Wpływ NaCl na mrozoodporno siewek yta odmiany Amilo

Transkrypt

1 Matuszak Renata, Brzóstowicz Aleksander Instytut Inynierii Rolniczej Akademia Rolnicza w Szczecinie Wpływ NaCl na mrozoodporno siewek yta odmiany Amilo Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki bada dotyczcych wpływu zasolenia podłoa na mrozoodporno siewek yta odmiany Amilo. Dowiadczenie prowadzono w warunkach kontrolowanych, na poywce Hoaglanda, zmodyfikowanej dodatkiem NaCl w steniach: 0, 25, 50, 75, 100 i 150 mmol dm -3. Metod luminescencyjn wykazano, e w siewkach yta, hartowanych na nisk temperatur, które rosły na poywce z dodatkiem NaCl blokowanie transportu elektronowego zachodziło w niszej temperaturze ni u rolin kontrolnych. Gradient potencjału na błonach tylakoidalnych niehartowanych i hartowanych siewek yta nie zaleał od zasolenia. Metod konduktometryczn stwierdzono, e odporno błon komórkowych siewek yta na nisk temperatur zmniejszała si pod wpływem NaCl, zarówno siewek niehartowanych jak i hartowanych. Słowa kluczowe: yto, mrozoodporno, NaCl, opóniona luminescencja, konduktometria Wstp i cel bada W naturalnych warunkach wegetacji roliny naraone s najczciej na współdziałanie kilku współzalenych stresów, które powoduj specyficzn reakcj roliny, wyraajc si przede wszystkim zahamowaniem wzrostu i niszym, czsto gorszej jakoci plonem [Starck i in. 1995]. W ostatnich latach szczególnej wagi niera problem zasolenia. Ograniczone zasoby słodkiej wody zmuszaj do uycia do nawadniania wody o niskiej jakoci, najczciej wód zasolonych (woda morska czciowo odsolona). Nieprawidłowa irygacja prowadzi nie tylko do marnowania wody, ale take zagraa rodowisku naturalnemu, powodujc wtórne zasolenie gleb i dalej wpływajc na wzrost i rozwój rolin uprawnych [Yeo 1999; Flowers 2004]. Zasolenie obejmuje 7% powierzchni ziemi i stale si zwiksza [Munns 2002]. Wpływ zasolenia na roliny przejawia si midzy innymi w: wywołaniu efektu osmotycznego, działaniu nadmiernej koncentracji jonów specyficznych dla zasolenia, naruszeniu równowagi jonowej, zmniejszeniu tempa wzrostu [Bilski 1990; Starck i in. 1995]. 15

2 Niska temperatura jest jednym z głównych czynników iotycznych majcym zasadnicze znaczenie dla wegetacji rolin. Mrozoodporno rolin, czyli zdolno do przeycia okresu temperatury ujemnej, jest wan cech rolin uprawnych, nie tylko gatunkow czy odmianow, ale właciwoci zmienn w ontogenezie i uzalenion od warunków rodowiska [Zagdaska i Rybka 1984; Starck i in. 1995]. Mona wic przypuszcza, e zasolenie podłoa bdzie wpływa na mrozoodporno rolin, pod warunkiem e roliny przeyj oddziaływanie stresu solnego. Celem niniejszej pracy było zbadanie przy uyciu metod biofizycznych wpływu zasolenia na mrozoodporno siewek yta odmiany Amilo. Materiał bada Badania prowadzono na siewkach yta ozimego (Secale cereale L.) odmiany Amilo w warunkach kontrolowanych. Przygotowano roztwory soli i rozcieczono je w proporcji 1:1 z poywk Hoaglanda tak, y kocowe stenie NaCl wynosiło odpowiednio: 25, 50, 75, 100 i 150 mmol dm -3. Kontrol stanowił roztwór poywki Hoaglanda i wody destylowanej w stosunku 1:1. Skiełkowane ziarniaki rozkładano (po 20 sztuk) na wilgotnej bibule filtracyjnej (szeroko 5 cm i długo 22,5 cm) 1 cm od górnej krawdzi i przykrywano namoczonym w wodzie destylowanej paskiem bibuły, po czym zwijano w rulon. Tak przygotowane rulony umieszczano pionowo w krystalizatorkach (po 3 do jednego). Nastpnie dodano jednocentymetrow warstw wyej wymienionych roztworów soli. Po 24 godzinach krystalizatorki umieszczano w termoluminostacie (temperatura 20 C, gsto strumienia fotonów 200 µmol m -2 s -1 w zakresie PAR, fotoperiod 12 h/12 h). Stopniowo obniano temperatur (3 ºC/dob) do osignicia 10 ºC. Po 14 dniach wzrostu zaczto obnia temperatur o 2 C/dob do +2 C, zmieniono jednoczenie owietlenie na 60 µmol m -2 s -1 i fotoperiod 8 h/16 h. Nastpnie usunito roztwory z krystalizatorków, pozostawiajc roliny na wilgotnej bibule, któr nawilano codziennie odpowiednim roztworem. Hartowanie w tych warunkach prowadzono w cigu 14 dni. Metody bada Ocen mrozoodpornoci przeprowadzono metodami biofizycznymi: 1. Metod konduktometryczn Pomiar uszkodze błon komórkowych siewek yta odmiany Amilo przeprowadzono zmodyfikowan metod konduktometryczn wyznaczajc t 50, tzn. temperatur, w której wystpuje 50% wyciek elektrolitu z przemroonych obiektów [Flint i in. 1967, Kacperska - Palacz i in. 1977; Brzóstowicz 1990; Brzóstowicz i Prokowski 2003]. Warto temperatury t 50 czyli wskanika mrozoodpornoci informuje o stopniu wraliwoci błon komórkowych na nisk temperatur, im nisze wartoci wskanika tym błony komórkowe s bardziej odporne na działanie niskiej temperatury, obserwujemy wówczas mniejszy wyciek treci 16

3 komórkowej i tym samym mniejsze przewodnictwo elektryczne roztworu [Brzóstowicz i Prokowski 2003]. Ocen przeprowadzono zarówno dla rolin niehartowanych jak i hartowanych, które rosły "na poywce" z rón zawartoci NaCl w 10 powtórzeniach dla kadego wariantu. 2. Metod luminescencyjn Zbadano wpływ niskiej temperatury, w zakresie od 0 do 20 C na natenie sekundowej składowej opónionej luminescencji (IOL) fragmentów lici siewek yta. Jako wskanik odpornoci aparatu fotosyntetycznego na nisk temperatur przyjto warto t m (temperatura, w której wystpiło maksymalne natenie opónionej luminescencji, podczas obniania temperatury fragmentów lici) oraz warto W w (wzgldny przyrost IOL podczas obniania temperatury) [Brzóstowicz 1990; 2003]. Nisza warto t m i wiksza warto W w w ustalonych warunkach pomiarowych wiadczy o wikszej odpornoci pocztkowych reakcji w fotosystemie II na nisk temperatur, a co za tym idzie roliny maj wiksz mrozoodporno. Badania przeprowadzono zarówno dla rolin niehartowanych jak i hartowanych, które rosły "na poywce" z rón zawartoci NaCl, w 5 powtórzeniach dla kadego wariantu. Wyniki opracowano statystycznie w programie statystycznym Statistica 6,0 stosujc test Tukeya. Wyniki i dyskusja Na rys. 1 przedstawiono wpływ NaCl na rednie wartoci wskanika W w (wzgldny przyrost IOL podczas obniania temperatury) i t m (temperatura, w której wystpuje maksymalne natenie opónionej luminescencji) dla siewek yta odmiany Amilo niehartowanych (NH) i hartowanych (H) na nisk temperatur. Poprzez detekcj opónionej luminescencji stwierdzono, e blokowanie transportu elektronowego u rolin niehartowanych na nisk temperatur zachodzi szybciej (w wyszej temperaturze) ni u rolin hartowanych i nie zaley od stenia NaCl w poywce Hoaglanda (brak istotnych rónic). Natomiast u rolin hartowanych poddanych zasoleniu blokowanie transportu elektronowego nastpuje przy niszej temperaturze ni u rolin kontrolnych. wiadczy o tym obnianie si wartoci t m dla rolin z wikszym zasoleniem. Stwierdzono istotny wpływ NaCl na warto wskanika t m, przy czym nie zaobserwowano istotnych rónic pomidzy steniami NaCl. Gradient potencjału indukowany na błonach tylakoidalnych u rolin niehartowanych praktycznie nie zaley od zasolenia, na co wskazuje stała warto W w (brak istotnych rónic). Proces hartowania zwikszył warto wskanika W w w stosunku do rolin niehartowanych. U rolin hartowanych na nisk temperatur rosncych na poywce z rón zawartoci NaCl warto wskanika W w zwiksza si nieznacznie w stosunku do kontroli, przy czym s to rónice statystycznie nieistotne. Take wczeniejsze badania autorów dotyczce wpływu NaCl na mrozoodporno siewek yta odmiany Wibro wskazuj, na podstawie wartoci parametrów luminescencyjnych, e transport elektronowy w fotosystemie II pod wpływem NaCl staje si mniej wraliwy na nisk temperatur [Matuszak R. i Brzóstowicz A. 2004]. 17

4 Pierwotn przyczyn uszkodze powstajcych pod wpływem rónych stresów s zurzenia struktury i funkcji błon komórkowych [Sung i in. 2003]. Za pomoc metody konduktometrycznej mona dokona pomiaru przewodnictwa elektrolitycznego treci komórkowej wydostajcej si do przestrzeni midzykomórkowych na skutek uszkodzenia błon. Mona wówczas na podstawie wartoci przewodnictwa roztworu wnioskowa o stopniu uszkodze błon [Brzóstowicz A. i Prokowski Z. 2003]. Przeprowadzona konduktometryczna ocena odpornoci błon komórkowych na nisk temperatur wykazała, e zastosowane roztwory chlorku sodu zwikszaj nieznacznie wraliwo badanych siewek na stres temperaturowy zarówno u rolin hartowanych jak i niehartowanych. Zaobserwowano wzrost przepuszczalnoci błon komórkowych pod wpływem NaCl. Podobne rezultaty uzyskano dla siewek yta odmiany Wibro, gdzie równie pod wpływem zastosowanych roztworów NaCl zmniejszała si odporno błon komórkowych na nisk temperatur, zarówno i siewek niehartowanych jak i hartowanych [Matuszak R. i Brzóstowicz A. 2004]. 18

5 10 NH H Ww 8 6 b a a a a stenie NaCl [mmol dm -3 ] 0 stenie NaCl [mmol dm -3 ] tm [ 0 C] bcd bcd cd c cd a d a d NH ac d H ac Rys. 1. Wpływ NaCl na rednie wartoci wskanika W w (wzgldny przyrost IOL podczas obniania temperatury) i t m (temperatura, w której wystpowało maksymalne natenie opónionej luminescencji) dla siewek yta odmiany Amilo niehartowanych (NH) i hartowanych (H) na nisk temperatur. Wartoci oznaczone tymi samymi literami nie rón si istotnie przy P=0,05 (test Tukeya). 19

6 Fig. 1. NaCl influence upon average values of W w coefficient (relative IOL increase at temperature decrease) and t m (temperature where the maximum intensity of delayed luminescence 0 stenie NaCl [mmol dm -3 ] t50 [ 0 C] NH H was observed) for rye seedlings, Amilo variety untoughened (NH) and toughened (H) for low temperature. Rys. 2. Wpływ NaCl na zmiany wartoci wskanika t 50 lici siewek yta odmiany Amilo niehartowanych (NH) i hartowanych (H) na nisk temperatur. Odchylenie standardowe nie przekraczało 1,5 C. Fig. 2. NaCl influence on the changes of coefficient value t 50 of rye seedling leaves, Amilo variety untoughened (NH) and toughened (H) for low temperature. Standard deviation did not exceed 1.5 C. Wnioski 1. Zaobserwowano wzrost przepuszczalnoci błon komórkowych pod wpływem NaCl. Chlorek sodu zmniejsza wic odporno na nisk temperatur (wyznaczon metod konduktometryczn) zarówno u siewek niehartowanych jak i hartowanych. 20

7 2. Uzyskane wartoci parametrów luminescencyjnych wskazuj, e transport elektronowy w fotosystemie II siewek yta pod wpływem NaCl staje si mniej wraliwy na nisk temperatur Bibliografia: Bilski J Zakwaszenie i zasolenie podłoa jako czynniki stresowe dla rolin. Roczniki Nauk Rolniczych 222: Brzóstowicz A Determination of delayed photosynthetic apparatus luminescence as a possible method of frost resistance evaluation in wheat leaves. Acta Physiol. Plant. 12(3): Brzóstowicz A Luminescencyjna metoda oceny mrozoodpornoci rolin. Acta Agrophysica 93, 5-10 Brzóstowicz A., Prokowski Z Konduktometryczna metoda oceny mrozoodpornoci rolin. Acta Agrophysica 93, Flint H. L., Boyce B. R., Brattie D. J Index of injury a useful expression of freezing injury to plant tissues as determinated by the electric method. Can. J. Plant Sci. 47: Flowers T. J Improving crop salt tolerance. Journal of Experimental Botany, vol. 55, no. 396, pp Kacperska-Palacz A., Długokcka E., Breitenwald J., Wcilaska B Physiological mechanisms of frost tolerance: Possible role of protein in plant adaptation to cold. Biol. Plant., 19, 10-17S. Matuszak R, Brzóstowicz A Wpływ NaCl na mrozoodporno siewek yta odmiany Wibro. ZPPNR z. 496: Munns R Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cell and Environmental 25, Starck Z., Chołuj D., Niemyska B Fizjologiczne reakcje rolin na niekorzystne czynniki rodowiska. Wyd. SGGW, Warszawa: 167 ss. Sung D. Y., Fatma K., Lee K. J., Guy Ch.L Acquired tolerance to temperature extremes. Trends in Plant Science vol. 8, no. 4, Yeo A Predicting the interaction between the effects of salinity and climate change on crop plants. Scientia Horticulturae 78,

8 Zagdaska B., Rybka Z Loratoryjna ocena mrozoodpornoci jczmienia ozimego metod przemraania siewek. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Rolin nr 155, Praca dofinansowana jest przez AR w Szczecinie w ramach grantu wewntrzuczelnianego. Effect of NaCl on frost resistance of winter rye cv. Amilo Summary The influence of salt stress on frost resistance of winter rye, cultivar Amilo seedlings was studied. Plants were grown on Hoagland medium, containing NaCl in concentrations: 0, 25, 50, 75, 100 and 150 mmol dm -3. By detection of delayed luminescence one drew the conclusion, that blocking electron transport in hardened plants occured at lower temperature in seedlings exposed to salinity than in control plants. Gradient of potential induced on thylacoid membranes in unhardened and hardened plants practically did not depend on salinity. Conductometric method showed that the used solutions of NaCl decreased the sensibility of the seedlings to low temperature both the unhardened and hardened plants. Key words: winter rye, frost resistance, NaCl, delayed luminescence 22

9 23