Souvislost obsahu prolinu v hlízách ve vztahu k vodou stresovaným rostlinám bramboru ( Solanum tuberosum L.)

Bc. Žaneta Čejková

Master's thesis

Linking proline content in tubers in relation to water stressed potato plants (Solanum tuberosum L.)

Anotácia:

Brambory jsou velmi důležitou plodinou u nás i ve světě a to díky své nutriční ivýživové hodnotě. Slouží jako příloha k pokrmům, ale využívají se ve velké míře i jakokrmivo, v lihovarnictví či při výrobě škrobu. Právě proto jsou brambory velmi oblíbenoupěstovanou plodinou. Spotřeba brambor na jednoho obyvatele Evropy přesahuje 80 kg/rok az více jak poloviny se na produkci brambor podílejí rozvojové země. Přibližně čtyři desetinysvětového povrchu země se nachází v suchých a polosuchých zónách, kde je voda hlavnímomezujícím faktorem produktivity rostlin. Brambory jsou velmi citlivé na sucho, protože majíkrátký kořen a právě jeho délka vede k omezené schopnosti transportovat vodu. Současnýmproblémem je měnící se klima, které vede k problémům s pěstováním brambor. Brambory,které jsou vystavené biotickým a abiotickým stresům, jako je zvyšující se teplota a sucho, pakmohou podléhat oxidačnímu stresu, při kterém se hromadí reaktivní druhy kyslíku a ty potézpůsobují zhoršenou funkci metabolismu lipidů, bílkovin a nukleových kyselin. V některýchpřípadech mohou způsobiti i smrt rostliny. Rostlina se brání stresu tak, že kumuluje různéosmolyty. Jedním takovým je i aminokyselina prolin, která má antioxidační vlastnosti a chránítedy rostlinu před účinky reaktivních druhů kyslíku. Pohlcuje volné radikály a ničí poškozenízpůsobené těmito radikály. Prolin také pomáhá v osmotické úpravě kvůli udržení buněčnéhoturgoru, což usnadňuje růst rostliny během sucha, pomáhá odolat buněčné dehydratacizpůsobené abiotickými stresy a chrání buněčné struktury v případě dehydratace.Experimentální část práce se věnuje vlivu obsahu prolinu v hlízách brambor při stresuze sucha u čtyřech různých odrůd brambor a to Laura, Marabel, Milva a Valfi. Jako metodapro stanovení prolinu a hydroxyprolinu byla použita LC-ESI-MS/MS a pro vyhodnoceníprogram Statistica 12. Zjištěné hodnoty jsou zpracovány do tabulek a grafů. U všech čtyřodrůd byla naměřena nejvyšší průměrná koncentrace prolinu metodou pěstování za sucha shodnotou 3,236±1,818 mg/g DW. Nejvyšší obsah prolinu a hydroxyprolinu byl naměřen uodrůdy Marabel a stresu ze sucha, kde se obsah prolinu pohyboval v rozmezí hodnot 5,871-6,390 mg/g DW. Naopak výsledné koncentrace pro brambory přemokřené byly u všech odrůdvelmi nízké nebo pod bodem detekce. Nejnižší množství prolinu u stresu ze sucha bylonaměřeno u odrůdy Valfi, kde se obsah pohyboval v rozmezí hodnot 1,560-1,646 mg/g DW.Dále se pomocí metody ANOVA zjistilo, že je statisticky významný rozdíl v akumulaciprolinu a hydroxyprolinu u rostlin pěstovaných za sucha a naopak rostliny přemokřené tentorozdíl nevykazovaly. Z výsledků je tedy vidět, že jednotlivé odrůdy reagují na stres z vysušeníodlišně, což se projevuje rozdílnými obsahy prolinu a hydroxyprolinu.

Abstract:

Potatoes are a very important crop in the Czech Republic and abroad, thanks to theirnutritional value. It serve as a side dish, but it´s also widely used as feed, in distillery and inthe manufacture of starch. That is reason why potatoes are a very popular cultivated crop.Potato consumption per capita in Europe exceeds 80 kg/year and developing countriesproduce more than half of the world´s potato production. Approximately four-tenths of theworld´s surface is in dry and semi-dry zones where is water a major limiting factor in plantproductivity. Potatoes are very sensitive to drought because they have a short root, and it´slength leads to a limited ability to transport water. The current problem is the changingclimate, which leads to problems with potato growing. Potatoes that are exposed to biotic andabiotic stresses, such as rising temperatures and drought, then it can be subjected to oxidativestress, which builds up reactive oxygen species, which in turn cause impaired lipid, proteinand nucleic acid metabolism, and in some cases can also cause plant death. The plant resistsstress by acumulating various osmolytes. One such is the amino acid proline, which hasantioxidant properties, thus protecting the plant from the effects of reactive oxygen species. Itabsorbs free radicals and destroys the damage caused by these radicals. Proline also aids inosmotic conditioning to maintain cell turgor, which facilitates plant growth during drought,helps withstand cellular dehydration caused by abiotic stresses, and protects cellular structuresin case of dehydration.The experimental part of the thesis deals with the influence of proline content in potatotubers during drought stress in four different potato varieties, namely Laura, Marabel, Milvaand Valfi. LC-ESI-MS/MS was used as a method for proline and hydroxyprolinedetermination and Statistica 12 was used for evaluation. The obtained values are processedinto tables and graphs. For all four varieties, the highest average proline concentration duringthe dry cultivation was 3,236±1,818 mg/g DW. The highest proline and hydroxyprolinecontent was measured for the Marabel variety and drought stress, where the proline contentranged from 5,871-6,390 mg/g DW. In contrast, the resulting concentrations for waterloggedpotatoes were very low or bellow the detection point for all varieties. The lowest amount ofproline in drought stress was measured in the Valfi variety, where the content ranged from1,560-1,646 mg/g DW. Furthermore, the ANOVA method found that there was a statisticallysignificant difference in the accumulation of proline and hydroxyproline in dry plant and,conversely, waterlogged plants did not show this difference. The results show that theindividual varietes react differently to the stress of drying out, which is manifested in differentcontents of proline and hydroxyproline.

Kľúčové slová

sucho, aspartát, reakce na stres, vodní stres

Keywords

water stress, drought, aspartate, dry reaction

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 6. 2020

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Ing. Matyáš Orsák, Ph.D.
• Oponent: František Hnilička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / odbor:
Nutrition and Foodstuffs / Nutrition and Foodstuffs