Effect of selected abiotic stress factors on yield formation parameters of winter wheat genotypes

Ing. Marcela Hlaváčová

Doctoral thesis

Vliv vybraných abiotických stresových faktorů na výnosotvorné prvky různých odrůd pšenice ozimé

Abstract:

Předkládaná disertační práce je souborem čtyř vědeckých publikací založených na výsledcích nádobových experimentů s rostlinami pšenice ozimé. Prvním cílem bylo vyhodnotit citlivost výnosotvorných prvků vůči krátkodobému stresu teplem ve fázi kvetení. Druhým cílem bylo vyhodnotit citlivost výnosotvorných prvků vůči stresu suchem v období přechodu z vegetativní fáze vývoje do generativní fáze vývoje. Třetím cílem bylo vyhodnotit citlivost výnosotvorných prvků a fotosyntetických charakteristik vůči kombinovanému krátkodobému stresu teplem a suchem ve fázích sloupkování, kvetení a plnění zrna. Posledním cílem bylo vyhodnotit citlivost fotosyntetických charakteristik vůči kombinovanému střednědobému stresu teplem a suchem ve fázi kvetení. Výsledky ukázaly, že krátkodobý (3 a 7 dní) stres teplem (32, 35, 38 °C a v porovnání s kontrolní teplotou 26 °C), nebo interaktivním působením stresů teplem a suchem, ve fázích sloupkování, kvetení a plnění zrna obecně vedl k minimálním redukcím v hodnotách výnosotvorných prvků, zatímco dopady na fotosyntetické parametry byly signifikantní (nejnižší dopady na fotosyntetické parametry byly pozorovány ve fázi kvetení). Tato skutečnost poukázala na schopnost rostlin rychle obnovit fotosyntetické procesy, což se projevilo kompenzací v hodnotách finálních výnosotvorných prvků. Stres suchem v období přechodu z vegetativní fáze vývoje do generativní fáze vývoje vedl k signifikantním redukcím výnosotvorných prvků. Fotosyntetické odezvy vůči střednědobému (7 a 14 dní) kombinovanému působení stresů teplem a suchem byly, z hlediska intenzity, podmíněné odrůdou a byly úzce spjaty se změnami ve stomatální vodivosti.

Abstract:

This dissertation thesis is a compilation of four scientific papers based on experiments with pot-grown winter wheat plants. The responses of winter wheat to different lengths of drought and heat stress treatments, applied at growth phases crucial for grain formation, both from the perspective of final yield formation and photosynthetic parameters, were analyzed. Growth chambers (heat and drought stress) and phenotyping platform (drought stress; phenotyping experiment) were used to set up these stress conditions. The first aim was to assess the sensitivity of yield formation parameters to short-term heat stress at anthesis. The second aim was to assess the sensitivity of yield formation parameters to drought stress during the transition from the vegetative stage to the generative stage. The third aim was to assess the sensitivity of yield formation parameters and photosynthetic characteristics to combined short-term heat and drought stress at stem elongation, anthesis, and grain filling stages. The final aim was to assess the sensitivity of photosynthetic characteristics to combined medium-term heat and drought stress at the anthesis stage. The results showed that short-term (3 and 7 days) heat (32, 35, 38 °C, and compared to a control temperature of 26 °C) or interactive effects of heat and drought stress at stem elongation, anthesis, and grain filling stages generally led to minor reductions in yield formation parameters, whereas significant affects on photosynthetic parameters were observed (with the lowest impacts on photosynthetic parameters at anthesis). It indicated that plants were capable of quickly recovering their photosynthetic processes; thus, yield formation parameters could be compensated. Drought stress during the transition from the vegetative stage to the generative stage of development resulted in significant declines in yield formation parameters. The photosynthetic responses to medium-term (7 and 14 days) combined heat and drought stress were genotype-specific in their magnitudes and closely associated with changes in stomatal conductance.

Keywords

pšenice, teplo, sucho

Keywords

heat, drought, wheat

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 6. 2022

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Mgr. Miroslav Trnka, Ph.D.
• Reader: Bernard Šiška, prof. RNDr., Ph.D., Josef Soukup, prof. Ing., Josef Eitzinger, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Doctoral programme / field:
Ecology and Environmental Protection / Applied Bioclimatology