Fyziologická odezva pšenice na kombinaci stresových faktorů (chlad, sucho, WDV)

Vítámvás P.¹, Kosová K.¹, Cit Z.¹, Holková L.², Smutná P.²

¹Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu (CARC), v.v.i., ²Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství, MENDELU

Úvod

Virus zakrslosti pšenice (Wheat dwarf virus; WDV) je jednovláknový cirkulární DNA virus z čeledi Geminiviridae, rodu Mastrevirus, který byl poprvé popsán dr. Vackem (1961) v Československu. Jeho výhradním vektorem je křísek polní (Psammotettix alienus). Mezi hlavní symptomy WDV patří zakrslost a zvýšené odnožování vytvářející trsnatý vzhled rostlin pšenice. Dalšími významnými symptomy jsou chloróza a žluté nebo červené diskolorace listů, nekrotické skvrny na listech, sterilita květů a redukce výnosu (shrnuto v Kosová et al. 2024). Sucho představuje globálně nejvýznamnější environmentální stresový faktor, který má klíčové dopady na rostliny s C3 fotosyntézou, mezi něž patří též pšenice setá (Kosová et al. 2014). V polních podmínkách jsou rostliny často vystaveny kombinaci různých abiotických a biotických stresových faktorů, jejichž výsledný vliv na rostlinu obvykle není prostým součtem vlivu jednotlivých stresových faktorů působících samostatně (Rasmussen et al. 2013).

Cílem naší práce bylo hodnocení vlivu sucha, infekce viru zakrslosti pšenice (WDV) a kombinovaného působení obou těchto faktorů (sucho + WDV) u mladých rostlin pšenice seté ve vegetativním stadiu vývoje. V experimentu byly hodnoceny základní fenotypové charakteristiky rostlin spojené s růstem (hmotnost čerstvé biomasy, listová plocha nejmladšího plně vyvinutého listu), hospodařením rostliny s vodou (vodní sytostní deficit, osmotický potenciál, účinnost využití vody WUE, tzv. vnitřní účinnost využití vody WUEi), fotosyntézou (rychlost čisté fotosyntézy, poměr intercelulární a ambientní koncentrace  CO2 ci/ca, fluorescenční parametr Fv/Fm), a transpirací (rychlost transpirace T, stomatální vodivost gs).

Materiál a metodika

Rostliny odrůdy LG Dita byly pěstovány v květináčích (1 l) na stanici v Žabčicích. Květináče byly po zasetí (1.10. 2024) umístěny pod izolační sítě. Rostliny infikované varianty (60 ks) byly po vzejití (10. 10. 2024) vystaveny sání odlovených křísků (cca 300 ks). Kontrolní varianta (40 ks) byla ponechána pod izolátorem. Koncem listopadu byly rostliny převezeny na MENDELU a u infikované varianty byl z každé odebrán jeden list pro detekci přítomnosti WDV. U kontrolní varianty byl analyzován směsný vzorek připravený vždy z 5 rostlin. Následně byly pozitivní a negativní rostliny převezeny na  pracoviště VÚRV. Zde byly vybrané rostliny byly kultivovány v polních podmínkách. Ve dvou termínech (začátek 29. 1. 2025; 11. 4. 2025) byly vybrané rostliny přeneseny do řízených podmínek (18 °C, 16h fotoperioda) pod optimální zálivkou (kontroly) a třetinovou zálivkou (sucho). Po 21 dnech kultivace byl odebrán list pro PCR detekci viru WDV a na dalších listech byla provedena analýza základních fyziologických parametrů. U vzorků z každého odběru (kontrola, sucho, infekce WDV, kombinace sucho + WDV) byly stanoveny následující charakteristiky: vodní sytostní deficit v listech (VSD) na základě stanovení čerstvé hmotnosti FW, hmotnosti po nasycení vodou ve vlhkostní komoře TW, a suché hmotnosti DW dle vzorce: VSD (%) = (TW-FW)/(TW-DW)*100 (%). Osmotický potenciál (OP) byl stanoven jako osmolarita šťávy ze zmrazených listů pomocí osmometru VAPRO 5600 (Wescor Inc., Utah, USA) a následně vypočten dle van´t Hoffovy rovnice. Maximální fotochemická účinnost fotosystému II Fv/Fm byla stanovena pomocí FluorPen FP100 (PSI, Drásov, ČR) a charakteristiky spojené s fotosyntézou (rychlost čisté fotosyntézy Pn) a transpirací (rychlost transpirace Tr, stomatární vodivost, intercelulární koncentrace CO₂) byly stanoveny pomocí LCpro+ (Opti-Sciences, Inc).

Statistická analýza dat: Jednotlivé morfofyziologické charakteristiky byly hodnoceny pomocí analýzy rozptylu (ANOVA), významné rozdíly byly zjištěny pomocí Duncanova testu rozpětí (DMRT) na hranici významnosti 0,05 pomocí software STATISTICA v. 13 (TIBCO).

Výsledky

Jarovizované rostliny LG Dita vykazovaly poměrně velkou variabilitu v růstu u infikovaných rostlin a to zvláště u květnového odběru (Obr. 1 a 2). Zatímco v únorovém odběru všechny infikované rostliny přežily, tak v květnovém odběru z 12 rostlin optimálně zalévaných 5 (tj. 42 %) nepřežilo 21 dní růstu na 18 ℃ a z 12 infikovaných rostlin vystavených nedostatečné zálivce jich čtyři rostliny nepřežily (tj. 33 %). Oproti tomu neinfikované rostliny byly poměrně uniformní až na jednu optimálně zalévanou v květnovém odběru, kde se zjištěnou zakrslostí byla následně díky PCR potvrzena infekce WDV (Obr. 2; data z této rostliny nebyla zahrnuta do analýz kontrolních rostlin). U všech rostlin vystavených sáním odlovených křísků byl po 21 dnech regenerace v 18 ℃ identifikován virus WDV.

Hodnocení jednotlivých morfofyziologických charakteristik pomocí analýzy rozptylu (ANOVA), Duncanova testu rozpětí (DMRT) na hladině významnosti 0,05 vykázalo rozdíly mezi čtyřmi variantami (kontrola, sucho, WDV, sucho + WDV) u následujících charakteristik: biomasa, listová plocha, VSD, OP, Fv/Fm, rychlost čisté fotosyntézy (Pn), zatímco u ostatních hodnocených charakteristik (rychlost transpirace Tr, stomatální vodivost gs, poměr intercelulární a ambientní koncentrace CO2 ci/ca, účinnost využití vody WUE a tzv. vnitřní účinnost využití vody WUEi) významné rozdíly mezi experimentálními variantami zjištěny nebyly. Stresové faktory ve srovnání s kontrolou vedly k menší hmotnosti čerstvé biomasy, menší listové ploše, nárůstu vodního sytostního deficit (VSD), poklesu osmotického potenciálu (OP), poklesu fluorescenčního parametru maximální fotochemická účinnost fotosystému II Fv/Fm, a poklesu rychlosti čisté fotosyntézy Pn. Na základě hodnocení souboru výše uvedených morfofyziologických charakteristik lze v případě porovnání vlivu faktorů sucho a kombinace WDV + sucho se jejich vliv lišil u rozdílných charakteristik; např. u růstových charakteristik (biomasa, listová plocha) i charakteristik spojených s nasycením pletiv vodou (OP, VSD) měla největší negativní vliv oproti kontrole kombinace WDV + sucho, zatímco samotné sucho mělo největší negativní vliv na rychlost čisté fotosyntézy Pn. V únorovém odběru se více odlišovaly rozdílně zalévané varianty, zatímco v květnovém odběru se více odlišovaly tyto parametry u rostlin dle výskytu viru WDV v pletivech.

Kontakt:

Mgr. Pavel Vítámvás, Ph.D.

Laboratoř stresové biologie a biotechnologie, Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu, v.v.i.

Drnovská 507/73, 16100 Praha 6 – Ruzyně

Tel. +420 702087729, email: pavel.vitamvas@carc.cz