Efekt aplikace stimulačních látek při vodním stresu u brambor (Solanum tuberosum L.)

Bc. Jiří Krucký

Master's thesis

Effect of application of stimulants in water stress in potatoes (Solanum tuberosum L.)

Abstract:

V důsledku globálních klimatických změn se vliv sucha stává stále větší hrozbou a nadále bude nabývat na významu. Sucho jako nejvýznamnější abiotický stresor v zemědělství způsobuje v rostlině vodní stres. Především u brambor (Solanum tuberosum L.) kvůli náchylnosti této plodiny k nedostatku vody, což má za následek výrazné omezení fyziologických procesů a redukci výnosu. V rámci technologických opatření je využívána celá řada účinných látek omezujících dopady abiotických stresorů na fyziologické projevy rostlin. Na základě výše popsaných skutečností bylo navrženým cílem práce sledovat vliv foliární aplikace Energenu 3D PLUS a Prolinu na základní fyziologické procesy u brambor pěstovaných v podmínkách vodního stresu. Dne 22. března 2019 došlo k výsadbě hlíz brambor odrůdy Ranomi. Rostliny brambor byly pravidelně zavlažovány do 23. dubna 2019 ve fenologické fázi 40 podle BBCH, na počátku zakládání hlíz. V tento okamžik dochází k ukončení zálivky u stresovaných variant a k aplikaci Energenu 3D PLUS a Prolinu. Tímto dnem je pokus zahájen a označujeme jej jako 0. den. Doba trvání experimentu se rovnala 45 dnům (fáze předstresová, fáze stresu a fáze regenerace) a pokus založený ve skleníkových podmínkách byl rozdělen do 5 variant: K (bez aplikace přípravku, se závlahou), S (bez aplikace přípravku, bez závlahy), SS (s aplikací přípravku Energen 3D PLUS, bez závlahy), SSP (s aplikací kombinace přípravků Energen 3D PLUS a Prolin) a SP (s aplikací přípravku Prolin, bez závlahy). Během pokusu byla měřena rychlost fotosyntézy, transpirace a stomatální vodivost na základě gazometrických metod pomocí infračerveného analyzátoru plynů LCpro+. Parametry fluorescence chlorofylů (F0, FM a FV/FM) byly stanoveny pomocí fluorometru OSI 1 FL. Obsah chlorofylu v listech byl sledován pomocí chlorofylmetru a také metodou podle Porry et al. (1989). Dále byl sledován obsah prolinu v listech dle Batese et al. (1973) a průměrný výnos hlíz u zkoumaných variant. Ze získaných výsledků vyplývá, že vlivem vodního stresu byla u varianty SS, SSP a SP ve fázi dehydratace (11. a 17. den) zaznamenána statisticky průkazně nižší rychlost fotosyntézy, rychlost transpirace a stomatální vodivost oproti variantě K. Ve fázi rehydratace (45. den) byla navýšena rychlost fotosyntézy a transpirace vlivem stimulačních látek a osmoprotektantů u variant SS, SSP a SP. Nejvyšší rychlost fotosyntézy a transpirace byla u varianty SP a společně s variantou SSP dosahovaly statisticky průkazně vyšších hodnot oproti variantě K, varianta SS nedosahovala statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Ve fázi rehydratace (45. den) byla navýšena stomatální vodivost vlivem stimulačních látek a osmoprotektantů u variant SS, SSP a SP. Varianta SP dosahovala statisticky průkazně vyšších hodnot oproti variantě K, varianty SS a SSP nedosahovaly statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Vliv vodního deficitu statisticky průkazně snížil maximální kvantový výtěžek PS II varianty SSP (11. den, fáze dehydratace), u variant SS, SP (11. den, fáze dehydratace) nebyl zaznamenán statisticky významný rozdíl hodnot oproti variantě K. Den 17. (fáze dehydratace) neměl působící vodní stres vliv na maximální kvantový výtěžek PS II u variant SS, SSP a SP. Ve fázi rehydratace (39. den) byl vlivem osmoprotektantu zaznamenán nejvyšší maximální kvantový výtěžek PS II u varianty SP. Varianta SP dosahovala statisticky průkazně vyšších hodnot oproti variantě K, varianty SS a SSP nedosahovaly statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Vlivem vodního stresu byl u varianty SS ve fázi dehydratace (11. den) zaznamenán statisticky

Abstract:

průkazně vyšší obsah chlorofylů (CCI) oproti variantě K, varianty SSP a SP nedosahovaly statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Ve fázi dehydratace (17. den) byl vlivem vodního stresu zaznamenán u variant SS, SSP a SP statisticky průkazně vyšší obsah chlorofylů (CCI) a obsah prolinu oproti variantě K. Ve fázi rehydratace byl vlivem stimulačních látek a osmoprotektantů zaznamenán u variant SS, SSP a SP statisticky průkazně vyšší obsah chlorofylů (CCI) oproti variantě K. Ve fázi dehydratace (11. den) neměl působící vodní stres vliv na obsah chlorofylu a,chlorofylu b, celkového chlorofylu (a+b), obsah karotenoidů a obsah prolinu u variant SS, SSPa SP. Vlivem vodního stresu byl u varianty SS ve fázi dehydratace (17. den) zaznamenán statisticky průkazně vyšší obsah chlorofylu a oproti variantě K, varianty SSP a SP nedosahovaly statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Vlivem vodního stresu byl u variant SS, SSP ve fázi dehydratace (17. den) zaznamenán statisticky průkazně vyšší obsah chlorofylu b, celkového chlorofylu (a+b) a obsah karotenoidů oproti variantě K, varianta SP nedosahovala statisticky významných rozdílů ve srovnání s variantou K. Ve fázi rehydratace (25., 31. a 39. den) byl vlivem stimulačních látek a osmoprotektantů zaznamenán statisticky průkazně vyšší obsah chlorofylu a, chlorofylu b, celkového chlorofylu (a+b), obsah karotenoidů a obsah prolinu u variant SS, SSP a SP oproti variantě K. Vlivem vodního deficitu byl u variant SS, SSP a SP zaznamenán statisticky průkazněnižší průměrný výnos hlíz oproti variantě K. Na základě výsledků vyplývá, že hypotéza byla potvrzena. Stimulační látky a osmoprotektanty pozitivně ovlivňovaly fyziologický stav rostlin v období stresu a snižovaly tak jeho dopady na rostlinu.

Abstract:

As a result of global climate change, the effects of drought are becoming an increasing threat and will continue to grow in importance. Drought as the most important abiotic stressor in agriculture causes water stress in plants. Especially in potatoes (Solanum tuberosum L.) due to the susceptibility of this crop to water shortage, which results in a significant reduction in physiological processes and a reduction in yield. As part of technological measures, number of active substances are used to reduce the effects of abiotic stressors on the physiological manifestations of plants. Based on the facts described above, the aim of this work was to monitor the effect of foliar application of Energen 3D PLUS and Proline on the basic physiological processes in potatoes grown under water stress conditions. On March 22, 2019, Ranomi potato tubers were planted. Potato plants were regularly irrigated until April 23, 2019 in phenological phase 40 according to BBCH, at the beginning of tuber establishment. At this point, the watering of stressed variants was terminated and Energen 3D PLUS and Proline were applied. The experiment started on this day, otherwise known as Day 0. The duration of the experiment was 45 days (pre-stress phase, stress phase and regeneration phase) and the experiment based on greenhouse conditions was divided into 5 variants: K (without application of the product, with irrigation), S (without application of the product, without irrigation), SS (with Energen 3D PLUS, without irrigation), SSP (with a combination of Energen 3D PLUS and Prolin) and SP (with Prolin, without irrigation). During the experiment, the rate of photosynthesis, transpiration and stomatal conductivity were measured on basis of gasometric methods using an infrared gas analyzer LCpro+. Chlorophyll fluorescence parameters (F0, FM a FV/FM) were determined using an OSI 1 FL fluorometer. The chlorophyll content in the leaves was monitored using a chlorophyllmeter and a method of Porry et al. (1989). Furthermore, the content of proline in the leaves was monitored according to Bates et al. (1973) and the average yield of tubers in the investigated variants. The results obtained show that, due to water stress the SS, SSP and SP variants in the dehydration phase (Day 11 and Day 17) showed a statistically significant lower rate of photosynthesis, transpiration rate and stomatal conductivity compared to the K variant. In the rehydration phase (Day 45), the rate of photosynthesis and transpiration was increased due to stimulants and osmoprotectants in the SS, SSP and SP variants. The highest rate of photosynthesis and transpiration was in the SP variant and together with the SSP variant they reached statistically significant higher values compared to the K variant, the SS variant did not achieve statistically significant differences in comparison with the K variant. In the rehydration phase (Day 45), stomatal conductivity was increased due to stimulants and osmoprotectants in the SS, SSP and SP variants. The SP variant achieved statistically significant higher values compared to the K variant, the SS and SSP variants did not achieve statistically significant differences compared to the K variant. The effect of water deficit was statistically proved to reduce the maximum quantum yield of PS II variant SSP (Day 11, dehydration phase), no statistically significant difference of values were recorded for the SS, SP variants (Day 11, dehydration phase) compared to the K variant. Day 17. (dehydration phase) water stress did not affect the maximum quantum yield of PS II in the SS, SSP and SP variants. In the rehydration phase (Day 39), the highest maximum quantum yield of PS II was recorded for the SP variant due to the osmoprotectant. The SP variant achieved statistically significantly higher values compared to the K variant, the SS and SSP variants did not achieve statistically significant differences compared to the K variant. Due

Abstract:

to water stress the SS variant in the dehydration phase (Day 11) showed a statistically significant higher chlorophyll content (CCI) compared to variant K, the SSP and SP variants did not achieve statistically significant differences compared to variant K. In the dehydration phase (Day 17) due to water stress, a statistically significant higher chlorophyll content (CCI) and a proline content were recorded in the SS, SSP and SP variants compared to the K variant. In the rehydration phase due to stimulants and osmoprotectants, a statistically significant higher content of chlorophylls (CCI) was recorded in variants SS, SSP and SP compared to variant K. In the dehydration phase (Day 11) water stress did not affect the content of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll (a+b), carotenoid content and proline content in variants SS, SSP and SP. Due to the water stress the SS variant in the dehydration phase (Day 17) showed a statistically significant higher chlorophyll a content compared to the K variant, the SSP and SP variants did not achieve statistically significant differences compared to the K variant. Due to water stress the SS, SSP variants in the dehydration phase (Day 17) showed a statistically significant higher content of chlorophyll b, total chlorophyll (a+b) and carotenoid content compared to variant K, variant SP did not achieve statistically significant differences compared to variant K. In the rehydration phase (Day 25, Day 31 and Day 39), statistically significant higher contents of chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll (a+b), carotenoid content and proline content were recorded in stimulatory substances and osmoprotectants in variants SS, SSP and SP compared to variant K. Due to the water deficit the SS, SSP and SP variants had a statistically significant lower average yield of tubers compared to the K variant. Based on the results the hypothesis was confirmed. Stimulants and osmoprotectants positively affected the physiological state of plants during the periods of stress and thus reduced its effects on the plant.

Keywords

brambory, vodní stres, fotosyntéza, prolin

Keywords

potatoes, water stress, photosynthesis, proline

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Helena Hniličková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Crop Science / Crop Science