Vliv vodního deficitu na výměnu plynů rostlin špenátu setého a čtyřboče rozložité

Kamil Kraus

Bachelor's thesis

Effect of water deficit on gas exchange in plants of spinach and New Zealand spinach

Abstract:

Vodní deficit (sucho) patří mezi nejvýznamnější stresové faktory, které ovlivňují zemědělskou produkci na celém světě. Jedná se o globální problém, neboť na naší planetě je suchem ohroženo 61 % zemědělské půdy. Také v podmínkách ČR je sucho jedním s nejčastějších stresorů. Na našem území je vodním deficitem ohroženo cca 1,7 % zemědělské půdy. Toto riziko by se mohlo do budoucna prohloubit až na 6,8 % celkové plochy České republiky ohrožených suchem, což by tvořilo 20 % ploch orných půd u nás. Na vodní deficit citlivě reagují také zeleniny, a to především zeleninové druhy, které obsahují velké množství vody ve svých pletivech. Proto cílem této bakalářské práce bylo posouzení vlivu vodního stresu na výměnu plynů a fotosyntetickou aktivitu špenátu setého s porovnáním s čtyřbočí rozkladitou vystavených vodnímu deficitu. Rostliny špenátu setého a čtyřboče rozkladité byly pěstovány v částečně řízených podmínkách skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin FAPPZ ČZU v Praze. Rostliny byly pěstovány při teplotě ve dne 25 °C a v noci 18 °C za přirozených světelných podmínek. Rostliny byly pěstovány v nádobách o rozměru 11x11 cm ve směsi zahradního substrátu A a křemičitého písku v poměru 2:1. Schéma pokusu zahrnovalo dvě varianty -- kontrolní a stresovanou. Kontrolní skupina rostlin byla běžně zalévaná, a druhá polovina rostlin byla po dobu devíti dnů vystavena stresu suchem, po devíti dnech byly rostliny vystaveny rehydrataci po dobu tří dnů. Rehydratace byla opět vystřídána deseti dny vodního deficitu. U rostlin byla měřena rychlost výměny plynů gazometricky pomocí přístroje LCpro+. Z hodnot fotosyntézy a transpirace byla vypočtena efektivita využití vody (WUE). Ze získaných výsledků vyplývá, že je prokazatelný rozdíl v reakci na vodní stres mezi rostlinnými druhy čtyřboče rozkladité a špenátu setého kdy: 1) Nejvyšší intenzitu transpirace měla rostlina čtyřboče rozkladité 5,98 mmol H2O. m-2.s-1 v nestresované variantě, naopak nejnižší úroveň transpirace mela stresovaná varianta špenátu 2,4 mmol H2O. m-2.s-1. 2) Jako další byla měřena hodnota stomatální vodivosti která se zvyšovala s intenzitou stresu, nejvyšších hodnot dosáhla stomatální vodivost u rostlin stresované varianty špenátu setého 0,36 mmol mol CO2. m-2.s-1 a nejnižší stomatální vodivosti dosáhla nestresovaná varianta čtyřboče 0,04 mmol mol CO2. m-2.s-1. 3) Další zkoumanou jednotkou byla intenzita fotosyntézy, která se se zvyšujícím zatížením snižovala. U obou variant byla intenzita fotosyntézy výrazně snížena oprati kontrole, kdy nejvyšší hodnoty byly ze začátku pokusu a nejnižší ke konci.nejvyšších hodnot dosáhla kontrola čtyřboče 23,77 mol CO2.m-2.s-1 a nejnižší 10,51 mol CO2.m-2.s-1 stresovaná varianta špenátu. 4) Poslední zjišťovanou jednotkou bylo WUE (ekvivalent využití vody). Jednotka WUE je vypočtena jako poměr transpirace ku fotosyntéze kdy nejvyšších hodnot WUE dosáhla stresovaná varianta čtyřboče 6,96 x 10-3 a nejnižší 0,51 x 10-3 kontrolní varianta špenátu setého.

Abstract:

Water deficit (drought) belong to the most stressful factors, which influence the agricultural production worldwide. It is about a global problem, because on the planet is endangered by drought 61 percent of agricultural land. In Czech condition is dryness one of the most frequent stressor too. In our territory is ca. 1,7 percent of agricultural land endangered by the water deficit. This risk could go deeper in the future up to 6,8 percent of the total area of the Czech republic endangered by drought, what would constitute 20 percent of arable land in the country. Vegetable crops are responsive to the water deficit too, especially vegetable species, which contain a large amount of water in their tissue. Hence the goal of this bachelor's thesis was evaluation of effect of water stress on gas exchange and photosynthetic activity of spinach in comparison with New Zealand spinach that were put in the water deficit. The plants of spinach and New Zealand spinach were grown in partly controlled conditions of greenhouse of botany and physiology of plants department FAPPZ ČZU in Prague. The plants were grown at temperature of 25°Cin the daytime and 18°C at night in natural light conditions. The plant were grown in pots of size 11x11 cm in a mixture of garden substrate A and silica sand in a ratio of 2: 1. Scheme of the experiment included two variants - the controlled and the stressed. The controlled group of plants was watered normally, and the second half of the plants subjected to drought stress over a period of nine days, after nine days, the plants were exposed to rehydrate for three days. The rehydration was replaced by 10 days of water deficit again. The velocity of gas exchange of the plants was measured by gasometrical apparatus LCpro+. The Water-use efficiency (WUE) was calculated by rate of photosynthesis and transpiration. From gained results arise, that there is a demonstrable difference in reaction to water stress between plant species New Zealand spinach and spinach when: 5) The highest intensity of transpiration had the New Zealand spinach 5,98 mmol H2O. m-2.s-1 in unstressed variant, by contrast the lowest level of transpiration had stressed variant of spinach 2,4 mmol H2O. m-2.s-1. 6) Next, the stomatal value of conductivity was measured that was rising with an intensity of stress, the highest value reached stomatal conductivity by stressed variant of spinach 0,36 mmol mol CO2. m-2.s-1 and the lowest stomatal conductivity reached unstressed variant of New Zealnad spinach 0,04 mmol mol CO2. m-2.s-1. 7) The next investigation unit was the intensity of photosynthesis, which decreased with higher stress. The intensity of photosynthesis of both variants was significantly reduced compared to control, when the highest value was at the beginning of experiment and the lowest at the end. The highest value reached the control of the New Zealand spinach 23,77 mol CO2.m-2.s-1 and the lowest 10,51 mol CO2.m-2.s-1 stressed variant of spinach. 8) The last investigated unit was the WUE (the Water-use efficiency). The unit WUE is calculated as ration of transpiration and photosynthesis, when the highest value of WUE reached the stressed variant of the New Zealand spinach 6,96 x 10-3 and the lowest 0,51 x 10-3 the control variant of spinach

Keywords

špenát, čtyřboč, vodní stres, fotosyntéza, transpirace, WUE

Keywords

water stress, photosynthesis, transpiration, WUE, New Zealand spinach, Spinach

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 21. 4. 2015

Thesis defence

• Supervisor: Ing. František Hnilička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Horticulture / Horticulture