Original title:
Vyhodnocení architektury kořenového systému a osmotického přizpůsobení u ječmene
Translated title:
Evaluation of root system architecture and osmotic adaptation in barley
Authors:
Klem, Karel ; Findurová, Hana ; Urban, Otmar ; Holub, Petr Document type: Methods
Year:
2024
Language:
cze Abstract:
[cze][eng] Tolerance vůči suchu, založená na zlepšení architektury kořenového systému, zejména pak na zvýšení hloubky zakořenění, zvýšení hustoty kořenů ve větší hloubce, nebo na schopnosti osmotického přizpůsobení, představuje jeden z nejefektivnějších způsobů adaptace k suchu, zejména pak v podmínkách, kde v období sucha zůstává dostatek vody v hlubších vrstvách půdy. Osmotické přizpůsobení navíc představuje znak, který umožňuje rostlinám příjem vody i při její omezené dostupnosti, včetně snížené dostupnosti v hlubších vrstvách půdy. Na druhou stranu se ovšem jedná o znaky, které jsou velmi obtížně vyhodnotitelné, vzhledem k jejich skrytému charakteru nebo nutnosti pracného odkrývání kořenů rostoucích v půdě. To je také důvod, proč jsou tyto znaky i přes jejich značný význam dlouhodobě přehlíženy. Šlechtění na tyto znaky probíhá fakticky pouze nepřímo pomocí vyhodnocení výnosové reakce na sucho, nebo nepřímých fyziologických či morfologických parametrů. \nV této metodice jsou představeny tři metody vyhodnocení architektury kořenového systému nebo osmotického přizpůsobení, které umožňují provedení selekce na zvolené znaky kořenového systému či osmotického přizpůsobení u velkého počtu genotypů s využitím relativně jednoduché metody založené na kultivaci kořenů na černém filtračním papíru ať již hydroponicky nebo aeroponicky. Tato metoda umožňuje podrobnou analýzu parametrů architektury kořenového systému, které jsou důležité pro toleranci k suchu a rovněž také relativně snadný test osmotického přizpůsobení pomocí indukce osmotického stresu roztokem polyethylen-glykolu (PEG). Obě metody byly úspěšně validovány, v prvním případě na modelovém experimentu s deficitem živin, u kterého je zmámý vliv na architekturu kořenového systému, a v druhém případě na souboru genetických zdrojů a odrůd ječmene, v němž byly potvrzeny dříve získané informace o toleranci některých genotypů k suchu. \nDalší z prezentovaných metod je kultivace kořenů v rhizoboxech naplněných pískem se sítí hrotů, které udržují kořeny při vymývání v poloze, v jakých kořeny rostly. Tato metoda umožňuje opět posouzení architektury kořenového systému, nicméně v tomto případě v podmínkách, které lépe odpovídají reálné situaci v půdě. Validace metody proběhla u tří genotypů ječmene s kontrastní mohutností kořenového systému. Použitá metoda prokázala nejen předpokládané rozdíly v hloubce zakořenění a distribuci hustoty kořenů, ale rovněž prokázala vztah k fyziologické odezvě na sníženou dostupnost vody v podobě rychlosti fotosyntetické asimilace CO2. \nVšechny předkládané metody proto představují vhodný nástroj, který by měl pomoci šlechtitelům v selekci genotypů ječmene tolerantních k suchu. \n\nDrought tolerance based on improving root system architecture, in particular by increasing rooting depth, increasing root density at deeper layers, or osmotic adjustment, is one of the most effective ways of adapting to drought, especially in conditions where sufficient water remains in the deeper soil layers during the dry season. Moreover, osmotic adjustment is a trait that allows plants to take up water even when water availability is limited, including the deeper soil layers. On the other hand, however, these are traits that are very difficult to evaluate, given their hidden nature or the need to laboriously excavate roots growing in the soil. This is also the reason why, despite their considerable importance, these features have long been overlooked. Breeding for these traits is done only indirectly by evaluating yield response to drought or indirect physiological or morphological parameters. \nIn this methodology, three methods for evaluating root system architecture or osmotic adjustment are presented which allow selection for specific root system architecture traits or osmotic adjustment, to be carried out on a large number of genotypes, using a relatively simple method based on the cultivation of roots on black filter paper, either hydroponically or aeroponically. This method allows a detailed analysis of root system architecture parameters that are important for drought tolerance and also a relatively easy test of osmotic adjustment by inducing osmotic stress with polyethylene glycol (PEG) solution. Both methods have been successfully validated, in the first case in a model experiment with nutrient deficiency, in which the effect on root system architecture is confounded, and in the second case in a set of barley genetic resources and varieties in which previously obtained information on drought tolerance of some genotypes was confirmed. \nAnother of the methods presented is the cultivation of roots in rhizoboxes filled with sand with a grid of spikes that hold the roots in the position in which they grew when washed. This method again allows the root system architecture to be assessed, but in this case under conditions that more closely match real soil conditions. The method was validated in three barley genotypes with contrasting root system vigor. The method used not only demonstrated the expected differences in rooting depth and root density distribution but also showed a relationship to the physiological response to reduced water availability in terms of photosynthetic CO2 assimilation rate. \nTherefore, all the methods presented here are suitable tools to help breeders in the selection of drought-tolerant barley genotypes.
Keywords:
drought; drought tolerance; osmotic adjustment; plant physiology; root phenotyping; root system architecture; spring barley Project no.: QK1910197 Funding provider: GA MZe
Institution: Global Change Research Institute AS ČR
(web)
Document availability information: Fulltext is available at the institute of the Academy of Sciences. Original record: https://hdl.handle.net/11104/0354602
guest ::
