Otužování explantátů chmele vůči osmotickému stresu a chladu pro zvýšení jejich kryotolerance

Bc. Petra Šimůnková

Diplomová práce

Acclimatization of hop explants against osmotic stress and low temperature to increase their cryotolerance

Anotace:

Kryoprezervace je v současné době jednou z nejinovativnějších technik, která umožňuje dlouhodobé uchování genetických zdrojů rostlin. Cílem této práce bylo zjistit vliv otužování osmotickým stresem, chladem a působení obou stresů zároveň na proces kryoprezervace a následnou životaschopnost vzrostných vrcholů chmele otáčivého (Humulus lupulus L.) odrůd 'Žatecký poloraný červeňák', Osvaldův klon 72 a 'Gaia'. Chmelové rostliny byly pěstovány v in vitro podmínkách na kultivačním médiu Murashige & Skoog (1962) se sníženým obsahem dusíku bez fytohormonů, v aseptických podmínkách kultivačních boxů. V práci se testoval vliv působení chladu při teplotě 5 °C a osmotického stresu, který byl navozen 0,7 M roztokem sacharózy před procesem kryoprezervace, nebo obou faktorů. Před samotnou kryoprezervací byly otužené a kontrolní rostliny vystaveny dehydrataci nad silikagelem. Dehydratované vzrostné vrcholy byly umístěny na hliníkové plíšky a zamraženy přímý ponořením do kapalného dusíku, kde byly ponechány 60 minut a následně odtáty přímým ponořením do sterilní destilované vody ohřáté na teplotu 40 °C a pak vysazeny na regenerační medium s obsahem fytohormonů. Životaschopnost vzrostných vrcholů byla hodnocena dva týdny po nasazení vrcholů na regenerační médium. Nejvyšší životaschopnost po kryokonzervaci vykazovala varianta otužená chladem u odrůdy 'Žateckého poloraného červeňáku', a to 83,3 % a následně varianta vystavená obou stresů zároveň, a to 73,3 %. Pomocí diferenční skenovací kalorimetrie byly sledovány charakteristiky vzrostných vrcholů chmele před dehydratací a po dehydrataci, dále byl sledován obsah vody vzorků a vypočítán podíl zmrzlé vody. Nejvyšší obsah zmrzlé vody byl zjištěn při ohřevu u kontrolních, neotužených rostlin odrůda 'Gaia' (52,7 %). Další variantou s vysokým obsahem zmrzlé vody byla varianta otužená společným působením nízké teploty a sacharózy před dehydratací nad silikagelem u odrůdy 'Žateckého poloraného červeňáku' ve výši 47,9 %. Z dehydratovaných variant byl zjištěn nejvyšší obsah zmrzlé vody u varianty kontrolních rostlin odrůdy 'Žateckého poloraného červeňáku' po dehydrataci nad silikagelem, a to 14,4 %. Dehydratované vzorky otužené varianty společným působením nízké teploty a sacharózy měly podíl krystalické vody 5,5 %, což představuje úbytek vody 42,4 % (přežití 73,3 %). Z výsledků vyplývá, že otužování stresem nízké teploty nebo osmotickým působením významně mění termické charakteristiky vzrostných vrcholů odrůd chmele a životaschopnost po kryoprezervaci.

Abstract:

Cryopreservation is currently one of the most innovative techniques for the long-term conservation of plant genetic resources. The aim of this study was to investigate the effect of hardening by osmotic stress, cold stress and the effect of their simultaneous use on the process of cryopreservation and subsequent viability of the growing shoot tips of hop (Humulus lupulus L.) cultivars 'Žatecký poloraný červeňák', Osvaldův klon 72 and 'Gaia'. Hop plants were grown under in vitro conditions on Murashige & Skoog (1962) reduced nitrogen culture medium without phytohormones, in aseptic conditions of the culture boxes. The effect of cold treatment at 5 °C and osmotic stress induced by a 0.7 M sucrose solution prior to the cryopreservation process, or both factors, was tested. Prior to cryopreservation, hardy and control plants were subjected to dehydration over silica gel. The dehydrated shoot tips were placed on aluminum plates and where then directly immersed in liquid nitrogen, where they were left for 60 min. Thereafter, they were thawed by direct immersion in sterile distilled water at 40 °C and then placed on a regrowth medium containing phytohormones. The viability of the growing shoot tips was assessed two weeks after being placed on the regrowth medium. The highest viability after cryopreservation was shown by the cold hardened variant of 'Žatecký poloraný červeňák', 83.3 %, followed by the variant exposed to both stresses simultaneously, 73.3 %. Using differential scanning calorimetry, the characteristics of the hop shoot tips before and after dehydration were monitored, the water content of the samples was also monitored and the proportion of frozen water was calculated. The highest frozen water content was found during heating in the control, nonhardened lants of the cultivar 'Gaia' (52.7 %). Another variant with a high frozen water content was the variant hardened by the combined action of low temperature and sucrose before dehydration over silica gel in the cultivar 'Žatecký poloraný červeňák' at 47.9 %. Of the dehydrated variants, the highest frozen water content of the control plants of the 'Žatecký poloraný červeňák' variant after dehydration over silica gel was found to be 14.4 %. The dehydrated samples of the hardened variant by the combined action of low temperature and sucrose had a crystal water content of 5.5 %, which represents a water loss of 42.4 % (survival 73.3 %). The results indicate that hardening by low temperature stress or the osmotic agent significantly alters the thermal characteristics of the hop varieties' peaks and viability after cryopreservation.

Klíčová slova

Dehydratace, Humulus lupulus L., kryoprezervace, in vitro, mrazuvzdornost, odolnost vůči osmotickému stresu

Keywords

cryopreservation, in vitro, frost resistence, resistance to osmotic stress, Humulus lupulus L., Dehydration

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 5. 2023
• Vedoucí: prof. Ing. Václav Hejnák, Ph.D.
• Oponent: Petr Svoboda, Mgr., externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / specializace:
Pěstování rostlin / Rostlinná produkce