Biologiczne podstawy działania biostymulatora Asahi SL

Transkrypt

1 Biologiczne podstawy działania biostymulatora Asahi SL Helena GAWROŃSKA, Arkadiusz PRZYBYSZ, Adam SŁOWIŃSKI Samodzielny Zakład Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu helena_gawronska@sggw.pl Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego BIOSTYMULATORY W NOWOCZESNEJ UPRAWIE ROŚLIN Warszawa SAMODZIELNY ZAKŁAD PRZYRODNICZYCH PODSTAW OGRODNICTWA

2 Asahi SL biostymulator roślinny: stymuluje wzrost i rozwój roślin zwiększa plonowanie poprawia jakość plonów Stosowanie Asahi SL zaleca się szczególnie w przypadku: uszkodzeń roślin w wyniku stosowania środków ochrony roślin, stresowych czynników środowiska: susza, przymrozki po przesadzaniu OH NO2 Substancje czynne: sodium orto-nitrophenolan ONP (,2%) sodium para-nitrophenolan PNP (,3%) sodium 5-nitroguajakolan 5NG (,1%) HO HO O2N OH3 O2N

3 Badania prowadzone w Samodzielnym Zakładzie adzie Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa Działanie Asahi SL badamy w warunkach: polowych kontrolowanych (kamery wzrostowe i szklarnie): optymalnych stresowych: susza i zasolenie w podłożu, stres metali ciężkich Poziomy organizacji biologicznej: łan roślina procesy fizjologiczno-biochemiczne poziom molekularny (zmiany w profilu ekspresji genów)

4 Badania w warunkach polowych: łan, roślina i wybrane procesy fizjologiczne Materiał: Rzepak ozimy (Brassica napus L. var. oleifera) Lisek Lokalizacja: Pole doświadczalne SGGW, Chylice, sezon wegetacyjny 26/7, klasa IIIb/IVa Zabiegi agrotechniczne stosowano zgodnie z zaleceniami dla tego gatunku Traktowanie: Asahi SL oprysk,2% v/v, 3 L ha -1-1X ( ) lub - 2X (29.3. oraz ) DATA

5 Badane procesy/parametry i stosowane metody: wysokość roślin, liczba: liści, pędów kwiatostanowych, łuszczyn, nasion w łuszczynie, akumulacja świeżej i suchej masy w organach części nadziemnej rośliny, plon rolniczy (obserwacje morfologiczne, zliczenia, pomiary biometryczne i wagowe) Sprawność aparatu fotosyntetycznego: intensywność fotosyntezy i transpiracji, opory dyfuzyjne (IRGA, LICOR 62, Lincoln, Nebraska, USA) zawartość chlorofilu (Chlorophyll Content Meter CL- 1,Hansatech) fluorescencja chlorofilu a (Handy PEA, Hansatech, UK)

6 Wpływ Asahi SL na wysokość roślin (A), liczbę liści (B), łuszczyn (C) i nasion w łuszczynie (D) u rzepaku ozimego Lisek. Dane przedstawiają średnie z 4 powtórze rzeń (5 roślin w każdym) ±SE, n= A 3 B /cm roślina -1 / /liście roślina -1 / Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x /łuszczyny roślina -1 / C /nasiona łuszczyna -1 / D Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Asahi SL stymuluje wzrost elongacyjny roślin oraz rozwój j generatywny

7 Świeża (A, C) i sucha masa (B, D) części nadziemnych oraz łuszczyn z nasionami u roślin rzepaku ozimego Lisek po zastosowaniu Asahi SL. Dane przedstawiają średnie z 4 powtórzeń ( 5 roślin w każdym) ±SE, n= 2. 6 A 15 C /g roślina -1 / /g roślina -1 / Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x /g roślina -1 / B 8 6 /g roślina -1 / D Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Asahi SL zwiększa akumulację biomasy

8 Wymiana gazowa i zawartość chlorofilu w liściach roślin rzepaku ozimego Lisek po zastosowaniu Asahi SL. Dane przedstawiają średnie z 4 powtórzeń (5 roślin w powtórzeniu, 3 pomiary) ±SE, n= 6. µmol CO 2 m -2 s fotosynteza s cm opory dyfuzyjne Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x µmol H 2 O m -2 s transpiracja Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Wartości względne chlorofil Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Wymiana gazowa i zawartość chlorofilu zwiększa kszały y się po zastosowaniu Asahi SL więcej poster # 7

9 Plon nasion rzepaku ozimego Lisek po zastosowaniu Asahi SL z rośliny (A) oraz z poletka (B). Dane przedstawiają średnie z 4 powtórze rzeń ( 5 roślin w powtórzeniu lub 18 m 2 ) ±SE. 4 A 9 B / g r o ś lin a - 1 / /kg poletko -1 / Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Kontrola Asahi SL 1x Asahi SL 2x Asahi SL zwiększa kszał plon nasion rzepaku

10 Podsumowanie: Biostymulator Asahi SL stosowany w uprawie rzepaku w warunkach polowych : stymulował wzrost i rozwój j roślin rzepaku ozimego, zwłaszcza generatywny, ale zmniejszał liczbę liści, zwiększał akumulację świeżej ej i suchej masy, zwiększał intensywność fotosyntezy i zawartości chlorofilu, skutkował zwiększeniem plonu nasion jednokrotny oprysk Asahi SL z reguły y miał bardziej pozytywny wpływ.

11 Badania w szklarni i kamerach wzrostowych z kontrolą temperatury, wilgotności powietrza i oświetlenia Materiał: 3 ozdobne odmiany szarłatów Amaranthus sp. rosnące w hydroponice lub w podłożu stałym Arabidopsis thaliana L. Col.4 fotoperiod 8/16 godzin dzień/noc PAR μm m -2 s -1 temperatura 2/18 O C d/n RH ~ 75 %

12 Warunki optymalne: Poster # 8 Ochronna rola Asahi SL w warunkach stresu: zasolenia (Amaranthus sp. postery # 9 i # 1) metali ciężkich (Cd) stres suszy w podłożu: optimum uwodnienia: 7 podłoża (S1) poziomy suszy: 6, 5, 4, 3, 2 (S2, S3, S4, S5, S6 odpowiednio). Asahi SL stosowano w formie oprysku, w stężeniach:.2,.1,.2, 1. % v/v, po osiągnięciu przez rośliny odpowiedniego stopnia uwodnienia podłoża Pomiary wykonywano w 1, 2, 3 i 4 tygodnie po zastosowaniu Asahi SL L-ba powtórzeń zależnie od doświadczenia i parametru: 7 do 21

13 Badane procesy/parametry i stosowane metody Wzrost i rozwój j roślin: lin: wysokość roślin, długość kwiatostanu i korzeni, liczbę liści, kwiatostanów, łuszczyn, wytwarzanie świeżej i suchej masy, wielkość powierzchni asymilacyjnej (obserwacje morfologiczne, zliczenia, pomiary biometryczne oraz wagowe, Leaf area meter, Sky, UK) Sprawność aparatu fotosyntecznego: intensywność fotosyntezy, opory dyfuzyjne (IRGA, LICOR 62, Lincoln, Nebraska USA), zawartość chlorofilu (Chlorophyll Content Meter CL- 1,Hansatech, UK), fluorescencja chlorofilu a (Hansatech, Handy PEA, UK), Gospodarka wodna: RWC (wagowo), intensywność transpiracji (IRGA, LICOR 62, Lincoln, Nebraska, USA), Integralność błon cytoplazmatycznych: wycieki elektrolitów (elektrokonduktometrycznie), Profile ekspresji genów (Arabidopsis thaliana Genome Oligo Set, Version 3. OPERON, 7 oligonukleotydowe mikromacierze, oligos z 26 oligos dla indywidualnych transkryptów).

14 Wysokość (A), powierzchnia asymilacyjna (B), oraz świeża a (C) i sucha masa (D) roślin A. thaliana rosnących w warunkach ograniczonej dostępno pności wody w podłożu. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7. /cm roslina -1 / A /cm 2 roslina -1 / B 7% 6% 5% 4% 3% 2% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 25 2 C 2,5 2 D /g roslina -1 / /g roslina -1 / 1,5 1,5 7% 6% 5% 4% 3% 2% 7% 6% 5% 4% 3% 2% Wzrost roślin jest silnie hamowany przez stres suszy

15 Wysokość (A), powierzchnia (B), liczba pędów p w kwiatostanowych (C) i łuszczyn (D) roślin A. thaliana rosnących w warunkach suszy w podłożu i traktowanych Asahi SL.. Dane przedstawiają średnie ±SE, n= A B /cm roś lina -1 / 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% % + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% /pęd kwiatostanowy roślina -1 / /cm 2 roś lin a -1 / C D /łyszczyny roślina -1 / 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A Asahi SL działa a ochronnie stymulując c wzrost i rozwój j roślin, zwłaszcza generatywny

16 Świe wieża a (A, C) i sucha (B, D) masa częś ęści nadziemnej i łuszczyn z nasionami roślin A. thaliana eksponowanych do suszy w podłożu u i traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n= /g roś lina -1 / A /g roś lina -1 /.. 1 B 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 1 7,5 5 /g roślina -1 /... 2,5 C 1,5 1,5 D /g roślina -1 /. 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A Wytwarzanie biomasy przez rośliny rosnące w stresie suszy zwiększa kszało o się po zastosowaniu Asahi SL

17 Wymiana gazowa oraz stopień uwodnienia liści roślin A. thaliana eksponowanych do suszy w podłożu u i traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=21 (wymiana gazowa) lub 7 (RWC). 12 fotosynteza 8 opory dyfuzyjne /µmol CO2 m -2 s -1 / /s cm -1 / % 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A /µmol H 2O m -2 s -1 / transpiracja /RWC/ RWC 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A Asahi SL zwiększa kszało o wymianę gazową i w zasadzie przeciwdziałało obniżaniu się RWC w warunkach suszy pomimo znacznie podwyższonej transpiracji

18 Zawartość chlorofilu oraz wybrane współczynniki fluorescencji hlorofilu a u roślin A. thaliana eksponowanych do suszy w podłożu i traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=14. /wartości względne/ chlorofil /P.I./ indeks witalności 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 5,5 Fv/Fo,84 Fv/Fm,83 5 /Fv/Fo/ 4,5 /Fv/Fm/,82,81 4,8 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A 7% 7% + A 6% 6% + A 5% 5% + A 4% 4% + A 3% 3% + A 2% 2% + A Rośliny stresowane i traktowane Asahi SL często miały y wyższ szą zawartość chlorofilu oraz większ kszą sprawność aparatu fotosyntetycznego

19 Wysokość (A), liczba łuszczyn (B), oraz świeża a (C) i sucha masa (D) roślin A. thaliana rosnących w obecności ci kadmu w podłożu oraz traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7. / c m roś lin a -1 / A /cm roślina -1 / B + A 25μM 25μM + A 5μM 5μM + A + A 25μM 25μM + A 5μM 5μM + A /g roślina -1 / C korzenie część nadziemna / g roś lina -1 / 1,5 1,5 D korzeń część nadziemna + A 25μM 25μM + A 5μM 5μM + A + A 25μM 25μM + A 5μM 5μM + A Asahi SL u roślin rosnących w stresie generowanym przez kadm stymulował wzrost elongacyjny, wytwarzanie łuszczyn oraz akumulację biomasy

20 Poziom O 2 - oraz aktywność wybranych enzymów antyoksydacyjnych u roślin szarłat atów w rosnących w stresie zasolenia i traktowanych Asahi SL O APX % kontroli dni 12 dni % kontroli dni 12 dni g NaCl dm g NaCl dm-3 A. paniculatus 'Copper Moutain' A. paniculatus 'Monarch' A. caudatus 'Pony Tails' A. paniculatus 'Copper Moutain' A. paniculatus 'Monarch' A. caudatus 'Pony Tails' CAT 3 25 GR % kontroli dni 12 dni % k o n t r o li dni 12 dni 2 5 g NaCl g NaCl dm dm-3 A. paniculatus 'Copper Moutain' A. paniculatus 'Monarch' A. caudatus 'Pony Tails' A. paniculatus 'Copper Moutain' A. paniculatus 'Monarch' A. caudatus 'Pony Tails' W odpowiedzi na Asahi SL poziom O 2 - zwiększa kszał się w mniejszym stopniu niż aktywność enzymów więcej postery # 9 i 1

21 Podsumowanie: Asahi SL cechowało się ochronnym działaniem na rośliny eksponowane do stresów suszy, zasolenia i kadmu, co zazwyczaj manifestowało się: Lepszym wzrostem roślin, większą powierzchnią asymilacyjną,, stymulacją rozwoju generatywnego, oraz zwiększeniem akumulacji biomasy w organach nadziemnych, zwłaszcza generatywnych, Poprawą sprawności aparatu fotosyntetycznego (większe intensywność fotosyntezy i zawartość chlorofilu, poprawa Fv/Fm, Fv/Fo i PI), Ograniczaniem dehydratacji tkanki w stresie suszy (nieznacznie obniżone lub nawet wyższe RWC przy bardzo zwiększonej transpiracji co sugeruje stymulacje pobierania wody przez korzenie), Większe zmiany w aktywności enzymów antyoksydacyjnych aniżeli anionorodnika ponadtlenkowego BADANIA WYKAZAŁY Y ZARÓWNO STYMULACYJNY JAK I OCHRONNY PRZED STRESAMI WPŁYW ASAHI SL

22 Profile ekspresji genów Arabidopsis thaliana Genome Oligo Set, Version 3. OPERON, 7 oligonukleotydowe mikromacierze, oligos z 26 oligos dla indywidualnych transkryptów = cały genom Arabidopsis thaliana - rośliny modelowej w badaniach podstawowych Zmiany w profilu ekspresji genów w u Arabodipsis. thaliana wywołane stosowaniem Asahi SL w warunkach optymalnych (- Asahi SL vs. + Asahi SL)

23 Izolacja trna,znakowanie i hybrydyzacja RNA izolacja trna 7μg RNA rośliny kontrolnej A B RNA rośliny traktowanej Cy3 Łączenie RNA prób Cy5 Odwrotna transkrypcja trna do cdna Znakowanie Cy3, Cy5 Hybrydyzacja

24 HybrArray 12 PerkinElmer Precisely

25 Komputer software GeneSpring ScanArray Express HT Perkin Elmer Precisely

26 Ekspresja genów roślin A. thaliana rosnących w warunkach optymalnych i traktowanych Asahi SL Skanowanie, standaryzacja, normalizacja, analiza statystyczna poszukiwanie w bazach danych funkcji genów NCBI, TIGR, TAIR, MIPS, KEGG Walidacja poziomu ekspresji: Real Time PCR Liczba genów o podwyższonej w stosunku do kontroli ekspresji >2 Liczba genów o obniżonej w stosunku do kontroli ekspresji <,

27 Profile ekspresji genów Zmiany w profilu ekspresji genów w u A. thaliana wywołane: Asahi SL w warunkach optymalnych (- Asahi vs. + Asahi) suszą w podłożu (optymalne vs. susza) suszą i stosowaniem Asahi SL (susza Asahi vs. susza + Asahi) Zmiany w profilu ekspresji genów w u rzepaku ozimego wywołane: stosowaniem Asahi SL (międzygatunkowa hybrydyzacja RNA rzepaku na macierzy Arabidopsis)

28 Wśród d mechanizmów w biologicznych podstaw działania ania Asahi SL stwierdzonych w niniejszych badaniach wymienić należy: Stymulację wzrostu elongacyjnego i rozwoju organów generatywnych Zwiększenie wydajności aparatu fotosyntetycznego i produktywności fotosyntezy Zmniejszanie negatywnych skutków stresu suszy i zasolenia poprzez między innymi (i) kontrolę stopnia uwodnienia tkanek prawdopodobna jest stymulacja pobierania wody przez korzenie, (ii) zmniejszenie stresu oksydacyjnego, (iii) ograniczenia uszkodzeń błon plazmatycznych Zmianę klucza dystrybucji biomasy na rzecz organów generatywnych Zmiany w profilu ekspresji genów

29 Dziękuj kuję za uwagę