Vliv vodního deficitu na rychlost výměny plynů a fluorescence chlorofylů juvenilních rostlin kukuřice

Martin Ludvík

Bachelor's thesis

Response of gas exchange and chlorophyll fluorescence to water deficit in juvenile maize plants

Abstract:

Kukuřice setá (Zea mays L.) je s výměrou 184 192 053 ha nejpěstovanější plodinou na světě. Díky svému využití se dnes pěstuje téměř všude, a to i na místech, která jsou ohrožená suchem. Proto je cílem bakalářské práce stanovit a vyhodnotit meziodrůdové rozdíly v rychlosti výměny plynů a fluorescenci chlorofylů vybraných odrůd kukuřice seté, které byly po dobu 28 dní vystaveny vodnímu stresu. Rostliny kukuřice odrůd Ambrosini, Lars, LG 3252 a Ricardinio byly pěstovány v nádobách v částečně řízených skleníkových podmínkách. Schéma pokusu zahrnovalo 4 varianty: KK, SK, KS a SS. Varianta KK představuje kontrolní variantu, která byla zavlažována po celou dobu pokusu na úroveň 70 % VVK. Další tři varianty představují varianty stresované, kdy byl vodní deficit navozen metodou postupného vysychání substrátu. Varianta SK byla prvních 10 dnů vystavena vodnímu stresu a následně až po zbytek pokusu zavlažována. Varianta KS byla prvních 10 dnů zavlažována a po zbytek pokusu vystavena vodnímu stresu a varianta SS byla prvních 10 dnů vystavena vodnímu stresu, poté 4 dny zavlažována, následně dalších 10 dnů vystavena vodnímu stresu a poslední 4 dny pokusu opět zavlažována. U rostlin byla ve dvoudenních intervalech měřena rychlost výměny plynů infračerveným analyzátorem plynů LCpro+ a fluorescence chlorofylů přístrojem OS1-FL. Na základě naměřených hodnot rychlosti fotosyntézy a transpirace byla vypočtena hodnota efektivita využití vody (WUE). Nejcitlivěji na vodní stres reagovala odrůda Lars, která vykazovala nejnižší průměrnou efektivitu využití vody (WUE 11,43) a zároveň měla nejvyšší rozdíl mezi kontrolou a stresem u parametru fluorescence chlorofylů (interval hodnot 0,012 (KS) až 0,048 (SS)). Jako odolnější vůči vodnímu deficitu se jeví odrůda Ambrosini, která měla nejnižší rozdíl rychlosti fotosyntézy mezi kontrolní a stresovanou variantou v rozmezí od 0,206 mmol CO2 m-2 s-1 (KS) do 0,474 mmmol CO2 m-2 s-1 (SS) a nejnižší rozdíl fluorescence chlorofylů v rozmezí od 0,007 (KS) do 0,025 (SS). Dále se jako odolnější jeví také odrůda Ricardinio, která měla nejvyšší průměrnou efektivitu využití vody (WUE 12,4) a zároveň nejnižší rozdíl rychlosti transpirace mezi kontrolní a stresovanou variantou v rozmezí od 0,036 mmol H2O m-2 s-1 (KS) do 0,074 mmol H2O m-2 s-1 (SS).

Abstract:

With the acreage of 184 192 053 hectares, maize (Zea mays) is the most cultivated crop in the world. Because of its high utilization it is cultivated almost everywhere these days, even in places endangered by draught. The objective of this bachelor thesis is to determine and evaluate the inter-variety differences in gas exchange rate and chlorophyll fluorescence of selected maize varieties, which have been exposed to water stress for the period of 28 days. Maize plants of the Ambrosini, Lars, LG 3252 and Ricardinio variety were grown in container in partly controlled greenhouse conditions. The scheme of the experiment involved 4 variants: KK, SK, KS a SS. Variant KK represents a control variant, which was irrigated for the whole time of the experiment to the level of 70% AWC. The other three variants represent the stressed variants, where water deficiency was induced by the method of gradual drying out of the substrate. Variant SK was exposed to water stress for the first 10 days and subsequently it was irrigated for the rest of the experiment. Variant KS was irrigated for the first 10 days and exposed to water stress for the rest of the experiment. Variant SS was exposed to water stress for the first 10 days, then it was irrigated for 4 days, then stressed for another 10 days and subsequently irrigated for the last 4 days of the experiment. In 2-day intervals the gas exchange rate was measured by infrared gas analyser LCpro+ and chlorophyll fluorescence by OS1-FL device. Based on the recorded figures of the rates of photosynthesis and transpiration the water usage effectiveness (WUE) value was calculated. The most sensitive reaction to water stress was shown by the Lars variety, which had the lowest average water usage effectiveness (WUE 11,43) a simultaneously the highest difference between control and stress in the chlorophyll fluorescence parameter (interval of figures from 0,012 (KS) to 0,048 (SS)). The Ambrosini variety appears to be more resistant to water deficiency. It had the lowest difference of photosynthesis rate between the control and stressed variants, ranging from 0,206 mmol CO2 m-2 s-1 (KS) to 0,474 mmol CO2 m-2 s-1 (SS), and the lowest difference of chlorophyll fluorescence ranging from 0,007 (KS) to 0,025 (SS). Further, the Ricarinio variety also appears to be more resistant. It had the highest average water usage effectiveness (WUE 12,4) and simultaneously the lowest difference of transpiration rate between the control and stressed variants, ranging from 0,036 mmol H2O m-2 s-1 (KS) to 0,074 mmol H2O m-2 s-1 (SS).

Keywords

kukuřice setá, vodní deficit, fotosyntéza, transpirace, fluorescence, WUE

Keywords

maize, water deficiency, photosynthesis, transpiration, fluorescence, WUE

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 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:
Crop Science / Crop Science