JAKÝM VLASTNOSTEM ROSTLIN BY SE MĚLA VĚNOVAT POZORNOST V SOUČASNÝCH MĚNÍCÍCH SE KLIMATICKÝCH PODMÍNKÁCH?

Transkript

1 JAKÝM VLASTNOSTEM ROSTLIN BY SE MĚLA VĚNOVAT POZORNOST V SOUČASNÝCH MĚNÍCÍCH SE KLIMATICKÝCH PODMÍNKÁCH? 1 F.Hnilička, 2 L.Bláha, 3 L.Dotlačil 1 Česká zemědělská univerzita v Praze, FAPPZ, Kamýcká 129, Praha 6 Suchdol, , hnilicka@af.czu.cz 2 2 L.Bláha Výzkumný ústav rostlinné výroby Praha Ruzyně, Drnovská 507, , lblaha@vurv.cz 3 L.Dotlačil,Výzkumný ústav rostlinné výroby Praha Ruzyně, Drnovská 507, , dotlacil@vurv.cz V rámci konání česko-slovenského semináře Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2007, který byl pořádán ve dnech ve VÚRV Praha Ruzyně v.v.i., se uskutečnil workshop. Nosným tématem workshopu bylo hodnocení, jakým vlastnostem rostlin v pěstování a ve šlechtění by se měla věnovat pozornost v současných měnících se klimatických podmínkách a též hledání společných zájmových oblastí a možností spolupráce výzkumu a šlechtitelů při studiu vlastností rostlin po působení stresorů, výběru zdrojů odolnosti rostlin vůči stresorům a jejich využití pro zlepšování biologického potenciálu zemědělských plodin. Jednání bylo rozděleno do několika samostatných, ale navzájem propojených částí: a) funkce rostlin, b) fyziologické parametry rostlin, c) rostlina a stres, d) změny v utváření parametrů rostlin, e) genetické zdroje. Některé projednávané tématické okruhy byly v rámci jednání ve workshopu detailně řešené a to až na úrovni jednotlivých metabolických reakcí. Závěry, které vyplynuly z workshopu jsou zde prezentovány pouze v obecné rovině, vzhledem k zaměření tohoto periodika. VÝSLEDKY JEDNÁNÍ Současně pěstované plodiny a jejich odrůdy vzhledem ke zvětšujícím se výkyvům v průběhu počasí (a změnám klimatu) nemají již potřebnou požadovanou agroekostabilitu. Metody aplikované ve šlechtění a zkoušení odrůd tento problém neřeší v dostatečné míře; šlechtění se dosud orientuje na poměrně úzké cíle. Rovněž výběr, hodnocení a využití genových zdrojů zpravidla dostatečně nepočítá s uvedenými změnami a výkyvy počasí. 1

2 Vzhledem k uvedeným skutečnostem a vlastnostem současného sortimentu odrůd je pravděpodobné, že jako zdroje genetické diversity pro šlechtění bude nutno použít širší spektrum materiálů, mj. krajové odrůdy a plané druhy, které vynikají větší plasticitou v reakci na průběh povětrnostních podmínek. Funkce rostlin velmi úzce souvisí s jejich fyziologickými parametry. Je nutné si uvědomit, že fyziologické parametry rostlin se liší i podle charakteru vegetativních a generativních orgánů rostlin. Existuje řada orgánů rostlin a vlastností, kterým by měla být věnována pozornost, včetně způsobů pěstování a jednotlivých zásahů v krajině, které jsou uvedeny v následujícím přehledu. 1. Fotosyntéza Základní a nezastupitelnou funkcí rostlin je fotosyntéza, která je předpokladem existence vyšších forem života na Zemi.Vedle přeměny energie slunečního záření a CO 2 na organické látky má bezesporu klíčový význam fixace CO 2 a postupná změna atmosféry během evolučního vývoje života na Zemi; dále i vznik půdy a utváření krajiny. Je tedy možné uvést, že rostliny jsou nejdokonalejším klimatizačním zařízením na Zemi, neboť ve svém okolí dokáže snížit teplotu vzduchu a zároveň zvýšit jeho relativní vlhkost. V případě nadzemních orgánů, tedy především fotosyntetického aparátu rostlin, je nutné se zaměřit na sledování odolnosti těchto orgánů vůči stresorům a to především s ohledem na typ a délku jejich funkčního působení. Z fyziologických charakteristik by bylo vhodné se zaměřit detailněji na studium fotosyntézy, nejenom vzhledem k její rychlosti, ale také s ohledem na změny biochemických reakcí, otevírání a uzavírání průduchů, vodivost průduchů, změnám obsahu a charakteru chlorofylů a ostatních rostlinných barviv. Nezanedbatelnou roli hraje velikost a utváření listové plochy, ale také postavení listů na stonku, s možností regulace dopadajícího slunečního záření na jejich povrch. Jedná se o zvýšení využití dopadajícího slunečního záření v průběhu fotosyntetického procesu. Možnou metodou sledování je též diskriminace C Ranost Rostliny s rychlejším růstem a vývojem nadzemních a podzemních orgánů od začátku vegetace uniknou stresovému působení tepla a sucha v důležitých fázích růstu v letním období. Ranost může tedy nepřímo zlepšit odolnost rostlin vůči negativním fyzikálním vlivům (důležité fáze růstu sucho a vysoké teploty zasáhnou méně). Z pohledu zemědělské prvovýroby je nutné si uvědomit skutečnost, že pěstované, ale i plané rostlinné druhy jsou 2

3 během svého ontogenetického vývoje více či méně delší dobu omezovány negativním působením vlivů vnějšího prostředí a je možné stanovit index průběhu stresu. Vzhledem k obranným mechanismům rostlin vůči negativním fyzikálním vlivům je vhodné odolnost vůči stresorům charakterizovat celou řadou fyziologických reakcí, například změnami osmotického přizpůsobení rostlin, změnami hladin obranných proteinů (např. prolinu), antioxidační kapacitou rostlin, atd. Obdobná situace je i v případě biotických stresorů (plevelné druhy rostlin, choroby a škůdci). 3. Fyziologie stresu Aby bylo možné vytvořit vhodný kultivar vyhovující měnícím se podmínkám prostředí je nutné se zaměřit na detailnější studium stresové fyziologie rostlin a to nejenom v teoretickém, ale také v tzv. aplikovaném výzkumu a tyto poznatky předávat šlechtitelům. Jedná se zejména o vliv sucha, vysoké teploty a zvyšující se variabilitu průběhu počasí. Ze strany šlechtitelů by mělo jít o jasné definování požadavků na výzkumné báze jednotlivých pracovišť AV, VÚ a VŠ. Cílem takové společné spolupráce by mělo být vyhodnocení vhodných znaků (včetně fyziologických) pro efektivní selekci, vývoj expeditivních selekčních metod (screening), ale i nezbytných metod pro standardní (přesné a opakovatelné) hodnocení genotypů. Dalším společným úkolem je výběr druhů a odrůd, které by byly vhodné pro pěstování v podmínkách snížených vstupů, popř. v organickém zemědělství. Problémem jsou fyziologické a genetické rozdíly mezi jednoletými a víceletými plodinami, ale především rozdíly v produkčních vlastnostech šlechtěných rostlin. 4. Kořeny Mezi dosud nedostatečně prozkoumané rostlinné orgány patří kořeny. I přesto, že kořenový systém zajišťuje příjem a vedení vody, živin z půdy do nadzemních orgánů, řadu metabolických procesů, tvorbu fytohormonů a ukládání zásobních látek a v neposlední řadě hraje velmi významnou roli v reakci na stresové prostředí, není této části rostliny věnována stále dostatečná pozornost. Vlastnosti kořenového systému a jeho metabolické funkce přímo odráží i působení abiotických stresorů na rostliny a nepřímo ovlivňují celou řadu biochemických procesů v nadzemní části rostlin, morfologické a anatomické vlastnosti rostlin ale i výnos - tedy tvorbu nadzemní biomasy. Z hlediska reakce na vnější prostředí kořeny jsou nejcitivější orgán rostliny. Na základě vlastností kořenového systému lze např. vybírat odolné rostliny vůči suchu, jak je tomu v současnosti např. v Austrálii, nebo v minulosti také u nás, jak dokládá šlechtění 3

4 ječmenů diamantové řady ve druhé polovině 20 století atd. Pro nadzemní biomasu je jedním z ukazatelů odolnosti (nejenom) vůči vodnímu deficitu efektivnost využití vody, která charakterizuje poměr fotosyntézy a transpirace, utváření a postavení listového aparátu na stonku, počet a otevřenost průduchů, výskyt trichomů a u klasu výskyt osin. 5. Fytohormony Není možné opomenout fytohormony a jejich vliv na průběh působení stresu. U řady fytohormonů byl již prokázán pozitivní vliv na eliminování negativního působení stresorů na rostliny (např. ABA, brassinosteroidy). Otázka působení fytohormonů na stresované rostliny není doposud zcela jednoznačně ve všech směrech objasněna a proto je nutné tuto problematiku sledovat. 6. Vitalita semen, efektivnost využití vody na začátku a během vegetace. Uvedená problematika byla také sledovaná na zasedání ESA v loňském roce ve Varšavě. Na uvedeném setkání evropských agronomů byla také řešena problematika kvality osiva a technologie zpracování osiva a jeho následné distribuce až k farmáři. ESA navrhuje sledovat rychlost startu enzymatických reakcí semen, jenž souvisí s klíčením. Neopomenutelné hledisko je též efektivnost využití vody semeny (ale i během vegetace), tzn. nutné množství vody využitelné pro započetí klíčení, včetně nebezpečí postupné ztráty vody během klíčení v případě přechodného sucha. Podle současných poznatků by plodiny měly mít včasný a rychlý nárůst biomasy s odpovídajícím kořenovým systémem který může významně ovlivnit kvalita semen. První etapou vytvoření porostu je kvalita osiva a termín výsevu. Zde je možné využít znalostí fyziologů, kteří se zabývají klíčením semen kdy lze např. určit, která semena (plodin a odrůd) lépe využijí při klíčení vodu, mají větší energii klíčení, a tedy později mohou urůst plevelům, ale také stresorům. Efektivnost využití vody v době klíčení, odolnost vůči negativním vnějším faktorům a vitalita významně přispívají ke snížení rozdílu mezi laboratorně stanovenou klíčivostí a polní vzcházivostí ale i k tvorbě porostu a k jeho odolnosti vůči fyzikálním vlivům. 4

5 7. Současný systém povolování nových odrůd není ve směru plasticity odrůdy, ale spíše morfologické homogenity daného genetického materiálu. Zadáním pro postup šlechtitele je jak dosáhnout požadovaných parametrů nové odrůdy. Tuto otázku je možné zodpovědět pouze na základě komplexních informací o dané plodině, včetně genetických a fyziologických charakteristik a agronomických požadavků. U genetických zdrojů, zejména planých druhů a krajových odrůd, zcela nebo částečně chybí jejich fyziologický popis rychlost fotosyntézy, transpirace, efektivita využití vody, velikost a délka utváření fotosyntetického aparátu rostliny, transport asimilátů a jejich rozdělení v rámci rostlinných orgánů apod. Absence těchto poznatků omezuje efektivní využívání genofondů ve šlechtění. Po vytvoření vhodného genotypu nastává však další úkol, který by měly řešit již ve spolupráci se šlechtiteli další výzkumná či pedagogická pracoviště. Jedná se o zodpovězení otázky: Jak uvedený kultivar pěstovat a jak jej co nejlépe využít? Základní informace a doporučení pro pěstování nové odrůdy poskytuje pěstiteli již šlechtitel. Pro dokonalé poznání vlastností odrůd a jejich optimální využití je však nutný další výzkum a podrobná znalost biologických vlastností odrůdy a vývoj vhodných pěstitelských technologií, podle koncového využití produkce. 8. Rozšíření pěstování ozimů na úkor jařin. Lze též uvažovat o rozšíření pěstování ozimů na úkor jařin. U řady polních plodin se v současnosti vyskytují již obě formy a lze očekávat vývoj ozimých odrůd i u dalších druhů. Problémem však pak může být tvorba osevního postupu. 9. Ideotyp Často diskutovaným pojmem jsou tzv. ideotypy, zpravidla prezentované jako morfologický a fyziologický model rostliny, doplněný parametry požadovaných hospodářských znaků; tyto byly chápány jako cílové modely pro šlechtění rostlin. S ohledem na skutečnost, že ideotyp nelze objektivně definovat bez vazby na podmínky pěstování, zdá se vhodnější charakterizovat biologické vlastností plodin pro daný užitkový směr a pěstitelskou oblast. 5

6 10. Zachování a využívání biodiversity v zemědělství Veškeré kroky pěstitelů, šlechtitelů a ekologů by měly mít na zřeteli zachování a podporu biologické rozmanitosti v přirozených, ale i v uměle vytvořených ekosystémech, jako jsou agro a lesní ekosystémy. Na podporu biodiverzity agroekosystémů je nutné využívat genetické diversity druhů i odrůd, jejímž zdrojem jsou genofondy. Význam shromážděných a dále nově vytvářených genetických zdrojů spočívá v jejich nezbytnosti pro šlechtění, jako donorů nových znaků a vlastností pro zajištění potravin a krmiv, ale také surovin pro nezemědělské využití produktů (bioplasty, farmaceutické rostliny, chemický průmysl, fytoremediace) a energetické plodiny. Agro- biodiversita je prostředkem biologizace zemědělství, alternativou k vysokým vstupům agrochemikálií a energií a předpokladem pro dosažení setrvalého rozvoje. 11. Využití opomíjených druhů a krajových odrůd Specifické vlastnosti některých opomíjených druhů, popř. krajových odrůd, zejména jejich kvalita, odolnost k nepříznivým faktorům dává možnost jejich využití, zejména v regionálních podmínkách.(např. pohanka, proso, krajové odrůdy některých ovocných druhů..). Jiné okolnosti (např. klimatické změny) mohou napomoci rozšíření ploch např. čiroku, sóji a pod. 12. Zásahy v přírodě, volba plodin, způsob hospodaření Sledování fyziologických charakteristik rostlin je nutné nejenom s ohledem na změny klimatu, ale také na změny v agrárním sektoru, obecně v jeho přístupech ke krajině. Tyto změny spolu souvisí, neboť mezi nepříznivé zásahy do krajiny je možné zařadit zcelování pozemků, rušení remízků a mezí, necitlivé zásahy do vodního režimu krajiny, kdy se mění nejenom vzhled zemědělské krajiny, ale také hydrogeologické vlastnosti daných pozemků. Voda pak není v krajině zadržována a vytváří se rizika vodní eroze a povodní. Uvedené zásahy do krajiny často vedou k vytvoření suchých oblastí. V oblastech s výskytem stresů se často vyskytují u jednotlivých druhů a rodů i odolné genotypy a populace rostlin s rezistencí/tolerancí vůči abiotických i biotickým stresorům, které lze často využít v dalším šlechtění. 6

7 ZÁVĚRY Základní teze workshopu je možné shrnout do následujících závěrů: 1. Pro mladé, začínající vědecké pracovníky by bylo vhodné vytvořit letní školy. V letních školách by bylo představeno nejenom technické vybavení daných pracovišť a možnost další spolupráce.v případě zájmu mladých vědeckých pracovníků by se na organizaci podílely některé univerzity a výzkumné ústavy z České republiky a ze Slovenské republiky, které se účastnily konference, 2. vytvořit společnou internetovou platformu pro pracoviště, která se zabývají problematikou stresové fyziologie rostlin a pro šlechtitele, 3. v rámci biodiverzity agroekoystému dochází k posunu pěstitelských areálů plodin a jejich rozšiřování na území ČR a SR (sója, čirok, laskavce), 4. věnovat pozornost opomíjeným plodinám, které nevyhovovaly velkoplošnému pěstování, ale mohou nalézt uplatnění v multifunkčním zemědělství, orientovaném na kvalitu produkce, 5. prohloubit studium a využívání genetických zdrojů, včetně krajových odrůd a planých druhů. Možnost doplnit databáze plodin o vybrané fyziologické charakteristiky (fotosyntéza, transpirace, využití vody apod.), 6. využít možnosti pěstovaní nových plodin (laskavce, merlík čilský apod.) a odrůd pro alternativní využití produkce (škrob, etanol, energetická biomasa atd.), 7. do krajiny vrátit rostliny, které obnoví její přirozenou biodiverzitu a zároveň pozmění mikroklima daného regionu, 8. využít rostliny pro fytoremediační účely (zvýšení půdní úrodnosti a očištění od toxických látek ) a navrácení přirozených opylovačů do krajiny, 9. navázání užší spolupráce mezi fyziology, genetiky a šlechtiteli za účelem vytvoření nejenom nových odrůd, ale také vhodných testačních metod, 10. studium fyziologických charakteristik planých druhů rostlin a krajových odrůd plodin, 11. detailnější a tedy i fyziologický popis odrůd a genetických zdrojů. 7