Vliv sucha na klíčení vybraných genotypů hrachu (Pisum sativum L.)

Karolína Humešová

Bachelor's thesis

Effect of drought on germination of selected pea genotypes (Pisum sativum L.)

Abstract:

Se stále více výraznou změnou klimatu se musíme my lidé přizpůsobit. Budoucnost našeho přizpůsobení je v odolných genotypech námi užívaných plodin, které budou schopné stejné produkce jako doposud. Sucho je velmi klíčovým faktorem klimatické změny. Tato práce se zabývá suchem jako jedním z významných stresorů rostlin, zejména v období klíčení, kdy je voda velmi důležitá a nenahraditelná. Cílem práce bylo porovnání genotypů ˈAstronauteˈ a ˈEsoˈ hrachu setého polního (Pisum sativum L.) a jejich celkové reakce na laboratorně simulované podmínky sucha. Experiment byl založen na katedře botaniky a fyziologie rostlin, FAPPZ, ČZU v Praze. Vydezinfikované osivo 1% NaClO (chlornan sodný) bylo rozděleno do tří variant roztoku polyethylene glycol-6000 (PEG) a to do variant 5% PEG, 10% PEG, 15% PEG a čtvrté kontrolní varianty ošetřené destilovanou vodou. Každá varianta byla zastoupena po pěti Petriho miskách. Semena byla umístěna do teplotně řízeného klíčícího boxu s teplotou 23 °C. Tím bylo možné dosáhnout stejných podmínek pro klíčení pro oba genotypy. Hodnocení parametrů klíčivosti probíhalo ve třech termínech (3., 5. a 7. den) od založení experimentu. Mezi hodnocenými parametry byly klíčivost semen, energie klíčení, rychlost klíčení, index klíčivosti, délka nadzemní a kořenové části. Po závěrečném měření (7. den) bylo provedeno oddělení nadzemní (shoot) a kořenové části (root), následné zvážení těchto částí a umístění do sušícího boxu. Ze suché hmoty rostlin byl stanoven poměr ROOT:SHOOT. Dále byly v rámci doplňující analýzy zkoumány anatomické řezy kořenů klíčících rostlin vystavených suchu a na nich pozorované změny v pletivech kořene. Hypotéza experimentu byla potvrzena. Existují genotypové rozdíly v rychlosti klíčení, klíčivosti a růstových parametrech semen v závislosti na působení vodního stresu. Bylo prokázáno, že klíčivost genotypu ˈEsoˈ byla ve všech variantách o procento až dvě vyšší než u genotypu ˈAstronauteˈ. Se zvýšením koncentrace PEG došlo u obou genotypů k viditelnému snížení v parametrech rychlost klíčení, a také energie klíčení. Genotyp ˈEsoˈ měl oproti genotypu ˈAstronauteˈ výrazně nižší propad jak v energii klíčení, tak i v rychlosti klíčení ve variantě 10% PEG. Parametr index klíčivosti poukázal na skutečnost, že ve variantě 10% PEG u genotypu ˈAstronauteˈ došlo ke snížení o celou jednotku více oproti genotypu ˈEsoˈ, avšak ve variantě 15% PEG byl tolerantnější (o desetiny) genotyp ˈAstronauteˈ. Zajímavým zjištěním bylo také to, že kořenová část vždy dominovala ve variantách 10% a 15% PEG u obou genotypů. Genotyp ˈAstronauteˈ měl vyšší podíl nadzemní části ve variantě Kontrola. Genotyp ˈEsoˈ měl u všech variant po celou dobu experimentu vyšší podíl kořenové části než té nadzemní. PEG se projevil i na anatomických řezech klíčících rostlin. Celkovou vizualizací obou genotypů bylo potvrzeno, že se tolerantněji vůči suchu jevil genotyp ˈEsoˈ.

Abstract:

With climate change becoming more and more pronounced, we humans have to adapt. The future of our adaptation lies in resilient genotypes of the crops we use, which will be able to produce as well as before. Drought is a significant factor in climate change. This study focuses on drought as one of the major stressors on plants, especially during the germination period when water is very important and irreplaceable. The aim of this work was to compare ˈAstronauteˈ and ˈEsoˈ genotypes of field pea (Pisum sativum L.) and their overall response to laboratory simulated drought conditions. The experiment was based at the Department of Botany and Plant Physiology, FAFNR, CULS in Prague. Disinfected seeds with 1% NaClO (sodium hypochlorite) were divided into three variants of polyethylene glycol-6000 (PEG) solution, namely, 5% PEG, 10% PEG, 15% PEG and a fourth control variant was treated with distilled water. Each variant was represented by five petri dishes. The seeds were placed in a temperature controlled germination box at 23°C. This allowed the same germination conditions to be achieved for both genotypes. Parameters of germination process were evaluated on three particular days (day 3, 5 and 7) from the establishment of the experiment. The parameters were seed germination, germination energy, germination rate, germination index, shoot and root length. After the final measurement (day 7), the shoot and root parts were separated, then weighed and placed in a drying box. The ROOT:SHOOT ratio was determined from the dry mass of the plants. In addition, anatomical sections of roots of germinated plants exposed to drought and the changes observed in the root tissues were examined as a complementary analysis. The hypothesis of the experiment was confirmed. There are genotypic differences in germination rate, germination and growth parameters of seeds depending on water stress. It was shown that the germination rate of the ˈEsoˈ genotype was one to two percent higher than that of the ˈAstronauteˈ genotype in all variants. With an increase in PEG concentration, there was a visible decrease in both genotypes in the parameters germination rate, and also germination energy. The ˈEsoˈ genotype had a significantly lower drop in both germination energy and germination rate in the 10% PEG variant compared to the ˈAstronauteˈ genotype. The parameter germination index indicated that in the 10% PEG variant, the ˈAstronauteˈ genotype showed a decrease by one unit more compared to the ˈEsoˈ genotype, but in the 15% PEG variant, the ˈAstronauteˈ genotype was more tolerant (by decimals). Another interesting finding was that the root part always dominated in the 10% and 15% PEG variants in both genotypes. The ˈAstronauteˈ genotype had a higher proportion of shoot in the Control variant. Genotype ˈEsoˈ had a higher proportion of root part than shoot in all variants throughout the experiment. PEG was also evident in anatomical sections of germinating plants. Overall visualization of both genotypes confirmed that genotype ˈEsoˈ was more tolerant to drought.

Keywords

hrách, klíčivost, vodní stres, abiotický stresor, růstové parametry

Keywords

water stress, abiotic stressor, growth parameters, pea, germination

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 27. 5. 2024
• Supervisor: prof. Ing. Václav Hejnák, Ph.D.
• Reader: Pavla Vachová, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Horticulture