Vliv zasolení na primární metabolismus a enzymatickou aktivitu máku setého

Bc. Jakub Špaček

Master's thesis

Influence of salinity on primary metabolism and enzymatic activity of poppy seeds

Anotácia:

Tématem diplomové práce je vliv zasolení na primární metabolismus a enzymatickou aktivitu máku setého (Papaver somniferum L.). Zasolení z globálního hlediska představuje jeden z nejvýznamnějších abiotických stresových faktorů. Půdy ohrožené salinitou se vyskytují ve všech klimatických pásech, přičemž nejvíce ohrožené jsou aridní a semiaridní oblasti. Solný stres úzce souvisí s vodním deficitem, neboť narušuje osmotický potenciál buněčného prostředí, a snižuje tak schopnost rostlin přijímat vodu. V konečném důsledku solný stres negativně ovlivňuje téměř všechny rostlinné funkce. Snižuje schopnost růstu a vývoje, omezuje fotosyntézu, zpomaluje transpiraci nebo zhoršuje dýchací procesy. Solný stres je stále více diskutovaným tématem, neboť oblastí potencionálně ohrožených tímto abiotickým faktorem neustále přibývá. Důvodem bývá nejčastěji odlesňování krajiny, používání nevhodné závlahy, solení silnic či přehnojování. Vliv zasolení byl sledován v nádobových skleníkových pokusech s částečně řízenými podmínkami pěstování. Juvenilní rostliny máku genotypů Lazur, Albín, Major, Orbis, Florián byly pěstovány ve čtyřech variantách s různou intenzitou zasolení (50, 75, 100, 125 mM NaCl) a v jedné variantě kontrolní. Během pokusu se uskutečnilo 6 odběrů (0, 1, 3, 7, 10 a 14 dnů od počátku pokusu). Pokus byl zahájen ve fázi přízemní listové růžice (BBCH 15-18). U rostlin máku vystavených stresovým podmínkám byla sledována rychlost výměny plynů a stomatální vodivosti, obsah prolinu a MDA (malondialdehydu) a obsah pigmentů. Ze získaných výsledků vyplývá, že nejvyšší hodnoty fotosyntézy byly u všech odrůd zaznamenány u kontrolní varianty, přičemž průměrná hodnota činila 7,15 μmol CO2/m2/s. Naopak nejnižších hodnot bylo dosahováno v rámci varianty S4, kde byl patrný vliv vysoké koncentrace soli a rychlost fotosyntézy dosahovala v průměru 6,59 μmol CO2/m2/s. Nejvyšších hodnot stomatální vodivosti bylo dosaženo u kontrolních rostlin při posledním měření, kde průměrná hodnota všech odrůd představovala 0,24 mol/m-2/s. Naproti tomu nejnižší hodnoty otevřenosti průduchů byly zjištěny u varianty S4, taktéž při 6. odběru. Průměr všech odrůd v této variantě činil při posledním měření 0,03 mol/m-2/s. Podobný trend vykazovaly i hodnoty v souvislosti s rychlostí transpirace. Nejvyšší rychlosti bylo dosaženo opět u kontrolních variant při posledním měření, kde průměr odrůd dosáhl hodnoty 4,55 mmol H2O/m2/s. Nejnižší rychlost transpirace byla zaznamenána též při posledním odběru u varianty S4 (0,78 mmol H2O/m2/s). Prokazatelně nejnižší množství prolinu bylo zjištěno u kontrolních rostlin s průměrnou hodnotou 3,52 μm/g, přičemž s postupným navyšováním solné koncentrace docházelo k nárůstu obsahu prolinu. Nejvyšších hodnot tak bylo dosaženo v rámci varianty S4 (23,27 μm/g). Podobná tendence byla zaznamenána i v souvislosti s obsahem MDA. Průměrná hodnota v kontrolní variantě činila 5,22 nM/g a ve variantě S4 35,92 nM/g. Negativní působení solného stresu bylo zaznamenáno i při stanovení obsahu pigmentů. Obsah karotenoidů i chlorofylu v listech máku klesal v závislosti na zvyšování koncentrace NaCl. V případě karotenoidů byla u kontrolních rostlin všech sledovaných odrůd zjištěna průměrná hodnota 5,55 nmol/cm2. Obsah chlorofylu dosáhl u kontrolních rostlin průměrné hodnoty 30,86 nmol/cm2. U modelových rostlin varianty S4 byly naměřeny hodnoty 0,15 nmol/cm2 (karotenoidy) a 0,31 nmol/cm2 (chlorofyl).

Abstract:

The topic of the diploma thesis is salinity on the metabolism and enzymatic primary activity of poppy (Papaver somniferum L.). From a global perspective, salinity is one of the most important abiotic stressors. Soils at risk of salinity occur in all climatic zones, with arid and semi-arid areas being most at risk. Salt stress is associated with water deficit because it impairs the osmotic potential of the cellular environment, thus reducing the ability of plants to absorb water. Ultimately, salt stress negatively affects almost all plant functions. Reduces growth and development, reduces photosynthesis, slows transpiration, worsens respiratory processes. Salt stress is an increasingly discussed topic, as the areas potentially threatened by this abiotic factor are constantly increasing. The reason is most often deforestation of the landscape, the use of inappropriate irrigation, salting roads or over-fertilization. The effect of salinity was monitored in container greenhouse experiments with partially controlled growing conditions. Juvenile poppy plants of genotypes: Lazur, Albín, Major, Orbis, Florián were grown in four variants with different salinity intensity (50, 75, 100, 125 mM NaCl) and in one control variant. During the experiment, 6 samples were taken (0, 1, 3, 7, 10 and 14 from the beginning of the experiment). The experiment was started in the ground leaf rosette phase (BBCH 15-18). The rate of gas exchange and stomatal conductivity, the content of proline and MDA (malondialdehyde) and the content of pigments were monitored in plants exposed to stress conditions. The obtained results show that the highest values of photosynthesis were in all recorded results in the control variant, while the average value was 7.15 nmol/cm2. On the contrary, the lowest values were achieved in variants S4, where the effect of high salt concentration was evident and the rate of photosynthesis averaged 6.59 nmol/cm2. The highest value of stomatal conductivity was achieved in control plants at the last measurement, where the average value of all was 0.24 mol/m-2/s. In contrast, the lowest values of vent openness were found in variant S4 also at the 6th sampling. The average of all varieties in this variant was 0.03 mol/m-2/s at the last measurement. A similar trend and values in connection with the speed of transpiration. The highest speed was again achieved in the control variants during the last measurement, where the average reached the value of 4.55 mmol H2O/m2/s. The lowest transpiration rate was also recorded at the last sampling for variant S4 (0.78 mmol H2O/m2/s. The lowest proline content was demonstrably highest in control plants with an average value of 3.52 μm/g, while with a gradual increase in salt concentration, the proline content increased. The highest values were thus achieved within the S4 variant (23.27 μm/g). A similar trend was observed in relation to the content of MDA. The average value in the control variant was 5.22 nM/g and in variant S4 35.92 nM/g. The negative effect of salt stress was also recorded when determining the content of pigments. The content of carotenoids and chlorophyll in poppy leaves decreased due to increasing NaCl concentration. In the case of carotenoids, an average value of 5.55 nmol/cm2 was found in the control plants of all monitored varieties. The chlorophyll content of the control plants averaged nmol/cm2. Values of 0.15 nmol/cm2 (carotenoids) and 0.31 nmol/cm2 (chlorophyll) were measured in model plants of variant S4.

Kľúčové slová

mák setý, salinita, výměna plynů, MDA, prolin

Keywords

salinity, opium poppy, gas exchange, MDA, proline

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 4. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 5. 2023
• Vedúci: doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.
• Oponent: Martin Matějovič, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Plant Production / Crop Production