Vliv genotypu špenátu setého (Spinacia oleracea) a vodního deficitu na rychlost výměny plynů

Aneta Helebrantová

Bachelor's thesis

Gas exchange characteristics in relation to genotypes in spinach (Spinacia oleracea) under water stress

Abstract:

Bakalářská práce byla zpracována na téma: Vliv genotypu špenátu setého (Spinacia oleracea) a vodního deficitu na rychlost výměny plynů. Špenát setý (Spinacia oleracea) je jako všechna listová zelenina velmi náročná plodina na dostatek vláhy, a proto je věnována pozornost odrůdám odolným vůči vodnímu stresu. Cílem šlechtění je tedy nalézt rostliny s genotypy, které by vykazovaly odolnost vůči působení vodního deficitu. V klimaboxu katedry botaniky a fyziologie rostlin byl založen nádobový pokus se třemi genotypy špenátu: Misano F1, Monores a Matador. Rostliny byly pěstovány v nádobách o velikosti 11x11 cm. Teplotní režim byl nastaven na 21 °C ve dne a v noci na 17 °C. Světelný režim byl nastaven na 16 hodin světla a 8 hodin tmy. Maximální osvětlení v klimaboxu bylo 800 mikromolů. Rostliny byly pěstovány ve 4 opakováních, kdy schéma pokusu zahrnovalo dvě varianty, kontrolní a stresovanou. Rostliny z kontrolních podmínek byly pěstovány v substrátu, který byl po celou dobu pokusu zavlažován cca 250 ml zálivky.U rostlin stresovaných byla zálivka přerušena na dobu 10 dnů, kdy byl substrát ponechán přirozenému vysychání. Po 10 dnech byla u stresovaných rostlin opět obnovena zálivka (rehydratace) na úroveň kontrolních rostlin. U pokusných rostlin byla ve dvoudenním intervalu sledována rychlost výměny plynů (fotosyntéza a transpirace). Rychlost výměny plynů byla měřena na listech rostlin gazometricky infračerveným přenosným analyzátorem plynů Lpro+ (ADC Bioscientific, Hodeson, Velká Británie). Měření probíhalo vždy v dopoledních hodinách. Z naměřených hodnot rychlosti fotosyntézy a transpirace byla vypočtena efektivita využití vody (WUE). Ze získaných výsledků vyplývá, že u kontrolních rostlin nejvyšší průměrnou rychlost fotosyntézy vykazovala odrůda Monores (12,10 mikromolů CO2.m-2.s-1) a nejnižší u odrůdy Misano (11,58 mikromolů CO2.m-2.s-1). U rostlin stresovaných byla nejvyšší průměrná rychlost fotosyntézy naměřena u odrůdy Matador (9,43 mikromolů CO2.m-2.s-1) a naopak nejnižší u odrůdy Monores (8,76 mikromolů CO2.m-2.s-1). U všech sledovaných odrůd byl zaznamenán pokles fotosyntézy v době působení vodního deficitu. Nejvyšší průměrné hodnoty transpirace dosáhla stresovaná rostlina odrůdy Monores (1,97 mmol H2O.m-2.s-1), nejnižší odrůda Matador (1,68 mmol H2O.m-2.s-1). Stresované rostliny odrůdy Misano měly rychlost fotosyntézy ve výši 1,82 mmol H2O.m-2.s-1. U kontrolních rostlin odrůdy Matador dosahovala rychlost transpirace hodnoty 1,54 mmol H2O.m-2.s-1 a odrůdy Monores 1,85 mmol H2O.m-2.s-1. Rostliny kontrolní (1,85 mmol H2O.m-2.s-1) i stresované (1,82 mmol H2O.m-2.s-1) odrůdy Misano dosahovaly podobných hodnot. Nejcitlivěji na stres reagovala odrůda Monores, jejíž efektivita využití vody byla 4,43 (10-3). Naopak nejlépe si při navození stresu vedla odrůda Matador, efektivita využití vody u této odrůdy byla 5,60 (10-3). Získané výsledky potvrdily navrhované hypotézy, že existují genotypové rozdíly v reakci na vodní deficit a zároveň, že mezi odrůdami jsou rozdíly v rychlosti výměny plynů a WUE u kontrolních a pokusných rostlin.

Abstract:

The bachelors dissertation was compiled on theme of: Gas exchange characteristics in relation to genotypes in spinach (Spinacia oleracea) under water stress. Spinach (Spinacia oleracea) is, similarly as the others leaf vegetables, difficult crop in terms of providing the sufficient level of moisture, therefore the attention is drawn to the varieties of spinach which are resistant to the water stress. Thus the target of cultivation is to find plant which will be resistance to influence of the water stress. In climabox of department of botanics and physiology was founded experiment with three species of spinach: Misano F1, Monores a Matador. The temperature mode was set to 21 °C during the day and 17 °C during the night. The light mode was set to 16 hours of light and 8 hours of dark per day. Maximum light level in climabox was 800 micromole. The plants were cultivated in 4 recurrences, diagram of experiment is involving two variants: control and stress. The plants in control variant were cultivated in substrate, which was irrigated during the whole time of experiment by 250 ml of water. For the plants in stress variant the supply of water was suspended for 10 days and the substrate was naturally continuously dehydrating. After 10 days the water supply was restored (rehydration) for plants in stress variant, same as level of control variant. The observation was made for the speed of gas exchange (photosynthesis and transpiration) in two-day interval. The speed of gas exchange was measured on leaf area with infrared gasometric gas analyzer Lpro+ (ADC Bioscientific, Hodeson, UK). Measured was conducted in morning hours according. Based on the measured values of photosynthesis and transpiration we calculated water usage effectiveness (WUE). Based on obtained results is evident that the highest average speed of photosynthesis in control variant was observed at variety of Monores (12,10 micromole CO2.m-2.s-1) and lowest at variety Misano (11,58 micromole CO2.m-2.s-1). The highest average speed of photosynthesis in stress variant was measured at variety of Matador (9,43 micromole CO2.m-2.s-1) and lowest at variety Monores (8,76 micromole CO2.m-2.s-1). There was observed decrease of photosynthesis for each of variety during the water stress. The highest average values of transpiration were observed at variety Monores (1,97 mmol H2O.m-2.s-1), lowest at variety Matador (1,68 mmol H2O.m-2.s-1). Stressed variety Misano reached level of photosynthesis 1,82 mmol H2O.m-2.s-1. Control variety Matador reached speed of transpiration 1,54 mmol H2O.m-2.s-1 and variety Monores 1,85 mmol H2O.m-2.s-1.Variety Misano was on same level of control variant as stress variant. The most sensitively reacted variety Monores, which usage of water was 4,43 (10-3). Variety Matador managed the stress well, the usage of water was 5,60 (10-3). Obtained results confirmed hypothesis of genotype differences depending on water deficit, thus there are differences between gas exchange and WUE in control and stress plants.

Keywords

špenát, odrůdy, vodní deficit, fotosyntéza, transpirace, WUE

Keywords

spinach, transpiration, WUE, variety, Water deficit, photosynthesis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Horticulture / Horticulture