 a 576,52 b 420,50 b Zub í 126,09 b 120,50 b 316,13 a 252,94 c Tab. 6: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Festuca rubra ve II. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 86,331 a 402,70 a 366,48 a 133,31 a Vatín 165,97 a 397,69 a 582,35 b 538,91 b Zub í 126,57 a 265,16 a 434,55 ab 387,75 c Tab. 7: Vliv rozdílných agroekologických podmínek na pr m rné hodnoty jednotlivých ástí travního drnu u porostu Poa pratensis ve II. užitkovém roce. (Rozdílná písmena mezi ádky zna í statistický rozdíl na hladin významnosti p 0,05 pro Tukey HSD test.) Stanovišt Živá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Odum elá nadzemní biomasa [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Ko eny ve vrstv mm [g.m -2 ] Rousínov 144,18 a 550,70 a 542,63 a 180,73 a Vatín 282,44 b 412,50 a 811,16 b 423,66 b Zub í 140,02 a 139,54 b 456,24 a 256,26 a 77

78 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 2: Vliv dávky dusíku na pr m rnou hmotnost ko enové biomasy v p dní vrstv 0-20 mm u travního porostu Lolium perenne. 460 Hmotnost ko enové biomasy v suchém stavu ve vrstv 0-20 mm [g.m -2 ] Pr m r Pr m r±0,95 Int. spolehl Dávka dusíku v [kg.ha -1.rok -1 ] Obr. 3: Vliv aplikované formy dusíku na pr m rnou hmotnost živé složky reziduální nadzemní biomasy v travním drnu u všech sledovaných typ porost a lokalit. 240 Hmotnost živé nadzemní biomasa v suchém stavu [g.m -2 ] Pr m r Pr m r±0,95 Int. spolehl. K RN SN DN Forma dusíku 78

79 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Legenda k tabulkám a grafu: K_0 kontrola; RN_50 rychle rozpustné hnojivo, dávka 50 kg N/ha/rok; RN_100 rychle rozpustné hnojivo, dávka 100 kg N/ha/rok; SN_50 hnojivo se stabilizátorem dusíku ENTEC, dávka 50 kg N/ha/rok; SN_100 - hnojivo se stabilizátorem dusíku ENTEC, dávka 100 kg N/ha/rok; DN_50 dlouhodob p sobící hnojivo (IBDU), dávka 50 kg N/ha/rok; DN_100 dlouhodob p sobící hnojivo (IBDU), dávka 100 kg N/ha/rok; LITERATURA BEARD, J. B., 1973: Turfgrass: Science and culture. Prentice-Hall, Inc., Englewoods Cliffs, N.Y., USA, FIALA, K., 1987: Stanovení podzemní biomasy porost metoda monolit. In: RYCHNOVSKÁ, M., et al., ed. : Metody studia travinných ekosystém. 1. vydání, Academia, Praha, 1987, GANDERT, K. D., BUREŠ, F., 1991: Handbuch Rasen. Deutscher Landwirtschaftsverlag Berlin, 1991, 365 s. HOLÚBEK, R., 1992: Ekosystém trvalých trávnych porastov. In: GREGOROVÁ, H.: Krmovinárstvo. AF VŠP, Nitra. 1992, STRAKOVÁ, M., HRAB, F., 2001: Weight and stratification of root biomass in selected turf cultivars. Rostlinná výroba, 2001, (10): STRAKOVÁ, M., 2001: Vývoj a struktura nadzemní a podzemní biomasy trávníkových odr d trav. Doktorská diserta ní práce. Ústav Pícniná ství, MZLU v Brn, 2001, 120 s. IMPACT OF INCREASED VARIABILITY IN CLIMATE TRENDS ON GRASS GROWTH CHARACTERISTICS Summary The objective of this paper is to evaluate the impact of different agro-ecological conditions on the development of the root system and sod structure in extensive 5-mow grass growth of Lolium perenne, Festuca rubra, and Poa pratensis. The results of each second cropping year of the experiment based on three sites with differences in terms of climate and phytogeography, i.e. Rousínov, Zub í, and Vatín, imply a statistically significant difference in the development of the live component of the residual aerial biomass in each of the monitored grass species on the particular sites, while when evaluating a site impact on the weight of the withered component (dead straw) of the residual aerial biomass, a statistically significant difference was recorded only in Lolium perenne and Poa pratensis. In all grass species monitored, a statistically significant impact of the site and year on the development of roots in the soil layer 0 to 20 mm was found; however, in Lolium perenne a statistically significant impact of the nitrogen rate on the weight of the root biomass appeared in this layer in addition to the latter. Furthermore, an impact of a nitrogen form on stratification and weight of the root biomass to the depth of 200 mm and overall sod structure was observed in the experiment. The monitoring of the sod composition and weight consisted of division of the residual aerial biomass into a live and a withered component. Nitrogen was applied in a quick-acting form, slow-acting form, and using DMPP, a nitrogen stabilizing agent. The results obtained from all three sites under monitoring imply that the nitrogen form applied had a statistically significant impact on the weight of the live component of the residual aerial biomass, which achieved the highest values when DMPP, a nitrogen stabilizing agent, was used as a fertilizer. Key words: Landscape grassy area, roots, aerial biomass, sod, grass keeping and nutrition, nitrogen form in the fertilizer, fertilizer rate, draught, grass growth. Pod kování Ke zpracování tohoto p ísp vku byly použity informace získané p i ešení výzkumného projektu. 2B06034 podpo eného MŠMT v rámci Národního programu výzkumu II. 79

80 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 8: P ehled klimatických údaj jednotlivých stanoviš v letech Stanovišt Zub í, Fytogeografický obvod Karpatské mezofytikum - Vsetínské vrchy Rok 2006 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C -7,3-3,3 0,3 9,0 13,2 17,5 21,6 16,4 15,7 11,3 6,2 2,7 8,6 srážky mm 35,9 63,4 63,6 101,9 145,0 72,9 31,0 211,4 22,8 22,0 56,1 35,5 861,5 Rok 2007 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C 3,1 2,9 5,3 9,7 15,2 18,9 19,6 18,6 12,2 7,7 1,9-1,5 9,5 srážky mm 63,7 37,6 79,2 6,5 59,8 101,2 81,8 53,5 214,8 56,6 60,8 38,2 853,7 Rok 2008 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C 1,9 2,3 3,7 8,8 13,5 18,9 18,6 18,5 12,9 9,8 5,9 1,4 9,7 srážky mm 59,3 26,9 67,3 47,8 83,5 73,0 131,4 85,6 63,8 53,5 31,7 54,2 778,0 Stanovišt Rousínov, Fytogeografický obvod Panonské termofytikum - Jihomoravská pahorkatina Rok 2006 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C -6,3-2,9 1,2 10,3 13,9 18,3 22,7 16,3 16,5 11,0 6,1 1,9 9,1 srážky mm 34,7 38,4 49,9 75,0 57,3 91,2 54,1 126,6 5,9 13,2 23,0 21,4 590,7 Rok 2007 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C 3,2 3,2 6,3 11,8 15,7 20,1 21,1 20,9 13,3 8,8 2,7-0,2 10,6 srážky mm 56,9 29,2 65,3 2,1 77,4 113,9 43,3 37,6 98,0 31,2 47,1 25,8 627,8 Rok 2008 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C 1,7 3,1 4,6 10,1 15,5 19,9 20,3 19,9 14,4 9,9 6,5 2,1 10,7 srážky mm 17,0 10,1 32,0 32,0 69,6 35,9 62,0 44,6 38,4 31,3 29,6 23,5 426,0 Stanovišt Vatín, Fytogeografický obvod eské oreofytikum - Ž árské vrchy Rok 2006 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C -7,7-4,8-1,4 7,5 11,5 15,9 20,0 13,7 14,1 7,8 4,5 2,6 7,0 srážky mm 37,6 46,0 86,8 68,9 94,9 48,0 34,0 169,2 17,6 25,7 76,6 22,2 727,5 Rok 2007 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C 1,8 1,6 6,6 8,3 12,8 16,7 17,0 16,6 10,2 6,0 0,2-2,4 7,9 srážky mm 80,7 66,0 50,6 0,1 98,6 51,0 65,1 27,1 109,5 23,1 106,5 27,0 705,3 Rok 2008 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII pr m r/suma teploty o C -0,1 0,6 1,9 6,8 12,3 16,0 16,5 16,2 10,9 7,4 3,9-0,3 7,7 srážky mm 58,3 9,5 70,2 39,7 53,0 111,5 138,1 76,1 40,4 24,4 59,9 35,4 716,5 80

81 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 9: Porovnání vlivu aplikace rozdílné formy a dávky dusíku na strukturu travního drnu u travního porostu Lolium perenne. Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,92 372,29 168,51 313,51 227,29 419,32 193,33 370,99 190,72 531, ,56 734,38 98,31 225,39 182,26 434,89 588,72 824,41 184,66 452,99 Pr m r 183,24 553,34 133,41 269,45 204,78 427,10 391,03 597,70 187,69 492,33 Vatín ,80 268,37 246,29 436,52 191,93 293,84 180,04 378,77 197,03 395, ,60 360,08 188,54 305,73 161,36 341,40 292,14 462,00 219,11 304,03 Pr m r 170,70 314,23 217,41 371,13 176,65 317,62 236,09 420,38 208,07 349,89 Zub í ,55 291,93 98,86 268,05 215,63 419,32 151,94 401,41 232,22 396, ,98 175,07 138,60 91,51 127,32 108,09 120,03 138,60 126,66 119,37 Pr m r 146,26 233,50 118,73 179,78 171,48 263,71 135,98 270,00 179,44 258,06 Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,97 148,91 249,50 199,86 314,81 210,31 210,31 205,09 293,91 198, ,88 132,57 333,38 172,82 462,85 142,76 245,54 123,96 387,33 133,10 Pr m r 219,92 140,74 291,44 186,34 388,83 176,54 227,93 164,52 340,62 165,83 Vatín ,78 524,84 365,18 477,28 326,11 462,00 268,37 268,36 334,61 407, ,67 234,39 570,70 478,98 472,19 438,22 511,25 336,31 701,49 405,94 Pr m r 483,23 379,62 467,94 478,13 399,15 450,11 389,81 302,33 518,05 406,79 Zub í ,51 173,83 207,01 122,08 253,45 222,93 128,05 210,32 358,94 243, ,94 205,58 211,54 237,41 329,58 310,35 308,36 244,70 407,83 221,49 Pr m r 216,23 189,70 209,27 179,74 291,52 266,64 218,21 227,51 383,39 232,49 81

82 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 10: Porovnání vlivu aplikace rozdílné formy a dávky dusíku na strukturu travního drnu u travního porostu Festuca rubra. Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,58 203,78 130,63 280,85 105,81 250,81 120,18 304,36 70,54 297, ,38 473,90 103,56 465,57 58,57 343,64 91,80 524,08 108,25 362,45 Pr m r 94,48 338,84 117,10 373,21 82,19 297,22 105,99 414,22 89,40 330,14 Vatín ,36 195,33 208,92 315,92 164,76 246,28 193,63 321,02 222,51 300, ,84 402,55 118,90 388,96 156,26 373,67 185,14 417,83 207,22 392,36 Pr m r 174,10 298,94 163,91 352,44 160,51 309,98 189,38 369,43 214,86 346,50 Zub í ,41 386,15 251,46 492,30 136,68 363,59 232,22 575,90 199,71 449, ,56 153,19 170,43 389,93 157,17 382,63 93,50 208,89 169,77 330,91 Pr m r 137,98 269,67 210,94 441,12 146,92 373,11 162,86 392,40 184,74 390,38 Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,17 125,40 297,83 139,77 202,48 210,31 229,91 111,03 142,38 116, ,90 123,66 371,29 157,66 310,25 108,52 392,50 126,81 287,59 96,99 Pr m r 288,03 124,53 334,56 148,72 256,36 159,42 311,20 118,92 214,99 106,62 Vatín ,93 370,28 231,00 565,61 273,46 363,48 322,72 472,19 290,45 497, ,15 592,78 524,84 594,48 664,12 546,92 619,96 462,00 659,02 478,98 Pr m r 295,54 481,53 377,92 580,04 468,79 455,20 471,34 467,09 474,73 488,32 Zub í ,06 293,26 262,74 277,34 406,71 297,24 407,38 346,34 363,59 284, ,59 396,56 397,89 457,57 427,07 372,02 369,37 388,60 381,97 379,98 Pr m r 428,83 344,91 330,31 367,45 416,89 334,63 388,37 367,47 372,78 332,31 82

83 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 11: Porovnání vlivu aplikace rozdílné formy a dávky dusíku na strukturu travního drnu u travního porostu Poa pratensis. Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Živá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Odum elá nad.hmota, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,33 207,70 151,53 326,57 164,59 225,99 164,59 282,16 205,09 192, ,88 532,09 111,44 392,40 109,87 403,38 145,97 590,16 91,04 505,41 Pr m r 208,11 369,89 131,49 359,49 137,23 314,69 155,28 436,16 148,06 348,72 Vatín ,07 298,94 268,36 443,31 297,24 428,03 215,71 285,35 259,87 324, ,71 302,34 263,27 371,97 317,62 552,02 290,45 512,95 300,64 370,28 Pr m r 180,89 300,64 265,82 407,64 307,43 490,02 253,08 399,15 280,25 347,35 Zub í ,41 214,30 141,32 322,45 179,80 372,88 193,07 416,67 250,80 403, ,06 94,83 165,79 137,93 143,90 131,97 169,10 196,29 106,10 131,97 Pr m r 184,73 154,57 153,55 230,19 161,85 252,42 181,09 306,48 178,45 267,68 Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) K_0 RN_50 RN_100 SN_50 SN_100 Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny 0-20 mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Ko eny mm, vzorek v suchém stavu (g/m2) Lokalita Rok Rousínov ,75 146,30 177,65 80,99 237,74 143,69 225,99 171,13 224,68 148, ,28 182,07 538,37 149,11 295,08 81,62 872,69 171,09 714,16 202,48 Pr m r 302,52 164,19 358,01 115,05 266,41 112,65 549,34 171,11 469,42 175,70 Vatín ,27 300,64 241,19 349,89 439,92 331,21 295,54 336,30 373,67 305, ,46 434,82 701,49 353,29 672,61 407,64 655,63 468,79 937,58 445,01 Pr m r 552,87 367,73 471,34 351,59 556,26 369,43 475,58 402,55 655,63 375,37 Zub í ,65 114,78 244,82 132,03 292,60 125,40 372,88 201,04 309,85 126, ,79 227,46 353,46 251,33 668,45 318,97 534,50 287,81 409,82 226,80 Pr m r 250,72 171,12 299,14 191,68 480,52 222,19 453,69 244,42 359,83 176,76 83

84 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ŠLECHT NÍ PŠENICE S LEPŠÍ ADAPTABILITOU K ENVIROMENTÁLNÍM STRES M A MOŽNOSTI VYUŽITÍ TRANSGENNÍCH ROSTLIN Pavel Hor i ka Š.S. Stupice, Selgen a.s., Sib ina Šlechtitelé pšenice mají trochu odlišnou mapu sv ta, než je ta, co se u í ve škole. Mapa šlechtitele pšenice je mozaika produk ních podmínek, které se významn odlišují klimatickými charakteristikami mající zásadní vliv na produkci pšenice. CIMMYT charakterizoval podmínky p stování pšenice celkem ve 12 megaprost edích (1ME-12ME). Jarní pšenice se p stuje celkem ve 12 subprost edích, které se rozd lují podle srážek, období sucha, teplot a kyselosti p d. Pro p esívky jsou charakteristické dva typy prost edí a ozimé pšenice se p stují ve 3 typech prost edí. Vetší ást Evropy je charakterizována jako ME11 (ozimá pšenice, vyšší srážky, zima). Z globálního pohledu jsou podmínky nap íklad Krasnodaru (RUS) a Cambridge (UK) podobné, ale z hlediska míry resistence nap íklad k mrazu jsou dosti odlišné. V eské republice i celé oblasti st ední Evropy posta ují odr dy se st ední úrovní mrazuvzdornosti. Jsou to odr dy, které p ežívají bez v tšího poškození teploty v hloubce odnožovacího uzlu mezi až C. Odr dy s touto úrovní mrazuvzdornosti nemohou být p stovány v Rusku nebo v Kanad. Naopak ve Francii nebo v Anglii, kde je mírn jší p ímo ský typ podnebí mají p stované odr dy obvykle velmi nízkou úrove mrazuvzdornosti. Zimovzdornost pšenice je komplexní znak podmín ný nejen genotypem, tj. odr dou, ale i prost edím, ve kterém jsou rostliny p stovány. Zahrnuje krom odolnosti k nízkým teplotám i p sobení jiných vliv jako je kup. vytahování rostlin, dlouhodobé p sobení ledu nebo sn hové pokrývky a jiné. V tšina v deckých studií dosp la k záv ru, že rozhodujícím faktorem pro p ezimování rostlin pšenice bývá vliv nízkých teplot mrazu. Odolnost v i mrazovým teplotám je podmín na geneticky a mezi odr dami jsou velké rozdíly. Základem stupn mrazuvzdornosti odr d je jejich geneticky determinovaná odolnost, ale aktuální stupe jejich otužení je ovlivn n klimatickými podmínkami, které p edcházejí p sobení nízkých teplot (Hanišová et al., 2000). P i šlecht ní pšenice se nelze opírat o p irozenou selekci na zimovzdornost v polních podmínkách, protože vzhledem k nep íznivým vazbám mrazuvzdornosti k výnosu zrna a asto i k odolnostem k chorobám by se nahromadil pouze šlechtitelský materiál s nízkou mrazuvzdorností. Um lé testování je velmi náro né a tak šlechtitelé o ekávají nalezení vhodného markéru. Nad jnou možností pro selekci je využití proteinu WCS120 (Kosová et al. 2007) k stanovení míry mrazuvzdornosti. Využití výnosového potenciálu pšenice je závislé na podmínkách p stování a limitujících faktorech prost edí a zejména voda je hlavní limitující faktor. Uvádí se, že celosv tov 60 milion hektar p stované pšenice má vyšší i nižší vodní deficit respektive kde se projevuje sucho. Šlecht ní na suchovzdornost je velmi komplikované protože na rozdíl od mrazu má sucho mnoho podob jak v ase p sobení tak i ve zp sobu (voda, výživa, slune ní svit, teplota). Rostliny mají mnoho adapta ních mechanizm, které umožnují lepší adaptaci na stresové podmínky. Tyto adapta ní mechanizmy sebou na druhou stranu také nesou tzv. yield penalty, nižší výnosová schopnost v optimálních podmínkách (Reynold et al.,2001) Skupiny adapta ních mechanizm pšenice k suchu (podle Reynolds, 2007) Efektivita využití vody Zá ení Fotosyntéza klasu a osin Morfologie list Vysoký harvest index - barva, vosk, -postavení, svinování 84

85 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Skupiny adapta ních mechanizm pšenice k suchu (podle Reynolds, 2007) Efektivita využití vody Fotosyntéza klasu a osin Vysoký harvest index Zá ení Morfologie list -barva, vosk, -postavení, svinování R st do kvetení Celková biomasa -rezervy energie v stéble -rychlý po áte ní r st a zakrytí P ístup k vod Vyšší obsah v listech Nižší teplota porostu Osmotické p izp sobování Dlouhé koleoptile Hluboký ko enový systém Velké semeno Velkým p íslibem je využití molekulárních technik a transgenoze ve šlecht ní na sucho. V CIMMYT byl využit gen DREB1A z Arabidopsis thaliana, který zvyšuje toleranci k suchu, nízkým teplotám a zasolení. Vzniklo 10 DREB-pšenic a 4 z nich vykazují statisticky vyšší produkci biomasy v suchých podmínkách. Nyní probíhají polní testy (jsou komplikovány statutem GMO) a první výsledky jsou velmi nad jné (Pelegrishi, 2005). Literatura Hanišová, A., Hor i ka, P., Haniš, M. (2000): Screening on frost resistance in winter wheat breeding. Abstracts of 6th International Wheat Conference 5-9 June 2000, Budapest: 95. Reynold, M. P., Ortiz Monsterio, J. I., McNabs, A. (2001): Application of Physiology in Wheat Breeding. Mexico, D. F. : CIMMYT. Kosová K., Vítámvás P., Prášil T. I., (2007), The role of dehydrins in plant response to cold, Biologia Plantarum 51(4): Pelegrishi, A., (2005), In: 85

86 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin

87 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin

88 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin REAKCE ODR D OZIMÉ PŠENICE P STOVANÉ P I R ZNÉ INTENZIT AGROTECHNIKY NA STRES SUCHEM Radek Vavera, Pavel R žek, Helena Kusá Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Drnovská 507, Praha Ruzyn , vavera@vurv.cz SOUHRN Práce pojednává o reakci odr d ozimé pšenice p stované p i r zné intenzit agrotechniky na sucho v roce 2003 ve srovnání s rokem 2004, kdy byly p íznivé pov trnostní podmínky. Nep íznivými pov trnostními vlivy (zimním období 2002/2003 a následné sucho) byly v roce 2003 nejvíce postiženy krátkostébelné odr dy, které tvo í výnos hustotou porostu a po tem odnoží (Rapsodia, Bill, Clever) a odr da Šárka, která tvo í výnos produktivitou klasu. Na vyšší intenzitu v podmínkách stresu suchem nejlépe reagovala zvýšením výnosu odr da kompenza ního typu Ebi, Samanta a Banquet. Odr dy (Rapsodia, Bill, Clever), které dosáhly nejnižších výnos v roce 2003, pat ily výnosov v roce 2004 mezi nejlepší. ÚVOD V p írod pat í mezi nejvýznamn jší limitující faktory produkce rostlin p edevším nedostatek vody a vysoká teplota. Vodní deficit se m že projevovat krátkodobým i dlouhodobým nedostatkem srážek i sníženou hladinou spodní vody. Sucho celovegeta ní, st ídavé i doprovázené vysokou teplotou jsou v p írod a v zem d lství nejd ležit jší faktory limitující výkon rostlin. Tyto jevy, zejména náhlá období sucha a vysoké teploty, budou z ejm mít velký význam pro produkci rostlin (Bláha a kol., 2008). Sucho vždy p edstavovalo zkoušku schopností zem d lc ve velké ásti sv ta. Je p itom z ejmé, že problémem pro p stitele není jen samotný nedostatek vláhy, ale z velké míry i kolísání a nep edvídatelnost po así v delším asovém období (Haberle a kol., 2007). Ozimé obilniny v roce 2003 nedosáhly uspokojivých výnos a leckde vyložen propadly. Stalo se tak v d sledku n kolika mimo ádných okolností, které nastaly v pr b hu rozhodujících úsek vegetace ozim, zvlášt mimo ádn nep íznivého po así jak na podzim, tak b hem zimy (zvlášt v p edja í), ale i na ja e, v etn tropického po así ve fázi tvorby zrna a zrání. MATERIÁL A METODIKA V polních pokusech s ozimou pšenicí po hrachu ( ) a po jarním je menu ( ) byl srovnáván vliv r zných zp sob zpracování p dy (O = konven ní s orbou do 0,22 m, M = minimální do 0,1 m - od roku 1994 bez orby) a r zné intenzity výživy a ochrany rostlin na výnos zrna odr d ozimé pšenice a jeho kvalitu. Pokusy byly provedeny na stanovišti v Ruzyni ( epa ská výrobní oblast, nadmo ská výška: 340 m, ro ní úhrn srážek: 472 mm, pr m rná ro ní teplota vzduchu: 7,8 o C, hn dozem na spraši, hlinitá). Po sklizni p edplodiny byla provedena u obou zp sob zpracování p dy (pásy o ší ce 12 m ve 2 opakováních) podmítka disky, po níž následovala u konven ního zpracování orba ( , ) a u minimálního zpracování m lká podmítka radli kou ( , ). P edse ová p íprava byla provedena rota ními branami a setí p esným maloparcelkovým secím strojem yjord v roce (3,8 MKS), (3,8 MKS). Hrubá velikost parcel byla 18 m 2 a skliz ová velikost parcel 12 m 2. Sklize byla provedena maloparcelkovým kombajnem Wintersteiger a Intenzity p stování: O I a M I: nižší dávky hnojení N (regenera ní 30 kg N.ha -1 v LAV, produk ní 40 kg N.ha -1 v LAV, v roce 2004 navíc pozdní 30 kg N.ha -1 v LAV), bez fungicid, bez morforegulátoru r stu. 88

89 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin O II a M II: vyšší dávky hnojení N (regenera ní 60 kg N.ha -1 v LAV, produk ní 60 kg N.ha -1 v LAV, v roce 2004 navíc pozdní 30 kg N.ha -1 v LAV), 2 fungicidy (Duett 1 l.ha -1 na za átku sloupkování BBCH 31 a Tango Super (v roce 2004 Horizon) 1 l.ha -1 ve fázi metání BBCH 59), morforegulátor r stu Retacel extra 1 l.ha -1 ve fázi BBCH 31. Post iky herbicidy a insekticidy byly provád ny na základ výskyt plevel a šk dc. Z kvalitativních ukazatel byly zjiš ovány hmotnost 1000 zrn (HTZ), objemová hmotnost (OH), obsah dusíkatých látek (NL), obsah mokrého lepku, íslo poklesu (FN), sedimenta ní test (SDS-test). VÝSLEDKY A DISKUSE V ro níku m l vliv na dosažené výnosy zrna odr d ozimé pšenice nep íznivý pr b h zimy a p edevším velmi teplý a suchý m síc erven. Poškození rostlin vyzimováním bylo u všech sledovaných odr d v tší u orby než u minimalizace. U orby byly nejvíce poškozené odr dy Mladka, Nela, Contra, Windsor, Bill, Apache a u minimalizace odr dy Mladka a Nela. Jak vyplývá z dosažených výnosových výsledk v tab. 1, rozhodující pro výnos zrna nebylo na tomto stanovišti poškození rostlin b hem zimy, ale jejich reakce na nedostatek vláhy a vysoké teploty vzduchu v m síci ervnu, které v dob kvetení a následného nalévání zrna p esahovaly 30 o C (v pr b hu ervna 7 dní s tropickými teplotami). V roce 2003 v kv tnu inil úhrn srážek 72 mm (93,5 % normálu) a teplotní odchylka byla o 3,1 0 C vyšší. Kritické vláhové období pro pšenici je kv ten a erven. Omezení zásobování rostlin vodou v t chto obdobích zvýšilo tvorbu bílkovin v zrn (Petr, 1987), snížila se hmotnost 1000 zrn a výnos zrna v porovnání se zavlažovanou pšenicí. Vysoká teplota redukuje jednotlivé znaky více než sucho. Nejvíce je ovlivn n po et odnoží, hmotnost rostliny a výnos, a koliv d ležitý výnosový prvek - hmotnost tisíce zrn není vysokou teplotou p íliš ovlivn n (Bláha, Manev, 1997), což se shoduje s našimi výsledky u odr d s nejnižším výnosem. Nep íznivými pov trnostními vlivy byly nejvíce postiženy krátkostébelné odr dy, které tvo í výnos hustotou porostu a po tem odnoží (Rapsodia, Bill, Clever) a odr da Šárka, která tvo í výnos produktivitou klasu. U t chto odr d za ala brzy po odkv tu zasychat listová plocha. Z výnosových prvk byl u t chto odr d zjišt n nízký po et zrn v klasu, vyšší hodnoty HTZ a po et klas na m 2. Podíl zrna nad sítem 2,5 mm (viz tab. 5) byl u t chto odr d nejnižší v porovnání s ostatními odr dami, po et nevyvinutých klásk (viz tab. 4) v klasu byl vyšší a po et vyvinutých klásk v klasu se výrazn neodlišoval v porovnání s ostatními odr dami. Odr dy výnosov kompenza ního typu Samanta a Ebi s delším stéblem dosáhly nejvyšší výnosy. Z výnosových prvk byl u t chto odr d zjišt n vyšší po et zrn v klasu a nižší HTZ. Délka stébla však byla jen jedním z mnoha faktor, které mohly ovlivnit odolnost odr d v i stres m suchem a vysokými teplotami. Nap. poškozené odr dy Rapsodia, Bill, Clever reagovaly p ízniv na vyšší intenzitu výživy a ochrany rostlin, kde byl aplikován morforegulátor r stu a došlo k dalšímu zkrácení stébla. Bláha a Manev (1997) uvádí, že vysoká teplota redukuje jednotlivé znaky více než sucho. Bláha a kol. (2003) dále uvádí, že z porovnání starých a nových odr d ozimé pšenice vyplývá, že sou asné odr dy mají vyšší toleranci v i nízkému ph, ale jsou citliv jší v i suchu a vysoké teplot. V ro níku nebyly zjišt ny podstatné výnosové rozdíly mezi minimalizací a orbou ani mezi intenzitami výživy a ochrany rostlin. P itom lepší stav rostlin po zim u minimalizace a lepší hospoda ení s p dní vláhou u této technologie zpracování p dy vytvá el dobré p edpoklady také pro dosažení vyšších výnos zrna, což se projevilo jen u n kterých odr d, které tvo í výnos produktivitou klasu (Contra, Rheia, Šárka). V roce 2003 vzhledem k vysokým teplotám vzduchu b hem m síce ervna a zaschnutí listové plochy tak nemohl být tento potenciál využit. Naopak v roce 2004 byly z tohoto hlediska vhodné pov trnostní podmínky a dosažené výnosy zrna ozimé pšenice byly u minimálního zpracování p dy vyšší 89

90 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin než u orby. V roce 2004 byly zjišt ny (tab. 2) u minimalizace (M I) nejvyšší výnosy u odr dy Bill (10,54 t.ha -1 ) a Contra (11,08 t.ha -1 ) a u orby (O I) u odr dy Contra (10,44 t.ha -1 ) a Windsor (10,04 t.ha -1 ). Výnosy p es 12 t.ha -1 byly zjišt ny u minimalizace s vyšší intenzitou vstup (M II) u odr d Contra, Mladka a u orby (O II) u varianty Contra (10,91 t.ha -1 ) a Rapsodia (10,89 t.ha -1 ). Petr, Ške ík (1999), Kulig a kol., (2001), Ducsay, Ložek (2004), Capouchová, Petr (2004), uvád jí vyšší výnosy ve srovnání s pokusy s nízkými, nebo nulovými vstupy za p íznivých pov trnostních podmínek v dob vegetace, to potvrzuje u v tšiny pokus statisticky významný efekt p ihnojení dusíkem. Získané hodnoty vybraných kvalitativních ukazatel zrna ozimé pšenice ze sklizn v roce 2003 jsou uvedeny v tabulce 3. Z výsledk vyplývá, že na v tšinu sledovaných kvalitativních parametr m la v tší vliv intenzita výživy a ochrany rostlin než zp sob zpracování p dy. Vyšší intenzita s vyšší celkovou dávkou dusíku (o 50 kg N.ha -1 ) se u v tšiny odr d projevila zvýšením obsahu dusíkatých látek, obsahu lepku a vyšší hodnotou sedimenta ního testu, v roce 2003 vyšším íslem poklesu. Naopak nem la p íznivý vliv na objemovou hmotnost, což v roce 2003 zp sobilo, že n které kvalitní pšenice A (nap. Nela) nespl ovaly na rozdíl od nižší intenzity kv li tomuto ukazateli normu na potraviná skou pšenici. N které odr dy (Clever, Banquet) za azené do kvalitní pšenice A nespl ovaly normu na objemovou hmotnost ani p i nižší intenzit výživy a ochrany rostlin. U minimálního zpracování p dy ve srovnání s orbou byla zjišt na u v tšiny odr d vyšší HTZ a objemová hmotnost, ale nižší íslo poklesu a v roce 2003 také nižší obsah dusíkatých látek a lepku. Muchová (2001) uvádí, že rozdílné zp soby zpracování p dy významn ovlivnily objemovou hmotnost zrna a množství lepku v zrnu. Nejvyšší hodnoty t chto znak byly zjišt né p i konven ním zp sobu zpracování p dy s orbou do hloubky 0,2 m. Jiní auto i uvád jí (Hrubý a kol., 2001; Kotorová, 2001), že vliv zpracování p dy neovlivnil obsah N-látek v zrnu pšenice, ani další jakostní ukazatele obsah lepku, objemovou hmotnost, hmotnost 1000 zrn. Na základ výsledk lze souhlasit s konstatováním H ly, Procházkové a kol. (2002), že z ady výzkumných poznatk se již obecn dlouhodob ukazuje a potvrzuje, že významnými faktory ovliv ujícími kvalitu produkce polních plodin jsou p edevším ro ník a odr da (hybrid), dále je to hnojení (minerální i organické, v etn zapravování poskliz ových zbytk do p dy). ZÁV R Ze získaných výsledk z polních odr dových agrotechnických pokus na stanovišti v Ruzyni vyplývá, že v roce 2003 nebyly zjišt ny podstatné výnosové rozdíly mezi minimalizací a orbou a významn ji se neprojevila ani vyšší intenzita vstup s aplikací fungicid a morforegulátoru r stu. Nep íznivými pov trnostními vlivy (zimním období 2002/2003 a následné sucho) byly v roce 2003 nejvíce postiženy krátkostébelné odr dy, které tvo í výnos hustotou porostu a po tem odnoží (Rapsodia, Bill, Clever) a odr da Šárka, která tvo í výnos produktivitou klasu. Z výnosových prvk byl u t chto odr d zjišt n nízký po et zrn v klasu, vyšší hodnoty HTZ a po et klas na m 2. Odr dy výnosov kompenza ního typu Samanta a Ebi s delším stéblem dosáhly nejvyšší výnosy. V roce 2004 byly vhodné pov trnostní podmínky a dosažené výnosy zrna ozimé pšenice byly u minimálního zpracování p dy vyšší než u orby. U minimalizace byla zjišt na také lepší reakce v tšiny odr d na vyšší intenzitu výživy a ochrany rostlin a výnosy odr d se v pr m ru zvýšily ve srovnání s nižší intenzitou o 15 % zatímco u orby o 11 %. LITERATURA Seznam literatury je k dispozici u autor. 90

91 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The reaction of winter wheat cultivars at different intensity of agricultural engineering on stress of drought Summary The reaction of winter wheat cultivars at different intensity of agricultural engineering on stress of drought was studied in year 2003 in Prague-Ruzyn. No significant differences in grain yield among different intensities of soil tillage, plant nutrition and protection were found observed in the year 2003 with very dry and warm spring. The unfavourable weather influenced mostly short stalk cultivars Rapsodia, Šárka, Bill and Clever, drying of leaf area began soon after the phase of flowering. On the contrary, cultivars Samanta and Ebi with longer stalk attained the highest yields. The lenght of stalk was only one of many factors which could influence tolerance of cultivars to stress of drought and high temperatures. Pod kování: Výsledky byly získány za finan ní podpory MZe R, projektu Tab. 1. Výnos zrna ozimé pšenice p i r zné intenzit zpracování p dy, výživy a ochrany rostlin (Ruzyn, 2003) Odr da Výnos (t/ha) % rozdíl O vs. M % rozdíl intenzit (O =100%) (Int. I = 100%) M I O I M II O II I II M O Apache 4,97 5,32 5,56 5,51-6,4 0, Banquet 6,53 6,49 6,99 6,62 0,6 5,6 7 2 Bill 3,86 3,80 4,04 4,34 1, Clever 3,74 3,95 3,91 4,46-5,2-12, Contra 6,65 6,66 6,91 6,51 0,0 6,1 4-2 Ebi 6,61 6,61 7,03 6,83-0,1 3,0 6 3 Mladka 5,61 5,66 6,26 6,12-0,8 2, Nela 6,03 6,07 6,27 6,16-0,7 1,8 4 2 Rapsodia 1,41 1,42 1,57 1,62-0,1-3, Rheia 5,01 4,61 5,13 4,73 8,7 8,3 2 3 Samanta 6,91 6,96 7,20 7,28-0,7-1,1 4 5 Sulamit 5,88 6,25 6,65 6,66-5,9 0, Šárka 3,99 2,56 3,79 2,47 55,8 53, Windsor 6,44 6,39 6,83 6,54 0,8 4,4 6 2 Pr m r 5,26 5,2 5,58 5,42 1,3 3,

92 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 2. Výnos zrna ozimé pšenice p i r zné intenzit zpracování p dy, výživy a ochrany rostlin (Ruzyn, 2004) Odr da Výnos (t/ha) % rozdíl O vs. M % rozdíl intenzit (O =100%) (Int. I = 100%) M I O I M II O II I II M O Akteur 9,62 9,31 11,03 9,80 3,2 12, Banquet 7,83 7,42 9,97 8,87 5,5 12, Bill 10,54 9,89 11,60 10,78 6,6 7, Clever 10,26 9,78 11,64 10,73 5,0 8, Contra 11,08 10,44 12,08 10,91 6,2 10,7 9 5 Ebi 9,48 8,94 11,02 10,04 6,1 9, Mladka 10,26 9,71 12,07 10,86 5,7 11, Nela 8,29 7,80 9,87 9,16 6,2 7, Rapsodia 9,82 9,40 11,93 10,89 4,5 9, Rheia 9,15 8,37 9,89 9,42 9,4 5, Samanta 9,37 8,55 10,66 9,58 9,6 11, Sulamit 8,94 7,96 10,10 9,42 12,3 7, Šárka 8,89 8,81 10,61 9,35 0,8 13, Windsor 10,41 10,04 11,59 10,83 3,7 7, Pr m r 9,57 9,03 11,00 10,05 6,0 9, Tab. 3. Technologická jakost zrna odr d pšenice ozimé p i r zné intenzit zpracování p dy, výživy a ochrany rostlin (Ruzyn, 2003) O II M II Odr da Objem. hmot. v g.l -1 N- látky v % Obsah lepku v % íslo poklesu v s SDS test (Zeleny) v ml. HTZ v g Objem. hmot. v g.l -1 N-látky v % Obsah lepku v % íslo poklesu v s SDS test (Zeleny) v ml. HTZ v g Samanta 786,2 14,2 35,8 316,6 84,2 40,65 795,3 14,0 33,0 315,2 78,5 40,71 Nela 764,3 13,8 34,4 382,5 91,1 36,18 767,0 13,3 30,0 377,0 84,5 36,10 Sulamit 775,6 15,7 38,2 441,1 91,0 40,76 781,4 14,8 34,8 358,1 92,0 42,38 Banquet 769,4 14,0 31,5 312,0 89,3 40,51 771,0 13,7 28,7 305,4 88,5 43,97 Bill 780,5 17,4 33,3 282,6 79,0 46,70 776,3 17,4 48,0 338,2 78,0 43,97 Clever 785,6 17,8 49,5 321,2 82,3 45,53 783,2 18,2 48,3 375,4 81,0 46,65 Ebi 808,2 14,8 38,8 309,1 93,1 42,21 804,2 14,3 33,1 290,2 90,5 40,30 Contra 753,3 14,0 36,5 366,3 61,0 35,15 755,3 13,8 36,0 338,2 57,5 35,15 Windsor 731,7 13,7 33,5 368,2 53,0 37,39 736,2 13,5 34,0 352,0 55,2 40,80 Rheia 779,9 16,4 45,3 381,0 66,5 47,90 780,0 15,9 42,1 417,3 65,3 53,05 Šárka 764,8 17,9 50,0 376,0 81,0 50,20 770,1 16,4 42,7 364,4 83,1 49,40 Mladka 742,7 14,5 39,7 360,8 76,5 40,66 743,3 14,3 38,9 364,3 74,5 41,32 Apache 772,7 16,2 45,1 331,5 80,1 46,14 776,2 15,2 40,7 319,0 77,5 46,04 Pr m r 769,8 15,4 39,4 349,6 79,1 42,49 772,2 15,0 37,7 343,1 77,4 43,52 O I M I Odr da Objem. hmot. v g.l -1 N- látky v % Obsah lepku v % íslo poklesu v s SDS test (Zeleny) v ml. HTZ v g Objem. hmot. v g.l -1 N-látky v % Obsah lepku v % íslo poklesu v s SDS test (Zeleny) v ml. HTZ v g Samanta 792,3 13,2 29,5 315,2 76,5 42,15 791,2 14,0 33,3 333,3 68,5 43,23 Nela 769,0 12,9 28,9 365,4 82,5 35,77 767,3 11,9 25,8 375,6 78,0 36,30 Sulamit 788,4 14,5 31,8 340,5 91,2 43,35 787,7 14,1 31,5 309,2 92,5 45,24 Banquet 772,3 12,8 26,6 313,3 85,0 42,09 774,5 12,1 24,1 302,3 77,0 45,01 Bill 780,2 16,9 45,3 298,2 79,0 45,76 783,6 16,4 44,0 288,4 79,5 47,95 Clever 779,3 17,5 46,4 394,4 83,5 47,53 791,5 17,3 50,0 313,3 81,5 47,90 Ebi 811,4 13,2 29,2 275,3 88,5 43,53 810,6 13,0 29,5 264,4 86,0 43,55 Contra 752,4 12,7 31,2 328,3 50,5 36,23 757,7 12,4 29,4 340,5 49,0 37,58 Windsor 743,0 12,7 30,3 350,4 44,5 41,33 746,3 12,2 30,6 349,3 44,5 41,85 Rheia 779,6 15,7 48,3 372,4 75,0 48,30 784,5 13,8 36,2 346,0 63,5 51,02 Šárka 764,4 16,0 45,1 363,4 81,0 51,20 769,0 14,5 36,5 370,9 79,0 48,40 Mladka 750,3 13,1 35,4 337,5 70,3 42,25 753,2 13,5 34,3 307,5 67,5 43,93 Apache 771,1 14,4 39,3 294,3 75,0 44,58 768,4 14,4 36,1 313,9 71,0 46,02 Pr m r 773,2 14,3 35,3 334,2 73,3 43,13 775,4 13,7 34,9 323,8 70,3 43,91 92

93 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 4. Po et nevyvinutých a vyvinutých klásk v klasu u odr d ozimé pšenice p i r zné intenzit zpracování p dy, výživy a ochrany rostlin (Ruzyn, 2003) Po et nevyvinutých klásk v klasu Po et vyvinutých klásk v klasu Odr da M I O I M II O II M I O I M II O II Apache 1,28 1,55 1,20 1,23 16,65 15,80 16,10 16,28 Banquet 1,60 1,60 1,23 1,20 15,58 15,83 16,58 16,70 Bill 2,43 2,41 2,55 2,40 15,45 15,45 14,93 15,23 Clever 2,55 2,49 2,60 2,62 14,98 14,88 15,10 15,68 Contra 2,25 2,15 2,18 2,13 14,58 14,43 14,85 14,55 Ebi 1,88 1,95 1,85 2,20 15,48 15,53 15,95 15,95 Mladka 1,78 1,60 1,75 1,48 16,23 15,60 15,58 16,03 Nela 1,70 1,53 1,60 1,25 16,43 15,85 16,10 16,15 Rheia 2,05 1,78 1,80 1,90 14,48 14,95 15,28 14,88 Samanta 1,83 2,10 1,81 1,83 16,73 15,63 16,05 16,33 Sulamit 2,01 2,03 1,93 1,98 16,15 15,90 15,98 16,13 Šárka 2,63 2,53 2,65 2,58 14,55 15,07 14,70 14,98 Windsor 1,75 1,70 1,65 1,40 15,35 15,75 15,55 15,80 Pr m r 1,98 1,96 1,91 1,86 15,58 15,44 15,59 15,75 Tab. 5. Velikostní t íd ní zrna (Ruzyn, 2003) Intenzita p stování M I O I M II O II Odr da Hmotnost podílu zrna nad sítem 2,5 mm (g) Apache 78,2 80,0 73,2 78,3 Banquet 81,3 82,2 74,1 79,8 Bill 74,4 78,3 67,4 75,6 Clever 64,3 74,2 65,1 68,7 Contra 73,2 79,3 67,7 70,2 Ebi 74,8 85,4 80,3 83,2 Mladka 71,9 81,2 75,6 79,5 Nela 74,0 84,6 74,8 78,5 Samanta 81,2 82,1 76,9 77,4 Sulamit 77,5 79,2 70,6 73,4 Rheia 85,0 81,2 74,2 83,7 Šárka 74,1 76,3 66,6 68,0 Windsor 83,1 87,0 77,8 80,6 Pr m r 76,4 81,1 72,6 76,7 93

94 REFERÁTY

95 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VPLYV ZNE ISTENIA PROSTREDIA NA OBSAH VYBRANÝCH MIKROELEMENTOV VO VÝHONKOCH DRUHU RUBUS IDAEUS L. Margita Kuklová, Ján Kukla Ústav ekológie lesa Slovenskej akadémie vied, Štúrova 2, Zvolen, Slovenská republika, kuklova@savzv.sk, kukla@savzv.sk Súhrn Príspevok pojednáva o vplyve dlhodobého zne istenia atmosféry na obsah niektorých mikroelementov vo výhonkoch druhu Rubus idaeus L. Vzorky boli odobrané z paralelných (nepoškodených a poškodených) smrekových porastov rastúcich na lokalitách Murá (6. lesný vegeta ný stupe ), Hliníky a Stolíky (5. lesný vegeta ný stupe ), ktoré boli založené pozd ž vertikálneho tranzektu v ochrannom pásme Národného parku Slovenský raj. Obsahy mikroelementov vo výhonkoch maliny sa pohybovali v nasledovných rozpätiach [mg kg -1 sušiny]: Hg (0,02-0,03), Cr (0,05-0,18), Pb (0,18-0,89), Cd (0,39-1,31), Ni (0,29-4,36), Cu (9,43-12,30), Zn (37,70-87,90), Al (41,60-120). Rozdiely medzi paralelnými plochami neboli významné. Obsah Pb a Cr v skúmanom druhu korešpondoval s poza ovými hodnotami v rastlinách, zatia o koncentrácie Al, Cd, Hg, Cu, Ni, Zn boli v niektorých prípadoch zvýšené, v prípade Cd až o 93 %. K ú ové slová: smrekové ekosystémy, Rubus idaeus L., nadzemná fytomasa, imisie, mikroelementy ÚVOD Lesná vegetácia sa považuje za citlivého indikátora kvality prostredia, ktorý pomerne rýchlo reaguje na zne istenie ovzdušia a pôdy priemyselnými imisiami. Stresovým faktorom pre rastliny sú najmä toxické koncentrácie rizikových prvkov. Distribúcia a akumulácia týchto prvkov v rastlinných pletivách závisí najmä od druhu rastliny, pohyblivosti kontaminujúcej zložky, a tiež od stavu a vývoja edafických, klimatických a biotických faktorov. Imisie kyslého typu poškodzujú asimila né orgány rastlín, v dôsledku oho dochádza k narušeniu ich fyziologických procesov /1, 9/ a k strate asimila nej plochy. Nadmerné koncentrácie rizikových elementov nepriaznivo ovplyv ujú vitalitu a celkový zdravotný stav rastlín, v dôsledku oho môže dôjs k podstatným zmenám iniciujúcim až zánik spolo enstiev /7/. Cie om tejto práce bolo získa údaje o obsahu niektorých rizikových prvkov v nadzemnej fytomase druhu Rubus idaeus L. vyskytujúceho sa na výskumných plochách vybraných pri Novoveskej Hute v ochrannom pásme NP Slovenský raj. CHARAKTERISTIKA VÝSKUMNÝCH PLÔCH Výskumné plochy boli pozd ž výškového tranzektu Murá -Hliníky-Stolíky založené v roku Plochy A a B sa nachádzajú na lokalite Murá v nadmorskej výške m, v segmentoch oligotrofnej skupiny typov geobiocénov Fageta abietino-piceosa.(6. lesný vegeta ný stupe ), kde sa vytvorili podzoly rankrové. Hodnoty aktívnej reakcie v ich povrchovom humuse sa pohybujú v rozpätí ph H2O 3,6-4,5, v minerálnych vrstvách v rozpätí ph H2O 3,2-3,8. Plochy C a D na nachádzajú na lokalite Hliníky v nadmorskej výške m, v segmentoch hemioligotrofnej skupiny typov geobiocénov Abieti-Fageta inferiora (5. lesný vegeta ný stupe ), kde sa vytvorili kambizeme podzolové. Hodnoty aktívnej reakcie v ich povrchovom humuse sa pohybujú v rozpätí ph H2O 3,6-4,1, v minerálnych vrstvách v rozpätí ph H2O 3,5-4,5 /7/. Plochy E a F na nachádzajú na lokalite Stolíky v nadmorskej výške m, v segmentoch hemioligotrofnej skupiny typov geobiocénov Abieti-Fageta inferiora (5. lesný vegeta ný stupe ), kde sa tiež vytvorili kambizeme podzolové. Hodnoty 95

96 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin aktívnej reakcie v ich povrchovom humuse sa pohybujú v rozpätí ph H2O 4,0-4,5, v minerálnych vrstvách v rozpätí ph H2O 3,7-4,7. METODIKA Pôdy boli zatriedené v zmysle Kolektívu /6/, geobiocenózy v zmysle Zlatníka /10, 11/. Výhonky druhu Rubus idaeus L. sa v rámci každej monitorovacej plochy získali pomocou náhodného odberu z plochy 400 m 2 fytocenologického zápisu. Obsah Cr, Ni, Pb a Cd bol po mineralizácii bylinných vzoriek v roztoku 2 M HNO 3 stanovený pomocou AAS ETA, obsah Al, Zn a Cu pomocou AES ICP na prístroji Varian Spectr. AA 300/400 a obsah Hg bol v pevných vzorkách zistený pomocou analyzátora AMA 254. Významnos rozdielov v obsahoch prvkov zistených vo vzorkách odobraných v poškodených a nepoškodených smrekových porastoch bola porovnaná pomocou neparametrického Mann-Whitney U testu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Priemerné obsahy rizikových prvkov zistené vo výhonkoch druhu Rubus idaeus sú prezentované na obr. 1, 2. Obsah hliníka (41,6-120 mg.kg -1 ) prekro il referen nú hodnotu Markerta /8/ 80 mg.kg -1, na 4 plochách, avšak výraznejšie (o 66 %) len na lokalite Murá (kontrolná plocha). Obsah zinku (37,7 87,9 mg.kg -1 ) sa nachádzal pod dolnou hranicou kritických koncentrácií, ktoré uvádza Kabata-Pendias a Pendias /5/. V porovnaní s referen nými hodnotami Markerta /8/ sa vyššie koncentrácie Zn zistili na lokalitách Murá (na oboch plochách) a Stolíky (na kontrolnej plocha). Me je pri vyšších koncentráciách v rastlinách považovaná za vysoko toxický prvok. Jej obsah (9,4 12,3 mg Cu.kg -1 ) v maline podstatne neprekra uje prirodzený obsah tohto prvku (<10 mg.kg -1 ) v rastlinách /8/. Horná hranica prirodzeného rozpätia niklu 4 mg.kg -1 sušiny, pod a Faceka a kol. /in 3/, bola prekro ená len vo vzorkách odobraných z poškodeného porastu na lokalite Stolíky, ale pod a referen nej hodnoty Markerta /8/ aj na lokalite Hliníky. [mg.kg -1 sušiny] <80 mg Al.kg -1 <50 mg Zn.kg -1 A Murá - poškodený porast B Murá - nepoškodený porast C Hliníky - poškodený porast D Hliníky - nepoškodený porast E Stolíky - poškodený porast F Stolíky - nepoškodený porast <10 mg Cu.kg -1 <1,5 mg Ni.kg -1 0 A B C D E F A B C D E F A B C D E F A B C D E F Al Zn Cu Ni Obr. 1. Obsah Al, Zn, Cu a Ni vo výhonkoch druhu Rubus idaeus L. a referen né hodnoty Markerta /8/. Kadmium a olovo a môžu by pre rastliny mierne až stredne toxické, pre živo íchov až silne toxické. Vyšší obsah týchto prvkov v rastlinných vzorkách je ukazovate om miery imisnej zá aže lokality. Obsah kadmia (0,39-1,31 mg.kg -1 ) sa nachádzal v rozpätí prirodzených hodnôt (0,1-2,4 mg Cd.kg -1 sušiny) uvádzaných Bovenom /2/, ale 17 až 26 násobne prekra oval referen nú hodnotu Markerta /8/. Množstvá Pb (0,18-0,89 mg.kg -1 ) vo 96

97 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vzorkách maliny korešpondujú s prirodzenými hodnotami uvádzanými Markertom /8/. Ortu poukazuje na zne istenie prostredia tak z prirodzených, ako aj antropogénnych zdrojov. Prirodzene sa do pôd dostáva zvetrávaním minerálov obsiahnutých v horninách. Vstupuje do zna ného po tu anorganických aj organických zlú enín, ktoré sú pre živé organizmy toxické už pri nízkych koncentráciách. Obsah Hg zistený vo vzorkách maliny oby ajnej na lokalite Murá bol v rozsahu referen ných hodnôt Markerta /8/, ale prekra uje koncentráciu 0,01 mg Hg.kg -1, ktorú Chreneková /1982, in 4/ považuje za poza ovú. [mg.kg -1 sušiny] 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 <1,5 mg Cr.kg -1 A Murá - poškodený porast <1,0 mg Pb.kg -1 B Murá - nepoškodený porast C Hliníky - poškodený porast D Hliníky - nepoškodený porast E Stolíky - poškodený porast F Stolíky - nepoškodený porast <0,05 mg Cd.kg - <0,1 mg Hg.kg -1 A B C D E F A B C D E F A B C D E F A B C D E F Cd Pb Cr Hg Obr. 2. Obsah Cd, Pb, Cr a Hg vo výhonkoch druhu Rubus idaeus L. a referen né hodnoty Markerta /8/. Nikel patrí spolu so Zn, Cu a Cr k esenciálnym mikroelementom, ktoré majú v metabolizme rastlín nezastupite nú funkciu. Ich pôsobenie v lesnom ekosystéme je ovplyv ované fyzikálno-chemickými vlastnos ami pôdy, najmä reakciou a výmennou kapacitou sorp ného komplexu. Pri nižších koncentráciách sú tieto prvky pre rastlinu užito né, ale v prípade dlhšieho potravného re azca sa môžu sta rizikovými aj pre loveka. Obsah chrómu (0,05 0,18 mg.kg -1 ) zistený vo vzorkách maliny korešponduje s poza ovou hodnotou Markerta /8/. Tab. 1. Priemerný obsah mikroelementov (mg.kg- 1 druhu Rubus idaeus. Element Poškodené plochy A, C, E ± s.d.) v nadzemných orgánoch Nepoškodené plochy B, D, F Poškodené/ Nepoškodené plochy 1) Al 77,13 ± 31,58 91,67 ± 25,97 0,500 is Cd 0,74 ± 0,50 0,70 ± 0,27 0,500 is Cr 0,13 ± 0,07 0,11 ± 0,06 0,327 is Cu 11,08 ± 1,48 11,40 ± 0,56 0,500 is Hg 0,02 ± 0,00 0,02 ± 0,01 0,252 is Ni 2,22 ± 1,94 2,20 ± 1,68 0,500 is Pb 0,56 ± 0,29 0,52 ± 0,33 0,500 is Zn 55,53 ± 28,08 56,1 ± 8,87 0,331 is 1) Mann-Whitney U-test; P>0,05 (is insignifikantný rozdiel) Výsledky výskumu ukázali, že v ochrannom pásme Národného parku Slovenský raj boli vo vzorkách nadzemných orgánov populácií druhu Rubus idaeus vo vä šine prípadov prekro ené limitné hodnoty mikroprvkov. Obsahy olova a chrómu v skúmanom druhu korešpondovali s poza ovými 97

98 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hodnotami v rastlinách. Koncentrácie hliníka, kadmia, ortuti, medi, niklu a zinku v niektorých prípadoch boli vyššie ako sú prirodzené obsahy týchto prvkov v rastlinách. V prípade Cd rozdiel medzi hodnotou zistenou vo vzorkách maliny a prirodzenou hodnotou v rastlinách predstavoval až 93 %. Rozdiely v priemerných obsahoch prvkov zistených vo výhonkoch maliny odobraných v poškodených a nepoškodených smrekových porastoch neboli významné (tab. 1). LITERATÚRA /1/ Bláha L., Hnili ka F.: Influence of abiotic stresses on the basic traits of the root system. Biologia (Bratislava), 59 (Suppl. 13), 2004, pp /2/ Bowen H. J. M.: Environmental chemistry of the elements. Academic Press, Ltd., London, 1979, 333 p. /3/ Dykyjová D.: Metody studia ekosystém. Academia, Praha, 1989, 690 s. /4/ Gábriš : Chemizácia po nohospodárskej výroby a ochrana životného prostredia. Príroda, Bratislava, 1987, 231 s. /5/ Kabata-Pendias A., Pendias H.: Trace Elements in Soils and Plants. London. CRC Press, 2 nd edition, 1992, 365 p. /6/ Kolektív: Morfogenetický klasifika ný systém pôd Slovenska. Bazálna referen ná taxonómia. VÚPOP Bratislava, Societas pedologica Slovaka, 2000, 76 s. /7/ Kukla J., Kuklová M.: Growth of Vaccinium myrtillus L. (Ericaceae) in spruce forests damaged by air pollution. Polish Journal of Ecology, 53, 3, 2008, pp /8/ Markert B.: Instrumental multielement analysis in plant materials. Série Tecnologia Ambiental, 8, Rio de Janeiro, 1995, 32 p. /9/ Szalai S.: Climatologically available water tendencies in Hungary. Cereal Research Comm., Suppl., 36, 2008, pp /10/ Zlatník A.: Lesnická fytocenologie. Státní zem delské nakladatelství Praha, 1976 a, 495 s. /11/ Zlatník A.: P ehled skupin typ geobiocén p vodne lesních a k ovinových v SSR. Zprávy Geogr. úst. SAV, XIII., 1976 b, s Impact of environmental pollution on content of the selected microelements in shoots of Rubus idaeus L. species. Summary Paper deals with an influence of long-term pollution of atmosphere on content of some microelements in (Rubus idaeus L.) shoots. The samples were taken from parallel (undamaged and damaged) spruce stands growing on plots Murá (6-th forest vegetation tier), Hliníky and Stolíky (5-th forest vegetation tier) established along vetical transect in protected zone of the National park Slovenský raj. The mean contents of microelements in raspberry shoots fluctuated in the following ranges [mg kg -1 of dry matter]: Hg ( ), Cr ( ), Pb ( ), Cd ( ), Ni ( ), Cu ( ), Zn ( ), Al ( ). The differences between parallel plots were insignificant. The contents of Pb and Cr in raspberry shoots corresponded with natural (background) values in plants, while the amounts of Al, Cd, Hg, Cu, Ni and Zn were in some cases increased, in case of Cd up to 93 %. Key words: spruce ecosystems, Rubus idaeus L., aboveground phytomass, atmospheric pollution, microelements Po akovanie Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy. APVV a Vedeckou grantovou agentúrou Ministerstva školstva SR a Slovenskej akadémie vied (projekty. 2/7161/26,. 2/7162/26). 98

99 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin DOPAD VODNÉHO STRESU NA OBSAH ASIMILA NÝCH PIGMENTOV TRÁVNIKOVÝCH DRUHOV TRÁV PESTOVANÝCH V BEZZÁVLAHOVÝCH PODMIENKACH Peter Kovár 1, Helena Gregorová 1 1 Katedra trávnych ekosystémov a k mnych plodín, Fakulta agrobiológie a potravinových zdrojov, Slovenská po nohospodárska univerzita v Nitre, Tr. A. Hlinku 2, Nitra, e- mail: Peter.Kovar@uniag.sk, Helena.Gregorova@uniag.sk Súhrn V príspevku je hodnotený vplyv deficitu vlahy na množstvo asimila ných pigmentov (chlorofyl a, chlorofyl b, karotenoidy) vybraných druhov tráv a ú inok ateliny plazivej na zmiernenie vodného stresu u tráv. Experiment bol realizovaný v bezzávlahových podmienkach na stanovišti Nitra. Pozorovanie ukázalo, že trávy pestované v podmienkach vodného stresu reagujú znížením množstva asimila ných pigmentov. Najmenší pokles bol zaznamenaný pri kostrave trs ovníkovitej. Toto zníženie viac-menej zodpovedalo odolnosti jednotlivých druhov tráv vo i suchu. Ukázalo sa, že prítomnos ateliny plazivej v poraste kostravy ervenej a mätonohu trváceho eliminovala nedostatok vlahy v ur itých astiach vegeta ného obdobia. V tom ase boli tieto porasty zelenšie a poškodenie rastlín suchom bolo menej výrazné. Na základe dosiahnutých výsledkov možno konštatova, že výberom vhodných druhov tráv a obohatením trávnikovej miešanky o atelinu plazivú môžeme zachova primeranú kvalitu trávnikov aj v podmienkach vodného stresu. ÚVOD Voda zohráva nezastupite nú úlohu v živote každej rastliny. Ro ná potreba vody pre trávniky je približne 700 mm. Takéto množstvo zrážok sa dosahuje len v horských oblastiach, preto v ostatných regiónoch je potrebná doplnková závlaha. V opa nom prípade dochádza k zhoršeniu vzh adu trávnika vädnutím a žltnutím listov [1]. S postupným zvyšovaním teploty prostredia v rámci globálneho otep ovania sú trávniky oraz viac vystavované letným horú avám a nerovnomernému rozdeleniu zrážok po as roka. Na obdobie dlhšie trvajúceho nedostatku vody trávy reagujú prechodom do stavu dormancie. To im síce umož uje preži toto nepriaznivé obdobie, ale za cenu zníženia estetickej hodnoty porastu. Ukazovate om estetickej hodnoty trávnika je o. i. aj farebný odtie. Ten súvisí s množstvom chlorofylu a+b, ktorého koncentrácia v asimila ných pletivách listov je na jednej strane podmienená genetickou výbavou každého druhu, na druhej strane ovplyvnená pôsobením vonkajších faktorov. Farba je taktiež indikátorom aktuálneho stavu rastlín (napr. tmavá farba trávnika býva dôkazom nadmerného hnojenia, ale aj signálom za iato ného štádia niektorých chorôb) [2]. V podmienkach nízkych vstupov (low input) bývajú trávniky vystavené relatívne vysokému vodnému stresu. Výberom vhodných druhov tráv, zvýšením výšky kosenia a použitím vhodnej dávky dusíkatých hnojív možno zaisti racionálne využitie zdrojov vody, a tým zmierni negatívne ú inky stresu z nedostatku vody [3]. V týchto podmienkach sa oraz astejšie za ína uplat ova atelina plazivá (Trifolium repens f. silvestre). Jej význam sa prejavuje hlavne v suchom letnom po así, kedy atelina plazivá prispieva k zlepšeniu vzh adu trávnika [4], fixáciou vzdušného dusíka, ktorý sa dostáva aj do pôdy, zlepšuje výživu tráv dusíkom. Okrem toho sa zistilo, že prítomnos ateliny plazivej v trávniku má pozitívny vplyv na koncentráciu chlorofylu a+b a koncentráciu dusíka v listoch tráv [5]. 99

100 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METÓDA Experiment bol založený v apríli 2007 na stanovišti Nitra (nadmorská výška 160 m n.m.; priemerná ro ná teplota +9,7 C; priemerný ro ný úhrn zrážok 561 mm; ro ný slne ný svit 2090 hodín; pôda fluvizem s kolísajúcou hladinou podzemnej vody v h bke 1,2 1,5 m od povrchu). V experimente sme použili biologický materiál 4 trávnikových druhov tráv (mätonoh trváci (MT) Kelt [Lolium perenne], kostravu ervenú (K ) Barborka [Festuca rubra], kostravu trs ovníkovitú (KT) Tulsa [Festuca arundinacea] a lipnicu lú nu (LL) Cynthia [Poa pratensis]). Trávy boli pestované v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou Klement (Trifolium repens) (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P). Ve kos jedného experimentálneho polí ka bola 1,5 x 1 m (v 3 opakovaniach). Výsevok druhov bol 25 g.m -2 osiva tráv a 2 g.m -2 ateliny plazivej. Pokusné polí ka boli zavlažované len do vzídenia porastu (cca 1 mesiac po sejbe), potom boli porasty odkázané len na atmosférické zrážky. Porasty boli kosené na výšku 50 mm a hnojené hnojivom Travcerit (15-3-8) v dávke 3 x 15 kg.ha -1.r -1 dusíka. V roku 2008 v období od mája do novembra sme v 4-týžd ových intervaloch odoberali vzorky z jednotlivých druhov tráv, v ktorých sme stanovovali koncentráciu asimila ných pigmentov (chlorofyl a, chlorofyl b, karotenoidy v mg.m -2 ) spektrofotometricky z acetónového extraktu [6]. Cie om práce bolo zhodnoti vplyv deficitu vody a ú inok ateliny plazivej na zmiernenie vodného stresu v súvislosti so zmenou množstva asimila ných pigmentov pri vybraných trávnikových druhoch tráv pestovaných v bezzávlahových podmienkach. VÝSLEDKY A DISKUSIA Pre normálny rast vyžadujú rastliny dostato né množstvo vody. Pri jej deficite sa mení priebeh fyziologických procesov. Znížením asimilácie CO 2 do listov v dôsledku zatvárania prieduchov môže dôjs k poškodeniu fotosyntetického aparátu. Následne klesá aktivita fotosyntézy a asimiláty majú tendenciu migrova z listov do stonky, ím sa urých uje senescencia listov [7]. Takéto nepriaznivé podmienky výrazne vplývajú na rozpad chlorofylu v asimila ných pletivách rastlín. mg.m MT LL K KT MT LL K KT bez P s P Obrázok 1 Dynamika zmien obsahu celkového chlorofylu (chl a+b; mg.m -2 ) vybraných druhov tráv pestovaných v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P) V našom experimente s vybranými druhmi trávnikových tráv pestovaných v bezzávlahových podmienkach sme zaznamenali po iato ný nárast koncentrácie celkového 100

101 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin chlorofylu (chl a+b) (obr. 1) pri všetkých testovaných druhoch, najvýraznejší pri kostrave ervenej pestovanej v monokultúre. Zmena vlahových pomerov (13 23 %-ný deficit vody v pletivách listov [8]) a vyššie denné teploty na za iatku júla spôsobili retardáciu syntézy asimila ných pigmentov, o sa prejavilo len miernym poklesom obsahu chl a+b pri kostrave trs ovníkovitej pestovanej v kombinácii s atelinou plazivou, no výraznejším pri kostrave ervenej (K ), kostrave trs ovníkovitej (KT) a mätonohu trvácom (MT) pestovaných v monokultúre a pri mätonohu trvácom v kombinácii s atelinou plazivou (MT+ P). V priebehu augusta do druhej dekády septembra sme evidovali pokles obsahu celkového chlorofylu, hlavne pri lipnici lú nej a kostrave ervenej, menej pri mätonohu trvácom, o je v zhode s publikovanými výsledkami [9], že obsah chlorofylu klesá so zvyšovaním teploty a svetelnej intenzity. Pod a literatúry [10] pigmentový systém, majúci dôležitú úlohu v prvotných fotosyntetických procesoch a vo fotochemických reakciách, reaguje na nepriaznivé podmienky (vysoká teplota, deficit vody,...) rozpadom chlorofylu. Vizuálne sa to prejavilo v našom pokuse zmenou farby trávnikového porastu zo zelenej na zeleno-žltohnedú a neskôr až na žltohnedú. Najvýraznejšie to bolo pozorovate né pri kostrave ervenej, lipnici lú nej a mätonohu trvácom. V protiklade k uvedeným druhom bola kostrava trs ovníkovitá, ktorá si v týchto extrémnych podmienkach zachovala dostato né množstvo chlorofylu (509,85 mg.m -2 v monokultúre a 449,28 mg.m -2 v kombinácii s atelinou plazivou) a v tomto období zostali jej porasty zelené. Zlepšenie vlahových pomerov a zmiernenie denných teplôt (od II. dekády septembra) stimulovalo syntézu asimila ných pigmentov hlavne u kostravy ervenej a lipnice lú nej. Výnimkou bol len mätonoh trváci, pri ktorom sme aj na alej pozorovali úbytok množstva celkového chlorofylu. Na zmiernenie negatívneho vplyvu deficitu vlahy na trávniky možno použi napr. atelinu plazivú ako sú as miešanky. Pod a viacerých autorov [4, 11, 12] sa atelina plazivá v trávniku uplatní hlavne v suchom letnom po así, kedy zlepšuje vzh ad trávnika a podie a sa na zabezpe ení výživy dusíkom v aka biologickej fixácii (hr kotvorné baktérie). V našom experimente sa výrazný ú inok ateliny plazivej prejavil len pri mätonohu trvácom a kostrave ervenej a to až od druhej polovice augusta, kedy sme v týchto porastoch zaznamenali vyšší obsah celkového chlorofylu (obr. 1). Tabu ka 1 Priemerná koncentrácia celkového chlorofylu (chl a+b; mg.m -2 ) za vegeta né obdobie pri vybraných druhoch tráv pestovaných v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P) Koncentrácia celkového chlorofylu (chl a+b) v mg.m -2 Monokultúrny porast Dvojkultúra tráva + atelina plazivá tráv Kostrava ervená (K ) 460,81 465,47 Kostrava trs ovníkovitá (KT) 460,24 439,18 Lipnica lú na (LL) 423,05 409,26 Mätonoh trváci (MT) 392,86 390,42 Po as sledovaného obdobia dosiahla kostrava ervená v dvojkultúre s atelinou plazivou priemerne 465,47 mg.m -2 celkového chlorofylu (v monokultúre 460,81 mg.m -2 ). Mätonoh trváci pestovaný v kombinácii s atelinou plazivou dosiahol priemerne 390,42 mg.m -2 chl a+b, o bolo len o 2,44 mg.m -2 chl a+b menej ako v poraste bez ateliny plazivej. Na základe týchto výsledkov možno poveda, že kostrava ervená a mätonoh trváci využili dusík poskytnutý atelinou plazivou na podporu tvorby asimila ných pigmentov. Dôkazom toho bola lepšia vizuálna kvalita porastov, o je v súlade s literatúrou [13]. Pri ostatných sledovaných druhoch tráv sme nezaznamenali zvýšenie koncentrácie chlorofylu vplyvom prítomnosti ateliny plazivej v poraste. Navyše, vyšším obsahom chlorofylu sa 101

102 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vyzna ovali monokultúrne porasty lipnice lú nej a kostravy trs ovníkovitej (tab. 1). Tieto dva druhy využili dusík poskytnutý atelinou plazivou v prevažnej miere na tvorbu nových odnoží a podporu rastu [8]. Okrem chlorofylov (chl a, chl b) sú sú as ou skupiny asimila ných pigmentov aj žlté farbivá karotenoidy. Najvyšší obsah celkových karotenoidov v priemere za vegeta né obdobie (viac ako 100 mg.m -2 ) mala kostrava ervená pestovaná v monokultúre aj dvojkultúre (tab. 2). Tabu ka 2 Priemerná koncentrácia celkových karotenoidov (mg.m -2 ) za vegeta né obdobie vybraných druhoch tráv pestovaných v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P) Koncentrácia celkových karotenoidov v mg.m -2 Monokultúrny porast Dvojkultúra tráva + atelina plazivá tráv Kostrava ervená (K ) 112,47 109,28 Kostrava trs ovníkovitá (KT) 95,62 91,79 Lipnica lú na (LL) 86,28 86,95 Mätonoh trváci (MT) 81,08 81,35 Dynamika zmien koncentrácie celkových karotenoidov je na obr. 2. V priebehu augusta, ke sme zaznamenali pokles chl a+b, obsah karotenoidov bol pri všetkých druhoch relatívne vysoký. V prvej dekáde októbra sme zaznamenali pokles koncentrácie karotenoidov pri všetkých testovaných druhoch a následný nárast na konci vegetácie. Pozitívny ú inok ateliny plazivej na množstvo karotenoidov sledovaných druhov tráv nebol zaznamenaný. Výnimkou bol len mätonoh trváci v dvojkultúre s atelinou plazivou, ktorý mal po as deficitu vlahy vyšší obsah karotenoidov v porovnaní s monokultúrnym porastom (MT). mg.m MT LL K KT MT+ P LL+ P K + P KT+ P bez P s P Obrázok 2 Dynamika zmien obsahu celkových karotenoidov (mg.m -2 ) vybraných druhov tráv pestovaných v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P) V tabu ke 3 uvádzame pomer celkového chlorofylu ku karotenoidom ako jeden z ukazovate ov suchovzdornosti rastlín. V porovnaní so suchovzdornou kostravou ervenou a kostravou trs ovníkovitou vyššie hodnoty pomeru chl a+b : karot mali monokultúry mätonohu trváceho a lipnice lú nej. Narušenie expresie génov, redukcia úrody a kvality, zrýchlenie senescencie, to sú len niektoré reakcie tráv na stres zo sucha. Preto môžeme sucho považova za významný limitujúci faktor pri pestovaní trávnikov [7]. Pod a [14] vyšší obsah chlorofylu pri vodnom a teplotnom strese je považovaný za indikátor suchovzdornosti. Odola stresu zo sucha sú 102

103 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin niektoré trávy schopné aj v aka rýchlemu prechodu do stavu tzv. letnej dormancie, kedy sa ich metabolizmus výrazne spoma uje. Napriek tomu, že takéto porasty sú neestetické a s našou predstavou trávnika nemajú ni spolo né, pre trávy je to astokrát jediné riešenie ako preži nepriaznivé obdobie letných horú av a nedostatku vlahy. Preto použitie druhov a odrôd s vyššou odolnos ou vo i suchu je jednou z ciest ako zachova dobrú kvalitu trávnikov aj v podmienkach, kde je obmedzený prísun vody [15]. Tabu ka 3 Pomer množstva celkového chlorofylu (chl a+b) k množstvu celkových karotenoidov (karot) za vegeta né obdobie vybraných druhoch tráv pestovaných v monokultúre (MT, K, KT, LL) a v dvojkultúre s atelinou plazivou (MT+ P, K + P, KT+ P, LL+ P) Chl a+b : karot Monokultúrny porast tráv Kostrava ervená (K ) 3,75 ± 1,09 4,20 ± 1,02 Kostrava trs ovníkovitá (KT) 4,89 ± 0,26 4,92 ± 0,52 Lipnica lú na (LL) 5,16 ± 1,5 4,16 ± 0,93 Mätonoh trváci (MT) 5,45 ± 1,7 4,75 ± 0,77 LITERATÚRA Dvojkultúra tráva + atelina plazivá [1] Otev el, R. Straka, J. P ibyl, M Trávníky. Brno: ERA group. 2006, 112 s., ISBN [2] Beard, J. B Turfgrass: Science and culture. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ. [3] Mortran, A Minimalizace použití vody na golfových h ištích. In: Trávníky. Zborník vydaný pri príležitosti konania odborného seminára v d och v Pod bradoch, 43 s., ISBN [4] Ziborova, E.J Gazon d a estetov. Klever. (dostupné na adrese htm [cit ]) [5] Gábor ík, N. Žibritová, I Dopad ateliny plazivej na vybrané charakteristiky listu sortimentu kostravy trs ovitej. In: Agrochémia, vol. X, (46), 3/2006, s [6] Lichtenthaler, H Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. In: Method in Enzymology, vol. 148, 1987, p [7] Gates, C. T Water deficits and growth of herbaceus plants. Kozlowski, T. (ed.): Water deficits and plant growth. Academic Press, vol. 2, 1968, pp [8] Kovár, P Nepublikované [9] Al-Manae, F. A. El-Kiey, T. Al-Khalifah, N Evaluation of some species of warm-season turfgrasses in Riyadh Region. In: J. King Saud. Univ., vol. 5, Agric. Sci.(2), pp [10] Švihra, J Vodný deficit v ontogenéze obilnín. Bratislava: VEDA, 1984, 150 s. [11] ernoch, V Využití jetele plazivého pro trávniky v podmínkách eské republiky In: Trávníky Zborník vydaný pri príležitosti konania odborného seminára v d och v Ledniciach na Morave, s , ISBN [12] Jensen, M. T Microclover a new specie is born. In: Trávníky Zb. vydaný pri príležitosti konania odb. sem. v d och v Tábo e. Hrd jovice: Agentura BONUS, 2006, s. 15, ISBN X [13] Hatch, D. J. Muray, R. J Transfer of nitrogen from damaged roots of white clover (Trifolium repens) to closely associated roots of intact perennial ryegrass (Lolium perenne). In: Plant and Soil, vol. 166, 1994, pp [14] Liu, X. Huang, B Heat stress injury of creeping bentgrass in relation to membrane lipid peroxidation. In: Crop Sci, vol. 40, 2000, pp [15] White, R. H. Engelke, M. C. Morton, S. J. Ruemmele, B. A Competitive turgor maintenance in tall fescue. In: Crop Science, vol. 32, 1992, pp

104 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The effect of water stress on the assimilation pigments content of turfgrass species cultivated in non-irrigated conditions Summary In this paper we evaluated the influence of water deficit on the assimilation pigments content (chlorophyll a, chlorophyll b, carotenoids) of selected turfgrass species and effect of Trifolium repens on water stress reduction. The experiment was realized in non-irrigated conditions on the stand Nitra. The observation showed that turfgrass planted under water stress conditions respond by decreasing of assimilation pigments content. The lowest decrease was found out at Festuca arundinacea. This decreasing corresponded more or less to drought resistance of individual turfgrass species. It was shown that presence of Trifolium repens eliminated the water deficit in Festuca rubra and Lolium perenne in some parts of growing season. These turfgrasses were greener in this time and injury of plants by drought was less marked. It can be stated, on the basis of attained results, that selection of suitable turfgrass species and enriching of turf mixture with Trifolium repens can preserve good quality of turfs under water stress conditions. Po akovanie Práca vznikla za podpory výskumného projektu VEGA 1/0446/08 Rozvoj trávnikárstva v podmienkach nízkych vstupov 104

105 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV TEPLOTNÍHO STRESU NA EXPRESNÍ PROFILY GEN SPOJENÝCH S BIOSYNTÉZOU I DEGRADACÍ CYTOKININ U ARABIDOPSIS Jana Dobrá 1,2, Helena Štorchová 1, Jan Kolá 1 a Radomíra Va ková 1 1 Ústav experimentální botaniky, v.v.i., Rozvojová 263, Praha 6, eská republika 2 Katedra biochemie, P F UK, Hlavova 2030/8, Praha 2, eská republika dobra@ueb.cas.cz SOUHRN Vliv zvýšené teploty na metabolismus rostlinných hormon cytokinin byl sledován v jednotlivých ástech Arabidopsis thaliana - v apexu, v dosp lých listech r žice a v ko enech. Kvantitativn jsme stanovili expresi gen kódujících enzymy biosyntézy volných cytokinin isopentenyltransferasy (IPT) a gen pro hlavní degrada ní enzymy cytokinin cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX). Isopentenyltransferas je v Arabidopsis známo 7, cytokininoxidas/dehydrogenas 6. V podmínkách náhlého teplotního stresu, kdy rostlina syntetizuje p ednostn obranné proteiny, je snížena biosyntéza cytokinin. Za ú elem udržení homeostáze cytokinin je sou asn snížena jejich degradace. ÚVOD Rostliny vyvinuly adu mechanism, které jim umož ují p izp sobit se nep íznivým podmínkám prost edí. Vzhledem k tomu, že rostlinné hormony cytokininy zvyšují odolnost v i mírným stres m, rozhodli jsme se zjistit vliv vysoké teploty na jejich biosyntézu a degradaci v rostlinách Arabidopsis thaliana, ekotyp Columbia 0. Vzhledem k odlišné odezv jednotlivých tkání byl analyzován apex, dosp lé listy v r žici a ko eny. Stanovovali jsme expresi dvou skupin gen. První byla rodina gen kódujících enzymy biosyntézy volných cytokinin - isopentenyltransferasy (IPT), kterých je v Arabidopsis thaliana sedm. Druhá byla šesti lenná rodina gen kódujících degrada ní enzymy cytokinin cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX). MATERIÁL A METODIKA Rostliny Arabidopsis thaliana, ekotyp Columbia 0, byly p stovány v hydroponii v kultiva ní komo e ( SANYO MLR 350H, Osaka, Japonsko) po dobu 44 dní p i fotoperiod 8/16 hodin sv tlo/tma, 100 mol m -2 s -1, vzdušné vlhkosti 75% a teplot 20 C. Poté jsme odpovídající ást rostlin p emístili do druhé kultiva ní komory stejného typu, kde byly inkubovány na sv tle p i teplot 40 C po dobu 1/2, 2 a 6 hodin. Ze všech rostlin, stresovaných i kontrolních, byly odebrány apex, listy r žice a ko eny. Vzorky pletiv byly t sn po odb ru zamrazeny v tekutém dusíku a do zpracování uchovávány p i -80 C. Celková RNA byla izolována z list a ko en pomocí kitu RNeasy Plant Mini Kit (QIAgen). Zbytky genomické DNA byly odstran ny pomocí kitu DNA-free TM (Ambion). Reverzní transkripce byla provedena s oligodt primery za použití enzym Protector RNase Inhibitor (Roche) a M-MLV Reverse Transcriptase RNase H Minus, Point Mutant (Promega). Pro real-time PCR byl užit kit FastStart DNA MasterPLUS SYBR Green I Kit (Roche) a primery išt né HPLC (Metabion), vše aplikováno na LightCycler480 (Roche). Pro normalizaci nam ených hladin exprese byl využit gen pro ubiquitin 10 (At4g05320). Kvalita RNA a PCR produkt byla kontrolována pomocí agarosové elektroforézy. 105

106 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Exprese IPT Ve všech analyzovaných tkáních m l nejvyšší abundanci transkript AtIPT3, který byl lokalizován ve floému a v cévních svazcích (Miyawaki et al., 2004). Hladina jeho exprese byla nejvyšší v listech, mén v ko enech a nejnižší v apexu. mrna pro AtIPT5, která byla nalezena v ko enových primordiích a v listech r žice, a AtIPT7, lokalizovaná v endodermis prodlužovací zóny ko en a v trichómech mladých list, m ly nízkou, ale stále dob e m itelnou expresi. Hladina exprese AtIPT1, AtIPT4, AtIPT6 a AtIPT8 byla velmi nízká (na hranici m itelnosti). Zastoupení jednotlivých transkript za kontrolních podmínek se tém nelišilo mezi apexem a dosp lými listy v r žici, v ko enech bylo vyšší. Krátce po náhlému vystavení rostlin zvýšené teplot (40 C, p l hodiny) došlo k p echodnému zvýšení exprese AtIPT5 a AtIPT7. Delší vystavení vysoké teplot (po dobu více než 2 hodin) vedlo k potla ení exprese všech AtIPT, zejména nejvíce zastoupené AtIPT3. Exprese CKX Za kontrolních podmínek byly nejvíce exprimovány geny AtCKX5 a AtCKX6 v apexu a v listech r žice, jejich exprese v ko enech byla relativn nižší. Oba tyto transkripty byly lokalizovány p edevším v cévních svazcích (Schmülling et al., 2003). V ko enech byla nejvíce zastoupena AtCKX1, jejíž exprese v nadzemní ásti byla relativn nízká. P sobením vyšší teploty docházelo ke snižování hladiny transkript AtCKX5 ve všech sledovaných ástech rostlin, AtCKX6 pouze v ko enech. Exprese AtCKX1 p i teplotním stresu klesala p edevším v apexu a listech. V ko enech došlo k p echodnému mírnému nár stu. V pozd jších fázích stresu docházelo k poklesu, stejn jako u ostatních forem CKX. Exprese AtCKX3 v apexu se v pr b hu stresu nejprve mírn zvedala a poté klesla, v p ípad list r žice docházelo k mírnému nár stu. Hladina transkriptu AtCKX2 se pohyboval na hranici m itelnosti. Ze získaných výsledk, ukazujících pokles exprese obou sledovaných skupin gen, IPT i CKX, p i zvýšení teploty, lze usoudit, že rostlina má p i náhlém vystavení teplotnímu stresu snahu udržet homeostázi cytokinin. Vzhledem k tomu, biosyntetická kapacita rostlin je za t chto podmínek soust ed na p edevším na biosyntézu látek spojených s obranou proti stresu, zejména protein shps, dochází ke snížení ady transkript exprimovaných za vhodných kultiva ních podmínek. Za t chto okolností je snížením degradace cytokinin zpomalen pokles jejich hladin, d ležitý pro zachování metabolické aktivity. LITERATURA Miyawaki K., Matsumoto-Kitano M., Kakimoto T.: Expression of cytokinin biosynthetic isopentenyltransferase genes in Arabidopsis: tissue specifiky and regulation by auxin, cytokinin and nitrate,the Plant Journal, 37, 2004, pp Schmülling T., Werner T., Riefler M., Krupková E., Bartrina y Manns I.: Structure and function of cytokinin oxidace/dehydrogenace gene sof maize, rice, Arabidopsis and other species, J Plant Res, 116, 2003, pp

107 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The effect of heat stress on the expression of genes connected with metabolism of cytokinins in Arabidopsis plants Summary Dynamics of the expression profile of genes coding for cytokinin biosynthetic enzymes isopentenyltransferases (IPT) and cytokinin degradation enzymes - cytokinin oxidase/dehydrogenases (CKX) was followed in the apex, leaves and roots of Arabidopsis plants grown in hydroponics during the heat stress (40 C for 1/2, 2 and 6 hours). The expression of studied genes exhibited decrease in stressed plants. The decrease of the CKX expression resulted in diminishing of cytokinin degradation, which might contribute to the stabilization of their homeostasis. Pod kování: Za poskytnutí sekvencí primer d kujeme Dr. B etislavu Brzobohatému a Mgr. P emyslu Sou kovi (Mendelova zem d lská univerzita, Brno). Tato práce byla podpo ena GA R, grantový projekt. 206/06/1306, a MŠMT R projekt. LC

108 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vliv abiotického stresu (zvýšená teplota, sucho) na rostliny tabáku se sníženým obsahem cytokinin H. ervinková 1,2, O. Novák 3, M. Strnad 3, R. Va ková 1 1 Ústav experimentální botaniky AV R, Rozvojová 263, , Praha 6, eská republika, cervinkova@ueb.cas.cz 2 Uviverzita Karlova v Praze, Katedra Fyziologie rostlin, Vini ná 5 Praha 2, Laborato r stových regulátor, Univerzita Palackého a Ústav experimentální botaniky AV R, Šlechtitel 11, , Olomouc SOUHRN Rostliny tabáku reagovaly na stres suchem p ednostní ochranou horních list. Její d ležitou sou ástí bylo ustavení gradientu bioaktivních cytokinin ve prosp ch t chto list, za podmínek celkového snížení obsahu cytokinin. Relativn vyšší hladina cytokinin v horních listech vedla ke zvýšení sílu sinku vzrostného vrcholu. Teplotní stres m l negativní efekt na obsah cytokinin ve všech listech, tj. došlo ke snížení obsahu cytokinin. B hem sucha se výrazn zvýšil obsah kyseliny abscisové. Po teplotním stresu docházelo ke zvýšení katabolismu této kyseliny. Rostliny s konstitutivn zvýšenou degradací cytokinin m ly zpomalený r st prýtu a celkov zakrslý fenotyp. Byly však tolerantn jší v i stresu, p edevším k suchu. ÚVOD Rostliny reagují velmi efektivn na m nící se podmínky okolního prost edí. D ležitou roli v této interakci hrají rostlinné hormony. Transkriptomické studie ukázaly, že významnou roli vedle hlavního stresového hormonu, kyseliny abscisové (ABA), hrají cytokininy (Tran et al., 2007). V této práci jsme se zam ili na sledování vlivu hladiny endogenních cytokinin p i odpov di na sucho, teplotní stres a jejich kombinaci. Jako pokusný materiál byly použity rostliny tabáku Nicotiana tabacum L. Regulace obsahu cytokinin bylo dosaženo pomocí zvýšené exprese genu pro hlavní degrada ní enzym cytokinin (cytokinin oxidázu/dehydrogenázu - CKX) pod konstitutivním (35S) nebo tká ov specifickým promotorem (WRKY6). Rostliny 35S::CKX1 (1-50-8) vykazovaly silný pokles v nár stu nadzemní ásti, zatímco WRKY6::CKX1 (1-29-2), které exprimují CKX1 p edevším v ko enech a stárnoucích spodních listech, m ly podobný fenotyp jako WT. MATERIÁL A METODIKA Materiál: Rostliny tabáku (Nicotiana tabacum L. cv. Samsun NN) se zvýšenou expresí genu pro cytokininoxidázu/dehydrogenázu AtCKX1 (pod CaMV35S nebo WRKY6 promotorem) a odpovídající WT byly p stovány v p d po dobu 6 týdn p i teplot 25/23 C a fotoperiod 16/8 hod. Stres sucha byl aplikován po dobu 7 dní p erušením zálivky. Kombinovaného stresu bylo dosaženo aplikací teploty 40 C po dobu 2 hodin na konci 7-denního sucha.vzorky po 108

109 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zotavení byly odebrány 24 hodin po rehydrataci. Teplotní stres byl simulován vystavením rostlin teplot 40 C po dobu 2 nebo 6 hodin. Metody: Analýza hormon : Vzorky pro analýzy hormon byly p e išt ny podle Dobrev a Kamínek (2002). Kvantifikace cytokinin byla provedena pomocí UPLC-MS/MS podle Novák et al. (2008). Kvantifikace kyseliny ABA byla provedena modifikovanou LC/MS podle Hradecká et al. (2007). M ení chlorofylu: Množství chlorofylu bylo m eno neinvazivn pomocí SPAD Metru (Minolta, USA). VÝSLEDKY A DISKUSE Obsah chlorofylu: Všechny testované genotypy m ly za kontrolních podmínek podobný obsah chlorofylu. Stres suchem m l za následek u WT a WRKY6::CKX1 výrazné zvýšení obsahu chlorofylu v horních a st edních listech. Tato stimulace byla výrazn jší u rostlin WRKY6::CKX1. U konstitutivních transformant CKX1 byla hladina chlorofylu zvýšena pouze u mladých list. V ostatních listech byl obsah chlorofylu snížený. Kyselina abscisová: Obsah volné ABA byl u všech genotyp vyšší v listech než v ko enech, u WT a WRKY6::CKX1 byl vyšší v horních listech než v listech spodních. Teplotní stres zp sobil u WT a WRKY6::CKX1 nár st kyseliny faseové (katabolit ABA) v horních listech, ješt v tší nár st byl pozorován u kombinovaného stresu. Stres suchem zp sobil nár st ABA u všech genotyp. Zvýšení obsahu ABA bylo nižší u 35S::CKX1, což ukazuje na vyšší tolerance v i stresu (pomalejší pokles turgoru). Po zalití byl pozorován pokles ABA, i jejích glukosylester. Zm ny hladiny ABA nazna ují korelaci s otev eností pr duch, respektive s rychlostí transpirace (Zhang et al., 2008). Cytokininy: Zvýšená exprese CKX1 vyústila u transgenních rostlin v pokles endogenních cytokinin, nejvýznamn jší u zásobních a deaktiva ních forem (O- a N-glukosidy cytokinin ). Obsah fyziologicky aktivních cytokinin podstatn poklesl po dvou hodinách teplotního stresu ve všech listech a ko enech všech testovaných genotyp. Postupný pokles O-glukosid cytokinin b hem teplotního stresu (zejména u 35S::CKX1) m že být zp soben hydrolýzou zásobních forem cytokinin, s cílem minimalizovat pokles bioaktivních forem. B hem nedostatku vody byl pokles bioaktivních cytokinin pomalejší v horních listech, ve srovnání se spodními. V ko enech nebyla pozorována tém žádná zm na. Hladina O-glukosid cytokinin, a v menší mí e také obsah N-glukosid, byla výrazn zvýšena b hem stresu suchem. Obsah derivát cis-zeatinu b hem sucha výrazn vzrostl. Po zalití se velmi podstatn zvýšil obsah bioaktivních cytokinin, jak v listech, tak v ko enech. Dosažené výsledky ukazují, že regulace obsahu cytokinin závisí nejen na typu stresu, ale také na jeho síle a trvání. 109

110 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Dobrev, P,I., Kaminek, M., (2002) Fast and efficient separation of cytokinins from auxin and abscisic acid and their purification using mixed-mode solid-phase extraction. J Chromatogr. A 950: Hradecká, V., Novák, O., Havlí ek, l., Strnad, M., (2007) Immunoaffinity chromatography of abscisic acid combined with electrospray liquid chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. B 847, Tran, L,P., Urao, T., Qin, F., Maruyama, K., Kakimoto, T., Shinozaki, K., Yamaguchi- Shinozaki, K., (2007) Functional analysis of AHK1/ATHK1 and cytokinin receptor histidine kinases in response to abscisic acid, drought, and salt stress in Arabidopsis. PNAS. 51, Novák, O., Hauserová, E., Amakorová, P., Doležal, K., Strnad, M., (2008) Cytokinin profiling in plant tissues using ultra-performace liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry. Phytochem. 69, Zhang, X., Wollenweber, B., Juany, D., Liu, F., Zhao, J., (2008) Water deficits and heat shock effects on photo synthessis of transgenic Arabidopsis thaliana constitutively expressing ABP9, a bzip transcription factor. J of Exp. Botany. 59, SUMMARY Drought resulted in the establishment of bioactive cytokinin gradient in favour of upper leaves, while heat stress had uniform negative effect on cytokinin content in all leaves. Drouhgt was associated with high elevation of abscisic acid level, after heat stress, ABA catabolites were formed. Slow shoot growth-rate and dwarf phenotype, caused by strong constitutive down-regulation of cytokinin levels, coincided with higher stress tolerance, especially to drought. POD KOVÁNÍ Velmi d kuji Prof. Dr. Thomas Schmüllingovi a Dr. Tomas Wernerovi (Freie Universität Berlin, Germany) za poskytnutí semen 35S::CKX1 a WRKY6::CKX1 transformovaného tabáku. Tato práce byla podpo ena grantovou agenturou GA R. íslo grantu: 206/06/1306 MŠMT R projekt NPV 2B

111 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MULTIINSTRUMENTÁLNÍ ANALÝZA VLIVU KADEMNATÝCH IONT NA VYBRANÉ ODR DY LNU SETÉHO Olga Kryštofová 1,2, Ji í Baloun 1, Dalibor Húska 1, Václav Diopan 1,2, Violetta Shestivska 1,2, Ond ej Zítka 1, Vojt ch Adam 1,3, Tomáš Macek 4, Martina Macková 5, Ladislav Havel 1, René Kizek 1 1 Ústav chemie a biochemie, 2 Ústav biologie rostlin a 3 Ústav výživy zví at a pícniná ství, Agronomická fakulta, Mendelova zem d lská a lesnická univerzita v Brn, Zem d lská 1, CZ Brno, eská republika; kizek@sci.muni.cz 4 Ústav organické chemie a biochemie, Akademie v d eské republiky, Flemingovo nám st 2, Praha 6, eská republika 5 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, Praha 6, eská republika Souhrn Hodnocení ú innosti fytoremedia ních technologií je velmi obtížné a metody na charakterizaci jednotlivých rostlinných druh mají své výhody a nevýhody. Jedním ze zp sob studia rostlin je použít širokou baterii analytických nástroj a jejich pomocí hodnotit vliv daného polutantu na rostlinný druh. Cílem naší práce bylo využití multiinstrumentální analýzy ke zkoumání r zných odr d lnu potenciáln využitelných v remedia ních technologiích pro dekontaminaci životního prost edí zasaženého t žkými kovy. Len setý byl vystaven r zným koncentracím kademnatých iont a získané vzorky byly analyzovány pomocí chromatografických, spektrometrických a elektrochemických technik. Z výsledk vyplývá, že jsou mezi odr dami pozorovatelné zna né rozdíly v tvorb obranných látek a metabolické aktivit. ÚVOD Pro sanaci p d a vod kontaminovaných toxickými kovy a dalšími toxickými látkami se jeví remedia ní postupy s využitím biologických systém (rostliny, bakterie, houby) jako slibná metoda, která m že být vhodnou ekonomickou a životnímu prost edí šetrnou alternativou pr myslov aplikovaným postup m /1; 2; 7/. Výhodou t chto p ístup v porovnání s klasickými fyzikáln -chemickými metodami je p edevším jejich nízká cena, minimální množství sekundárních odpad, možnost odstra ování kontaminant z rozsáhlých území bez pot eby vyt žení kontaminované zeminy. Z d vodu šetrnosti bio-remedia ních p ístup k životnímu prost edí jsou ve ejností velmi dob e akceptovány i díky jejich estetické hodnot. Pro studium ú innosti remedia ních postup, konkrétn výb r vhodných rostlin (hyperakumulátor ) a metabolismu t žkých kov v živých organismech, lze využít techniky spektrometrické i elektrochemické /3; 4; 5/. Elektrochemické techniky jsou velmi sensitivním nástrojem pro detekci peptid a protein bohatých na thiolovou skupinu uplat ujících se p i odpov di organismu na p ítomnost t žkých kov. Je jist možné namítnout, že tyto techniky nemají své místo vedle moderních analytických nástroj, jako jsou hmotnostní spektrometry, elektroforézy s laserem indukovanou fluorescencí a podobn. Ovšem spojení t chto technik, namísto jejich soupe ení, se zdá být nejvhodn jším ešením. Cílem naší práce bylo využití multiinstrumentální analýzy ke zkoumání rostlin potenciáln využitelných v remedia ních technologiích pro dekontaminaci životního prost edí zasaženého t žkými kovy. 111

112 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODY Rostlinný materiál V experimentu se analyzovalo šest odr d lnu (Agata, Atalanta, Viola, Laura, Jordán, Bilstár) v závislosti na dob interakce s t žkým kovem a aplikovanou koncentrací kademnatých iont. Semena lnu klí ila na sklen ných Petriho miskách na vlhké buni in. Kultivace probíhala v definovaných laboratorních podmínkách (teplota 22 C, vlhkost 50%, 12 tma). Roztoky byly do kultiva ních misek dolívány 2krát denn, aby se p edešlo vyschnutí buni iny. Automatický analyzátor BS 200 Spektrometrické analýzy byly provád ny pomocí automatického biochemického analyzátoru BS-200 (Mindray, ína). Reagencie a vzorky byly umíst ny v reak ním disku, který byl chlazen na 4 C. Odtud byly roztoky pipetovány do plastikových kyvet umíst ných v kyvetovém prostoru vyh ívaném na 37 C, kde probíhala inkubace. Kyvety se vzorkem byly po p idání dalších reagencí pe liv promíchány. V následujících odstavcích je popsáno nastavení automatického biochemického analyzátoru pro stanovení vybraných markér. Stanovení ALT a AST Nejd íve se manuáln p i laboratorní teplot do mikrozkunavky napipetovalo 250 μl na 37 C p edeh átého substrátu (0,1 M L-alaninu (aspartátu), 2 mm 2-oxoglutarátu v 0,1 M fosfátovém pufru o ph 7,4) a k n mu se p idalo 50 μl vzorku. Vzniklá sm s se nechala inkubovat p i 37 C 60 minut. Po uplynutí této doby se ke sm si p idalo 250 μl 2,4- dinitrofenylhydrazinu v 1 M kyselin chlorovodíkové. Vše se pe liv promíchalo a byla zm ena absorbance. Nastavení parametr BS-200: 30 μl vzorku bylo napipetováno do kyvety a inkubováno po dobu 20 min p i 37 C. Poté bylo p idáno 180 μl 0,4 M NaOH a po 10 minutách byla m ena absorbance p i vlnové délce 510 nm. Stanovení celkového obsahu protein Pro stanovení byl použit kit dodaný firmou Medesa ( eská republika) a standard albuminu od firmy Sigma-Aldrich. Kalibrace byla provedena pomocí proteinu albuminu (1 mg), který byl rozpušt n v 1 ml fosfátového pufru o ph 7 a z tohoto roztoku byly nachystány další roztoky o koncentracích 0, μg/ml albuminu. Nastavení parametr BS-200: k 180 μl kitu Biuret bylo p idáno 45 μl vzorku (standard nebo rostlinný extrakt), vše bylo promícháno a inkubováno 10 min. p i 37 C. Po uplynutí 10 minut byla m ena absorbance p i vlnové délce 510 nm. Stanovení aktivity ureázy Jednotlivé chemikálie byly p ipraveny podle autor Witte a Medina-Escobar /6/. Nastavení parametr BS-200: k 10 μl vzorku (rostlinný extrakt nebo standard pro kalibraci roztok NH 4 Cl o koncentracích dusíku od 1,89 do 1890,7 μg) bylo p idáno 448 μl chlornanového roztoku a 42 μl fenolového roztoku. Vše bylo promícháno a inkubováno 15 min p i 37 C. Po uplynutí 15 min byla zm ena absorbance p i vlnové délce 630 nm. Vysoce ú inná kapalinová chromatografie s elektrochemickou detekcí pro stanovení thiol Vzorek byl analyzován pomocí vysoce ú inné kapalinové chromatografie s elektrochemickou detekcí (HPLC-ED). HPLC-ED systém byl složen ze dvou chromatografických pump Model 582 ESA (ESA Inc., Chelmsford, MA) (pracovní rozsah ml/min) a chromatografické kolony s reverzní fází Polaris C18A ( ; 3 m velikost ástic, Varian Inc., CA, USA) a dvanácti-kanálového CoulArray elektrochemického detektoru (Model 5600A, ESA, USA). Detektor je složen ze t í pr to ných analytických kom rek 112

113 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin (Model 6210, ESA, USA), p i emž každá kom rka obsahuje ty i referentní (hydrogen paládiová), ty i pomocné a ty i porézních grafitové pracovní elektrody. V ídícím modulu je uložena chromatografické kolona, elektrochemický detektor a celý prostor je termostatovaný. Experimentální podmínky byly následující: gradientový profil pom r 80 mm TFA:methanol (100:0) byl konstantní po 9 min, poté klesl na 85:15 b hem jedné minuty, a byl konstantní po 8 min, dále lineárn vzrostl na 97:3 od 18. to 19. min analýzy. Pr tok mobilní fáze byl 0.8 ml/min a teplota na kolon 40 C VÝSLEDKY A DISKUZE U všech studovaných odr d lnu byl pozorován s rostoucí koncentrací kademnatých iont postupn p evažující nár st nadzemní biomasy v neprosp ch ko enové ásti (Obr. 1). Tento nep íznivý trend byl nejvýrazn jší u odr dy Bilstar (kde bylo mén než 20% hmoty z ko enové ásti). Avšak v p ípad sušiny byl pozorován úbytek hmotnosti u všech aplikovaných koncentrací. Pozorovaná zm na souvisí pravd podobn se zvýšeným p íjmem vody u rostlin vystavených stresu t žkými kovy. Obrázek 1: Fotografická dokumentace experimentálního schématu u odr dy Agata Rostliny byly dále analyzovány na celkový obsah protein pomocí biuretovy reakce. Celkové množství protein se m nilo pouze mírn. S rostoucí koncentrací aplikovaných kademnatých iont docházelo k pozvolnému nár stu množství celkových protein. P i sledování aktivity t í vybraných enzym (AST, ALT, ureasa) bylo možné pozorovat snížení aktivity AST, ALT a ureázy v nadzemních ástech rostlin. V ko enové ásti byl pozorován výrazn jší nár st aktivity t chto enzym u nejvyšší aplikované koncentrace (80 μm). Aminotransferázy katalyzují p enos amonoskupin aminokyselin na 2-oxokyseliny. V rostlinách se aminotransferázy velmi ú inn podílejí na p em nách dusíkatých látek, jsou významné p i syntéze aminokyselin z oxokyselin citrátového cyklu, fotosyntéze a p i transportu oxokyselin z ko en do dalších rostlinných ástí. Hrají významnou roli v syntéze sekundárních 113

114 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin metabolit, syntéze chlorofylu a hemu. V ko enové ásti byly aktivity AST a ALT v pr b hu experimentu zvýšené v porovnání s kontrolními rostlinami. V ko enech dochází k nár stu aktivity enzym a tento nár st ukazuje na zvýšenou metabolickou aktivitu transamina ních reakcích. V p ípad ureázové aktivity byla pozorována mírn zvýšená aktivita enzymu jak v nadzemí, tak ko enové ásti rostliny. P i analýze thiolových slou enin jednotlivých studovaných odr d lnu jsme zjistili zajímavou skute nost v distribuci jednotlivých thiol. Pozorovali jsme, že v ko enové ásti je p evaha GSH, Cys a GSSG. Naproti tomu v nadzemní ásti rostlin jsou zastoupeny p edevším fytochelatiny (PC2, PC3 a PC4). Tento jev pravd podobn souvisí s redistribucí jednotlivých thiol. V ko enové ásti dochází k p ímé interakci nízkomolekulárních thiol s kademnatými ionty. Ionty, které touto první ochranou bariérou prostoupí, jsou v rostlin deaktivovány fytochelatiny. LITERATURA /1/ Macek, T., Kotrba, P., Svatos, A., Novakova, M., Demnerova, K., Mackova, M.: Novel roles for genetically modified plants in environmental protection. Trends Biotechnol. 26, 2008: /2/ Macek, T., Rezek, J., Vrchotova, B., Beranova, K., Uhlik, O., Najmanova, J., Novakova, M., Chrastilova, Z., Kotrba, P., Demnerova, K., Mackova, M.: Phytoremediation. Lis. Cukrov. Repar. 123, 2007: /3/ Petrlova, J., Mikelova, R., Stejskal, K., Kleckerova, A., Zitka, O., Petrek, J., Havel, L., Zehnalek, J., Adam, V., Trnkova, L., Kizek, R.: Simultaneous determination of eight biologically active thiol compounds using gradient elution-liquid chromatography with Coul-Array detection. J. Sep. Sci. 29, 2006: /4/ Potesil, D., Zelena, J., Petrlova, J., Adam, V., Vacek, J., Klejdus, B., Zehnalek, J., Trnkova, L., Havel, L., Kizek, R.: Simultaneous femtomole determination of cysteine, reduced and oxidized glutathione, and phytochelatin in maize (Zea mays L.) kernels using high-performance liquid chromatography with electrochemical detection J. Chromatog. A 1084, 2005: /5/ Supalkova, V., Petrek, J., Baloun, J., Adam, V., Bartusek, K., Trnkova, L., Beklova, M., Diopan, V., Havel, L., Kizek, R.: Multi-instrumental investigation of affecting of early somatic embryos of Spruce by cadmium(ii) and lead(ii) ions. Sensors 7, 2007: /6/ Witte, C.P., Medina-Escobar, N.: In-gel detection of urease with nitroblue tetrazolium and quantification of the enzyme from different crop plants using the indophenol reaction. Anal. Biochem. 290, 2001: /7/ Zehnalek, J., Vacek, J., Kizek, R.: Application of higher plants in phytoremediation of heavy metals. Listy Cukrov. 120, 2004: Multiinstrumental Analysis of Influence of Cadmium(II) Ions on Various Cultivars of Flax Summary Evaluation of effectiveness of phytoremediation technologies is very difficult. Methods for characterization of certain plant species have advantages and disadvantages. One of the ways to characterize plants is to employ battery of analytical instruments and by using of this battery to evaluate influence of selected pollutant on the plant specie. The aim of this paper was to use multiintrumental analysis for investigation of various cultivars of flax to be used in remediation technologies for decontamination of environment polluted by heavy metals. Flax was treated with various concentrations of cadmium(ii) ions. The samples obtained were analysed by using of chromatographic, spectrometric and electrochemical techniques. It follows from the results obtained that among cultivars there are marked differences in synthesis of protective compounds and metabolic activity. Pod kování Auto i d kují výzkumnému centru Funk ní genomika a proteomika ve šlecht ní rostlin 1M06030 za finan ní podporu a IGA MZLU DP 3/AF. 114

115 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STUDIUM TOPOGRAFIE OLOVNATÝCH IONT V LISTECH SLUNE NICE RO NÍ ZA VYUŽITÍ LASEREM INDUKOVANÉ ABLA NÍ SPETROMETRIE Ji í Baloun 1, Michaela Galiová 2, Olga Kryštofová 1,3, Dalibor Húska 1, Vojt ch Adam 1,4, Jozef Kaiser 5, Josef Zehnálek 1, Ladislav Havel 3, René Kizek 1 1 Ústav chemie a biochemie, 3 Ústav biologie rostlin a 4 Ústav výživy zví at a pícniná ství, Agronomická fakulta, Mendelova zem d lská a lesnická univerzita v Brn, Zem d lská 1, Brno, eská republika; kizek@sci.muni.cz 2 Ústav chemie, P írodov decká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlá ská 2, Brno, eská republika 5 Ústav fyzikálního inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké u ení technické v Brn, Technická 2896/2, Brno, eská republika Souhrn V p edkládané studii jsme studovali vliv olovnatých iont na slune nici ro ní. Slune nice byly vystaveny p sobení 0, 10, 50, 100 a 500 μm Pb-EDTA po dobu osmi dn. Pro stanovení t žkých kov m že být použita ada analytických technik, p i emž v tšinou z nich jsme schopni kvantifikovat pouze celkový obsah daného kovu ve vzorku, ale nevíme nic o jeho prostorové distribuci. Laserem indukovaná abla ní spektrometrie je schopna detekovat prostorovou distribuci prvk v r zných typech materiál v etn list. Proto jsme tuto techniku použili v naší práci pro sestavení 3D map distribuce Pb a Mg. Oba prvky jsou v listech koncentrovány okolo hlavního cévního svazku listu. ÚVOD P i procesu biologické remediace se využívají živé organismy, mikroorganismy (Desulfomonile, Clostridium, Pseudomonas, Acinetobacter) a rostliny (Betula, Populus) k odstran ní toxických kov z životního prost edí /4; 11; 13; 14; 16; 17/. Ty mohou nebezpe né kovy eliminovat r znými zp soby, nap. fytodegradací (rozklad škodlivých organických látek na netoxické slou eniny), fytovolatizací (p enos t kavých látek z p dy do ovzduší p es rostlinné pr duchy) fytoextrakcí (škodlivé látky jsou extrahovány z p dy do rostlin). Všechny tyto procesy u rostlin se ozna ují pod souhrnným názvem fytoremediace /3; 5; 10; 20/. P i fytoextrakcích jsou absorbované látky v rostlinách imobilizovány a uskladn ny v bun ných strukturách (Obr. 1). Všeobecn se t žké kovy rozd lují na esenciální (Zn, Cu, Mo), které jsou pro živý organismus nezbytné v malých množstvích, a toxické kovy (Cd, As, Pb)/6/. P i zkoumání princip mechanismu fytoremediace je nezbytn nutná znalost chování t chto prvk v rostlinách, protože dochází k ovlivn ní celé ady molekulárn -biologických proces. Mezi velmi významné pat í r zné možnosti transportu kov po celé rostlin, jejich místo uskladn ní a procesy imobilizace (Obr. 1). Abychom byli schopni zodpov d t otázky spojené s transportem a uskladn ním sledovaných prvk, je t eba celý proces prozkoumat. K tomuto ú elu je nezbytné hledat nové metody, které p ináší podrobn jší informace o zkoumaném jevu /9; 18; 21; 22/. Mezi metody, které by mohli nalézt uplatn ní v analýze distribuce kov v celistvé rostlin m žeme za adit techniky laserové spektrometrie, a to nap íklad metodu laserem indukované abla ní spektrometrie (LIBS, Laser Induced Breakdown Spectroscopy). Základem t chto metod je p sobení laserového zá ení na biologický vzorek, umož ující prostorov rozlišenou spektrochemickou analýzu biologických vzork /1; 2; 12/. LIBS je 115

116 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin založena na m ení emise atom a iont z mikroplazmatu, které vzniká na povrchu vzorku po interakci s laserovým paprskem /15/. Charakter abla ního procesu závisí na vlastnostech použitého laseru (vlnová délka, ší ka pulzu, výkon a energetický profil paprsku), okolní atmosfé e a vlastnostech samotného vzorku (matrice, absorp ní vlastnosti, struktura) /19/. Metoda LIBS je jedním z analytických nástroj, který umož uje krom kvalitativní a kvantitativní analýzy také mapování distribuce prvk v r zných typech vzorku. Výhodou metody je, že nevyžaduje žádnou, nebo minimální úpravu vzorku a umož uje multielementární analýzu s vysokým prostorovým rozlišením. Limitujícím faktorem je pr m r laserového paprsku. Obrázek 1: Schéma p íjmu a transportu kov v rostlin MATERIÁL A METODY Kultivace rostlin a p íprava vzork Pro monitoring distribuce olova byly využity listy rostlin slune nice ro ní (Helianthus annuus L.). Semena slune nice byla naklí ena ve tm na vlhkém filtra ním papí e na klí idlech po dobu sedmi dn p i teplot a 25 ± 2 C. Po deseti dnech byla naklí ená semena p emíst na do truhlíku s živným roztokem, kde byla kultivována v kultiva ním boxu p i C a vlhkosti vzduchu 65% a denním režimu 14 hodin den a 10 hodin noc po dobu osmi dn Po osmi dnech byl živný roztoky vym n n za roztok chalátu obsahující 0, 10, 50, 100 a 500 μm koncentraci olovnatých iont. Následovaly odb ry rostlin v 2, 4, 6 a osmém dnu experimentu. Z t chto rostlin byly pro metodu LIBS odebrány listy. Laserem indukovaná abla ní spektrometrie Vzorky list byly m eny v erstvém stavu bez jakékoli p edchozí úpravy. Pro tvorbu mikroplazmatu byl použit pulzní Nd:YAG laser (Brilliant B, Quantel, Francie) pracující na druhé harmonické frekvenci (532 nm), délkou pulzu laseru 5 ns, pr m rem laserového 116

117 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin paprsku 8 mm a opakovací frekvencí 10 Hz. Energie pulzu byla 10 mj (m ena pomocí termohlavice Coherent FieldMaster ve spojení s LM-P10, USA). K zaost ení laserového paprsku na povrch vzorku byla použita k emenná o ka s ohniskovou vzdáleností 30 mm. Vzorky list uchycené do držáku byly umíst ny do abla ní komory (TESCAN s.r.o., eská republika). Ablace byla provedena za atmosférického tlaku vzduchu. Pohyb vzorku mezi m eními byl umožn n pomocí translátoru (s p esností 2 μm ve sm ru x, y, z). Nastav ní vzorku do ohniskové vzdálenosti fokusa ního objektivu a následující abla ní proces byl kontrolován CCD kamerou. Zá ení mikroplazmatu bylo snímáno objektivem a 3 m optickým kabelem a vedeno na vstupní št rbinu monochromátoru s optickou délkou 0,32 m (Triax 320, Jobin Yvon, Francie) a t emi m ížkami s 1200 vrypy/mm, 2400 vrypy/mm a 3600 vrypy/mm. K m ení byla použita m ížka s 2400 vrypy/mm a ší ka vstupní št rbiny byla nastavena na 50 μm. K detekci byl použit ICCD detektor (Horiba, Jobin Yvon, Francie). VÝSLEDKY A DISKUSE Fytoremedia ní technologie p edstavují alternativní, jednoduché a velmi levné postupy pro dekontaminaci životního prost edí. V našem experimentu jsme se zam ili na analýzu prostorové distribuce olova u slune nice ro ní (Helianthus annus L.) p stované hydroponicky. Mapování distribuce olova a ho íku metodou LIBS V ur ených asových intervalech se rostlinám odebraly listy, které byly podrobeny analýze LIBS. Krom p ítomnosti olova v rostlinách se nám pomocí LIBS poda ilo detekovat p ítomnost ho íku. M ení optické emise atom ICCD detektorem bylo provedeno za podmínek ideálních pro tvorbu dob e detekovatelných atomárních ar zkoumaných prvk. Prostorová distribuce Pb a Mg získaná ablací vzorku listu slune nice ro ní exponovaného 0,5 mm Pb-EDTA a rastr abla ních kráter jsou ukázány na Obr. 2. Obrázek 2: Typické LIBS spektrum po aplikaci jednoho laserového pulzu na vzorek listu slune nice exponovaného 0,5 mm Pb-EDTA po dobu 3 dn. U vzorku listu je patrný hlavní cévní svazek a maximální koncentrace olovnatých iont byly pozorovatelné v horní ásti listu. Rozložení Mg u tohoto vzorku listu je pom rn homogenní. Srovnáním s výsledky m ení u vzork list exponovaných stejnou koncentrací Pb-EDTA, ale odebraných v r zném dnu experimentu, jsme zjistili, že nejvyšší obsah olova byl ve 3. dni experimentu /7/. V p ípad vyšší aplikované koncentrace (1 mm Pb-EDTA) došlo ve studovaných listech k nár stu nehomogenity rozložení jak Mg tak i Pb. Distribuce t chto prvk je soust ed na kolem hlavního cévního svazku listu. U všech vzork byly p ipraveny i vzorky kontrolní, které nebyly vystavené p sobení toxického kovu a m ení LIBS bylo pro všechny vzorky rostlin i koncentrací polutantu srovnáváno s m ením získaným pomocí 117

118 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin laserové ablace ve spojení s hmotnostní spektrometrií s induk n vázaným plazmatem (LA- ICP-MS). Celková koncentrace prvk byla m ena pomocí atomové absorp ní spektrometrie (AAS) /7; 8/. Zjišt né koncentrace olovnatých iont v listech s rostoucí aplikovanou koncentrací a dobou kultivace mírn stoupaly. P i aplikaci 0.5 mm Pb-EDTA do živného média byl pozorovaný obsah olova 120 μm a p i aplikaci 1 mm Pb-EDTA vzrostla koncentrace olova v listech na 460 μm. Vzhledem k možnosti využití metody LIBS pro monitoring akumulace prvk v rostlinném materiálu byla instrumentace dopln na o software, který umož uje pln automatické m ení. Vyžaduje jenom zadávání parametr jako po et laserových kráter ve sm ru x a y, vzdálenost mezi st edy kráter a po et kráter do daného místa /19/. LITERATURA /1/ Becker, J.S., Su, J., Zoriya, M.V., Dobrowolska, J., Matusch, A.: Imaging mass spectrometry in biological tissues by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Eur. J. Mass Spectrom. 13, 2007: 1-6 /2/ DeLucia, F.C., Samuels, A.C., Harmon, R.S., Walters, R.A., McNesby, K.L., LaPointe, A., Winkel, R.J., Miziolek, A.W.: Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS): A promising versatile chemical sensor technology for hazardous material detection. IEEE Sens. J. 5, 2005: /3/ Fernandes, J.C., Henriques, F.S.: Biochemical, Physiological, and Structural Effects of Excess Copper in Plants. Bot. Rev. 57, 1991: /4/ Francova, K., Macek, T., Demnerova, K., Mackova, M.: Transgenic plants - A potential tool for decontamination of environmental pollutants. Chem. Listy 95, 2001: /5/ Garbisu, C., Alkorta, I.: Phytoextraction: a cost-effective plant-based technology for the removal of metals from the environment. Bioresour. Technol. 77, 2001: /6/ Jarup, L.: Hazards of heavy metal contamination. Br. Med. Bull. 68, 2003: /7/ Kaiser, J., Galiova, M., Novotny, K., Cervenka, R., Reale, L., Novotný, J., Liska, M., Samek, O., Kanicky, V., Hrdli ka, A., Stejskal, K., Adam, V., Kizek, R.: Mapping of the heavy-metal pollutants in plant tissues by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. Spectrochimica Acta Part B submitted, 2008: /8/ Kaiser, J., Galiova, M., Novotny, K., Reale, L., Stejskal, K., Samek, O., Malina, R., Palenikova, K., Adam, V., Kizek, R., Utilization of the Laser Induced Plasma Spectroscopy for monitoring of the metal accumulation in plant tissues with high spatial resolution. in: A.M. Vilas-Mendez, and J. Diaz, (Eds.), Modern Research and Educational Topics in Microscopy, Formatex, 2007, pp /9/ Krizkova, S., Ryant, P., Krystofova, O., Adam, V., Galiova, M., Beklova, M., Babula, P., Kaiser, J., Novotny, K., Novotny, J., Liska, M., Malina, R., Zehnalek, J., Hubalek, J., Havel, L., Kizek, R.: Multi-instrumental analysis of tissues of sunflower plants treated with silver(i) ions - Plants as bioindicators of environmental pollution. Sensors 8, 2008: /10/ Macek, T., Kotrba, P., Svatos, A., Novakova, M., Demnerova, K., Mackova, M.: Novel roles for genetically modified plants in environmental protection. Trends Biotechnol. 26, 2008: /11/ Macek, T., Mackova, M., Pavlikova, D., Szakova, J., Truksa, M., Cundy, S., Kotrba, P., Yancey, N., Scouten, W.H.: Accumulation of cadmium by transgenic tobacco. Acta Biotechnol. 22, 2002: /12/ Martin, M.Z., Wullschleger, S.D., Garten, C.T., Palumbo, A.V.: Laser-induced breakdown spectroscopy for the environmental determination of total carbon and nitrogen in soils. Appl. Optics 42, 2003:

119 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /13/ Najmanova, J., Mackova, M., Macek, T., Kotrba, P.: Preparation of transgenic flax with enhanced metal tolerance. J. Biotechnol. 131, 2007: S38-S39 /14/ Novakova, M., Mackova, M., Sylvestre, M., Macek, T.: Preparation of genetically modified plants containing bacterial dioxygenase - Tool for preferable phytoremediation. J. Biotechnol. 131, 2007: S36-S36 /15/ Novotny, K., Vaculovic, T., Kanicky, V., V., O., Hutnicka analytika, Theta, Cesky Tesin, /16/ Pavlikova, D., Macek, T., Mackova, M., Sura, M., Szakova, J., Tlustos, P.: The evaluation of cadmium, zinc and nickel accumulation ability of transgenic tobacco bearing different transgenes. Plant Soil Environ. 50, 2004: /17/ Pavlikova, D., Macek, T., Mackova, M., Szakova, J., Balik, J.: Cadmium tolerance and accumulation in transgenic tobacco plants with a yeast metallothionein combined with a polyhistidine tail. Int. Biodeterior. Biodegrad. 54, 2004: /18/ Potesil, D., Petrlova, J., Adam, V., Vacek, J., Klejdus, B., Zehnalek, J., Trnkova, L., Havel, L., Kizek, R.: Simultaneous femtomole determination of cysteine, reduced and oxidized glutathione, and phytochelatin in maize (Zea mays L.) kernels using highperformance liquid chromatography with electrochemical detection. J. Chromatogr. A 1084, 2005: /19/ Russo, R.E., Mao, X.L., Gonzalez, J.J., Mao, S.S.: Femtosecond laser ablation ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom. 17, 2002: /20/ Salt, D.E., Blaylock, M., Kumar, N., Dushenkov, V., Ensley, B.D., Chet, I., Raskin, I.: Phytoremediation - a Novel Strategy for the Removal of Toxic Metals from the Environment Using Plants. Bio-Technology 13, 1995: /21/ Supalkova, V., Huska, D., Diopan, V., Hanustiak, P., Zitka, O., Stejskal, K., Baloun, J., Pikula, J., Havel, L., Zehnalek, J., Adam, V., Trnkova, L., Beklova, M., Kizek, R.: Electroanalysis of plant thiols. Sensors 7, 2007: /22/ Vacek, J., Petrek, J., Kizek, R., Havel, L., Klejdus, B., Trnkova, L., Jelen, F.: Electrochemical determination of lead and glutathione in a plant cell culture. Bioelectrochemistry 63, 2004: Investigation of Topography of Lead(II) Ions in Leaves of Sunflower by using of Laser Induced Ablation Spectroscopy Summary In the present study, the influence of lead(ii) ions on sunflower was investigated. Sunflower plants were treated with 0, 10, 50, 100 and/or 500 μm Pb-EDTA for eight days. To determine heavy metal ions many analytical instruments can be used, however, most of them are able to quantify total content of the metals only. This lack can be overcome using laser induced breakdown spectroscopy, because it is able to provide high spatial-distribution of metal ions in different types of materials including plant tissues. Data obtained were used to assemble 3D maps of Pb and Mg distribution. Distribution of these elements is concentrated around main vascular bundle of leaf, which means around midrib. Pod kování Auto i d kují Ministerstvu školství, mládeže a t lovýchovy eské republiky za podporu v rámci projektu MSM , MSM a GA R 522/07/

120 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STUDIUM FYTOTOXICITY K ÍDLATEK V KONTROLOVANÝCH P DNÍCH PODMÍNKÁCH Božena Šerá, Nad žda Vrchotová Ústav systémové biologie a ekologie AV R, Na Sádkách 7, eské Bud jovice, CZ Souhrn Sušené listy k ídlatek (R. japonica, R. sachalinensis, R. x bohemica) byly smíchány s p dou a použity pro testování fytotoxicity semen kulturních druh rostlin (Leucosinapis alba, Brassica napus) a plevel (Chenopodium album agg., Echinochloa crus-galli). Klí ení probíhalo v kontrolovaných podmínkách temperovaného skleníku. Vyšší fytotoxicita byla zaznamenána u listí k ídlatky sachalinské a japonské. Siln jší inhibi ní efekt byl zaznamenán u semen kulturních rostlin, u semen plevel byl výrazn nižší. ÚVOD K ídlatka japonská (R. japonica Houtt) pochází z Japonska, Korey a íny a k ídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai) má p vod na Sachalinu /1,2/. K ídlatka eská (R. x bohemica Chrtek at Chrtková) je k ížencem t chto druh /3/. Všechny t i druhy pat í mezi nebezpe né invazní rostliny /4/, které konkurují p vodním druh m a narušují tak p vodní složení spole enstev. Jedním z úsp šných mechanism rostlinné konkurenceschopnosti je tvorba alelopatických látek, které inhibují klí ení, vzcházení a r st ostatních druh na stanovišti. Mezi takové alelochemikálie pat í nap. fenolické látky /5/. V k ídlatkách byla identifikována ada. fenolických látek, nap. katechiny, stilbeny, chlorogenová kyselina, deriváty kvercetinu a kávové kyseliny, chinony /6-12/. Výsledky našich pokus dokazujících toxicitu k ídlatek pro rostliny a živo ichy byly provád ny v laboratorních podmínkách na semenech ho ice bílé /13,14/ a housenkách Spodoptera littoralis /15/. Bylo zjišt no, že v i t mto organism m je nejtoxi t jší k ídlatkou k ídlatka sachalinská a nejtoxi t jší ástí je list. Cílem této práce bylo otestovat inhibi ní ú innost list k ídlatek na klí ení semen r zných druh rostlin v p d. Testováním v p dním prost edí, by v kontrolovaném prost edí skleníku, bylo alespo áste n simulováno p irozené prost edí stanovišt. Pro testování byly vybrány dva kulturní druhy rostlin ho ice bílá a epka olejka (Leucosinapis alba, Brassica napus) a dva druhy plevel merlík bílý a ježatka ku í noha (Chenopodium album agg., Echinochloa crus-galli). Tímto výb rem bylo zajišt no porovnání reálných šancí na klí ení r zných druh rostlin rostoucích v t sné blízkosti k ídlatek. MATERIÁL A METODA Testovaná semena plevel a listy k ídlatek byly získány sb rem na p irozených lokalitách v okolí. Bud jovic na podzim roku Sbírána byla jen zralá semena a nepoškozené listy z vitálních rostlin (Tab. I). Semena byla ru n t íd na a zbavena vegetativních zbytk a do za átku pokusu byla skladována v chladícím boxu (cca 6 C). Semena kulturních rostlin nebyla získána sb rem. Semena ho ice bílé (Leucosinapis alba VERONIKA) byla zakoupena v komer ním obchodu a semena epky olejky (Brassica napus OPONENT) byla získána od Výzkumného ústavu olejnin v Opav. Listy k ídlatek byly sušeny a následn skladovány ve tm p i laboratorní teplot (cca 21 C). P ed použitím byly rozdrceny na ásti o rozm rech cca. 0,3 cm a smíchány s p dou (viz p íprava p dního substrátu). P dní substrát byl získán smícháním dvou základních složek: zahradní a kv tinová zemina, (výrobce Rašelina Sob slav) a písek v pom ru 2:1. P ed smícháním byly použité složky prosáty p es síto 3 x 3 mm. Sm s byla dopln na mletým vápencem v množství 3 g na 5 l substrátu a rozdrceným listím k ídlatek v množství 7 g na 5 l substrátu (každý druh zvláš ). P dní substrát nebyl hnojen ani sterilizován. 120

121 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. I: P ehled údaj o sb ru listí k ídlatek a testovaných semen. Druh Zkratka Použitá ást Zem pisná Zem pisná ší ka výška Reynoutria japonica RJ List 49 01'05" 14 26'50" Reynoutria x bohemica RB List 48 45'50" 14 14'35" Reynoutria sachalinensis RS List 48 45'50" 14 14'35" Echinochloa crus-galli ECG Semeno 48 59'23" 14 36'33" Chenopodium album agg. CA Semeno 48 58'30" 14 27'14" Leucosinapis alba VERONIKA* LA Semeno - - Brassica napus OPONENT* BN Semeno - - *Komen ní p vod Tímto substrátem byly napln ny plastové ko ená e 4 x 4 x 6 cm tak, aby každý obsahoval 30 ml substrátu. Ko ená e se substrátem obsahujícím listí jednoho druhu k ídlatky byly umíst ny na spole ný zavlažovací tác. Na každý zavlažovací tác s ko ená i bylo p ed aplikací semen nalito 750 ml deionizované vody, aby p ipravený substrát byl dostate n provlh ený. Semena testovaných druh byla vkládána na povrch substrátu a lehce zatla ena. Použito bylo 20 semen na jeden ko ená. K pokusu bylo p ipraveno 36 ko ená pro jeden druh k ídlatky a jeden testovaný druh semen. Takto p ipravená semena v ko ená ích byla inkubována v temperovaném skleníku ÚSBE AV R v. Bud jovicích. Semena klí ila v režimu den/noc, pr m rná teplota ve dne byla 18,3 C a v noci 10,0 C. Substrát byl pr b žn zaléván odspoda do zavlažovacích tác, množství vody bylo pro každý tác stejné. Semena plevel byla inkubována po dobu t í m síc a po ty klí ících rostlin byly evidovány pr b žn. Po každém ode tu byly vyklí ené rostliny z ko ená odstran ny. Tento první pokus trval od do Semena kulturních druh byla inkubována deset dn a poté byla jednorázov spo ítána všechna vyklí ená semena. Tento druhý pokus trval od do Evidovány byly pouze vitální klí ící rostliny, které m ly pln vyvinuté d ložní lístky. Pro hodnocení vlivu jednotlivých extrakt na klí ení a r st semen byla použita dvoucestná ANOVA (s opakováním, vyvážený design, pevné faktory rostlina a semeno), do které byla zahrnuta data z kontrol. Faktor rostlina zahrnoval k ídlatka japonská, k. sachalinská, k. eská a faktor semeno zahrnoval v prvním pokusu ježatku ku í nohu a merlík bílý a v druhém pokusu ho ici bílou a epku olejku. Závislými prom nnými byly po ty klí ících semen. Podrobné otestování jednotlivých pokusných variant navzájem bylo provedeno jednocestnou ANOVou a poté byl použit Tukey HSD test mnohonásobného porovnání. Všechny statistické testy byly provedeny na hladin významnosti 0,05. Data byla analyzována ve statistickém programu STATISTICA /16/. VÝSLEDKY A DISKUSE Všechny t i druhy k ídlatek významn ovlivnily klí ení semen kulturních plodin. Signifikantní byl také rozdíl p i porovnávání ú inku mezi jednotlivými k ídlatkami (Tab. II). Nejvyšší inhibi ní vliv byl zaznamenán u substrátu s listím z k ídlatky japonské, potom z k ídlatky sachalinské, nejnižší byl u substrátu s listím z k ídlatky eské. A koliv byl vliv substrátu s listím z k ídlatky eské nejslabší, p esto se výrazn lišil od kontroly. Byl zjišt n siln jší fytotoxický vliv k ídlatek na klí ení ho ice bílé než na klí ení epky olejky. Pro podíly klí ících semen plevelných rostlin byl zaznamenán významný vliv faktoru semeno a interakce mezi faktory rostlina*semeno (Tab. II). Tedy na rozdíl od semen ho ice a epky, k ídlatky neovliv ují klí ivost semen testovaných plevel. Signifikantní rozdíl byl nalezen mezi klí ením semen ježatky ku í nohy (siln jší vliv substrát ) a semen merlíku bílého (slabší vliv substrát ). 121

122 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. II. Vliv substrát obohacených listy t í druh k ídlatek na po et vyklí ených semen r zných druh rostlin. Testy byly provád ny dvoufaktorovou ANOVou. Významné vlivy jsou ozna eny tu n. Pokus Faktor df Effect MS Effect df Error MS Error F p-level Kulturní rostliny Rostlina 3 751, ,87 95,51 0,000 Semeno 1 536, ,87 68,14 0,000 Rostlina*semeno 3 35, ,87 4,47 0,004 Plevelné rostliny Rostlina 3 4, ,52 1,16 0,327 Semeno 1 156, ,52 44,36 0,000 Rostlina*semeno 3 13, ,52 3,73 0,012 Získaná data potvrzují naše testy in vitro, ukazují, že sledované druhy k ídlatek mají r z n silný inhibi ní vliv na klí ivost semen /13,14/. Listy všech t í druh k ídlatek obsahují prakticky stejné fenolické látky, ale zna n se liší obsahem t chto látek /6,9,11,12/. To samoz ejm m že ovliv ovat jejich toxicitu. Dalším zjišt ním je, že semena r zných druh rostlin reagovala na substráty r zn. Nejcitliv jším druhem se ukázala ho ice bílá, jejíchž semena se používají jako standard pro testy toxicity. Semena epky olejky jsou srovnateln velká se semeny ho ice bílé. Tedy mají i srovnatelné objemy a plochy povrchu pro p ijímání vody. Rozdíl m že tedy být ve složení semen, slupky semen a v citlivosti na k ídlatky. Malá citlivost u semen plevel byla o ekávaná. Toxicitu list k ídlatek jsme prokázaly jak laboratorními pokusy /14,15/, tak i ve skleníkových pokusech s p dními substráty. V p írod jsou podmínky p sobení rostlin složit jší. P edevším je nutné komplexn ji zohlednit vliv p dy a proces probíhajících v p d. Další sm r, kterým by se m l následný výzkum ubírat, je testování inhibice r stu semen rostlin, které rostou ve stejných spole enstvech s k ídlatkami a to in situ. LITERATURA /1/ Hejný S., Slavík S.: Kv tena eské republiky 2. Academia, Praha, /2/ Kubát K., Hrouda L., Chrtek J. jun., Kaplan Z., Kirschner J., Št pánek J. (eds.): Klí ke kv ten eské republiky, p , Academia, Praha, /3/ Chrtek J., Chrtková A.: Reynoutria x bohemica, nový k íženec z eledi rdesnovitých. - as. Nár. Muz. Praha, ser. Nat., 152: 120, /4/ Pyšek P., Sádlo J. Mandák B.: Catalogue of alien plants of the Czech Republic. - Preslia, 74: , /5/ Klejdus B., Kubá V.: Rostlinné fenoly v alelopatii. Chemické listy 93: , /6/ Inoue, M., Nishimura, H., Li, H.H., Mizutani, J.: Allelochemicals from Polygonum sachalinense Fr Schm (Polygonaceae). J. Chem. Ecol. 18, , /7/ Yang, F., Zhang, T., Yoichiro, I.: Large-scale separation of resveratrol, anthraglycoside A and anthraglycoside B from Polygonum cuspidatum Sieb. et Zucc by high-speed counter-current chromatography. J. Chromatogr, A 919, , /8/ Xiao, K., Xuan, L., Xu, Y., Bai, D.: Stilbene Glycoside Sulfates from Polygonum cuspidatum. J. Nat. Prod. 63, , /9/ Vrchotová N., Šerá B., T íska J., Dadáková E., Kužel S.: Phenolic compounds in the leaves of Reynoutria Houtt. genus. p , In: Hoikkala A. & Soidinsalo O. (eds), Polyphenols communications 2004, XXII. International Conference on Polyphenols, August, Helsinky, Finland, /10/ Vrchotová N., Šerá B., T íska J.: Fenolické látky v oddencích k ídlatky japonské a k ídlatky sachalinské. - Zpr. Bot. Spole., Praha, 40, Mater. 20: , /11/ Vrchotová N., Šerá B., T íska J., Dadáková E., Kužel S.: Biologically active compounds as possible cause of invasibility of knotweeds (Reynoutria spp.) from eastern Asia p., In: Alford D.V. & Backhaus G.F. (eds), 2005 BCPC symposium proceedings No. 81, Plant protection and plant health in Europe: Introduction and spread of invasive species, Page Bros, Norwich, /12/ Vrchotová N., Šerá B., T íska J.: The stilbene and catechin content of the spring sprouts of Reynoutria species. - Acta Chromatographica, 19: 21-28, /13/ Vrchotová N., Šerá B.: Allelopathic properties of Knotweed rhizome extracts. Plant Soil and Environment, 54(7): ,

123 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /14/ Šerá B., Vrchotová N., Cvr ková K., Krej ová J.: P ísp vek ke studiu alelopatických vlastností k ídlatek. - Zpr. Bot. Spole., Praha, 43, Mater. 23: , /15/ Pavela R., Vrchotová N., Šerá B.: Growth inhibitory effect of extracts from Reynoutria sp. plants against Spodoptera littoralis larvae. - Agrociencia 42: , /16/ STATISTICA: A comprehensive system for statistics, graphics, and application development, Study on phytotoxicity of Knotweeds under controled soil conditions Summary Dried leaves of Knotweed species (R. japonica, R. sachalinensis, R. x bohemica) mixed with soil were used for phytotoxicity testing at seeds of cultural plants (Leucosinapis alba, Brassica napus) and weed (Chenopodium album agg., Echinochloa crus-galli). Germination under greenhouse condition was monitored. A higher phytotoxicity was obvious for leaves of R. sachalinensis and R. japonica. A higher inhibitory effect was determined in seeds of cultural plants than in weed plants. Pod kování Tato práce byla finan n podpo ena grantem Ministerstva zem d lství R. QH72117 a výzkumným zám rem ÚSBE AV R, v.v.i.. AV0Z

124 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ZM NY LISTOVÉHO PROTEOMU VYVOLANÉ VODNÍM DEFICITEM U ROSTLIN KUKU ICE (ZEA MAYS L.): POROVNÁNÍ REAKCE DVOU INBREDNÍCH RODI OVSKÝCH LINIÍ A JEJICH K ÍŽENC F1 GENERACE Monika Benešová 1, Lukáš Fischer 2, Jana Honnerová 1, Petr Jedelský 3 1 Univerzita Karlova v Praze, P írodov decká fakulta, Katedra genetiky a mikrobiologie Vini ná 5, Praha 2, monaben@seznam.cz 2 Univerzita Karlova v Praze, P írodov decká fakulta, Katedra fyziologie rostlin, Vini ná 5, Praha 2, lukasf@natur.cuni.cz 3 Univerzita Karlova v Praze, P írodov decká fakulta, Katedra bun né biologie, Vini ná 7, Praha 2, jedelsky@natur.cuni.cz SOUHRN U dvou inbredních rodi ovských linií kuku ice (Zea mays L.) a jejich reciprokých k íženc F 1 generace byly na úrovni listového proteomu sledovány zm ny, ke kterým došlo vlivem stresu suchem. V d sledku p sobení 6-denního vodního deficitu na rostliny ve vývojové fázi V3-V4 došlo ke zm n hladiny r zných protein. asto se u všech ty studovaných genotyp jednalo o podobné zm ny (zvýšení i snížení množství), nap. v p ípad protein ú astnících se fotosyntézy (23 kda polypeptid OEC Fotosystému II, fruktosobisfostátaldolasa, prekurzor aktivasy Rubisco), dále glutathiontransferasy 5 i protein s dosud neúpln známou funkcí (stress-responsive protein, In 1-2 protein). Mezi genotypy však byly zárove pozorovány i rozdíly, které by mohly posloužit k objasn ní odlišné reakce na stres u k íženc v porovnání s jejich rodi i. Již za kontrolních podmínek byly mezi genotypy patrné rozdíly v obsahu n kterých protein (prekurzor chaperoninu 21, glutathion-s-transferasa GST 27, triosofosfátisomerasa, heat-shock protein 26), v n kterých p ípadech byly tyto rozdíly navíc p sobením sucha zesíleny. Jednalo se p edevším o absenci p íslušného proteinu u n které z rodi ovských linií. U obou k íženc byly tyto proteiny p ítomny, což by mohlo nazna ovat p edpoklady pro lepší schopnost elit nedostatku vody. ÚVOD Stres suchem má negativní vliv na r st a vývoj rostlin, narušuje jejich fyziologické a biochemické pochody a v neposlední ad má také vliv na výnosové parametry rostlin, což je zásadní problém v p ípad zem d lských plodin. P irozenou reakcí rostliny na stres suchem je snaha zamezit ztrát vody a udržovat vodní potenciál na co nejvyšší úrovni. Toho rostliny dosahují zejména uzav ením pr duch, na kterém se podílí mj. kyselina abscisová (ABA) a ph xylémové tekutiny (Chaves a spol. 2003, Jackson a spol. 2000). Uzav ení pr duch však omezuje také p íjem CO 2, ímž je snížena možnost asimilace uhlíku a rychlost fotosyntézy. B hem sucha byla pozorována snížená regenerace ribuloso-1,6-bisfosfátu a snížení aktivity n kterých enzym podílejících se na fixaci CO 2, což také vede ke snížení fotosyntetické ú innosti (Chaves a spol. 2003). Dalším mechanizmem, kterým rostliny zabra ují ztrátám vody, je syntéza osmoprotektant jako jsou polyoly, cukry, aminokyseliny (prolin), betainy a p íbuzné látky (Hong-Bo a spol. 2006, Mundree a spol. 2002, Ramanjulu a Bartels 2002). P i dehydrataci byla také pozorována akumulace protein z rodiny dehydrin LEA (late embryogenesis abundant) (Jiang a Huang 2002, Wang a spol. 2007, Brini a spol. 2007). Dehydriny jsou hydrofilní, termostabilní proteiny, které pravd podobn chrání jiné proteiny a udržují fyziologickou integritu bu ky. Dalšími proteiny, jejichž zvýšená akumulace byla zjišt na p i stresu suchem, jsou heat-shock proteiny rodiny HSP70, mající funkci molekulárních chaperon (Jiang a Huang 2002). Také exprese protein ú astnících se signálních drah (nap. r zné kinasy) je ovlivn na p sobením sucha (Knight a Knight 2001, Mishra a spol. 2006). 124

125 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Pr vodním jevem p sobení r zných stresových faktor (v etn sucha), je vznik aktivních forem kyslíku (ROS), které mohou být p í inou degradace protein i pigment, peroxidace lipid atp. Rostliny vyvinuly proti nadm rnému množství ROS komplex ochranných mechanizm, mezi n ž pat í neenzymatické antioxidanty a antioxidantní enzymy, jejichž množství i aktivity se v d sledku p sobení stresových faktor v tšinou zvyšují (Mundree a spol. 2002, Nayyar a Gupta 2006). Tolerance i citlivost rostlin v i ztrátám vody se liší zejména podle druhu rostliny, ale i v rámci jednoho druhu lze nalézt vnitrodruhovou variabilitu v reakci na stres, která je dána genetickou výbavou konkrétního genotypu. Je také známo, že hybridní genotypy se asto liší svými vlastnostmi od rodi ovských linií, a u k íženc byla v ad p ípad zaznamenána vyšší odolnost v i r zným druh m stres (Riccardi a spol. 1998, Betrán a spol. 2003). Reakci rostlin na stres lze sledovat na úrovni anatomické, morfologické, fyziologické, biochemické i molekulární. Na molekulární úrovni lze v souvislosti s reakcí rostlin na vodní deficit pom rn dob e sledovat zm ny v genové expresi, a to bu na úrovni mrna (Bray 2002, Kathiresan a spol. 2006) nebo protein, což lépe vypovídá nap. o posttranskrip ních regulacích (Chaves a spol. 2003, Cushman a Bohnert 2000). Cílem naší práce bylo objasnit p í iny odlišné reakce na stres suchem u inbredních rodi ovských linií kuku ice a jejich k íženc F 1 generace, a to na molekulární úrovni prost ednictvím proteomické analýzy. Soust edili jsme se na zm ny, které se v rostlinném pletivu vlivem sucha odehrávají na úrovni listového proteomu. MATERIÁL A METODIKA Jako pokusný materiál byly použity rostliny kuku ice (Zea mays L.) hybridní kombinace 2023 CE704, která zahrnovala rodi ovské linie (2023 a CE704) a oba k ížence F 1 generace (2023 CE704 a CE ). Tato hybridní kombinace byla vybrána ze širšího genotypového souboru na základ p edchozích analýz, které prokázaly výrazné rozdíly v reakci na stres suchem mezi rodi ovskými liniemi. Všechny genotypy pocházely ze Šlechtitelské stanice CEZEA v ej i u Hodonína. Pokusné rostliny byly nejprve p edp stovány ve skleníku za optimálních podmínek (pr m rná teplota 23,8/20,5 ºC den/noc, pr m rná relativní vlhkost vzduchu 53,4/55,4 % den/noc) po dobu 35 dní. Poté byla polovina rostlin od každého genotypu ponechána v optimálních podmínkách (kontrola) (pr m rná teplota 26/19,2 ºC den/noc, pr m rná relativní vlhkost vzduchu 59,8/69,7 % den/noc) a druhá polovina rostlin byla vystavena stresu suchem, tj. p erušení zálivky (pr m rná teplota 30,6/19,5 ºC den/noc, pr m rná relativní vlhkost vzduchu 48,4/61,1 % den/noc) trvajícímu 6 dní. Následn byly od každé pokusné varianty (genotyp/zp sob p stování) odebrány sm sné vzorky 4. list z cca deseti rostlin. Listové pletivo bylo homogenizováno v tekutém dusíku a extrahováno s 20% TCA v acetonu. Celkové proteiny byly extrahovány z precipitátu pomocí roztoku obsahujícího mo ovinu-chaps-dtt (Görg et al. 2000). Po extrakci byly proteiny separovány pomocí 2D elektroforézy. Izoelektrická fokusace byla provedena na polyakrylamidových gelových stripech s imobilizovaným ph gradientem (ReadyStrip TM, Bio Rad). Pro po áte ní rozd lení (k porovnání širokého spektra protein ) byly nejprve použity stripy se širokým rozmezím ph (3-10). Pro detailn jší porovnání bylo použito užší rozmezí ph (4-7). Dále následovala separace protein SDS-polyakrylamidovou gelovou elektroforézou podle jejich velikosti a barvení st íbrem (Blum et al. 1987). Obarvené gely byly mezi sebou porovnány ( kontroly mezi sebou, sucha mezi sebou, sucho vs. kontrola u každého genotypu). Od každého gelu byly k dispozici 3 opakování. Proteiny, u nichž byly tímto zp sobem zjišt ny n jaké rozdíly, byly z gelu izolovány a analyzovány pomocí MALDI-TOF, MS/MS po št pení trypsinem. Následovala jejich identifikace (identifikace p íslušných gen ) porovnáním s EST 125

126 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a proteinovými databázemi. P edpokládané funkce protein byly ur eny na základ homologie s proteiny s již známou funkcí. VÝSLEDKY A DISKUZE Rozd lení protein podle izoelektrického bodu v širokém rozmezí ph (3-10) nebylo pro porovnání gel dostate né. Proteiny vyskytující se v acidické oblasti nebyly úpln rozd leny vzhledem k velkému množství protein akumulovaných v této oblasti se zde objevily etné p ekryvy. V oblasti s vyšším ph nebyly nalezeny žádné výrazné rozdíly mezi proteiny. Užší rozmezí ph (4-7) bylo již pro analýzu proteomu vhodn jší. V tomto p ípad byly nalezeny rozdíly v listovém proteomu mezi jednotlivými genotypy, a to jak v kontrolních, tak i ve stresových podmínkách. Zárove byly zjišt ny rozdíly i v rámci genotyp (mezi rostlinami p stovanými v kontrolních podmínkách a rostlinami stresovanými suchem). Výše uvedeným postupem bylo nalezeno celkem 27 rozdíl, avšak pouze 15 protein z tohoto po tu bylo identifikováno a byla odhadnuta jejich funkce. P i porovnání proteomu rostlin p stovaných ve stejných podmínkách byly mezi genotypy nalezeny rozdíly v proteinech, jejichž exprese nebyla suchem nijak ovlivn na. I p esto však tyto rozdíly mohou mít za následek odlišnou reakci jednotlivých genotyp na stres suchem. Tyto proteiny se vyskytovaly jen u jedné z rodi ovských linií (bu 2023 nebo CE704) a zárove byly p ítomny u obou k íženc. Identifikovat se poda ilo (pomocí EST databáze) pouze jeden protein vysoce homologní s prekurzorem chaperoninu 21 izolovaným z raj ete (Min and Kamiya 2000), který se vyskytoval u všech genotyp s výjimkou rodi ovské linie CE704, a to jak v kontrolních, tak ve stresových podmínkách. Tento chloroplastový protein zastává funkci p i regulaci proteinového transportu a struktury (Evstigneeva a spol. 2001). U dalších protein, jejichž výskyt/množství se lišilo mezi genotypy, byl již patrný vliv sucha na jejich expresi. Ve v tšin p ípad se op t vyskytovaly u obou k íženc, ale jen u jedné z rodi ovských linií (p íp. u žádného z rodi ). Jeden z t chto protein, identifikovaný prost ednictvím proteinové databáze Viridiplantae jako glutathion-s-transferasa GST 27 (Zea mays), nebyl nalezen za kontrolních ani stresových podmínek u genotypu CE704, zatímco u ostatních genotyp byl p ítomen a navíc byla jeho exprese vlivem sucha zvýšena. Funkcí glutathion-s-transferasy GST 27 je konjugace redukovaného glutathionu k širokému množství exogenních a endogenních elektrofilních ástic (Edwards a spol. 2000), tj. m že se ú astnit detoxifikace volných kyslíkových radikál, jejichž vznik je pr vodním jevem reakce rostliny na v tšinu stresových faktor. Dalším proteinem pat ícím do této skupiny byl protein identifikovaný v EST databázi jako triosofosfátisomerasa (Oryza coarctata) (Sengupta a spol ), který v kontrolních podmínkách nebyl v bec exprimován u rodi ovské linie 2023 a u k íženc se vyskytoval v menším množství než u linie CE704. Vystavení rostlin vodnímu deficitu m lo za následek výrazné zvýšení množství tohoto proteinu u všech analyzovaných genotyp s výjimkou genotypu U rostlin se vyskytují 2 typy tohoto enzymu, cytosolický and plastidový. Ú astní se metabolizmu sacharid, zejména glykolýzy a glukoneogeneze, kde katalyzuje reverzibilní reakci p em ny glyceraldehyd-3-fosfátu na dihydroxyacetonfosfát (Pichersky a Gottlieb 1984). Dva další nalezené rozdíly v listovém proteomu byly identifikovány jako heat-shock protein 26 (Zea mays). V jednom p ípad se tento protein vyskytoval v malé mí e u rostlin genotyp 2023 a CE p stovaných v kontrolních podmínkách. Stres suchem zp sobil zvýšení jeho hladiny u obou genotyp, a navíc byl tento protein exprimován i u genotypu 2023 CE704. Druhá skvrna identifikovaná rovn ž jako heat-shock protein 26 se objevila pouze na gelech reprezentujících stresované rostliny, a to u všech genotyp s výjimkou rodi ovské linie Heat-shock protein 26 pat í do rodiny malých heat-shock protein (HSP20) ú astnících se odpov dí na r zné typy stresu (Vierling 1997). 126

127 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Protein, pro který nebyly mezi genotypy nalezeny žádné rozdíly, ale byla u n j zaznamenána výrazná reakce na stres suchem (u kontrolních rostlin se vyskytoval u všech genotyp ve stejném množství a sucho vyvolalo zvýšení jeho hladiny stejnou m rou u všech genotyp ), byl identifikován (EST databáze) jako protein podobný stress-responsive proteinu izolovanému z pšenice. Zastává pravd podobn funkci regula ního proteinu ú astního se p enosu stresového signálu (u pšenice byla jeho zvýšená exprese vyvolána p i stresu suchem, chladem a p i ošet ení ABA) (Xu a spol. 2005). Zajímavou skupinu tvo ily proteiny, které se za kontrolních podmínek v listovém pletivu nevyskytovaly v bec u žádného z genotyp a ošet ení suchem indukovalo u všech genotyp jejich expresi. Jedním z nich je prekurzor aktivasy Rubisco (Zea mays). Indukce nových forem aktivas m že být jedním z možných mechanizm aklimace fotosyntézy na stresové faktory. U rostlin bavlníku byla syntéza nových aktivas indukována zvýšenou teplotou, což nazna uje pravd podobnou existenci více než jednoho genu pro tuto aktivasu (Law a spol. 2001). Další protein, jehož exprese reagovala na stres suchem stejným zp sobem, byl identifikován jako kuku i ný In 1-2 protein (EST databáze) (Hershey a Stoner 1991). Regula ní sekvence In2-1 genu je aktivována benzensulfonamidy, avšak o jeho funkci dosud není k dispozici mnoho informací. Také protein identifikovaný pomocí proteinové databáze Viridiplantae jako glutathiontransferasa 5 byl p ítomen pouze v rostlinách vystavených vodnímu deficitu, a to u všech studovaných genotyp. P sobení sucha u n kterých protein naopak vyvolalo snížení jejich exprese. Jednalo se nap. o protein s vysokou homologií k 23 kda polypeptidu Fotosystému II (Oryza sativa), který je sou ástí OEC komplexu vyvíjejícího kyslík (Yoon a spol. 1998). P sobení sucha m lo za následek u všech studovaných genotyp úplné vymizení jedné jeho izoformy, která u nich byla za kontrolních podmínek p ítomna. Podobn byl zaznamenán i pokles hladiny proteinu homologního (podle EST databáze) s fruktosobisfosfátaldolasou izolovanou z A. thaliana (Nguyen a spol. 2002). Zatímco v kontrolních rostlinách byla hladina tohoto proteinu udržována na vysoké úrovni (zejména u genotyp CE704 a CE ), v rostlinách vystavených vodnímu deficitu bylo u všech ty genotyp zaznamenáno jen malé množství. Fruktosobisfosfátaldolasa se uplat uje v metabolických drahách sacharid (Calvin v cyklus, glykolýza), kde katalyzuje reverzibilní reakci vzniku fruktoso-1,6-bisfosfátu z dihydroxyacetonfosfátu a D-glyceraldehyd-3-fosfátu. Z uvedených výsledk je z ejmé, že na úrovni proteomu došlo u všech zkoumaných genotyp k patrné odezv na stres suchem. V d sledku vodního deficitu došlo ke zm n exprese (zvýšení i snížení hladiny) protein uplat ujících se v r zných metabolických procesech primární i sekundární fáze fotosyntézy, glykolýza, antioxida ní dráhy a zárove i protein, jejichž funkce jsou zatím pouze odhadovány. Ve v tšin p ípad byly p i p sobení sucha zaznamenány u všech genotyp podobné zm ny, které mohou být vyvolány zm nou exprese genu kódujícího p íslušný protein, zm nou stability proteinu i posttransla ními modifikacemi vedoucími ke zm n pi a posunu pozice proteinu na gelu. Identifikace protein, v jejichž výskytu/množství byly nalezeny rozdíly mezi genotypy per se, nebo u nichž se mezi genotypy lišily zm ny vyvolané suchem, by mohla vypovídat o speciálních p izp sobeních metabolizmu konkrétního genotypu i odlišných mechanizmech odpov di jednotlivých genotyp na stres suchem. To je p ípad n kolika výše uvedených protein (chaperonin 21, glutathion-s-transferasa GST 27, triosofosfátisomerasa, heat-shock protein 26), jejichž p ítomnost byla zaznamenána zpravidla pouze u jedné z rodi ovských linií a obou k íženc, a p sobením stresu navíc došlo ke zvýšení množství n kterých t chto protein. Bude zajímavé srovnat uvedené výsledky s výsledky analýzy r zných fyziologických, biochemických a morfologických parametr, která byla u studovaných genotyp soub žn realizována. Problémem podrobn jší analýzy rozdílné reakce genotyp na stres suchem však stále z stává neúplná identifikace všech protein, pro n ž byly nalezeny rozdíly. 127

128 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Betrán F.J., Ribaut J.M., Beck D., Gonzalez D., De Leon D.G.: Genetic diversity, specific combining ability and heterosis in tropical maize under stress and non-stress environments. Crop Sci., 43: , Bray E.A.: Classification of genes differentially expressed during water-deficit stress in Arabidopsis thaliana: an analysis using microarray and differential expression data. Ann. Bot., 89: , Blum H., Beier H., Gross H.J.: Improved silver staining of plant proteins, RNA and DNA in polyacrylamide gels. Electrophoresis, 8: 93-99, Brini F., Hanin M., Lumbreras V., Irar S., Pagès M., Masmoudi K.: Functional characterization of DHN-5, a dehydrin showing a differential phosphorylation pattern in two Tunisian durum wheat (Triticum durum Desf.) varieties with marked differences in salt and drought tolerance. Plant Sci., 172: 20-28, Cushman J.C., Bohnert H.J.: Genomic approaches to plant stress tolerance. Curr. Opin. Plant Biol., 3: , Edwards R., Dixon D.P., Walbot V.: Plant glutathione S-transferases: enzymes with multiple functions in sickness and in health. Trends Plant Sci., 5: , Evstigneeva Z.G., Solov'eva N.A., Sidel'nikova L.I.: Structures and functions of chaperones and chaperonins. Appl. Biochem. Microbiol., 37: 1-13, Görg A., Obermaier C., Boguth G., Harder A., Scheibe B., Wildgruber R., Weiss W.: The current state of two-dimensional electrophoresis with immobilized ph gradients. Electrophoresis 21: , Hershey H.P., Stoner T.D.: Isolation and characterization of cdna clones for RNA species induced by substituted benzenesulfonamides in corn. Plant Mol. Biol., 17: , Hong-Bo S., Xiao-Yan C., Li-Ye C., Xi-Ning Z., Gang W., Yong-Bing Y., Chang-Xing Z., Zan-Min H.: Investigation on the relationship of proline with wheat anti-drought under soil water deficits. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 53: , Chaves M.M., Maroco J.P., Pereira J.S.: Understanding plant responses to drought from genes to whole plant. Func. Plant Biol., 30: , Jackson R.B., Sperry J.S, Dawson T.E.: Root water uptake and transport: using physiological processes in global predictions. Trends Plant Sci., 5: , Jiang Y,. Huang B.: Protein alterations in tall fescue in response to drought stress and abscisic acid. Crop Sci., 42: , Kathiresan A., Lafitte H.R., Chen J., Mansueto L., Bruskiewich R., Bennett J.: Gene expression microarrays and their application in drought stress research. Field Crops Res., 97: , Knight H., Knight M.R.: Abiotic stress signalling pathways: specificity and cross-talk. Trends Plant Sci., 6: , Law R.D., Crafts-Brandner S.J., Salvucci M.E.: Heat stress induces the synthesis of a new form of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase activase in cotton leaves. Planta, 214: , Min X., Kamiya,Y.: cdna sequence of chloroplast chaperonin 21 (LeCpn21) from tomato. Submitted to the EMBL/GenBank/DDBJ databases, Mishra N.S., Tuteja R., Tuteja N.: Signaling through MAP kinase networks in plants. Arch. Biochem. Biophys., 452: 55-68, Mundree S.G., Baker B., Mowla S., Peters S., Marais S., Willigen C.V., Govender K., Maredza A., Muyanga S., Farrant J.M., Thomson J.A.: Physiological and molecular insights into drought tolerance. Afr. J. Biotechnol., 1: 28-38, Nayyar H., Gupta D.: Differential sensitivity of C 3 and C 4 plants to water deficit stress: Association with oxidative stress and antioxidants. Env. exp. Bot., 58: ,

129 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Nguyen M., Karlin-Neumann G., Southwick A., Tripp M., Miranda M., Palm C.J., Bowser L., Jones T., Banh J., Carninci P., Chen H., Cheuk R., Chung M.K., HayashizakiY., Ishida J., Kamiya A., Kawai J., Kim C., Lin J., Liu S.X., Narusaka M., Pham P.K., Sakano H., Sakurai T., Satou M., Seki M., Shinn P., Yamada K., Shinozaki K., Ecker J., Theologis A., Davis R.W.: Submitted to the EMBL/GenBank/DDBJ databases, Pichersky E., Gottlieb L.D.: Plant triose phosphate isomerase isozymes. Plant Physiol., 74: , Ramanjulu S., Bartels D.: Drought- and desiccation-induced modulation of gene expression in plants. Plant Cell Environ., 25: , Riccardi F., Gazeau P., De Vienne D., Zivy M.: Protein changes in response to progressive water deficit in maize. Quantitative variation and polypeptide identification. Plant Physiol., 117: , Sengupta S., Patra B., Lahiri Majumder A.: Submitted to the EMBL/GenBank/DDBJ databases, Vierling E.: The small heat shock proteins in plants are members of an ancient family of heat induced proteins. Acta Physiol. Plant., 19: , Wang X.S., Zhu H.B., Jin G.L., Liu H.L., Wu W.R., Zhu J.: Genome-scale identification and analysis of LEA genes in rice (Oryza sativa L.). Plant Sci., 172: , Xu Z.S., Ma Y.Z., Cheng X.G., Li L.C., Chen M.: A abiotic stress responsive cdna in Triticum aestivum. Submitted to the EMBL/GenBank/DDBJ databases, Yoon U.H., Hahn J.H., Yun C.-H., Eun M.Y.: Molecular cloning and characterization of cdna encoding 23kDa polypeptide of photosystem II in rice. Submitted to the EMBL/GenBank/DDBJ databases, The changes of leaf proteome caused by water deficit in maize (Zea mays L.): Comparison of the response of two inbred parental lines and their F 1 hybrids Summary Changes of leaf proteome caused by drought stress were studied in two parental inbred lines of maize (Zea mays L.) and their reciprocal F 1 hybrids. Six days of water deficit applied to plants in V3-V4 developmental stage resulted in the altered levels of several proteins. The response of all four genotypes to drought stress was often similar, i.e. the increase or decrease of the amount of proteins involved e.g. in photosynthesis (23 kda polypeptide of Photosystem II (OEC), fructose-bisphosphate aldolase, Rubisco activase precursor), glutathion transferase 5 or proteins with not fully known function (stressresponsive protein, In 1-2 protein). At the same time, changes in protein composition due to stress in some cases differed between individual genotypes, which could possibly explain different response of hybrids to stress in comparsion with inbred lines. The differences between genotypes in the level of some proteins were found e.g. for chaperonine 21 precursor, glutathion S-transferase GST 27, triosephosphate isomerase, or heat shock protein 26 under control conditions; furthermore, some of these differences were amplified after the stress period. In most cases, the respective protein was missing in one of the inbred lines, whereas it could be found in both hybrids, which could possibly be associated with the better ability of hybrids to cope with water deficit. Pod kování: Výsledky byly získány za podpory grantového projektu GA R 521/07/0470, grantového projektu GAUK /P F/B-BIO a výzkumného zám ru MŠM

130 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin FYZIOLOGICKÉ A BIOCHEMICKÉ PARAMETRY INBREDNÍCH A HYBRIDNÍCH GENOTYP KUKU ICE VYSTAVENÝCH VODNÍMU DEFICITU Dana Holá 1a, Monika Benešová 1a, Daniel Haisel 2, František Hnili ka 3, Helena Hnili ková 3, Jana Honnerová 1a, Marie Ko ová 1a, Tomáš Ku era 1b, Olga Rothová 1a, Dagmar Procházková 2, Alice Šonská 1b, Na a Wilhelmová 2 1 Univerzita Karlova v Praze, P írodov decká fakulta, a Katedra genetiky a mikrobiologie / b Katedra biochemie, Albertov 6, Praha 2, danahola@natur.cuni.cz 2 Ústav experimentální botaniky AV R, v.v.i, Na Karlovce 1a, Praha 6, wilhelmova@ueb.cas.cz 3 eská zem d lská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a p írodních zdroj, Katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6, hnilicka@af.czu.cz SOUHRN Vybrané fyziologické, biochemické, morfologické a další parametry (rychlost isté fotosyntézy (P N ), transpirace (E), vodivost pr duch (g S ), efektivita využití vody, maximální fotochemická ú innost Fotosystému 2, obsah fotosyntetických pigment, výška rostlin, délka list, hmotnost a obsah energie nadzemní biomasy a ko en aj.) byly analyzovány u souboru 5 inbredních linií kuku ice (Zea mays L.) a jejich 10 k íženc F 1 generace, které byly ve vývojovém stádiu V4 vystaveny desetidennímu vodnímu deficitu. Z tohoto genotypového souboru byla pro další podrobn jší analýzu (v etn analýzy aktivity enzym fixace CO 2, aktivity antioxida ních enzym a detailního rozboru obsahu a pom r jednotlivých fotosyntetických pigment ) vybrána hybridní kombinace 2023 CE704. Cílem bylo ur it, zda by analýza t chto parametr u rodi ovských genotyp mohla sloužit k predikci toho, jak budou na sucho reagovat jejich k íženci F 1 generace. I p esto, že jsme u stresovaných rostlin pozorovali adu obecn jších trend (pokles relativního obsahu vody, P N, E, g S, obsahu chlorofyl, aktivity Rubisco, aktivity superoxiddismutasy, hmotnosti sušiny nadzemní ásti, celkové výšky rostliny, po tu listových pater; nár st aktivity fosfoenolpyruvátkarboxylasy, aktivity xanthofylového cyklu a obsahu pigment tohoto cyklu, obsahu neoxanthinu, aktivity askorbátperoxidasy, glutathionreduktasy a katalasy), reakce jednotlivých genotyp na vodní deficit se výrazn lišila a k íženci reagovali jinak než jejich rodi e. Pro využití uvedených parametr jako sekundárních selek ních znak ve šlechtitelských programech je tedy vždy nezbytná podrobná analýza mechanizm jejich d di nosti na konkrétním genetickém pozadí. ÚVOD Mezi nejvýznamn jší stresové faktory s celosv tovým dopadem na rostlinnou produkci pat í zejména nedostatek vody. Výrazné výkyvy v množství a ro ním rozložení deš ových srážek se v poslední dob projevují i v oblastech, které d íve tímto typem stresu p íliš netrp ly, v etn R. Vzhledem k tomu, že v tšina hospodá sky významných druh rostlin, které jsou zde p stovány, není na tyto extrémy v zásobování vodou speciáln adaptována, je nutné neustále vyvíjet nové genotypy vykazující zvýšenou odolnost v i suchu a nové šlechtitelské i p stitelské strategie. K tomu je nutné blíže porozum t fyziologickým a genetickým mechanizm m, které tuto zvýšenou odolnost rostlin podmi ují. V d sledku nedostate ného zásobování rostlinného organizmu vodou v n m dochází k celé ad význa ných biochemických, fyziologických, anatomických i morfologických zm n na úrovni bun k, pletiv, orgán i celé rostliny. Vybrané parametry, o nichž je známo, že jsou spojeny s vysokou efektivitou využití vody rostlinou, by mohly s výhodou být využity jako sekundární selek ní znaky pro výb r genotyp vykazujících zvýšenou odolnost v i suchu. Studie provád né u r zných rostlinných druh ukázaly, že mezi takové parametry by 130

131 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin mohla pat it nap. ú innost fotosyntézy, obsah n kterých fotosyntetických pigment i parametry fluorescence chlorofylu (Baker a Rosenqvist 2004, Zarco-Perello a spol. 2005, O Neill a spol. 2006). Další skupinou znak, která by p ípadn mohla být využita k determinaci odolnosti rostlin v i suchu, je aktivita i obsah r zných enzymatických i neenzymatických antioxidant (Tausz a spol. 2004). K tomu, aby takové parametry mohly být široce využívány ve šlechtitelských programech zam ených na výb r a šlecht ní genotyp odolných v i suchu, je ovšem (krom jiného) nutné, aby vykazovaly pom rn vysokou d divost. O tom, zda a jak se odolnost rostlin v i suchu d dí z generace na generaci, a jaké genetické mechanizmy se p i tom uplat ují, není však dosud k dispozici mnoho informací. Naším cílem tedy bylo ur it, zda by analýza vybraných fyziologických, biochemických a vývojových parametr u rodi ovských genotyp vystavených vodnímu deficitu mohla sloužit k predikci toho, jak budou na sucho reagovat jejich k íženci první dce inné generace. MATERIÁL A METODIKA Jako modelový objekt jsme zvolili kuku ici (Zea mays L.). Výchozí materiál tvo ilo 5 inbredních rodi ovských linií a 10 F 1 k íženc, pocházejících ze Šlechtitelské stanice kuku ice CEZEA v ej i u Hodonína. Na tomto souboru genotyp jsme provedli primární analýzy, na základ jejichž výsledk jsme pro další, detailn jší studium vybrali hybridní kombinaci 2023 CE704, tvo enou dv ma rodi ovskými genotypy a ob ma reciprokými F 1 k íženci. Každý genotyp byl reprezentován nejmén 180 rostlinami. Pokusné rostliny byly p stovány v kv tiná ích (pr m r 13 cm) napln ných zahradním substrátem a umíst ných ve skleníku (p irozené osv tlení, teplota vzduchu den/noc 20-35/12-16 C). Do vývojového stádia V4 (tj dní od data výsevu) byly normáln zalévány, poté byla u poloviny rostlin ( stres ) po dobu 10 dní zálivka zcela vynechána, zatímco druhá polovina rostlin byla i nadále zalévána normáln ( kontrola ). Na konci této periody jsme na 4. listech in situ gazometricky (LCpro+, ADC BioScientific Ltd., Velká Británie, ozá enost 650 mol m -2 s -1, teplota 25 C) zm ili rychlost isté fotosyntézy (P N ), rychlost transpirace (E) a vodivost pr duch (g S ) (Hnili ka a spol. 2008), a dále parametry fluorescence chlorofylu (F 0, F m ) (fluorometr OS30P, ADC BioScientific Ltd., Velká Británie, list zatemn n po dobu min p ed m ením). Efektivitu využití vody (WUE) jsme po ítali jako pom r P N / E, maximální fotochemickou ú innost Fotosystému 2 u temnotn adaptovaných list jako F v /F m, kde F v = F m F 0. Rovn ž jsme stanovili relativní obsah vody v listech (RWC) ( atský 1960) a odebrali vzorky pro stanovení obsahu fotosyntetických pigment, aktivity Rubisco a fosfoenolpyruvátkarboxylasy (PEPC), aktivity antioxida ních enzym, hmotnostních parametr rostlin a obsahu energie nadzemní biomasy i ko en. Obsah chlorofyl a, b a jednotlivých karotenoid jsme stanovili po jejich extrakci acetonem z lyofilizovaných vzork listového pletiva pomocí HPLC (ECOM, R, kolona s reverzní fází Sepharon SGX C18, Tessek, R, mobilní fáze 1 cm 3 min -1, gradient acetonitril/metanol/voda metanol/etylacetát, detekce p i 445 nm) (Haisel a spol. 1999). Aktivitu PEPC jsme stanovili spektrofotometricky (340 nm) na základ sledování úbytku NADH v reak ní sm si podle Slack a Hatch (1967). Aktivitu Rubisco jsme m ili na základ inkubace s NaH 14 CO 3 (Slack a Hatch 1967). Aktivitu superoxiddismutasy (SOD), akorbátperoxidasy (APX), glutathionreduktasy (GR) a katalasy (CAT) jsme m ili po extrakci rozpustných protein z list bu spektrofotometricky (SOD 550 nm, APX 290 nm, GR 340 nm) (Hitachi UV 3300, Japonsko) nebo polarograficky (CAT) kyslíkovou elektrodou (LD1, Hansatech, Velká Británie) v hlubokozmražených vzorcích (Procházková a Wilhelmová 2004). Dále jsme stanovili celkovou hmotnost suché nadzemní biomasy, stejn jako hmotnost suché biomasy ko en a jednotlivých list a specifickou hmotnost 4. listu (SLW). Obsah energeticky bohatých látek v nadzemní biomase a biomase ko en jsme ur ili pomocí spalné kalorimetrie (IKA C200, N mecko) podle platných norem ( SN ISO 1928). U 131

132 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin každé varianty (genotyp/p stování) jsme pr b žn hodnotili také r zné vývojové a morfologické parametry (po et listových pater, délku jednotlivých internodií a list ). Každá varianta byla vždy zastoupena pokusnými rostlinami (v p ípad vzork pro stanovení aktivity antioxida ních enzym, aktivity PEPC a Rubisco pokusnými rostlinami). Získaná data jsme statisticky zhodnotili pomocí analýzy variance, Tukeyho test a korela ní analýzy (CoStat 6.204, CoHort Software, USA). VÝSLEDKY A DISKUZE Vystavení mladých rostlin kuku ice podmínkám vodního deficitu u nich vyvolalo celou adu stresových p íznak. P i analýze širšího genotypového souboru (5 inbredních linií, jejich 10 k íženc F 1 generace) jsme pozorovali, že rostliny p stované 10 dn bez zálivky obecn zpomalily i tém zastavily sv j r st a vývoj, což se odrazilo i v menší hmotnosti sušiny jejich nadzemních ástí a v tšinou i ko en. Na délku jednotlivých list nem l vodní deficit žádný vliv, SLW se u stresovaných rostlin oproti kontrole v tšinou také p íliš nezm nila. Hodnoty RWC poklesly z p vodních % na % (v závislosti na studovaném genotypu). P N od 6. dne stresu v tšinou postupn klesala (70 % po 10 dnech stresu), podobn klesaly i hodnoty E. Oba tyto parametry byly pr kazn limitovány g s. U rostlin vystavených vodnímu deficitu poklesla také maximální fotochemická ú innost Fotosystému 2 (F v /F m ), zatímco hodnoty základní fluorescence chlorofylu a (F 0 ) se zvýšily. Snížil se i obsah chlorofyl a i b (na % kontroly v závislosti na studovaném genotypu), naproti tomu zm ny v obsahu celkových karotenoid byly mnohem mén výrazné (80-95 % kontroly; u n kterých genotyp jsme žádnou zm nu nezaznamenali). Obsah energie ko en i nadzemní biomasy byl v tšinou také nižší u rostlin stresovaných suchem ve srovnání s kontrolou, tyto rozdíly však nebyly p íliš výrazné (93-98 % kontrolních hodnot). Výše uvedené výsledky m ly sice obecnou platnost v rámci celého studovaného souboru genotyp, detailní rozbor nam ených hodnot a následující statistická analýza však naprosto jasn prokázaly, že reakce jednotlivých genotyp na vodní deficit se výrazn liší a že k íženci reagují jinak než jejich inbrední rodi ovské linie. Ze vzájemného srovnání rodi ovských linií celkem jednozna n vyplynulo, že nejh e na vodní deficit reaguje linie 2023, jako kontrastní genotyp k této linii pro další, detailn jší studium jsme vybrali linii CE704, která se ukázala jako nejvíce tolerantní k vodnímu deficitu v parametrech P N a E a obecn m la vysokou WUE. Tyto dv inbrední linie a oba jejich reciprocí k íženci F 1 generace tedy byli výchozím materiálem pro navazující analýzy fotosyntetických parametr, aktivity antioxida ních enzym a dalších charakteristik. Tab. 1 shrnuje reakci t chto ty genotyp na 10-denní periodu vodního deficitu. I p esto, že jsme u stresovaných rostlin pozorovali adu obecn jších trend (pokles RWC, P N, E, g S, obsahu chlorofyl, aktivity Rubisco, aktivity SOD, SLW, hmotnosti sušiny nadzemní ásti, celkové výšky rostliny, po tu listových pater; nár st aktivity PEPC, aktivity xanthofylového cyklu a obsahu pigment tohoto cyklu, obsahu neoxanthinu, aktivity APX, GR a CAT), i v tomto p ípad se mezi sebou studované genotypy výrazn lišily. Linie CE704 asto reagovala opa n než linie 2023 (nap. P N, E, g S, aktivita Rubisco, aktivita APX) a reakce obou k íženc byla také ve v tšin p ípad odlišná než reakce jejich rodi. Vztahy mezi genotypy se p itom m nily v závislosti na podmínkách p stování (Tab. 2). Tém ve všech studovaných parametrech jsme zjistili nejen pr kazné rozdíly mezi kontrolními a stresovanými rostlinami, ale také pr kazné rozdíly mezi genotypy a p ítomnost interakcí genotyp p stování. Na základ našich výsledk se tedy zdá, že reakci F 1 k íženc na vodní deficit není možné podle toho, jak na tento stresor reagovali jejich rodi e, p edem p edpov d t a že fotosyntetické a antioxida ní parametry mohou sice sloužit jako dopl kové selek ní markery pro výb r genotyp odolných / citlivých k suchu, ale pro jejich využití ve šlechtitelských programech je vždy nezbytná podrobná genetická analýza mechanizm jejich d di nosti na konkrétním genetickém pozadí. 132

133 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 1. Zm ny ve vybraných fyziologických, biochemických a morfologických parametrech u dvou inbredních linií (2023, CE704) a jejich reciprokých F 1 k íženc (2023 CE704, CE ) kuku ice v d sledku 10-denní periody bez zalévání (% kontroly, tj. srovnání s normáln zalévanými rostlinami). Statisticky pr kazné rozdíly mezi kontrolními a stresovanými rostlinami jsou vyzna eny (*... p 0,05; **... p 0,01). Parametr 2023 CE CE704 CE RWC 68,70** 80,97** 57,85** 71,64** E 67,32** 173,89** 66,78** 41,28** g S 59,59** 199,78** 41,94** 20,71** WUE 85,01 63,11* 131,59 56,02 P N 57,93** 127,35 80,12 26,23** Aktivita Rubisco 466,97 28,84 52,30 21,38 Aktivita PEPC 723,32** 293,86** 269,89** 106,28 F v /F m 105,47* 100,15 99,30 102,81** Obsah chlorofylu a 91,41** 84,41** 92,25** 94,21** Obsah chlorofylu b 94,87** 89,68** 97,64 97,03* Obsah -karotenu 106,04* 103,56 103,32* 103,23* Obsah luteinu 101,27 105,68* 102,72 96,26* Obsah neoxanthinu 107,94** 117,19** 115,34** 110,39** Obsah pigment xanth. cyklu 121,76** 122,83** 115,66** 122,00** Aktivita xanth. cyklu 353,28** 301,67** 250,27** 286,40** Aktivita APX 94,98 169,63** 121,43* 161,81** Aktivita GR 133,00 118,14 451,49** 252,73** Aktivita SOD 89,31* 96,88 79,37* 107,55 Aktivita CAT 105,12 113,89* 110,63* 163,21** Energ. obsah nadz. biomasy 93,01 96,36 98,16 96,76 Energ. obsah biomasy ko en 95,28 96,02 98,19 97,38 SLW 85,85* 86,19** 93,73 79,94** Hmotnost biomasy nadz. ásti 84,55* 100,80 71,75** 89,36 Hmotnost biomasy ko en 108,61 131,41** 104,11 132,74** Po et listových pater 97,44 96,00 88,89** 97,56 Celková výška rostliny 86,88* 82,60** 87,45* 86,20** LITERATURA Baker N.R., Rosenqvist E.: Applications of chlorophyll fluorescence can improve crop production strategies: an examination of future possibilities. J. exp. Bot., 55: , atský J.: Determination of water deficit in disks cut out from leaf blades. Biol. Plant., 2: 76-78, SN ISO 1928 Tuhá paliva Stanovení spalného tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádob a výpo et výh evnosti. eský normaliza ní institut, Praha, Haisel D., Pospíšilová J., Synková H., atský J., Wilhelmová N., Plzáková Š.: Photosynthetic pigments and gas exchange of in vitro grown tobacco plants as affected by CO 2 supply. Biol. Plant., 42: , Hnili ka F., Hnili ková H., Holá D., Ko ová M., Rothová O.: The effect of soil drought on gases exchange in the leaves of maize (Zea mays L.). Cereal Res. Commun., 36 (Suppl. 1/II): ,

134 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin O'Neill P.M., Shanahan J.E., Schepers J.S.: Use of chlorophyll fluorescence assessments to differentiate corn hybrid response to variable water conditions. Crop Sci., 46: , Procházková D., Wilhelmová N.: Changes in antioxidative protection in bean cotyledons during natural and continuous irradiation-accelerated senescence. Biol. Plant., 48: 33-39, Slack C.R., Hatch M.D.: Comparative studies on the activity of carboxylases and other enzymes in relation to the new pathway of photosynthetic carbon dioxide fixation in tropical grasses. Biochem. J., 103: , Tausz M., Šircelj H., Grill D.: The glutathione system as a stress marker in plant ecophysiology: is a stress-response concept valid? J. exp. Bot., 55: , Zarco-Perello E., Gonzalez-Hernandez V.A., Lopez-Peralta M.C., Salinas-Moreno Y.): Physiological markers for drought tolerance in maize (Zea mays L.). Agrociencia, 39: , Physiological and biochemical parameters of maize inbred and hybrid genotypes subjected to water deficit Summary The selected physiological, biochemical, morphological and other parameters (the net photosynthetic rate (P N ), the transpiration rate (E), the stomatal conductivity (g S ), the water use efficiency, the maximum photosynthetic efficiency of Photosystem 2, the content of photosynthetic pigments, the plant height, the length of individual leaves, the weight and energy content of the aboveground and root biomass, etc.) were analyzed in 5 inbred lines of maize (Zea mays L.) and their 10 F 1 hybrids subjected to ten days of water deficit at V4 developmental stage. The additional, more detailed analysis (including the analysis of the activities of selected enzymes of the Calvin or Hatch-Slack cycles, the activities of antioxidant enzymes or the content and ratios of individual photosynthetic pigments) was performed in hybrid combination 2023 CE704 selected from this genotypic set on the basis of differences between parental lines. Its purpose was to ascertain the possibility of using the measurements of such parameters in parental genotypes to predict the response of their F1 hybrids to drought conditions. Although some common trends were observed in drought-stressed plants (e.g. the decrease of the relative water content, P N, E, g S, the chlorophyll content, the Rubisco activity, the activity of superoxide dismutase, the weight of the aboveground biomass, the plant height and the number of leaves; the increase of the phosphoenolpyruvate carboxylase activity, the activity of xanthophyll cycle and the content of its pigments, the content of neoxanthine, the activities of ascorbate peroxidase, glutathion reductase and catalase), the response of individual genotypes to water deficit often dramatically differed and the hybrids showed different response from their parents. The use of these parameters as the secondary selection traits in breeding programmes thus seems to be rather limited and a detailed analysis of the mechanisms of their inheritance under particular genetic setup should be always done in such cases. Pod kování: Výsledky byly získány za podpory grantového projektu GA R 521/07/0470, grantového projektu GAUK /P F/B-BIO a výzkumného zám ru MŠM Pod kování pat í také Bc. Lence Fridrichové a Bc. Radce Kuklíkové za jejich technickou pomoc p i realizaci experiment. 134

135 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 2. Srovnání dvou F1 k íženc (2023 CE704, CE ) kuku ice s jejich rodi ovskými inbredními liniemi 2023 nebo CE704 (tj. % k íženec/rodi ) ve vybraných fyziologických, biochemických a morfologických parametrech. K... kontrolní rostliny, S... rostliny p stované 10 dn bez zalévání. Statisticky pr kazné rozdíly mezi p íslušnými genotypy jsou vyzna eny (*... p 0,05). Parametr 2023 CE704 CE CE CE704 K S K S K S K S RWC 97,02 81,69* 96,00 68,58* 96,80 100,95 95,78 84,75* E 123,10 122,12 219,06* 84,13 137,00 84,02 243,79* 57,88* gs 212,33* 149,43 382,72* 80,34 191,78* 66,67 345,68* 35,84* WUE 99,12 153,43* 61,19 127,59 117,75 77,59 72,69 64,52 PN 132,23 182,87* 151,32 95,20 147,51 66,79 168,80* 34,77* Aktivita Rubisco 191,54 21,45 36,83 66,80 164,14 7,51 31,56 23,40* Aktivita PEPC 108,51* 40,49 48,29* 44,36* 199,06* 29,25* 88,60* 32,04 Fv/Fm 104,93 98,80 98,11 97,28 105,44* 102,78 98,58 101,20 Obsah chlorofylu a 91,89* 92,74* 104,80* 114,53* 95,41* 98,34 108,82* 121,45* Obsah chlorofylu b 90,15* 92,78* 108,16* 117,76* 95,66* 97,84 114,77* 124,18* Obsah -karotenu 93,77* 91,36* 107,34* 107,09* 96,52 93,96* 110,48* 110,12* Obsah luteinu 121,63* 123,37* 96,96 94,24* 115,52* 109,80* 92,09* 83,88* Obsah neoxanthinu 90,57* 96,78* 104,58* 102,93 95,53* 97,70 110,32* 103,91* Obsah pigment xanth. cyklu 102,59 97,45 107,61 101,33 103,63 103,83 108,70 107,96* Aktivita xanth. cyklu 150,01* 106,27 101,65 84,33* 129,12* 104,68 87,49 83,06* Aktivita APX 72,70* 92,95 101,88 72,93* 73,19* 124,69* 102,55 97,83 Aktivita GR 87,45 296,88* 26,60* 101,87 153,21* 291,15* 46,61* 99,70 Aktivita SOD 184,60* 164,05* 163,42* 133,89* 137,33* 165,38* 121,58 134,97* Aktivita CAT 81,53* 85,80* 115,25 111,96 74,61* 115,85* 105,48 151,16* Energ. obsah nadz. biomasy 96,94 102,31 100,71 102,60 96,87 100,78 100,64 101,06 Energ. obsah biomasy ko en 97,56 100,54 100,65 102,93 97,53 99,68 100,62 102,05 SLW 93,48 102,06 96,74 105,21 109,81 102,25 113,64 105,41 Hmotnost biomasy nadz. ásti 166,77* 141,52* 194,85* 138,69* 124,83* 131,93* 145,85* 129,30* Hmotnost biomasy ko en 146,15* 140,10* 200,64* 158,96* 112,77* 137,83 154,81* 156,38* Po et listových pater 115,38* 105,26 90,00* 83,33 105,13 105,26 82,00* 83,33 Celková výška rostliny 133,33* 134,20* 124,83* 132,15* 108,94 108,08 101,99 106,43 135

136 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV FAKTOR PO ASÍ NA PR B H EPIDEMIE PADLÍ TRAVNÍHO (BLUMERIA GRAMINIS F.SP. TRITICI) A NA INDUKOVANOU REZISTENCI PŠENICE K PADLÍ TRAVNÍMU Lubomír V chet 1 1 Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., odbor Genetiky, šlecht ní a kvality produkce, odd lení šlechtitelských metod, Drnovská 507, Praha 6 Ruzyn, eská republika, vechet@vurv.cz Souhrn Výskyt padlí travního byl v jednotlivých letech velice odlišný a byl ovlivn n pr b hem po así, p edevším teplotou, relativní vlhkostí a rychlostí v tru. Úvod Padlí travní, zp sobené houbou Blumeria graminis (DC) E.O. Speer f. sp. tritici Em. Marchal (syn. Erysiphe graminis DC f. sp. tritici Marchal), je jednou z nejd ležit jších listových chorob pšenice na sv t. P vodce choroby je obligátní patogen, který roste na živých tkáních rostliny. Vysoká hladina teploty a v trná turbulence obvykle snižuje, zatímco vlhkost (relativní vlhkost) obvykle zvyšuje výskyt padlí travního (Rotem, 1978; Zadoks & Schein, 1979). Padlí travní se vyskytuje ve všech oblastech p stování pšenice, zejména v chladn jších oblastech s teplotami C, ve vlhkých i suchých oblastech. Padlí travní se dokáže vyvíjet v širším teplotním rozmezí 3-24 C. Ovšem pokud teplota dosáhne 24 C a výše po delší dobu je pro padlí letální. Padlí travní redukuje výnos od erpáváním živin, zvýšenou respirací rostliny, redukcí zelené listové plochy a blokováním fotosyntetického systému. Materiál a metody Vliv faktor po así na pr b h epidemie padlí travního byl sledován v letech na odr d pšenice ozimé Kanzler, náchylný standard k padlí travnímu. Velikost parcelky byla 1m 2, ší ka ádku 12,5cm, ty i opakování. Infekce padlím travním byla p irozená. Hodnocení napadení padlím travním bylo d láno na všech živých listech rostliny u 15 rostlin v každém opakování. Závažnost choroby byla vyjád ena v devítibodové stupnici Saari and Prescott (1975) kde 0 = žádný výskyt 9 = více jak 80%), jak pokrytí listové plochy p íznaky padlí. Choroba byla hodnocena každým rokem vždy v druhé polovin ervna. Pr m rné napadení celé rostliny bylo vyjád eno jako kumulativní procento napadení (V chet & Kocourek 1987; Brière et al. 1994) CPLAD. Hodnoty po así byly po ítány jako pr m r za období 10 p ed datem hodnocení, což je doba plného výskytu p íznak padlí travního v polních podmínkách. Hodnoty byly sebrány z meteorologické stanice VÚRV. Indukovaná rezistence byla ve spolupráci s Ústavem experimentální botaniky AV Praha (Ing. Lenka Burketová, CSc.) v maloparcelkových pokusech sledována v letech Pokusy byly založeny ve dvou opakováních, jedno opakování bylo tvo eno 12 ádky, délky 1m. Z dat závažnosti napadení bylo vypo teno procento napadení a kumulativní procento napadení CPLAD. Byly použity induktory chemického p vodu: benzothiadiazol (BTH), kyselina salicylová (SA) a induktory biologického p vodu glycin betain, extrakty z dubové k ry (OB, Quercus robur L.), k ídlatka sachalinská (RS, Reymoutria sacchalinsis L.), kurkuma (CU, Curcuma longa L.), zázvor (GI, Zingiber officinale Roscoe). Jedna varianta, neošet ená, byla za azena jako kontrola. V roce 2004 byl sledován pr b h choroby v p ti datech hodnocení u kontroly a v aplikacích induktor. Induktory byly p ipraveny jako vodní 136

137 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin roztoky (BTH, SA, GB) nebo vodní extrakty: BTH 1,2 mm, SA 1mM, GB 0,3mM, extrakty z CU, GI, RS a OB. Vliv faktor po así na závažnost napadení byl v letech 1999, 2000, 2001, 2002, 2004 a 2007 zhodnocen Pearsonovou korelací v programu Unistat 5.1. V ostatních letech nebylo pro malý po et p ípad nebo minimální rozdíly statistické zhodnocení provést. Výsledky a diskuse Nejvyšší výskyt padlí travního v jednotlivých letech desetiletého sledování byl velice rozdílný (Graf 1). Nejnižší výskyt choroby byl v roce V letech 2000, 2005, 2007 a 2008 byla závažnost choroby nízká. St ední závažnost byla v letech 1999, 2001, 2002 a Nejvyšší závažnost, extremn vysoká, choroby byla v roce V roce 2003 (Tab. 1) tém Graf. 1. Závažnost padlí travního (Blumeria graminis f.sp. tritici) na pšenici ozimé odr dy Kanzler v desetiletém sledování. CPLAD CPLAD žádný vývoj choroby neprob hl. Od prvního hodnocení 6.6. do posledního hodnocení byl p ír stek choroby extremn nízký, pouze 0,48% CPLAD. V letech 2004 a 2001 byl nejvyšší výskyt závažnosti padlí travního, i když v roce 2004 byla závažnost t ikrát vyšší, než v roce Pr b h epidemie se v t chto letech výrazn odlišoval. V roce 2001 byl pr b h choroby pozvolný, na po átku hodnocení (22.5. CPLAD = 0,6%, zatím co v roce 2004 byl prudký nár st choroby (21.5. CPLAD = 54,97%). Korela ní koeficient mezi závažností padlí travního a pr m rnou denní teplotou v roce 2001 byl tém pr kazný (r=0,3249) a v roce 2004 pr kazný (r=0,5862). Pouze v roce 2007 byl korela ní koeficient vysoce pr kazný (r=0,8162), ale p i nízkém výskytu choroby (21.6. CPLAD = 4,70%). V tomto roce v tšinu sledovaného období (od do 19.6.) byly pr m rné teploty n co málo p es 15 C. Závažnost choroby by mohla být ovlivn na maximální teplotou nad 25 C. Kocourek and V chet (1984) zjistili, že horní hranice pro vývoj padlí travního Erysiphe graminis f.sp. tritici je 25 C. Silné korelace, kladné, i záporné byly zaznamenány mezi závažností choroby a pr m rnou relativní vlhkostí v letech 1999, 2000 a 2002 a v letech 2001, 2004 st edn silné, kladné korelace. Tab. 1. Závažnost padlí travního na pšenici ozimé Kanzler. DH datum hodnocení, CPLAD kumulativní procento napadení, PDT pr m rná denní teplota, PRV pr m rná relativní 137

138 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vlhkost, PDS pr m rné denní srážky, OL ovlh ení listu, GZ globální zá ení, FAZ fotosynteticky aktivní zá ení, RV rychlost v tru, r korela ní koeficient DH CPLAD PDT PRV PDS OL GZ FAZ RV ,75 17,08 71,73 0,03 0, ,10 17,08 71,73 0,03 0, ,20 16,42 72,77 0,02 0, ,60 15,01 0, ,20 16,21 0,26 pr m r 16,36 72,08 0,082 0,68 r -0,6458 0,8574 0,8933 0, ,05 14,31 69,65 0,01 0, ,60 18,48 65,24 0,01 0, ,33 19,21 61,63 0,00 0, ,50 16,03 65,10 0,03 0,82 pr m r 17,01 65,41 0,01 0,83 r 0,6318-0,8803 0,2307-0, ,60 16,06 61,84 0,00 0, ,05 16,06 61,84 0,00 0, ,50 12,48 74,34 0,01 1, ,10 14,61 74,56 0,03 0, ,90 16,86 73,85 0,02 0,62 pr m r 15,21 69,29 0,01 0,88 r 0,3249 0,6191 0,5674-0, ,70 17,30 85,94 0,000 0, ,80 17,30 85,94 0,000 0, ,38 15,78 77,60 0,010 0,87 pr m r 16,79 83,16 0,003 0,86 r 0,2837-0,9405 0,8100-0, ,20 21,85 64,58 0,010 12, , ,20 19,80 65,50 0,010 12, , ,68 19,80 65,50 0,010 12, ,41 pr m r 20,48 65,19 0,010 12, ,30 r ,97 10,98 71,85 0,020 12, , ,70 16,71 78,45 0,007 9, , ,05 15,67 76,50 0,020 10, , ,40 16,40 70,45 0,010 11, , ,95 16,40 70,45 0,010 11, ,17 pr m r 15,23 73,54 0,013 11, ,19 r 0,5862 0,5056-0,6054 0,2958 0,5201 0,9042-0, ,5 13,81 70,65 0,020 12, , ,6 17,58 72,36 0,020 12, ,08 138

139 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ,9 17,58 72,36 0,020 12, ,08 pr m r 16,32 71,79 0,020 12, ,25 r ,20 16,03 66,62 0,000 0, , ,10 21,95 70,74 0,030 0, ,73 pr m r 18,99 68,68 0,015 0, ,80 r ,00 15,22 71,65 0,020 11, , ,10 15,12 67,28 0,020 12, , ,70 21,16 70,82 0,030 10, ,02 pr m r 17,17 69,92 0,023 11, ,59 r 0,8162-0,2548 0,8245-0,6076 0,8294 0,9385-0, ,60 13,14 85,66 0,030 0, , ,70 18,28 74,81 0,000 0, ,10 pr m r 15,71 80,24 0,015 0, ,98 r Korelace mezi závažností choroby a pr m rnými denními srážkami byly kladné, vysoce pr kazné v Korelace mezi závažností choroby a pr m rnou rachlostí v tru byly záporné, nepr kazné, až vysoce pr kazné. Ostatní meteorologické faktory byly m eny pouze v letech Korelace mezi závažností choroby a globálním zá ením byly kladné, z toho v roce 2004 pr kazné a v roce 2007 vysoce pr kazné. Naopak fotosynteticky aktivní zá ení se závažností choroby m lo kladný vysoce pr kazný koeficient v obou sledovaných letech 2004 a Z výsledk je patné, že na závažnost padlí travního m ly výrazný pozitivní vliv pr m rná denní teplota, kolem15 C, pr m rnou relativní vlhkostí, negativní vliv m la rychlost v tru. Indukovaná rezistence pšenice k padlí travnímu v jednotlivých letech sledování vykazovala odlišnou závažnost. V letech 2004, 2005 a 2008 byla nejefektivn jší ú innost BTH, z biologických induktor k ídlatka sachalinská, zejména v roce 2005, 2006, 2007 a Efektivita induktor byla vyšší p i vyšší závažnosti choroby. Vliv jednotlivý faktor CPLAD CO OB SA RS BTH GI CU GB 139

140 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin CPLAD CO OB SA RS BTH GI CU GB CPLAD CO OB SA RS BTH GI CU GB ,9 0,8 0,7 0,6 CPLAD 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 CO OB SA RS BTH GI CU GB 140

141 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin CPLAD CO OB SA RS BTH GI CU GB po así na ú innost jednotlivých induktor bude t eba sledovat ve speciálních laboratorních a parcelkových pokusech. Summary Occurrence of powdery mildew in single years of experiments was very different and was influenced by weather course, primarily by temperature, relative humidity and speed of wind. Tato práce byla podpo ena Výzkumným zám rem VÚRV Literatura Brière S.C., Kushalappa A.C., Mather D.E. (1994): Screening for partial resistance to an isolate of crown rust (Puccinia recondite f. sp. Avenae) race 264 in oat cultivars and Kocourek F., V chet L. (1984): ber ein temperaturabhängiges Modell zur Vorhersage der Entwicklungsgeschwindigkeit bei Erysiphe graminis f.sp. tritici. Kocourek F., V chet L. (1984): ber ein temperaturabhängiges Modell zur Vorhersage der Entwicklungsgeschwindigkeit bei Erysiphe graminis f.sp. tritici. Anzeiger für Schädlingskunde, Pflanzenschutz und Umweltschutz, 57, Rotem J. (1978): Climate and weather influences on epidemics, In Horsfall J.G., Cowlig E.B. (Eds) Plant disease: an advanced tritice, vol 2. Academic Press, London, pp Saari E.E., Prescott J.M. /1975): A scale for appraising the foliar intensity of winter wheat diseases. Plant Disease Reporter, 595, V chet L., Kocourek F. (1987): Vliv termín ošet ení na výsev a škodlivost Erysiphe graminis f.sp. hordei na jarním je meni. Ochrana Rostlin, 23, Zadoks J.C., Schein R.D. (1979): Epidemiology and plant disease management. Oxford Univ. Press, New York. 141

142 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ZM NY SPEKTRA CHOROB PŠENICE SOUVISEJÍCÍ S POSTUPNÝM OTEPLOVÁNÍM A ZVYŠUJÍCÍ SE VARIABILITOU PR B HU PO ASÍ Jana Chrpová 1, Alena Hanzalová 1, Pavel Bartoš 1, Ond ej Veškrna 2 1 Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha 6 Ruzyn, Drnovská Výzkumné centrum Selton, s. r. o., Stupice chrpova@vurv.cz SOUHRN P ísp vek p ináší informace o výskytu závažných chorob pšenice se zohledn ním pov trnostních podmínek sledovaných ro ník. Informace se týkají p edevším následujících chorob: virové choroby obilovin, klasové fuzariózy, rzi a sn ti. Pov trnostní podmínky siln ovliv ují napadení rostlin a rozvoj chorob, nejsou však jediným faktorem, který ovliv uje výskyt sledovaných chorob. ÚVOD Globální oteplování je termín popisující nár st pr m rné teploty zemské atmosféry a oceán, který byl pozorován v posledních dekádách. V roce 2001 byl prezentován ve Zpráv t etího zasedání IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change - Mezivládního výboru OSN pro zm nu klimatu) v decký názor na zm ny klimatu. Tento dokument, který byl v roce 2005 explicitn potvrzen národními akademiemi v d zemí G8, konstatuje, že pr m rná globální teplota od konce 19. století vzrostla o 0,6 ± 0,2 C a že je pravd podobné, že v tšinu oteplování pozorovaného b hem posledních 50 let lze p ipsat lidským aktivitám. Sou asn existuje ur itá skupina v dc popírajících názor, že lidská innost hraje v sou asném zvyšování teplot významnou roli. Probíhá ada politických i ve ejných debat, zabývajících se možnostmi, jak p ípadné oteplování a jeho vlivy omezit nebo jak se vyrovnat s jeho d sledky. Vliv klimatických zm n na výskyt chorob a šk dc rostlin Vyhodnotit p ímé dopady zm n klimatu na výskyt šk dc a chorob je pom rn obtížné, protože krom klimatických zm n existuje ada dalších faktor ovliv ujících výskyt škodlivých organism, které musíme brát v úvahu. Celosv tovým trendem je minimalizované zpracování p dy. V sou asné dob je 95 milion ha sv tové zem d lské p dy obd láváno bezorebn (Roberts a Johnston, 2007). Dalším faktorem majícím vliv na výskyt chorob pšenice je vysoké zastoupení obilovin v etn kuku ice v osevním postupu a naopak nízké zastoupení tzv. zlepšujících plodin (okopaniny). Vliv na výskyt chorob má i výše vstup (intenzita p stování) a úrove rezistence p stovaných odr d. P ímé d sledky vlivu vyšších teplot na rozmnožování, vývoj a p ezimování škodlivých organism mohou být následující: - urychlení vývoje v d sledku rychlejšího dosažení sumy efektivních teplot, - zvýšení po tu generací a rychlejší nár st po etnosti (popula ní hustoty) v d sledku prodloužení období pro rozmnožování a prodloužení vegeta ního období - ro ní nebo i dlouhodob jší zm ny v popula ní dynamice nebo vývojových cyklech hub v d sledku snazšího p ezimování (Informace o výskytu hlavních šk dc a chorob na území R ve vztahu ke globálnímu oteplování). METODY HODNOCENÍ Podmínkou hodnocení výskytu škodlivých organism je dostatek údaj. Údaje o výskytu škodlivých organism a poruch rostlin na území eské republiky získané na základ 142

143 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin pr zkumu na stálých pozorovacích bodech i mimo n v etn údaj o pr b hu po así každoro n zpracovává Státní rostlinoléka ská správa (SRS). Údaje o spot eb p ípravk na ochranu rostlin z evidence zem d lských podnik, které shromaž uje SRS taktéž nep ímo vypovídají o výskytu škodlivých organism. Výskytem chorob a zm nami spektra patogen se zabývají i n které výzkumné projekty, které taktéž vycházejí ze sb r z celého území eské republiky. Cílem tohoto p ísp vku není vyhodnotit dlouhodobý trend výskytu chorob pšenice, ale spíše poukázat na výskyt chorob se zohledn ním pov trnostních podmínek sledovaných ro ník. VÝSLEDKY Spot eba p ípravk na ochranu rostlin V letech byly zaznamenány vysoká a s výkyvy rostoucí spot eba ú inných látek a rostoucí náklady na ošet ování proti brani natkám. Vývoj a škodlivost t chto chorob ovliv uje spolu s pr b hem teplot p edevším srážková innost ( etnost srážek, srážky v ur itých citlivých vegeta ních fázích rostlin, vyšší relativní vlhkost vzduchu). Vyšší teploty spojené se suchem naopak výskyt t chto chorob potla ují. Vysoké náklady, v jednotlivých letech kolísající, byly vynaloženy také na ošet ování proti padlí travnímu. K silnému napadení padlím travním dochází p i teplém a relativn suchém jarním po así. Napadení podporuje vysoká vzdušná vlhkost, teploty mezi C a st ídání teplých a vlhkých dn. Ve sledovaných letech došlo k postupnému zvyšování spot eby insekticid použitých k ošet ování proti mšicím. Obilní mšice se p emnožují za teplého a suchého po así. U mšic m že mít nár st teplot p ímou souvislost se zvýšením po tu generací a škodlivostí. Mšice na obilovinách škodí jednat sáním, ale hrají též významnou roli jako p enaše i viru žluté zakrslosti je mene (Informace o výskytu hlavních šk dc a chorob na území R ve vztahu ke globálnímu oteplování). Virové choroby obilovin Výskyt virových onemocn ní obilnin v R má v posledních letech vzr stající tendenci. Dlouhodob jsou však sledovány pouze dva nejvýznamn jší p vodci virus zakrslosti pšenice (WDV) a virus žluté zakrslosti je mene (BYDV). Virus zakrslosti pšenice napadá pšenici, je men, oves a n které druhy trav. Chorobu p enáší nymfy a imága k íska polního (Psammotettix alienus). Virus žluté zakrslosti je mene je perzistentn p enosný etnými druhy mšic. Nejzávažn jší je kmen PAV, který se vyzna uje silnou patogenitou a efektivitou p enosu mšicí st emchovou (Rhopalosiphum padi), kyjatkou osenní (Sitobion avenae) a kyjatkou travní (Metopolophium dirhodum). Obilniny jsou u nás infikovány ob ma viry ve dvou fázích. K první fázi infekcí dochází na podzim p i migraci p enaše z výdrol na vzcházející ozimy. ást k ís a mšic m že migrovat z travních ploch, mšice krom toho i z kuku ice, není-li sklizena. Intenzivní migrace p enaše trvá do nástupu chladného po así, infekce rostlin do p íchodu mraz. Druhé období nákaz ozimých a jarních obilnin probíhá na ja e a v lét ve fázi jejich sloupkování a pozd ji. Vyjíme n dochází k p ezimování dosp lc, kte í jsou schopni p ímé asné jarní infekce (to nastalo v sezón 2006/2007 vlivem velmi mírné zimy). Mimo porosty ozim tj. na ja iny, k ísi migrují ve velmi malé mí e. Virus žluté zakrslosti je mene (BYDV) je p enášen mšicemi migrujícími ze zimních hostitel, které se nakazily na travách nebo ozimech infikovaných v p edchozím roce. K výskytu hlavních viróz na ozimých a jarních obilninách dochází u nás každým rokem. Intenzita bývá n kdy sporadická, jindy dosahuje vyšší úrovn. Kalamitní výskyt BYDV byl naposledy zaznamenán v roce V dalších letech p evažoval spíše výskyt WDV. Výsledky laboratorních test vzork sebraných na podzimních výdrolech v roce 2006 nazna ovaly silný výskyt viróz v následujícím roce. Zatímco v jarním období roku 2007 jasn p evažoval virus zakrslosti pšenice, na podzim byl již dominantní BYDV. Celkov lze výskyt virových zakrslostí v roce 2007 hodnotit jako vysoký, asi dvojnásobný 143

144 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin nár st výskytu WDV a až p tinásobný nár st výskytu BYDV, hlavn díky velkému výskytu na podzim. Nejvíce postiženou oblastí bylo Kladensko (podle údaj SRS bylo nutné zaorat 200 ha v tšinou ozimé pšenice), dále Prost jov, P erov a Krom íž. Intenzita napadení našt stí nedosahovala kalamitního roku 2002, kdy bylo po infekci BYDV nutné zaorat asi 7000 ha. V roce 2008 byl zjišt n p evládající výskyt BYDV. V porostech podez elých z výskytu virových zakrslostí bylo na ja e 2008 odebráno 412 vzork. U 350 vzork byl laboratorn potvrzen výskyt virových zakrslostí. Z pozitivních vzork bylo 10 vzork (3 %) infikováno WDV, 274 vzork (78 %) infikováno BYDV a 66 vzork (19 %) infikováno sm snou infekcí WDV + BYDV. Fuzariózy klasu Fuzariózy klasu pat í k závažných chorobám obilovin. Mají za následek krom redukce výnosu i p ítomnost mykotoxin ve sklizeném zrnu a negativní vliv na technologickou kvalitu. Nar stající význam této choroby z ejm souvisí se zvýšeným zastoupením kuku ice a obilovin v osevních postupech. Poskliz ové zbytky jako jsou kuku i ná stébla a zrna, je ná a pšeni ná sláma i zbytky ostatních obilovin jsou považovány za základní zdroje inokula pro F. graminearum a F. culmorum, p evažující p vodce klasových fuzarióz v Evrop (Maiorano et al., 2008). K rozší ení klasových fuzarióz p ispívá i nár st minimaliza ních opat ení pro zpracování p dy (Šíp et al., 2007). P estože celosv tov p evládá F. graminearum, v chladn jších oblastech v etn území R m l velký význam druh F. culmorum (Sýkorová et al. 2003). V posledních letech se stalo p evládajícím toxinogenním druhem v R F. graminearum. Výskyt druhu F. graminearum je spojován s teplejším klimatem a je možné, že jeho zvýšený výskyt na území R lze spojovat s teplotními zm nami. Výskyt klasových fuzarióz i akumulace mykotoxin jsou ovlivn ny ro níkem. Pokud v dob kvetení obilovin nastane pov trnostní situace s teplotami kolem 20 C a vysokou vzdušnou vlhkostí, jsou to podmínky p íznivé pro infekci klas houbou Fusarium. Jako rozhodující pro akumulaci mykotoxinu DON se ukázaly teplotní a vlhkostní podmínky 4-7 dní p ed kvetením a 3-6 dní po kvetení. Rzi V eské republice se vyskytují všechny t i druhy rzí napadající pšenici, rez travní (Puccinia graminis Pers:Pers), rez pšeni ná (Puccinia triticina Eriks) a rez plevová (Puccinia striiformis Westend). Nejvýznamn jší je v posledních desetiletích rez pšeni ná, p sobící hn dou rzivost pšenice, pon vadž se vyskytuje každoro n a její rozvoj podporují vyšší teploty b hem vegetace. Mírn jší zimy, respektive pozdní nástup nízkých teplot p ispívá k tomu, že kupky letních výtrus se vyskytují již na podzim na ozimých pšenicích, ímž se vytvá í p edpoklad pro asný výskyt v následujícím roce. Výskyty rzi p ed nástupem zimy byly pozorovány zejména v letech 2006 a Slabý výskyt rzi pšeni né však ukázal, že p ezimování rzi pšeni né je jen jedním z více faktor podmi ující silný výskyt, dalším jsou p edevším vyšší teploty. Rez plevová, p sobící žlutou rzivost pšenice se d íve vyskytovala asn na ja e a v cyklech až do léta. V posledních letech byly zaznamenány až pom rn pozdní, letní výskyty této rzi, s výjimkou roce 2004, kdy byla pozorována pracovníky SRS lokáln již na p elomu b ezna a dubna a v roce 2005 v druhé polovin kv tna. Poslední výskyt rzi plevové byly u nás podobn jako v západní Evrop na p elomu tisíciletí. Rez travní, p sobící ernou rzivost trav na rozdíl od rzi pšeni né a plevové u nás nep ezimuje, ale s oteplováním nelze tuto možnost vylou it. Lokální výskyty umož uje p ezimování zimních výtrus a infekce d iš álu (mezihostitele). V tšinou však jde o formu, která napadá žito a také pýr, z n hož p evážn pochází infekce d iš álu. Další možnost je p enos inokula z jihovýchodní a východní Evropy, který nap. zp sobil epidemii v roce 1972 v ad evropských zemích. Studium vztahu mezi po asím, kdy se uplat uje jak teplota, tak srážky a vzdušná vlhkost na podzim i b hem následující vegetace a rzí pšeni nou je komplikováno dalšími 144

145 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin faktory. Po así ovliv uje i stav hostitelských rostlin pšenice. Existují nap. termolabilní geny rezistence, které jsou p i vysokých teplotách neú inné. Další komplikací jsou zm ny v rasovém spektru. Nap. v N mecku byla p ed dv ma lety zjišt na rasa rzi pšeni né s virulencí ke genu Lr37, obsaženém také v ad odr d registrovaných v R. U nás nebyla tato rasa dosud prokázána. Zm ny, zpravidla vzniklé mutacemi, se mohou týkat i jiných vlastností než virulence, nap. nárok na teplotu. Na st edozápad USA se p ed n kolika lety nov rozší ila rez plevová, které vyhovují vyšší teploty této oblasti. Sn ti Po así výrazn ovliv uje také výskyt sn ti mazlavé a zakrslé. Chladný podzim ovliv ující pomalé vzcházení pšenice podporuje její výskyt. U sn ti zakrslé je velmi významným faktorem dlouhé trvání sn hové pokrývky, jak tomu bylo v zim 2005/2006. Tehdy se sn zakrslá v d sledku dlouhodobé sn hové pokrývky siln vyskytovala i v oblastech pro ni atypických. ZÁV R Z uvedených údaj je z ejmý silný vliv po así na výskyt chorob pšenice. Lze konstatovat, že dlouhý a teplý podzim má vliv na aktivitu p enaše virových chorob, teplá zima m že umožnit p ezimování dosp lc, kte í jsou schopni asné jarní infekce. Výskyt klasových fuzarióz je nepochybn ovlivn n konkrétním ro níkem, závažnost choroby se však zvýšila spíše v souvislosti se zm nami v zem d lské výrob (zpracování p dy, zastoupení plodin v osevních postupech). U rzi pšeni né pozdní nástup zimy p ispívá k podzimnímu výskytu choroby na ozimých pšenicích. U rzi travní, která u nás nep ezimuje, existuje riziko, že s souvislosti s oteplováním tato situace nastane. Je také t eba brát v úvahu, že pov trnostní podmínky ovliv ují jednak patogeny, ale i celkový stav rostlin. Oslabené rostliny mohou být snáze napadeny chorobami. POUŽITÁ LITERATURA Maiorano, A., Blandino, M., Reyneri, A., Vanara, F. (2008): Efects of amize residues on the Fusarium spp. Infection and deoxynivalenol (DON) contamination of wheat grain. Crop Protection: Roberts T.L., Johnston A.M. (2007): Tillage intensity, crop rotation, and fertilizer technology for sustainable wheat production North American experience. In: BUCK H.T., NISI J.E., SALOMÓN N. (eds.): Wheat Production in Stressed Environments, Springer 2007, 12: Sýkorová S, Šíp V, Nevrklová M, Sypecká Z, Hajšlová J, Hýsek J. (2003): The survey of Fusarium mycotoxins content in grain of winter wheat cultivars collected from different regions of Czech Republic. Proceedings of the Tenth Interantional Wheat Genetics Symposium, , Paestrum Italy. Vol. 3 Sec Šíp V., Chrpová J., Leišová L., Sýkorová S., Ku era L., Ovesná J. (2007): Implications for Fusarium Head blight control from study of factors determining pathogen and DON content in grain of wheat cultivars. In: BUCK H.T., NISI J.E., SALOMÓN N. (eds.): Wheat Production in Stressed Environments, Springer 2007, 12: Informace o výskytu hlavních šk dc a chorob na území R ve vztahu ke globálnímu oteplování. hrny_prehled_o_vyskytu_so/informace_o_so_globalni_oteplovani.pdf. Pod kování Výsledky byly získány za podpory projekt NAZV QG 50076, 1G58083 a QG

146 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin The changes in spectra of wheat diseases depending on gradual warming and increase of weather variability. Summary Here is a summary of current situation in occurrence of wheat diseases in dependence of weather conditions. These data show that occurrence of diseases (virus diseases, Fusarium head blight, rust and smut diseases) are affected by weather conditions. The influence of other factors (reduce tillage, crop rotation) on disease occurrence is also significant. 146

147 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VITRIFIKACE ZÁKLAD PRO P EŽITÍ ROSTLIN UCHOVANÝCH V ULTRANÍZKÝCH TEPLOTÁCH Ji í Záme ník, Miloš Faltus Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Drnovská 507, Praha 6 Ruzyn, eská republika, zamecnik@vurv.cz Souhrn Cílem krátké p ehledné studie je uvést výhody a nevýhody vitrifika ní metody pro kryoprezervaci vegetativn množených rostlin. Diferen ní skenující kalorimetr (DSC) je vhodný p ístroj pro m ení a interpretaci fázových p echod vody v rostlinách. DSC se v tšinou používá pro p ímé m ení skelných p echod a teploty ledové nukleace s následným vyhodnocením pomocí termické analýzy. Teplotní podmínky a úrovn hydratace p i kterých se za íná tvo it sklo byly porovnány na základ rozdílných mechanism tolerance nízkých teplot rostlin z p irozených podmínek (nap. pupeny strom ) a vysoce hydratovaných vzrostných vrchol vegetativn množených rostlin. Nam ené hodnoty skelných p echod mohou pomoci definovat podmínky pro kryoprotokol a to bu na základ p irozené tvorby vitrifika ního stavu pomocí dehydratace p ípadn pomocí sm si kryoprotektivních látek. Biologické objekty ve vitrifika ním stavu, p i kterém je pomalá difúze a tím také pomalé biochemické a genetické zm ny, jsou vhodné pro dlouhodobé uchování genetických zdroj vegetativn množených rostlin v ultranízkých teplotách. ÚVOD Nízké a ultranízké teploty se využívají pro uchování biodiverzity rostlin. Rostliny rozmnožující se generativn - semeny, jsou uchovávány v genobankách (ve sv t jich je více jak 1 400, jen v Evrop více jak 450). Semena se uchovávají b žn p i teplotách +5 C; pro dlouhodobé uchování p i teplotách -18 C. Kolekce plodin rozmnožující se vegetativn se uchovávají vedle polních kolekcí také pomocí metod kryoprezervace. Kryoprezervace je metoda umož ující uchovávání vegetativn množených rostlin v ultra nízkých teplotách (nej ast ji v tekutém dusíku, jehož teplota je 196 C), p i zachování jejich regenera ní schopnosti po p enesení do normálních podmínek. P i uchování rostlina v ultranízkých teplotách je výhodné, aby rostliny byly v amorfním stavu tj. aby tuhnutí kapalného obsahu bun k a pletiv se d lo bez krystalizace p i ultranízkých teplotách. Skelný stav; biologické sklo lze považovat pro jeho mechanické a termofyzikální vlastnosti jako výhodné pro dlouhodobé uchování genetických zdroj rostlin v ultranízkých teplotách. Od po átku 90 let se pro kryoprezervaci za ínají používat mnohem ast ji metody založené na vitrifikaci, zesklovat ní. Vitrifikace je zm na stavu cytoplazmy z tekutého do skelného stavu. Opa ný jev ze nazývá devitrifikace. Vitrifikace je tvorba vodných skel v bu kách rostlin bránící letální intracelulární tvorb krystal ledu. U dehydratovaných bun k rostlin je ozna ována vitrifikace také jako tvorba biologického skla. Skelný stav je metastabilní stav související s náhlou zm nou viskosity látky, p i kterém se nem ní chemický potenciál ani entalpie. Skelný stav je charakterizován jako tuhá kapalina nebo tekutá pevná látka /1/. Je charakterizován teplotou skelného p echodu. Protože ve skelném stavu je pohyb molekul tém zastaven, fyzikální a chemické reakce jsou zpomaleny až zastaveny a tím nedochází ke zm nám genetické informace. Sacharidy a bílkoviny jsou hlavními komponenty, které p ispívají k tvorb skla v cytoplazm /2,3/. K širokému rozší ení vitrifika ních metod p isp la jejich malá náro nost na za ízení. 147

148 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr.1: Dv hlavní cesty p echodu kapaliny do pevné fáze p i chlazení. Cesta 1 je cestou krystalické fáze, cesta 2 je cestou tvorby skla, které se ochotn tvo í hlavn p i rychlém ochlazován.( T g je teplota skelného p echodu, T f je teplota mrznutí, T b je teplota varu). Rostliny z našich klimatických podmínek v tšinou nejsou schopné odolávat teplotám nižším než je -20 až -30 C, a nelze je hluboce dehydratovat podobn jako nap íklad semena. Proto je u v tšiny z nich vyvinuta strategie tolerance extracelulárního vymrzání vody, po exogenní nukleaci ledu p i pomalém snižování teploty ádov stupn za hodinu. Konven ní metody kryoprezervace jsou založené na pomalém mrznutí rostlinných vzork, které se blíží rychlostem mrznutí v p irozených podmínkách. Napodobení této strategie pro uchování vzrostných vrchol z vegetativn množených rostlin není ve v tšin p ípad úsp šná. Proto se pro tyto druhy rostlin hledala nová metoda kryoprezervace a s úsp chem byla odzkoušena metoda vitrifika ní /p ehledn 4/. Velkým problémem bránící vitrifikaci je vysoký obsah vody u vzrostných vrchol, který zp sobuje letální poškození. Vzhledem k jejich relativn vysokému obsahu vody nutnému pro zachování životnosti je nutné je uchovávat p i ultranízkých teplotách. Dá se shrnout, že ím více vody mají vegetativní ásti rostlin, tím je nutné je uchovávat p i nižší teplot. Na proces zamrazení do ultranízkých teplot je možné rostliny p ipravit a to jejich ovlivn ním nízkou teplotou (možné nap íklad u esneku, ovocných d evin, jahodníku), která vede k aktivaci proces jejichž výsledkem je zvýšená odolnost k nízkým teplotám. Nebo se rostliny p edem kultivují na médiu s osmotikem, nap. sacharózou, která proniká do pletiv a snižuje jejich obsah vody, dále snižuje osmotický potenciál a p i odtávání je využívána jako látka pro získání energie. Nedojde-li k vitrifikaci, vzrostné vrcholy nebo jejich ásti obsahující velké množství vody se v nízkých a ultranízkých teplotách m ní v led, který trhá bu ky a vede k nevratnému poškození. Rostliny se z tohoto d vodu p ed kryoprezervací dehydratují. Pro rostlinné druhy a kultivary, které nesnesou hlubokou dehydrataci, se používají kryoprotektivní látky. Kryoprotektivní látky (nap íklad sacharóza, glycerol, etylén glykol) 148

149 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin jsou v tšinou látky, které ovliv ují tvorbu ledových krystal, množství mrznoucí vody nebo napomáhají k vitrifikaci vnitrobun né hmoty tvorb biologického skla. Z hlediska tvorby ledových krystal a jejich velikosti je d ležitá rychlost chlazení rostlinných vzork p i teplotách pod 0 C. P i pomalé rychlosti chlazení voda putuje do extracelulárního prostoru, kde se formují ledové krystalky, které nejsou pro bu ky škodlivé. P i ultrarychlém chlazení dochází v zamrazovaném materiálu k p echodu vody do pevného skupenství tvorbou amorfní sklovité hmoty, ímž je omezen škodlivý efekt intracelulárních krystal ledu. Vitrifikace a hodnocení fázových p echod v pr b hu kryoprezervace m že být kontrolováno pomocí diferen ní skenovací kalorimetrie, což je citlivá metoda pro ur ení p echod do skelného stavu. METODY Pomocí diferen ního skenujícího kalorimetru (DSC) lze stanovit fázové p echody vody v rostlinách p i nízkých a ultranízkých teplotách /8,9/. Na základ diferen ní termické analýzy lze odlišit teplotu skelného p echodu a teploty ledové nukleace. Zm nou experimentálních podmínek lze u rostlin ur it teplotní podmínky a úrove hydratace, p i kterých dochází k tvorb skelných stav /10/. Tvorba skla na základ termodynamických vlastností vody a roztok v rostlinách je významným stavem pro dlouhodobé uchovávání rostlin /11,12/. Nam ené hodnoty skelných p echod mohou pomoci definovat jednotlivé kroky kryoprezerva ních protokol založených na p irozen vyvolaném skelném stavu dehydratací nebo kryoprotektivními látkami /13/. Skelný stav biologických objekt, p i kterém probíhá pomalá difúze a tím jsou pomalé i biochemické a genetické zm ny, je významný pro dlouhodobé uchovávání genofondu vegetativn množených rostlin v ultranízkých teplotách. Výjimku z vý tu rostlin, u kterých se v tšinou nepoužívá vitrifika ní metoda tvo í d eviny, respektive jejich ásti odebrané z p irozených podmínek. D eviny mají životn d ležité orgány, pupeny asto i n kolik metr nad zemí, mají strategii vyhnout se letálnímu poškození p i nízké teplot podchlazením i extraorgánovým vymrzáním vody /5,6/. Jejich orgány mohou p e kat nep íznivé podmínky zimy v podchlazeném stavu bez tvorby ledových krystal nebo s extraorgánov vymrzlou vodou. K tomu jsou dob e adaptovány. Vosková vrstva kryje šupiny pupen a existují bariéry k ší ení ledu uvnit pupenu a další adaptace /7/. P i kryoprezervaci se s výhodou využívají vyjmenované vlastnosti a v tšinou se používá tzv. dvoustup ový kryoprotokol. P i prvním stupni, p i pomalém mrznutí pupen d evin dochází k exracelulárnímu i extraorgánovému vymrzání vody a tím ke koncentraci látek v cytoplazm, ehož následkem není tvorba ledových krystal v intracelulárním prostoru. Druhý stupe kroyprezervace je pak velmi rychlé zmrazení pono ením pupen d evin do ultranízké teploty, zpravidla do tekutého dusíku. ZÁV R P i rutinní kryoprezervaci se s výhodou používá m ení skelných p echod jako nástroj pro kontrolu stavu zamrazených biologických objekt v kryobance vegetativn množených rostlin. O ekává se, že se rostliny budou skladovat ve vitrifikovaném stavu v kryobance po desítky let. Doba skladování rostlin v tekutém dusíku ve vitrifikovaném stavu nemá významný vliv na ztrátu regenera ní schopnosti kryoprezervovaných rostlin. 149

150 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA /1/ Taylor MJ, Song YC, Brockbank KGM (2004) Vitrification in tissue preservation: New Developments. In: Fuller B, Lane N, Benson EE (eds) Life in The Frozen State, CRC Press, London, UK, New York, USA, pp /2/ Fuller BJ (2004) Cryoprotectants: the essential antifreezes to protect life in the frozen state. CryoLetters 25: /3/ Koster KL (1991) Glass formation and desiccation tolerance in seeds. Plant Physiol 96: /4/ Sakai A (2004) Plant cryopreservation. In: Fuller B, Lane N, Benson EE (eds) Life in The Frozen State, CRC Press, London, New York, pp /5/ Ishikawa M, Sakai A (1982) Characteristics of freezing avoidance in comparison with freezing avoidance: a demonstration of extra-organ freezing. In PH Li, A Sakai, eds, Plant Cold Hardiness and Freezing Stress, Vol 2. Academic Press, London, pp /6/ Ishikawa M., Price W S, Ide H, Arata Y (1997) Visualization of Freezing Behaviors in Leaf and Flower Buds of Full-Moon Maple by Nuclear Magnetic Resonance Microscopy. Plant Physiol. 115: /7/ Chalker-Scott L Disruption of an ice-nucleation barrier in cold hardy Azalea buds by sublethal heat stress. Annals of Botany 70: /8/ Benson EE, Johnston J, Muthusamy J, Harding K (2005) Physical And Engineering Perspectives of In vitro Plant Cryopreservation In: (eds) S, Dutta Gupta, Y Ibaraki Plant Tissue Culture Engineering. Springer, Netherlands, pp /9/ Vertucci CW, Berjak P, Pammenter NW, Crane J (1991) Cryopreservation of embryonic axes of an homoeohydrous (recalcitrant) seed in relation to calorimetric properties of water tissue. CryoLetters 12: / Buitink J, Leprince O (2004) Glass formation in plant anhydrobiotes: survival in the dry state. Cryobiology 48: /11/ Benson EE (2004) Cryoconserving algal and plant diversity: historical perspectives and future challenges In: Fuller B, Lane N, Benson EE (eds) Life in The Frozen State. CRC Press, London, UK, pp /12/ Sakai A (2004) Plant cryopreservation. In: Fuller B, Lane N, Benson EE (eds) Life in The Frozen State, CRC Press, London, New York, pp /13/ Volk GM, Walters C (2006) Plant vitrification solution 2 lowers water content and alters freezing behaviour in shoot tips during cryoprotection. Cryobiology 52:48-61 Vitrification basic state for survival of plants stored at ultra-low temperatures Summary The aim of the overview is shortly introduce the advantage and disadvantage of vitrification method for cryopreservation of vegetatively propagated plants. The differential scanning calorimetry (DSC) is suitable method for measurement and interpretation of phase transitions of water in plants. The DSC is used for direct measurement of glass transition and for ice nucleation temperature determination by a thermal analysis. The temperature conditions and the level of hydration, at which formation of glassy state started, were compared between plants from natural condition (e.g. tree buds) and other highly hydrated vegetative propagated plants. Measured values of glass transition help define conditions for cryoprotocol founded on naturally developed vitrification state by dehydration alternatively by mixture of cryoprotective solutions. Glassy state of biological objects is important for long-term storage of genetic resources of vegetative propagated plants in ultra-low temperatures. Pod kování: Tato práce byla podpo ena projektem MŠMT OC

151 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VYUŽITÍ METABOLOMIKY PRO STUDIM ABIOTICKÝCH STRES ROSTLIN Petr Maršík a Tomáš Van k Laborato rostlinných biotechnologií, spole né pracovišt UEB AV R v.v.i. a VURV v.v.i., Rozvojová 263, Praha 6 mail:marsik@ueb.cas.cz Fytoremediace úzce souvisí s výzkumem metabolismu p i reakci rostlinného organismu na xenobiotikum. Metabolomika, jakožto komplexní p ístup k analýze metabolit v biologickém materiálu a následné vyhodnocení kvalitativních a kvantitativních rozdíl mezi jednotlivými soubory dat, je pom rn nový p ístup, který lze na tuto problematiku aplikovat. Metabolomická data je možné využít pro konstrukci po íta ových model metabolismu, které dokážou shrnout zdánliv nesourodá data a prost ednictvím nalezení vztah mezi jednotlivými objekty v datovém souboru mohou prokázat jejich souvislost. Modelování tak asto odhaluje prázdná místa ve znalostech, které je nutno doplnit pro plné objasn ní pozorovaných fenomén. Jedním metabolomických p ístup je i metabolický fingerprinting metoda sloužící k rychlému monitorování možných rozdíl mezi vzorky. Je založená na porovnání co nejv tšího spektra metabolických dat analyzovaných vzork bez jejich další identifikace. Jedním z významných kontaminant životního prost edí jsou i explosiva, z nichž k nejvýznamn jším pat í trinitrotoluen (TNT). Vyzna uje se akutní i chronickou toxicitou, v lidském organizmu zp sobuje poruchy krvetvorby a je p í inou methemoglobinemie, p sobí na CNS, poškozuje játra a dráždí pokožku. Jako xenobiotikum p ítomné v p d a vod je p ijímán a metabolizován rostlinami, jejichž potenciál deponovat a rozkládat organické polutanty je v sou asné dob intenzivn studován. Cílem p edkládané práce je rychlá detekce metabolických zm n v rostlinných organismech prost ednictvím metabolického fingerprintingu. Jako modelový organismus byly použity in vitro kultivované rostliny Arabidopsis thaliana. K rostlinám kultivovaným na prámcích v tekutém MS médiu bylo p idáno TNT v koncentraci 5 ug/ml média. Po 8 dnech byly rostliny sklizeny a extrahovány vodou a chloroformem (1:1). Vodná i lipofilní fáze byly odd leny a analyzovány pomocí metody p ímého vstupu na hmotnostním spektrometru (LCQ Advantage MAX). Komplexní spektra byla zpracována a filtrována pomocí aplikací vytvo ených ve Visual Basicu a finální 151

152 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin statistická analýza byla provedena prost ednictvím vícerozm rných statistických metod klastrové analýzy, analýzy hlavních komponent (PCA) a faktorové analýzy. Výsledky PCA jsou uvedeny na obr. 1. Jak je patrno z obr. 1, v nepolární frakci je možné hovo it o metabolické separaci skupin stresovaných a kontrolních rostlin. Je tedy z ejmé, že dochází k pom rn robustním metabolickým zm nám p inejmenším co se tý e látek mén rozpustných ve vod. V p ípad polárních extrakt byl již rozdíl mén patrný. Obr. 1.: PCA score plot nepolární frakce (chloroform) extrahovaných rostlin A. thaliana - kontrola versus rostliny vystavené TNT Factor 2: 12.08% TNT TNT TNT TNT TNT TNT TNT control control TNT control control control control control control TNT Factor 1: 13.58% Pod kování: Práce byla podpo ena projekty NPVII 2B06187 a GAAV KJB

153 ODBORNÉ ČLÁNKY A OBSAHY PLAKÁTOVÝCH SDĚLENÍ

154 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MESOPHYLL CONDUCTANCE TO CO 2 TRANSPORT ESTIMATED BY TWO INDEPENDENT METHODS: EFFECT OF AMBIENT CO 2 CONCENTRATION AND ABSCISIC ACID D.Vrábl 1*, M. Vašková 1, M. Hronková 1,2, J. Flexas 3, J. Šantrůček 1,2 1 The University of South Bohemia, Faculty of Science, Department of Plant Physiology, Branišovská 31, České Budějovice, CZ , Czech Republic 2 Institute of Plant Molecular Biology, Biology Center of the Academy of Sciences of the Czech Republic, Branišovská 31, České Budějovice, CZ , Czech Republic 3 Group de Recerca en Biologia de les Plantes en Condicions Mediterranies, Departament de Biologia, Universitat de les Illes Balears. Carretera de Valldemossa Km 7.5, Palma de Mallorca, Balears Abstract Present biochemical models of photosynthesis assume infinite and invariable mesophyll conductance to CO 2 (g m ). Recent research has shown that this is often not the case. Especially in perennial plants is g m sufficiently small to reduce concentration of CO 2 at the sites of carboxylation thus significantly limits rate of photosynthesis. Mesophyll conductance (g m ) and stomatal conductance (g s ) are two crucial components of the diffusive limitation of photosynthesis. Variation of g m in response to CO 2 concentration was evaluated by using two independent methods based on measurements of variable electron transport rate (J) and instantaneous carbon isotope discrimination, respectively. Both methods of g m estimation showed a very similar shape of the g m /C i relationship, with an initial increase at low sub-stomatal CO 2 concentrations (C i ), a peak at μmol mol -1 C i and a subsequent decrease at higher C i. A very good correlation was observed between values of g m estimated from the two methods, except when C i < 200 μmol mol -1, these values did not satisfy the Harely s criterion of reliability. Plants were also treated with abscisic acid (ABA), which induced only one clear effect, a reduction in g s. Differences in the rate of photosynthesis, electron transport rate and mesophyll conductance between control and ABAtreated plants at given C i were non-significant. When the relationship between g s and g m at given C i was analysed no direct link between g s and g m was found. 152

155 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STUDIUM VLIVU KADMIA NA ZMĚNY HLADINY VYBRANÝCH ENZYMŮ U RANÝCH SOMATICKÝCH EMBRYÍCH SMRKU ZTEPILÉHO Jiří Baloun 1, Olga Kryštofová 1,2, Dalibor Húska 1, Vojtěch Adam 1,3, Josef Zehnálek 1, René Kizek 1 1 Ústav chemie a biochemie, 2 Ústav biologie rostlin a 3 Ústav výživy zvířat a pícninářství, Agronomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, Brno, Česká republika; kizek@sci.muni.cz Souhrn Těžké kovy patří mezi obecné inhibitory enzymové aktivity. V naší práci jsme se zaměřili na sledování aktivity vybraných enzymů (ureáza, L-alanin(2-oxoglutarát) amintransferáza (ALT) a L-aspartát(2-oxoglutarát) aminotransferáza (AST)) u raných somatických embryí smrku ztepilého (RSE), které byly vystaveny různým koncentracím kademnatých iontů (0, 50, 100, 250 a 500 µm). Ze získaných výsledků vyplývá, že nejvíce inhibující koncentrace těžkého kovu byla 100 µm. Při vyšších koncentracích se aktivita pozorovaných enzymů zvyšovala, což pravděpodobně souvisí s aktivací metabolických drah v důsledku syntézy obranných sloučenin. ÚVOD Metabolismus rostlin je ovlivňován působením různých sloučenin. Efekt působení různých sloučenin se projevuje po morfologické a fyziologické stránce. Primární důsledek těchto projevů má původ v změnách na molekulární úrovni. Zvláštní postavení mají bílkoviny s katalytickou aktivitou (enzymy). Jedním z velmi zajímavých rostlinných enzymů je ureáza. V roce 1926 byl izolován enzym z Cannavalia enzyformis (Fabacae) štěpící močovinu na amoniak a oxid uhličitý /4/. Později se podařilo prokázat, že enzym ureáza (EC , močovina amidohydroláza) je obecně rozšířeným enzymem u rostlin, a je také přítomna u řady eukaryotických mikroorganismů a baktérií /2; 7; 8/. U vyšších živočichů nebyla dosud přítomnost ureázy prokázána. Nejvyšší aktivita ureázy byla pozorována v zárodečných rostlinných pletivech a to především v semenech řady druhů z rodu Fabaceae a Curcubitaceae /1; 5; 9/. Dalšími zajímavými rostlinnými enzymy jsou L-alanin(2-oxoglutarát) amintransferáza (ALT) a L-aspartát(2-oxoglutarát) aminotransferáza (AST), které katalyzují přenos aminoskupin aminokyselin na 2-oxokysliny (Obr. 1). aspartát + 2-ketoglutarát AST glutamát + pyruvát Obrázek 1: Reakce mezi aspartátem a ketoglutarátem katalyzovaná enzymem AST Chceme-li v budoucnu zvýšit hyperakumulační účinnost rostlin při dekontaminaci půd znečistěných těžkými kovy, musíme nejdříve důkladně poznat veškeré biochemické děje s tím spjaté. Jako vhodným modelovým organizmem se ukazují být raná somatická embrya smrku ztepilého (RSE). Na nich lze velmi snadno sledovat veškeré biochemické pochody, které se odehrávají v rostlinných buňkách, jsou-li vystaveny iontům kadmia. Kromě toho se v současnosti pro využití ve fytoremediačních technologiích uvažuje také o využití některých odrůd smrku jako o potencionálních hyperakumulátorech těžkých kovů /3/. U RSE jsme se 153

156 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zaměřili na detekci vybraných metabolických markerů, kterými byly aspartátaminotransferáza (AST), alaninaminotransferáza (ALT) a ureáza. MATERIÁL A METODY Kultivační médium Somatická embrya smrku ztepilého byla dlouhodobě kultivována na kultivačním médiu LP/2, které je modifikováno 9 μm kyselinou 2,4-dichlorfenoxyoctovou a 4,4 μm benzylaminopurinem. Při jeho přípravě byly anorganické i organické složky rozpuštěny v deionizované vodě a ph bylo upraveno na hodnotu 5,7 5,8 pomocí KOH/HCl (ph metr Schott CG 842). Následně byla anorganická část média sterilizována při teplotě 121 C a tlaku 100 kpa po dobu 30 minut (Tuttnauer 3870 EA); organická část byla sterilizována membránovou filtrací (Whatman Puradisc 25 AS 0,2 µm) a přidána do chladnoucího anorganického média. Do tohoto základního média byly přidány ionty kadmia ve formě dusičnanu kademnatého. Výsledné koncentrace byly 0, 50, 100, 250 a 500 μm. Odběr a příprava vzorků RSE pro spektrofotometrické analýzy Z Erlenmayerovy baňky bylo pomocí pinzety odebráno přibližně 30 mg embryí. Embrya byla nejprve omyta v 0.2 M roztoku ethylendiamintetraoctové kyseliny (EDTA) a následně v deionizované vodě, osušena v buničině, vložena do mikrozkumavky a zvážena. Do mikrozkumavek s RSE bylo přidáno µl 66 mm fosfátového pufru o ph 7 a embrya byla homogenizována za stálého chlazení ledem pomocí tyčového homogenizátoru (Turex) po dobu dvou minut. Po ukončení homogenizace byla mikrozkumavka s homogenizátem centrifugována při rpm a 4 C. Nakonec byl odebrán supernatant, který se uchovával v mrazničce při -20 C. Vzorky RSE byly odebírány pro analýzu ve sterilních podmínkách. Automatický analyzátor BS 200 Spektrometrické analýzy byly prováděny pomocí automatického biochemického analyzátoru BS-200 (Mindray, Čína). Reagencie a vzorky byly umístěny v reakčním disku, který byl chlazen na 4 C. Odtud byly roztoky pipetovány do plastových kyvet umístěných v kyvetovém prostoru vyhřívaném na 37 C, kde probíhala inkubace. Kyvety se vzorkem byly po přidání dalších reagencí pečlivě promíchány. V následujících odstavcích je popsáno nastavení automatického biochemického analyzátoru pro stanovení vybraných markerů. Stanovení ureázy Ureáza byla stanovena dle autorů Witte a Medina-Escobar /6/ z chemikálií dodaných firmou Sigma-Aldrich o čistotě ACS. Nastavení automatického biochemického analyzátoru: k 10 µl vzorku bylo přidáno 448 µl chlornanového roztoku a 42 µl fenolového roztoku. Vše bylo promícháno a inkubováno 15 min při 37 C. Po uplynutí 15 min byla změřena absorbance při vlnové délce 630 nm. Stanovení ALT a AST Nejdříve se manuálně při laboratorní teplotě do mikrozkumavky pipetovalo 250 µl na 37 C předehřátého substrátu (0,1 M L-alaninu (aspartátu), 2 mm 2-oxoglutarátu v 0,1 M fosfátovém pufru o ph 7,4) a k němu se přidalo 50 µl vzorku. Vzniklá směs se nechala inkubovat při 37 C 60 minut. Po uplynutí této doby se ke směsi přidalo 250 µl 2,4- dinitrofenylhydrazinu v 1 M HCl. Vše se pečlivě promíchalo a byla změřena absorbance. Nastavení automatického biochemického analyzátoru: 30 µl vzorku bylo napipetováno do kyvety a inkubováno po dobu 20 min při 37 C. Poté bylo přidáno 180 µl 0,4 M NaOH a po 10 minutách byla měřena absorbance při vlnové délce 510 nm. 154

157 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUZE Kadmium patří mezi toxické kovy, které se běžně využívají v průmyslu (např. ve stavebnictví či elektrotechnickém průmyslu). Cílem naší práce bylo pozorovat, jaký vliv mají kademnaté ionty na aktivitu vybraných enzymů v raných somatických embryích smrku ztepilého. Prvním sledovaným enzymem byl ALT. Z obrázku 1 vyplývá, že 50 a 100 µm koncentrace kadmia mají inhibiční vliv na aktivitu ALT. Tento pokles si vysvětlujeme tím, že přítomná koncentrace iontů, absorbovaná rostlinami, není dostačující pro aktivaci drah vedoucích k syntéze sloučenin spojených se specifickými obrannými mechanismy rostlin. Naproti tomu zbývající koncentrace, tj. 250 a 500 µm, mají výrazný vliv na nárůst celkového množství ALT přes inhibiční účinky kadmia. Dané koncentrace iontů jsou pravděpodobně natolik vysoké, že je aktivována obrana embryí proti působení těžkého kovu. Z toho důvodu zvyšují svůj metabolizmus, tedy i produkci ALT Koncentrace (µkat/l) Koncentrace (µkat/l) Koncentrace kademnatých iontů (µm) Koncentrace kademnatých iontů (µm) Obrázek 1: Celkové množství ALT Obrázek 2: Celkové množství AST Druhým sledovaným enzymem byl AST. Na obrázku 2 můžeme pozorovat podobný průběh aktivity jako u ALT. 50 a 100 µm koncentrace kademnatých iontů měly výraznější inhibiční účinek na produkci tohoto enzymu ve srovnání s ostatními koncentracemi. Tento pokles lze vysvětlit podobně jako pokles ALT nedostatečnou koncentrací iontů pro spuštění specifických obranných mechanizmů spojených s nárůstem celkové metabolické aktivity. Při vyšších koncentracích se již RSE začínají bránit zvýšenou tvorbou obranných sloučenin, což úzce souvisí s vyšší metabolickou aktivitou Množství N (mg) Koncentrace kademnatých iontů (µm) Obrázek 3: Celkové množství ureasy Třetím sledovaným enzymem byla ureasa. Její výslednou aktivitu můžeme vidět v obrázku č. 3. Na tomto grafu můžeme pozorovat, že koncentrace 50 a 100 µm neměly významně odlišné hodnoty od kontroly. To opět potvrzuje hypotézu, že nižší koncentrace nemají natolik toxický vliv na embrya, aby byly aktivovány jejich obranné mechanizmy. Naproti tomu vyšší 155

158 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin koncentrace kademnatých iontů, tj. 250 a 500 µm, způsobují zvýšenou tvorbu nejen obranných sloučenin, ale i zvýšením celkového metabolizmu. LITERATURA /1/ de Melo, W.J., Aguiar, P.D., de Melo, G.M.P., de Melo, V.P.: Nickel in a tropical soil treated with sewage sludge and cropped with maize in a long-term field study. Soil Biol. Biochem. 39, 2007: /2/ Mobley, M.L., Hausinger, R.P.: Microbial ureases: significance, regulation and molecular characterization. Microbiol. Rev. 53, 1989: /3/ Petrek, J., Vitecek, J., Vlasinova, H., Kizek, R., Kramer, K.J., Adam, V., Klejdus, B., Havel, L.: Application of computer imaging, stripping voltammetry and mass spectrometry for study of the effect of lead (Pb-EDTA) on growth and viability of early somatic embryos of Norway spruce (Picea abies /L./ Karst.). Anal. Bioanal. Chem. 383, 2005: /4/ Sumner, J.B.: The isolation and crystallization of the enzyme urease. J. Biol. Chem. 69, 1926: /5/ Varel, V.H., Wells, J.E., Miller, D.N.: Combination of a urease inhibitor and a plant essential oil to control coliform bacteria, odour production and ammonia loss from cattle waste. J. Appl. Microbiol. 102, 2007: /6/ Witte, C.P., Medina-Escobar, N.: In-gel detection of urease with nitroblue tetrazolium and quantification of the enzyme from different crop plants using the indophenol reaction. Anal. Biochem. 290, 2001: /7/ Witte, C.P., Rosso, M.G., Romeis, T.: Identification of three urease accessory proteins that are required for urease activation in Arabidopsis. Plant Physiol. 139, 2005: /8/ Witte, C.P., Tiller, S., Isidore, E., Davies, H.V., Taylor, M.A.: Analysis of two alleles of the urease gene from potato: polymorphisms, expression, and extensive alternative splicing of the corresponding mrna. J. Exp. Bot. 56, 2005: /9/ Yang, Z.X., Liu, S.Q., Zheng, D.W., Feng, S.D.: Effects of cadium, zinc and lead on soil enzyme activities. J. Environ. Sci. 18, 2006: Investigation of Cadmium(II) Influence on Changes of Level of Certain Enzymes in Early Somatic Embryos of Norway Spruce Summary Heavy metals belong to inhibitors of enzyme activity. In this study we focused on determination of the enzymes activity (urease, Alanine Aminotransferase (ALT) and Aspartate Aminotransferase (AST)) in early somatic embryos of Norway spruce treated with various concentrations of cadmium(ii) ions (0, 50, 100, 250 and 500 µm). It clearly follows from the results obtained that 100 µm of cadmium(ii) ions had the strongest inhibition effect on all enzymes of interest. Under higher concentration of the metal the activity of the enzymes enhanced, which probably relates with triggering of protective compounds synthesis. Poděkování Autoři děkují Grantové agentuře České republiky GAČR 522/07/0692 za finanční podporu. 156

159 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin PROMĚNLIVOST A ČAS ANEB FENOLOGICKÉ ZÁZNAMY POD DROBNOHLEDEM Pavel Bulíř 1 1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zahradnická fakulta v Lednici, Ústav biotechniky zeleně, Valtická 337, Lednice, tel.: , xbulir@node.mendelu.cz SOUHRN Za účelem detailního studia každoroční proměnlivosti dřevin používaných v zahradní a krajinářské tvorbě byl v roce 2001 založen pokus, který dále probíhal v letech 2002, 2005 a 2006, a to na třech vzájemně oddělených lokalitách v Lednici, Brně a Průhonicích. Jako vhodného monitorujícího nástroje bylo využito fenologických metod a záznamů. Vedle dalších cílů byla v rámci uvedeného pokusu sledována závislost rostlinných biorytmů na chodu, respektive rozvrstvení klimatických prvků a intenzitě jejich působení (míra stresů a limitů). Dílčí fenofáze pak byly srovnány s konkrétními záznamy. Vyhodnocovala se také doba trvání příslušných jevů. Analyzovány byly též dílčí sledovaná období a jednotlivé lokality. Závěrem byla získaná data srovnána s dlouhodobými změnami a tendencemi, a vyhodnoceny možné pěstitelské důsledky. Klíčová slova: proměnlivost, dřeviny, fenologie, monitoring, klima, tendence ÚVOD Proměnlivost živých organismů v prostoru a čase podněcuje zájem člověka snad od nepaměti. Sledování přírodních dějů a pochodů ve vztahu k projevům fytobioty a zoobioty bylo v dávné minulosti ponejprve spojeno se zajištěním prosté obživy. Studium proměnlivosti, ať již rostlin nebo živočichů je dodnes aktuálním tématem s dosud ne zcela využitým potenciálem pro řadu oblastí lidského života. Tento příspěvek je jen výsečí z řady dalších námětů sledujících zejména kvalitativní aspekty. Klade si za cíl představit způsob dokumentování každoroční proměnlivosti (přirozených biorytmů) v čase a dále způsob jejího možného studia a zaznamenávání na příkladu rostlin, respektive dřevin používaných v zahradní a krajinářské tvorbě. Cílem je prezentovat i parciální praktické výstupy a postřehy, případně postihnout dílčí změny a trendy a s nimi související činitele, které mohou zasáhnout do průběhu a nástupu základních životních projevů rostlin. Pečlivé studium, ale i monitoring kvalitativních estetických i ekologických parametrů vybraných rostlin v určitém čase napomůže zajisté ozřejmit řadu neznámých, a to jak v oblasti použití uvedené skupiny rostlin, tak i v oblasti jejich ekologických nároků a požadavků. Dílčími otázkami naznačenými výše se zabývali například práce VÚOZ Průhonice (Kavka (1974), Businský (1987), ale i další (Kramer (1996). Dlouhodobé studium proměnlivosti navíc umožňuje a podává zajímavé svědectví ve vztahu k dynamickému vývoji klimatu, jeho možné změně, či k vývojovým trendům. I tato problematika byla, a i v současnosti je předmětem řady zejména ekologických a klimatologických vědeckých prací a studií, ať již v rovině obecné, tak praktické srovnávací. Pouze minimum dostupné literatury (Machovec, 2003) se alespoň dílčím způsobem dotýká uvedené problematiky ve vztahu k zahradní a krajinářské tvorbě. MATERIÁL A METODY Pro zaznamenávání každoroční míry proměnlivosti a zpřesnění existující škály publikovaných dat bylo využito vědní disciplíny fenologie, respektive přímo jejich nástrojů a metod. Fenologie je přitom definována jako věda, která zkoumá časový průběh periodicky se opakujících a pouhým okem dobře rozpoznatelných vývojových fází (fenofází, projevů) bioty ve vazbě na časově proměnlivé povětrnostní a půdní podmínky (Akunda, Huxley (1990). Pokus monitorující významné životní pochody rostlin (každoroční proměnlivost) a jejich případné změny probíhal ve dvou dílčích etapách v letech 2001 a 2002 (lokality: 157

160 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zámecký park Lednice a Botanická zahrada a arboretum MZLU v Brně) a následně v letech 2005 a 2006 (na již uvedených lokalitách a Dendrologické zahradě v Průhonicích). Sledováno bylo široké spektrum okrasných dřevin (převážně keřů) a bylin, z nichž byl demonstračně pro účely detailního srovnání a vyhodnocení a vzhledem k možnostem tohoto příspěvku vybrán pouze jeden běžně rozšířený taxon, totiž líska obecná (Corylus avellana). Všeobecně zaužívaná a závazná metodika vydaná a aplikovaná Českým hydrometeorologickým ústavem (Kolektiv (1987), Coufal, Houška et al. (2004)) byla následně modifikována pro potřeby zahradní a krajinářské architektury (Bulíř, 2004). V rámci založeného pokusu zaměřeného na studium každoroční proměnlivosti rostlin se podrobně mapují biologické rytmy, které se týkají vývoje listu, květu a plodu (označeny příslušnými kódy). Autorem příspěvku jsou definovány fenofáze: Vývoj listu: 1. Rašení, 2. Začátek olisťování, 3. Olisťování, 4. Konec olisťování, 5. Plné olistění, 6. Začátek probarvování, 7. Probarvování, 8. Plné probarvení, 9. Opadávání listů, 10. Opad listů. Vývoj květu: 1. Butonizace, 2. Začátek kvetení, 3. Nakvétání, 4. Plné kvetení, 5. Odkvétání, 6. Odkvět. Vývoj plodu: 1. Začátek fruktifikace, 2. Začátek vybarvování, 3. Vybarvování, 4. Zralost, 5. Opadávání plodů, 6. Opad plodů. Uvedené základní členění fenofází doplňuje rozšířená klasifikace fenofází, syntetizující základní výše citované fáze, opět aplikované na: Vývoj listu: A. První pozorovaný začátek doby rašení, B. Poslední pozorovaný začátek doby rašení, C. Hlavní doba olisťování, D. Celková doba olisťování, E. Doba plného olistění, F. První pozorovaný začátek probarvování, G. Poslední pozorovaný začátek probarvování, H. Hlavní doba probarvení, I. Celková doba probarvení. Vývoj květu: A. První pozorovaný začátek kvetení, B. Poslední pozorovaný začátek kvetení, C. Hlavní doba kvetení, D. Celková doba kvetení. Vývoj plodu: A. První pozorovaný začátek vybarvování, B. Poslední pozorovaný začátek vybarvování, C. Hlavní doba zralosti (vybarvení), D. Celková doba vybarvení. Vlastní praktické sledování se dále řídilo níže uvedenými zásadami: - monitorování probíhá na třech nezávislých, byť v mnohém podobných lokalitách (zámecký park Lednice, Botanická zahrada MZLU v Brně, Dendrologická zahrada Průhonice), - na dané lokalitě se sleduje soubor minimálně tří, ale zpravidla pěti jedinců téhož druhu, - pozorovány jsou pouze rostliny zdravé, fyziologicky plně vitální a vyvinuté, - pro monitorování jsou vybírány rostliny v průměrných ekologických podmínkách (stanovištních, topografických, mikroklimatických, expozičních) - interval sledování je pro účely tohoto pokusu týdenní, a to celoročně, - pokud je tempo sezónního vývinu v daném roce rychlejší, jsou příslušné fenofáze přeskočeny a nevyplňují se, případně s adekvátní poznámkou, - údaje o nástupu příslušných událostí se zaznamenávají formou zápisu kalendářního data do připraveného fenologického listu. Pro účely dalších výpočtů a statistického zpracování se uvedená data převádí na dny od počátku roku (např = 1, 31.1.= 31). Všechny uvedené výstupy jsou vyhodnoceny ve vztahu k průběhu klimatických prvků na daném místě, zejména průměrným denním a měsíčním teplotám a úhrnům srážek (Kolektiv (2008) a zasazeny do jasně definovaného rámce přírodních podmínek na příslušné lokalitě (Bulíř, 2004). Lokalita Lednice přitom leží v nadmořské výšce 176 m n. m. a má průměrnou roční teplotu 9,0 C a průměrné srážky 524 mm. Lokalita Brno je položena ve 250 m n. m. Průměr roční teploty zde činní 8,8 C a průměrný srážkový úhrn pak 564 mm. Konečně třetí lokalita Průhonice je situována v 285 m n. m. a charakterizována průměrnou roční teplotou 8,4 C a srážkovým úhrnem 537 mm. VÝSLEDKY A DISKUSE Obrovské množství dat získané při terénních pozorováních bylo přehledně a pro každý sledovaný druh identicky zaznamenáno do výsledných tabulek Fenologických listů (Tab. 1.) 158

161 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a dále pak podrobeno statistickému šetření, na jehož podkladě byl vytvořen souhrn z pohledu zahradní a krajinářské architektury nejzajímavějších hodnot a údajů mapujících proměnlivost taxonu (Tab. 2.). Tab. 1. Tab. 2. Z výše uvedených výstupů je zřejmé, že počátky a délka trvání fenologických fází se v jednotlivých letech značně liší. Spolu s geneticky fixovanými faktory zde hraje nezastupitelnou úlohu chod průměrných teplot a úhrnů srážek. Podstatnou roli hraje taktéž jejich rozvrstvení v čase. Z poněkud detailnějšího srovnání napříč jednotlivými pozorovacími roky a observačními oblastmi je zřejmé, že zvolené lokality jsou si ve fenologických výstupech vzájemně poměrně podobné, mnohdy i identické (zvláště Lednice a Brno). Odhadovaný rozdíl, reálně těžko postihnutelný při respektování zásad vymezených pro tento pokus činní zhruba jeden den. Jen nepatrné zpoždění ve vegetaci je zřetelné u poslední lokality (Průhonice), kde jsou již rozdíly patrné a doložitelné i za použití zvolené metodiky. Rozdíl zde v jarních a podzimních fenofázích dosahuje standardně dva až tři dny oproti předchozím dvěma lokalitám. Během plného a pozdního jara se hodnoty se zbývajícími 159

162 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin lokalitami sbližují. V průběhu letní periody není rozdíl mezi nimi zřetelný. S nástupem časného podzimu se diference znovu objevují, přičemž se směrem ke konci vegetačního období dále úměrně zvyšují. Uvedený, jinak těžko postihnutelný fakt je dán jednak týdenním intervalem pozorování, jednak podobností lokalit v dílčích klimatologických a stanovištních charakteristikách. Výrazněji se v tomto ohledu odlišuje pouze lokalita Průhonice (vyšší nadmořská výška, odlišný chod klimatu, kratší vegetační období, méně příznivé stanovištní poměry a řada dalších faktorů) což dobře koresponduje z výše popsaným jevem přenášeným skrze živé organismy do chodu jejich každoročních biorytmů a proměn. Srovnáme-li dílčí pozorovací období (léta 2001,2002,2005 a 2006) mezi sebou pak je zřejmé, že jsou si vzájemně podobné průběhy vegetační období v letech 2001 a 2002 a na druhé straně v letech 2005 a 2006, přestože podle teplotních průměrů jsou si podobnější mnohem teplejší roky 2002 a 2006 oproti letům 2001 a Uvedený fakt je jistě zajímavý a je snadno vysvětlitelný skrze dynamiku chodu klimatických prvků v průběhu daného kalendářního období. Ve srovnání s dlouhodobými průměry jsou pak všechny uvedené roky vysoce teplotně nadprůměrné. Srážkové charakteristiky jsou ve srovnání s dlouhodobými průměry v lokalitách Lednice a Brno také srážkově nadprůměrné, a to ve všech letech (zejména v roce 2002). Nedostatkem srážek proti dlouhodobému normálu se ve sledovaných obdobích vyznačovala pouze lokalita Průhonice. Míra vlivu úhrnů srážek a chodu teplot na změny rostlinných biorytmů je samostatně prakticky nepostihnutelná. Uvedené srovnání s dlouhodobými normály je podstatné ve smyslu zatřídění pořízených fenologických dat do delších časových řad. Zajímavé z pohledu dynamiky vývoje a proměnlivosti vegetace je snad ještě bližší srovnání chodu dílčích vegetačních období v jednotlivých observačních letech - zde uvedené na příkladu taxonu Corylus avellana. V tomto případě.je patrný prakticky shodný nástup jarních fází v letech 2001 a 2002 (21.3.), oproti zhruba týdennímu zpoždění v roce 2005 (30.3.) a dokonce čtrnáctidennímu v roce 2006 (5.4.). Podzimní fenofáze plného probarvení nastupovala povětšinou kolem a opad listů kolem s výjimkou roku 2002, kdy vrcholná fáze plného probarvení nastupovala zhruba o týden dříve a rovněž úplný opad listů nastal nejdříve ze všech sledovaných let, a to kolem Srovnáme-li projevy generativních fenofází, pak zjistíme, že nejdříve propuklo plné kvetení v roce 2002 (20.2.), o něco málo později v roce 2001 (23.2.), v roce 2005 dokonce o celý měsíc později (25.3.) a nejpozději v roce 2006 (30.3.). Konečně srovnáme-li fázi zralost mezi jednotlivými lety zjistíme, že její nástup je nejstabilnější, přestože i zde je patrný časnější projev v letech 2001 a 2002 (16.9.) oproti letům 2005 a 2006 ( zhruba pětidenní opoždění). Celkově nejdelší vegetační doba byla rostlinám k dispozici v roce 2001 a naopak nejkratší sezóna v roce Ze souhrnného vyjádření fenofází - rozšířené klasifikace (hlavní nebo celkové doby trvání proměnné) je dále patrné, že doba olisťování ať již hlavní nebo celková se přímo úměrně zkracuje (z 27, respektive 49 dnů v roce 2001 k 7, respektive 35 dnům v roce 2006) a kopíruje tak chod klimatu (teploty, zejména minimální) a přeneseně nástup adekvátních fenofází (rašení). Tedy čím později nastupují první fenofáze tím rychleji rostlina dosáhne plného olistění a naopak. U podzimních fenofází charakterizujících probarvování dřevin je ze srovnání s klimatickými údaji zřejmá závislost na dynamice střídání výrazně chladných a teplých dnů či nocí. Čím jsou extrémy větší, tím dříve dochází k plnému probarvení. Dlouhodobější poklesy teplot nebo náhlé a výrazné poklesy teplot pod bod mrazu výrazně zrychlují proces opadávání listů a zároveň nedovolují plnohodnotný průběh u fáze plné probarvení. Nápadná je rovněž závislost počátku kvetení (nástup fáze začátek kvetení, respektive plné kvetení) na délce setrvání dané rostliny v příslušné fenofázi. I zde platí, že čím dříve nastupují květní fáze v příslušném kalendářním roce, tím větší je pravděpodobnost, že v nich déle setrvají (stimul nižších, ale bezmrazých teplot). Naopak čím později uvedené fáze nastupují, tím rychlejší mají průběh. Nahlédneme-li do meteorologických dat zjistíme, že fenofáze opět kopírují vývoj teploty čím vyšší teplota v daném období tím rychlejší celkový 160

163 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin průběh rostlinných biorytmů. Uvedený příklad na druhu Corylus avellana tuto skutečnost plně vystihuje. Celková doba kvetení byla nejdelší v letech 2001 a 2002 (27 či 29 dní), kdy zároveň velmi brzy uvedené rostliny počínaly kvést (20.2.). V roce 2005 a ještě nápadněji v roce 2006 se nástup počátku kvetení oddálil na 25.3., respektive a celková doba kvetení se zkrátila na 23, respektive 15 dní. Tabulka č. 2 pak předkládá nejvýznamnější údaje charakterizující proměnlivost z pohledu potřeb zahradní a krajinářské architektury v souhrnné podobě a statistických výstupech pro dílčí lokality za všechna sledovaná období. Srovnáme- li zde představené údaje s dlouhodobými trendy pak můžeme sledovat, že vegetace se posouvá směrem k dřívějšímu začátku a samotné vegetační období se prodlužuje. Z poslední doby uvedenou tendenci naznačuje mimo jiné přímo na druhu Corylus avellana Bednářová a Merklová (2006) i když ve vyšší nadmořské výšce. Na dalších dřevinných druzích v ještě delších (čtyřicetiletých) řadách a navíc ve stanovištně velmi podobných lokalitách jsou výsledky plně přesvědčivé (Bauer, 2006). Ten uvádí, že za období se posunula obecně fáze rašení směrem k časnějším hodnotám o 7,1 dne, fáze plného olistění o 6,9 dne, fáze začátku kvetení o 8,8 dne a konečně fáze plného kvetení o 8,6 dne! Současně s tímto jevem, korespondovala tendence vývoje chodu a sum teplot, která za uvedené období vzrostla pouze v jarním období o 0,8ºC a v ročním průměru pak o celý 1 C! Tuto skutečnost potvrzují i závěry práce autorské dvojice Možný, Bareš (2006), kteří se zabývali trendy ve vývoji vegetačního období a dospěli, k následujícímu závěru. Na mezinárodní fenologické observatoři v Doksanech opět stanovištně blízké pozorovaným lokalitám (158 m n. m., průměrná roční teplota 8,5ºC, průměrné srážky 455 mm) se v období let posunul počátek vegetačního období o 28 dní (-5 dnů za 10 let) a konec tohoto období se naopak oddálil o celých 11 dní (+2 dny za 10 let). Trendy zjištěné uvedenými autory pro ČR navíc kopírují vývoj v celé Evropě. Možnými dopady na oborovou problematiku v zahradní a krajinářské tvorbě se ve své práci zabývá Machovec (2003). S jeho závěry (postupná změna sortimentů, principy jejich výběru, zúžení použitelného sortimentu v řadě oblastí) se lze plně ztotožnit. ZÁVĚR Zevšeobecníme-li výše uvedenou řadu informací pak je zřejmé, že termín nástupu jednotlivých fenofází je do značné míry závislý na klimatu a stanovištních podmínkách daného místa, a toto místo je uvedenými údaji výstižně ekologicky charakterizováno. Mezi fenologickými záznamy a průběhem klimatických prvků existují prokazatelné korelační vztahy (nástup, doba setrvání fenofáze). Rozpětí nástupu konkrétních fenofází v příslušných obdobích ovlivňuje rozvrstvení teplot a srážek, jejichž úloha je odděleně prakticky nevyhodnotitelná. Dynamiku proměnlivosti a změn v jarním období ponejvíce ovlivňuje chod minimálních teplot, případně teplotních sum, v letním období pak nejzřetelněji teplotní sumy a v podzimní sezóně, která je nejproměnlivější z pohledu nástupu jednotlivých biorytmů je to dynamika kolísání denních ale i nočních teplot. Z výsledků pozorování - nástupu jednotlivých událostí je patrná výrazná podobnost lokalit Lednice a Brno a mírné zhruba 2 3 denní zpoždění na lokalitě Průhonice. Nejdelší vegetační sezóna byla v roce 2001 a nejkratší v roce Ze srovnání statistických výstupů a materiálů mapujících dlouhodobější vývoj a trendy je zřejmý dopad postupné a dlouhodobé změny klimatu. Patrný je časnější nástup zejména jarních fenofází, často kratší doba jejich trvání a naopak prodlužování vegetačního období, a to v obou směrech. Tento trend (postupné prodlužování velkého vegetačního období) se může po překročení příslušné hranice stát pro úspěšné pěstování řady rostlinných druhů limitující. Může vyvolat snížení jejich adaptační schopnosti, ale i vitality. U cizokrajných dřevin a dřevin v nepůvodních stanovištích bude jistě hodně záležet na jejich ekologické valenci, jakož i na ekologické podobnosti původních areálů jejich rozšíření s těmi, ve kterých se vyskytují nebo pěstují dnes. 161

164 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERÁRNÍ PRAMENY AKUNDA, E. et HUXLEY, P. The application of Phenology to Agroforestry research. Nairobi: ICRAF, 1990, 49 s. BAUER, Z. Fenologické tendence složek jihomoravského lužního lesa na příkladu habrojilmové jaseniny (Ulmi-Fraxineta Carpini) za období Část I. Fenologie dřevin.meteorologické zprávy. Praha: ČHMÚ, roč.59, 2006, č.3, s issn: BEDNÁŘOVÁ, E., MERKLOVÁ, L. Zhodnocení fenologických fází keřového patra na okraji smrkového porostu v oblasti Drahanská vrchovina. In: Rožnovský, J., Litschmann, T., Vyskot, I. Fenologická odezva proměnlivosti podnebí. Seminář České bioklimatologické společnosti , Brno: ČHMÚ, 2006, ISBN BULÍŘ, P. Fenologie vybraných skupin dřevin. Lednice: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita - Zahradnická fakulta, 2004, Diplomová práce, 105 s. a přílohy. BUSINSKÝ, R. Vyhodnocení sadovnicky cenných vlastností vybraného sortimentu růží pro podmínky ČSR. Acta Pruhoniciana sv. 53. Průhonice: VŠÚOZ, 1987, s. COUFAL, L., HOUŠKA, V. et al. Fenologický atlas. Praha: Český hydrometeorologický ústav, 2004, 264 s. ISBN: KAVKA, B. Zhodnocení hlavních druhů křovin z hlediska jejich využití v zahradní a krajinářské architektuře. Acta Pruhoniciana sv. 29. Průhonice: VŠÚOZ, 1974, 229 s. KOLEKTIV. Návod pro činnost fenologických stanic Lesní rostliny. Praha: Český hydrometeorologický ústav, 1987, 111 s. KOLEKTIV. Klimatologická data za období let 2001,2002,2005 a 2006 v lokalitě Lednice, Brno a Praha Uhřiněves, Průhonice. Interní materiály. Praha, Brno: ČHMÚ, KRAMER, K. Phenology and growth of European trees in relation to climate change. Wageningen: Proefschrift Wageningen,1996, 210 s., ISBN: MACHOVEC, J. Důsledky globálních klimatických změn na sadovnickou tvorbu ve městech. In: Sídlo- Park Krajina I. - Mesto, zeleň, kvalita života. Zborník referátov z medzinárodnej konferencie a 7. Kolokvia kateder krajinarskej a záhradnej tvorby , Nitra: SPU, 2003, s , ISBN: MOŽNÝ, M., BAREŠ, D. Trendy vegetačního období. In: Rožnovský, J., Litschmann, T., Vyskot, I. Fenologická odezva proměnlivosti podnebí. Seminář České bioklimatologické společnosti , Brno: ČHMÚ, 2006, ISBN CHANGEABILITY IN TIME ALIAS PHENOLOGICAL RECORDS UNDER THE DETAIL VIEW SUMMARY For detail study of annual changeability of woody plants which are significant for use in the garden and landscape architecture was establish the attempt. The investigation work started in year 2001 and were carried out in the three different localities namely in the Lednice Park, in the Arboretum and the Botanical Garden of the Mendel University of Agriculture and Forestry in Brno and finally in the Dendrological Garden in Průhonice.The research went on in the course of the years 2002, 2005 and For practical monitoring were chosen phaenolgical methods of studies. Apart of the other goals another one was to observe the sensitivity of plant biorhythms to the seasonal behaviour of climatic elements, such as especially the temperature and the precipitation (as well as related stress factors and limitations). The obtained data were analyse and confront with the seasonal course of the climate. Similarly was compare the localities with each other and the separate experimental years. Finally, the amount of the obtained phenological information was compare with long times trends. Key words: changeability, woody plants, phenology, monitoring, climate, trend 162

165 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV HUSTOTY POROSTU A VÝŠKY SEČE NA KOŘENOVÝ SYSTÉM TRAV Miluše Svobodová, Jaromír Šantrůček Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra pícninářství a trávníkářství, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, , svobodova@af.czu.cz SOUHRN Nádobový pokus se směsmi jílku vytrvalého (výsevek 5, 10, 15 or 20 g.m -1 ) a lipnice luční (5 g.m -2 ) byl veden ve skleníku ČZU v Praze. Porosty byly desetkrát sečeny na výšku 80, 60 or 40 mm. Od 79. do 147 dne po výsevu byla ve čtyřech termínech hodnocena hmotnost sušiny kořenů obou druhů. Výsledky byly vyhodnoceny analýzou rozptylu a regresní analýzou v programu Statgraphics, verze XV. S vyšším výsevkem jílku vytrvalého klesal podíl kořenů lipnice luční (z 61% na 49%). Při nižších sečích (60 a 40 mm) byla hmotnost kořenů jílku průkazně nižší o 44-60% a hmotnost kořenů lipnice luční o 20 a 39% vyšší. Podíl kořenů lipnice na celkové fytomase kořenů byl při seči na 80, 60 a 40 mm v průměru 38%, 55% a 70%, v průběhu vývinu porostu se zvyšoval. Byla vypočtena regresní rovnice pro predikci podílu kořenů lipnice luční (y) v závislosti na pokusných faktorech a na čase: y (%) = 62,818-0,874333*výsevek jílku (g.m -2 ) - 0,792031*výška seče (mm) + 0,468179*dnů po výsevu, kde R 2 = 78,8% (P-Value = 0,0000). Key words: Lolium perenne, Poa pratensis, seed mixtures, mowing height, roots ÚVOD Jílek vytrvalý a lipnice luční jsou nejdůležitější travní druhy pro zakládání různých druhů trávníků, především mechanicky zatěžovaných. První z nich je trsnatá, rychle klíčí a po zasetí se velmi rychle vyvíjí. Naproti tomu výběžkatá lipnice luční klíčí a vyvíjí se výrazně pomaleji zvláště při použití vysokých výsevků nad 200 kg.ha -1, které jsou v trávníkářství běžné, a při velkém podílu jílku ve směsi (Sobotová et al. 2007). Při vývinu porostu po zasetí travní směsi dochází k vnitrodruhové i mezidruhové konkurenci rostlin, jejíž průběh je dán jak vnitřními, tak i vnějšími faktory různými stresy, jimž jsou konkrétní druhy různě přizpůsobeny (Oral, Açikgöz, 2001). Mezi takové stresy patří i výška seče porostu (Sobotová et al. 2006, Svobodová et al., 2000), zastínění pomaleji se vyvíjejících jedinců a prostor, který je jim v podzemním i nadzemním prostoru k dispozici. Tento příspěvek je zaměřen na vývin kořenového systému rostlin. Hloubka a mohutnost kořenového systému je druhovou vlastností, je rovněž ovlivněna konkurencí rostlin v daném prostoru, dostupností vody, živina aj., ale velmi úzce souvisí také s výškou seče (Straková, 2001). Cílem pokusu bylo zhodnotit počáteční vývin kořenového systému jílku vytrvalého a lipnice luční ve směsi v závislosti na poměru daných druhů ve výsevku a na výšce seče. MATERIÁL A METODIKA Nádobový pokus se 4 opakováními (velikost nádoby 400 x 300 x 70 mm) byl veden ve skleníku ČZU v Praze. Směsi lipnice luční (5 g.m -2 ) odr. Krasa a jílku vytrvalého (5, 10, 15 a 20 g.m -2 ) odr. Jakub byly vysety do nádob na široko a překryty vrstvou 5 mm křemičitého písku. Porost byl sečen na výšku 90, 70 a 50 mm, od 4 seče na 80, 60 a 40 mm (celkem provedeno 10 sečí). Po provedení 5. seče byly postupně odebírány části porostu a hodnocena hmotnost kořenového systému jílku a lipnice (od 79. do 147. dne po výsevu). Výsledky byly 163

166 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin statisticky vyhodnoceny analýzou rozptylu (ANOVA, LSD P0.05) v programu Statgraphics verze XV. VÝSLEDKY A DISKUSE Průměrné množství kořenů jílku vytrvalého bylo v průměru o 24% vyšší při vyšším výsevku (15-20 g.m -2 ) než při výsevku 5-10 g.m -2 (graf 1). Tyto rozdíly byly výraznější v 1. a 2. odběru, později byla hmotnost kořenů ovlivněna mj. úbytkem rostlin (Svobodová et al., 2000). Hmotnost kořenů lipnice luční byla při vyšších výsevcích jílku v průměru o 20% nižší než při jeho výsevku 5 g.m -2 (neprůkazné). S vyšším výsevkem jílku zřetelně klesal podíl kořenů lipnice luční na celkové fytomase, činil 61 % při výsevku jílku 5 g.m -2, průkazně méně (49%) při výsevcích jílku 15-20g.m -2. Výška seče porostu měla na kořenový systém výraznější vliv. S jejím snížením na 60 a 40 mm byla hmotnost kořenů jílku průkazně nižší o 44 a 66% (graf 1), což odpovídá poznatkům řady autorů o korelaci nadzemní a kořenové fytomasy trávníků (Straková, 2001). Hmotnost kořenů lipnice luční byla naopak při nižší seči porostu průkazně vyšší o 20 a 39%, což bylo způsobeno menším vzrůstem jejích nadzemních částí ve srovnání s jílkem, v důsledku čehož byly rostliny lipnice při seči méně zasaženy. Kromě toho byla více omezena konkurenční schopnost jílku i počet jeho rostlin (Svobodová et al., 2000, Sobotová et al., 2006, Svobodová, Šantrůček, 2008). Nejlépe je vliv výšky seče a konkurence jílku patrný na podílu kořenů lipnice na celkovém množství kořenové hmoty porostu (graf 2). Při výšce seče 40 mm činil podíl kořenů lipnice v průměru 70% (v jednotlivých termínech měření v průměru 54-91%), při výšce seče 60 mm byl podíl 55% a při 80 mm, kdy byl jílek nejméně omezován ve vývinu, v průměru jen 38%. Tyto rozdíly byly statisticky průkazné. Průměrné celkové množství kořenů (graf 1) bylo při všech výsevcích větší v porostech sečených na vyšší výšku a v porostech s vyšším výsevkem jílku vytrvalého. Rozdíly v celkovém množství kořenů kopírovaly přibližně trend změn množství kořenů jílku. V průběhu vývinu porostu ve skleníkových podmínkách se celkové množství kořenové fytomasy za 68 dnů (od 1. do 4. odběru) prakticky nezvýšilo. Lze to přičítat úbytku rostlin obou druhů, zejména vzrůstnějšího jílku vytrvalého a to především při nižším sečení (Svobodová et al., 2000, Sobotová et al., 2007). Hmotnost kořenů jílku se v čase snižovala, zatímco hmotnost kořenů lipnice vzrůstala, takže průkazně vzrůstal i jejich podíl na celkové hmotnosti kořenů. Po 5. seči činil v průměru 40%, po desáté seči již 73% (graf 3). Pro predikci podílu kořenů lipnice luční (y) v závislosti na pokusných faktorech a na čase byla vypočítána regresní rovnice y (%) = 62,818-0,874333*výsevek jílku (g.m -2 ) - 0,792031*výška seče (mm) + 0,468179*dnů po výsevu, kde R 2 = 78,8% (P-Value = 0,0000). Vliv všech faktorů byl průkazný na hladině průkaznosti 95%. Obdobný model (se stejnými nezávislými proměnnými) pro hmotnost kořenů lipnice vysvětloval vztah jen ze 38%, zatímco pro hmotnost kořenů jílku z 62%. Z toho je zřejmé, že hmotnost kořenů jílku byla pokusnými faktory ovlivněna více než hmotnost kořenů lipnice, stejně jako jeho nadzemní části (Svobodová, Šantrůček, 2008) a takto změněné konkurenční vztahy se pak projevily na relativním zastoupení kořenů lipnice. Vztah je proto možné vyjádřit i rovnicí: y (procentický podíl kořenů lipnice luční na celkové fytomase kořenů) = 81, ,438*x, kde x = hmotnost kořenů jílku (g.m -2 ), která vysvětluje 76,2% variability (P = 0,000, r = -0,873). Je zřejmé, že v průběhu počátečního vývinu trávníku dochází k významným změnám nejen v poměru zastoupených druhů v nadzemním prostoru v porovnání s jejich podílem ve směsi, jak bylo prokázáno v předchozích pokusech (Svobodová et al., 2000, Sobotová et al., 2007), ale také k různému vývinu kořenového systému jednotlivých komponent. Byl prokázán významný vliv výšky seče při zakládání trávníku na vývin kořenů trav. 164

167 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin (g.100 cm -2 ) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Lipnice luční Jílek vytrvalý ab a ab b b a a a a a a a ab b Průměr Průměr Výška seče (mm) / výsevek jílku (g.m -2 ) Graf 1 Hmotnost kořenů jílku vytrvalého a lipnice luční (g.100 cm -2 ) a, b, c homogenní skupiny (LSD, α = 0,05) 100 (%) b ab a a a b c Průměr Průměr Výška seče (mm) / výsevek jílku (g.m -2 ) Graf 2. Podíl lipnice luční na celkové hmotnosti kořenové fytomasy porostu (%) a, b, c homogenní skupiny (LSD, α = 0,05) (%) a ab b Průměr Výsevek jílku (g.m -2 ) c 79.den 91.den 112.den 147.den Graf 3. Podíl lipnice na hmotnosti kořenové fytomasy porostu v závislosti na čase (%) a, b, c homogenní skupiny (LSD, α = 0,05) 165

168 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vzhledem k důležitosti kořenů pro vývin rostlin je třeba se jejich vztahy v rhizosféře podrobně zabývat a v praxi dodržovat doporučené výsevky travních směsí i kvalitní intenzivní cespestechniku, včetně včasného seční na výšku přiměřenou použitým druhům. LITERATURA Oral, N., Açikgöz, E.: Effect of seeding rate on establishment and quality characteristics of a turf mixture. International Turfgrass Society Research Journal, Vol. 9, Part 2, 2001: Sobotová, H., Svobodová, M. Kačerová, M. Hlavičková, D.: Vliv seče na konkurenční vztahy jílku vytrvalého a lipnice luční. Sborník z konference Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin. ČZU v Praze. 2006: Sobotová, H., Svobodová, M., Kocourková, D.: Effect of Poa pratensis L. and Lolium perenne L. seeding rate in mixtures on their shoot density in turf. Zbornik Radova, vol. 44, No. II, 2007: Straková, M.: Vývoj a struktura nadzemní a podzemní biomasy trávníkových odrůd trav. Doktorská disertační práce. Ústav pícninářství MZLU v Brně. 2001: 205. Svobodová, M., Šmídová, K., Šantrůček, J.: Redukce počtu rostlin lipnice luční a jílku vytrvalého po založení trávníku v závislosti na jejich poměru ve směsi a výšce seče. Sborník referátů z mezinárodní vědecké konference Univerzitní pícninářské dny, Katedra pícninářství ČZU v Praze, 2000: Svobodová M., Šantrůček, J.: The influence of different mowing height regimes on dynamics of Poa pratensis L. population in mixtures with Lolium perenne L. Proceedings of the 1 st European Turfgrass Society Conference, , Pisa (Italy), 2008: The influence of sward density and mowing height on root system of grass Summary A pot experiment with mixtures of Poa pratensis L. (sowing rate 5 g.m -2 ) and Lolium perenne L. (5, 10, 15 or 20 g.m -1 ) was conducted in a greenhouse of the Czech university of life sciences Prague. The swards were cut ten times to the height 80, 60 and 40 mm. The weight of roots dry mass of both grass species was measure in four dates from the 79th to 147th day after sowing. The results were evaluated by the analysis of variance and regression analysis by the Statgraphics programme, version XV. The proportion of P. pratensis roots decreased from 61% to 49% under increased sowing rates of L. perenne. The weight of roots of L. perenne was significantly lower by 44-60% under closer mowing (60 a 40 mm), the weight of P. pratensis roots was higher by 20 a 39%. The proportion of P. pratensis roots in the total root phytomass was on average 38%, 55% a 70% under mowing to 80, 60 and 40 mm, it increased during the sward development. A regression equation for prediction of P. pratensis roots proportion (%) was calculated: y = 62, *sowing rate of L. perenne (g.m - 2 ) *mowing height (mm) *days after sowing, R 2 = 78.8% (P-Value = ). Key words: Lolium perenne, Poa pratensis, seed mixtures, mowing height, roots Poděkování Výsledky byly získány za podpory Výzkumného záměru MSM MŠMT ČR. 166

169 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin SROVNÁNÍ FYTOTOXICITY A AKUMULACE KADMIA U DVOU VARIET KUKUŘICE (Zea mays L.) Helena Burešová, Klára A. Mocová, Hana Motejlová VŠCHT Praha, Ústav chemie ochrany prostředí, Technická 5, Praha 6, helen.bures@seznam.cz Souhrn V práci byl porovnáván vliv kadmia na dvě variety kukuřice (Zea mays L.), varietu 2023 a jejího potomka generace F1 vzniklého křížením CE704x2023. Rostliny byly pěstovány v půdě kontaminované chloridem kademnatým v koncentracích 100 a 300 mg Cd/ kg půdy po dobu 18 dní. Po sklizení byly změřeny morfologické znaky - délka a hmotnost sušiny kořene a prýtu, délka prvního a druhého listu a byla zjištěna inhibice těchto znaků oproti kontrole. Dále byl změřen obsah fotosyntetických pigmentů v rostlinách a obsah kadmia v biomase rostlin. Bylo zjištěno, že kříženec F1 dosahoval vyšších hodnot morfologických znaků, ty ale byly při 100 mg/kg více inhibovány oproti kontrole než znaky variety Při koncentraci 300 mg/kg byla inhibice většiny znaků 2023 vyšší než u F1. Obsah fotosyntetických barviv nebyl při 100 mg/kg u F1 inhibován, u 2023 došlo k velkému snížení obsahu barviv. U 300 mg/kg byly barviva u obou variet inhibovány srovnatelně. Obsah kadmia v biomase měla při obou testovaných koncentracích vyšší varieta Key words: Zea mays, kadmium, fotosyntetické pigmenty, inhibice růstu ÚVOD Z lidské činnosti se do životního prostředí dostává velké množství těžkých kovů. Tyto látky se mohou dostávat do potravního řetězce a ohrožovat zdraví člověka. V této práci byla sledována jedna z možných cest vstupu kadmia do potravy, a to z půdy do rostlin. Jako pokusné rostliny byly vybrány dvě variety kukuřice (Zea mays L.), varieta 2023 a její potomek vzniklý křížením. U potomků křížení se může projevit tzv. heteróze - zvýšená vitalita a produktivita první filiální generace (F1) vzniklá po zkřížení geneticky rozdílných linií či genotypů. Tento efekt se může způsobit i zvýšenou odolností rostliny vůči stresu. /1/. Jako reprezentant těžkých kovů bylo vybráno kadmium, protože pro organizmy není esenciální a je velice toxické. Na základě předcházejících výsledků bylo zjištěno, že kukuřice je velice odolná. Koncentrace kadmia v půdě menší než 100 mg/kg se na jejích morfologických vlastnostech téměř neprojeví. Další pokusy měly ukázat, při jakých koncentracích kadmia začne morfologie rostlin vykazovat změny a zda jsou kukuřice odolné jen v morfologických vlastnostech nebo i v biochemických znacích, v tomto případě v obsahu fotosyntetických barviv a absorpci kadmia z kontaminované půdy. Cílem práce bylo zjistit, která ze dvou variet kukuřice je vůči kadmiu odolnější a zda má některá z odrůd případné vhodné předpoklady pro fytoremediační využití, např. hyperakumulační vlastnosti. MATERIÁL A METODA K pokusu byla použita semena dvou variet kukuřice (Zea mays L.), pocházející ze šlechtitelské stanice CEZEA v Čejči na Moravě. Jednalo se o linii 2023 a F1 křížence CE Naklíčená semena byla zasazena po jednom do skleněných trubic (13 cm vysokých o Ø 2,5 cm) se 60 g půdy připravené podle ISO /2/ a s 20 ml roztoku CdCl 2 tak, aby výsledná koncentrace Cd v půdě byla 100 mg/kg a 300 mg/kg. V kontrole byla místo roztoku CdCl 2 použita destilovaná voda. Každá testovaná koncentrace byla v jednom pokusu reprezentována deseti rostlinami a pokusy byly pětkrát zopakovány. Rostliny byly pěstovány 18 dní v kultivátoru při teplotě 22±1 C a světelném režimu 16 hodin světla a 8 hodin tmy a 167

170 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zalévány dle potřeby destilovanou vodou. Po sklizení byly změřeny morfologické znaky rostlin, a to délka kořene, délka prýtu, délka prvního a druhého listu. Oddělený prýt a kořeny se sušily nejdříve 7 dní při laboratorní teplotě a následně v sušárně při 70±2 C po dobu 6 hod. Poté byla sušina zvážena. Pro zjištění obsahu fotosyntetických pigmentů se části listů o čerstvé hmotnosti 20 mg zalily 10 ml N,N-dimethylformamidu. Extrakce probíhala 7 dní při 4 C bez přístupu světla. Po skončení extrakce byly vzorky změřeny na spektrofotometru Hach DR/2400 (Německo) při vlnových délkách 664 nm, 647 nm a 480 nm. Při měření obsahu Cd v rostlinách se vzorky sušiny vložily do mineralizačních zkumavek a bylo přidáno 5 ml směsi kyselin (85% HNO 3 a 60% HClO 4 v poměru 85:15). Zkumavky se směsí se nechaly přes noc stát a poté byly vloženy do mineralizačního bloku Kleinfeld MBT 250 (Německo), kde byla 3 hod udržována teplota 60 C, pak 1 hod teplota 100 C, další 1 hod 120 C a nakonec po dobu 3 hod 195 C. Koncentrace kadmia v získaných vzorcích byly změřeny metodou AAS na přístroji GBC SensAA Dual (Austrálie) při vlnové délce 228,8 nm. Rozdíly mezi kontrolními a stresovanými rostlinami byly statisticky zhodnoceny pomocí Studentova t-testu na hladině významnosti 5 %. VÝSLEDKY A DISKUZE Ve všech morfologických znacích u všech testovaných koncentrací kultivar F1 převyšoval rodičovskou varietu (viz tab. 1). Tento rozdíl lze vysvětlit tzv. heterózním efektem, jak již bylo v minulosti u odrůdy F1 zjištěno u jiného typu stresu /3/. Tab. 1 Vliv kadmia v půdě na morfologické znaky, obsah fotosyntetických pigmentů a bioakumulaci rostlin CE704x Kontrola 100 mg/kg 300 mg/kg Kontrola 100 mg/kg 300 mg/kg Délka kořene (cm) 22,8 ± 3,8 19,8±2,9 15,4±2,9 a 17,4±2,0 17,1±1,8 12,2±1,5 a Délka prýtu (cm) 30,6±3,9 26,1±1,5 18,1±4,1 a 25,3±4,6 22,7±2,0 10,6±2,7 a Délka 1. listu (cm) 7,1±0,6 5,9±0,5 4,4±0,6 a 5,8±0,5 5,6±0,5 3,0±0,2 a Délka 2. listu (cm) 16,7±1,0 13,4±0,6 a 10,3±1,4 a 15,4±1,0 13,6±0,8 a 7,1±0,2 a Hm. sušiny kořene (mg) 59±12 47±6 29±7 a 39±5 39±3 24±4 a Hm. sušiny prýtu (mg) 93±18 73±7 49±14 a 66±15 59±7 33±5 a Chlorofyl a (mg/g) 17,2±1,1 18,1±4,2 12,6±3,9 17,1±1,0 12,4±1,2 a 12,2±2,5 Chlorofyl b (mg/g) 4,5±0,4 4,8±1,3 3,2±1,2 4,5±0,5 3,3±0,3 a 2,7±0,7 a Celk. chlorof. (mg/g) 21,7±1,4 22,9±5,5 15,7±4,9 21,5±1,5 15,7±1,5 a 14,9±3,3 a Karotenoidy (mg/g) 3,6±0,6 3,2±0,7 2,3±0,6 3,0±0,4 2,3±0,1 2,2±0,3 Cd/sušina kořen (µg/g) 3,3±1,7 132,5±3,5 a 393,5±74,3 a 3,0±4,1 257,5±2,1 a 788,0±104,7 a Cd/sušina prýt (µg/g) 1,0±0,8 74,0±14,1 a 381,5±194,5 a 1,5±1,0 119,5±5,0 a 890,0±44,9 a a Průkazný rozdíl oproti kontrole α 0,05 Délka i hmotnost sušiny kořene u F1-křížence mírně klesla už při 100 mg/kg, pokles se ale nebyl průkazný. U rodiče zůstala při této koncentraci délka i hmotnost stejná jako u kontroly a inhibiční efekt se projevil až u 300 mg/kg. U koncentrace 300 mg/kg došlo u obou variet k výraznému poklesu délky i hmotnosti kořene. U délky prýtu nastala podobná situace. U obou kultivarů došlo k mírnému snižování délky při 100 mg/kg kadmia v půdě oproti kontrole a k výraznému snížení při 300 mg/kg, což potvrzuje domněnku, že rostliny snášejí relativně dobře nižší koncentrace a toxický efekt se projeví až při vyšším obsahu Cd v půdě. /4,5/ Obdobně je tomu i u hmotnosti sušiny prýtu. 168

171 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Délka prvního listu se u obou odrůd u 100 mg/kg statisticky prokazatelně nesnížila. U 300 mg/kg došlo u obou variet ke zkrácení listu oproti kontrole. První list je u kukuřice většinou zakrslý a z hlediska fotosyntézy nemá v pozdějších stadiích růstu velký význam. Při hodnocení délky druhého listu bylo pozorováno prokazatelné snížení oproti kontrole u obou variet již při 100 mg/kg i 300 mg/kg. Druhý list je obecně u kukuřice oproti prvnímu výrazně větší a zastává v raných fázích růstu plnohodnotně své funkce. Navíc v tomto pokusu vykazoval citlivější reakci na Cd než jiné morfologické znaky, takže by mohl být využit při hodnocení ekotoxicity. Aby bylo na první pohled patrné, v jaké míře se měřený znak rostliny při testované koncentraci změnil oproti kontrole, je vhodné interpretovat výsledky prostřednictvím inhibice (viz obr. 1). U odrůdy F1 byly kořen i prýt inhibovány přibližně stejně, zatímco u 2023 byl trend snižování růstu prýtu výraznější než snižování hmotnosti kořene. Tyto výsledky by mohly naznačovat, že rostliny reagují na stres způsobený těžkým kovem větší investicí do růstu kořene, na úkor prýtu. Paradoxně tak vyšší inhibici vykazuje část rostliny, na niž působí Cd nepřímo. Inhibice (%) kořen cm kořen g prýt cm prýt g první list cm 10 0 F1-100 F Testovaná koncentrace (mg/kg) druhý list cm Obr. 1 Inhibice morfologických znaků oproti kontrole Obsah fotosyntetických barviv byl u půdy nekontaminované kadmiem u obou variet srovnatelný. Obsah chlorofylu a, b i celkového chlorofylu ve varietě F1 u testované koncentrace 100 mg/kg nepoklesl, dokonce se projevil mírně stimulační efekt. K velkému poklesu obsahu pigmentů došlo až u koncentrace 300 mg/kg a to přibližně o jednu třetinu oproti 100 mg/kg. Naproti tomu v případě variety 2023 se výrazný pokles projevil již u 100 mg/kg (viz tab. 1). Na obr. 2 je znázorněna inhibice obsahu pigmentů oproti kontrole. Výsledky měření by mohly naznačovat, že kultivar F1 má mez, při které jsou pigmenty negativně ovlivněny, posunutou k výrazně vyšším koncentracím než kultivar Obě variety dosahovaly u obou testovaných koncentrací značného zvýšení obsahu Cd v biomase oproti kontrole (viz tab. 1). Varieta 2023 obsahovala v sušině kořene i prýtu u všech testovaných koncentrací zhruba dvojnásobný obsah Cd oproti varietě F1. Z těchto hodnot lze usuzovat, že rodičovská odrůda 2023 přijímá mnohem více Cd z půdy než F1 kříženec. U koncentrace 100 mg/kg kadmia v půdě obsahovaly obě variety více kadmia v kořeni než v prýtu. U koncentrace 300 mg/kg už byl zjištěn opačný výsledek. Z tab. 1 je patrné, že se zvyšující se koncentrací kadmia v půdě docházelo k rychlejšímu růstu koncentrace v prýtu než v kořeni. Tyto výsledky se odchylují od většiny rostlin, kde koncentrace kadmia ukládaná do kořene výrazně převyšuje obsah v nadzemních částech rostliny /6/. Opačný stav u kukuřice napovídá o jejích zvýšených akumulačních schopnostech. Po celkovém zhodnocení maximální koncentrace kadmia v sušině lze konstatovat, že obě variety ve stupni růstu při skončení pokusu splňují definici hyperakumulátorů /7/. Výsledky 169

172 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin naznačují, že varieta F1 je pravděpodobně chráněna mechanizmy, díky nimž je schopná více zabraňovat vstupu kadmia do těla. Hospodářský výnos rostlin zároveň doprovázený sníženou akumulací toxikantů v těle je jejich velkou výhodou. Varieta 2023 by naopak mohla být využita pro případné fytoremediační účely. Je schopna akumulovat vetší množství Cd než F1 kříženec a navíc má oproti němu značně menší biomasu, což je pro fytoremediace výhodné z hlediska likvidace sklizených rostlin. Inhibice (%) chlorofyl a chlorofyl b celkový chlorofyl karotenoidy LITERATURA -10 F1-100 F Testovaná koncentrace (mg/kg) Obr. 2 Inhibice obsahu fotosyntetických barviv oproti kontrole /1/ Bednář, J, 2004: Genetika rostlin. Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. /2/ ISO :1998 Soil quality - Effects of pollutants on earthworms (Eisenia fetida) - Part 2: Determination of effects on reproduction. /3/ Holá, D., Kočová, M., Langrová, K., Žďánská, H., 2001: Changes in phytosynthetic characteristics in different maize genotypes subjected to stress conditions. IX th Days of Plant Physiology, České Budějovice 2001 September 17-21, Book abstracts 25. /4/ Satarug, S., Baker, J.R., Urbenjapol, S., Haswell-Elkins, M., Really, P.E.B., Williams, D.J., Moore, M.R., 2003: A global perspective on cadmium pollution and toxicity in non-occupationally exposed population. Toxicology Letters 137, /5/ Wang, M., Zou, J., Duan, X., Jiang, W., Liu, D., 2007: Cadmium accumulation and its effects on metal uptake in maize (Zea mays L.). Bioresource Technology 98, 1, /6/ An, Y.-J., 2004: Soil ecotoxicity assessment using cadmium sensitive plants. Environmental Pollution 127, /7/ Cheney, R.L., Malik, M., Li, Y.M., Brown, S.L., Brewer, E.P., Angle, J.S., Baker, A., 1997: Phytoremediation of soil metals. Curent Opinion in Biotechnology, 8, Comparision of phytotoxicity and bioacumulation of cadmium in two varietes of maize (Zea mays L.) Helena Burešová, Klára A. Mocová, Hana Motejlová Institute of Chemical Technology Prague, Department of Environmental Chemistry, Technická 5, Prague 6, helen.bures@seznam.cz Summary Effect of cadmium on two varieties of maize (Zea mays L.), on variety 2023 and its F1 descendant obtained by crossbreeding CE704x2023 was compared in this study. Plants were grown in soil contaminated with cadmium in concentrations 100 and 300 mg Cd/kg soil for 18 days. After harvesting the morphological traits length and dry weight of root and shoot, length of first and second leaf was evaluated and inhibition compared to the control was determined. Afterwards content of photosynthetic pigments in plants and the rate of bioaccumulation were measured. It was found out, that F1 hybrid reached the higher values of morphological traits, but was more inhibited at 100 mg/kg in comparison to the control than variety At the concentration 300 mg/kg inhibition of the most of morphological traits in 2023 was higher than in F1. The content of photosynthetic pigments was not inhibited at 100 mg/kg in F1, whereas in 2023 content of pigments decreased rapidly. At 300 mg/kg pigments were in both varieties inhibited comparably. Variety 2023 accumulated higher amount of cadmium in biomass. Keywords: Zea mays, cadmium, photosynthetic pigments, inhibition of growth 170

173 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VPYV VODNÉHO STRESU NA FOTOSYNTÉZU DENDRANTHEMA INDICUM Anna Gogoláková Katedra botaniky a genetiky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Tr. A. Hlinku 1, Nitra, Slovensko, agogolakova@gmail.com Súhrn Zaoberali sme sa vplyvom vodného stresu na fotosyntézu Dendranthema indicum. Zistili sme štatisticky preukazný vplyv vodného stresu na zníženie fotosyntézy. Cyklicky stresované rastliny efektívnejšie využívajú vodu pre fotosyntézu a sú tolerantnejšie k nasledujúcemu vodnému stresu ako rastliny s nepretržitým vodným stresom. Redukovaná dostupnosť vody počas produkcie rastlín zlepšuje využiteľnosť vody, toleranciu k vodnému stresu a má vplyv na poprodukčné udržiavanie rastlín. Interiérové rastliny sa prijateľnejšie aklimatizujú na vodný stres absenciou závlahy v pravidelných intervaloch ako rastliny s každodennou redukovanou závlahou. ÚVOD Každá rastlina, a teda aj každá rastlina pestovaná v interiéri, potrebuje pre svoju existenciu a ďalší úspešný vývin množstvo základných životných podmienok. Pri rastlinách pestovaných v uzavretých priestoroch ide o podstatne zmenené podmienky v porovnaní s pôvodným stanovišťom. V interiérových priestoroch možno pestovať také rastliny, ktoré sú schopné aj za týchto podmienok realizovať celý svoj životný cyklus, vyrásť zo semena alebo z niektorej vegetatívnej časti rastlín, plne sa vyvinúť a priniesť klíčivé semeno (prípadne vegetatívne orgány, z ktorých sa dajú rastliny spoľahlivo rozmnožovať), alebo také rastliny, ktoré v interiérovom prostredí (okrem skleníkov alebo iných špeciálne upravených pestovateľských priestorov) dokážu len vegetovať. Všetky uvedené možnosti sú limitované jednotlivými rastovými faktormi. V každom prípade je však schopnosť pestovania určitej okrasnej rastliny obmedzená tým faktorom, ktorý je buď v minime, alebo v škodlivom maxime. Aby sme mohli rastlinám zabezpečiť optimálne podmienky pri ich pestovaní, a následne zabezpečiť ich maximálnu kvalitu, je dôležité hlbšie poznanie rastových faktorov, ktoré môžu vyvolať pri rastlinách nežiadúce stresy. V dôsledku toho je potrebná včasná identifikácia stresu. Umožňujú nám to súčasné vyvinuté techniky pre meranie fyziologických procesov použitím nedeštruktívnych biofyzikálnych techník. V našej štúdii sme sa preto zamerali na sledovanie vplyvu vodného stresu na fotosyntézu interiérovej rastliny Dendranthema inducum L. (chryzantémy pravej). MATERIÁL A METÓDA Predmetom krátkodobého experimentu vodného stresu v skleníku (14 dní) boli črepníkové chryzantémy Dendranthema indicum (L.) cv. Surf. Pokus zahŕňal 4 varianty: 1. variant kontrolné rastliny (var K), 2. variant rastliny stresované na 40 % dennej spotreby vody kontrolných rastlín (var A), 3. variant cyklicky zavlažované rastliny: závlaha každý druhý deň ako kontrolné rastliny (var B), 4. variant nadmerná závlaha: rastliny udržiavané pri trvalej závlahe (var C). Každý variant obsahoval 8 opakovaní. Pokusné rastliny boli rozmnožované vegetatívne z odrezkov materských rastlín v rašelinovom substráte Pindstrup č. 2 Mosebrug A/S po jednom odrezku v kontajneroch s priemerom 105 mm. Vlastný experiment začal 25 dní po rozmnožení rastlín. Na základe gravimetrickej spotreby vody (24 171

174 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hod. interval váženia rastlín) sme denne aplikovali živný roztok suspenzorom na povrch substrátu (N- 286 ppm, P- 30 ppm, K- 359 ppm, Ca 139 ppm, Mg - 21 ppm, ph 5,8) podľa variantu pokusu. Na intaktných listoch rastlín pri konštantných podmienkach (PPFD- 500 µmol.m -2.s -1, teplota kyvety 25 C, koncentrácia CO 2 v kyvete 400 ppm) sme merali rýchlosť fotosyntézy (Pn) pomocou infračerveného analyzátora plynov CIRAS-1 (PP-Systems, Hitchin, UK). Dosiahnuté experimentálne výsledky sme vyhodnotili pomocou programu SigmaStat. VÝSLEDKY A DISKUSIA Na základe súhrnnej analýzy rozptylu ANOVA sme zistili vysoko preukazný rozdiel medzi rýchlosťou fotosyntézy kontrolných a stresovaných rastlín (40 % závlaha kontrolných rastlín). Rastliny stresované na 40 % závlahy kontrolných rastlín vykazovali o 59,35 % (8,345 µmol.m -2.s -1 ) menšiu rýchlosť fotosyntézy ako kontrolné rastliny (obr.1). Redukcia fotosyntézy vplyvom vodného stresu sa prejavila vysokopreukazne aj pri cyklicky stresovaných rastlinách. V dňoch po ich nezaliatí sa znížila o dvojnásobok (7,05 µmol.m -2.s -1 ) a v dňoch po zaliatí sa znížila rýchlosť fotosyntézy priemerne o 19 % (2,783 µmol.m -2.s -1 ) v porovnaní s kontrolnými rastlinami. Medzi fotosyntézou kontrolných a nadmerne zavlažovaných rastlín nastali výraznejšie rozdiely až v záverečnej etape krátkodobého experimentu, čo sa následne prejavilo len v štatistickej preukaznosti. Nadmerná závlaha spôsobila zníženie rýchlosti fotosyntézy priemerne o 10,5 % (1,475 µmol.m -2.s -1 ) v porovnaní s kontrolnými rastlinami. Počas trvania pokusu sme nezaznamenali žiadne vizuálne zmeny na nadzemných ani na podzemných častiach rastlín s nadmernou závlahou Pn (µmol CO2.m -2.s -1 ) K A B1 B2 C Obr.1 Priemerná rýchlosť fotosyntézy rastlín Dendranthema indicum Vysvetlivky: Pn- rýchlosť fotosyntézy, K- kontrolné rastliny, A- 40% vodný stres, B- cyklický vodný stres (B1- deň po závlahe, B2- deň bez závlahy), C- nadbytok vody Porovnaním rozdielov vo fotosyntéze nadmerne zavlažovaných rastlín a rastlín cyklického variantu (deň po zaliatí) sme zistili štatisticky nepreukazné rozdiely. Fotosyntéza nadmerne 172

175 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zavlažovaných rastlín bola priemerne o 10,4 % (1,308 µmol.m -2.s -1 ) vyššia ako fotosyntéza rastlín cyklického variantu deň po zaliatí. Štatisticky vysokopreukazný rozdiel sa však prejavil medzi rýchlosťou fotosyntézy nadmerne zavlažovaných rastlín a rýchlosťou fotosyntézy stresovaných rastlín na 40 % závlahy kontrolných rastlín a tiež aj rýchlosťou fotosyntézy nadmerne zavlažovaných rastlín a rýchlosťou fotosyntézy rastlín cyklického variantu deň po absencii závlahy. Dehydrovaným rastlinám na 40 % závlahy kontrolného variantu sa znížila Pn priemerne o 54,6 % (6,870 µmol.m -2.s -1 ) a rastlinám cyklického variantu deň po nezaliatí sa Pn znížila priemerne 44,2 % (5,575 µmol.m -2.s -1 ) v porovnaní s Pn rastlín udržiavaných v trvalej závlahe (obr.1). Pri niektorých druhoch zaplavenie spôsobuje vytváranie aerenchýmu v stonkách a koreňoch (Reid et Wample, 1985) alebo elongáciu výhonkov. Tieto symptómy sú veľmi podobné vplyvom etylénu, hoci sa vyskytujú podobné účinky aj pri ostatných fytohormónoch. Hlavný efekt záplavy je zníženie dostupnosti O 2 pre korene, ktoré majú vplyv na respiráciu a transport elektrónov (Reid a Wample, 1982). V dôsledku toho nastávajú fyziologické a metabolické zmeny pri väčšine druhov rastlín, rast je inhibovaný a korene odumierajú. Olivella et al. (2000) skúmal vplyv zaplavenia (2 dni) a obnovy (4 dni) na rýchlosť fotosyntézy, transpiračnú rýchlosť a stomatárnu konduktanciu skleníkového druhu Gerbera jamesonii. Po dvoch dňoch zaplavenie redukovalo všetky merané parametre. Obsah ABA v listoch sa zvýšil, IAA a CK sa znížili od začiatku zaplavenia a nezmenili sa počas obnovy. Inhibíciu fotosyntézy pri zaplavení potvrdzujú aj Savé a Serrano (1986). Aj Lloyd et Kukel (2001) zistili signifikatné zníženie fotosyntézy stresovaných rastlín Euphorbia pulcherrima. Podľa Sachsa et al. (Sachs et al., 1980) bol vedecký dôkaz syntézy shock-indukujúcich proteínov objavom, že zaplavenie indukuje syntézu niektorých proteínov a inhibuje iné. Jedným z proteínov je alkohol-dehydrogenáza, ktorého aktivita je potrebná pre prežitie záplavy (Sachs a Ho, 1986). Na základe štatistického vyhodnotenia súboru hodnôt sme zistili vysokopreukazný rozdiel medzi rýchlosťou fotosyntézy v rámci cyklického variantu. Rastliny v dňoch po zavlažení vykazovali priemerne o 37,9 % (4,267 µmol.m -2.s -1 ) nižšiu Pn ako v dňoch bez závlahy. Ešte výraznejší vysokopreukazný rozdiel sa prejavil medzi Pn rastlín cyklického variantu v dňoch po zaliatí a Pn stresovaných rastlín na 40 % závlahy kontrolných rastlín. Cyklicky stresované rastliny v dňoch po závlahe fotosyntetizovali priemerne o 49,3 % (5,562 µmol.m -2.s -1 ) viac ako stresované rastliny so 40 % závlahou kontrolných rastlín. Medzi Pn cyklicky stresovaných rastlín v dňoch po vynechaní závlahy a Pn stresovaných rastlín na 40 % závlahy kontrolných rastlín sme zistili štatisticky nepreukazné rozdiely. Cyklicky stresované rastliny v dňoch bez závlahy mali priemerne o 18,5 % (1,295 µmol.m -2.s -1 ) vyššiu Pn ako rastliny stresované na 40 % závlahy kontrolných rastlín. Nami zistené údaje potvrdzujú štúdie Riseman et al. (2001). Cyklicky stresované črepníkové mini-rastliny Rosa hybrida Apollo Parade a Charming Parade počas produkcie boli viac výkonnejšie pri využití vody a viac tolerantnejšie k nasledujúcemu vodnému stresu ako rastliny s nepretržitým vodným stresom. Rastliny boli exponované opakovaným cyklom stresu a rekonvalescencie. Každý 14 dňový stresový cyklus zahŕňal 10 dní redukovanej dostupnosti vody a 4 dni rekonvalescencie, keď boli rastliny zavlažované ako kontrolné. Redukovaná dostupnosť vody počas produkcie rastlín zlepšuje využiteľnosť vody, toleranciu k vodnému stresu a poprodukčné udržiavanie rastlín. Podobne aj Lorenzo-Mingez et al. (1985) zistili rýchlu rekonvalescenciu rastlín Schefflera arboricola počas vodného stresu. Krátkodobý vodný stres vyvoláva zmenené stomatárne funkcie a/alebo osmotické prispôsobenie (Turner, 1986). Toto zistenie by malo byť v praxi aplikované nasledujúcim spôsobom interiérové rastliny sa adaptujú na vodný stres pozitívnejšie, ak ich nebudeme zalievať každý deň v menších 173

176 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin dávkach, ale ak budeme striedať závlahu (vo vyššej dávke) a absenciu závlahy v pravidelných intervaloch. LITERATÚRA Lloyd J.E., Kunkel B.A.: Effects of water availability on carbon assimilation and structural integrity of potted greenhouse poinsettia (Euphorbia pulcherrima). Special Circular Ohio Agricultural Research and Development Centre, 177, Wooster: Ohio State University, 2001, pp Lorenzo-Minguez, P. et al.: Effect of Short-term Water Stress on Leaf Gas Exchange Processes and Plant Water Potential in Schefflera. HortScience, 20, 1985, 5, pp Olivella C., Biel C., Vandrell M., Savé R.: Hormonal and physiological responses of Gerbera jamesonii to flooding stress. HortScience, 35, 2000, 2, pp Reid D.M., Wample R.L.: Water relations and plant hormones. In: Pharis, R.P. Reid, D.M. (eds.): Hormonal regulation of development. III. Role of environmental factors. Encyclopaedia of Plant Physiology, 11, 1985, pp Riseman A., Jensen CH., Williams M.: Stomatal conductivity and osmotic adjustment during acclimation to multiple cycles of drought stress in potted miniature rose (Rosa x hybrida). Journal of Horticultural Science & Biotechnology, 76, 2001, 2, pp Sachs M.M., Freeling M., Okimoto R.: Selective synthesis of alcohol dehydrogenase during anaerobic treatment of maize. Cell, 20, 1980, pp Sachs M.M., Ho T.T.: Alteration of gene expression during environmental stress in plants. Annu. Rev. Plant Physiol., 37, 1986, pp Savé R., Serrano L.: Some physiological and growth responses of kiwifruit (Actinidia chinensis) to flooding. Physiology Plantarum, 66, 1986, pp Turner N.C.: Adaptation to water deficits: a changing perspective. Australian Journal of Plant Physiology, 10, 1986, pp The influence of water stress on photosynthesis of Dendranthema indicum Summary We studied the influence of water stress on photosynthesis of Dendranthema indicum. We determined statistically significant influence of water stress on photosynthesis decreasing. Cyclic stress plants are more effectiveness for photosynthetic water-use efficiency and more tolerant to following water stress as plants with permanent water stress. Reduced water availability during plant production improves water utilisation, tolerance to water stress and it has influence to post-production plant maintenance. Poďakovanie: Publikovanie práce bolo podporené Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP a LPP

177 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin KLÍČENIE DIPSACUS SILVESTRIS L. V RÔZNYCH PODMIENKACH Peter Štrba, Igor Marhevský, Anna Gogoláková Katedra botaniky a genetiky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Tr. A. Hlinku 1, Nitra, Slovensko, pstrba@ukf.sk Súhrn Sledovali sme vplyv rôznych abiotických faktorov (teplota, svetlo, voda) na klíčenie semien Dipsacus silvestris. Klíčenie urýchlila najmä teplota a bolo nezávislé od svetelných podmienok. Nedostatočné osvetlenie spôsobilo elongáciu klíčiacich rastlín. Dávka zálievky mala štatisticky nepreukazný vplyv na výšku rastlín. Nadmerná zálievka spôsobila štatisticky nepreukazné predĺženie koreňov a tiež spôsobila zníženie čerstvej hmotnosti nadzemnej biomasy a biomasy koreňov. Teplota nemala štatisticky preukazný vplyv na dĺžku koreňov. ÚVOD Chrtek et Zahradníková (1985) charakterizujú Dipsacus silvestris L. (štetka lesná) ako dvojročnú bylinu, s priamymi, rozkonárenými stonkami vysokými 0,5 až 2 m. Prízemné, podlhovasté, celistvookrajové až vrúbkované listy sú usporiadané v ružici, stonkové kopijovité listy sú celistvé protistojné a na báze zrastené. Rastlina kvitne v júli až septembri. Plodom je nažka svetlohnedej farby 3-5 mm dlhá. Typickými stanovišťami sú poľné cesty, pastviny, náplavy v údoliach riek a potokov, rumoviská skládky a iné opustené miesta. Cieľom našej práce bolo zistiť ako vplývajú rôzne ekologické faktory (teplota, svetlo, voda) na klíčenie semien a na vybrané rastové parametre klíčencov Dipsacus silvestris. MATERIÁL A METÓDA Semená Dipsacus silvestris sme nakličovali od do podľa štandardnej metódy (Erdelský et Frič, 1979) v Petriho miskách na filtračnom papieri v destilovanej vode podľa zvolených variantov (tab.1). Petriho misky aj filtračné papiere sme sterilizovali v termostate pri teplote 120 C počas 120 minút. Pokus celkovo zahŕňal 10 variantov, pričom každý variant obsahoval 50 semien. Počas trvania pokusu sme sledovali dynamiku klíčenia, po 14 dňoch od založenia pokusu sme merali: výšku rastlín (mm), dĺžku koreňa (mm), hmotnosť čerstvej biomasy koreňov (g), čerstvú hmotnosť nadzemnej biomasy (g). Hmotnosť sme zisťovali gravimetrickou metódou na analytických váhach Ohaus typ EP 114 s presnosťou 0,0001 g. Namerané údaje sme spracovali štatisticky pomocou programu SigmaStat. Semená Dipsacus silvestris sme získali z lokality Jelienka v roku 2006 z rôznych jedincov. Lokalita Jelienka sa nachádza v katastroch obcí Nová Ves nad Žitavou a Slepčany v severnej časti Podunajskej pahorkatiny. Vybrané územie tvoria dve lúky oddelené pásom stromov, ktorých svahy sú orientované prevažne na sever a juh s rozlohou 10,37 ha (Pôdny portál, 2007). Ich nadmorská výska sa pohybuje od 165 do 210 m.n.m (Google Earth, 2007). Klimaticky patrí územie do teplej oblasti s počtom letných dní v roku nad 50 (najvyššia denná teplota 25 C a viac). Priemerné júlové teploty vzduchu sú udávané v rozmedzí 20 až 21 C a priemerné januárové teploty -2 až -3 C. Priemerný ročný úhrn zrážok je 550 až 600 mm (Petrovič, 1972). 175

178 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 1: Prehľad variantov pokusu Variant Umiestnenie Teplota Dávka H 2 O Svetelné podmienky A1 fytokomora 20 C 3 ml 12 h. svetlo (600 µmol.m 2.s -1 )/12 h. tma A2 fytokomora 20 C 20 ml 12 h. svetlo (600 µmol.m 2.s -1 )/12 h. tma B1 fytokomora 20 C 3 ml 12 h. svetlo (100 µmol.m 2.s -1 )/12 h. tma B2 fytokomora 20 C 20 ml 12 h. svetlo (100 µmol.m 2.s -1 )/12 h. tma C1 skleník premenlivá, t 18 C 3 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. C2 skleník premenlivá, t 18 C 20 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. D1 laboratórium 25 C 3 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. D2 laboratórium 25 C 20 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. E1 exteriér premenlivá, 5 C t 14 C 3 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. E2 exteriér premenlivá, 5 C t 14 C 20 ml 12 h. svetlo/12 h. tma, ± 0,5 h. VÝSLEDKY A DISKUSIA Semená Dipsacus silvestris klíčili postupne v závislosti od teplotných a vodných podmienok. Prvé semená začali klíčiť na tretí deň od založenia pokusu pri vyšších teplotách 20 a 25 C nezávisle od svetelných podmienok, nie však pri nadmernej zálievke. Na štvrtý deň už klíčili semená vo všetkých variantoch okrem semien, ktoré boli umiestnené v exteriéri. Semená v exteriéri začali klíčiť, až keď teplota stúpla nad 10 C. Dynamika klíčenia je znázornená na obrázku 1. Počet vyklíčených semien (ks) A Počet vyklíčených semien (ks) B A1 B1 C1 D1 E1 A2 B2 C2 D2 E2 Obr.1 Dynamika klíčenia semien v primeranej zálievke (A) a v nadmernej zálievke (B) v závislosti od teplotných a svetelných podmienok Vysvetlivky: A, B fytokomora, C skleník, D - laboratórium E exteriér, 1 primeraná zálievka, 2 nadmerná zálievka Na výšku klíčiacich rastlín Dipsacus mala vplyv okrem teploty najmä intenzita ožiarenia, ktorej nedostatok spôsobil elongáciu klíčiacich rastlín (obr.2a). Analýza ANOVA potvrdila štatisticky preukazný vplyv znížených svetelných podmienok vo fytokomore na výšku rastlín. Priemerná výška týchto rastlín bola 3,5 násobne väčšia v porovnaní s výškou rastlín rastúcich pri intenzite ožiarenia 600 µmol.m 2.s -1. Štatisticky preukazný vplyv na výšku rastliny mala aj vyššia teplota (25 C), ktorá spôsobila zväčšenie priemernej výšky rastlín o 34,72 % v porovnaní s rastlinami v skleníku a o 51 % v porovnaní s rastlinami klíčiacimi pri teplote 20 C. Dávka zálievky mala štatisticky nepreukazný vplyv na výšku rastlín pri všetkých variantoch. 176

179 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vo väčšine variantoch s nadmernou zálievkou sme namerali dlhšie korene ako vo variantoch s primeranou zálievkou (obr.2b), rozdiely medzi nimi sú však štatisticky nepreukazné, iba vo variante C sa potvrdil štatisticky preukazný rozdiel. Dĺžka koreňa v nadmernej zálievke bola priemerne o 32,8 % väčšia ako v primeranej zálievke. Teplota nemala štatisticky preukazný vplyv na dĺžku koreňov. Osvetlený variant vo fytokomore pri nadmernej zálievke vykazoval dlhšie korene ako varianty s nízkou intenzitou ožiarenia, čo dokazuje aj štatisticky preukazný rozdiel A 40 B Výška rastliny (mm) Dĺžka koreňa (mm) A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 Obr.2 Vplyv rôznych ekologických podmienok na výšku rastlín (A) a dĺžku koreňov (B) Vysvetlivky: A, B fytokomora, C skleník, D laboratórium, 1 primeraná zálievka, 2 nadmerná zálievka Čerstvá hmotnosť nadzemnej biomasy bola väčšia pri primeranej zálievke ako v nadmernej zálievke pri všetkých variantoch. So zvyšujúcou teplotou došlo k zvýšeniu čerstvej hmotnosti nadzemnej biomasy (tab.2). Tab. 2: Čerstvá hmotnosť nadzemnej biomasy (g) v závislosti od rôznych podmienok variant priemer minimum maximum smerodajná odchýlka štandardná chyba A1 0,259 0,225 0,293 0,0287 0,0144 A2 0,118 0,0500 0,170 0,0616 0,0356 B1 0,244 0,117 0,300 0,0852 0,0426 B2 0,183 0,170 0,195 0,0177 0,0125 C1 0,195 0,189 0,200 0,0045 0,0023 C2 0,175 0,175 0, D1 0,273 0,247 0,302 0,0264 0,0132 D2 0,214 0,184 0,239 0,0279 0,0161 Vysvetlivky: A, B fytokomora, C skleník, D laboratórium, 1 primeraná zálievka, 2 nadmerná zálievka Hmotnosť čerstvej biomasy koreňov bola väčšia pri primeranej zálievke ako v nadmernej zálievke pri všetkých variantoch, dokazujú to aj štatisticky preukazné rozdiely okrem variantu A, kde sme zistili približne rovnaké hodnoty. Pri najvyššej teplote (25 C) v primeranej zálievke sa vytvorilo najviac koreňovej biomasy, najmenej koreňovej biomasy sa vytvorilo pri nízkej teplote v nadmernej zálievke (tab.3). 177

180 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 3: Hmotnosť čerstvej biomasy koreňov (g) v závislosti od rôznych podmienok variant priemer minimum maximum smerodajná odchýlka štandardná chyba A1 0,0790 0,070 0,084 0,0062 0,0031 A2 0,0770 0,054 0,098 0,0221 0,0127 B1 0,1250 0,098 0,197 0,0484 0,0242 B2 0,0405 0,040 0,041 0,0007 0,0005 C1 0,1520 0,122 0,178 0,0240 0,0120 C2 0,0430 0,043 0, D1 0,1720 0,130 0,211 0,0331 0,0166 D2 0,0630 0,030 0,086 0,0293 0,0169 Vysvetlivky: A, B fytokomora, C skleník, D laboratórium, 1 primeraná zálievka, 2 nadmerná zálievka Klíčením semien divorastúcich rastlín sa zaoberalo viacero autorov. White et al. (2008) zistili 50 až 70 % klíčivosť z 27 skúmaných rastlín, viacero druhov dosiahlo maximum klíčenia do 14 dní. Stratifikácia zlepšila klíčenie 14 druhom. Horovitz et al. (1975) sledovali klíčenie druhu Anemone coronaria L. LITERATÚRA Erdelský K., Frič F.: Praktikum a analytické metódy vo fyziológii rastlín. Bratislava: SPN, s. Europa Technologies: Program Google Earth. [Online]. Dostupné na internete: [ ] Geodis Slovakia: Pôdny portál. Ortofotomapy. [Online]. Dostupné na internete: ZOKRES%3D%27Nitra%27&queryzoom=yes [ ] Horovitz A., Bullowa S., Negbi M.: Germination characters in wild and cultivated Anemone coronaria L. Euphytica, Vol. 24, No. 1, 1975, pp Chrtek J., Zahradníková K.: Dipsacus L. Štetka. In: Betrtová, L.: Flóra Slovenska IV/2. Bratislava: Veda, 1985, s Petrovič Š.: Počasie a klíma. In: Lukniš, M. et al.: Slovensko. Príroda. Martin: Obzor, 1972, s White A. L., Boutin C., Dalton R.L., Henkelman B., Carpenter D.: Germination requirements for 29 terrestrial and wetland wild plant species appropriate for phytotoxicity testing. Pest. Manag. Sci., No. 65, 2008, pp Germination of Dipsacus silvestris L. in different condition Summary We studied the effect of different abiotic factors (temperature, light, water) on germination of Dipsacus silvestris seeds. Germination was accelerated by temperature and wasn t dependant from light condition. Light deficient caused seedling elongation. Water amount had statistically no-significant influence on plant high. Excessive water amount caused statistically no-significant root elongation. Temperature had not significant influence on root length. Excessive water amount caused decreasing of fresh weight of roots and green biomass. Poďakovanie: Publikovanie práce bolo podporené Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. LPP a LPP

181 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STRESOVÉ FAKTORY PRI PESTOVANÍ LUPINY BIELEJ (LUPINUS ALBA, L.) STRESS FACTORS OF WHITE LUPIN GROWING (LUPINUS ALBA, L.) Eva Candráková Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Fakulta agrobiológie a potravinových zdrojov, Tr. A. Hlinku, Nitra, tel. 037/ , Eva.Candrakova@uniag.sk SÚHRN V roku 2005 a 2006 bol založený poľný maloparcelkový pokus s lupinou bielou (odroda Amiga) v teplom klimatickom regióne. Vysievali sme 0,7 a 0,9 milióna klíčivých semien na hektár inokulovaných prípravkom Rizobin. Vo variantoch hnojenia boli použité pevné hnojivá LAV a DASA v dávke 30 kg č. ž. dusíka aplikované v rastovej fáze prvého páru pravých listov a tekuté hnojivo DAM 390 v dávke 20 kg č. ž. dusíka na začiatku tvorby kvetných pukov. V roku 2005 sa dosiahla priemerná úroda semena 3,77 t.ha -1 a v roku 2006 úroda 5,71 t.ha -1. Vplyv ročníka na úrodu bol štatisticky preukazný. Výsevok a hnojenie působili na úrodu semena štatisticky nepreukazne. Silná korelačná závislosť bola zistená medzi úrodou a počtom strukov na rastline (r=0,81) a počtom semien v struku (r=0,84). Nepriama korelačná závislosť bola medzi úrodou semena a HTS ako aj medzi výsevkom a ostatnými prvkami úrodnosti, okrem počtu rastlín. So zvyšujúcim výsevkom klesal počet strukov na rastline, počet semien v struku ako aj HTS. Slabá korelačná závislosť bola medzi hnojením a počtom strukov na rastline (r=0,09) a HTS (r=0,08). Nedostatok vody pri tvorbe strukov a nalievaní semien bol hlavným stresovým faktorom, ktorý ovplyvnil formovanie prvkov úrodnosti a úrodu semena lupiny bielej. Kľúčové slová: lupina biela, výsevok, hnojenie, prvky úrodnosti, úroda ÚVOD Lupina biela (Lupinus alba, L.) je stará kultúrna plodina. Jej genetické centrum je v oblasti Stredozemného mora. Divá forma lupiny bielej sa vyskytuje v celom Stredomorí, Afrike, Egypte a v Sýrii. Semená lupiny sú vysoko kvalitnou alternatívou sójových semien vo fermentovaných indonézskych a japonských jedlách. Semená bezalkaloidných lupín sa používajú v potravinárskom priemysle k obohacovaniu rôznych potravín bielkovinami, čím sa zlepšuje ich výživnosť a stráviteľnosť. Zvieratami sa môžu skrmovať v čerstvom stave od začiatku kvitnutia až do tvorby semien. Krmivo z lupiny je zdrojom lyzínu a polysacharidov (Benková, 2001). Semená obsahujú % bielkovín, % tukov (s vysokým podielom kyseliny linolovej), 10 % vlákniny a asi 4 % popolovín. HTS je g, Od obsahu aminokyselín závisí hodnota bielkovín (Šinský et al., 1985). V rámci individuálneho rastu a vývinu každého druhu existujú kritické obdobia v požiadavkách na vodu. Je to obdobie vzchádzania, butonizácie a nalievania semien. Nedostatok vlahy v týchto obdobiach blokuje tvorbu a transport asimilátov, inhibuje aktivitu rizóbií, zapríčiňuje zhadzovanie strukov, ovplyvňuje vývin semien a ich predčasné dozrievanie (Kostrej, 1998). Pri nedostatku vody semená pomaly napučiavajú a čas klíčenia sa predlžuje. Minimálna teplota pre klíčenie je 3 až 4 C. Po vzídení znáša lupina pokles teplôt na -3 až -4 C (Belej, 1989). Pri oneskorenom 179

182 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin výseve sa úroda môže každým týždňom znižovať až o 10 % (Poláková, 2007). Počas vegetačného obdobia vysoké teploty spomaľujú rast, predlžujú kvitnutie a tvorbu strukov a redukujú úrodu. V porovnaní s hrachom siatym je lupina biela menej tolerantná k suchu a je potrebné zavlažovanie (Golz, 1993). Najlepšie jej vyhovujú pôdy piesočnato-hlinité a hlinité s dostatočnou zásobou vlahy (Lahola et al., 1990). Lupina biela je vhodnou predplodinou pre obilniny, môže sa pestovať aj na kamenistých pôdach a v ekologickom poľnohospodárstve. Vďaka mohutnému koreňovému systému a prijímaniu dusíka zo vzduchu zlepšuje kvalitu pôdy. Hrčkotvorné baktérie sú schopné pútať za vegetáciu kg dusíka, z ktorého približne polovica zostáva v pôde (Vrabec, 2005). Ako uvádza Lahola a i. (1990), 100 kg semena a príslušného množstva slamy lupiny bielej odčerpá z pôdy 7 8 kg N, 0,9 1,0 kg P, 3,7 4 kg K. Lupina biela priaznivo reaguje na hnojenie dusíkom v dávke kg.ha -1. Priame vápnenie pôdy k lupine neodporúča. MATERIÁL A METODIKA V roku 2005 a 2006 bol založený poľný maloparcelkový pokus s lupinou bielou v teplom klimatickom regióne s nadmorskou výškou 168 m, s úhrnom zrážok za rok 607 mm, priemernou ročnou teplotou vzduchu 9,5 C. Pôdny typ je hnedozem na spraši, pôdny druh stredne ťažká, hlinitá pôda. Predplodinou bola repa cukrová. Príprava pôdy sa uskutočnila konvenčným spôsobom. Veľkosť parcelky bola 14 m 2 v troch opakovaniach. Varianty hnojenia: 1. nehnojená kontrola, 2. LAV v dávke 30 kg. ha -1 čistých živín dusíka pri 1. páre pravých listov, 3. DASA v dávke 30 kg. ha -1 čistých živín dusíka pri 1. páre pravých listov, 4. DAM 390 v dávke 20 kg.ha -1 čistých živín dusíka pri tvorba kvetných pukov. Termín sejby: , Termín zberu: , Vysievali sme 0,7 milióna a 0,9 milióna klíčivých semien na hektár. Na inokuláciu osiva bol použitý prípravok Rizobin. Do pokusu bola zaradená odroda Amiga, vyšľachtená francúzskou firmou Florimond Desprez. Odroda je stredne skorá, s dĺžkou vegetačného obdobia 136 dní. Má rýchly počiatočný rast, rastliny sú stredne vysoké (0,64 m), farba kvetu je modrobiela, farba semena biela. Hmotnosť tisíc semien sa pohybuje od 300 do 350 g. Semená neobsahujú alkaloidy, obsah N látok je stredne vysoký (31,5 %). Základná príprava pôdy po repe cukrovej pozostávala z jesennej orby do hĺbky 0,25 m. Na predsejbovú prípravu pôdy bol použitý kompaktor. Lupinu bielu sme vysievali sejačkou PNEUSEJ pri medziriadkovej vzdialenosti 125 mm. Porasty lupiny bielej neboli ošetrené proti burinám, chorobám, ani proti škodcom. Porast dozrel samovoľne, bez desikácie. VÝSLEDKY A DISKUSIA Rast a úrodu poľných plodín ovplyvňujú teploty a zrážky, pri ktorých sú v súčasnosti pozorované výkyvy v množstve a nerovnomernosti ich rozdelenia počas vegetačného obdobia. V tabuľke 1 sú uvedené teploty a zrážky počas vegetačného obdobia lupiny bielej. V pestovateľskom ročníku 2005 došlo, v porovnaní s normálom ( ), k veľkému deficitu vlahy v mesiaci jún, kedy sa pri lupine bielej nalievajú semená. V roku 2006 bola podobná situácia, ale s posunom o jeden mesiac (júl), kedy už dopad na nalievanie semien nebol tak veľký, ako v predchádzajúcom ročníku. Teplotne boli obidva ročníky v normálnych hodnotách. 180

183 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabuľka 1 Teploty a zrážky v rokoch 2005 a 2006 Mesiac Teplota ( C) Odchýlka normálu Zrážky (mm) % normálu Teplota ( C) Odchýlka normálu Zrážky (mm) % normálu Apríl 11,0 0,9 78,7 183,0 11,4 1,3 48,1 111,86 Máj 15,2 0,4 60,9 110,7 14,0-0,8 95,6 173,82 Jún 18,0-0,3 31,5 45,0 19,2 0,9 63,9 91,29 Júl 20,7 1,0 59,0 92,2 22,6 2,9 23,7 37,03 August 19,1-0,1 94,5 162,9 16,7-2,5 84,0 144,83 Pre pestovanie lupiny bielej vyhovuje vlhšia kukuričná výrobná oblasť, repárska a teplejšia zemiakarská výrobná oblasť. Veľmi dôležité je dodržať hĺbku sejby, ktorá by mala byť mm. Na klíčenie potrebuje semeno vlahu v množstve 117 % z hmotnosti semena. Zvýšené nároky na vodu má aj v období kvitnutia a nalievania semien (Pospišil, Candráková, 2004). Tvorba hospodárskej úrody strukovín je zložitejšia ako pri ostatných plodinách v dôsledku menšej regulácie počtu plodonosných konárikov, pre postupnú, dlhú diferenciáciu generatívnych orgánov a pre veľkú závislosť od vonkajších podmienok prostredia. O konečnej hospodárskej úrode strukovín rozhoduje počet rastlín na ploche 1 m 2, počet strukov na 1 rastline, počet semien v struku na 1 rastline alebo na 1 m 2, hmotnosť tisíc semien (Kostrej a i., 1998). Počet rastlín bol v obidvoch rokoch pomerne vyrovnaný (Tab. 2). Pri počte strukov na rastline je medzi ročníkmi viditeľný rozdiel. O 2,92 ks strukov na rastline viac bolo v roku V obidvoch rokoch priaznivo ovplyvnila tvorbu strukov aplikácia hnojiva DASA aj keď v roku 2006 bol najvyšší počet strukov na nehnojenom variante. Tabuľka 2 Počet rastlín a strukov na rastline pri 1. výsevku Varianty Počet rastlín na m 2 (ks) Počet strukov na rastline (ks) hnojenia Priemer Priemer Kontrola ,40 8,94 7,17 LAV 30 kg.ha ,20 7,32 6,26 DASA 30 kg.ha ,80 8,43 7,61 DAM kg.ha ,80 8,20 6,00 Priemer ,30 8,22 6,76 Ako vyplýva z tabuľky 3, pri vyššom počte rastlín došlo k zníženiu počtu strukov na jednej rastline. V roku 2005 o 1,05 struku a v roku 2006 o 0,76 struku v porovnaní s nižším výsevkom. Tabuľka 3 Počet rastlín a strukov na rastline pri 2. výsevku Varianty Počet rastlín na m2 (ks) Počet strukov na rastline (ks) hnojenia Priemer Priemer Kontrola ,00 5,85 4,93 LAV 30 kg.ha ,40 7,10 5,75 DASA 30 kg.ha ,40 8,20 6,30 DAM kg.ha ,20 8,68 6,44 Priemer ,25 7,46 5,85 Počet semien v struku a hmotnosť tisíc semien je uvedený v tabuľke 4 a 5. Pri obidvoch výsevkoch bol počet semien v struku nižší v roku 2005, ale hmotnosť tisíc semien bola vyššia ako v roku

184 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabuľka 4 Počet semien v struku a HTS pri 1. výsevku Varianty Počet semien v struku (ks) HTS (g) hnojenia Priemer Priemer Kontrola 3,16 3,81 3,48 407,00 316,63 361,82 LAV 30 kg.ha -1 3,41 3,76 3,59 454,00 311,17 382,58 DASA 30 kg.ha -1 2,76 3,99 3,38 424,67 320,67 372,67 DAM kg.ha -1 2,65 3,78 3,22 487,00 334,43 410,72 Priemer 3,00 3,84 3,42 443,17 320,73 381,95 Pri vyššom výsevku došlo k poklesu počtu semien v struku. Výraznejší pokles HTS (22,75 g) bol stanovený v roku V roku 2006 bola HTS pri obidvoch výsevkoch vyrovnaná. Tabuľka 5 Počet semien v struku a HTS pri 2. výsevku Varianty Počet semien v struku (ks) HTS (g) hnojenia Priemer Priemer Kontrola 3,13 3,83 3,48 434,00 339,27 386,63 LAV 30 kg.ha -1 2,70 3,91 3,30 405,67 312,93 359,30 DASA 30 kg.ha -1 2,93 3,58 3,25 416,67 317,73 367,20 DAM kg.ha -1 2,69 3,85 3,27 425,33 313,17 369,25 Priemer 2,86 3,79 3,33 420,42 320,78 370,60 Počet semien v struku v roku 2005 pri nižšom výsevku pozitívne ovplyvnil LAV a pri druhom výsevku DASA. V roku 2006 pôsobili tieto hnojivá presne naopak. V prvom roku pokusu bola najvyššia HTS dosiahnutá vo variante s aplikáciou DAM 390. Podobne to bolo aj v roku 2006 pri nižšom výsevku, ale pri vyššom výsevku bola najvyššia HTS na kontrolnom variante. Hmotnosť tisíc semien sa považuje za odrodovú vlastnosť, ktorá je v značnej miere ovplyvňovaná priebehom poveternostných podmienok. Prejavilo sa to aj v našom pokuse. Vyššie hodnoty boli dosiahnuté v roku 2005 v porovnaní s rokom V pokusoch, ktoré robili v rokoch Wiatrak, Wright, Marois (2004), došlo k zvýšeniu HTS o 0,07 g na každý kg aplikovaného dusíka k predplodine. Zvýšila sa aj sušina a úroda o 15 a 31 %. Výsledkom pôsobenia faktorov pestovania je úroda. Pri obidvoch výsevkoch bola vyššia v roku 2006 ako v roku 2005 (Tab. 6). Účinnosť hnojív sa prejavila v súvislosti s podmienkami ročníka. Jarné mesiace v obidvoch rokoch boli pomerne vlhké, čím došlo k dobrému využitiu pevných hnojív. Napriek tomu, že strukoviny si dokážu zabezpečiť dusík prostredníctvom hrčkotvorných baktérií zo vzduchu, v prvých fázach vegetácie je rastlina závislá od minerálneho dusíka v pôde. Biologická fixácia dusíka z ovzdušia je závislá na ph, nedostatku ostatných živín, obsahu vzduchu v pôde, vlhkosti a tým od priebehu počasia. Teplota pôdy by nemala klesnúť pod 14 C. (Petr, Černý, Hruška a i. 1980). Pri druhom výsevku v roku 2006 sa najvyššia úroda dosiahla po aplikácii hnojiva DAM 390 na listovú plochu. 182

185 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabuľka 6 Úroda semena lupiny bielej (t.ha -1 ) Varianty 1. výsevok 2. výsevok hnojenia Priemer Priemer Kontrola 4,10 5,07 4,59 3,38 5,13 4,26 LAV 30 kg.ha -1 4,11 5,79 4,95 4,14 6,13 5,14 DASA 30 kg.ha -1 3,80 5,54 4,67 4,17 6,28 5,23 DAM kg.ha -1 3,48 5,21 4,35 2,88 6,54 4,71 Priemer 3,87 5,40 4,64 3,64 6,02 4,83 Zo štatistického vyhodnotenia vyplynulo, že úroda bola preukazne ovplyvnená ročníkom. Hnojenie a výsevok nemali na úrodu štatisticky preukazný vplyv (Tab.7). Tabuľka 7 Úroda semena lupiny bielej po vyhodnotení programom STATGRAPHICS Plus Faktor Úroda (t.ha -1 ) α 0,05 Rok: ,77 a 0, ,71 b Hnojenie: 1. kontrola 2. LAV 4,46 a 5,04 a 0, DASA 4. DAM 390 4,94 a 5,04 a Výsevok: 700 tis. na ha 900 tis. na ha 4,63 a 4,85 a 0,6496 Hodnoty označené rovnakými písmenami nie sú preukazne rozdielne na hranici pravdepodobnosti α<0.05. Korelačnou analýzou prvkov úrodnosti bola zistená silná korelačná závislosť medzi úrodou a počtom strukov na rastline a počtom semien v struku. Počet rastlín a HTS boli v nepriamej korelačnej závislosti k úrode. Výsevok bol v priamej závislosti s počtom rastlín na jednotke plochy. Medzi ostatnými prvkami úrodnosti (počet rastlín na m 2, počet strukov na rastline, počet semien v struku a HTS) a výsevkom bola nepriama korelačná závislosť. Priama korelačná závislosť bola aj medzi hnojením a počtom strukov na jednej rastline a HTS. Tabuľka 8 Korelačné koeficienty skúmaných faktorov k prvkom úrodnosti Faktor Úroda semena Výsevok Hnojenie Počet rastlín na m 2-0,0244 0,8855-0,2873 Počet strukov na 1 rastline 0,8066-0,2522 0,0913 Počet semien v 1 struku 0,8358-0,0898-0,1951 HTS (g) -0,8810-0,0968 0,0880 ZÁVER Pri pestovaní lupiny bielej sa v maloparcelkových pokusoch v rokoch 2005 a 2006 dosiahli pomerne vysoké úrody semena (3,77 a 5,71 t.ha -1 ). Ročník pôsobil na úrodu štatisticky preukazne v prospech roka Výsevok a hnojenie ovplyvnili úrodu semena štatisticky nepreukazne. Pôsobenie vybraných druhov hnojív na úrodu bolo pozitívne. Hnojivá LAV a DASA potrebujú na zvýšenie účinku vlhkejšie podmienky. Hnojivo DAM 390 rastliny lepšie využijú pri nedostatku vlahy v pôde, čo sa prejavilo na úrode v roku Silná korelačná závislosť bola zistená medzi úrodou a počtom strukov na rastline a počtom semien v struku. Nepriama korelačná závislosť bola medzi úrodou semena a HTS ako aj medzi 183

186 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin výsevkom a ostatnými prvkami úrodnosti, okrem počtu rastlín. So zvyšujúcim výsevkom klesal počet strukov na rastline, počet semien v struku ako aj HTS. Nedostatok vody pri tvorbe strukov a nalievaní semien bol hlavným stresovým faktorom, ktorý ovplyvnil formovanie prvkov úrodnosti a úrodu semena lupiny bielej. LITERATÚRA Belej J.: Rastlinná výroba. 2. vyd. Bratislava : Príroda, s. ISBN Benková M.: Lupina zabudnutá plodina na Slovensku. In Prírodné bohatstvo a kultúrne dedičstvo Liptova. Nitra : SPU, 2001, s Golz T.: Lupin. In Alternative Agriculture Series [online]. 1993, no. 8. Dostupné na internete: < Kostre, A. a i.: Ekofyziológia produkčného procesu porastu a plodín. SPU v Nitre, 1998, 187 s. ISBN Lahola J. et al.: Luskoviny- pěstování a využití. Praha : SZN, 1990, 224 s. ISBN Vrabec J.: Metodika pěstování a využití. Lupina bíla (Lupinus albus L.). Amiga Petr, J., Černý, V., Hruška, L. a i. 1980: Tvorba výnosu hlavních polních plodin.praha, 1980, 448 s /11. Poláková L.: Lupině ještě pěstitelé nepřivykli [online] [cit ]. Dostupné na internete: Pospišil R. Candráková E.: Strukoviny. Bratislava : ÚVTIP-NOI, 2004, 85 s. ISBN Šinský T. et al. : Strukoviny. Bratislava : Príroda, 1985, 157 s. Wiatrak PJ, Wright DL, Marois JJ: Influence of residual nitrogen and tillage on white lupin. Agronomy Journal. Volume: 96, Issue: 6 Pages: , 2004, ISSN: SUMMARY In years 2005 and 2006, the field small plot experiment with White Lupine (variety Amiga) was carried out under conditions of warm climatic area. The sowing rate was 0,70 and 0,90 million of germinative seeds per hectare, seeds were inoculated by Rizobin substance. Fertilizers LAV and DASA were applied in rate 30 kg of net nutrient (nitrogen) at growing phase of first pair of true leaves. Liquid fertilizer DAM 390 was applied in rate 20 kg of net nutrient at the beginning of flower buds creation. The average yield of seeds reached 3,77 t.ha -1 in 2005 and 5,71 t.ha -1 in The influence of year on seed yield was statistically significant, the sowing rate and fertilizers influenced yield of seeds non-significantly. High correlation dependency was found out between yield and number of pods per plant (r=0,81), also between yield and number of seeds in pod (r=0,84). Indirect correlation dependency was observed between seed yield and thousand seeds weight (TSW), also among sowing rate and other yield elements with the exception of plant density per m 2. Rising sowing rate resulted into lower number of pods per plant, number of seeds per pod and also TSW. Low correlation dependency was found out between fertilization and number of pods per plant (r=0,09) and TSW (r=0,08). The water deficit during formation of pods and seeds was determined as key stress factor which impacted yield elements and seed yield of white lupine. Key words: white lupine, sowing rate fertilization, yield elements, yield 184

187 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin FUNKČNÁ ÚČINNOSŤ LÍNIOVÝCH FORMÁCIÍ NELESNEJ DREVINOVEJ VEGETÁCIE VOČI PLOŠNEJ VODNEJ ERÓZII V OKOLÍ OBCE ŽIBRITOV (ŠTIAVNICKÉ VRCHY) Andrea Diviaková 1 Katedra UNESCO pře ekologické vedomie a trvalo udržateľný rozvoj, Fakulta ekológie a environmentalistiky, TU Zvolen, T. G. Masaryka 24, Zvolen, Slovenská republika, andreadiviakova@gmail.com Erika Kočická 2 Katedra UNESCO pre ekologické vedomie a trvalo udržateľný rozvoj, Fakulta ekológie a environmentalistiky, TU Zvolen, T. G. Masaryka 24, Zvolen, Slovenská republika, erikakocicka@gmail.com Súhrn Líniové drevinové formácie sú významnou súčasťou kultúrnej krajiny. Zohrávajú neoceniteľnú úlohu pri zachovávaní biologickej diverzity a tiež ekologickej stability krajiny. Cieľom príspevku je načrtnúť možnosť hodnotenia líniových drevinových formácií a ich pôdoochranný účinok proti eróznym procesom v kultúrnej krajine v okolí obce Žibritov v Štiavnických vrchoch. Erózny model bol analyzovaný v dvoch rozličných scenároch využitia zeme: s líniovými drevinovými formáciami a bez nich. ÚVOD Erózne procesy nadobúdajú rôzny charakter a intenzitu v závislosti od mnohých činiteľov. Rozhodujúci vplyv na priebeh eróznych procesov má krajinná pokrývka, predovšetkým vegetácia a spôsob využitia. Les a trvalé trávne porasty dokážu znížiť erózne procesy na minimum. Taktiež optimálny spôsob hospodárskeho využívania je účinným prostriedkom k predchádzaniu negatívnych procesov v krajine /6/. Úlohu dôležitého stabilizačného faktora spĺňajú v odlesnenej poľnhospodárskej krajine aj línie nelesnej drevinovej vegetácie (NDV). Jej účinnosť však môže byť rozdielna v závislosti od štruktúry a drevinového zloženia. Obec Žibritov leží v juhovýchodnej časti Štiavnických vrchov. Okolitá krajina má charakter spravidla silno členitej pahorkatiny až mierne členitej vrchoviny, vyvinutej na neogénnych sedimentoch, prevažne andezitoch v striedaní s vulkanoklastikami. Pôdy predstavujú rôzne subtypy kambizemí. Klimaticky spadá do mierne teplého, mierne vlhkého okrsku v rámci mierne teplej oblasti. Územie patrí do povodia Ipľa, odvodňuje ho tok Bebrava s niekoľkými malými prítokmi. Územie má charakter poľnohospodárskej krajiny, s prevládajúcimi trvalými trávnymi porastami, bohatou rozptýlenou nelesnou drevinovou vegetáciou. Orná pôda (dominuje veľkobloková, úzkopásové políčka majú minimálny rozsah) sa vyskytuje v menšom zastúpení prevažne v severnej časti katastrálneho územia. Zastavané areály sa nachádzajú v centrálnej časti územia. Hodnotením funkcií vegetácie sa zaoberá viacero autorov /4/, /5/, /8/, /11/, /13/, /15/, /21/, /22/. Práce /12/ a /18/ hodnotia funkčnú účinnosť líniových vegetačných formácií na základe stanovištných podmienok a vlastností samotnej formácie. Títo však posudzujú významnosť vegetačnej formácie iba na mieste, na ktorom sa vyskytuje, pritom táto má vysokú významnosť hlavne na svahu pod ňou, resp. vedľa nej. Podľa /9/ posúdenie protierózneho účinku vegetácie pozostáva z troch krokov. Prvým krokom je analýza potreby protieróznej funkcie v krajine, ktorú vyjadruje mapa reálnej erózie pôdy. Druhým krokom je analýza funkčnej účinnosti vegetácie, ktorá spočíva v porovnaní mapy erózie, ktorá by na území bola bez vegetačného krytu s mapou reálnej erózie. Tretím krokom pri posudzovaní funkčného účinku vegetácie je syntéza mapy funkčnej potreby protieróznej funkcie s mapou funkčnej účinnosti vegetácie. 185

188 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin METODIKA Predmetom výskumu bola líniová NDV vo voľnej, poľnohospodársky využívanej krajine. Pri výskume boli uvažované nasledovné charakteristiky: fyziognomické znaky (vzhľad), fyziognomicko-ekologická formácia; druhové zloženie (floristická charakteristika) a zoskupenie druhov do rastlinných spoločenstiev cenóz geobotanická charakteristika; štrukturálne charakteristiky vrstevnatosť, rozmery, pokryvnosť, horizontálna a vertikálna diverzita; ekologicko-stanovištné charakteristiky (opis prostredia, indikácia stanovišťa na svetlo, teplo, vlhkosť, pôdnu reakciu, obsah živín, mikroklimatické pomery). Ako vstupné parametre pre modelovanie erózneho odnosu pôdy plošnou vodnou eróziou boli využité jednotlivé vlastnosti prvkov krajiny, zachytené v abiokomplexoch a v sekundárnej krajinnej štruktúre (ďalej SKŠ) ako aj vlastnosti samotných línií NDV. Stupeň ohrozenosti pôd plošnou vodnou eróziou bol určený na základe erózneho modelu RUSLE modifikácia modelu USLE /20/: G = R. K. S. L. C. P kde G = odnos pôdy (t.ha-1.rok-1), R faktor erózneho účinku dažďa, K faktor náchylnosti pôdy na eróziu, S faktor sklonu svahu, L faktor dĺžky svahu, C faktor ochranného účinku vegetácie, P faktor protieróznych opatrení. Hodnoty uvedených faktorov boli modifikované pre naše podmienky na základe práce /14/. Aktuálna plošná vodná erózia bola vyhodnotená s uvažovaním ochrannej funkcie existujúcej vegetácie, do digitálneho modelu reliéfu (DMR) 5x5 boli zahrnuté aj bariéry, brzdiace a usmerňujúce tok materiálu (cesty, zastavané územia, vodné toky). Tieto boli chápané ako absolútne bariéry. Aktuálna vodná erózia má tendenciu prechádzať v líniovú (bariérne prvky usmerňujú odtok do koncentrovaného odtoku). Pre výpočet prispievajúcich plôch bol použitý váhový grid, ktorý určuje podiel povrchového odtoku z každej bunky (potenciálny koeficient povrchového odtoku) /1/, /2/, /7/, /10/, /16/, /23/. Koeficient zohľadňuje komplexnú informáciu od polohy, cez vlastnosti geologického podložia, pôd, georeliéfu až po prvky krajinnej pokrývky. Výsledkom je grid potenciálneho kumulatívneho odtoku. Ďalej bol použitý tzv. prechodový grid (transfer grid), ktorý vyjadruje utlmujúci vplyv krajinnej pokrývky na tok vody a materiálu po svahu. Takto bol modelovaný vplyv čiastočne priepustných bariér. Hodnoteným líniám NDV bol priradený, vzhľadom na ich vlastnosti, trans-grid s rôznymi hodnotami. Jednotlivé prvky krajinnej pokrývky mali prechodový grid a C-faktor stanovený v zmysle viacerých prác venujúcich sa tejto problematike. Boli vytvorené dva modely erózneho odnosu pôdy: VARIANT 1 s ochranným účinkom hodnotených línií a VARIANT 2 bez ochranného účinku hodnotených línií. Ohrozenie krajiny uvedeným procesom bolo vyhodnotené v prostredí geografických informačných systémov ArcGIS, s rozšírením Spatial Analyst, na analýzy digitálneho modelu terénu bol použitý modul TauDEM (Terrain Analysis Using Digital Elevation Models)/19/. Podľa hodnôt erózneho ohrozenia z mapy rozdielu jednotlivých variantov (VARIANT 2 VARIANT 1), ktorý vyjadruje o koľko by sa zvýšil erózny odnos pôdy vodnou plošnou eróziou na danej lokalite, keby sa tam hodnotená líniová formácia NDV nevyskytovala, bol na základe limitných hodnôt erózneho odnosu pre plytké, stredne hlboké a hlboké pôdy /14/ určený význam ich protierózneho účinku. Boli zvolené nasledovné stupnice protieróznej významnosti formácií (Tab. 1): 186

189 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab.1: Protierózna významnosť formácií NDV plytké pôdy Erózny odnos (t/ha -1 /rok -1 ) 0 0,5 1. ostatná 0,501 2,00 2. významná 2,01 100,00 3. nevyhnutá stredne hlboké pôdy Erózny odnos (t/ha -1 /rok -1 ) 0 2,00 1. ostatná 2,01 5,00 2. významná 5,01 100,00 3. nevyhnutá hlboké pôdy: Erózny odnos (t/ha/rok) 0 5,00 1. ostatná 5,01 20,00 2. významná 20,01 100,00 3. nevyhnutá Stupeň významnosti Stupeň významnosti Stupeň významnosti VÝSLEDKY V sledovanom území bolo celkovo zmapovaných 76 líniových formácií NDV, v ktorých bolo zaznamenaných 42 druhov drevín (26 sa uplatnilo v stromovej etáži) a 195 druhov rastlín. Funkčná účinnosť bola hodnotená na 38 líniových formáciách NDV (Obr. 1). Obr. 1: Hodnotené líniové formácie NDV (ukážka) Z hľadiska pôvodnosti vegetácie v mapovaných formáciách prevládali pôvodné druhy drevín. Osobitnou, veľmi často sa vyskytujúcou kategóriou boli zdomácnené druhy ovocných stromov (Pyrus domestica, Malus domestica, Prunus communis, Juglans regia, Cerasus sp.), ktoré sa vyskytovali v človekom založených formáciách, prevažne v stromoradiach na medziach. Staré ovocné stromy sú s vysokou pravdepodobnosťou významné staré odrody a variety, preto je možné ich zaradiť v rámci regiónu Štiavnických vrchov medzi vzácne (Jančová, M. in verb, 2008). Vymapované boli aj niektoré cudzokrajné druhy drevín (Mespilus germanica, Castanea sativa). Pomocou dendrogramu hierarchickej zhlukovej analýzy, na základe fyziognómie, druhového zloženia a ekotopu /17/ boli v sledovanom území vyčlenené nasledovné typy biotopov líniových formácií NDV: podhorské jelšové lužné lesy, líniové fragmenty dubovo-hrabových lesov karpatských, trnkové lieštiny, trnkové kriačiny, trnkové kriačiny so synantropnými druhmi, stromoradia s primiešanými druhmi okolitých lesných porastov, stromoradia s výskytom synantropných druhov, stromoradia popri cestách. 187

190 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Výsledky hodnotenia erózneho ohrozenia plošnou vodnou eróziou sú uvádzané v t.ha -1.rok -1, ktoré však, vzhľadom k empirickej podstate použitého modelu USLE a dostupnej podrobnosti vstupných parametrov, majú len orientačný charakter a vypovedajú skôr o stupni erózneho ohrozenia územia. Hodnoty boli do jednotlivých kategórií zaradené nasledovne: 1. do 1 t.ha -1.rok -1 - žiadne až nízke ohrozenie 2. 1,1 10 t.ha -1.rok -1 - nízke 3. 10,1 50 t.ha -1.rok -1 - stredné 4. 50,1 100 t.ha -1.rok -1 - vysoké ,1 200 t.ha -1.rok -1 - veľmi vysoké 6. nad 200 t.ha -1.rok -1 - extrémne vysoké Aktuálna erózna ohrozenosť pôd s ochranným účinkom líniových vegetačných formácií (VARIANT 1) Aktuálny erózny odnos s ochranným účinkom líniových formácií sa pohybuje prevažne v intervale 0 1 t.ha -1.rok -1, čo znamená žiadne až nízke erózne ohrozenie. Najvyšší erózny zmyv (hodnoty erózie dosahujú nad 200 t.ha -1.rok -1 ) sa vyskytuje len lokálne, a to na svahoch v súčasnosti využívaných ako orná pôda. Plošné zastúpenie jednotlivých kategórií strát pôdy s účinkom NDV dokumentuje Tab. 2. Aktuálna erózna ohrozenosť pôd bez ochranného účinku líniových vegetačných formácií (VARIANT 2) Aktuálny erózny odnos bez ochranného účinku líniových formácií sa tiež pohybuje prevažne v intervale 0 1 t.ha - 1.rok -1, čo znamená žiadne až nízke ohrozenie pôd plošnou vodnou eróziou. Plocha pôd silno ohrozených však v tomto modely stúpla takmer dvojnásobne a plošné zastúpenie extrémne ohrozených pôd sa zvýšilo trojnásobne. Plošné zastúpenie jednotlivých kategórií strát pôdy bez účinku NDV dokumentuje Tab. 2. Tab. 2: Plošné zastúpenie ohrozenosti pôd s ochranným a bez ochranného účinku líniových formácií Kategórie ohrozenosti pôd Plošné zastúpenie v m 2 VARIANT 1 VARIANT 2 Žiadne až nízke (do 1 t.ha - 1.rok -1 ) Nízke ohrozenie (1,1-10 t. ha -1.rok -1 ) Stredné ohrozenie (10,1-50 t. ha -1.rok -1 ) Silné ohrozenie (50,1-100 t.ha -1.rok -1 ) Veľmi silné ohrozenie (100,1-200 t.ha -1.rok -1 ) Extrémne ohrozenie (200,1 t. ha -1.rok -1 a viac) Z výsledkov rozdielu eróznej ohrozenosti medzi jednotlivými variantmi (Obr. 2) vyplýva, že protierózny význam hodnotených formácií NDV voči plošnej vodnej erózii v riešenom území je veľmi výrazný, teda formácie sú nevyhnutné alebo významné na daných lokalitách aj napriek tomu, že pôdy sú v riešenom území ťažšie erodovateľné. Protierózny význam vegetácie závisí teda od stanovištných podmienok, lokalizácie samotnej formácie a lokalizácie ostatných prvkov SKŠ, od ich vzdialeností a tiež od samotných kvalitatívnych a kvantitatívnych vlastností vegetačných formácií (zápoja, etážovitosti, pokryvnosti jednotlivých vrstiev a tiež od ich šírky), t.j. od ich funkčnej účinnosti /18/. Z rozdielu erózneho odnosu medzi variantom 2 a 1 vyplýva, že 19 líniových formácií NDV z 38 hodnotených možno považovať za nevyhnutné (všetky plochy s prekročeným limitným eróznym odnosom - 5, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 35, 36, 37, 38, 39, 46, 47, 48, 49, 50), 8 lokalít za významné (1, 3, 4, 22, 23, 24, 28, 31), kedy sa erózny odnos pohybuje približne okolo kritickej hodnoty a 11 lokalít za ostatné (2, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 27, 33), kedy odnos pôdy je menší ako normou stanovený limit. 188

191 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 2: Rozdiel erózneho odnosu pôdy medzi variantom 2 a 1 Na základe vyššie uvedeného hodnotenia bola protierózna účinnosť líniových formácií NDV stanovená v troch stupňoch: nízka, stredná a vysoká. Najvyššie vypočítané rozdiely hodnôt eróznych odnosov boli zistené na strmších svahoch, v súčasnosti využívaných ako orná pôda, na horizontálne konvexných plochách. ZÁVER Riešené územie je z významnej časti pokryté vegetačnou pokrývkou. Prevažujú trvalé trávne, menej lesné porasty. Na takýchto plochách sú prejavy hodnotených prírodných procesov výrazne stlmené. Vegetačná pokrývka má výrazný protierózny a ekostabilizačný účinok. Veľkosť tohto účinku je možné stanoviť porovnaním potenciálneho a reálneho ohrozenia územia daným prírodným procesom, alebo tiež porovnaním aktuálneho erózneho modelu s variantom, v ktorom bol zanedbaný ten prvok SKŠ, ktorého účinok bol zisťovaný. 189

192 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Literatúra /1/ Beven, K.J., Kirkby, M. J. : A physically based variable contributing area model of basin hydrology. Hydrol. Sci. Bull.24, /2/ Carsel, R.F., Parrish, R.S. : Developing Joint Probability Distributions of Soil Water Retention Characteristics. Water Resour. Res., 24, 1988: /3/ Drdoš, J., Miklós, L. et al. : Základy krajinného plánovania. Technická univerzita vo Zvolene, 1995 /4/ Janík, J., Petrík, Ľ., Valtýni, J. : Zásady krajinárskych úprav na poľnohospodárskej pôde. - MPVž SSR, Bratislava, 1978 /5/ Jurko, A.. : Ekologické a socioekonomické hodnotenie vegetácie. - Príroda, Bratislava, 1990 /6/ Kočická, E., Kočický, D. : Ohrozenosť poľnohospodárskej krajiny v okolí obce Žibritov vybranými prírodnými procesmi, Medzinárodná vedecká konferencia Ochrana a manažment poľnohospodárskej krajiny, Modra Harmónia, 2008 /7/ Kočický, D et al. : Komplexný program protieróznej ochrany a návrh opatrení na zvýšenie retenčnej schopnosti územia SR v členení podľa čiastkových povodí. Esprit s.r.o, Banská Štiavnica, /Záverečná správa/, 2008 /8/ Kontriš, J. : Fyziognomicko-ekologická typizácia lesov a krovín a ich funkcia v krajne. Problémy ekológie krajiny, Bratislava, 23, 1978: (9/ Lieskovský, J. : Modelovanie horizontálnych vzťahov v hydrologických GIS analýzach. In: GIS vo vodnom hospodárstve (Faixová-Chalachanová, J., Fencík, R., (eds)., SAGI Bratislava (elektronický zborník), 2007 /10/ Liu, Y., De Smedt, F. : WetSpa Extension, A GIS-based Hydrological Model for Flood Prediction and Watershed Management. Documentation and user manual, Vrije Universiteit Brusel, Belgium, 2003 /11/ Midriak., R. et al. : Diferencované obhospodarovanie lesa podľa integrovaných funkcií. - Lesnícke štúdie 31, Príroda, Bratislava, 1981 /12/ Múdry, P. : Metódy klasifikácie nelesnej stromovej a krovinnej vegetácie v krajine. Záverečná správa, VI , Ekotrust, Banská Štiavnica, 1989 /13/ Pasák, V. et al. : Ochrana půdy před erozí. - SZN, Praha, 1984 /14/ Pasák, V., Janeček, M., Šabata, M. : Ochrana zemědělské půdy před erozí. Metodiky ÚVTIS, 11, Praha, 1983 /15/Petrík, Ľ. : Význam a využitie zelene v tvorbe krajiny. - Lesnícke štúdie, No. 26, 1977 /16/ Rawl, W.J., Brakensie, D.L., Saxton, A K.E. : Estimation of Soil Water Properties, Trans. Amer. Soc. of Agric. Engin., 25(5), 1982: , 1328 /17/ Ružičková H. et al. : Biotopy Slovenska. Príručka k mapovaniu a katalóg biotopov. ÚKE SAV, Bratislava, 1996 /18/ Sláviková, D. : Ochrana rozptýlenej zelene v krajine. Metodicko-námetová príručka č.9, ÚV SZOPK, Bratislava, 1987 /19/ Tarboton, D. G.: Terrain Analysis Using Digital Elevation Models (TauDEM) 2004, /20/ Wischmeier, W.H., Smith, D.D. : Predicting rainfall Erosion Losses A Guide to Conservation Planning Agriculture Handbook No.537. Washington D.C., US Department of Agriculture, 1978 /21/ Zachar, D. : Kritériá pre posúdenie užitočných funkcií lesa. Záverečná správa, depon in VÚLH, Zvolen, 1973 /22/ Zachar, D. : Kritériá pre hodnotenie a triedenie funkcií lesa v biosfére. In: Funkce lesů v životním prostredí, Brno, VŠZ, 1986:31 37 /23/ Zinke, P.J. : Forest Interception Studies in the United States, International Symposium on Forest Hydrology, W.E. Sopper, and H.W. Hull (eds.), Pergamon Press, Oxford., 1967: Erosion protective influence of the line formations of non-forest woody vegetation on process of water surface erosion in cultural landscape around the Žibritov-village (Štiavnické vrchy Mountains) Summary Line formations of non-forest woody vegetation are an important component of the cultural landscape. Thay have an invaluable role in maintenance of the biological diversity and also of the ecological stability. Goal of the article is to describe possibility of evaluation of the line hedgerows and their soil protection influence to water erosion in cultural landscape around the Žibritov village in Štiavnické vrchy Mountains. There was analyzed the water erosion model in two different landuse scenarios: with hedgerows and without thay. Za počítačové spracovanie a matematické modelovanie vďačíme Mgr. Dušanovi Kočickému, ESPRIT, s.r.o. Banská Štiavnica. 190

193 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV ODOLNOSTI K NAPADENÍ CHOROBAMI KOENOVÉHO SYSTÉMU NA VÝNOS VOJTŠKY SETÉ V POLOPROVOZNÍCH PODMÍNKÁCH Josef Hakl 1, Ladislav Krajíc 1, Jaromír Šantrek 1, Marie Hrubá 2 1 eská zemdlská univerzita, katedra pícnináství a trávníkáství, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, eská republika, hakl@af.czu.cz 2 Agriservis, spol. s r.o. Souhrn U vojtšky seté (Medicago sativa L.) byl v poloprovozních podmínkách sledován vliv napadení chorobami koene, hustoty porostu a prmru koene pod koenovým krkem na dosahované výnosy sušiny. Pokusy probíhaly na dvou stanovištích, vždy na 10 odrdách. Vyhodnocen byl rok V experimentu byl nejvíce vysvtlující promnnou prmr koene, následovaný hustotou porostu a odolností k chorobám. Odolnost vyšší o 1 % zvyšovala celkový roní výnos o 0,114 tuny na hektar. Výsledky ukazují, že pro objektivní posuzování negativního vlivu napadení porostu vojtšky chorobami koene na dosažený výnos sušiny je nutné zohlednit jak potenciální produktivitu rostlin, která významn modifikuje dopad chorob na jednotlivé rostliny, tak i poet rostlin na plochu, což koriguje relaci k výnosu na úrovni porostu. Je nutné si však uvdomit, že odolnost k chorobám negativn ovlivuje práv hustotu porostu, ímž její význam mže být v interakci s asem nepímo vtší. ÚVOD Efektivnost pstování vojtšky ovlivuje pedevším vytrvalost porost /8/. Napadení rostlin chorobami koene a koenového krku je dležitým stresovým faktorem ovlivujícím vytrvalost a výnosnost vojtšky seté, uvádí se i jeho znaný ekonomický dopad /4,8/. Od poátku infekce k odumení rostliny uplynou zpravidla 1 až 2 roky /6/. Negativní vliv chorob je tedy dán úbytkem rostlin a také snížením produktivity rostlin v rzných fázích infekce. Naše pedchozí výsledky /2/ ukazují, že s rostoucí intenzitou onemocnní dochází k prkaznému snižování potu lodyh na rostlin. Redukce potu lodyh se pi maximálním napadení pohybuje na úrovni 80 % a k prkaznému snížení oproti zdravým rostlinám dochází od stupn 3. Další výsledky /3/ poukazují na rozdíly v projevech stresu z infekce v jarním a podzimním období nebo v jednotlivých seích. Naše pedchozí práce se doposud zabývaly vlivem napadení chorobami koenového systému na snížení produktivity jednotlivých rostlin pi jarním i podzimním obrstání rostlin. Cílem této práce je pedbžn kvantifikovat vliv odolnosti odrd k chorobám koenového systému pi zohlednní hustoty porostu a velikosti rostlin v reálných poloprovozních podmínkách. 191

194 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODIKA Polní poloprovozní pokusy byly vedeny na dvou stanovištích. První polní pokus byl založen v roce 2005 na pozemcích zemdlského podniku Agro Bystice a.s., ve východních echách, okres Jiín. Stanovišt se nachází v nadmoské výšce 305 m, pda je stední, pdní typ hndozem na spraši. Jednotlivé parcely mají rozmry 20 x 166 m s plochou 0,330 ha. Bylo zde zaazeno 10 odrd vojtšky seté: Pálava, Morava, Magda, Jitka, Jarka, Zuzana, Vlasta, Oslava, Niva a Symphonie. Druhý poloprovozní pokus byl založen v roce 2007 na pozemcích zemdlského družstva Hraniá v Lodnicích u Opavy. Stanovišt se nachází v nadmoské výšce 200 m, pda je stední, pdní typ ernozem. Bylo zde zaazeno 10 odrd: Pálava, Kamila, Niva, Oslava, Morava, Vlasta, Magda, Zuzana, Jarka a Jitka. Jednotlivé parcely jsou o rozmrech 8 x 190 m s plochou 0,152 ha. V roce 2008 byly na obou stanovištích výnosov vyhodnoceny 3 see. Výnosy v každé sei byly stanoveny vážením z jednotlivých parcel a pepoteny podle zjišované sušiny. Následn byly jednotlivé see seteny jako celkový roní výnos sušiny. V druhé polovin vegetace roku 2008 byly na obou stanovištích odebrány vzorky rostlin z ploch 0,25 m 2, vždy v pti opakováních pro každou odrdu. U odebraných vzork byl stanoven poet rostlin, u každé rostliny byl zjištn prmr hlavního koene pod koenovým krkem a na jeho píném prezu na základ symptom subjektivn stanoven stupe napadení. Byl sledován výskyt zdravých rostlin a intenzita napadení u cévního vadnutí, nekrózy krku a koene, krkových a koenových hnilob podle metodiky /6/. Celkové napadení chorobami byla stanoveno tak, že stupn napadení jednotlivých chorob byly následn sjednoceny podle uvádné škodlivosti a v pípad spoleného výskytu chorob na jedné rostlin seteny. Celková odolnost jednotlivých odrd vojtšek ke komplexu koenových chorob pak byla vypotena podle metodiky /7/ pro stanovení odolnosti k cévnímu vadnutí. Výsledky byly statisticky zpracovány krokovou regresní analýzou v programu Statistica. VÝSLEDKY A DISKUSE V tabulce 1 jsou uvedeny dosažené celkové výnosy sušiny, hustota porostu, vypotená odolnost odrd a zjištný prmr hlavního koene pod koenovým krkem. Je patrný výrazný rozdíl mezi porostem v druhém (Opava) a tvrtém (Jiín) roce vegetace, kdy v souladu s adou autor dochází v ase ke snižování hustoty porostu a následnému zvyšování prmru koene u jednotlivých rostlin /1/, rozšiování chorob /6/ s následným poklesem výnos sušiny. 192

195 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 1: Celkový roní výnos sušiny, odolnost k chorobám, prmr hlavního koene pod koenovým krkem a hustota porostu v roce 2008 u jednotlivých odrd na dvou sledovaných stanovištích. stanovišt odrda výnos (t.ha -1 ) odolnost (%) prmr koene (mm) Opava Jarka 13,8 86,6 6, Jitka 13,4 84,7 6, Kamila 11,1 90,7 7,00 97 Magda 11,2 85,4 6, Morava 13,1 86,7 5, Niva 10,6 84,0 6, Oslava 11,2 85,6 5, Pálava 12,6 83,2 6, Vlasta 11,3 88,8 6, Zuzana 12,0 83,7 6, Jiín Jarka 6,6 73,7 9,32 78 Jitka 7,4 77,4 9,65 63 Magda 5,1 73,9 9,60 58 Morava 5,5 72,4 10,27 50 Niva 6,6 70,6 10,79 54 Oslava 6,1 74,7 10,54 57 Pálava 4,6 73,6 10,93 46 Symphonie 8,3 80,4 9,79 58 Vlasta 7,1 67,2 10,57 59 Zuzana 6,9 78,5 9,43 72 hustota (rostlin.m -2 ) Pro vyhodnocení vlivu hodnocených parametr byla využita kroková regresní analýza, kde algoritmus do modelu zahrne pouze významné promnné v poadí podle jejich vysvtlující hodnoty. Byla získána následující rovnice (R 2 = 89%, p-value = 0,0000, použité jednotky promnných dle tab 1.): výnos sušiny = 13,36 0,348*prmr koene + 0,034*hustota + 0,114*odolnost Z rovnice je zejmé, že v daném experimentu byl nejvýznamnjší promnnou prmr koene, následovaný hustotou porostu a odolností rostlin. Prmr koene vykázal negativní regresní koeficient, což je v souladu s tvrzením /5/, kde v hustém porostu je sice koenový systém jednotlivých rostlin menší, ale celková koenová hmota na jednotku plochy je vzhledem k vyššímu potu rostlin vyšší. Odolnost k chorobám vyšší o 1 % zvyšovala celkový roní výnos o 0,114 tuny na hektar. /6/ uvádí míru škodlivosti na produktivitu rostlin v závislosti na stupni napadení, ale z našich výsledk vyplývá, že dležitou roli hraje také velikost rostlin, nebo jejich produktivita koreluje zejména s prmrem hlavního koene (používá se jako kovariáta) a až následn se stupnm napadení chorobou /2/. Výsledky ukazují, že pro objektivní posuzování negativního vlivu napadení porostu vojtšky chorobami koene na dosažený výnos sušiny je nutné 193

196 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zohlednit jak potenciální produktivitu rostlin (danou prmrem koene), která významn modifikuje dopad chorob na jednotlivé rostliny, tak i hustotu porostu, která koriguje relaci k výnosu na úrovni porostu. Je nutné si však uvdomit, že odolnost k chorobám negativn ovlivuje práv hustotu porostu, ímž její význam mže být v interakci s asem nepímo vtší. Výsledky jsou pouze orientaní, avšak dle našeho názoru dokládají význam prmru koene a hustoty porostu pi hodnocení vlivu koenových chorob na tvorbu výnosu vojtšky. LITERATURA /1/ Hakl, J.: Pícnináská charakteristika a uplatnní vybraných eských novošlechtní vojtšek. Czech university of agriculture Prague, disertaní práce, 2006, 88 p. /2/ Hakl, J., Šantrek, J., Kalista, J.: Poet a délka lodyh u rostlin vojtšky seté ve vztahu k intenzit napadení chorobami koenového systému. In. Vliv abiotických a biotických stresor na vlastnosti rostlin Sborník píspvk z vdecké konference. AF ZU, Praha, 2004, p /3/Hakl, J., Šantrek, J., Kováová, D., Kalista, J.: Tvorba lodyh u vojtšky seté a intenzita napadení chorobami koenového systému v jarním a podzimním období. In. Vliv abiotických a biotických stresor na vlastnosti rostlin Sborník píspvk z vdecké konference. VÚRV a ZU, Praha, 2007, p /4/ Kenneth, TL, Donald, CE, Gerald, DG: Diseases and nematodes. In: Hanson A. A. et al.: Alfalfa and alfalfa improvement, Madison, Wisconsin, USA, 1988, p: /5/ Klesnil, A., Velich, J., Regal, V. Vojtška. SZN, Praha, 1965, 201s /6/ Kdela, V.: Soustava ochranných opatení proti cévnímu vadnutí. Metodiky pro uvádní výsledk výzkumu do praxe. ÚVTIZ, 1978, 2, 27 p. /7/ Kdela, V. (1970): Zpsob hodnocení odolnosti odrd vojtšky vi cévnímu vadnutí. Rostlinná výroba, 16, 9, s /8/ Smith, EG, Acharya, SN, Huangh, HC: Economics of growing verticillium wilt-resistant and adapted alfalfa cultivars in western Canada. Agronomy Journal, 1995, 87: 6, p The influence of root disease resistence of Medicago sativa L. on yield in pilot-plant experiments Josef Hakl 1, Ladislav Krajíc 1, Jaromír Šantrek 1, Marie Hrubá 2 1 CULF in Prague, FAFNR, Kamýcká 129, Prague 6 - Suchdol, hakl@af.czu.cz 2 Agriservis, spol. s r.o. Summary The influence of alfalfa root disease resistance on dry matter yield has been evaluated in two experiments with 10 varieties in Number of plants, disease resistance, and tap-root diameter were determined by each variety in five replicates. The most important factor was tap-root diameter. Disease resistance increased dry matter yield by 0,144 t.ha -1 per 1 % of resistance. For objective evaluation of disease impact on yield, we recommended the including of tap-root diameter and stand density. The disease resistance influenced the plant density in interaction with time Podkování Práce byla zpracována za podpory MSM

197 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV 24-EPIBRASSINOLIDU NA VÝMĚNU PLYNŮ KVĚTÁKU František Hnilička 1, Jaroslava Martinková 1, Martin Koudela 2, Lenka Svozilová 2 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, hnilicka@af.czu.cz 2 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, katedra zahradnictví, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, Souhrn V polních pokusech jsme sledovali rychlost fotosyntézy a transpirace květáku, odrůdy Chambord F1. Rostliny květáku byly pěstovány vě čtyřech variantách pokusu: varianta kontrolní a varianta stresovaná). Dále byly tyto dvě varianty ošetřeny 24-epibrassinolidem ošetřená kontrola a ošetřená stresovaná varianta. Rychlost fotosyntézy a transpirace byla nejnižší u stresovaných rostlin ve srovnání s ostatními variantami pokusu. U rostlin stresovaných byl prokázán pozitivní vliv aplikace 24 epibrassinolidu na rychlost fotosyntézy, kdy se tato charakteristika zvýšila. Rychlost transpirace stresovaných rostlin květáku byla nižší u stresovaných rostlin ošetřených 24-epibrassinolidem ve srovnání s neošetřenými rostlinami. ÚVOD Rostliny květáku jsou během vegetačního období nejnáročnější z košťálových zelenin na množství vody. Největší nárok na dostatek vody má květák v období maximálního růstu růžic před sklizní. Její nedostatek má za následek předčasné zakládání nekvalitních růžic. Nedostatek vody je proto pro rostliny jedním z hlavních faktorů ovlivňující produktivitu rostlin. Vznikající vodní deficit se všeobecně projevuje nejdříve snížením intenzity růstu a dále snížením rychlosti asimilace CO 2 /3, 6/. Negativní vliv vodního deficitu je možné zmírnit aplikací některých přírodních či syntetických látek. Z přírodních látek takto působí např. brassinosteroidy. Brassinosteroidy jsou endogenní hormony se strukturou velmi podobnou steroidům. Brassinosteroidy jsou schopny snižovat negativní dopad vlivů vnějšího prostředí, jako jsou např. nedostatek vody, zasolení půdy, vliv pesticidů a fytopatogenních organismů /10/. Mohou také ovlivňovat absorpci některých minerálů. V konečném důsledku zvyšují výnos /5/. Na základě těchto údajů bylo cílem naší práce studium vlivu 24 epibrassinolidu na obsah fotosynteticky aktivních pigmentů v listech květáku. MATERIÁL A METODA Jako pokusný materiál byl vybrán květák, odrůda Chambord F1. Pokusné parcely polního pokusu byly umístěny ve Výzkumné stanici v Tróji. Schéma pokusu zahrnovalo 4 varianty: varianta kontrolní (B4) a varianta stresovaná (B1). Dále byly tyto dvě varianty ošetřeny 24-epibrassinolidem ošetřená kontrola (B3) a ošetřená stresovaná varianta (B2). Rostliny květáku byly zavlažovány na dávku 25 % PVK (kontrola) a 20 % PVK (stres). Zálivka byla regulována na základě měření přístrojem VIRIB (Litchmann, Česká republika). Na rostliny byl aplikován postřikem 24-epibrassinolid o koncentraci 10-9 M. Uvedený fytohormon byl aplikován 3.termín měření ( ). U rostlinného materiálu byla měřena gazometricky rychlost fotosyntézy a transpirace. Uvedené charakteristiky byly měřeny přenosným infračerveným analyzátorem LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Jako optimální byla nastavena teplota 25 C a hustota ozáření

198 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin µmol.m -2.s -1. Rychlost fotosyntézy a transpirace byla měřena v týdenních intervalech, od do , u kontrolních a pokusných rostlin. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) - STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze 7.0. VÝSLEDKY A DISKUSE Rychlost transpirace byla v rámci jednotlivých variant pokusu vyrovnaná. Průkazně nejnižší rychlost transpirace byla zaznamenána u rostlin ošetřené, stresované varianty (B2) - 2,68 mmol H 2 O.m -2.s -1 a naopak nejvyšší u kontrolní neošetřené varianty (B4) 2,94 mmol H 2 O.m -2.s -1. Po aplikaci 24 epibrassinolidu na listy stresovaných rostlin se neprůkazně snížila rychlost transpirace v porovnání s neošetřenou variantou o 0,11 mmol H 2 O.m -2.s -1. Uvedené výsledky jsou v souladu s pracemi např. /8, 9/. Transpirace rostlin květáku, pěstovaného v polních podmínkách, byla ovlivněna také termínem měření, tedy ontogenetickým vývojem rostlin. Průkazně nejnižší rychlost transpirace byla u všech sledovaných variant pokusu naměřena u 3.termínu měření, kdy průměrná rychlost transpirace byla 2,02 mmol H 2 O.m -2.s -1. Naměřený interval hodnot transpirace byl 1,36 mmol H 2 O.m -2.s -1 (B3) až 2,65 mmol H 2 O.m -2.s -1 (B1), viz obr. 1. Naopak nejvyšší výdej vody rostlinou byl zaznamenán v 8.termínu měření. V tomto období byla průměrná rychlost transpirace ve výši 3,39 mmol H 2 O.m -2.s -1. Nejnižší rychlost transpirace byla u varianty B2 (2,84 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) a naopak nejvyšší u varianty B4 (3,64 mmol H 2 O.m -2.s -1 ). Z grafu 1 je dále patrné, že u varianty stresované s ošetřením 24-epibrassinolidu je patrný pokles transpirace na konci sledovaného období, tedy v termínech měření 7 (3,40 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) až 9 (2,09 mmol H 2 O.m -2.s -1 ). Naopak ve stejném období se transpirace zvýšila u rostlin kontrolních s aplikací 24-epibrassinolidu. V sedmém termínu měření byla rychlost transpirace 2,96 mmol H 2 O.m -2.s -1 a na konci vegetace květáku, v době sklizně, 3,62 mmol H 2 O.m -2.s -1. Statisticky neprůkazné diference byly zjištěny mezi jednotlivými termíny měření ke konci sledovaného ontogenetického vývoje rostliny u kontrolních neošetřených rostlin, neboť rychlost transpirace byla v 7.termínu měření 3,63 mmol H 2 O.m -2.s -1 a v období 9.termínu 3,65 mmol H 2 O.m -2.s transpirace (mmol H 2 O.m -2.s -1 ) odběr varianta B1 varianta B2 varianta B3 varianta B4 Obr. 1: Rychlost transpirace (mmol H 2 O.m -2.s -1 ) v závislosti na ontogenetickém vývoji 196

199 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Jestliže porovnáme rychlost transpirace kontrolních a stresovaných rostlin je možné konstatovat, že se rychlost transpirace u stresovaných rostlin květáku snižuje. K obdobným výsledkům u rajčat dospěli také např. /4, 7/. Další měřenou charakteristikou byla okamžitá rychlost fotosyntézy. Z grafu 2 vyplývá, že průměrná rychlost fotosyntézy byla nejnižší u varianty B1, kdy dosáhla výše 15,11 µmol CO 2.m -2.s -1 a naopak nejvyšší u varianty B4 16,52 µmol CO 2.m -2.s -1. Z něho dále vyplývá, že po aplikaci 24-epibrassinolidu na stresované rostliny se rychlost fotosyntézy ve srovnání s neošetřenou variantou zvýšila. Rychlost fotosyntézy se statisticky neprůkazně zvýšila o 0,67 µmol CO 2.m -2.s -1. U kontrolních rostlin bylo zaznamenáno neprůkazné snížení rychlosti fotosyntézy po aplikaci testované látky. Rychlost fotosyntézy neošetřených kontrolních rostlin byla 16,52 µmol CO 2.m -2.s -1 a ošetřených 16,45 µmol CO 2.m -2.s -1. Získané výsledky jsou v souladu s pracemi /1, 9, 11/, kteří se zabývali studiem vodního deficitu u rajčat. fotosyntéza (µmol CO 2.m -2.s -1 ) odběr varianta B1 varianta B2 varianta B3 varianta B4 Obr. 2: Rychlost fotosyntézy (µmol CO 2.m -2.s -1 ) v závislosti na ontogenetickém vývoji Obdobně jako v případě rychlosti transpirace byl u fotosyntézy zjištěn průkazný pokles v době aplikace testované látky 3.termín. V tomto období byla průměrná rychlost fotosyntézy 10,43 µmol CO 2.m -2.s -1. Zatímco v předcházejících termínech měření 11,71 µmol CO 2.m -2.s -1 a 16,96 µmol CO 2.m -2.s -1, viz obr. 2. Naopak nejvyšší rychlost fotosyntézy byla naměřena na konci sledované vegetace rostlin 19,73 µmol CO 2.m -2.s -1. Z uvedeného grafu 2 dále vyplývá postupný téměř lineární nárůst rychlosti fotosyntézy až do konce sledovaného období u všech sledovaných variant pokusu. Nejnižší rychlost fotosyntézy byla naměřena na počátku vegetace rostlin květáku, kdy se pohybovala v rozmezí hodnot 8,77 µmol CO 2.m -2.s -1 (B1) až 16,32 µmol CO 2.m -2.s -1 (B4). V období sklizně květáku byla rychlost fotosyntézy u všech sledovaných variant nejvyšší, neboť interval rychlosti fotosyntézy byl od 18,45 µmol CO 2.m -2.s -1 (varianta B2) do 20,69 µmol CO 2.m -2.s -1 (varianta B4). Z výsledků práce /2/ na rychlost fotosyntézy rajčat vyplývá, že ABA snižuje tuto fyziologickou charakteristiku. Tento trend nebyl potvrzen po aplikaci 24 epibrassinolidu na stresované rostliny květáku. Z předběžných výsledků je patrné, že rychlost fotosyntézy a transpirace byla nejnižší u stresovaných rostlin ve srovnání s ostatními variantami pokusu. U rostlin stresovaných byl prokázán pozitivní vliv aplikace 24 epibrassinolidu na rychlost fotosyntézy, kdy se tato charakteristika zvýšila. Rychlost transpirace stresovaných rostlin květáku byla nižší u stresovaných rostlin ošetřených 24-epibrassinolidem ve srovnání s neošetřenými rostlinami. 197

200 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA /1/ Bai, C., S., Lu, G., Y.: Effects of water stress on tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) seedling. Acta Horticulturae Sinica. 18 (4), 1991: /2/ Coleman, J. S., Schneider, K. M.: Evidence that abscisic acid does not regulate a centralized whole-plant response to low soil-resource availability. Oecologia. 106 (3), 1996: /3/ Cornic, G., Ghashghaie, J., Genty, B., Briantais, J., M.: Leaf photosynthesis is resistant to a mild drought stress. Photosynthetica. 27 (3). 1992: /4/ Karunyal, S., Kailash-Paliwal, S., K., Paliwal, K.: Effect of water stress on water relations, photosynthesis, and element content of tomato. Plant Physiology and Biochemistry New Delhi. 21 (1), 1994: /5/ Khripach, V., Zhabinskii, V., De Groot, A.: Twenty years of brassinosteroids: steroidal plant hormones Warrant better crops for the XXI century - Annals of Botany. 86 (3). 2000: /6/ Lawlor, D., W.: The effects of water deficit on photosynthesis. In N. Smirnoff (ed.) Environment and plant metabolism. Bios Scientific Publ., Oxford. 1995: /7/ Pillay, I., Beyl, C.:Early responses of drought-resistant and -susceptible tomato plants subjected to water stress. Journal of Plant Growth Regulation. 9 (4). 1990: /8/ Prabhakar, M., Srinivas, K.: Effects of soil matric potential and irrigation methods on plant water relations, yield and water use of cauliflower. Journal of Maharashtra Agricultural Universities. 20 (2). 1995: /9/ Shinohara, Y., Akiba, K., Maruo, T., Ito, T.: Effect of water stress on the fruit yield, quality and physiological condition of tomato plants using gravel culture. In.: Ito, T., Tognoni, F., Namiki, T., Nukaya, A., Maruo,T. (eds.): Hydroponics and transplant production. XXIV International horticultural congress, Kyoto, Japan, August Acta-Horticulturae : /10/ Takematsu, T., Takeuchi, Y.: Effects of brassinosteroids on growth and yields of crops. In: Sakurai A., Yokota T., Clouse S.D. (eds.) Brassinosteroids. Springer-Verlag, Tokyo. 1999: /11/ Xu, H., L., Gauthier, L., Gosselin, A., Xu, H., L.: Greenhouse tomato photosynthetic acclimation to water deficit and response to salt accumulation in the substrate. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science. 65 (4). 1997: The effect of application of 24-epibrassinolide on gases exchange in the leaves of cauliflower Summary The results show a clear negative effect from drought on the rate of photosynthesis and transpiration by cauliflower. The rate of photosynthesis and transpiration was lowest by the stressed plants 810*13 (4,28 µmol CO 2.m -2.s -1 ) and highest by the others variant of the trial. The application of 24-epibrassinolide increased the rate of photosynthesis by stressed plants of cauliflower. The rate of transpiration was lower by stressed plants with application of phytohormone in comparison with stressed plants. Poděkování Uvedený výzkum je podporován NAZV a výzkumným záměrem MSM

201 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STOMATÁLNÍ INHIBICE VÝMĚNY PLYNŮ KUKUŘICE POD VLIVEM VODNÍHO DEFICITU František Hnilička 1, Helena Hniličková 1, Dana Holá 2, Marie Kočová 2, Olga Rothová 2 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, hnilicka@af.czu.cz 2 Univerzita Karlova v Praze, Přírodovědecká fakulta, Albertov 6, Praha 2 Souhrn V laboratorních pokusech jsme sledovali rychlost fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivost čtrnácti vybraných genotypů kukuřice. Rostliny byly pěstované ve dvou variantách pokusu kontrolní a stresované. Rostliny kontrolní byly zavlažovány na 70 % polní vodní kapacity. U stresované varianty byla zálivka zcela omezena na šestnáct dnů. Z výsledků vyplývá, že fotosyntéza a transpirace je průkazně nižší u rostlin stresovaných ve srovnání s kontrolou o 38,52 % a 30,38 %. U rostlin stresovaných byla průměrná stomatální vodivost listů 0,06 mol m -2 s -1, kdežto u rostlin kontrolních 0,09 mol m -2 s -1. Z hodnot korelačního koeficientu vícenásobné regrese - r = 0,825, pro obě skupiny rostlin vyplývá velmi silná přímá závislost mezi stomatální vodivostí a fotosyntézou. Silná závislost mezi stomatální vodivostí a transpirací byla nalezena u stresovaných rostlin, neboť hodnota r byla 0,94. ÚVOD Nejčastějším limitujícím faktorem pěstování plodin, tedy i kukuřice, je nerovnoměrné rozdělení srážek během jejich vegetace a následné sucho /12/. Kukuřice je relativně snášenlivá k vodnímu stresu ve vegetativní fázi a citlivá ve fázi generativní. Odolnost vůči suchu je však podmíněna genetickým základem pěstovaných genotypů, neboť hybridní genotypy rostlin se často liší svými vlastnostmi od rodičovských linií. Studium hodnocení odolnosti genotypů kulturních rostlin vůči vodnímu deficitu je dlouhodobý aktuální problém /10, 13/. V případě šlechtění kukuřice je nutné znát výkonnost a schopnost křížení rodičovských genotypů /8/. Proto cílem našich pokusů je sledovat bezprostřední účinek vláhového deficitu na výměnu plynů vybraných genotypů kukuřice a na základě získaných dat vybrat tolerantní rodičovské linie a jejich potomky. MATERIÁL A METODA Jako pokusný materiál byl vybrán následující genotypový soubor kukuřice: 23; 704; 704x23; 23x704; 23x(23x704); (704x23)x(704x23); (23x704)x(23x704); (704x23)x(23x704); (23x704)x(704x23); (23x704)x23; (704x23)X704; 23x(704x23); (704x23)x23; (23x704)x704. Juvenilní rostliny kukuřice byly pěstovány v nádobách s homogenizovanou zeminou, v částečně řízených skleníkových podmínkách, kde teplotní režim byl 25 C/18 C a světelný režim byl 16 hodin světla a 8 hodin tmy. Schéma nádobového pokusu zahrnovalo dvě varianty: kontrolní (zavlažované) a stresované. Rostliny kontrolní byly zavlažovány na úroveň 70 % polní vodní kapacity. U stresované varianty nebyly rostliny zavlažovány po dobu šestnácti dnů. Pokus byl zahájen při vytvoření čtyř pravých listů. U rostlinného materiálu byla měřena gazometricky rychlost fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivost. Uvedené charakteristiky byly měřeny přenosným infračerveným analyzátorem LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Jako optimální byla nastavena teplota 25 C 199

202 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a hustota ozáření 650 µmol.m -2.s -1. Rychlost fotosyntézy a transpirace byla měřena ve dvoudenních intervalech po navození stresu suchem. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) -STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze 7.0. VÝSLEDKY A DISKUSE Z grafu 1 je patrné, že rychlost fotosyntézy byla ovlivněna nejenom variantou pokusu, ale také termínem měření. U rostlin stresovaných je možné zaznamenat postupný pokles rychlosti fotosyntézy v závislosti na délce trvání vodního deficitu. Tento pokles hodnot fotosyntézy během působení vodního deficitu byl mezi jednotlivými termíny měření statisticky průkazný. Uvedené výsledky jsou v souladu s pracemi /9, 11/. Před zahájením pokusu byla průměrná rychlost fotosyntézy stresovaných a kontrolních rostlin 7,51 µmol CO 2.m -2.s -1. Maximální rychlost fotosyntézy u stresované varianty byla dosažena druhý den po navození stresu suchem 15,41 µmol CO 2.m -2.s -1. V následném termínu měření již byl zaznamenán pokles průměrné rychlosti fotosyntézy, neboť její hodnota činila 15,09 µmol CO 2.m -2.s -1 a pokles fotosyntézy je již zaznamenán až do konce pokusu. Průkazně nejnižší rychlost fotosyntézy byla zjištěna 16 dnů po navození stresu, tedy na konci sledovaného období. V tomto termínu byla průměrná rychlost fotosyntézy stresovaných rostlin 1,81 µmol CO 2.m -2.s -1 a u kontrolních rostlin 18,08 µmol CO 2.m -2.s -1, jak demonstruje graf 1. Rychlost fotosyntézy byla nižší než ve své práci pro kukuřici uvádí např. /3/. Snížení rychlosti fotosyntézy u stresovaných rostlin bylo také zjištěno u pšenice, jak dokládá práce např. /4, 5/ fotosyntéza (µmol CO 2.m -2.s -1 ) den pokusu varianta kontrola varianta stres Obr. 1: Rychlost fotosyntézy (µmol CO 2.m -2.s -1 ) kukuřice v závislosti na variantě pokusu Další měřenou charakteristikou bylo stanovení okamžité rychlosti transpirace. Trend křivky transpirace byl obdobný s trendem křivek pro rychlost fotosyntézy, jak dokládá graf 2. Z něho vyplývá, že počáteční rychlost transpirace kontrolních a pokusných rostlin byla ve výši 1,06 mmol H 2 O.m -2.s -1. U stresovaných rostlin je možné zaznamenat prudký nárůst rychlosti transpirace druhý den po navození stresu, kdy se transpirace zvýšila na hodnotu 1,79 mmol H 2 O.m -2.s -1. Do šestého dne transpirace téměř lineárně klesá na úroveň 1,67 mmol H 2 O.m -2.s -1. Od osmého dne působení vodního deficitu již dochází k výraznějšímu snížení výdeje vody transpirací - 1,14 mmol H 2 O.m -2.s -1. Nejnižší rychlost transpirace byla zjištěna na konci sledovaného období, tedy 16.den působení stresu - 0,23 mmol H 2 O.m -2.s -1. U kontrolních rostlin se oproti stresovaným rostlinám rychlost transpirace zvyšovala až do 8.dne. V tomto období vegetace kukuřice byla rychlost transpirace v intervalu hodnot 1,06 mmol H 2 O.m -2.s -1 (1. měření, čas 0) až 1,68 mmol H 2 O.m -2.s -1 (5. měření, 8.den). Poté je 200

203 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zaznamenán statisticky neprůkazný pokles transpirace. Nejvyšší rychlost transpirace byla na konci sledovaného období 2,03 mmol H 2 O.m -2.s -1, viz graf 2. Naměřené hodnoty transpirace byly nižší než ve své práci pro stejnou plodinu uvádí /3, 8/ t r anspir ace ( m m ol H 2 O.m - 2.s - 1 ) den var iant a kont r ola varianta st res Obr. 2: Rychlost transpirace (mmol H 2 O.m -2.s -1 ) kukuřice v závislosti na variantě pokusu Křivka vývoje hodnot stomatální vodivosti byla shodná s křivkou transpirace, kdy na počátku pokusu byla její hodnota 0,05 mol.m -2.s -1. U rostlin stresovaných se stomatální vodivost na počátku působení vodního deficitu zvyšovala. Zvýšení stomatální vodivosti bylo zaznamenáno u stresovaných rostlin kukuřice druhý až šestý den působení stresu - 0,11 mol.m -2.s -1. Od osmého dne až do konce sledovaného období je patrný pokles stomatální vodivosti v důsledku uzavírání průduchů. Interval naměřených hodnot byl 0,06 mol.m -2.s -1 (8.den) až 0,01 mol.m -2.s -1 (16.den), jak dokumentuje obr gs (mo l m-2 s -1 ) den var iant a kont r ola varianta st r es Obr. 3: Stomatální vodivost (mol.m -2.s -1 ) kukuřice v závislosti na variantě pokusu Z uvedeného grafu dále vyplývá, že u kontrolních rostlin dochází na počátku pokusu ke snížení stomatální vodivosti. Naměřené hodnoty stomatální vodivosti byly od 0,07 mol.m -2.s -1 (2.den) do 0,08 mol.m -2.s -1 (6.den). Po poklesu stomatální vodivosti na počátku pokusu je od osmého dne pokusu (0,10 mol.m -2.s -1 ) až do konce sledovaného období (0,12 mol.m -2.s -1 ) zaznamenáno postupné zvyšování hodnot této fyziologické charakteristiky. Z hodnot korelačního koeficientu vícenásobné regrese - r = 0,825, pro obě skupiny rostlin vyplývá velmi silná přímá závislost mezi stomatální vodivostí a fotosyntézou. Silná závislost mezi stomatální vodivostí a transpirací byla nalezena u stresovaných rostlin, neboť hodnota r byla 0,

204 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Byl prokázán vliv jednotlivých genotypů kukuřice v reakci na vodní deficit. Meziodrůdové rozdíly pro abiotické stresory uvádí ve své práci s kukuřicí např. /1, 2/ a pro patogenní organizmy /6, 7/. Z předběžných výsledků je patrné, že fotosyntéza a transpirace je průkazně nižší u rostlin stresovaných ve srovnání s kontrolou o 38,52 % a 30,38 %. U rostlin stresovaných byla průměrná stomatální vodivost listů kukuřice 0,06 mol m -2 s -1, kdežto u rostlin kontrolních 0,09 mol m -2 s -1. Genotyp kukuřice 704 nejméně citlivě reagoval na vodní deficit omezením rychlosti fotosyntézy. Nejcitlivěji na vodní deficit reaguje genotyp (23x704)x704. Nejméně citlivě na stres suchem snížením transpirace reagoval genotyp (23x704)x(704x23). Naopak nejcitlivěji na vodní stres reagoval genotyp (704x23)x23. LITERATURA /1/ Batistella, F., Vitti Moro, F., De Carvalho, N., M.: Relationships between physical, morphological and physiological characteristics of seeds developed at different positions of the ear of two maize (Zea mays L.) hybrids. Seed Sci. & Technol. 30, 2002 : /2/ Bodi Z., Pepo P Trends of pollen production and tassel area index in yellow lines, hybrids and blue corn landraces. Cereal Research Communication. 35: /3/ Csajbok, J., Kutaly, E., Borbéry, Hunyady, E., Lesznyák, M.: Comparing the photosynthetic aktivity of maize, winter wheat, potato and some significant weed. Cereal Research Communications, 35 (2), 2007 : /4/ Hnilička, F., Hniličková, H., Česká, J.: The influence of abiotic stresses upon photosynthesis and growth of wheat. Žemdirbyste 86 (2), 2004 : /5/ Hnilička, F., Petr, J., Hniličková, H., Bláha, L.: The effect of abiotic stresses on rate of photosynthesis and formation of dry matter in winter wheat plants. Scientia Agriculturae Bohemica, 36 (1), 2005 : 1-6. /6/ Huzsvai, L., Nagy, J.: Effect of weather on maize yields and the efficiency of fertilization. Acta Agronomica Hungarica 53 (1), 2005 : /7/ Jarvis, J., L., Clark, R., L., Guthrie, W., D., Berry, E., C., Russell, W., A.: The relationship between secondgeneration European corn borers and stalk rot fungi in maize hybrids, Maydica, 29, 1984 : /8/ Pepó, P., Kováče, A., Tóth, S., Bódi, Z.: Investigation of maize hybrids based on direct and reciprocal crosses. Cereal Research Communications, 35 (2), 2002 : /9/ Ray, J., D., Gesch, R.,W., Sinclair, T., R., Allen, L., H.: The effect of vapor pressure deficit on maize transpiration response to a drying soil. Plant and soil 239 (1), 2002 : /10/ Samarah, N., H.: Effects of drought stress on growth and yield of barley. Agronomy for Sustainable Development, 25, 2005 : /11/ Setter, T. L., Flannigan, B. A., Melkonian, J.: Loss of kernel set due to water deficit and shade in maize: Carbohydrate supplies, abscisic acid, and cytokinins. Crop Science 41 (5), 2001: /12/ Solomon, K., F., Labuschagne, M., T.: Expression of drought tolerance in F-1 hybrids of a diallel cross of durum wheat (Triticum turgidum var. durum L.). Cereal Research Communications, 31 (1), 2003 : /13/ Vegh K.R., Rajkai K Root growth and nitrogen use efficiency of spring barley in drying soil. Cereal Research Communications, 34: The stomatal inhibition of gas exchange by maize under water deficit Summary The results show a clear negative effect from drought on the rate of photosynthesis, transpiration and stomatal conductance by maize. The rate of photosynthesis and transpiration was lowest by the stressed plants about 38.52% and 30.38% in comparison with control plants. The stomatal conductance was 0.06 mol m -2 s -1 (stress) and 0.09 mol m -2 s -1 (control). Poděkování Uvedený výzkum je podporován GA ČR 521/07/0476 a výzkumným záměrem MSM

205 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV VODNÍHO DEFICITU NA RYCHLOST FOTOSYNTÉZY A STOMATÁLNÍ VODIVOST CHMELE Helena Hniličková 1, František Hnilička 1, Petr Svoboda 2 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, hnilicka@af.czu.cz 2 Chmelařský institut, s.r.o., Kadaňská 2525, Žatec Souhrn V laboratorních pokusech jsme sledovali rychlost fotosyntézy a stomatální vodivost juvenilních rostlin chmele. Rostliny chmele byly pěstovány ve dvou variantách pokusu: varianta kontrolní a stresovaná. U rostlin stresovaných byla omezena zálivka po dobu 9 dnů a poté následovalo její obnovení. Ze získaných výsledků je patrné, že rychlost fotosyntézy byla průkazně nižší o 42,43 % u stresovaných rostlin ve srovnání s kontrolou. V případě hodnot stomatální vodivosti je možné konstatovat, že průkazně nižší hodnoty byly zjištěny u stresovaných rostlin v porovnání s rostlinami kontrolními. Snížení stomatální vodivosti bylo o 43,48 %. U obou měřených charakteristik bylo zaznamenáno jejich zvýšení po obnovení zálivky, ale nebylo dosaženo hodnot kontrolních rostlin. ÚVOD Jedním z významných faktorů vnějšího prostředí, které limituje základní metabolické procesy rostlin a jejich růst je nedostatek vody /2, 6/. Jak vyplývá z prací /10, 13/ dochází při působení vodního deficitu k omezování rychlosti fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivosti, přičemž nízká úroveň stomatální vodivosti patří mezi časné reakce rostliny na vodní stres, který může být způsoben suchem nebo zasolením. Podle /16/ existuje přímá závislost mezi stomatální vodivostí a rychlostí fotosyntézy. Na základě literárních dat bylo cílem pokusů s chmelovými rostlinami zjistit vztah mezi rychlostí fotosyntézy a stomatální vodivosti u dvou skupin rostlin, zavlažovaných a ovlivněných vodním deficitem. MATERIÁL A METODA V částečně řízených podmínkách skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ byl založen nádobový pokus, kdy v nádobách o objemu 15 l byly pěstovány v zahradnickém substrátu juvenilní rostliny chmele. Jako pokusný materiál byl vybrán ozdravený chmel, Žatecký poloraný červeňák, Osvaldův klon 72. Schéma pokusu zahrnovalo 2 varianty: variantu kontrolní a stresovanou. Kontrolní varianta byla zavlažovaná do plného nasycení substrátu vodou. U stresované varianty byla přerušena zálivka po dobu 9 dnů a poté následovalo obnovení zálivky (rehydratace). U rostlinného materiálu byla měřena gazometricky rychlost fotosyntézy a stomatální vodivost. Uvedené charakteristiky byly měřeny přenosným infračerveným analyzátorem LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Jako optimální byla nastavena teplota 25 C a hustota ozáření 650 µmol.m -2.s -1. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) - STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze

206 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Ze statistické analýzy je patrné, že mezi pokusnými variantami byly nalezeny průkazné diference, neboť průkazně nižších hodnot fotosyntézy dosahovaly rostliny stresované (8,02 µmol CO 2.m -2.s -1 ) ve srovnání s rostlinami kontrolními (13,93 µmol CO 2.m -2.s -1 ). Pokles hodnot fotosyntézy mezi stresovanými a kontrolními rostlinami byl 42,43 %. Z grafu 1 vyplývá, že u rostlin kontrolních dochází v průběhu jejich ontogenetického vývoje k postupnému nárůstu rychlosti fotosyntézy. Interval naměřených hodnot fotosyntézy kontrolních rostlin byl 12,45 µmol CO 2.m -2.s -1 (14.4.) až 14,35 µmol CO 2.m -2.s -1 (27.4.). z uvedeného grafu dále vyplývá, že na počátku sledovaného období byl zaznamenán pokles rychlosti fotosyntézy kontrolních rostlin o 0,74 µmol CO 2.m -2.s -1. Uvedený pokles rychlosti fotosyntézy nastal Od tohoto data u kontrolních rostlin dochází k postupnému téměř lineárnímu nárůstu fotosyntézy z 14,03 µmol CO 2.m -2.s -1 (18.4.) na 14,35 µmol CO 2.m -2.s -1 (27.4.). Ve srovnání s rostlinami kontrolními dochází od navození vodního deficitu u rostlin stresovaných k postupnému poklesu rychlosti fotosyntézy, jak deklaruje graf. 1. Z něho vyplývá, že nejvyšší rychlost fotosyntézy je na počátku navození stresu, kdy její průměrná hodnota byla 13,53 µmol CO 2.m -2.s -1 (12.4.) a naopak nejnižší fotosyntéza byla naměřena (0,66 µmol CO 2.m -2.s -1 ). Nejvýraznější pokles okamžité rychlosti fotosyntézy byl zjištěn mezi šestým a sedmým dnem trvání stresu, kdy naměřené výše fotosyntézy činila 12,11 µmol CO 2.m -2.s -1 a 3,61 µmol CO 2.m -2.s -1. Tento pokles představuje v procentickém vyjádření 70,19 %. Z grafu 2 je dále patrný postupný nárůst rychlosti fotosyntézy po obnovení zálivky. Nejvyšší výkon fotosyntézy byl stanoven čtvrtý den rehydratace 9,25 µmol CO 2.m -2.s -1. Na konci sledovaného vývoje rostlin chmele nastal pokles rychlosti fotosyntézy o 1,81 µmol CO 2.m -2.s -1, ve srovnání s maximem ve fázi rehydratace. Naměřené hodnoty rychlosti fotosyntézy chmele se nachází v intervalu hodnot, které ve své práci uvádí např. /5, 15/. Snížení rychlosti fotosyntézy po působení atmosférického a půdního sucha, včetně změn ve stomatální vodivosti uvádí ve svých pracích např. /1, 3, 4, 7/. Uvedené výsledky byly potvrzeny také u rostlin chmele fotosyntéza (µmol CO 2.m -2.s -1 ) datum varianta kontrola v arianta stres Obr. 1: Rychlost fotosyntézy (µmol CO 2.m -2.s -1 ) chmele 204

207 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Další měřenou charakteristikou byla stomatální vodivost. Z grafu 2 vyplývá, že nejnižší hodnoty stomatální vodivosti vykazovaly rostliny stresované (0,14 mol.m -2.s -1 ) ve srovnání s rostlinami kontrolními (0,23 mol.m -2.s -1 ). Rozdíl mezi oběma variantami pokusu činil 43,48 %. Z grafu 2 je patrné, že stomatální vodivost kontrolních rostlin chmele se pohybovala v intervalu hodnot od 0,13 mol.m -2.s -1 (19.4.) do 0,36 mol.m -2.s -1 (18.4.). Na počátku sledovaného období nebyly nalezeny průkazné diference v hodnotách stomatální vodivosti, neboť průměrná hodnota této fyziologické charakteristiky byla 0,24 mol.m -2.s -1. V termínu se výrazně hodnota stomatální vodivosti zvýšila o 63,63 %, ale v následujícím termínu byl naopak zaznamenán její pokles o 63,89 %. Od termínu se stomatální vodivost až do konce sledovaného období zvyšovala. Obdobně jako rychlost fotosyntézy také stomatální vodivost u rostlin stresovaných klesala na počátku působení stresu. V tomto období byla průměrná stomatální vodivost ve výši 0,24 mol.m -2.s -1, jak deklaruje obr. 2. Šestý den stresu se stomatální zvýšila na hodnotu 0,36 mol.m -2.s -1. Až do konce působení vodního deficitu dochází k postupnému snižování stomatální vodivosti až na úroveň zcela uzavřených průduchů (0,01 mol.m -2.s -1 ). Po obnovení zálivky se stomatální vodivost postupně zvyšovala až na úroveň 0,11 mol.m -2.s vodivost (mol.m -2. s -1 ) datum varianta kontrola v arianta stres Obr. 2: Stomatální vodivost (mol m -2.s -1 ) chmele Naměřené hodnoty stomatální vodivosti byly nižší než u rýže, jak ve své práci uvádí /14/. Naměřené hodnoty stomatální vodivosti byly v intervalu hodnot, které ve své práci pro rýži japonské a indické provenience uvádí /11/. Na základě výpočtu regresní analýzy bylo zjištěno, že mezi rychlostí fotosyntézy a stomatální vodivostí kontrolních rostlin není těsná závislost, neboť regresní koeficient byl 0,45. Oproti tomu u rostlin stresovaných byla tato závislost velmi těsná, neboť hodnota regresního koeficientu byla 0,86. Těsnou závislost mezi vodivostí průduchů a rychlostí fotosyntézy potvrdili ve své práci např. /8, 9, 12/. Tento závěr byl potvrzen pouze u rostlin stresovaných. LITERATURA /1/ Adam, P.: Saltmarsh ekology. Cambridge university Press, Cambridge,

208 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /2/ Boyer, J., S.: Plant produktivity and environment. Science, 218, 1982: /3/ Flexas, J., Gulías, J., Jonasson, S., Medrano, H., Mus, M.: Seasonal patterns and control of gas exchange in local populations of the Mediterranean evergreen shrub Pistacia lentiscus L. Acta Oecologica, 22, 2001: /4/ Garcia-Plazaola, J., I., Faria, T., Abadía, J., Abadía, A., Chaves, M., M., Pereira, J., S.: Seasonal changes in xanthophyll composition and photosynthesis of coark oak (Quercus suber L.) leaves under Mediterranean climate. Journal of Experimental Botany 48, 1997: /5/ Hniličková, H., Hnilička, F.: The influence of water stress on selected physiological characteristics in hop plant (Humulus lupulus L.). In.: IX.ESA Congress European Education and Research in Agronomy. Warsaw Agricultural University. Warsaw , 2006: /6/ Chaves, M., M.: Effects of water deficits on karbon assimilation. Journal of Experimental Botany, 42, 1991: 1-16 /7/ Chaves, M., M., Pereira, J., S., Maroco, J., Rodrigues, M., L., Ricardo, C., P., P., Osório, M., L., Calvalho, I., Faria, T., Pinheiro, C.: How plants cope with water stress in the field. Photosynthesis and growth. Annual Botany 89, 2002: /8/ Kanemura, T., Homma, K., Ohsumi, A., Narisu, Horie, T., Shiraiwa, T., Ebana, K., Uga, Y., Kojima, Y., Fukuoka, S.: Analysis of genetic variability in yield related trakte of rice using global core collection. II. Leaf photosynthetic rate and associated factors. Japon. Journal Crop Science, 74 (ex. 2), 2005: /9/ Kuroda, E., Kumura, A.: Diference in single leaf photosynthesis between old and new rice varieties. I. Singleleaf photosynthesis and its dependence on stomatal conductance. Japon. Journal Crop Science, 59, 1990: /10/ Lawlor, D., W.: The effects of water deficit on photosynthesis. In.: Environment and Plant Metabolism. Flexibility and Acclimation (Smirnoff, N., ed.). Oxford: BIOS Scientific Publisher, 1995: /11/ Maruyama, S., Tajima, K.: Leaf conductance in japonica and indica rice varieties. I. Size, frequency, and aperture of stomata. Japon. Journal Crop Science, 59, 1990: /12/ Miah, M., N., H., Yoshida, T., Yamamoto, Y.: Effects of nitrogen application dutiny ripening period on photosynthesis and dry matter production and this impact on yield components of semidwarf indica rice varieties under water culture conditions. Soil. Sci. Plant Nutr., 43, 1997: /13/ Munns, R.: Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell and Environment, 25, 2002: /14/ Ohsumi, A., Kanemura, T., Homma, K., Horie, T., Shiraiwa, T.: Genotypic variation of stomatal conductance in relation to stomatal density and length in rice (Oryza sativa L.) Plant Prod. Sci. 10, 2007: /15/ Pokorný, J., Štranc, P., Pulkrábek, J., Hnilička, F.: Žatecký poloraný červeňák versus jiné odrůdy a novošlechtění chmele. Agro. 0: : /16/ Wong, S., C., Copan, I., R., Farquar, G., D.: Stomatal conductance correlates with photosynthetic kapacity. Nature, 282, 1979: The effect of water deficit on rate of photosynthesis and stomatal conductance by hop plants Summary The results show a effect of drought on the rate of photosynthesis and stomatal conductance by juvenile hop plants. The hop plants Osvaldův klon 72 was growing in two variants: control and stressed plants. Drought obtaineded 9 days and after it followed rehydration. The results show that the photosynthesis rate was the lowest in the stressed variant (about %) with compared control variant. The lowest stomatal conductance was identified in the stressed about 43.48% with compared kontrol plants. Both characteristics increased after rehydration. Poděkování Uvedený výzkum je podporován výzkumným záměrem MSM

209 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV RŮZNÉHO ZÁVLAHOVÉHO REŽIMU NA FYZIOLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY CHMELE Helena Hniličková 1, František Hnilička 1, Petr Svoboda 2 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, hnilicka@af.czu.cz 2 Chmelařský institut, s.r.o., Kadaňská 2525, Žatec Souhrn V polních pokusech jsme sledovali rychlost fotosyntézy, transpirace chmele. Rostliny chmele byly pěstovány ve čtyřech závlahových režimech: varianta kontrolní (nezavlažovaná), zavlažovaná kapkovou a podzemní závlahou, mikropostřikem. Ze získaných výsledků je patrné, že nejnižší rychlost fotosyntézy měly rostliny zavlažované mikropostřikem (5,19 µmol CO 2.m -2.s -1 ). Naopak nejvyšší rychlost fotosyntézy vykazovaly rostliny kontrolní - 6,45 µmol CO 2.m -2.s -1. V případě hodnot transpirace je možné konstatovat, že nejnižších hodnot dosahovaly rostliny zavlažované mikropostřikem (1,45 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) a nejvyšších rostliny s podzemní závlahou - 1,99 mmol CO 2.m -2.s -1. Ze získaných hodnot WUE je patrné, že nejnižší průměrná hodnota byla zjištěna u rostlin kontrolních - 7,00 (10-3 ) a nejvyšší u rostlin zavlažovaných kapkovou závlahou 17,25 (10-3 ). ÚVOD Chmel, ačkoli roste v krajích srážkami nebohatých, potřebuje mnoho vláhy, zejména od doby květu a v době hlávkování. Je-li před a v tuto dobu sucho, je za závlahu velmi vděčný /1/. Z tohoto pohledu jsou závlahy produkčních chmelnic jedním z nejvýznamnějších intenzifikačních faktorů, neboť vzhledem k výkyvům počasí na našem území dochází k nerovnoměrnému rozdělení srážek během vegetace chmele a často se vyskytují období s kratším či delším údobím beze srážek. Voda aplikovaná závlahovými systémy podle /10/ dodává potřebnou vláhu do biologicky nejatraktivnějších povrchových vrstev půdy. /9/ uvádí, že jednou z nejožehavějších otázek je stanovení racionálních termínů závlah. Jde při tom o určení fyziologického stavu rostliny, kdy rostlina nevíce potřebuje závlahovou vodu a nejcitlivěji na ni reaguje. Velmi důležitá je také otázka, jak mají být závlahy správně rozvrženy (počet a normy závlah ) a řada jiných. MATERIÁL A METODA Jako pokusný materiál byl vybrán ozdravený chmel, Žatecký poloraný červeňák, Osvaldův klon 72. Pokusné parcely polního pokusu byly umístěny na pokusném pozemku CHI, s.r.o. ve Stekníku. Schéma pokusu zahrnovalo 4 varianty závlah: varianta kontrolní nezavlažovaná. Dále varianty zavlažované mikropostřikem, kapkovou závlahou a závlahou podzemní. Potřeba závlah se uskutečnila na základě výpočtu dle graficko-analytické metody. U rostlinného materiálu byla měřena gazometricky rychlost fotosyntézy a transpirace. Uvedené charakteristiky byly měřeny přenosným infračerveným analyzátorem LCpro+ (ADC Bio Scientific Ltd.). Jako optimální byla nastavena teplota 25 C a hustota ozáření 650 µmol.m -2.s -1. Z poměru výměny plynů byla vypočítána efektivita využití vody WUE. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány pomocí StatSoft, Inc. (2001) - STATISTICA Cz [Softwarový systém na analýzu dat], verze

210 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Ze statistické analýzy je patrné, že mezi pokusnými variantami byly nalezeny průkazné diference, jak deklaruje obr. 1. Z těchto výsledků vyplývá, že nejnižší fotosyntézu měly rostliny zavlažované mikropostřikem (5,19 µmol CO 2.m -2.s -1 ) ve srovnání se ostatními variantami pokusu. Naopak nejvyšší rychlost fotosyntézy vykazovaly rostliny kontrolní. U této varianty byla průměrná rychlost fotosyntézy ve výši 6,45 µmol CO 2.m -2.s -1. Mezi variantami mikropostřik a kapková závlaha nebyly nalezeny průkazné diference (6,38 µmol CO 2.m -2.s -1 ). Obdobně nebyly nalezeny statisticky průkazné rozdíly mezi kontrolní rostlinami a rostlinami zavlažovanými podzemní závlahou. Tento závěr byl patrně způsobený vývojem počasí, kdy období vegetace chmele bylo až na výjimky spíše suché a teplé. V případě jednorázové dodávky vody rostliny obnovily svoji vegetační aktivitu, ale po následné ztrátě vody již u nich dochází k poklesu hodnot sledované charakteristiky. Naměřené hodnoty rychlosti fotosyntézy chmele se nachází v intervalu hodnot, které ve své práci uvádí např. /5/. Získané hodnoty fotosyntézy jsou však nižší než pro chmel, Osvaldův klon 72 uvádí /8/ a pro kukuřici /3/, Rozdíly v rychlosti fotosyntézy kukuřice a chmele je dána rozdílným metabolismem CO 2. fotosyntéza (µmol CO 2.m -2.s -1 ) varianta; Průměry MNČ Wilksovo lambda=.98005, F(6, 7324)=12.360, p= Dekompozice efektivní hypotézy Vertikální sloupce označují 0.95 intervaly spolehlivosti kontrola kapková podzemní mikropostřik varianta Obr. 1: Rychlost fotosyntézy (µmol CO 2.m -2.s -1 ) chmele Další měřenou charakteristikou byla okamžitá rychlost transpirace. Z grafu 2 vyplývá, že nejnižší rychlost transpirace měly rostliny zavlažované mikropostřikem (1,45 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) ve srovnání se ostatními variantami pokusu. Naopak nejvyšší rychlost transpirace vykazovaly rostliny zavlažované podzemní závlahou. U této varianty byla průměrná rychlost transpirace ve výši 1,99 mmol CO 2.m -2.s -1. Mezi variantami mikropostřik a kapková závlaha nebyly nalezeny průkazné diference. Obdobně nebyly nalezeny statisticky průkazné rozdíly mezi kontrolní rostlinami a rostlinami zavlažovanými podzemní závlahou. Rychlost transpirace se pohybovala v hodnotách, které ve své práci pro chmel udávají /5/. Průměrná rychlost transpirace zavlažovaných rostlin (1,428 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) byla vyšší než udává /2/. Průměrné hodnoty rychlosti transpirace u všech zavlažovaných variant byly vyšší než rozmezí 1,1 až 1,33 mmol H 2 O.m -2.s -1, které uvádí pro chmel ve své práci /4/. Z podílu rychlosti fotosyntézy a transpirace byly vypočteny hodnoty efektivity využití vody. Vyšší hodnoty efektivity využití vody demonstrují lepší využití vody rostlinami. Ze 208

211 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin získaných výsledků je patrné, že mezi jednotlivými variantami pokusu nebyly nalezeny statisticky průkazné diference. Ze získaných hodnot WUE, které jsou uvedeny na grafu 3, jsou patrné statisticky neprůkazné diference mezi variantami kontrola a podzemní závlaha, a také mikropostřik a kapková závlaha. Nejnižší průměrná hodnota WUE byla zjištěna u rostlin kontrolních ve srovnání s ostatními variantami pokusu. Hodnota WUE u této varianty byla 7,00 (10-3 ). Naopak u rostlin zavlažovaných kapkovou závlahou byla hodnota efektivity využití vody nejvyšší 17,25 (10-3 ). Rostliny zavlažované mají vyšší hodnoty WUE ve srovnání s nezavlažovanou kontrolou. Podle /12/ se pohybují hodnoty WUE pro C 3 rostliny od 1,3 u luštěnin do 3,6 u slunečnice. Tyto výsledky nebyly potvrzeny u chmele, neboť hodnoty WUE byly vyšší. varianta; Pr ům ěr y MNČ Wilksovo lam bda= , F( 6, 7324) = , p= Dekom pozice ef ekt ivní hypot ézy Ver t ikální sloupce označují intervaly spolehlivost i t r anspir ace ( m m ol H 2 O.m - 2.s - 1 ) kont r ola kapková podzem ní m ikr opost ř ik var iant a Obr. 2: Rychlost transpirace (mmol H 2 O.m -2.s -1 ) chmele varianta; Pr ům ěr y MNČ Současný ef ekt : F( 3, 3650) = , p= Dekom pozice ef ekt ivní hypot ézy Ver t ikální sloupce označují intervaly spolehlivost i WUE (10-3 ) kont r ola kapková podzem ní m ikr opost ř ik var iant a Obr. 3: WUE (10-3 ) chmele 209

212 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin V souladu s pracemi /7, 11/ je možné konstatovat, že povětrnostní podmínky jsou determinující při vlivu závlahy na výši výnosu, ale také na základní metabolické procesy rostlin. Ze získaných výsledků je patrné, že nejnižší rychlost fotosyntézy měly rostliny zavlažované mikropostřikem (5,19 µmol CO 2.m -2.s -1 ). Naopak nejvyšší rychlost fotosyntézy vykazovaly rostliny kontrolní - 6,45 µmol CO 2.m -2.s -1. V případě hodnot transpirace je možné konstatovat, že nejnižších hodnot dosahovaly rostliny zavlažované mikropostřikem (1,45 mmol H 2 O.m -2.s -1 ) a nejvyšších rostliny s podzemní závlahou - 1,99 mmol CO 2.m -2.s -1. Ze získaných hodnot WUE je patrné, že nejnižší průměrná hodnota byla zjištěna u rostlin kontrolních - 7,00 (10-3 ) a nejvyšší u rostlin zavlažovaných kapkovou závlahou 17,25 (10-3 ). LITERATURA /1/ Blattný, C., Osvald, V., Novák, J.: Abeceda pěstitele chmele. Brázda 1949 /2/ Hnilička, F., Hniličková, H., Hejnák, V.: Studium fyziologických charakteristik u ozdravených a neozdravených rostlin chmele. Dílčí zpráva z řešeného výzkumného úkolu, Katedra botaniky a fyziologie rostlin. ČZU, 2000 : 1-20 /3/ Hnilička, F., Hniličková, H., Holá, D., Kočová, M., Rothová, O.: Vliv sucha na rychlost fotosyntézy a transpirace kukuřice. In.: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, ČZU Praha, Praha , 2008: /4/ Hniličková, H., Hnilička, F., Procházka, O., Svoboda, P.: Vliv sucha na rychlost fotosyntézy a transpirace chmele. In.: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, ČZU Praha, Praha , 2008: /5/ Hniličková, H., Hnilička, F.: The influence of water stress on selected physiological characteristics in hop plant (Humulus lupulus L.). In.: IX.ESA Congress European Education and Research in Agronomy. Warsaw Agricultural University. Warsaw , 2006: /6/ Hniličková, H., Hnilička, F.: Vodní stres a jeho výzkum u chmele. Chmelařství. 79 (6-7). 2006: /7/ Josipovič, M., Kovačevič, V., Sostarič, J., Plavišič, H., Liovič, I.: Influence of irrigation and fertilization on soybean properties and nitrogen leaching. Cereal Research Communications. 34 (1). 2006: /8/ Pokorný, J., Štranc, P., Pulkrábek, J., Hnilička, F.: Žatecký poloraný červeňák versus jiné odrůdy a novošlechtění chmele. Agro. 0: : /9/ Rubin, B. A.: Fyziologie rostlin. Moskva, 1963 /10/ Rybáček, V., Fric, V., Havel, J., Libich, V., Kříž, J., Makovec, K., Perlík, Z., Sachl, J., Srp, A., Šnobl, J., Vančura, M.: Chmelařství. SZN Praha, /11/ Slavík, L., Kopecký, J.: Účinnost závlah chmele ve srážkově rozdílných ročnících. Chmelařství, 70: 3, 1997: /12/ Zámečník, J.: Hospodaří rostliny s vodou efektivně? In.: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, ČZU Praha, Praha , 2008:77-83 The effect of irrigation regime on physiological characteristics of hop plants Summary The results show a effect of irrigation on the rate of photosynthesis and transpiration by hop plants. The results show that the photosynthesis rate was the lowest in the variant with spray irrigation (5.19 µmol CO 2.m -2.s -1 ) and was the highest in the control group (6.45 µmol CO 2.m -2.s -1 ). The lowest transpiration rate was identified in the variant with spray: 1.45 mmol H 2 O.m -2.s -1, while the highest one was identified in the variant with underground irrigation (1.99 mmol H 2 O.m -2.s -1 ). The lowest WUE in the control variant ( ) and was the highest in the trickling irrigation ( ). Poděkování Uvedený výzkum je podporován výzkumným záměrem MSM

213 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin HODNOCENÍ SUCHEM AKTIVOVANÝCH STRESOVÝCH REAKCÍ U VYBRANÝCH ODRŮD JEČMENE JARNÍHO Pavlína Mikulková 1, Ludmila Holková 1, Marek Klemš 1, Marta Bradáčová 1, Ilja Tom Prášil 2 1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita Brno, Zemědělská 1, Brno, holkova@mendelu.cz 2 Výzkumný ústav rostlinné výroby, Drnovská 507, Praha- Ruzyně SOUHRN Stresová reakce 5 odrůd ječmene rostoucích v podmínkách fyziologického sucha byla hodnocena pomocí několika parametrů, fyziologických i molekulárně biologických. Úroveň exprese dvou den genů (Dhn1 a Dhn4) byla porovnána s hladinou endogenního hormonu ABA a dvěma fyziologickými parametry úbytkem vody z listových pletivech a rychlostí ztráty vody z těchto pletiv. Celkové poškození rostlin suchem bylo genotypově závislé. Společným znakem odrůd vykazujících vyšší toleranci vůči suchu byla vysoká exprese obou Dhn genů. Interakce mezi hladinou endogenní ABA,úrovní exprese obou genů a citlivostí vůči suchu vykazovaly genotypově závislé rozdíly. ÚVOD Nedostatek vody v rostlinných pletivech vede k aktivaci exprese celé řady bílkovin, které jsou zapojeny do obraných mechanismů buněk vůči vysychání /1/. Mezi často uváděné a studované bílkoviny patří v tomto směru dehydriny, což jsou bílkoviny řazené do skupiny LEA (Late embryogenesis abundant) proteinů /11/. I když jejich přesné funkce v obraných reakcích i přes intenzivní studium zůstává nejasná, z jejich biochemických vlastností a lokalizaci v buňce lze obecně říci, že ochraňují rostlinné buňky před vysycháním /4/. U obilovin (ječmen, pšenice) bylo prokázáno /8/, /3/, že regulace jejich exprese je genotypově závislá, přičemž dřívější aktivace a vyšší úroveň exprese je často spojována s vyšší tolerancí vůči abiotickému stresu. Hodnocení exprese dehydrinových genů bývá proto navrhováno jako možné selekční kriterium nebo markér ukazující na úroveň tolerance hodnocených genotypů vůči abiotickému stresu. /8/. Regulace exprese genů u intaktních rostlin však bývá složitá, neboť dochází k indukci celé řady biochemických a fyziologických změn, které směřují k vytvoření ochranných mechanismů zaměřených na účinné využívání dostupné vody v širším smyslu /9/, přičemž nejodolnější genotypy bývají ty, které vykazují toleranci na více úrovních současně. Cílem této práce bylo ověřit genotypově závislé rozdíly v expresi ječmenných dehydrinových genů Dhn1 a Dhn4 v podmínkách dlouhodoběji trvajícího sucha působícího na intaktní rostliny ve vegetativním stádiu a porovnat ji s několika dalšími parametry, dokumentující míru adaptace studovaných genotypů (odrůd) na sucho a se stavem rostlin v experimentu. MATERIÁL A METODIKA Pro experiment byly použity následující odrůdy ječmene jarního: Tadmor, Amulet, Bojos, Malz, Jersey. Rostliny byly pěstovány hydroponicky v MS živném roztoku. Stres suchem byl navozen pěstováním intaktních rostlin ječmene v podmínkách osmotického sucha 3 bar (živný roztok s obsahem PEG), který vázáním molekul vody odebírá přístupnou vláhu rostlinám, a tím simuluje stres suchem v polních podmínkách. Rostliny byly takto pěstovány v klimatizovaném boxu ve specifických světelných a teplotních podmínkách (prvních 14dní: 211

214 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hod světlo - 18 C, 12hod tma - 16 C, po 14ti dnech: 14 hod světlo 20 C, 10 hod tma 18 C). Vzorky listové tkáně byly odebírány ve fázi 2. pravého listu v intervalech 6, 12, 24 hodin a 4, 7 a 14 dní růstu v PEG. TM (Ambion) dle Izolace RNA ze vzorků byla provedena kitem RNAqueous standardního protokolu. Příprava cdna pro kvantitativní analýzy byla provedena kitem Reverse Transcription kit (Qiagen). Exprese genů byly analyzována metodou RealTime PCR (kit SYBR Green PCR, Qiagen), jako referenční gen byl použit gen pro a-tubulin. Primery a podmínky reakcí u genu Dhn1 byly použity dle Surprunové et al. /8/. Pro hodnocení aktivity genu Dhn 4 byly použity primery (5'aagtgtaccggccaaaagaa3', 5'gtccctcatgggctggtaat3') a reakce probíhala za těchto podmínek: 2 min 50ºC, 15 min 95ºC, 40 cyklů po 15 s 94ºC, 30 s 56ºC, 30 s 72ºC. Do reakce bylo použito 5 µl vzorku cdna zředěné 1:9 v celkovém reakčním objemu 25 µl. Kvantitativní hodnocení transkripční aktivity bylo počítáno dle metodik /5/ a /7/. Výsledkem jsou hodnoty relativní exprese těchto genů normalizované vzhledem k hodnotám relativní exprese referenčního genu (α-tubulin ). Radioimunoanalytické stanovení (RIA) endogenní hladiny hormonu ABA bylo provedeno dle Quarrie et al. /6/. Listy ječmene (cca 200 mg) byly odebírány ve fázi 2. pravého listu v intervalech shodných s odběrovými intervaly pro hodnocení exprese dhn genů Do vlastní RIA analýzy bylo ze vzorku odebíráno 50 µl. Průběh ztráty vody byl stanoven jako úbytek vody (g vody/g ČH) z ustřižených listů rostoucích v hydroponickém roztoku. Pro tuto analýzu byly listy jednotlivých odrůd ječmene odstřiženy a váženy po 1, 3, 6 a 24 hodin volného usychání. Stanovení sušiny z listů ječmene rostoucích 14 dní v roztoku PEG bylo provedeno dle standardního postupu (tj. navážka listů cca 3 g ČH, následné sušení při 105 C po dobu 4 hodin). Takto získaná sušina byla porovnána se sušinou z kontrolních rostlin, rostoucích v MS mediu ( k-peg). VÝSLEDKY A DISKUSE Vizuální hodnocení stavu testovaných odrůd (obr.1) ukázalo, že nejméně poškozené suchem byly odrůdy Tadmor a Malz. Tento stav přesněji dokumentuje úbytek vody z listů, který byl hodnocen po 14 dnech trvání stresu. Obr. 1 Stav rostlin jednotlivých odrůd po 14 dnech růstu v roztoku PEG (-3 bar) Tyto dvě odrůdy se zároveň vyznačují nízkým obsahem vody v ustřižených listech po odečtení sušiny (obr.2). Citlivé odrůdy (Amulet, Bojos a Jersey) ztratily z listů 4x až 8x více vody než tolerantnější Tadmor a Malz. 212

215 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Úbytek vody z listových pletiv (%) po 14 dnech působení stresu Tad Mal Amu Boj Jer k-peg Obr.2 Úbytek vody z listových pletiv po 14 dnech působení stresu 3bar vyjádřený v procentech 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 Tadmor Amulet Malz Bojos Jersey 0 1hod 3hod 6hod 24hod Obr.3 Průběh ztráty vody z ustřižených listů vyjádřený úbytkem hmotnosti (g) za časovou jednotku (h) Z grafu na obr. 3je zřejmé, že nejmenší rychlost ztráty vody odpařováním z ustřižených listů vykazuje odrůda Malz (zřejmě vlivem pomalejší kutikulární transpirace), následuje skupina odrůd Amulet a Jersey. Nejrychleji ztrácí vodu Tadmor a Bojos V průběhu experimentu byla hodnocena aktivita dvou Dhn genů z nichž jeden není (Dhn1;) a druhý je (Dhn4) (obr.5) regulován také rostlinným hormonem ABA. Obě tolerantní odrůdy vykazovaly vysokou expresi obou sledovaných genů. Byl však zřejmý rozdíl mezi syrskou odrůdou Tadmor a naší Malz. Malz vykazoval aktivaci obou genů dříve již po čtyřech dnech a maxima dosáhl po 7 dnech. Zatímco u odrůdy Tadmor dosahovala aktivita obou genů maxima až v tomto posledním odběru. Odlišná strategie adaptace obou těchto genotypů na stresové podmínky je zřejmá i z hodnocení hladiny endogenní ABA (obr.5).u Malzu je vysoká exprese Dhn genů provázena i vysokou hladinou endogenní ABA po 7 i 14 dnech stresu. Hladina endogenní ABA je u Tadmoru asi 8x nižší než u Malzu avšak exprese Dhn4 je nižší pouze 3x. Z celkového chování rostlin této odrůdy, (z rychlosti ztráty vody, pozdější a nižší exprese obou genů akumulaci endogenní ABA) potvrzuje známou skutečnost /10/, že Tadmor je vzhledem ke svému původu adaptovaný na silnější stres. Mohla by zde hrát roli také rozdílná citlivost obou odrůd vůči ABA.. Výsledky samotného hodnocení hladiny endogenní ABA jsou na obr. 5. Hladina ABA v kontrolních rostlinách byla v rozmezí ng /g ČH, zatímco ve stresovaných rostlinách (PEG) se pohybovala kolem ng/g ČH. Cirkadiální rytmy tohoto fytohormonu v počátečních odběrech (6-24 hodin) jsou známy. Rostlina vyrovnává homeostázu, přizpůsobuje se stresovým podmínkám. 213

216 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Normalizovaná RE Dhn1 Normalizovaná RE Dhn RE TAD AMU BOJ MAL JER odrůdy k 6h 12h 24h 4d 7d 14d RE TAD AMU BOJ MAL JER odrůdy k 6h 12h 24h 4d 7d 14d Obr. 4 Hodnocení exprese genu Dhn1 a Dhn4 v podmínkách fyziologického sucha (PEG -3 bar) Celkově je u všech odrůd je zřejmá vzestupná hladina ABA, nejvýrazněji však reaguje na stres odrůda Malz, zejména po delším působení fyziologického sucha (7 a 14 dní). Hladina ABA (ng/g ČH) delta (PEG-k) Tadmor Amulet Bojos Malz Jersey 6 hod 12 hod 24 hod 4 dny 7 dnů 14 dnů odrůdy Obr.5 Stanovení endogenní hladiny fytohormonu ABA Na základě našich výsledků se tedy jako nejvíce tolerantní jevily odrůdy Tadmor a Malz, dále pak Amulet, Bojos a nejméně tolerantní vůči suchu vycházela odrůda Jersey. Ukazuje se, že nejcitlivěji popsaly toleranci testovaných odrůd vůči daným podmínkám hodnoty exprese genu Dhn1 a úbytek vody z listových pletiv. Výsledky morfofyziologického hodnocení i hodnocení na úrovni genové exprese potvrzují, že adaptace ječmenů vůči suchu je založena na více faktorech, jejich vzájemné vztahy nejsou vždy jednoznačné a měly by být dále studovány. LITERATURA /1/ Cattivelli L., Rizza F., Badeck F.W., Mazzucotelli E., Mastrangelo A.M., Francia E., Mare C., Tondelli A., /2/ Stanca A.M. (2008): Drought tolerance improvement in crop plants: an integrated view from breeding to genomics. Field Crops Research 105: /3/ Holková L., Prášil I.T., Bradáčová M., Vítámvás P., and O. Chloupek: Screening for frost tolerance in wheat using the expression of dehydrin genes Wcs120 and Wdhn13 at 17 C. Plant Breeding. in press. /4/ Choi D.W., Zhu B., Close T.J. (1999): The barley (Hordeum vulgare L.) dehydrin multigene family: sequences, allele types, chromosome assignments and expression characteristics of 11 Dhn genes of cv. Dicktoo. Theor. Appl. Genet. 98: /5/ Pfaffl M., (2001): A new mathematical A.G. and Farquhar G.D. (2006): Inheritance of carbon isotope discrimination in bread wheat (Triticum aestivum L.). Euphytica 150(1-2):

217 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /6/ Quarrie, S.A., Whitford, P.N., Appleford, N.E.J., Wang, T.L., Cook, S.K., Henson, L.E., Loveys, B.R. (1988). A monoclonal antibody to (s)-abscisic acid: its characterization and use in a radioimmunoassay for measuring abscisic acid in crude extracts of cereal and lupin leaves. Planta 183, /7/ Rasmussen R., (2001): Quantification on the LightCycler. In Meuer, S., C. Wittwer, and K. Nakagawara eds. Rapid Cycle Real-time PCR, Method and Applications Springer Press, Heidelberg; ISBN , /8/ Surprunova T., Krugman T., Fahima T., Chen G., Shams I., Korol A. and Nevo E. (2004): Differential expression of dehydrin genes in wild barley, Hordeum spontaneum, associated with resistance to water deficit. Plant, Cell and Environment 27: /9/ Šetlík I., Seidlová F., Šantrůček J. Regulace růstu. Fyziologie rostlin [online] [ ]. Dostupný z /10/ Teulat B., Merah, O., Sirault, X., Borries, C., Waugh R. and This D.: QTLs for grain carbon isotope discrimination in field-grown barley. Theor Appl Genet (2002) 106: /11/ Wise M.(2003): LEAping to conclusions: A computational reanalysis of late embryogenesis abundant proteins a their possible roles. BMC Bioinformatics 4 (52): EVALUATION OF DROUGHT ACTIVATED STRESS REACTIONS IN DIFFERENT BARLEY CULTIVARS Pavlína Mikulková 1, Ludmila Holková 1, Marek Klemš 1, Marta Bradáčová 1, Ilja Tom Prášil 2 1 Mendel University of Agriculture and Forestry Brno, Zemědělská 1, Brno, holkova@mendelu.cz 2 Crop Research Institute, Drnovská 507, Praha- Ruzyně Summary The stress reaction of five barley cultivars cultivated in physiologically dry conditions was evaluated by means of several parameters, physiologically and molecular biologically. Expression level of the two Dhn genes (Dhn1 and Dhn2) was compared with reached level of endogenous hormone ABA and with two physiological parameters loss of water content from leave tissues and the rate of water deficiency. The level of plant damage by drought seemed to be genetically controlled. The common characteristics of more tolerant cultivars were relatively high levels of both Dhn genes expression. Genotypic dependent differences were detected between level of endogenous ABA, Dhn genes expression and drought tolerance. Poděkování: Tato práce byla hrazena z prostředků VC 1M0570 poskytnutých MŠMT ČR. 215

218 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin HODNOCENÍ ADAPTABILITY VYBRANÉHO SORTIMENTU ODRŮD PŠENICE OZIMÉ NA ODLIŠNÉ VLÁHOVÉ PODMÍNKY V PŮDĚ Pavlína Hrstková, Tomáš Středa Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, Brno; hrstkova@mendelu.cz Souhrn Pro hodnocení reakce odrůd pšenice ozimé na podmínky s nedostatkem vláhy byly v letech založeny maloparcelové odrůdové pokusy na pozemcích ŠZP v Žabčicích, MZLU Brno. Pro pokusy byly zvoleny dvě stanoviště s odlišným vláhovým režimem v půdě, průměrné výnosy zrna na úrodnějším stanovišti v jednotlivých letech byly 8,6; 8,3 a 9,5 t.ha -1, na sušším stanovišti pak 4,8; 2,6 a 3,1 t.ha -1. Adaptabilita 20 vybraných odrůd a jejich vhodnost pro konkrétní podmínky byla hodnocena pomocí regresní analýzy. Nejlepší reakci na příznivé podmínky vykázaly odrůdy Hedvika, Etela a Meritto, v suchých podmínkách pak prokázala nejlepší adaptabilitu odrůda Alacris. Z hlediska předpokladů nejvyšších výnosů lze do těchto podmínek doporučit odrůdy Meritto a Dromos na úrodná stanoviště a odrůdy Biscay, Cubus a Samanta na suchá stanoviště. ÚVOD Sucho je hlavním limitujícím faktorem produktivity obilnin ve středoevropském klimatu. Z pohledu vývoje klimatu se různé klimatické scénáře liší v odhadech míry změny sledovaných meteorologických prvků. Shodují se však v otázce zvýšení variability a četnosti výskytu extrémních povětrnostních jevů. Podle většiny klimatických scénářů lze očekávat zvýšení teplot vzduchu a nárůstu jejich aktivních a efektivních sum, počtu letních a tropických dnů. Výpočty scénářových hodnot potenciální evapotranspirace jednoznačně potvrzují výrazné zvýšení aridity klimatu ČR. Jak plyne z odhadu hodnot vláhových indexů, bez výraznějšího zvýšení srážek při předpokládaném nárůstu evapotranspirace, budou ve větší míře ohroženy suchem části střední a jižní Moravy, střední a severozápadní Čechy, dolní a střední Polabí a Povltaví /4/. Hlavinka et al. /2/ analýzou meteorologických dat z období v 74 okresech ČR zjistili silné epizody sucha v Jihomoravském kraji, spojené s výrazným poklesem výnosů pšenice ozimé a ječmene jarního. Výsledky prokázaly vyšší vliv sucha na tvorbu výnosů u ječmene jarního. Konkrétně pro okres Brnovenkov činil koeficient korelace mezi výnosem jarního ječmene a Palmerovým Z- indexem sucha 0,70. U pšenice ozimé byl koeficient korelace 0,47. Ječmen je obecně méně tolerantní již vzhledem k převážně jarnímu charakteru. Obilniny, pšenice i ječmen, mají řadu odrůd, které se výrazně liší svojí adaptabilitou na podmínky sucha. Adaptabilitu je možné charakterizovat jako schopnost určitého genotypu pozitivně reagovat na měnící se agroekologické podmínky /3/. Lze očekávat, že schopnost adaptace bude do budoucna nabývat na významu vzhledem k měnícím se klimatickým podmínkám i v zeměpisných polohách České republiky. 216

219 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODA Pokusy byly založeny v letech na pozemcích Školního zemědělského podniku MZLU v Žabčicích. Lokalita Žabčice je vzdálená 25 km jižně od Brna (49 01 s.z.š v.z.d.). Katastrální území Žabčic se nachází v kukuřičné výrobní oblasti, podoblasti K2. Klima je typicky vnitrozemské, suchost klimatu zvyšují větry, které způsobují velký výpar půdní vláhy. Dle BPEJ se jedná o klimatický okrsek velmi teplý a suchý. Hodnota Langova dešťového faktoru se pohybuje okolo 57, tato charakteristika řadí pokusnou lokalitu k nejsušším regionům. Průměrná roční teplota je 9,2 C, nejteplejším měsícem v roce je červenec s průměrnou denní teplotou vzduchu 19,3 C a nejchladnější leden s průměrnou teplotou -2,0 C. Dešťové srážky ve vegetačním období jsou rozloženy velmi nerovnoměrně. Srážkově nejbohatší je měsíc červen s 68,6 mm a nejchudší je březen s 23,9 mm srážek, 30-letý průměr ( ) ročních úhrnů srážek činí 480 mm. Pro sledování reakce odrůd na sucho byly využity specifické podmínky katastru Žabčic, kde jsou zastoupeny jak úrodné nivní půdy typu fluvizem glejová, vytvořené na aluviálních sedimentech řeky Svratky, tak hlinitopísčité půdy typu kambizem arenická, které jsou charakteristické mělkým humusovým horizontem nasedajícím přímo na štěrkopískový matečný substrát, jsou extrémně vodopropustné a vysychavé. Jeden pokus byl umístěn na stanovišti s těžkou půdou a vysokou hladinou spodní vody a druhý o stejném rozsahu na písčité, silně propustné půdě. Přesné maloparcelové pokusy byly vedeny podle zásad obvyklých v pokusnické praxi, agrotechnika byla přizpůsobena podmínkám konkrétního stanoviště a ročníku. Pro hodnocení adaptability bylo vybráno 20 odrůd, které byly zařazeny ve všech třech pokusných ročnícícch. Základní údaje o výnosech těchto odrůd jsou uvedeny v tabulce 2. Adaptabilita odrůd byla hodnocena pomocí lineární regrese /1; 5/, za použití programu Statistica 7.1 (StatSoft). VÝSLEDKY A DISKUSE Ve všech třech pokusných letech byly výnosy ze stanoviště s dostatkem půdní vláhy výrazně vyšší, než ze stanoviště s písčitou půdou (tab. 1). Vzhledem k tomu, že obsah živin a humusu v těchto půdách je dostatečný, lze předpokládat, že nízké výnosy jsou zapříčiněny především nedostatkem vláhy a vyšší záhřevností půdy. Tomu odpovídá i skutečnost, že ve zcela ojedinělých letech s rovnoměrnou distribucí srážek v jarních měsících jsou i v těchto podmínkách dosaženy výnosy přes 6 t.ha -1. Nejvyšší odrůdové rozdíly byly shodně na obou stanovištích zjištěny v roce 2006, nejnižší pak v roce Tab. I.: Průměrný výnos zrna (t.ha -1 ) 20 odrůd z vlhčí a sušší lokality v letech Rok 2006 Rok 2007 Rok 2008 Průměr Sm.odch. Průměr Sm.odch. Průměr Sm.odch. Vlhčí lokalita 8,63 0,79 8,33 0,52 9,46 0,38 Sušší lokalita 4,84 0,51 2,65 0,32 3,12 0,31 217

220 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Regresní analýza je všeobecně považovaná za vhodnou metodu pro hodnocení reakce odrůd na prostředí /1/, byla použita u celé řady plodin, včetně pšenice /3; 6/. V této práci byly pro hodnocení adaptability odrůd pšenice ozimé použity průměrné hodnoty výnosů 20 odrůd ze dvou výnosově kontrastních prostředí a tří let (tab. 2). Lepší reakce na úrodnější podmínky byla zjištěna u odrůd Hedvika, Etela, Meritto, Dromos, Eurofit a Akteur, v sušších podmínkách vykázala lepší adaptabilitu především odrůda Alacris, a dále pak odrůdy Venistar, Arida, Ludwig, Globus a Axis. Odrůdy Cubus, Rapsodia, Darwin a Florett byly stejně adaptabilní na obě prostředí. Pro názorné zobrazení vhodnosti jednotlivých odrůd pro odlišná prostředí byl použitý dvojný graf (obr.1). Pro úrodné podmínky se jako nejvhodnější ukázaly odrůdy Meritto a Dromos. V méně úrodných podmínkách nebyla žádná odrůda výrazně lepší, než ostatní, nejlepší předpoklady pro vyšší výnos zrna byly zjištěny u odrůd Biscay, Cubus a Samanta. Tab. II: Průměrný výnos (t.ha -1 ) a regresní koeficient (b) u 20 odrůd pšenice Číslo odrůdy Odrůda Průměr Min. Max. b 1 Akteur 5,9 2,4 9,3 1,05 2 Alacris 5,7 3,0 8,8 0,76 3 Arida 5,6 2,3 9,5 0,93 4 Axis 6,0 2,6 9,5 0,95 5 Biscay 6,5 3,1 9,6 0,96 6 Buteo 6,2 2,4 9,3 1,03 7 Cubus 6,4 3,0 9,6 0,99 8 Darwin 6,2 2,7 9,2 0,99 9 Dromos 6,6 2,9 10,0 1,06 10 Etela 6,1 2,4 10,1 1,09 11 Eurofit 6,3 2,4 9,6 1,06 12 Florett 6,4 2,8 9,5 1,02 13 Globus 6,2 2,6 9,1 0,95 14 Hedvika 6,1 1,7 9,9 1,19 15 Ludwig 5,8 2,7 8,8 0,93 16 Meritto 6,5 2,6 10,1 1,08 17 Rapsodia 6,2 2,9 9,2 0,99 18 Samanta 6,4 2,6 9,4 0,98 19 Simila 6,1 2,5 9,6 1,04 20 Venistar 6,1 2,9 9,9 0,93 218

221 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ,25 1, ,15 1,10 1, ,00 0, ,90 0,85 0,80 0,75 2 0,70-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 Obr. 1: Dvojný graf pro reakci odrůd na prostředí. (Čísla odrůd odpovídají číslům v tab. 2) LITERATURA /1/ Hill J., Becker H.C., Tigerstedt P.M.A. (1998): Quantitative and ecological aspects of plant breeding. Chapman and Hall, London, UK. /2/ Hlavinka, P. et al. (2006): Vztah mezi meteorologickým suchem a regionálními výnosy vybraných plodin. In MendelNet'06 Agro - sborník z mezinárodní konference posluchačů postgraduálního doktorského studia. MZLU v Brně: Ediční středisko MZLU v Brně, s. 28, 1 CD-ROM. /3/ Chloupek O., Hrstková P. (2005): Adaptation of crops to environment. Theor. Appl. Genet. 111 (7), p /4/ Kalvová, J. et al. (2002): Zpřesnění scénářů projekce klimatické změny na území České republiky a odhadů projekce klimatické změny na hydrologický režim, sektor zemědělství, sektor lesního hospodářství a na lidské zdraví v ČR. Praha, 151 s. /5/ Kempton R.A. (1984): The use of biplots in interpreting variety by environment interactions. J. of Agr. Sc. 103, /6/ Mohammadi R., Amri A. (2008): Comparison of parametric and nonparametric methods for selecting stable and adapted durum wheat genotypes in variable environments. Euphytica 159:

222 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin EVALUATION OF SELECTED WINTER WHEAT VARIETIES AND THEIR RESPONSE TO DIFFERENT WATER CONDITIONS IN SOIL. Pavlína Hrstková, Tomáš Středa Mendel University of Agriculture and Forestry Brno, Zemědělská 1, Brno; hrstkova@mendelu.cz Summary Winter wheat field trials were established at the University Farm in Žabčice in years Two localities with different soil water availability were chosen and the yield of 20 commercial varieties was evaluated. The average yields in more humid conditions reached 8.6; 8.3 and 9.5 t.ha -1, at the dry locality the average yields were much lower 4.8; 2.6 and 3.1 t.ha -1 respectively. The adaptability of varieties was evaluated by the regression analysis. The varieties Hedvika, Etela and Meritto seemed to be better adapted to more humid conditions, for dry condition it was the variety Alacris. The varieties Meritto and Dromos showed superior performance in more favourable environments. Varieties Biscay, Cubus and Samanta responded well under lowyielding conditions. Poděkování Tato práce byla podpořena projektem NAZV č. QH

223 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MRAZUVZDORNOST DORMANTNÍCH PUPENŮ VYBRANÝCH ODRŮD JABLONÍ A HRUŠNÍ VE VZTAHU KE KRYOPREZERVACI Alois Bilavčík 1, Petra Jadrná 1, Jiří Zámečník 1, Miloš Faltus 1 Výzkumný ústav rostlinné výroby, Drnovská 507, Praha 6 Ruzyně, , jadrna@vurv.cz SOUHRN U jednonodálních řízků vybraných odrůd jabloní a hrušní byla testována odolnost vůči teplotám - 35 C a - 40 C ve stadiu dormance. Po vystavení mrazovým teplotám byly řízky umístěny do optimálních kultivačních podmínek a byla sledována schopnost jejich regenerace a rašení. U ani jedné ze dvou zkoumaných odrůd hrušní nedošlo po ošetření řízků nízkými teplotami k regeneraci, stejně tak jako u odrůdy jabloně Zvonkové. Nejvyšší regeneraci po vystavení teplotě - 35 C měla odrůda Golden Delicious a u teploty - 40 C odrůda Rubín. ÚVOD Ovocné dřeviny patří k významným plodinám hrajícím nezastupitelnou úlohu ve výživě člověka. V dnešní době strategie konzervace rozsáhlého genetického potenciálu včetně zemědělských plodin existují tendence k uchování odrůd ovocných druhů nejen standardními metodami ex situ (na stanovišti), ale také metodami in vitro a v poslední době také metodou kryoprezervace. Schopnost rostlinných pletiv přežít teploty okolo - 40 C svědčí o jejich dostatečné mrazuvzdornosti a eventualitě úspěšného nasazení kryoprezervace. V průběhu kryoprezervace vegetativních dormantních pupenů ovocných dřevin je používán dvoustupňový kryoprezervační protokol, přičemž v prvním stupni tohoto kryoprotokolu jsou dormantní pupeny vystaveny poklesu teploty rychlostí 2 C.min -1 až do teploty - 30 až - 40 C (Seufferheld a kol., 1999; Tyler a Stushnoff, 1988a a 1988b). Stanovení hraniční hodnoty teploty, na kterou lze v první části kryoprotokolu vegetativní dormantní pupeny jednotlivých odrůd jabloní a hrušní zmrazovat, je nezbytné pro udržení jejich životnosti a schopnosti regenerace (Stushnoff, 1987). V první části kryoprotokolu je důležité pomalým snižováním teploty, při němž dochází k extracelulárnímu vymrzání vody, zmrazit pletiva na co nejnižší teplotu, aby došlo k co nejmenšímu poškození při druhé části kryoprotokolu. Tou je okamžité zamražení do ultranízké teploty kolem C v kapalném dusíku a při tomto postupu dochází k rychlému intracelulárnímu vymrznutí ještě nezmrzlé vody, které je pro buňky letální (Gusta a Fowler, 1977; Andrews a kol., 1983). MATERIÁL A METODIKA Odolnost vůči extrémně nízkým teplotám byla testována u odrůd jabloní Golden Delicious, Idared, Jonagold, McIntosh, Melrose, Rubín, Zvonkové a hrušní Clappova a Williamsova. Jednonodální řízky veliké ca 25 mm byly odebrány a po kusech vloženy do ampulí. Ampule se vzorky byly umístěny do dvou programem řízených mrazících boxů a vystaveny následujícím teplotám: 2 hodiny při - 4 C, poté pokles teploty rychlostí 2 C.min -1 do teploty - 35 C v jednom a - 40 C v druhém mrazícím boxu; 4 hodiny při teplotě - 35 C resp C a následné zvýšení teploty rychlostí 2 C.min -1 na konečných 5 C, při nichž byly ampule ještě po dobu 24 hodin. Pupeny kontrolních variant byly po dobu experimentu uchovávané při konstantní teplotě - 4 C. Po teplotním ošetření byly řízky vyjmuty z ampulí a nasazeny do rašelinového substrátu při teplotě 20 C, relativní vzdušné vlhkosti 70 %, fotoperiodě 16/8 (světlo/tma) a intenzitě osvětlení 110 µmol. Prorůstání pupenů bylo hodnoceno po 12 a 22 dnech od počátku regenerace. Rašící pupeny s prýty nad 221

224 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin mm byly hodnoceny jako mrazem nepoškozené a regenerující. Nerašící, na řezu zelené pupeny byly hodnoceny jako neprorůstající regenerující a na řezu hnědé nerašící pupeny byly hodnoceny jako mrazem poškozené, neregenerující. Souběžně s mrazovým testem byl gravimetricky stanoven obsah vody v dormantních pupenech. Od každého genotypu byly náhodně vybrány tři řízky, ty byly zváženy a po vysušení při 105 C do konstantní hmotnosti opět zváženy. Byl sledován vztah obsahu vody v pletivech ke schopnosti pletiv přežít mrazové podmínky. VÝSLEDKY A DISKUSE U hrušní nedošlo po vystavení teplotám - 35 o C či - 40 o C k žádné regeneraci ani u jedné ze zkoumaných odrůd. U jabloní byla regenerace po zamrazení do - 35 o C v rozsahu od 0 % do 85 %, viz Obr. 1. Obr. 1: Regenerace dormantních vegetativních pupenů hrušní a jabloní po - 35 C a - 40 C. Z jabloní snášela teplotu - 35 C nejlépe odrůda Golden Delicious s regenerací 85 %, naproti tomu odrůda Zvonkové vůbec neregenerovala. Ostatní odrůdy regenerovaly méně než z 85 %. Průměrná regenerace u jabloní vystavených teplotě 35 C byla 41% ± 29,5%. U jabloní zamrazených do 40 C byla regenerace v rozsahu 0 45 %. Nejlépe regenerovala odrůda Rubín a odrůda Zvonkové opět jako jediná neregenerovala vůbec. Odrůda Golden Delicious vykázala při teplotě - 40 C velké snížení schopnosti regenerace, což lze vysvětlit tak, že u této odrůdy existuje náhlý propad mrazuvzdornosti v úzkém teplotním rozmezí. Průměrná regenerace jabloní vystavených teplotě 40 C byla 23 % ± 13,3 %. Odrůda McIntosh nebyla v tomto experimentu měřena. Míra odolnosti jednotlivých odrůd v podstatě odpovídá uváděným údajům pro mrazuvzdornost odrůd jabloní a hrušní (Blažek a kol., 1992; Dvořák a Kalášek, 1992). Regenerace kontrolních variant odrůd hrušní Clappova a Williamsova byla 97 % ± 3,3 %. U kontrolních variant jabloní byla regenerace od 87 % ± 0,2 % u odrůdy Melrose do 98 ± 1,7 % u odrůdy Idared, viz Obr.. 222

225 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 2: Regenerace kontrolních dormantních vegetativních pupenů hrušní a jabloní. Obsah vody (viz Obr. 3) byl u odrůdy hrušně Clappova 0,92 ± 0,030 g v g s -1 (gramů vody na gram sušiny) a u odrůdy Williamsova 0,99 ± 0,013 g v g s -1, viz Obr. 3. Obsah vody u jednotlivých odrůd jabloní se pohyboval od nejmenší hodnoty 0,82 ± 0,010 g v g s -1 u odrůdy Golden Delicious až po maximální hodnotu 0,98 ± 0,010 g v g s -1 u odrůdy Zvonkové, viz Obr. 3. Průměrná hodnota obsahu vody u hrušní byla 0,96 ± 0,032 g v g s -1, u jabloní 0,90 ± 0,047 g v g s -1. Nebyly statisticky prokázány žádné korelace mezi mrazuvzdorností a obsahem vody v pletivech. Obr. 3: Obsah vody v dormantních vegetativních pupenech hrušní a jabloní. ZÁVĚR Při mrazových testech u dormantních pupenů vybraných odrůd jabloní a hrušní s použitím teplot - 35 C a - 40 C byly zjištěny rozdíly v mrazuvzdornosti mezi jednotlivými odrůdami. Ani jedna ze dvou sledovaných odrůd hrušní po vystavení těmto teplotám neregenerovala, totéž platilo pro odrůdu jabloně Zvonkové. Ze zkoumaných odrůd jabloní snášela teplotu - 35 C nejlépe odrůda Golden Delicious a teplotu - 40 C odrůda Rubín (druhá nejlepší při t = - 35 C). Výsledky mrazových testů jednotlivých odrůd naznačují jejich schopnost úspěšné následné regenerace při použití dvoustupňového kryoprezervačního protokolu. 223

226 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Andrews P.K., Proebsting E.L. Jr, Gross D.C., 1986: Ice nucleation and supercooling in freeze-sensitive peach and sweet cherry tissues. J Amer Soc Hortic Sci 111(2): Blažek J., Dvořák A., Kalášek J., 1992: Jabloň Domácí. In Kutina J. a kol., eds, Pomologický atlas 2, Zemědělské nakladatelství Brázda, Praha: Dvořák A., Kalášek J., 1992: Hrušeň Domácí. In Kutina J. a kol., eds, Pomologický atlas 2, Zemědělské nakladatelství Brázda, Praha: Gusta L.V., Fowler D.B., 1977: Factors affecting the cold survival of winter cekals. Can J Plant Sci 57: Seufferheld M. J., Stushnoff C., Forsline P. L., Gonzalez G. H. T., 1999: Cryopreservation of cold-tender apple germplasm. J Amer Soc Hortic Sci 124(6): Stushnoff C., 1987: Cryopreservation of apple genetic resources. Can J Plant Sci 67: Tyler N.J., Stushnoff C., 1988a: The effects of prefreezing and controlled dehydration on cryopreservation of dormant vegetative apple buds. Can J Plant Sci 68: Tyler N.J., Stushnoff C., 1988b: Dehydration of dormant apple buds at different stages of cold acclimation to induce cryopreservability in different cultivars. Can J Plant Sci 68: FROST TOLERANCE OF DORMANT BUDS IN SELECTED CULTIVARS OF MALUS AND PYRUS IN RELATION TO CRYOPRESERVATION SUMMARY Tolerance of dormant uni-nodal cuttings to the temperatures - 35 C and - 40 C was evaluated in selected cultivars of Malus domestica and Pyrus communis. After exposing of cuttings to these temperatures their regeneration and regrowth ability were observed. No regeneration was faund in both of tested Pyrus communis cultivars and in the apple cultivar Zvonkové. The best regeneration after - 35 C and - 40 C treatment showed apple cultivar Golden Delicious and cultivar Rubín, respectively. Poděkování: Výzkum byl podpořen projektem MŠMT, COST číslo OC08060 Vývoj screeningové metody pro stanovení mrazuvzdornosti jádrovin. 224

227 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV ABIOTICKÝCH FAKTORŮ NA KLÍČIVOST VYBRANÝCH TRAVNÍCH DRUHŮ Pavel Knot, František Hrabě, Jana Vrzalová Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Agronomická fakulta, Ústav výživy zvířat a pícninářství, knot@mendelu.cz SOUHRN V řízených podmínkách klimaboxu byl zkoumán vliv stratifikace, světla, vodního stresu a přídavku nitrátu na klíčivost druhů Agrostis capillaris, Agrostis stolonifera, Poa supina a Poa pratensis. Cílem práce bylo zhodnotit míru vlivu těchto základních abiotických faktorů na klíčivost. Výsledky ukázaly, že pro klíčení obilek zde zkoumaných trav má ze sledovaných faktorů největší význam obsah nitrátu, světlo a nedostatek vody. Na světle bylo dosaženo, až na výjimky, průkazně vyšší klíčivosti. Poa pratensis dosahovala na světle i ve tmě podobných hodnot klíčivosti a Agrostis capillaris dosáhl v kombinaci na světle a bez stratifikace neprůkazně nižší klíčivosti oproti variantě ve tmě. Přídavek nitrátu zvyšoval u všech druhů statisticky významně klíčivost všech travních druhů. Nedostatek vody, především pak varianta s větším deficitem, negativně ovlivnil hodnoty klíčivosti. Výjimkou je opět Poa pratensis, u které byla při použití vodního stresu v kombinace bez stratifikace zaznamenána vyšší klíčivost oproti variantě s použitím vody. Nejméně ovlivnila počet vyklíčených obilek stratifikace. ÚVOD Úspěšnost výsevu nebo přísevu travního porostu nezáleží pouze na biologických vlastnostech použitého osiva, ale je do značné míry ovlivněna termínem provedení. S termínem výsevu se totiž významně mění některé abiotické faktory, které ovlivňují klíčivost a následný vývoj rostliny. Jednotlivé travní druhy se liší v strategii klíčení a dormance. Každý druh klíčí jen v určitém pro něj typickém teplotním optimu. Minimální a maximální teploty pro klíčení druhů jsou geneticky dané, mohou být ale činností vnějších vlivů ovlivňovány a do jisté míry i měněny (Thomson 1974, Mayer & Poljakoff-Mayber, 1982). Z řady abiotických faktorů ovlivňuje klíčivost nejvíce světlo, rozdílná teplota, popřípadě její kolísání a množství přístupné vody. V přirozených podmínkách je účinek jednotlivých faktorů a jejich kombinací velmi proměnlivý. Vhodnější je provádět pokusy týkající se vlivu jednotlivých abiotických faktorů na klíčivost obilek v řízených laboratorních podmínkách. MATERIÁL A METODIKA Byl zkoumán vliv v Tab.1 uvedených faktorů na klíčivost vybraných travních druhů. Každá varianta zahrnovala 20 obilek uložených na filtračním papíře v Petriho misce ovlhčené 2 ml příslušného roztoku. Varianty s chladovou stratifikací byly po ovlhčení příslušným médiem uloženy na dobu 10 dnů do tmy v chladničce s teplotou 3 C a poté následovalo přemístění do klimaboxů. Varianty na světle a ve tmě se odlišovaly v tom, že v případě světla byly Petriho misky s obilkami uloženy v uzavřených nádobách, jejichž kryty byly opatřeny skleněnými deskami. K dosažení rozdílného vodního stresu bylo použito přídavku polyetylenglykolu (=PEG), který je podle Kretschmer (1994) k takovému účelu vhodný, jelikož jeho molekulová 225

228 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hmotnost nedovoluje PEG vnikat do obilky a tím způsobovat toxicitu. Všechny varianty byly ve čtyřech opakováních. Tab. 1. Varianty pokusu Faktory 1. Druh (odrůda) Stupně 1.1. Agrostis capillaris Bardot 1.2. Agrostis stolonifera Penn G Poa supina Supranova 1.4. Poa pratensis Cocktail 2. Stratifikace 2.1. s ( = 10 dnů při 3 C ) 2.2. bez 3. Světlo 3.1. světlo 3.2. tma 4. Médium 4.1. H 2 O deionisovaná 4.2. H 2 O s nitrátem ( = 0,2 % KNO 3 ) ,1 MPa ( = PEG1 ), pf 3, ,2 MPa ( = PEG2 ), pf 3,3 Přepočet na požadovanou koncentraci byl proveden podle MICHAEL & KAUFMAN (1973). Klimaboxy byly nastaveny na střídavou teplotu 10/20 C, přičemž 10 C odpovídá 8 hodinám (noc) a 20 C 16 hodinám (den). Po 20 dnech od zahájení pokusu byly spočítány počty vyklíčených jedinců. K vyhodnocení výsledků byla použita vícefaktorová analýza rozptylu, za použití statistického programu SPSS pro Windows. Protože byly výsledky klíčivosti ve formě relativní četnosti a zjištěné procentické hodnoty nejdou vyjádřit pomocí Gaussova rozdělení, bylo před statistickým zpracováním provedeno přepočítání pomocí Arcussinus-odmocninné transformace (GOMEZ, GOMEZ, 1984). VÝSLEDKY A DISKUZE Z grafického vyobrazení (Obr. 1) a tabulkových údajů (Tab. 2) vyplývá, že mezi abiotickými faktory pro klíčivost obilek trav v řízeném prostředí je nejvýznamnější výživa (KNO 3 ) a to při klíčení uváděných druhů jak na světle tak ve tmě. Druhý významný faktor je vliv světla. Obecně je klíčivost obilek u obou rodů trav vyšší na světle než ve tmě. Mezi druhy, jak ukazují i naše další experimenty mezi odrůdami (Knot, 2008), jsou jisté rozdíly. Například vyšší klíčivost za nedostatku světla (ve tmě) mají obilky Agrostis capillaris a Poa pratensis bez chladového stresu. (stratifikace). Vláhový nedostatek při klíčení PEG2 v dobrých světelných podmínkách snížil klíčivost u Agrostis capillaris jen o 2,5 8,8%. Obdobná je i reakce u Agrostis stolonifera a Poa pratensis. Průkazně nižší klíčivost vlivem nedostatku vláhy je charakteristická pro druh Poa supina; snížení klíčivosti je v rozsahu 8,8 22,8%. Rozdíly v klíčivosti obilek trav vlivem provedené stratifikace a bez chladového stresu za normálních světelných podmínek nejsou významné. Vyšší role chladu na je však patrna v reakci Poa supina při snížené dotaci vláhy. Stratifikace (chlad) v kombinaci s tmou, jak již vyplývá z výše uvedeného, snižuje klíčivost Agrostis capillaris a Poa pratensis. Výsledky výzkumu ukazují na konkurenční sílu v počáteční fázi sukcese pro založení porostu a mohou být využity při sestavování skladby (% zastoupení) jednotlivých druhů a odrůd ve směsi. Taktéž v případě bezorebných přísevů trav lze z reakce druhů na výživu, světlo, teplotu usuzovat na vhodnost doby provedení přísevu (jaro, léto) anebo i technologie přísevu. Tab. 2. Dosažené hodnoty klíčivosti obilek travních druhů Druh (odrůda) Ošetření světlo tma KNO 3 H 2 O PEG1 PEG2 KNO 3 H 2 O PEG1 PEG2 Agrostis capillaris (Bardot) stratifikace 95,0 86,3 81,3 83,8 66,3 52,5 58,8 50,0 Agrostis capillaris (Bardot) bez stratifikace 96,3 88,8 83,8 80,0 97,5 96,3 90,0 82,5 Agrostis stolonifera (Penn G-2) stratifikace 97,5 96,3 95,0 91,3 75,0 55,0 58,8 58,8 Agrostis stolonifera (Penn G-2) bez stratifikace 93,8 85,0 76,3 91,3 72,5 77,5 47,5 33,8 Poa supina (Supranova) stratifikace 91,3 73,8 67,5 65,0 86,3 31,3 51,3 57,5 Poa supina (Supranova) bez stratifikace 86,3 68,8 70,0 46,3 72,5 45,0 28,8 28,8 Poa pratensis (Cocktail) stratifikace 95,0 77,5 83,8 63,8 82,5 72,5 71,3 68,8 Poa pratensis (Cocktail) bez stratifikace 92,5 66,3 78,8 77,5 90,0 83,8 80,0 86,3 226

229 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 1. Vliv světla, stratifikace, výživy a vodního stresu na klíčivost Agrostis sp. a Poa sp.(giessen, 2004) Agrostis capillaris Bardot světlo Licht tma Dunkel KNO 3 HO 2 PEG1 PEG2 KNO 3 HO 2 PEG1 PEG2 ms** 10/20 C os** klíčivost Keimung % Agrostis stolonifera Penn G-2 světlo Licht tma KNO 3 HO 2 PEG1 PEG2 KNO 3 HO 2 Dunkel PEG1 *ms = stratifikace mit Stratifikation **os = bez ohne stratifikace Stratifikation PEG2 10/20 C ms** os** klíčivost Keimung 10/20 C % Poa supina Supranova světlo tma Licht Dunkel KNO 3 HO 2 PEG1 PEG2 KNO 3 HO 2 PEG1 *ms = mit stratifikace Stratifikation **os = ohne bez stratifikace Stratifikation PEG2 ms** os** klíčivost Keimung % *ms = mit stratifikace Stratifikation **os = ohne bez stratifikace Stratifikation KNO 3 Poa pratensis Cocktail světlo tma HO 2 Licht PEG1 PEG2 KNO 3 Dunkel HO 2 PEG1 PEG2 ms** 10/20 C os** klíčivost Keimung % *ms = mit stratifikace Stratifikation **os = ohne bez stratifikace Stratifikation 227

230 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Gomez, K. A., Gomez, A. A. Statistical procedures for agricultural research. 2 nd ed. J. Wiley & Sons, New York, Chichester, Brisbane, Toronto, Grime J. P. Plant strategies in shade. In: H. Smith (ed.): Plants and the daylight. Acad. Press London, 1981, p Knot, P. Vliv extenzivní a intenzivní exploatace na strukturu trávníkového drnu. Disertační práce, MZLU v Brně, 2008, 130 s. Kretschmer, M. Möglichkeiten und Grenzen physiologischer Vorbehandlungen von gärtnerischem Saatgut. VDLUFA-Schriftenreihe 38, Kongressband, 1994, p Mayer, A. M., Poljakoff - Mayber, A. The germination of seeds. 3 rd ed., Pergamon Press, London, Michael, B. E., Kaufmann, M. R. The osmotic potential of Polyethylene Glycol Plant Physiol. 51, 1973, p Thomson, P. A. Effects of fluctuating temperatures on germination. J. Exp. Bot. 25, 1974, p An influence of abiotic factors on the germinability of selected grass species Summary The objective of this contribution is to interpret the impact of some abiotic factors such as daylight, stratification, addition of nitrat or water stress on germinability of Agrostis capillaris, Agrostis stolonifera, Poa supina and Poa pratensis in conroled environment of conditioning chamber. The results showed that nitrat addition, the daylight and water stress had as factors the biggest straight impact on the germinability of caryopsis. The higher germinability was observed under daylight condition except Poa pratensis, which had very similar values of germinability in both light environments, dark and daylight. Agrostis capillaris had even lower values of germinability for variations in daylight and without stratification in comparison to variations in dark only. The addition of nitrat had statistically significant impact on positive germinability of all species. The water stress decreased the value of germinability for all species. The only exception was again Poa pratensis, where the water stress once combined with missing stratification caused increase of the germinability. The lowest influence on germination among individual factors had the stratification. Poděkování: Příspěvek byl zpracován s podporou Výzkumného záměru č. MSM Biologické a technologické aspekty udržitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu uděleného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. 228

231 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VPLYV AGROKLIMATICKÝCH PODMIENOK VÝCHODOSLOVEN- SKEJ NÍŽINY NA ÚRODU SUŠINY ĎATELINOVÍN Ladislav Kováč Jana Jakubová SCPV - Ústav agroekológie Michalovce, Špitálska 1273, Michalovce, Slovenská republika, kovac@scpv-ua.sk Súhrn V suchých a teplých podmienkach VSN sa sledovali produkčné parametre vybraných druhov a perspektívnych odrôd ďatelinovín. Na výsledky z pokusných sledovaní výrazne vplývali poveternostné podmienky. Preukazne najvyššie úrody sa dosahovali v treťom úžitkovom roku 2008, pred rokom 2007 a prvým úžitkovým rokom Najvyššia úroda (18,44 t.ha -1 ) bola dosiahnutá pri odrode Amos. Štatisticky preukazne na úrodu vplývali odrody Amos a Magura, ktoré boli v jednej homogénnej skupine oproti ostatným odrodám. Ďalšou štatisticky preukaznou homogénnou skupinou boli odrody Magura, Nodula, Rezista a Margot. Signifikantne najnižšie úrody sa dosiahli pri ľadenci rožkatom odrody Polom, ktorý štatisticky preukazne nevplýval na úrodu sušiny Úvod Východoslovenská nížina (VSN) sa vyznačuje špecifickými pôdno klimatickými podmienkami. Odchýlky meteorologických prvkov od dlhodobých priemerov poukazujú na extrémnosť daného územia, ale pre poľnohospodársku výrobu je dôležité dať priebeh meteorologických prvkov do vzťahu s vegetačnými obdobiami rastlín (Dunajský, 2001). Pri pestovaní viacročných krmovín (VRK) na VSN je preto nevyhnutné sa zamerať na výber vhodných druhov VRK a v rámci druhov aj odrôd, ktoré poskytnú vysoké úrody kvalitného krmiva. Tejto problematike sa na VSN, aj napriek prudkému poklese stavov polygastrických zvierat a tým pádom aj plôch VRK, venovala naďalej pozornosť. (Gejguš Kováč, 1998; Kováč, 2003). Materiál a metóda Pokus s monokultúrami ďatelinovín bol založený na experimentálnom pracovisku SCPV Ústavu agroekológie v Milhostove. Pracovisko sa nachádza v nadmorskej výške 101 m. Dlhodobý priemer zrážok je 559 mm a dlhodobý priemer teplôt 8,9 o C. V Milhostove sa nachádzajú pôdy s vysokým obsahom ílovitých častíc (nad 50 %). Sú to ťažké fluvizeme glejové, ktoré sa veľmi ťažko obrábajú. Pokus bol založený v roku 2006 v desiatich variantoch, troch opakovaniach a pokračoval v rokoch 2007 a Tab. 1: Zloženia pokusných variantov Variant Druh Odroda Výsevok [kg.ha -1 ] 1 ďatelina lúčna Vesna 4 n 22,0 2 ďatelina lúčna Radegast 4 n 22,0 3 ďatelina lúčna Rezista 4 n 22,0 4 ďatelina lúčna Amos 4 n 22,0 5 ďatelina lúčna Nodula 4 n 22,0 6 ďatelina lúčna Margot 4 n 22,0 7 ďatelina lúčna Magura 4 n 22,0 8 ďatelina lúčna Marieta 2 n 15,2 9 ďatelina lúčna Slatina 2 n 15,2 10 ľadenec rožkatý Polom 9,9 229

232 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin V pokuse boli zaradené perspektívne odrody ďatelinovín. Z 9 odrôd ďateliny lúčnej bolo 7 tetraploidných a 2 diploidné. Pred sejbou sa aplikoval dusík v dávke 30 kg.ha -1, fosfor v dávke 30 kg.ha -1 a draslík v dávke 60 kg.ha -1. V druhom a treťom úžitkovom roku sa aplikoval len fosfor a draslík v tej istej dávke ako pred založením pokusu. Produkcia sušiny sa hodnotila analýzou rozptylu štatisticky významných diferencií. Poveternostné podmienky na stanovišti v rokoch 2006 až do novembra 2008 sú uvedené v tabuľke 2. Tab. 2: Priemerné mesačné teploty vzduchu a úhrny zrážok v Milhostove Mesiac Teplota vzduchu [ o C] Úhrny zrážok [mm] DN DN I. - 3,3-4,7 2,4-0, II. -1,0-2,6 2,8 2, III. 3,5 2,3 8,2 5, IV. 9,7 11,3 11,2 10, V. 14,6 14,8 17,5 15, VI. 18,2 18,8 20,7 19, VII. 19,6 22,5 22,5 19, VIII. 19,0 18,8 21,7 20, IX. 14,8 16,3 13,6 14, X. 9,1 10,3 9,2 10, XI. 4,0 5,4 2,5 4, XII. -0,7 2,2-0, priemer 8,9 9,6 11, Výsledky a diskusia Pokus s odrodami ďatelinovín bol založený Ďatelinoviny začali vzchádzať Z dôvodu vysokého zaburinenia bolo potrebné dňa 18. júla urobiť očisťovaciu kosbu. Po očisťovacej kosbe denné teploty vystupovali nad 30 o C a bolo dlhšie obdobie bez zrážok, ktoré trvalo až do 29. júla, kedy spadlo 11 mm zrážok. Z tohto dôvodu bola prvá kosba urobená až V tabuľke 3 je uvedená produkcia sušiny v roku Najvyššie produkčné parametre dosahovali odrody Amos (variant 4) s úrodou 4,17 t.ha -1 sušiny, Radegast (variant 2) s úrodou 4,06 t.ha -1 sušiny a Nodula s úrodou 3,92 t.ha -1 sušiny. Nízka úroda (pod 3,0 t.ha -1 ) sušiny bola dosiahnutá pri odrode Margot a ľadenci rožkatom odrody Polom, pri ktorom prevažnú časť produkcie tvorili byliny. Tab. 3: Produkcia sušiny ďatelinovín v roku 2006 [t.ha -1 ] Variant Produkcia sušiny 1. kosba Spolu 1 3,26 3,26 2 4,06 4,06 3 3,70 3,70 4 4,17 4,17 5 3,92 3,92 6 2,97 2,97 7 3,73 3,73 8 3,62 3,62 9 3,18 3, ,99 2,99 230

233 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin V roku 2007 pokus pokračoval druhým úžitkovým rokom. Výsledky hodnotenia úrod sušiny sú uvedené v tabuľke 4. Najvyššia úroda 7,49 t.ha -1 sušiny sa dosiahla pri tetraploidnej odrode ďateliny lúčnej Amos na variante 4. Tab. 4: Produkcia sušiny ďatelinovín v roku 2007 [t.ha -1 ] Variant Produkcia sušiny 1. kosba 2. kosba 3. kosba Spolu 1 1,28 3,94 0,70 5,92 2 1,19 3,33 0,52 5,04 3 1,20 4,31 0,66 6,17 4 1,24 5,64 0,61 7,49 5 1,28 4,26 0,65 6,19 6 1,12 4,66 0,41 6,19 7 1,24 4,92 0,71 6,87 8 1,16 4,07 0,40 5,63 9 1,23 3,74 0,51 5, ,73 2,17 0,64 3,54 Na výšku produkcie sušiny v roku 2007 výrazne vplývali poveternostné podmienky, keď priemerné teploty od januára do konca augusta každý mesiac prekonávali dlhodobý priemer a suma zrážok každý mesiac od marca do konca augusta výrazne zaostávala za dlhodobým normálom. Septembrové zvýšené zrážky (147 mm) už na výslednú produkciu nemali vplyv, keďže tretia a posledná kosba v roku bola urobená V roku 2008 boli urobené len dve kosby. Na celkovú úrodu mala výrazný vplyv prvá kosba. Po druhej kosbe vplyvom suchého priebehu počasia nedošlo k obrastaniu ďatelinovín a nebolo možné urobiť tretiu kosbu. Tab. 5: Produkcia sušiny ďatelinovín v roku 2008 [t.ha -1 ] Variant Produkcia sušiny 1. kosba 2. kosba Spolu 1 4,83 1,71 6,54 2 5,65 1,16 6,81 3 5,39 1,43 6,82 4 5,56 1,22 6,78 5 5,77 1,24 7,01 6 5,77 1,49 7,26 7 5,59 1,38 6,97 8 4,74 1,40 6,14 9 4,82 1,13 5, ,25 1,18 6,43 Produkčné parametre ďatelinovín pokusu boli nižšie ako v iných pokusoch na tomto stanovišti v predchádzajúcich obdobiach, keď sa v druhom úžitkovom roku dosahovali úrody sušiny od 10,6 t.ha -1 do 12,82 t.ha -1 (Kováč, 2003). Svoje nižšie úrodové parametre na VSN dosiahol ľadenec rožkatý, čím sa potvrdili výsledky pokusov s týmto druhom ďatelinovín na fluvizemi kultizemnej vo Vysokej nad Uhom (Kováč Gejguš Porvaz, 2002). Ľadenec rožkatý sa preto odporúča skôr ako doplnková ďatelinovina do ďatelinotrávnych miešaniek. Diploidné odrody Marieta a Slatina boli úrodovo na nižšej úrovni ako tetraploidné ďateliny lúčne, čo je v súlade aj s tvrdeniami Ilavskej a Rataja (1998). 231

234 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 6: Produkcia sušiny ďatelinovín podľa rokov [t.ha -1 ] Odroda Produkcia sušiny Spolu Vesna 3,26 5,92 6,54 15,72 Radegast 4,06 5,04 6,81 15,91 Rezista 3,70 6,17 6,82 16,69 Amos 4,17 7,49 6,78 18,44 Nodula 3,92 6,19 7,01 17,12 Margot 2,97 6,19 7,26 16,42 Magura 3,73 6,87 6,97 17,57 Marieta 3,62 5,63 6,14 15,39 Slatina 3,18 5,48 5,95 14,61 Polom 2,99 3,54 6,43 12,96 Na základe štatistických hodnotení bola signifikantne najvyššia úroda dosahovaná v poveternostne priaznivejšom roku 2008, pred rokom Preukazne najnižšie úrody boli dosiahnuté v roku založenia pokusu Za tri úžitkové roky najpreukaznejšie vplývali na úrodu sušiny ďatelinovín odrody Amos a Magura, ktoré boli v jednej homogénnej skupine oproti ostatným odrodám. Ďalšiu homogénnu skupinu, ktorá štatisticky preukazne ovplyvňovala úrodu bola Magura, Nodula, Rezista a Margot. Na úrodu sušiny ďatelinovín štatisticky nevplýval ľadenec rožkatý Polom. Literatúra /1/ Dunajský, E. 2001: Vplyv sucha na vývin a rast poľnohospodárskych plodín na Východoslovenskej nížine. In: Rožnovský, J., Janouš D. (ed.): Sucho, hodnocení a predikce. Pracovní seminář, Brno,2001. /2/ Gejguš, J. Kováč, L.: Uplatnenie hybridov Festuco - lolium v jednoduchých miešankách. In: Odrůda základ efektivní rostlinné produkce. Brno : VÚP Troubsko, 1998, s /3/ Ilavská, I. Rataj, D.: Testovanie vybraného sortimentu tráv a ďatelinovín v monokultúrach a účelových miešankách : Záverečná správa. Banská Bystrica : VÚTPHP, 1998, 41 s. /4/ Kováč, L.: Úrodové parametre odrôd ďatelinovín na ťažkých fluvizemiach glejových. In: Zborník vedeckých prác OVÚA v Michalovciach. Michalovce : OVÚA, 2003, s ISBN /5/ Kováč, L. Gejguš, J. Porvaz, P.: Zabezpečenie potrieb hovädzieho dobytka živinami a energiou z porastov viacročných krmovín v podmienkach VSN : Záverečná správa. Michalovce : OVÚA, 2002, 33 s. The effect of agro-climatic conditions of the East Slovak Lowland on dry matter yield of clover plants Summary In dry and warm conditions of the East Slovak Lowland production parameters of selected sorts and perspective varieties of clover plants were observed. Results of experiments were significantly influenced by meteorological factors. Significantly the highest yields were ascertained in the 3 rd crop year 2008, then followed year 2007 and the 1 st crop year The highest yield (18.44 t ha -1 ) was determined at variety Amos and this yield was significantly higher than yields of further varieties. Variety Magura with yield t ha -1 was second the most production variety. In yields Magura variety was no-significant higher than varieties Nodula, Rezista and Margot. Yields of all other observed varieties of clover plants were statistically significant lower than yield of Magura variety. Significantly the lowest yields were noted at bird's-foot clover variety Polom. 232

235 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin POROVNÁNÍ VLIVU IONTŮ OLOVA A ZINKU NA PŘÍJEM VODY U RANÝCH SOMATICKÝCH EMBRYÍ SMRKU PICHLAVÉHO Olga Kryštofová 1,2, Jiří Baloun 1,2, Dalibor Húska 1,2, Vojtěch Adam 1,3, Karel Bartušek 4, Ladislav Havel 2, Josef Zehnálek 1, René Kizek 1 1 Ústav chemie a biochemie, 2 Ústav biologie rostlin a 3 Ústav výživy zvířat a pícninářství, Agronomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, CZ Brno, Česká republika; kizek@sci.muni.cz 4 Ústav přístrojové techniky, Akademie věd České republiky, v.v.i., Královopolská 147, CZ Brno, Česká republika Souhrn Rostliny disponuji mnoha druhy obranných mechanismů, které je chrání před těžkými kovy a jejich sloučeninami, volnými radikály. Jedním z těchto obranných mechanizmů je zvýšený příjem vody. Tato práce shrnuje výsledky pozorování příjmu vody ranými somatickými embryi z kultivačního média v přítomnosti dvou těžkých kovů (zinek, olovo). Příjem vody související s přítomností těžkých kovů jsme sledovali pomocí nukleární magnetické rezonance. Z našich výsledků vyplývá, že při kultivaci rostlin v prostředí se zinečnatými ionty dochází k poklesu vody v buňkách. Naopak v prostředí s olovnatými ionty se obsah vody v buňkách zvyšuje, což naznačuje aktivní obranu proti nežádoucímu polutantu. ÚVOD Biologická remediace patří v poslední době k nejvíce se rozvíjejícím přístupům odstraňování polutantů z půdy. Při tomto procesu se využívají živé organismy pro odstraňování různých škodlivin z životního prostředí. Mezi takové organismy patří i rostliny. Procesy při nichž se využívají rostliny se všeobecně nazývají fytoremediace /1; 2; 3; 4; 5; 8; 9/. Jedním z možných polutantů, které mohou rostliny odstraňovat z životního prostředí, jsou těžké kovy. Ty jsou eliminovány nejčastěji v procesu fytoextrakce, kdy rostlina dokáže absorbovat přes svůj kořenový systém určité množství těžkých kovů, transportovat je a uložit je v různých částech svého těla (např. starších listech) /7/. Pro tento způsob dekontaminace jsou testovány rostlinných druhy jako např. břízy, topoly či vojtěška. Tyto rostliny obvykle buď nemývají dostatečně vysoký nárůst biomasy, nebo nedokážou tak účinně a rychle odstraňovat větší množství toxických kovů. Chceme-li využívat fytoremediačních vlastností v širším spektru, či dokonce přenést geny odpovědné za lepší fytoremediaci, musíme nejdříve důkladně prostudovat a porozumět jednotlivým fyziologickým procesům, které rostlina při fytoremediaci využívá. Při jejich pozorování se velmi hojně využívají kultury in-vitro, u nichž jsou výhodami přesně definované podmínky, schopnost rychlého nárůstu biomasy a jednodušší manipulace. Pro naše experimenty jsme využili in vitro kulturu smrku ztepilého (Picea abies). Ověřovali jsme hypotézu, že právě zvýšený příjem vody je jedním z možných obranných mechanismů rostlin, který napomáhá embryím zřeďovat vysokou koncentraci polutantů, resp. těžkých kovů, ve svých buňkách a dočasně tak odolávat jejich negativním vlivům /6/. Tento zvýšený transport vody z media do shluků jsme sledovali pomocí nukleární magnetické rezonance (NMR). Tato metoda využívá magnetického momentu atomových jader, která se ve vnějším magnetickém poli orientují do poloh odpovídajícím určitým energetickým hladinám. Při absorpci elektromagnetického záření v oblasti krátkých rádiových vln pak dochází k přechodu atomových jader na vyšší energetické hladiny. 233

236 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODY Rostlinný materiál Klony smrku ztepilého byly nejdříve kultivovány v základním (udržovacím) mediu po dobu 14-ti dnů. Poté byly tyto shluky embryí přeneseny na základní médium obsahující 0, 50, 250, 500 a 1000 µm koncentraci Pb 2+ nebo Zn 2+ iontů. Zde se shluky kultivovaly 14 dní a odběry probíhaly ve 0., 2., 4., 7., 9., 11. a 14. dni experimentu. Nukleární magnetická rezonance Změna obsahu jader 1 H v průběhu kultivace RSE byla zjišťována pomocí magnetické rezonance. MR tomograf s magnetickým polem 4,7 T (protonová jádra resonují na 200 MHz) v pracovním prostoru o průměru 75 mm a délce 70 mm je vybaven aktivně stíněným gradientním systémem (G max = 180 mt/m). Vzorky RSE byly umístěny po trojicích do Petriho misek a metodou Spinové-echo měřeny MR obrazy řezů o tloušťce 2mm. Řezy pocházely středem embryonálních shluků. Čas spinového echa byl zvolen T E = 12 ms. Pro kontrolu citlivosti měřícího systému v jednotlivých měřeních byla v blízkosti měřených kultur umístěna kyveta naplněná vodou a měřené obrazy byly normovány na konstantní amplitudu obrazového řezu kyvetou. Získané obrazy byly váhovány spinovou hustotou v měřeném řezu a určují, jak se mění počet jader 1 H (vody) v průběhu experimentu (Obr. 1). Obrázek 1: Záznam obsahu jader vody pomocí NMR VÝSLEDKY A DISKUZE V experimentu jsme aplikovali čtyři různé koncentrace olovnatých a zinečnatých iontů (50, 250, 500 a 1000 µm) na RSE a za využití NMR jsme pozorovali změny hladiny vody, resp. vodíkových jader. Na Obr. 2a je patrné, že nízké koncentrace zinku (50 M) mají po celý experiment negativní vliv na příjem vody do buněk. Domníváme se, že je to způsobeno vlastnostmi zinku, který jako kofaktor různých enzymů, katalyzátor některých biochemických reakcí či inhibitor ribonukleáz pozitivně ovlivňuje nárůst rostlinné biomasy. Při takovémto nárůstu RSE nepřijímají dostatečné množství vody jako kontrola, protože jsou metabolicky aktivnější. Pokud byla RSE kultivována při 50 µm koncentraci olovnatých iontů, pozorovali jsme v prvních 9 dnech oproti kontrole snížený příjem vody. V následujících dnech došlo ke zvýšení příjmu vody (Obr. 2a). Přítomnost nižší koncentrace těžkého kovu zřejmě vyvolává obrannou reakci příjmem vyššího množství vody až po dlouhodobějším působení. Na Obr. 1b a 1c je znázorněn vliv 250 a 500 µm koncentrace kademnatých a zinečnatých iontů na RSE. V případě zinku je pozorován po celou dobu experimentu snížený příjem vody u obou aplikovaných koncentrací, zatímco u olova je u koncentrace 250 µm pozorován výrazně zvýšený příjem vody od 9. dne experimentu a u koncentrace 500 µm od 11. dne experimentu. Nárůst je oproti kontrole je až 80%. 234

237 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Pokud byla RSE kultivována v 1000 µm koncentraci iontů kovů, tak v případě zinku byl pozorován snížený příjem vody do 11. dne experimentu a u olova do 7. dne experimentu. V následujících dnech nastalo mírné zvýšení příjmu vody (přibližně o 25 %). Průběh reakce RSE na takto vysokou koncentraci kovu ukazuje na fakt, že oba kovy působí toxicky a zřejmě poškozují základní biochemické procesy. Obrázek 2: Obsah vody v RSE vystavených různým koncentracím olovnatých a zinečnatých iontů. LITERATURA /1/ Baralkiewicz, D., Kozka, M., Gramowska, H., Barbara, T.B., Wasinkiewicz, K.: Determination of lead in plants in controlling phytoremediation processes using slurry sampling electrothermal atomic absorption spectrometry. Int. J. Environ. Anal. Chem. 84, 2004: /2/ Macek, T., Kotrba, P., Svatos, A., Novakova, M., Demnerova, K., Mackova, M.: Novel roles for genetically modified plants in environmental protection. Trends Biotechnol. 26, 2008: /3/ Macek, T., Rezek, J., Vrchotova, B., Beranova, K., Uhlik, O., Najmanova, J., Novakova, M., Chrastilova, Z., Kotrba, P., Demnerova, K., Mackova, M.: Phytoremediation. Lis. Cukrov. Repar. 123, 2007: /4/ Meagher, R.B.: Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants. Curr. Opin. Plant Biol. 3, 2000: /5/ Schutzendubel, A., Polle, A.: Plant responses to abiotic stresses: heavy metal-induced oxidative stress and protection by mycorrhization. J. Exp. Bot. 53, 2002:

238 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /6/ Supalkova, V., Petrek, J., Baloun, J., Adam, V., Bartusek, K., Trnkova, L., Beklova, M., Diopan, V., Havel, L., Kizek, R.: Multi-instrumental investigation of affecting of early somatic embryos of Spruce by cadmium(ii) and lead(ii) ions. Sensors 7, 2007: /7/ Supalkova, V., Petrek, J., Havel, L., Krizkova, S., Petrlova, J., Adam, V., Potesil, D., Babula, P., Beklova, M., Horna, A., Kizek, R.: Electrochemical sensors for detection of acetylsalicylic acid. Sensors 6, 2006: /8/ Villacieros, M., Whelan, C., Mackova, M., Molgaard, J., Sanchez-Contreras, M., Lloret, J., de Carcer, D.A., Oruezabal, R.I., Bolanos, L., Macek, T., Karlson, U., Dowling, D.N., Martin, M., Rivilla, R.: Polychlorinated biphenyl rhizoremediation by Pseudomonas fluorescens F113 derivatives, using a Sinorhizobium meliloti nod system to drive bph gene expression. Appl. Environ. Microbiol. 71, 2005: /9/ Zehnalek, J., Vacek, J., Kizek, R.: Application of higher plants in phytoremediation of heavy metals. Listy Cukrov. 120, 2004: Comparison of Influence of Lead(II) and Zinc(II) Ions on Water Uptake in Early Somatic Embryos of Norway Spruce Summary Plants have many mechanisms to protect themselves against heavy metals and their compounds, free radicals. One of such mechanisms is enhanced water uptake. This study reports on investigation of water uptake in early somatic embryos from cultivation medium in the presence of two heavy metals, essential metal zinc and toxic metal lead. Water uptake was determined by using of nuclear magnetic resonance. It clearly follows from the results obtained that treatment with zinc ions resulted in decrease in water uptake by the embryos. Compared to these findings, water uptake in embryos treated with lead(ii) ions enhanced, which can be related to active protecting of the embryos against toxic heavy metal. Poděkování Autoři děkují Grantové agentuře České republiky GAČR 522/07/0692 za finanční podporu. 236

239 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin TOPOGRAFIE ENZYMOVÉ AKTIVITY AMINOTRANSFERÁZ V LISTECH SALÁTU VYSTAVENÝCH PŮSOBENÍM OLOVNATÝM IONTŮM Olga Kryštofová 1,2, Jiří Baloun 1,2, Dalibor Húska 1,2, Vojtěch Adam 2,3, Jiří Jarkovský 4, Ladislav Havel 1, Josef Zehnálek 2, René Kizek 2 1 Ústav biologie rostlin 2 Ústav chemie a biochemie, a 3 Ústav výživy zvířat a pícninářství, Agronomická fakulta, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, CZ Brno, Česká republika; kizek@sci.muni.cz 4 Institut biostatistiky a analýz, Masarykova universita, Kamenice 3, Brno, Česká republika Souhrn V této práci jsme se především zabývali tvorbou topografických map aktivity dvou enzymů L- alanin(2-oxoglutarát) aminotransferáza (ALT) a L-aspartát(2-oxoglutarát) aminotransferáza (AST). Kromě toho nás také zajímalo, jak se bude tato aktivita těchto enzymů měnit při ovlivnění rostlin těžkým kovem. Z našich výsledků vyplývá, že aktivita obou enzymů je soustředěna do spíše mladších částí listů, tedy na okraje, a do míst s intenzivnějším metabolismem. V místech střední žilnatiny byla aktivita nejnižší. Ovšem při ovlivnění těžkým kovem se aktivity ALT i AST zvýšily v celém listě. ÚVOD Jedním z nejtoxičtějších těžkých kovů je olovo. Díky dlouhodobému používání tohoto kovu jako příměsi benzínu je stále nutné obsah tohoto kovu pečlivě sledovat, protože jeho negativní účinky na živočišné organismy jsou zřejmé /3/. Efekt olova na rostlinné organismy je také intenzivně sledován a z dosavadních výsledků je zřejmé, že zvyšující se obsah olova v půdě inhibuje klíčení /5; 6/. Inhibice klíčení exogenně podaným olovem je možné vysvětlit negativním vlivem tohoto kovu na některé důležité enzymy zapojené do tohoto procesu. Jedním z nejcitlivějších metabolických procesů na přítomnost olova je fotosyntéza /1/. Pravděpodobně dochází k nahrazování hořečnatých iontů za olovnaté v molekule chlorofylu a tím pádem je fotosyntetický aparát méně účinný /2; 4; 7; 8; 9/. Bylo také pozorováno, že olovo inhibuje fotosyntézu i u izolovaných chloroplastů. Mezi dalšími efekty olova na rostliny je zavírání průduchů a narušení chloroplastů /2; 4; 7; 8; 9/. Inhibice enzymů nezbytných pro asimilaci dusíku přítomností olova byla pozorována a publikována /7/. L-alanin(2-oxoglutarát) amintransferáza (ALT) a L-aspartát(2-oxoglutarát) aminotransferáza (AST) jsou intracelulární enzymy, které katalyzují přenos aminoskupin aminokyselin na 2- oxokyseliny. Tento vratný proces umožňuje v organismu deaminaci aminokyselin a naopak jejich biosyntézu z uhlíkatých prekurzorů. V rostlinách se aminotransferázy velmi účinně podílejí na přeměnách dusíkatých látek. Podílejí se na vzájemných transformacích aminokyselin, např. při syntéze aminokyselin z oxokyselin citrátového cyklu nebo oxokyselin vznikajících při fotosyntéze. V našem experimentu jsme se zaměřili na vliv olovnatých iontů na aktivitu dvou enzymů ALT a AST. Předpokládáme, že aktivita těchto enzymů úzce koreluje s intenzitou metabolismu. V naší práci jsme se pokusili vytvořit topografické mapy těchto dvou enzymů v listech salátu hlávkového (Lactuca sativa). Tyto mapy by nám měly ukázat, kde je největší aktivita a také jak se mění vlivem přítomnosti iontů toxického kovu. 237

240 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODY Kultivace rostlin Pro monitoring enzymové aktivity byly využity listy rostlin salátu hlávkového (Lactuca sativa). Semena salátu byla naklíčena na vlhkém filtračním papíře na klíčidlech po dobu sedmi dnů při teplotě a 25 ± 2 C ve tmě. Po sedmi dnech byla naklíčená semena přemístěna do hydroponických nádob s živným roztokem (Richterův roztok), kde byla kultivována v kultivačním boxu při C a vlhkosti vzduchu 65% po dobu tří měsíců. Režim noci trval 10 hodin a teplota v této periodě klesla na 20 C. Takto kultivované rostliny byly vystaveny působení kademnatých iontů o koncentraci 0, 250, 500 a 1000 µm Pb(NO 3 ) 2 výměnou živného roztoku za roztok kovu. Rostliny byly odebrány každý den po dobu čtyř dnů experimentu. Odebrané listy byly nejdříve vyfoceny, následně rozčleněny na segmenty 1.5 x 1.5 cm, zváženy a okamžitě homogenizovány. Příprava vzorků pro stanovení enzymů Jednotlivé segmenty byly zmraženy kapalným dusíkem z důvodu destrukce buněk. Zmrazené části rostlin byly rozetřeny v třecí misce a poté bylo do misky přidáno 0.5 ml fosfátového pufru o ph 7,0. Homogenát byl centrifugován ( ot./min) 30 min při 4 C pomocí Universal 32 R centrifugy (Hettich-Zentrifugen GmbH, Německo). Stanovení ALT Nejdříve se manuálně při laboratorní teplotě do mikrozkunavky napipetovalo 250 µl předehřátého na 37 C substrátu, který se skládá z 0,1 M DL-α-alaninu, 2 mm 2-oxoglutarátu v 0,1 M fosfátovém pufru o ph 7,4 a k němu se přidalo 50 µl vzorku. Vzniklá směs se nechala inkubovat při 37 C 60 minut. Po uplynutí této doby se ke směsi přidalo 250 µl 2,4- dinitrofenylhydrazinu v 1 M kyselině chlorovodíkové. Vše se pečlivě promíchalo a mikrozkumavky vložily do automatického analyzátoru BS-200. Experimentální parametry BS-200: 30 µl vzorku je napipetováno do kyvety a inkubováno po dobu 20 min při 37 C. Poté je přidáno 180 µl NaOH a po 10 minutách je měřena absorbance při vlnové délce 510 nm. Stanovení AST Nejdříve se manuálně při laboratorní teplotě do mikrozkunavky napipetovalo 250 µl předehřátého (na 37 C) substrátu, který se skládá z 0,1 M L-aspartátu, 2 mm 2-oxoglutarátu v 0,1 M fosfátovém pufru o ph 7,4 a k němu se přidalo 50 µl vzorku. Vzniklá směs se nechala inkubovat při 37 C 60 minut. Po uplynutí této doby se ke směsi přidalo 250 µl 2,4- dinitrofenylhydrazinu v 1 M kyselině chlorovodíkové. Vše se pečlivě promíchalo a mikrozkumavky vložily do automatického analyzátoru. Experimentální parametry BS-200: 30 µl vzorku bylo napipetováno do kyvety a inkubováno po dobu 20 min při 37 C. Poté bylo přidáno 180 µl NaOH a po 10 minutách byla měřena absorbance při vlnové délce 510 nm. Tvorba topografických map Topografické mapy byly vytvořeny za použití statistického programu Statistica 8.0 (Statsoft, Inc.). VÝSLEDKY A DISKUZE Toxické kovy představují v dnešní době stále hrozbu. Proto se také mnoho vědeckých pracovišť zabývá touto problematikou a možnostmi jejich řešení. Na Obr. 1 jsou mapy představující enzymovou mapu ALT. Můžeme na nich vidět, že již po 24 hodinách kultivace začalo docházet ke změnám aktivity v různých částech listu. Kontrola (0 µm Pb) měla ze všech variant nejnižší aktivitu ALT. U tohoto listu jsme pozorovali nejvyšší aktivitu na 238

241 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin okrajích, která se zmenšovala směrem ke středové žilnatině. Celkově se aktivita ALT v listech zvyšovala se zvyšující se koncentrací Pb. Výjimku tvořila nejvyšší koncentrace Pb (1000 µm), u níž byla aktivita nižší než u 500 µm. Po čtyřech dnech experimentu můžeme vidět stejný trend, kdy se zvyšujícím se množstvím kovu dochází ke zvýšení celkové aktivity ALT v listech. Výjimku opět tvoří nejvyšší koncentrace Pb, která je pro rostlinu nejspíš silně toxická. Tyto výsledky potvrzují významný vliv olovnatý iontů na metabolismus rostliny, resp. aktivitu ALT. Naše výsledky lze shrnout tak, že aktivita tohoto enzymu je v kontrolních především v okrajových částech listu a ve střední žilnatině velmi nízká. Ovšem je-li rostlina vystavena působení těžkého kovu, aktivita enzymu se zvyšuje i v žilnatině. To znamená, že olovo působí v celé rostlině a ne jenom na některých místech. Obrázek 1: Topografické mapy aktivity ALT v listech salátu hlávkového Obrázek 2: Topografické mapy aktivity AST v listech salátu hlávkového Dále jsme také v této práci sledovali aktivitu enzymu AST. Na Obr. 2 můžeme vidět stejný vývoj aktivity tohoto enzymu jako u ALT v prvních 24 hodinách. Zde se také aktivita zvyšovala se stoupající koncentrací olovnatých iontů do 500 µm. U varianty kultivované v roztoku s 1000µM můžeme opět pozorovat snižující se aktivitu, kdy je metabolismus 239

242 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin rostliny silně narušen. Po čtyřech dnech experimentu můžeme vidět stejných trend aktivity AST jako po jednom dni kultivace. Rozdíly jsou však zde výraznější. Z toho opět vyplývá, jako u ALT, že olovo má vliv na celé rostliny a ne jenom na určitá místa. Kromě toho to také poukazuje na to, že obranná reakce rostliny probíhá ve všech jejích částech. LITERATURA /1/ Doumett, S., Lamperi, L., Checchini, L., Azzarello, E., Mugnai, S., Mancuso, S., Petruzzelli, G., Bubba, M.: Heavy metal distribution between contaminated soil and Paulownia tomentosa, in a pilot-scale assisted phytoremediation study: Influence of different complexing agents. Chemosphere 72, 2008: /2/ Kaiser, J., Malina, R., Galiova, M., Novotny, K., Diopan, V., Adam, V., Kizek, R.: Employment of laser spectrometry in heavy metal analysis. Lis. Cukrov. Repar. 123, 2007: /3/ Lidsky, T.I., Schneider, J.S.: Lead neurotoxicity in children: basic mechanisms and clinical correlates. Brain 126, 2003: 5-19 /4/ Malkowski, E., Kita, A., Galas, W., Karcz, W., Kuperberg, J.M.: Lead distribution in corn seedlings (Zea mays L.) and its effect on growth and the concentrations of potassium and calcium. Plant Growth Regul. 37, 2002: /5/ Pandey, S., Gupta, K., Mukherjee, A.K.: Impact of cadmium and lead on Catharanthus roseus - A phytoremediation study. J. Environ. Biol. 28, 2007: /6/ Sawidis, T.: Effect of cadmium on pollen germination and tube growth in Lilium longiflorum and Nicotiana tabacum. Protoplasma 233, 2008: /7/ Singh, R.P., Tripathi, R.D., Sinha, S.K., Maheshwari, R., Srivastava, H.S.: Response of higher plants to lead contaminated environment. Chemosphere 34, 1997: /8/ Stejskal, K., Diopan, V., Adam, V., Zehnalek, J., Trnkova, L., Havel, L., Galiova, M., Malina, R., Novotny, K., Kaiser, J., Kizek, R.: Study of effects of lead ions on sugar beet. Lis. Cukrov. Repar. 124, 2008: /9/ Stejskal, K., Supalkova, V., Baloun, J., Diopan, V., Babula, P., Adam, V., Zehnalek, J., Trnkova, L., Havel, L., Kizek, R.: Affecting of sugar beet (Beta vulgaris var. Altissima) by lead chelate. Lis. Cukrov. Repar. 123, 2007: Topography of Enzyme Activity of Aminotransferases in Leaves of Lettuce Treated with Lead(II) Ions Summary In this study we reports on determination of topographic map of enzymes activity (Alanine Aminotransferase (ALT) and Aspartate Aminotransferase (AST)). Besides this we were interested in the issue how these activities would be changed under treatment by lead(ii) ions. It clearly follows from the results obtained that higher activity of the enzymes is in younger leaves and in places with more intensive metabolism. In central nervation the activities was the lowest. Under effect of lead(ii) ions the activities in leaves enhanced equally, which confirms hypothesis that led(ii) ions affect whole plant. Poděkování Autoři děkují Grantové agentuře České republiky GAČR 522/07/0692 za finanční podporu. 240

243 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VPLYV KREMÍKA NA VYBRANÉ HYBRIDY ZEA MAYS L. VYSTAVENÉ ABIOTICKÉMU STRESU Z KADMIA Zuzana Kuliková, Alexander Lux Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského v Bratislave, Katedra fyziológie rastlín Mlynská dolina, Bratislava 4, Slovensko, kulikova@fns.uniba.sk SÚHRN Znečistenie pôd Slovenskej republiky je veľmi aktuálny problém z hľadiska akumulácie ťažkých kovov v potravinovom reťazci. Kadmium je jedným z najčastejších polutantov životného prostredia. V práci sme sa zamerali na screening hybridov kukurice s ohľadom na schopnosť akumulácie kadmia, kremíka, resp. na odlišné rastové odpovede rastlín na kombináciu uvedených prvkov v médiu. Mechanizmus protektívneho pôsobenia kremíka na kadmium nie je objasnený. Z našej práce vyplýva značná variabilita hybridov v citlivosti na pôsobenie Cd a taktiež v odpovedi na účinok Si. Nezistili sme vzťah medzi akumulačnou schopnosťou a toleranciou hybridov voči tomuto kovu. Kadmium (100 µm) vo všetkých prípadoch spomaľovalo rast nadzemnej i podzemnej časti, Si samotné výrazne nezlepšilo rast oproti kontrole okrem hybridu Jozefína, kde Si variant dosiahol lepšie parametre rastu ako kontrola. Hybridy sa značne líšili v schopnosti akumulovať Cd a Si vo variantoch s pridaním týchto prvkov samostatne, ako aj v Si+Cd variante. Hybridy Novania a Jozefína akumulovali v koreňoch zvýšené množstvo Cd v Si+Cd variante, RTI však nepokleslo preukazne, čo poukazuje na protektívny účinok Si voči kadmiu pri týchto hybridoch. ÚVOD Fytotoxické množstvá ťažkých kovov sa v pôde objavujú zriedkavo pôsobením prírodných činiteľov. Oveľa častejšie je ich zvýšená koncentrácia pôsobiaca na rastliny výsledkom antropogénnej činnosti. Tomuto problému je venovaná veľká pozornosť najmä kvôli vysokej mobilite týchto kovov v systéme pôda rastlina a tiež preto, že ich toxický efekt sa prejavuje už pri relatívne nízkych koncentráciách a sú inkorporované do potravinového reťazca. Kadmium ako neesenciálny prvok s nezistenou prospešnou funkciou pre rastliny zasahuje negatívne do základných fyziologických procesov rastliny ako respirácia, fotosyntéza, elongácia buniek, vodný režim, metabolizmus dusíka a minerálna výživa, čo má za následok znížený rast a zmenšenú biomasu. Rôzne rastlinné druhy reagujú na prítomnosť Cd v substráte, v ktorom rastú, odlišne. Kukurica spolu s ďalšími zástupcami Poales patrí medzi druhy, ktoré akumulujú Si v značnej miere. Výsledky predchádzajúcich prác naznačujú, že kremík zvyšuje toleranciu na pôsobenie kadmia. Tento fakt môže byť pripisovaný nielen imobilizácii kadmia, ktorá je spôsobená zvýšením ph následkom prítomnosti Si, ale aj detoxifikácii kadmia v rastline vplyvom kremíka (Liang, 2005, Lux et al., 2006). Pozitívny účinok kremíka na rastlinu je evidentný aj v iných stresových podmienkach, či už vplyvom biotických alebo abiotických faktorov. V prípade kukurice sa Cd imobilizuje v značnej miere v bunkovej stene, čo môže byť čiastočne dôvod, prečo je táto plodina spolu s inými trávami zaradená medzi rastliny stredne odolné na pôsobenie tohto ťažkého kovu. 241

244 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODIKA V práci používame semená rastlín druhu Zea mays L. Hybridné línie Novania, Valentína, Reduta, Almansa, Jozefína a Szegedi sme získali zo spoločnosti Sempol spol. s r.o., Trnava. Po povrchovej sterilizácii a napúčaní prebieha naklíčenie počas 4 dní. Hydroponická kultivácia prebieha počas 7 dní v 0,5 Knopovom roztoku pri ph 5,8. Rastliny pestujeme ako Cd variant (100 µm Cd(NO 3 ) 2.4H 2 O), Si variant (36 mm kremík vo forme vodného skla) a Si+Cd variant v roztoku s oboma prvkami v uvedených koncentráciách. Médium vymieňame 4. deň. Rastliny pestujeme v definovaných podmienkach v rastovej komore (teplota 23 ± 1 C, 60% relatívna vlhkosť vzduchu, intenzita osvetlenia 70 mmol.s -1.m -2 a 16/8 deň/noc fotoperióda). Odber vykonávame 7. deň, stanovujeme produkčné parametre a akumuláciu Cd a Si v podzemnej i nadzemnej časti pomocou AAS. VÝSLEDKY A DISKUSIA Po 7 dňoch vyhodnocujeme rastové parametre (čerstvú a suchú hmotnosť podzemnej i nadzemnej časti, dĺžku primárneho seminálneho koreňa, plochu 1. a 2. listu). Percento suchých hmotností boli vo všetkých variantoch najnižšie v kontrole. Pridanie Cd spôsobilo zvýšenie % s.h. vo všetkých hybridoch okrem Valentíny v koreňoch. Aj v Si+Cd variante sme zistili vyšší podiel sušiny ako v kontrole, a to v koreňoch i nadzemnej časti, v niektorých prípadoch bol podiel sušiny vyšší ako v Cd variante (Obr.1). % s.h. A a podzemná časť b b a a a b b a Si Cd Si+Cd b a a a b b Novania Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi hybrid a b b % s.h. B a Novania nadzemná časť b b a Valentína b b a a Reduta b Almansa Si Cd Si+Cd b c a a a Obr. 1 Percento suchej hmotnosti podzemnej (A) a nadzemnej (B) časti v jednotlivých variantoch. Stĺpce predstavujú priemer 5 meraní ± SE. Rôzne písmená nad stĺpcami predstavujú štatisticky preukazný rozdiel na hladine P<0,05 podľa LSD testu. Jozefína b b b Szegedi b hybrid dĺžka primárneho seminálneho koreňa [cm] a b c d a b c c a a c b kontrola Si Cd Si+Cd Obr. 2. Dĺžka primárneho seminálneho koreňa v a kontrolných rastlinách a rastlinách ovplyvnených kadmiom, kremíkom a ich kombináciou. Stĺpce a a b b b predstavujú priemer 15 meraní ± SE. Rôzne písmená a nad stĺpcami predstavujú štatisticky preukazný rozdiel b b c c c na hladine P<0,05 podľa LSD testu Novania Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi hybrid Kadmium v médiu spôsobilo zníženie predlžovacieho rastu koreňa o 23 % (Jozefína) až 60 % (Novania). Z tohto hľadiska sa koreňový systém Novanie javil ako najcitlivejší spomedzi testovaných hybridov na pôsobenie 100 µm Cd, súčasne sme v ďalšej štúdii zistili, že tento hybrid akumuluje najmenej Cd v koreňoch (Cd variant). Kremík nepodporil rast koreňov tak, ako sme predpokladali. Iba v prípade Reduty, Almansy a Jozefíny rástol koreň v Si médiu lepšie ako v kontrole, ale štatisticky nepreukazne (Obr. 2). Len v hybride Jozefína rástol koreň lepšie ako v kontrole, tak aj v Si+Cd médiu (o 14 %) (Tab.1, Obr.2). 242

245 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 1 Rast primárneho seminálneho koreňa vyjadrený v percentách rastu kontrolných rastlín Cd variant Si+Cd [%] variant [%] Novania 39,84 45,79 Valentína 48,44 46,14 Reduta 51,07 67,34 Almansa 57,45 52,78 Jozefína 76,96 114,77 Szegedi 41,78 40,36 Z hľadiska akumulácie Cd sa ako kontrastný k Novanii javí hybrid Szegedi, ktorý akumuloval približne 1,5x viac Cd v koreni (Cd variant). V Si+Cd variante hybridu Szegedi obsah Cd klesol (obsah Si stúpol), rast koreňa bol pritom retardovaný približne do rovnakej miery v Cd i Si+Cd variante (Tab. 1), zatiaľ čo v Novanii v Si+Cd variante obsah ťažkého kovu v koreňoch i nadzemnej časti stúpol (množstvo Si vplyvom Cd kleslo v oboch sledovaných častiach rastlín). Parametre listovej plochy sa nezlepšili pridaním Si preukazne ani v jednom z testovaných prípadov (Obr. 3). plocha listu [cm 2 ] a a b b a a b a kontrola Si Cd Si Cd 1. list a 2. list a a a a b b b a a c b a a a a c b a a d c c a b c b a a d b b a a b c b a c c 0 Nova Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi hybrid Nova Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi Obr. 1 Plocha 1. a 2. listu kontrolných rastlín a po ovplyvnení Cd, Si a ich kombináciou. Stĺpce predstavujú priemer 15 meraní± SE. Rôzne písmená nad stĺpcami predstavujú štatisticky preukazný rozdiel na hladine P<0,05 podľa LSD testu. RTI [%] podzemná časť b b a a a a b ab a Si Cd Si+Cd ab b a a b b ab b a Novania Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi hybrid RTI [%] a nadzemná časť a a a a a a a a Si Cd Si+Cd b ab a a b b a b b Novania Valentína Reduta Almansa Jozefína Szegedi hybrid Obr. 2 Rastový tolerančný index podzemnej časti (čerstvá hmotnosť variantu/kontrola*100). Rôzne písmená nad stĺpcami predstavujú štatisticky preukazný rozdiel na hladine P<0,05 podľa LSD testu. Obr. 3 Rastový tolerančný index nadzemnej časti (čerstvá hmotnosť variantu/kontrola*100). Rôzne písmená nad stĺpcami predstavujú štatisticky preukazný rozdiel na hladine P<0,05 podľa LSD testu. The effect of silicon on cadmium toxicity in maize comparison of hydroponics and in vitro cultivation Summary The contamination of soils in Slovakia is highly actual problem because of heavy metal accumulation in the food chain. Cadmium, used in the present experiments, is one of the most common environmental pollutants. Our work was focused on the screening of Zea mays hybrids regarding to their ability to accumulate Cd, Si, and to different growth responses of maize plants to the combination of silicon + cadmium in the cultivation medium. The growth of the below and aboveground plant part decreased in Cd supplied medium (100µM). We didn t determine any relationship between the cadmium accumulation ability and the tolerance of hybrids. Silicon treatment didn t enhance the growth in comparison with the control, with exception of hybrid Jozefina. Great differences in Cd and Si accumulation in Cd, Si and Cd+Si treatments were found between the hybrids. Hybrids Novania and Jozefina accumulated higher amount of Cd in roots in Si+Cd treatment in 243

246 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin comparison with Cd treatment, however, GTI of these hybrids didn t decrease. This was the main evidence of alleviating effect of silicon on cadmium toxicity. Liang, Y., Wong, J. W. C. & Wei, L Silicon - mediated enhancement of cadmium tolerance in maize (Zea mays L.) grown in cadmium contaminated soil. Chemosphere 58: Lux, A., Vaculík, M., Luxová, M. & Kodama, S Alleviating effect of silicon on cadmium toxicity in hydroponically cultivated maize. COST 859 WG 2 & WG 3 Second Scientific Workshop. Saint-Etienne, France, pp 87 POĎAKOVANIE Práca je finančne podporovaná grantmi 1/4354/07 zo Slovenskej grantovej agentúry VEGA, COST z Agentúry pre podporu výskumu a vývoja APVV, MVTS COST 859 z Ministerstva školstva Slovenskej republiky a Grantmi Univerzity Komenského UK/123/2007 a UK/15/2008. Za poskytnuté semená by som sa chcela poďakovať pani Ing. Ryšavej zo spoločnosti Sempol s.r.o. 244

247 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV VODNÍHO STRESU NA KLÍČENÍ VYBRANÝCH DRUHŮ TRAV Jaroslav Martinek, Miluše Svobodová, Tereza Králíčková Česká zemědělská univerzita v Praze, Katedra pícninářství a trávníkářství, Kamýcká 129, , Praha 6-Suchdol, martinekjaroslav@af.czu.cz SOUHRN Ve dvou laboratorních pokusech byl sledován vliv stresu suchem při klíčení trav. Sledovanými druhy byly: Deschampsia caespitosa /L./ P. Beauv (Kometa), Lolium perenne L. (Filip), Poa pratensis L. (Harmonie), Festuca rubra ssp. commutata (Barborka), Festuca rubra ssp. trichophylla (Viktorka), Festuca rubra ssp. rubra (Petruna). Po nabobtnání 1, 2, 3 dny - (denní/noční režim - 16/8 hod., 15/5 C, rh 70%) a následném 3 denním (30 C a rh 40%) resp. 5 denním stresu (35 C, rh 40%), byla sledována dynamika klíčení a celková klíčivost. Výsledky byly hodnoceny analýzou rozptylu ANOVA LSD α = 0,05 v programu Statgraphics verze XV. Na klíčení obilek měl průkazný vliv druh, nejrychleji klíčil jílek vytrvalý - celková klíčivost (95%), nejpomaleji lipnice luční (68%). S prodlužující se dobou bobtnání před stresem byl počet vyklíčených obilek do 10. dne 1,6 až 1,9 krát vyšší než u kontroly, později byly rozdíly minimální, celková klíčivost nebyla dobou bobtnání před stresem průkazně ovlivněna. Intenzivnější stres sušením měl za následek průkazně nižší počet vyklíčených obilek (o 4-11%) v jednotlivých termínech odečtů od 10. dne až po plné vyklíčení osiva. Klíčová slova: Trávy, klíčení, vodní stres ÚVOD Schopnost osiva klíčit je základním kritériem k úspěšnému založení porostu a jeho následnému formování. Klíčení zjednodušeně definujeme jako obnovení metabolické aktivity obilky a je dáno vnitřními faktory (genetickou výbavou a aktuálním stavem osiva) a faktory vnějšími (dostatkem vody, kyslíku, optimální teplotou, u některých druhů i světlem (Copeland, McDonald, 1995; Procházka a kol., 1998; Míka, 2002). Příjem vody je však z faktorů jeden z nejdůležitějších. Reakcí na přiváděnou vodu dává embryo signál k mobilizaci zásobních látek a to prostřednictvím giberelinů (Turgeon, 2002). Dochází k syntéze hydrolytických enzymů, především α-amylázy štěpící škrob (Míka a kol., 2002; Procházka a kol., 1998), dále pak ribonukleázy a fosfatázy (Copeland, McDonald, 1995). Vlivem těchto procesů se embryo transformuje z dehydratovaného klidového stavu do stadia se životaschopným metabolismem (Hosnedl in Houba, Hosnedl, 2002). Následuje prodlužování buněk radikuly. Viditelná fáze klíčení začíná několik dní po iniciaci klíčení proniknutím kořenové pochvy (koleorhizy) se zárodečným kořínkem (radikuly) obaly obilky; zároveň se objevují první adventivní kořínky. Třetí fází je fáze viditelného klíčení, kdy radikula a následně koleoptile pronikají skrze oplodí na povrch. Abiotické stresory nemusí působit stejným způsobem v různých vývojových fázích. Dojde-li k nedostatku vody v průběhu bobtnání zpravidla nemusí dojít k porušení klíčku. Nastane-li však nedostatek vody ve fázi klíčení, které je již spojeno s buněčným dělením, objemovým růstem a růstu klíčku, pak k porušení klíčku již dochází (Hess, 1983; Hosnedl in Houba, Hosnedl, 2002). V mnohých embryích je však již bobtnání spojeno s tvorbou mrna. Důležitá je i schopnost obilky umět si vodu udržet např. při krátkodobých výskytech vysokých teplot. Při velkých ztrátách vody může dojít k prodýchání značného množství zásobních látek, někdy i k zaschnutí klíčních rostlin (Bláha a kol., 2003) nebo mohou být tyto poškozeny i vysokými teplotami. 245

248 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Cílem pokusu bylo zhodnotit schopnost obilek používaných trávníkových druhů obnovit nastartovaný proces imbibice a následné klíčení přerušené uměle vyvolaným vláhovým stresem a definovat, kdy je poškození obilek tímto stresem fatální. MATERIÁL A METODIKA Na Petriho misky s navlhčeným filtračním papírem bylo umístěno po 100 ks obilek druhů: Deschampsia caespitosa /L./ P. Beauv (Kometa), Lolium perenne L. (Filip), Poa pratenis L. (Harmonie), Festuca rubra ssp. commutata (Barborka), Festuca rubra ssp. trichophylla (Viktorka), Festuca rubra ssp. rubra (Petruna). Pokus měl 4 opakování, byl veden v klimaboxu Binder KBWF 240 (denní/noční režim - 16/8 hod., 15/5 C s pozvolnými přechody, rh 70%). Po 1, 2 a 3 dnech bobtnání obilek proběhlo jejich sušení po dobu 3 dny při teplotě vzduchu 30 C a rh 40% (simulace přísušku), po té následovalo opětné navlhčení a klíčení probíhalo za stejného denního a nočního režimu jako bobtnání. Ve druhém časovém opakování pokusu byla doba sušení prodloužena na 5 dnů a teplota sušení zvýšena na 35 C. Průběh klíčení byl sledován v 1 denních intervalech až do plného vyklíčení osiva. Výsledky (počet vyklíčených obilek ve vybraných dnech) byly zpracovány analýzou rozptylu Anova v programu Statgraphic XV. VÝSLEDKY A DISKUSE Z tabulky 1. je patrné, že na klíčivost obilek měl průkazný vliv druh trávy. Ve všech sledovaných dnech bylo nejvíce vyklíčených obilek u jílku vytrvalého. Např. ve 13. dnu (po ukončení stresu) bylo u jílku vyklíčeno již v průměru přes 87% obilek, zatímco u nejpomaleji klíčící lipnice luční jen kolem 5%. Dalšími velmi rychle klíčícími druhy byly kostřava červená Viktorka, Petruna a metlice trsnatá Kometa. Poměrně pomalu klíčila kostřava červená Barborka (v průměru 32% vyklíčených obilek ve 13. dnu). Tabulka 1. Dynamika klíčení (%) Den od skončení stresu Celková Druh klíčivost (%) L. perenne (Filip) 15,8 c 69,0 e 87,3 e 91,7 e 94,6 d F. r. trichophylla (Viktorka) 3,3 b 42,4 d 72,8 d 85,7 d 91,8 c F. r. commutata (Barborka) 0,1 a 7,2 b 32,3 b 51,3 b 68,0 a F. r. rubra (Petruna) 0,3 a 25,2 c 61,1 c 78,9 c 87,1 b P. pratensis (Harmonie) 0,0 a 0,0 a 5,2 a 33,6 a 67,6 a D. caespitosa (Kometa) 2,9 b 24,6 c 57,9 c 77,5 c 87,1 b Doba bobtnání (dnů) 1 den 2,6 b 29,1 b 52,5 ab 70,0 ab 82,9 ab 2 dny 5,1 c 31,1 bc 54,2 b 71,4 b 84,3 b 3 dny 7,0 d 34,0 c 53,7 b 69,9 ab 82,0 ab Kontrola 0,3 a 18,1 a 50,5 a 67,9 a 81,7 a Teplota ( C)/ doba sušení (dnů) 30/3 4,0 a 33,3 b 56,8 b 73,1 b 84,7 b 35/5 3,5 a 22,8 a 48,7 a 66,5 a 80,7 a a, b, c, d - homogenní skupiny (pro jednotlivé dny od skončení stresu a pro celkovou klíčivost) 246

249 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin S prodlužující se dobou bobtnání před stresem bylo vyšší i % vyklíčených obilek do 10. dne, později byly rozdíly minimální a celková klíčivost obilek nebyla dobou bobtnání před stresem průkazně ovlivněna (Tabulka 1). To ukazuje, že proces klíčení byl při předchozím jedno až třídenním bobtnáním již nastartován a po tří až pětidenním stresu mohl pokračovat. Intenzivnější stres sušením měl za následek průkazně nižší počet vyklíčených obilek (o 4-11%) v jednotlivých termínech odečtů od 10. dne až po plné vyklíčení osiva. (Tabulka 1, graf 1). Celková klíčivost byla delší dobou sušení obilek (a vyšší teplotou) průkazně snížena zejména u kostřavy červené Petruny a Barborky (o 9%). Z výsledků (tabulka 1) je patrné, že vliv vláhového a teplotního stresu na celkovou klíčivost obilek ve srovnání s kontrolou nebyl průkazný. Obilky byly schopné pokračovat v započatém procesu příjmu vody a iniciovat tak klíčení. K determinaci okamžiku, kdy je pro obilky jednotlivých druhů vláhový stres poškozující je nutné prodloužit dobu bobtnání, případně i stresu, zejména u pomaleji klíčících druhů. Doba stresu 3 dny 5 dnů % L. perenne (Filip) F. rubra trichophylla (Viktorka) F. rubra commutata (Barborka) F.rubra rubra (Petruna) Druh / den klíčení P. pratensis (Harmonie) D. caespitosa (Kometa) Graf 1. Počet vyklíčených obilek (%) ve vybraných dnech v závislosti na intenzitě stresu. LITERATURA Copeland, L. O., McDonald, M.B. (1995). Principles of Seed Science and Technology. 3rd edition. Chapman&Hall, 409 s. ISBN: Bláha, L.; Bocková, R; Hnilička, F.; Hniličková, H.; Holubec, V.; Mollerová, J.; Štolcová, J.; Zieglerová, J. (2003): Rostlina a stres. VÚRV, Praha. 156 s. Hess, D., (1983): Fyziologie rostlin. Vydání 1. Academia Praha 1983, nakladatelství ČSAV, 348 s. Houba, M., Hosnedl, V., (2002): Osivo a sadba. Praktické semenářství. 1. Vydání. 185 s. Míka, V. a kol., (2002): Morfogeneze trav. Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha, 200 s., ISBN:

250 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Procházka, S., Macháčková, I., Krekule, J. (1998). Fyziologie rostlin. Praha, Academia. 484 s. Turgeon, A. J.(2002) Turfgrass Management, 6th edition. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey. 400s. ISBN The influence of water stress on germinating of selected turfgrass species Summary Two laboratory experiments were conducted to evaluate the ability of germination of selected turfgrass species after induced water stress during imbibition. Species used: Deschampsia caespitosa /L./ P. Beauv (Kometa), Lolium perenne L. (Filip), Poa pratensis L. (Harmonie), Festuca rubra ssp. commutata (Barborka), Festuca rubra ssp. trichophylla (Viktorka), Festuca rubra ssp. rubra (Petruna), were imbibed for 1, 2, 3 days under day/light regime 16/8 hours, 15/5 C, rh 70%. Water stress after this period lasted 3 days (30 C, rh 40%) or 5 days (35 C, rh 40%). The results were evaluated by analysis of variance ANOVA LSD α = 0.05 (Statgraphics programme, version XV.). Germination was significantly influenced by the grass species, L. perenne germinated most quickly (95%), P. pratensis germinated most slowly (68%). The amount of germinated kernels in the 10 th day was 1.6 to 1.9 times higher under longer time of imbibition before the stress, later the differences were negligible. The total germination capacity was not influenced by the time of imbibition. More intensive drought stress resulted in a lower amount of germinated kernels (by 4-11%) in particular days of measuring from the 10 th day until full germination of the seed. Key words: Grass, germination, drought stress Poděkování Výsledky byly získány za podpory Výzkumného záměru MSM

251 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VPLYV POMOCNÝCH PÔDNYCH LÁTOK NA KVALITU ŠKÔLKARSKÝCH VÝPESTKOV PESTOVANÝCH V KONTAJNEROCH Jana Mokričková 1, Petr Salaš 1 1 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zahradnická fakulta, Ústav šlechtění a množení zahradnických rostlin, Valtická 337, Lednice , Česká Republika, janamok@centrum.cz, salasp@zf.mendelu.cz Súhrn V roku 2008 bol na pokusných plochách Ústavu šľachtenia a množenia záhradníckych rastlín založený pokus s cieľom, znížiť účinok stresových faktorov pôsobiacich na kvalitu škôlkarskej produkcie, za pomoci zvolenej pestovateľskej technológie.v tomto príspevku bol hodnotený vplyv pôdnych pomocných na morfologickofyziologické vlastnosti rastlín pri dvoch režimoch závlah. Ako modelové rastliny boli zvolené: Weigela x hybrida Evita a Viburnum opulus Nanum. Z pôdnych pomocných látok zapravených do substrátu RKS II (kontrolná varianta), boli použité Hydrogel, TerraCottem a Agrosil LR. Počas vegetácie boli merané fyziologické parametre ako prieduchová vodivosť, fluorescencia chlorofylu, obsah chlorofylu v listoch. Na konci vegetačného obdobia boli zmerané morfologické parametre : výška rastlín, počet výhonov, priemer koreňového krčka rastlín, počet a plocha listov a sušina nadzemnej a koreňovej časti rastlín. ÚVOD Rastlinná produkcia závisí na podmienkach prostredia, v ktorých sa nachádza. Medzi hlavné faktory ovplyvňujúce rast a výnos patria: teplota, vlhkosť, slnečné žiarenie a minerálna výživa. Nedostatok, či nadbytok jedného alebo viacerých faktorov spôsobujú stres rastlín a nedovoľujú rastlinám plne využiť ich rastový potenciál. Limitujúcim faktorom rastu vo väčšine oblastí je voda. /5/,/3/ uvádzajú ako najdôležitejší stresový faktor nedostatok vody, pričom súčasťou vodného stresu rastlín sú aj iné environmentálne stresové faktory. Štúdium prispôsobenia rastlín vodnému deficitu je dôležité, pretože deficit vody vedie v konečnom dôsledku ku zníženiu kvantity a kvality výnosu. Negatívny vplyv abiotických faktorov je možné zmierniť aplikáciou niektorých prírodných, či syntetických látok /1/. Jednou z možností znižovania stresových podmienok je použitie pôdnych pomocných látok, ktoré môžu zlepšovať chemické, biologické a fyzikálne vlastnosti pestovateľských substrátov, čo vedie k zvýšeniu rastu, výnosu a kvality pestovaných rastlín /6/. MATERIÁL A METÓDA Pokus bol založený na pokusnej ploche Ústavu šľachtenia a množenia záhradníckych rastlín, Záhradníckej fakulty v Lednici. Lednice (174 mn.m.) Lednica spadajá do kukuričného výrobného typu, priemerná ročná teplota je 9,1 C (vo vegetačnom období 15,5 C), priemerné ročné zrážky mm (vo vegetačnom období 323 mm zrážok). Pokus bol rozdelený na dve rovnako veľké pokusné parcely s rozdielnymi závlahovými dávkami. Závlahový režim A mal vyššie závlahové dávky (o cca 30 %, dávkovanie na základe vyhodnotenia vlhkosti substrátu čidlom VIRRIB), ako závlahový režim B. Na parcele boli rozmiestnené štyri varianty, každá z variánt mala štyri opakovania. Každé opakovanie pozostávalo z 50 ks rastlín. Ako kontrolný substrát bol použitý pestovateľský substrát RKS II, 249

252 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ďalšie substráty boli zložené zo substrátu RKS II a pomocných pôdnych látok (Hydrogel, TerraCottem a Agrosil LR). Modelovými rastlinami boli zvolené Weigela x hybrida 'Evita' a Viburnum opulus Nanum, ktorých zakorenené bylinné odrezky boli na jar 2008 presadené do 1,5 l kontajnerov. Rastliny boli prihnojované hnojivom Kristalon Modrý a Kristalon Oranžový hnojivou dávkou 2 g.l -1 vody (75 ml hnojivého roztoku/kontajner). Po výsadbe boli na pokusné parcely umiestnené čidlá HOBO a boli zaznamenávané teploty a vlhkosti substrátov u jednotlivých variánt. V priebehu vegetácie boli uskutočňované merania v 14 dňových intervaloch, a to: meranie prieduchovej vodivosti (Porometer AP 4, [µmol.m -2.s -1 ]), meranie obsahu chlorofylu v listoch (Chlorofyllmeter CCM 200, [CCI]), meranie fotosyntetickej výkonnosti (Chlorofyll Fluorometrom OS-30, [Fv/Fm]), 2x počas vegetácie boli uskutočnené listové rozbory a rozbory substrátov u jednotlivých variánt. Pri konci vegetácie boli uskutočnené merania výšky rastlín, koreňového krčka, počtu listov a veľkosti listovej plochy pomocou prenosného merača listovej plochy (AM-200). Namerané údaje boli vyhodnotené v štatistickom programe STATISTICA Cz verzia 8.0. VÝSLEDKY A DISKUSIA Prvým zo sledovaných fyziologických parametrov bola prieduchová vodivosť rastlín. Pri obidvoch modelových rastlinách boli hodnoty prieduchovej vodivosti v závlahovom režime B nižšie ako v závlahovom režime A, z toho u niektorých variánt boli zaznamenané štatisticky významné rozdiely. U Weigela x hybrida Evita v rámci závlahového režimu A neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely medzi jednotlivými variantami, v závlahovom režime B, boli štatisticky preukázateľné rozdiely medzi jednotlivými variantami, z čoho varianta Hydrogel mala štatisticky preukázateľne vyššie hodnoty prieduchovej vodivosti v porovnaní s kontrolnou variantou a variantou Agrosil LR. U rastlín rodu Viburnum neboli zaznamenané štatisticky preukázateľné rozdiely medzi jednotlivými variantami, ale boli zistené štatisticky preukázateľné rozdiely medzi závlahovými režimami ako aj medzi jednotlivými termínami meraní. Rastliny v závlahovom režime s vyššou závlahovou dávkou dosahovali vyšších hodnôt prieduchovej vodivosti ako u závlahového režimu s nižšou závlahovou dávkou, čo potvrdzuje aj /4/, pričom prieduchová vodivosť je ovplyvňovaná interakciami viacerých vnútorných aj vonkajších faktorov pôsobiacich na rastlinu. Komplex regulácií prieduchovej vodivosti je spôsobený napríklad odlišnosťami druhov a genotypov rastlín v závislosti na odpovedi prieduchov na vodný potenciál, relatívny obsah vody v pôde, kyseline abscisovej, ale aj ďalších parametrov /2/. Obsah chlorofylu, ako aj iné parametre, sú vhodnými indikátormi fyziologického stavu rastlín a možno ho považovať za vhodný indikátor stresu rastlín /3/. U modelovej rastliny rodu Weigela v závlahovom režime A neboli namerané štatisticky významné rozdiely medzi variantami. V závlahovom režime B mala varianta Agrosil LR štatisticky preukázateľne vyššie hodnoty ako kontrolná varianta. Naopak varianta TerraCottem mala štatisticky preukázateľne nižšie hodnoty indexu obsahu chlorofylu ako kontrolná varianta a varianta Agrosil LR. Pri rode Viburnum bol zistený štatisticky významný rozdiel vo variante Agrosil oproti ostatným variantám v oboch závlahových režimoch. Obsah chlorofylu bol preukázateľne nižší v závlahovej dávke B oproti závlahovej dávke A, k čomu dospel aj /5/. Rastliny rodu Weigela reagovali na zníženie závlahovej dávky zvýšením obsahu chlorofylu v prípade varianty Agrosil, Hydrogel a kontrolnej varianty. Zo získaných dát možno povedať, že akumulácia tohto pigmentu bola najvyššia pri variante Agrosil LR u obidvoch sledovaných rastlín. Obdobného výsledku dosiahol aj /7/. Ďalším sledovaným parametrom bola fluorescencia chlorofylu (Fv/Fm). U tohto parametru neboli zistené štatisticky významné rozdiely ani medzi jednotlivými variantami, ani 250

253 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin medzi jednotlivými režimami závlahy a termínmi merania pri obidvoch modelových rastlinách. Tab.I: Priemerné hodnoty fyziologických parametrov modelových rastlín. Modelová rastlina Viburnum opulus Nanum Weigela x hybrida Evita Režim závlahy A- vyššia závlahová dávka B- nižšia závlahová dávka A- vyššia závlahová dávka B- nižšia závlahová dávka Varianta prieduchová vodivosť [µmol.m -2.s -1 ] index obsahu chlorofylu (CCI) fluorescencia chlorofylu [Fv/Fm] Kontrola ,5 0,7061 Hydrogel ,0 0,7157 TerraCottem ,0 0,7407 Agrosil LR ,6 0,7154 Kontrola ,7 0,7162 Hydrogel ,9 0,7205 TerraCottem ,1 0,7400 Agrosil LR ,8 0,7248 Kontrola ,5 0,7606 Hydrogel ,7 0,7623 TerraCottem ,0 0,7707 Agrosil LR ,7 0,7809 Kontrola ,5 0,7778 Hydrogel ,2 0,7735 TerraCottem ,2 0,7714 Agrosil LR ,7 0,7708 Ďalej boli v tomto pokuse hodnotené nasledovné morfologické parametre modelových rastlín v závislosti na závlahovej dávke a variantách pokusu. Výška rastlín: u Weigela x hybrida Evita neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely vo výške rastlín ani medzi jednotlivými variantami, ani medzi závlahovými režimami. U Viburnum opulus Nanum v závlahovom režime A mala varianta Hydrogel preukázateľne nižšiu výšku rastlín ako kontrolná varianta a varianta TerraCottem. Priemer koreňového krčka: pri rode Weigela neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely medzi jednotlivými variantami v obidvoch závlahových režimoch. Existuje však štatisticky preukázateľný rozdiel medzi závlahovými režimami. Priemerné hodnoty priemeru koreňového krčka v režime závlahy B, boli u všetkých pozorovaní nižšie ako v závlahovom režime A. U rodu Viburnum boli zaznamenané štatisticky významné rozdiely v závlahovom režime A u variánt TerraCottem a Hydrogel, ktoré mali nižší priemer koreňového krčka ako kontrolná varianta. Pri závlahovom režime B boli zistené štatisticky významne nižššie hodnoty priemeru koreňového krčka u varianty Hydrogel oproti ostatným variantám. Sušina listov: závlahový režim a jednotlivé varianty nemali štatisticky významný vplyv na sušinu listov pokusných rastlín Weigela x hybrida Evita. Pri Viburnum opulus Nanum nebol medzi závlahovými režimami zaznamenaný štatisticky významný rozdiel. Štatisticky preukázateľne nižšie hodnoty v sušine listov boli namerané u varianty Hydrogel v porovnaní s kontrolnou variantou v režime s nižšou závlahovou dávkou. Sušina koreňov: u rastlín rodu Weigela neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely medzi závlahovými režimami. Kontrolná varianta sa štatisticky významne líšila od varianty Hydrogel a TerraCottem, kroré dosahovali nižšie hodnoty oproti kontrolnej variante v závlahovom režime B. V sušine koreňov rastlín rodu Viburnum v závlahovom režime nebol zistený štatisticky významný rozdiel. Avšak v závlahovom režime B, boli namerané nižšie hodnoty varianty Hydrogel oproti kontrolnej variante. 251

254 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Počet listov: neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely v počte listov na rastlinu medzi závlahovými režimami, ani medzi jednotlivými variantami u oboch modelových rastlín. Čo sa týka plochy listov, možno konštatovať, že ani pri tomto parametre nebol zistený štatisticky významný rozdiel medzi závlahovými režimami, ani medzi jednotlivými variantami pokusu u pokusných rastlín rodu Weigela. U rodu Viburnum bola zaznamenaná preukázateľne nižšia plocha listov varianty TerraCottem v porovnaní s kontrolnou variantou závlahovom režime A. Počet výhonov: u rodu Weigela neboli zaznamenané štatisticky významné rozdiely v počte hlavných výhonov. U rodu Viburnum boli zaznamenané štatisticky významné rozdiely medzi závlahovými režimami. Priemerné hodnoty počtu výhonov, boli nižšie pri závlahovom režime B oproti závlahovému režimu A. Ďalej u závlahového režimu A boli zaznamenané preukázateľné rozdiely, pričom varianta TerraCottem mala nižší počet výhonov v porovnaní s kontrolnou variantou. Tab.II: Priemerné hodnoty morfologických parametrov modelových rastlín. modelová rastlina Viburnum opulus Nanum Weigela x hybrida Evita Režim závlahy A- vyššia závlahová dávka B- nižšia závlahová dávka A- vyššia závlahová dávka B- nižšia závlahová dávka Varianta výška rastlín [m] počet výhonov [ks/rastl.] počet listov [ks/rastl.] listová plocha [m 2 /rastl.] sušina koreňov [%] sušina listov [%] priemer koreňového krčka [mm] Kontrola 0,086 6,5 36,3 0, ,7 31,2 10,9 Hydrogel 0,090 6,6 30,3 0, ,1 28,6 9,7 TerraCottem 0,085 5,8 33,1 0, ,8 30,6 9,6 Agrosil LR 0,088 6,2 32,9 0, ,7 30,5 10,8 Kontrola 0,077 5,4 38,3 0, ,5 31,4 9,6 Hydrogel 0,078 5,0 34,1 0, ,7 27,4 8,4 TerraCottem 0,079 5,2 36,4 0, ,7 30,6 9,7 Agrosil LR 0,081 5,3 40,1 0, ,6 30,3 9,7 Kontrola 0,395 1,9 64,0 0, ,1 31,0 13,1 Hydrogel 0,411 2,0 76,5 0, ,8 30,2 13,8 TerraCottem 0,438 2,1 80,1 0, ,1 31,1 13,9 Agrosil LR 0,411 2,0 78,3 0, ,8 29,8 13,8 Kontrola 0,475 1,9 61,6 0, ,5 28,6 12,1 Hydrogel 0,637 2,0 73,3 0, ,1 29,2 12,5 TerraCottem 0,411 1,9 69,0 0, ,9 29,3 12,1 Agrosil LR 0,586 1,9 59,9 0, ,1 30,5 11,6 Z nameraných výsledkov možno konštatovať, že pridávanie pôdnych pomocných látok do pestovateľského substrátu s vyššou závlahovou dávkou nemalo štatisticky významný vplyv na väčšinu kvalitatívnych a kvantitatívnych parametrov sledovaných rastlín. Rovnako ani pri zníženej závlahovej dávke prímes pôdnych pomocných látok do pestovateľského substrátu vo väčšine prípadov nepreukázala štatisticky významný vplyv na vlastnosti rastlín, aj keď v mnohých sledovaných parametroch dosahujú vyšších priemerných hodnôt v zrovnaní s kontrolnou variantou. Z uvedeného vyplýva, že pri kvalitnom a spoľahlivom závlahovom systéme, sa do značnej miery eliminuje výskyt nepriaznivých podmienok a prípadným následným účinkom, spojených s výkyvmi v zásobovaní rastlín vodou v kritickom období vegetácie alebo dňa. 252

255 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATÚRA /1/ BLÁHA, L. et al. Rostlina a stres. VÚRV Praha, 2003, 180 s. ISBN /2/ M. M. Chaves, J. S. /2/ Pereira, J. Maroco, M. L. Rodrigues, C. P. P. Ricardo, M. L. Osório, I. Carvalho, T. Faria, C. Pinheiro: How Plants Cope with Water Stress in the Field? Photosynthesis and Growth. Annals of Botany 89, 2002: /3/ LARCHER, W. Physiological Plant Ecophysiology: Ecophysiology and stress physiology of functional groups. 4. vydanie. Berlin: Springler, strán. ISBN /4/ H. Medrano, J. M. Escalona, J. Bota, J. Gulías, J. Flexas: Regulation of Photosynthesis of C 3 Plants in Response to Progressive Drought: Stomatal Conductance as a Reference Parameter. Annals of Botany 89, 2002: /5/ M. Prakash and K. Ramachandran: Effects of Moisture Stress and Anti-transpirants on Leaf Chlorophyll. Journal of Agronomy and Crop Science 184 (3), 2000: /6/ Rechcigl J.E.: Soil Amendments: Impact on biotic systems (Agriculture and Environment). CRC Press, 1994, 336 s. ISBN /7/ Sloup J., Salaš P.: Eliminace stresorů u dřevin s využitím půdních kondicionérů. Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2007: Sborník příspěvků. Ed.: Bláha, L. Praha, VÚRV, s ISBN: Influence of soil conditioners on quality nursery production grown in containers Summary In year 2008 on experimental area Department of breeding and propagation of horticultural plants was based experiment with aim decrease influence stress factors impacting quality of nursery production, wiht the help of choosen grower technology. In this paper was evaluation influence of soil conditioners by two irrigation regimes on morphological and physiological characteristics of plants. As a model plant for the experiment was chosen Weigela x hybrida Evita and Viburnum opulus Nanum. As soil conditioners were used Hydrogel, TerraCottem and Agrosil LR, which were incorporated in the substrate RKS II (control variant). During vegetative period were observed physiological parameters such as stomatal conductance, chlorophyll fluorescence and leaf chlorophyll content. At the and of the vegetative period were measure morphological parametres: height of plants, number of shoots, diameter of root-collar, area and number of leafs and dry matter of shoot and root part of plants. Táto práca bola podporená interným grantovým projektom č. 2/2008/591 udeleným Internou grantovou agentúrou ZF MZLU v Brně. Výskum je realizovaný ako súčasť výskumu projektu NPV II (Modelový projekt zamedzenia biologickej degradácie pôd v podmienkach aridnej klímy, projekt 2B08020). 253

256 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin IDENTIFIKÁCIA REGIÓNOV S VÝSKYTOM SUCHA V PODMIENKACH POĽNOHOSPODÁRSKY VYUŽÍVANÉHO ÚZEMIA SR Martina Nováková Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy, Gagarinova 10, Bratislava, novakova@vupu.sk SÚHRN V príspevku je načrtnutý návrh metodického postupu pre identifikáciu regiónov s výskytom sucha a prezentovaný je konkrétny príklad aplikovania navrhnutého postupu pre jačmeň jarný a kukuricu na zrno v poľnohospodárskej sezóne 1999/2000. V príkladovej štúdii boli využité klimatické a fenologické údaje poskytnuté SHMÚ, údaje o poľnohospodárskych pôdach SR, údaje získané diaľkovým prieskumom Zeme hodnoty vegetačného indexu NDVI. Samotné spracovanie údajov interpolácia klimatických údajov, agrometeorologické modelovanie, priestorová agregácia údajov NDVI, bolo realizované v prostredí budovaného systému pre odhad úrod a produkciu poľnohospodárskych plodín (SK_CGMS). Navrhnutý postup a prezentovaný nástroj umožňuje sledovať, analyzovať a interpretovať (monitorovať) nielen extrémne udalosti, ale zodpovedá aj požiadavkám všeobecného systému monitorovania charakteru vývoja aktuálnej poľnohospodárskej sezóny. ÚVOD Relatívne častý výskyt extrémnych poveternostných situácii s negatívnym vplyvom na rast a vývoj porastov poľnohospodárskych plodín, nasledovaný ich prípadným funkčným poškodením a znížením produkcie, aktuálne vyvoláva potrebu analýzy týchto javov s cieľom hľadania možností pre redukciu následkov ich dopadu. V našich podmienkach, pravdepodobnosťou výskytu a výmerou postihnutej plochy, k pomerne významným stresorom patrí sucho, pričom z hľadiska jeho definície sa rozlišuje klimatické sucho (Majerčák 2005); pôdne sucho (Šútor a Štekauerová 2008), vodný stres rastlín (cf. Kostrej a iní 1992), a pod. Je evidentné, že nejde o novú problematiku; výskyt sucha je možné sledovať, analyzovať, hodnotiť a interpretovať viacerými spôsobmi na základe vyhodnotenia reálne nameraných údajov (klimatických, fenologických, pôdnych) prostredníctvom klimatických indexov (Majerčák 2005), agroklimatických indexov (Špánik a iní 2000), vybraných hydrolimitov pôdy (Šútor a Rehák 1999), na základe analýzy údajov diaľkového prieskumu Zeme, aplikovaním metód modelovania (Lazar a Genovese 2004), prípadne ich vzájomnou kombináciou integráciou v rámci systémov monitorovania (Petr a iní 1987, JRC Ispra viac na Cieľom príspevku je na príklade poľnohospodárskej sezóny 1999/2000, pri plodinách jačmeň jarný a kukurica na zrno, predstaviť návrh a prezentovať konkrétnu ukážku metodického postupu identifikácie regiónov s výskytom sucha, ako aj jednoduchú kvantifikáciu stupňa poškodenia porastov (v zmysle zníženia produkčnej schopnosti plodiny v danom časovom horizonte). MATERIÁL A METODIKA V príkladovej štúdii boli aplikované nasledovné údaje: klimatické údaje zo 70 klimatických staníc v sieti SHMÚ; konkrétne denné údaje: 254

257 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin minimálna, maximálna a priemerná denná teplota vzduchu ( C), trvanie slnečného svitu (hod), tlak vodných pár (hpa), priemerná rýchlosť vetra (m.s -1 ) a úhrny zrážok (mm) za rok obdobie ; fenologické údaje z fenologických staníc v sieti SHMÚ; konkrétne termíny nástupu vybraných fenologických fáz jačmeňa jarného a kukurice na zrno v roku 2000; pôdne údaje - hydrofyzikálne vlastnosti a vybrané vlastnosti pôd relevantné z hľadiska charakteru a intenzity rastlinnej výroby (viac v práci Nováková a Skalský 2008); údaje DPZ, resp. hodnoty vegetačného indexu NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), ktoré indikujú fotosyntetickú aktivitu, stav a vitalitu vegetácie; interpretovaný je na základe scén nasnímaných satelitným systém NOAA AVHRR s priestorovým rozlíšením 1x1km; údaje za dekády za obdobie Pri spracovaní údajov bol využitý v súčasnosti budovaný národný systém pre odhad úrod a produkcie poľnohospodárskych plodín (SK_CGM), resp. jeho samostatné subsystémy: a) monitoring počasia Nováková 2007) a b) monitoring poľnohospodárskych plodín (Nováková a Skalský 2008): priestorová interpolácia klimatických a agroklimatických údajov a priestorová reprezentácia interpolovaných údajov boli realizované v referenčnej gridovej sieti s priestorovým rozlíšením 10x10km; odvodené boli: a) mesačné úhrny zrážok (za mesiace apríl september v roku 2000) vyjadrené ako % dlhodobého priemerného úhrnu zrážok za identické obdobie, pričom priemer bol stanovený za obdobie , aplikovaná bola klasifikácia podľa Lapina a iných 1988; b) priemerné mesačné teploty ( C) za obdobie apríl september v roku 2000; c) úhrn zrážok za vegetačné obdobie v roku 2000 vyjadrený ako % dlhodobého priemerného úhrnu zrážok za identické obdobie, aplikovaná bola klasifikácia podľa Lapina a iných 1988; d) index zavlaženia (mm) v roku 2000, aplikovaná bola klasifikácia podľa Špánika a iných 2000); modelovanie vývoja plodiny a tvorby produkcie sledovaných plodín a priestorová reprezentácia výsledkov modelovania boli realizované prostredníctvom referenčnej gridovej site s priestorovým rozlíšením v 1x1km; pre modelovanie bol využitý agrometeorologický model WOFOST, implementovaný v systéme SK_CGMS; odvodené boli vegetačné indexy: a) vodou limitovaná produkcia nadzemnej biomasy pri jačmeni jarnom pre 14 dekádu; b) vodou limitovaná produkcia sušiny v zásobných orgánoch pri jačmeni jarnom pre 17 a 20 dekádu, pri kukurici na zrno pre 20, 24 a 28 dekádu; simulované indexy boli vyjadrené ako % dlhodobej priemernej hodnoty konkrétneho vegetačného indexu za identickú dekádu, pričom priemer bol stanovený za obdobie ; priestorová agregácia hodnôt NDVI bola realizovaná prostredníctvom administratívnych jednotiek SR (okresy, kraje, štát), a to pre rok 2000; dlhodobý priemer pre danú administratívnu jednotku a danú dekádu bol stanovený za roky Výpočty boli realizované v databázovej aplikácii MS Office Access 2003, pre priestorovú reprezentáciu (vizualizáciu) výstupov bolo využité prostredie ArcGIS 9.2. VÝSLEDKY A DISKUSIA Prvú úroveň navrhovaného metodického postupu pre identifikáciu regiónov s výskytom sucha predstavuje spracovanie klimatických a agroklimatických údajov, zamerané na analýzu a interpretáciu podmienok pre rast a vývoj konkrétnych poľnohospodárskych plodín a možné posúdenie stupňa uspokojenia nárokov konkrétnych plodín na počasie (predovšetkým zrážky a teploty, prípadne úroveň evapotranspirácie). 255

258 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Úhrn zrážok za vegetačné obdobie (apríl až september) (obr. 1a) a index zavlaženia (obr. 1b) v roku 2000 poukazujú na výrazne podpriemerné zrážkové pomery, a to prevažne na západnom Slovensku a v južných častiach stredného a východného Slovenska. 1a) 1b) Obr.1. Úhrn zrážok za vegetačné obdobie (%, 1a) a index zavlaženia (mm, 1b) v roku a) apríl 2b) máj 2c) jún 2d) júl 2e) august 2f) september Obr.2. Mesačný úhrn zrážok (%) pre apríl až september (2a 2f) v roku a) apríl 3b) máj 3c) jún 3d) júl 3e) august 3f) september Obr.3. Priemerná mesačná teplota vzduchu ( C) pre apríl až september (3a 3f) v roku 2000 Úhrny zrážok stanovené v mesačných intervaloch (obr. 2a až 2f), v kombinácii s priemernými mesačnými teplotami vzduchu (obr. 3a až 3f), detailnejšie indikujú priestorovú a časovú 256

259 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin variabilitu podmienok pre rast a vývoj sledovaných plodín: vzhľadom na nároky kukurice na zrno na dostatok zrážok mohli zhoršené podmienky obmedziť jej optimálny vývoj predovšetkým v mesiacoch jún a august; pri jačmeni jarnom mohli zhoršené podmienky pretrvávať počas mesiacov apríl a máj (pri oboch plodinách boli postihnuté predovšetkým juhozápadná časť SR, resp. južné časti západného a stredného Slovenska). Druhú úroveň navrhovaného metodického postupu pre identifikáciu regiónov s výskytom sucha predstavuje úroveň analýzy vývoja vegetačného indexu NDVI. Prostredníctvom poznania dynamiky vegetačného indexu NDVI je možné analyzovať a následne interpretovať vývoj vegetácie (všeobecne) ako odozvu na vývoj počasia, t.j. je možné identifikovať a interpretovať všeobecné trendy vývoja vegetácie v danej vegetačnej sezóne. 4a) 14 dekáda ( ) 4b) 17 dekáda ( ) 4c) 20 dekáda( ) 4d) 24 dekáda ( ) 5e) 28 dekáda ( ) Obr.4. Hodnoty vegetačného indexu NDVI (%) interpretované pre vybrané dekády roku 2000 Vývoj NDVI je možné hodnotiť v priestore prostredníctvom: a) máp, analýzou ktorých je možné špecifikovať regionálne rozdiely a b) prostredníctvom grafov, ktoré umožňujú do určitej miery identifikovať aj dôvod daného stavu ( oneskorenie verzus predstihnutie nástupu vybraných fenologických fáz a s nimi súvisiace rozdiely v hodnotách NDVI), trvanie stavu (dočasné, celosezónne), prípadne ich dôsledok (napr. skrátenie vegetačného obdobia). 1a) 1b) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 SK_DP ( ) SK_2000 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0, SK_2000 SK1 SK2 SK3 SK4 SK5 SK6 SK7 SK8 SK_DP Graf 1. Grafické hodnotenie vývoja hodnôt NDVI v roku 2000 na úrovni SR (1a) krajov (1b) Vývoj hodnôt vegetačného indexu NDVI v roku 2000, a to ako na úrovni SR (graf 1a), tak aj na úrovni jednotlivých krajov SR (graf 1b), vykazoval v porovnaní dlhodobým priemerným 257

260 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vývojom NDVI výrazné lokálne minimum uprostred vegetačnej sezóny (približne v 20 dekáde), a následne, približne od 24 dekády bol evidentný trvalý pokles hodnôt NDVI až do konca vegetačnej sezóny. Výrazné poklesy hodnôt NDVI je možné interpretovať ako reakciu (odozvu) vegetácie na zhoršené podmienky počas júna, resp. augusta. Napriek tomuto všeobecnému trendu, vývoj NDVI v roku 2000 sa vyznačoval pomerne výraznými regionálnymi rozdielmi (obr. 4a až 4e; výstižný príklad - obr. 4c). Výrazne postihnutie bolo zaznamenané v 20 dekáde, keď lokálne, prevažne v južných častiach SR, sa hodnoty NDVI pohybovali na úrovni len do 50% dlhodobej priemernej hodnoty NDVI za identickú dekádu a následne v 28 dekáde, keď rovnaký pokles hodnôt NDVI charakterizoval prakticky celú západnú a južnú časť SR (až na výnimku Východoslovenskú nížinu, kde sa hodnoty vegetačného indexu pohybovali prevažne na úrovni % dlhodobej priemernej hodnoty NDVI za identickú dekádu). Tretiu úroveň navrhovaného metodického postupu pre identifikáciu regiónov s výskytom sucha predstavuje úroveň modelovania vývoja konkrétnych poľnohospodárskych plodín. Na rozdiel od druhej úrovne je adresná, t.j. umožňuje sledovať a hodnotiť vývoj každej poľnohospodárskej plodiny samostatne. Okrem toho umožňuje charakterizovať aj vlhkostné pomery pôd pod každou plodinou v sledovanom časovom horizonte (v príspevku táto možnosť prezentovaná nie je). 5a) 14 dekáda ( ) 5b) 17 dekáda ( ) 5c) 20 dekáda ( ) 5d) 20 dekáda( ) 5e) 24 dekáda ( ) 5f) 28 dekáda ( ) Obr.5. Modelované vegetačné indexy (%): vodou limitovaná produkcia nadzemnej biomasy (5a) a vodou limitovaná produkcia sušiny v zásobných orgánoch pre jačmeň jarný (5b až 5c) a pre kukuricu na zrno (5d až 5f) Vývoj produkcie jačmeňa jarného v roku 2000 (obr. 5a až 5c) indikoval postupné zosilňovanie prejavu zníženej produkčnej schopnosti; v 20 dekáde bol tento trend evidentný v západnej časti a v južnej časti stredného Slovenska (prevažne úroveň 25-50% dlhodobej priemernej hodnoty vodou limitovanej produkcie sušiny v zásobných orgánoch za identickú dekádu). Na porovnanie, priemerná úroda jačmeňa jarného v roku 2000 bola na úrovni 1,97t/ha, pričom však jeho priemerná úroda (stanovená za obdobie 2003 až 2007) sa pohybuje na úrovni 3,48t/ha. Vývoj produkcie kukurice na zrno v roku 2000 (obr. 5d až 5f) nebol jednoznačný; kým v 20 dekáde bolo možné hodnotiť ho relatívne priaznivo, ďalšie dekády potvrdili opak. V 24 a 28 dekáde sa prejavila znížená produkčná schopnosť kukurice na zrno, a to predovšetkým v západnej časti a v južnej časti stredného Slovenska, pričom lokálne dosahovala úroveň len do 25%, prípadne 25 50% alebo 50-75% dlhodobej priemernej hodnoty vodou limitovanej 258

261 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin produkcie sušiny v zásobných orgánoch za identickú dekádu. Na porovnanie, priemerná úroda kukurice na zrno v roku 2000 bola na úrovni 3,04t/ha, pričom však jeho priemerná úroda (stanovená za obdobie 2003 až 2007) sa pohybuje na úrovni 5,29t/ha. V príspevku bol špecifikovaný metodický postup, ktorý v priestore a v čase umožňuje identifikovať miesto výskytu, charakter a v obmedzenej miere aj intenzitu extrémnych situácií s negatívnym dopadom na vývoj poľnohospodárskych plodín (v našom prípade sucha). Funkčná a priestorová nadväznosť identifikovaných úrovní (analýza klimatických a agroklimatických údajov; analýza vývoja vegetačného indexu NDVI; analýza modelovaných vegetačných indexov), ako aj ich časová harmonizácia, umožňujú realizovať podobné analýzy s celoslovenským pokrytím v stanovených, pravidelných časových horizontoch počas vegetačnej sezóny. Práve preto navrhovaný metodický postup zodpovedá aj požiadavkám všeobecného systému monitorovania charakteru vývoja aktuálnej, či historickej poľnohospodárskej sezóny. Je však zrejmé, že minimálne reálne využitie výsledkov modelovania v praxi vyžaduje ich validáciu z hľadiska ich presnosti a vierohodnosti, ktorej sme v tomto príspevku nevenovali pozornosť. Keďže ide o metodický postup a analýzy realizované na úrovni Slovenska, je nutné brať do úvahy aj zodpovedajúci stupeň generalizácie. Navrhovaný systém monitorovania charakteru vývoja aktuálnej, či historickej poľnohospodárskej sezóny (vrátane monitorovania extrémnych situácií s negatívnym dopadom na vývoj poľnohospodárskych plodín) však predstavuje otvorený systém, a to ako z hľadiska prechodu na detailnejšiu rozlišovaciu úroveň v zmysle priestorovej mierky, časovej mierky či procesnej mierky, tak aj v zmysle integrácie ďalších analytických metód monitorovania porastov poľnohospodárskych plodín. LITERATÚRA Kostrej, A., Danko, J., Gáborčík, N., Jureková, Z., Kubová, A., Repka, J., Švihra, J., Zima, M.: Fyziológia porastu poľných plodín. Nitra: Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, 1992, 135 s., ISBN Lapin, M., Faško, P., Kveták, Š.: Klimatické normály. Metodický predpis /1. Bratislava : Slovenský hydrometeorologický ústav, 1988, 6. s. Lazar, C., Genovese, G.: Methodology of the MARS crop yield forecasting system. Vol. 2: Agro-meteorological data collection. processing and analysis. The Office for Official Publications of European Communities, Luxembourg, 2004, 98 pp., ISBN Majerčák, J.: Matematický model a indexy sucha. In Sobocká, J. (ed.): Štvrté pôdoznalecké dni na Slovensku. (Zborník referátov z vedeckej konferencie pôdoznalcov SR), Bratislava: Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy, 2005, s , ISBN Nováková, M.:. Interpolácia meteorologických údajov pre potreby monitoringu stavu, vývoja a odhadu úrod poľnohospodárskych plodín. Vedecké práce, č. 29, Bratislava : VÚPOP, 2007, s Nováková, M., Skalský, R: Agrometeorologické modelovanie alternatívny spôsob monitorovania stavu a vývoja biomasy. In Rožnovský, J., Litschmann, T.(ed.), Bioklimatologické aspekty hodnocení procesův krajine. Mikulov , Praha : Český hydrometeorologický ústav pre Českú bioklimatologickú spoločnosť, ISBN _1, Dostupné na internete: stránka navštívená 19. decembra 2008 Petr, J., Baier, J., Bureš, R., Coufal, V., a iní: Počasí a výnosy. Praha : Státní zemědělské nakladatelství, 1987, 365 s. Špánik, F., Antal, J., Tomlain, J., Škvarenina, J., Repa, Š, Šiška, B., Mališ, J.: Aplikovaná agrometeorológia. Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, 2000, 194 s., ISBN:

262 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Šútor, J., Rehák, Š.: Evaluation of disposable water supply in soil for biosphere in the area of Žitný ostrov. Scientific Papers of the Research Institute of Irrigation, No 24, Bratislava, 1999,, pp Šútor, J., Štekauerová, V.: Prognóza pôdneho sucha. In Rožnovský, J., Litschmann, T. (ed.): Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině. (Zborník príspevkov z konferencie). Mikulov , Praha : Český hydrometeorologický ústav pre Českú bioklimatologickú spoločnosť, ISBN _1, Dostupné na internete: stránka navštívená 19. decembra 2008 Identification of regions with drought event presence in conditions of agricultural land of Slovakia Summary In the article we briefly describe the methodology for identification the regions suffering from drought. Pilot application of the methodology is presented on the example of spring barley and corn maize in the 2000 year season covering agricultural soils of Slovakia. For the study we have used climate and phenological data coming from Slovak Hydrometeorological Institute, data on agricultural soils of Slovakia from existing soil information system, and interpreted remotely sensed data NDVI index. SK_CGMS, the national system for predicting the crop yields and production which is actually under implementation process in Slovakia was employed in a pilot study as a tool for the climate data interpolation, agrometeorological modelling and spatial aggregation of NDVI data. Proposed methodology and presented tool allow not only to analyze, to interpret and to monitor the extreme natural events such as drought but, as well, it is relevant for general assessment and monitoring of actual or historical agricultural seasons. Poďakovanie: Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV

263 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV BRASSINOSTEROIDU NA VYBRANÉ OBSAHOVÉ LÁTKY A CELKOVOU ANTIOXIDAČNÍ KAPACITU KVĚTÁKU PŘI RŮZNÝCH ÚROVNÍCH ZÁVLAHY Koudela M. 1, Hnilička F. 2, Martinková J. 2 Česká zemědělská univerzita v Praze, 1 katedra zahradnictví, 2 katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, koudela@af.czu.cz SOUHRN Na pokusných plochách ČZU v Praze Troji byl v polních pokusech v roce 2008 sledován vliv brassinosteroidu (24-epibrassinolid) na změny obsahových látek (vitamin C, dusičnany, sušina) a TAC (celkové antioxidační kapacity) u květáku (odrůda Chambord F1) v podmínkách s optimální a sníženou úrovní závlahy. Ošetření brassinosteroidem vykazovalo v obou závlahových variantách snížení obsahu dusičnanů, ve variantě s vláhovým deficitem pak omezení nežádoucí dehydratace pletiv (snížení obsahu sušiny), zvýšení obsahu vitaminu C a výraznější nárůst hodnoty TAC. KLÍČOVÁ SLOVA: vodní stres, 24-epibrassinolid, květák, vitamin C, dusičnany, sušina, celková antioxidační kapacita ÚVOD Sucho (nedostatek vody) je limitující stresor pro rostlinu, snižuje aktivitu enzymů a zpomaluje růst. Nedostatek vody je zapříčiněn nejčastěji klimatickými poměry a průběhem počasí. Příjem vody rostlinou je závislý na obsahu živin a solí v půdě, ale také na půdní reakci. Vodní stres je často ovlivněn i zasolením (Bláha et al., 2003). Mezi významné abiotické stresové faktory v posledních letech patří extrémně vysoké teploty a nedostatek srážek. Zelenina, která se v současné době pěstuje v ČR zahrnuje druhy s vysokým nárokem na dostatek vody v půdě. Intenzívní pěstování zeleniny je proto spojeno se zavlažováním, které zvláště v posledních letech, kdy se vyskytují extrémní teploty a dlouhé periody sucha je nepostačující. Nedostatek půdní vláhy a jeho kombinace s extrémně vysokými teplotami (nad 35 C) se tak stává významným stresovým faktorem. Brassinosteroidy stimulují růst i dělení buněk, růst mladých vegetativních pletiv epikotylu, hypokotylu, koleoptile, indukují kvetení a růst pylových láček, podílejí se na diferenciaci systému vodivých pletiv, společně s dalšími fytohormony ovlivňují senescenci, aktivují protonové pumpy v buněčných membránách, ovlivňují fotosyntézu a fixaci dusíku, chrání rostlinu proti biotickým i abiotickým stresorům a podílejí se i na dalších procesech v rostlině (Rao et al. 2002, Asami et al. 2003, Müssig a Altmann 2003, Sasse 2003, Haubrick a Assmann 2006). Aplikace steroidních látek ze skupiny brassinosteroidů by mohla být jednou z cest, jak eliminovat nepříznivé vlivy vnějšího prostředí. 261

264 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL A METODIKA Pokusy byly realizovány na pozemcích FAPZ ČZU v Praze - Výzkumná stanice Troja v roce Předpěstování sadby proběhlo ve sklenících FAPPZ ČZU v Praze (Suchdol), v sadbovačích T 160, v substrátu RKS I. Byla použita celoroční odrůda květáku Chambord F1 (Rijk Zwaan). Porosty byly založeny jako letní kultura (výsev: 10.4., výsadba: 26.5., sklizeň: ) v následujících variantách (každá varianta ve 4 opakováních): 1. Závlahová varianta A (80 % VVK), s aplikací brassinosteroidu 2. Závlahová varianta A1 (80 % VVK), bez aplikace brassinosteroidu 3. Závlahová varianta B (65 % VVK), s aplikací brassinosteroidu 4. Závlahová varianta B1 (65 % VVK), bez aplikace brassinosteroidu Na rostliny byl jednorázově postřikem aplikován brassinosteroid (24- epibrassinolid) o koncentraci 10-9 M. Byly stanoveny následující obsahové látky: vitamin C a dusičnany (reflektometricky), sušina (gravimetricky). Dále byla stanovena hodnota celkové antioxidační kapacity (dále TAC), pro její zjištění byl využit modifikovaný test DPPH. VÝSLEDKY A DISKUZE Tab. 1: Průměrné hodnoty obsahu vybraných látek a TAC u květáku Varianta Vitamin C [mg/kg]* NO3 - [mg/kg]* Sušina [%] TAC [mg/kg]** A ,9 6, A ,1 7, B ,8 7, B ,2 9, * na kg čerstvé hmoty ** vyjádřeno v ekvivalentním množství vitaminu C na kg sušiny Graf 1: Průměrné hodnoty obsahu vit. C Graf 2: Průměrné hodnoty obsahu dusičnanů 262

265 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 3: Průměrné hodnoty obsahu sušiny Graf 4: Průměrné hodnoty TAC V podmínkách s optimálními vláhovými poměry vykazovala varianta bez aplikace brassinosteroidu vyšší obsah vitaminu C, zatímco při vláhovém deficitu jeho aplikace zvýšila obsah vitaminu C v konzumních částech květáku. V obou závlahových variantách vykazovalo ošetření 24-epibrassinolidem snížení obsahu dusičnanů. Tento pokles je ovlivněn působením brassinosteroidů na zvýšení aktivity fotosyntézy a aktivity enzymu nitrátreduktázy (Maibangsa et al. 2000). Důsledky dehydratace rostlinných pletiv při vláhovém deficitu jsou zřejmé z nárůstu hodnoty sušiny u varianty B1. Aplikací brassinosteroidu byl nežádoucí vliv vodního deficitu omezen (varianta B). Zatímco aplikace brassinosteroidu u varianty s optimálními vláhovými poměry výrazně neovlivnila hodnotu TAC, u varianty s vláhovým deficitem aplikace 24- epibrassinolidu způsobila výraznější nárůst hodnoty TAC. Zvýšení výnosu a výnosových parametrů po aplikaci brassinosteroidů bylo zjištěno u mnoha rostlin. Pozitivní vliv na rostliny se však neprojevuje pouze v kvantitativním zvýšení výnosu, ale i v kvalitě hlavního produktu (vyšší obsah sacharidů, nižší obsah dusičnanů, vyšší obsah vitamínu C atd.) (Kamuro a Takatsuto 1999, Khripach 2000). ZÁVĚR Z výsledků analýz konzumních částí květáků vyplývají následující závěry: V podmínkách vláhového deficitu aplikace brassinosteroidu zvýšila obsah vitaminu C. V obou závlahových variantách vykazovalo ošetření brassinosteroidem snížení obsahu dusičnanů. Dehydratace pletiv, která se projevila při vodním stresu nárůstem obsahu sušiny, byla snížena aplikací brassinosteroidu na hodnoty obdobné jako u varianty s optimální úrovní závlahy. V podmínkách s vláhovým deficitem došlo po aplikaci brassinosteroidu k výraznějšímu nárůst hodnoty TAC. 263

266 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin INFLUENCE OF BRASSINOSTEROID ON CHOSEN SUBSTANCES AND TOTAL ANTIOXIDATIVE CAPACITY OF CAULIFLOWER AT DIFFERENT IRRIGATION LEVELS SUMMARY Influence of 24-epibrassinolide on cauliflower nutritional values (vitamin C, nitrates, dry matter) and TAC (total antioxidative capacity) was evaluated in conditions of optimal and reduced irrigation level. Field trial was found in Prague-Troja in Results show increasing of vitamin C content, TAC value and limitation of negative dehydratation of plant tissue (decrease of dry matter content) in water stress conditions after brassinosteroid application. Nitrates content was reduced after brassinosteroid application in water stress and optimal water conditions too. KEY WORDS: water stress, 24-epibrassinolid, cauliflower, vitamin C, nitrates, dry matter, total antoxidative capacity Poděkování: Tato práce vznikla díky podpoře projektu NAZV QH LITERATURA ASAMI T., NAKANO T., NAKASHITA H., SEKIMATA K., SHIMADA Y., YOSHIDA S. (2003): The influence of chemical genetics of plant science: shedding light on functions and mechanism of action of brassinosteroids using biosynthesis inhibitors. J. Plant Growth Regul. 22: BLÁHA, L., HNILIČKA, F., HNILIČKOVÁ, H., HOLUBEC, V., MÖLLEROVÁ, J., ŠTOLCOVÁ, J., ZIEGLEROVÁ, J. (2003): Rostlina a stres, VÚRV Praha HAUBRICK L.L., ASSMANN S.M. (2006): Brassinosteroids and plant function: some clues, more puzzles. Plant Cell. Environ. 29: KAMURO Y., TAKATSUTO S. (1999): Practical application of brassinosteroids in agricultural fields. In: SAKURAI A., YOKOTA T., CLOUSE S.D. (eds.): Brassinosteroids: Steroidal Plant Hormones. Springer Verlag, Tokyo-Berlin-Heidelberg-New York, pp KHRIPACH V., ZHABINSKII V., de GROOT A. (2000): Twenty years of brassinosteroids: Steroidal plant hormones warrant better crops for the XXI century. Ann. Bot. 86: MAIBANGSA S., THANGARAJ M., STEPHEN R. (2000): Effect of brassinosteroid and salicylic acid on rice (Oryza sativa) grown under low irradiance condition. Indian Journal of Agricultural Research. 34: MÜSSIG C., ALTMANN T. (2003): Genomic brassinosteroid effects. J. Plant Growth Regul. 22: RAO S.S.R., VARDHINI B.V., SUJATHA E., ANURADHA S. (2002): Brassinosteroids a new class of phytohormones. Curr. Sci. 82: SASSE J.M. (2003): Physiological actions of brassinosteroids: An update. J. Plant Growth Regul

267 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin PRODUKCE VOLNÝCH AMINOKYSELIN U ROSTLIN KUKUŘICE V ZÁVISLOSTI NA FORMĚ UTILIZOVANÉHO DUSÍKU Marek Neuberg 1, Milan Pavlík 2, Daniela Pavlíková 1, Jiří Balík 1 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra agroenvironmentální chemie a výživy rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 - Suchdol, Česká republika, neuberg@af.czu.cz, 2 Ústav experimentální botaniky AVČR, izotopová laboratoř, Vídeňská 1083, Praha 4, Česká republika Tématem této práce je sledování a kvantifikace hladin vybraných volných aminokyselin (alaninu, glycinu, serinu, asparaginu a glutaminu) při aplikaci různých forem dusíkaté výživy systémem CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition). Jako modelová rostlina byla použita kukuřice (Zea mays L., hybrid Rivaldo). Hladiny vybraných aminokyselin byly stanoveny pomocí GC-MS. Byly nalezeny signifikantní rozdíly v koncentracích vybraných aminokyselin při hnojení různými formami dusíku. Koncentrace alaninu a glutaminu byla vyšší při aplikaci hnojiva DAM 390 v porovnání s rostlinami ošetřenými dusičnanem amonným. ÚVOD Dusík (N) je hlavní složkou rostlinných tkání. Většina tohoto prvku je získávána rostlinou z půdy pomocí kořenů. V půdě je dusík dostupný ve třech základních formách, a to jako nitrátový anion, čpavkový kation a ve formě aminokyselin. Relativní význam jednotlivých forem dusíku pro rostliny je obtížné měřit a jejich vzájemná variabilita závisí na proměnlivých faktorech prostředí včetně půdních mikrobiálních procesů. Dusík představuje 2% z celkové suché hmotnosti rostlin (Bloom, 1988), a je nezastupitelnou složkou aminokyselin, nukleových kyselin, koenzymů a řady látek rostlinného metabolismu. Rostliny ho přijímají kořeny většinou v podobě aniontu nitrátového (NO 3 ) nebo ve formě kationu amonného (NH + 4 ) (Yin and Raven, 1998). Další formou dusíku v půdě jsou aminokyseliny, které však mají velice variabilní difúzní koeficienty [ve vodě, pro lysin, pro glycin a glutamát jsou difúzní koeficienty cca 1 x 10-12, 1 x a 1 x m 2 s -1 ; (Owen a Jones, 2001)] limitující jejich rychlost difúze v půdě (méně než 1mm*den -1 ). Proto je pravděpodobnější, že budou využity mikroorganismy. Dostupnost dusíku v půdě je často limitujícím faktorem pro vývoj rostliny na určitém stanovišti. Příjem obou iontů je ovlivňován ph půdy, teplotou, aerací půdy i přítomností fenolických alelopatických sloučenin v půdě. V biologicky činných půdách, vlivem poměrně rychlé oxidace amonného dusíku na nitrátový, převažuje většinou příjem nitrátového aniontu, který je v půdě pohyblivější, a snadněji se hmotovým tokem půdní vody dostává do rhizosféry, kde je k dispozici rostlinám (Marschner, 1995). Nitrát (NO 3 ) přijímaný kořeny je buď in situ redukován na NH + 4, nebo transportován do nadzemních částí rostlin. Poměr jeho redukce v kořenech a transportu stonkem je rozdílný mezi jednotlivými druhy a je závislý na podmínkách prostředí a na použitém typu dusíkatého + hnojiva. Redukce NO 3 na NH 4 je prováděna prostřednictvím působení enzymů nitrátreduktázy (NR) a nitritreduktázy (NiR). Amonný radikál (NH + 4 ) je zapojen do uhlíkatých skeletů meziproduktů tvorby aminokyselin glutamátu a glutaminu prostřednictvím enzymů glutaminsyntetázy (GS) a glutamátsyntázy (GOGAT) (Hodges a kol., 2002). Glutaminsyntetáza (GS) vyvolává reakci, při níž glutamát funguje jako akceptor NH 3 za vzniku glutaminu. Reakce je endotermní a vyžaduje ATP a Mg 2+. ATP je dodávána fotosyntetickou fosforylací. V přítomnosti redukčního zdroje předává glutamin svoji 265

268 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin aminoskupinu na α-oxoglutarátu. Reakci katalyzuje enzym glutamátsyntáza a energii dodává ferredoxin. Vznikají tedy dvě molekuly kyseliny glutamové, jedna z glutaminu po odnětí NH 2 skupiny, druhá z kyseliny α-ketoglutarové po příjmu NH 2 skupiny. Jedna je recyklována a druhá může být uchována nebo konvertována na aminokyseliny. Obě reakce GS a GOGAT probíhají v rostlinných buňkách za sebou a dávají vznik glutaminu a glutamátu. Relativní význam jednotlivých zdrojů dusíku pro rostliny je obtížné měřit a závisí na proměnlivých faktorech prostředí. Změny v dostupnosti a nerovnováha v přísunu některých forem dusíku může být dokonce příčinou toxicity pro rostliny. MATERÁL A METODIKA Pro sledování vlivu aplikace dusíkatých hnojiv na složení aminokyselin v biomase rostlin byl založen nádobový pokus. Jako modelová rostlina byla použita kukuřice (Zea mays L.) (hybrid Rivaldo). Schéma pokusu je uvedeno v tab. 1. Každá varianta pokusu byla pětkrát opakována. Pro pěstování kukuřice byla použita černozem (ph KCl = 7,2, C ox = 1,83 %, KVK = 258 mval kg -1 ). Do nádoby bylo odváženo 10 kg zeminy, která byla v případě variant 1 a 2 promíchána s dusičnanem amonným. DAM 390 (varianta 3 a 4) byla aplikována 30 dní po zasetí kukuřice do půdy (hloubka aplikace 10 cm) na 2 protilehlých místech v nádobě. Tento způsob aplikace odpovídá systému hnojení CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition). U metody CULTAN se jedná v principu o lokální aplikaci dusíkatých hnojiv s vyšším obsahem amonné formy dusíku (Sommer 2005). Tři, osm a třináct dní po aplikaci hnojiva DAM 390 byly odebrány vzorky rostlin. V odebraných vzorcích byl stanoven obsah volných aminokyselin. Pro stanovení obsahu volných aminokyselin byly vzorky zamraženy v kapalném dusíku. Tabulka 1: Schéma nádobového pokusu Varianta hnojivo Dávka N (g na nádobu) Termín aplikace 1 NH 4 NO 3 2 Před setím 2 NH 4 NO 3 4 Před setím 3 DAM dní po zasetí 4 DAM dní po zasetí Extrakce aminokyselin byla provedena z čerstvé hmoty methanolem s následnou opakovanou extrakcí methanolem s 30 % H 2 O. Po odpaření extraktů na jednu desetinu byl extrakt rozpuštěn v roztoku methanol + H 2 O (1:1) a vytřepán petroletherem. Z frakce methanol + H 2 O byl odpařen methanol a vodná část byla vytřepána butanolem. Vodná frakce byla použita na stanovení obsahu volných aminokyselin. Pro vlastní stanovení byla použita sada EZ:faast firmy Phenomenex a měření bylo provedeno na GC-MS (Agilent Technologies). VÝSLEDKY A DISKUSE Nadzemní biomasa, a z ní následně vyextrahovaná proteinová frakce obsahovala rozdílné hladiny vybraných volných aminokyselin (graf č. 1 a 2) v závislosti na druhu použitého hnojiva a v závislosti na době jeho aplikace (před setím nebo během vegetačního období). Při ošetření dusičnanem amonným (graf č.1), který byl aplikován před setím, se hladiny vybraných volných aminokyselin (ALA - alaninu, GLY - glycinu, SER - serinu, ASN - asparaginu a GLN - glutaminu) měnily v závislosti na růstové fázi, což odpovídá nárůstu biosyntézy při druhém odběru. Naopak bezprostředně po aplikaci hnojiva DAM 390 během 266

269 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vegetace došlo ke zvýšení koncentrace volných aminokyselin. Toto zvýšení je patrné zejména u alaninu a glutaminu (graf 2). U kukuřice ošetřené dusičnanem amonných byla hladina alaninu při 1. odběru 84,9 µmol/kg čerstvé biomasy oproti koncentraci 303,8 µmol/kg čerstvé biomasy u kukuřice ošetřené hnojivem DAM 390. Následně, při druhém odběru, došlo k poklesu koncentrace této aminokyseliny na 162,9 µmol/kg čerstvé biomasy. Ještě výraznější je rozdíl u koncentrací glutaminu při porovnání 1. odběru rostlin ošetřených dusičnanem amonným (26,4 µmol/kg č.h.) a DAM 390 (455,8 µmol/kg č.h.). Tento trend je také patrný u serinu. U ostatních sledovaných aminokyselin, tedy glycinu a asparaginu, je oproti ošetření dusičnanem amonným patrný pozvolný nárůst jejich biosyntézy. Při ošetření rostlin dusičnanem amonným a DAMem 390 v dávce 4 gramy na nádobu (graf č. 3 a 4) nebyly po vyhodnocení nalezeny významnější rozdíly u koncentrací vybraných volných aminokyselin, což naznačuje, že dávka 2 gramů odpovídá maximu sorpční kapacity kořenů. Nicméně jsou patrné zvýšené koncentrace alaninu, glycinu a asparaginu. Také Causin and Barneix (1993) popsali rostoucí obsah vybraných aminokyselin u rostlin hnojených amonným N v porovnání rostlinami hnojenými s dusíkem nitrátovým. Také Atanasova (2008) uvádí v souladu s našimi výsledky vliv formy dusíkatého hnojiva na obsah aminokyselin v rostlinné biomase. Podle jejích výsledků došlo ke zvýšení obsahu aminokyselin po aplikaci dusičnanu amonného v porovnání s dusičnanem vápenatým. Koncentrace aminokyselin µmol/kg FW odběr 2. odběr 3. odběr 0 ALA GLY SER ASN GLN Aminokyselina Graf 1: Změny složení volných aminokyselin u kukuřice (Zea mays L., hybrid Rivaldo) při hnojení dusičnanem amonným (2g/nádoba) 267

270 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Koncentrace aminokyselin µmol/kg FW odběr 2. odběr odběr ALA GLY SER ASN GLN Aminokyselina Graf 2: Změny složení volných aminokyselin u kukuřice (Zea mays L., hybrid Rivaldo) při použití hnojiva DAM 390 (2g/nádoba) Koncentrace aminokyselin µmol/kg FW odběr 2. odběr odběr ALA GLY SER ASN GLN Aminokyselina Graf 3: Změny složení volných aminokyselin u kukuřice (Zea mays L., hybrid Rivaldo) při hnojení dusičnanem amonným (4g/nádoba) 268

271 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Koncentrace aminokyselin µmol/kg FW odběr 2. odběr odběr ALA GLY SER ASN GLN Aminokyselina Graf 4: Změny složení volných aminokyselin u kukuřice (Zea mays L., hybrid Rivaldo při použití hnojiva DAM 390 (4g/nádoba) V případě vybraných aminokyselin je patrný vliv hnojení dusíkem metodou CULTAN a rozdílná rychlost exprese proteinů transportujících jednotlivé formy dusíku, a to zejména u aminokyselin alaninu a glutaminu. Alanin a glutamin patří mezi aminokyseliny, jejichž biosyntetická dráha reaguje na přijatý dusík bezprostředně, oproti aminokyselinám glycinu a asparaginu, které jsou syntetizovány pomaleji. Kawabata a Chujo (2008) stanovili 9 aminokyselin pomocí HPLC a glutamin a asparagin tvořily rozhodující podíl z těchto aminokyselin. Podle těchto autorů je kumulace asparaginu a glutaminu spojená s asimilací dusíku jako proteinů a dalších sloučenin. LITERATURA Atanasova E. (2008): Effect of nitrogen sources on the nitrogenous forms and accumulation of amino acids in head cabbage. Plant Soil Environ. 54: Bloom A. J. (1988): Ammonium and nitrate as nitrogen sources for plant growth. Atlas of Science: Animal Plant Sci. 1: Causin H. F. and Barneix A. J. (1993): Regulation of ammonium uptake in wheat plants: effect of root ammonium concentration and amino acids. Plant Soil. 151: Hodges M., Flesch V., Gálvez S. and Bismuth E. (2002): Higher plant NADP + -dependent isocotrate dehydrogenases, ammonium assimilation and NADPH production. Plant Physiol. Biochem. 41: Kawabata S. and Chujo W. (2008): Analysis of Nitrogen and amino acid contents in cut and potted flowers of Eustoma grandiflorum. J. Japan. Soc. Hort. Sci. 77: Marschner H. (1995): Mineral nutrition of higher plants. Academic Press, London 269

272 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Owen A. G. and Jones D. L. (2001): Competition for amino acids between wheat roots and rhizosphere microorganisms and the role of amino acids in plant N acquisition. Soil. Biol. Biochem. 33: SOMMER K. ( 2005): CULTAN-Düngung. AgroConcept GmbH, Bonn Yin Z. H. and Raven J. A. (1998): Influences of nitrogen sources on nitrogen- and water-use efficiency, and carbon isotope discrimination, in C 3 Triticum aestivum and C 4 Zea mays plants. Planta 205: Production of free amino acids by maize plants in depend on form of utilizing Nitrogen Summary The effect of different fertilization systems, especially CULTAN (Controlled Uptake Long Term Ammonium Nutrition), on levels of selected amino acids (alanine, glycine, serine, asparagine and glutamine) was investigated in this study. As modeling plant was used maize (Zea mays L.) (hybrid Rivaldo) and levels of amino acids were measured by GS-MS. We found significant difference in the levels of certain amino acids. Concentration of alanine and glutamine was higher by treatment with urea ammonium nitrate solution (DAM 390) compared with individuals treated by ammonium nitrate Tato práce byla podpořena granty NAZV 1G58027 a AVOZ

273 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vliv vodního stresu na vybrané charakteristiky rajčat Předběžné sdělení Aleš Jezdinský, Mohamed Ewis Abdelaziz, Robert Pokluda, Kristína Petříková MZLU Brno, ZF v Lednici, Ústav zelinářství a květinářství, Valtická Lednice, petrk@zf.mendelu.cz SOUHRN Práce pojednává o vlivu stresu suchem u rajčat na vybrané fyziologické charakteristiky intenzitu fotosyntézy, specifickou listovou plochu, obsah sušiny a chlorofylu v listech a možnostech jeho ovlivnění přípravkem Pentakeep super. U stresované varianty byl zjištěn u prvních měření průkazně nižší obsah chlorofylu a, b, nižší hodnoty intenzity fotosyntézy a vyšší hodnoty specifické listové plochy SLA ve srovnání s variantou optimálně zavlažovanou. Pentakeep průkazně snížil specifickou listovou plochu SLA po závlaze u stresované varianty. ÚVOD Nedostatek půdní vláhy a vysoké teploty vzduchu patří mezi významné abiotické stresové faktory, které ovlivňují fyziologické pochody rostlin a v konečném důsledku i jejich výnos. U rostlin stresovaných suchem byla zjištěna snížená intenzita fotosyntézy /1,2/, snížený obsah vody v listech, menší specifická listová plocha (vyjádřena na g čerstvé hmotnosti listu) /5/. Cílem práce bylo zjištění vlivu přípravku Pentakeep super na průběh vybraných fyziologických charakteristik u rajčat, pěstovaných v podmínkách stresu suchem. MATERIÁL A METODIKA Pokus byl založen v r na pozemku Zahradnické fakulty MZLU v Lednici. Keříčková rajčata odrůdy Proton byla vysazena na pozemek ve sponu 1,1 + 0,4 x 0,3 m se dvěma hladinami závlahy. Varianta stresovaná (S) byla zavlažovaná při poklesu VVK pod 45 %, varianta optimálně zavlažovaná (O) při poklesu VVK pod 65 %. Kapková závlaha byla automaticky řízena závlahovým regulátorem, který spínal závlahu při poklesu nastavené hodnoty VVK. U stresované i optimálně zavlažované varianty byl aplikován podpůrný přípravek Pentakeep super (hlavní složkou je 5-amino-levulová kyselina, která zvyšuje syntézu chlorofylu, fotosyntetickou kapacitu, reguluje dýchání. Přípravek dále obsahuje NPK (Mg), výrobcem je COSMO OIL CO.,Japonsko) a zařazena neošetřená kontrola. Pokus byl založen ve 3 opakováních. Přípravek Pentakeep super byl použit v koncentraci 0,02 % (0,5 l /ha do 2000 l vody) termíny ošetření:1. týden po výsadbě: (5 listů na rostlině, 1.vijan, 1 květ rozkvetlý) dní po výsadbě: (6 listů, 2 květy rozkvetlé) dní po 2. aplikaci: (2 květy na 3. vijanu) 4. 7 dní po 3. aplikaci: ( začátek tvorby plodů, květ na 4. vijanu) 5. plné nasazení plodů:18.7. (1 oranžový plod na rostlině) K měření rychlosti fotosyntézy byl použit přenosný fotosyntetický přístroj LCpro+ s infračerveným analyzátorem a s listovou komůrkou. Specifická hmotnost listu byla určena jako podíl listové plochy a sušiny listu /4/ měřené na 2. listu od vegetačního vrcholu, který dosáhl délky 15 cm. Současně byl stanoven chlorofyl kolorimetrickou metodou na spektrometru Jenway při vlnové délce 662 nm pro chlorofyl a a 644 nm pro chlorofyl b. Měření jednotlivých fyziologických charakteristik probíhalo současně. 271

274 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Vliv přípravku Pentakeep na intenzitu fotosyntézy nebyl prokázán. Intenzita fotosyntézy rajčat u varianty stresované byla na počátku měření 24,99 μmol m -2 s -1 a u optimálně zavlažované 33,86 μmol m -2 s -1. U optimálně zavlažované varianty byly ve srovnání s variantou stresovanou zjištěny v prvních termínech měření průkazně vyšší hodnoty intenzity fotosyntézy. Vysoce průkazné rozdíly byly zjištěny u optimálně zavlažované varianty mezi I. a II. sérií měření. (Vliv termínu měření na intenzitu fotosyntézy zjistil např. /3/). Graf 1: Intenzita fotosyntézy u stresovaných (závlaha při 45 % VVK) a optimálně zavlažovaných (závlaha při 65 % VVK) rajčat Graf 2: Obsah chlorofylu a u stresovaných (závlaha při 45 % VVK) a optimálně zavlažovaných (závlaha při 65 % VVK) rajčat 272

275 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 3: Obsah chlorofylu b u stresovaných (závlaha při 45 % VVK) a optimálně zavlažovaných (závlaha při 65 % VVK) rajčat U stresované varianty byl zjištěn průkazně nižší obsah chlorofylu a obdobně nižší obsah i chlorofylu b. Přípravek Pentakeep neovlivnil obsah chlorofylu v listech. 12 cm 2 /g % 65% 6 I. stres, Kontrola I. stres, Pentakeep I.závlaha, Kontrola I.závlaha, Pentakeep II.závlaha, Kontrola II.závlaha, Pentakeep II. stres, Kontrola II. stres, Pentakeep Graf 4 : Specifická listová plocha SLA u stresovaných (závlaha při 45 % VVK) a optimálně zavlažovaných (závlaha při 65 % VVK) rajčat U stresované varianty byly zjištěny vyšší hodnoty specifické listové plochy (cm 2 / g sušiny listu - obdobné výsledky zjistil /3/) a vyšší obsah sušiny - graf 5. Pentakeep průkazně snížil specifickou listovou plochu po závlaze u stresované varianty. 273

276 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Rajčata polní sušina g/100g č.h % 65% I. stres, I. stres, I. závlaha, I. závlaha, II. II. II. stres, II. stres, KontrolaPentakeepKontrolaPentakeepzávlaha, závlaha, KontrolaPentakeep KontrolaPentakeep Graf 5: Obsah sušiny v listech u stresovaných (závlaha při 45 % VVK) a optimálně zavlažovaných (závlaha při 65 % VVK) rajčat LITERATURA /1/ Hnilička, P., Petr, J.:Vliv vybraných abiotických stresů na intenzitu fotosyntézy pšenice. In: Sb. z konf. Vliv abiotických a biotických stresů na vlastnosti rostlin ČZU Praha, 2002: /2/ Hnilička, P., Petr, J., Hniličková, H.:Vliv vybraných abiotických stresorů na fotosyntézu a sušin u odrůd pšenice ozimé (Triticum aestivum L.) In: Sb. z konf. Vliv abiotických a biotických stresů na vlastnosti rostlin ČZU Praha, 2004: /3/ Hniličková, H., Hejnák, V., Hnilička, F.: Sledování vlivu závlahy na fyziologické procesy u chmelu. In: Sb. z konf. Vliv abiotických a biotických stresů na vlastnosti rostlin ČZU Praha, 2002: /4/ Hunt, R. 1978: Plant Growth and Analysis. The institute of biology's studies in biology no.96. Edward Arnold, The Comelot Press Ltd, Southampton, Great Britain. /5/ Larcher, W.: Physiological plant ecology. 3. vyd. Berlin: Springer ISBN: Effect of water stress on selected characteristics of tomatoes Summary This work presents effect of water stress in tomato on selected physiological characteristics photosynthetic intensity, specific leaf area, dry weight and chlorophyll content in leaves and discuss possible effects of Pentakeep super plant conditioner. Significantly lower content of chlorophyll a and b was found within the first measurements in stress conditions, as well as lower photosynthetic activity and higher specific leaf area, if compared to optimal irrigated treatment. Pentakeep significantly decreased specific leaf area after irrigation in stressed treatment. Poděkování: Práce byla podpořena grantem QH MZe ČR 274

277 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin OVPLYVNENIE AKUMULÁCIE KADMIA SELÉNOM V RASTLINÁCH VIGNA RADIATA L. Matúš Peško, Katarína Kráľová, Elena Masarovičová Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského, Mlynská dolina, SK Bratislava, Slovenská republika; matus.pesko@gmail.com SÚHRN Študoval sa vplyv CdSO 4, CdSeO 4 a CdSeO 3 na produkčné charakteristiky (suchá hmotnosť koreňov a výhonkov) hydroponicky pestovaných klíčencov fazule mungo (Vigna radiata L.), ako aj na bioakumuláciu Cd v jednotlivých rastlinných orgánoch. Študované zlúčeniny sa aplikovali v koncentráciách 0,5-4,0 µmol dm 3. Bioakumulačné faktory (BAF) vzťahujúce sa k akumulácii Cd v koreňoch boli vyššie ako príslušné BAF stanovené pre výhonky. Najvyššie hodnoty BAF vzťahujúce sa k akumulácii kovu vo výhonkoch sa dosiahli v prípade aplikácie CdSO 4. Oxidačný stupeň Se v študovaných zlúčeninách Cd ovplyvnil príjem a translokáciu Cd v rastlinách Vigna radiata L. iba v malej miere. ÚVOD Fazuľa mungo je strukovina, ktorá sa veľmi rozšírene konzumuje hlavne v Ázii a považuje sa za plodinu s vysokou nutričnou hodnotou. (Zia-Ul-Haq et al. 2008). Wahid et al. (2008) pozorovali pri aplikácii zvýšenej koncentrácie Cd žilkovitú chlorózu listov rastlín Vigna radiata, pokles obsahu pigmentov, ako aj pokles rýchlosti čistej fotosyntézy. Títo autori na základe získaných experimentálnych výsledkov usudzujú, že Cd bráni fixácii CO 2 enzýmom Rubisco. Wahid a Ghani (2008) zistili, že zvýšené koncentrácie Cd znižovali suchú hmotnosť koreňov a výhonkov rastlín Vigna radiata, ako aj počet a plochu listov v rôznych štádiách rastu. V dôsledku stresu vyvolaného Cd sa na mladších listoch pozorovala marginálna a žilkovitá chloróza, ako aj rozptýlené nekrotické škvrny, pričom u starších listov dochádzalo k urýchleniu stárnutia. Autori tiež zistili, že akumulované Cd má toxický účinok hlavne v mezofyle, pravdepodobne v dôsledku interferencie s príjmom esenciálnych živín, čo spôsobuje redukciu rastu a úrody v rôznych štádiách rastu. U kultivarov tolerantných voči Cd bola aktivita peroxidázy a katalázy vyššia ako u kultivarov netolerantných voči Cd (Rout et al. 1999). Podobne aj u kultivarov V. radiata citlivých na Cr sa zaznamenala vyššia aktivita katalázy, peroxidázy, glukóza-6-fosfát dehydrogenázy a superoxid dismutázy (Samantary 2002). Dhir et al. (2004) pozorovali postupný nárast koncentrácie prolínu v rastlinách Vigna radiata s rastúcou koncentráciou Cd 2+. Anjum et al. (2008) potvrdili prítomnosť silného antioxidačného systému v Cd-tolerantnom genotype V. radiata, zabezpečujúceho dostatočnú ochranu pred oxidačným stresom spôsobeným Cd. Cieľom práce bolo štúdium vplyvu CdSO 4, ako aj CdSeO 4 a CdSO 3 (obsahujúcich Se v rôznych oxidačných stupňoch) na produkčné charakteristiky, ako aj na akumuláciu kadmia v rastlinných orgánoch fazule mungo (Vigna radiata L.). MATERIÁL A METÓDY Na experimenty sa použili zlúčeniny kadmia 3CdSO 4.8H 2 O, CdSeO 4 a CdSeO 3. Na kultiváciu experimentálnych rastlín sa použili semená Vigna radiata L., ktoré boli 24 h namočené v destilovanej vode a potom 3 dni klíčili na filtračnom papieri navlhčenom destilovanou vodou. Následne sa rastliny pestovali hydroponicky v kontrolovaných podmienkach (fotoperióda: 16 h svetlo/8 h tma; ph = 5,5; energia žiarenia: 80 µmol m -2 s -1 PAR; priemerná denná teplota 275

278 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vzduchu: 23 ± 0,5 o C; relatívna vlhkosť vzduchu: 80 ± 5 %): kontrolný variant v Knopovom roztoku a varianty obsahujúce v Knopovom roztoku 0,5, 1,0, 2,0, 3,0 a 4,0 µmol dm 3 testovaných zlúčenín Cd. Po 7 dňoch kultivácie sa stanovili produkčné charakteristiky rastlín (suchá hmotnosť koreňa a výhonku). Obsah Zn, Cd, resp. Se v sušine výhonkov a koreňov sa stanovil pomocou AAS (Perkin Elmer 110, USA). VÝSLEDKY A DISKUSIA Na experimenty sa použili 10-dňové klíčence V. radiata, u ktorých bolo možné predpokladať, že stresové podmienky vyvolajú už relatívne nízke koncentrácie Cd. Pri aplikácii CdSO 4 a CdSeO 4 v testovanom koncentračnom intervale 0,5-4,0 µmol dm -3 sa pozorovala redukcia suchej hmotnosti koreňov a výhonkov, pričom vyššiu mieru toxicity vykazoval CdSO 4. Korene rastlín, ktoré sa pestovali v prítomnosti vyšších koncentrácií(3,0, resp.4,0 µmol dm -3 ) všetkých troch testovaných zlúčenín Cd, boli zhnednuté. V koreňoch rastlín V. radiata akumulovaná koncentrácia Cd bola rádovo vyššia ako vo výhonkoch (obr. 1). Závislosť koncentrácie kovu vo výhonkoch od koncentrácie Cd v hydroponickom roztoku bola v prípade všetkých troch testovaných zlúčenín lineárna, v prípade koreňov sa však pozoroval polynomický priebeh závislosti, ktorý indikoval postupnú saturáciu pletív tohto rastlinného orgánu kadmiom. Z porovnania účinnosti bioakumulácie Cd v rastlinných orgánoch pri aplikácii CdSO 4 a CdSeO 4 jednoznačne vyplýva, že výmena síry za selén spôsobuje výrazné zníženie akumulácie Cd v oboch rastlinných orgánoch. Najnižšia bioakumulácia Cd v rastlinných orgánoch sa dosiahla pri aplikácii CdSeO 3, pričom je však potrebné zdôrazniť, že zmena oxidačného stupňa Se v zlúčeninách kadmia so selénom (CdSeO 3, resp. CdSeO 4 ) ovplyvňovala bioakumuláciu iba v malej miere. Cd (korene) [mg kg -1 s.h.] c [µmol dm -3 ] Cd (vyhonky) [mg kg -1 s.h.] c [µmol dm -3 ] Obr. 1. Závislosť koncentrácie Cd akumulovaného v koreňoch a výhonkoch rastlín V. radiata od koncentrácie Cd v hydroponickom roztoku (1-CdSO 4, 2-CdSeO 4, 3-CdSeO 3 ) Bioakumulačné faktory (BAF) sú definované ako pomer koncentrácie kovu v biologickom materiáli (v µmol.g -1 alebo µg.g -1 sušiny) ku koncentrácii kovu v externom prostredí (v µmol.cm -3 alebo µg.cm -3 ), zatiaľ čo hodnoty translokačného faktora (TF) udávajú podiel akumulovaného kovu vo výhonkoch a v koreňoch. Príslušné hodnoty BAF sú znázornené na obr. 2. Z obrázku je zrejmé, že hodnoty BAF vyhodnotené pre korene sa so zvyšujúcou sa koncentráciou Cd znižovali. Podobný priebeh závislosti hodnôt BAF vyhodnotených pre výhonky sme zaznamenali pri aplikácii oboch zlúčenín kadmia so selénom, v prípade aplikácie CdSO 4 boli dosahovali príslušné hodnoty BAF vysoké hodnoty v celom študovanom koncentračnom intervale. 276

279 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin BAF (korene) c [µmol dm -3 ] 1 BAF (vyhonky) c [µmol dm -3 ] Obr. 2. Závislosť BAF hodnôt vzťahujúcich sa na akumuláciu Cd v koreňoch a výhonkoch rastlín V. radiata od koncentrácie Cd v hydroponickom roztoku (1-CdSO 4, 2-CdSeO 4, 3- CdSeO 3 ) Hodnoty translokačných faktorov (TF) kadmia v rastlinách V. radiata ošetrených testovanými zlúčeninami sú uvedené v tab. 1. Z tabuľky je zrejmé, že hodnoty TF významne záviseli od aplikovanej zlúčeniny Cd a klesali v poradí CdSO 4 > CdSeO 4 > CdSeO 3. Zatiaľ čo pri aplikácii vyšších koncentrácii CdSO 4 (3, resp. 4 µmol.dm -3 ) vyše 20 % z celkového akumulovaného množstva Cd sa alokovalo vo výhonku, v prípade aplikácie CdSeO 4 bol tento podiel 14.5 % a v prípade aplikácie CdSeO 3 iba 7-8 %. Tab. 1. Hodnoty translokačných faktorov kadmia v rastlinách V. radiata ošetrených testovanými zlúčeninami c TF [µmol dm -3 ] CdSO 4 CdSeO 4 CdSeO 3 0,5 0,185 0,164 0,131 1,0 0,143 0,129 0,108 2,0 0,229 0,121 0,078 3,0 0,287 0,169 0,077 4,0 0,260 0,170 0,089 Na základe vyššie uvedených výsledkov možno konštatovať, že rastliny V. radiata sú v počiatočnom štádiu rastu relatívne citlivé na stres vyvolaný kadmiom, čo je v súlade s výsledkami viacerých autorov (Šimonová et al. 2007, Wahid a Ghani 2008). V porovnaní s CdSO 4 prítomnosť Se IV aj Se VI v zlúčeninách Cd toxický účinok znížila pravdepodobne v dôsledku vzniku nerozpustných zlúčenín Cd-Se v koreňoch (Shanker et al. 1996, Whanger 1992). Tento účinok sa výraznejšie prejavil u seleničitanu obsahujúceho selén vo forme Se IV. LITERATÚRA Anjum N. A., Umar S., Ahmad A., Iqbal M.: Responses of components of antioxidant system in moongbean genotypes to cadmium stress. Commun. Soil. Sci. Plant Anal., Vol. 39, No , 2008, pp

280 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Dhir B., Sharmila P., Saradhi P.P.: Hydrophytes lack potential to exhibit cadmium stress induced enhancement in lipid peroxidation and accumulation of proline. Aquat. Toxicol., Vol. 66, No. 2, 2004, pp Rout G. R., Samantaray S., Das P.: Differential cadmium tolerance of mung bean and rice genotypes in hydroponic culture. Acta Agr. Scan. B - Soil Plant Sci., Vol. 49, No. 4, 1999, pp Samantaray S.: Biochemical responses of Cr-tolerant and Cr-sensitive mung bean cultivars grown on varying levels of chromium. Chemosphere, Vol. 47, No. 10, 2002, pp Shanker, K., Mishra, S., Srivastava, S., Srivastava, R., Dass, S., Prakash, S., and Srivastava, M. M., Effect of selenite and selenate on plant uptake of cadmium by maize (Zea mays). Bull. Environ. Contam. Toxicol., Vol. 56, 1996, Šimonová E., Henselová M., Masarovičová E., Kohanová J.: Comparison of tolerance of Brassica juncea and Vigna radiata to cadmium. Biol. Plant., Vol. 51, No. 3, 2007, pp Wahid A., Ghani A., Javed F.: Effect of cadmium on photosynthesis, nutrition and growth of mungbean. Agronomu Sustain. Develop., Vol. 28, No. 2, 2008, pp Wahid A., Ghani A.: Varietal differences in mungbean (Vigna radiata) for growth, yield, toxicity symptoms and cadmium accumulation. Ann. Appl. Biol., Vol. 152, No. 1, 2008, pp Whanger, P. D., Selenium in the treatment of heavy metal poisoning and chemical carcinogenesis. J. Trace Elem. Electrolytes Health Dis., Vol. 6, 1992, Zia-Ul-Haq M., Ahmad M., Iqbal S.: Characteristics of oil from seeds of 4 mungbean [Vigna radiata (L.) wilczek] cultivars grown in Pakistan. J. Am. Oil Chem. Soc., Vol. 85, No. 9, 2008, pp Influence of Cd accumuation in Vigna radiata L. plants by selenium Matúš Peško, Katarína Kráľová, Elena Masarovičová, Faculty of Natural Sciences, Comenius University, Mlynská dolina, SK Bratislava, Slovenská republika; matus.pesko@gmail.com Summary Effect of CdSO 4, CdSeO 4 a CdSeO 3 on production characteristics (root and shoot dry mass) of hydroponically cultivated Vigna radiata L. as well as on Cd bioaccumulation in plant organs was investigated. The studied compounds were applied in the concentration range µmol dm 3. Bioaccumulation factors (BAF) related to Cd accumulation in the roots were higher than those determined for the shoots. The highest BAF values related to metal accumulation in the shoots were observed for CdSO 4 application. Oxidation state of Se in the studied Cd compounds did not affect the uptake and translocation of Cd in Vigna radiata L. markedly. Poďakovanie Túto prácu finančne podporila Vedecká grantová agentúra MŠ SR a SAV VEGA, grant č. 1/3489/

281 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin AKTIVITA FOTOSYSTÉMOV II V LISTOCH JABLONE POČAS LETNÝCH TEPLOTNÝCH EXTRÉMOV: ÚLOHA PODPNÍKA Peter Ferus Katedra fyziológie rastlín, Slovenská poľnohospodárska univerzita, Tr. A. Hlinku 2, Nitra, Slovenská republika, peter.ferus@uniag.sk SÚHRN Letné teplotné extrémy zasahujú do fotosyntetickej produkcie ovocných drevín na rôznych úrovniach organizácie. V tejto práci sme študovali stabilitu fotosystémov II (PS II) v listoch jabloní, a zároveň testovali možnosti jej ovplyvnenia výberom vhodného podpníka. Listy jabloní cv. Golden Delicious na veľmi bujne rastúcom podpníku A2 vykazovali výraznejšiu popoludňajšiu depresiu aktivity PS II, meranú prostredníctvom aktuálnej fotochemickej efektívnosti PS II (ΔF/Fm ) a bazálnej fluorescencie (Fo), ako u listov jabloní na veľmi slabo rastúcom podpníku M9. Táto však bola viac funkciou intenzity fotosynteticky aktívneho žiarenia ako teploty na úrovni listu a peroxid vodíka v nej pravdepodobne nezohráva kľúčovú rolu. Naše výsledky poukazujú skôr na signálnu úlohu tejto látky vo formovaní stability PS II. ÚVOD V podmienkach južného Slovenska predstavujú letné teploty znásobené pokračujúcou klimatickou zmenou (Šiška, 1999) výrazný limit fotosyntetickej produkcie ovocných drevín. Ich negatívne pôsobenie sa realizuje na úrovni vodivosti prieduchov a mezofylu (Bernacchi et al. 2002), aktivity enzýmu Rubisco (Salvucci, Crafs-Brandner, 2004) a funkcie kyslík vyvíjajúceho komplexu (Strasser et al., 2004) a významný podiel na ňom majú reaktívne formy kyslíka a odvodené radikály (Wahid et al. 2007). Kaskády prenosu signálu o teplotnom strese zahŕňajú aj látky fytohormonálneho charakteru (Vinocur, Altman, 2005), preto je na mieste otázka, ako sa zmení odolnosť fotosyntetického aparátu ovocných drevín aplikáciou pomalšie rastúceho podpníka, sprostredkujúceho väčšie množstvo signálnej kyseliny abscisovej (Kamboj et al., 1999). V tejto práci sme sa zamerali na hodnotenie stability fotosystémov II jabloní cv. Golden Delicious na kontrastne rastúcich podpníkoch A2 a M9 počas extrémne teplého letného dňa. MATERIÁL A METODIKA Ročné rastliny jablone (Malus domestica Borkh.), cv. Golden Delicious na kontrastne rastúcich podpníkoch (veľmi slabo rastúci M9 a veľmi bujne rastúci A2) pestované v externých podmienkach, v nádobách s pôdnym substrátom obohateným o základné minerálne živiny, so stabilným vodným režimom, boli v extrémne horúci letný deň ( ) ráno (8:00 hod) a popoludní (14:00 hod.) analyzované na aktivitu fotosystémov II (PS II) a produkciu peroxidu vodíka (Jena, Choudhuri, 1981) v listoch z bázy formujúcej sa koruny stromov. V rámci štúdia aktivity PS II bola hodnotená aktuálna fotochemická efektívnosť (ΔF/Fm ) na svetle a bazálna fluorescencia (Fo) meraná po 30 min zatemnenia listu v rámci rýchlej kinetiky fluorescencie (Strasser et al., 2004), parametre citlivo reagujúce na fluktuácie teplôt (meracia technika na báze fluorescencie chlorofylu a - FMS 2 a Handy-PEA, Hansatech, UK). Súčasne sme zaznamenávali intenzitu fotosynteticky aktívneho žiarenia (PAR) a teplotu listu (T L ). Štatistická analýza (ANOVA) bola vykonaná prostredníctvom aplikácie Statgraphics Plus v

282 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSIA Listy jabloní kultivaru Golden Delicious na podpníku A2 vykazovali popoludní preukazne väčšie zníženie ΔF/Fm oproti ranným hodinám ako listy stromov na podpníku M9 (Obr. 1). Na druhej strane, rýchla kinetika fluorescencie chlorofylu neodhalila okrem signifikantného nárastu Fo (Obr. 2) žiadne odlišnosti, čo je v protiklade s reakciou listov čerešne na podpníkoch s odlišnou intenzitou rastu (Goncalves et al., 2006) c c ΔF/Fm b a :30 14:30 8:30 14:30 M9 A2 Obr. 1: Aktuálna fotochemická efektívnosť PS II (ΔF/Fm ) listov jabloní cv. Golden Delicous na veľmi slabo rastúcom podpníku M9 a veľmi bujne rastúcom podpníku A2 meraná o 8:30 a 14:30 hod. (n=10, P=0,01). Napriek extrémnej teplote vzduchu, teplota na úrovni listu neprekročila 40 C. Stojí za tým pravdepodobne intenzívna transpirácia. Okrem toho, ako ukazujú naše predchádzajúce merania (Ferus et al, 2008), fotosystémy II v listoch jabloní sú výrazne odolnejšie voči vysokým teplotám ako je to v prípade bylinných druhov. Teda parameter Fo, tradične používaný pre skríning termostability PS II (Dreyer et al., 2001), rástol napriek tomu, že fotosystémy II neboli priamo zasiahnuté teplotným stresom. Podobne, aktuálna fotochemická efektívnosť je v silnejšom vzťahu s intenzitou PAR ako teplotou na úrovni listu (Obr. 3). Môže však ísť o spätno-väzobnú reakciu na poruchy na úrovni difúznych a karboxylačných procesov, ktoré sú citlivejšie ako fotosystémy (Salvucci, Crafs-Brandner, 2004). A reverzibilné zníženie aktivity PS II (Hong, Xu, 1999) bolo rozsiahlejšie u listov jabloní na veľmi bujne rastúcom podpníku A A P 2500 I Fluorescencia O J M9 8:30h A2 8:30h 500 M9 14:30h A2 14:30h Čas (ms) 280

283 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin B b a a c 500 Fo :30 14:30 8:30 14:30 M9 Obr. 2: A) Rýchla kinetika fluorescencie chlorofylu a (krivka OJIP) v listov jabloní cv. Golden Delicous na veľmi slabo rastúcom podpníku M9 a veľmi bujne rastúcom podpníku A2 meraná o 8:30 a 14:30 hod.. B) Bazálna fluorescencia chlorofylu a meraná ako súčasť rýchlej kinetiky (O) (n=10, P=0,01). Poškodenie PS II pritom zrejme nesúvisí s endogénnou produkciou peroxidu vodíka ako jednej z reaktívnych foriem kyslíka, keďže jeho vyššiu koncentráciu sme zistili v listoch jabloní na podpníku M9 (Obr. 4). Naopak, v tomto prípade pravdepodobne zohráva pozitívnu úlohu signálnej látky zabezpečujúcej zvýšenú odolnosť voči negatívnemu vývoju environmentálnych faktorov, a jeho produkcia môže byť spojená s vyššou hladinou kyseliny abscisovej (ABA) pochádzajúcej z podpníka. Nepriamym dôkazom týchto súvislostí je zvýšená aktivita peroxidáz v listoch zakrpateno rastúceho podpníka J-TE-F pozitívne korelovaná s hladinou ABA (Ferus et al., in press). Okrem toho, ABA sama má schopnosť zvýšiť odolnosť rastlín pred fotoinhibíciou (Jia, Lu, 2003). Vlastná príčina zvýšenej odolnosti fotosyntetického aparátu listov jabloní na podpníku M9 voči environmentálnym limitom nie je plne známa. Predpokladá sa však komplexné pôsobenie viacerých protekčných mechanizmov. A ΔF/Fm R 2 = R 2 = ΔF/Fm R 2 = R 2 = M9 0.1 A Intenzita PAR (μmol.m -2.s -1 ) 0.2 M9 0.1 A Teplota listu ( C) Obr. 3: Vzťah aktuálnej fotochemickej efektívnosti PS II a intenzity PAR resp. teploty na úrovni listu v extrémne teplý letný deň. 281

284 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Peroxid vodíka (μmol.g -1 FW) ab b ab a :30 14:30 8:30 14:30 M9 Obr. 4: Koncentrácia peroxidu vodíka v listoch jabloní cv. Golden Delicous na veľmi slabo rastúcom podpníku M9 a veľmi bujne rastúcom podpníku A2 o 8:30 a 14:30 hod. (n=4, P=0,01). LITERATÚRA Bernacchi C.J., Portis A.R., Nakano H., von Caemmerer S., Long S.P.: Temperature response of mesophyll conductance. Implications for the determination of Rubisco enzyme kinetics and for limitations to photosynthesis in vivo. Plant Physiol. 130, 2002, pp Dreyer, E., Le Roux, X., Montpied, P., Daudet, F. A., Masson, F. Temperature response of leaf photosynthetic capacity in seedlings from seven temperate tree species. Tree physiology, 21, 2001, pp Ferus, P., Brestič, M., Olšovská, K., Kubová A. Photosystem II thermostability of apple tree leaves: Effect of rootstock, crown shape and leaf topology. Scientific Works, vol. 27(2), 2008, pp Goncalves B., Moutinho-Pereira J., Santos A., Silva A.P., Bacelar E., Correira C., Rosa E.: Scion-rootstock interaction affects the physiology and fruit quality of sweet cherry. Tree Physiol. 26, 2006 pp Hong, S.S, Xu, D.Q. Light-induced increase in initial chlorophyll fluorescence Fo level and the reversible inanctivation of PS II reaction centres in soybeen leaves. Photosynth. Res., 61, 1999, pp Jena S., Choudhuri M.A. Glycolate metabolism of three submerged aquatic angiospermsduring aging. Aquat. Bot. 12, 1981, pp Jia H., Lu C.M. Effect of abscisic acid on photoinhibition in maize plants. Plant Sci., 165, 2003, pp Kamboj J.S., Browning G., Blake P.S., Quiulan J.D., Baker, D.A. GC-MS-SIM analysis of abscisic acid and indole-3-acetic acid in shoot bark of apple rootstocks. Plant Growth Reg. 28, 1999, pp Salvucci, M. E., Crafts-Brandner, S. J. Inhibition of photosynthesis by heat: The activation state of Rubisco as a limiting factor in photosynthesis. Physiol. Plantarum, 120, 2004, pp Strasser R.J., Tsimilli-Michael M., Srivastava A.: Analysis of a chlorophyll a fluorescence transient. In: Chlorophyll a Fluorescence: A Signature of Photosynthesis. Springer, 2004, pp Šiška, B Dôsledky klimatickej zmeny na rastlinnú výrobu (Habilitačná práca). Nitra: SPU, 117 s. Vinocur B., Altman A.: Recent advances in engineering plant tolerance to abiotic stresses: achievments and limitations. Curr. Opin. Biotech. 16, 2005, pp Wahid A., Gelani S., Ashraf M., Foolad M.R.: Heat tolerance in plants: An overview. Env. Exp. Bot. 61, 2007, pp Photosystem II activity in apple tree leaves under summer heat: Role of rootstock. Summary Summer temperature extremes affect photosynthetic production of fruit trees on different organization level. This work focuses on photosystem II (PS II) stability in apple tree leaves (cv. Golden Delicious) under such conditions, and opportunities to influence it by rootstock. Apple tree leaves on vigorous rootstock A2 exhibited significantly larger afternoon depression of PS II activity than on very dwarfing rootstock M9, as indicated by actual photochemical efficiency of PS II (ΔF/Fm ) and basal fluorescence (Fo). PS II activity decrease was more tightly associated with photosynthetic active radiation intensity than leaf temperature, and hydrogen peroxide probably did not play the key role in it. More likely, it is a signal in PS II stability formation. Poďakovanie Táto práca vznikla za podpory vedecko-technického projektu AV/1109/2004. A2 282

285 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Horská hranice lesa jako citlivý indikátor změn klimatu studie Pinus pumila (Pallas) Regel na poloostrově Kamčatka, Rusko Roman Gebauer 1, Jaromíra Dreslerová 1, Irena Fundová 2, Alexander Kohutka 2, Tomáš Koutecký 1, Daniel Volařík 1, Lada Langerová, Milena Martinková 1 1 Mendel University of Agriculture and Forestry in Brno, Institute of Forest Botany, Dendrology and Geobiocenology, Czech Republic, gebo@ .cz 2 Czech University of Life Science Prague SOUHRN Na třech lokalitách Kamčatského poloostrova byly porovnávány porosty P. pumila na základě typu a rychlosti růstu, tvaru a výšce korun a morfologie včetně histologie makroblastů a jehlic. V rámci tohoto porovnání je významné zjištění většího nárůstu makroblastů za posledních dvacet let především u P. pumila rostoucí na horní hranici lesa. Přepokládáme, že příčinou je postupné zvyšování průměrných teplot v posledních letech a tím i delší vegetační období. Jehlice P. pumila se na odlišné mikroklimatické podmínky (orientace svahu, větrné poměry, teplotní aj.) přizpůsobují změnou v anatomické stavbě (plocha příčného řezu, plocha centrálního válce, plocha a počet pryskyřičních kanálků) spíše než morfologickou změnou (plocha, délka a šířka). ÚVOD Borovice zakrslá (Pinus pumila (Pall.) Regel) je pomalu rostoucí, dlouhověká (přes 350 let) dřevina keřovitého vzrůstu (Khomentovsky 2004), která je fyziognomicky podobná borovici kleči (Pinus mugo Turra.). Borovice zakrslá se přirozeně vyskytuje při horní hranici lesa ve východní Sibiři, Mandžusku, Koreji a Japonsku (Molozhnikov 1975). Je známo, že horní hranice lesa slouží jako důležitý indikátor ekologické integrity krajiny, a jako bioindikátor nežádoucích změn (Lucien et al In: Khomentovsky 2004). Cílem práce je na základě anatomicko-morfologická studie zjistit rozdíly u P. pumila rostoucí na poloostrově Kamčatka v různých nadmořských výškách. Detailní výzkum je potřebný z důvodu poznání ekologických adaptací P. pumila jako dřeviny, která díky svým vlastnostem přežívá a je vitální v nepříznivých ekologických podmínkách (Khomentovsky 2004). Navíc tyto údaje mohou posloužit k posuzování změn klimatu. MATERIÁL A METODY Popis lokalit Na území poloostrova Kamčatka byly vybrány tři lokality lišící se nadmořskou výškou a expozicí. Lokalita A se nacházela v 800 m.n.m ( ,3 s.š.; v.d.), lokalita B v 1173 m.n.m. ( ,5 s.š.; ,9 v.d.), a třetí lokalita C v 800 m.n.m ( ,57 s.š.; ,37 v.d.). Na lokalitách A rostla P. pumila na svahu s jihozápadní expozicí, na lokalitě B na svahu se západní expozicí a na lokalitě C na svahu s jihovýchodní expozuicí. Lineární přírůst u makroblastů Na lokalitách A a B byla u 15 terminálních větví zjištěna dynamika lineárního přírůstu (MLI; Khomentovsky 2004) v posledních 20-ti letech. Zjištěné údaje byly rozděleny na tři období ( , a ) a v těchto obdobích byl zjištěn průměrný lineární přírůst. 283

286 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Plošná hustota listoví Pro analýzu plošné hustoty listoví byl z 30-ti terminálních větví na lokalitách A a C odebrán první ročník jehlic. Část materiálu (jehličí) byla v čerstvém stavu fixována v FAA Z těchto vzorků byla zjištěna plošná hustota listoví (specific leaf weigth (SLW) (g.m -2 ) (Čermák 1996, Temesgen, Weiskittel 2006). Anatomická stavba jehlic Pro poznání histologické stavby byly na lokalitách A a C odebrány z třiceti terminálních větví vzorky prvního ročníku jehlic. Odebrané vzorky nadzemních systémů byly fixovány v roztoku FAA. Středem jehlic byly provedeny příčné řezy pro histologii. U jednotlivých ročníků jehlic byla zjištěna celková plocha průřezu pryskyřičných kanálků (měřená i s epitelovými buňkami), plocha centrálního válce jednotlivých ročníků jehlic (měřená i s endodermisem) a celková plocha příčného řezu jehlicí. Statistika Pro zjištění rozdílů mezi lokalitami byl použit F-test a t-test. Porovnávali jsme rozdíly mezí počtem pryskyřičných, procentickým zastoupení pryskyřičných kanálků a centrálního válce na lokalitách A a C. Statistická analýza byla provedena použitím programu R (R Development Core Team 2007). VÝSLEDKY A DISKUSE Lineární přírůst u makroblastů Metoda měření lineárního přírůstu (MLI) u borovic přináší dobré výsledky i tehdy, roste-li druh v nepříznivých podmínkách (Sano et al. 1977, Khomentosky 2004). Z měření délek přírůstu na terminálních větvích v jednotlivých letech bylo zjištěno, že průměrný přírůst na lokalitě A byl průměrný přírůst makroblastů v období od roku mm, od roku mm (nárůst o 6 % oproti předchozímu období) a v posledním období ( ) 75 mm (nárůst o 4 % oproti předchozímu období). Na lokalitě B byl v období roků mm, od roku mm (nárůst o 8 % oproti předchozímu období) a v posledním období ( ) došlo k značnému prodloužení letorostů na 35 mm (nárůst o 21 % oproti předchozímu období) (obr. 1). Významný nárůst MLI v posledním letech obzvláště u P. pumila rostoucí na lokalitě B může být způsoben nárůstem teplot v průběhu vegetačního období a také prodloužením vegetačního období. P. pumila rostoucí na lokalitě A je vystavována extrémnímu klimatu a v takovém prostředí dřeviny reagují na změnu mnohem citlivěji. Pro posouzení příčin nárůstu MLI u P. pumila rostoucí na poloostrově Kamčatka bude proto třeba vyhodnotit klimatické údaje dané oblasti v uvedených obdobích. Plošná hustota listoví (SLW) Plošná hustota listoví u prvního ročníku jehlic byla na lokalitě A (216 g.m -2 ) menší s porovnáním s lokalitou C (227 g.m -2 ). Tyto rozdíly jsou však statisticky nevýznamné. Protože obecně SLW narůstá se zvyšující se intenzitou světla (Čermák 1996), menší hodnota SLW na lokalitě A může souviset se severovýchodní orientací svahu. Pokles SLW s úbytkem světelného záření u P. pumila zjistil také Kajimoto (1989). Při porovnání ploch, délek a šířek prvního ročníku jehlic z lokalit A a C vychází, že jehlice borovice zakrslé na lokalitě A jsou menší a užší oproti lokalitě C. Tyto rozdíly jsou statisticky nevýznamné (obr. 2). Anatomická stavba jehlic a prýtů Plocha příčného řezu jehlicí a centrálního byla u prvního ročníku na lokalitě A větší oproti lokalitě C (obr. 3). Pro lokalitu A byly typické tři pryskyřičné kanálky a pro lokalitu C dva pryskyřičné kanálky. Průměrná celková plocha pryskyřičných kanálků v jehlicích byla na 284

287 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin lokalitě A o 30 % vyšší oproti lokalitě C (obr. 3). Oproti plochám, šířkám a délkám jehlic jsou rozdíly u všech zmiňovaných anatomických charakteristiky (plocha příčného řezu jehlicí, plocha centrálního válce, počet pryskyřičných kanálků, průměrná plocha pryskyřičných kanálků) statisticky významné. Khomentovsky (2004) zmiňuje u popisu P. pumila pouze dva pryskyřičné kanálky. Námi zjištěné hodnoty průměrné plochy pryskyřičných kanálků jsou v rozmezí hodnot zjištěných u jehlic P. pumila rostoucí na poloostrově Svatý Nos (Gebauer et al. 2008). 1.období Obr. 1 Roční lineární přírůst makroblastů u Pinus pumila (Pallas) Regel. v období let 1984 až Hodnoty z lokalit A a B jsou proloženy lineární regresí (Kamčatský poloostrov, Rusko) Obr. 2 Porovnání ploch, délek a šířek prvního ročníku jehlic z lokalit A a C. Rozdíly jsou statisticky nevýznamné (Kamčatský poloostrov, Rusko) Obr. 3 Porovnání plochy příčného řezu jehlicí, plochy centrálního válce a celkové plochy pryskyřičných kanálků v prvním ročníku jehlic z lokalit A a C. Rozdíly jsou statisticky významné (Kamčatský poloostrov, Rusko) 285

288 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Čermák J. (1996). Leaf distribution in large trees and stands of the floodplain forest in souher Moravia. Tree Physiology Gebauer R., Funda T., Fundová I., Kohutka A., Kašíková V., Klapetek V., Martinková M., Anenchonov O., Razubaev A. (2008): Pinus pumila (Pallas) Regel -- anatomy and morphology of two ecotypes International conference Ecology and diversity of forest ecosystems in the Asiatic part of Russia, Kostelec nad Černými lesy. Brno: MUAF, p Kajimoto T. (1989): Aboveground biomass and litterfall of Pinus pumila scrubs growing on the Kiso moutain range in central Japan. Ecological Research. 4: Khomentovsky PA (2004): Ecology of The Siberian Dwarf Pine (Pinus pumila (Palls) Regel) On Kamchatka (General Survey). Science Publishers. 226 pp. ISBN Molozhnikov VN (1975): Kedrovyi stlanik gornykh landshaftov Severnogo Pribaikaliya [Pinus pumila of Moutain Landscapes of Northern Part of the Western Coast of Lake Baikal]. Moscow, 203 pp. Sano Y., Matano T., Ujhara A. (1977): Growth of Pinus pumila and climate fluctuation in Japan. Nature, 266 (5598): Temesgen H., Weiskittel A.R. (2006). Leaf mass per area relationships across light gradients in hybrid spruce crowns. Tress 20: The mountain forest limit as a sensitive indicator of climate change a study of Pinus pumila (Pallas) Regel in Kamchatka Peninsula (Russia) Summary In the Kamchatka Peninsula, three sites were selected, differing in altitude; 800 m (locality A), 1173 m (locality B) and 800 m (locality C). P. pumila stands were compared on the basic of growth increment, anatomy and morphology of needle and shoot. We found that measurements on macroblasts in linear increments were suitable for the determination of growth dynamics over the period of last twenty years. It was found that these increments increased, especially at the locality B, over the last years compared to the previous years. We hypothesise that the main causes of this phenomenon are higher temperatures during the present growing season, and hence prolonged vegetative season. P. pumila needles are able to adapt on the different microclimatic condition (slope orientation, wind and temperature condition and other) due to changes in the anatomy structure (cross-section area, central cylinder area, resin duct area) rather than changes in the morphology structure (needle area, needle length, needle width). Poděkování Autoři děkují za podporu při řešení dané problematiky firmě HUMI Outdoor, správě Bystrinského přírodního parku, projektů Monitoring Pinus pumila (Pall.) Regel v areálu přirozeného rozšíření a MSM

289 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin BIOCHEMICKÉ ASPEKTY ÚČINKOV OLOVA, KADMIA A ARZÉNU NA KORENE SÓJE FAZUĽOVEJ Beáta Piršelová 1, Roman Kuna 1, Anna Gogoláková 1, Ildikó Matušíková 2 1 Katedra botaniky a genetiky, UKF Nitra, Nábrežie mládeže 91, Nitra, bpirselova@ukf.sk 2 Ústav genetiky a biotechnológií rastlín SAV, Akademická 2, P.O. Box 39A, Nitra SÚHRN Vplyv iónov olova (500 mg.l -1 Pb 2+ ), kadmia (300 mg.l -1 Cd 2+ ) a arzénu (100 mg.l -1 As III ) na korene sóje fazuľovej (Glycine max cv. Korada) sme sledovali po 48 hodinách inkubácie koreňov klíčiacich rastlín v roztokoch ťažkých kovov. Okrem stanovenia citlivosti koreňov na ióny ťažkých kovov sme sa zamerali na mieru oxidatívneho poškodenia buniek a zmeny v aktivite β-1,3-glukanáz. Zníženie hmotnosti koreňov vplyvom ťažkých kovov štatisticky významne korelovalo (r=-0,97, P<0,001) s mierou poškodenia bunkových membrán. Štatisticky významnú mieru lipidovej peroxidácie sme zaznamenali v prípade olova a arzénu. Vplyvom iónov olova a kadmia došlo ku zvýšeniu aktivity β-1,3-glukanáz o 47% a 6%, vplyvom arzénu ku zníženiu aktivity enzýmu o 34%. ÚVOD Rastliny disponujú širokou škálou obranných mechanizmov voči rôznym abiotickým stresorom. Významnú úlohu v tolerancii rastlín na ťažké kovy zohrávajú bunková stena a cytoplazmatická membrána buniek koreňov, ktoré sa dostávajú väčšinou ako prvé do kontaktu s iónmi kovov. Je známe, že vplyvom ťažkých kovov dochádza ku zmenám v bunkovej stene (lignifikácia, ukladanie kalózy) prostredníctvom rôznych hydrolytických enzýmov (Široká a kol., 2004). Tieto zmeny vedú väčšinou k spevneniu bunkovej steny a vytvoreniu bariéry pre vstup ťažkých kovov do buniek. Glukanázy sú hydrolytické enzýmy, ktoré katalyzujú štiepenie väzieb 1,3-β-glukánu, významnej zložky bunkovej steny rastlín a húb. V rastlinách sa β-1,3-glukanázy indukujú v procese obrany rastliny proti patogénom (Leubner-Metzger, 2003). Posledné štúdie ukazujú, že zohrávajú úlohu aj pri mnohých fyziologických a vývinových procesoch neinfikovaných rastlín (Leubner-Metzger, 2003). Navyše sa tieto enzýmy zúčastňujú obranných procesov rastlín vyvolaných rôznymi abiotickými stresormi. Ich syntézu indukovala aj prítomnosť hliníka a lítia (Cruz-Ortega a kol., 1993) a pravdepodobne sa zúčastňujú modifikácie komponentov bunkovej steny za daných podmienok. Zmeny v aktivite glukanáz vplyvom ťažkých kovov boli sledované najmä v rôznych mikroorganizmoch, oveľa menej v pletivách vyšších rastlín. Ich úloha v odpovedi rastlín na ťažké kovy však doteraz nie je jednoznačne preukázaná. Cieľom našich analýz je doplniť poznatky o toxických účinkoch ťažkých kovov na korene sóje fazuľovej a poukázať na možnú úlohu β-1,3-glukanáz v obranných procesoch sóje voči iónom ťažkých kovov. MATERIÁL A METODIKA Sterilizované semená sóje fazuľovej (Glycine max cv. Korada) boli nakličované na Petriho miskách na dvojitej vrstve filtračného papiera navlhčeného destilovanou vodou v tme pri 25 ºC. Korene klíčiacich rastlín s približne rovnakou dĺžkou (5-8 mm) boli prenesené do 287

290 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin nových Petriho misiek a vystavené účinkom olova (500 mg.l -1 Pb 2+ ), kadmia (300 mg.l -1 Cd 2+ ) a arzénu (100 mg.l -1 As III ). Kontrolnú vzorku tvorili korene nakličované v destilovanej vode. Po 48 hodinách inkubácie bol z koreňov rastlín izolovaný bielkovinový extrakt (Hurkman a Tanaka, 1986), v ktorom sme merali aktivitu β-1,3-glukanáz fluorimetricky využitím substrátu laminarínu (Siefert a kol., 1997). Toxický účinok kovov na korene sóje sme detekovali spektrofotometrickým meraním viability buniek pomocou Evansovej modrej (Baker a Mock, 1994) a histochemickou detekciou miery lignifikácie (Jensen, 1962). Mieru lipidovej peroxidácie sme merali spektrofotometricky podľa Karabal a kol. (2003). Všetky experimenty boli uskutočnené minimálne v troch nezávislých opakovaniach. Získané číselné údaje boli štatisticky vyhodnotené Studentovým t-testom. VÝSLEDKY A DISKUSIA Toxický účinok iónov olova, kadmia a arzénu na korene sóje fazuľovej potvrdilo meranie hmotnosti koreňov a testovanie viability buniek koreňov. Inhibícia rastu koreňov štatisticky významne korelovala s narušením bunkových membrán (r = -0,97, P<0,001), pričom vyššiu mieru toxicity prejavili ióny kadmia a arzénu (Obr. 2). Po histochemickom farbení sa na koreňoch prejavili ďalšie symptómy toxicity kovov zvýšená lignifikácia a lipidová peroxidácia (Obr. 1a, b). K Pb Cd As K Pb Cd As a b Obr. 1. Histochemická detekcia miery lignifikácie (a) a lipidovej peroxidácie membrán (b) na koreňoch kontrolných vzoriek (K) a koreňoch ovplyvnených iónmi olova (Pb), kadmia (Cd) a arzénu (As). Induckia týchto procesov sa prejavuje intenzívnejším zafarbením pletív koreňov. Ku zvýšenej peroxidácii lipidov bunkovej membrány dochádza prostredníctvom zvýšenej tvorby H 2 O 2 ako prejavu vznikajúceho oxidatívneho stresu. Miera peroxidácie lipidov bunkovej membrány často koreluje s toxicitou kovu (Savinov a kol., 2007). Syntéza lignínu v bunkových stenách je všeobecným obranným mechanizmom rastlín voči rôznym stresovým faktorom, ktorý vedie k zabráneniu ďalšieho poškodenia buniek. Väzba ťažkých kovov k lignínu pravdepodobne predstavuje ďalší mechanizmus zníženia toxického účinku kovu. V našom experimente histochemické farbenia koreňov naznačili zvýšenú mieru lignifikácie a lipidovej peroxidácie najmä vplyvom kadmia. Kvantitatívne stanovenie miery lipidovej peroxidácie však poukázalo na najvyššiu mieru oxidatívneho stresu vplyvom arzénu (Obr. 2). Zdanlivo rozporuplné výsledky histochemického farbenia koreňov (Obr. 1b) a kvantitatívnych meraní miery lipidovej peroxidácie (Obr. 2) môžu súvisieť s tým, že v prípade histochemického farbenia je H 2 O 2 detekovaný iba na povrchu koreňov. 288

291 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Priemerná hmotnosť koreňov Príjem Evansovej modrej (g) 0,2 0,2 0,1 0,1 ** *** Absorbancia (nm) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 ** *** *** 0,0 K Pb 500 Cd 300 As K Pb 500 Cd 300 As 100 Lipidová peroxidácia Aktivita glukanáz násobok kontroly 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 * ** násobok kontroly 2 1,5 1 0,5 ** * * 0,0 K Pb 500 Cd 300 As K Pb 500 Cd 300 As 100 Obr. 2. Biochemické aspekty účinkov olova, kadmia a arzénu na korene sóje fazuľovej. Príjem Evansovej modrej zodpovedá miere poškodenia cytoplazmatickej membrány buniek koreňov a miera lipidovej peroxidácie nepriamo poukazuje na hladinu H 2O 2 v koreňoch sóje. Dávky kovov sú vyjadrené v mg.l -1. Hodnoty zodpovedajú priemeru ± SE, (n=3-5). Hladiny významnosti rozdielov: * P<0,05; ** P<0,01; *** P<0,001. K - kontrola Na prestavbe bunkovej steny vplyvom ťažkých kovov sa pravdepodobne zúčastňujú aj β-1,3-glukanázy. Ich aktivita sa vplyvom olova zvýšila oproti kontrole o 47%, vplyvom kadmia o 6% a vplyvom arzénu sa znížila o 34% (Obr. 2). Úloha β-1,3-glukanáz v podmienkach stresu ťažkými kovmi nie je známa. Zvýšená aktivita tohto enzýmu vplyvom kovov je zdanlivo v rozpore so skutočnosťou, že sa tieto enzýmy zúčastňujú rozkladu β-glukánu (kalózy) v bunkovej stene, nakoľko vplyvom kovov dochádza ku zvýšeniu a nie ku zníženiu množstva kalózy (Cruz-Ortega a kol., 1995). Tento predpoklad bude možné overiť meraním množstva kalózy v bunkových stenách sóje v rovnakých experimentálnych podmienkach ako boli zvolené pre meranie aktivity glukanáz. ZÁVER Korene klíčiacich rastlín sóje prejavili vysokú citlivosť voči zvoleným dávkam olova, kadmia a arzénu. Popri narušení cytoplazmatickej membrány buniek došlo ku zvýšenej peroxidácii lipidov bunkovej membrány najmä vplyvom arzénu ako dôsledok oxidatívneho poškodenia bunkových membrán. Zvýšená lignifikácia pletív koreňov je prejavom obranných mechanizmov, ktoré nastávajú v bunke vplyvom iónov ťažkých kovov. Výsledky merania aktivity β-1,3-glukanáz v bielkovinových extraktoch koreňov sóje poukazujú na to, že tieto enzýmy sú aktívnou zložkou obranných procesov rastlín voči ťažkým kovom. Ďalšie hĺbkové štúdie týchto molekúl by mohli prispieť k objasneniu možných mechanizmov podieľajúcich sa na zvyšovaní odolnosti rastlín voči toxickým kovom. 289

292 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATÚRA Baker C.J., Mock N.M.: An improved method for monitoring cell death in cell suspension and leaf disc assays using Evans blue. Plant Cell Tissue Culture, 39, 1994, Cruz-Ortega R.M., Cushman J.C., Ownby J.D.: Nucleotide sequence of cdna for a 1,3-betaglucanase associated with aluminum toxicity in wheat roots. Plant Physiology, 109, 1995, p Hurkman W.S., Tanaka C. K.: Solubilization of plant membrane proteins for analysis by twodimensional gel electrophoresis. Plant physiology, 81, 1986, Jensen W.H.: Botanical histochemistry. San Francisco: WH Freeman and Company, Karabal E., Yücel M., Öktem H.A.: Antioxidant responses of tolerant and sensitive barley cultivars to boron toxicity. Plant Science, 164, 2003, Leubner-Metzger G.: Functions and regulation of ß-1,3-glucanases during seed germination, dormancy release and after-ripening. Seed Science Research, 13, 2003, Savinov A.B., Kurganova L.N., Shekunov Y.I.: Lipid peroxidation rates in Taraxacum officinale Wigg. and Vicia cracca L. from biotopes with different levels of soil pollution with heavy metals. Russian Journal of Ecology, 38, 2007, Siefert F., Grossmann K.: Induction of chitinase and β-1,3-glucanase activity in sunflower suspension cells in response to an elicitor from Phytophthora megasperma f. ap. Glycinea. Evidence for regulation by ethylene and 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid. Journal of Experimental Botany, 48, 1997, Široká B., Huttová J., Tamás L., Šimonovičová M., Mistrík, I.: Effect of cadmium on hydrolytic enzymes in maize root and coleoptile. Biologia, Bratislava, 59, 2004, Biochemical aspects of lead, cadmium and arsenic effects on roots of soybean Summary Activity of β-1,3-glucanase in roots of Glycine max cv. Korada, treated with lead (500 mg.l -1 Pb 2+ ), cadmium (300 mg.l -1 Cd 2+ ) and arsenic (100 mg.l -1 As III ) was studied in context of heavy metal impact on plant tissue. In addition, changes in cell viability, lipid peroxidation and lignification were analyzed. Two days after application of heavy metals on roots, strong damage of plasma membrane was observed in all tested plants as a typical symptom of heavy metal toxicity. Further, enhanced lignification in roots indicated formation of a barrier against metal entrance. Changes in activity of glucanases detected through fluorimetry might also reflect to some additional function in the mechanism of metal tolerance in plant. Poďakovanie Práca bola vypracovaná v rámci riešenia projektu VEGA grant 2/0011/08, a COST akcie FA

293 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin STABILITA ÚRODY ZRNA DOMÁCICH A ZAHRANIČNÝCH ODRÔD OZIMNEJ PŠENICE Alžbeta Žofajová, Martin Užík SCPV Výskumný ústav rastlinnej výroby, Bratislavská 122, Piešťany, Slovensko, e mail: zofajova@vurv.sk SÚHRN V poľnom pokuse v rokoch 2004/05 a 2005/06 bolo na 3 hladinách N hnojenia (N1 = 0 kg, N2 = 100 kg, N3 = 200 kg.ha -1 ) skúšaných 12 odrôd ozimnej pšenice, z ktorých 7 pochádzalo zo zahraničia (Srbsko, Francúzsko, Švajčiarsko). Hodnotila sa reakcia odrôd na podmienky prostredia a efektívnosť využitia N hnojenia v úrode zrna. Optimálna dávka N v priemere bola 100 kg.ha -1. V priaznivom roku dávka 200 kg N.ha -1 znižovala úrodu zrna a v nepriaznivom roku len niektoré odrody mali vyššiu úrodu zrna pri N3 než pri N2 hnojení. Medzi odrodami boli rozdiely v reakcii na N hnojenie, srbské odrody Europa, Pobeda, Zlatka a slovenská odroda Axis mali najvyššiu úrodu zrna pri N3, a naopak odrody Malyska, Vanda a Petrana mali na variante N3 nižšiu úrodu zrna než na N1 a N2. Odrody Renan a Tamaro nereagovali významnejšie na N hnojenie ani v jednom roku. Ich odlišnú reakciu od ostatných odrôd naznačil regresný koeficient. Tieto a ďalšie odrody sú vhodné pre ekologické hospodárenie, pretože poskytovali dostatočné úrody aj pri nízkej intenzite hnojenia. ÚVOD Klimatické podmienky významne modifikujú úrodu zrna, jej stabilitu a kvalitu a to aj v priaznivých intenzívnych agrotechnických podmienkach. Určujúcu úlohu v udržateľnej produkcii pšenice zohráva vhodný výber odrôd, zásoba živín v pôde, optimálna výživa, ktorou je možné redukovať nepriaznivé agroekologické a poveternostné vplyvy (Ágoston, Pepó 2005). Pšenica patrí medzi plodiny s dobrou responsibilitou na hnojenie dusíkom a vo väčšine výskumov sa získala pozitívna reakcia na zvyšovanie dávok dusíka. Odporúčané optimálne dávky sa líšia podľa lokality a odrôd. Cieľom predloženej práce bolo zistiť reakciu odrôd z rôznych geografických oblastí na podmienky prostredia a efektívnosť využitia N hnojenia v úrode zrna. MATERIÁL A METODIKA Vo vegetačných rokoch 2004/05 a 2005/06 boli vo VÚRV Piešťany, pracovisko Borovce, metódou α design založené pokusy s 12 odrodami pšenice letnej f. ozimnej, na 3 hladinách N hnojenia (N1 = 0 kg N.ha -1, N2 = 100 kg N.ha -1, N3 = 200 kg N.ha -1 ) a v 3 opakovaniach, zberová plocha parcely bola 5 m 2. Súbor pozostával zo siedmych zahraničných odrôd (Europa, Nevesinjka, Pobeda, Zlatka, Sonata zo Srbska, Renan z Francúzska, Tamaro zo Švajčiarska) a z piatich domácich odrôd (Ilona, Malyska, Vanda, Petrana, Axis). Pred sejbou pokusov, na základe pôdneho rozboru, boli zapravené P a K hnojivá vo forme superfosfátu (26 % P 2 O 5 ) a síranu draselného (60 % K 2 O) v dávkach 50 a 200 kg.ha -1. N hnojivá boli na hladinách N2 a N3 aplikované v delených dávkach v troch termínoch a to pri N2 v pomere kg N.ha -1 a pri N3 v pomere kg N.ha -1, pričom 1. termín bol v polovici marca, 2. termín v polovici apríla a 3. termín na konci prvej dekády mája. N bol aplikovaný vo forme liadku amónno vápenatého (27,5 % N) v 1. a v 2. termíne a vo forme liadku vápenatého (15,5 %) v

294 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin termíne. V priebehu vegetácie boli pozorované obligátne znaky, predmetom hodnotenia je úroda zrna. Údaje boli spracované programom Statgrafics plus for Windows. VÝSLEDKY A DISKUSIA Variabilita úrody zrna bola významne podmienená rokom, N hnojením a odrodou, pričom najväčším zdrojom variability boli roky a najmenej sa na rozdieloch podieľalo N hnojenie (tabuľku analýzy rozptylu neuvádzame). Zatiaľ čo v roku 2005 bola úroda zrna 8,42 t.ha -1, v roku 2006 poklesla na 6,73 t.ha -1 t.j. o 20 %. Porovnanie priebehu teploty a najmä zrážok v oboch rokoch od sejby po zber ukázalo, že rozdiely boli v období sejby a v období nalievania zrna (tab. 1). Vo vegetačnom roku 2004/05 boli priaznivé podmienky pre vzchádzanie a tiež v období nalievania zrna boli priaznivé teplotné a zrážkové pomery. Vo vegetačnom roku 2005/06 na jeseň v dôsledku sucha v októbri a prvých dvoch dekádach novembra pšenica vzchádzala veľmi nerovnomerne. Tiež suché obdobie v prvých dvoch dekádach júna a vysoké teploty v júni a v prvej dekáde júla sa nepriaznivo prejavili v nízkej úrode zrna. V roku 2006 celkové množstvo zrážok v tomto období bolo síce vyššie, než v roku 2005, avšak až 120 mm zrážok spadlo v priebehu niekoľkých dní. Vplyv N na úrodu zrna bol významný, ale málo efektívny. V priaznivom roku 2005 najvyššia úroda zrna bola pri dávke 100 kg N.ha -1 čo bolo oproti N1 zvýšenie o 4,3 % (tab. 2), avšak pri dávke 200 kg N.ha -1 došlo k redukcii úrody zrna oproti variantu N2 o 3,8 %. V klimaticky menej priaznivom roku 2006 v úrode zrna neboli rozdiely medzi variantmi N2 a N3 avšak zvýšenie pri dávke N2 oproti N1 predstavovalo až 15,9 %. Opakovane sa potvrdilo, že v našich ekologických podmienkach na pôdach dostatočne zásobených živinami, vyššie dávky ako 100 kg N.ha -1 sú málo efektívne pre úrodu zrna (Užík et al. 2008a, Užík et al. 2008b), čo odpovedá údajom z literatúry (Cui et al. 2006, Khalifa 2005). V úrode zrna boli medzi odrodami významné rozdiely (tab. 2, obr. 1). Najvyššiu priemernú úrodu zrna mala odroda Vanda (8,08 t.ha -1 ) a zo zahraničných odrôd Sonata (8,04 t.ha - 1 ). Najnižšiu úrodu mali odrody Zlatka a Tamaro. Hoci väčšina odrôd najvyššiu úrodu zrna dosiahla pri dávke N2 (obr. 2), tri odrody Europa, Pobeda, Zlatka a slovenská odroda Axis mali najvyššiu úrodu zrna pri N3, a naopak odrody Malyska, Vanda a Petrana mali na variante N3 nižšiu úrodu zrna než pri N1 a N2. Napriek tomu, že odrody pochádzali z geograficky odlišných oblastí na podmienky rokov reagovali všetky odrody podobne, alebo rozdiely v reakcii odrôd na roky, teda na nedostatok vlahy v období vzchádzania a nalievania zrna neboli pre úrodu zrna významné. Významná bola interakcia odroda x N hnojenie, ktorú analyzujeme podrobnejšie. Na charakterizáciu reakcie odrôd na prostredie sa využívajú parametre stability (Užík 1995) (tab. 2). Odrody sa významne líšili regresnými koeficientmi, t.j. regresiou úrody zrna na úrodnosť prostredia charakterizované priemernou úrodou všetkých odrôd. Prostredie vytvorené kombináciou rok x varianty N hnojenia sa diferencovalo od 6,11 t.ha -1 do 8,76 t.ha -1, nie N hnojením ale podmienkami rokov. Z toho dôvodu regresný koeficient necharakterizuje reakciu odrody na N hnojenie, ale naznačuje, že odrody (Nevesinjka, Ilona a Petrana) s vysokým koeficientom regresie sa významne líšia od priemeru ostatných odrôd v reakcii na prostredie. Reakcia na N hnojenie sa môže vyjadriť názornejšie v % variantu N1 (tab. 2). V oboch rokoch najvyššiu úrodu zrna dosiahli pri N3 hnojení len odrody Pobeda a Zlatka (obr. 2), pričom prvá z nich dosahovala len priemernú úrodu a odroda Zlatka mala podpriemernú úrodu (tab. 2). Vysokú úrodu zrna dosahovala odroda Zlatka len pri vysokých dávkach N (obr. 2). Úrodu zrna determinoval genetický potenciál viac ako N hnojenie. 292

295 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Takmer všetky odrody pozitívnejšie reagovali na N v roku 2006 než v roku 2005, okrem odrôd Renan a Tamaro, ktoré nereagovali významnejšie na N hnojenie ani v jednom roku (tab. 2). Ich odlišnú reakciu od ostatných odrôd naznačil regresný koeficient. Tieto a ďalšie odrody sú vhodné pre ekologické hospodárenie, pretože poskytovali dostatočné úrody aj pri nízkej intenzite hnojenia (obr. 2). Niektoré zo skúšaných odrôd zo Srbska boli vyšľachtené v programe low input a odroda Renan je vo Francúzsku modelovou odrodou v systéme pestovania s redukovanými inputmi (Roberts et al. 2001). Tab. 1 Teplota a zrážky vo vegetačných rokoch 2004/05 a 2005/06 Mesiac Zrážky (mm) Teplota ( C) Normál 2004/ /06 Normál 2004/ /06 október 42,0 61,4 10,2 9,3 12,22 10,89 november 43,6 46,5 48,0 3,4 5,20 3,68 december 44,0 33,3 69,5-0,3 0,96-0,33 január 33,7 39,9 56,1-1,8-0,48-4,82 február 27,0 51,6 30,1 0,1-2,36-2,51 marec 28,6 7,0 25,3 4,5 3,01 2,10 apríl 37,1 91,2 52,7 9,2 11,45 11,53 máj 55,5 33,5 66,5 14,6 15,62 14,75 jún 68,2 33,7 136,2 17,4 18,18 18,99 júl 57,0 96,9 0,5 19,2 20,44 22,96 Odroda x (t.ha -1 ) Tab. 2 Úroda zrna a jej stabilita b 2004/ /06 N1 N2 N3 N1 N2 (t.ha -1 ) (N1=100 (N1=100 (t.ha -1 ) (N1=100 N3 (N1=100 %) %) %) %) Europa 7,47 abcd 0,908 7,68 101,8 97,8 6,12 103,3 119,7 Nevesinjka 7,48 abcd 1,517 7,43 113,1 108,1 5,30 138,84 123,1 Pobeda 7,73 d 0,632 6,73 118,2 120,6 6,23 119,5 125,6 Zlatka 6,50 ab 0,984 6,05 109,6 115,5 4,39 142,3 157,4 Sonata 8,04 cd 0,828 8,37 98,9 89,6 6,66 113,9 117,0 Renan 7,52 abcd 0,702 7,65 104,6 91,0 6,55 107,0 107,2 Tamaro 6,77 ac 0,859 7,03 103,8 97,2 5,85 107,3 93,9 Ilona 7,82 d 1,299 7,45 125,1 106,2 6,37 105,2 112,7 Malyska 7,98 bd 0,820 9,09 87,9 78,8 6,92 114,1 96,3 Vanda 8,08 d 0,935 9,16 93,2 74,9 7,03 108,7 98,7 Petrana 7,52 cd 1,579 8,56 96,3 86,3 5,47 133,2 117,5 Axis 7,97 d 0,937 7,71 109,1 105,8 6,39 113,0 124,3 x 7,57 1,000 7,74 104,3 96,2 6,11 115,9 114,7 293

296 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin t.ha -1 t.ha -1 Obr. 1 Úroda zrna odrôd ozimnej pšenice Obr. 2 Úroda zrna interakcia odroda x N hnojenie LITERATÚRA Ágoston T., Pepó P.: Effects of genetic and ecological factors yield formation in winter wheat production. Cereal Res. Comuns., Vol. 33, 2005, No. 1, pp Cui Z. L., Chen X. P., Li J. L., Xu J. F., Shi L.W., Zhang F. S.: Effect of N fertilization on grain yield of winter wheat and apparent N losses. Pedosphere, Vol. 16, 2006, No. 6, pp Khalifa, K.: Effect of nitrogen forms and placement methods on grain yield, total biomass production of wheat and nitrogen use effeiciency using N-15 tracer technique. Agrochimica, Vol. 49, 2005, No. 5 6, pp Roberts N., Hennequet C., Berard P.: Dry mater and nitrogen accumulation in wheat kernel: genetic variation in rate and duration of grain filling. J. Genet. & Breed., Vol. 55, 2001, pp Užík M., Žofajová A., Rückschloss Ľ.: Vplyv klimatických podmienok a hnojenia na štruktúru úrody zrna pšenice letnej f. ozimnej (Triticum aestivum L.). Agriculture, Vol. 54, 2008a, No. 1, pp Užík M., Žofajová A., Rückschloss Ľ.: Stabilita úrody zrna a jej prvkov pri odrodách pšenice letnej f. ozimnej pri rôznych pestovateľských podmienkach. Agriculture, Vol. 54, 2008b, No. 3, pp Užík M.: Parametre stability a ich aplikácia v šľachtení rastlín. Genet. a Šlecht., Vol. 31, 1995, No. 4, pp Stability of grain yield of local and foreign winter wheat cultivars Summary In the field experiments in 2004/05 and 2005/26 on the three N fertilization levels (N1 = 0 kg, N2 = 100 kg, N3 = 200 kg.ha -1 )12 winter wheat cultivars (7 from abroad Serbia, France, Switzerland) were evaluated. Cultivar reaction on environmental conditions and effectivity of utilization N fertilization were evaluated in grain yield. Optimal N dose was 100 kg.ha -1 in average. In favourable year dose 200 kg.ha -1 decreased grain yield and in unfavourable year only some cultivars had higher grain yield at N3 than at N2 fertilization. There were differences in reaction on N fertilization among cultivars, cultivars from Serbia Europa, Pobeda, Zlatka and Slovak cultivar Axis had the highest grain yield at N3, and on the contrary cultivars Malyska, Vanda and Petrana had at N3 variant lower grain yield than at N1 and N2. Cultivars Renan and Tamaro did not significantly response on N fertilization not even one year. Regression coefficient indicates different reaction of these cultivars from the other ones. These and additional cultivars are advisable for ecological agriculture, as provided sufficient yields also at lower intensity of fertilization. 294

297 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin HODNOCENÍ MIMOŘÁDNÉHO A ROZSÁHLÉHO SUCHA V ROCE 2006 A 2007 NA ÚZEMÍ ČR Potop Vera, Kožnarová Věra, Türkott Luboš Katedra agroekologie a biometeorologie, FAPPZ, ČZU v Praze, Kamýcká 129, Praha-6 Suchdol, potop@af.czu.zc Souhrn Tématem příspěvku je hodnocení výskytu mimořádného sucha v roce 2006 a 2007 na území ČR a vytvoření katalogu suchých a vlhkých měsíců pro lokalitu Žatec (1961 až 2008). Katalog sucha dokumentuje výskyt období sucha (v časovém rozlišení měsíční, sezónní a roční) na území ČR za posledních 48 let. Zvolená lokalita patří do regionu s mimořádně vysokým rizikem výskytu sucha, zejména během období od dubna do září. Výsledky analýzy katalogu sucha ukazují zvýšenou tendenci výskytu četnosti a závažnosti sucha po 90. letech 20. století. V lokalitě Žatec se sucho často objevuje opakovaně, tj. 2 až 3 roky po sobě jdoucích ( ). ÚVOD Studium sucha přináší důležité teoretické poznatky, protože umožňuje detailní analýzu výskytu tohoto fenoménu a jeho roli v charakteru klimatu území. Kromě toho má studium také praktický význam; nabízí podkladový materiál pro rozdělení plodin na daném území, zejména volbu plodin a odrůd, které jsou suchovzdorné a poskytují vyšší výnosy v daných podmínkách. Suchá období (často nazývaná pouze sucha ) a sucho jsou dvě odlišné etapy, v nichž rostlina trpí nedostatek vody odlišně. Při výskytu suchých období se vždy pozoruje první stadium - sucho v ovzduší, které se objevuje dříve a zásoba vody v půdě ještě existuje. Jestliže období bez srážek dále trvá, pak se projeví sucho i v půdě. Sucho je v ČR primárně vyvoláno deficitem srážek. Nezřídka se lze setkat s tzv. zeleným suchem, kdy roční úhrn srážek sice významně nevybočuje z normálu, ale které významně snižuje zemědělskou produkcí vzhledem k neefektivnímu rozložení srážek ve vztahu k potřebám plodin /1, 2/. Povaha zemědělství v okolí Žatce je výrazně závislá na srážkové činnosti (množství a distribuce), a tím i mimořádně citlivá k výskytu epizod sucha zejména ve vegetačním období. Nezbytnou součástí práce byla identifikace a definice sucha pro podrobné zpracování katalogu /3/. Na jeho základě byly určeny stupně pro klasifikaci intenzity sucha a rozlišena období (mírně suché, silně suché a mimořádně suché) a období jejich výskytu (jarní sucho, letní sucho, podzimní sucho), četnost výskytu sucha (pravidelné nebo nahodilé). Intenzita sucha je množství vody odejmuté za jednotku času z daného subjektu rostliny, půdy a podobně, aniž by bylo odpovídajícím způsobem nahrazeno. Na intenzitě sucha se mohou podílet různé meteorologické prvky a jevy různými způsoby /1/. Některé prvky a jevy se pochopitelně podílejí na výskytu opačného extrému. MATERIÁL A METODY V práci byl problém sucha prozkoumán ze zemědělského hlediska. Kombinaci vlivu srážek, teploty vzduchu a vlhkosti půdy na sucho zahrnuje index sucha Si použitý pro stanovení zemědělského sucha /5/. Výsledná hodnocení sucha byla zpracována standardními postupy a vychází z databáze meteorologických prvků naměřených na klimatologických stanicích Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ). Z katalogu sucha byla 295

298 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin v předloženém příspěvku zvolena stanice Žatec (1961 až 2008). Katalog sucha dovoluje detailně analyzovat a aplikovat klimaticko-statistické modely v hodnocení pravděpodobnosti výskytu sucha. Pomocí programu Microsoft Access bylo provedeno statistické zpracování meteorologických dat do výstupu umožňujícího vypočítat Si. Při lokalizaci výskytu sucha v letech 2006 a 2007 na území ČR byla použita metoda prostorové analýzy softwaru programů Surfer-8 a ArcGIS (ArcCatalog a ArcMap), na základě zpracování základní databáze stanic v ČR. Software Surfer-8 slouží jako nastroj umožňující vytvořit mapové výstupy ve formě izolinií jednotlivých charakteristik s libovolnou hustotou dat. Analýzou dat klimatických stanic v ČR jsme určili prostorové rozložení sucha. Pro prostorové vymezení výskytu sucha na území ČR jsme stanovili tyto stupně /4/: ojedinělé do 10 % území ČR; místy 11 až 30 %; na mnoha místech 31 až 50 %; rozsáhlé nad 50 %. VÝSLEDKY A DISKUSE V posledních desetiletích způsobují silnější sucha výrazné ekonomické škody, a to zvláště v zemědělství. V roce 2003 se vyskytla dlouhá období s mimořádně vysokými letními teplotami v kombinaci se srážkovým deficitem, která vedla ke vzniku nejvýraznějšího sucha za posledních dvacet let. Hodnocení sucha a jeho prostorové rozšíření prokázalo, že průměrný časový interval ve výskytu ojedinělého sucha je pro měsíce červen a červenec 4,7 a 6,7 let. V květnu a září se ojedinělé sucho vyskytlo pouze ve 4 případech s průměrným intervalem výskytu 11,8 let; v měsíci dubnu ve 3 případech s průměrným intervalem výskytu 15,7 let. Analýzou distribuce sucha bylo zjištěno, že všechny jarní a letní měsíce mají vyšší výskyt v kategorii: na mnoha místech, a zároveň menší intervaly mezi nimi (každý třetí rok jsme zaznamenali rozsáhlé sucho). V dubnu, srpnu a září bylo v hodnoceném období území ČR postiženo rozsáhlým suchem (tj. na většině území). V roce 2006 byla zjištěna nerovnoměrná distribuce srážek a také střídaní horkých a suchých měsíců se studenými a vlhkými měsíci. Je známé, že účinky sucha mají kumulativní charakter. Již na konci roku 2005 byly zaznamenány podmínky s deficitem půdní vlahy v důsledku meteorologického sucha. Toto sucho mělo negativní vliv na ozimy. Také nízký úhrn srážek v lednu 2006 (37 % normálu) také přispěl k redukci zásoby půdní vody. Jako nejsušší měsíce v ČR za vegetační období 2006 byly pak vyhodnoceny červenec a září. V červenci 2006 se vytvořila v grafickém zpracování území ČR dvě centra (jižní Morava a Polabská nížina), kde se vyskytlo 15 až 20 tropických dní. V červenci postihla sucha 70 % území ČR s výjimkou jihozápadních a západních Čech a části Moravskoslezských Beskyd. V oblasti Polabské nížiny a Českomoravské vrchoviny se vyskytla sucha, která lze zařadit podle intenzity do kategorie mimořádná. V září se sucha v důsledku synoptické situace objevila na celém území ČR a přibližně na 40 % území lze tato sucha hodnotit jako mimořádná (obr. 1b). Další sucho se projevilo v roce 2007, bylo relativně krátké (duben), avšak s významným negativním vlivem, a to zejména na plodiny z jarních výsevů. Jarní sucha nastala v důsledku nízké zimní zásoby vody v půdě, velmi malých srážek i nadnormální vysoké teploty vzduchu v dubnu na celém území. Duben 2007 od roku 1961 byl nejsušším (6 mm - 14 % normálu), a z hlediska průměrné teploty vzduchu třetím nejteplejším měsícem (obr. 1a). Nejvíce srážek spadlo v západních Čechách (13 mm - 35 % normálu), nejméně v severních Čechách (2 mm - 5 % normálu). Poslední dubnový týden byl týdnem pokračujícího jarního sucha, které bylo slabě zmírněno dvěma studenými frontami. 296

299 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Varnsdorf Cheb Praha, Ruzyne Zary Klatovy Lysa Hora Vyssi Brod a) duben 2007 b) září 2006 Obr. 1: Plošný rozsah mimořádného sucha v letech 2006 a 2007 a tropických dní v ČR Katalog sucha umožňuje získání komplexních informací o závažnosti, frekvenci (interval mezi suchými roky, vegetačními obdobími, sezónami a měsíci) a pravděpodobnosti výskytu sucha a suchých období na studované lokalitě. Analýza výskytu sucha v oblasti Žatce prokázala, že ve vegetačním období v letech 1961 až 2008 bylo zjištěno 5 měsíců detekovaných jako mimořádně suché, 17 měsíců jako silně suché a 45 měsíců jako mírně suché (tab. 1). Z dosažených výsledků vyplývá, že nejsušším měsícem za celé sledované období je červen roku 2003, následně červenec 1983, duben 1993, duben 2007 a duben Měsícem s nejvyšším výskytem sucha (16) bez ohledu na zařazení se stal květen a s nejvyšším počtem období mimořádného sucha (3) duben. Nejsuššími roky byly roky 2003, 2000, 2006, 2007, 1993, 1983, Tab. 1 Katalog suchých a vlhkých měsíců v lokalitě Žatec ( , kde s - mírně suchý, s.s - silně suchý, m.s - mimořádně suchý, v vlhký. Rok IV V VI VII VIII IX Rok IV V VI VII VIII IX 1961 s.s v v s 1985 s s.s v s 1962 s v v v 1986 v s v 1963 v 1987 v v 1964 s s.s s.s s 1988 s s.s 1965 v v v v 1989 v s 1966 v 1990 s s s 1967 v v v 1991 v v s.s s s.s s.s 1969 v s v s 1993 m.s s v v 1970 v v v 1994 v s.s s.s 1971 s v v s 1995 v v s v v v 1973 v s s.s 1997 v s v s s 1974 s v v v 1998 s.s s.s v 1975 s 1999 s s s 1976 s s 2000 m.s s s.s s 1977 v v v 2001 s s v 1978 v v 2002 s s v v 1979 v s s v v 2003 s s.s s.s s 1980 v v 2004 s v 1981 s.s v 2005 v 1982 s.s 2006 v s s 1983 v s m.s v 2007 m.s s s 1984 v v v 2008 v s

300 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ZÁVĚR Sucha v letech 2006 a 2007 byla hodnocena jako mimořádná a měla negativní vliv na zemědělskou produkci v hlavních zemědělských oblastech ČR. Podle map je patrně, že sucho jako přirozený rizikový, resp. nebezpečný jev se může vyskytovat i na celém území a dokonce i v různých nadmořských výškách. Ze zpracovaného katalogu je patrné, že výskyt suchých měsíců je vyšší v druhé polovině sledovaného časového období, zejména od 90. let. Tato skutečnost koresponduje i s informací International Panel on Climate Change, který hodnotí 90. léta dvacátého století jako nejteplejší dekádu tisíciletí. Vyšší teplota vzduchu v důsledku možné klimatické změny vede ke zvýšení možného výskytu rizikových a nebezpečných jevů jak na regionální, tak i na lokální úrovni. Z prostorového hlediska může být kategorie výskytu sucha na mnoha místech dosaženo s pravděpodobností 95 % v časovém intervalu 5,9 až 6,7 let; v kategorii rozsáhlá sucha objevující se v teplém půlroku je lze očekávat v intervalu 6,7 až 9,4 let. LITERATURA /1/. Brázdil, R., Kirchner, K., a kolektiv: Vybrané přírodní extrémy a jejich dopady na Moravě a ve Slezsku. Brno, Masarykova univerzita s. /2/. Kapler, P., Žalud, Z., Trnka, M., Semerádová, D.: Hodnocení pravděpodobnosti výskytu sucha v současných a očekávaných klimatických podmínkách, Mendelnet 04 Agro CD ROM, ISBN /3/. Potop, V., Turkott, L., Kožnarová, V.: Impact of drought as climatic extreme on agriculture in the Czech Republic. Italian Journal of Agronomy/Rivsta di Agronomia. V.3, No. 3 suppl. 2008, pp /4/. Potop, V., Turkott, L., Kožnarová, V.: Spatiotemporal characteristics of drought in Czechia. Scientia Agriculturae Bohemica. 39 (3): , pp /5/. Potop, V., Turkott, L., Kožnarová, V.: Aplikace GIS jako nástroj pro prostorové distribuce indikátoru sucha Si na území České republiky. In: Bioklimatologické aspekty hodnocení procesů v krajině. Mikulov, 2008, ISBN /6/. Sobíšek, B. a kol.:meteorologický slovník výkladový a terminologický. Praha 1993,594 s. Evaluation of severe and extensive drought on the territory of Czech Republic in the years 2006 and 2007 Summary This paper presents the evaluation of severe and extensive drought on the territory of Czech Republic in the years 2006 and 2007 and the "catalogue" of dry and wet months in Žatec ( ). Catalogue of the droughts is containing information about drought occurrence and it severity (in time resolution monthly, seasonal and yearly) over the past 48 years on the territory of the Czech Republic. It was chosen Žatec locality because belong to areas with the highest drought risk within Czechia, especially during from April and September. As a result of the analysis of drought catalogue, an increase in the tendencies of frequency and severity drought after the 1990 s was observed. Moreover, quite frequently the droughts extended over 2-3 successive years ( ). Poděkování Příspěvek byl zpracován a publikován s podporou výzkumného záměru MSM No Setrvalé zemědělství, kvalita zemědělské produkce, krajinné a přírodní zdroje. 298

301 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Ekofyziologické prístupy hodnotenia produkčného procesu kapusty repkovej pravej (Brassica napus subsp. napus) Elena Hunková 1, Jana Ferencová 1, Marián Brestič 1, Marek Živčák 1, Elena Masarovičová 2 1 Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra fyziológie rastlín, A. Hlinku 2, Nitra, Slovenská republika, Elena.Hunkova@uniag.sk 2 Prírodovedecká Fakulta UK Bratislava, Mlynská dolina, Bratislava SÚHRN V roku 2008 boli na experimentálnej stanici v Borovciach (SCRV VÚRV Piešťany, západné Slovensko, kukuričná výrobná oblasť, černozem hnedozemná, 167 m n. m.) pestované nasledovné genotypy kapusty repkovej pravej (Brassica napus conv. napus) rôznej proveniencie: Asgard (Nemecko), Californium (Francúzsko), Catalina (Francúzsko ), Magali (Francúzsko), Manitoba (Francúzsko), Ontario (Taliansko), Oponent (Česká republika), Rodeo (Nemecko), Rohan (Nemecko), Talisman (Dánsko). Pod kapustu repkovú pravú boli aplikované hnojivá v dávke 160 kg N-P-K. ha -1 na jeseň a 62 kg N.ha -1 na jar. Najvyššie hodnoty LAR dosahovali genotypy Rohan, Rodeo, potom Asgard a Talisman. Najnižšie hodnoty parametra LAR dosiahli genotypy Manitoba a Californium. Najvyššie hodnoty CGR, RGR a sušiny šešúľ dosiahli genotypy Magali, Rodeo, prípadne Catalina. Najnižšie hodnoty týchto parametrov dosiahli genotypy Oponent a Asgard. ÚVOD V súčasnosti nie sú známe ucelené poznatky o rastovo-produkčných, resp. ekofyziologických aspektoch produkčného procesu kapusty repkovej pravej. Na druhej strane možno nájsť viaceré zaujímavé pestovateľské a technologické poznatky. Aktuálnosť štúdia problematiky fyziologických procesov kapusty repkovej pravej vyplýva aj z nastupujúcich klimatických zmien a zvyšovania pravdepodobnosti pôsobenia abiotických stresov v priebehu vegetačného obdobia. (Vyvadilová et al., 2007). Klimatické zmeny teploty, zmeny zrážkových úhrnov a iných faktorov prostredia menia nástup fenofáz, a tým aj dĺžku fenofázových intervalov a celých vegetačných období plodín. Podľa analýz sa veľké vegetačné obdobie na území Slovenska predĺži do roku 2030 približne o 14 dní, hlavné vegetačné obdobie o 11 až 15 dní. Vegetačné obdobia jednotlivých plodín sa budú naopak pri vyšších teplotách skracovať, alebo presúvať na jarné obdobie do skorších termínov a na jesenné obdobie do neskorších termínov, a teda aj do iných časových intervalov (Špánik, in Líška et al., 2008). Sucho, silné žiarenie v kombinácii s nízkymi teplotami v zimnom období, ale aj vysoké teploty pred ukončením vegetácie sú faktory, ktoré vo významnej miere ovplyvňujú realizáciu produkčného procesu kapusty repkovej pravej (Vyvadilová et al., 2007). MATERIÁL A METODIKA V roku 2008 boli založené v Borovciach poľné pokusy s rôznymi genotypmi kapusty repkovej pravej, forma ozimná pracovníkmi SCPV VÚRV Piešťany. Experimentálna báza SCPV - VÚRV Piešťany v Borovciach sa nachádza v kukuričnej výrobnej oblasti, v nadmorskej výške 167 m. Pôda je černozem hnedozemná s 1,8-2,0%-ným obsahom humusu, s ph 6,35 7,2. Územie má kontinentálny charakter podnebia s priemerom zrážok 593 mm za rok, za vegetáciu 358 mm. Priemerná teplota vzduchu je 9,2 o C za rok, za 299

302 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vegetáciu 15,5 o C (Žák, Lehocká, Klimeková et al., 2006). Pestované genotypy kapusty repkovej pravej boli rôznej proveniencie. Na parcelky o rozmeroch 10 m 2 (1,25 x 8 m) v štyroch opakovaniach boli na jeseň aplikované N-P-K hnojivá v dávke 160 kg.ha -1. Na jar boli prihnojované dusíkom v dávke 62 kg.ha -1 (údaje z experimentálnej stanice Borovce). Z vybraných genotypov boli odoberané rastliny pracovníkmi Katedry fyziológie rastlín SPU v Nitre pre účely rastovej analýzy (24.4., 29.4., 13.5., 27.5., 3.6. a ). Vybrané boli nasledovné genotypy: Asgard (Nemecko), Californium (Francúzsko), Catalina (Francúzsko), Magali (Francúzsko), Manitoba (Francúzsko), Ontario (Taliansko), Oponent (Česká republika), Rodeo (Nemecko), Rohan (Nemecko), Talisman (Dánsko). Z parametrov boli zisťované výška rastlín, plocha listov (pomocou skenera napojeného na PC), počet listov, počet bočných vetiev, počet šešúľ, celková sušina rastlín, celková sušina listov a sušina šešúľ (v priemere na 1 rastlinu a prepočítaná na 1 m 2 podľa priemerného počtu rastlín zistených pri jarnom hodnotení na 1 m 2 údaje z experimentálnej stanice Borovce). Z nameraných hodnôt boli vypočítané rastové parametre LAI, LAR, SLA, SLW, AGR, NAR, RGR, CGR, LAD podľa metodiky Šesták, Čatský et al. (1966). Zistené hodnoty parametrov slúžili pre porovnanie rozdielov medzi jednotlivými genotypmi. Vzhľadom na rozsiahlosť údajov sme sa v tomto príspevku zamerali iba na hodnotenie niektorých vybraných parametrov. VÝSLEDKY A DISKUSIA Kapusta repková pravá (Brassica napus subsp. napus) vyžaduje zrážky rovnomerne rozdelené počas celého obdobia vegetácie. Zvlášť pozitívne vplývajú letné dažde pred jej sejbou. Suchá jeseň aj jar nie sú pre ňu priaznivé. Sucho v jeseni zabraňuje optimálnemu vývinu porastov pred zimou a porasty rýchle vymŕzajú. Na dobré prezimovanie je nevyhnutná trvalá snehová pokrývka v období silných mrazov. Pomalší nástup jarných teplôt a sucha pôsobí priaznivo na rast a vývin kapusty repkovej pravej (Fábry a kol., 1975). Praktické skúsenosti a výsledky pokusov dokazujú, že 40 rastlín.m -2 po sejbe a 35 rastlín.m -2 na jar predstavuje pri nových odrodách dostatočný počet. O vlastnej úrode rozhoduje skôr výška redukcie generatívnych orgánov ovplyvnená výrazne počasím (Zubal, 2007). Príliš vysoká teplota zvyšuje síce rýchlosť vývinu rastlín, je ale spojená so skracovaním vývinových fáz a vyúsťuje do negatívneho úrodového efektu (Zubal, 2005). Jedným z ekofyziologických prístupov hodnotenia rastovo-produkčného procesu kapusty repkovej pravej je aj rastová analýza. V priebehu sledovaného vegetačného obdobia kapusty repkovej pravej ( ) sme zaznamenali najvyššiu hodnotu parametra pomernej olistenosti LAR u odrody Rohan, potom Rodeo, Asgard a Talisman. Tieto odrody si zachovali listovú plochu dlhšie a teda svoj fotosyntetický aparát využívali počas celej vegetácie. Odrody Ontario, Manitoba a Californium prejavili nižšie hodnoty tohto parametra a o listovú plochu prichádzali v priebehu vegetácie skôr ako ostatné odrody (obr. 1). Prírastok sušiny na plochu CGR závisí od veľkosti a výkonnosti listovej plochy. V jesennom a jarnom období dosahuje hodnotu g.m -2.deň -1 (Kostrej et al., 1998). Nami zistené hodnoty tohto parametra však boli vyššie (obr. 2), a to najmä u odrody Magali, Rodeo, Catalina a Talisman. Okrem odrody Oponent, ktorý dosiahol najnižšiu hodnotu parametra CGR boli ostatné odrody v hodnotách tohto parametra pomerne vyrovnané. Špecifická rýchlosť rastu sušiny RGR sa v jarnom období pohybuje od 0,0121 0,0945 g.g -1.deň -1 v závislosti od zahustenia porastu a podmienkach pestovania (Kostrej et al., 1998). Hodnoty, ktoré sme zistili, zodpovedali tomuto intervalu, pričom najvyššie hodnoty RGR dosiahli odrody Magali a Ontario, najnižšie odroda Oponent a potom Asgard (obr. 3). Základnou biologickou charakteristikou, ktorá má vplyv na fyziológiu tvorby úrody je postupné dozrievanie šešúľ a semien na rastline. Počet šešúľ na rastlinu je rozhodujúci pre úrodu semien. Táto charakteristika je v konečnom dôsledku viac determinovaná prežitím vetiev, pukov, kvetov 300

303 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a mladých šešúľ, ako potenciálnym počtom kvetov a šešúľ (Diepenbrock, 2000). Hmotnosť sušiny šešúľ v priebehu vegetačného obdobia kolísala. Najvyššiu priemernú hmotnosť sušiny šešúľ na 1 rastlinu sme koncom vegetácie zaznamenali u odrody Magali, následne u odrôd Rodeo a Catalina. Odrody Manitoba, Rohan, Californium a Talisman boli v tomto parametri pomerne vyrovnané. Nižšie hodnoty preukázali Asgard a Ontario a najmä Oponent (obr. 4). m 2.g -1 Pomerná olistenosť (LAR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku ,005 0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0, Rohan Rodeo Asgard Talisman Oponent Magali Catalina Ontario Manitoba Californium Obr. 1. Pomerná olistenosť (LAR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej g.m -2.deň Magali Rýchlosť rastu porastu (CGR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku 2008 Rodeo Catalina Talisman Manitoba Ontario Asgard Californium Rohan Oponent Obr. 2. Rýchlosť rastu porastu (CGR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej g.g -1.deň -1 0,0400 0,0350 0,0300 0,0250 0,0200 0,0150 0,0100 0,0050 0,0000 Špecifická rýchlosť rastu (RGR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku 2008 Magali Ontario Rodeo Rohan Manitoba Talisman Catalina Californium Asgard Oponent Obr. 3. Špecifická rýchlosť rastu sušiny (RGR) rôznych odrôd kapusty repkovej pravej 301

304 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin g.rastlina -1 Priemerná hmotnosť sušiny šešúľ na 1 rastlinu rôznych odrôd kapusty repkovej pravej v roku ,00 90,00 80, ,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Magali Rodeo Catalina Manitoba Rohan Californium Talisman Asgard Ontario Oponent Obr. 4. Priemerná hmotnosť sušiny šešúľ na 1 rastlinu rôznych odrôd kapusty repkovej pravej Podmienka odolnosti odrôd proti stresu spôsobenom suchom bude do budúcnosti veľmi dôležitá (Jambor, 2007). Doterajšie šľachtiteľské postupy boli iba minimálne zamerané na zvyšovanie tolerancie rastlín voči abiotickým stresom, s výnimkou mrazuvzdornosti. V súvislosti so zabezpečením stability a kvality úrod sa objavuje požiadavka na odrody, ktoré odolávajú stresovým podmienkam. Z toho vyplýva komplexná potreba zlúčiť toleranciu k stresom a požiadavky na kvalitu semien a výšku úrod (Vyvadilová et al., 2007). Na základe hodnotenia vybraných parametrov rastovej analýzy usudzujeme, že do agroekologických podmienok pestovania v kukuričnej výrobnej oblasti na Slovensku sú vhodnejšie francúzske odrody Magali, Catalina a nemecká odroda Rodeo, menej vhodné Asgard a Oponent. Odroda Oponent preukázala najnižšie hodnoty u troch zo štyroch sledovaných parametrov CGR, RGR, aj sušiny šešúľ. LITERATÚRA Diepenbrock, W.: Yield analysis of winter oilseed rape (Brassica napus L.): a review. In: Field Crops Research, Vol. 67, No. 1, 2000, pp Fábry a kol.: Řepka, hořčice, mák a slunečnice. Praha, SZN, p. Jambor, M.: Výsledky poloprevádzkových odrodových pokusov s ozimnou repkou olejkou. In: Naše Pole, Vol. 11, No. 11, 2007, pp. Líška, E. et al.: Všeobecná rastlinná výroba. Nitra, SPU v Nitre, p. ISBN Kostrej, A. et al.: Ekofyziológia produkčného procesu porastu a plodín. Nitra, SPU v Nitre, p. ISBN Šesták, Z., Čatský, J.: Metody studia fotosyntetické produkce rostlin. Praha, Academia, p. Vyvadilová, M., Klíma, M., Kučera, V., Prášilová, P., Prášil, I., Koprna, R.: Šlechtění řepky ozimé na toleranci ke stresovým faktorům vnějšího prostředí. In: Systém výroby řepky, systém výroby slunečnice 24. vyhodnocovací seminář. Hluk, 2007, pp ISBN Zubal, P.: Analýza faktorov, ktoré ovplyvnili vysokú úrodu repky na Slovensku v roku In: Řepka, mák, slunečnice a hořčice. Praha, ČZU, 2005, pp ISBN Zubal, P.: Faktory ovplyvňujúce tvorbu úrody repky v podmienkach Slovenska. In: Prosperující olejniny. Praha, ČZU, 2007, pp ISBN

305 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Žák, Š., Lehocká, Z., Klimeková, M., Bušo, R.: Bilancia pôdnej organickej hmoty v konvenčnom a bezorbovom obrábaní pôdy. In: Zborník vedeckých prác SCPV ÚAe Michalovce, Vol. 22, 2006, pp ISBN X. Ecophysiological approaches of oilseed rape (Brassica napus subsp. napus) yield process assessment Summary The growth analysis of various genotypes of winter oilseed rape (Brassica napus subsp. napus) was done. Genotypes grown in 2008 years on experimental station in Borovce (SCAR RICP Piešťany, west Slovakia, maize grown region, Luvi-Haplic Chernozem, 167 m above sea level), were as follows: Asgard (Germany), Californium (France), Catalina (France), Magali (France), Manitoba (France), Ontario (Italy), Oponent (Czech Republic), Rodeo (Germany), Rohan (Germany), Talisman (Denmark). 160 kg N-P-K fertilisers. ha -1 in autumn and 62 kg N.ha -1 in spring were applied under oilseed rape. The highest values of LAR reached genotypes Rohan, Rodeo, then Asgard and Talisman. Lowest values of LAR reached genotypes Manitoba and Californium. The highest values of CGR, RGR and pod dry matter reached genotype Magali, Rodeo, eventually Catalina. The lowest values of these parameters achieved genotypes Oponent and Asgard. Poďakovanie: Príspevok bol podporený grantom AV č. 4/2037/

306 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ÚRODA A KVALITA ZRNA PŠENICE LETNEJ FORMY OZIMNEJ V OSEVNÝCH POSTUPOCH S RÔZNYM PODIELOM OBILNÍN Mária Babulicová SCPV Nitra Výskumný ústav rastlinnej výroby Piešťany SÚHRN Stacionárny poľný pokus bol založený v roku 1974 na Výskumnom ústave rastlinnej výroby v Borovciach (blízko Piešťan) na Slovensku. Poľný pokus sa nachádza na černozemi hnedozemnej. Pokus je umiestnený v oblasti kontinentálnych klimatických podmienok, priemerná ročná denná teplota vzduchu je 9,2 C, suma ročných zrážok je 593 mm (30-ročný priemer). Pokus sa skladal z dvoch častí. V prvej časti sa nachádzali osevné postupy so 40 %, 60 % a 80 % zastúpením obilnín. V druhej časti pokusu bola pestovaná pšenica letná forma ozimná a jačmeň siaty jarný v monokultúre. V rokoch bol hodnotený vplyv rôzneho podielu obilnín na úrodu zrna a kvalitu zrna pšenice letnej formy ozimnej (HTZ, objemová hmotnosť, predné zrno, obsah mokrého lepku, číslo poklesu, sedimentačný index podľa Zelenyho). Najvyššia úroda zrna bola pri 40 % zastúpení obilnín (6,67 t.ha -1 ), ale rozdiely v úrode zrna pri 40 %, 60 % a 80 % zastúpení obilnín neboli štatisticky preukazné. Pri monokultúrnom pestovaní pšenice letnej formy ozimnej bola preukazne nižšia úroda zrna ako v osevných postupoch s rôznym podielom obilnín (priemerná úroda zrna v osevných postupoch 6,46 t.ha -1 ). Dosiahnuté výsledky potvrdili veľkú citlivosť pšenice ozimnej na opakované pestovanie. Pri monokultúrnom pestovaní pšenice ozimnej pokles úrody zrna predstavoval 2,54 t.ha -1 v porovnaní s priemernou úrodou v osevných postupoch. Zrno pšenice letnej formy ozimnej pri opakovanom pestovaní bolo zaradené do nižšej triedy kvality (trieda A) ako zrno dopestované v osevných postupoch (trieda kvality E). Pri 80 % zastúpení obilnín v osevnom postupe sme zaznamenali štatisticky preukazne nižšie číslo poklesu. Pri 60 % zastúpení sme zistili preukazne vyšší obsah mokrého lepku ako pri 40 % a 80 % zastúpení obilnín. Dosiahnuté výsledky ukázali na potrebu dodržiavania osevných postupov i v súčasnom tržnom systéme hospodárenia a možné zníženie kvality zrna pšenice letnej formy ozimnej pri podiele obilnín nad 60 %. ÚVOD Striedanie plodín a osevné postupy sa dnes všeobecne uznávajú za kľúčové udržateľné postupy, ktoré ovplyvňujú produkčnú schopnosť poľných plodín a dlhodobo udržateľnú pôdnu úrodnosť. Striedanie plodín je osobitne dôležité v špecializovaných poľnohospodárskych podnikoch, zameraných na pestovanie jednej alebo dvoch hlavných plodín, uplatňujúcich tzv. voľný osevný postup, ktorý sa pružne podriaďuje trhovým mechanizmom doby. Správne zostavený osevný postup je intenzifikačný faktor, ktorý nás po finančnej stránke nezaťažuje (KŘOVÁČEK, 2005). Pšenica letná f. ozimná najlepšie reaguje na vyššiu úroveň pestovateľských technológií pretože má vysoký produkčný potenciál. Ten je ale značne ovplyvňovaný rozdielnymi podmienkami podľa výrobných oblastí a daného ročníka. Výrobné podmienky i ročník ovplyvňujú nielen úrodu ale i kvalitatívne parametre zrna (KLEM a kol. 2005). PECHOVÁ (2005) uvádza, že syntézu bielkovín v zrne je možné veľmi výrazne ovplyvňovať agrotechnickými zásahmi. Je známe, že na obsahu dusíkatých látok v zrne sa 75 % podieľajú agroekologické podmienky cez vegetáciu, a len 25 % odroda. Pri tvorbe úrody zrna pšenice a formovaní kvality zrna má veľký význam obsah prístupných živín v pôde a klimatické podmienky pokusných rokov, najmä zrážky nižšie ako dlhodobý normál v období pred a počas žatvy. Cieľom práce bolo zistiť ako vplýva rastúci podiel 304

307 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin obilnín v osevných postupoch až po monokultúrne pestovanie na úrodu a kvalitu zrna pšenice letnej f. ozimnej. MATERIÁL A METODIKA Stacionárny pokus bol založený v roku 1974 v Borovciach pri Piešťanoch. Nachádza na degradovanej černozemi hnedozemnej. Spodná časť humusového horizontu prechádza v hĺbke 0,50 0,85 m do vápenatej spraše. Oblasť je charakterizovaná ako veľmi teplá so sumou teplôt za rok 3000 C, priemernou teplotou za rok 9,2 C a priemernou teplotou za vegetačné obdobie 15,5 C. Priemerná ročná suma zrážok je 593 mm (30-ročný normál), za vegetačné obdobie 358 mm. V prvej časti stacionárneho pokusu sa nachádzli osevné postupy so 40 %, 60 % a 80 % zastúpením obilnín. Pri 40 % zastúpení obilnín boli v osevnom postupe zaradené plodiny hrach siaty, pšenica letná forma ozimná (ďalej len pšenica ozimná), kukurica na siláž, jačmeň jarný a kukurica na zrno. Pri 60 % bolo pestované plodiny: hrach siaty, pšenica ozimná, jačmeň ozimný, kukurica na zrno, jačmeň jarný a pri 80 % hrach siaty, pšenica ozimná, jačmeň ozimný, pšenica ozimná a jačmeň jarný. Minerálne hnojenie fosforom a draslíkom bolo uskutočňované bilančnou metódou na základe pôdnych rozborov (BIZIK a kol. 1998). Pšenica ozimná bola pestovaná v osevných postupoch so 40 %, 60 % a 80 % podielom obilnín po predplodine hrachu siatom. V druhej časti pokusu bol pestovaný jačmeň jarný a pšenica ozimná v monokultúre alebo v krátkych sledoch s prerušovacími plodinami, pričom boli testované niektoré spôsoby eliminácie nepriaznivých účinkov monokultúrneho pestovania. Pokusy boli zakladané Mitscherlichovou metódou v dvoch blokoch, pričom každý sled (sled 1, 2, 3, 4) predstavovali samostatnú časť. V slede 1 je pestovaná pšenica ozimná a jačmeň jarný v monokultúre. V slede 2 sa striedajú obilné druhy pšenica ozimná a jačmeň jarný. V slede 3 bolo monokultúrne pestovanie pšenice ozimnej prerušené každý druhý rok kukuricou siatou na siláž a pestovanie jačmeňa jarného bolo prerušené každý druhý rok kukuricou siatou na zrno. V slede 4 bolo pestovanie pšenice ozimnej a jačmeňa jarného prerušené každý druhý rok prerušovacou plodinou ovsom siatym. Úroda zrna a kvalitatívne vlastnosti pšenice ozimnej boli hodnotené na vybraných variantoch: A - pšenica ozimná pestovaná v osevnom postupe so 40 % podielom obilnín; B - pšenica ozimná pestovaná v osevnom postupe so 60 % podielom obilnín; C - pšenica ozimná pestovaná v osevnom postupe s 80 % podielom obilnín; D monokultúrne pestovanie pšenice ozimnej, minerálne hnojenie dávky draslíka fosforu boli stanovené bilančnou metódou (BIZIK a kol. 1998). V uvedených variantoch bola pestovaná odroda pšenice ozimnej Petrana. Výsledky z rokov boli spracované analýzou variancie. VÝSLEDKY A DISKUSIA V rokoch bola úroda zrna pšenice ozimnej preukazne ovplyvnená zastúpením obilnín v osevnom postupe a klimatickými podmienkami jednotlivých pestovateľských rokov (tab. 1, tab. 2). Pri 40 % zastúpení obilnín bola dosiahnutá najvyššia úroda zrna (6,67 t.ha -1 ). Rozdiely medzi úrodou zrna pri 40 %, 60 % a 80 % zastúpení obilnín neboli štatisticky preukazné. Štatisticky významný rozdiel v úrode zrna v porovnaní s nižšími podielmi obilnín v osevných postupoch sme pozorovali len pri monokultúrnom pestovaní pšenice ozimnej. V monokultúre pšenice bola dosiahnutá úroda 3,92 t.ha -1. Potvrdili sa pozorovania viacerých autorov, že pšenica ozimná je veľmi citlivá na opakované pestovanie. Pokles úrody pri monokultúrnom pestovaní v porovnaní s priemernou úrodou v osevných postupoch predstavoval 2,54 t.ha -1. Tieto výsledky nie sú v súlade s výsledkami KŘOVÁČEKA, ktorý uvádza dosiahnutú úrodu pšenice ozimnej 6,85 t.ha -1 po pšenici, zatiaľ čo po cukrovej repe 305

308 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ,43 t.ha -1 a po horčici 6,21 t.ha -1. Na všetky analyzované ukazovatele mali výrazný vplyv klimatické podmienky pokusných rokov (tab. 2). Hmotnosť tisíc zŕn sa pohybovala od 36,7 g (pri 60 % podiele obilnín) do 37,9 g (pri 80 % podiele obilnín). Zastúpenie obilnín neovplyvnilo HTZ preukazne. Objemová hmotnosť sa nachádzala v rozmedzí od 793,2 g.l -1 (pri monokultúrnom pestovaní) do 809,5 g.l -1 (pri 80 % zastúpení obilnín). Pri monokultúrnom pestovaní pšenice ozimnej bol dosiahnutá štatisticky preukazne nižšia objemová hmotnosť ako pri nižšom podiele obilnín. Podiel predného zrna (frakcie zrna 2,8 + 2,5 mm) bol najvyšší pri 40 % zastúpení obilnín (75,9 %) a najnižší pri 60 % zastúpení obilnín (72,0 %). Zastúpenie obilnín neovplyvnilo tento znak štatisticky významne. Dosiahnuté výsledky sú v zhode s výsledkami JAMRIŠKU (2006), ktorý zistil, že na HTZ a podiel predného zrna má výrazný vplyv odroda. Svedčí to o silnej genetickej podmienenosti oboch znakov. Obsah mokrého lepku bol preukazne vyšší pri 60 % podiele obilnín (31,95 %) ako pri 40 % a 80 % podiele obilnín. Pri monokultúrnom pestovaní pšenice bol obsah mokrého lepku (26,40 %) štatisticky preukazne nižší ako pri 40 %, 60 a 80 % podiele obilnín. PECHOVÁ (2005) uvádza veľký vplyv klimatických podmienok najmä zrážok na obsah bielkovín a mokrého lepku. Zistila, že v rokoch so zrážkami výrazne nižšími ako dlhodobý normál pred a počas žatvy, malo zrno pšenice rekordné vysoký obsah bielkovín (12,0 13,4 %) a mokrého lepku v sušine (32 37 %) vo všetkých pokusných variantoch. Hodnoty sedimentačného indexu (SDT) ovplyvňovali poveternostné podmienky pokusných rokov. Neboli pozorované štatisticky významné rozdiely v hodnotách sedimentačného indexu v závislosti od zastúpenia obilnín. Číslo poklesu vyjadruje čas potrebný na stekutenie škrobu pšeničného celozrnného šrotu alebo múky. Rýchlosť stekutenia škrobu je daná rýchlosťou jeho hydrolýzy, ktorá je závislá na amylolytickej aktivite zrna. Nízke hodnoty čísla poklesu menej ako 220 s sú kritické. Vyjadrujú nízku kvalitu pre potravinárske využitie. Za predpokladu, že sa jedná o zrelé a suché zrno, nízke hodnoty čísla poklesu sú dôkazom toho, že v zrne počas formovania úrody sa odohrali nezvratné zmeny enzymatickej hydrolýzy základných zásobných polymérnych látok (škrob a bielkoviny), ktoré poznáme pod názvom prerastanie (MICHALÍK, 2006). Pri 80 % podiele obilnín sme zaznamenali preukazne nižšie číslo poklesu (320 s) ako pri 40 % a 60 % podiel obilnín rovnako ako pri monokultúrnom pestovaní. Kvalitatívne parametre zrna pšenice ozimnej (mokrý lepok, sedimentačný index podľa Zelenyho, číslo poklesu) boli hodnotené podľa požiadaviek požiadavky normy STN pre zrno potravinárskej pšenice letnej (júl 2003). Podľa tejto normy zrno na základe dosiahnutých hodnôt objemovej hmotnosti (najmenej 780 g.l -1 ), sedimentačného indexu podľa Zelenyho (trieda E najmenej 30 ml) a čísla poklesu (trieda E najmenej 220 s) bolo možné zrno zaradiť do triedy E. Na základe obsahu mokrého lepku bolo zrno z osevných postupov zaradené do triedy E (najmenej 27 %). Zrno získané pri monokultúrnom pestovaní pšenice ozimnej bolo na základe obsahu mokrého lepku zaradené do triedy A (najmenej 25 %). Tab. 1 Úroda zrna a kvalitatívne parametre zrna pšenice letnej f. ozimnej v rokoch Variant ZOvOP ( 1) Úroda HTZ (2) OH (3) PVFZ (4) ML (5) SI (6) ČP (7) % t.ha -1 g g.l -1 % % ml s A 40 6,67 37,8 807,8 75,9 29,03 42, B 60 6,35 36,7 806,7 72,0 31,95 45, B 80 6,37 37,9 809,5 74,6 29,18 41, D 100 3,92 37,3 793,2 73,5 26,40 43,

309 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 2 Analýza variancie úrody zrna a kvalitatívnych parametrov pšenice letnej f. ozimnej Zdroj premenlivosti Úroda HTZ (2) OH (3) PVFZ ( 4) ML (5) SI (6) ČP (7) t.ha -1 g g.l -1 % % % s zastúpenie HD 0,05 0,53 1,70 7,16 5,29 2,62 9,22 11,76 obil. B významnosť roky C HD 0,05 0,42 1,34 5,62 4,16 2,62 7,24 9,24 významnosť A x B HD 0,05 1,19 3,82 16,10 11,90 5,90 20,74 26,45 významnosť Vysvetlivky k tabuľkám 1 a 2: (1) zastúpenie obilnín v osevných postupoch; (2) hmotnosť tisíc zŕn; (3) objemová hmotnosť; (4) podiel predného zrna; (5) obsah mokrého lepku; (6) sedimentačný index podľa Zelenyho; (7) číslo poklesu. LITERATÚRA BIZÍK, J., FECENKO, J., KOTVAS, F., LOŽEK, O.: Metodika hnojenia a výživy rastlín. Bratislava, 1998, 113 p., ISBN JAMRIŠKA, P., MIKLE, F., FENCÍK, R.: Vplyv odrody a vybraných agrotechnických opatrení na úrodu a kvalitu pšenice letnej f. ozimná (Triticum aestivum). In: Agriculture (Poľnohospodárstvo), Vol. 52, No. 6, 2006, pp KLEN, K., BABUŠNÍK, J., VÁŇOVÁ, M.: Vliv předplodiny a intenzity pěstování ozimé pšenice na výnos a kvalitu. In: Agro, Vol. 10, No. 4, 2005, pp KŘOVÁČEK, J.: Pšenice ozimá v osevním postupu aneb Budou osevní postupy historií? In: Agro, Vol. 10, No. 9-10, 2005, pp MICHALÍK, I.: Analýza čísla poklesu z pohľadu šľachtiteľského, pestovateľského a spracovateľského. In: Naše pole, No. 3, 2006, pp PECHOVÁ, B.: Tvorba úrody a kvality ozimnej pšenice pri konvenčnom a ekologickom hospodárení na pôde. In: Agrochémia, Vol. IX., No. 45, 2005, pp Summary The stationary trial was established in 1974 in the experimental station Borovce of the Research Institute of Plant Production in Piešťany, Slovakia. The field experiment was located on Luvi-Haplic Chernozem on loess. The trial occurs in the area of continental climate; the average annual temperature is 9.2 C; the sum of the annual precipitation is 593 mm (30 years average). The trial consisted of two parts. In the first part, crop rotations were used with 40, 60 and 80 % share of the cereals. In the second part of the trial, winter wheat and spring barley were grown in continuous. In years was evaluated the influence of different share of cereals in crop rotations on the grain yield of winter wheat and qualitative parameters of grain (bulk weight, weight of thousand grains, share of great kernels, the wet gluten content, sedimentation test by Zeleny method; falling number). In the case of winter wheat growing in monoculture, statistically lower grain yield (3.92 t/ha) was obtained compared to the grain yield in crop rotations with different share of cereals (6.46 t/ha average grain yield). The statistically lower bulk density (793.2 g.l -1 ) was recorded by continuous cropping of winter wheat than in the crop rotations with different share of cereals. The wet gluten content was statistically higher in crop rotation with 60 % share of cereals 307

310 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin (31.65 %) than in crop rotation with 40 % and 80 % share of cereals (29.03 %; %). In the case of winter wheat growing in monoculture, statistically lower wet gluten content (26.40 %) was obtained compared to the wet gluten content in crop rotations. The attributes were determined with respect to the Slovak Technical Norm (STN , July 2003). The wet gluten content, sedimentation test by Zeleny method and falling number were evaluated. The results of the sedimentation test and falling number show that according to the Slovak Technical Norm (STN) the winter wheat grain was classified into the elite class E irrespective of the share of cereals in crop rotations. Based on the values of wet gluten content in this norm, the winter wheat grain was classified into the elite class E when grown in the crop rotation with 40 %, 60% and 80 % share of cereals; by continuous cropping of winter wheat was classified the winter wheat grain into the improving class A. Poďakovanie: Výsledky uvedené v tomto príspevku boli získané z projektu APVV

311 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ZVÝŠENIE INTENZITY TRANSFERU A EFEKTÍVNOSTI VYUŽITIA KADMIA INDUKOVANOU FYTOEXTRAKCIOU V SYSTÉME PÔDA-RASTLINA Alžbeta Hegedűsová 1, Peter Boleček 2, Roman Kuna 2, Silvia Jakabová 1, Ondrej Hegedűs 1,3, Jana Švikruhová 1 1 Katedra chémie, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Tr. A. Hlinku 1, Nitra, Slovenská republika, ahegedusova@ukf.sk 2 Katedra botaniky a genetiky, Fakulta prírodných vied, Univerzita Konštantína Filozofa v Nitre, Tr. A. Hlinku 1, Nitra, Slovenská republika, pbolecek@ukf.sk 3 Regionálny úrad verejného zdravotníctva so sídlom v Nitre, Štefánikova 58, Nitra, Slovenská republika, nr.hegedus@uvzsr.sk SÚHRN V modelových nádobových pokusoch vo fytokomore sa sledoval vplyv vybranej chelátotvornej látky EGTA na zvýšenie transferu kadmia z kontaminovaného pôdneho substrátu (5 mg.kg -1 a 10 mg.kg -1 ) využitím techniky indukovanej fytoextrakcie do koreňov a nadzemnej časti kukurice. Sledovaním potenciálnej schopnosti EGTA zvýšiť transfer kadmia z kontaminovanej pôdy cez koreňový systém do nadzemnej časti kukurice možno konštatovať, že jeho transfer sa zvýšil približne rovnako o 100 % tak po aplikácii 6, ako aj 12 mmol EGTA.kg -1 do pôd kontaminovaných 5 a 10 mg Cd.kg -1. Z výsledkov stanovenia transportačných indexov, t.j. transportu Cd z koreňov do nadzemných častí vyplýva, že koncentrácia chelatačného činidla 12 mmol EGTA.kg -1 zvýšila transport Cd do nadzemnej časti kukurice o 20 %, ale len pri nižšej kontaminácii pôdy (5 mg Cd.kg -1 pôdy). Schopnosť rastliny kukurice efektívne využiť pôdne kadmium sa zvýšila približne dvoj- až trojnásobne po prídavku EGTA. Kľúčové slová: indukovaná fytoextrakcia, kadmium, chelatačné činidlo, kukurica, transferový koeficient, transportačný index, efektívnosť využitia ÚVOD Poloha Slovenska v rámci Európy podmieňuje, že toto územie je dlhodobo kontaminované globálnym prenosom z veľkých priemyselných a energetických komplexov s regionálnym vplyvom. Tieto vplyvy negatívne pôsobia na neobyčajne heterogénny pôdny pokryv so zvýšeným až extrémne vysokým obsahom rizikových prvkov prirodzeného pôvodu. Ekologické riziká z kumulácie rizikových látok v pôde sa odrážajú na schopnosti pôd poskytovať hygienicky nezávadné potraviny. Zvlášť to platí pre obsah ťažkých kovov s vysokým stupňom biotoxicity vplyvom kontaminácie z rôznych zdrojov. Na základe našich predchádzajúcich výsledkov, z ťažkých kovov Cd sa javilo ako najrizikovejšie /1,2,3,4/. Dekontaminácia oblastí znečistených toxickými kovmi predstavuje jeden z dôležitých predmetov výskumu súčasnej vedy a čistenie takýchto lokalít zaužívanými fyzikálno-chemickými metódami je finančne nákladné a tiež často neekologické. Možnosť odstraňovania ťažkých kovov z pôdy ponúkajú moderné dekontaminačné technológie, všeobecne nazývané fytoremediácie /5/. Fytoremediácia je definovaná ako metóda využívaná použitím rastlín na úpravu environmentálnych problémov spôsobených človekom. Táto pasívna remediačná technika je založená na prirodzenej schopnosti rastlín ukladať kontaminanty, ktoré sú transportované z pôdneho roztoku cez koreňový systém. Je to metóda priaznivá pre životné prostredie, ekonomicky a energeticky výhodnejšia v porovnaní s ostatnými metódami odstraňovania ťažkých kovov. Pre fytoremediáciu ťažkých kovov sa využíva predovšetkým fytoextrakcia a fytostabilizácia. V procese fytoextrakcie rastliny extrahujú polutanty z pôdy svojim koreňovým systémom a 309

312 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin uskladňujú ich prevažne v zelenej biomase (len čiastočne v koreňoch), alebo zvyšovaním ich mobility aplikáciou chelatačných látok sa stanú ľahko prijateľné pre rastliny s veľkou biomasou (indukovaná fytoextrakcia) /6,7,8/. Získaná biomasa sa následne spracuje. Cieľom našej práce bolo sledovanie vplyvu vybranej chelátotvornej látky EGTA (kyselina etylén-bis(oxi-etylén-nitrilo)tetraoctová) na zvýšenie efektivity transferu kadmia z kontaminovanej pôdy cez koreňový systém do nadzemnej časti kukurice (odroda Quintal) využitím techniky indukovanej fytoextrakcie. MATERIÁL A METÓDA Modelové nádobové pokusy na sledovanie indukovanej fytoextrakcie kadmia kukuricou sme založili v klimaboxe na Katedre botaniky a genetiky FPV UKF v deviatich variantoch, kde variant bol charakterizovaný koncentráciou pridaného ťažkého kovu a chelatačného činidla. Ako chelatačné činidlo sme použili EGTA v koncentráciách 6 a 12 mmol.kg -1 pôdy. Kadmium bolo aplikované vo forme roztoku CdSO 4 v dvoch rôznych koncentráciách (5,0 a 10,0 mg.kg -1 ). Ako pestovateľský substrát pre pokusy vo fytokomore sme použili nekontaminovanú pôdu (černozem čiernicová ČMč, piesočnato-hlinitá). Roztok kadmia sa aplikoval 4 týždne pred založením vegetačného pokusu rozprašovačom na rovnomerne rozloženú vrstvu pôdy (400 g pôdy/nádoba) v dvoch rôznych koncentráciách (5 a 10 mg.kg -1 ). Kukurica siata (Zea mays L.) cv. Quintal sa vysievala priamo do nádob s pripraveným pôdnym substrátom. Pokusné nádoby boli umiestnené v klimaboxe, kde boli zabezpečené konštantné podmienky počas trvania pokusu (teplota 20 C, vlhkosť vzduchu %, svetelná perióda 12 hod. svetlo/12 hod. tma, intenzita žiarenia maximálne 800 µmol.m -2.s -1, výživa Knopov živný roztok). Počas simulácie ranných a večerných hodín sa na 1 hod. intenzita žiarenia znižovala na polovičnú hodnotu. Po štyroch týždňoch rastu kukurice sa aplikovala 1. dávka EGTA v koncentráciách 3 mmol.kg -1 a 6 mmol.kg -1 a po týždni druhá dávka s rovnakými koncentráciami. Pokus bol zrušený po 6 týždňoch rastu kukurice v klimaboxe. Na konci vegetácie korene, nadzemná časť kukurice a pestovateľský substrát po úprave sa podrobili analýzam. Obsah Cd v pôde sa stanovil vo výluhu lúčavky kráľovskej a v koreňoch a nadzemnej časti kukurice po mokrej mineralizácii metódou ETA-AAS (SpectrAAS-200 Varian) pri vlnovej dĺžke 228,8 nm. Spracovanie výsledkov sa vykonalo v programe Microsoft Excel a na štatistickú analýzu výsledkov sa použila analýza variancie s jednou premennou a Tukeyov b-test pomocou programu SPSS. VÝSLEDKY A DISKUSIA Stanovením obsahu Cd v pôde, v koreňoch a nadzemných častiach kukurice sme sledovali účinnosť chelatačného činidla EGTA. Z výsledkov stanovenia transferových faktorov /9/ ako ukazovateľov vstupu Cd z pôdy do rastlinných častí vyplýva, že transfer Cd z kontaminovanej pôdy (5 a 10 mg Cd.kg -1 ) do koreňov kukurice (TF k/p) a do nadzemnej časti (TF n.č/p ) sa zvýšil približne rovnako o 100 % tak po aplikácii 6, ako aj 12 mmol EGTA.kg -1 (Tab.1). Nakoľko intenzita transferu Cd indukovanou fytoextrakciou do koreňov a nadzemnej časti kukurice je rovnaká pri obidvoch koncentráciách chelatačného činidla, postačuje použitie nižšej koncentrácie EGTA, t.j. 6 mmol EGTA.kg -1 pôdy. Najvyššie hodnoty transferových faktorov boli zaznamenané pri transfere Cd z pôdy kontaminovanej 10 mg Cd.kg -1 do koreňov po aplikácii chelatačného činidla. Z výsledkov stanovenia transportných indexov /10/, t.j. transportu Cd z koreňov do nadzemných častí vyplýva, že koncentrácia chelatačného činidla 12 mmol EGTA.kg -1 zvýšila transport Cd do nadzemnej časti kukurice o 20 % (pri kontaminácii 5 mg Cd.kg -1 pôdy), naopak, transportné indexy boli najnižšie (0,31 a 0,29) na 310

313 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin pôde kontaminovanej 10 mg Cd.kg -1. Predpokladá sa, že vysoká koncentrácia kadmia mala negatívny vplyv na vývoj koreňového systému, preto jeho transport do nadzemnej časti kukurice bol brzdený. Tabuľka 1 Transferové faktory, transportný index a efektívnosť využitia prvku (Cd) - vegetačný nádobový pokus v klimaboxe Variant TF k/p TF n.č/p Ti EVP [%] 5/0 1,62 1,11 0,68 1,05 5/6 3,08 2,24 0,73 2,18 5/12 2,74 2,23 0,82 1,94 10/0 2,72 0,90 0,33 2,01 10/6 6,00 1,86 0,31 4,06 10/12 6,14 1,76 0,29 5,68 Vysvetlivky: TF k/p transferový koeficient (pôda-korene), TF n.č/p transferový koeficient (pôda-nadzemná časť), Ti transportný index (korene-nadzemná časť), EVP efektívnosťou využitia prvku Porovnaním výsledkov stanovenia transferových faktorov s hodnotami bez aplikácie chelatačného činidla môžeme pozorovať vyššie hodnoty TF. Sú spôsobené práve efektivitou chelatačného činidla EGTA (jeho aplikácia štatisticky významne zvyšovala obsah Cd v rastline). Schopnosť rastliny kukurice prijať čo najväčšie množstvo z ponúknutého obsahu Cd z pôdy sme vyhodnotili efektívnosťou využitia prvku (EVP). Z našich výsledkov vyplýva (Tab.1), že efektívnosť využitia kadmia bola najvyššia, približne trojnásobná, po aplikácii 12 mmol EGTA.kg -1 na pôde kontaminovanej 10 mg Cd.kg -1. V ďalších variantoch bola efektívnosť využitia dostupného Cd približne rovnaká, predstavovala asi dvojnásobok efektívnosti využitia Cd bez prídavku EGTA. Hodnotením transferových faktorov a tranportačného indexu sme zaznamenali efektivitu prenosu Cd z pestovateľského substrátu do rastliny a zároveň jeho transport z koreňov do nadzemnej časti rastliny. Aplikácia EGTA mala za následok zvýšenie transferu kadmia z pôdy do nadzemných častí kukurice, čo vyplýva z hodnôt transferových faktorov. Z uvedených výsledkov sa predpokladá, že transfer Cd z pôdy do rastliny je ovplyvnený kvalitou pestovateľského substrátu, ale pohyb Cd v rastline závisí aj od kvality koreňového systému. Z našich doteraz dosiahnutých výsledkov vyplýva, že keď hladina obsahu kadmia v pôde nepresiahne svoju indikačnú hladinu, indukovanou fytoextrakciou možno znížiť obsah kadmia v pôde do takej miery, že v nej možno pestovať aj hygienicky nezávadnú zeleninu. Biomasa kukurice sa dá využiť ako energetické palivo a kadmium v kovovej forme získať späť alebo je možné znížiť jeho objem kompostovaním. LITERATÚRA /1/ Hegedűsová A., Hegedűs O., Musilová J.: Riziká kontaminácie pôd kadmiom. Vedecká monografia. FPV UKF Nitra, 2007, 85 s /2/ Hegedűsová A., Hegedűs O., Valšíková M.: Pohyb kadmia v systéme pôda rastlina. Kvalita rostlinné produkce: Současnost a perspektivy směrem k EU. VÚRV, Praha, 2003, s /3/ Hegedűsová A., Hegedűs O., Vollmannová A.: Kontaminácia poľnohospodárskych pôd a zelenín ťažkými kovmi na južnom Slovensku. Hort.Sci. /Pragua/, Vol. 27, No. 2, 2000, s

314 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /4/ Tomáš J., Tóth T., Lazor P.: Kontaminácia pôd ťažkými kovmi vo vybranom poľnohospodárskom podniku. Cudzorodé látky v životnom prostredí. VES SPU v Nitre, 2000, s /5/ Simon L.: Fitoremediáció. Környezetvédelmi Füzetek. Azonosító: BMKE OMIKK, Budapest, 2004, old. /6/ McGrath S.P., Zhao F.J., Lombi E.: Phytoremediation of metals, metalloids, and radionuclides. Advances in Agronomy, Vol. 75, 2002, pp /7/ Simon L., Szegvári I., Csillag J.: Impact of picolinic acid on the chromium accumulation in fodder radish and komatsuna. Plant and Soil, Vol. 254, 2003, pp /8/ Van Engelen DL., Sharpe-Pedler RC., Moorhead KK.: Effect of chelating agents and solubility of cadmium complexes on uptake from soil by (Brassica juncea). Chemosphere, Vol. 68, 2007, pp /9/ Puschenreiter M., Horak O.: Influence of different soil parameters on the transfer factor soil to plant of Cd, Cu a Zn for wheat and rye. Die Bodenkultur, Vol. 51, No. 1, 2000, pp /10/ Turan M., Esringu A.: Phytoremediation based on canola (Brassica napus L.) and Indian mustard (Brassica juncea L.) planted on spiked soil by aliquot amount of Cd, Cu, Pb and Zn. Plant soil environmental, Vol. 53, No. 1, pp Acceleration of the transfer effectivity of cadmium by induced fytoextraction in the soil-plant system Summary The effect of a selected chelating agent EGTA was observed on the acceleration of the transfer of cadmium from the contaminated soil substrate (5 mg.kg -1 a 10 mg.kg -1 ) applying the induced fytoextraction technology into the roots and upper part of corn. After observing this effect it can be stated, that the transfer of cadmium has accelerated approximately by 100 % after applying 6 and 12 mmol EGTA.kg -1 into contaminated soil by 5 and 10 mg Cd.kg -1. From the results of the transport index (transport of Cd from roots into the upper parts) it implies, that the concentration of 12 mmol of EGTA.kg -1 has increased the transport of Cd into the upper part of corn by 20 %, but only in case of a lower soil contamination (5 mg Cd.kg -1 ). The ability of the corn to effectively use cadmium in soil has increased by two three times after the application of EGTA. Key words: inducted fytoextraction, cadmium, chelating agent, corn, transfer coefficient, transport index, transfer effectivity Poďakovanie: Štúdia bola podporená grantom MŠ SR VEGA 1/4370/07 a APVV LPP

315 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ÚČINOK ŠPECIÁLNYCH MIKROBIÁLNYCH PRÍPRAVKOV NA ÚRODU A PÔDNE VLASTNOSTI V PODMIENKACH KLIMATICKEJ ZMENY Jana Martincová, Ľudovít Ondrášek Slovenské centrum poľnohospodárskeho výskumu Nitra - Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva, Mládežnícka 36, Banská Bystrica, Slovenská republika, jmartin@vutphp.sk Súhrn V rámci výskumnej úlohy Opatrenia zohľadňujúce adaptáciu na klimatické zmeny v oblasti lúkarstva a pasienkarstva a pestovania poľných plodín sme v rokoch sledovali vplyv mikrobiálnych prípravkov na úrody sušiny, botanické, chemické zloženie trávneho porastu a pôdne vlastnosti. Pokus bol založený na poloprírodnom trávnom poraste na stanovišti Suchá Dolina, Radvaň, 465 m n. m (Banská Bystrica). V pokuse sme sledovali pôsobenie bakteriálnych preparátov: BACTOFIL A, BACTOFIL B, PHYLAZONIT, AZOTER, E.M, ktoré sme porovnávali s nehnojenou kontrolou. Aplikované prípravky výrazne ovplyvnili najmä biologické vlastnosti pôdy. Naopak vplyv na úrody sa prevažne počas trvania pokusu neprejavil. Ako najúčinnejší vo všetkých úžitkových rokoch sa prejavil prípravok BACTOFIL B a tiež AZOTER. V prvom úžitkovom roku s najvyšším úhrnom zrážok. prípravok BACTOFIL B preukazne zvýšil úrodu trávneho porastu. Biologická aktivita pôdy bola stimulovaná počas celého trvania pokusu. ÚVOD V súčasných meniacich sa klimatických podmienkach sa mení aj pohľad na hnojenie poľnohospodárskych plodín. Význam ekologicky bezpečného a pritom ekonomicky nenáročného spôsobu zabezpečenia výživy rastlín získava vo svete ale i u nás stále väčší význam. Osobitnou problematikou v ovplyvňovaní charakteru a priebehu mikrobiologických procesov v pôde a tým následného zásobovania rastlín živinami je aplikácia špeciálnych mikrobiálnych prípravkov tzv. pôdnych kondicionérov. Tieto sú zvyčajne viac zložkového charakteru a v prevažnej miere sú zložené z baktérií, ktoré sú schopné fixovať atmosférický dusík a stimulovať mineralizačné procesy v pôde čím sa zabezpečuje prísun živín pre rastliny. U nás sú to najmä nasledovné preparáty: BACTOFIL A, BACTOFIL B, PHYLAZONIT, AZOTER. Hnojivá sú certifikované a sú zaradené do zoznamu povolených hnojív, ktoré možno použiť v systéme ekologickej poľnohospodárskej výroby. Hlavnou zložkou mikrobiálnych prípravkov sú voľne žijúce baktérie a baktérie žijúce v asociatívnej symbióze s koreňmi rastlín, ktoré sú schopné fixovať atmosférický dusík. Ich význam spočíva aj v tom, že dokážu viazať vodu a tak zvyšujú odolnosť voči suchu, čo v podmienkach súčasného globálneho otepľovania je veľmi priaznivé. Cieľom príspevku je zhodnotiť účinnosť špeciálnych mikrobiálnych hnojív na produkčnú schopnosť, kvalitu trávneho porastu a taktiež poukázať na ich prejavy v pôde, na respiráciu pôdy a celkovú mineralizáciu dusíka. MATERIÁL A METODIKA Pokus bol založený na jar v roku 2004 na stanovišti Suchá dolina, lokalita Radvaň pri Banskej Bystrici na poloprírodnom trávnom poraste v nadmorskej výške 465 m n.m. Pôda je silne kyslá (ph=4,3). Pokus mal 6 variantov v 4 opakovaniach s rozmerom pokusnej parcely 20 m 2. V pokuse sme sledovali pôsobenie 5 bakteriálnych prípravkov (BACTOFIL A, 313

316 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin BACTOFIL B, PHYLAZONIT, AZOTER, E.M.) voči nehnojenej kontrole. Uvedené prípravky sme aplikovali na jar v plnej dávke a po prvej a druhej kosbe v polovičnej dávke podľa odporučenia výrobcov a to ručným postrekovačom. Pred aplikovaním prípravkov sme rozrušili povrch trávnej mačiny železnými hrabľami aby sa preparáty lepšie zapravili do pôdy a nezostali na povrchu. Na jar a na jeseň sa v termínoch 1 až 3. kosby odobrali z vrstvy mm pôdne vzorky na stanovenie produkcie CO 2 metódou plynovej chromatografie, celkovej mineralizácie dusíka (TMN) a nitrifikácie (NIT). VÝSLEDKY A DISKUSIA Počas sledovaného obdobia mikrobiálne prípravky príliš neovplyvnili výšku úrod a ich účinok sa v jednotlivých rokoch prejavoval odlišne v závislosti od priebehu počasia. Najvýraznejšie sa účinok aplikovaných bakteriálnych prípravkov prejavil v 1. úžitkovom roku (2004), kedy boli najpriaznivejšie klimatické podmienky a úrody sušiny sa pohybovali v rozmedzí od 3,77 (kontrola) po 5,13 t.ha -1 sušiny (BACTOFIL B). Najvyššia úroda sušiny sa dosiahla prostredníctvom prípravku BACTOFIL B, až o 36% viac v porovnaní s kontrolou, potom nasledovali prípravky PHYLAZONIT, AZOTER a BACTOFIL A, ktoré boli približne na rovnakej úrovni s úrodami 4,71-4,58 t.ha -1 sušiny (tab.1). V druhom úžitkovom roku (2005) boli úrody výrazne nižšie a pohybovali sa od 3,21-3,59 t.ha -1 sušiny s najvyššou úrodou taktiež po aplikácii prípravku BACTOFIL B (3,59 t.ha -1 sušiny) a najnižšia úroda, dokonca nižšia než na kontrole bola u prípravku PHYLAZONIT (3,21 t.ha -1 sušiny). Hnojivá sa podieľali na zvýšení úrody len 10% (BACTOFIL B), 6% (E.M.), AZOTER (5%) a BACTOFIL A (3%). Ešte slabší bol účinok aplikovaných preparátov v roku V priemere za 3 roky trvania pokusu boli najvyššie úrody dosiahnuté pri prípravkoch: BACTOFIL B, AZOTER, pričom úrody boli vyššie o 21%, 14%, ostatné prípravky sa podieľali na zvýšení úrody len 5-9%. Medzi prípravkami sme preukazné rozdiely nezaznamenali (tab.1). Tab. 1 Celkové úrody sušiny v jednotlivých rokoch a v priemere rokov (t.ha -1 sušiny) Variant Hnojivo Rok Suma % K 1 KONTROLA 3,77 3,26 2,49 9,52 a BACTOFIL A 4,58 3,37 2,31 10,26 a BACTOFIL B 5,13 3,59 2,80 11,52 a PHYLAZONIT 4,71 3,21 2,49 10,41 a AZOTER 4,68 3,41 2,72 10,81 a E.M. 3,97 3,46 2,58 10,01 a 105 Nerovnaký účinok preparátov je daný práve odlišnými klimatickými podmienkami v jednotlivých rokoch. Celkove najvyššie úrody a najlepší hnojivový efekt dodaných prípravkov sa dosiahol v 1. úžitkovom roku, kde bol najvyšší úhrn zrážok za vegetačné obdobie (502 mm), v 2 a 3. úžitkovom roku boli zrážky nižšie (403 resp. 376 mm), čo sa prejavilo limitovanou schopnosťou rastlín odčerpávať živiny z pôdy a aj poklesom úrody. Chemické zloženie sušiny trávnej hmoty prakticky nebolo aplikovanými prípravkami ovplyvnené. Iba v roku 2004 sme v 1. kosbe pozorovali slabý a nepreukazný nárast obsahu N- látok v prípade prípravku BACTOFIL B. V ostatných rokoch boli vyššie hodnoty na nehnojenej kontrole než na hnojených variantoch. Celkove boli hodnoty nižšie než je 314

317 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin optimálna potreba zvierat, najvyššie hodnoty boli zaznamenané v 3. kosbe. Z minerálnych prvkov boli vyššie hodnoty v obsahu vápnika, horčíka a nižšie v obsahu fosforu, pričom vyšší obsah bol na nehnojenej kontrole a nižší na hnojených variantoch. Výskumu a praktickej aplikácii bakteriálnych prípravkov sa veľká pozornosť venuje v ázijských krajinách, na Strednom východe, v Japonsku, ale aj v Európe, napr. v Maďarsku. Experimentálnych poznatkov z využitia bakteriálnych prípravkov u nás zatiaľ nie je veľa. V poľnohospodárskej praxi už dlhší čas tieto prípravky testujú a využívajú, pričom sa dosiahli mnohé pozitívne výsledky pri pestovaní obilnín, cukrovej repy, zemiakov a zeleniny pri použití prípravkov AZOTER a PHYLAZONIT. Priaznivé výsledky po použití prípravku AZOTER uvádzajú aj Fecenko a Pollák (2001) pri kukurici na zrno. Prípravok AZOTER svojim pôsobením v pôde vytvára dostatočné množstvo dusíka a fosforu, cca kg dusíka a kg fosforu v čistých živinách, a tým pádom môže nahradiť klasické priemyselné hnojivá typu N a P. Zvýšenie intenzity fixácie N zabezpečuje v hnojive najmä prítomnosť Azospirillum braziliense, ktorý lepšie znáša teploty nad 30 o C a tým je schopný zásobovať koreňový systém rastliny dusíkom aj cez horúce suchšie letné mesiace pričom sa uvádza, že ročne to môže byť až v množstve kg na ha. Možnosť využitia pôdnych kondicionérov BACTOFIL A a BACTOFIL B overovali pracovníci Národného lesníckeho centra vo Zvolene v lesných škôlkach, pričom zistili významný pozitívny vplyv na rastové parametre a bohatší koreňový systém ošetrených jedincov oproti kontrole (Tučeková, 2005). Vplyv mikrobiálnych prípravkov na biologické vlastnosti pôdy a úrodu poloprírodného trávneho porastu overovali aj Martincová, Ondrášek (2008) a Ondrášek et al., (2008). V prípade trvalých resp. poloprírodných trávnych porastov má použitie bakteriálnych prípravkov určité osobitosti. Fixátorom dusíka sa totiž najlepšie darí v neutrálnych alebo slabo kyslých pôdach. Prevažná väčšina trávnych porastov u nás sa však vyskytuje na kyslých pôdach čo teda môže byť limitujúcim faktorom. Výsledky experimentov s aplikáciou niektorých bakteriálnych prípravkov na pôdy s nízkym ph však naznačujú, že tomu nemusí byť tak, napríklad v prípade prípravku BACTOFIL B bol aj na veľmi kyslej lesnej pôde dokázaný jeho pozitívny účinok. Pri použití mikrobiálnych prípravkov je veľmi dôležitý aj vhodný spôsob ich aplikácie. Tieto sú totiž prevažne dodávané vo forme tekutého koncentrátu, ktorý sa potom v zriedenej podobe postrekom aplikuje na pôdu. Baktérie sú však veľmi citlivé na UV žiarenie, preto je veľmi dôležité aby bol postrek chránený pred dlhodobým slnečným žiarením a to najlepšie priamym zapravením do pôdy a nie na jej povrch. To sa dá vyriešiť u orných pôd, problematickejšie je to však v prípade trvalých trávnych porastov. Výrobcovia uvádzajú, že účinok hnojív v širokom rozsahu zlepšuje aj vlastnosti pôdy. Inokulácia pôdy baktériami, ktoré sa nachádzajú v aplikovaných pôdnych kondicionéroch a ich následné rozmnoženie v pôdnom prostredí by malo pochopiteľne viesť k zvýšeniu celkovej biologickej aktivity pôdy a teda jej respiračnej schopnosti. Tento predpoklad nám potvrdili výsledky merania produkcie CO 2 (Obr. 1). Ako vidno všetky použité prípravky v každom roku zvýšili produkciu CO 2 v porovnaní s kontrolou. V najväčšej miere sa to prejavilo v roku 2005 kedy produkcia CO 2 vplyvom aplikovaných prípravkov vzrástla 315

318 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 1 Priemerné hodnoty respirácie pôdy za vegetačné obdobie rokov CO2 (mg. kg -1. 1deň -1 ) ,1 140,2 128,3 128,8 165,3 152,7 152,3 140,0 142,3 134,2 156,1 149,3 127,8 168,2 141,7 140, ,8 122,1 115 Kontrola BACTOFIL A BACTOFIL B PHYLAZONIT AZOTER E.M. Variant v priemere až o 11% až 38% a v roku 2006 o 14% až 24%. V najvýznamnejšej miere bola respiračná schopnosť pôdy stimulovaná prípravkom PHYLAZONIT, E.M. a AZOTER. Aplikované prípravky zvýšili aj amonifikačnú schopnosť pôdy (Obr.2). To potvrdzuje, že pôdne organické látky boli vo zvýšenej miere obohatené o dusík prostredníctvom azotfixačných baktérií. Aplikované preparáty zvýšili TMN v roku 2004 v priemere o 5% až 43%, v roku 2005 o 28% až 47% a v roku 2006 o 15% až 46%. V priemere za tri roky bola TMN v najväčšej miere stimulovaná prípravkom AZOTER, BACTOFIL B a PHYLAZONIT a bola v porovnaní s kontrolou vyššia o 47%, 30% a 22%. Zvýšenie TMN v pôde s dodaným E.M. možno vysvetliť iba stimulovaním mineralizačných procesov pretože tento prípravok neobsahuje azotfixujúce baktérie. TMN (mg. kg deň -1 NH 4 -N) Obr. 2 Priemerné hodnoty celkovej mineralizácie dusíka (TMN) a nitrifikačnej schopnosti (NIT) v pôde za vegetačné obdobie rokov NIT (mg. kg deň -1 NO 3 -N) 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Kontrola 0,85 BACTOFIL A BACTOFIL B 1,24 1,22 1,29 PHYLAZONIT AZOTER 1,63 1,12 1,24 1,25 1,25 1,18 1,09 1,16 0,66 0,70 TMN 0,91 0,74 0,95 E.M. 0,73 Kontrola 1,15 1,13 1,13 1,1 0,95 0,70 0,67 0,84 BACTOFIL A BACTOFIL B 1,33 1,35 1,29 1,25 PHYLAZONIT NIT 0,75 AZOTER 0,98 1,68 E.M. 1,27 1,24 0,

319 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Zaujímavé je porovnanie úrod a priemerných hodnôt celkovej mineralizácie dusíka za jednotlivé roky. S údajov vyplýva, že TMN v roku 2005 a 2006 je v porovnaní s rokom 2004 celkove o 44% a 65% vyššia. Naopak úrody sú paradoxne v priemere o 24% a 44% nižšie. Vysvetlenie spočíva v už spomínaných klimatických podmienkach v jednotlivých pokusných rokoch. Množstvo zrážok ako sme uviedli sa z roka na rok znižovalo čím sa zhoršovali podmienky pre tvorbu biomasy rastlín a úroda celkovo poklesla. Naopak schopnosť pôdnej mikroflóry mineralizovať dusík v laboratórnych podmienkach narastala čo svedčí o tom, že v pôde sa zvyšoval obsah ľahko rozložiteľných organických dusíkatých látok pretože skutočný priebeh mineralizácie dusíka v terénnych podmienkach bol suchom tiež limitovaný. Fixácia dusíka v pôde vplyvom dodaných preparátov však zrejme nebola suchom výrazne ovplyvnená a prebiehala ďalej o čom svedčia aj vyššie hodnoty mineralizácie dusíka. Hodnoty TMN v pôde po aplikácii prípravkami PHYLAZONIT, BACTOFIL B a AZOTER boli v roku 2005 vyššie o 39%, 46% a 47% a v roku 2006 po aplikácii PHYLAZONIT, a AZOTER vyššie o 16% a 47% oproti kontrole. Tieto výsledky naznačujú, že v suchých podmienkach je v najväčšej miere schopný viazať atmosférický dusík prípravok AZOTER. Hnojivový účinok fixovaného N sa však v dôsledku sucha nemohol uplatniť. LITERATURA Fecenko J., Pollák A.: Agronomická účinnosť prípravku AZOTER. Informačná správa, Nitra, 2001 Martincová J., Ondrášek Ľ.: Špeciálne mikrobiálne prípravky vo vzťahu k produkcii a kvalite TTP: Záverečná správa za subetapu. SCPV Nitra - VÚTPHP, Banská Bystrica, 2008, 25 p. Ondrášek Ľ., Martincová J., Jančová Ľ., Čunderlík J., Rogožníková A.: Výskum pôdnobiologických vlastností vo vzťahu k alternatívnym pratotechnickým systémom: Záverečná správa za etapu. Banská Bystrica, SCPV Nitra - VÚTPHP, Banská Bystrica, 2008, 41 p. Tučeková A.: Výskumné overovanie vplyvu pôdneho kondicionéra BACTOFIL B v kombinácii s hydroabsorbentami STOCKOSORB v lesníctve. Čiastková výskumná správa. Zvolen, 2005, 23 Effects of specialised microbial additives on yield and properties of soil under conditions of climate change Summary The research project named Measures considering an adjustment of grassland management to climate change and carried out during 2004 and Within the project, effects of microbial additives on dry matter (DM) yield, botanical and chemical composition of grassland and on the properties of soil were investigated. A research trial was established at semi-natural grassland site (altitude 465 m, Suchá Dolina - Radvaň, near Banská Bystrica). The following bacterial additives so called soil conditioners or soil amendments - were added to soil: BACTOFIL A; BACTOFIL B; PHYLAZONIT; AZOTER and E. M. The results were compared to the control (zero fertiliser application). Throughout the research period, the application of soil conditioners did not show much impact on the yield quantity, but there was a marked influence on the mineralization ability of soil as well as on the total biological activity of soil. The BACTOFIL B and AZOTER were the most efficient additives over the harvest years especially in the first harvest year with the highest rainfall recorded. Both the conditioners notably stimulated the biological processes in soil during all the research years. 317

320 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vplyv organického a minerálneho hnojenia na pôdno-biologické vlastnosti a retenčnú schopnosť pôdy pod poloprírodným trávnym porastom v podmienkach klimatickej zmeny Ľudovít Ondrášek, Jana Martincová, Jozef Čunderlík Slovenské centrum poľnohospodárskeho výskumu Nitra - Výskumný ústav trávnych porastov a horského poľnohospodárstva, Mládežnícka 36, Banská Bystrica, Slovenská republika, ondrasek@vutphp.sk Súhrn V rokoch sme na poloprírodnom trávnom poraste sledovali vplyv priemyselných hnojív (30 P+ 60 K kg na ha, 60 N + 30 P + 60 K kg na ha, 120 N + 30 P + 60 K kg na ha) a maštaľného hnoja (12 a 24 t na ha) na biologické, agrochemické a niektoré fyzikálne vlastnosti pôdy. Pokusná plocha sa nachádzala na stanovišti Radvaň (Banská Bystrica Stredné Slovensko) v nadmorskej výške 480 m na hlinitej až hlinito-piesčitej kyslej kambizemi. Najvyššia dávka N vo forme priemyselného hnojiva štatisticky preukazne zvýšila intenzitu TMN a NIT hlavne v roku 2004, 2005 a V najväčšej miere boli oba procesy stimulované maštaľným hnojom, ktorý spôsobil aj vzrast hodnôt ph a obsahu Mg, P a do určitej miery aj Cox a Nt v pôde so súčasným preukazným vzrastom pôdnej vlhkosti a hodnôt MKK a RVK. ÚVOD Zmena globálnej klímy, spôsobená rastúcou antropogénnou emisiou skleníkových plynov (CO 2, CH 4, N 2 O, freóny a iné) je najvýznamnejší globálny environmentálny problém v doterajšej histórii ľudstva. Vzhľadom na to, že predpokladaná klimatická zmena bude mať mnohostranné (kladné i záporné) dôsledky na poľnohospodárstvo bol i na Slovensku iniciovaný celý rad výskumných projektov, ktoré sa dotýkajú zmien klímy, negatívnych dôsledkov zmien klímy a a adaptačných opatrení na ich zmiernenie. Podobne tomu bolo i na našom pracovisku kde sa v rokoch 2004 až 2007 riešil projekt pod názvom Opatrenia zohľadňujúce adaptáciu na klimatickú zmenu v oblasti lúkarstva, pasienkarstva a pestovania poľných plodín. V rámci tohto projektu sme sa okrem iného zamerali aj na vplyv priemyselného a organického hnojiva na niektoré pôdno-biologické vlastnosti pod poloprírodným trávnym porastom s cieľom zvýšiť biologickú aktivitu pôdy a zlepšiť kvantitatívne a kvalitatívne parametre pôdnej organickej hmoty v nadväznosti na retenčnú schopnosť pôdy (Ondrášek et al., 2008). Cieľom predkladaného príspevku je prezentovať výsledky celkovej mineralizácie dusíka počas trvania pokusu vo vzťahu k agrochemickým a niektorým fyzikálnym vlastnostiam pôdy. MATERIÁL A METODIKA Pokusná plocha bola založená na stanovišti Radvaň (Banská Bystrica) v nadmorskej výške 480 m na poloprírodnom trávnom poraste. Stanovište patrí do mierne teplej klimatickej oblasti s dlhodobým priemerom ročnej teploty 7,0-8,0 C a priemerným úhrnom ročných zrážok 852 mm. Pôda je hlinitá až hlinito-piesočnatá kambizem. Pokus sa na jeseň roku 2003 a 2005 vyhnojil maštaľným hnojom v dávke 12 t a 24 t na ha, ktorého dodané množstvo zodpovedalo dávkam 60 a 120 kg N na ha v č. ž. (var.5,6). 318

321 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin V rokoch 2004 až 2007 bolo na ďalších troch variantoch aplikované priemyselné hnojivo v nasledovných dávkach v kg na ha č. ž. : 30 P + 60 K (var. 2), 60 N + 30 P + 60 K (var. 3), 2 x 60 N + 30 P + 60 K (var. 4), ako kontrola bola plocha bez dodania živín (var. 1). Dusík bol aplikovaný vo forme liadku amónneho, P a K vo forme fosforečnej a draselnej soli. Hnojivo vo var. 2 a 3 sa každoročne aplikovalo jednorazovo na jar a prvá časť dávky dusíka vo var. 4 sa aplikovala na jar a druhá časť po prvej kosbe. Celkove sa trávny porast kosil 3x za sezónu. V priebehu trvania pokusu sa systémom priemernej vzorky na jar a na jeseň a v čase 1 až 3. kosby odobrali z vrstvy vzorky mm po zrezaní hornej 20 mm vrstvy mačiny pôdne vzorky v nasledovných termínoch: rok I , II , III , IV , V ; rok I , II , III , IV , V ; rok I , II , III , IV , V ; rok I , II , III , IV , V V prirodzene vlhkých pôdnych vzorkách preosiatych cez 2 mm sa stanovila: a/ absolútna pôdna vlhkosť gravimetricky; b/ momentálny obsah NH + 4 -N a NO - 3 -N spektrofotometricky na prístroji SKALAR; c/ intenzita celkovej mineralizácie dusíka (TMN) po 14-dňovej aerobnej inkubácii pôdnych vzoriek v termostate pri teplote 25 o C - na základe rozdielu pred a po inkubačného stavu NH N a NO - 3 -N, d/ intenzita nitrifikácie (NIT) po 14-dňovej inkubácii pôdnych vzoriek v termostate pri teplote 25 o C - na základe rozdielu pred a po inkubačného stavu NO - 3 -N. e/ Vo vzorkách vysušených pri laboratórnej teplote odobratých v jarnom a jesennom, termíne roku 2004 a v rokoch 2005 až 2007 pri každom termíne odberu sa stanovil obsah Cox (Tjurin), Nt (Kjeldahl),P, K, Ca, Mg (podľa Melicha III ), ph (n KCl) a pomer HK:FK (spektrofotometricky). f/ Vo vzorkách z jesenného odberu roku 2008 sa stanovila maximálna kapilárna vodná kapacita pôdy (MKK) a retenčná vodná kapacita pôdy (RVK) (Fiala, 1999). Výsledky boli vyhodnotené metódou viacnásobnej a jednoduchej analýzy rozptylu pomocou programu STATGRAPHICS pričom pre posúdenie preukaznosti rozdielov medzi priemernými hodnotami jednotlivých ukazovateľov sme použili LSD test (p=95%). Na posúdenie vzťahu medzi niektorými sledovanými ukazovateľmi sme použili Pearsonov typ korelačného koeficientu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Kľúčový význam pre výživu rastlín majú mikrobiálne premeny dusíka v pôde. Pri ich štúdiu pod trávnymi porastmi je potrebné zdôrazniť fakt, že v lúčnom ekosystéme je pôda neustále počas celého vegetačného obdobia ovplyvňovaná fyziologicky aktívnym koreňovým systémom širokého spektra rastlín. Korene poskytujú pôdnej mikroflóre kontinuálne v malých množstvách ľahko rozložiteľný materiál prostredníctvom ich exsudátov a lýzy mŕtvych buniek. O tom ako budú prebiehať dezaminačné reakcie, čiže uvoľňovanie dusíka z organických väzieb týchto látok a či bude dochádzať k hromadeniu amoniakálneho dusíka v pôde rozhoduje okrem iného predovšetkým ich kvalitatívne zloženie, najmä pomer C:N. To sa samozrejme týka aj ostatného rastlinného (nadzemný a podzemný opad) a živočíšneho (odumretá pôdna fauna) materiálu, ktorý sa do pôdy dostáva a stáva sa substrátom pre pôdnu mikroflóru. Všeobecne sa dospelo k názoru, že v pôde pod lúčnymi porastmi prevažuje imobilizácia N nad mobilizáciou, čo sa vysvetľuje tým, že rozkladané organické látky sa vyznačujú širokým pomerom C:N. 319

322 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin K ovplyvneniu nutričných pomerov pre pôdnu mikroflóru dochádza pochopiteľne vplyvom aplikácie dusíkatých organických a minerálnych hnojív. Obsah dusíka v pôde sa zvyšuje nielen priamo ale i nepriamo prostredníctvom zmeneného chemického zloženia rastlín a ich nadzemného a podzemného opadu, čím sa pomer C:N zužuje a vzrastá predpoklad mobilizácie amoniakálneho dusíka v pôde prostredníctvom amonifikačnej mikroflóry. Podľa výsledkov tab. 1 sa TMN v priebehu vegetačných období v každom roku menila v závislosti od termínu odberu vzoriek. Odráža sa tu vplyv mnohých faktorov a to najmä stupňa rozvoja a aktivity pôdnej mikroflóry v závislosti od vlhkosti, teploty a množstva ľahko Tab. 1 Dynamika celkovej mineralizácie dusíka (TMN) v mg NH 4 -N.kg d -1 a nitrifikácie (NIT) v pôde v mg NO 3 -N.kg d -1 počas vegetácie rokov Odber/Index Rok Var. I. II. III. IV. V. x I. V. TMN NIT TMN NIT TMN NIT TMN NIT TMN NIT TMN NIT 1 13,7 16,0 11,8 15,0 8,7 7,8 5,4 5,2 5,5 4,2 9,0a 9,6a 2 20,2 21,2 15,5 16,1 6,9 7,0 4,0 4,0 9,6 8,7 11,2ab 11,4ab ,0 21,1 10,1 15,5 10,1 11,0 12,5 16,2 11,9 10,9 13,1abc 14,9bc 4 26,3 27,1 15,3 14,6 12,5 14,2 12,4 13,4 11,4 10,8 15,6bc 16,0cd 5 28,9 28,6 50,5 38,5 7,0 7,9 22,8 22,1 22,3 21,5 26,3d 23,7e 6 19,6 19,8 21,1 27,0 19,8 21,4 12,0 12,0 18,0 18,8 18,1c 19,8de x 21,6b 22,3b 20,7b 21,1b 10,8a 11,5a 11,5a 12,2a 13,1a 12,5a ,5 19,9 3,3 3,5 11,4 10,4 16,6 17,4 19,7 20,2 13,9ab 14,3a 2 27,6 30,2 9,3 8,3 16,5 16,1 12,2 10,4 22,6 22,4 17,6bc 17,5b ,9 18,5 10,0 10,4 12,7 11,9 10,2 9,1 17,2 19,4 13,2a 13,9a 4 43,9 35,6 12,4 13,0 18,4 19,7 11,7 11,4 21,7 24,0 21,6d 20,7c 5 31,7 34,6 14,6 14,7 17,2 15,8 15,2 15,2 23,9 23,9 20,5cd 20,8c 6 22,1 25,0 14,9 16,7 18,8 18,2 18,5 19,1 20,7 22,5 19,0cd 20,3bc x 26,6d 27,3d 10,7a 11,1a 15,8b 15,4b 14,1ab 13,8ab 21,0c 22,1c ,7 19,2 27,6 18,8 8,9 7,1 19,9 16,0 17,2 16,4 18,3ab 15,5a 2 19,4 20,9 21,1 22,1 8,9 7,2 19,6 15,9 12,4 9,6 16,3a 15,1a ,6 30,1 23,6 22,7 13,1 11,7 35,6 17,6 16,5 14,1 23,1c 19,2ab 4 19,8 21,2 37,6 39,9 13,8 11,8 22,0 19,0 12,0 11,8 21,0bc 20,7b 5 29,9 33,0 27,8 28,1 20,9 21,0 22,3 20,7 16,6 13,6 23,5c 23,3b 6 22,3 25,8 21,6 23,0 25,4 26,0 23,9 22,1 11,2 9,6 20,9bc 21,3b x 22,6b 25,0c 26,5c 25,8c 15,2a 14,1a 23,9bc 18,5b 14,3a 12,5a ,0 1,8 10,9 12,4 9,1 6,6 9,8 10,2 14,6 16,2 11,1a 9,4a 2 12,9 7,5 9,7 10,2 14,4 13,2 9,8 10,0 11,9 14,4 11,7a 11,0a ,1 6,2 21,8 17,2 11,8 10,7 12,6 13,1 15,9 19,3 14,7a 13,3a 4 24,0 24,6 29,1 32,8 13,3 11,7 13,4 13,4 38,6 41,0 23,7c 24,7c 5 23,1 24,0 18,3 18,6 12,7 14,4 13,5 14,4 26,2 28,9 18,8b 20,1b 6 27,4 28,2 24,6 23,1 13,0 11,7 10,0 10,8 27,6 32,1 20,5bc 21,2bc x 18,3b 15,4a 19,1bc 19,1b 12,4a 11,4a 11,5a 12,0a 22,5c 25,3c - - Medzi priemernými hodnotami v ktorých označení nie sú zhodné symboly sú štatisticky preukazné rozdiely (LSD test, P= 95%) rozložiteľných organických látok v pôde určovaný vývojom nadzemnej a podzemnej rastlinnej biomasy. V roku 2004 bola TMN v priemere najväčšia v I. a II., v roku 2005 v I., III. a V., v roku 2006 v I., II., a IV. a v roku 2007 v I., II, a V. odbere pôdnych vzoriek. Korelačnou analýzou sme potvrdili vzťah k pôdnej vlhkosti r=0,45 + (rok 2004), r=0,61 ++ (rok 320

323 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ), r=0,40 + (rok 2006), r=0,59 ++ (rok 2007). Celková mineralizácia dusíka bola výrazne ovplyvnená hnojením trávneho porastu. Aplikovaná dávka 120 kg N na ha + PK (var. 4) priemyselného hnojiva preukazne zvýšila TMN v roku 2004, 2005 a najmä v roku 2007 kedy bola dvojnásobne vyššia než v kontrole. V pôde s dodaným 60 kg N na ha + PK (var. 3) došlo k preukaznému nárastu TMN oproti kontrolnému variantu (var. 1) iba v roku V najväčšej miere však bola TMN ovplyvnená maštaľným hnojom. Vychádzajúc priemerných hodnôt za varianty (tab. 1) boli hodnoty TMN v roku 2004 pri dávke 12 t na ha (var. 5) 3-násobne a pri dávke 24 t na ha (var. 6) 2-násobne vyššie než v nehnojenej pôde. Slabší stimulačný efekt pri vyššej dávke možno pripísať pravdepodobnému vzniku čiastočne zhoršených aeračných podmienok pre amonifikačnú ale najmä nitrifikačnú mikroflóru v dôsledku nadmerného prísunu organickej hmoty. V nasledovných dvoch rokoch stimulačný účinok klesá a to i napriek tomu, že v na jeseň v roku 2005 sa maštaľný hnoj aplikoval znovu. Príčina môže spočívať v menšom množstve zrážok a tým poklese pôdnej vlhkosti v rokoch 2005 a Zatiaľ čo v roku 2004 bol úhrn zrážok za vegetačné obdobie 502 mm, v 2 a 3. úžitkovom roku boli zrážky nižšie resp. 376 mm. Naopak v roku 2007 kedy bol úhrn zrážok za vegetačné obdobie 437 mm bola TMN opätovne výrazne stimulovaná a jej hodnoty vo var. 5 a 6 boli v porovnaní s kontrolou vyššie o 70% až 80%. Súčasťou mikrobiálnych premien dusíka v pôde je nitrifikačný proces v ktorom prostredníctvom nitrifikačných baktérií dochádza k oxidácii NH + 4 ako produktu činnosti amonifikačnej mikroflóry na NO - 3. Výsledky NIT, ktoré uvádzame v tab. 1 sú takmer zhodné s výsledkami TMN. Posúdením vzťahu medzi TMN a NIT korelačnou analýzou sme dospeli k silnému vzťahu (r=0,92 ++ ). To naznačuje, že zamonifikovaný dusík bol takmer všetok zoxidovaný na nitrátový a limitujúcim faktorom pre nitrifikačné baktérie na našom pokuse nebolo nízke ph (tab. 2) ale obsah NH N. Celkove z hľadiska zhodnotenia vplyvu aplikovaných hnojív a to najmä maštaľného hnoja možno konštatovať, že bol zistený pozitívny vplyv na sledované pôdno-mikrobiologické ukazovatele. Prostredníctvom maštaľného hnoja sa totiž pôda obohacuje nielen o veľké množstvo organických látok ale aj o početné formy mikroorganizmov, ktoré podporujú zintenzívnenie biologickej aktivity pôdy. Prevažne sa tým potvrdili závery mnohých iných prác, ktoré sa zaoberali pôsobením rôznych foriem organických hnojív a exkrementov zvierat na trávnych porastoch a to či už ich priamou aplikáciou alebo pri pasení (Lovell and Jarvis, 1996; Bittman et al., 2005). Aplikáciou hnojív a to najmä maštaľného hnoja postupne dochádza aj k zmenám v agrochemických vlastnostiach pôdy. Aplikovaná najvyššia dávka priemyselného hnojiva a maštaľný hnoj podmienil určitý nárast obsahu Cox a Nt. Okrem toho je možné pozorovať aj tendenciu zlepšovania sa pomeru HK:FK a to najmä vo var. 2 a 4. Z ostatných hodnotených agrochemických vlastností došlo najmä vplyvom hnojenia maštaľným hnojom k nárastu obsahu Mg, P a vo všetkých variantoch hnojených dusíkom k zmierneniu pôdnej acidity. Zvýšenie hodnôt agrochemických ukazovateľov pôdy pod trávnymi porastmi vplyvom organického hnojenia sa potvrdilo aj v iných prácach (Hsieh ChaoHsien et al., 1997; Gondek and Filipek-Mazur, 2005). Jeden z hlavných cieľov riešenia úlohy bolo dosiahnutie vyššej retenčnej schopnosti pôdy vplyvom zvoleného spôsobu obhospodarovania trávneho porastu. Z tab. 3 vyplýva, že v priemere za vegetačné obdobia pokusných rokov bola vlhkosť vo všetkých hnojených variantoch pokusu vyššia než v kontrole. V najväčšej miere sa to prejavovalo najmä v pôde 321

324 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tab. 2 Priemerné hodnoty agrochemického rozboru a hodnoty MKK a RVK v pôdnych vzorkách v roku 2007 Var. Cox Nt HK:FK P K Ca Mg ph MKK RVK 1 28,4ab 2,35a 0,46b 20,8b 110,3a 0,91ab 231,1a 3,83a 289,15 273,3 2 25,1a 2,50a 0,50d 8,2a 114,3a 0,90ab 263,3ab 3,96ab 294,8 276,8 3 28,6ab 2,84a 0,43a 6,6a 130,9b 0,85ab 280,0b 3,99b 309,15 292,2 4 29,9b 2,65a 0,48c 7,6a 116,4ab 0,99b 273,1b 4,18c 287,35 269,8 5 30,1b 2,55a 0,47bc 56,0c 112,9a 0,82a 314,8c 3,96ab 309,5 289,7 6 28,6ab 2,68a 0,45b 21,0b 110,1a 0,99b 281,4b 4,15c 326,1 309,0 Cox, Nt, MKK, RVK - g.kg -1 P, K, Ca, Mg - mg. kg -1 Medzi priemernými hodnotami v ktorých označení nie sú zhodné symboly sú štatisticky preukazné rozdiely (LSD test, P= 95%) Tab. 3 Pôdna vlhkosť (g.kg -1 ) počas vegetácie roku Rok Var. Odber x I. II. III. IV. V. I. - V. % 1 174,0 215,7 125,5 148,6 195,0 171,8a ,4 224,5 142,2 172,0 187,6 183,8b ,0 231,8 156,5 196,8 203,0 196,4c ,4 223,9 167,0 195,3 213,6 200,2c ,7 230,6 148,9 169,7 205,3 191,4bc ,3 228,0 205,1 191,1 233,6 211,0d 123 x 190,5c 224,0e 147,8a 178,2b 199,8d ,6 101,7 124,9 152,3 137, a ,5 113,1 134,9 160,2 156, b ,5 117,5 141,8 167,8 165, b ,9 109,7 135,9 176,0 153, b ,3 122,6 153,4 177,4 171, c ,0 125,7 161,4 190,4 177, c 124 x 193.0e 115.0a 142.1b 170.7d 160.2c ,8 168,2 105,8 132,9 150,9 152,1a ,1 184,2 107,5 145,4 161,4 162,1ab ,6 175,3 121,3 152,3 185,6 172,0b ,6 181,3 116,6 155,3 168,0 163,6ab ,7 197,2 142,9 143,3 159,7 171,7b ,5 175,7 138,4 151,6 171,4 172,1b 113 x 212,7e 180,3d 122,1a 146,8b 166,2c ,8 203,1 128,0 151,1 190,6 176,7a ,3 195,5 126,0 171,1 216,1 187,4ab ,3 252,9 117,2 167,6 202,3 187,7ab ,3 245,2 122,0 174,9 224,4 196,8b ,1 220,2 136,3 187,5 223,6 196,9b ,8 230,2 131,6 181,1 218,0 195,3b 111 x 214,6c 224,5c 126,8a 172,2b 212,5c - - Medzi priemernými hodnotami v ktorých označení nie sú zhodné symboly sú štatisticky preukazné rozdiely (LSD test, P= 95%) hnojenej maštaľným hnojom a to hlavne v roku 2004 a 2005, kedy vlhkosť pri vyššej dávke maštaľného hnoja (var.6) bola v priemere o 23% až 24% vyššia než v nehnojenej pôde. Efekt sa prejavoval najmä v suchom letnom období resp. v odberoch kde bola celkove najnižšia 322

325 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin pôdna vlhkosť. Napríklad v III. odbere roku 2004 bola hladina vlhkosti vo var. 6 až o 60% vyššia než v kontrole. Konštatované zvýšenie hladiny pôdnej vlhkosti najmä v pôde s aplikovaným maštaľným hnojom svedčí o zvyšovaní sa retenčnej schopnosti pôdy o čom svedčí aj vzrast hodnôt MKK a RVK (tab. 2). Príčina spočíva jednak v tom, že vrstva maštaľného hnoja na povrchu pôdy zrejme do určitej miery zabraňuje vyparovaniu vody a zároveň aj v tendencii rastu obsahu pôdnej organickej hmoty ako výsledku začínajúcej transformácie organického materiálu, ktorý sa do pôdy vniesol prostredníctvom organického hnojiva. LITERATÚRA Bittman, S., Forge, T. A., Kowalenko, C. G.: Responses of the bacterial and fungal biomass in a grassland soil to multi-year applications of dairy manure slurry and fertilizer Soil Biology and Biochemistry, 37, 4, 2005, pp Gondek, K., Filipek-Mazur, B.: The effects of mineral treatment and the amendments by organic and organomineral fertilisers on the crop yield, plant nutrient status and soil properties. Plant Soil Environ., 52, 2005, pp Hsieh ChaoHsien., Hong ChiaMo., Hong KuoYuan., Hsu FuHsing., Cheng BiHuey., Hsieh C.H., Hong C. M., Hong K.Y., Hsu F. H., Cheng B. H.: Effect of surface application of cattle manure on soil physical and chemical properties on pangola grass pasture Journal of Taiwan Livestock Research 30, 4, 1997, pp Lovell, R.D., Jarvis, S.C.: Effect of cattle dung on soil microbial biomass C and N in a permanent pasture soil. Soil Biology and Biochemistry, 28, 3, 1996, pp Fiala, K.: Záväzné metódy rozborov pôd. Čiastkový monitorovací systém Pôda. Vydal Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy, Bratislava,1999, 135 p. Ondrášek, Ľ., Martincová, J., Jančová Ľ., Čunderlík, J., Rogožníková, A.: Výskum pôdnobiologických vlastností vo vzťahu k alternatívnym pratotechnickým systémom: Záverečná správa za etapu. Banská Bystrica, SCPV Nitra - VÚTPHP, Banská Bystrica, 2008, 41 p. Effects of organic and mineral fertilisers on biological properties as well as on water retention ability of soil at semi-natural grassland under conditions of climate change Summary Effects of mineral fertilisers (30 P + 60 K kg ha -1 ; 60 N + 30 P + 60 K kg ha -1 and 120 N + 30 P + 60 K kg ha -1 ) and farmyard manure (12 or 24 t ha -1 ) application on biological, agrochemical and some physical properties of soil were studied in semi-natural grassland during The research trial was established at Radvaň site (near Banská Bystrica in central Slovakia; altitude 480 m; loamy to sandy-loamy Dystric Cambisol). The highest rate of mineral N fertiliser significantly increased the intensity of total mineralization of nitrogen (TMN) and the rate of nitrification (NIT), especially in 2004, 2005 and The farmyard manure application resulted in the maximum stimulation of both the processes and increased also ph and the content of Mg and P, as well as C ox and N t content in soil. The significant increase was also found in the soil moisture content and in the values of the maximum capillary water capacity of soil (MKK) and the water-retention capacity of soil (RVK). 323

326 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ÚLOHA KOREŇOVEJ ČIAPOČKY V PRÍJME IÓNOV KADMIA PRI RASTLINÁCH KUKURICE A EICHHORNIE Barbora Procházková 1, Alexander Lux 1,2 1 Department of Plant Physiology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dolina B2, Bratislava, prochazkova@fns.uniba.sk 2 Institute of Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, Bratislava, Slovakia SÚHRN Ťažké kovy patria medzi významné anorganické polutanty životného prostredia, k najvýznamnejším z nich patrí kadmium. Pre príjem kadmia do rastliny a vstup do potravinového reťazca je najdôležitejším orgánom koreň. Cieľom tejto práce je objasnenie úlohy koreňovej čiapočky pri príjme kadmia. Experimentálne odstránenie koreňovej čiapočky pri dvoch skúmaných druhoch viedlo k rozdielnej reakcii. Zatiaľ čo pri kukurici sa príjem Cd odstránením čiapočky nezmenil, pri eichhornii došlo k zníženiu obsahu Cd v koreňoch a zvýšeniu v listoch. Mechanizmus tejto rozdielnej reakcie bude vyžadovať ďalšie štúdium. Kľúčové slová: kadmium, koreňová čiapočka, odstránenie koreňovej čiapočky ÚVOD Znečistenie prostredia rôznymi polutantmi je reálny problém dnešnej doby a neustále sa hľadajú efektívne spôsoby ako ho riešiť. K vstupu toxických kovov do potravinového reťazca prispieva celý rad antropogenných ako aj prírodných zdrojov. Na odstraňovanie polutantov sa v posledných rokoch začína uplatňovať fytoremediácia ako šetrná a nie nákladná metóda kde sa využívajú rastliny, hyperakumulátory ťažkých kovov a postupy bežne používané v poľnohospodárstve. Okrem odstraňovania polutantov rastliny aj bránia erózii a prepúšťaniu toxických látok do okolitého prostredia (Kráľová & Masarovičová 2006). Pri čistení vôd kontaminovaných ťažkými kovmi sa používa rizofiltrácia. Pre túto metódu sa osvedčilo viacero rastlinných druhov, medzi ktoré patria aj vodné druhy eichhornia (Eichhornia crassipes), pupkovník (Hydrocotyle umbellata), žaburinka menšia (Lemna minor), ktoré dokážu akumulovať viacero ťažkých kovov, napríklad Cd, Pb, Cu, Fe a Hg (Raskin et al., 1994). Toxický kov, kadmium je nebezpečným polutantom a považuje sa za jeden z piatich najtoxickejších kovov vyskytujúcich sa vo vodnom prostredí (Nalewajko, 1995). Na rastliny vplýva kadmium toxicky tým, že spôsobuje zmeny na štrukturálnej a ultraštrukturálnej úrovni, inhibuje fotosyntézu, ovplyvňuje príjem živín a spôsobuje stres zo sucha (Sanitá di Toppi & Gabbrielli 1999, Mishra & Tripathi, 2008). Primárnym miestom prieniku kadmia do rastliny je koreň, ktorý sa stáva aj prvým poškodeným miestom rastliny. Symptómy vplyvu kadmia na korene rastlín sú redukcia rastu koreňa, vakuolizácia buniek (meristematických, kortikálnych 324

327 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a epidermálnych) a skoršie dozrievanie pletív v blízkosti apexu. Korene pod vplyvom kadmia sú oproti kontrole kratšie a hrubšie a koreňové špičky majú zhnednuté (Zelko & Lux 2004). Cieľom práce je zistiť, ako sa apikálna časť koreňa, ktorá nemá vyvinuté apoplastické bariéry podieľa na prieniku látok do koreňa. Táto oblasť je krytá koreňovou čiapočkou. Jej odstránenie by teda mohlo mať významnú úlohu pri prieniku toxických prvkov do rastliny. MATERIÁL A METÓDY V pokuse sme použili semená kukurice siatej, Zea mays L. hybrid NK ALPHA FAO 380 morené vo fludioxonil metaxil thirame. Rastliny sme pestovali hydroponicky, použili sme Knopov kultivačný roztok s polovičným obsahom zložiek. Kadmium bolo do roztoku pridávané v podobe Cd(NO3)2.4H2O a ph roztokov bolo upravované na hodnotu 6,5. Koncentrácia kadmia vo výslednom roztoku bola mol / l. Pestovanie prebehlo v rastovej komore, dĺžka svetelnej fázy bola 14 hodín a dĺžka tmavej fázy 10 hodín. Pestovanie trvalo sedem dní, pričom sme mali štyri pokusné varianty: K- kontrola, KD- kontrola s odstránenou koreňovou čiapočkou, CdK- rastliny pestované v kadmiu a CdDrastliny pestované v kadmiu s odstránenou koreňovou čiapočkou. Koreňovú čiapočku sme odstraňovali mechanicky pomocou žiletky. Tento postup použili aj Lux et al. (1986) a Iijima et al. (2003). Sledovali sme tiež dynamiku prieniku kadmia do rastliny počas obdobia vytvárania novej koreňovej čiapočky po jej predošlom odstránení. Druhým použitým druhom bola vodná rastlina Eichhornia crassipes (Mart.) Solms., ktorá je akumulátorom toxických kovov vrátane kadmia. Na pestovanie rastlín bol použitý Knopov kultivačný roztok s polovičným obsahom zložiek s kadmiom ako v prípade kukurice, rastliny boli pestované sedem dní. Koreňové čiapočky sme odstraňovali mechanicky ťahom. Obsah kadmia bol v pokusných rastlinách stanovený metódou AAS. VÝSLEDKY A DISKUSIA Z našich výsledkov vyplýva, že kadmium malo výrazný inhibičný vplyv na rastliny kukurice, zatiaľ čo pri rastlinách eichhornie sa pri použití rovnakej koncentrácie skúmanej látky nevyskytli symptómy toxicity. V koreňoch bol obsah kadmia výrazne vyšší ako v nadzemných častiach, čo je výsledok zhodný s prácami iných autorov (Wang et al., 2007). Odstránenie koreňovej čiapočky pri kukurici neovplyvnilo príjem a transport kadmia v rastlinách (Tab.1). Tento výsledok môže súvisieť s obnovovaním koreňovej čiapočky po jej odstránení, ktoré je pri kukurici v čase približne štyroch dní (Barlow & Grundwag 1974). 325

328 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Preto sme v ďalšej časti práce sledovali a porovnávali aj obsah kadmia v pokusných rastlinách po každom dni kedy ešte koreňová čiapočka nebola vytvorená. Tabuľka 1 Obsah kadmia v rastlinách kukurice (Zea mays L.) kultivovaných 7 dní v Knopovom živnom roztoku s Cd v intaktných rastlinách a po odstránení koreňovej čiapočky. Variant Rastlinný orgán Obsah Cd (µg/kg) Intaktné rastliny Koreň 1227 Nadzemná časť 278,1 Rastliny bez čiapočky Koreň 1103 Nadzemná časť 278,5 Pri eichhornii sa distribúcia kadmia v rastlinných orgánoch menila po experimentálnom odstránení koreňovej čiapočky. Obsah kadmia v koreňoch bol vyšší pri intaktných rastlinách, a naopak, v listoch bol obsah kadmia vyšší pri variante s odstránenými koreňovými čiapočkami. Tabuľka 2 Obsah kadmia v intaktných rastlinách eichhornie (Tab.2a) a v rastlinách eichhornie s odstránenou koreňovou čiapočkou (Tab 2b) kultivovaných 7 dní v Knopovom živnom roztoku s kadmiom. 2a 2b Variant Intaktné rastliny Obsah kadmia (µg/kg) Variant Rastliny bez čiapočky Obsah kadmia (µg/kg) Koreň Listová čepeľ 174,1 Koreň 11376,5 Listová čepeľ 382,5 Tieto výsledky ukazujú, že koreňová čiapočka niektorých druhov rastlín má funkciu pri ochrane koreňa pred pôsobením toxických kovov. Protirečivé výsledky z dvoch skúmaných druhov môžu byť spôsobené rozdielnym mechanizmom príjmu látok koreňmi pri vodných a suchozemských rastlinách. Rozdielna pri týchto druhoch je i stavba koreňa, koreňového vrchola a koreňovej čiapočky. Rozdiely v stavbe koreňa významne ovplyvňujú príjem toxických kovov. Napr. vzdialenosť zakladania sa apoplastických bariér v koreni súvisí s množstvom kadmia transportovaného z koreňov do nadzemných častí rastlín (Lux et al., 2004). Pri pšenici (Triticum aestivum L.) sa zistilo, že periférne bunky koreňovej čiapočky majú pozitívny vplyv na znižovanie toxicity hliníka (Mu-yuan et al., 2003). Stavba koreňa 326

329 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin a koreňovej čiapočky, variabilná pri jednotlivých druhoch má vplyv na príjem a translokáciu kadmia. Zistené medzidruhové rozdiely budú vyžadovať ďalšie detailné štúdium. LITERATÚRA Barlow P. W. & Grundwag M The development of amyloplasts in cells of the quiescent centre of Zea roots in response to removal of the root cap. Z. Pflanzenphysiol. 1: Iijima M., Higuchi T., Barlow P. W. & Bengough A. G Root cap removal increases root penetration resistance in maize (Zea mays L.). J. Exp. Bot. 54: Kráľová K. & Masarovičová E Plants for the future. Ecol. Chem. Engin. 13: Lux A., Mikuš M. & Kovaľ Š Effect of vanadium on root growth and regeneration of the root cap in maize (Zea mays L.) Physiol. Plant. 22: Lux A., Šottníková A., Opatrná J. & Greger M Differences in structure of adventitious roots in Salix clones with contrasting characteristics of Cd accumulation and sensitivity. Physiol. Plant. 120: Mishra, V. K. & Tripathi, B.D Concurrent removal and accumulation of heavy metals by the three aquatic macrophytes. Bioresour. Technol. 99: Mu-yuan Z., Sung-ju A. & Hideaki M Inhibition of growth and development of root border cells in wheat by Al. Physiol. Plant. 117: Nalewajko, C., Effects of cadmium and metal-contaminated sediments on photosynthesis, heterotrophy and phosphate uptake in Mackenzie river delta phytoplankton. Chemosphere 30: Raskin, I., Kumar, P, B, A., N., Dushenkov, S., Salt, D., E Bioconcentration of heavy metals by plants. Curr. Opin. Biotech. 5: Sanitá di Toppi L. & Gabbrielli R Response to cadmium in higher plants. Environ. Exp. Bot. 41: Wang M., Zou J., Duan X., Jiang W. & Liu D Cadmium accumulation and its effects on metal uptake in maize (Zea mays L.). Bioresour. Technol. 98: Zelko I. & Lux A Effect of cadmium on Karwinskia humboldtiana roots. Biologia, Bratislava 13: Role of the root cap in cadmium uptake in maize and water hyacinth Summary Cadmium is an important carcinogenic pollutant from group of heavy metals. The root is the main site of Cd uptake by plant. The aim of this study was to find out if the root cap of maize and water hyacinth have role in the protection against Cd uptake. Experimental removal of the root cap resulted in different reaction in two investigated species. In maize the Cd uptake and translocation was not influenced. In water hyacinth the root cap removal resulted in decreased Cd content in roots and increased content in leaves. Key words: cadmium, root cap, decapping Acknowledgements: This work was supported by grants 1/4354/07 from Slovak Grant Agency VEGA and COST from Slovak Research and Development Agency APVV. 327

330 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vliv abiotického stresu (zvýšená teplota, sucho) na rostliny tabáku se sníženým obsahem cytokininů H. Červinková 1,2, O. Novák 3, M. Strnad 3, R. Vaňková 1 1 Ústav experimentální botaniky AV ČR, Rozvojová 263, , Praha 6, Česká republika, cervinkova@ueb.cas.cz 2 Uviverzita Karlova v Praze, Katedra Fyziologie rostlin, Viničná 5 Praha 2, Laboratoř růstových regulátorů, Univerzita Palackého a Ústav experimentální botaniky AV ČR, Šlechtitelů 11, , Olomouc SOUHRN Rostliny tabáku reagovaly na stres suchem přednostní ochranou horních listů. Její důležitou součástí bylo ustavení gradientu bioaktivních cytokininů ve prospěch těchto listů, za podmínek celkového snížení obsahu cytokininů. Relativně vyšší hladina cytokininů v horních listech vedla ke zvýšení sílu sinku vzrostného vrcholu. Teplotní stres měl negativní efekt na obsah cytokininů ve všech listech, tj. došlo ke snížení obsahu cytokininů. Během sucha se výrazně zvýšil obsah kyseliny abscisové. Po teplotním stresu docházelo ke zvýšení katabolismu této kyseliny. Rostliny s konstitutivně zvýšenou degradací cytokininů měly zpomalený růst prýtu a celkově zakrslý fenotyp. Byly však tolerantnější vůči stresu, především k suchu. ÚVOD Rostliny reagují velmi efektivně na měnící se podmínky okolního prostředí. Důležitou roli v této interakci hrají rostlinné hormony. Transkriptomické studie ukázaly, že významnou roli vedle hlavního stresového hormonu, kyseliny abscisové (ABA), hrají cytokininy (Tran et al., 2007). V této práci jsme se zaměřili na sledování vlivu hladiny endogenních cytokininů při odpovědi na sucho, teplotní stres a jejich kombinaci. Jako pokusný materiál byly použity rostliny tabáku Nicotiana tabacum L. Regulace obsahu cytokininů bylo dosaženo pomocí zvýšené exprese genu pro hlavní degradační enzym cytokininů (cytokinin oxidázu/dehydrogenázu - CKX) pod konstitutivním (35S) nebo tkáňově specifickým promotorem (WRKY6). Rostliny 35S::CKX1 (1-50-8) vykazovaly silný pokles v nárůstu nadzemní části, zatímco WRKY6::CKX1 (1-29-2), které exprimují CKX1 především v kořenech a stárnoucích spodních listech, měly podobný fenotyp jako WT. MATERIÁL A METODIKA Materiál: Rostliny tabáku (Nicotiana tabacum L. cv. Samsun NN) se zvýšenou expresí genu pro cytokininoxidázu/dehydrogenázu AtCKX1 (pod CaMV35S nebo WRKY6 promotorem) a odpovídající WT byly pěstovány v půdě po dobu 6 týdnů při teplotě 25/23 C a fotoperiodě 16/8 hod. Stres sucha byl aplikován po dobu 7 dní přerušením zálivky. Kombinovaného stresu bylo dosaženo aplikací teploty 40 C po dobu 2 hodin na konci 7-denního sucha.vzorky po 328

331 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin zotavení byly odebrány 24 hodin po rehydrataci. Teplotní stres byl simulován vystavením rostlin teplotě 40 C po dobu 2 nebo 6 hodin. Metody: Analýza hormonů: Vzorky pro analýzy hormonů byly přečištěny podle Dobrev a Kamínek (2002). Kvantifikace cytokininů byla provedena pomocí UPLC-MS/MS podle Novák et al. (2008). Kvantifikace kyseliny ABA byla provedena modifikovanou LC/MS podle Hradecká et al. (2007). Měření chlorofylu: Množství chlorofylu bylo měřeno neinvazivně pomocí SPAD Metru (Minolta, USA). VÝSLEDKY A DISKUSE Obsah chlorofylu: Všechny testované genotypy měly za kontrolních podmínek podobný obsah chlorofylu. Stres suchem měl za následek u WT a WRKY6::CKX1 výrazné zvýšení obsahu chlorofylu v horních a středních listech. Tato stimulace byla výraznější u rostlin WRKY6::CKX1. U konstitutivních transformantů CKX1 byla hladina chlorofylu zvýšena pouze u mladých listů. V ostatních listech byl obsah chlorofylu snížený. Kyselina abscisová: Obsah volné ABA byl u všech genotypů vyšší v listech než v kořenech, u WT a WRKY6::CKX1 byl vyšší v horních listech než v listech spodních. Teplotní stres způsobil u WT a WRKY6::CKX1 nárůst kyseliny faseové (katabolit ABA) v horních listech, ještě větší nárůst byl pozorován u kombinovaného stresu. Stres suchem způsobil nárůst ABA u všech genotypů. Zvýšení obsahu ABA bylo nižší u 35S::CKX1, což ukazuje na vyšší tolerance vůči stresu (pomalejší pokles turgoru). Po zalití byl pozorován pokles ABA, i jejích glukosylesterů. Změny hladiny ABA naznačují korelaci s otevřeností průduchů, respektive s rychlostí transpirace (Zhang et al., 2008). Cytokininy: Zvýšená exprese CKX1 vyústila u transgenních rostlin v pokles endogenních cytokininů, nejvýznamnější u zásobních a deaktivačních forem (O- a N-glukosidy cytokininů). Obsah fyziologicky aktivních cytokininů podstatně poklesl po dvou hodinách teplotního stresu ve všech listech a kořenech všech testovaných genotypů. Postupný pokles O-glukosidů cytokininů během teplotního stresu (zejména u 35S::CKX1) může být způsoben hydrolýzou zásobních forem cytokininů, s cílem minimalizovat pokles bioaktivních forem. Během nedostatku vody byl pokles bioaktivních cytokininů pomalejší v horních listech, ve srovnání se spodními. V kořenech nebyla pozorována téměř žádná změna. Hladina O-glukosidů cytokininů, a v menší míře také obsah N-glukosidů, byla výrazně zvýšena během stresu suchem. Obsah derivátů cis-zeatinu během sucha výrazně vzrostl. Po zalití se velmi podstatně zvýšil obsah bioaktivních cytokininů, jak v listech, tak v kořenech. Dosažené výsledky ukazují, že regulace obsahu cytokininů závisí nejen na typu stresu, ale také na jeho síle a trvání. 329

332 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin LITERATURA Dobrev, P,I., Kaminek, M., (2002) Fast and efficient separation of cytokinins from auxin and abscisic acid and their purification using mixed-mode solid-phase extraction. J Chromatogr. A 950: Hradecká, V., Novák, O., Havlíček, l., Strnad, M., (2007) Immunoaffinity chromatography of abscisic acid combined with electrospray liquid chromatography-mass spectrometry. J. Chromatogr. B 847, Tran, L,P., Urao, T., Qin, F., Maruyama, K., Kakimoto, T., Shinozaki, K., Yamaguchi- Shinozaki, K., (2007) Functional analysis of AHK1/ATHK1 and cytokinin receptor histidine kinases in response to abscisic acid, drought, and salt stress in Arabidopsis. PNAS. 51, Novák, O., Hauserová, E., Amakorová, P., Doležal, K., Strnad, M., (2008) Cytokinin profiling in plant tissues using ultra-performace liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry. Phytochem. 69, Zhang, X., Wollenweber, B., Juany, D., Liu, F., Zhao, J., (2008) Water deficits and heat shock effects on photo synthessis of transgenic Arabidopsis thaliana constitutively expressing ABP9, a bzip transcription factor. J of Exp. Botany. 59, SUMMARY Drought resulted in the establishment of bioactive cytokinin gradient in favour of upper leaves, while heat stress had uniform negative effect on cytokinin content in all leaves. Drouhgt was associated with high elevation of abscisic acid level, after heat stress, ABA catabolites were formed. Slow shoot growth-rate and dwarf phenotype, caused by strong constitutive down-regulation of cytokinin levels, coincided with higher stress tolerance, especially to drought. PODĚKOVÁNÍ Velmi děkuji Prof. Dr. Thomas Schmüllingovi a Dr. Tomas Wernerovi (Freie Universität Berlin, Germany) za poskytnutí semen 35S::CKX1 a WRKY6::CKX1 transformovaného tabáku. Tato práce byla podpořena grantovou agenturou GA ČR. Číslo grantu: 206/06/1306 MŠMT ČR projekt NPV 2B

333 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin POROVNANIE ÚČINKOV LISTOVÝCH HNOJÍV CAMPOFORT S OBSAHOM ZINKU A ŽELEZA NA RASTLINY FAZULE MUNGO PESTOVANEJ V STRESOVÝCH PODMIENKACH Mária Henselová, Ľudmila Slováková Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského, Katedra fyziológie rastlín, Mlynská dolina B-2, Bratislava, Slovensko, e mail: fns.uniba.sk Súhrn V rokoch sme overovali účinky dvoch listových hnojív Campofort Special s obsahom zinku a železa na rastliny fazule mungo [Vigna radiata (L.) Wilczek] pestovanej v skleníkových podmienkach pod vplyvom teplotného a vodného stresu. Prípravky sme aplikovali počas vegetácie dvakrát. Prvýkrát v štádiu tretieho trojlistu, druhýkrát dva týždne po prvej aplikácií, a to v aplikačnej dávke 10 l ha -1. Obidve hnojivá mali preukazný vplyv na počet strukov na rastline, počet semien v struku a ich hmotnosť, ako aj celkový výnos semien. Obsah bielkovín bol preukazne znížený iba pod vplyvom prípravku Campofort s obsahom Fe. Príjem a akumulácia prvkov sa zvyšovala vo všetkých orgánoch a klesala v poradí: listy, stonka, koreň, semeno. Kľúčové slova: fazuľa mungo, listové hnojivá, výnosové parametre, obsah bielkovín, zinok, železo ÚVOD Zinok a železo sú esenciálnymi prvkami dôležitými nielen pre rastliny, ale aj pre zdravie človeka. Uvádza sa, že až 49 % populácie na svete je rizikovou pre nízky príjem zinku (Brown a Peerson, 2001). Taktiež aj nedostatok železa je vážny nutričný problém, pričom sa predpokladá že až 30 % svetovej populácie trpí na anémiu (Espinosa-Huerta et al., 2006). Zinok je súčasťou väčšiny enzýmov a proteínov, ovplyvňuje bunkový metabolizmus, metabolizmus nukleových kyselín a bielkovín, ako aj uhlíkový metabolizmus (Prasad, 1995). Rovnako citlivé sú plodiny aj na nedostatok Fe, pričom sa to prejavuje buď nízkym obsahom chlorofylu, poškodením fotosyntetického elektrónového transportu, nízkym obsahom feredoxínu, redukciou tvorby ribulozobifosfátu (Bohra et al., 2006). Na odstránenie nedostatkov vo výžive rastlín sa preto odporúča hnojiť na list kvapalnými organickominerálnymi hnojivami s diferencovaným obsahom dusíka a mikroelementov v chelátovej forme (Fecenko, 2005). Mikroelementy, ako Fe, Zn, Mn a Cu sa vo výžive rastlín používajú prakticky na celom svete, hlavne ako listové hnojivá s preventívnym, kuratívnym a kompenzačným účinkom, pričom sa prevažne aplikujú počas vegetatívneho rastu a pred kvitnutím (Brohi, 2000; Bohra et al., 2006). Výsledkom ich aplikácie je nielen zvýšenie úrody plodín, ale aj zlepšenia jej kvality, pričom foliárne aplikácie mikroelementov u strukovín zvyšujú aj fixáciu dusíka (Shukla a Shukla, 1999; Ved et al., 2002). Fazuľa mungo, je významnou strategickou plodinou hlavne v rozvojových krajinách, predovšetkým, ako bielkovinový zdroj energie, vhodná pre pestovanie aj v aridných a semiaridných podmienkach (Bohra et al., 2006). V rámci biofortifikačných programov si tento druh strukoviny začína raziť cestu aj na európsky trh. Cieľom tejto práce bolo porovnanie účinkov dvoch listových hnojív Campofort Special s obsahom zinku a železa, na rastliny fazule mungo pestovanej v skleníkových podmienkach pod vplyvom teplotného a vodného stresu. 335

334 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MATERIÁL a METÓDY Rastliny fazule mungo [Vigna radiata (L.) Wilczek] sme pestovali v rokoch 2006 a 2007 v skleníkových podmienkach v pokusných nádobách s obsahom 2 kg miešaného substrátu, ktorého prvková analýza bola nasledovná (v mg kg -1 ): celkový N 3082; P 78,6; Mg 554,7; Ca 11816; K 172,5; obsah humusu 16,3 % a ph( KCl ) 7,52. Listové hnojivá sme získali od výrobcu firmy AGRA (Střelské Hoštice, Česká republika). Prípravok Campofort Special Zn obsahoval: 180 g l -1 N, 43 g l -1 MgO, 34 g l -1 S, 12 g l -1 Zn v chelátovej forme. Prípravok Campofort Special Fe obsahoval: 180 g l -1 N, 24 g l -1 MgO, 22 g l -1 S, 11 g l -1 Fe v chelátovej forme. Predpestované rastliny fazule mungo sme ošetrili obidvoma prípravkami rovnako. V roku 2006 sme overovali účinnosť počtu aplikácií prípravkov Campofort a to od jednej až po tri aplikácie v dvojtýždňových intervaloch, pričom prvú aplikáciu sme vykonali v štádiu tretieho trojlistu (pred kvitnutím). V druhom 2007 roku sa overovala už len dvojnásobná aplikácia prípravkov, ktorá z roku 2006 vyšla ako najefektívnejšia z hľadiska produkcie strukov a celkového výnosu semien. Obidva prípravky sa aplikovali v odporúčanej dávke 10 l na ha v aplikačnom objeme vody 1000 l v prepočte na počet rastlín na ha, ktorý sa pohybuje od 160 do170 tisíc jedincov v závislosti od odrody. Kontrolné rastliny boli ošetrené rovnakým objemom destilovanej vody. Každým prípravkom bolo ošetrených 25 rastlín usporiadaných v blokoch po 5 rastlinách v piatich opakovaniach. Priemerná minimálna a maximálna teplota v skleníku počas pokusov (máj až august) bola 24,5 39,5 C ± 2 C, relatívna vlhkosť vzduchu sa pohybovala od % ± 5 %, maximum fotosyntetického aktívneho žiarenia (PAR) bolo14000 µmol m -2 s -1, fotoperióda h. Ošetrené aj neošetrené rastliny boli počas trvania pokusov pravidelne denne viackrát zavlažované, pričom 2 dni v týždni sa zavlažovanie rastlín vykonalo iba jedenkrát cez deň. Hodnotil sa začiatok kvitnutia rastlín, obsah fotosyntetických pigmentov (chlorofylov a karotenoidov) a to 7 dní po druhej aplikácií metódou podľa Lichtenthalera (1987). Zber dozretých strukov (čiernej farby) sa zabezpečoval priebežne. Hodnotil sa počet strukov na rastlinu, počet semien v struku a ich hmotnosť, ako aj celkový výnos semien na rastlinu v g. V suchých semenách spracovaných na prášok boli stanovené rozpustné bielkoviny podľa metódy Bradforda (1976). V priebehu vegetácie senescentné listy boli zbierané a po skončení zberu úrody (strukov), boli všetky rastliny po rozdelení na koreňovú, stonkovú a listovú časť spracované na sušinu, v ktorej sa stanovil obsah zinku a železa atómovou absorpčnou spektrofotometriou (AAS). Výsledky boli štatisticky spracované pomocou ANOVA testu. VÝSLEDKY A DISKUSIA Predmetom našich pokusov bol výskum využiteľnosti listových hnojív Campofort s obsahom zinku a železa u fazule mungo pestovanej pod vplyvom teplotného a vodného stresu. Z praktického hľadiska je takýto stav charakteristický pre aridnejšie oblasti pestovania plodín. Obidve hnojivá preukazne ovplyvnili výnosové parametre fazule mungo. Dozrievanie strukov bolo po aplikácií hnojív čiastočné urýchlené, čo sa prejavilo vyšším počtom dozretých strukov pri prvom zbere o 1,7 až 2,3 struku na rastlinu čo je zvýšenie o % v porovnaní s kontrolou (tab.2). Počet všetkých strukov na rastlinu sa u obidvoch hnojív preukazne zvýšil v priemere o 17 %, počet semien na struk o 4-11 %, hmotnosť semien na struk o % a výnos semien na rastlinu o % (tab.1). Podobne výsledky dosiahol aj Kasab (2005) vplyvom foliárnych aplikácií mikroelementov, ktoré taktiež zvyšovali výnos u fazule mungo. Príjem mikroelementov cez listy ovplyvňuje podľa Welcha et al. (2005) aktivitu fotosyntézy, ktorá pravdepodobne mobilizuje asimiláty a ich transport do reprodukčných orgánov, čo ovplyvnilo v našich pokusoch počet a hmotnosť semien a tým aj ich celkový výnos. Zvýšenie výnosu a kvality vplyvom listových hnojív Campofort dosiahol u pšenice aj Brohi (2000). 336

335 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Podobne Pulkrábek et al. (2004) spoločnými aplikáciami listových hnojív Campofort s prípravkami Atonik a Sunagren zistili zlepšenie výnosu a cukornatosti u cukrovej repy. Ako potvrdili výsledky Kassaba (2005) fazuľa mungo má zvýšenú citlivosť k vodnému stresu hlavne počas tvorby strukov. Naše výsledky však potvrdzujú, že foliárna aplikácia Campofort hnojív čiastočne zmiernila nepriaznivé účinky vodného stresu na fotosyntézu a s fotosyntézou súvisiacich parametrov, ako je výnos a výnosové komponenty, ktoré boli pozitívne ovplyvnené pravdepodobne, cez zmiernenie nutričných požiadaviek vodou a teplotou stresovaných rastlín. Naše zistenia potvrdzujú aj výsledky Thalootha et al. (2006), ktorí uvádzajú, že foliárna aplikácia zinku zvyšovala toleranciu fazule mungo voči suchu. Variant Dávka [l ha -1 ] Počet strukov na 1 rastline Počet semien v 1 struku Hmotnosť semien struku [g] Výnos semien na rastlinu [g] Kontrola 0 8,83 ± 0,98 a 9,42 ± 0,56 a 0,43 ± 0,01 a 3,96 ± 0,42 a CS Zn 10 10,33 ± 0,67 b 10,44 ± 0,38 b 0,48 ± 0,02 b 5,03 ± 0,29 b CS Fe 10 10,38 ± 0,93 b 9,82 ± 0,36 ab 0,52 ± 0,01 b 5,38 ± 0,20 b Tab. 1. Účinky aplikácie listových hnojív Campofort Special Zn (CS Zn) a Campofort Special Fe (CS Fe) na výnosové parametre fazule mungo pestovanej v skleníkových podmienkach. Prípravky boli aplikované dvakrát, a to v štádiu tretieho trojlistu ( ) a dva týždne po prvej aplikácií ( ). Údaje označené rovnakým písmenom nie sú preukazné pri P = 0.05 podľa LSD testu. Listové hnojivo Campofort s obsahom zinku znížilo nepreukazne o 4 % obsah rozpustných bielkovín v semenách, zatiaľ čo prípravok Campofort s obsahom Fe preukazne znížil obsah bielkovín o 13 % (78,5 mg g -1 s. h.) oproti kontrole (90,4 mg g -1 s. h.) (tab. 2). Znížený obsah bielkovín pod vplyvom prípravkov mohol byť spôsobený jednak stresovými rastovými podmienkami a tiež stresom zo zvýšeného príjmu hlavne Fe, ktorý bol u ošetrených rastlín fazule mungo 4,3-krát vyšší, ako u zinku. Podľa Van Asscheho et al. (1979) vysoké koncentrácie mikroelementov redukujú aktivitu fotosyntézy a transpirácie a môžu viesť aj k rozkladu takých metabolitov, ako sú bielkoviny. Treba však poznamenať, že u fazule mungo sa obsah bielkovín hodnotí prevažne na základe celkových tzv. surových proteínov, ktorých ovplyvnenie vzhľadom na použitú metódu stanovenia iba rozpustných bielkovín nie je možné posúdiť. Parametre Kontrola Campofort Zn Campofort Fe Začiatok kvitnutia po 1. aplikácii (dni) 9,20 ± 0,10 a 9,45 ± 0,15 b 9,30 ± 0,11 ab Počet dozretých strukov pri 1. zbere (%) 10,20 ± 0,12 a 12,50 ± 0,17 ab 11,90 ± 0,13 ab Obsah chlorofylu (a + b) [mg g -1 (s. h.)] 15,01 ± 0,45 a 15,89 ± 0,24 ab 16,12 ± 0,48 b Obsah karotenoidov (k + x) [mg g -1 (s. h.)] 1,20 ± 0,03 a 1,28 ± 0,14 a 1,34 ± 0,23 ab Obsah bielkovín [mg g -1 (s. h.)] 90,39 ± 1,18 a 87,14 ± 1,32 ab 78,49 ± 0,57 b Tab. 2. Zmeny v kvitnutí, dozrievaní strukov a obsahu fotosyntetických pigmentov u fazule mungo pestovanej v skleníkových podmienkach po aplikácií listových hnojív Campofort Special s obsahom zinku a železa. Aplikácia bola vykonaná dvakrát, ako je uvedené v tab. 1. Obsah pigmentov bol stanovený 7 dní po druhej aplikácií. Hodnoty označené rovnakým písmenom nie sú preukazné pri P=0.05 podľa LSD testu. Obsah celkového chlorofylu bol pod vplyvom Campofort hnojív zvýšený o 6-7 % a obsah karotenoidov o 7-12 % pri priemernom obsahu chlorofylu v kontrole 15,0 ± 0,45 mg g -1 s. h. a obsahu karotenoidov 1,20 ± 0,03 mg g -1 s. h (tab. 2). Zvýšený obsah fotosyntetických pigmentov v listoch ošetrených rastlín fazule mungo, môže byť výsledkom lepšej fixácie N 2, zvýšenej fotosyntézy, a ďalších fyziologických parametrov rastlín (Zhao et al., 1999). 337

336 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Zistili sme nielen rozdielny príjem zinku a železa do rastlín fazule mungo, ale aj ich akumuláciu do jej jednotlivých orgánov. Z hľadiska celkového príjmu prvkov vyšší príjem rastlinami sme zaznamenali u zinku (zvýšenie o 85 %), zatiaľ čo u železa to bolo o 42 % na rastlinu oproti kontrole (376,0 Zn a 2139,5 mg kg -1 s. h. Fe) (tab. 3). Najvyššia akumulácia prvkov bola v listoch a v stonke. Zistili sme, že v listoch ošetrených rastlín sa kumulovalo 5,6-krát viac Fe a 2,5-krát viac Zn oproti kontrole. Podľa našich zistení sme u fazule stanovili 9,25-krát vyšší obsah železa v listoch, než v semenách, podobne, ako zistili aj Espinosa- Huerta et al. (2006), ktorí v listoch fazule stanovili 9-12-krát vyšší obsah železa, ako v semenách. Podľa Kimaniho et al. (2006) sa obsah zinku v semenách u 26 genotypov fazule pohyboval od 12 do 62 ppm, čo korešponduje aj s našimi výsledkami, avšak obsah železa podľa tých istých autorov sa pohyboval od 68 po 147 ppm, čo bol vyšší obsah, ako sme stanovili v našich pokusoch (58,35 mg kg -1 s. h.). Preukazne vyšší obsah Fe a Zn v listoch a stonke rastlín, ako v koreni, naznačuje že listové pletivo, resp. nadzemná časť rastlín by mohla byť použitá ako prirodzený zdroj týchto mikroelementov pre niektoré biofortifikačné programy, odporúčajúce konzumáciu listov, ako zeleninu. Variant Koreň Stonka Listy Semeno Celkový obsah v rastline Kontrola 158,20 43,98 139,00 34,86 376,04 CSZn 173,90 140,60 346,30 36,35 697,15 Kontrola 1 953,00 35,79 96,35 54, ,52 CSFe 2 322,00 112,40 540,10 58, ,85 Tab. 3. Obsah zinku a železa [mg kg -1 (s. h.)] v jednotlivých orgánoch fazule mungo po foliárnej aplikácií listových hnojív Campofort Special Zn (CSZn) a Campofort Special Fe (CSFe) v dávke 10 l. ha -1. Aplikácia bola vykonaná dvakrát, ako je uvedené v tab. 1. Štandardná chyba (SE) uvedených hodnôt nepresiahla 10 %. Záverom je možné konštatovať, že aplikácia listových hnojív Campofort s obsahom zinku a železa, môže byť nielen pre fazuľu mungo, ale aj iné druhy strukovín prospešná. Obidva prvky sú rastlinami cez listy dobre absorbované a translokované, čo sa prejavilo aj ich zvýšenou kumuláciou do jednotlivých orgánov rastlín. Vyšší obsah obidvoch prvkov v nadzemnej časti rastlín, môže mať význam v biofortikifačných programoch za účelom zvýšenia koncentrácie esenciálnych elementov v konzumných rastlinných produktoch. Okrem toho, aplikácia mikroelementov môže byť efektívna aj v prípade použitia fazule mungo, ako krmiva. LITERATÚRA Bohra S., Mathur N., Singh J., Hohra A. Q., Vyas A.: Changes in morpho-biochemical characteristics of moth bean in indian thar desert-due to sulphur and iron nutrition. Amer.-Euras. J. Agric. and Environ. Sci., 1, 2006, pp Bradford M. M.: A rapid and sensitive method for the quantification of micrograms quantities of protein using principle of protein-dye binding. Anal.Biochem. 72, 1976, pp Brohi A. R.: Effect of foliar fertilizers on yield and quality of wheat crop. Pakistan J. Soil Sci., 18, 2000, pp Brown K. H., Peerson J. M.: The importance of zinc in human nutrition and estimation of the global prevalence of zinc deficiency. Food Nutr. Bull., 22, 2001, pp Espinosa-Huerta E., Acosta-Gallegos J. A., Guzmán-Maldonnado H. S., Mora-Avilés M. A.: Analysis of iron content in different cultivars, tissues and developmental stages of common bean. The XLIX Report of the bean improvement cooperative, 49, 2006, pp Fecenko J.: Hnojenie poľných plodín mikroelementami je aktuálne a potrebné. Agrochémia, 2, 2005, pp

337 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Kassab O. M.: Soil moisture stress and micronutrients foliar application effects on the growth and yield of mungbean plants. J. Agric.Sci. 30, 2005, pp Kimani P. M., Karuri E., Mwaura S.: Iron, zinc and protein concentration in african bean cultivars. The XLIX Report of the bean improvement cooperative, 49, 2006, pp Lichtenthaller H. K.: Chlorophylls and carotenoids: Pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymol., 148, 1987, pp Pulkrábek J., Hejnák V., Otáhal V.: Fotochemická reakce rostlin cukrovky na závlahu, foliární výživu a růstové regulátory. Listy cukrovarnické a řepařské, 120, 2004, pp Prasad A. S.: Zinc: an overview. Nutrition, 11, 1995, pp Shukla V., Shukla I. C.: Effect of Fe, Mo, Zn and P on symbiotic nitrogen fixation of chick pea (Cicer arietinum L.) Indian J. Agric. Chem., 32, 1999, pp Thalooth A. T., Tawfik M. M., Mohamed M. M.: A comparative study on the effect of foliar application of zinc, potassium and magnesium on growth, yield and some chemical constituents of mungbean plants grown under water stress conditions. World J. Agric. Sci., 2, 2006, pp Van Asche F., Clijsters H., Marcelle R.: Photosynthesis in Phaseolus vulgaris L. as influenced by supra-optimal zinc nutrition. Pp In: Marcelle R., Clijsters H., Van Poucke M. (ed.), Photosynthesis and Plant Development. Dr.W. Junk Publ., The Hague, Ved R., Misra S. K., Upadhyay R. M.: Effects of sulphur, zinc and biofertilizers on the quality characteristics of mungbean. Ind. J. Pulses Res., 2, 2002, pp Welch R. M., House W. A., Beebe S., Cheng Z.: Genetic selection for enhanced bioavailable levels of iron in bean (Phaseolus vulgaris L.) seeds. J. Agric. Food Chem., 48, 2005, pp Zhao F. J., Wood A. P., McGrath S. P.: Effect of sulphur nutrition on growth and nitrogen fixation of pea (Pisum sativum L.). Plant and Soil, 212, 1999, pp Comparison of effects of leaf fertilizers Campofort Special with content of zinc and iron on mungbean plants grown under stress conditions Mária Henselová, Ľudmila Slováková Faculty of Natural Science, Comenius University, Department of Plant Physiology, Mlynská dolina B-2, Bratislava, Slovak Republic, fns.uniba.sk Summary The effects of leaf fertilizers Campofort with content of zinc and iron on flowering, photosynthetic pigments, yield components, seed protein content and content of microelements in mungbean Vigna radiata (L.) Wilczek plants grown under temperature and water stress greenhouse conditions were studied. The fertilizers were applied twice at dose of 10 l.ha -1 in the stage of three trifoliate leaves and second time two weeks after first application. Treatment of mungbean plants with fertilizers increased yield components and yield of seeds per plant, but protein content in seeds was significant decreased only after Campofort Fe application. Under influence of fertilizers was increased also content of photosynthetic pigments. Content of zinc and iron in individual organs of mungbean plants decreased in the order: levaves, stem, root and seed. Keywords: leaf fertilizers, zinc, iron, mungbean, yield components, protein content Poďakovanie Túto prácu finančne podporila Vedecká grantová agentúra MŠ SR a SAV VEGA, grant č. 1/3489/06. Autori ďakujú Doc. RNDr. Jane Kubovej, CSc. z Geologického ústavu UK v Bratislave za stanovenie obsahu zinku a železa v rastlinnom materiáli. Naše poďakovanie patrí aj Ing. M. Matuškovej, CSc. z Výskumného ústavu pôdoznalectva a ochrany pôdy v Bratislave za analýzu pôdy a tiež RNDr. J. Kohanovej a J. Kovarikovej za technickú pomoc. 339

338 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ZMĚNY HMOTNOSTI KLASŮ A POČTU OBILEK JARNÍHO JEČMENE V ZÁVISLOSTI NA VODNÍM STRESU Jaroslava Martinková 1, František Hnilička 1, Václav Hejnák 1 ČZU v Praze, FAPPZ, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, martinkova@af.czu.cz Souhrn V částečně řízených skleníkových podmínkách byly pěstovány 3 odrůdy jarního ječmene Jersey, Malz, Valtický. Od fáze 31.DC byla rostlinám snížena zálivka a od fáze 61.DC byla opět obnovena v plném rozsahu. V plné zralosti byl hodnocen projev vodního deficitu na klasech, zjištěním jejich hmotnosti, počtu obilek v jednotlivých klasech a obsahem energie v klasech. Vodní stres výrazně limitoval celkovou hmotnost klasů i počet obilek v klase. V průběhu dozrávání se obsah energie ve stresem poškozených klasech zvyšuje. ÚVOD Rostliny jsou během svého života vystaveny různým nepříznivým podmínkám stresovým faktorům. Tyto faktory mohou být abiotické (herbicidy, intenzivní světlo, teplo, chlad, sucho, těžké kovy, ) a nebo biotické (útok patogenů, negativní působení okolních organismů, okusování zvířaty, ). Abiotickým stresem nejvíce limitující fyziologické procesy u rostlin je nedostatek vody. Pojem sucho z meteorologického pohledu představuje i poruchy v časovém rozložení srážek v průběhu hlavní vegetace rostlin. Rozhodující pro rostliny mírného pásma je, zda rostlina roste v relativním suchu od počátku vegetace, či zda sucho nastalo až v jejím průběhu /1/. Základní informace pro řízení růstu, diferenciace a morfogeneze je sice kódována v DNA každé rostlinné buňky, ovšem tato informace sama o sobě není ještě dostatečná pro zajištění optimálního průběhu jednotlivých procesů. Buňky musí neustále monitorovat stav vnějšího prostředí a také komunikovat navzájem. Výsledek se promítá hlavně do nestability množství produkce i její kvality. K potřebné větší stabilitě vede cesta přes omezení vlivu rizikových, stresových a jiných redukujících faktorů. Důležitý je výběr vhodné odrůdy s vlastnostmi odpovídajícími agroekologickým podmínkám a dobře zvolená pěstební technologie, přičemž se musí vycházet ze znalosti produkčních procesů plodin a jejich závislosti na variabilních podmínkách prostředí /2/. MATERIÁL A METODA Jako pokusný materiál byly vybrány tři jarní sladovnické odrůdy ječmene obecného (Hordeum vulgare ) Jersey (zahraniční odrůda), Malz (česká odrůda) a Valtický (historická odrůda). Rostliny výše uvedených odrůd jarního ječmene byly pěstovány jako pískové kultury v nádobách s křemičitým pískem ve skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ. Rostliny byly během vegetace zalévány podle gravimetrického stanovení úbytku vody v každé jednotlivé nádobě 2x týdně Knopovým živným roztokem a zbývající dny v týdnu destilovanou vodou. Rostlinám byl dodán 2x za vegetační období roztok s mikroelementy. Rostliny byly pěstovány v částečně řízených podmínkách fyziologického skleníku, kde je možná regulace délky dne a teplotního režimu. Teplota byla nastavena na 25 C ve dne a 18 C v noci. Zálivka byla u stresované varianty snížena na počátku sloupkování (31.DC) na 30 % θ MKK (maximální vodní kapacity), kontrolní varianta byla nadále zalévána na 70 % θ MKK. Zálivka byla obnovena ve fázi 61.DC metání-kvetení. 340

339 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Klasy z rostlin byly odebírány v plné zralosti (91.DC) a hodnoceny na obsah sušiny, počet obilek v klase a obsah energie v klase metodou spalné kalorimetrie. VÝSLEDKY A DISKUSE Z hodnocení hmotnosti klasů vyplývá, že všechny sledované odrůdy, Malz, Jersey a Valtický, má v průměru vyšší hmotnost celých klasů kontrolní varianta oproti variantě stresované. (obr. 1). Rozdíl hmotnosti klasů mezi kontrolní a stresovanou variantou u odrůdy Malz činil 22,5 % na rozdíl od odrůdy Jersey, kde byl rozdíl výraznější - 35,7 %. Odrůda Valtický byla vodním deficitem poznamenána v hodnocení tohoto znaku nejvíce. Rozdíl mezi variantou kontrolní a stresovanou v hmotnosti klasu činil 45,8 %. Hmotnost klasů byla tvořena hlavně balastní sušinou, jelikož rostliny byly limitovány vodním deficitem tak, že nevytvořily téměř žádné obilky. Průměrná hmotnost klasů (g) 1,2000 1,0000 0,8000 Hmotnost (g) 0,6000 0,4000 Kontrola Stres 0,2000 0,0000 Malz Jersey Valtický Odrůdy Obr. 1: Průměrná hmotnost klasů [g] u vybraných odrůd jarních ječmenů při působení vodního stresu U všech hodnocených odrůd je u stresované varianty patrné, že sucho zkrátilo období potřebné pro řádné naplnění obilek asimiláty a dozrávání, s kterými souvisejí biochemické přeměny, jež se u nestresovaných variant projevují poklesem obsahu energie na jednotku sušiny. Došlo k zaschnutí klasu v průběhu naplňování obilek energeticky bohatými látkami. Výsledky potvrdily závěry /4/, který uvádí, že u rostlin vytvářejících energeticky bohaté zrno stoupá ke konci vegetace obsah energie v rostlině. Tab. 1: Obsah netto energie [kj g -1 ] v průběhu ontogeneze v klasech u vybraných odrůd jarního ječmene pod vlivem vodního deficitu Fáze 61.DC 75.DC 91.DC Odrůda/Var. K S K S K S Jersey 14,70 ± 0,31 a 12,43 ± 1,21 a 15,14 ± 0,34 a 14,42 ± 0,37 a 14,62 ± 0,31 a 14,52 ± 1,96 a Malz 15,41 ± 0,70 b 10,65 ± 0,78 b 14,91 ± 0,34 a 14,30 ± 0,52 a 13,45 ± 2,61 b 15,16 ± 0,49 b Valtický 12,00 ± 2,33 c 11,48 ± 1,96 c 12,97 ± 3,04 b 12,03 ± 2,49 b 13,48 ± 2,67 b 14,97 ± 0,40 b K - rostliny kontrolní, S - rostliny stresované a,b,c - mezi jednotlivými odrůdami se nacházejí statisticky významné rozdíly 341

340 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vodní stres způsobil u všech tří sledovaných odrůd snížení počtu obilek v klasech (obr. 2). U odrůdy Malz byl průměrný počet obilek v klase kontrolních rostlin 18,6 ks a u stresovaných rostlin 15,4 ks. U odrůdy Jersey dosáhl průměrný počet obilek v klase u kontrolní varianty 22,5 ks. U stresované varianty byl počet obilek v klase pouze 18,7 ks. Průměrny počet obilek byl u kontrolní varianty odrůdy Valtický 19,6 ks, u varianty stresované nebyl vytvořen reprezentativní vzorek pro hodnocení tohoto znaku. Průměrný počet obilek v klase stresované varianty byl 5,1 ks. Vodní deficit, bez ohledu na hloubku svého působení, redukoval u všech sledovaných odrůd výnos zrna, což je v souladu s výsledky /3/. Počet obilek v klase Počet obilek Kontrola Pokus 5 0 Malz Jersey Valtický Odrůdy Obr. 2: Průměrný počet v obilek v klasech u vybraných odrůd jarních ječmenů při působení vodního stresu Výše zmíněné výsledky ukazují, že tvorba výnosových prvků u obilnin (počet obilek a hmotnost klasů) je významně ovlivněna podmínkami vnějšího prostředí, v tomto případě sníženou dostupností vody. To je v souladu s výsledky publikovanými /5/ pro různé genotypy jarního ječmene nebo /6/ pro různé genotypy ozimé pšenice. /7/ uvádějí, že při vodním stresu jsou v jarním ječmeni limitovány transportní procesy a asimiláty se hromadí ve stéblech a nedostávají se do obilek. To se u sledovaných odrůd projevilo hlavně v období 61.DC, kdy je obsah netto energie ve stéble roven nebo je vyšší, než je tomu u klasu. ZÁVĚR Období potřebné pro řádné naplnění obilek asimiláty a dozrání je u všech odrůd jarního ječmene významně ovlivňováno vodním stresem. V průběhu dozrávání se obsah energie v klasech postupně zvyšuje a ve srovnání s nestresovanými rostlinami zůstává ve fázi plné zralosti obsah energie v klasech vysoký. U odrůd Malz a Jersey se u kontrolních rostlin v procesu dozrávání obsah energie v klasech postupně snižuje. LITERATURA /1/Bláha, L. - Bocková, R. - Hnilička, F. - Hniličková, H. - Holubec, V. - Möllerová, J. - Štolcová, J. - Zieglerová, J.: Rostlina a stres. VÚRV Praha, Praha, 2003, 156 s. 342

341 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /2/Pulkrábek, J. - Hosnedl, V.: Stabilizující a omezující faktory tvorby výnosu a jakosti rostlinné produkce. In: Setrvalý rozvoj rostlinné a živočišné produkce cesta k rozvoji českého venkova, ČZU, Praha, 2002: /3/Samarah, N. H.: Effect of drought stress on growth and yiedl of barley. Agronomy for Sustainable Development, 25 (1), 2005: /4/Kumar, J.: Vplyv vonkajších faktorov na tvorbu sušiny a akumuláciu energie v rastlinách (jačmen jarný). VŠZ, Praha, 1994, 94 s. /5/Hejnák, V.: The effect of drought on production of dry matter in spring barley (Hordeum vulgare L., cv. Amulet, Krona and historical cv. Nürnberg). Scientia Agriculturae Bohemica, 34 (4), 2003: /6/Užík, M. - Žofajová, A.: Translocation and accumulation of dry matter in winter wheat genotypes. Cereal Research Communications, 34 (2-3), 2006: /7/Švihra, J. - Talapka, S.: Rasovo-produkčný a akumulačný proces vybraných odrôd jarného jařmena. Rostlinná výroba, 41 (6), 1995: SPIKES WEIGHT CHANGES AND THE NUMBER OF GRAINS IN SPRING BARLEY IN DEPENDENCE OF WATER STRESS Summary The experimental material consisted of 3 spring common barley cultivars (Hordeum vulgare L.) Jersey, Malz and Valtický. The plants were cultivated as sand cultures in a greenhouse with partially controlled conditions. The plants were divided into 2 groups (group 1 was the control group; group 2 was exposed to water stress induced by reduction of irrigation during the phase DC). In the modern cultivars, the energy content in the spikes is gradually decreasing during the ripening process. PODĚKOVÁNÍ Uvedený výzkum je podporován výzkumným záměrem MSM

342 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin TOLERANCE DORMANTNÍCH PUPENŮ RÉVY VINNÉ K DEHYDRATACI Alois Bilavčík 1, Petra Jadrná 1, Ricardo A. Casal 1, Jiří Zámečník 1, Miloš Faltus 1, Olga M. Jandurová 1 Výzkumný ústav rostlinné výroby, Drnovská 507, Praha 6 Ruzyně, , jadrna@vurv.cz SOUHRN Bylo provedeno ověření tolerance dormantních pupenů vybraných odrůd révy vinné k dehydrataci, která je nezbytnou součástí přípravy pletiv pro úspěšný kryoprezervační protokol. Byl sledován obsah vody v pletivech rostlinného materiálu uchovávaného v mrazícím boxu při - 4 C, stupeň dehydratace a míra přežití v závislosti na obsahu vody. Byly zaznamenány rozdíly mezi sledovanými odrůdami ve schopnosti pletiv udržet vodu i v míře přežití v závislosti na obsahu vody v pletivech. ÚVOD Míra odolnosti rostlinných pletiv vůči mrazu odpovídá míře jejich tolerance k dehydrataci buněk, k níž dochází u rostlin snášejících mráz vlivem přemístění vody z buněk do mezibuněčných prostor, kde se tvoří ledové krystaly (Levitt, 1980; Vertucci a Stushnoff, 1992). Důsledkem dehydratace je také zvýšení koncentrace roztoků v pletivech či tkáních a snížení bodu jejich mrznutí a množství mrznoucí vody a to snižuje míru poškození buněk krystaly vznikajícího ledu, proto je dehydratace součástí kryoprezervačních protokolů u rostlinných organismů včetně in vitro kultur vinné révy (Plessis a kol., 1991; Wang a kol., 2000; Miaja a kol., 2000; Wang a kol., 2002). Kryoprezervace dormantních pupenů révy vinné dosud nebyla úspěšně provedena. Závislost míry přežití na míře dehydratace u dormantních pupenů révy vinné je důležitým ukazatelem pro stanovení ideálního stupně dehydratace pro kryoprezervaci, tedy takového stupně dehydratace, kdy mají pupeny ještě zachovánu regenerační schopnost při dostatečně nízkém množství vody v pletivech, které by umožnilo přežít podmínky kryoprezervace. Zároveň lze vytipovat odrůdy, které by kryoprezervaci měly snášet lépe a mohly by být přednostně zkoumány pro úspěšné zvládnutí kryoprezervačního protokolu. MATERIÁL A METODIKA Pro experiment opakovaný v letech 2007 a 2008 byly zvoleny odrůdy révy vinné Auxerrois, Modrý Portugal, Müller Thurgau, Ryzlink rýnský (jen v roce 2007) a Blussard modrý (jen v roce 2008). Z čerstvě nařezaných tažňů révy vinné odebraných v lednu ve vinicích Výzkumné stanice vinařské v Karlštejně bylo nařezáno větší množství jednonodálních řízků a ty byly skladovány v mrazícím boxu při - 4 C po dobu 6 týdnů. V intervalech 2 15 dnů byly odebírány řízky na gravimetrické zjištění množství vody v pletivech destruktivní metodou zvážení a opakované zvážení po vysušení při 80 C do konstantní hmotnosti. Váženy byly vždy 3 jednonodální řízky o velikosti ca 50 mm a hodnoty byly zprůměrovány. Paralelně s nimi byly odebírány řízky na testy životaschopnosti, ty byly umístěny do vody pro narašení vždy po deseti a byla hodnocena míra regenerace, tedy počet resp. procento rašících a prorůstajících pupenů, a to pomocí LD 50, tedy stupně dehydratace, kdy byla regenerace jednonodálních řízků 50 %. 344

343 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Při sledování stupně dehydratace v závislosti na počtu dnů skladování při - 4 C byl v roce 2007 zjištěn po celou dobu nejvyšší obsah vody v pletivech u odrůdy Portugal modrý, dále u Müller Thurgau, Auxerrois, nejnižší obsah vody měl Ryzlink rýnský (Obr. 1); v roce 2008 byl zjištěn nejvyšší obsah vody u odrůdy Blussard modrý, dále u odrůd Portugal modrý a Müller Thurgau, nejnižší obsah vody byl v pletivech odrůdy Auxerrois (Obr. 2). Ryzlink rýnský nebyl v roce 2008 měřen a Blussard modrý nebyl měřen v roce V Tab. 1 jsou pro oba roky uvedeny hodnoty LD 50, tedy stupně dehydratace, při němž regenerovalo 50 % řízků. Obsah vody [g H 2O g suš -1 ] Čas [Den] Ryzlink rýnský Portugal modrý Muller Thurgau Auxerrois Obsah vody [g H2O g suš -1 ] Čas [Den] Portugal modrý Muller Thurgau Auxerrois Blussard modrý Obr. 1 a 2: Srovnání vývoje poměrů hmotnosti vody ku hmotnosti sušiny u jednonodálních řízků sledovaných odrůd vinné révy uchovávaných při - 4 C v letech 2007 a 2008 Tab. 1. Obsah vody při LD 50 a na konci dehydratace v jednonodálních dormantních řízcích sledovaných odrůd révy vinné v letech 2007 a Obsah vody při LD 50 Obsah vody na konci dehydratace [g H 2 O g suš -1 ] [g H 2 O g suš -1 ] [g H 2 O g suš -1 ] [g H 2 O g suš -1 ] Ryzlink rýnský 0,37 0,45 0,27±0,052 0,40±0,028 Muller Thurgau 0,43 0,40 0,37±0,014 0,35±0,043 Portugal modrý 0,50 0,39 0,42±0,020 0,38±0,030 Auxerrois 0,40 0,38 0,31±0,025 0,33±0,023 Blussard modrý 0,47 0,39±0,002 Obsah je vyjádřen v g vody na g sušiny. U obsahu vody na konci dehydratace je uvedena směrodatná odchylka (n=3). Obr. 3: prorůstání pupenů u odrůdy Auxerrois Míra regenerace (ilustrační foto viz Obr. 3) v závislosti na stupni dehydratace se u sledovaných odrůd lišila. V roce 2007 se jako netolerantnější vůči dehydrataci ukázal být Ryzlink rýnský, dále Auxerrois, Müller Thurgau a Portugal modrý. V roce 2008 byla zaznamenána vyšší tolerance rostlinného materiálu vůči dehydrataci než v roce Nejlépe dehydrataci v roce 2008 snášela odrůda Auxerrois, dále Portugal modrý a Müller Thurgau, přičemž průběh křivek regenerace v závislosti na dehydrataci byl u těchto dvou odrůd v roce 2008 velmi shodný, a nejméně tolerantní byla odrůda Blussard modrý. Průběhy regeneračních křivek jednotlivých odrůd v obou letech jsou patrné z Obr. 4 a

344 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 4 a 5: Míra prorůstání pupenů révy vinné v závislosti na stupni dehydratace Data byla zpracována statistickým modelem: y=0+(100-0)*(1/(1+exp(4*rir*(x-ct50)))) Relevantnost závislosti míry regenerace zkoumaných odrůd na stupni dehydratace vůči délce jejich dehydratace například při skladování neexistuje, protože odrůdy vůči dehydrataci tolerantnější měly již na počátku skladování výrazně nižší obsah vody v pletivech než odrůdy na dehydrataci citlivější. Při regeneraci pak hraje roli nejen tolerance vůči dehydrataci, ale také schopnost pletiv udržet nadkritické množství vody po co nejdelší dobu skladování. Tedy např. odrůda Portugal modrý regenerovala po stejné době vystavení teplotě - 4 C i přes nižší odolnost k dehydrataci úspěšněji než Ryzlink rýnský či Auxerrois. Pro kryoprezervaci je nicméně podstatná spíše odolnost vůči co nejvyšší dehydrataci než schopnost pletiv držet co nejvyšší obsah vody. ZÁVĚR Dvouleté studium dehydratace vybraných odrůd révy vinné poskytlo částečně shodné výsledky ohledně rozdílů v regenerační schopnosti dormantních pupenů v závislosti na stupni dehydratace. Jako nejtolerantnější vůči dehydrataci ze sledovaných odrůd se ukázala v roce 2007 (bez opakování) odrůda Ryzlink rýnský a v obou opakováních odrůda Auxerrois (v roce 2007 druhá nejtolerantnější po Ryzlinku rýnském ). LITERATURA Levitt J., 1980: Responses of Plants to Environmental Stresses (Physiological Ecology): Chilling, freezing, and high temperature stresses (Hardcover). Academis Press, New York, USA: 497 Miaja M. L., Gribaudo I., Vallania R., Fernandez L. F., 2000: Low temperature storage and cryopreservation of a Vitis vinifera L. germplasm collection: first results. Acta Hort. (ISHS) 538: Plessis P., Leddet C., Dereuddre, J., 1991: Resistance to dehydration and to freezing in liquid nitrogen of alginate-coated shoot-tips of grape vine (Vitis vinifera L. cv. Chardonnay). Plant Propagation 313(8):

345 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vertucci C. V., Stushnoff C., 1992: The state of water in acclimating vegetative buds from Malus and Amelanchier and its relationship to winter hardiness. Physiologia Plantarum 86(4): Wang Q., Gafny R., Sahar N., Sela I., Mawassi M., Tanne E., Perl A., 2002: Cryopreservation of grapevine (Vitis vinifera L.) embryogenic cell suspensions by encapsulation-dehydration and subsequent plant regeneration. Plant Science 162(4): Wang Q., Tanne E., Arav A., Gafny R., 2000: Cryopreservation of in vitro-grown shoot tips of grapevine by encapsulation-dehydration. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 63(1): TOLERANCE OF GRAPEVINE DORMANT BUDS TO REHYDRATION SUMMARY Tolerance of dormant buds of selected grapevine cultivars to dehydration was evaluated. Dehydration is an essential preliminary part for a successful cryopreservation protocol of plant material. The uni-nodal cuttings were stored in a freezing box at - 4 C and the water content dependence on the storage length and the regeneration rate dependence on the water content were investigated. The differences among the selected cultivars in ability of retaining water in tissues and also in survival rate depending on water amount in tissue were observed. Poděkování: Výzkum byl podpořen projektem EU, AGRI GEN RES Grapegen 06 (AGRI ): Management & Conservation of Grapevine Genetic Resources. 347

346 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ARZÉN V RASTLINÁCH RASTÚCICH NA NIEKTORÝCH STARÝCH BANSKÝCH LOKALITÁCH SLOVENSKA Vaculík Marek 1, Lux Alexander 1,2, Lalinská Bronislava 3, Jurkovič Ľubomír 3, Šottník Peter 4 a Chovan Martin 5 1 Department of Plant Physiology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dol. B2, Bratislava, Slovakia 2 Institute of Chemistry, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, Bratislava, Slovakia 3 Department of Geochemistry, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dol. B2, Bratislava, Slovakia 4 Department of Raw Materials Resource Investigation, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dol. B2, Bratislava, Slovakia 5 Department of Mineralogy and Petrology, Faculty of Natural Sciences, Comenius University in Bratislava, Mlynská dol. B2, Bratislava, Slovakia Súhrn Staré opustené banské oblasti predstavujú zdroj kontaminácie prostredia ťažkými kovmi a toxickými prvkami. V materiáli banských háld, odkalísk, ako aj vo vodách vytekajúcich zo starých banských diel je často zvýšená koncentrácia toxických prvkov. Arzén patrí k jedným z nich. Príspevok sa zaoberá štúdiom obsahu arzénu v telách vybraných vyšších rastlín rastúcich na starých banských lokalitách Pernek a Dúbrava na Slovensku. Z výsledkov vyplýva, že niektoré rastlinné druhy dokážu vo zvýšenej miere prijímať, transportovať a akumulovať arzén v nadzemných častiach, a preto môžu byť nebezpečné pre bylinožravce a niektoré by potenciálne mohli byť využité vo fytoremediačných procesoch. Key words: arzén, rastliny, staré banské oblasti, AAS ÚVOD Arzén (As) je pre rastliny neesenciálny prvok a zvyčajne ho prijímajú z pôdy len v minimálnom množstve. Pre väčšinu rastlinných druhov platí, že obsah As v ich pletivách klesá v smere od koreňa ku listom (O Neill, 1995). Pri druhoch, ktoré rastú na nekontaminovaných lokalitách sa priemerne obsah As pohybuje v rozmedzí 0,009 až 1,5 mg.kg -1 suchej hmotnosti (Kabata-Pendias and Pendias, 1984). Výnimku tvoria hyperakumulátory a druhy so zvýšenou akumulačnou schopnosťou As. Zistilo sa, že niektoré druhy rodu Agrostis dokážu prijať do svojich listov viac ako 1000 mg As na kg suchej hmotnosti (Porter and Peterson, 1975). Vysoký obsah As sa zistil aj v telách rastlín Pseudosuga taxifolia, Pytirogramma calomelanos, Pteris vitata a Mentha aquatica, ktoré rástli na kontaminovaných lokalitách (Visoottiviseth at al., 2002; Baroni et al., 2004). As sa vyskytuje v podobe arzeničnanov AsO -4 3 a v podobe arzenitanov AsO 2-, pričom pre rastliny a všetky živé organizmy je nebezpečnejšia práve druhá skupina (O Neill, 1995). Greenwood a Earnshaw (1984) udávajú priemerný obsah arzénu v horninách zemskej kôry 1,8 mg.kg-1. Jedným z významných antropogénnych zdrojov kontaminácie pôd arzénom je 348

347 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin banská činnosť. Slovensko, ako krajina s bohatou baníckou minulosťou, obsahuje pomerne veľa starých banských lokalít s opustenými haldami a odkaliskami ako zvyškami po banskej činnosti. Práve prítomnosť zvýšeného obsahu rôznych toxických látok a ťažkých kovov umožnila selekciu vybraných rastlinných druhov, ktoré sú schopné osídľovať tieto lokality. To následne viedlo k vytvoreniu určitých životných stratégií prežitia rastlín k indikácii, hyperakumulácii alebo naopak exklúzii kovov z pletív rastlín do okolitého prostredia. Práve druhy, ktoré sú tolerantné voči rôznym toxickým kovom v pôdach, je možné využiť pri remediácii kontaminovaných lokalít (Baker et al., 1981). Poslaním tohto príspevku je priniesť poznatky o akumulácii arzénu do tiel vyšších rastlín rastúcich na dvoch starých slovenských banských lokalitách Dúbrava a Pernek. Obidve spomínané lokality v minulosti patrili k významným banským revírom, v ktorých sa dolovali najmä antimónové rudy a popri ťažbe antimónu sa do okolitého prostredia dostalo veľké množstvo arzénu. Zvýšené hodnoty arzénu boli zaznamenané v starých banských haldách, v odkaliskovom materiáli a vo výtokoch zo starých banských diel. Hodnoty As prekračujú na spomínaných lokalitách mnohonásobne priemerné hodnoty As na referenčných lokalitách. Preto sme naše práce zamerali na zistenie potenciálu akumulácie As do vyšších rastlín z hľadiska ich toxicity pre bylinožravce a prípadne s možnosťou ich využitia na remediáciu spomínaných oblastí. MATERIÁL A METÓDY Pernek a Dúbrava patria medzi opustené ložiská antimónových rúd nachádzajúce sa na Slovensku; ležia vo varijskom kryštaliniku, v tatrickej tektonickej jednotke (Chovan et al., 1994). Lokalita Pernek sa nachádza na severozápadnom úpätí Malých Karpát, približne 30 km severne od Bratislavy. Lokalita Dúbrava leží v Dúbravskej doline, ktorá je súčasťou liptovskej strany Nízkych Tatier. Od Liptovského Mikuláša je vzdialená približne 25 km. Dúbrava predstavuje jedno z najväčších ložísk antimónových rúd v strednej Európe. V súčasnosti sú zásoby vo veľkej miere vyčerpané a ťažba na ložisku bola pred niekoľkými rokmi zastvená. Na obidvoch lokalitách sa práce zameriavali na zisťovanie obsahu toxikých prvkov, vrátane arzénu, vo vzorkách pôd, vôd, rastlín a vo vzorkách z haldového a odkaliskového materiálu. Lokality boli pravidelne navštevované vo vegetačnom období rokov za účelom floristického mapovania výskytu rastlinných druhov, pričom vybrané rastlinné druhy boli podrobené analýze obsahu arzénu. Korene rastlín odobraných priamo z háld a odkalísk 349

348 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin boli viackrát premývané pod tečúcou vodou a následne premyté v destilovanej vode. Spolu s nadzemnými časťami boli sušené 2 týždne pri laboratórnej teplote a následne rozomleté na jemný prach. Obsah rôznych kovov, vrátane As, sa stanovoval v nadzemných a podzemných častiach bylín a drevín pomocou atómovej absorbčnej spektrometrie v Geoanalytických laboratóriách ŠGÚDŠ v Spišskej Novej Vsi. VÝSLEDKY A DISKUSIA Na lokalite Pernek, kde obsah arzénu v pôdach na starých banských haldách dosahuje priemerné hodnoty 523 mg.kg -1, boli analyzované celkovo 3 druhy bylín a 5 druhov drevín, ktoré patria k dominantným druhom danej lokality. Zistili sme, že obsah As v nadzemnej časti bylín je v rozmedzí 0,69 7,83 mg.kg -1 sušiny. Najviac As sa nachádzalo v listoch papradky samčej (Athyrium filix-femina). V konárikoch a listoch drevín sme zistili obsah As v rozmedzí 0,092 3,07 mg.kg -1. Najviac As sa akumulovalo v listoch javora horského (Acer pseudoplatanus). V pletivách druhov rastúcich na lokalite Dúbrava, kde obsah arzénu v pôdach na starých banských haldách dosahuje priemerné hodnoty 331 mg.kg -1, sme zistili vyšší obsah As v porovnaní s druhmi rastúcimi v Perneku. Obsah As v nadzemných častiach bylinných druhov bol v rozmedzí 0,19 28,93 mg.kg -1. Maximálny obsah As zistený v koreni bol 37,88 mg.kg -1. Na základe získaných výsledkov obsahu arzénu v koreni a v nadzemnej časti skúmaných rastlín predpokladáme, že vybrané rastlinné druhy majú potenciál prijímať arzén nielen do pletív koreňa, ale aj transportovať ho do nadzemných častí. Práve tieto druhy sú potenciálne nebezpečné pre bylinožravce v danej oblasti a súčasne sú zaujímavé z hľadiska ich možného využitia v rôznych fytoremediačných procesoch. Akokoľvek, o akumulácii arzénu do pletív vyšších rastlín rastúcich na opustených banských lokalitách nemáme stále dostatok informácií, a preto mechanizmy príjmu, transportu a akumulácie As do pletív skúmaných rastlín vyžadujú ďalšie štúdium. LITERATÚRA Baker, A.J.M., Accumulators and excluders: strategies in the response of plants to trace metals. J. Plant Nutr. 3,

349 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Baroni, F., Boscagli, A., Di Lella, L.A., Protano, G., Riccobono, F.,2004. Arsenic in soil and vegetation of contaminated areas in southern Tuscany (Italy). J. Geoch. Exp. 81, Greenwood, N.N., Earnshaw, A., Chemistry of the Elements. Pergamon, Oxford. Chovan, M., Háber, M., Jeleň, S., Rojkovič, I., (eds.) Ore Textures in the Western Carpathian. Slovak Academic Press. Bratislava, 219 p. Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 1984.Trace Elements in Soil and Plants. CRC Press, Boca, Raton. O Neill, P., Arsenic. In: Alloway, B.J. (Ed.) Heavy Metals in Soils. Chapman and Krall, Glasgow, pp Porter, E.K., Peterson, P.J., Arsenic accumulation by plants on mine waste (United Kingdom). Sci. Total Env. 4, Visoottiviseth, P., Francesconi, K, Sridokchan, W., The potential of Thai indigenous plant species for the phytoremediation of arsenic contaminated land. Env. Poll. 118, Arsenic in the plants from some old mining regions of Slovakia Sumarry Old mining areas represent a source of contamination of the environment with heavy metals and toxic elements. Higher concentration of toxic elements is often present in the material from heaps, dumps and in the water from old mine works. Arsenic is one of these elements. The contribution deals with study of the content of arsenic in the higher plants growing in old mining regions Pernek and Dúbrava in Slovakia. From the results it is evident that some of the species can take up, transport and accumulate arsenic in the aboveground plant parts. Some of these species can be dangerous for herbivorous animals and some of them can be used in the process of phytoremediation. Key words: arsenic, plants, old mining areas, AAS Acknowledgements This work was supported by grants 1/4354/07 from Slovak Grant Agency VEGA, and from Slovak Research and Development Agency APVV and COST Action

350 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Vliv odpadních vod na růst okřehku (Lemna minor L.) a klíčivost hořčice (Sinapis alba L.) Hana Motejlová 1,Helena Burešová 1,Klára Anna Mocová 1 1 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav chemie ochrany prostředí, Laboratoř ekotoxikologie a LCA, Technická 5, Praha 6,166 28, Hana.Motejlová@vscht.cz SOUHRN Aquatické testy fytotoxicity slouží k testování toxicity vodných vzorků nebo výluhů pevných vzorků. V této studii byly použity dva druhy testů využívající vyšší rostliny, a to test růstu okřehku menšího (Lemna minor) a test klíčivosti hořčice bílé (Sinapis alba). K testování byla použita průmyslová a splašková odpadní voda z Kovohutí Příbram nástupnická, a.s.. U sedmidenního testu na okřehku byl sledován počet namnožených stélek, celková stélková plocha, obsah chlorofylu a a celkový obsah chlorofylu v kultuře. Pro měření plochy byla využita obrazová analýza Nis Elements. Test na hořčici byl prováděn standardním způsobem, po dobu tří dnů, kdy sledovanou odezvou byl vliv toxikantu na elongaci kořene. Vyšší citlivost na vzorky odpadních vod vykazoval okřehek menší. U hořčice bílé se neprojevila výrazná inhibice na přítomnost těžkých kovů v odpadní vodě. ÚVOD Aquatické testy se zabývají studiem vlivů toxických látek na vodní organismy. Modelují účinky toxických látek ve vodě, které ovlivňují organismy nacházející se ve vodném prostředí. Principem těchto testů je kontakt testované látky, za určitých podmínek, se zkušebním organismem. Cílem studie bylo ukázat vliv průmyslové a splaškové odpadní vody na vstupu a výstupu z čistírenského procesu na růst okřehku menšího a klíčivost semen hořčice bílé. Byly použity vzorky odpadních vod z areálu Kovohutě Příbram, kde surová průmyslová odpadní voda obsahuje nadlimitní koncentrace kadmia a olova. Tyto prvky nepatří mezi esenciální a na biotiku působí vysoce toxicky. Pro srovnání byly provedeny testy se splaškovou odpadní vodou, která obsahovala velké množství živin a pouze stopová množství kovů. MATERIÁL A METODIKA Pro testy fytotoxicity byly použity dva rostlinné druhy: okřehek menší a hořčice bílá. Kultura okřehku menšího byla odebrána z rybníka v obci Tehovec (Středočeský kraj) a přenesena do laboratorních podmínek. Semena hořčice bílé pochází od firmy OSEVA UNI a.s. Choceň. Jedná se o odrůdu Veronika. Vzorky odpadních vod byly odebrány jednorázově na čistírně odpadních vod. Označení průmyslové odpadní vody je SD10 a splaškových odpadních vod CFR160. Na začátku testu s okřehkem byly připraveny dvě koncentrační řady ze čtyř různých koncentrací v každém paralelním stanovení, včetně kontrol. Do jednotlivých 150ml kádinek bylo odměřeno vždy 100 ml vzorku nebo živného media v případě kontroly. Do každé kádinky bylo umístěno 12 stélek. Kádinky byly překryty průhlednou fólií a umístěny do kultivačního boxu s kontinuálním osvětlením 3500 lux a teplotou 24 ± 2 C. Kontrola testovaných organismů byla prováděna každé tři dny, a to sledováním počtu stélek a vzhledu jednotlivých kolonií. Sledována byla nekróza a chloróza [1]. Účinek testovaného vzorku na celkové množství chlorofylu byl hodnocen až po sedmidenní expozici. Extrakce metanolem probíhala v 10ml plastových zkumavkách v chladnu a temnu. Po 2 dnech byla změřena absorbance vzorků při vlnových délkách 666 a 653 nm. Na začátku testu, v době kontroly a při ukončení testu, byla pro každou kádinku pořízena digitální fotografie testovaných rostlin. Tyto fotografie sloužily k vyhodnocení plochy stélek pomocí obrazové analýzy NIS Elements [2]. U testu s hořčicí bílou byla z hlediska její nižší citlivosti zvolena pouze tříbodová koncentrační řada, opět ve dvou paralelních stanoveních. Test byl prováděn s 15 semeny a polovičním objemem testované látky, než uvádí metodický pokyn odboru odpadů ke stanovení ekotoxicity odpadů [3]. Byly použity Petriho misky o průměru 10 cm. Do jednotlivých misek bylo napipetováno 5 ml testovaného roztoku nebo kultivačního media v případě kontroly. Do každé misky byl vložen filtrační papír s předem připravenými 15 otvory. Na otvory byla vložena semena podobné velikosti. Misky byly uzavřeny a uloženy na místo mimo přístup světla na dobu 72 h za teploty 20 ± 2 C. Na konci expozice byly změřeny délky kořenů rostlin pomocí milimetrového měřítka. 352

351 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Ze získaných dat byly určeny pro oba testy hodnoty EC50 s příslušným intervalem spolehlivosti na hladině významnosti 95 % pomocí programu GraphPad Prism 4 [4] s využitím nelineární regrese. VÝSLEDKY A DISKUSE Průmyslová odpadní voda, která byla odebrána před vstupem na čistírnu odpadních vod (ČOV), obsahovala větší množství těžkých kovů. Toto množství se také výrazně projevilo na vitalitě okřehku. Chloróza se objevila již v nejnižší koncentraci (1 ml/l). Všechny koncentrace vykazují vysoké hodnoty inhibice (Obr. 1). V nejvyšší koncentraci (1000 ml/l) nebyl zaznamenán nárůst nové biomasy. Naopak docházelo k velmi pokročilé nekróze chloróze. Hodnoty EC50 jsou velice nízké viz. Tab. 1, což dokazuje vyšší toxicitu odpadní vody, která je přiváděna na ČOV. Citlivost Lemna minor ke kadmiu a olovu je z tohoto testu patrná. Na základě jiných studií se kadmium projevuje jako více toxické než olovo [5]. Obr. 1: Vliv odpadní vody SD 10 na vstupu do ČOV na růst okřehku menšího. Závislost odpovědi na dáv ce. Tab. 1: Přehled hodnot EC50 s intervaly spolehlivosti na hladině významnosti 95 % jednotlivých sledov aných parametrů u Lemna minor při použití odpadní vody SD 10 na vstupu do ČOV Počet stélek Plocha stélek Chlorofyl a Celkový chlorofyl EC 50 [ml/l] 2,4 0,3 0,2 0,1 intervaly spolehlivosti 0,2 32,7 0,1 1,1 0,01 1,9 0,01 1,0 Z předešlých testů bylo patrné, že hořčice bílá není na nízké koncentrace kovů citlivá. Proto nebyly do koncentrační řady zahrnuty příliš nízké koncentrace toxikantu. Hodnota EC50 pro test s SD10 vstup s hořčicí bílou je ve srovnání s testem Lemna minor několikrát větší, viz Tab. 1 a Tab. 2. Hořčice je tedy mnohem méně citlivá na přítomnost těžkých kovů v testovaném roztoku a je schopna odolávat lépe než okřehek i vyšším koncentracím těžkých kovů. Tab. 2: Hodnoty EC50 s intervalem spolehlivosti na hladině významnosti 95 % pro testy se Sinapis alba. Vzorek EC 50 [ml/l] Interval spolehlivosti [ml/l] SD10 vstup 9,9 4,3 60,8 SD10 výstup 35,3 21,4 86,9 353

352 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 2: Vliv vzorků odpadní vody na délku kořene hořčice bílé. Křivka závislosti odpovědi na dávce. U dalšího testu byla použita vyčištěná průmyslová odpadní voda. Množství kovů se po vyčištění výrazně snížilo, a to se projevilo na rostlinách. Na rozdíl od předešlého testu se vzorkem nečištěné průmyslové odpadní vody se chloróza u okřehku projevila až ve vyšších koncentracích. Dokonce nejnižší koncentrace (1 ml/l) působila na rostlinu stimulačně (Obr. 3). Tato stimulace je v přírodě běžná. Hodnoty EC50 se zvýšily u obou testů viz. Tab. 2 a Tab. 3. To dokazuje, že vyčištěná odpadní voda vykazuje velmi nízkou toxicitu oproti odpadní vodě před vstupem na ČOV. Obr. 3: Vliv odpadní vody SD10 na výstupu z ČOV na počet stélek Lemna minor během sedmidenní exp ozice. Tab. 3: Přehled hodnot EC50 s intervaly spolehlivosti na hladině významnosti 95 % jednotlivých sledov aných parametrů u Lemna minor při použití odpadní vody SD 10 na výstupu do ČOV Počet stélek Plocha stélek Chlorofyl a Celkový chlorofyl EC 50 [ml/l] 15,2 8,5 8,5 7,3 intervaly spolehlivosti 5,0 46,4 3,3 21,7 0,1 574,5 0,1 554,4 Ve splaškové odpadní vodě na vstupu do čistírny odpadních vod jsou obsaženy nízké koncentrace těžkých kovů. Naopak obsahuje velké množství živin, které rostlinám prospívají. Převážná část sloučenin fosforu a dusíku je přítomna v rozpuštěné formě, takže je rostlina snadno přijme. V případě okřehku menšího vykazoval tento vzorek na rostlinu v celé koncentrační řadě stimulaci. Na semena hořčice bílé působil sice vzorek testované splaškové odpadní vody inhibičně, ale žádná hodnota inhibice v celé koncentrační řadě nepřekročila 50 %. 354

353 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obr. 4: Vliv o dpadní vody CFR 160 na vstupu do ČOV na růst okřehku menšího. Závislost odpovědi na dávce. Posledním vzorkem byla vyčištěná splašková odpadní voda. Zde se již snížila hodnota nutrientů z důvodu potlačení eutrofizace povrchových vod. Vzorek této odpadní vody působil na okřehek i na hořčici inhibičně, ale žádná z testovaných koncentrací nepřesahuje inhibici 50 %. Chloróza a nekróza se u okřehku projevily pouze v nejvyšší testované koncentraci. Obr. 5: Vliv odpadní vody CFR 160 na výstupu z ČOV na růst okřehku menšího. Závislost odpovědi na d ávce. LITERATURA [1] ČSN EN ISO (2007): Jakost vod Stanovení toxických účinků složek vody a odpadní vody na okřehek (Lemna minor) Zkouška inhibice růstu okřehku. Český normalizační institut. [2] Nis-Elements (2007): AR 2.30 for Windows, Laboratory Imaging, Česká Republika. [3] MŽP (2007): Metodický pokyn odporu odpadů ke stanovení ekotoxicity odpadů. [4] GrafPad (2003): Prism 4 for Windows. GrafPad Software, Inc., San Diego CA. [5] Mohan, BS., Hosetti, BB. (1998): Potential phytotoxicity of lead and kadmium to Lemna minor in sewage stabilization ponds. Environ. Pollut. 98 (2). Effect of waste water on growth of duckweed (Lemna minor L.) and germination of mustard (Sinapis alba L.) Summary Aquatic bioassays of phytotoxicity are used for testing of toxicity of aquatic samples or leaches of solid samples. In this study two kinds of assays, which use higher vascular plants, duckweed growth inhibition test and Sinapis alba germination test, were contrasted. Waste water and industrial effluents from Kovohutě Příbram nástupnická, a.s. were used for the tests. Parameters like frond number, frond area, chlorophyll a and total content of chlorophyll in axenic culture were observed in 7 day test of Lemma minor. Image analysis Nis Elements was used for frond area determination. Test with Sinapis alba was carried out by standard method, for a period of 3 days, when the effect of toxic material on the elongation of the root was observation response. Higher sensitivity was observed in the test with Lemna minor. The inhibition of Sinapis alba growth caused by heavy metals presence in waste water was not so strong as by Lemna minor. Key words: Lemna minor, Sinapis alba, phytotoxicity, waste water 355

354 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VODNÍ A OSMOTICKÝ POTENCIÁL ROSTLIN RODU HIBISCUS, PELARGONIUM A SAINTPAULIA Renata Kotková Brigita Zámečníková Česká zemědělská univerzita v Praze, katedra botaniky a fyziologie rostlin, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, kotkovar@af.czu.cz Souhrn Hlavním cílem práce bylo stanovení změny vodního a osmotického potenciálu na listech pokojových druhů rostlin (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha) při postupném vysychání. Rostliné druhy byly vybrány s ohledem na rozdílné stanovištní podmínky, světelné i vodní nároky při pěstování, a na anatomické zvláštnosti listů. Na listech jednotlivých druhů rostlin proběhla opakovaná měření vodného a osmotického potenciálu, a to během jejich plné hydratace a dále při potupném dvoutýdenním vysychání rostlin. Měření bylo provedeno pomocí psychrometru PSYPRO. ÚVOD Rostlina vodu přijímá, vede a vydává. Změny v obsahu vody jsou určovány příjmem vody a jeho vztahem k výdeji rostlinou. Poměr mezi současným příjmem a výdejem vody označujeme jako vodní bilanci. Při aktivní vodní bilanci dochází k dosycení rostliny vodou, při pasivní dochází k nižšímu vodnímu sytostnímu deficitu /1/ a /2/. Porušením vodní rovnováhy rostliny, dochází při větším vodním deficitu k vadnutí /3/. Rostliny ztrácejí vodu vypařováním (transpirací) a v malé míře v kapalné formě slzením (gutací). Podíl gutace na vodní bilanci rostliny je zanedbatelný /4/. Větší deficit vody v rostlině způsobí pokles příjmu CO 2 a omezení fotosyntézy uzavřením průduchů /5/, /6/ a /7/. Při nedostatku přístupné vody v půdě dochází obvykle po počátečním a přechodném vadnutí k trvalému až nenávratnému vadnutí vyvolávajícímu trvalé škody /2/ a /8/. Metodami měření osmotického potenciálu se ve své práci zabývají /9/, /10/ a /11/. MATERIÁL A METODA Pro pokus byly vybrány rostliny: Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha. Každý rostlinný druh byl vegetativním způsobem namnožen v počtu tří kusů. Rostliny byly zasazeny do jednotné velikosti květinových obalů. Jednotlivé rostliny byly kultivovány ve skleníkových podmínkách. Poté byly rostliny přeneseny do laboratoře, kde byla opakovaně prováděna experimentální měření vodního a osmotického potenciálu na listech daných rostlin, a to během jejich plné hydratace a posléze při postupném vysychání (dehydrataci) rostlin. Pro měření byly vybírány listy rostlinných druhů stejného stupně vegetačního vývoje, stáří a velikosti. Pro stanovení vodního a osmotického potenciálu rostlin byl použit termočlánkový psychrometrický přístroj PSYPRO s citlivým mikrovoltmetrem, který umožňuje snadné stanovení vodního potenciálu rostlinného pletiva či roztoků metodou rosného bodu. 356

355 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝSLEDKY A DISKUSE Stanovení vodního potenciálu rostlin Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha bylo provedeno z odebraných listových terčíků, které byly vloženy do měřících komůrek termočlánkového psychrometru. Měření probíhalo tedy za plné hydratace rostlinných tkání, potom se postupně v průběhu dvou týdnů snižovala vodní saturace. Na obrázku 1. je znázorněn pokles hodnot vodního potenciálu u všech druhů rostlin za časové období 16 dnů. Již v prvním dni, kdy byly rostliny plně saturované vodou, je vidět mezidruhový rozdíl který se v následujících dnech dále prohluboval. Sainpaulia měla v prvním dni, tedy při plné hydrataci, hodnotu vodního potenciálu -0,33 MPa, Pelargonium - 0,73 MPa a Hibscus -1,17 MPa. Nejnižších hodnot vodního potenciálu dosáhly rostliny na konci pozorování, kdy Saintpaulia snížila vodní potenciál o 0,72 MPa, tedy na -1,05 MPa. Pelargonium prokázalo vyšší rozdíl mezi počáteční a koncovou hodnotou vodního potenciálu, a to 1,32 MPa, došlo ke snížení na -2,04 MPa. Hibiscus měl již velmi výrazné změny vodního potenciálu po 14 dnech, kdy bylo ukončeno měření. Rozdíl činil 2,54 MPa, hodnoty klesly na -3,71 MPa. /6/ ve své publikaci poukazuje na rozdíly mezi jednotlivými druhy rostlin, anatomickou stavbou, stářím orgánu, povahou buněčných stěn a obsahen vody v buňkách. /2/ uvádí pro listy u dostatečně hydratovaných rostlin hodnoty vodního potenciálu v rozmezí -0,2 až -0,6 MPa, za podmínek extrémního sucha však mohou dosáhnout -2 až -5 MPa. Pro srovnání udává /12/ hodnotu vodního potenciálu -0,8 MPa v mezofylových buňkách listu u dřevin ve výšce 10m, osmotický potenciál je potom stanoven na -0,2 MPa. Vodní potenciál Ψ (MPa) den 3.den 5.den 7.den 9.den 14.den 16.den Den Saintpaulia Pelargonium Hibiscus Obr. 1: Hodnoty vodního potenciálu (MPa) v závislosti na dnech postupné dehydratace rostlin měřený na listových terčících odebraných z listů pokojových druhů rostlin (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha). Osmotický potenciál stanovený z buněčný šťáv listů vybraných druhů pokojových rostlin (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha) od plného nasycení a v průběhu postupného vysychání je zobrazen na obrázku 2. Zde je vidět významný rozdíl osmotického potenciálu mezi jednotlivými druhy rostlin, a to jak v prvním dni měření, při plné saturaci, tak i v následujících dnech. Saintpaulia má při plném nasycení vodou hodnotu osmotického potenciálu -0,19 MPa, což je o 0,34 MPa vyšší než má Pelargonium (-0,53 MPa) a o 1,18 MPa více než u rostliny Hibiscus (-1,37 MPa). V dalších dnech postupné dehydratace rostlin dochází ke snižování osmotického potenciálu a zvyšování rozdílu mezi jednotlivými druhy rostlin. Saintpaulia v poslední měřený den dosahovala hodnot -0,54 MPa, což je o 357

356 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin ,351 MPa méně než při plné hydrataci. Pelargonium však nejnižších hodnot dosahuje v průběhu 9. dne měření (-1,15 MPa) a potom hodnoty osmotického potenciálu začínají stoupat (-0,61 MPa). Postupný pokles hodnot osmotického potenciálu u rostliny druhu Pelargonium, může být v souvislosti s obsahem škrobových zrn v pletivech listů rostliny, které se akumulují v buňkách intenzivně fotosyntetizujících rostlin. Hibiscus v průběhu dehydratace neustále snižuje hodnoty osmotického potenciálu až na -3,44 MPa, tedy o 1,02 MPa od počátku měření s plnou vodní saturací rostliny. Hodnoty osmotických potenciálů buněk uvádí /5/ pro suchozemské rostliny v rozmezí -0,5 MPa až -1,5 MPa. Osmotický potenciál Ψ (MPa) den 3.den 5.den 7.den 9.den 14.den 16.den Den Saintpaulia Pelargonium Hibiscus Obr. 2: Znázornění závislosti osmotického potenciálu (MPa) na délce (dny) postupné dehydratace rostlin, stanoveného z buněčných šťáv listů tří druhů pokojových rostlin (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha). Porovnáním vodního a osmotického potenciálu různých druhů pokojových rostlin (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale a Saintpaulia ionantha) byl stanoven značný rozdíl mezi jednotlivými druhy v časové posloupnosti od plné saturace rostlin vodu k postupné dehydrataci rostlinných pletiv. Rozdíly jsou dány především odlišnou anatomickou stavbou listu a fyziologickou konstitucí rostlin. V průběhu pokusu během postupně se zvyšující dehydrace došlo ke snižování hodnot vodního a osmotického potenciálu u všech rostlinných druhů. Nejcitlivěji reaguje na změny prostředí, tedy na postupné vysychání Hibiscus, méně náročnou rostlinou na obsah vody je potom Pelargonium. Nejmenší změny vodního i osmotického potenciálu byly prokázány u druhu Saintapualia. LITERATURA /9/ Bartels, D. Sunkar, R.: Osmotic stress. In: Drought and salt tolerance in plants. Critical Reviews in Plant Science, Vol. 24, 2005: /10/ Callister, A.N. Arndt, S.K. Adams, M.A.: Comparison of four methods for measuring osmotic potential of tree leaves. Physiologia Plantarum, Vol. 127 (9), 2006: /1/ Fortin, J. Kholová, H.: Rostliny. Fortuna Print, Praha, /3/ Hopkins, G. Norman, P.A.: Introduction to Plant Physiology, USA, /8/ Jahodář L.: Vybrané kapitoly z fyziologie rostlin. Karolinum, Univerzita Karlova v Praze, /4/ Larcher, W.: Physiological Plant Ecology. Springer Verlag, Berlin,

357 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin /11/ Navarro, A. Banon, S. Olmos, E. Sanchez-Blanco, M.J.: Effects of sodium chloride on water potential components, hydraulic conductivity, gas exchange and leaf ultrastructure of Arbutus unedo plants. Plant Science, Vol. 172 (3), 2006: /2/ Pavlová, L.: Fyziologie rostlin. Nakladatelství Karolinum, Praha, /6/ Penka, M.: Transpirace a spotřeba vody rostlinami. Academia, Praha, /7/ Raven, P.H. Evert, R.F. Curtis, H.: Biologie der Pflanzen. Walter de Gruyter, Berlin, /4/ Šebánek, J. et al.: Fyziologie rostlin. SZN, Praha, /12/ Taiz, L. Zeiger, E.: Plant physiology. Sinauer Associates, Inc., USA, Water and osmotic potential of indoor plants Hibiscus, Pelargonium and Saintpaulia Summary Comparing changes of water potential and osmotic potential at the leaves of chosen species indoor plants (Hibiscus rosa-sinensis, Pelargonium zonale and Saintpaulia ionantha) was the head aim of this experiment. These plants were chosen according to their dissimilar habitat conditions, light and water demands by its cultivation and specific anatomical character of leaves. The water and osmotic potential was repeatedly measured on the leaves of the plant species. It was measured during its full hydration and than during following two weeks gradation plants dehydration. The measuring is made by the psychrometer PSYPRO. Poděkování Práce vznikla za podpory řešeného výzkumného záměru MSM a bude sloužit k demonstraci schopnosti využití vody u odlišných genotypů rostlin pro výuku předmětu Ekofyziologie rostlin. 359

358 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin MONITOROVÁNÍ VÝSKYTU PAŽITKY - ALLIUM SCHOENOPRASUM L. NA LOKALITÁCH V ČR Vojtěch Holubec VURV v.v.i., Drnovská 507, Praha 6 - Ruzyně, holubec@vurv.cz Souhrn V průběhu minulých 6 let byly monitorovány vybrané lokality pažitky pobřežní v Povltaví a Polabí. Na vytyčených trvalých plochách byly zaznamenávány fytocenologické snímky, údaje byly kvantifikovány kombinovanou stupnicí dominance a abundance a vypočteny koeficienty diversity - Shannon a Simpson. Na lokalitách působí přirozené faktory záplavy. Mimořádně silné povodňové vlny v letech 2002 a 2006 působily jako mechanický stresový faktor, způsobily vyplavení rostlin a odplavení břehu. Následné břehové úpravy silně poškodily fragmenty populace a snížily genetickou diversitu. Klíčová slova: genetické zdroje, pažitka pobřežní, Allium schoenoprasum, stres, přežití. ÚVOD Cibule a česnek patří mezi nejstarší plodiny světa. Člověk je využíval ještě před neolitickou revolucí a pravděpodobně je sbíral a pojídal k masu z ulovené zvěře. Domestikace proběhla ve starých civilizacích Blízkého (česnek) a Středního východu (cibule, 1000 B.C.). Další zelenina z rodu Allium - pažitka byla domestikována později, pravděpodobně na území jižní Sibiře/stř. Asie (Zeven, de Wet, 1982). Pažitka se v kultuře záhy rozšířila do celého světa a je významnou zeleninou. Pro každou plodinu jsou důležité genetické zdroje, jak pro šlechtění, tak pro rozšíření a diversifikaci vlastností konzumované plodiny. Pažitka představuje jen málo šlechtitelsky upravenou plodinu, v podstatě se jedná a výběry z planých a kulturních populací. Proto plané genetické zdroje mohou být významných a zároveň snadným zdrojem diversity. Pažitka - Allium schoenoprassum L. se taxonomicky řadí do podrodu - subg. Cepa, sekce Schoenoprasum. V rámci druhu jsou rozlišovány dva podruhy nominátní A. s. ssp. schoenoprasum a A. s. ssp. alpinum (DC.) Čelak (syn. A. sibiricum L.). Pažitka je domácím druhem české flóry, Dostál (1989) a Kubát (2002) udávají výskyt horské subspecie (A. s. ssp. alpinum) v ČR vzácně (Krkonoše, Jeseníky: Velká kotlina), na Slovensku roztroušeně (Babia hora, Oravská Magura, Velká Fatra, Vysoké a Bel. Tatry). Nominátní nížinná subspecie (A. s. ssp. schoenoprasum) se také vyskytuje poměrně vzácně v pobřežní vegetaci podél toků (Polabí a Povltaví). Horská subspecie se nachází v reservacích chráněných území KRNAP a CHKO Jeseníky a nepotřebuje další ochranu. Nížinná subspecie nepožívá podobnou ochranu a proto jí byla věnována pozornost. Cílem práce bylo monitorovat vybrané lokality pobřežní pažitky v České republice, posoudit jejich stav, početnost, vegetační podmínky a jejich ohrožení stresovými faktory. MATERIÁL A METODY Materiálem byly roztroušené populace pažitky Allium schoenoprassum ssp. schoenoprasum v Čechách v Polabí a Povltaví. Ze sledovaných lokality byly vybrány modelové lokality Zbraslav, Děčín a Jílovský potok kde proběhlo víceleté monitorování 360

359 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin vegetace. Byla zaznamenána charakteristika lokality a výčet všech druhů v období plné vegetace (duben-červen) a v některých případech i na podzim. Byly vytýčeny trvalé plochy 9 m 2, kde byly zapsány fytocenologické snímky. Kvantifikace údajů byla zajištěna odhadem početnosti/pokryvnosti dle kombinované stupnice podle Braun-Blanqueta (Prach, 1994). Použitá kombinovaná stupnice odhadu početnosti a pokryvnosti umožňuje dostatečně přesně odhadnout zastoupení jednotlivých druhů a jejich fluktuace. Ze získaných odhadových dat byla počítána botanická diverzita plochy následujícími charakteristikami: Shannonův index H a Simpsonův index D a jejich standartizovanými verzemi Evennes Eh a Ed. Shannonův index diversity: dominance i-tého druhu: H p i = = H E = Evenness je definován ln () s. S i= 1 ( ) p i ln p i četnost druhu i celkova četnost, s je celkový počet druhů, Protože ln (s) dává maximální H (pro daný počet druhů), jde o standardizovanou verzi H. Jde o monotónní transformaci, takže čím větší H, tím také větší E. Pro interpretaci je výhodné, že E je číslo od 0 do 1 udávající stupeň naplnění maxima při daném počtu druhů. Je to charakteristika méně závislá na počtu druhů zjištěných v dané lokalitě. Na lokalitách v terénu byly rovněž provedeny odběry plodenství/semen pro ex situ kolekci genové banky Olomouc. Odběr plodů byl proveden hromadně z 5-20 rostlin na lokalitě pro zajištění dostatečné variability výběrové populace. Ke každé lokalitě byly zaznamenány standardní sběrové údaje (geografické údaje, GPS souřadnice, nadmořská výška a ekologické stanovištní údaje). VÝSLEDKY A DISKUSE Lokalita Zbraslav Byla revidována lokalita pažitky u Zbraslavi. Pažitka se nachází na výhonu (molu) regulujícím tok řeky, který probíhá souběžně s břehem Vltavy. Výskyt byl zaznamenán v roce 2001 v buližníkové hrubé dlažbě svažující se do řeky. Populace pažitky zde nebyla velká, v délce asi 5 m, počet jedinců Významným faktorem byla fenotypová rozmanitost materiálu. Nacházely se zde rostliny s různou barvou květu od bělokvěté přes běžnou růžovou až po několik trsů s červenou barvou květu. Variabilita byla i v průměru listu a charakteru trsu od vzpřímených po rozkladité a polehlé typy růstu. V roce 2002 postihla povodí Vltavy katastrofická povodeň. Koncová část výhonu byla odplavena i s částí populace. Podstatná část populace byla zachována, byly potvrzeny i barevné formy včetně bělokvěté formy. V roce 2003 byla v těžišti lokality vytyčena trvalá plocha pro monitorování. Počet zapsaných druhů byl 48, pažitka byla hodnocena stupněm 1. Druhová diversita byla hodnocena Shannonovým a Simpsonovým indexem (graf 1). Celková pokryvnost druhů na ploše byla 69%. Populace pažitky v průběhu následujících let měla mírně vzrůstající charakter. Druhové složení bylo stabilizované, jen neparnými změnami. V roce 2006 postihla lokalitu další povodeň, která. 361

360 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin odplavila větší část lokality a lokalita nebyla snímkována. Následné úpravy břehu a navigace měly za následek úplnou eliminaci lokality i s vyznačenou trvalou plochou, neboť koncová část výhonu byla zcela odbagrována a zakončena novou dlažbou. Při podrobném průzkumu na jaře 2007 byly nalezeny tři trsy pažitky před koncem dláždění. Ty v průběhu roku měly dobré podmínky v obnažené nové dlažbě a expandovaly. Jejich barva květu byla růžová. Při návštěvě v říjnu 2007 byly trsy větší a byly nalezeny další semenáčky. V roce 2008 kvetly jen zachovalé tři trsy. Otázkou zůstává, zda se mezi semenáčky objeví původní vzácná bělokvětá forma. Toto forma pažitky je však zachráněna ex situ, neboť semena byla sebrána opakovaně v minulých letech. Y Y n - spp, Y1 Total dominance (%) Dominance Σpi Shannon H Evenness Eh (Shannon) Simpson D Evennes Es (Simpson) Year 0 Graf 1. Hodnocení druhové diversity na trvalých plochách zahrnujících populace pažitky Allium schoenoprasum L. Lokalita Zbraslav. Jílovský potok Lokality Jílovský a Luční potok zahrnují malé výskyty pažitky v lesním porostu. První lokalita je javořina v blízkosti golfového hřiště a je ruderalizovaná a ohrožená vyhazovanou posekanou trávou. Druhá lokalita představuje floristicky bohatý podrost na okraji bučiny, zatím bez ohrožení. Lokalita Jílovský potok byla vybrána pro monitorování od roku Populace pažitky byla málo početná (asi 50 jedinců), morfologická variabilita malá s výskytem jen růžovokvěté formy jednoho odstínu. Zápis druhů na vytýčené trvalé ploše udává počet 21. Výskyt pažitky je hodnocen stupněm 1. Celková pokryvnost je 105 %. Druhovou diversitu udávají Shannonův index (H=2,2) a Simsonův index (D=5,6). Vegetace plochy byla stabilní do roku Při podzimní návštěvě nebyla pažitka nalezena, neboť byla překryta vyhazovanou posekanou trávou a rostlinnými zbytky z golfového hřiště. Poškození lokality se odrazilo ve velkém poklesu druhové diversity a Simsonova indexu (graf 2). V roce 2008 byl konstatován zánik lokality. 362

361 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin n - spp. Total dominance (%) Σpi Shannon H Evenness Eh (Shannon) Simpson D Evennes Es (Simpson) Year 0 Graf 2. Hodnocení druhové diversity na trvalých plochách zahrnujících populace pažitky Allium schoenoprasum L. Lokalita Jílovský potok. Děčín Lokalita Děčín představuje nález pažitky na dlážděné navigaci levého břehu Labe v roce Lokalita pažitky je vzdálená asi 50 m od železničního mostu po proudu a je asi 10x10 m velká, asi 8 m od břehu Labe. Populace pažitky je morfologicky poměrně variabilní. Vyskytují se trsy s různou tloušťkou stonku, se vzpřímeným i rozkleslým trsem. V barvě květu je variabilní, kromě nejběžnější střední růžové se vyskytují tmavší červenokvěté formy. Populace je poměrně silná, s množstvím semenáčků a zatím bez ohrožení a spíše expandující. Počet druhů na sledované ploše se pohyboval od 21 do 25 ve sledovaných letech Celková pokryvnost druhů je 80 %. Pokryvnost zájmového druhu pažitky byla hodnocena stupněm 2a. Hodnoty Shannonova i Simsonova indexu poklesly v roce 2008 z důvodu změn v pokryvnosti druhů (graf 3). Postupně na lokalitě roste podíl Agrostis stolonifera a snižuje se podíl dvouděložných druhů, což pravděpodobně souvisí s nitrifikací a ruderalizací, nebo. To je sice negativní tendence, ale porost pažitky je stabilizován a spíše expandující n - spp. Total dominance (%) Σpi Shannon H Evenness Eh (Shannon) Simpson D Evennes Es (Simpson) Year 0 363

362 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 3. Hodnocení druhové diversity na trvalých plochách zahrnujících populace pažitky Allium schoenoprasum L. Lokalita Děčín ZÁVĚR Monitorování Allium schoenoprassum na 3 modelových lokalitách v Povltaví a Polabí ukazuje, že i když lokality se zdají stabilní a odolávají běžnému provozu pěšáků a pejskařů, mohou být velmi snadno poškozeny živelnou pohromou a zcela zničeny následnou rekultivací. Konzervace ex situ v genové bance je dobrá pojistka souběžně s in situ konzervací. In situ má své opodstatnění zejména z hlediska zachování šíře variability populace, kterou výběrový soubor nemůže postihnout. LITERATURA Dostál J Nová květena ČSSR. Academia Praha 1548 s. Kubát K Klíč ke květeně České republiky. Academia Praha, 926 s. Prach K Monitorování změn vegetace, metody a principy. Český ústav ochrany přírody. Zeven A.C. and de Wet J.M.J Dictionary of cultivated plants and their regions of diversity. Pudoc, Wageningen 259 pp. Monitoring of chive occurrence - Allium schoenoprasum L. in the Czech Vojtěch Holubec localities Crop Research Institute, Dept. of Gene Bank, Drnovská 507, Praha 6 - Ruzyně, holubec@vurv.cz Summary During past 6 years selected localities of chive - Allium schoenoprasum L. ssp. schoenoprasum were monitored in the regions of Vltava and Elbe Rivers. Phytosociological relevés were noted in marked permanent plots 3 m 2. The data were quantified using a combined scale of dominance and abundance and Shannon and Simpson diversity indices were calculated. Within the observed periods two catastrophic floods occurred in 2002 and 2006 that caused population damage, washing out plants and parts of bank. Apart of these natural phenomena, subsequent bank and pavement reconstruction cased even worse damage, nearly eliminated all plants and drastically decreased population diversity. Key words: genetic resources, chive, Allium schoenoprasum, stress, survival. Poděkování Tato práce vznikla při řešení projektu MZe ČR 1G46066 a QC

363 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin APLIKÁCIA NITROFENOLÁTOV OVPLYVŇUJE TOLERANCIU ČAKANKY NA SUCHO Marek Kovár 1 Ivan Černý 2 1 Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra fyziológie rastlín, Tr. A. Hlinku 2, Nitra, Slovenská republika, Marek.Kovar@uniag.sk 2 Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra rastlinnej výroby, Tr. A. Hlinku 2, Nitra, Slovenská republika, Ivan.Cerny@uniag.sk Súhrn Cieľom práce bolo popísať efekty foliárne aplikovaného p-nitrofenolu na fyziologické a biochemické parametre postupnou dehydratáciou ovplyvnených rastlín čakanky obyčajnej (Cichorium intybus L.). Sucho indukovalo oxidačné poškodenie buniek, čo bolo dokumentované poklesom indexu membránovej stability (MSI) a zmenami v aktivite antioxidačných enzýmov. p-nitrofenol v koncentrácii 2 mm počas celého dehydratačného cyklu udržal signifikantne vyššie hodnoty relatívneho obsahu vody v asimilačných pletivách v porovnaní s neošetrenými rastlinami. V súlade s literatúrou sme pozorovali, že p-nitrofenol zvýšil aktivitu antioxidačných enzýmov superoxiddismutáza, kataláza a peroxidáza nielen v dehydratovaných, ale aj dobre hydratovaných rastlinách čakanky. Výsledkom zmien v antioxidačnom metabolizme bolo udržanie signifikantne vyšších úrovní indexu membránovej stability. Ďalej sme zistili, že p-nitrofenol indukoval syntézu voľného prolínu aj v dobre hydratovaných rastlinách. Záverom diskutujeme úlohu nitrofenolu v stresovej odpovedi buniek cez aktiváciu antioxidačného metabolizmu a osmotického prispôsobenia, vedúc k udržaniu rastovej aktivity a nárastu tolerancie voči suchu. Kľúčové slová: nitrofenol, antioxidanty, prolín, membránová stabilita, sucho, čakanka ÚVOD Sucho je všeobecne popisované ako hlavný faktor limitujúci produktivitu poľnohospodárskych plodín (Boyer 1982). Vystavenie rastlín suchu spôsobuje pokles rýchlosti fotosyntézy buď nepriamo, znížením vodivosti prieduchového aparátu (g S ), alebo priamou intervenciou na úrovni transportu elektrónov v tylakoidnej membráne, syntézy ATP a redukčných ekvivalentov (NADPH) a/alebo redukciou aktivity kľúčových enzýmov fotosyntetického redukčného cyklu uhlíka (PCR). Redukcia konzumácie redukčnej sily a ATP fotosyntetickým RCC spojená s obmedzením toku CO 2 do listu poklesom g S, zvyšuje excitačný tlak na fotosystém PSII a teda citlivosť k fotoinhibícii (napr. Lawlor a Cornic 2002 a citácie tam). Aklimácia rastlín na sucho je často spojená s nárastom koncentrácie reaktívnych druhov kyslíka (ROS), ako superoxidového aniónu (O 2 - ), peroxidu vodíka (H 2 O 2 ), hydroxylového radikálu (HO ) a singletového kyslíka ( 1 O 2 ) (Smirnoff 1993), ktoré sú generované najmä v mitochondriách, chloroplastoch, peroxizómoch, ale aj cytosóle (Mittler et al. 2002). Oxidačné poškodenie vzniká vtedy, ak produkcia ROS je vyššia, ako je schopnosť bunky ich detoxikovať. Z uvedeného vyplýva, že produkcia ROS je všeobecným syndrómom stresovej reakcie, pričom je dobre známe, že ROS poškodzujú nukleové kyseliny, proteíny a lipidy, ale tiež polysacharidy (Matysik et al. 2002). Rastliny môžu kompenzovať tvorbu ROS oxygenačnou aktivitou enzýmu Rubisco a fotosyntetickým oxidačným cyklom uhlíka (PCO), ďalej termálnou disipáciou nadbytočnej excitačnej energie a/alebo detoxikáciou ROS prostredníctvom enzymatického a neenzymatického antioxidačného systému (Foyer a Noctor 2005). Snahy poľnohospodárov minimalizovať dopad stresovej situácie na rastovo-produkčný proces plodín vedú k zavádzaniu nových, progresívnych agrotechnických metód. Medzi tieto operácie sa zaraďuje najmä aplikácia biologicky aktívnych látok (Bynum et al. 2004), ktoré sa vyznačujú potenciálnymi antistresovými efektmi. Jednou skupinou široko využívaných biologicky aktívnych látok sú nitrofenoláty (Oosterhuis a Robertson 2000; Fernandez a Correa 2005). Je zistené, že nitrofenoláty stimulujú rast a produktivitu mnohých plodín (Csizinszky 2001; Fernandez a Correa 2005; Bynum et al., 2007), najmä cez zmeny v aktivite špecifických antioxidačných 365

364 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin enzýmov, ako sú superoxiddismutáza (SOD), kataláza (CAT) alebo peroxidáza (POX) (Djanaguiraman et al. 2004a,b). Hoci v literatúre existujú dôkazy o vplyve nitrofenolátov na rastové a produkčné charakteristiky mnohých plodín (Csizinszky 2001; Fernandez a Correa 2005; Bynum et al., 2007), alebo aj čakanky (Černý et al. 2008; Kovár a Černý 2008), detailné poznanie príčinných súvislostí v mechanizmoch indukujúcich toleranciu prostredníctvom nitrofenolov je nejasné a diskutované. Cieľom tohto príspevku je determinovať efekty foliárne aplikovaného nitrofenolu na toleranciu čakanky proti suchu indukovaného postupnou dehydratáciou substrátu, prostredníctvom charakterizácie stupňa antioxidačnej ochrany, stability biomembrán a potenciálnej indukcie syntézy osmoticky aktívnych látok. MATERIÁL A METÓDA Rastliny čakanky obyčajnej (Cichorium intybus var. sativa; odroda Fredonia Nova ) boli pestované v nádobových vegetačných experimentoch (2 kg pôdno-rašelinového substrátu na nádobu) v skleníkových podmienkach (skleník Katedry fyziológie rastlín, SPU) v roku Počet rastlín bol po vzídení upravený na 4 ks na nádobu. V čase 30 dní po vzídení rastlín bol na nadzemnú časť mikropostrekom aplikovaný 2,0 mm roztok p-nitrofenolu sodného (ph 7,0) (Riedel-de Haën; cat. no G-R) v dávke 5,0 ml na rastlinu. Kontrolné rastliny boli mikropostrekom ošetrené 5 ml deionizovanej vody (ph 7,0). Dehydratačný cyklus bol indukovaný prerušením zalievania substrátu 42 dní po vzídení rastlín. Dĺžka dehydratačného cyklu bola stanovená na 10 dní. Fyziologické a biochemické merania boli uskutočnené na 5. liste rastliny (počítané od bázy rastliny). Experimenty boli uskutočnené v štyroch blokoch v troch až piatich opakovaniach jednotlivých meraní. Získané experimentálne výsledky boli štatisticky spracované prostredníctvom grafických a štatistických metód programového balíka Sigma Plot. Štatistická analýza bola uskutočnená analýzou rozptylu (ANOVA) a preukaznosť rozdielov bola determinovaná na úrovni P 0,05. Relatívny obsah vody (RWC; v %) v pletive sme stanovili gravimetricky podľa Barr a Weatherley (1962) poznajúc čerstvú a saturovanú hmotnosť a hmotnosť sušiny pletiva. Celkový obsah bielkovín (v mg.g -1 čerstvej hmotnosti) bol stanovený podľa Bradford (1976) spektrofotometricky (Spekol 11; Carl Zeiss, Jena, Nemecko) pri vlnovej dĺžke 595 nm, využijúc albumínové sérum ako kalibračný štandard. Aktivity antioxidačných enzýmov superoxiddismutáza (SOD), kataláza (CAT) a guajakolperoxidáza (POX) boli stanovené spektrofotometricky (spektrofotometer Spekol 11; Carl Zeiss, Jena, Nemecko). Všetky procedúry extrakcie boli uskutočnené pri 4 o C v ľadovom kúpeli a determinácia aktivity enzýmov pri laboratórnej teplote. Navážka 0,5 g listu bola homogenizovaná vo vychladenej trecej miske pomocou tekutého dusíka a 5 ml 50 mm Na-fosfátového pufru (ph 7,8), ktorý obsahoval 1% (w/v) PVP, 0,2 mm askorbátu a 1 mm EDTA. Na stanovenie aktivity POX sme použili 0,1 M Na-acetátový pufor s ph 5,2. Homogenát bol následne centrifugovaný 20 min pri g (centrifúga Universal 32R; Hettich Zentrifugen, Tuttingen, Nemecko). Celková aktivita SOD (EC ) bola stanovená pri vlnovej dĺžke 560 nm podľa Madamanchi et al. (1994) s malou úpravou. Reakčná zmes obsahovala 50 mm Na-fosfátový tlmivý roztok s ph 7,8, 1 mm EDTA, 15 μm metionínu, 20 μm riboflavínu, 75 μm MTT [3-(4,5-dimetyl- 2-tiazolyl)-difenyl-2H-tetrazolium bromid] a príslušné množstvo supernatantu. Reakcia bola inicializovaná osvetlením reakčnej zmesi bielym svetlom (~200 μmol.m -2.s -1 ) počas 15 min. Aktivita enzýmu bola vyjadrená v jednotkách U.mg -1 bielkovín. Aktivita CAT (EC ) bola stanovená podľa Aebi (1984) pri vlnovej dĺžke 240 nm, keď reakčná zmes obsahovala 50 mm Na-fosfátový pufor (ph 7,3), 30 mm H 2 O 2 a príslušné množstvo supernatantu. Aktivita bola vyjadrená ako úbytok H 2 O 2 (μmol) (extinkčný koeficient 43,6 mm -1.cm -1 ) za 1 minútu na 1 mg bielkovín. Aktivita POX bola stanovená pri vlnovej dĺžke 470 nm podľa Chance a Meahly (1955) s malou úpravou. Reakčná zmes obsahovala 0,1 M Na-acetátový pufor s ph 5,2, 0,2 % (v/v) H 2 O 2, 0,5 % 366

365 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin guajakol a príslušné množstvo supernatantu. Aktivita sa vyjadrila ako pokles koncentrácie guajakolu (extinkčný koeficient 26,6 mm -1.cm -1 ) za 1 minútu na 1 mg bielkovín. Peroxidácia lipidov bola stanovená meraním obsahu malondialdehydu (MDA) podľa Hodges et al. (1999). Vzorka listu bola v predchladenej trecej miske homogenizovaná s 5 ml extrakčného roztoku, obsahujúcom etanol a vodu v pomere 80:20 (v/v) a 10 mm butylovaného hydroxytoluénu (BFT). Homogenát bol následne centrifugovaný pri teplote 4 o C a otáčkach g po dobu 10 min centrifúgou Universal 32R (Hettich Zentrifugen, Tuttingen, Nemecko). Supernatant bol napipetovaný do skúmaviek, ktoré obsahovali buď (a) 20 % (w/v) roztok kyseliny tiobarbitúrovej (TBA) s 10 mm BHT (v rovniciach označované ako -TBA), alebo (b) 20,65 % (w/v) roztok TBA a 10 mm BHT (v rovniciach označované ako +TBA). Následne boli vzorky zahriate na 95 o C na vodnom kúpeli po dobu 25 min. Po inkubácii boli vzorky rýchlo na ľade zachladené a spektrofotometricky (Spekol 11; Carl Zeiss, Jena, Nemecko) sa merala absorbancia pri vlnových dĺžkach 440, 532 a 600 nm. Koncentrácia MDA (nmol.ml -1 ) bola počítaná z rovnice: MDA = 106. [(A-B)/157000] kde A = (Abs 532 +TBA - Abs 600 +TBA)-(Abs 532 -TBA - Abs 600 -TBA) a B = 0,0571. (Abs 440 +TBA - Abs 600 +TBA). Nakoniec boli hodnoty obsahu prepočítané na jednotky nmol.g -1 čerstvej hmoty. Membránová stabilita bola stanovená podľa Tripathy et al. (2000) s nasledovnými úpravami. 10 listových diskov (priemer disku 10 mm) bolo vyseknutých z listovej čepele z rovnakej pozície, ako pri stanovení biochemických parametrov. Disky boli dvakrát prepláchnuté v deionizovanej vode a následne vložené do skúmavky obsahujúcej 5 ml ultračistej deionizovanej vody. Jedna sada skúmaviek so vzorkami bola inkubovaná na vodnom kúpeli pri teplote 30 o C počas 60 min (C A ) a druhá sada bola zahriata na teplotu varu po dobu 15 min (C B ). Následne po ochladení na laboratórnu teplotu bola meraná konduktometrom Kondukta (Laboratórní přístroje, Praha, Česká republika) elektrická vodivosť. Index membránovej stability (MSI; v %) bol kalkulovaný podľa rovnice: MSI = [1-(C A /C B )].100 kde C A je vodivosť roztoku inkubovaného pri teplote 30 o C a C B je vodivosť roztoku inkubovaného pri teplote 100 o C. Obsah voľného prolínu (v μmol.g -1 ) bol stanovený ninhydrínovou metódou podľa Bates et al. (1973) s malými úpravami. Približne 0,2 g listu bolo homogenizované v trecej miske s 3,0 % (v/v) kyselinou sulfosalicylovou. Do filtrátu bol pridaný ninhidrín, ľadová kyselina octová a roztok bol vo vodnom kúpeli inkubovaný 20 min pri teplote 100 o C. Reakcia bola zastavená rýchlym ochladením roztoku v ľadovom kúpeli a do reakčnej zmesi bol pridaný toluén. Intenzita zafarbenia toluénovej vrstvy bola stanovená spektrofotometricky (Spekol 11, Carl Zeiss, Jena, Germany) pri vlnovej dĺžke 520 nm. Koncentrácia sa určila z kalibračnej krivky zostrojenej z L-prolínu. Celkové množstvo rozpustných sacharidov (v mmol.g -1 ) bolo stanovené podľa Dubois et al. (1956). 0,2 g listu bolo v predchladenej trecej miske homogenizované s 0,2 M roztokom H 2 SO 4. Následne bol homogenát inkubovaný vo vodnom kúpeli pri teplote 10 o C počas 20 min. Po ochladení na laboratórnu teplotu bol k homogenátu pridaný cysteín-hcl. Po 30 min inkubácii pri laboratórnej teplote bol meraný rozdiel absorbancií pri vlnovej dĺžke 415 a 380 nm spektrofotometrom Spekol 11 (Carl Zeiss, Jena, Nemecko). Kalibračná krivka sa konštruovala podľa glukózových štandardov. Simultánne so kvantifikáciou biochemických a fyziologických parametrov bola hodnotená rastová aktivitu nadzemnej časti rastlín prostredníctvom zmien relatívnej rýchlosti rastu (RGR; v mg.g -1.h -1 ). VÝSLEDKY A DISKUSIA Sucho spôsobuje mnohé biochemické, fyziologické a morfologické zmeny, ktorých výsledkom je limitácia produkčného potenciálu plodiny (Boyer 1982). Rastliny čakanky vystavené postupnej dehydratácii pôdneho substrátu a pred dehydratačným cyklom ošetrené p-nitrofenolom si počas celej doby dehydratácie udržali signifikantne vyššie hodnoty RWC v 367

366 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Relatívny rýchlosť rastu (mg.g -1.h -1 ) Relatívny obsah vody (%) porovnaní p-nitrofenolom neošetrenými rastlinami (obrázok 1). V terminálnej fáze dehydratačného cyklu tento rozdiel predstavoval 13 %. Je známe, že rast nadzemnej časti rastliny je počas dehydratácie výrazne inhibovaný, spôsobujúc nárast pomeru medzi hmotnosťou koreňa ku hmotnosti celkovej biomasy rastliny (nie je ukázané). Predpokladá sa, že uvedená inhibícia rastu nadzemnej časti počas sucha je dôsledkom existencie hydraulického a/alebo chemického signálu, produkovaného koreňovým systémom (napr. Passioura 1988). Ukázalo sa, že výsledkom udržania RWC v pletivách rastlín čakanky ovplyvnených pred dehydratáciou p-nitrofenolom až do úrovne 78 % bola stabilná rýchlosť prírastku biomasy. V terminálnej fáze cyklu dehydratácie bola v dehydratovaných listoch pri RWC 61 % zaznamenaný pokles RGR na úroveň 0,80 mg.g -1.h -1, zatiaľ čo pri p-nitrofenolom ošetrených rastlinách na úrovni 2,07 mg.g -1.h -1 (pri RWC okolo 68 %) (obrázok 1). Keďže sme pozorovali konzistentnú redukciu RGR v rastlinách neošetrených aj ošetrených p-nitrofenolom, môžeme konštatovať, že aplikácia nitrofenolu neovplyvňuje chemickú signalizáciu, ale súvisí len s úrovňou hydratácie pletív. Pozorovaný rozdiel v hodnotách RWC rastlín ošetrených aj neošetrených p-nitrofenolom a následne vystavených postupnej dehydratácii korešponduje so zlepšenou kapacitou pre osmotické prispôsobenie. Pozorovali sme, že ovplyvnenie dobre hydratovaných rastlín p-nitrofenolom zvyšuje koncentráciu voľného prolínu na úroveň okolo 6 μmol.g -1 čerstvej hmotnosti, čo je 12 násobný nárast oproti rastlinám neošetreným p-nitrofenolom (obrázok 2A). Keďže prolín je osmoticky aktívny, tak v rastline zvyšuje podiel viazanej vody (Kuznetsov a Shevyakova 1999). Na základe uvedeného môžeme konštatovať, že p-nitrofenol indukuje produkciu osmoticky aktívnych látok, čo sme v prípade rastlín čakanky pozorovali aj pri pestovaní v prirodzených podmienkach prostredia (Černý et al. 2008). Keďže osmotické prispôsobenie sa považujeme za účinný mechanizmus tolerancie rastlín na sucho (Morgan 1984 a 1992; Blum et al. 1999), naše zistenia ukazujú, že aplikácia p-nitrofenolu zabezpečuje lepšiu pripravenosť rastlín na stresové situácie. Je známe, že akumulácia voľného prolínu je výsledkom aklimačnej odpovedi buniek na stresovú situáciu (Morgan 1992; Kuznetsov a Shevyakova 1999 a citácie tam). Koncentrácia prolínu v dehydratovaných rastlinách ovplyvnených p-nitrofenolom sa RWC (%) dni dehydratácie Obrázok 1 Závislosť relatívnej rýchlosti rastu (RGR) rastlín čakanky obyčajnej od relatívneho obsahu vody (RWC). Zmena RWC počas dehydratačného cyklu je znázornená vo vnútri grafu. dobre hydratované rastliny; dehydratované rastliny; neošetrené p-nitrofenolom; ošetrené p-nitrofenolom. n=5±se pre RWC a n=3±se pre RGR. Prolín (μmol.g -1 ČH) Celkové rozpustné sacharidy (mmol.g -1 ČH) A B relatívny obsah vody (%) relatívny obsah vody (%) Obrázok 2 Závislosť A) obsahu voľného prolínu a B) obsahu celkových rozpustných sacharidov od relatívneho obsahu vody (RWC) rastlín čakanky obyčajnej. dobre hydratované rastliny; dehydratované rastliny; neošetrené p-nitrofenolom; ošetrené p-nitrofenolom. n=4±se. 368

367 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin začala zvyšovať už po 3. dni dehydratačného cyklu a v terminálnej fáze dosiahla úroveň okolo 73 μmol.g -1. Naproti tomu koncentrácia prolínu v dehydratáciou ovplyvnených rastlinách čakanky neošetrených p-nitrofenolom začala výraznejšie narastať až na 8. deň dehydratačného cyklu (obrázok 2A). Podobne sme počas sucha pozorovali nárast koncentrácie rozpustných sacharidov, pričom aplikácia p-nitrofenolu spôsobila zvýšenie ich obsahu v terminálnej fáze sucha o viac ako 22 % v porovnaní s neošetrenými rastlinami (obrázok 2B). Postupná dehydratácia pôdneho substrátu spôsobujúca pokles RWC vedie k celému radu funkčných porúch v aktivite biochemických a fyziologických procesov. Je dobre dokumentované, že suchom indukovaná strata membránovej integrity spôsobuje zvýšený únik elektrolytov do apoplastu (Blum a Ebercon 1981). Ukazuje sa, že oxidačné poškodenie spôsobuje zmeny v chemickej kompozícii a obsahu sterolov a lipidov biomembrán, čo indukuje nárast jej permeability (Tripathy et al. 2000). Pre posúdenie poškodenia funkčného stavu buniek asimilačných pletív sme hodnotili index membránovej stability (MSI) (obrázok 3). V dobre hydratovaných rastlinách sú hodnoty MSI počas celého študovaného obdobia na takmer rovnakej úrovni 96 až 98 % (s nesignifikantne zvýšenými hodnotami v rastlinách ošetrených p-nitrofenolom). Tieto pozorovania sú konzistentné s výsledkami, ktoré pri dobre hydratovaných rastlinách ryže popísali Tripathy et al. (2000). S poklesom hodnôt RWC asimilačného aparátu klesá MSI v rastlinách neošetrených p-nitrofenolom už na 3. deň dehydratačného cyklu. V rastlinách ošetrených p-nitrofenolom je hodnota MSI stabilná až do strednej časti dehydratačného cyklu (5. deň dehydratácie). V terminálnej fáze dehydratácie rastliny neošetrené p-nitrofenolom vykazujú o 42 % väčšie poškodenie biologických membrán v porovnaní s tými, ktoré boli p-nitrofenolom ošetrené (obrázok 3). Peroxidačné poškodenie lipidov biologickej membrány rezultuje do tvorby cytotoxického produktu malondialdehydu (MDA) (Hodges et al. 1999). Počas dehydratácie sme pozorovali nárast obsahu MDA v listoch index membránovej stability (%) aktivita SOD (U.mg -1 ) CAT (μmol min -1 mg -1 ) aktivita POX (μmol.min -1.mg -1 ) A relatívny obsah vody (%) Obrázok 3 Závislosť indexu membránovej stability (MSI) rastlín čakanky obyčajnej od relatívneho obsahu vody (RWC). dobre hydratované rastliny; dehydratované rastliny; neošetrené p-nitrofenolom; ošetrené p-nitrofenolom. n=5±se B relatívny obsah vody (%) C RWC (%) relatívny obsah vody (%) Obrázok 4 Závislosť aktivity enzýmov A) superoxiddismutáza (SOD), B) kataláza (CAT) a C) guajakol peroxidáza (POX) od relatívneho obsahu vody (RWC) rastlín čakanky obyčajnej. dobre hydratované rastliny; dehydratované rastliny; neošetrené p-nitrofenolom; ošetrené p-nitrofenolom. n=3±se. 369

368 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabuľka 1 Zmena obsahu malondialdehydu (MDA; v nmol.g -1 ) počas postupnej dehydratácie rastlín čakanky. Wh dobre hydratované rastliny; Dh dehydratované rastliny; WhNP dobre hydratované rastliny ošetrené p-nitrofenolom; DhNP dehydratované rastliny ošetrené p-nitrofenolom. n=3±se. Deň Obsah MDA (nmol.g -1 ) dehydratácie Wh Dh WhNP DhNP 1 35,6 ± 2,2 33,7 ± 1,8 24,1 ± 3,5 26,6 ± 2,6 3 39,4 ± 0,9 40,2 ± 2,5 21,8 ± 2,6 35,5 ± 2,7 5 29,8 ± 1,2 53,3 ± 5,1 27,3 ± 2,1 36,7 ± 3,1 8 31,3 ± 2,7 76,6 ± 4,3 25,9 ± 4,1 48,2 ± 3, ,6 ± 3,9 96,4 ± 7,2 23,6 ± 2,4 62,9 ± 5,9 (tabuľka 1), čo korešponduje so skoršími pozorovaniami v rôznych druhoch rastlín (Smirnoff 1993 a citácie tam; Navari-Izzo et al. 1993). Foliárna aplikácia p-nitrofenolu redukovala množstvo MDA v listoch dobre hydratovaných rastlín, čo dobre korešponduje s vyššími hodnotami MSI (obrázok 3). Podobne počas dehydratácie p-nitrofenolom ošetrených rastlín sme pozorovali nižšie množstvo peroxidačného produktu lipidov, pričom v terminálnej fáze dehydratačného cyklu tento rozdiel v porovnaní s neošetrenými dehydratovanými rastlinami predstavoval 53 % (tabuľka 1). Keďže biologické membrány rastlín ošetrených p-nitrofenolom zostávajú počas dehydratačného cyklu dlhší časový interval intaktné, zaujímalo nás, akým mechanizmom sú ochraňované. Je zrejmé, že porušenie fluidity biologickej membrány (pokles MSI) je v prvom rade výsledkom peroxidácie membránových fosfolipidov tvorenými ROS (Mittler et al. 2002). Z toho je možné predpokladať, že intaktnosť MSI (obrázok 3) a nižší obsah MDA (tabuľka 1) v pletivách ošetrených p-nitrofenolom je počas dehydratačného obdobia funkciou zvýšenej antioxidačnej ochrany, najmä enzýmového charakteru (obrázok 4). Nakoniec, tento efekt pozoroval už Djanaguiraman et al. (2004a). V našich experimentoch sme zistili signifikantný účinok p-nitrofenolu na aktivitu SOD nielen počas dehydratácie pôdneho substrátu, ale aj v dobre hydratovaných rastlinách. Aplikácia p-nitrofenolu spôsobila nárast aktivity SOD takmer o 66 % v porovnaní s neošetrenými, dobre hydratovanými rastlinami. Dehydratácia substrátu zvyšuje aktivity SOD ako v p-nitrofenolom ošetrených, tak aj neošetrených rastlinách (obrázok 4A). Maximálna hodnota aktivity SOD v neošetrených rastlinách bola zistená na konci dehydratačného cyklu na úrovni 184 U.mg -1 bielkovín, čo je v porovnaní s dobre hydratovanými rastlinami nárast aktivity o 96 %. Najvýraznejšie sa zvyšuje aktivita SOD v dehydratovaných rastlinách ošetrených nitrofenolom, kde stúpajúcu aktivitu pozorujeme už od 3. dňa a maximálna hodnota je na konci dehydratačného cyklu na úrovni 385 U.mg -1 bielkoviny. Keďže SOD katalyzuje transmutáciu superoxidových radikálov na kyslík a H 2 O 2, je možné očakávať nárast aktivity enzýmu kataláza a špecifických peroxidáz (Smirnoff 1993), aj keď na druhej strane bolo zistené, že za špecifických stresových podmienok superoxidové radikáli inhibujú aktivity CAT a POX (Matysik et al. 2002). Z výsledkov je zrejmé, že aplikácia p-nitrofenolu indukovala nárast aktivity enzýmu CAT (obrázok 4B). Zvýšená aktivita CAT tak v p-nitrofenolom ošetrených rastlinách môže prispieť k udržaniu intaktnosti rastlinného metabolizmu. Podobne, nárast aktivity sme pozorovali aj pri enzýme POX v dehydratovaných rastlinách ošetrených p-nitrofenolom a to už na 3. deň dehydratačného cyklu, kedy je jej aktivita vyššia o viac ako 30 % v porovnaní s dehydratovanými rastlinami neošetrenými p-nitrofenolom. Nárast aktivity POX v p-nitrofenolom ošetrených rastlinách pozorujeme do 8. dňa dehydratácie, po ktorom nastáva saturácia, až mierny pokles jej aktivity (obrázok 4C). Na základe našich experimentov s rastlinami čakanky obyčajne môžeme záverom konštatovať, že foliárna aplikácia p-nitrofenolu v koncentrácii 2,0 mm zvyšuje toleranciu rastliny voči suchu, čo sa prejavuje udržaním fyziologickej aktivity pri postupne klesajúcej 370

369 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin úrovni RWC, najmä cez indukciu aktivity antioxidačných enzýmov a syntézy osmoticky aktívneho prolínu. Pre detailnejšie posúdenie udržania nielen rastovej aktivity, ale aj špecifických fyziologických procesov (napr. fotosyntézy), ako aj pre poznanie mechanizmu nitrofenolom indukovanej tolerancie, sú potrebné ďalšie kritické štúdie. LITERATÚRA Aebi, H. Catalase in vitro. Meth. Enzymol., Vol. 105, 1984: Barr, H.D.; Weatherley, P.E.: A re-examination on the relative turgidity technique for estimating water deficit in leaves. Aust. J. Biol. Sci., Vol. 15, 1962: Bates, L.S.; Waldren, R.P.; Teare, J.D.: Rapid determinantion of free proline for water stress studies. Plant Soil, Vol. 39, 1973: Blum, A.; Ebercon, A.: Cell membrane stability as a measure of drought and heat tolerance in wheat. Crop Sci., Vol. 21, 1981: Blum, A.; Zhang, J.; Nguyen, H.T.: Consistent differences among wheat cultivars in osmotic adjustment and their relation ship to plant production. Field Crops Res., Vol. 20, 1999: Boyer, J.S.: Plant productivity and environment. Science, Vol. 218, 1982: Bradford, M.M.: A rapid sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein using the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., Vol. 72, 1976: Bynum, J.B.; Cothren, J.T.; Lemon, R.G.; Fromme, D.D.; Boman, R.K.: Field evaluation of nitrophenolate plant growth regulator (Chaperone) for the effect on the cotton lint yield. J. Cott. Sci., Vol. 11, 2007: Csizinszky, A.A.: Yield Response of Bell Pepper Cultivars to Foliar-applied 'Atonik' Biostimulant. Florida Pepper Institute Univ. of Fla., IFAS, Veg. Crops Extension Report SSVEC, 802 Černý, I.; Pačuta, V.; Kovár, M.: Yield and quality of chicory (Cichorium intybus L.) in dependence on variaty and foliar application of Atonik and Polybor 150. Journal Central Europen Agriculture, Vol. 9, 2008: Djanaguiraman, M.; Devi, D.; Sheeba, J.; Bangarusamy, U.; Babu, R.: Effect of oxidative stress on abscission of tomato fruits and its regulation by nitrophenols. Trop. Agric. Res., Vol. 16, 2004a: Djanaguiraman, M.; Devi, D.D.; Shanker, A.K.; Sheeba, J.A.; Bangarusamy, U.: The role of nitrophenol on delaying abscission of tomato flowers and fruits. Food, Agric. Environ., Vol. 2, 2004b: Dubois, M.; Gilles, K.A.; Hamilton, J.K.; Rebers, P.A.; Smith, F.: Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal. Chem., Vol. 28, 1956: Fernandez, C.J.; Correa, J.C.: Nitrophenolate based Chaperone alleviated yield-detrimental effects of cotton root rot. Proc. Beltwide Cott Conf., New Orleans, 2005, Foyer, C.H.; Noctor, G.: Oxidant and antioxidant signaling in plants: a re-evaluation ofthe concept of oxidative stress in a physiological context. Plant Cell Environ., Vol. 28, 2005: Hodges, D.M.; DeLong, J.M.; Forney, C.F.; Prange, R.K.: Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds. Planta, Vol. 207, 1999: Chance, B.; Meahly, A.C.: Assay of catalases and peroxidases. Meth. Enzymol. Vol. 2, 1955: Kovár, M.; Černý, I.: Možnosti regulácie rastovo-produkčného procesu plodín nitrofenolátmi: mechanizmus a fyziologické dôsledky. Aktuálne problémy riešené v agrokomplexe, 2008, Kuznetsov, V.V.; Shevyakova, N.I.: Proline under stress: biological role, metabolism and regulation. Russ. J. Plant Physiol., Vol. 46, 1999: Lawlor, D.W.; Cornic,G.: Photosynthetic carbon asssimilation and associated metabolism in relation to water deficits in higher plants. Plant Cell Environ., Vol. 25, 2002: Madamanchi, N.R.; Donahue, C.L.; Cramer, R.G.: Differential response of Cu/Zn superoxide dismutases in two pea cultivars during a short-term exposure to sulphur dioxide. Plant Mol. Biol., Vol. 26, 1994: Matysik, J.; Alia, A.; Bhalu, B.; Mohanty, P.: Molecular mechanisms of quenching of reactive oxygen species by proline under stress in plants. Curr. Sci., Vol. 821, 2002: Mittler, R.: Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trend. Plant Sci., Vol. 7, 2002: Morgan, J.M.: Osmoregulation and water stress in higher plants. Annu. Rev. Plant Physiol., Vol. 35, 1984: Morgan, J.M.: Osmotic components and properties associated with genotypic differences in ismoregulation in wheat. Aust. J. Plant Physiol., Vol. 19, 1992: Navari-Izzo, F.; Milone, M.T.A.; Quartaacci, M.F.; Pinzino, C.: Metabolic changes in wheat plants subjected to water-deficit stress programme. Plant Sci., Vol. 92, 1993: Oosterhuis, D.; Robertson, W.C.: The use of plant growth regulators and other additives in cotton production. In: AAES Special Report 198, Proceedings of the 2000 Cotton Research Meeting, 2000:

370 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Passioura, J.B.: Root signals control leaf expansion in wheat seedlings growing in drying soil. Aust. J. Plant Physiol., Vol. 15, 1988: Smirnoff, N.: The role of active oxygen in the response of plants to water deficit and desiccation. New Phytol., Vol. 125, 1993: Tripathy, J.N.;. Zhang, J.; Robin, S.; Nguyen, H.T.: QTLs for cell-membrane stability mapped in rice (Oryza sativa L.) under drought stress. Theor. Appl. Gen., Vol. 100, 2000: Application of nitrophenolates affected the drought tolerance of chicory Summary The aim of this report have been study effects of foliar application of p-nitrophenol on physiological and biochemical parameters induced by slow dehydration of chicory plants. Drought induced the oxidation damage of cell as observed by reduction of membrane stability index (MSI) and activities of antioxidative enzymes. Application of p-nitrophenol (concentration 2.0 mm) induced significantly higher value of relative water content (RWC) in compare with p-nitrophenol un-treated plants under complete dehydration cycle. We observed that p- nitrophenol induced activities not only superoxide dismutase, catalase and peroxidese in dehydrated but also in well-hydrated chicory plants. Alternation of antioxidation metabolism by p-nitrophenol sustained the membrane integrity. Finally, we observed that p-nitrophenol activated of proline accumulation in both dehydrated and well-watered plants. Key words: nitrophenol, antioxidants, proline, membrane stability, drought, chicory Poďakovanie Práca bola finančne podporená Vedeckou grantovou agentúrou MŠ SR a SAV, číslo projektu VEGA 1/3461/

371 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Obsah fotosynteticky aktivních pigmentů a rychlost fotosyntézy u vybraných druhů pšenic Jan Šmolík 1 Václav Hejnák 1 František Hnilička 1 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, smolik@af.czu.cz Souhrn Ve skleníkovém pokusu byla sledována rychlost fotosyntézy a obsah fotosynteticky aktivních pigmentů u vybraných druhů pšenic: Triticum monococcum L., Triticum dicoccon SHRANK, Triticum spelta L., Triticum durum Desf. a Triticum aestivum. Rychlost fotosyntézy byla měřena gazometricky pomocí přístroje LC Pro+ při vlnové délece 870 µmol m -2 s -1 a obsah fotosynteticky aktivních pigmentů byl měřen pomocí přístroje Hellios γ při vlnových délkách 470, 644, 646,8, 663 a 663,2 nm. ÚVOD Pšenice provází člověka od úsvitu dějin a úspěšnost jejího pěstování ovlivňovala i dějiny lidstva. Moderní odrůdy pšenic při špičkové agrotechnice umožňují sklízet ve vyspělých zemích s příznivými klimatickými podmínkami v celostátních průměrech dosahují výnosu 6 až 7 t. I v České republice je pšenice nejrozšířenější plodinou a většina ploch je osévána domácími odrůdami, které ve zkouškách zatím úspěšně čelily silné konkurenci odrůd zahraničních /2/. Experimentální pokusy, které se zabývají vzájemným porovnáváním starých a současných odrůd pšenice, ukazují, jakými směry se ubírala šlechtitelská činnost a jak se měnily jednotlivé výnosotvorné prvky. Dlouhodobý vliv šlechtění nevedl k vytvoření odrůd se zlepšeným chemismem fotosyntézy /6/. Vzájemným porovnáváním historických a současných odrůd pšenice se zjistilo, že vlivem šlechtitelské činnosti člověka docházelo také ke změnám nejenom fyziologických vlastností odrůd, ale také ke změnám utváření jednotlivých výnosotvorných prvků /7/. Na základě literárních dat bylo cílem pokusů studium vybraných fyziologických charakteristik planých a kulturních druhů pšenice a stanovit jejich vztah k výnosotvorným prvkům. Materiál a metoda Pokusy v částečně řízených podmínkách ve sklenících Katedry botaniky a fyziologie rostlin ČZU v Praze se uskutečnily v letech 2007 a Pokus byl založen jako nádobový s pískovou kulturou. Źiviny byly dodávány Knopovým živným roztokem a mikroelementy živným roztokem podle Bensona. Do pokusu byly zařazeny následující druhy pšenic: pšenice jednozrnka (Triticum monococcum L.), pšenice dvouzrnka (Triticum dicoccon SHRANK), pšenice špalda (Triticum spelta L.), pšenice tvrdá (Triticum durum Desf.) a pšenice setá (Triticum aestivum) /4/. U rostlin pšenic byla měřena gazometricky rychlost fotosyntézy infračerveným analyzátorem plynů LC Pro+ při 870 µmol m -2 s -1 a teplotě 20 C. Fotosyntéza byla měřena pouze na fotosynteticky dospělých listech. Dále byl stanovován obsah fotosynteticky aktivních pigmentů ve fotosynteticky dospělých listech na základě metodických postupů ŠESTÁKA, ČATSKÉHO (1966). Acetonový extrakt byl analyzován na přístroji Hellios. Pro stanovení obsahu pigmentů v listech byly použity matematické vztahy dle ARNONA (1949). Naměřené hodnoty byly zpracovány pomocí STATISTICA Cz. 373

372 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Výsledky a diskuse V pokusech nebyly nalezeny průkazné rozdíly v rychlosti fotosyntézy. Uvedené výsledky jsou v rozporu se závěry např. /1/ a /5/, kteří uvádějí, že během evoluce pšenice docházelo ke zvýšení velikosti obilek a listové plochy, avšak zároveň byla silně redukována čistá fotosyntéza (P N ). Nejvyšší P N řádově mg CO 2 dm -2 hod -1 naměřili u rodu Aegilops L. a druhu Triticum boeticum Boiss. Graf. 1: Průměrný obsah chlorofylu a Graf 2: Průměrný obsah chlorofylu b Mezi odrůdami kulturní pšenice byly významné rozdíly, ale obecně byla jejich P N jednoznačně nižší. V našich pokusech tyto rozdíly nebyly potvrzeny. Z grafu 5, ve kterém jsou uvedeny 374

373 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin hodnoty rychlosti fotosyntézy při ozářenosti 870 µmol m 2 s -1 není patrný rozdíl mezi pšenicí setou a např. pšenicí jednozrnkou. Statisticky průkazně se liší pouze pšenice špalda od pšenice jednozrnky a pšenice seté. Rovněž vztah: vyšší obsah pigmentů = vyšší rychlost fotosyntézy nebyl potvrzen. Ve své práci /3/ uvádí v případě laskavce, že mezi fotosyntézou a obsahu pigmentů není přímá korelace. Ze srovnání planého druhu (Triticum aegilopoides (Link.) Thell) a kulturní pšenice (Triticum vulgare var. Erythrospermum Vill.), které učinili /8/ vyplývá, že list planého druhu pšenice má vyšší obsah chlorofylů a fotosyntézu oproti druhu kulturnímu. Uvedený závěr nebyl v našem pokusu potvrzen. Rozdíly v obsahu pigmentů v čerstvé hmotě jsou opět statisticky neprůkazné, kromě pšenice dvouzrnky jak vyplývá z grafů 1, 2 a 3. Z grafu 1 vyplývá, že rozdíly v obsahu chlorofylu a jsou statisticky průkazné pouze u pšenice dvouzrnky u ostatních druhů pšenic jsou rozdíly nevýznamné. Obdobný je i stav u chlorofylu b a karotenoidů, kde významné rozdíly jsou rovněž jen pšenice dvouzrnky. Z grafu 4 je patrné, že v sušině jsou statisticky významné rozdíly mezi pšenicí špaldou, pšenicí tvrdou a zbývajícími druhy pšenic. Graf 3: Průměrný obsah karotenoidů Graf 4: Průměrná hmotnost sušiny z 0,50 gramového vzorku 375

374 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 5: Rychlost fotosyntézy při ozářenosti 870 µmol m 2 s -1 Literatura 1. Arnon, D., I.: Copper enzymes in isolated chloroplasts. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant physiology., 1949: vol.24/1 s Evans, L. T., Dunstone, R. L.: Some physiological aspects of evolution in wheat. Aust. J. Biol. Sci., 23, 1970: s Hanišová, A.: Význam a perspektivy šlechtění pšenice v České republice, Obilnářské listy, č.4, Holubová, K., Hnilička, F.: Photosynthetic rate and chlorophyll active pigment content in the plants of amaranth (Amaranthus spp.). Agricultura tropica et subtropica, Prague, 34, 2001: Kubát, K.: Klíč ke květeně České republiky. Academia, Praha, Kumakov, V., A.: Evolucija pokazatelej fotosintetičesoj dejatelňosti jarovoj pšenici v procese selekciji i ich svaz s urožanostˇju i biologičeskimi osobennostˇjami rastenij. [Avtoreferat dissertaciji], SCHI, Leningrad, Martinek, P.: Šlechtitelský pokrok u ozimé pšenice, Obilnářské listy č.5, Petr, J., Černý, V., Hruška, L.: Tvorba výnosu hlavních polních plodin. SZN, Praha, Singh, M., K., Tsunoda, S.: Photosynthetic and transpirational response of a cultivated and a wild species of Triticum to soil moisture and air humidoty. Photosynthetica, 12, 1978 (3): s Šesták, Z., Čatský, J.: Metody Studia Fotosynthetické Produkce Rostlin. Academia, Praha, 1966 Content of the photysenthetic active pigments by the chosen wheat species In the green house conditions was studied the content of photosynthetic active pigments and rate of the photosynthesis on the young wheat plants. There was used Triticum monococcum L., Triticum dicoccon SHRANK, Triticum spelta L., Triticum durum Desf. and Triticum aestivum as experimental wheat plants species. The rate of photosynthesis was measured with measure technique LC pro+ and the content of photosynthetic active pigments was measured with Hellios γ by the wave lenght 470, 644, 646.8, 663 and nm. The lowest concentration of photosynthetic active pigments was found by Triticum dicoccon SHRANK and the lowest rate of photosynthesis was found by Triticum spelta L. Poděkování Uvedený výzkum je podporován grantovým projektem FAPPZ 21110/1312/3112 a výzkumným záměrem MSM

375 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VLIV CYTOKININŮ NA ZASTOUPENÍ ISOFOREM ANTIOXIDAČNÍCH ENZYMŮ PŘI VYSTAVENÍ TABÁKU SUCHU A TEPLOTNÍMU ŠOKU Zuzana Lubovská 1,2, Naďa Wilhelmová 2, Marie Havlová 3, Radomíra Vaňková 3, Helena Štorchová 3 1 Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta, Katedra fyziologie rostlin, Albertov 6, Praha 2, , lubovska@ueb.cas.cz 2 Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Na Karlovce 1a, Praha 6, Ústav experimentální botaniky AV ČR, v.v.i., Rozvojová 263, Praha 6, SOUHRN Vitalita a výnos rostlin jsou velmi závislé na okolním prostředí. V přírodních podmínkách obvykle nepůsobí stresory izolovaně, ale dochází ke kombinaci stresů, např. sucho a vysoká teplota. Rostliny v suchém horkém prostředí jsou vystaveny nejen ztrátě vody, ale také zvýšené tvorbě reaktivních forem kyslíku, které narušují redoxní rovnováhu buňky. Aby nedošlo k poškození buněčných kompartmentů, vytvořily rostliny antioxidační systém, jehož součástí jsou enzymy katalasa (CAT), superoxiddismutasa (SOD) a askorbátperoxidasa (APX). V reakci na stres hrají roli také některé fytohormony. Byl studován vliv snížené hladiny endogenních cytokininů v rostlinách tabáku na zastoupení a reakci isoforem při suchu a teplotním šoku. Pomocí zymogramu byly vizualizovány 3 isoformy CAT, 6 SOD a 9 APX. Rostliny se sníženým obsahem cytokininů (35S::CKX1) vykazovaly odlišné isoenzymatické složení CAT v kontrolních i stresových podmínkách než netransgenní linie (WT). Cytokininy ovlivnily aktivitu SOD s kofaktorem manganu, která nebyla v 35S::CKX1 detekovatelná na rozdíl od WT. Forma SOD s kofaktorem zinku, která se ve WT vyskytovala v mladých listech, se nacházela ve všech částech 35S::CKX1. Vlivem sucha klesala aktivita dvou isoforem CAT, aktivita isoforem SOD při suchu stoupala, pět isoforem APX reagovalo na sucho zvýšením aktivity. Snížená hladina endogenních cytokininů významně ovlivnila kvalitativní složení antioxidačního enzymatického systému. Stresové podmínky ovlivnily zastoupení isoenzymů a jejich aktivitu. ÚVOD V přírodních podmínkách jsou rostliny často vystaveny nepříznivým vlivům, které negativně ovlivňují růst i výnos. Ve stresových podmínkách dochází k hromadění reaktivních forem kyslíku, které narušují redoxní rovnováhu buňky a při zvýšení jejich obsahu dochází k oxidačnímu poškození buněčných komponent. K ochraně proti oxidačnímu poškození vyvinuly rostliny antioxidační systém. Enzymatická složka tohoto systému zahrnuje askorbátperoxidasu (APX), superoxiddismutasu (SOD) a katalasu (CAT). Nejvíce poznatků bylo shromážděno o antioxidačním enzymatickém systému v Arabidopsis thaliana, kde je známo devět isoforem APX, sedm SOD a tři isoformy CAT. Isoformy uvedených enzymů mají odlišnou lokalizaci v rámci buňky a pletiva, jejich exprese a aktivita jsou ovlivněny stářím rostliny i orgánu, mají různé úlohy a odlišnou reakci v odpovědi na stres. Důležitou úlohu ve stresové odpovědi hrají některé rostlinné hormony. Obsah cytokininů v nepříznivých podmínkách klesá. Při stresu suchem dochází k omezení přísunu cytokininů z kořenů, což vede ke změně genové exprese v nadzemní části. Jedním z nástrojů pro studium úlohy cytokininů jsou rostliny se sníženým obsahem endogenních cytokininů v důsledku overexprese cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX). 377

376 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Zjišťovali jsme, jaký vliv má snížení hladiny endogenních cytokininů na odpověď antioxidačního enzymatického systému při nedostatku vody a v kombinaci sucha s teplotním šokem. MATERIÁL A METODIKA Byly analyzovány dvě transgenní linie Nicotiana tabacum L. cv. Samsun NN se zvýšenou expresí CKX pod konstitutivně exprimovaným promotorem 35S (35S::CKX1) nebo pod promotorem WRKY6 (WRKY::CKX1) a příslušná netransgenní linie (WT). Rostliny byly pěstovány v kultivačním boxu při 16/8 h fotoperiodě (130 μmol.m -2.s -1 ), teplotě den/noc 25/23 C a relativní vlhkosti 80 %. Pro testování reakce na sucho byly rostliny kultivovány 7 dní bez zálivky při relativní vlhkosti 35 %. Pro vytvoření teplotního šoku byla kultivační teplota zvýšena na 40 C po 2 hodiny. Odběry byly provedeny v době kdy rostliny měly listů. Z horních, středních, dolních listů a kořenů byly izolovány cytosolické proteiny v 0,1 M Tris-HCl pufru ph 7,8. V těchto extraktech byly stanoveny enzymatické aktivity SOD (Ukeda et al. 1997), APX (Nakano et al. 1981) spektrofotometricky, CAT polarograficky pomocí kyslíkové elektrody (Procházková et al. 2007) a zobrazeny nativní elektroforézou (Mittler et al. 1993, Procházková et al. 2007). Enzymatická aktivita byla vztažena na koncentraci cytosolických proteinů ve vzorku (Bradford 1976). Exprese byly stanoveny RT- PCR. VÝSLEDKY A DISKUSE Rostliny 35S::CKX1 vykazovaly 10 až 50x vyšší expresi vložené CKX než rostliny WRKY::CKX1. V kontrolních podmínkách byla exprese v kořenech WRKY::CKX1 nejvyšší, naopak v kořenech 35S::CKX1 byla nejnižší. Vlivem stresu docházelo ke snižování exprese CKX v obou typech transgenních rostlin. Snížený obsah endogenních cytokininů nepřímo zvýhodnil rostliny 35S::CKX1 pro podmínky sucha změnou jejich habitu. Rostliny WT a WRKY::CKX1 obsahovaly podobné množství transkriptů dehydrinu, 35S::CKX1 vykazovaly při suchu a kombinovaném stresu nižší expresi dehydrinu než ostatní typy testovaných rostlin. Katalasa má vliv na snížení hladiny peroxidu vodíku, především peroxidu vodíku vznikajícího fotorespirací v peroxisomech. Na zymogramech byly rozpoznány tři isoformy CAT, tyto jsou dále označeny od největší molekuly po nejmenší CAT1 až CAT3. Počet identifikovaných isoforem odpovídá dříve publikovaným výsledkům (Frugoli et al. 1996, Willekens et al. 1994, Zimmermann et al. 2006). Za kontrolních podmínek byly ve středních a dolních listech WT aktivní všechny tři isoformy CAT. V horních listech WT byla aktivní za všech testovaných podmínek pouze CAT3. Obdobné zastoupení isoforem v tabáku bylo již pozorováno (Zimmermann et al. 2006). Isoforma 3 byla jedinou aktivní katalasou zobrazenou na zymogramu v celé rostlině WT po působení sucha, zároveň její aktivita oproti kontrolním podmínkám mírně vzrostla. Za teplotního šoku byla ve středních listech aktivní pouze isoforma 3, ale ve vyšší míře než v horních listech, v dolních listech byly aktivní všechny tři isoformy. Toto zastoupení isoforem odpovídalo poklesu transkriptů CAT1 a CAT2 v Nicotiana plumbaginifolia vlivem teplotního šoku, zároveň exprese CAT3 byla na stejné úrovni jako v kontrolních podmínkách (Willekens et al. 1995). Po vystavení rostlin WT suchu a následnému teplotnímu šoku bylo zastoupení isoforem a aktivita CAT obdobná jako při teplotním šoku. Aplikovaný stres snižoval aktivitu CAT1 a CAT2. V kontrolních rostlinách WRKY::CKX1 v horních listech byla rovněž aktivní jen CAT3, v porovnání s WT byla CAT2 v nadzemní části méně aktivní a CAT1 nebyla detekovatelná. V rostlinách WRKY::CKX1 podrobených teplotnímu šoku bylo zastoupení isoforem obdobné jako v kontrolních rostlinách. Vlivem nedostatku vody se zvýšila aktivita CAT3 v celé 378

377 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin nadzemní části a objevily se i aktivní formy CAT1 a CAT2. Při kombinaci stresů reagovala CAT ve WRKY::CKX1 jako při suchu, na rozdíl od WT kde byla reakce na kominovaný stres jako při teplotním šoku. Zastoupení isoforem CAT v rostlinách 35S::CKX1 bylo oproti předchozím typům rostlin odlišné. V celé nadzemní části rostlin 35S::CKX1 v kontrolních podmínkách se vyskytovaly všechny tři isoformy CAT. Při teplotním šoku klesla aktivita isoforem CAT1 a CAT2, zároveň isoforma 3 vykazovala nižší aktivitu než v kontrolních rostlinách. Pod vlivem sucha a kombinovaného stresu bylo zastoupení isoforem obdobné jako při teplotním šoku. Po zalití rostlin byla pouze CAT3 nad úrovní detekce. V rostlinách 35S::CKX1 byly za kontrolních podmínek zastoupeny všechny tři isoformy CAT, jejich aktivita vlivem stresu klesala a to i po zotavení ze stresu. V žádné z rostlin nedosáhla aktivita CAT v kořenech úrovně detekce na zymogramu, nízké aktivity CAT v kořenech byly zaznamenány polarograficky. Enzym SOD katalyzuje tvorbu peroxidu vodíku ze superoxidového radikálu. Byly identifikovány tři třídy SOD obsahující odlišné metalické kofaktory: železo (FeSOD), mangan (MnSOD) nebo měď a zinek (CuZnSOD). V Nicotiana plumbaginifolia byly identifikovány dva geny pro MnSOD (Van Camp et al. 1996), tři isoformy FeSOD (Van Camp et al. 1994) a tři isoformy CuZnSOD. Na zymogramech bylo vizualizováno šest isoforem SOD, isoformy byly označeny dle jejich kofaktoru a číslem dle velikosti molekuly od největší k nejmenší molekule: MnSOD1, FeSOD2, FeSOD3 a CuZnSOD4-6. Ve všech rostlinách a za všech podmínek měla největší zastoupení isoforma FeSOD2. Aktivita MnSOD1 klesala od horních k dolním listům. Trend poklesu MnSOD s věkem listů byl zaznemenán i v Nicotiana syslvestris (Priault et al. 2007). V horních listech WT bylo zastoupeno všech šest isoforem v aktivní formě. Ve středních listech WT byly aktivní MnSOD a FeSOD, úrovně detekce dosáhly CuZnSOD4 a CuZnSOD6. V dolních listech byla vizualizována aktivita FeSOD forem a velmi slabě MnSOD. V kořenech vykazovaly aktivitu pouze FeSOD formy. Vlivem stresu docházelo k mírnému zvyšování aktivity všech isoforem SOD, nejvyšší nárůst aktivity vykazovaly CuZnSOD vlivem teplotního šoku. Stimulace aktivity CuZnSOD vysokou teplotou byla již prokázána (Van Camp et al. 1996). V transgenních rostlinách nedosáhla aktivní forma MnSOD1 úrovně detekce, ačkoliv byla jejich exprese MnSOD na stejné či vyšší úrovni než ve WT. Formy FeSOD vykazovaly aktivitu jako ve WT. Isoformy CuZnSOD4 a CuZnSOD6 byly aktivní i ve středních a dolních listech, aktivitu vykazovaly i v kořenech. Reakce isoforem SOD ke stresu byla obdobná jako ve WT. Na udržení hladiny peroxidu vodíku ve fotosyntetizujících pletivech má hlavní vliv APX, která je součástí askorbát-glutathionového cyklu. Názor na zastoupení isoforem APX v Arabidopsis thaliana se liší. Bylo pozorováno až devět isoforem APX: tři cytosolické, dvě chloroplastové a tři mikrosomální (Panchuck et al. 2005, Jespersen et al. 1997, Chew et al. 2003). Ze zymogramů vyplynulo, že i Nicotiana tabacum Samsun obsahuje 9 aktivních isoforem APX. Isoformy APX byly označeny od největších molekul po nejmenší APX1 až APX9. Aktivita APX1-4 stoupala od horních k dolním listům. Vlivem sucha se zvyšovala aktivita APX5-9, teplotní šok měl vliv na mírný pokles aktivity APX5-9. V rostlinách za kontrolních podmínek se tvořil gradient exprese capx stoupající od horních k dolním listů. Exprese capx se ve všech typech rostlin zvýšila vlivem teplotního šoku. I v rostlinách Arabidopsis thaliana (Panchuk et al. 2005, 2002) a v tabáku (Rizhsky et al. 2002) byla pozorována stimulace exprese capx zvýšenou teplotou. Za sucha byla exprese capx na podobné úrovni jako v kontrolních podmínkách. Na rozdíl od hrachu, kde bylo zaznamenáno čtyřnásobné zvýšení exprese capx při suchu (Mittler et al. 1994) i v tabáku byl pozorován mírný nárůst exprese capx při nedostatku vody (Rizhsky et al. 2002). Bylo prokázáno, že capx je posttranskripčně regulována, na úrovni syntézy proteinů pravděpodobně při iniciaci translace (Mittler et al. 1994). Při kombinaci obou stresů se exprese capx zvýšila, ale ne až na úroveň teplotního šoku, jen v 35S::CKX1 byla exprese vyšší než za teplotního šoku. Stejný 379

378 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin nárůst byl již pozorován při aplikaci sucha a vysoké teploty na tabák (Rizhsky et al. 2002). Cytosolická APX měla v huseníčku stres protektivní funkci a chránila fotosyntetický aparát proti oxidaci (Panchuk et al. 2005), obdobnou funkci měla pravděpodobně i v rostlinách tabáku. Exprese sapx se vlivem stresu snižovala ve všech rostlinách. Zároveň v rostlinách 35S::CKX1 byla exprese sapx vyšší než ve WT. V Arabidopsis thaliana byla pozorována snížená exprese sapx ve starých listech (Panchuk et al. 2005). Tento trend nebyl v analyzovaných rostlinách tabáku pozorován. Snížený obsah endogenních cytokininů v rostlinách tabáku významně ovlivnil zastoupení aktivních isoforem v rostlinách. Zastoupení a aktivita isoforem antioxidačních enzymů byly ovlivněny částí rostliny, stářím listu i stresovými podmínkami. LITERATURA Bradford M.M.: A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of Microgram Quantities of Protein Utilizing the Principle of Protein-Dye Binding, Anal. Biochem. Vol. 72, 1976, pp Camp W., Hérouart D., Willekens H., Takahashi H., Saito K., Montagu M., Inzé D.: Tissue- Specific Activity of Two Manganese Superoxide Dismutase Promoters in Transgenic Tobacco, Plant Physiol., Vol. 112, 1996, pp Frugoli J. A., Zhong H. H., Nuccio M. L., McCourt P., McPeek M. A., Thomas T. L., McClunget C. R.: Catalase Is Encoded by a Multigene family in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh, Plant Physiol., Vol. 112, 1996, pp Chew O., Whelan J., Millar A.H.: Moleculare definition of the ascorbate- glutation cycle in Arabidopsis mitochondria reveals dual targeting of antioxidant defences in plants, TheJournal of Biological Chemistry, Vol. 278, 2003, pp Jespersen H. M., Kjaersgard V. H., Ostergaard L., Welinder K. G.: From sequence analysis of three novel ascorbate peroxidases from Arabidopsis thaliana to structure, function and evoltion of seven types of ascorbate peroxidase, Biochem. J., Vol. 326, 1997, pp Mittler R., Zilinskas B.A.: Detection of Ascorbate Peroxidase Activity in Native Gels by Inhibition of the Ascorbate-Dependent Reduction of Nitroblue Tetrazolium, Anal. Biochem., Vol. 212, 1993, pp Nakano Y., Asada K.: Hydrogen Peroxide is Scavenged by Ascorbate-specific Peroxidase in Spinach Chloroplasts, Plant Cell Physiol., Vol. 116, No. 22, 1981, pp Panchuk I.I., Zentgraf U., Volkov R. A.: Expression of the Apx gene family during leaf senescence of Arabidopsis thaliana, Planta, Vol. 222, 2005, pp Priault P., Vidal G., De Paepe R., Ribas-Carbo M.: Leaf age-related changes in respiratory pathways are dependent on complexi activity in N. sylvestris, Physiologia Plantarum, Vol. 129, 2007, pp Mittler R., Zilinskas A.B.: Detection of Ascorbate Peroxidase Activity in Native Gels by Inhibition of the Ascorbate-Dependent Reduction of Nitroblue Tetrazolium, Analytical Biochemistry, Vol. 212, 1993, pp Mittler R., Zilinskas A.B.: Regulation of pea cytosolic ascorbate peroxidase and other antioxidant enzymes during he progression of drought stress and following recovery from drought, Vol. 5, No. 3, 1994, pp Panchuk I.I., Volkov R.A.: Heat Stress-and Heat Shock Transcription Factor-Dependent Expression and Activity of Ascorbate Peroxidase in Arabidopsis, Plant Physiol., Vol. 129,2002, pp Procházková D., Wilhelmová N.: The capacity of antioxidant protection during modulated ageing of bean (Phaseolus vulgaris) cotyledons. 1.The antioxidant enzyme activities. Cell Biochem Funct., Vol. 25, 2007, pp

379 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Rizhsky L., Liang H., Mittler R.: The Combined Effect of Drought Stress and Heat Shock on Gene Expression in Tobacco, Plant Physiology, Vol. 130, 2002, pp Shigeoka S., Ishikawa T., Tamoi M., Miyagawa Y., Takeda T., Yabuta Y., Yoshimura K.: Regulation and function of ascorbate peroxidase isoenzymes, Vol. 53, No. 372, 2002, pp Ukeda, H. Maeda, S. Ishii, T. Sawamura, M.:. Spectrophotometric Assay for Superoxide Dismutase Based on the Reduction of Highly Water-soluble Tetrazolium Salts by Xanthine-Xanthine Oxidase, Anal. Biochem., Vol. 251, 1997, pp Van Camp W., Willekens H., Bowler C., Van Montagu M., Inzé D., Reupold-Popp P., Sandermann H., Langebartels C.: Elevated levels of superoxide dismutase protect transgenic plants against ozone damage, Bio/Technology, Vol. 12, 1994, pp Van Camp W., Bowler C., Villarroel R., Tsang E. W., Van Montagu M., Inzé D.: Characterization of iron superoxide dismutase cdnas from plants obtained by genetic complementation in Escherichia coli, Proc. Natl. Acad. Sci., Vol. 87, 1990, pp Van Camp W., Capiau K., Van Montagu M., Inze D., Slooten L.: Enhancement of Oxidative Stress Tolerance in Transgenic Tobacco Plants Overproducing Fe- Superoxide Dismutase in Chloroplasts, Plant Physiol., Vol. 112, 1996, pp Van Camp W., Herouart D., Willekens H., Takahashi H., Saito K., Van Montagu M., Inze D.: Tissue-specific activity of two manganese superoxide dismutase promoters in transgenic tobacco, Plant Physiol. Vol. 112, 1996, pp Willekens H., Inzé D., Van Montagu M., van Camp W.: Catalases in plants, Molecular Breeding, Vol. 1, 1995, pp Willekens H., Chamnongpol S., Davey M., Schraudner M., Langebartels C., Van Montagu M., Inzé D., Van Camp W.: Catalase is a sink for H 2 O 2 and indispensable for stress defence in C 3 plants, The Embo Journal, Vol. 16, 1997, pp Willekens, H. Langebartels, C. Tiré, C.: Montagu, M. Inzé, D. Camp W. Differential expression of catalase genes in Nicotiana plumbaginifolia (L.), Proc. Natl. Acad. Sci. Vol.91, 1994: Zimmermann P., Heinlein C., Orendi G., Zentgraf U.: Senescence-specific regulation of catalases in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh, Vol. 29, 2006, pp The impact of drought and heat stress on antioxidantive enzymatic system in tobacco plants over-expressing gene for cytokinin oxidase/dehydrogenase Summary Plants must often sustain unfavorable conditions in natural environment. Abiotic stress as drought and heat shock affect negatively plant growth and yield. Stress conditions cause accumulation of reactive oxygen species that disrupt cellular redox homeostasis. Plant cell copes with elevated reactive oxygen species concentration by antioxidative system composed of enzymatic and non-enzymatic components. We examined effect of decreased endogenous cytokinin concentration on the response of enzymatic antioxidative system in tobacco plants in cosequence of drought and heat shock. Isoforms of antioxidative enzymes were visualized. Three catalase (CAT) isoforms, six superoxide dismutases (SOD) and nine ascorbate peroxidases (APX) were identified. Tobacco with decreased cytokinin level (35S::CKX1) showed different composition of CAT isoenzymes in control and stres conditions in comparison to nontransgenic plants (WT). Cytokinins influenced amount of SOD isoforms, 35S::CKX1 lack one SOD isoform. On the one hand two CAT isoforms decreased its activity in stres conditions, on the other hand stres conditions induced increase of SOD activity and activity of five APX isoforms. Endogenous cytokinins influenced quality of antioxidative 381

380 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin enzymatic system, stres conditions changed activity and composition of antioxidative isoenzymes. Poděkování: Děkujeme Prof. Thomasi Schmüllingovi a Dr. Tomáši Wernerovi (Freie Universität zu Berlin, Institut für Angewandte Genetik) za poskytnutí transgenního materiálu. Práce byla provedena za podpory grantového projektu č. 206/06/1306, financovaného GAČR. 382

381 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin VÝBĚR GENETICKÝCH ZDROJŮ ŘEPKY OZIMÉ SE ZVÝŠENOU SUCHOVZDORNOSTÍ POMOCÍ LABORATORNÍCH TESTŮ Ladislav Bláha, Miroslava Vyvadilová, Miroslav Klíma Výzkumný ústav rostlinné výroby v.v.i., Drnovská 507, Praha 6-Ruzyně SOUHRN Perspektivní šlechtitelské materiály a dihaploidní linie ze šlechtitelských pracovišť sdružení Česká řepka, komerční domácí a zahraničních odrůdy byly hodnoceny v testech laboratorní klíčivosti. U sledovaných genotypů se projevily rozdíly v rychlosti počátečního klíčení v různých podmínkách prostředí, které simulovaly vysokou a nízkou úroveň teplot a vlhkosti, které mohou nastat po výsevu. Dosud získané výsledky prokázaly genotypovou variabilitu ve sledovaných znacích a lze proto předpokládat, že přispějí k výběru genetických zdrojů se zvýšenou odolností k suchu. Jedná se však o předběžné výsledky. ÚVOD Suchovzdornost je komplexní znak, který je ovlivňován mnoha specifickými vlastnostmi rostlin a je proto obtížné testovat jej na rozdíl od řady jiných hospodářsky významných znaků jen v polních podmínkách, kde působí řada různých stresorů a reprodukovatelnost výsledků v jednotlivých letech je obtížná. Tolerance a rezistence vůči suchu u rodů, druhů a odrůd jednotlivých plodin vychází z různých fyziologických zákonitostí (Toppi, Skowroňska 2003, Copeland Mc Donald 2001, Deno 1993).Výsledky u odrůd řady plodin ve střední Evropě naznačily, že velká část z nich již nedokáže s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých maximálních možností v podmínkách současného vývoje počasí. V České republice je podle evropských předpokladů očekáván postupný vzrůst průměrné teploty o 2 C a strmý pokles srážek. V posledních letech, kdy dochází k výraznému kolísání teplot vzduchu a nerovnoměrnému rozdělení srážek během vegetace, nabývá na významu problematika účinku vodního stresu, vysokých teplot a UV záření na zemědělské plodiny. Pro odolnost ozimé řepky vůči suchu má značný význam kvalitní kořenový systém, protože kořeny jsou nejcitlivějším orgánem, který svými morfologickými a fyziologickými vlastnostmi výrazně reaguje na stav vnějšího prostředí. Dalším prvkem, který hraje významnou roli a ovlivňuje průběh celé vegetace je osivo, které má vliv i na efektivní využití vody a počáteční růst kořenů. Cílem práce je stanovení nejvhodnějších kritérií pro výběr odrůd a šlechtitelských materiálů řepky ozimé jako donorů zvýšené suchovzdornosti. V příspěvku jsou prezentovány první výsledky, získané při laboratorních testech osiva. MATERIÁL A METODIKA Pro testy laboratorní klíčivosti byly vybrány perspektivní šlechtitelské materiály a dihaploidní linie ze šlechtitelských pracovišť sdružení Česká řepka, komerční domácí a zahraniční odrůdy. Laboratorní testy osiva byly prováděny v rámci řešení problematiky hodnocení příjmu a využití vody v průběhu klíčení semen genotypů řepky s kontrastní tolerancí vůči suchu a vysoké teplotě. Testy klíčivosti ve čtyřech různých teplotních a vlhkostních podmínkách, které simulovaly rozdílné varianty, které jsou v půdě při klíčení (Tab. 1), probíhaly podle standardních metodik v Petriho miskách v klimaboxu. 383

382 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Tabulka 1. Čtyři varianty podmínek pro test klíčivosti 1. Standardní podmínky 20 C/10 C (den/noc) 2. Nízká noční teplota 22 C/-1 C (den/noc) 3. Vysoká denní teplota 40 C/20 C (den/noc) 4. Suboptimální dávka vody o 20% nižší dávka vody U semen jednotlivých genotypů bylo zjištěno množství vody nutné pro maximální stanovenou klíčivost v uzavřených skleněných nádobách, zamezujících odpar vody (váženky). Klíčivost byla pak zkoušena při hladině vody snížené pod tuto hranici přibližně o 20%. Byla hodnocena rychlost klíčení, počet vyklíčených rostlin, délka hypokotylu a kořínků při porovnání se standardním prostředím. VÝSLEDKY A DISKUSE Na základě předběžných výsledků bylo zjištěno, že v testech laboratorní klíčivosti se u sledovaných genotypů projevily velké rozdíly v rychlosti počátečního klíčení vybraných genotypů (Graf 1 a 2). Podobné výsledky byly zjištěny také ve stresových podmínkách, vyvolaných zvýšenou nebo sníženou teplotou během klíčení (Graf 3) a při suboptimálním množstvím vody (Graf 4). Lze předpokládat, že uvedené rozdíly souvisejí s enzymatickou aktivitou a rozdílnou rychlostí příjmu vody. V další práci bude pozornost věnována vlivu vlastností semen na vývoj kořenového systému a jeho vlivu na další průběh vegetace. Dosud získané předběžné výsledky prokázaly genotypovou variabilitu ve sledovaných znacích a lze proto předpokládat, že přispějí k výběru genetických zdrojů se zvýšenou odolností k suchu. Graf 1. Klíčivost semen odrůd a novošlechtění ozimé řepky v testu laboratorní klíčivosti 60 Počet vyklíčených semen Klíčivost 1 den Klíčivost 3 den 0 Labrador Ladoga Californium Cadeli KW SW 05023A Grizzly 2. NK Fair OP-4733/07DH OP-4773/07DH OP-4789/07DH SL-730DH SL-731DH SL-732DH SL-733DH C-612DH C-613DH ČŽL 20 ČŽL 24 Testované odrůdy 384

383 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 2. Postupná rychlost klíčení u vybraných genotypů řepky ozimé (Řada 1-4 dny, Řada 2-7 dní, Řada 3-10 dní) 60 Počet vyklíčených semen Labrador 2. Ladoga 3. Californium 4. Cadeli 5. KW SW 05023A 1. Grizzly 2. NK Fair 1. OP-4733/07DH 2. OP-4773/07DH Testované odrůdy 3. OP-4789/07DH 4. SL-730DH 5. SL-731DH 6. SL-732DH 7. SL-733DH 8. C-612DH 9. C-613DH Třetí den-počet vyklíčených semen Šestý den-počet vyklíčených semen Konečná klíčivost Graf 3. Klíčivost semen vybraných genotypů řepky ozimé v testu laboratorní klíčivosti po 24 hodinovém působení rozdílných podmínek prostředí 60 Počet vyklíčených semen Standard 22/-1 C den/noc 40/20 Cden/noc Suboptimální dávka vody 0 1. Labrador 2. Ladoga 3. Californium 4. Cadeli 5. KW SW 05023A 1. Grizzly (velmi nízká odrůda) 2. NK Fair 1. OP-4733/07DH 2. OP-4773/07DH 3. OP-4789/07DH 4. SL-730DH 5. SL-731DH 6. SL-732DH 7. SL-733DH 8. C-612DH 9. C-613DH Testované odrůdy 385

384 Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin Graf 4. Klíčivost semen vybraných genotypů řepky ozimé v laboratorním testu v simulovaných podmínkách se suboptimálním množství vody Počet vyklíčených semen Californium Navajo Viking ČŽL 20 ČŽL 24 SGC7405 C 567 OP 4947 C 542 C 547 Grizzly Cadeli ČŽL 20 ČŽL 24 KW 350 SW 05023A Labrador C505 C536 C898 Testované odrůdy LITERATURA TOPPI, L.S., SKOWROŇSKA, B.P. (2003): Abiotic stresses in plants. Kluwer academic Publisher. COPELAND,L.O.,MC DONALD,M.B. (2001): Principles of seed science and technology.kluwer academic Publisher. DENO N.C. (1993): Seed germination theory and practice. Published by Norman C. Deno, 139 Lenor Drive, State College PA 16801, USA, second edition, 242 s. Selection of drought resistant genetic resources by means of laboratory tests Summary Problems of climate variation impact on plants are growing in importance. One of the main breeding goals of most major field crops is to improve drought and high temperature stress resistance/tolerance. It was showed that there is a considerable genetic variability within and among Brassica species in these traits. Breeding of adaptable cultivars requires methods for screening of genetic resources with increased drought resistance. Drought tolerance in oilseed rape is affected mainly by root morphology and physiology. However, no less important drought tolerance components represent seed traits that influence water uptake efficiency, initial growth of roots and affect whole vegetation period. The aim of our work is to identify effective selection criteria for drought resistance breeding. Breeding materials of oilseed rape from the Czech breeding companies, advanced doubled haploid lines and foreign commercial cultivars were subjected to laboratory germination test. Seed germination, emergence and seedling growth under different stress conditions initiated by subnormal water level, high and low temperatures were evaluated. Considerable differences in speed of germination between the tested genotypes were detected. It is supposed that these presented previous results could contribute to selection of drought resistant genetic resources. Poděkování: Řešení uvedené problematiky bylo podpořeno MZe ČR, projekt č. QH

385 Organizáto i konference si dovolují pod kovat dále uvedeným dv ma sponzor m za jejich finan ní p ísp vek na tuto konferenci

386