JE ODOLNOST KLÍČNÍCH ROSTLIN K SUCHU OVLIVNĚNA VELIKOSTÍ ZRN ?

Is seedlings resistance to drought influenced by grain size?

Ing. Michala Ottová

Ing. Jiří Zámečník, CSc.

VÚRV Praha - Ruzyně

Abstract

Seed size had an influence on both osmotic potential and dry matter accumulation in coleoptile under water stress. Coleoptiles grown from larger seeds under water stress had significantly higher dry matter per plant and lower osmotic potential. It has been concluded that the seed reserves from large seeds were depleted what could increase osmotic potential of plants. The osmotic adjustment varies markedly among cultivars. It is expected that plants with high osmotic adjustment can withstand water stress in great extent.

winter wheat, grain size, osmotic adaptability, seedllings

Velikost zrn je významná semenářská charakteristika, která může ovlivnit řadu vlastností mladých rostlin. Po vysetí pšenic nastává často sucho, které může ovlivnit jejich vzcházení. Klíční rostliny jsou až do vzejití závislé na zásobních látkách z endospermu. Rostliny jsou v této době závislé na schopnosti atrahovat tyto živiny. Vliv velikosti zrn se prokazatelně odrazí nejen v raných stádiích ontogeneze, ale může v mnoha případech ovlivnit i výši sklizně. Velikost zrn ovlivňuje jejich klíčení. Řada autorů dokazuje, že větší, případně těžší zrna vytvářejí předpoklad pro vyšší procento vyklíčených rostlin ozimých pšenic (Kalakannavar et al.1989, Mrowka 1988, Lomovic et al. 1995) a tritikale (Naylor 1993). Těžší zrna mají přednost před lehčími také ve vigour indexu. (Kalakannavar et al.1989). Nejednotná jsou zjištění při studiu vlivu velikosti zrn na vzcházení. Chastain et al.1995 zjistili, že velikost zrn neovlivňovala klíčení v laboratorních podmínkách, avšak v polních podmínkách rostliny z větších zrn vzcházely dříve. Gan et al.1992 prokázal, že těžší zrna, setá mělčeji, lépe vzcházejí. Douglas et al. (1994) zjistili, že rostliny z lehkých zrn rychleji vzcházejí. Vzcházení je ovlivněno délkou koleoptile, ale její délka neodpovídala hmotnosti zrn (Chastain et al.1995). Hmotnost tisíce zrn ovlivňuje sušinu klíčků a nadzemních orgánů. Čím větší zrna, tím větší hmotnost nadzemní biomasy (Kalakannavar et al.1989, Podlaski a Wyszkowska 1994, Gan a Stobbe1996). Třicetidenní rostliny vyrostlé z velkých zrn měly přibližně dvojnásobnou hmotnost nadzemní části než rostliny vyrostlé z malých zrn (Mrowka 1988). Vodní potenciál půdy neměl vliv na délku nadzemní část ovlivněnou hmotností zrn (Bouaziz a Hicks 1990). Rychlý včasný růst může být výhodný pro vývoj rostlin, když rostou v podmínkách sucha (Mian a Nafziger 1994). Velikost zrn při limitaci půdní vláhy neměla vliv na vzcházení, výšku rostlin a komponenty výnosu (Shahbaz Ahmad et al.1988). Naše práce je zaměřena na studium tolerance klíčních rostlin ozimé pšenice k suchu.

Materiál a metody

V našich pokusech jsme sledovali odolnost klíčních rostlin ozimé pšenice 9-ti odrůd (Astella,Estica, Ilona, Regina, Samanta, Šárka, Vlada, Vlasta, Zdar) k vodnímu stresu. Zajímal nás vliv velikosti semen na schopnost přizpůsobit se vodnímu stresu v rané fázi klíčení. Zrno jsme na sítech rozdělili na dvě velikostní frakce (velká zrna > 2,8 mm a malá zrna 2,0 mm). Odolnost klíčních rostlin k vodnímu stresu jsme hodnotili na základě osmotického přizpůsobení (OP). Osmotické přizpůsobení je množství osmoticky aktivních látek, které je rostlina schopna aktivně akumulovat. Čím více osmoticky aktivních látek rostlina obsahuje, tím jsou hodnoty osmotického potenciálu zápornější. Čím nižší osmotický potenciál rostlina má, tím více může přijímat vodu ze sušší půdy na základě gradientu vodního potenciálu. Vzhledem k tomu, že osmotický potenciál je závislý na množství vody, které rostlina obsahuje, a toto množství je rozdílné u různých genotypů, byl osmotický potenciál přepočítáván na jednu hodnotu podle zákona van´t Hoffa tak, aby bylo možné porovnat varianty mezi sebou. Měřili jsme osmotický potenciál 2 cm segmentů 5-ti denních koleoptilí. Osmotický potenciál po zmrazení z vymačkané šťávy byl měřen psychrometricky pomocí rosného bodu v komůrkách C52 připojených k HR 33T WESCOR. Klíčení zrna a růst koleoptilí probíhaly bez přístupu světla, aby bylo zajištěno, že jediným zdrojem osmoticky aktivních látek budou pouze látky obsažené v endospermu obilky. Zrno jsme klíčili ve dvou variantách: variantě vodního stresu (9 ml destilované vody / 80 zrn) a variantě kontrolní (18 ml destilované vody / 80 zrn), v uzavřených krabičkách. Teplota při klíčení byla 23 ± 1 oC. Při odběru vzorku pro stanovení osmotického potenciálu byl stanoven obsah vody vztažený relativně k hmotnosti sušiny (H)a hodnota sušiny 2 cm segmentu 5-ti denní koleoptile. Pro každou variantu měření bylo použito 10 rostlin, jednotlivá měření byla nezávisle na sobě třikrát opakována.

Výsledky

Segmenty koleoptilí z velkých zrn měly větší osmotický potenciál (0,76± 0,019 MPa) než segmenty ze zrn malých (0,66 ± 0,029 MPa). Největší vliv velikosti zrn na velikost osmotického potenciálu se projevil u odrůd Regina (o 0.16 MPa měly koleoptile z velkých zrn větší osmotický potenciál než koleoptile vyrostlé z malých zrn), Astella a Šárka. U odrůdy Vlada neměla velikost zrn žádný vliv na osmotický potenciál (obr.1). U segmentů koleoptilí z velkých zrn byla zjištěna také vyšší hodnota sušiny 2 cm segmentu 5-ti denní koleoptile (sušina velkých zrn byla 0,0214± 0,00071g), která se signifikantně lišila od sušiny malých zrn (0,0179 ± 0,00068 g), (obr. 2). Hodnoty sušiny se signifikantně od sebe lišily na 99% hladině významnosti. Oproti tomu obsah vody vztažený relativně k hmotnosti sušiny (H) nebyl signifikantně odlišný u obou variant (velká zrna H = 9,59 ± 0,227 g vody/g sušiny, malá zrna H = 10,28 ± 0,26 g vody/g sušiny), (obr.3).

Diskuse

Klíčení a další vývoj klíčních rostlin, i když po sobě následují, jsou dva odlišné procesy. Výsledky měření na 9-ti odrůdách ukazují na významný vliv velikosti zrn na množství osmoticky aktivních látek přijatých koleoptilí v počátečních fázích růstu klíčních rostlin (do 5. dne). Rozdíl v HTS mezi velkými a malými zrny u Reginy s větším osmotickým přizpůsobením byl menší než u Vlady, která při nedostatku vody nevykazovala osmotické přizpůsobení. Main a Nafziger (1994) nalezli větší akumulaci sušiny v nadzemních částech rostlin vyrostlých při nedostatku vody z větších zrn, podobně jako v našich pokusech. Blum et al. (1980) sledoval růstové charakteristiky stresovaných rostlin a nezjistil korelaci mezi růstovou tolerancí klíčních rostlin k vodnímu stresu a úrovní klíčení v podmínkách vodního stresu. Autoři důsledně tvrdí, že toleranci klíčních zelených rostlin k vodnímu stresu nelze odvozovat z jejich tolerance ke klíčení v různých osmotických stresech. Obsah sušiny koreloval s osmotickým potenciálem, obsah vody s ním byl v opačné korelaci. Vliv velikosti zrn na osmotické charakteristiky i na sušinu byl odrůdově specifický. Morgan (1988) zjistil, že výběr na délku nadzemní a podzemní části a turgorový potenciál se týkal stejných genotypů, u kterých v předešlých pokusech prováděl výběr na osmotické přizpůsobení praporcových listů. Z našich pokusů a z literatury vyplývá, že tolerance k suchu rostlin ozimé pšenice může být výrazně ovlivněna hmotností zrn a je odrůdově specifická.

Literatura

Cornish P.S., Hindmarsh, S., 1988 Seed size influence the coleoptile length of wheat. Australian Journal of Experimental Agriculture.28,521-523

Blum, A., Sinmena B., Ziv O., 1980 An evaluation of seed and seedling drought tolerance screening tests in wheat. Euphytica 29, 727-36

Bouaziz A., Hicks D.R., 1990 Consumption of wheat seed reserves during germination and early growth as affected by soil water potential Plant and Soil, 128: 2, 161-165

Douglas C.L. Jr., Wilkins D.E., Churchill, 1994Tillage, seed size, and seed density effects on performance of soft white winter wheat. Agronomy Journal., 86: 4, 707- 711

Gan Y, Stobbe E.H., Moes J., 1992 Relative date of wheat seedling emergence and its impact on grain yield. Crop Science., 32: 5, 1275-1281

Gan Y., Stobbe E.H., 1996 Seedling vigor and grain yield of 'Roblin' wheat affected by seed size. Agronomy Journal., 88: 3, 456-460

Chastain T.G., Ward K.J., Wysocki D.J., 1995 Stand establishment responses of soft white winter wheat to seedbed residue and seed size., 35: 1, 213-218

Kalakannavar R.M., Shashidhara S.A., Kulkarni G.N., 1989 Effect of grading on quality of wheat seeds. Seed Research., 17: 2, 182-185

Lomovic S., Dokic D., Sabovljevic R., Ciric D., 1995 Effect of weight and protein content on germination energy and percentage in seeds of wheat. /Uticaj mase i sadrzaja proteina na energiju i klijavost semena psenice./ Selekcija i Semenarstvo., 2: 1, 127-130

Mar-Anon T., 1989 Variations in seed size and germination in three Aegilops species. Seed Science and Technology, 17: 3, 583-588

Mian A.R., Nafziger E.D., 1992 Seed size effects on emergence, head number, and grain yield of winter wheat. Journal of Production Agriculture., 5: 2, 265-268

Morgan J.M., 1988 The use of coleoptile response to water stress to differentiate wheat genotypes for osmoregulation, growth and yield. Annals of Botany 62, 193-198.

Mrowka M., 1988 Influence of grain size and sowing depth on dynamics of germination and initial growth of wheat, rye and oats. / Wplyw wielkosci ziarna i glebokosci siewu na dynamike wschodow i poczatkowy wzrost pszenicy ozimej, zyta i owsa./ Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wroclawiu, Rolnictwo., No. 47, 151-157

Naylor R.E.L., 1993 The effect of parent plant nutrition on seed size, viability and vigour and on germination of wheat and triticale at different temperatures. Annals of Applied Biology.,123:2,379-390

Podlaski S., Wyszkowska Z., 1994 Technical and physiological ways of improving seed vigour and increasing grain yield of winter wheat cv. Liwilla. I. Laboratory estimation of seed vigour. / Techniczne i fizjologiczne sposoby poprawy wigoru i zwiekszenia plonu ziarna pszenicy ozimej odmiany Liwilla. Cz. I. Laboratoryjna ocena wigoru nasion./ Roczniki Nauk Rolniczych. Seria A, Produkcja Roslinna., 110: 3 4, 9-20

Shahbaz Ahmad; Shaheena Yasmin; Hashmi N.I.,Quayyum A., 1988 Influence of seed size and seeding depth on performance of tall and semidwarf wheats under limited soil moisture. Pakistan Journal of Agricultural Research., 9: 3, 300-304

Práce byla prováděna za částečné podpory z grantu COST 828.