Využití současného měření výměny plynů a fluorescence pro stanovení detekce odpovědi rostlin na vodní stres

Bc. Marie Soudná

Master's thesis

Use of simultaneous gas exchange and fluorescence measurements detections for the plant responses to drought

Abstract:

Práce se zabývá studiem vlivu vodního deficitu na rostliny řepky olejky (Brassica napus L.) a slunečnice roční (Helianthus annuus).Do pokusu byla zařazena odrůda řepky olejky Bonanza a slunečnice roční PR63E82. Rostliny byly pěstovány v částečně řízených podmínkách skleníku katedry botaniky a fyziologie rostlin, FAPPZ, České zemědělské univerzity v Praze, kdy světelný režim byl nastaven na 14 hodin světla a 10 hodin tmy. Schéma pokusu zahrnovalo 2 varianty. Varianta kontrolní byla zavlažována po celou dobu pokusu na úroveň 70 % PVK (polní vodní kapacity). U stresované varianty byl vodní deficit navozen metodou přirozeného vysychání substrátu po dobu 14 dnů a poté následovalo 7 dní rehydratace na úroveň závlahy kontrolních rostlin. U juvenilních pokusných rostlin řepky a slunečnice byl sledován vliv vodního deficitu na rychlost výměny plynů, rychlost fotosyntézy, rychlost transpirace, efektivitu využití vody, fluorescenci chlorofylů. Rychlost výměny plynů byla sledována pomocí infračerveného analyzátoru plynů LCpro SD (ADC, Bio Scientific Ltd, VB). Fluorescence chlorofylů byla měřena pomocí pulzního fluorometru OS5p (ADC, Bio Scientific Ltd, VB). Na základě hodnot fotosyntézy a transpirace byla vypočtena hodnota efektivity využití vody (WUE). Uvedené fyziologické charakteristiky byly měřeny ve dvoudenních intervalech.Jedním z cílů práce je stanovit a vyhodnotit mezidruhovou odlišnost v rychlosti výměny plynů, schopnosti využití vody (WUE) v závislosti na působení vodního deficitu a rehydratace.Na základě získaných výsledků na sucho citlivěji reagovaly rostliny řepky olejky, u kterých byla naměřena nižší průměrná hodnota WUE než u slunečnice roční 11,8 (10-3), ale zároveň hodnota rychlosti fotosyntézy měla menší rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou0,81 μmol CO2.m-1.s-1. Slunečnice roční se jevila jako odolnější rostlina vůči suchu. Průměrná hodnota efektivity využití vody byla u této rostliny výrazně vyšší 14,6 (10-3) než u řepky olejky. U slunečnice byl naměřen vyšší průměrný rozdíl rychlosti fotosyntézy(0,92 μmol CO2.m-1.s-1), než u řepky. V rámci měření fotosyntézy, ani jedna ze zkoumaných rostlin po navození rehydratace v posledním měření nedosáhla hodnot kontrolních rostlin. Rychlost transpirace byla naopak vyšší u řepky olejky, průměrná hodnota stresovaných rostlin měla hodnotu 2,02 mmol H2O.m-2.s-1. U obou pokusných rostlin, byl zaznamenán kolísavý průběh rychlosti transpirace po celou dobu pokusu v obou variantách. Fluorescence chlorofylů byla vyšší u stresované varianty řepky 0,796 než u slunečnice stejné varianty 0,791.Ze získaných výsledků, které byly naměřeny pomocí vhodných přístrojů na tuto problematiku, je patrná genotypová odlišnost rostlin, v reakci na působící vodní deficit.

Abstract:

The thesis deals with the study of water deficit effect on oilseed rape plants (Brassica napus L.) and sunflower (Helianthus annuus).The rape variety Bonanza and sunflower PR63E82 were performed in the experiment. The plants were grown under partially controlled greenhouse conditions at the Department of Botany and Plant Physiology, FAPPZ, where the light regime was set to 14 hours of light and 10 hours of darkness. The trial scheme included 2 variants. The control variant was irrigated throughout the experiment to 70% field water capacity. In the stressed variant, water deficiency was induced by the method of natural drying of the substrate for 14 days followed by 7 days of rehydration to the level of irrigation of the control plants. The influence of water deficit on gas exchange rate, stomatal conductivity, water utilization efficiency, chlorophyll fluorescence was observed in juvenile experimental rape and sunflower plants. The gas exchange rate was monitored using an LCpro SD infrared gas analyzer (ADC, Bio Scientific Ltd, UK). Chlorophyll fluorescence was measured using an OS5p pulse fluorometer (ADC, Bio Scientific Ltd, UK). WUE was calculated based on photosynthesis and transpiration values. These physiological characteristics were measured at two-day intervals.One of the aims of the thesis is to determine and evaluate the interspecific difference in gas exchange rate, water utilization (WUE), depending on water deficiency and rehydration.Based on the results obtained, the oilseed rape plants, which had a lower average WUE than the sunflower of 11,8 (10-3), reacted more sensitively to the dry, but at the same time the photosynthesis rate had a smaller difference between the control and stressed variant0,81 μmol CO2.m-1.s-1. Sunflower appeared to be a more resistant plant to drought. The average water efficiency was 14,6 (10-3) higher than that of oilseed rape. A higher average difference in photosynthesis velocity was measured with the sunflower (0,92 μmol CO2.m-1.s-1) than in rape. In the framework of photosynthesis measurement, none of the plants examined after rehydration in the last measurement reached the values of control plants. On the contrary, the transpiration rate was higher in rape, the average value of stressed plants was 2,02 mmol H2O.m-2.s-1. In both experimental plants, there was a fluctuating course of transpiration rate throughout the experiment in both variants. Chlorophyll fluorescence was higher in the stressed rape variant 0,796 than in the sunflower of the same variant 0,791. From the obtained results, which were measured using suitable instruments for this issue, the genotypic difference of plants is evident in response to the water deficit.

Keywords

slunečnice, řepka, sucho, rehydratace, výměna plynů, fluorescence

Keywords

sunflower, rape, dry, rehydration, gas exchange, fluorescence

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Rural Development and Agriculture / Development of Rural Areas