Vliv vodního deficitu a recovery na výměny plynů juvenilních rostlin z čeledi Cucurbitaceae

Dominika Džačovská

Bachelor's thesis

Influence of water deficit and recovery for gas exchange juvenile plants of the family Cucurbitaceae

Abstract:

Vybrané rostliny z čeledi Cucurbitaceae patří k významným rostlinám z hlediska jejich produkce. Cucumis sativus L., Cucurbita pepo L. a Lagenaria siceraria se pěstují téměř všude, i na místech, které jsou ovlivněny suchem. Je důležité poznat fyziologické nároky jednotlivých rostlin. Cílem práce je stanovení a vyhodnocení mezidruhových rozdílu v rychlosti výměny plynů, v hodnotách efektivity využití vody (WUE) v závislosti na působení vodního deficitu a následné rehydratace. Okurka setá ´Markýza F1´, tykev obecná ´StartGreen F1´ a lagenárie obecná byly pěstovány v nádobách o velikosti 11x11 cm ve skleníku KBFR FAPPZ s částečně řízenými podmínkami. Rostliny byly pěstovány ve směsi zahradního substrátu s vysokým obsahem organických látek a křemičitého písku v poměru 2:1. Schéma pokusu zahrnuje dvě varianty: kontrola a stres s navozeným vodním deficitem. Kontrolní varianta byla po celou dobu zavlažována na úroveň 70 % VVK. U varianty stresované byl navozen vodní deficit pomocí postupného vysýchání substrátu po dobu 15 dnů, následně byla navozena rehydratace do konce pokusu. Rychlost výměny plynů a stomatální vodivost byla měřena infračerveným analyzátorem plynů LCpro+ a z naměřených hodnot rychlosti transpirace a fotosyntézy byla vypočtena hodnota efektivity využití vody (WUE). Dále byl u pokusných rostlin v rámci sledovaných variant pokusu sledován relativní obsah vody (RWC). Dle získaných výsledků nejcitlivěji reagovala na vodní stres tykev obecná ´StartGreen F1´ (Cucurbita pepo L.), u které byla naměřena nejnižší průměrná hodnota WUE 5,5 (10-3), ale zároveň měla nejnižší rozdíl rychlosti fotosyntézy mezi kontrolní a stresovanou variantou v rozmezí od 12,13 mmmol CO2 m-2.s-1 do 12,14 mmmol CO2.m-2.s-1. Jako odolná se jeví okurka setá ´Markýza F1´ (Cucumis sativus L.), která dosáhla nejvyšší průměrné hodnoty WUE 6,78 (10-3) a zároveň byl u ní naměřen nejnižší rozdíl mezi kontrolní a stresovanou variantou v rychlosti transpirace o 0,09 mmol H2O.m-2.s-1, kdy v případě rostlin kontrolních činila rychlost transpirace 2,07 mmol H2O.m-2.s-1. Rychlost fotosyntézy kontrolních rostlin okurky seté byla 11,96 mmmol CO2.m-2.s-1 a rostlin stresovaných 11,53 mmmol CO2.m-2.s-1. V rámci měření fotosyntézy ani jedna plodina po navození rehydratace v 24. den nedosáhla hodnot kontrolních rostlin. U lagenárie obecné byl zaznamenán pokles rychlosti během rehydratace z hodnoty 11,94 mmmol CO2.m-2.s-1 (15. den) až na 11,41 mmmol CO2.m-2.s-1 (24. den). Hodnoty transpirace po navození rehydratace převyšovali v 24.den pokusu hodnoty kontrolních rostlin. Bylo to zaznamenáno u všech zkoumaných plodin. Nejvyšší nárůst byl zjištěn u tykve obecné z hodnoty 1,51 mmol H2O.m-2.s-1 (15. den) do 3,23 mmol H2O.m-2.s-1 (24. den). Nejnižší průměrná rychlost stomatální vodivosti byla naměřena u okurky seté (0,06 mol.m-2.s-1) ve variantě stres, naopak nejvyšší byla zaznamenána u tykve obecné (0,15 mol.m-2.s-1) ve variantě kontrola. U lagenárie obecné byla zaznamenána vyšší rychlost ve variantě stres o 0,02 mol.m-2.s-1 v porovnání s kontrolou (0,03 mol.m-2.s-1). RWC v kontrolní variantě u všech plodin se pohyboval v rozmezí 93 % - 95 %. U měření relativního obsahu vody ve variantě stres bylo zaznamenáno postupné snižování hodnot z 0. dne až po 14.den. Nejvyšší RWC dosahovala tykev obecná 95,06 % (0.den), nejvyšší RWC v 24.den po rehydrataci bylo naměřeno u okurky seté (83,58 %), z hodnoty 65,79 % (14.den). Nejvyšší pokles RWC během vodního stresu byl zaznamenán v 14. den u lagenárie obecné (58,94 %), po následné rehydrataci dosáhla hodnoty 80,16 %.

Abstract:

The chosen plants of the family Cucurbitaceae are important plants because of their production. Cucumis sativus L., Cucurbita pepo L. and Lagenaria siceraria are grown almost everywhere, even in places that are affected by drought. It is important to understand the physiological demands of individual plants. The aim is to determine and assess the interspecies variations in gas exchange rate in terms of water use efficiency (WUE), depending on the influence of water deficit and the following rehydration. Cucumis sativus L. ´Markýza F1´, Cucurbita pepo L. ´StartGreen´ and Lagenaria siceraria were grown in 11x11 cm containers in the greenhouse KBFR FAPPZ with partly controlled conditions. The plants were grown in a mixture of garden substrates with a high organic content and siliceous sand in a ratio of 2:1. The scheme experiment includes two groups: The control one and the one stressed by water deficit. The control group was irrigated at the level of 70% VVK all the time. In the stressed group, there was gradual water deficit induced for 15 days, followed by rehydration lasting till the end of the experiment. The rate of gas exchange and stomatal conductance were measured by an infrared gas analyzer LCpro +. The measured values of the transpiration and photosynthesis were used for the calculation of water use efficiency (WUE). The experiment plant groups were also observed for their relative water content (RWC). According to the obtained results the most sensitive response to water stress was in gourd 'StartGreen F1' (Cucurbita pepo L.), which had the lowest average value of WUE 5.5 (10-3), but it also had the lowest rate of photosynthesis difference between control and stressed variant ranging from 12.13 mmmol CO2 m-2.s-1 and 12.14 mmmol CO2 m-2.s-1. The cucumber 'Markýza F1' (Cucumis sativus L.) with the highest average value of WUE 6.78 (10-3) seems to be resistant to water deficit. Here was measured the lowest difference between control and stressed groups of transpiration rate of 0, 09 mmol H2O.m-2.s-1, where in the case of control plants transpiration rate was 2.07 mmol H2O.m-2.s-1. The rate of photosynthesis in the control plants of cucumber was 11.96 mmmol CO2 m-2.s-1 and 11.53 mmmol CO2 m-2.s-1 in the stressed plants. Concerning the measurement of photosynthesis none of the crop plants reached the values of the control plants on the 24th day after inducing rehydration. In Lagenaria siceraria a decrease in the rate was noted during the rehydration from the value of 11.94 mmmol CO2 m-2.s-1 (day 15th) up to 11.41 mmmol CO2 m-2.s-1 (24th day). The transpiration values after inducing rehydration outnumbered on 24th day of the experiment the values of the control plants. It was recorded in all the studied plants. The highest increase was detected in the common squashes, it was from 1.51 mmol H2O.m-2.s-1 (15th day) to 3.23 mmol H2O.m-2.s-1 (24th day). The lowest average speed of stomatal conductance was measured in cucumber plant (0.06 mol.m-2.s-1) in the stressed variation, while the highest was observed in gourd (0.15 mol.m-2.s-1) variation control group. In Lagenaria siceraria there was recorded a higher rate in the stressed group by 0.02 mol.m-2.s-1compared to the control (0.03 mol.m-2.s-1). RWC in the control variant of all crops ranged from 93% - 95%. In the measuring of the relative water content of the stress variation there was observed gradual decrease of values from day 0 to day 14. The highest RWC was reached by gourd 95.06% (0.den), the highest RWC on day 24th after rehydration was measured in cucumber plant (83.58%), from the value of 65.79% (day 14th). The highest decrease in RWC during water stress was observed on day 14th in the Lagenaria siceraria (58.94%), after the following rehydration it reached 80.16%.

Keywords

tykvovité, fotosyntéza, WUE, transpirace, recovery, vodní stres

Keywords

photosynthesis, WUE, transpiration, Cucurbitaceae, recovery, water stress

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 4. 2017

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