Osmotické přizpůsobení vybraných odrůd chmele v podmínkách in vitro

Golosna L., Tunklová B., Bilavčík A., Bobrova O., Zámečník J., Svoboda P., Faltus M.

Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu v.v.i., Drnovská 507, 161 00, Praha – Ruzyně

Úvod

Voda je zásadní pro růst a produktivitu rostlin, zatímco její nedostatek představuje jeden z hlavních stresových faktorů omezujících zemědělskou produkci (Blum, 2017; Mahajan & Tuteja, 2005). Rostliny reagují na sucho fyziologickými a biochemickými mechanismy, z nichž klíčové je osmotické přizpůsobení (OA) – akumulace osmoticky aktivních látek umožňující udržení příjmu vody (Morgan, 1984; Verslues et al., 2006). OA hraje významnou roli v toleranci vůči suchu, osmotickému stresu i salinitě (Munns & Tester, 2008). Studium OA in vitro umožňuje sledovat přímé reakce rostlin na definovaný osmotický stres pomocí neiontových osmotik, jako jsou sacharóza, mannitol nebo PEG (Bajji et al., 2002), a využít tyto podmínky k selekci tolerantních genotypů (Mandour et al., 2015). Chmel (Humulus lupulus L.) je druh citlivý na vodní deficit, proto je vhodným modelem pro studium OA v kontrolovaných in vitro podmínkách (Kolenc et al., 2016). Cílem této studie bylo zhodnotit osmotické přizpůsobení.

Klíčová slova: chmel, in vitro, osmotické přizpůsobení, osmotický potenciál, stres.

Materiál a metody. Pro experimenty byly použity in vitro rostliny chmele (Humulus lupulus L.). Byly hodnoceny dvě úrovně experimentů – screening 14 klonů a detailní analýza tří genotypů (8765 – Osvaldův klon, ‘Saaz Shine’, 12925 – ‘Tusham’). Byla měřena délka výhonu, čerstvá a suchá hmotnost, obsah vody a osmotický potenciál. Měření probíhala ve třech až deseti opakováních. Statistické vyhodnocení bylo provedeno pomocí ANOVA a Tukey HSD testu (p < 0,05) v programu Statistica 14.0.0.15.

Výsledky

Dlouhodobé působení osmotického stresu vyvolaného zvýšenou koncentrací sacharózy v médiu významně ovlivnilo růst výhonů, obsah vody a akumulaci sušiny u testovaných odrůd chmele (Humulus lupulus L.) (Obr. 1). Se zvyšující se koncentrací sacharózy (0,01–0,15 M) docházelo k postupnému poklesu délky výhonů u všech genotypů, přičemž nejvyšší koncentrace (0,15 M) růst výrazně omezila. U některých odrůd byl pokles patrný již při nejnižší koncentraci, zatímco jiné reagovaly později, což ukazuje na rozdílnou citlivost genotypů k osmotickému stresu a variabilitu v jejich osmotické regulaci. 

Obrázek 1. Genotypové rozdíly v citlivosti růstu a obsahu vody chmele vyjádřené parametrem LD₅₀ při osmotickém stresu

S poklesem růstu souvisel i nižší obsah vody v pletivech a zvýšený obsah sušiny na jednotku délky výhonu, což pravděpodobně souvisí se zpomalením prodlužovacího růstu či zvýšenou hustotou pletiv (Obr. 1). Mezi klony byly patrné rozdíly v citlivosti růstu i obsahu vody (Obr. 2). Parametr LD₅₀ (redukce růstu o 50 % oproti kontrole) ukázal, že genotypy s vyšší hodnotou LD₅₀ lépe udržely růst i při vyšších koncentracích sacharózy, což potvrzuje existenci genotypové variability využitelné pro hodnocení tolerance k osmotickému stresu.

Obrázek 2. Růst a osmotický potenciál klonů chmele (Saaz Shine, Osvaldův klon 72 a Tusham) při různých koncentracích sacharózy

Podrobně byly analyzovány tři klony (8765, ‘Saaz Shine’ a 12925) v rozmezí 0–0,3 M sacharózy (Obr. 2). U všech došlo k poklesu růstu i obsahu vody, nejvýrazněji při 0,3 M. Změny osmotického potenciálu ukázaly jeho pokles u všech genotypů. Při 0,1 M sacharózy byly rozdíly statisticky významné (Obr. 3): genotyp 8765 vykazoval nejvyšší, zatímco ‘Saaz Shine’ nejnižší hodnoty osmotického potenciálu, což odráží odlišné strategie osmotické regulace. Výpočty osmotického přizpůsobení (rozdíl osmotického potenciálu mezi kontrolou a stresem) neprokázaly statisticky významné rozdíly, ale všechny genotypy vykazovaly tendenci k poklesu osmotického potenciálu v podmínkách stresu.

Obrázek 3. Osmotický potenciál a osmotické přizpůsobení tří genotypů chmele – 8765, `Saaz Shine` a 12925 – v kontrolních podmínkách a po aplikaci roztoku sacharózy o koncentraci 0,1 g L⁻¹

Závěr

Rostliny chmele pěstované in vitro reagovaly na dlouhodobé působení osmotického stresu omezením růstu, snížením obsahu vody a poklesem osmotického potenciálu. Rozdíly mezi genotypy ukazují na variabilitu mechanismů osmotické adjustace. Genotypy, které udržely vyšší růst při nižším osmotickém potenciálu, lze považovat za odolnější k vodnímu stresu. U citlivých genotypů, které reagují silným poklesem osmotického potenciálu a zároveň i omezením růstu, lze předpokládat pokles nárůstu hmoty a výnosu v podmínkách sucha. Osmotické přizpůsobení v prostředí in vitro představuje vhodný fyziologický ukazatel pro selekci genotypů tolerantních k suchu.

Dedikace

Práce byla podpořena projektem NAZV QL24010353.