Vliv změny morfotypu rostlin pšenice seté na rychlost výměny plynů a fluorescenci chlorofylů

Bc. František Podroužek, DiS.

Master's thesis

Influence of changes in the morphology of wheat plants on the rate of gas exchange and chlorophyll fluorescence

Abstract:

Pšenice setá (Triticum aestivum L.) je jedna z nejstarších obilovin. Patří do skupiny nejpěstovanějších plodin na světě. Tato plodina svou produkcí a rozsahem zaujímá co do množství osevních ploch třetí místo na světě. Pšenice bude patřit stále mezi nejpěstovanější plodiny pro potravinářské, krmné i průmyslové využití. Z těchto důvodů je důležité zabývat se jejím co nejefektivnějším šlechtěním a stále vytvářet odrůdy s vyšším výnosovým potenciálem. Toho lze dosáhnout zlepšením genetického výnosového potenciálu odrůd. Jako perspektivní se jeví odrůdy se změněným morfotypem klasu, kterým se věnuje tato práce. Diplomová práce se zaměřuje na vliv změny morfotypu rostlin pšenice seté na rychlost výměny plynů a fluorescenci chlorofylů. Jedná se o genotypy se změněným zabarvením zrna a povrchu rostlin a o rostliny s využitím dlouhých plev. Pro řešení práce byla využita metoda skleníkového pokusu v částečně řízených podmínkách skleníku na Fakultě agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů na České zemědělské univerzitě v Praze. Skleníkový pokus znázorňoval šest odrůd. Kontrolní varianta představovala komerční odrůdu Bohemia, která svými parametry představovala standardní vlastnosti odrůd. Testované odrůdy představovali různé linie šlechtitelských materiálů z Agrotestu fyto, s. r. o. Kroměříž. První odrůda měla označení V2-29-17 a vyznačovala se mnohořadým klasem. Druhá odrůda s označením V3-94-18 měla opět jako charakteristický znak mnohořadý klas. Třetí odrůda s označením V1-254-17 byla charakteristická dlouhými plevami. Čtvrtou odrůdou byla pšenice s označením V2-253-17, která má tři pestíky a purpurové zbarvení zrna. Poslední pátou sledovanou odrůdou byla osinatá pšenice s mnohořadým klasem, která měla označení V2-37-18. Fyziologické charakteristiky byly sledovány po dobu 28 dnů a bylo provedeno celkem 7 měření v období od počátku odnožování až do fáze objevení se pátého kolénka. Následně byla sledována rychlost výměny plynů, stomatální vodivost a hodnota obsahu CO2 v mezofylových buňkách pomocí infračerveného analyzátoru plynů (LCpro+ SD). Pomocí fluorescenčních metod byl stanovován poměr Fv/Fm. Z výsledků vyplývá, že při pozorování změn morfotypu rostlin nových genotypů pšenic byla prokázána změna v rychlosti fotosyntézy. Nejnižších hodnot dosahovala kontrolní odrůda Bohemia (7,516 μmol CO2.m⁻².s⁻¹). Nevyšší rychlosti fotosyntézy dosahovala odrůda V2-37-18 s mnohořadými osinatými klasy. Odrůda V3-94-18 dosahovala neprůkazně nejlepších výsledků základní průměrné fluorescence chlorofylu (Fv/Fm) a při stanovení obsahu karotenoidů v listech. Genotyp s dlouhými plevami V1-284-17 vykazoval neprůkazně nejvyšších změn rychlosti transpirace a poměru fluorescence variabilní a minimální (Fv/F0). Novošlechtění odrůdy V2-253-17 se třemi pestíky a purpurovým zbarvením zrna mělo neprůkazně nejvyšší hodnoty efektivity využití vody (WUE) a dosahovalo nejvyšších hodnot stomatální vodivosti. Odrůda V2-37-18 s mnohořadými osinatými klasy měla průkazně nejvyšší hodnoty změn rychlosti fotosyntézy společně s neprůkaznými maximálními hodnotami celkového chlorofylu v listech. Fyziologické rozdíly v primárním metabolismu rostlin a transportu elektronů ve fotosystému II vlivem změny morfotypu byly potvrzeny sledováním změny rychlosti fotosyntézy napříč odrůdami. Vliv sledovaných znaků adaptační přizpůsobivosti rostlin k prostředí průkazně ovlivňují pouze znaky rychlosti fotosyntézy. U ostatních sledovaných znaků byly rozdíly patrné, ale dle statistické analýzy neprůkazné.

Abstract:

Wheat (Triticum aestivum L.) is one of the oldest cereals. It is one of the most widely cultivated crops in the world. It is the third largest crop in the world in terms of production and area under cultivation. Wheat will continue to be one of the most widely grown crops for food, feed and industrial use. For these reasons, it is important to breed it as efficiently as possible and to continue to develop varieties with higher yield potential. This can be achieved by improving the genetic yield potential of varieties. Varieties of wheat with an altered ear morphotype, which are the subject of this diploma thesis, appear to be prospective. The diploma thesis focuses on the effect of changing the morphotype of wheat plants on gas exchange rate and chlorophyll fluorescence. These are genotypes with altered grain coloration and plant surface and plants using long glumes. The method of greenhouse experiment in partially controlled conditions of the greenhouse at the Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources at the Czech University of Life Sciences Prague was used for the diploma thesis. The greenhouse experiment included six varieties of wheat. The control variant represented the commercial variety Bohemia, whose parameters represented standard characteristics of the varieties of wheat. The tested varieties represented different lines of breeding materials from the company Agrotest fyto, s. r. o. Kroměříž. The first variety had designation V2-29-17 and was characterized by a multi-rowed ear. The second variety, designated V3-94-18, again had a multi-rowed ear as a characteristic feature. The third variety, designated V1-254-17, was characterised by long glumes. The fourth variety was wheat with the designation V2-253-17, which has three carpels and a purple colouring of the grain. The fifth and last studied variety was a awned wheat variety with a multi-rowed ear, designated V2-37-18. Physiological characteristics were monitored for 28 days and a total of 7 measurements were made from the beginning of tillering stage untill the fifth ear emergence stage. Subsequently, the gas exchange rate, stomatal conductance and CO2 content of mesophyll cells were monitored using an infrared gas analyzer (LCpro+ SD). The Fv/Fm ratio was determined using fluorescence methods. The results showed that a change in photosynthetic rate was proven when plant morphotype changes of new wheat genotypes were observed. The lowest values were reached by the control variety Bohemia (7.516 μmol CO2.m-².s-¹). The highest rate of photosynthesis was achieved by the variety V2-37-18 with many-rowed awned ears. Variety V3-94-18 showed inconclusively best results for basal mean chlorophyll fluorescence (Fv/Fm) and for carotenoid content in leaves. The long glume genotype V1-284-17 showed inconclusively the highest changes in transpiration rate and variable fluorescence to minimum fluorescence ratio (Fv/F0). The newly bred cultivar V2-253-17 with three carpels and purple grain coloration had inconclusively the highest water use efficiency (WUE) values and achieved the highest stomatal conductance values. Variety V2-37-18 with multi-rowed awned ears had conclusively the highest values of photosynthetic rate changes along with inconclusive maximum values of total leaf chlorophyll. Physiological differences in plant primary metabolism and electron transport in photosystem II due to morphotype change were confirmed by monitoring the change in photosynthetic rate across varieties. Only the photosynthetic rate traits were found to be conclusively influenced by the observed plant environmental adaptation traits. For the other traits monitored, differences were evident but not significant according to statistical analysis.

Keywords

pšenice setá, morfotyp, výměna plynů, fluorescence

Keywords

wheat, morphotype, gas exchange, fluorescence

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 17. 5. 2023
• Supervisor: doc. Ing. František Hnilička, Ph.D.
• Reader: Martin Matějovič, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Plant Production / Crop Production