|
|
Vyhodnocení architektury kořenového systému a osmotického přizpůsobení u ječmene
Klem, Karel ; Findurová, Hana ; Urban, Otmar ; Holub, Petr
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\n
|
|
|
Fenotypování jarního ječmene na odolnost vůči suchu
Klem, Karel ; Findurová, Hana ; Panzarová, K. ; Pytela, J. ; Trtílek, M. ; Holub, Petr
Odolnost rostlin/plodin vůči suchu představuje komplex vlastností, které se různě uplatňují v závislosti na typu, závažnosti a načasování sucha. Proto je nutné poměrně komplexní hodnocení morfologické a fyziologické fenotypové reakce na sucho. Tato metodika se zaměřuje na vývoj postupů a vyhodnocení komplexní fenotypové odezvy genotypů jarního ječmene na sucho pomocí neinvazivně měřených parametrů založených na červeno-zeleno-modrém (RGB) zobrazování, termálním infračerveném zobrazování a zobrazovací fluorescence chlorofylu měřených v rámci automatizované fenotypovací platformy. Vývoj metodiky byl založen na experimentu, ve kterém byly sledovány dynamické změny odezvy šesti genotypů ječmene, reprezentujících širokou škálu tolerance k suchu (od genotypu velmi citlivého až po genotyp velmi tolerantní), na kontinuální vysychání až k bodu vadnutí a následné opětovné zavlažení. Byly identifikovány tři kritické termíny v průběhu sucha a opětovného zavlažení, klíčové pro identifikaci odolnosti jarního ječmene vůči suchu: i) dosažení 50% hladiny dostupné půdní vody, ii) dosažení bodu vadnutí, iii) úplná regenerace rostlin po opětovném zavlažení. Jednotlivé sledované parametry založené na zobrazovacích metodách ovšem ukázaly potenciál pro hodnocení citlivosti na sucho v různých termínech od počátku vysychání či regenerace. Korelace s relativní odezvou výnosu se postupně zvyšovala u projekční listové plochy hodnocené ze strany (SPA) a dosáhla maxima v bodě úplné regenerace po opětovném zvlažení. Aktuální kvantový výtěžek fotosystému II (ΦPSII) vykazoval nejvyšší korelaci s relativním výnosem zrna kolem bodu vadnutí. Naproti tomu relativní rozdíl teploty listů vůči teplotě okolního vzduchu (Tdiff) vykazoval vysokou korelaci s výnosovou odezvou na sucho dříve, a to již při dosažení 50% úrovně dostupné vody pro rostliny v půdě. Nejvyšší korelace s relativní výnosovou odezvou byly získány u barevné analýzy RGB v bodě vadnutí a po regeneraci, zejména u relativního podílu khaki, béžového, tmavě zeleného a olivově zeleného odstínu. Vícenásobná regrese s parametry poskytujícími Pearsonův korelační koeficient R > 0,5 mírně zlepšila odhad relativní odezvy výnosu na sucho, ale zajistila především významné zlepšení odhadu absolutního výnosu zrna při stresu suchem, přičemž přesnost odhadu se v obou případech pohybovala okolo 90 %. Tato metodika ukazuje, že použití kombinace fenotypovacích metod charakterizujících různé morfologické a fyziologické znaky umožňuje nejen hodnocení tolerance k suchu (na základě relativní výnosové reakce na sucho), které je klíčové pro výběr genetických zdrojů pro následný šlechtitelský proces, ale také umožňuje testovat výnosovou výkonnost nových genotypů při stresu suchem.
|
|
| |
|
|
Využití portálu Agrorisk.Cz – Systému včasné výstrahy před negativními dopady počasí do zemědělství
Žalud, Zdeněk ; Svobodová, Eva ; Klem, Karel ; Hlavinka, Petr ; Semerádová, Daniela ; Zahradníček, Pavel ; Štěpánek, Petr ; Bláhová, Monika ; Kudláčková, Lucie ; Balek, Jan
Systém včasné výstrahy před negativními vlivy počasí nabízí na katastrální úrovni denně aktualizovaný popis abiotických a vybraných biotických rizik ohrožující polní produkci. Jeho součástí je jejich 9denní předpověď. Metodika je určena především agronomům, rostlinolékařům a zemědělským managerům, stejně jako vědeckým pracovníkům, zemědělským poradcům a zástupcům veřejné správy.
|
|
|
Short-term application of elevated temperature and drought influences the isotopic composition of winter wheat grains
Pernicová, Natálie ; Urban, Otmar ; Čáslavský, Josef ; Klem, Karel ; Trnka, Miroslav
The study aimed to determine the differences in carbon (δ13C) and nitrogen (δ15N) stable isotope ratios in grains of three winter wheat varieties grown under optimal and stress conditions. We found that the wheat variety has a significant effect on both δ13C and δ15N isotope ratios. Short-term (nine days) exposure to drought and high temperature during the heading or stem extension development phase significantly enhanced δ13C values, but only high temperature affected δ15N values. Enhanced δ15N values support the assumption that global warming causes a higher representation of the 15N isotope in plants. Moreover, significant interactive effects of temperature and water availability on the values of both isotopes were found implying that C and N metabolisms have been altered under the investigated stress conditions. We conclude that δ13C and δ15N isotope ratios of cereal grains are sensitive indicators of stress conditions, even short-term ones
|
|
|
Estimation of winter wheat yield using machine learning from airborne hyperspectral data
Švik, Marian ; Pikl, Miroslav ; Janoutová, Růžena ; Veselá, Barbora ; Slezák, Lukáš ; Klem, Karel ; Homolová, Lucie
Methods based on optical remote sensing allow nowadays to assess crop conditions over larger areas. The assessment of crop conditions and potential estimation of crop yields in the early growth\nstages can help farmers to better target their management practice such as application of fertilizers. In this study we analysed airborne hyperspectral images acquired several times during the growing season over two experimental sites in the Czech Republic (Ivanovice and Lukavec). The field experiments on winter wheat included 12 levels of fertilisation (combination of organic and mineral fertilisers). Such an experiment design and the possibility of combining the data from two sites together increased the variability in our wheat yield dataset, which varied between 2.8 and 10.0 t/ha. Further, we used a machine learning method – namely gaussian process regression from the ARTMO toolbox to train two variants of models: a) combining the spectral data from both sites and from the multiple acquisition days and b) combining the spectral data from both sites for individual acquisition days.The results showed that it was feasible to predict wheat yield already at the beginning of April with R2 > 0.85. This promising result, however, requires more thorough validation and therefore we plan to include more data from other sites in the next steps.
|
|
|
Effect of elevated CO2 concentration and nitrogen nutrition on mais response to short-term high temperature and drought stress
Simor, J. ; Klem, Karel
Within an experiment conducted in open top chambers in which two mais genotypes differing in stay-green trait were cultivated under elevated atmospheric CO2 concentration (EC) in comparison\nwith ambient CO2 concentration (AC), and in two contrast levels of nitrogen nutrition, the effect of acclimation to these factors on photosynthetic performance and water use efficiency, and subsequent response to short-term high temperature and drought stress was studied. Although EC improved water use efficiency, this effect did not alleviate the response to drought stress, and under some combinations of factors even led to a decrease in CO2 assimilation rate under drought stress. Differences in the stay- green trait between genotypes did not have a major effect on the response to high temperature and drought stress. Differences between genotypes were manifested mainly in the interaction with nitrogen nutrition, while in the Korynt genotype, non fertilised variants showed a lower response of CO2 assimilation rate to drought. Slight alleviating effect of higher nitrogen dose was found under EC conditions, while no nitrogen fertilisation rather increased drought resilience under AC conditions.
|
|
|
Interactive effects of adaptation technology, based on no-till sowing into the mulch of cover crop residues, and nitrogen nutrition on photosynthetic performance of maize under drought stress
Opoku, Emmanuel ; Holub, Petr ; Findurová, Hana ; Veselá, Barbora ; Klem, Karel
The aim of this study was to evaluate the interactive effect of adaptation technology based on no-till sowing into cover crop mulch and nitrogen nutrition on photosynthetic performance of maize under short term drought stress induced by rain-out shelters. The experiment was established in two locations in the same climatic condition but differing in soil fertility. The negative effect of drought on CO2 assimilation rate was modulated by nitrogen nutrition. However, while nitrogen nutrition led to alleviating effect at the location with higher fertility, the opposite effect was found at the site with lower fertility. Adaptation technology had only a minor impact on photosynthetic response to drought, but it generally increased CO2 assimilation rate at the site with higher soil fertility and decreased at the site with lower soil fertility. We can conclude that adaptation technology, despite of assumptions, did not significantly change the resilience of maize to drought, and probably longer use of such technology is required to improve soil water retention and thus also balanced supply of water to plants. \nAt the same time, we did not find a negative impact of adaptation technology on photosynthesis which can be related to cooler soil during maize emergence and slower mineralization, although the use of adaptation technology seems to be more effective in soils with higher fertility.
|
|
|
Variation of glomalin content in the Czech soils and the relationships to the chemical soil characteristics and climatic regions
Polách, Vojtěch ; Patra, Sneha ; Klem, Karel
Glomalin is being investigated as a substance that improves soil quality, the resistance of soil aggregates and play a role in carbon sequestration. This study is the first nationwide survey of the glomalin content in the soil. Soil samples were collected from 181 locations in the Czech Republic to describe the variability of glomalin content in the soils of the Czech Republic and its dependence on soil chemical properties and climatic area. Sodium citrate buffer was used to extract easily extractable glomalin (EEG), and the glomalin concentration was determined spectrophotometrically. The soil glomalin content correlates most with the ratio of humic and fulvic acids. Moreover, the interrelation between glomalin content and climatic regions was also observed. The content of glomalin decreases from the warmest regions to the coldest. We also compared the glomalin content among different soil types groups and found out that the lowest glomalin content was found in Entic Podzols and Gleysols. On the contrary, the highest glomalin content was found in Vertisols, Phaeozems and Luvisols.
|
|
|
Atmospheric CO2 concentration, light intensity and nitrogen nutrition affect spring barley response to drought and heat stress
Findurová, Hana ; Veselá, Barbora ; Opoku, Emmanuel ; Klem, Karel
The aim of this study was to compare physiological responses of two spring barley varieties,\ndiffering in their oxidative stress tolerance, to drought and heat stress after pre-treatment under different\nirradiation regimes, CO2 concentrations, and nitrogen fertilisation levels. High light intensity, elevated\nCO2, and additional UV radiation increased flavonoid accumulation. Moreover, more flavonoids were\ninduced in oxidative stress-sensitive variety Barke. Combined drought and heat stress caused a large\ndecline in CO2 assimilation, whereas heat stress alone caused only minor changes. Under combined\nstress, plants grown under low light intensity and no UV irradiation performed the best despite their\nhigher initial water use efficiency and lower flavonoids content.
|
host ::
RSS.