Důsledky působení nedostatku vody na strukturu a funkci xylému popínavých rostlin

Bc. Barbora Flamiková

Master's thesis

Effects of low water availability on structure and functions of xylem in climbing plants

Abstract:

V práci se věnuji vlivu periodicky snížené dostupnosti vody v půdě na vývoj xylému ve stoncích rostlin chmele otáčivého (Humulus lupulus L.). Struktura xylému významně ovlivňuje transportní vlastnosti xylému, které mají vliv na schopnost rostliny přežít za podmínek snížené dostupnosti vody. Z důvodu zjištění vlivu periodické dostupnosti vody na vývoj xylému byly rostliny chmele vystaveny střídání sedmidenních období se sníženou dostupností vody střídanými s obdobími, kdy byl substrát udržován plně hydratovaný, o celkovém trvání čtyř období sucha. Kontrolní skupina pak byla pravidelně zavlažována. U nadzemní části rostlin jsem poté sledovala základní morfologické a vybrané anatomické znaky xylému, které byly vyhodnocovány analýzou obrazu na základě pozorování příčných a podélných řezů stonkem pomocí optické mikroskopie. Pro sledování cév jsem použila metodu aplikace silikonu s fluorescenčním barvivem. Vliv periodicky snížené dostupnosti vody měl prokazatelný vliv na všechny sledované morfologické znaky, u anatomických znaků xylému se částečně lišil mezi apikální a bazální částí stonku. V porovnání s kontrolními rostlinami měly rostliny vystavené periodickému nedostatku vody v apikální části stonku víc cév a cévy byly delší, přičemž vnitřní průměr cév i plocha xylému byly u obou variant podobné. Hydraulická vodivost v apikální části stonku byla u rostlin vstavených periodickému nedostatku vody vyšší. V bazální části stonku jsem pozorovala cévy s menší vnitřním průměrem a hydraulická vodivost zde byla výrazně omezena masivní tvorbou thyl. V rámci celého stonku jsem pozorovala kratší cévní články a větší variabilitu vnitřního průměru. To potvrzuje hypotézu, podle které dochází vlivem periodického střídání období se sníženou dostupností vody ke zvýšení variability vnitřního průměru. Omezení dostupnosti vody vedlo k anatomickým změnám xylému snižujícím hydraulickou vodivost xylému, čímž došlo k omezení transpirace a ztrát vody. U jednoletých rostlin, jako je právě chmel, tak může dojít vlivem periodicky snížené dostupnosti vody k významné redukci jejich výnosu.

Abstract:

This thesis focuses on the influence of periodically reduced water availability in the xylem development in stems of Humulus lupulus L. Xylem structure determines the ability of a plant to survive during period of reduced water availability. To detect the influence of periodic water availability for the development of xylem hop plants was exposed to periodic changes of water availability. Seven days with reduced soil water availability was followed by seven days of high soil water availability. In total there were 4 periods with reduced water availability. The control group of hop was regularly watered. After finishing the treatment basic morphological and selected anatomical traits of xylem were observed. I used image analysis of cross and longitudinal sections of the hop stem using optical microscopy. For vessels tracking was used application of silicone with fluorescent dye. Periodically reduced water availability affected all observed morphological traits, within xylem anatomical traits were some differences between apical and basal part of the stem. The hop plants exposed to reduced water availability had more vessels and vessels were longer in the apical part of stems compared to the control plants. At the same time vessel diameter and xylem area was similar in apical stem parts of both groups. The hydraulic conductivity in apical parts of stems was higher in plants exposed to reduced water availability while in their basal parts of stems it was significantly lower compared to the control plants. It was caused by vessels with smaller diameter and mainly due to massive tyloses formation. Throughout the stem were observed shorter vessel elements and higher vessel diameter variability in plants exposed to periodically reduced water availability. It confirms my hypothesis that changing of water availability causes higher variations of vessel diameter. The morphological and anatomical changes of xylem in hop stem reduced transpiration rate and water loss. For annual plants such as hop can periodically reduced water availability significantly reduce their yield.

Keywords

Humulus lupulus, Vliv nedostatku vody, Struktura xylému, Délka cév, Vnitřní průměr cév, Cévní články, Variability vnitřního průměru cév Humulus lupulus, Effect of Low Water Availability, Xylem Structure, Vessel Lenght, Vessel Diameter, Vessel elements, Variability of Vessel Diameter

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 1. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 2. 2016
• Supervisor: doc. RNDr. Vít Gloser, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology