Screening citlivosti odrůd čiroku k nízké teplotě

Lhotská M., Raimanová I., Haberle J.

Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu - CARC

Úvod

Čirok (rostlina C4) se vyznačuje šetrným hospodařením s vodou a vysokými nároky na teplotu. Pochází z Afriky, kde má širokou škálu uplatnění (potravina, krmivo, stavba plotů, lihovarnictví) (Elzebroek a Wind 2008). V České republice je na trhu dostupný řadu let, ale až v posledních letech se dostává na výsluní zemědělců, především z důvodu diverzifikace osevního postupu. Plodina, kterou lze využít tzv. od kořene po latu, se u nás zatím využívá především ve formě biomasy pro bioplynové stanice, případně na výrobu senáže/siláže. I přes množství kladů (pěstební nenáročnost, nízké nároky na chemickou ochranu, bezlepkový charakter zrna) má i své slabiny. Vzhledem ke svému původu má čirok velmi nízkou odolnost k nízké teplotě. Pří poklesu pod 15 °C dochází k narušení funkční aktivity buněk, biomembrán a procesů s tím spojených (např. transportu elektronů v chloroplastech), metabolismus rostliny je tak výrazně zpomalen (Kratch a Wise 2000; Vera Hernandéz et al. 2023). Kromě uvedeného se chladové podmínky odrážejí v nevyrovnaném vzcházení (Středa et al. 2022). To vše může mít negativní vliv na konečný výnos. Screeningové testy prováděné v rámci prezentovaného výzkumu jsou prvním krokem k najití vhodných genetických zdrojů v rámci výzkumu směřujícímu ke zvýšení odolnosti chladu v prvotních fázích vývoje čiroku.

Materiál a metody

Prezentované výsledky zahrnují 7 odrůd čiroku, z nichž 5 je komerčně dostupných (RANGER BMR, DIAMOND, KWS FREYA, RUZROK, BMR GOLD X) a 2 pocházejí z genové banky CARC (PI 246595, PI 314743). Odrůdy byly zvoleny s ohledem na odlišné způsoby využití – zrno, biomasa.

Výzkum probíhal v kontrolovaných podmínkách v prostorech Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu (CARC) ve dvou fázích. V první fázi byla sterilizovaná semena umístěna na filtračním papírem vyložených Petriho miskách (30 ks, 5 opakování/odrůda) a vložena do biologického termostatu, kde byla 6 dní udržována při teplotě 15 °C. Jako kontrolní teplota byla zvolena 20 °C. Během této doby docházelo k dennímu odečtu vyklíčených a nevyklíčených semen, přičemž za vyklíčené se považovalo semeno s délkou kořínku min. 1 mm. Po ukončení pozorování byla oddělena obilka a zjištěna čerstvá hmotnost semenáčku. Poté byly semenáčky usušeny při teplotě 70 °C do konstantní hmotnosti a následně převáženy pro zjištění suché hmotnosti semenáčků. Pro výpočet parametrů indexu klíčivosti (GI) a indexu vitality semenáčků III (SVI III) byly využity následující vzorce (Šerá et al. 2023):

GI=suma (počet vyklíčených semen) / (počet dnů)

SVI III (g)= 100 x (počet vyklíčených semen/ celkový počet semen) x sušina semenáčků

Ve druhé fázi byla semena uložena do hranatých nádob (11x11x12 cm) naplněných univerzálním zahradnickým substrátem (SOL Kladno) do hloubky 4 cm (6 ks/nádoba, 5 nádob/odrůda). Připravené nádoby byly udržovány v kontrolovaných podmínkách klimatizovaného boxu (Percival Scientific, Perry, IA) při teplotě 15°C/15°C (den/noc) a vlhkosti 55 % se světelným režimem 16/8 (světlo/tma) při osvětlení 300 μmol. Kontrolní varianta pokusu byla udržována ve stejných podmínkách při teplotě 20°C/20°C (den/noc). V průběhu růstu bylo zaznamenáváno vzcházení, přičemž za vzešlou byla považována rostlina, u které plumula prorazila povrch půdy.

Získané výsledky byly vyhodnoceny statistickým programem STATISTICA 12.0 za použití dvoufaktorové analýzy rozptylu (ANOVA) a post-hoc testu LSD Fisher na hladině významnosti 0,05.

Výsledky

Graf 1 dokumentuje procento klíčovosti integrované hmotností semenáčků (index klíčivosti) všech 7 testovaných odrůd ve dvou testovaných teplotách v průběhu 6-ti dní od založení pokusu. Odrůdy RANGER BMR, DIAMOND A KWS FREYA při působení nízké teploty výrazně snížily svůj GI v prvním dni (o 86, 29 %, 55,98 % a 55,33 %). Odrůdy RUZROK a BMR GOLD X měly podobný průběh klíčení bez ohledu na testovanou teplotu. Naopak poslední dvě testované odrůdy vykazovaly výrazné abnormality v průběhu všech 6-ti dní. Semena odrůdy PI 314743 při teplotě 20 °C klíčila postupně, index klíčovosti se zvyšoval postupně, naopak při teplotě 15 °C semena dosáhla GI konečné hodnoty hned ve druhém dni. Uvedeným trendům se zcela vymykala odrůda PI 246595, která v prvním a druhém dni (1 GI, 2 GI) dosahovala pouhých 16,33 % a 32,89 % z konečného GI při 20 °C, zatímco ve stresované variantě se GI zvýšilo na 77,69 % a 94,73 % z konečného GI.

Graf 1. Index klíčivosti (GI) 1. až 6. den po založení pokusu zjišťovaný u všech testovaných odrůd

Parametr SVI III (graf 2) ukazuje průkazné snížení suché hmotnosti vlivem nízké teploty při klíčení. SVI III bylo sníženo v rozsahu 41,91 % až 84,08 %. Největší rozdíl byl zjištěn u odrůdy RUZROK a nejmenší u odrůdy KWS FREYA. Průměrné snížení suché hmotnosti semenáčků napříč odrůdami se pohybovalo kolem 67,19 %.

Graf 2. Index vitality semenáčků III (SVI III)

V tabulce 1 je zaznamenán průběh vzcházení od 10. dne po zasetí. Uvedené hodnoty jsou seřazeny od nejmenší po největší v desátém dni po zasetí dle stresované varianty. Semena kontrolní varianty však vzcházela již od 4. dne po zasetí. Dosažení konečného procenta vzešlých rostlin dosahovaly odrůdy odlišně, procento vzcházení se pohybovalo v rozmezí 57-100 %. Z výsledků je zřejmé, že i přes pozdější počátek, vyrovnaly stresované varianty, varianty kontrolní všech odrůd s výjimkou odrůdy DIAMOND. Tato odrůda vykázala při růstu v nízké teplotě o 36,7 % nižší vzcházivost. Naopak velmi dobrou vzcházivost prokázaly odrůdy pocházející z genové banky, které dosáhly konečného procenta vzcházivosti 100 % i při růstu v nízké teplotě. Průběh vzcházení poukázal také na vyrovnanost vzcházejícího porostu, kdy jako velmi vyrovnané se ukázaly opět odrůdy pocházející z genové banky.

Tabulka 1. Procento vzcházení v 10. až 17. dni od zasetí (průměr ±SD), bolt a s hvězdičkou jsou zvýrazněny statisticky průkazné rozdíly teplotních variant v rámci dne (p=0,05).

Diskuze

Klíčivost charakterizovaná parametrem GI byla výrazně odlišná napříč testovanými odrůdami. Průkazné snížení suché hmotnosti semenáčku vlivem klíčení při nízké teplotě se shoduje s dalšími autory (Yang et al. 2025; Casto et al. 2021). Odrůda RUZROK je jako jediná obalená pevnou pluchou, která semeni propůjčuje ochranu a zároveň může působit jako blokáda při počátečním růstu. Odrůda se i přes to ukazuje jako velmi vhodná pro české klimatické podmínky i časný výsev (Hermuth et al. 2012). Vzcházení zjišťované při druhé fázi výzkumu ukázalo vliv nízké teploty omezeným vzcházením odrůdy DIAMOND, která je prodejci řazená mezi zrnový typ. Naopak ostatní odrůdy, které se řadí spíše k využití na biomasu prokázaly schopnost dorovnání počátečního opožděného růstu. Uvádí se, že cíleným šlechtěním čiroku na krátké stéblo a beztaninové zrno došlo nezáměrně k ovlivnění citlivosti vůči nízkým teplotám (Marla et al. 2019). Toto tvrzení mohou potvrzovat i získané výsledky. Genetický materiál uchovávaný v genové bance prokázal jiné vlastnosti než komerčně pěstované odrůdy.

Závěr

Prezentované výsledky jsou součástí ročního výzkumu věnovaného screeningu genetického materiálu se zaměřením na toleranci vůči chladu. Testované odrůdy prokázaly různou reakci na chlad v počátečních fázích s různým potenciálem pro další práci šlechtitelů i výzkumných pracovníků.

Poděkování

Výzkum byl proveden za podpory Ministerstva zemědělství ČR RO 0425

Kontaktní adresa

Ing. Marie Lhotská

Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu

Drnovská 507/73, 161 00, Praha 6 - Ruzyně

marie.lhotska@carc.cz