Stanovení nestrukturálních sacharidů v lýku akutně suchem stresovaných smrků ztepilých a vztah jejich obsahu k obranyschopnosti stromu v kontextu biotických činitelů

Bc. Josef Ludík

Master's thesis

Determination of the content of non-structural carbohydrates in the phloem of the acutely drought-stressed Norway spruces in the context of their vulnerability to biotic attack

Abstract:

Předkládaná práce shrnuje v rešeršní části současné znalosti o vlivu stresu suchem na fyziologii, metabolismus a obranu na stromy a rostliny. Následně v praktické části se pak zabývá měřením přírůstu kmene, a obsahu klíčových nutričních nestrukturálních sacharidů a tím, jak brouci akceptovali akutně suchem stresované smrky ztepilé o pěti až sedmi měsících bez přísunu srážkové vody. Přísunu srážkové vody se zamezilo zastřešením skupiny stromů ve výši 1 až 2 metrů kmene. Jednotlivé cíle pak byly: vyhodnocení vlivu akutního stresu suchem na obsah nestrukturálních sacharidů v lýku, vyhodnocení vlivu změn v radiálním přírůst kmene (zpomalení) na obsah nestrukturálních sacharidů a akceptováním samců lýkožrouta smrkového Ips typographus, těchto akutně suchem stresovaných stromů. v souvislosti s obsahem nestrukturálních sacharidů. V první části rešerše je věnována pozornost vodnímu potenciálu v souvislosti s rostlinami a dopadu na transport látek, dále pak mechanismům, jakým rostliny na stres způsobený suchem reagují, a následně syntéze a distribuci nestrukturálních sacharidů v rostlinách a stromech. V praktické části je stanovených cílů pak dosaženo měřením obsahu nestrukturálních sacharidů v lýku pomocí vysokotlaké kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí, měřením radiálního přírůstu kmene dendrometry a nevýběrovými testy akceptování stromů s lýkožroutem smrkovým. Byly porovnány stromy zastřešené a kontrolní, které měly přirozený přísun srážkové vody. Vzorky na analýzu obsahu nestrukturálních sacharidů byly odebírány z lýka. Samotná kvalitativní a kvantitativní analýza probíhala spřaženou metodou vysokotlaké kapalinové chromatografie s vysokým rozlišením (HPLC) společně s hmotnostní spektrometrií s kvadrupólovým analyzátorem doby průletu (qTOF-MS). Ke kalibraci byly použity čisté standardy sledovaných látek společně s trehalózou. Na základě výsledků bylo zjištěno, že akutní stres suchem zvyšuje koncentraci glukózy a fruktózy v lýku. Dále, že koncentrace těchto dvou sacharidů negativně koreluje s s radiálním přírůstem kmene a nakonec, že akutním suchem stresované stromy byly více akceptovány Ips typographus po 6ti měsících zastřešení než stromy přirozeně zavlažované. Akceptování stromů brouky, pozitivně korelovalo s obsahem glukózy a fruktózy.

Abstract:

The present work summarizes in a research section the current knowledge on the effects of drought stress on physiology, metabolism and defense on trees and plants. Then, in the practical part, it discusses the measurement of stem growth, and the content of key nutritional non-structural carbohydrates, and how beetles accepted acutely drought-stressed the Norway spruce trees after five to seven months without rainwater supply. Rainwater inflow was prevented by shading a group of trees at 1 to 2 m of trunk height. The individual objectives were then: to evaluate the effect of acute drought stress on the content of non-structural carbohydrates in the litter, to evaluate the effect of changes in radial stem growth (slowing) on the content of non-structural carbohydrates and the acceptance of male spruce bark beetle Ips typographus, these acutely drought-stressed trees. in relation to non-structural carbohydrate content. The first part of the review focuses on water potential in relation to plants and its impact on substance transport, followed by the mechanisms by which plants respond to drought stress, and then the synthesis and distribution of non-structural carbohydrates in plants and trees. In the practical part, the objectives are then achieved by measuring the content of non-structural carbohydrates in phloem using high-pressure liquid chromatography (HPLC) coupled with mass spectrometer, measuring radial trunk growth with dendrometers and by non-choice bioassay tests of the Norway spruce trees with bark beetle. Comparisons were made between roofed area and control trees that had natural rainfall water supply. Samples for analysis of non-structural carbohydrate content were taken from the phloem. The qualitative and quantitative analysis itself was carried out by a coupled high-performance liquid chromatography (HPLC) with quadrupole time-of-flight mass spectrometry (qTOF-MS). Pure standards of the analytes of interest were used for calibration together with trehalose. Based on the results, it was found that acute drought stress increased the concentration of glucose and fructose in phloem. Further, that the concentration of these two carbohydrates negatively correlated with radial stem growth and finally that acute drought stressed trees were more accepted by Ips typographus after 6 months of roof cover than naturally irrigated trees. Tree acceptance by beetles, was positively correlated with glucose and fructose content.

Keywords

Nestrukturální sacharidy, Stres suchem, Smrk ztepilý, Picea abies

Keywords

Non-structural carbohydrates, Drought stress, Norway spruce, Picea abies

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 28. 5. 2024
• Supervisor: Ing. Anna Jirošová, Ph.D.
• Reader: Radka Nagy, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme / field:
Forestry Engineering / Forest Engineering