The effect of elevated CO2 concentration, light regime and nitrogen nutrition on plant physiology and metabolism and response to subsequent drought and heat stress in barley

Mgr. Hana Findurová

Doctoral thesis

Vliv zvýšené koncentrace CO2, světelného režimu a výživy dusíkem na fyziologii a metabolismus rostlin a následnou odpověď ke stresu suchem a vysokou teplotou u ječmene

Abstract:

Zemědělská produkce čelí novým výzvám v důsledku klimatické změny, která sebou přináší častější výskyt vysokých teplot a sucha. Tyto stresové vlivy nikdy nepůsobí osamoceně, ale v interakci s ostatními environmentálními vlivy, které mohou odpověď rostlin ke stresu měnit. Předkládaná práce se zaměřuje na vliv koncentrace CO2, kvality a intenzity světla a výživy dusíkem na morfologii, fyziologii a biochemii jarního ječmene a důsledky těchto podmínek při následném stresu suchem, vysokou teplotou a jejich kombinací. Byly provedeny tři oddělené experimenty charakterizující tyto vlivy, a to dva experimenty v růstových komorách a jeden v tzv. „open-top chambers“. Byl zaznamenán stimulační efekt zvýšené koncentrace CO2, vysoké intenzity osvětlení, výživy dusíkem a přítomnosti UV záření na růst jarního ječmene. S výjimkou UV záření ale tyto vlivy vedly ke zvýšené citlivosti rostlin při následném vystavení stresu. UV záření naopak vykazovalo ochranný efekt. Při hodnocení výnosu zrna nicméně dominoval efekt aklimatizačních podmínek nad negativními změnami v průběhu krátkodobého stresu. Na výnos zrna měly proto zvýšená koncentrace CO2 i výživa dusíkem pozitivní vliv, stejně jako UV záření. Indukce ochranných látek pomocí pěstebních podmínek neměla pozitivní vliv na překonání období stresu. Jejich zvýšená produkce spíše odrážela stres způsobený aklimatizačními podmínkami, který působil aditivně ke stresu vysokou teplotou a suchem.

Abstract:

Agricultural production faces new challenges as a result of climate change, which brings more frequent occurrence of high temperatures and drought. These stressors never act alone, but in interaction with other environmental factors that can change the response of plants to stress. The presented work focuses on the influence of CO2 concentration, quality and intensity of light and nitrogen nutrition on the morphology, physiology and biochemistry of spring barley and the consequences of these conditions in the subsequent stress of drought, high temperature and their combination. Three separate experiments were conducted to characterize these effects, namely two experiments in growth chambers and one in so-called "open-top chambers". A stimulatory effect of increased CO2 concentration, high light intensity, nitrogen nutrition and the presence of UV radiation on the growth of spring barley was noted. With the exception of UV radiation, however, these effects led to an increased sensitivity of plants during subsequent exposure to stress. UV radiation, on the other hand, showed a protective effect. However, when evaluating grain yield, the effect of acclimatization conditions dominated over negative changes during short-term stress. Therefore, increased CO2 concentration and nitrogen nutrition, as well as UV radiation, had a positive effect on grain yield. Induction of protective substances using growth conditions did not have a positive effect on overcoming the stress period. Their increased production rather reflected the stress caused by acclimatization conditions, which acted additively to the stress of high temperature and drought.

Keywords

transpirace, biomasa, UV

Keywords

transpiration, biomass, UV

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 7. 2023

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Karel Klem, Ph.D.
• Reader: Jana Albrechtová, Ph.D., prof. RNDr., Vladimír Špunda, Marián Brestič, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Plant Production / General Plant Production