Šlechtění pšenice na vyšší toleranci k suchu Pavlína Smutná Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství Šlechtění pšenice na vyšší toleranci k suchu

II. Koncepce rozvoje oboru a pedagogiky Osnova přednášky I. Odborná část úvod do problematiky, reakce rostlin na stres suchem, metody hodnocení tolerance k suchu v laboratorních podmínkách, hodnocení výnosu v polních podmínkách. II. Koncepce rozvoje oboru a pedagogiky

Závažnost nedostatku srážek v ČR Sucho lze definovat jako dostatečně dlouhé období nerovnováhy mezi srážkovým úhrnem a výparem, během kterého dojde k vyčerpání zásob půdní vody. Pokud množství přístupné vody nepokrývá potřeby rostliny, nastává stres suchem. Vodní bilance v ČR Roky s ekonomicky významným projevem abiotických stresových faktorů 2000 cca 10,7 mld. Kč 2003 cca 3,2 mld. Kč 2012 cca 2 mld. Kč

kvantitativně založený znak s komplexním fenotypovým projevem, Tolerance k suchu kvantitativně založený znak s komplexním fenotypovým projevem, nízká heritabilita a silná interakce genotypu a prostředí, vazba na nižší výnosový potenciál, různá stádia vývoje rostliny, opakovaně během vegetace, redukce výnosu závisí na délce a intenzitě stresu a na vývojové fázi rostliny. (Žabčice, červenec 2012)

Produkce zrna u pšenice Výnos v podmínkách nedostatku vody (Passioura, 1977): Y – výnos E – množství vytranspirované vody WUE – efektivita využití vody HI – sklizňový index Efekt stresu během vývoje rostliny počet rostlin počet klasů počet zrn v klasu hmotnost zrn

zdroje tolerance ke stresovému faktoru (krajové odrůdy, plané druhy), Šlechtitelské strategie Šlechtitelské postupy zaměřené na zlepšení výkonu plodin ve vláhově limitovaném prostředí zahrnují: analýzu cílového prostředí (distribuce srážek, změny teplot, přítomnost dalších stresových faktorů), zdroje tolerance ke stresovému faktoru (krajové odrůdy, plané druhy), studium reakce rostliny na stres, výběr znaků pro selekci, selekční prostředí, laboratorní a polní metody selekce, hodnocení výkonu ve stresových podmínkách.

Analýza cílového prostředí Monitoring povětrnostních podmínek (Polní pokusná stanice Žabčice)

Analýza cílového prostředí Kontinuální měření objemové vlhkosti půdy Obora Písky Písky (Polní pokusná stanice Žabčice, leden – červenec 2014)

Genetické zdroje vyšší tolerance k suchu primitivní druhy pšenice a plané trávy → prebreeding, resyntetizované pšenice (ICARDA, CIMMYT), produkty šlechtitelských programů zaměřených na lepší využití vody rostlinou (Austrálie, USA, Čína, Maďarsko). Místa sběru Aegilops spp. a Triticum spp. T. durum x Ae. tauschii (ICARDA, Valkoun, 2011)

Reakce rostliny na stres suchem Změny na biochemické úrovni syntéza a akumulace ABA, ochranných proteinů, osmoticky aktivních látek, aktivní formy kyslíku, oxidativní stres → syntéza antioxidačních enzymů. Změny na fyziologické úrovni zpomalení prodlužovacího růstu buněk, zavírání průduchů, snížení transpirace, snížení efektivity fotosyntézy, zvýšení efektivity využití vody. Změny na morfologické úrovni redukce velikosti rostliny (výška, listová plocha, počet listů, velikost klasu) a následně výnosu, změna poměru mezi biomasou kořenového systému a nadzemní hmotou, zrychlené dozrávání, senescence listů.

Metody hodnocení tolerance k suchu Nádobové experimenty: kultivace rostlin v prostředí s regulovanými podmínkami, často pouze rané fáze vývoje rostliny, často velmi silný stres → přežití rostliny, „umělé“ prostředí ovlivňuje fenotypový projev rostliny, není možné hodnotit výnos, omezený rozsah pokusu, dobrá opakovatelnost.

Příklady parametrů použitelných pro hodnocení tolerance k suchu Obsah kyseliny abscisové – velmi citlivý indikátor reakce rostliny na vodní deficit, zavírání průduchů, omezení růstu nadzemních částí rostliny. Relativní obsah vody v pletivech – vyjadřuje, kolik vody z maximálního možného množství rostlina skutečně obsahuje, kvantifikace ztráty vody v průběhu stresu. Osmotické přizpůsobení – změny osmotického potenciálu v závislosti na obsahu vody v buňce. Syntéza a akumulace ochranných proteinů a osmoticky aktivních látek – přímé hodnocení obsahu látek nebo nepřímé podle aktivity genů. Efektivita využití vody rostlinou (WUE): poměr asimilovaného CO2 k vytranspirované vodě, poměr vytvořené sušiny (výnosu) k množství vytranspirované vody, nepřímé hodnocení pomocí relativního zastoupení izotopu 13C v biomase.

Hodnocení fyziologických a molekulárně genetických parametrů Rostliny šesti odrůd/linií pšenice vystavené stresu suchem v laboratorních podmínkách: relativní obsah vody v listech, obsah prolinu v listech, osmotický potenciál, relativní exprese genu WDHN13 a WRAB17, relativní exprese genu pro TF WABI5 a WDREB2γ.

Metody hodnocení tolerance k suchu Experimenty v polních podmínkách využití různých systémů zastřešení části pozemku v kombinaci se závlahou, lokality s opakovaným výskytem sucha, efekt dalších abiotických a biotických stresových faktorů, nižší výnos → vyšší variabilita, větší reziduální chyba, nízká opakovatelnost, efekt ročníku → více lokalit. Narrabri, New South Wales, 2013 Žabčice, červen 2014

Znaky hodnotitelné v polních podmínkách

Polní odrůdové pokusy s pšenicí ozimou v Žabčicích od roku 2006, sortiment českých a zahraničních odrůd pšenice ozimé, dvě stanoviště s odlišným vláhovým režimem v půdě, přesné maloparcelní pokusy ve znáhodněných opakováních, kontinuální měření srážek, změny teploty a vlhkosti půdy, hodnocení výnosu a kvality zrna. Obora – vláhově normální stanoviště, půda s vyšším obsahem jílnatých částic, vysoká hladina podzemní vody, Písky – suché stanoviště, hlinitopísčitá půda na štěrkopísku, podzemní voda ve velké hloubce, Odrůdu tolerantní k suchu lze definovat jako tu, která při pěstování v suchých podmínkách opakovaně poskytne vyšší výnos v porovnání se standardními odrůdami.

Srážky a výnosy Měsíční úhrny srážek (mm) na stanici v Žabčicích v letech 2006 - 2014 Žabčice 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Leden 22,2 22,7 15,7 20,0 46,8 21,4 27,4 20,2 22,0 Únor 26,4 42,2 6,2 57,6 22,8 4,6 7,4 42,1 12,6 Březen 46,2 80,8 32,9 78,1 9,8 39,3 2,4 40,8 5,6 Duben 50,5 4,4 29,3 3,6 53,1 33,2 19,8 11,2 Květen 75,3 24,8 53,5 42,4 102,4 109,0 62,8 Červen 71,4 71,7 19,6 114,7 79,8 42,9 101,2 147,4 43,4 Červenec (do 15. 7.) 17,2 34,3 12,9 18,9 17,8 4,5 Leden-červ. (do 15. 7.) 363,4 263,8 191,6 358,6 327,6 206,5 197,5 384,2 170,2 Průměrné výnosy v odrůdových pokusech s pšenicí ozimou Počet odrůd 41 46 47 52 48 68 50 Obora (normální stanoviště) Výnos zrna (t.ha-1) 8,6 8,2 9,4 9,5 9,0 11,6 3,9 Variační rozpětí (t.ha-1) 3,4 1,7 1,5 3,0 2,5 4,0 Písky (suché stanoviště) 4,8 2,6 3,1 1,8 7,8 5,3 1,2* 6,3 4,7 1,6 2,2 2,1 2,9 0,6 3,5 1,9 *sklizeno 12 odrůd

Hodnocení reakce odrůd podle výnosu jednoleté výsledky – analýza rozptylu, adjustace výnosů (alpha design), víceleté výsledky – indexy tolerance ke stresu. Porovnání vybraných odrůd podle reakce na stres a výnosové úrovně (2006 – 2009)

Situace ve šlechtění na vyšší toleranci k suchu v ČR Státní podpora základního a aplikovaného výzkumu různých aspektů tolerance rostlin k suchu. Komerční firmy se šlechtění na vyšší toleranci k suchu systematicky nevěnují. Požadavek pěstitelů – produktivní odrůdy. Během registračního řízení se nesleduje vhodnost odrůd do stresových podmínek.

Koncepce rozvoje oboru a pedagogické činnosti Výzkumná a odborná činnost získávání grantových projektů, smluvní výzkum, spolupráce s výzkumnými institucemi a privátními subjekty, popularizace oboru, poradenství, využití zázemí univerzity (pokusná stanice), využití dobrého jména univerzity. Projekt NAZV QJ1310055 (2013 – 2017) Testování odolnosti vůči WDV pro JKI Quedlinburg Nezávislé ověřování užitné hodnoty odrůd pro AK ČR Zkoušení novošlechtění pro šlechtitelské firmy

Koncepce rozvoje oboru a pedagogické činnosti odborníci z praxe ve výuce (šlechtitelé, semenáři, pracovníci ÚKZÚZ...), výuka v „terénu“ (problém s harmonogramem výuky), vazba studentských závěrečných prací na grantové projekty nebo smluvní výzkum, důraz na rešeršní práci, aktuální monografie, zajištění odborné praxe na pracovištích v ČR i v zahraničí, podchycení studentů se zájmem o obor, individuální přístup.

Koncepce rozvoje oboru a pedagogické činnosti Realizace výukou předmětů zaměřených na šlechtění rostlin a semenářství: sortiment odrůd, výběr odrůd pro konkrétní podmínky, produkce osiva a sadby polních plodin, legislativa Odrůdy, osivo a sadba základní šlechtitelské postupy, použití biotechnologií, šlechtění jednotlivých plodin, Šlechtění rostlin biologická a semenářská hodnota osiva, výroba osiva, semenářství jednotlivých plodin, Semenářství šlechtění na vyšší odolnost vůči biotickým a abiotickým stresovým faktorům Šlechtění na rezistenci

Koncepce rozvoje oboru a pedagogické činnosti „Ideotyp“ absolventa s ambicemi stát se šlechtitelem vzdělání v oboru praxe, stáže chuť a schopnost vytrvalé práce s nejistými výsledky chuť a schopnost se dále vzdělávat organizační schopnosti schopnost týmové práce znalost angličtiny AF MENDELU

Děkuji za pozornost