Využití diskriminace izotopu uhlíku ve fyziologii rostlin a šlechtění

Anna Vaniščáková

Bachelor's thesis

Use of carbon isotope discrimination in plant physiology and breeding

Abstract:

Izotop 13C se v porovnání s běžněji se vyskytujícím izotopem 12C v atmosféře nachází ve stopovém množství (1,1 %). Izotopy uhlíku 12C a13C jsou přijímány rostlinami s odlišnými metabolickými drahami C3, C4 a CAM (crassulacean acid metabolism) rozdílně, na základě jejich ochoty pracovat s těžším izotopem 13C. V případě rostlin C3 cyklu fotosyntézy je příjem 13C nižší v porovnání s rostlinami C4 cyklu. Pro plodiny je vytvoření vazby s izotopem 13C energeticky o něco náročnější, ale v situaci, kdy rostlina reaguje na stres a má omezený přístup k atmosférickému zdroji uhlíku (ve formě CO2), jsou zvýhodněny ty rostliny, které izotop 13C nediskriminují tak silně. S ohledem na to, že uhlík v plynné formě a voda ve formě vodní páry vstupují do rostliny stejnou cestou skrze průduchy, které se při stresu zavírají, je schopnost pracovat s maximem omezeného zdroje uhlíku pro rostliny při deficitu vody zásadní.Bakalářská práce se zabývala diskriminací stabilního izotopu 13C ve vztahu k metabolickým drahám fotosyntézy rostlin a k vodnímu deficitu, především k efektivitě využití vody rostlinou a k jejímu zlepšování. Problematiku diskriminace uhlíku 13C rozebírala v souvislosti se stresovými reakcemi rostlin v podmínkách zasolení půdy a nedostatečné dostupnosti vody pro rostlinu. Popisovala využití měření diskriminace 13C a izotopového obsahu 13C ke zjištění efektivity využití vody rostlinou za účelem selekce odolnějších kultivarů. Zaměřila se také na využití metody diskriminace izotopu uhlíku 13C ve šlechtění rostlin. Zabývala se analýzou izotopového obsahu 13C při studiu kompetice kulturních plodin a polních plevelů a pěstováním ve smíšených rostlinných kulturách. Definovala základní pojmy spojené s tématikou izotopového obsahu, diskriminace, frakcionačních faktorů a mezofylové vodivosti. Bakalářské práce byla psána formou literární rešerše.

Abstract:

Isotope 13C is, compared to a more common 12C isotope in the atmosphere, found in trace amounts (1,1%). Carbon isotopes 12C and 13C are accepted by plants of different metabolic pathways C3, C4 and CAM (crassulacean acid metabolism) differently based on their willingness to work with heavier 13C isotope. In the case of plant photosynthesis cycle C3 is its intake lower compared to plants of C4 cycle. Creating bonds with this isotope by crop plants is somewhat more energetically demanding, but in a situation, where the plant is reacting to stress and has restricted access to atmospheric source of carbon (in the form of CO2), plants that do not discriminate 13C so strongly are at an advantage. Given that carbon in gaseous form and water in the form of water vapor, enter the plant through the same apertures (stomata), that close in the moment of stress, the ability to work with a maximum of a limited carbon source during water deficit is vital fact for plants.Bachelor’s thesis dealt with discrimination of a stable 13C isotope in relation to metabolic paths of plant photosynthesis and to water deficit, primarily concerning the efficiency of water use by the plant and its improvement. It examined the problem of 13C discrimination in relation to stress reactions of the plants in conditions of soil salinity and unsufficient amount of water. It described the use of measuring 13C discrimination and isotope content 13C to ascertain water use efficiency by the plant for the purpose of selecting more resilient cultivars. It also focused on methods of 13C isotope discrimination in plants breeding. It dealt with analysis of 13C isotope content in studies of field weed and crop competition and cultivation in mixed plant cultures. It has defined basic concepts related with isotope content, discrimination, fractionation factors and mesophyll conductivity. Bachelor’s thesis was written in the form of literary research.

Keywords

fotosyntéza, WUE, šlechtění, izotopy C, 13C, izotopový obsah, diskriminace

Keywords

photosyntesis, WUE, plant breeding, carbon isotopes, 13C, isotope content, discrimination

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2019

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.
• Reader: Matyáš Orsák, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Agriculture, Horticulture and Rural Development / Crop Production