ZBORNIK RAZISKOVALNIH PRISPEVKOV ŠTUDENTOV BIOTEHNOLOGIJE PRI PREDMETU OKOLJSKA BIOTEHNOLOGIJA (2021/22) ZBORNIK RAZISKOVALNIH PRISPEVKOV ŠTUDENTOV BIOTEHNOLOGIJE PRI PREDMETU OKOLJSKA BIOTEHNOLOGIJA (2021/22) Urednik: Jure Mravlje ZBORNIK RAZISKOVALNIH PRISPEVKOV ŠTUDENTOV BIOTEHNOLOGIJE PRI PREDMETU OKOLJSKA BIOTEHNOLOGIJA (2021/22) V zborniku so zbrani znanstveno–raziskovalni prispevki študentov pri predmetu »Okoljska biotehnologija – rastlinski del« na študiju II. stopnje Biotehnologija. Napisani so na osnovi rezultatov lastnega raziskovalnega dela, ki so ga študenti opravili v študijskem letu 2021/22. Ukvarjali so se s problematiko suše in slanosti ter ugotavljali, kako ta dva stresna dejavnika vplivata na rast in razvoj ter fotokemično učinkovitost pri izbranih vrstah kmetijsko pomembnih rastlin (žita, zelenjava). Izdajatelj: Katedra za botaniko in fiziologijo rastlin, Oddelek za biologijo, Biotehniška fakulteta Univerza v Ljubljani Recenzentki: prof. dr. Katarina Vogel-Mikuš in prof. dr. Marjana Regvar Zbral in uredil: asist. Jure Mravlje, jure.mravlje@bf.uni-lj.si Naslov uredništva: Katedra za botaniko in fiziologijo rastlin, Oddelek za biologijo, Biotehniška fakulteta UL, Večna pot 111, SI-1000 Ljubljana Fotografija z naslovnice: Rastline prosa izpostavljene različnim koncentracijam raztopine NaCl (od leve proti desni: kontrola (0 mM NaCl), 100 mM raztopina NaCl in 200 mM raztopina NaCl), avtorice: Zala Kink, Ema Molan, Špela Rupnik, Maja Marinčič Leto izida: avgust 2022 Kraj izida: Ljubljana Elektronska izdaja Kataložni zapis o publikaciji (CIP) pripravili v Narodni in univerzitetni knjižnici v Ljubljani COBISS.SI-ID 116697603 ISBN 978-961-6822-88-6 (PDF) (dostopno: https://repozitorij.uni-lj.si/IzpisGradiva.php?id=138723) KAZALO VSEBINE 1. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN SOLATE (Drnovšek, Horvat, Kockar)....................................................................................... 2 2. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN KUMARE (Amon, Debevec, Minatti, Pratljačić) ......................................................................... 8 3. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN REDKVICE (Polajnar, Rak, Žibert) ............................................................................................. 15 4. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN BLITVE (Kink, Marinčič, Molan, Rupnik) ............................................................................. 25 5. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN BUČKE (Holc, Novljan, Lisičić, Valentinčič)........................................................................ 32 6. VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SONČNICE (Flajnik, Glinšek, Jakin Lazar, Rupar)...................................................................... 37 7. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN KUMARE (Groleger, Japelj, Moretti, Žnidaršič) ....................................................................... 44 8. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN REDKVICE (Javornik, Kovachevikj, Križman, Kukenberger) ..................................................... 51 9. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BLITVE (Kulebanova, Nolde Drev, Rozman, Uran) .............................................................. 58 10. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BUČKE (Adamek, Bajc B., Bajc R., Belaj) ........................................................................... 64 11. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN SONČNICE (Pirih, Štangl, Malec, Kužnik) ................................................................................. 70 12. VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SOLATE (Dremelj, Krisper, Nusdorfer, Šetina) ...................................................................... 76 1 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN SOLATE Nika Drnovšek, Tajda Horvat, Saša Kockar Izvleček Podnebne spremembe povzročajo naravni in antropogeni dejavniki in ena od mnogih posledic teh sprememb je povečana slanost tal. Povečana slanost negativno vpliva na rastline in vodi do različnih fizioloških in molekularnih sprememb. Namen našega dela je bil bolje preučiti vpliv slanosti na rast in razvoj ječmena in solate. To smo dosegli z merjenjem korenin in poganjkov ter s preverjanjem fotokemične učinkovitosti, kjer smo tekom našega eksperimenta kot stresni dejavnik uporabili različne koncentracije NaCl. V našem poskusu sta se dolžini poganjkov in korenin pri obeh rastlinskih vrstah zmanjšali, znižana pa je bila tudi fotosintezna aktivnost - s tem smo dodatno potrdili negativen vpliv povečane slanosti na solato in na ječmen. Ključne besede: solata, ječmen, slanost, stres Uvod Človek z intenzivnim kmetijstvom in z drugimi posegi povzroča modifikacije v okolju - v kombinaciji s podnebnimi in klimatskimi spremembami tako spreminja mnoge dejavnike, ki pomembno vplivajo na rast in razvoj rastlin. Med drugim tako pride do višjih temperatur, nerednih padavin in do zasoljevanja kmetijskih površin - posledica teh pa so suša in povečana slanost. Slanost predstavlja veliko grožnjo modernemu kmetijstvu, saj negativno vpliva na rast in razvoj rastlin - ko se rastline soočijo s temi pogoji, oksidativni stres naraste in prosti radikali lahko poškodujejo rastlino (Isayenkov in sod. 2019). Poleg oksidativnega stresa slanost istočasno povzroča tudi osmotski stres in vpliva na rastlino na morfološkem, biokemijskem in molekularnem nivoju (Tanveer in sod. 2020). Največje vire zasoljevanja v kmetijstvu predstavljajo namakanje kmetijskih površin, zmanjšanje padavin in visoka površinska evaporacija - odstotek teh predelov naj bi se v bližnji prihodnosti le še povečeval (Shrivastava in sod. 2015). Da bi bolje preučili vpliv povečane slanosti na rastline, smo izvajali rastne poskuse na ječmenu ( Hordeum vulgare L.) in solati ( Lactuca sativa L.) v laboratorijskih pogojih, kjer smo kot stresni dejavnik uporabili povečano koncentracijo NaCl. Ovrednotili smo rastne parametre za poganjke in korenine ter fotokemično učinkovitost, pri čemer smo postavili hipotezo, da se bosta ob povečani koncentraciji stresnega dejavnika oba preučevana parametra zmanjšala. Materiali in metode Za preverjanje vpliva slanosti na rast in razvoj ječmena in solate smo pripravili 100 mM in 200 mM raztopino natrijevega klorida (NaCl) tako, da smo zatehtali ustrezno količino NaCl in jo raztopili v destilirani vodi. Kot kontrolo smo uporabili destilirano vodo. Rastline smo zalili z ustrezno raztopino in jih gojili v rastni komori pri 24°C in s fotoperiodo 16/8h. Rastline smo zalili še četrti dan po nastavitvi poskusa. Sedem dni po nastavitvi poskusa smo z fluorometrom (PAM-2500) pomerili dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost fotosistema II. Na liste smo pripeli zaponke, tako da je bila površina okenca v celoti pokrita z listom in okenca zaprli. Po 20 minutah pomeril najprej potencialno fotokemično učinkovitost FS II, nato pa odstranili zaponke in pomerili še dejansko učinkovitost. 2 Rastline smo odstranili iz loncev z zemljo, ločili korenine in poganjke ter pomeril dolžino le teh. Poganjke in korenine smo stehtali, jih zapakiral v aluminijevo folijo in jih za 3 dni dali sušiti v sušilnik s temperaturo 60 °C. Po enem tednu smo ponovno stehtali poganjke in korenine ter si zabeležili suho maso. Dolžino, svežo in suho maso korenin smo določili le pri solati. Za statistično obdelavo rezultatov smo uporabili program XLtoolbox. Razlike med obravnavami smo določili z enosmerno analizo variance (ANOVA) in Holm-Sidak post-hoc testom pri p<0,05. Rezultati Dolžina poganjkov in korenin Pri poganjkih ječmena ni bilo statistično značilnih razlik med dolžino pri kontroli in pri 100 mM raztopini NaCl. Poganjki obravnavani z 200 mM raztopino NaCl pa so se statistično razlikovali od poganjkov v ostalih dveh skupinah (Slika 1a). Pri poganjkih solate ni bilo statističnih razlik med skupinami obravnavanimi s kontrolno raztopino in raztopino z nižjo koncentracijo NaCl, poganjki obravnavani z višjo koncentracijo NaCl pa so bili statistično značilno krajši. Korenine solate obravnavane s kontrolno raztopino so bile statistično značilno daljše od korenin obravnavanih s 100 mM NaCl in korenin obravnavanih z 200 mM raztopino NaCl. Med skupinama obravnavanima s soljo pa ni bilo statističnih razlik (Slika 1b). Slika 1: Dolžina poganjkov ječmena (a) in dolžina poganjkov ter korenin solate (b) po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (ječmen n= 10, 20 in 23; solata n=4). Različne črke prikazujejo statistično značilne razlike (enosmerna ANOVA in Holm-Sidak post-hoc test pri p<0,05). Sveža masa S statistično analizo meritev smo ugotovili, da pri poganjkih ječmena ni statističnih razlik med svežimi masami različnih obravnav (Slika 2). 3 Slika 2: Sveža masa poganjkov ječmena po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (n=3). Na sliki 3a so prikazane sveže mase poganjkov solate. Med poganjki obravnavanimi s kontrolno raztopino in poganjki obravnavanimi s 100 mM NaCl nismo zaznali statističnih razlik. Statistično pomembna razlika obstaja med svežimi masami poganjkov obravnavanimi z 200 mM raztopino NaCl in poganjki preostalih dveh obravnav. Poganjki obravnavani z 200 mM raztopino NaCl so imeli statistično značilno nižjo maso od poganjkov v preostalih skupinah. Med koreninami obravnavanimi s 100 mM raztopino NaCl in tistimi z 200 mM NaCl ni bilo statistično značilnih razlik. Sveža masa korenin kontrolnih korenin pa je bila statistično značilno večja od mase tistih, ki so bile obravnavane z raztopinami soli (Slika 3b). Slika 3: Sveža masa poganjkov (a) ali sveža masa korenin solate (b) po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (poganjki n=3; korenine n=4). Različne črke prikazujejo statistično značilne razlike (enosmerna ANOVA in Holm-Sidak post-hoc test pri p<0,05). Suha masa Pri merjenju suhe mase poganjkov pri nobeni izmed vrst nismo zaznali statistično značilnih razlik med obravnavami (Preglednica 1). Preglednica 1: Suha masa poganjkov ječmena in solate po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (n=3). Suha masa [g] Koncentracija NaCl ječmen solata [mM] 0 0,181 +/- 0,024 0,206 +/- 0,055 100 0,179 +/- 0,007 0,108 +/- 0,033 200 0,152 +/- 0,020 0,119 +/- 0,038 4 Obravnava z raztopinami soli je imela vpliv na suhe mase korenin solate. Suhe mase korenin obravnavanih s kontrolo so bile značilno večje od svežih mas korenin ostalih dveh obravnav. Sveže mase korenin solate, ki so bile obravnavane s 100 mM raztopino NaCl ali z 200 mM raztopino NaCl pa se med seboj statistično ne razlikujejo (Slika 4). Slika 4: Suha masa korenin solate po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (n=4). Različne črke prikazujejo statistično značilne razlike (enosmerna ANOVA in Holm-Sidak post-hoc test pri p<0,05). Fotokemična učinkovitost FSII Tako pri ječmenu kot pri solati ni bilo statistično značilnih razlik v potencialni fotokemični učinkovitosti FS II med obravnavami. Prav tako pri obeh vrstah nismo zaznali statistično značilnega vpliva različnih obravnav pri dejanski fotokemični učinkovitosti (Preglednica 2). Preglednica 2: Potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost FS II pri ječmenu in solati po sedmih dneh obravnave z 0, 100 ali 200 mM raztopino NaCl. Prikazana so povprečja ± standardne napake (n=3). ječm en solat a Koncentracija potencialna FS dejanska FS potencialna FS dejanska FS NaCl [mM] učinkovitost učinkovitost učinkovitost učinkovitost (Fv/Fm) (Y) (Fv/Fm) (Y) 0 0,772 +/- 0,005 0,437 +/- 0,020 0,795 +/- 0,001 0,292 +/- 0,038 100 0,772 +/- 0,001 0,485 +/- 0,004 0,802 +/- 0,009 0,331 +/- 0,020 200 0,773 +/- 0,002 0,463 +/- 0,020 0,739 +/- 0,045 0,311 +/- 0,021 Razprava Pri našem eksperimentalnem delu smo dobili zadovoljive in pričakovane rezultate predvsem pri merjenju dolžine poganjkov in korenin in sveži masi poganjkov in korenin. Žal pa statističnih razlik nismo izmerili pri merjenju dejanske in potencialne fotokemične učinkovitosti FS II. Pri merjenju dolžine poganjkov in sveži masi poganjkov nismo dobili statistične razlike med kontrolo in rastlinami obravnavanimi s soljo. Medtem, ko pa so statistične razlike med poganjki obravnavanimi s 100 mM NaCl in poganjki obravnavanimi z 200 mM raztopino NaCl. Rastline obravnavane z višjo koncentracijo so bile statistično višje in imele večje svežo maso. Enako je veljalo za poganjke ječmena in poganjke solate. Edina razlika je bila, da pri sveži masi poganjkov ječmena nismo dobili statističnih razlik med obravnavanimi rastlinami. Pri merjenju suhe mase poganjkov ječmena in solate nismo dobili statističnih razlik med obravnavanimi rastlinami. 5 Pri merjenju dolžine korenin solate in sveži masi korenin solate smo dobili statistične razlike med kontrolo in rastlinami obravnavanimi s soljo, kontrolne rastline so imele statistično daljše korenine in imele večjo svežo maso korenin. Medtem, ko pa ni bilo statističnih razlik med koreninami obravnavanimi s 100 mM NaCl in koreninami obravnavanimi z 200 mM raztopino NaCl. Merili smo le korenine solate. Korenine ječmena so bile preveč prepletene in tanke, da bi jih lahko ločili od rastline. Enake rezultate smo dobili pri merjenju suhe mase korenin solate, statistične razlike med koreninami kontrolnih in obravnavanih rastlin. Povečana slanost negativno vpliva na sposobnost rastlin, da privzamejo vodo in s tem zavira njihovo rast. Slanost ima tudi toksičen učinek na liste in ostale dele rastlin, kar prav tako znižuje rast rastlin (Parihar in sod., 2015). Kanbar in El Drussi (2014) sta preučevala vpliv slanosti na tri populacije ječmena. Uporabila sta 0, 25 , 50, 75 in 100 mM raztopine NaCl. Pri dveh populacijah so imele rastline obravnavane s 25 mM raztopino soli v primerjavi s kontrolno skupino daljše poganjke in korenine ter povečano suho maso. Pri višjih koncentracijah soli so bili poganjki in korenine krajši. Z naraščanjem koncentracije soli se je zmanjševala tudi suha masa. Al-Maskri in sod. (2010) so solato tretirali z 0, 50, 100 mM raztopino NaCl. Rastline obravnavane z 0 mM NaCl so imele najdaljše poganjke in korenine, najkrajše pa tiste s 100 mM NaCl. Tako pri sveži kot pri suhi masi mi bilo značilnih razlik med kontrolnimi rastlinami in tistimi obravnavanimi s 50 mM NaCl. Rastline obravnavane z 100 mM raztopino NaCl pa so imele znatno nižjo suho maso. Stres zaradi slanosti privede do zmanjšanja fotosintezne aktivnosti, saj zmanjša vodni potencial. Fotosintezo zavira tudi kopičenje visokih koncentracij Na+ in Cl- ionov v kloroplastih (Parihar in sod., 2015). Pri merjenju fotokemične učinkovitosti nismo zaznali statističnih razlik med obravnavami. Velja tako za potencialno fotokemično učinkovitost ječmena in solate kot dejansko fotokemično učinkovitost ječmena in solate. Allel in sod. (2017) so pri obravnavanju z 200 mM raztopino NaCl zaznali zmanjšanje dejanske fotokemične učinkovitosti pri enem izmed osmih testiranih kultivarjev ječmena. Zalivanje sladkorne pese ( Beta Vulgaris L.) in zelja ( Brassica oleracea capitata L.) z 0, 50, 100 in 150 mM NaCl pa ni imelo učinka na potencialno fotokemično učinkovitost pri nobeni izmed vrst (Jamil in sod., 2007). Ocenjujemo, da so naši rezultati reprezentativni in kažejo negativen vpliv soli na rastline ječmena in solate. Predvsem solata se je izkazala kot dobra modelna rastlina za preučevanje vpliva soli na rast rastlin. Pri merjenju fotokemične učinkovitosti pa bi morali poskus še nekoliko prilagoditi, da bi tudi tukaj dobili statistične razlike med obravnavami. Ena od rešitev bi bila inkubacija rastlin v popolni temi in ne lep zatemnitev z zaponko. Prav tako bi lahko podaljšali čas obravnav in s tem izboljšali rezultate. Zaključki Kratek, a zelo reprezentativen poskus obravnavanja ječmena in solate s soljo nam je pokazal vpliv in posledice stresnega okolja na rastlino. Posledice prevelike koncentracije soli smo spremljali preko merjenja dolžine poganjkov in korenin, določanja sveže in suhe mase poganjkov in korenin ter merjenja fotokemične učinkovitosti FS II. Rastline se zelo hitro odzovejo na izpostavljen stresni dejavnik, zmanjša se dolžina poganjkov in korenin, zniža se sveža masa poganjkov in korenin ter suha masa korenin. Vseeno pa bi poskus lahko še izboljšali in pridobili statistične razlike v suhi masi poganjkov ter pri merjenju fotokemične učinkovitosti FS II, tako potencialne kot dejanske. Vseeno pa se je solata izkazala kot dobra modelna rastlina za preučevanje vpliva soli na rast rastlin. 6 Literatura Butcher K, Wick A, DeSutter T, in sod (2016) Soil Salinity: A Threat to Global Food Security. Agron J. 108(6):2189-2200. doi:10.2134/agronj2016.06.0368 Jones RW, Pike LM, Yourman LF in sod (1989) Salinity influences cucumber growth and yield. Journal of the American Society for Horticultural Science 114(4):547-551. Munns R (2002) Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cel & Environment 25(2):239-250. doi:10.1046/j.0016-8025.2001.00808.x Wang Y, Frei M (2011) Stressed food – The impact of abiotic environmental stresses on crop quality. Agriculture, Ecosystems & Environment 141(3-4):271-286.doi:10.1016/j.agee.2011.03.017 Elsheery, N. I., Helaly, M. N., Omar, S. A., John, S. V. S., Zabochnicka-Swiątek, M., Kalaji, H. M., & Rastogi, A. (2020). Physiological and Molecular Mechanisms of Salinity Tolerance in Grafted Cucumber. South African Journal of Botany, 130, 90–102. doi:10.1016/j.sajb.2019.12.014 Alell D, Ben-Amar A., Abdelly C. 2018. Leaf photosynthesis chlorophyll fluorescence and ion content of barley (Hordum vulgare) in response to salinity. Journal of Plant Nutrition, 41, 4: 497-508. doi: 10.1080/01904167.2017.1385811 Al-Maskri A., Al-Kharusi L., Al-Miqbali H., Khan M. M. 2010. Effects of salinity stress on growth of lettuce (Lactuca sativa) under closed-recycle nutrient film technique. International Journal of Agriculture and Biology, 12, 3: 377-380. Isayenkov SV and Maathuis FJM. 2019. Plant Salinity Stress: Many Unanswered Questions Remain. Front. Plant Sci. 10:80. doi: 10.3389/fpls.2019.00080 Jamil M., Rehman S., Rha, E. S. 2007. Salinity effect on plant growth, PSII photochemistry and chlorophyl content in sugar beet (Beta vulgaris L.) and cabbage (Brassica oleracea capitata L.). Pak. J. Bot, 39, 3: 753-760. Kanbar, A. 2014. Effect of salinity stress on germination and seedling growth of barley (Hordeum vulgare L.) varieties. Advances in Environmental Biology, 8, 1: 244-248. Parihar P., Singh S., Singh R., Singh V. P., Prasad, S. M. 2015. Effect of salinity stress on plants and its tolerance strategies: a review. Environmental science and pollution research, 22, 6: 4056-4075. doi: 10.1007/s11356-014-3739-1 Shrivastava, P. and Kumar, R., 2015. Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its al eviation. Saudi Journal of Biological Sciences, 22, 2: 123-131. Tanveer, M. and Yousaf, U., 2020. Plant single-cell biology and abiotic stress tolerance. Plant Life Under Changing Environment, 611-626. 7 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN KUMARE Špela Amon, David Debevec, Katarina Minatti, Toni Pratljačić Izvleček Namen poskusa je bil raziskati vpliv slanosti na kumaro in koruzo. Mlade rastline kumare in koruze smo zalivali z raztopino NaCl (100 mM in 200 mM), kontrolno skupino pa z destilirano vodo. Po dveh tednih gojenja smo izmerili fotokemično učinkovitost fotosistema II, svežo maso in dolžine poganjkov in korenin kumare ter dolžine poganjkov koruze. Poganjke in korenine smo posušili, po enem tednu stehtali še suho maso ter naredili statistične analize. Ugotovili smo, da je bila povprečna dolžina poganjkov kumar, obravnavanih z 200 mM NaCl, krajša od dolžin poganjkov rastlin kontrolne skupine in skupine iz obravnave s 100 mM NaCl. Med slednjima skupinama ni bilo statistično značilnih razlik. Edina statistično značilna razlika dolžin korenin je bila med rastlinami obravnave z nižjo koncentracijo NaCl (daljše korenine) in ostalima dvema skupinama. Med kontrolno skupino in skupino, obravnavano z višjo koncentracijo NaCl, razlik ni bilo. Slanost na svežo in suho maso poganjkov in korenin kumar ni imela vpliva, do enakih zaključkov smo prišli pri primerjavi fotokemične učinkovitosti. Prav tako je bila povprečna dolžina poganjkov koruze, obravnavane z 200 mM NaCl, krajša od dolžin poganjkov rastlin kontrolne skupine in skupine iz obravnave s 100 mM NaCl. Med slednjima skupinama ni bilo statistično značilnih razlik. Skupina, obravnavana z 200 mM NaCl, je imela statistično značilno manjšo svežo biomaso napram ostalima skupinama, med katerima razlik ni bilo. Pri določanju suhe biomase koruze nismo dobili statistično značilnih razlik, prav tako ne pri fotokemični učinkovitosti FS II. Ključne besede: koruza, kumara, slanost, morfologija, fotokemična učinkovitost Uvod Koruza ( Zea mays L.) in kumara ( Cucumis sativus L.) sta industrijsko pomembni rastlini, ki igrata ključno vlogo v prehrani ljudi in živali. Z naraščanjem števila prebivalstva sta potrebni vedno bolj, a na njun pridelek negativno vplivajo podnebne spremembe in izzivi, povezani z intenzivnim kmetijstvom. Poleg suše, vročine in presežka UV-sevanja je eden od največjih abiotskih stresnih dejavnikov za rastlino prekomerna slanost tal (Wang in Frei 2011). Ta vpliva na privzem mineralnih hranil in vode iz zemlje v rastlino in lahko zavira njeno rast (Munns 2002). Vpliv slanosti na rast koruze je zaradi njene industrijske pomembnosti že dobro raziskan. Učinki povišane slanosti se na rastlini kažejo različno glede na stopnjo v razvoju rastline in izbiro soli (Butcher in sod. 2016). Manjšo rast poganjkov, nižjo suho maso in slabši pridelek zaradi slanosti so opazili tudi v nekaterih raziskavah na kumari (Jones in sod. 1989). Cilj tega članka je ugotavljanje vpliva slanosti na rast, biomaso in fotokemično učinkovitost kumare ter koruze in s tem oceniti, do kakšne mere sta vrsti tolerantni na prekomerno slanost. Hipoteze: - Dolžina poganjkov in korenin rastlin, zalivanih s 100 mM NaCl (N1), bo nižja od dolžine poganjkov in korenin kontrolnih rastlin. - Dolžina poganjkov in korenin rastlin, zalivanih z 200 mM NaCl (N2), bo nižja od dolžine poganjkov in korenin kontrolnih rastlin ter N1 rastlin. - Sveža in suha biomasa poganjkov in korenin N1 rastlin bo nižja od sveže in suhe biomase poganjkov in korenin kontrolnih rastlin. 8 - Sveža in suha biomasa poganjkov in korenin N2 rastlin bo nižja od svežih in suhih biomas poganjkov in korenin kontrolnih ter N1 rastlin. - Fotokemična učinkovitost FS II N1 rastlin bo nižja od fotokemične učinkovitosti kontrolnih rastlin. - Fotokemična učinkovitost N2 rastlin bo nižja od fotokemične učinkovitosti kontrolnih ter N1 rastlin. Metode in materiali Uporabili smo mlade koruze in kumare, ki smo jih pridobili na Katedri za botaniko in fiziologijo rastlin na Biotehniški fakulteti v Ljubljani. Vzdrževanje pogojev slanosti Vpliv slanosti smo simulirali z uporabo raztopine NaCl in sicer v dveh koncentracijah; 100 mM (N1) in 200 mM (N2). Poskus smo zastavili tako, da smo za vsako rastlino (koruzo in kumaro) imeli po dva lončka s kontrolnimi rastlinami, ki smo jih zalivali z destilirano vodo, dva lončka z rastlinami, ki smo jih zalivali z 100 mM NaCl in dva lončka z rastlinami, ki smo jih zalivali z 200 mM NaCl. Za vzdrževanje ustreznih pogojev so bile rastline prvi teden zalite 2x (ponedeljek, petek), naslednji teden 3x (ponedeljek, sreda, petek) in zadnji teden 1x (ponedeljek), vsakič s po 80 mL ustrezne raztopine. Rastline smo hranili v rastni komori pri 23 °C in s fotoperiodo 16/8h. Morfološka analiza Za analizo morfoloških sprememb smo dva dni po zadnjem zalivanju prešteli število listov (le pri kumari). Nato smo z ravnilom izmerili dolžine poganjkov. Pri kumarah smo očistili še korenine in izmerili tudi njihove dolžine, korenine koruze pa smo zavrgli. Sledilo je tehtanje sveže mase in sicer poganjkov kumare, korenin kumare ter poganjkov koruze. Po tehtanju smo poganjke in korenine zavili v alu folijo ter jih dali v sušilnik na 60 °C za 3 dni, temu pa je sledilo še tehtanje suhe mase. Za statistično obdelavo podatkov smo uporabili ANOVA test. Merjenje fotokemične učinkovitosti fotosistema II Dva dni po zadnjem zalivanju smo s fluorometrom (PAM-2500) izmerili fluorescenco klorofila a in s tem dobili podatke o potencialni in dejanski fotokemični učinkovitosti FS II. Potencialno fotokemično učinkovitost FS II smo izmerili na listih, ki smo jih zatemnili za 20 minut, dejansko pa na osvetljenih listih. Za statistično obdelavo podatkov smo uporabili ANOVA test. Rezultati Kumare Dolžina poganjkov in korenin Pri merjenju dolžin poganjkov smo pričakovali, da bo povečanje koncentracije NaCl v raztopini, s katero smo zalivali kumaro, negativno vplivalo na rast poganjkov. Ugotovili smo, da pri N1 ni značilnih razlik, pri N2 pa smo opazili razliko v dolžini poganjkov. 9 Slika 1: Povprečne dolžine poganjkov pri kontrolni, N1 in N2 kumari. Vsak stolpec je označen s pripadajočo statistično množico. Pri merjenju dolžin korenin smo prav tako pričakovali, da bo povečanje koncentracije NaCl v raztopini, s katero smo zalivali kumaro, negativno vplivalo na rast korenin. Ugotovili smo, da so razlike v dolžini korenin le pri N1, pri dolžinah korenin med kontrolo in N2 pa ni bilo razlik. Slika 2: Povprečne dolžine korenin pri kontrolni, N1 in N2 kumari. Vsak stolpec je označen s pripadajočo statistično množico. Sveža in suha biomasa poganjkov Enako kot za dolžino poganjkov in korenin smo za svežo maso poganjkov in korenin pričakovali, da bo z naraščanjem koncentracije NaCl padala. S statistično analizo meritev smo ugotovili, da pri suhi in sveži masi poganjkov kumare ni bilo razlik med različno obravnavanimi rastlinami. 10 Slika 3: Povprečne mase svežih korenin in poganjkov pri različnih koncentracijah NaCl. Fotokemična učinkovitost fotosistema II Na sliki štiri sta prikazani potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost FS II. Pričakovali smo, da bo fotokemična učinkovitost z naraščanjem koncentracije NaCl padala, a tega v rezultatih nismo zasledili, saj med vrednostmi ni bilo razlik. Slika 4: Potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost (FU) FS II pri kontrolnih rastlinah in rastlinah, obravnavanih s 100 mM in z 200 mM NaCl. Koruza Dolžina poganjkov Pri merjenju dolžin poganjkov smo pričakovali, da bo povečanje koncentracije NaCl v raztopini, s katero smo rastline zalivali, negativno vplivalo na rast poganjkov in korenin. S statistično analizo meritev smo ugotovili, da so bili N2 poganjki krajši, med kontrolo in N1 pa ni bilo razlik. 11 Slika 5: Povprečne dolžine poganjkov koruze pri različnih koncentracijah NaCl s standardnim odklonom. Oznake s pripadajočimi statističnimi množicami so nad stolpci. Suha in sveža biomasa poganjkov Enako kot za dolžino poganjkov smo za svežo maso in suho maso poganjkov pričakovali, da bo z naraščanjem koncentracije NaCl padala. S statistično analizo meritev smo ugotovili, da so meritve sveže mase N2 poganjkov nižje, med kontrolo in N1 pa ni bilo razlik. Pri suhi biomasi ni bilo razlik med obravnavami. Slika 6: Povprečne mase svežih in suhih poganjkov pri različnih koncentracijah NaCl. Oznake s pripadajočimi statističnimi množicami so nad stolpci. Fotokemična učinkovitost FS II Pri fotokemični učinkovitosti smo pričakovali, da se bo nižala z večanjem koncentracije NaCl v raztopini, vendar nismo opazili statistično značilnih razlik med obravnavami. 12 Slika 7: Potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost (FU) FS II pri kontrolnih rastlinah in rastlinah, obravnavanih s 100 mM in z 200 mM NaCl. Razprava Pri merjenju dolžin poganjkov kumare smo skladno z našo hipotezo pri skupini rastlin, obravnavanih z 200 mM NaCl, pridobili krajše poganjke, kot tudi Jones in sod. (1989), vendar pri koncentraciji 100 mM NaCl ni bilo bistvenih sprememb, kot pri kontroli, zato sklepamo, da je kumara odporna na nižje koncentracije soli. Pri meritvah dolžin korenin kumare smo ugotovili signifikantno podaljšanje le-teh pri skupini, obravnavani s koncentracijo 100 mM NaCl. Razlog za to bi lahko bila elongacija korenin zaradi iskanja vode v zemlji z manjšo koncentracijo soli. Pri skupini, obravnavani z 200 mM NaCl, pa razlik v primerjavi s kontrolo ni bilo. Obstaja verjetnost, da je ta koncentracija soli prevelika, da bi kumara lahko uspešno podaljšala korenine. Tako kot pri kumari je tudi pri koruzi prišlo do podobnih rezultatov glede dolžine poganjkov pri obravnavah, saj je tudi tu prišlo do skrajšanja dolžine poganjkov šele pri koncentraciji 200 mM, kar kaže tudi na odpornost koruze na nižje koncentracije soli v tleh. Za svežo in suho biomaso poganjkov in korenin smo pričakovali manjšo biomaso z večanjem koncentracije soli v raztopini, a v nasprotju z Jones in sod. (1989), ki so opazili značilno zmanjšanje suhe mase pri višjih koncentracijah soli, nismo opazili signifikantnih razlik. Iz rezultatov naše raziskave sklepamo, da koncentracija soli v zemlji ne vpliva na biomaso poganjkov kumare, vendar bi bilo to potrebno še dodatno potrditi z nadaljnjimi poskusi. Enaka hipoteza je bila tudi za koruzo, vendar smo tu dobili drugačne rezultate, saj se sicer pri nižji koncentraciji soli sveža suha biomasa ni bistveno spremenila, a se je pri višjih signifikantno zmanjšala, čeprav je suha biomasa ostala nespremenjena. To kaže na manjši privzem vode pri koncentraciji 200 mM NaCl v raztopini. Pri fotokemični učinkovitosti smo sklepali, da se bo z večanjem koncentracije NaCl manjšala. Pri nobenih od rastlin nismo zaznali signifikantne spremembe v fotokemični učinkovitosti FS II, kar sovpada z rezultati drugih avtorjev, kjer so rastline tudi pri povišani koncentraciji soli vzdrževale raven fotosintezne aktivnosti (Elsheery in sod., 2020). 13 Zaključki Povprečna dolžina poganjkov kumar, obdelanih z 200 mM NaCl, je bila krajša od dolžin poganjkov rastlin kontrolne skupine in skupine obdelane z 100 mM NaCl, kar smo tudi pričakovali. Med kontrolno skupino in skupino obdelano s 100 mM NaCl ni bilo razlik, kar ne sovpada z našo hipotezo. Edina statistično značilna razlika dolžin korenin je bila med rastlinami obdelanih z nižjo koncentracijo NaCl (daljše korenine) in ostalima dvema skupinama, česar nismo pravilno predvideli. Slanost na svežo in suho maso poganjkov in korenin ter fotokemično učinkovitost FS II kumare ni imela vpliva, kar je prav tako zavrglo naše hipoteze. Povprečna dolžina poganjkov koruze, obdelane z 200 mM NaCl, je bila krajša od dolžin poganjkov rastlin kontrolne skupine in skupine obdelane s 100 mM NaCl, kar je v skladu z našo začetno hipotezo. Med povprečno dolžino poganjkov kontrolnih koruz in rastlin obdelanih s 100 mM NaCl ni bilo statistično značilnih razlik, kar je v nasprotju z našimi predvidevanji. Kot predvideno, je skupina, obdelana z 200 mM NaCl, imela statistično značilno manjšo svežo biomaso v primerjavi z ostalima skupinama. Hipoteza o razlikah med svežo biomaso poganjkov kontrolnih rastlin in poganjkov koruze, obdelane z nižjo koncentracijo NaCl, je bila ovržena. Suha biomasa ni pokazala statistično značilnih razlik, prav tako ni bili vplivna na fotokemično učinkovitost FS II, kar ni v skladu z našimi hipotezami. Glede na pridobljene rezultate bi lahko zaključili, da tako kumara kot tudi koruza dobro rasteta tudi na nekoliko bolj slanih tleh in imata določene prilagoditvene mehanizme, a je pri višjih koncentracijah soli v določenih parametrih (npr. dolžini poganjkov) videti vplive slanostbega stresa na njuno rast. Za konkretnejše zaključke bi bili vsekakor potrebni dodatni in dolgotrajnejši poskusi, iz gospodarskega vidika pa bi bilo smotrno preveriti tudi vpliv slanosti na pridelek. Literatura Butcher K, Wick A, DeSutter T, in sod (2016) Soil Salinity: A Threat to Global Food Security. Agron J. 108(6):2189-2200. doi:10.2134/agronj2016.06.0368 Jones RW, Pike LM, Yourman LF in sod (1989) Salinity influences cucumber growth and yield. Journal of the American Society for Horticultural Science 114(4):547-551. Munns R (2002) Comparative physiology of salt and water stress. Plant, Cel & Environment 25(2):239-250. doi:10.1046/j.0016-8025.2001.00808.x Wang Y, Frei M (2011) Stressed food – The impact of abiotic environmental stresses on crop quality. Agriculture, Ecosystems & Environment 141(3-4):271-286.doi:10.1016/j.agee.2011.03.017 Elsheery, N. I., Helaly, M. N., Omar, S. A., John, S. V. S., Zabochnicka-Swiątek, M., Kalaji, H. M., & Rastogi, A. (2020). Physiological and Molecular Mechanisms of Salinity Tolerance in Grafted Cucumber. South African Journal of Botany, 130, 90–102. doi:10.1016/j.sajb.2019.12.014 14 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN REDKVICE Mercedes Polajnar, Laura Rak, Žiga Žibert Izvleček Naš namen je bil preučiti vpliv različnih koncentracij soli na rast poganjkov, korenin in plodov ter fotosintezno učinkovitost pri koruzi ( Zea mays) in vrtni redkvici ( Raphanus sativus). Simulacijo slanosti smo izvedli z raztopino NaCl, ki smo jo pred začetkom eksperimenta pripravili v 100 mM in 200 mM koncentraciji. Vse vzorce smo 2x obravnavali s pripravljenima raztopinama, v razmaku 4 dni. Po končani obravnavi smo izmerili poganjke pri koruzi, pri redkvici pa smo poleg tega izmerili tudi dolžino korenin in premer plodu. Stehtali smo svežo in suho biomaso vseh rastlinskih delov ter na poganjkih koruze in redkvice izmerili potencialno in dejansko fotosintezno učinkovitost. Predpostavili smo, da bo s povečevanjem koncentracije soli rast poganjkov in korenin progresivno zavrta, biomasa in fotosintezne sposobnosti pa bodo opazno nižje v primerjavi s kontrolami. Najbolj opazne statistično značilne razlike smo opazili pri rasti poganjkov koruze in pri merjenju premera plodov redkvice. Večja kot je bila koncentracija soli, krajša je bila povprečna dolžina in manjši premer plodov. Pri merjenju suhe in sveže biomase so bili statistično značilni rezultati pri koruzi le pri merjenju sveže biomase, ki se je ob povišanju koncentracije soli zmanjšala. Pri redkvici se je prav tako masa svežih plodov zmanjšala, kar je potrdila tudi statistična analiza, saj so bili rezultati vseh skupin (0 mM, 100 mM, 200 mM) statistično značilno različni. Pri merjenju fotosintezne učinkovitosti nismo opazili značilnih razlik med obravnavanimi rastlinami glede na koncentracijo soli. Ključne besede: slanost, odziv na stres, koruza, redkvica, fotokemična učinkovitost, rast Uvod Rastline se tekom svoje rasti soočajo z več stresnimi dejavniki – z visokimi in nizkimi temperaturami, poplavami, sušo ter zasoljenostjo tal. Ti stresorji lahko pri rastlini upočasnijo oziroma celo preprečijo pravilen razvoj, v ekstremnih primerih pa rastlina stresnega dejavnika sploh ne preživi (Krasensky in Jonak, 2012). Najtežavnejši abiotski stres za rastline je previsoka slanost tal, ki zavira rast rastlin in potencialno produktivnost pridelka. Opredelimo jo kot prisotnost prevelike koncentracije v tleh topnih soli (Zaki, 2011). Slanost povzroča negativne učinke na rast rastlin zaradi nizkega osmotskega potenciala in neravnovesja nutrientov (Munns in Tester, 2008). Kot posledica zasoljenosti v rastlinah pride do primarnega (hiperosmotskega) stresa in oksidativnih poškodb, katere definiramo kot sekundarni stres (Zhu, 2001). Previsoke koncentracije soli v rastlinah povzročijo poleg osmotskega stresa tudi ionsko toksičnost in s tem zavirajo njihovo rast in razvoj, kar so pokazali v dosedanjih študijah, npr. pri paradižniku (Romero-Aranda in sod., 2001), bombažu (Meloni in sod., 2001) in sladkorni pesi (Ghoulam in sod., 2002). V splošnem bi lahko rekli da stres zaradi slanosti slabo vpliva na morfologijo, delovanje in homeostazo rastlin ter zmanjšuje njihovo biomaso (Parvaiz, 2014). S progresivno rastjo prebivalstva in vedno večjimi potrebami po obdelovalnih tleh, bodo kmetovalci prisiljeni za svoje obdelovalne površine uporabiti tudi območja z višjimi koncentracijami soli v tleh. To nakazuje na potrebo izvajanja študij, kjer bi preučevali vpliv soli na ekonomsko pomembne poljščine. V našem eksperimentalnem delu smo zato preverili kako različne koncentracije solne raztopine vplivajo na rast koruze ( Zea mays) in vrtne redkvice ( Raphanus sativus). Naš cilj je bil preveriti kako slanost vpliva specifično na rast poganjkov, korenin in plodov pri redkvi ter na rast poganjkov pri koruzi. Pričakovali smo, da bodo ob vse višji koncentraciji soli negativni učinki na rast, biomaso in fotosintezno sposobnost vse bolj izraziti. Hipoteze: - S povečevanjem koncentracije soli bo rast poganjkov in korenin progresivno zavrta. 15 - Obstaja korelacija med višjo koncentracijo soli in zmanjšanjem biomase korenin, plodov in poganjkov. - Ob povišanju koncentracije soli bosta potencialna in dejanska fotokemična učinkovitost PS II nižji v primerjavi s kontrolami. Metode in materiali Eksperimentalni del Na vajah smo izvedli eksperiment, s katerim smo preverjali vpliv slanosti na rast enokaličnic in dvokaličnic. Naša izbrana enokaličnica je bila koruza, dvokaličnica pa redkvica. Simulacijo slanosti smo izvedli z raztopino NaCl, ki smo jo pred začetkom eksperimenta pripravili v dveh različnih koncentracijah, nato pa smo obravnavali testne rastline, merili fotokemično učinkovitost, merili dolžine poganjkov, korenin in ploda redkvice ter določali svežo in suho biomaso rastlinskih delov. Priprava raztopin NaCl Pripravili smo 1,5 L 100 mM (5,8 g/L) in 1,5 L 200 mM (11,6 g/L) raztopine NaCl. Najprej smo zatehtali 8,7 g NaCl, zatem pa še 17,4 g NaCl in obe količini posamično raztopili v 1,5 L vode. Pripravili smo tudi kontrolni vzorec, ki ga je predstavljala destilirana voda. Zalivanje testnih rastlin Za vsako rastlino (koruza, redkvica) in vsako obravnavo (kontrola z destilirano vodo, 100 mM NaCl, 200 mM NaCl) smo uporabili dva lončka s tritedenskimi poganjki testne rastline. Eksperiment smo začeli s tem, da smo vsakega izmed 12 lončkov zalili z 80 mL ustrezne koncentracije NaCl. Kontrolne lončke smo zalili z 80 mL destilirane vode. Obravnavane rastline smo odnesli v rastno komoro in jih čez 4 dni ponovno zalili z ustreznimi koncentracijami NaCl. Podiranje poskusov En teden po začetku eksperimenta smo pri vseh rastlinah izmerili potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost FS II koruze in redkvice, podrli poskuse, izmerili dolžine poganjkov koruze in redkvice, izmerili dolžine korenin redkvice, izmerili premer ploda redkvice in stehtali svežo biomaso poganjkov koruze in redkvice, korenin redkvice in ploda redkvice. Po enem tednu smo določili še suho biomaso poganjkov koruze in redkvice, korenin redkvice in ploda redkvice. Merjenje fotokemične učinkovitosti Na še rastočih poganjkih koruze in redkvice smo izmerili potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost. Potencialno fotokemično učinkovitost smo izmerili na zatemnjenih delih poganjkov. Za vsako obravnavo vsake rastline smo izbrali po tri liste z dovolj veliko površino in nanje nanesli sponke za zatemnitev. Izbrali smo liste, ki niso bili premladi ali prestari. Sponke smo namestili tako, da je celotno površino odprtin v sponkah pokrivala površina lista. Sponke smo zaprli in počakali 20 minut preden smo začeli z meritvami. Z obravnavo v temi smo zagotovili, da se je ustavil proces fotosinteze v točkah merjenja. Zatem smo izmerili tudi dejansko fotokemično učinkovitost na istih listih, samo da smo izbrali drug del lista, ki ni bil zatemnjen. Merjenje dolžin in biomase Izmerili smo dolžine vseh poganjkov koruze in redkvice iz vseh poskusnih lončkov. To smo naredili tako, da smo pri vsakem posameznem poganjku izmerili dolžino od zemlje do konice najdaljšega lista. Zatem smo vse poskuse podrli, ločili korenine, poganjke in plodove redkvic med seboj ter podzemne 16 dele rastlin oprali pod tekočo vodo. Izmerili smo dolžino korenin za vse poganjke redkvice, pri koruzi pa zaradi velike prepletenosti in krhkosti korenin tega nismo storili. Izmerili smo tudi premer vseh plodov redkvice. Biomaso iz posameznih obravnav smo razdelili v manjše paketke, jih stehtali s pomočjo analitske tehtnice, nato pa dobljeno težo delili s številom kosov v paketkih. Tako smo pridobili podatke sveže biomase poganjkov koruze, poganjkov redkvice, korenin redkvice in plodov redkvice. Paketke smo zavili v aluminijasto folijo in jih dali sušiti v sušilnik na 60°C za 3 dni. Po enem tednu smo postopek tehtanja ponovili in pridobili podatke suhe biomase poganjkov koruze, poganjkov redkvice, korenin redkvice in ploda redkvice. Statistična analiza Iz pridobljenih podatkov smo naredili statistično analizo z uporabo ANOVA Excelovega vtičnika. Med seboj smo primerjali vse parametre (biomaso, dolžino, fotokemično učinkovitost) znotraj vrste, izračunali povprečja, izvedli post hoc teste (Holm-Sidak) in izrisali primerne grafe ter tabele z dodanimi standardnimi napakami. Rezultati Merjenje dolžine poganjkov, korenin in premera plodu Pri koruzi so bili izmerjeni poganjki najkrajši pri najvišji koncentraciji soli (200 mM), kar lahko opazimo že vizualno (Slika 1). Dolžine poganjkov so bile statistično značilne (Slika 2), z večanjem koncentracije soli je bila namreč opazno krajša dolžina poganjkov. Slika 1: Vpliv različne koncentracije soli na dolžino poganjkov pri koruzi. Od leve proti desni, si rastline glede na koncentracijo sledijo: 0 mM (kontrola) 1, 0 mM (kontrola) 2, 100 mM 1, 100 mM 2, 200 mM 1, 200 mM 2. 17 Slika 2: Prikaz povprečne dolžine poganjkov koruze (n=24) po obravnavi z različnimi koncentracijami soli (0 mM - kontrola, 100 mM, 200 mM). Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Pri redkvici smo poleg poganjkov izmerili še dolžino korenin in premer plodu. Najkrajša izmerjena dolžina poganjkov je bila pri rastlinah, obravnavanih z največjo koncentracijo soli, sicer pa dolžine poganjkov med seboj niso bile statistično značilne. Večjih razlik v dolžinah tudi vizualno ni bilo opaziti (Slika 3), vredno pa je omeniti, da je vizualni pregled rastlin pokazal večjo povešenost poganjkov in na splošno slabše stanje kontrolnih rastlin v primerjavi z obravnavanimi rastlinami, a to ni bila posledica solnega stresa temveč prekomerne izpostavljenosti svetlobe v rastni komori, ki je predstavljala močan sušni stres za kontrolne rastline in jih fenotipsko močneje prizadela kot bi jih solni stres. Tudi pri dolžini korenin skupine med sabo nimajo statistično značilnih razlik (Slika 4). S statistično analizo meritev smo ugotovili, da je statistično značilna razlika le med premeri plodov kontrole (0 mM) in plodovi, ki so bili izpostavljeni 200 mM koncentraciji soli (p=0,012) (Slika 5). Slika 3: Vpliv različne koncentracije soli na dolžino poganjkov pri redkvici. Od leve proti desni, si rastline glede na koncentracijo sledijo: 0 mM (kontrola) 1, 0 mM (kontrola) 2, 100 mM 1, 100 mM 2, 200m M 1, 200 mM 2. 18 Slika 4: Povprečne dolžine poganjkov (pri kontroli 0 mM n=12; 100 mM n=12, 200 mM n=12) in korenin (pri kontroli 0 mM n=14; 100 mM n=16, 200 mM n=12) redkvice pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Slika 5: Povprečen premer plodu (pri kontroli 0 mM n=13; 100 mM n=15, 200 mM n=13) redkvice pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Merjenje sveže in suhe biomase Enako kot za dolžino poganjkov, korenin in premera plodu, smo za svežo in posledično tudi suho biomaso poganjkov, korenin in plodu pričakovali, da bo z naraščanjem koncentracije soli masa padala. S statistično analizo meritev smo ugotovili, da je bila pri koruzi razlika statistično značilna le med svežimi masami poganjkov koruze, ki so bili izpostavljeni koncentraciji soli 100 mM in tistimi, ki so bili izpostavljeni koncentraciji 200 mM (p=0,009). Pri suhi biomasi poganjkov koruze rezultati niso bili statistično značilni (Slika 6). 19 Slika 6: Povprečna sveža in suha biomasa poganjkov koruze pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. S statistično analizo meritev smo ugotovili, da pri sveži biomasi korenin redkvice ni bilo statistično značilnih rezultatov. Pri suhi biomasi pa je bila statistična razlika pri koreninah kontrole, primerjanih s tistimi, ki so bile obravnavane s koncentracijo 100 mM in tudi pri koreninah kontrole, primerjanih s tistimi, ki so bile obravnavane s koncentracijo 200 mM (Slika 7). Slika 7: Povprečna sveža in suha biomasa korenin redkvice pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Opazili smo, da je do največjih razlik prišlo pri merjenju mase svežih plodov redkvice, kar je potrdila tudi statistična analiza, saj so bili rezultati vseh skupin (koncentracija 0 mM, 100 mM, 200 mM) statistično značilni, pri merjenju mase suhih plodov redkvice pa je prišlo do statistično značilnih razlik le med skupinama s koncentracijama 100 mM in 200 mM raztopine NaCl (Slika 8). 20 Slika 8: Povprečna sveža in suha biomasa plodov redkvice pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Pri merjenju sveže biomase poganjkov redkvice dobljeni rezultati niso bili statistično značilni, pri merjenju suhih poganjkov pa smo opazili statistično značilno razliko med kontrolnimi poganjki (0 mM) in poganjki obravnavanimi z 200 mM raztopine NaCl (Slika 9). Slika 9: Povprečna sveža in suha biomasa poganjkov redkvice pri različnih koncentracijah soli. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Merjenje potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti Prikazani dobljeni rezultati (Slika 10 in 11) za obe rastlini prikazujeta, da je vpliv slanosti na spremembo fotokemične učinkovitosti minimalen. Vrednosti sicer rahlo padajo z dodajanjem višje koncentracije soli, vendar razlike večinoma niso statistično značilne. Fluorescenca klorofila a na zatemnjenih poganjkih koruze (potencialna fotokemična učinkovitost) je bila statistično značilna pri primerjavi med kontrolnimi poganjki in poganjki, tretiranimi s 100 mM koncentracijo soli ter med poganjki, tretiranimi s 100 mM koncentracijo soli in poganjki, tretiranimi s 200 mM koncentracijo soli. Rezultati, pridobljeni na osvetljenih poganjkih (merjenje dejanske fotokemične učinkovitosti) pa niso pokazali statistično 21 značilnih razlik. Pri redkvici vsi dobljeni rezultati (tako za dejansko kot tudi za potencialno fotosintezno učinkovitost) niso bili statistično značilni. Slika 10: Povprečna potencialna fotokemična učinkovitost koruze (rumena) in redkvice (roza) pri obdelavi z različnimi koncentracijami slane raztopine. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Slika 11: Povprečna dejanska fotokemična učinkovitost koruze (rumena) in redkvice (roza) pri obravnavi z različnimi koncentracijami slane raztopine. Na grafu so prikazane standardne napake, črke nad stolpci pa predstavljajo statistično značilne razlike. Razprava Vse dosedanje raziskave, ki smo jih omenili v tem delu, so prišle do ugotovitve, da s povišanjem koncentracije slanosti nad mejo, ki jo rastline še lahko tolerirajo, pride do zmanjšanja nastanka biomase (Shani in Dudley, 2001). To lahko potrdimo tudi z našim eksperimentom, saj smo enake ugotovitve opazili tudi pri naših meritvah, predvsem pri merjenju sveže mase plodov redkvice, kjer se je masa svežih plodov pri koncentraciji 200 mM zmanjšala za kar 4x v primerjavi s kontrolo in pri merjenju 22 sveže biomase koruze, kjer pa je bila masa svežih poganjkov za kar 25% nižja od sveže mase poganjkov kontrolnih rastlin. Glede na rezultate rasti poganjkov lahko sklepamo, da slanost negativno vpliva tudi na običajen razvoj samih plodov in posledično zmanjša proizvodnjo le-teh, kar pa so potrdili tudi v študiji iz leta 2019 (Muhammad in sod., 2019). Muhammad in sodelavci so zapisali, da je koruza zmerno občutljiva na povišano koncentracijo soli, zato je slanost tal resna grožnja za njeno svetovno proizvodnjo. V isti študiji ugotovili tudi to, da če je koncentracija soli višja od 0,25M, poškoduje rastline koruze in zaustavi normalno rast poganjkov (Muhammad in sod., 2019). Podobno smo opazili tudi v našem eksperimentu. Mi smo sicer namesto 0,25M NaCl uporabili 0,1M in 0,2M NaCl, pa vendar smo že pri slednjih opazili slabšo rast poganjkov in nižjo biomaso rastlin. Zmanjšano rast poganjkov kot posledico osmotskega stresa smo opazili pri obeh rastlinah, kar smo sicer že predvideli pred začetkom eksperimenta. V že prej omenjeni študiji so zapisali, da stres, ki nastane zaradi visoke koncentracije soli, drastično zniža rast poganjkov zaradi zmanjšanja števila celic, ki se podaljšujejo. Zapisali so tudi, da kljub temu, da so korenine direktno izpostavljene solnemu stresu, so poganjki na le-tega bolj občutljivi (Muhammad in sod., 2019). Mi tega pri koruzi nismo uspeli preveriti, saj zaradi razvejane in prepletajoče se narave korenin koruze nismo mogli izmeriti dolžin posameznih korenin. Pri koreninah in poganjkih redkvice nismo opazili statistično značilnih razlik, kljub temu pa so bile pri najvišji koncentraciji soli povprečne izmerjene dolžine tako korenin, kot poganjkov, najkrajše. Večjo občutljivost poganjkov so opazili tudi v drugi študiji, kjer je 100 mM koncentracija NaCl pri poganjkih povzročila kar 50% upad rasti, pri koreninah pa tudi okoli 20% (Geilfus in sod., 2010). Pri merjenju fotosintezne učinkovitosti lahko največ informacij pridobimo iz razmerja Fv/Fm (potencialna fotosintezna učinkovitost), ki nam pove koliko svetlobe lahko rastlina izkoristi. Pri zdravih rastlinah je vrednost potencialne fotosintezne učinkovitosti nad 0.8, ko pa so rastline v stresu, ta pade pod 0.8. Cha-um in Kirdmanee (2009) sta v svoji študiji opazila linearno zmanjšanje klorofilov a in b, celokupnega klorofila in karotenoidov ob povišani koncentraciji slanosti pri koruzi. Potencialna fotosintezna učinkovitost je bila pri naših meritvah nekoliko višja pri redkvici, kar nam pove, da je kljub slanim razmeram lahko redkvica izkoristila nekoliko več svetlobe kot koruza. Zaključki Našo hipotezo, da slanost negativno vpliva na rast poganjkov, plodov in korenin, lahko delno potrdimo, saj smo pri koruzi opazili korelacijo med višanjem koncentracije soli in vedno slabšo rastjo poganjkov, medtem ko pri redkvici ni bilo opaznih statističnih razlik pri dolžinah poganjkov in korenin. Opazili pa smo, da je bil premer plodu redkvice z višanjem koncentracije soli manjši. Trditev, da obstaja korelacija med zmanjševanjem biomase pri povečanju slanosti lahko delno potrdimo, saj smo opazili razlike predvsem pri sveži masi poganjkov korenin in sveži masi plodov, kar se sklada tudi z merjenjem dolžin korenin oziroma premera ploda redkvice. Pri merjenju fotosinteznee učinkovitosti nismo dobili statistično značilnih rezultatov, zato naše hipoteze ne moremo potrditi. 23 Literatura Farooq M., Hussain M., Wakeel A., Siddique K. H. M. 2015. Salt stress in maize: effects, resistance mechanisms, and management. A review. Agronomy for Sustainable Development, 35, 2: 461– 481, doi: 10.1007/s13593-015-0287-0 Ghoulam C., Foursy A., Fares K. 2002. Effects of salt stress on growth, inorganic ions and proline accumulation in relation to osmotic adjustment in five sugar beet cultivars. Environmental and Experimental Botany, 47, 1: 39–50, doi: 10.1016/S0098-8472(01)00109-5 Hal D. O., Scurlock J. M., O., Bolhar-Nordenkampf H. R., Leegood R. C., Long S. P. 1993. Photosynthesis and Production in a Changing Environment, A field and laboratory manual. Chapman & Hal , London. doi: 10.1007/978-94-011-1566-7 Jasim A.H., Timmen W.M., Abid, A.S. 2016. Effect of Salt Stress on Plant Growth and Free Endogenous Hormones of Primed Radish (Raphanus Sativus L.) https://www.semanticscholar.org/paper/Effect-of-Salt-Stress-on-Plant-Growth-and-Free-of-L- Jasim-Timmen/a8f8c0a1965a7051fb89c316bb0dea700a436f3a Krasensky J., Jonak C. 2012. Drought, salt, and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks. Journal of Experimental Botany, 63, 4: 1593–1608, doi: 10.1093/jxb/err460 Meloni D. A., Oliva M. A., Ruiz H. A., Martinez C. A. 2001. Contribution of proline and inorganic solutes to osmotic adjustment in cotton under salt stress. Journal of Plant Nutrition, 24, 3: 599– 612, doi: 10.1081/PLN-100104983 Muhammad S., Hamna A., Aniqa S., Anum A., Yasin R. Abbas S., Maqsood U. H. 2019. A review: Impact of salinity on plant growth. Nature and Science. 17, 1: 34-40, doi: 10.7537/marsnsj170119.06 Munns R., Tester M. 2008. Mechanisms of Salinity Tolerance. Annual Review of Plant Biology, 59, 1: 651–681, doi: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911 Parvaiz M. (2014). Response of Maize to salt stress a critical review. International Journal of Healthcare Sciences (IJHS) 1(1): 13-25. Romero-Aranda R., Soria T., Cuartero J. 2001. Tomato plant-water uptake and plant-water relationships under saline growth conditions. Plant Science, 160, 2: 265–272, doi: 10.1016/S0168-9452(00)00388-5 Shani U., Dudley L. M. 2001. Field Studies of Crop Response to Water and Salt Stress. Soil Science Society of America Journal, 65, 5: 1522–1528, doi: 10.2136/sssaj2001.6551522x Zaki F. 2011. The Determinants of Salinity Tolerance in Maize (Zea mays L.). University of Groningen. 11-15 . https://research.rug.nl/en/publications/the-determinants-of-salinity-tolerance-in-maize- izea-maysi-l Zhu J. K. 2001. Plant salt tolerance. Trends in plant science, 6,2: 66–71, doi: 10.1016/s1360-1385(00)01838-0 24 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN BLITVE Zala Kink, Maja Marinčič, Ema Molan, Špela Rupnik Izvleček Slanost predstavlja globalni problem, saj vpliva na uspešnost pridelave poljščin in prehransko varnost. V raziskavi smo zato preučevali vpliv slanosti na rast blitve in prosa z uporabo 100 mM in 200 mM NaCl. Analizirali smo vpliv NaCl na dolžino ter svežo in suho maso korenin in poganjkov in na fotokemično učinkovitost fotosistema II. Predpostavili smo, da bo negativen vpliv na rast rastlin bolj opazen pri višji koncentraciji NaCl. Rezultati tega niso v celoti potrdili, saj ni bilo statistično značilnih razlik med svežo in suho maso poganjkov in korenin z NaCl obdelanih ter kontrolnih rastlin pri nobeni od rastlinskih vrst. Rezultati merjenja potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti so prav tako pokazali, da ni bilo statistično značilnih razlik med obdelanimi in kontrolnimi rastlinami, čeprav smo predpostavili, da bo z večanjem koncentracije NaCl fotokemična učinkovitost zmanjšana. Statistično značilne razlike so se pokazale pri določanju dolžine korenin in poganjkov, pri čemer so bili pri prosu krajši poganjki, ki so bili tretirani z 200 mM NaCl, korenine pa se v primerjavi s kontrolo niso razlikovale. Pri blitvi pa so bile v primeru obdelave s 100 mM NaCl korenine daljše, poganjki pa se s kontrolo niso razlikovali. Glede na rezultate lahko sklepamo, da je blitva bolj tolerantna na slanost kot proso, bi pa predlagali nadaljnje raziskave z več različnimi koncentracijami NaCl ter več tehničnimi ponovitvami za bolj informativne in zanesljive rezultate. Ključne besede: osmotski stres, rast in razvoj, proso, blitva Uvod Slanost zemlje predstavlja enega izmed pomembnejših globalnih problemov, saj uničujoče vpliva na pridelavo poljščin in s tem ogroža prehransko varnost. Površina prizadetih zemljišč pa se zahvaljujoč globalnemu segrevanju iz dneva v dan povečuje (Shrivastava in Kumar 2015). Ocenjuje se, da bo do leta 2050 zasoljenih kar 50 % kmetijskih zemljišč (Jamil in sod. 2011). Solni stres vpliva na vse glavne procese rastlin, kot so kalitev, rast, fotosinteza, ravnovesje mineralov, oksidativni stres in donos plodov. Slanost zavira rast in razvoj rastlin, saj pride do osmotskega stresa, citotoksičnosti ob prekomernem vnosu ionov in do oksidativnega stresa, ker nastajajo kisikove reaktivne spojine. Rastline se odzovejo na slanost v dveh stopnjah. V prvi zaprejo listne reže in zmanjša se ekspanzija celic, še posebej v poganjkih. V drugi stopnji pa se v rastlini kopičijo citotoksični ioni, zaradi česar se upočasnijo presnovni procesi, pride do prezgodnje senescence in na koncu do celične smrti (Isayenkov in Maathuis, 2019). Negativen vpliv na kalitev lahko pripišemo več vzrokom. Imbibicija je slabša zaradi nižjega osmotskega potenciala prsti, spremeni se metabolizem nukleinskih kislin in proteinov, moteno je hormonsko ravnovesje in slabša je izraba založnih snovi. Slabšo rast pa lahko pripišemo dvema razlogoma. Prvi je, da se zmanjša sposobnost rastlin, da sprejmejo vodo, drugi pa da sol vstopi v transpiracijski tok in poškoduje celice, predvsem v listih. Celice lahko dodatno poškoduje oksidativni stres, saj se ob visoki slanosti v rastlinah prekomerno kopičijo reaktivne kisikove spojine (ROS), ki lahko povzročijo peroksidacijo lipidov, oksidacijo proteinov, inaktivacijo encimov in poškodbe DNK. Zaprtje listnih rež zmanjša razpoložljivost CO2 v listih in zavira fiksiranje ogljika, kar podvrže kloroplaste previsoki eksitacijski energiji in vodi v nastanek ROS (Parihar in sod. 2015). Značilno je tudi, da NaCl z znižanjem vodnega potenciala močno zmanjša stomatalno prevodnost (hitrost izmenjave plinov skozi listne reže), kar vodi do zmanjšanega znotrajceličnega parcialnega tlaka CO2 in posledično do zmanjšane stopnje fotosinteze. Solni stres pa povzroči še znižanje koncentracije klorofila, saj se zviša aktivnost klorofilaze, zmanjša pa se tudi vsebnost karotenoidov, ki imajo več vlog v kloroplastih - zbirajo svetlobo, odvajajo odvečno svetlobo, imajo antioksidativno funkcijo (Sultana in sod. 1999). V rastlinah se zaradi motenega privzema hranil lahko poruši ravnovesje mineralov, povečajo 25 se lahko koncentracije natrija, klora in sulfata, kar pa zmanjša vnos nekaterih esencialnih mineralov, kot so fosfor, kalij, dušik in kalcij (Zhu 2001). Previsoke koncentracije Na+ ali Cl- lahko povzročijo ionsko toksičnost, visoke koncentracije Na+ zmanjšajo privzem K+ in zmanjšajo stopnjo fotosinteze, negativen vpliv na fotosintezo imajo tudi visoke koncentracije Cl-, saj pride do razgradnje klorofila in zmanjšanja transporta elektronov v fotosistemu II. Škodljivi učinki se odrazijo na ravni celotnih rastlin, saj pride do zmanjšanja produktivnosti ali celo njihovega odmiranja, na listih lahko opazimo kloroze ali nekroze. Vse to pa vodi do manjšega pridelka in velikih ekonomskih izgub v kmetijstvu. Spremembe parametrov so odvisne od koncentracije soli v tleh, dolžine trajanja stresa ter od rastlinske vrste. V poskusu smo stresne pogoje ponazorili z zalivanjem kalic z NaCl, saj ta sol obsega 50–80 % vseh topnih soli v slanih tleh (Tavakkoli in sod. 2011). Cilj te naloge je bil raziskati vpliv slanosti na rast prosa in blitve ter primerjati rezultate med enokaličnico in dvokaličnico. Predpostavljamo, da bo slanost imela negativen vpliv na rast obeh rastlin. Postavili smo dve hipotezi, in sicer: H1: Pri višji koncentraciji NaCl bo negativen vpliv na rast rastlin bolj opazen (poganjki bodo krajši, masa poganjkov in korenin bo nižja). H2: Pričakujemo zmanjševanje fotokemične učinkovitosti z večanjem koncentracije NaCl. Metode in materiali Za izvedbo poskusa je bilo treba najprej vzgojiti sadike blitve in prosa, katere smo nato v naslednjih štirih tednih zalivali z dvema različnima koncentracijama raztopin NaCl (100 mM in 200 mM), kontrole pa z destilirano vodo. Sledilo je merjenje fotokemične učinkovitosti, merjenje dolžin poganjkov in korenin ter določanje sveže in suhe biomase poganjkov in korenin. Priprava raztopin za zalivanje in gojenje rastlin Za preverjanje učinka slanosti na rast prosa in blitve smo pripravili 2 raztopini NaCl, in sicer 100 mM in 200 mM. Za prvo raztopino smo v 1,5 L dH2O raztopili 8,7 g NaCl, pri drugi pa 17, 4 g NaCl v 1,5 L dH2O. Pri obeh rastlinah smo imeli dve ponovitvi. Rastline so rasle v rastni komori pod pogoji 23°C in fotoperiodo 16/8h. S 50 mL ustrezne raztopine smo rastline zalili prvi in peti dan po nastavitvi poskusa, sočasno smo kontrole zalili z dH2O. Merjenje fotokemične učinkovitosti Osmi dan smo merili fotokemično učinkovitost s fluorometrom PAM-2500. Potencialno fotokemično učinkovitost smo merili na zatemnjenih listih (nanje smo pripeli zaponko vsaj 15 minut pred merjenjem), dejansko pa na osvetljenih listih. Meritve poganjkov in korenin ter tehtanje sveže in suhe biomase Odrezali smo poganjke in očistili korenine, nato smo poganjkom in koreninam z ravnilom izmerili dolžino ter določili njihovo svežo maso. Stehtane poganjke in korenine smo nato zavili v aluminijasto folijo in jih dali v sušilnik na 60 °C za en teden, temu pa je sledilo določanje suhe mase korenin in poganjkov. Zaradi nizkih vrednosti smo združevali večje število korenin oz. poganjkov in nato maso preračunali na eno korenino oz. poganjek. Statistična analiza Rezultate smo prikazali na grafih in jih obdelali z enosmerno analizo variance (ANOVA) s Tukey posthoc testom in t-testom (razlike so statistično pomembne pri p<0,05) v programu Statistica (StatSoft Inc., TIBCO Software Inc. California, USA). 26 Rezultati Po dveh tednih obdelave rastlin smo izvedli vizualni pregled rastlin. Glede na sliko 1, ki prikazuje rastline po izpostavitvi osmotskemu šoku, je videti zmanjšano rast rastlin prosa, ki smo jih zalivali z 100 in 200 mM raztopine NaCl glede na kontrolne rastline. Pri blitvi ni bilo tako očitnih razlik. Slika 5: Blitva (levo) in proso (desno), slikana po koncu poskusa. Med svežo maso poganjkov in korenin rastlin blitve, ki so bile obdelane z NaCl, in kontrolnih rastlin niso bile prisotne statistično značilne razlike. Prav tako ni bilo statistično značilnih razlik pri rastlinah prosa. Obdelava z NaCl torej pri nobeni od rastlin ni vplivala na zmanjšanje mase poganjkov ali korenin. Povprečne mase s standardnimi napakami so prikazane na sliki 2. Slika 6: Povprečne sveže mase s pripadajočimi standardnimi napakami poganjkov in korenin pri blitvi (levo) in prosu (desno). 100 mM - zalivanje s 100 mM raztopino NaCl in 200 mM – zalivanje s 200 mM raztopino NaCl. V primeru ugotavljanja razlik v suhi masi poganjkov in korenin blitve ni bilo prisotnih nobenih statističnih razlik med obdelavami. Prav tako ni bilo statistično značilnih razlik pri prosu. Povprečne mase s standardnimi napakami so prikazane na sliki 3. 27 Slika 3: Povprečne sveže mase s pripadajočimi standardnimi napakami poganjkov in korenin pri blitvi (levo) in prosu (desno). 100 mM- zalivanje s 100 mM raztopino NaCl in 200 mM – zalivanje s 200 mM raztopino NaCl. V primeru ugotavljanja razlik v potencialni in dejanski fotokemični učinkovitosti pri blitvi ni bilo zaznanih nobenih statistično značilnih razlik med obdelanimi in kontrolnimi rastlinami, torej slanost ni povzročila nižje fotokemične učinkovitosti. Povprečne potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti blitve so prikazane na sliki 4. Slika 4: Povprečne potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti s pripadajočimi standardnimi napakami pri blitvi. 100 mM- zalivanje blitve s 100 mM raztopino NaCl in 200 mM – zalivanje blitve z 200 mM raztopino NaCl. Pri rastlinah prosa prav tako ni bilo zaznanih nobenih statistično značilnih razlik v fotokemični učinkovitosti med obdelanimi in kontrolnimi rastlinami. Povprečne potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti prosa so prikazane na sliki 5. Slika 5: Povprečne potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti prosa s pripadajočimi standardnimi 28 napakami. 100 mM - zalivanje prosa s 100 mM raztopino NaCl in 200 mM – zalivanje prosa z 200 mM raztopino NaCl. V primeru ugotavljanja razlik v dolžinah poganjkov in korenin blitve in prosa pa so bile prisotne statistično značilne razlike (slika 6). Poganjki prosa so bili krajši v primeru obdelave z 200 mM NaCl, pri obdelavi s 100 mM NaCl pa ni bilo statistično značilnih razlik med njimi in kontrolnimi. Prav tako ni bilo razlik v dolžini korenin. Le-te so bile primerljivo dolge pri kontrolnih rastlinah, rastlinah, obdelanih s 100 mM NaCl, in pri rastlinah, obdelanih z 200 mM NaCl. Pri blitvi smo zaznali statistično značilne razlike v dolžini korenin. Korenine so bile daljše v primeru obdelave s 100 mM NaCl, dolžina korenin pri kontrolnih rastlinah ter rastlinah, obdelanih z 200 mM NaCl, pa je bila primerljiva. Razlik v dolžini poganjkov pri blitvi ni bilo. Slika 7: Potencialna in dejanska fotosintetska učinkovitost prosa Slika 6: Dolžine povprečnih poganjkov in korenin blitve (levo) in prosa (desno) s pripadajočimi standardnimi napakami. 100 mM - zalivanje s 100 mM raztopino NaCl in 200 mM – zalivanje z 200 mM raztopino NaCl. Razprava Glede na vidno manjše obdelane rastline prosa ob koncu poskusa smo pričakovali tudi zmanjšanje sveže in suhe mase rastlin glede na kontrole. Vendar pri sveži in suhi masi ni statistično značilnih razlik pri različnih tretmajih. Za natančnejše rezultate bi morali gojiti več rastlin dlje časa in bolj natančno stehtati mase. Pri prosu so bile vizualno opazne precejšnje razlike, vendar so sami listi poganjkov in korenine zelo ozki, tanki in lahki, zato verjetno nismo zaznali signifikantnih razlik v masah. Tudi pri fotokemični učinkovitosti ni bilo zaznanih nobenih statistično značilnih razlik. Verjetno bi morali rastline dlje časa zalivati z raztopinami NaCl ali uporabiti višje koncentracije oz. še več različnih koncentracij, da bi videli razlike v primerjavi s kontrolami na nivoju fotosinteze. Statistično značilne razlike so bile v dolžini poganjkov in korenin. Poganjki prosa so bili krajši v primeru obdelave s 200 mM NaCl. Tu lahko predvidevamo, da zalivanje s slano raztopino zavre rast rastlin. Vendar tega ne potrjuje nobena masa rastlin. Opraviti bi bilo potrebno dodatne raziskave z višjimi koncentracijami od 200 mM ali daljšim časom obravnave, saj so bile komaj tukaj opazne razlike. Korenine blitve so bile daljše v primeru obdelave s 100 mM NaCl. Tu lahko predpostavimo, da rastlina umerja rast v korenine, da bi prišla izven območja slanosti v zemlji. Vendar tega ni bilo opaziti pri obdelavi s 200 mM raztopino, zato to težko potrdimo. Možno je, da ravno koncentracija 100 mM stimulira rastlino, da se z morfološkimi prilagoditvami, kot je hitrejša rast korenin, prilagodi na slanost tal. Sklepamo lahko, da ima slanost večji vpliv na enokaličnice, in da se te težje prilagodijo kot pa dvokaličnice, saj pri blitvi ni bilo opaznega zmanjšanja rasti poganjkov, rastline so imele celo daljše korenine, s čimer so se prilagodile na stres. 29 Ibrahim s sodelavci je slanost tal simuliral z namakanjem rastlin Centella asiatica z raztopinami s štirimi koncentracijami slanosti (0, 50, 100 in 150 mM NaCl) 12 tednov. S povečanjem ravni slanosti od 0 do 150 mM se je postopoma zmanjševalo število listov, skupna biomasa in skupna vsebnost klorofila. Centella asiatica je kazala znatno zmanjšanje neto fotosinteze, hitrosti transpiracije, fotokemične učinkovitosti fotosistema II in indeksa učinkovitosti ob povečevanju koncentracij soli (Ibrahim in sod., 2018). V njihovi študiji je bila najvišja koncentracija obdelave nižja od naše, vendar je bil čas obdelave 12 tednov pri nas pa samo 4 tedne. Sklepamo, da bi morali poskuse izvajati dlje časa za vidne učinke stresa na rastline. Ena izmed študij je obravnavala več sort riža, ki imajo različne tolerance na stres, povzročen s koncentracijami 0, 50, 100 in 150 mM NaCl 9 dni. Najmanjše zmanjšanje rasti poganjkov je prišlo pri odporni sorti na solni stres. Neodporne sorte so imele vidno manjše poganjke ter daljše korenine. Višje koncentracije soli povzročijo pri neodpornih sortah zmanjšane sveže in suhe mase, medtem ko je pri odpornih sortah zmanjšanje mase značilno samo pri najvišji koncentraciji soli glede na kontrolne rastline (Pattanagu in Thitisaksakul, 2008). V naši raziskavi smo pri blitvi opazili daljše korenine, kar je očitno res morfološka prilagoditev na solni stres. Nismo pa dobili statistično značilnih razlik v masi korenin in poganjkov glede na kontrolne rastline, zato lahko glede na zgornjo študijo sklepamo, da so naše sorte blitve in prosa odporne na visoke koncentracije soli. V raziskavi, ki jo je opravil Amirjani s sodelavci, so bile sadike riža 14 dni izpostavljene 200 mM NaCl. Dolžina poganjkov obdelanih sadik se je v primerjavi s kontrolo zmanjšala za približno 30 %. Stres zaradi slanosti je povzročil povečanje dolžine korenin sadik. Dolžina korenin obdelanih sadik je bila približno 50 % večja od kontrolnih. Prav tako so se sveže in suhe mase obdelanih sadik zmanjšale. Pri obdelanih rastlinah je bilo prisotno tudi zaviranje fotosinteze, donos fotonov fotosistema II, kar je vodilo do zmanjšanje fotokemične učinkovitosti, ter splošnega zmanjšanja rasti (Amirjani, 2011). Glede na opisano raziskavo bi morali tudi v naši študiji opaziti vplive stresa na rastline. Potencialni vpliv na naše rezultate ima lahko tudi način gojenja rastlin, saj smo več rastlin gojili v manjših posodah in rastline niso imele veliko prostora za rast, zaradi česar ne vidimo razlik med obdelanimi in kontrolnimi rastlinami. Učinke slanosti na zmanjšanje rasti rastlin je več študij prikazalo v časovnem dvofaznem modelu. Prva faza je zelo hitra in zmanjšanje rasti pripisujemo učinku pomanjkanja vode. Druga faza je posledica kopičenja soli v listih in poganjkih in je zelo počasna. V drugi fazi se začnejo kazati fenotipske razlike v zmanjšanju rasti rastlin (Munns in sod., 1995). Mi smo rastline zalivali kratek čas, zato nismo videli večjih vplivov slanosti na rast rastlin. Zaključki Z raziskavo smo preverili vpliv različnih koncentracij (100 mM in 200 mM) NaCl na rastline prosa in blitve. Spremljali smo dolžine poganjkov in korenin, svežo in suho maso poganjkov in korenin ter dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost. Rezultati raziskave se ne skladajo v celoti z našimi pričakovanji. Vpliv NaCl na rastline je bil manj signifikanten od pričakovanega. V sveži masi poganjkov in korenin obeh vrst rastlin med kontrolami ter rastlinami, ki so bile obdelane z NaCl, ni bilo statistično značilnih razlik, prav tako ni bilo razlik v suhi masi. To je v nasprotju z našimi predvidevanji, saj smo pričakovali, da bodo mase obdelanih rastlin nižje, še posebno pri 200 mM koncentraciji NaCl. Tudi pri potencialni in dejanski fotokemični učinkovitosti med obdelanimi in kontrolnimi rastlinami ni bilo statistično značilnih razlik, čeprav smo pričakovali, da bodo vrednosti nižje pri obdelanih rastlinah. Razlike pa so bile v dolžini poganjkov in korenin. Poganjki prosa so bili krajši v primeru obdelave z 200 mM NaCl, razlik v dolžini korenin ni bilo. Korenine blitve so bile daljše v primeru obdelave s 100 mM NaCl, razlik v dolžini poganjkov pa ni bilo. Glede na izgled rastlin po končani obdelavi smo pričakovali, da bodo statistično značilne razlike v dolžini poganjkov pri rastlinah prosa tudi med 30 kontrolo in rastlinami, obdelanimi z nižjo koncentracijo NaCl, a se razlike niso izkazale za statistično značilne. Rezultati o dolžini poganjkov blitve pa se skladajo z zunanjim izgledom rastlin, saj tudi na videz izgleda, da obdelane rastline niso manjše od kontrolnih. Iz rezultatov lahko sklepamo, da je blitva bolj tolerantna na slanost kot proso. Menimo, da bi bilo smiselno opraviti nadaljnje raziskave z več različnimi koncentracijami NaCl in več tehničnimi ponovitvami ter poskus izvajati dlje časa, da bi bili rezultati bolj informativni in zanesljivi. Literatura Amirjani M. R. 2011. Effect of salinity stress on growth, sugar content, pigments and enzyme activity of rice. International Journal of Botany, 7, 1: 73-81 doi: 10.3923/ijb.2011.73.81 Ibrahim, M., Shibli, N., Izad, A., Mohd Zain, N. 2018. Growth, Chlorophyl Fluorescence, Leaf Gas Exchange and Phytochemicals of Centella asiatica Exposed to Salinity Stress. Annual Research & Review in Biology, 27, 2: 1-13. doi: 10.9734/ARRB/2018/41014 Isayenkov S v., Maathuis FJM (2019) Plant salinity stress: Many unanswered questions remain. Frontiers in Plant Science, 10: 80. Jamil A, Riaz S, Ashraf M, Foolad MR (2011) Gene expression profiling of plants under salt stress. Critical Reviews in Plant Sciences, 30, 5: 435-458. Munns R., Schachtman D.P., Condon A.G. 1995. The significance of a two-phase growth response to salinity in wheat and barley. Functional Plant Biology, 22: 561–569 doi: 10.1071/PP9950561 Parihar P, Singh S, Singh R, in sod (2015) Effect of salinity stress on plants and its tolerance strategies: a review. Environmental Science and Pollution Research 22, 6: 4056-75: https://doi.org/10.1007/s11356-014-3739-1 Pat anagu W., Thitisaksakul M. 2008. Effect od salinity stress on growth and carbohydrate metabolism in three rice cultivars differing in salinity tolerance. Indian Journal od Experimental Biology, 46, 10: 736-42. Shrivastava P, Kumar R (2015) Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its al eviation. Saudi Journal of Biological Sciences 22, 2: 123-131 Sultana N, Ikeda T, Itoh R (1999) Effect of NaCl salinity on photosynthesis and dry matter accumulation in developing rice grains. Environmental and Experimental Botany, 42, 3: 211-220. https://doi.org/10.1016/S0098-8472(99)00035-0 Tavakkoli E, Fatehi F, Coventry S, in sod (2011) Additive effects of Na+ and Cl- ions on barley growth under salinity stress. Journal of Experimental Botany, 62, 6: 2189-203. https://doi.org/10.1093/jxb/erq422 Zhu JK (2001) Plant salt tolerance. Trends in Plant Science, 6, 66-71. http://dx.doi.org/10.1016/S1360-1385(00)01838-0 31 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN BUČKE Dominika Holc, Jona Novljan, Belmin Lisičić, Katarina Valentinčič Izvleček Namen poskusa je bil oceniti vpliva slanosti na rast in fiziologijo pšenice (enokaličnice) in bučke (dvokaličnice), saj se te razlikujejo v zgradbi, kar vpliva na njihovo sposobnost spopadanja z ionskim stresom. Rastline smo obravnavali z različnimi raztopinami NaCl (0 mM, 100 mM in 200 mM NaCl) v dveh ponovitvah, merjenje dolžin poganjkov, merjenje sveže in suhe biomase korenin in poganjkov, določanje potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti s fluorometrom. Ugotovili smo, da obravnava z NaCl negativno vpliva na dolžino poganjkov bučk in pšenice, analiza potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti med kontrolnimi in obravnavanimi rastlinami ni pokazala statistično značilnih razlik, potrebne so nadaljnje dolgoročne raziskave. Ključne besede: podnebne spremembe, slanost, ionski stres, rastni poskus, bučke, pšenica Uvod Človek s svojo dejavnostjo v veliki meri vpliva na planet, med drugim tudi na rastline. Zaradi povečane koncentracije ogljikovega dioksida v atmosferi, posledično segrevanja ozračja zaradi učinka tople grede, spreminjajočih padavinskih režimov ter vse več ekstremnih vremenskih dogodkov, kot so hude suše in obilne padavine, se spreminja za podnebne pasove značilno rastje pa tudi kulturne rastline, ki so poleg osmotskega stresa izpostavljene še ionskemu stresu, saj namakanje kmetijskih površin vodi tudi v njihovo zasoljevanje. Vse to negativno vpliva na pridelek in ogroža pridelavo, zato bo s pomočjo selekcije ali genskega inženiringa potrebno vzgojiti rastline, odporne na sušo in slanost. V ta namen je veliko raziskav osredotočenih na izboljšanje znanja o mehanizmih tolerance na sušo in slanost, da pa to lahko preučujemo, moramo najprej ugotoviti, kako se rastline sploh odzivajo na povišane temperature in pomanjkanje vode. To lahko ugotovimo s pomočjo rastnih poskusov, ki smo ga izvedli tudi v okviru vaj. Zanimal nas je torej vpliv slanosti na rast in fiziologijo rastlin, kar smo simulirali z zalivanjem z raztopinama NaCl oz. navadne soli dveh različnih koncentracij ali pa z destilirano vodo, ki je služila kot kontrola. Najbolj značilen biomarker stresa je sama rast rastlin, ki smo jo ovrednotili preko določanje dolžine, sveže in suhe masa poganjkov ter suhe in sveže mase korenin. V poskusu smo uporabili enokaličnico (pšenica) in dvokaličnico (bučke), saj se razlikujejo v fiziologiji rastlinskih organov, kar zagotovo vpliva na sposobnost spopadanja z ionskim stresom. Pričakovali smo, da bodo poganjki krajši pri rastlinah, ki smo jih zalivali z raztopino NaCl, v primerjavi s kontrolnimi rastlinami, ter da bo zaradi slabše rasti tudi manjša izmerjena suha in sveža biomasa poganjkov in korenin, pri čemer bo to zmanjšanje večje pri zalivanju z višjo koncentracijo NaCl. Poleg tega smo merili tudi fotokemično učinkovitost, saj le-ta odraža fotosintezno aktivnost rastline, iz tega pa lahko sklepamo, ali je bila rastlina med rastjo v stresu ali ne. Rastline imajo namreč rastne mehanizme, s katerimi se lahko prilagodijo na spreminjajoče se svetlobne razmere. Kadar je jakost sevanja previsoka, imajo na voljo 3 načine preprečevanja poškodb fotosinteznega aparata: fotokemično delo v okviru fotosinteze, odvajanje toplote preko ksantofilnega cikla in oddaja svetlobne energije s fluorescenco. Pri fluorescenci elektron v molekuli klorofila med relaksacijo preide iz vzbujenega stanja nazaj na osnovno stanje in pri tem se odda svetloba rdeče barve, ta pojav pa je indikator za stanje rastline. Do nekaj fluorescence pride tudi v normalnih razmerah, vendar v veliko manjši meri kot v stresnih pogojih, ko rastlina izrabi manj absorbirane svetlobe za fotokemično delo. Ker sta tako potencialna kot dejanska fotokemična učinkovitost odvisni od maksimalne fluorescence lista (zatemnjenega ali osvetljenega), ob stresu pa se obe maksimalni fluorescenci zmanjšata zaradi nefotokemičnega dušenja (NPQ), smo predvidevali, da bosta obe fotokemični učinkovitosti manjši pri rastlinah, zalivanih z raztopinami NaCl (povzeto po gradivu za vaje pri predmetu Okoljska biotehnologija 2022). 32 Materiali in metode Vpliv slanosti na rastline v poskusu smo preverjali na dveh rastlinskih vrstah, in sicer pšenici (enokaličnica) in bučkah (dvokaličnica). Rastline smo razdelili v tri skupine glede na obravnavo: kontrola (zalivanje z destilirano vodo), nižja koncentracija NaCl (100 mM NaCl, ki smo jo pripravili z raztapljanjem 5,8 g NaCl v litru destilirane vode) in višja koncentracija NaCl (200 mM NaCl, ki smo jo pripravili z raztapljanjem 11,6 g NaCl v litru destilirane vode). Vsako obravnavo smo ponovili v duplikatih, tako za pšenico kot za bučke. Skupaj smo tako imeli 6 lončkov pšenice in 6 lončkov bučk. Rastline smo z izbranimi raztopinami (po 80 mL) zalili 6x v časovnem razmiku 2-4 dni (trajanje poskusa - 3 tedni). Po končnem zalivanju smo določili dolžino poganjkov, z uporabo fluorometra (PAM-2500) smo izmerili potencialno fotokemično učinkovitost (po izpostavljanju rastlin temi za 20 min) in dejansko fotokemično učinkovitost. Potencialno fotokemično učinkovitost (Fv/Fm) naprava izračuna po formuli Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm, pri čemer je Fm maksimalna fluorescenca zatemnjenega lista in Fo minimalna fluorescenca zatemnjenega lista, dejansko fotokemično učinkovitost (Y) pa po formuli Y=(Fms-Fs)/Fms, kjer je Fms maksimalna fluorescenca osvetljenega lista in Fs minimalna fluorescenca osvetljenega lista. Izmerili smo svežo biomaso poganjkov in korenin (maso korenin smo merili samo pri bučkah), nato pa smo te dali v sušilnik na 60°C in po treh dneh izmerili še suho biomaso korenin in poganjkov. Tehtali smo po več poganjkov/korenin skupaj in nato preračunali maso na poganjek/korenino. Pridobljene podatke smo statistično obdelali z enosmerno ANOVA-o in Tukey post-hoc testom. Rezultati Ob obravnavanju rastlin bučk in pšenice z naraščajočo koncentracijo soli, ki oponaša razmere osmotskega stresa v naravnem okolju, smo opazili značilno zmanjšanje dolžine poganjkov tako pri bučki kot pri pšenici (Slika 1). Obravnavanje je pri bučki povzročilo tudi upadanje suhe mase poganjkov in sveže ter suhe mase korenin. Zanimivo pa je, da je osmotski stres pri pšenici pri obravnavi z 100 mM NaCl najprej vplival na povečanje sveže in suhe mase poganjkov, pri 200 mM NaCl pa je bilo nato opaženo zmanjšanje (Slika 2). Meritve potencialne fotokemične učinkovitost kot tudi dejanske fotokemične učinkovitosti niso pokazale značilnih razlik med obravnavami niti med rastlinskimi vrstami (Slika 3). Povprečna vrednost potencialne fotokemične učinkovitosti pri vseh različnih obravnavanjih in rastlinah je bila 0,78, dejanska fotokemična učinkovitosti pa 0,42. Slika 1: Dolžina poganjka (cm) rastlin bučke in pšenice po 7-dnevih zalivanja z destilirano vodo z dodano različno koncentracijo NaCl (0 mM, 100 mM in 200 mM). Prikazana so povprečja ± standardne našake (bučka, n=8-9, pšenica, n=18-22), različne črke nad stolpci prikazujejo statistično značilne razlike med obravnavami (Tukey posthoc test pri p<0,05). 33 Slika 2: Sveža in suha masa poganjkov bučke (a,d) in pšenice (b,e) ter sveža un suha masa korenin bučke (c, f) v gramih po 7-dnevih zalivanja z destilirano vodo z dodano različno koncentracijo NaCl (0 mM, 100 mM in 200 mM). Prikazana so povprečja ± standardne našake (bučka, n=8-9, pšenica, n=18-22), različne črke nad stolpci prikazujejo statistično značilne razlike med obravnavami (Tukey post-hoc test pri p<0,05). Slika 3: Meritve potencialne fotokemične učinkovitosti (Fv/Fm) (a) in dejanske fotokemične učinkovitosti (Y) (b) rastlin bučke in pšenice po 7-dnevih zalivanja z destilirano vodo z dodano različno koncentracijo NaCl (0 mM, 100 mM in 200 mM). Prikazana so povprečja ± standardne našake (bučka, n=8-9, pšenica, n=18-22), različne črke nad stolpci prikazujejo statistično značilne razlike med obravnavami (Tukey post-hoc test pri p<0,05). Razprava Glede na pridobljene rezultate lahko sklepamo, da so povečane koncentracije soli vplivale na zmanjšanje dolžine poganjkov pri obeh rastlinah, kar je lahko posledica negativnega vpliva povečane slanosti na metabolizem ogljika in dušika (Kul in sod. 2020). Pri povečani slanosti lahko pride do manjše asimilacije ogljika zaradi zaprtja listnih rež in zmanjšanja prenosa elektronov v fotosintezni elektronski transportni verigi, kar vodi v zmanjšano rast rastline. Rast rastlin je sprva oslabljena zaradi osmotskega stresa, v nadaljevanju pa zaradi ionske toksičnosti. Osmotski stres zmanjšuje absorpcijsko kapaciteto korenin in vpliva na vsebnost vode v listih (Sun in sod. 2016). Vpliv tega stresa na rast vidimo tudi na primeru manjše suhe mase poganjkov in korenin obravnavanih bučk v primerjavi s kontrolo ter pri suhi masi poganjkov pšenice (100 mM v primerjavi s 200 mM). Pri povečani slanosti prihaja do akumulacije reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS), ki zavirajo transpiracijo, vnos mineralov v rastlino in povzročajo poškodbe makromolekul, kot so proteini, lipidi in nukleinske kisline. Rezultat tega je porušena membranska integriteta in moten metabolizem (Kul in sod. 2020). 34 (Saboora in sod. 2006) so spremljali vpliv različnih koncentracij (0 – 375 mM) soli na suho maso poganjkov in korenin ter dolžino korenin pšenice. Opazili so, da se dolžina korenin in suha masa zmanjšujeta z naraščajočo koncentracije soli. Vidimo, da so naši rezultati nekoliko drugačni pri suhi masi poganjkov (v našem primeru je opažena večja vrednost pri 100 mM, nato padec pri 200 mM). Do podobnih ugotovitev so prišli (Pervaiz in sod. 2002; Sun in sod. 2016). Povečanje slanosti zmanjšuje sposobnost rastlin za privzem vode. To se odraža na količini vode v celicah in v zunajceličnem prostoru (Kul in sod. 2020) ter je lahko eden izmed morebitnih razlogov za manjšo svežo maso korenin bučk (v primerjavi s kontrolo) in svežo maso poganjkov pšenice (200 mM tretma v primerjavi z 100 mM). Poleg navedenih učinkov slanost vpliva na fiziološke funkcije, kot so povečanje hitrosti celičnega dihanja, spremembe v rasti rastline in zmanjšanje fotosintezne učinkovitosti. Vpliv na dolžino poganjkov je pri bučkah opazen šele pri uporabi 200 mM raztopine NaCl, pri pšenici pa pri 100 mM. Iz tega lahko sklepamo na večjo odpornost bučk na slanost (pri uporabi 100 mM). Slanost v našem primeru ni vplivala na svežo biomaso poganjkov bučk (pri pšenici so razlike med 200 mM in 100 mM). Eden izmed možnih vzrokov za manjšo vrednost sveže mase (200 mM NaCl, pšenica) je delovanje abscizinske kisline, ki vpliva na zaprtje listnih rež in posledično ohranjanje vode. Pri pogojih povečane slanosti abscizinska kislina kot stresni hormon igra vlogo pri signalizaciji pomanjkanja vode (zaznano na nivoju korenin). Zato rastlina sprejme previdnostne ukrepe, kot so zapiranje listnih rež, omeji širjenje listov in modulira arhitekturo listov z namenom ohranjanja vode (Kul in sod. 2020). Slanost povzroča spremembe pri prenosu elektronov. Z določanjem fotokemične učinkovitosti fotosistema II preko merjenja fluorescence klorofila a lahko določimo stopnjo dovzetnosti za stres in toleranco na stres pri rastlinah. Fotosinteza je izjemno občutljiva na številne spremembe v okoljskih pogojih, zato je pomembno vzdrževanje ravnovesja med absorbirano energijo svetlobe s pomočjo fotosistemov in porabljeno energijo (Sun in sod. 2016). V našem primeru zmanjšanje fotokemične učinkovitost (dejanske ali potencialne) v primerjavi s kontrolo nismo pokazali (pri obeh koncentracijah soli). Naši rezultati so nekoliko v nasprotju z literaturnimi podatki, saj so (Azizpour in sod. 2010) ugotovili razlike v skupni vsebnosti klorofila in potencialni fotokemični učinkovitosti pri durum pšenici v primerjavi s kontrolo. Skupna vsebnost klorofila in potencialna fotokemična učinkovitost sta se zmanjševali z naraščajočo koncentracijo soli, kar nakazuje tudi na morebitne razlike med vrstami pšenice v toleranci na slanost. Do bistvenih razlik med rezultati je prišlo verjetno tudi zaradi napak pri merjenju fluorescence, saj je bila velikost listov premajhna za primerno merjenje (pri pšenici). Na fotokemično učinkovitost v veliki meri vpliva temperatura in ne toliko slanost (pri pšenici) (Mathur in sod. 2012). Zaključki Iz rezultatov poskusa je razvidno, da dodatek NaCl vpliva na dolžino poganjkov tako pri pšenici kot pri bučkah, saj so ti pri obravnavanih rastlinah krajši kot pri kontrolnih rastlinah, vendar pa med dolžinami poganjkov pri rastlinah, obravnavanih z nižjo koncentracijo NaCl in rastlinah, obravnavanih z višjo koncentracijo NaCl ni statistično značilne razlike. Pri merjenju sveže biomase se trend zmanjševanja sveže biomase z naraščajočo koncentracijo NaCl lahko opazi le pri koreninah bučk. Pri merjenju suhe biomase pa je tak trend možno opaziti le pri suhi biomasi poganjkov bučk. Naše hipoteze o zmanjšani rasti z naraščajočo koncentracijo NaCl tako ne moremo potrditi. Rezultati tudi naše hipoteze o zmanjšani fotokemični učinkovitosti pri obravnavanju z NaCl ne potrjujejo, saj med obravnavanimi in kontrolnimi rastlinami ni statistično značilne razlike, tako pri bučkah kot pri pšenici. Za bolj natančno in točno določanje vpliva slanosti na bučke in pšenico bi bilo potrebno poskus izvajati dlje časa. 35 Literatura Azizpour K, Shakiba MR, Sima NAKK, in sod (2010) Physiological response of spring durum wheat genotypes to salinity. J Plant Nutr 33:859–873. https://doi.org/10.1080/01904161003654097 Gradivo za vaje pri predmetu Okoljska biotehnologija 2022 (Mravlje J. in Vogel-Mikuš K). Kul R, Ekinci M, Turan M in sod (2020) How Abiotic Stress Conditions Affects Plant Roots. In E Yildirim, M Turan, M Ekinci (Eds.), Plant Roots. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.95286 Maswada HF, Djanaguiraman M, Prasad PVV (2018) Response of photosynthetic performance, water relations and osmotic adjustment to salinity acclimation in two wheat cultivars. Acta Physiol Plant 40:0. https://doi.org/10.1007/s11738-018-2684-x Mathur S, Mehta P, Jajoo A (2013) Effects of dual stress (high salt and high temperature) on the photochemical efficiency of wheat leaves (Triticum aestivum). Physiol Mol Biol Plants 19:179– 188. https://doi.org/10.1007/s12298-012-0151-5 Saboora A, Kiarostami K, Behroozbayati F in sod (2006) Salinity (NaCl) Tolerance of Wheat Genotypes at Germination and Early Seedling Growth. Pakistan Journal of Biological Sciences, 9: 2009-202. DOI: 10.3923/pjbs.2006.2009.2021 Sun ZW, Ren LK, Fan JW, in sod (2016) Salt response of photosynthetic electron transport system in wheat cultivars with contrasting tolerance. Plant, Soil Environ 62:515–521. https://doi.org/10.17221/529/2016-PSE Pervaiz Z, Afzal M, Xi S, in sod (2002) Physiological Parameters of Salt Tolerance in Wheat. Asian Journal of Plant Sciences. 1. 10.3923/ajps.2002.478.481. 36 VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SONČNICE Drejc Flajnik, Žak Glinšek, Jaka Jakin Lazar, Ana Rupar Izvleček Z raziskavo smo želeli ugotoviti vpliv slanosti na uspevanje sadik sončnic in pšenice. Rastline smo zalivali s slano vodo različnih koncentracij (100 mM in 200 mM NaCl). Preko fluorescence klorofila a, smo izmerili fotokemično učinkovitost fotosistema II zatemnjenih in ne-zatemnjenih listov rastlin. Določili smo tudi dolžine korenin in poganjkov, ter njihovo svežo in suho maso. Z eksperimentom smo potrdili hipotezo, da povišana slanost negativno vpliva na prirast nadzemeljske biomase pri obeh preučevanih vrstah. Pri sadikah sončnic smo ugotovili, da so sorazmerno s povišano koncentracijo NaCl razvile daljše korenine. Zasoljenost tal nima statistično značilnega vpliva na fotokemično učinkovitost fotosistema II. Ključne besede: slanost, fotokemična učinkovitost fotosistema II, podnebne spremembe Uvod Kot posledica rasti števila prebivalstva, se na našem planetu veča potreba po hrani, a hkrati se površina na kateri se hrano prideluje ne povečuje dovolj hitro. Poleg tega nas pestijo tudi drugi problemi pri pridelavi hrane na obdelovalnih površinah, denimo stresni dejavniki, med katerimi je tudi slanost. Slanost je velikokrat posledica poplav ob morskih obalah in visoke evapotranspiracije zaradi globalnega segrevanja (Velmurugan in sod. 2020). Slanost pri rastlinah zmanjša kalitev, fotosintezo, transpiracijo, zniža vodni potencial listov in turgorski tlak ter ustvari osmotski stres. Poleg tega pa slanost poveča vsebnost reaktivnih kisikovih spojin v celicah zaradi ionske toksičnosti ter poruši ionsko homeostazo. Tako slanost vodi do neuravnovešenega vnosa hranil v rastlino, poškodujejo se membrane in druge celične strukture, zniža se vsebnost klorofila in karotenoidov ter poškoduje se struktura kloroplastov. Rastline se na slanost odzovejo z različnimi mehanizmi, npr. z biosintezo ozmoprotektantov in fitohormonov (avksini, abscizinska kislina, citokinini, giberelini, salicilna kislina, jasmonska kislina, poliamini), z regulacijo ionske homeostaze in z aktivacijo antioksidativnih mehanizmov. S tem se zoperstavijo ionski toksičnosti, visoki vsebnosti reaktivnih kisikovih spojin in osmotskemu stresu (Arif in sod. 2020). V tem članku bomo predstavili vpliv slanosti na morfologijo pšenice ( T. aestivum) in sončnice ( H. annuus), ki sta pomembni rastlini za prehrano. Hipoteze: - Večja slanost bo upočasnjevala rast rastlin - Večja slanost bo negativno vplivala na fotokemično učinkovitost fotosistema II Metode in materiali Eksperiment z zalivanjem rastlin sončnic in pšenice 37 Lončke z rastlinami pšenice in sočnic smo zalivali z destilirano vodo - kontrola (K), s 100 mM raztopino soli (NaCl) ali z 200 mM raztopino soli. Za vsak tip zalivanja smo imeli po dva lončka vsake vrste rastlin; skupno 6 lončkov s sončnicami in 6 s pšenico. Eksperiment je trajal 18 dni odkar smo rastline prvič zalili s slano vodo. Rastline smo zalivali 2x tedensko, skupno smo vsak lonček zalili 5x,. Na 18. dan od začetka zalivanja smo naredili še ostale analize; ta dan jih nismo zalili. Dolžina korenin in poganjkov Na zadnji dan eksperimenta smo rastlinam izmerili dolžine poganjkov, jih vzeli iz lončkov in izmerili še dolžine korenin pri sončnici. Pri meritvi dolžin korenin smo podatke pridobili zgolj za sončnico, ki je dvokaličnica, saj za pšenico ni bilo mogoče natančno izmeriti korenin, zaradi značilnega, močno prepletenega koreninskega sistema enokaličnic. Masa korenin in poganjkov Po meritvah smo ločili poganjke in korenine rastlin za vsak tip zalivanja in jih razdelili na tri dele; v tri aluminijaste folije. Določili smo svežo maso korenin in poganjkov, nato pa jih v sušilniku še posušili (48h, 65 °C) in po sušenju določili še suho maso. Merjenje fotosintezne učinkovitosti Preden smo končali poskus oz. začeli s pripravami na meritve sveže/suhe biomase in dolžine poganjkov/korenin, smo opravili meritve fotosintezne učinkovitosti. Uporabili smo fluorometer PAM-2500, s katerim smo merili fluorescenco klorofila a. Meritve smo opravili tako pri sadikah sončnic kot pri pšenici tako, da smo s pripomočkom (ščipalka za merjenje s fluorometrom) za 15 min zatemnili po 3 liste na posamezno obravnavo, ter nato pomerili fluorescenco. Po pridobljenih rezultatih potencialne učinkovitosti fotosistema II po zatemnitvi (teoretični izkoristek, Fv/Fm), smo izmerili še vrednosti dejanske učinkovitosti fotosistema II (Y) na svetlobno adaptiranih nasprotnih listih istih rastlin. Rezultati Masa korenin in poganjkov Pri meritvah svežih in suhih mas (slika 1), smo ugotovili, da se sveža in suha masa korenin pri sončnicah (slika 1a) s povečanjem koncentracije soli ne spreminja. Sveža in suha masa poganjkov sončnic (slika 1b) je padala s povečevanjem koncentracije soli, saj smo opazili statistične razlike med kontrolo in zalivanjem s 100 in 200 mM raztopino soli. Pri pšenici (slika 1c) se je sveža in suha masa poganjkov enako, kot pri sončnicah, zmanjševala z večanjem koncentracije soli. Pri svežih masah je prišlo do statističnih razlik med maso kontrolnih poganjkov in maso poganjkov rastlin, zalitih z 200 mM raztopino soli. Poganjki, zaliti z 100 mM raztopino, niso bili statistično različni ne od kontrole, ne od rastlin zalitih z 200 mM raztopino. 38 Slika 1: Sveže in suhe mase korenin sončnic (a) in poganjkov sončnic (b) ter poganjkov pšenice (c). Na slikah so prikazane povprečne vrednosti mas ± standardna napaka (n=3). Črke nad stolpci (a, b), predstavljajo skupine, med katerimi smo zabeležili statistične razlike s post-hoc Tukey testom. Dolžina poganjkov 39 Pri meritvah dolžin poganjkov (slika 2), smo ugotovili, da se z večanjem koncentracije soli v zalivani vodi, dolžine zmanjšujejo. Pri sončnici (slika 2a) smo opazili statistično značilno razliko med dolžino poganjkov sončnic, ki smo jih zalivali brez soli in dolžino poganjkov sončnic, ki smo jih zalivali z 200 mM raztopino soli. Poganjki, zaliti z 100 mM raztopino, niso bili statistično različni ne od kontrole, ne od rastlin zalitih z 200 mM raztopino. Pri pšenici (slika 2b) smo opazili statistično razliko med dolžino poganjkov pšenic, ki smo jih zalivali brez soli in med dolžino poganjkov, ki smo jih zalivali z 200 mM raztopino soli. Prav tako je bila statistična razlika med dolžino poganjkov, ki smo jih zalivali z 100 mM raztopino soli in dolžino poganjkov, ki smo jih zalivali z 200 mM raztopino soli. Med poganjki, ki jih nismo zalivali s slano raztopino in tistimi, ki smo jih zalivali s 100 mM raztopino soli, ni statističnih razlik. Slika 2: Dolžine poganjkov sončnic (a) in pšenice (b). Na slikah so prikazane povprečne dolžine poganjkov ± standardna napaka (nsončnice=10, 12, 10; npšenica=16, 20, 19). Črke nad stolpci (A, B), predstavljajo skupine, med katerimi smo zabeležili statistične razlike s post-hoc Bonferroni-Holm testom. Dolžina korenin Pri meritvah dolžin korenin sončnic (slika 3), smo opazili statistično značilno razliko med kontrolnimi rastlinami (a) in tistimi, ki smo jih zalivali z 200 mM koncentracijo soli (b). Rastline ki smo jih zalivali s 100 mM koncentracijo soli pa so padle v “presek množice a in b”, saj ni statistično značilne razlike med nobeno izmed skupin a in b. Vidimo, da dolžina korenin narašča z višanjem koncentracije soli v zalivalni vodi. 40 Slika 3: Povprečna dolžina najdaljše (glavne) korenine s standardno napako (n=11, 14, 14). Črke nad stolpci (a, b), predstavljajo skupine, med katerimi smo zabeležili statistične razlike s post-hoc Bonferroni-Holm testom. Iz rezultatov lahko sklepamo, da višja koncentracija soli spodbuja rast korenin. Rastlina vlaga energijo v rast korenin z razlogom, da bi se prebila v globlje plasti zemlje, kjer bi bila slanost manjša in bi lahko bolj neovirano črpala vodo. Vidimo da letalne koncentracije soli nismo dosegli, saj bi se v tem primeru rast ustavila. Merjenje fotosintezne učinkovitost fotosistema II Fotosintezna učinkovitost fotosistema II se glede na izpostavljenost različnim obravnavam (zalivanje s slano vodo; 100 mM, 200 mM NaCl) statistično ne razlikuje , kar pomeni, da je fotosistem II pri rastlini ne glede na zasoljenost tal enako učinkovit, ko merimo teoretične izkoristke predstavljene kot Fv/Fm (Slika 4). Rezultati so prav tako zelo podobni če primerjamo teoretično učinkovitost med obema preučevanima vrstama rastlin, razlike pa nastopijo pri meritvah dejanske (Y) učinkovitosti fotosistema II (Slika 5); nekoliko manj kot za faktor 2 višja učinkovitost pri sadikah pšenice kot pri sadikah sončnic. Slika 4: Fotosintezna učinkovitost fotosistema II (PSII) izmerjena po zatemnitvi merjenih mest na listih, predstavljena kot Fv/Fm, n=3. 41 Slika 5: Fotosintezna učinkovitost fotosistema II (PSII), dejanske izmerjene vrednosti na istih oz. nasprotnih listih predstavljena kot Y, n=3. Iz rezultatov predstavljenih na grafih se da sklepati, da v primeru zatemnitve merjenih delov listov, dejavnost/učinkovitost fotosistema II skokovito naraste; učinkovitost je višja v temi, kot pri naravni svetlobi, kjer so vrednosti pri obeh preučevanih vrstah nekoliko nižje. Razprava Z izvedenimi eksperimenti smo ugotovili osnovne fiziološke odzive sončnic in pšenice na stres zaradi prevelike koncentracije soli v okolju (hipertonično okolje korenin). Fiziološke spremembe rastlin so smiselne in skladne tudi z ugotovitvami drugih raziskav (Munns in sod., 2003) (Katerji in sod., 1996), saj je zaradi soočanja s stresom in aktivacijo obrambnih mehanizmov na voljo manj energije za samo rast rastline, posledično so imele rastline manjše mase v primerjavi s kontrolo. Ob prisotnosti soli smo povečano rast zaznali zgolj pri koreninah (ne pa tudi povečanja mase korenin), kar je smiseln odziv, saj tako rastlina dosega globlje plasti, kjer ni povečane koncentracije soli. Kar se tiče fotokemične učinkovitosti fotosistema II, smo ugotovili, da so vrednosti ne glede na koncentracijo NaCl v vodi, s katero smo zalivali rastline, statistično enake. Iz tega se da sklepati, da slanost na samo učinkovitost fotosistema II ne vpliva. Nekoliko nižje dejanske vrednosti smo izmerili pri sadikah sončnic v primerjavi s pšenico, medtem ko so bile teoretične vrednosti pri obeh skupinah rastlin praktično identične in približno dvakrat oz. trikrat višje od dejanskih. Iz informacij pridobljenih z eksperimentom lahko sklepamo, da tudi najvišja uporabljena koncentracija soli (200 mM NaCl), ne vpliva na potek fotosinteze oz. fotokemično učinkovitost fotosistema II. Zaključki Po zaključku naših rastnih poskusov in izvedbi vseh analiz, smo prišli do ugotovitev da lahko naše hipoteze v večji meri potrdimo. Prav tako smo zaznali smo trend zmanjševanja rasti z višanjem koncentracije soli v nadzemnih delih kot smo napovedali. Odstopanje od zadanih hipotez se je pojavilo zgolj pri rasti korenin, kjer se je rast povečevala z naraščajočo koncentracijo soli in ne zmanjševala kot smo to napovedali. Koncentracija soli ni bila dovolj velika, da bi naše rastline propadle. Drugo hipotezo 42 lahko zavrnemo, saj povečana slanost v našem primeru ni vplivala na fotokemično učinkovitost fotosistems II. Predvidevamo, da pšenica in sončnica posedujeta določene mehanizme za odpornost na slanost, vendar njihova aktivacija vpliva na rast rastline, saj so izpostavljene rastline manjše in imajo manjšo svežo maso. Poskusa nismo nadaljevali do te mere, da bi lahko merili vpliv na pridelek, vendar iz danih rezultatov lahko sklepamo da bi imela povečana slanost tudi negativen vpliv na količino pridelka (semen) obeh rastlin. Za uspešno pridelovanje v okoljih s povečano slanostjo bi rastlini potrebovali drugačne oz. izboljšane prilagoditvene mehanizme na slanost. Za izboljšan odziv na slanostni stres bi se lahko poslužili foliarnega nanosa različnih kalijevih soli, kot so to naredili v članku Saeed Akram, M. in sod. (2009) na rastlinah sončnic, zalitih s 150 mM raztopino NaCl. KH2PO4, K2SO4, KNO3 in K2CO3 soli so se izkazali kot dobri kandidati za izboljšanje sveže ter suhe mase, pridelka, hitrosti fotosinteze. To metodo bi lahko testirali tudi na pšenici in preverili, če je učinek enak. Literatura Arif Y, Singh P, Siddiqui H, in sod (2020) Salinity induced physiological and biochemical changes in plants: An omic approach towards salt stress tolerance. Plant Physiol Biochem 156: 64–77. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.08.042 Velmurugan A, Swarnam P, Subramani T, in sod (2020) Water Demand and Salinity. Desalin - Chal enges Oppor 1–11. https://doi.org/10.5772/intechopen.88095 Katerji N, Van Hoorn JW, Hamdy A, in sod (1996) Effect of salinity on water stress, growth, and yield of maize and sunflower. Agric Water Manag 30: 237–249. https://doi.org/10.1016/0378- 3774(95)01228-1 Munns R, James RA (2003) Screening methods for salinity tolerance: A case study with tetraploid wheat. Plant Soil 253: 201–218. https://doi.org/10.1023/A:1024553303144 Akram, M. S., Ashraf, M., Shahbaz, M., Akram, N. A. 2009. Growth and photosynthesis of salt-stressed sunflower (Helianthus annuus) plants as affected by foliar-applied different potassium salts. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 172(6): 884–893. https://doi.org/10.1002/jpln.200900102 43 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN KUMARE Lana Groleger, Katarina Japelj, Tinkara Moretti, Emanuela Žnidaršič Izvleček Suša je glavni stresni dejavnik, ki je odgovoren za omejeno rast in razvoj rastlin. Vpliv tega abiotskega dejavnika smo želeli raziskati tudi pri kumari in ječmenu, zato smo sadike v intervalih obravnavali z raztopino PEG oz. polietilen glikola (50 g/L in 150 g/L), ki simulira sušne pogoje, saj nase veže vodo in je te zato manj na razpolago za rastlino. V namen kontrole smo rastline zalivali z destilirano vodo. Posledice stresnega dejavnika na rastline smo ocenjevali z merjenjem fotokemične učinkovitosti fotosistema II, dolžine ter sveže in suhe biomase poganjkov in korenin. Na koncu smo podatke še statistično obdelali. Kljub razlikam v dolžini rastlin nam obdelava podatkov dolžine poganjkov ni dala statistično značilnih razlik, razen med poganjki kumar, kjer so bile tiste obdelane s PEG s koncentracijo 50 g/L višje od tistih obdelanih s 150 g/L. Pri merjenju fotokemične učinkovitosti FS II ni bilo statistično značilnih razlik, razen pri kumari med kontrolno rastlino in tisto obdelano z višjo koncentracijo PEG. Slednja je imela nižjo dejansko fotokemično učinkovitost FS II. Pri kumarah smo dokazali statistično značilne razlike v masi svežih poganjkov in v masi svežih korenin in sicer so imele rastline obdelane z nižjo koncentracijo PEG daljše poganjke in daljše korenine od kontrolnih rastlin. Pri statistični analizi mas suhih poganjkov in korenin smo ugotovili, da ni statistično značilnih razlik. Izjema je bila kumara, in sicer so imele suhe korenine kontrolnih rastlin višjo maso od tistih obdelanih s 50 g/L PEG. PEG torej nekoliko vpliva na rast rastlim, biomaso ter fotokemično učinkovitost. Ključne besede: suša, polietilen glikol (PEG), ječmen, kumare, rast in razvoj Uvod Suša je definirana kot obdobje z nenormalno nizkimi padavinami, ki omejuje produktivnost rastlin v naravnem ali kmetijskem sistemu (Mohammadkhani in Heidari 2008). Odstotek območij, prizadetih zaradi suše, se je od sedemdesetih let prejšnjega stoletja do začetka leta 2000 po vsem svetu več kot podvojil (Fan in sod. 2017). Suša lahko povzroči temperaturne, svetlobne, hranilne in številne druge obremenitve produktivnosti rastlin. Glavna je zmanjšanje razpoložljivosti vode v tleh. To zmanjšanje lahko količinsko opredelimo kot zmanjšanje vodnega potenciala oz. zmanjšanje proste energije vode, ki rastlini oteži privzem vode in posledično izzove vrsto odzivov. Ti ji omogočajo, da se izogne izgubi vode, da nadaljuje z njenim privzemom pri zmanjšanem vodnem potencialu oz. omogoči rastlini, da prenese zmanjšano vsebnost vode v tkivih (Mohammadkhani in Heidari 2008). Nizka razpoložljivost vode je pogosto povezana s povečanimi ravnmi reaktivnih kisikovih radikalov (ROS), ki lahko ob aktiviranih zaščitnih mehanizmih poškodujejo metabolizem rastline. ROS poslabšajo učinke vodnega stresa v rastlinah, saj vplivajo na celično membrano in povzročajo oksidativne poškodbe klorofila, lipidov, beljakovin in DNK, kar vse vodi v celično smrt (Leprince in sod. 1990). Rastline imajo za odpravo ROS antioksidativni sistem, katerega glavni encimski lovilci so superoksid dismutaza (SOD), peroksidaza (POX), katalaza (CAT) in več encimov, ki sodelujejo pri vzdrževanju zmanjšanega zbiranja antioksidantov (Fan in sod. 2017). Poleg tega rastline vsebujejo več neencimskih antioksidantov z nizko molekulsko maso, kot so askorbinska kislina (ASA), glutation (GSH), fenolne spojine, α-tokoferol, karotenoidi, itd. (Hellal in sod. 2018). Toleranca na sušo je kompleksna kvantitativna lastnost, ki jo nadzorujejo številni geni (Maazou in sod. 2016). Rastline so razvile različne strategije ali mehanizme za preživetje in rast ob suši, npr.: lahko se izognejo škodi zaradi pomanjkanja 44 vode z izraščanjem dodatnih korenin, da povečajo vnos vode, ali z zmanjšanjem transpiracije listov (von Korff 2010). Vpliv suše smo v naši raziskavi preverjali pri enokaličnici - ječmenu in dvokaličnici - kumari. Ječmen ( Hordeum vulgare L.) je pomembno žito, ki uspeva na polsuhih območjih. Do neke mere je toleranten na sušo in slanost. Pomanjkanje vode in za rastlino neustrezna razporeditev padavin lahko privede do negativnih efektov suše, če rastlina kali ali je v začetnih fazah rasti (Hellal in sod. 2018). Kumara ( Cucumis sativus L.) je ena najpomembnejši zelenjadnic na svetu. Glavni dejavnik izgube pridelka je prav suša (Fan in sod. 2017), saj ima kumara visoko stopnjo transpiracije (Liu in sod. 2016), za svojo rast in razvoj pa potrebuje veliko vode (Wang in sod. 2012). Za simulacijo sušnega stresa se največkrat uporablja polietilen glikol (PEG), ki je inertna osmotska substanca z veliko molekulsko maso, kar onemogoča, da bi prehajal skozi celično steno. Njegova značilnost je, da zniža vodni potencial v gojišču, ki je potem podoben temu v izsušeni prsti (Hellal in sod. 2018). Cilj naše raziskave je bil preučiti vpliv suše, ki je bila simulirana z dodatkom PEG, na rast ječmena in kumare preko različnih parametrov (z merjenjem fotokemične učinkovitosti, dolžine poganjkov, korenin ter sveže in suhe biomase rastlin). Hipoteza: Menimo, da bo imel polietilen glikol (PEG) negativen vpliv na rast obeh rastlin in da bo imela višja koncentracija PEG večji inhibitorni učinek na rast kot manjša koncentracija. Metode in materiali Poskus smo izvedli na nekaj tednov starih sadikah ječmena in kumar, ki so jih za nas iz semen vzgojili na fakulteti. Priprava raztopin za simulacijo suše in vzpostavitev stresnih pogojev Pri ječmenu in kumari smo efekt suše na njuno rast simulirali z zalivanjem z raztopino polietilen glikola (PEG). Pripravili smo dve različni koncentraciji (količinsko dovolj za obe rastlini in za dve ponovitvi pri vsaki koncentraciji). Prvo koncentracijo (50 g/L) smo pripravili tako, da smo v 1,5 L destilirane vode (dH2O) raztopili 75 g PEG, za drugo koncentracijo (150 g/L) pa smo v 1,5 L dH2O raztopili 225 g PEG. Vsako raztopino smo dobro premešali na mešalu, da se je PEG popolnoma raztopil. Prvo zalivanje smo izvedli na dan priprave raztopin, drugo dva dni kasneje, tretje pa pet dni za pripravo raztopin. Kontrole smo zalivali z destilirano vodo. Rastline smo gojili v rastni komori pri temperaturi 23 °C in s fotoperiodo 16/8 h. Po enem tednu od prvega obravnavanja smo poskus ustavili in izmerili fotokemično učinkovitost FS II, dolžine poganjkov in korenin ter svežo in suho biomaso poganjkov in korenin. Merjenje dolžin korenin in poganjkov Pred merjenjem fotokemične učinkovitosti FS II smo z ravnilom izmerili dolžino poganjkov kumare in ječmena. Po merjenju fotokemične učinkovitosti smo rastline odstranili iz zemlje (previdno, da nismo potrgali korenin), jih očistili in z ravnilom izmerili še dolžino korenin kumare. Merjenje potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti FS II Fotokemično učinkovitost FS II smo izmerili s fluorometrom PAM-2500. Na odrasle liste smo pripeli sponke (3 na en tretma) najmanj 15 minut pred merjenjem, da smo lahko izmerili potencialno fotokemično učinkovitost. Dejansko fotokemično učinkovitost pa smo izmerili na osvetljenih delih istih listov. 45 Določanje sveže in suhe biomase Poganjke in korenine smo ločili ter korenine očistili zemlje pod vodo. Posamezne rastlinske dele smo zaradi majhnih razlik v masi združili v skupine (rezultate smo ustrezno delili glede na število kosov rastlinskega materiala v paketku) in jih zatem stehtali - sveža biomasa. Korenine ali poganjke kumare ali ječmena smo nato zavili v aluminijasto folijo in jih sušili en teden na 60 °C. Potem smo posušene dele znova stehtali. Tako smo dobili podatke za suho biomaso. Statistična obdelava podatkov Podatke smo obdelali v Excelu s pomočjo dodatka XL Toolbox (Daniel’s XL Toolbox addin for Excel, verzija 7.3.4, Daniel Kraus, Würzburg, Nemčija). Izvedli smo enosmerno analizo variance (ANOVA). Analiza je vključevala t-test in Bonferroni-Holm posthoc test (v primeru, da so bili rezultati po t-testu statistično signifikantni pri p < 0,05). Statistično značilne rezultate smo prikazali z grafi. Rezultati Zalivanje s PEG je pustilo vizualne posledice na ječmenu, saj smo zaznali razlike v velikosti med rastlinami (Slika 1). Rastlina, obdelana z nižjo koncentracijo PEG, je bila višja od kontrole, kontrola pa je bla višja od rastline, zalivane z višjo koncentracijo PEG. Sprememb v velikosti kumar nismo zaznali vizualno. Opazili smo le, da sta imeli kontrola in rastlina tretirana s PEG s koncentracijo 50 g/L nekaj svetlejših, mladih listov (tretirana rastlina manj kot kontrola) v primerjavi z rastlino, ki smo jo zalivali s PEG s koncentracijo 150 g/L (Slika 2). Slika 8: Ječmen po koncu obravnave (K1 in K2 – dve ponovitvi kontrolne obravnave z destilirano vodo, S11 in S12 – dve ponovitvi obravnave s PEG s koncentracijo 50 g/L, S21 in S22 – dve ponovitvi obravnave s PEG s koncentracijo 150 g/L). 46 Slika 9: Kumara po koncu obravnave (K1 in K2 – dve ponovitvi kontrolnega obravnave z destilirano vodo, S11 in S12 – dve ponovitvi obravnave s PEG s koncentracijo 50 g/L, S21 in S22 – dve ponovitvi obravnave s PEG s koncentracijo 150 g/L). Dolžina poganjkov in korenin Meritve dolžin poganjkov ječmena so pokazale, da ni statistično značilnih razlik med posameznimi koncentracijami in kontrolami. Pri kumarah pri dolžini korenin prav tako ni bilo statistično značilnih razlik med posameznimi meritvami (Slika 3). Potrdili smo statistično značilne razlike med dolžino poganjkov pri kumarah in sicer je se razlika pojavila med dolžino poganjkov pri rastlini obravnavani s PEG s koncentracijo 50 g/L in pri rastlini tretirani s PEG s koncentracijo 150 g/L (Slika 3). Slika 10: Prikaz povprečnih dolžin korenin in poganjkov kumare s standardnimi napakami (kontrola - rastline obravnavane z destilirano vodo; 50 g/L - rastline obravnavane s PEG s koncentracijo 50 g/L; 150 g/L - rastline obravnavane s PEG s koncentracijo 150 g/L). Fotokemična učinkovitost FS II Statistična analiza dejanske in potenciale fotokemične učinkovitosti FS II pri ječmenu ni dala statistično značilnih rezultatov. 47 Pri statistični analizi dejanske fotokemične učinkovitosti FS II pri kumarah prav tako nismo zaznali statistično signifikantnih razlik. Razlike pa so se pokazale pri potencialni fotokemični učinkovitosti FS II in sicer med kontrolno rastlino, ki je bila obdelana z destilirano vodo in rastlino, ki je bila obdelana s PEG s koncentracijo 150 g/L (Slika 4). Slika 11: Prikaz povprečne potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti FS II pri kumarah s standardnimi napakami (kontrola - rastline obdelane z destilirano vodo; 50 g/L - rastline obdelane s PEG s koncentracijo 50 g/L; 150 g/L - rastline obdelane s PEG s koncentracijo 150 g/L). Sveža in suha biomasa Pri statistični analizi sveže biomase rastlin smo ugotovili naslednje. Pri ječmenu ni bilo statistično značilnih razlik v masi svežih poganjkov, pri kumarah pa smo dokazali statistično značilne razlike v masi svežih poganjkov in v masi svežih korenin. Statistično značilna razlika je bila tako pri poganjkih kot pri koreninah med kontrolno rastlino in rastlino, ki je bila obdelana s PEG s koncentracijo 50 g/L (Slika 5) . Slika 12: Prikaz povprečne sveže (levo) in suhe (desno) biomase s standardnimi napakami poganjkov in korenin pri kumari (kontrola - rastline obdelane z destilirano vodo; 50 g/L - rastline obdelane s PEG s koncentracijo 50 g/L; 150 g/L - rastline obdelane s PEG s koncentracijo 150 g/L). Pri statistični analizi mas suhih rastlin smo ugotovili, da pri ječmenu ni statistično značilnih razlik v suhi masi. Pri kumarah so se pojavile statistično značilne razlike v suhi masi poganjkov, in sicer med kontrolno rastlino in rastlino, ki je bila obdelana s PEG s koncentracijo 50 g/L (Slika 5). Masa suhih korenin pri kumarah ni dala statistično značilnih razlik. 48 Razprava Voda je eden najpomembnejših okoljskih dejavnikov, ki vplivajo na rast rastlin. Stres zaradi suše je glavni dejavnik, ki je odgovoren za omejeno rast rastlin in zmanjšanje fotosinteze in lahko posledično povzroči zmanjšanje pridelave pridelkov. S tem dejavnikom se je najtežje spopasti zaradi velike povezave med fotosintezo in transpiracijo. Pomanjkanje vode zmanjša hitrost rasti, neto fotosintezo in transpiracijo kumar (Najarian in sod. 2017). Pri našem poskusu smo pri kumarah prišli do drugačnih ugotovitev. V našem primeru je prišlo do statistično značilne razlike med kontrolo in rastlino, ki smo jo tretirali s PEG s koncentracijo 150 g/L, in sicer je imela obdelana rastlina večjo potencialno fotokemično učinkovitost FS II. Prav tako je bila statistično značilna razlika med kontrolo in rastlino, obdelano s PEG, s koncentracijo 50 g/L, pri dolžini poganjkov - obdelana rastlina je bila višja. Pri sveži masi poganjkov in korenin smo opazili statistično značilne razlike med kontrolo in rastlino, ki je bila obdelana s PEG s koncentracijo 50 g/L, in sicer je imela korenine in poganjke daljše tretirana rastlina. Pri suhi masi do razlik v koreninah ni prišlo, pri sveži pa. Vzrok za to bi lahko pripisali temu, da smo korenine pred tehtanjem spirali z vodo in da je bil pri sveži masi prav to vzrok za razlike, saj je nekaj vode ostalo na koreninah, kar je pripomoglo k povečanju mase. Pri suhi masi poganjkov kumar je prav tako prišlo do statistično značilnih razlik in sicer med kontrolo in rastlino, ki je bila obdelana z nižjo koncentracijo PEG. Masa je bila pri obdelani rastlini večja. Menimo, da je rastlina obdelana s PEG s koncentracijo 50 g/L bolje rastla zaradi značilnega presnovnega odziva na zmeren stres pri rastlinah. Ta sicer res zmanjša njeno produktivnost, a jo naredi tudi bolj kompaktno, zmanjša njene potrebe po vodi in izboljša njeno sposobnost prenašanja hujšega stresa (če bi bila z zmernim stresom tretirana dalj časa). Aplikacija blagega ali zmernega sušnega stresa je eden od načinov reguliranja velikosti rastline in izboljšanja njene trdote. Če rastlino bogato zalivamo, bo imela mehko steblo in liste (Zhang in sod. 2020). Vidimo, da že pri koncentraciji PEG 150 g/L začnejo rast, masa in fotokemična učinkovitost FS II padati, kar pomeni, da prihajamo do točke, kjer suša negativno vpliva na rast rastlin, kot je omenjeno v literaturi zgoraj. Če bi poskus izvajali dlje časa in bi uporabili tudi višje koncentracije PEG, bi lahko to dokazali z večjo gotovostjo. Pri ječmenu nismo zaznali statistično značilnih razlik, kar bi lahko predpisali temu, da je ječmen rastlina, ki je precej dobro prilagojena na sušo (Amini 2013). Da bi pri ječmenu zaznali statistične razlike oz. dokazali vpliv suše na rastlino, bi morali izvajati poskus dlje časa in predvsem pri višjih koncentracijah PEG. Zaključki Namen poskusa je bil ugotoviti, kakšne so posledice suše kot stresnega dejavnika, simuliranega s polietilen glikolom (PEG), z različnimi koncentracijami (50 g/L in 150 g/L) na ječmenu in kumari. Posledice stresnega dejavnika na rastline smo ocenjevali z merjenjem fotokemične učinkovitosti, dolžine ter sveže in suhe biomase poganjkov in korenin. Predpostavili smo, da bo imel PEG negativen vpliv na rast obeh rastlin in da bo imela višja koncentracija PEG večji inhibitorni učinek na rast kot manjša koncentracija. Takšnih rezultatov pri kumari nismo pričakovali, saj so bile obdelane rastline tako višje in težje, prav tako pa so imele tudi globje korenine. S pomočjo literature smo ugotovili, da je pojav pravzaprav pričakovan, saj ima rastlina pri nižjih koncentracijah stresa značilen presnovni odgovor, ki res da zmanjša samo produktivnost rastline, a naredi jo bolj kompaktno, zmanjša njene potrebe po vodi in izboljša sposobnost prenašanja stresa, zaradi česar taka rastlina zelo dobro uspeva. Ob večanju koncentracije stresnega dejavnika pa se rastlina z njim ni več sposobna boriti, zato se začne 49 kazati negativen vpliv stresa na rastlino. Glede na ugotovitve smo našo hipotezo o negativnem učinku suše ovrgli. Da bi zadevo v celoti potrdili, bi bilo potrebno poskus izvajati dlje časa in predvsem z več koncentracijami stresnega dejavnika. Rezultati pri ječmenu prav tako niso sovpadali z našimi predvidevanji, saj pri ječmenu nismo zaznali nobenih statistično značilnih razlik. Menimo, da je razlog temu to, da je ječmen rastlina, ki dobro uspeva v sušnih območjih in to, da smo poskus izvajali premalo časa, poleg tega pa bi ga morali izvajati z več različnimi koncentracijami stresnega dejavnika (predvsem tudi višjimi kot 150 g/L). Glede na rezultate smo našo hipotezo o negativnem vplivu suše na ječmen ovrgli. V splošnem menimo, da bi bilo smiselno opraviti nadaljnje raziskave z več različnimi koncentracijami PEG in več tehničnimi ponovitvami ter poskus izvajati dlje časa, da bi bili rezultati pri obeh rastlinah bolj informativni in zanesljivi. Literatura Amini R (2013) Drought stress tolerance of barley (Hordeum vulgare L.) affected by priming with PEG. International Journal of Farming and Al ied Sciences 2(20): 803-808 Fan HF, Ding L, Xu YL, Du CX (2017) Antioxidant system and photosynthetic characteristics responses to short-term PEG-induced drought stress in cucumber seedling leaves. Russian Journal of Plant Physiology 64(2): 162–173. https://doi.org/10.1134/S1021443717020042 Hellal FA, El-Shabrawi HM, Abd El-Hady M, in sod (2018) Influence of PEG induced drought stress on molecular and biochemical constituents and seedling growth of Egyptian barley cultivars. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology 16: 203–212. https://doi.org/10.1016/J.JGEB.2017.10.009 Leprince O, Deltour R, Thorpe PC, in sod (1990) The role of free radicals and radical processing systems in loss of desiccation tolerance in germinating maize (Zea mays L.). New Phytologist 116: 573–580. https://doi.org/10.1111/J.1469-8137.1990.TB00541.X Liu S, Li H, Lv X, in sod (2016) Grafting cucumber onto luffa improves drought tolerance by increasing ABA biosynthesis and sensitivity. Scientific Reports 6: 1–14. https://doi.org/10.1038/srep20212 Maazou A-RS, Tu J, Qiu J, in sod (2016) Breeding for Drought Tolerance in Maize (Zea mays L.). American Journal of Plant Sciences 7: 1858–1870. https://doi.org/10.4236/AJPS.2016.714172 Mohammadkhani N, Heidari R (2008) Water stress induced by polyethylene glycol 6000 and sodium chloride in two maize cultivars. Pak J Biol Sci 11: 92–97. https://doi.org/10.3923/PJBS.2008.92.97 Najarian M, Mohammadi-Ghehsareh A, Fal ahzade J, Peykanpour E (2017) Responses of cucumber (Cucumis sativus L.) to ozonated water under varying drought stress intensities. Journal of Plant Nutrition 41: 1–9. https://doi.org/10.1080/01904167.2017.1346665 von Korff M (2010) Barley genes against drought. In: Max Planck Institute for Plant Breeding Research. https://www.mpg.de/897267/Barley_drought. Accessed 15 Jun 2022 Wang CJ, Yang W, Wang C, in sod (2012) Induction of Drought Tolerance in Cucumber Plants by a Consortium of Three Plant Growth-Promoting Rhizobacterium Strains. PLOS ONE 7:e52565. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0052565 Zhang H, Zhao Y, Zhu JK (2020) Thriving under Stress: How Plants Balance Growth and the Stress Response. Developmental Cell 55: 529–543. https://doi.org/10.1016/J.DEVCEL.2020.10.012 50 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN REDKVICE Žiga Javornik, Miona Kovachevikj, Jože Križman, Ana Kukenberger Izvleček Ječmen ( Hordeum vulgare L. ) in redkvica ( Raphanus raphanistrum) sta rastlini namenjeni prehrani ljudi in ju gojimo po celotnem svetu. Zaradi vse večjih podnebnih sprememb in pomankanja padavin, smo v naši raziskavi preverili kakšen vpliv ima suša na fotokemično učinkovitost, rast korenin in poganjkov ječmena in redkvice. V dosedanjih raziskavah so že dokazali, da ima suša negativen vpliv na samo rast in fotokemično učinkovitost različnih rastlinskih vrst. Za izvedbo sušnega stresa smo rastline ječmena in redkvice dva tedna zalivali z dvema koncentracijama (50 g L-1 in 150 g L-1) raztopine polietilen glikola (PEG). Rastline smo tekom poizkusa gojili pri stalni temperaturi v rastni komori pri fotoperiodi 16/8. Po končanem poizkusu smo preverili fotokemično učinkovitost izpostavljenih ter kontrolnih rastlin s klorofilnim fluorometrom (PAM-2500). Z meritvami poganjkov in korenin pa smo prikazali razlike med kontrolnimi in izpostavljenimi rastlinami. Z našo raziskavo smo potrdili, da ima suša negativen vpliv na rast, razvoj in fotokemično učinkovitost ječmena. Pri redkvici pa sušni stres ne vpliva na fotokemično učinkovitostfotosistema II, vpliva pa na rast in razvoj rastline. Nasprotno od naših hipotez se je dolžina korenin redkvice povečala pri izpostavitvi s polietilen glikolu (koncentracija 50 g L-1), kar je verjetno posledica mehanizmov za toleranco na sušo. Ključne besede: sušni stres, Hordeum vulgare L., Raphanus raphanistrum, PEG Uvod Podnebne spremembe vsako leto povzročajo hujše pogoje za rast rastlin. Zaradi suše imamo iz leta v leto nižje pridelke. Dandanes imamo višjo pojavnost vročinskih valov, ki trajajo dlje časa. Podnebne spremembe so s sabo prinesle tudi ekstremne vremenske pojave, kot so poplave, tornadi, hurikani ter suše (McGill, 2018). Suša je rizična za rastline saj povzroči hud stres v samih rastlinah, kar negativno vpliva na njihovo rast, pridelek, fotosintezo in učinkovito absorpcijo vode (Farooq in sod., 2012). Negativna posledica suše je tudi moten transport vode ter posledično mineralov po rastlinah (Mravlje in sod., 2018). Zmanjšana rast rastlin je posledica počasnejše delitve celic, na kar negativno vpliva znižan celični turgor, encimatska aktivnost ter slabša preskrba celic z energijo (Farooq in sod., 2009). Počasnejša celična delitev pa tako negativno vpliva na samo fotosintezo, saj imamo zmanjšano listno površino, zaprte listne reže in poškodbe v fotosistemu II. Suša prav tako poruši rastlinsko razmerje med ROS (reaktivnimi kisikovimi spojinami) in antioksidativno obrambo (Farooq in sod., 2009). Ker je kisikovih reaktivnih spojin preveč, te negativno vplivajo na rast in fotosintetsko učinkovitost. Ječmen ( Hordeum vulgare L. ) je 4. najbolj gojeno žito na svetu ter lahko uspeva v najrazličnejših okoljih. V prejšnjih študijah so že dokazali, da suša negativno vpliva na razvoj, rast ter pridelek ječmena. Vendar so tudi potrdili, da ječmen kaže določeno mero odpornosti na sušo (Sabagh in sod., 2019). Redkvica ( Raphanus raphanistrum) ni tako pogosto gojena rastlinska vrsta kot ječmen, vendar je še vedno pridelujejo v zmernih količinah. Odpornost na sušo je bila preverjena že pri številnih rastlinskih vrstah. Stagnari in sodelavci (2017) so prav tako dokazali, da suša negativno vpliva na rast in biomaso redkvic. Namen raziskave je ugotoviti vpliv suše na redkvico in ječmen. Sušo smo simulirali z raztopino polietilen glikola (PEG) pri koncentracijah 50 g L-1 in 150 g L-1. Preverjali smo vpliv na rast, razvoj in fotokemično učinkovitost fotosistema II. Predpostavljamo, da bo prišlo do zmanjšanja rasti, razvoja in 51 fotokemične učinkovitosti pri obeh raztopinah PEG. Sklepamo, da bo imela višja koncentracija PEG-a večji negativni vpliv na rastline. Hipoteze: H1: Izpostavitev rastlin sušnim pogojem, bo negativno vplivala na rast ter razvoj poganjkov in korenin. H2: Izpostavitev rastlin sušnim pogojem, bo negativno vplivala na fotokemično učinkovitost fotosistema II ječmena in redkvice. Materiali in metode Raziskava je bila izvedena v rastni komori Biotehniške fakultete (Oddelek za biologijo), kjer so bile rastline izpostavljeni konstantni temperaturi ter fotoperiodi 16/8 (šestnajst ur svetlobe in osem ur teme). V naši raziskavi smo inducirali sušni stres na ječmenu in redkvicah v dveh različnih stopnjah (nižji in višji stres). Sušni stres smo inducirali, tako da smo rastline zalivali z raztopino polietilen glikola (PEG) v dveh različnih koncentracijah (50 g L-1 in 150 g L-1). Za negativno kontrolo pa smo vzeli rastline, katere smo zalivali z destilirano vodo. Vse poskuse smo izvedli v dvojni ponovitvi zato, da smo lahko kasneje naredili statistično obdelavo. Zasnova poskusa Pred pričetkom poskusa je bilo potrebno vzgojiti same rastline redkvice in ječmena (sejanje semen v zemljo ter zalivanje). Za vsako rastlinsko vrsto smo pripravili 6 paketkov rastlin, na katerih bomo kasneje izvajali poizkuse. Dva paketka sta namenjena kontrolnim rastlinam, dva nižji koncentraciji PEG-a ter dva višji koncentraciji PEG-a. V začetni stopnji razvoja rastlin smo vse zalivali z destilirano vodo (dvakrat na teden po 80 ml). Ko so se rastline že razvile, pa smo na njih začeli izvajati sušni stres, ki je trajal dva tedna. V tem obdobju smo kontrolne rastline še naprej zalivali z destilirano vodo, med tem ko smo testne rastline zalivali z raztopino PEG. Priprava raztopin PEG Za en teden zalivanja rastlin smo potrebovali 2x po 750ml raztopine PEG različnih koncentracij (50 g L-1 in 150 g L-1). Raztopini smo pripravili tako, da smo za tehtali ustrezno maso PEG-a v 750 ml destilirane vode. Sledilo pa je raztapljanje PEG-a na magnetnem mešalu. Merjenje fotokemične učinkovitosti Za detekcijo fotokemične učinkovitosti smo po preteku poizkusa uporabili klorofilni fluorometer (PAM-2500). S tem aparatom smo merili fluorescenco klorofila na zatemnjenih in osvetljenih listih rastline. 20 minut pred samim merjenjem fluorescence smo na različne liste rastlin (znotraj ene podskupine) namestili tri držala, ki so preprečila dostop svetlobe do lista. Z merjenjem fluorescence na zatemnjenih listih smo tako dobili potencialno fotokemično učinkovitost. Pri merjenju fluorescence na osvetljenih listih pa smo dobili dejansko fotokemično učinkovitost. Tehtanje in merjenje dolžine poganjkov in korenin Sledilo je razstavljanje poizkusa tako, da smo ločili rastline s koreninami od zemlje. Korenine ječmena so zelo tanke, krhke in občutljive zaradi česar jih nismo uspešno ločili od zemlje. Imeli bi previsoka odstopanja znotraj podskupin in rezultati ne bi bili verodostojni. Zaradi tega smo korenine ječmena izključili iz omenjenih meritev. Korenine redkvice smo spirali v destilirani vodi, da smo odstranili ostanke zemlje. Nato pa smo vsaki rastlini izmerili dolžino listov ter korenin s pomočjo metra ter preračunali povprečno vrednost vsake podskupine. Pred sušenjem sveže biomase poganjkov in korenin, smo te še stehtali ter razdelili vsako podskupino v še tri podskupine. Sušenje je potekalo približno tri dni na 60 ⁰C, nato pa smo ponovno stehtali suho biomaso poganjkov in korenin. Obdelava podatkov 52 Obdelava podatkov je bila izvedena v programu STATISTICA 12. Analizo varianc smo izvedli z enosmerno analizo variance (enosmerna ANOVA). Variance posameznih množic smo med seboj primerjali s Tukeyevim post-hoc testom. Rezultati Vpliv na dolžino in maso poganjkov Pri simulaciji suše s polietilen glikolom (PEG) pri dolžini poganjkov redkvice nismo opazili statistično značilnih razlik glede na kontrolo. Do statistično značilnih razlik je prišlo le pri izpostavitvi sadik ječmena raztopini PEG s koncentracijo 150 g L-1. Ta skupina sadik je imela statistično značilno krajše poganjke v primerjavi s kontrolo (Slika 1). Slika 13: Graf povprečnih dolžin poganjkov redkvic in ječmena s pripadajočimi standardnimi napakami. Rastline so bile izpostavljene raztopini polietilen glikola (50 in 150 g L-1). Kontrola so rastline, ki niso bile izpostavljene raztopini polietilen glikola. Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilne razlike med posameznimi obravnavami (enosmerna ANOVA, Tukeyev post-hoc test, p < 0,05). Pri preverjanju vpliva suše na rastline z uporabo raztopin PEG koncentracij 50 g L-1 oz. 150 g L-1, ni bilo opaziti statistično značilnih razlik v masi svežih ali suhih poganjkov v primerjavi s kontrolo, ki ni bila izpostavljeva PEG. Vpliv na maso redkvic Statistična analiza je pokazala, da se masa redkvic pri izpostavitvi 150 g L-1 PEG, statistično značilno zmanjša v primerjavi s kontrolo (Slika 2). Izpostavitev 50 g L-1 PEG ni imelo statistično značilnega vpliva na maso redkvic. 53 Slika 14: Graf povprečnih mas redkvic s pripadajočimi standardnimi napakami. Redkvice so bile izposatvljene 50 in 150 g L-1 PEG. Kontrola so redkvice, ki niso bile izpostavljene PEG. Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilne razlike med posameznimi obravnavami (enosmerna ANOVA, Tukeyev post-hoc test, p < 0,05). Vpliv na maso korenin redkvic Rezultati vidni na Sliki 3 prikazujejo, da so imele tako sveže, kot tudi suhe korenine redkvic, ki so bile izpostavljene 50 g L-1 PEG, statistično značilno višjo maso v primerjavi s kontrolo. Pri redkvicah, ki so bile izpostavljene 150 g L-1 PEG teh razlik ni bilo. Slika 15: Graf povprečnih mas svežih in posušenih korenin redkvic s pripadajočimi standardnimi napakami. Redkvice so bile izpostavljene 50 in 150 g L-1 PEG. Kontrola so redkvice, ki niso bile izpostavljene PEG. Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilne razlike med posameznimi obravnavami (enosmerna ANOVA, Tukeyev post-hoc test, p < 0,05). Vpliv na fotokemično učinkovitost fotosistema II Simulacija suše PEG ni imela statistično značilnega vpliva na potencialno fotokemično učinkovitost (Fv/Fm) niti redkvic, niti ječmena. Izpostavitev PEG ni imela statistično značilnega vpliva niti na dejansko fotokemično učinkovitost (Y) pri redkvicah. Pri ječmenu pa je prišlo do zmanjšanja dejanske fotokemične učinkovitosti (Y) pri izpostavitvi 150 g L-1 PEG. 54 Slika 16: Graf potencialnih in dejanskih fotokemičnih učinkovitosti redkvic in ječmena s pripadajočimi standardnimi napakami. Rastline so bile izpostavljene 50 in 150 g L-1 PEG. Kontrola so rastline, ki niso bile izpostavljene PEG. Različne črke nad stolpci označujejo statistično značilne razlike med posameznimi tretmaji (enosmerna ANOVA, Tukeyev post-hoc test, p < 0,05). Razprava Vpliv na dolžino in maso poganjkov V naši raziskavi smo pokazali, da simulacija suše z raztopino PEG ni imela statistično značilnega vpliva na dolžino poganjkov. Akram in sodelavci (2015) so v svoji študiji ugotovili, da izpostavljenost suši vpliva na dolžino poganjkov. Ugotovili so, da se dolžina poganjkov ob izpostavljenosti suši v povprečju zmanjša. Zaradi različnih parametrov, ki vplivajo na končne rezultate je študije težko primerjati med seboj, saj v tej raziskavi niso uporabljali polietilen glikola za simulacijo suše, temveč so rastline izpostavili dejanskim sušnim pogojem. Rastline so sušnim pogojem izpostavili 40 dni, med tem ko smo jih mi tretirali z raztopino polietilen glikola 7 dni. Amini (2013) je v svoji študiji ugotovil, da se dolžina poganjkov ječmena ob pomanjkanju vode statistično značilno skrajša. Študije so ugotovile, da so nekatere sadike ječmena na sušo bolj odporne v času kalitve in nanjo bolj dovzetne v obdobju reprodukcije ali pa obratno: so na sušo bolj odporne v reproduktivnem obdobju in nanjo bolj dovzetne v času reprodukcije (Sallam in sod., 2019). Dosedanje raziskave na ječmenu torej nakazujejo, da je sprememba v dolžini poganjkov lahko posledica samega odziva na sušo, pri tem pa ima pomemben vpliv obdobje v katerem rastlino preučujemo. Čeprav je prišlo do spremembe v dolžini poganjkov pa nismo opazili nobene spremembe v masi niti v svežih, niti v posušenih poganjkov. Vpliv na maso redkvic Eden najpogostejših abiotskih dejavnikov, ki vplivajo na zmanjšanje pridelka je ravno suša. Pogost odziv rastlin na sušo je zmanjševanje pridelka na račun ohranjanja drugih vitalnih funkcij (Sabagh in sod., 2019). Stagnari in sodelavci (2018) so prav tako opisali zmanjševanje mase redkvic ob izpostavitvi rastlin sušnemu stresu. 55 Vpliv na maso korenin redkvic Rastline lahko s podaljševanjem korenin razvijejo toleranco na sušo (Chaves in Oliveira, 2004). Podaljševanje korenin ob izpostavitvi sušnim razmeram bi lahko pripisali hidrotropizmu – rastlina poganja korenine v smeri višjega deleža vode. Ker polietilen glikol vodo veže, je je na voljo manj, zato rastlina požene več korenin, da bi lahko dosegla vodo in si tako zagotovila preživetje (Eapen in sod., 2017). Pri izpostavitvi redkvic najvišji koncentraciji PEG nismo opazili povečanja mase korenin. To bi lahko pripisali temu, da je bil stres že prevelik za ustrezen odziv. V izpostavitve redkvic 50 g L-1 PEG pa lahko opazimo odziv, kot je bil opisan v literaturi. Vpliv na fotokemično učinkovitost fotosistema II Potencialna fotokemična učinkovitost (Fv/Fm) je indikator učinkovitosti fotosinteznih reakcij oz. energije, ki jo ujamejo reakcijski centri fotosistema II. Statistično značilno znižanje Fv/Fm ob izpostavitvi suši bi pomenilo, da je zaradi suše inhibiran fotostistem II. Inhibicijo pa bi lahko pripisali nezadostnemu prenosu energije iz klorofilnega kompleksa, ki zbira svetlobo, do reakcijskega centra (Ahmed in sod., 2013). Teh sprememb v našem poskusu ni bilo zaznati. Pri merjenju dejanske fotokemične učinkovitosti smo ugotovili, da pride pri večji izpostavljenosti ječmena sušnim razmeram do zmanjšanja učinkovitosti. To se zgodi zaradi morfoloških sprememb v rastlini kot odgovor na stres: membrana postane bolj stabilna in zaprejo se listne reže, da se zmanjšajo izgube vode. Fotosintezna aktivnost pade, s tem pade tudi dejanska fotokemična učinkovitost (Farooq in sod., 2009). Zaključki V naši raziskavi smo si postavili dve hipotezi: da bo izpostavitev ječmena in redkvice na sušo imela negativen vpliv na rast in razvoj poganjkov, pa tudi negativen vpliv na potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost fotosistema II. Pri ječmenu lahko delno potrdimo obe hipotezi. Sadike ječmena, ki so bile izpostavljene 150 g L-1 PEG so imele statistično značilno krajše poganjke v primerjavi s kontrolo. Nimamo pa podatkov o koreninah, da bi v celoti potrdili prvo hipotezo. Pri istih sadikah ječmena smo prav tako opazili zmanjšanje dejanske fotokemične učinkovitosti. To je lahko posledica zmanjševanja velikosti poganjkov, zapiranja rež ali pa poškodbe fotositema II. Da bi ugotovili, če ima suša prav tako statistično značilen vpliv na potencialno fotokemično učinkovitost, bi morali rastline dlje časa izpostaviti sušnim razmeram. Pri redkvicah nimamo statistično značilnih rezultatov, kar se tiče fotokemične učinkovitosti. Mase redkvic izpostavljenih 150 g L-1 PEG, so statistično značilno manjše v primerjavi s kontrolami. Ta rezultat je pričakovan, saj rastlina vlaga vso energijo v odgovor na stres. Ne pričakovano je bilo, da so imele redkvice izpostavljene 50 g L-1 PEG statistično značilno višje mase v primerjavi s kontrolnimi. V tem primeru je mogoče prišlo do razvoja mehanizmov za toleranco na sušo. 56 Literatura Ahmed I. M., Dai H., Zheng W., Cao F., Zhang G., Sun D., Wu F., 2013. Genotypic differences in physiological characteristics in the tolerance to drought and salinity combined stress between Tibetan wild and cultivated barley. Plant Physiology and Biochemistry, 63: 49-60. Akram N. A., Noreen S., Noreen T., Ashraf M., 2015. Exogenous application of trehalose alters growth, physiology and nutrient composition in radish (Raphanus sativus L.) plants under water-deficit conditions. Brazilian Journal of Botany, 38(3): 431-439. Amini R., 2013. Drought stress tolerance of barley (Hordeum vulgare L.) affected by priming with PEG. International Journal of Farming and Allied Sciences 2(20): 803-808. Chaves M. M., Oliveria M. M., 2004. Mechanism underlying plant resilience to water deficit prospects for water saving agriculture. Journal of Experimental Botany, 55 (407): 2365-2384. Eapen D., Martínez-Guadarrama J., Hernández-Bruno O., Flores L., Nieto-Sotelo J., Cassab G. I., 2017. Synergy between root hydrotropic response and root biomass in maize (Zea mays L.) enhances drought avoidance. Plant Science: an international journal of experimental plant biology 265:87– 99. Farooq M., Hussain M., Wahid A., Siddique M. H. K., 2012. Drought stress in plants: An overview. In R.Aroca, Plant Responses to Drought Stess (1-33). Springer Berlin, Heidelberg Farooq M., Wahid A., Kobayashi N., Fujita D., Basra S. M. A., 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Developement, 29 (1): 185-212. Jamieson, P. D., Martin R. J., Francis G. S., Wilson D. R., 1995. Drought effects on biomass production and radiation-use efficiency in barley. Field Crops Research, 43(2-3): 77-86. McGil L., 2018. Effect of climate change conditions on radish (Raphanus raphanistrum) growth and its implications on crop production. Envitomental science Mravlje J., Hostnik M., Kujovič A., 2018. Vpliv suše na privzem mineralov pri sončnici (Helianthus annus L.) in ječmenu (Hordeum vulgare L.). Colectanea Studentium Physilogiae Plantarium, 9 (1): 27-32 Sabagh A. E., Hossain A., Islam M. S., Barutcular C., Hussain S., Hasanuzzaman M., Saneoka H., 2019. Drought and salinity stresses in barley: consequences and mitigation strategies. Australian Journal of Crop Science, 13(6): 810-820. Sal am A., Alqudah A. M., Dawood M., Baenziger P. S., Börner A., 2019. Drought stress tolerance in wheat and barley: Advances in physiology, breeding and genetics research. International journal of molecular sciences, 20 (13): 36 Stagnari F., Galieni A., D'Egidio S., Pagnani G., Pisante M., 2018. Responses of radish (Raphanus sativus) to drought stress. Annals of Applied Biology, 172(2): 170-186. 57 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BLITVE Marija Kulebanova, Žiga Nolde Drev, Špela Rozman, Mirna Uran Izvleček Namen raziskave je bil ugotoviti, kako suša vpliva na rast, razvoj in fotokemično aktivnost FS II koruze ( Zea mays) in blitve ( Beta vulgaris). Kontrolne rastline in rastline s simuliranimi sušnimi pogoji z uporabo raztopin PEG koncentracije 50 g/L in 150 g/L so bile gojene 14 dni pred izvedbo poskusov. Vpliv na rast in razvoj smo spremljali preko merjenja dolžine poganjkov in korenin ter njihove sveže in suhe mase. Potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost FS II smo merili s pomočjo fluorometra (PAM-2500). Podatke smo nato statistično obdelali. Podatki kažejo na slabšo rast in razvoj poganjkov pri obravnavah s PEG. Pri blitvi kažejo na slabšo dejansko fotokemično učinkovitost. Suša negativno vpliva na rast in razvoj rastlin. Nadaljnje študije bi lahko vključevale vpliv suše na količino in kakovost pridelka. Ključne besede: suša, rast, koruza, blitva, fotokemična učinkovitost Uvod Suša je pomanjkanje padavin v daljšem obdobju. Je del normalne podnebne spremenljivosti v številnih podnebnih pasovih. Trajanje suše je zelo različno. Suša se lahko razvije hitro in traja le nekaj tednov, ko jo sprožita ekstremna vročina in/ali veter, pogosteje pa traja več mesecev ali let. Kmetijska suša je posledica naravnih ali antropogenih abiotskih dejavnikov, kot so izostanek padavin, pomanjkanje podtalnice ali zmanjšani nivoji rezervoarjev, potrebnih za namakanje. Suša je ena izmed večjih ovir pri gojenju blitve in koruze v zmernih podnebnih pasovih, kjer je pridelava v glavnem odvisna od sezonskih padavin (Yolcu in sod. 2021). Vidni učinki škode zaradi suše vključujejo venenje, ožganost in nekaj defoliacije zaradi izgube turgorja rastlinskih celic, nepopravljivega krčenja celičnih membran in povečane sinteze abscizinske kisline. Dolgotrajni simptomi suše vključujejo odmiranje vej in smrt rastline, saj je sposobnost rastlin, da absorbirajo vodo onemogočena. To so primarni ali neposredni učinki suše (Kujawski, 2011). Zaradi teh notranjih kemijskih in mehanskih učinkov, ki jih ima suša na rastline, smo si želeli raziskati, kakšen je vpliv suše na rast in razvoj rastlin. Za raziskovanje vpliva suše na rast rastlin, smo si izbrali dve vrsti. Predstavnica enokaličnic je bila koruza ( Zea mays), predstavnica dvokaličnic pa blitva ( Beta vulgaris). Cilj našega poskusa je bil ugotoviti, katera stopnja suše ima bolj negativen vpliv na rast poganjkov in korenin ter fotokemično učinkovitost FS II raziskovanih rastlin. Naša hipoteza je bila, da suša zmanjša rast poganjkov koruze in blitve, rast korenin pa se poveča. Pričakovali smo tudi zmanjšano fotokemično učinkovitost obeh rastlin pod vplivom suše. Metode in materiali Priprava raztopine in zalivanje rastlin Za simulacijo suše smo rastline zalivali z raztopinami PEG različnih koncentracij (50 g/L, 150 g/L) in destilirano vodo kot kontrolo. Tekom štirinajstih dni smo rastline zalivali s približno 80 ml tekočine vsake tri dni. Raztopine PEG smo pripravili tako, da smo zatehtali ustrezne količine PEG in jih raztopili 58 v destilirani vodi. Blitva in koruza sta bili posajeni v lončkih, po več poganjkov v posameznem lončku (10-12 koruza, 3-5 blitva). Za vsako obravnavo (kontrola, PEG-50, PEG-150) smo vzeli dva lončka vsake rastline. Rastline smo 14 dni gojili v rastni komori z dnevno-nočnim ciklom 16/8h, temperaturo dneva 24 °C in noči 20 °C ter 60 % relativno zračno vlažnostjo. Merjenje in tehtanje poganjkov in korenin Po 14 dneh smo izmerili najdaljši list vsakega poganjka. Pri obeh rastlinah smo ločili poganjke od korenin. Pri rastlinah koruze nismo mogli izmeriti dolžine korenin, ker so bile preveč prepletene med seboj, da bi jih lahko očistili prsti in izmerili posamezne korenine. Korenine blitve smo očistili prsti in izmerili dolžino glavne korenine. Tehtanje poganjkov in korenin Ko smo izmerili dolžine poganjkov obeh vrst rastlin in dolžino korenin blitve, smo poganjke in korenine stehtali (sveža masa). Pri rastlinah koruze nismo tehtali korenin, ker so bile preveč prepletene med seboj. Nato smo poganjke in korenine sušili 3 dni pri 60°C in še enkrat stehtali (suha masa). Merjenje fotokemične učinkovitosti Za vsako posamično obravnavo blitve in koruze smo izvedli tri meritve potencialne in dejanske fotokemične učinkovitosti fotosistema II s Fluorometerom (PAM-2500). Dejansko fotokemično učinkoviti smo izmerili na listih, ki so bili na svetlobi. Potencialno fotokemično učinkovitost pa smo merili na delih listov, kjer so bile 15 minut nameščene sponke, tako da so bili deli listov v temi. Statistična obdelava podatkov Pridobljene podatke smo obdelali v programu STATISTICA (version 12.5). Za vse podatke smo naredili ONE-WAY ANOVA analizo med različnimi tretmaji, izračunali povprečno vrednost za vsako obravnavo in pripadajočo standardno napako. Statistično značilne podatke smo razdelili v skupine z uporabo post hoc testov (Tukey test, Fisher LSD test). Rezultati Dolžina poganjkov in korenin Povprečna dolžina poganjkov koruze je bila statistično značilno daljša pri kontrolnih rastlinah, kot pri rastlinah zalivanih z raztopinama PEG (PEG-50, PEG-150) (Slika 1). Sušni pogoj niso statistično značilno vplivali na dolžino poganjkov in korenin blitve. 59 Slika 1: Vpliv različnih obravnav (k, PEG-50, PEG-150) na dolžino poganjkov koruze, dolžino poganjkov blitve in dolžino korenin blitve. Rezultati so predstavljeni na grafu s pripadajočim intervalom standardne napake. Črke nad stolpci predstavljajo statistično značilne razlike med tretmaji (ONE-WAY ANOVA, Tukey test). Dolžina poganjkov koruza: k (n=23), PEG-50 (n=23), PEG-150 (n=22). Dolžina poganjkov blitve: k (n=8), PEG-50 (n=9), PEG-150 (n=7). Dolžina korenin blitve: k (n=9), PEG-50 (n=15), PEG-150 (12). Sveža in suha masa poganjkov in korenin Zalivanje rastlin samo z destilirano vodo, 50 g/L in 150 g/L raztopino PEG je povzročilo statistično značilno višjo svežo maso poganjkov kontrolnih rastlin blitve v primerjavi z PEG-50 in PEG-150 rastlinami blitve (Slika 2). Suha masa poganjkov blitve se ni statistično razlikovala med obravnavami. Prav tako suša ni statistično značilno vplivala na svežo ali suho maso poganjkov koruze in korenin blitve. 60 Slika 2: Vpliv različnih obravnav (k, PEG-50, PEG-150) na svežo in suho maso poganjkov koruze, svežo in suho maso poganjkov blitve in svežo in suho maso korenin blitve. Rezultati so predstavljeni na grafu s pripadajočim intervalom standardne napake. Črke nad stolpci predstavljajo statistično značilne razlike med obravnavami (ONE-WAY ANOVA, Fisher LSD test, n=3). Fotokemična učinkovitost 14 dnevno zalivanje rastlin blitve z 150 g/L raztopino PEG je povzročilo statistično značilno nižjo dejansko fotokemično učinkovitost rastlin v primerjavi s kontrolo in PEG-50 (Slika 3). Suša ni imela vpliva na potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost koruze in potencialno učinkovitost blitve. Slika 3: Vpliv različnih obravnav (k, PEG-50, PEG-150) na potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost fotosistema II koruze in blitve. Rezultati so predstavljeni na grafu s pripadajočim intervalom standardne napake. Črke nad stolpci predstavljajo statistično značilne razlike med obravnavami (ONE-WAY ANOVA, Tukey test, n=3). Razprava Abiotski stres kot je suša negativno vpliva na rast in razvoj rastlin in njihov donos. Med abiotske strese štejemo previsoko oziroma prenizko temperaturo, dostopnost sončne svetlobe, dostopnost mineralnih snovi in kisika, slanost ter sušo (Islam in in sod. 2019), z učinkom katere na rast rastlin smo se ukvarjali na laboratorijskih vajah. Suša je v zadnjih desetletjih zaradi globalnega segrevanja ozračja vedno večji problem, s katerim se soočajo kmetovalci po celem svetu. Zaradi segrevanja ozračja se širijo sušna območja, kjer primanjkuje vode za kmetovanje, kar vpliva na donos pridelka po celem svetu, na primer v Aziji (Daryanto in sod. 2017) in na območju Mediterana (Hoerling in sod. 2015). Za raziskovanje vpliva sušnega stresa na rastline se znanstveniki najpogosteje poslužujejo raztopin s polietilenglikolom (PEG). To je hidrofilen polimer, ki veže vodo in tako rastlinam onemogoča srkanje le-te, kar simulira sušne pogoje in pri rastlinah sproža vodni stres (Turkan in in sod. 2005; Landjeva in sod. 2008). Ob začetku poskusa smo sklepali, da bo dolžina poganjka pri blitvi, s sušnima obravnavama manjša, vendar rezultati niso pokazali statistično značilnih razlik. Prav tako nismo zaznali razlik med suhimi 61 masami poganjkov, statistično značilne razlike pa so se pojavile pri sveži masi poganjkov blitve. Masa poganjkov obeh skupin rastlin, obravnavanih s PEG je bila statistično značilno manjša od mase kontrolne skupine, zalite z destilirano vodo, med njima pa ni bilo razlik. Ti rezultati delno sovpadajo s študijo iz leta 2002 (Shaw in sod. 2002), ki je dokazala manjšo rast in manjšo maso poganjkov blitve, izpostavljene sušnim pogojem. Med povprečnimi dolžinami poganjkov koruze je bila statistično značilna razlika med obravnavanimi rastlinami in kontrolo. Raziskave s PEG induciranega stresa opisujejo statistično značilno krajšo dolžino poganjkov treh vrst trav ( Anthephora pubescens, Heteropogon contortus in Themeda triandra) (Van den Berg in Zeng, 2005). V našem članku smo ocenjevali svežo in suho maso poganjka koruze. Rezultati niso prikazali statistično značilne razlike v primerjavi z obdelavo z raztopinama PEG. Pred izvedbo poskusa smo predpostavili, da bosta dolžina in masa poganjkov blitve, s sušno obravnavo manjši, masa in dolžina korenin pa bosta večji. Pričakovali smo, da bodo razlike bolj očitne z višjo koncentracijo PEG. Rezultati so pokazali, da med povprečnimi dolžinami in masami korenin rastlin, zalivanih s PEG in kontrolo ni bilo statistično značilnih razlik. Islam in sodelavci (2019) so pokazali zmanjšano rast korenin glede na povišano koncentracijo PEG z najvišjo uporabljeno koncentracijo 20%. Odvisnost dolžine in mase korenin od koncentracije raztopine PEG poročajo tudi pri paradižniku (Basha in sod. 2015), leči (Muscolo in sod. 2013), in koruzi (Dar in sod. 2018). Študija iz leta 2021 (Yolcu in sod. 2021) primerja vpliv sušnega okolja na rast divje in domače blitve in ugotavlja, da ob pomanjkanju vode divja blitva ( Beta maritima) razvije daljši in težji koreninski sistem, medtem ko domača blitva ( Beta vulgaris) razvije šibkejše in krajše korenine. Rezultati so nas nekoliko presenetili, vendar so najverjetneje posledica majhnega števila opazovanih rastlin in relativno kratkega časa trajanja poskusa. Če bi ta trajal dlje, bi dokaj verjetno prišlo do statistično značilnih razlik med različno obravnavanimi rastlinami. Druga možnost je, da je sorta blitve, ki smo jo uporabili za poskus slabo prilagojena na sušo in ob stresnih pogojih ne razvije močnejšega koreninskega sistema. Raziskali smo vpliv dveh različnih koncentracij PEG na dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost koruze in blitve. Pri potencialni in dejanski fotokemični učinkovitosti koruze nismo dobili statistično značilnih razlik. Pri potencialni fotokemični učinkovitosti listov blitve nismo zaznali razlik med različnimi obravnavami, dejanska fotokemična učinkovitost listov blitve, obravnavane s 150 g/L PEG pa je bila značilno manjša od ostalih dveh skupin. To se delno sklada z rezultati študije, ki je prav tako pokazala slabšo dejansko fotokemično učinkovitost pri rastlinah, izpostavljenih suši, vendar pa je pokazala višjo potencialno FS učinkovitost glede na kontrolne rastline (Li in sod. 2013). V omenjeni študiji so znanstveniki sklepali, da se fotokemična učinkovitost zmanjša zaradi poškodb fotosistema II, odvečna energija pa se nato iz listov sprošča v obliki toplote. Zaključki Poskus je bil usmerjen v raziskovanje vpliva sušnih razmer na rast, razvoj in fotokemično učinkovitost FS II koruze in blitve. Rezultati kažejo, da je s PEG inducirani abiotski stres negativno vplival na povprečno dolžino poganjkov koruze in na svežo maso poganjkov blitve. Pri blitvi nismo potrdili hipoteze o povečani rasti korenin. Zmanjšano fotokemično učinkovitost FS II smo zaznali le pri dejanski fotokemični učinkovitosti blitve pri najvišji koncentraciji PEG raztopine. V nadaljnjih raziskavah bi lahko raziskali učinek sušnega stresa na donos pridelka enokaličnice in dvokaličnice. 62 Literatura Basha PO, Sudarsanam G, Madhu M, Siva Sankar N, in sod (2015) Effect of PEG induced water stress on germination and seedling development of tomato germplasm. International Journal of Recent Scientific Research 5: 4044-4049. Dar IA, Sofi PA, Dar ZA, Kamaluddin Lone AA, in sod (2018) Screening of Maize Genotypes for Drought Tolerance Related Trait Variability. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences 7(4): 668-682. https://doi.org/10. 20546/ijcmas.2018.704.076 Hoerling M, Eischeid J, Perlwitz J, Quan X, Zhang T, Pegion P, in sod (2012) On the Increased Frequency of Mediterranean Drought, Journal of Climate 25(6): 2146-2161. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-11-00296.1 Islam NU, Ali G, Dar ZA, Maqbool S, Khulbe RK, Bhat A, in sod (2019) Effect of Peg Induced Drought Stress on Maize (Zea mays L.) INBREDS. Plant Arch 19: 1677-1681. ISSN:0972-5210 Kopittke PM, Gianoncelli A, Kourousias G, in sod (2017) Alleviation of Al toxicity by Si Is associated with the formation of Al–Si complexes in root tissues of sorghum. Front Plant Sci 8: 2189. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02189 Landjeva S, Neumann K, Lohwasser U, Börner A, in sod (2008) Molecular mapping of genomic regions associated with wheat seedling growth under osmotic stress. Biologia Plantarum 52(2): 259-266. https://doi.org/10.1007/s10535-008-0056-x Li, GL, Wu HX, Sun YQ, in sod (2013) Response of chlorophyl fluorescence parameters to drought stress in sugar beet seedlings. Russ J Plant Physiol 60: 337–342. https://doi.org/10.1134/S1021443713020155 Muscolo A, Sidari M, Anastasi U, Santonoceto C, Maggi A, in sod (2013) Effect of PEG-induced drought stress on seed germination of four lentil genotypes. Journal of Plant Interactions 9(1): 354-363. https://doi.org/10.1080/17429145.2013.835880 Ron Kujawski (2011) Long-term Drought Effects on Trees and Shrubs. Center for Agriculture, Food, and the environment. University of Massachusetts (https://ag.umass.edu/landscape/fact- sheets/long-term-drought-effects-on-trees-shrubs) Daryanto S, Wang L, Jacinthe PA, in sod (2017) Global synthesis of drought effects on cereal, legume, tuber and root crops production: A review, Agricultural Water Management 179: 18-33. ISSN 0378-3774, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2016.04.022. Türkan I, Bor M, Özdemir F, Koca H, in sod (2005) Differential responses of lipid peroxidation and antioxidants in the leaves of drought-tolerant P. acutifolius Gray and drought-sensitive P. vulgaris L. subjected to polyethylene glycol mediated water stress. Plant Science 168(1): 223-231. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.07.032 Van den Berg L, Zeng YJ, in sod (2006) Response of South African indigenous grass species to drought stress induced by polyethylene glycol (PEG) 6000. South African Journal of Botany 72(2): 284-286. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2005.07.006 Yolcu S, Alavil i H, Ganesh P, Panigrahy M, Song K, in sod (2021) Salt and Drought Stress Responses in Cultivated Beets (Beta vulgaris L.) and Wild Beet (Beta maritima L.). Plants 10(9): 1843. https://doi.org/10.3390/plants10091843 63 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BUČKE Kaja Adamek, Blaž Bajc, Rok Bajc, David Belaj Izvleček Z rastjo populacije se veča potreba po pridelku. Trenutne klimatske spremembe podaljšujejo obdobja suše, zaradi česar je voda rastlinam vse težje dostopna. V ta namen smo poskušali ugotoviti vpliv suše, simulirane z dodatkom polietilen glikola (PEG), na rast in razvoj rastlin koruze in buč. Rastline smo posejali v zemljo in dva tedna zalivali z destilirano vodo. Nato smo začeli 4-tedensko zalivanje z različnimi raztopinami (destilirana voda - kontrola, 50 in 150 g/l PEG). Pomerili smo fotokemično učinkovitost listov (Fv/Fm in Y) z modulacijskim fluorometrom. Merili smo dolžine poganjkov in korenin ter njihove sveže in suhe mase, ter prešteli število zrelih listov. Dobljeni rezultati pričakovano kažejo na slabše uspevanje bučke ( Cucurbitaceae) in koruze ( Zea mays) v sušnih pogojih. Ključne besede: sušni stres, polietilen glikol (PEG), biomasa, fotokemična učinkovitost FS II Uvod Na svetu obstaja več kot pol milijona različnih rastlinskih vrst. Med njimi le štiri poljščine predstavljajo kar tri četrtinsko svetovno zalogo hrane (GAPAD, 2015). Ena izmed teh poljščin je koruza. Je enoletna žitarica, ki ima šopast koreninski sistem. Če je sušno, razvije še nadzemne korenine, s katerimi sprejema zračno vlago, nudijo pa ji tudi dodatno oporo. Zraste od pol pa vse do štiri metre visoko. Ima široke suličaste liste, ki so veliko daljši kot pri drugih žitih. V slovenskem kolobarju je prevladujoča poljščina in je osnovna surovina v živinoreji (Gaia, a, 2022). V letu 2020 smo je v Sloveniji pridelali kar 430.000 ton. Bučkam po drugi stani namenjamo občutno manj površine za pridelavo. V letu 2020 smo jih v Sloveniji pridelali slabih 7.000 ton (Plešivčnik, 2021). Bučke spadajo med plodovke in izvirajo iz Južne Amerike, Mehike ter zahodne Indije. Rastlina oblikuje dolge poganjke z velikimi rumenimi cvetovi iz katerih se razvije okrogel ali podolgovat plod, ki je lahko zelene, bele ali rumene barve (Gaia, b, 2022). Večino mase rastlinskega tkiva predstavlja voda. Rastline jo neprestano absorbirajo skozi korenine in jo oddajajo skozi liste. Ko je izgubljanje vode s transpiracijo skozi liste večje od privzema vode, pride do pomanjkanja vode oziroma suše (Bray, 1997). V zadnjih desetletjih se je zaradi rasti prebivalstva in posledično kmetijstva ter industrijskih obratov povečala poraba vode, zato je pojav suše vse bolj pogost. Poleg tega prihaja tudi do klimatskih sprememb, ki podaljšujejo sušna obdobja, onesnaževanje voda pa omejuje dostopnost vode rastlinam (Mishra in Singh 2010). Sušni stres je eden izmed primarnih okoljskih dejavnikov, ki zmanjšujejo pridelek. Voda je pomembna že za samo kalitev, saj je njen privzem v seme ključen za rast in razvoj poganjka. Ob njenem pomanjkanju se v kasnejših razvojnih fazah rastline pojavijo določene fiziološke in morfološke spremembe. S privzemom vode skozi koreninski sistem v rastlino prehajajo tudi mineralna hranila. Ob pomanjkanju vode bo tako poleg količine pridelka tudi sama kakovost, v smislu vsebnosti mineralnih hranil, slabša (Bista in sod. 2018). Sušni stres zavira fotosintezo in povzroči spremembe v vsebnosti in v razmerjih med posameznimi fotosinteznimi pigmenti. Koncentracija klorofilov se med sušo zmanjša (Wang in sod. 2018). Zaradi stresa, ki ga rastlina doživlja med sušo, se poveča število reaktivnih kisikovih snovi. To povzroči oksidativne poškodbe membran, proteinov, DNA, ali pa povzročijo celično smrt (Davey 2005). Rastline so razvile obrambne mehanizme na sušni stres na fiziološki, morfološki in molekulski ravni. Najbolj pomembna mehanizma sta zmanjšana izguba vode skozi listne reže ter večji privzem vode skozi koreninski sistem, da hitreje pride v globlje plasti zemlje, kjer so zaloge vode še na voljo (Boudiar in sod. 2020). 64 V naši raziskavi smo spremljali rast rastlin koruze in bučke v različno suhih pogojih. Sušne razmere smo inducirali s pomočjo polietilen glikola (PEG-a). Na koncu smo izmerili svežo in suho maso poganjkov in korenin, prešteli število listov, izmerili dolžine poganjkov in korenin ter določili vsebnost fotosinteznih pigmentov in opravili statistične analize podatkov. Postavili smo tri hipoteze: i.) pri rastlinah, obdelanih s PEG smo pričakovali slabšo rast, ki bi se odražala v krajši dolžini poganjkov in nižji masi; ii.) pričakovali smo, da bodo imele rastline, obdelane s PEG podaljšane korenine in slabši izkoristek fotosinteze (ii .). Metode in materiali Rastlinski material Zrna koruze in semena buč so bila pridobljena na Katedri za botaniko in fiziologijo rastlin Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani. Izvedba poskusa Pripravil smo 12 posod z zemljo. Posejali smo 6 lončkov vsakega z 12 zrni koruze in 6 s po 5 semeni buč. 14 dni smo jih zalivali z destilirano vodo 2x na teden po 80 ml na lonček. Nato smo jih zalivali štiri tedne dvakrat tedensko z 80 ml različnih raztopin: dva kontrolna lončka z destilirano vodo, dva lončka z 50 g/l raztopino PEG, ter dva lončka z 150 g/l raztopino PEG. Meritve Po štirih tednih smo pomerili fotokemično učinkovitost fotosistema II z modulacijskim fluorometrom (OS5p+, OPTISCIENCES, Tyngsboro, MA, USA). Potencialno učinkovitost (Fv/Fm) smo pomerili po 20 minutni zatemnitvi listov. Dejansko učinkovitost (Y oz. Fv/Fo) smo pomerili na listih izpostavljeni svetlobi. Za meritve smo izbrali zadnje zrasle liste, ki so zagotovo zrasli pod preučevanimi pogoji. Prešteli smo število pravih listov. Nato smo izmerili dolžine poganjkov in korenin. Te smo nato razdelili v tri skupine ter jih stehtali (sveža masa) in posušili do stalne mase (suha masa). Koruzi zaradi prepletenosti korenin nismo merili dolžine in mase. Izvedeli smo statistično obdelavo (enosmerno ANOVA in Tukey post-hoc testom) s programom Statistica (StatSoft Inc., v10). Rezultati Na sliki 1 je prikazano, da se pri koruzi povprečna dolžina poganjka (1a), povprečna potencialna fotokemična učinkovitost listov (1i) in povprečna sveža masa poganjkov (1e) koruze zmanjša pri najvišji koncentraciji PEG. Tudi pri bučkah je statistična obdelava prikazala enak vpliv najvišje koncentracije PEG pri dolžini poganjka, ni pa bilo statističnih razlik v potencialni fotokemični učinkovitosti (1j) in povprečni sveži masi poganjkov (1f). Poleg tega, je bil zaznan padec v dejanski fotokemični učinkovitosti FS II bučkinih listov pri rastlinah, obdelanih s PEG v primerjavi s kontrolo (1l). Negativni učinek polietilen glikola je bil opažen tudi pri povprečni dolžini korenin (1m). 65 66 Slika 1: Povprečna dolžina poganjka pri koruzi (a) in bučki (b), povprečno število listov pri koruzi (c) in bučki (d), povprečna sveža masa poganjkov pri koruzi (e) in bučki (f), povprečna suha masa poganjkov pri koruzi (g) in bučki (h), povprečna potencialna učinkovitost Fs II pri koruzi (i) in bučki (j), povprečna dejanska učinkovitost FS II Y pri koruzi (k) in bučki (l), povprečna dolžina korenin pri bučki (m), povprečna suha masa korenin pri bučki (n) in povprečna sveža masa korenin pri bučki (o). Na koruzi in bučki smo preučevali vpliv suše, ki smo jo simulirali z zalivanjem s polietilen glikolom (PEG) v različnih koncentracijah (0 g/L = kontrola, 50 g/L in 150 g/L. Prikazana so povprečja ± standardne napake. Različne črke prikazujejo statistično značilne razlike (enosmerna ANOVA in Tukey post-hoc test pri p<0,05). Razprava Sušne razmere v okolju pri rastlinah sprožijo različne odzive na celičnem in molekularnem nivoju. Ti odzivi povzročijo povečano ali zmanjšano izražanje genov za sintezo spojin, ki omogočajo toleranco na sušo (Zargar in sod. 2017). Odgovor rastlin na sušni stres se kaže na fiziološkem, biokemijskem in molekularnem nivoju, kar vpliva na fotosintezo, respiracijo, transport ionov in hranil in aktivnost rastlinskih rastnih regulatorjev (Farooq in sod. 2009). V okviru stresnega odgovora se z namenom ohranitve osmotskega ravnovesja in zaščite strukturne integritete celic začnejo sintetizirati LEA proteini, abscizinska kislina, prolin, trimetilglicin. V sušnih razmerah se zmanjša turgor v celicah, listne reže se tekom dneva zaprejo, da se zmanjša transpiracija in z njo povezana izguba vode, spremeni se vodni potencial, zmanjšata se celična rast in razvoj (Bray, 1993; 1997; 2002; Christmann in sod. 2005; Zeevaart in Creelman, 1988; Banerjee in Roychoudhury; 2016). Zaradi znižanega turgorja, zaprtja listnih rež, zmanjšanja izmenjave plinov, asimilacije CO2 in oslabljenega fotosistema I ter fotosistema II, se zmanjša tudi fotosintezna učinkovitost rastlin (DaMatta in sod. 2003; Usaman in sod. 2012). Oslabljeno fotosintezno učinkovitost smo opazili tudi v naših rezultatih, saj se je v sušnih razmerah pri koruzi zmanjšala potencialna fotosintezna učinkovitost (Slika 1i) , pri bučkah pa dejanska fotosintezna učinkovitosti (Slika 1l). Glavni mehanizem povečanja rastlinskih tkiv je rast celic z ekspanzijo. Glavno gonilo ekspanzije celic je privzem vode oz. vodni turgor (Ortega, 2010). Zaradi znižane dostopnosti vode v sušnih razmerah, se to kaže tudi v rezultatih našega eksperimenta. Namreč dolžina poganjkov pri koncentraciji 150 g/L PEG je bila krajša tako pri koruzi, kot tudi pri bučkah (Slika 1a, 1b). Ekspanzijo celic z vodnim turgorjem potrjujejo tudi meritve suhih mas poganjkov, saj se povprečna suha masa poganjkov v sušnih 67 razmerah ni zmanjšala pri obeh rastlinah (Slika 1g, 1h). Meritve sveže mase poganjkov se pri koruzi skladajo s pričakovanji, saj se je sveža masa s povečevanjem PEG koncentracije zmanjševala (Slika 1e). Pri bučki ni bilo opaženega statistično značilnega zmanjšanja sveže mase, ki smo ga pričakovali (Slika 1f). Pri povprečjih suhih in svežih mas lahko opazimo veliko variabilnost rezultatov (Slika 1e, 1f, 1g, 1h). Za zmanjšanje napake bi lahko stehtali vsak poganjek in korenino posebej, za kar bi potrebovali bolj občutljivo tehtnico. S tem bi odstranili privzetek da smo poganjke in korenine enakomerno razdelili na tri skupine. Kljub velikim SD se kaže zmanjšanja povprečja sveže mase poganjkov in korenin bučk. Število listov se v sušnih razmerah ni statistično zmanjšalo (Slika 1c, 1d). Listi so pri koruzi in bučkah na pogled izgledali manjši v sušnih razmerah. Smiselno bi bilo izmeriti površine listov in tako dobiti boljšo primerjavo med različnimi pogoji rasti. Nekatere rastline se na sušni stres odzovejo s stimulacijo oz. vzdrževanjem koreninske rasti in zmanjševanjem rasti poganjkov. Povečana rast korenin lahko poveča možnosti privzema vode v sušnih razmerah (Bloom in sod. 1985). Podatki našega eksperimenta kažejo, da ni prišlo do pričakovanega podaljševanja koreninskega sistema v sušnih razmerah pri bučki, temveč se je povprečna dolžina korenin v suši zmanjšala (Slika 1m). Razlog za to je lahko premajhna velikost lončkov, v katerih so bučke rasle, saj je bilo tako razširjanje koreninskega sistema omejeno. V že izvedenih študijah je bila zmanjšana rast koreninskega sistema v razmerah hudega pomanjkanja vode pri vinski trti že opažena (Comas in sod. 2005). Zaključki Po pregledu rezultatov lahko rečemo, da hipotez v večini primerov nismo potrdili. Predvidevali smo krajšo dolžino poganjkov pri vseh rastlinah, obdelanih s PEG, ne glede na koncentracijo. Iz rezultatov pa lahko razberemo, da je bila slabša rast zaznana le pri višji koncentraciji PEG (150 g/L). Prav tako smo pričakovali razlike v masah vseh obdelanih rastlin v primerjavi s kontrolo, slabšo rast pa smo zaznali le pri koruzi, obdelani s PEG koncentracije 150 g/L. Največje nasprotje našim hipotezam je bilo zaznano pri povprečni dolžini korenin bučke. Pri obdelanih rastlinah smo pričakovani podaljšanje korenin, zaradi slabše dostopnosti vode, iz rezultatov pa lahko razberemo da so imele kontrolne rastline daljše korenine, kot tiste, ki so bile obdelane s PEG. Hipotezo iii. smo potrdili le delno, saj je v primeru koruze opažen padec potencialne fotokemična učinkovitosti FS II, ne pa tudi dejanske. Pri bučki pa je opažen le padec v dejanski fotokemični učinkovitosti FSII. Lahko rečemo, da je bil učinek PEG nižji od pričakovanega na začetku poskusa. Literatura Banerjee A, Roychoudhury A (2015) Group II late embryogenesis abundant (LEA) proteins: structural and functional aspects in plant abiotic stress. Plant Growth Regulation 79: 1–17. https://doi.org/10.1007/S10725-015-0113-3 Bista DR, Heckathorn SA, Jayawardena DM, in sod (2018) Effects of Drought on Nutrient Uptake and the Levels of Nutrient-Uptake Proteins in Roots of Drought-Sensitive and-Tolerant Grasses. Plants 7(2): 28 https://doi.org/10.3390/plants7020028 Bloom AJ, Chapin FS, Mooney HA (1985) Resource Limitation in Plants-An Economic Analogy. Annual Review of Ecology and Systematics 16: 363–392. https://doi.org/10.1146/ANNUREV.ES.16.110185.002051 Boudiar R, Casas AM, Gioia T, in sod (2020) Effects of Low Water Availability on Root Placement 68 and Shoot Development in Landraces and Modern Barley Cultivars. Agronomy 10(1): 134. https://doi.org/10.3390/AGRONOMY10010134 Bray EA (2002) Classification of genes differential y expressed during water-deficit stress in Arabidopsis thaliana: an analysis using microarray and differential expression data. Ann Bot 89(7): 803–811. https://doi.org/10.1093/AOB/MCF104 Bray EA (1997) Plant responses to water deficit. Trends in Plant Science 2: 48–54. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(97)82562-9 Christmann A, Hoffmann T, Teplova I, in sod (2005) Generation of active pools of abscisic acid revealed by in vivo imaging of water-stressed Arabidopsis. Plant Physiol 137: 209–219. https://doi.org/10.1104/PP.104.053082 Comas LH, Anderson LJ, Dunst RM, in sod (2005) Canopy and environmental control of root dynamics in a long-term study of Concord grape. New Phytol 167: 829–840. https://doi.org/10.1111/J.1469-8137.2005.01456.X DaMatta FM, Chaves ARM, Pinheiro HA, in sod (2003) Drought tolerance of two field-grown clones of Coffea canephora. Plant Science 164:111–17. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00342-4 Davey MW, Stals E, Panis B, in sod (2005) High-throughput determination of malondialdehyde in plant tissues. Analytical Biochemistry 347: 201–207. https://doi.org/10.1016/J.AB.2005.09.041 Gaia, a. Koruza Zea mays. https://www.klubgaia.com/si/rastline/rastline/360-koruza (7. jun. 2022) Gaia, b. Bučke in buče. https://www.klubgaia.com/si/rastline/rastline/322-bucke-in-buce (7. jun. 2022) GAPAD (Global Action Plan for Agricultural Diversification), 2015. Crops for the future. http://www.airca.org/docs/GAPADsummaryNOV15.pdf (7. jun. 2022) Geitmann A, Ortega JKE (2009) Mechanics and modeling of plant cel growth. Trends Plant Sci 14: 467–478. https://doi.org/10.1016/J.TPLANTS.2009.07.006 Khodarahmpour Z (2011) Effect of drought stress induced by polyethylene glycol (PEG) on germination indices in corn (Zea mays L.) hybrids. African Journal of Biotechnology 10: 18222– 18227. https://doi.org/10.5897/AJB11.2639 Mishra AK, Singh VP (2010) A review of drought concepts. Journal of Hydrology 391: 202–216. https://doi.org/10.1016/J.JHYDROL.2010.07.012 Ortega JKE (2010) Plant Cell Growth in Tissue. Plant Physiology 154: 1244–1253. https://doi.org/10.1104/PP.110.162644 Plešivčnik Simon, 2021. Letina večine kmetijskih kultur v 2020 obilna. Statistični urad RS. https://www.stat.si/StatWeb/news/Index/9475 (7. jun. 2022) Raheem Z, Ahsan T, Zul N, in sod (2012) Morphological, Physiological and Biochemical Attributes as Indicators for Drought Tolerance in Rice (Oryza sativa L.). Pakistan Journal of Biological Sciences 5(1): 23-28. Wang Z, Li G, Sun H, in sod (2018) Effects of drought stress on photosynthesis and photosynthetic electron transport chain in young apple tree leaves. Biol Open 7(11): bio035279. https://doi.org/10.1242/BIO.035279 Zargar SM, Gupta N, Nazir M, in sod (2017) Impact of drought on photosynthesis: Molecular perspective. Plant Gene 11: 154–159. https://doi.org/10.1016/J.PLGENE.2017.04.003 Zeevaart JAD, Creelman RA (1988) Metabolism and Physiology of Abscisic Acid. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 39: 439–473. https://doi.org/10.1146/ANNUREV.PP.39.060188.002255 69 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN SONČNICE Anja Pirih, Lana Štangl, Luka Malec, Raja Kužnik Izvleček Namen dela je bil testirati vpliv suše na rast in fotokemično učinkovitost fotosistema II prosa in sončnice. Izvedli smo test pri katerem smo stimulirali sušo z raztopino polietilen glikola (PEG) v dveh koncentracijah (50 g/l in 150 g/l). Po 3 tednih zalivanja smo izmerili dolžine poganjkov in korenin ter izmerili potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost. Določili smo še svežo in suho maso poganjkov in korenin ter izvedli statistično analizo podatkov meritev. Ugotovili smo, da suša ne vpliva na rast in fotokemično učinkovitost sončnice, pri prosu pa se negativni vpliv kaže le pri dolžini poganjkov in korenin, medtem ko na samo fotokemično učinkovitost FS II suša ni imela vpliva. Ključne besede: proso, sončnica, suša, PEG, fotokemična učinkovitost fotosistema II Uvod Stalna izpostavljenost biosfere abiotskim stresom, na primer suši, slanosti, ekstremnim temperaturam, kemični strupenosti, oksidativnemu stresu itd., povzroča neravnovesje v naravnem stanju okolja. Vsako leto stres na kmetijskih rastlinah v različnih delih sveta oslabi kmetijstvo in oskrbo s hrano s končno posledico – lakoto. Voda predstavlja 80-90 % biomase ne-lesnih rastlin in je ključna molekula v vseh fizioloških procesih, saj je glavni medij za transport metabolitov in hranil. Nizko stanje razpoložljive vode imenujemo suša in je stanje, ki znižuje vodni potencial ter turgor rastlin do te mere, da se rastline soočajo s težavami pri izvajanju normalnih fizioloških funkcij (Salehi Lisar in sod., 2012). Vodni stres negativno vpliva na številne vidike fiziologije rastlin, zlasti na fotosintezno sposobnost. Če je stres dolgotrajen, se rast rastlin in produktivnost močno zmanjšata. Rast rastlin je močno povezana s fotosintezo, vendar vodni stres povzroči zmanjšanje vodnega potenciala listov in odpiranja listnih rež, kar na koncu vodi do znižanja regulacije genov, povezanih s fotosintezo, in zmanjšane razpoložljivosti CO2. To je potem eden izmed glavnih dejavnikov, ki vodijo v stres zaradi odvečne svetlobe. Presežek svetlobe povzroči fotooksidacijo, na račun katere pride do povečane produkcije reaktivnih kisikovih spojin, ki negativno vplivajo na biološke molekule in produktivnost rastlin. Zato je razvoj rastlin s povečano sposobnostjo preživetja in rasti med vodnim stresom glavni cilj pri žlahtnjenju rastlin (Osakabe in sod., 2014). Namen našega poskusa je bil raziskati vpliv sušnih razmer preko različnih koncentracij PEG na rast in fotokemično učinkovitost fotosistema II prosa in sončnice. Predpostavljamo, da bo zaradi pomanjkanje razpoložljive vode, dolžina korenin večja, dolžina poganjkov ter fotokemična učinkovitost pa manjša. Metode in materiali Potek poskusa Poskus je zajemal dve rastlinski vrsti, in sicer proso ( Panicum miliaceum) in sončnico ( Helianthus annuus), ki smo jih pridobili na Katedri za botaniko in fiziologijo rastlin na Biotehniški fakulteti v Ljubljani. Pri izbranih rastlinah smo stimulirali sušo z zalivanjem z raztopino polietilen glikola (PEG) v dveh koncentracijah (50 g/l in 150 g/l). Pripravili smo po dva lončka vsake rastline in jih zalivali z destilirano vodo (kontrola), po dva lončka vsake rastline zalivali z raztopino 50 g/l PEG in po dva lončka z 150 g/l PEG. Rastline smo zalivali z 80 mL ustrezne raztopine po dvakrat na teden, poskus pa je trajal tri tedne. Rastline so rastle v rastni komori s fotoperiodo 16/8 h in 23 °C. 70 Merjenje fotosintezne učinkovitosti Tretji dan po zadnjem zalivanju smo izmerili fotosintezno učinkovitost PSII s fluorometrom (PAM-2500). Merili smo fluorescenco klorofila a ter določili potencialno fotosintezno učinkovitost ter dejansko fotosintezno učinkovitost. Na liste smo za 15-20 min pritrdili ščipalke in nato pomerili fluorescentni signal. Po osvetlitvi se je fluorescentni signal povečal in po nekaj milisekundah ponovno upadel. Ta signal je maksimalna fluorescenca temotno adaptiranega vzorca (Fm). Razlika med Fm in F0 je variabilna fluorescenca (Fv). Potencialno fotokemično učinkovitost izražamo s parametrom Fv/Fm. Nato smo pomerili še dejansko fotosintezno učinkovitost na osvetljenih listih. Meritev je prav tako potekala z fluorometrom (PAM-2500). Dejansko fotokemično učinkovitost izrazimo kot yield (Y), to je količnik variabilne in maksimalne (Fms) fluorescence osvetljenega vzorca (Y = Fms-Fs/Fms), kjer variabilna fluorescenca predstavlja razliko med maksimalno in minimalno (Fs) fluorescenco osvetljenega vzorca (Fms-Fs). Morfologija rastlin Po končanem poskusu smo izmerili dolžino poganjkov, nato pa rastline odstranili iz substrata oprali korenine ter izmerili njihovo dolžino. Nato smo določili svežo maso korenin in poganjkov. Po tehtanju smo korenine in poganjke zavili v aluminijasto folijo in jih dali v sušilno komoro za tri dni na 60 °C. Sledilo je določanje suhe mase. Obdelava podatkov Statistično obdelavo podatkov smo izvedli v programu Excel. Za analizo varianc smo izvedli enosmerno analizo variance (ANOVA) nato pa analizirali razlike med posameznimi množicami s Holm-Sidak posthoc testom. Rezultati Na spodnjih slikah so prikazane rastline sončnice in prosa po zaključenem obravnavanju. Na sliki 1A so kontrolne rastline prosa, 1B prikazuje rastline prosa obravnavane s 50 g/L PEG (PEG50) in na sliki 1C rastline obravnavane z 150 g/L PEG raztopine (PEG150). Iz slik je vidna slabša rast pri rastlinah obravnavanih tako s PEG50, kot tudi PEG150. Kontrole rastline prosa imajo vidno boljše znake rasti kot obravnavane rastline. A B C Slika 1: Rastline prosa po zaključku poskusa (A-kontrola, B-PEG50, C-PEG150). 71 Slika 2 prikazuje rastline sončnice. Na sliki 2A so rastline, ki niso bile obravnavane z raztopino PEG (kontrola), na slikah B in C pa so obravnavane rastline sončnice. Iz slik ni možno vizualno oceniti vpliva obravnave s PEG, saj so vse rastline po izgledu podobne. A B C Slika 2: Rastline sončnice po zaključku poskusa (A-kontrola, B-PEG50, C-PEG150). Rezultati pri dolžinah poganjkov prosa nakazujejo na statistično pomembne razlike med vsemi skupinami. Pri dolžini poganjkov rastlin sončnice ni bilo statistično pomembnih razlik, kar nam pove, da je sončnica verjetno bolje prilagojena na sušo kot je proso. Prav tako je vidna manjša dolžina poganjkov pri prosu s povečevanjem koncentracije PEG raztopine (slika 3). Pri kontroli, kjer so bile rastline zalivane z destilirano vodo je dolžina poganjkov največja. Pri PEG150 pa so imele rastline manjšo rast poganjkov. Slika 3: Dolžina poganjkov prosa (levo) in sončnice (desno) pri različnih obdelavah. Pri rezultatih dolžine korenin pri rastlinah prosa (slika 4) smo zaznali statistično pomembne razlike med kontrolno skupino rastlin in rastlinami, ki so bile tretirane z višjo koncentracijo PEG raztopine (150 g/l). Pri sončnici ni bilo statistično pomembnih razlik pri dolžini korenin. 72 Slika 4: Dolžina korenin prosa (levo) in sončnice (desno) pri različnih obdelavah. Pri dejanski fotokemični učinkovitosti ni bilo statistično pomembnih razlik ne pri rastlinah prosa kot tudi ne pri rastlinah sončnice (slika 5). Glede na rezultate lahko sklepamo, da suša ni imela vpliva na fotokemično učinkovitost. Slika 5: Dejanska fotokemična učinkovitost pri prosu (levo) in sončnici (desno) pri različnih obdelavah. Razprava V dotični raziskavi smo pokazali, da simulacija suše z zalivanjem z raztopino polietilen glikola (PEG) ni imela statistično značilnega vpliva na maso poganjkov in korenin rastlin, tako pri merjenju sveže kot tudi suhe rastlinske mase. Rezultati se ne skladajo s pričakovanji, saj vodni stres oz. pomanjkanje vode negativno vpliva na rastlinsko morfologijo in fiziologijo (Osakabe in sod., 2014). Pomanjkanje vode vpliva na mnogo rastlinskih procesov, kot so odpiranje listnih rež, uravnavanje turgorskega tlaka in fotosintezna učinkovitost, ki so ključni za rastlinsko rast, tako da bi ob izpostavljanju rastlin sušnim pogojem pričakovali omejeno rast ter posledično zmanjšano maso rastlin, predvsem poganjkov, kot so to pokazali tudi Al-Yasi in sodelavci (2020). Predvidevamo, da se rezultati ne skladajo z literaturo in hipotezami, zaradi krajšega časa izvajanja eksperimenta, kot bi morda bilo primerno za ustrezno simulacijo suše, saj je eden od glavnih vplivov na stresni odziv rastline tudi čas izpostavljenosti stresnemu dejavniku (Zergar in sod., 2017). Pri merjenju dolžin poganjkov korenin pod vplivom suše, so rezultati deloma v skladu z literaturo ter pričakovanji vendar samo v primeru enokaličnice (proso). Dolžine poganjkov rastlin obravnavane z raztopino 50 g/L PEG ter 150 g/L PEG so bile statistično značilno različne od kontrolnih prav tako pa tudi med sabo, medtem ko dolžine poganjkov dvokaličnice (sončnica) niso izkazovale razlik. Poganjki rastlin izpostavljenih PEG so bili krajši od kontrolnih, prav tako pa so bili tisti, izpostavljeni 150 g/L krajši od poganjkov izpostavljenih 50 g/L PEG, kar se sklada s splošnim razumevanjem odziva rastlin na sušo (Anjum in sod., 2017). 73 Kljub temu, da je ena izmed morfo-anatomskih sprememb rastlin ob pomanjkanju vode tudi poglabljanje in podaljševanje korenin (Zergar in sod., 2017), pa je mnogo drugih raziskav pokazalo, da se ob sušnih razmerah tako mase kot tudi dolžine korenin zmanjšajo (Al-Yasi in sod., 2020; Wang in sod., 2018). V naši raziskavi za mase korenin nismo pokazali statistično značilnih sprememb medtem ko smo le pri prosu opazili podaljšanje korenin v primerjavi s kontrolo pri tretmaju s 150 g/L PEG. Glede na to, da pri merjenju mase korenin ni bilo statistično značilnih sprememb, bi lahko ob podaljšanih koreninah sklepali na slabšo, bolj krhko rast z manj utrjenimi celičnimi strukturami, kot to navaja tudi literatura (Al-Yasi in sod., 2020). Ena izmed metod za ocenjevanje stopnje fotosinteze rastlin ter morebiten vpliv suše na fotosintezno sposobnost rastlin je merjenje fotokemične učinkovitosti fotosistema II (Fv/Fm) ter primerjava dobljenih vrednosti rastlin izpostavljenih PEG s kontrolo. Ob negativnem vplivu sušnih razmer na fotosintezo oz fotosintezni sistem II bi pričakovali zmanjšano fotokemično učinkovitost (Zergar in sod., 2017), česar pa naši rezultati niso prikazali. Zopet tukaj lahko predvidevamo da do neskladnosti z literaturo pride zaradi prekratkega izvajanja eksperimenta ali pa majhnega števila vzorcev. Več poskusov bi bilo potrebnih, da bi ocenili vpliv sušnih razmer na proso in sončnico. Zaključki Predvidevali smo da bo poskus s simulacijo suše pokazal negativne učinke na rast poganjkov in korenin pri prosu in sončnici. Poleg tega smo postavili hipotezo, da se bo zmanjšala fotosintetska aktivnost pri obeh vrstah. Na podlagi pridobljenih rezultatov ne moremo potrditi naših hipotez in zaključiti da je imela simulirana suša splošen negativen učinek na rastline. Negativen vpliv je bil dokazan le na konkretnem primeru meritev dolžin poganjkov in korenin prosa medtem, ko pri masi prosa ni bilo razlik. Zmanjšanje dolžin poganjkov in korenin ob manjšani dostopnosti vode je bilo v skladu z literaturo, vendar pride tu do neujemanja z masami, ki se niso zmanjšale. Predvidevamo da smo naredili napako pri sami obdelavi vzorcev, predvsem pri odstranjevanju rastlin iz substrata in merjenju korenin, pri čemer smo korenine verjetno poškodovali. Zato bi bilo smiselno poskus ponoviti. Vpliva suše na sončnice nismo zaznali ne pri dolžini poganjkov in korenin, ne na masi, niti na fotosintezni aktivnosti. Možno je da je sončnica bolje prilagojena na sušno okolje kot proso, in zato v sklopu našega poskusa posledic suše nismo zaznali. Z daljšim trajanjem poskusa in povečano koncentracijo PEG bi lahko še ojačali sušo in opazili negativen vpliv na rastlino. Tako bi lahko z dodatnimi analizami dobili boljši vpogled v delovanje suše na rastline. Razumevanje kako se rastline prilagajajo na sušne razmere je ključno pri izboljšavi tolerance rastlin na sušo in s tem zagotoviti visok pridelek tudi v bolj zahtevnih rastnih pogojih. 74 Literatura Al-Yasi, H., Attia, H., Alamer, K., Hassan, F., Ali, E., Elshazly, S., Siddique, K.H. and Hessini, K., 2020. Impact of drought on growth, photosynthesis, osmotic adjustment, and cell wall elasticity in Damask rose. Plant Physiology and Biochemistry, 150, pp.133-139. Anjum, S.A., Ashraf, U., Zohaib, A., Tanveer, M., Naeem, M., Ali, I., Tabassum, T. and Nazir, U., 2017. Growth and developmental responses of crop plants under water deficit: a review. Zemdirbyste-Agriculture, 104, pp.267-276. Jupa, R., Plichta, R., Paschová, Z., Nadezhdina, N. and Gebauer, R., 2017. Mechanisms underlying the long-term survival of the monocot Dracaena marginata under drought conditions. Tree physiology, 37(9), pp.1182-1197. Kopittke, P.M., Gianoncelli, A., Kourousias, G., Green, K. and McKenna, B.A., 2017. Al eviation of Al toxicity by Si is associated with the formation of Al–Si complexes in root tissues of sorghum. Frontiers in plant science, 8, p.2189. Lisar, S.Y., Motafakkerazad, R., Hossain, M.M. and Rahman, I.M., 2012. Causes, effects and responses. Water stress, 25(1), p.33. Osakabe, Y., Osakabe, K., Shinozaki, K. and Tran, L.S.P., 2014. Response of plants to water stress. Frontiers in plant science, 5, p.86. Wang, C., Zhou, L., Zhang, G., Xu, Y., Gao, X., Jiang, N., Zhang, L. and Shao, M., 2018. Effects of drought stress simulated by polyethylene glycol on seed germination, root and seedling growth, and seedling antioxidant characteristics in Job’s Tears. Agricultural Sciences, 9(8), pp.991-1006. Zargar, S.M., Gupta, N., Nazir, M., Mahajan, R., Malik, F.A., Sofi, N.R., Shikari, A.B. and Salgotra, R.K., 2017. Impact of drought on photosynthesis: Molecular perspective. Plant Gene, 11, pp.154-159. 75 VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SOLATE Sebastjan Dremelj, David Krisper, Teja Nusdorfer, Sergeja Šetina Izvleček Z našo raziskavo smo želeli ugotoviti vpliv stresnega dejavnika suše na rast in fiziologijo enokaličnice pšenice in dvokaličnice solate, saj se razlikujejo v zgradbi rastlinskih organov, kar vpliva na sposobnost spopadanja s sušnim stresom. Rastline smo zalivali z raztopino polietilen glikola (PEG) dveh različnih koncentracij, ali pa z destilirano vodo, ki je služila kot kontrola. Rastline smo razdelili v tri skupine (kontrola, PEG50 in PEG150). Imeli smo po dve ponovitvi vsake skupine. Rastline smo obravnavali trikrat v razmiku 2-3 dni. Po končanem poskusu smo izmerili svežo in suho biomaso poganjkov pšenice in solate ter korenin solate. Izmerili smo tudi potencialno in dejansko fotokemično učinkovitost fotosistema II s fluorometrom. Rezultati meritev fotokemične učinkovitosti FS II pri pšenici so pokazali, da med testnimi skupinami ni statistično značilnih razlik. Pri solati smo ugotovili statistično pomembne razlike med skupinama PEG50 in PEG150 - fotokemična učinkovitost je bila pri slednji nepričakovano celo višja. Pri merjenju dolžine in mase (sveže in suhe) poganjkov pšenice nismo ugotovili statistično pomembnih razlik med testnimi skupinami, kar velja tudi za dolžino in suho biomaso korenin solate ter suho biomaso njenih poganjkov. Merjenje dolžine poganjkov solate je pokazalo statistično pomembne razlike med testno skupino PEG150 in PEG50, ter PEG150 in kontrolno skupino. Pri sveži masi solatnih poganjkov so se vse testne skupine statistično pomembno razlikovale med seboj. Ključne besede: suša, podnebne spremembe, PEG, solata, pšenica Uvod Človeštvo se s podnebnimi spremembami in s hitro rastjo števila prebivalcev na zemlji srečuje s težavo pri pridobivanju zadostne količine hrane. Omenjen problem so želeli rešiti z intenzivnim kmetijstvom, vendar pa so se s tem pojavile nove težave, kot npr. pomanjkanje mineralnih hranil v zemlji, erozija itd. Hkrati pa intenzivno kmetijstvo močno omejujeta suša in zasoljevanje. Človek s svojo dejavnostjo močno vpliva tudi na zviševanje koncentracije CO2 v atmosferi in posledično na segrevanje ozračja in učinek tople grede. Veliko raziskovalcev se ukvarja s preučevanjem prirojenih mehanizmov tolerance na sušo, slanost, težke kovine, ozon in UV sevanje, saj le ti močno vplivajo na produktivnost pridelkov (Kaciene in sod. 2015). Z našo raziskavo smo želeli ugotoviti vpliv stresnega dejavnika suše na rast pšenice in solate, kar smo simulirali z zalivanjem z destilirano vodo z dodatkom PEG dveh različnih koncentracij. PEG nase veže vodo in je posledično manj vode dostopne za rastline. Predpostavili smo nižjo rast rastlin, ki smo jih zalivali z dodatkom PEG v primerjavi s kontrolo ter da bosta zaradi slabše rasti tudi manjša izmerjena suha in sveža biomasa poganjkov, pri čemer bo to zmanjšanje večje pri zalivanju z višjo koncentracijo PEG. Pri koreninah smo predvidevali, da bodo imele večjo biomaso in dolžino, saj bo rastlina želela priti do vode in se bo rast korenin povečala. Poleg tega smo merili tudi fotokemično učinkovitost rastlin, iz katere lahko sklepamo, ali je rastlina v stresu. Prav tako smo tudi pri tem predpostavili, da bodo rastline obravnavane s PEG imele zmanjšano fotokemično učinkovitost. 76 Metode in materiali Vpliv suše na rastline smo preverjali na dveh rastlinskih vrstah in sicer: pšenica (enokaličnica) in solata (dvokaličnica). Na voljo smo imeli šest lončkov pšenice in šest lončkov solate. V enem lončku smo imeli med več kalic pšenice oz. dve solati. Rastline smo razdelili v tri testne skupine glede na obravnavo: kontrola (zalivanje z destilirano vodo), nižja koncentracija PEG50 (50 mM) in višja koncentracija PEG150 (150 mM). Vsako obravnavo smo izvedli v dveh ponovitvah za obe rastlinski vrsti. Rastline smo z izbranimi raztopinami (po 80 mL) obravnavali trikrat v časovnem razmiku 2-3 dni (tretiranje z vodo oz. vodnimi raztopinami PEG je trajalo en teden). Po končanem zalivanju smo s fluorometrom (PAM-2500) izmerili potencialno fotokemično učinkovitost (po izpostavitvi rastlin temi 15-20 min) in dejansko fotokemično učinkovitost. Vsem rastlinam smo nato izmerili dolžino poganjkov, pri dvokaličnici pa še dolžino korenin, ki smo jih predhodno oprali in osušili s papirnato brisačko. Sledilo je določanje sveže biomase poganjkov in korenin – zatehtali smo več poganjkov pšenice naenkrat in maso preračunali na eno kalico, pri solati pa smo tehtali tudi korenine. Poganjke in korenine solate smo zavili v aluminijasto folijo po paketnih glede na testne skupine in jih dali v sušilnik na 60°C. Po enem tednu smo izmerili še suho biomaso korenin in poganjkov. Pridobljene podatke smo statistično obdelali s programom Microsoft Excel z dodatkom XLSTAT. Za analizo smo uporabili enosmerno analizo variance (ANOVA) in Holm-Sidak post-hoc test pri p < 0,05. Rezultati Po enem tednu obravnavanja rastlin, smo pred podiranjem poskusa izvedli vizualni pregled rastlin. Na sliki 1 so prikazane rastline pšenice obravnavane s PEG50 pod črko b in PEG150 pod črko c ter kontrolni rastlini pod črko a. Iz slike je mogoče opaziti, da sta bili kontrolni rastlini vizualno v slabšem stanju napram obravnavanim rastlinam. Slika 1: Pšenica ob zaključku poskusa. Na sliki 2 so prikazane rastline solate obravnavane s PEG50 pod črko b in PEG150 pod črko c ter kontrolni rastlini pod črko a. Iz slike je mogoče opaziti, da sta tretirani rastlini vizualno v slabšem stanju, kot kontrolni rastlini. Še posebno se to opazi pri solati obravnavani s PEG150, saj so vidni manjši poganjki, med njimi pa so tudi nekateri že oveli. 77 Slika 2: Solata ob zaključku posusa. Rezultati so pokazali, da pri merjenju potencialne fotokemične učinkovitosti FS II pšenice med testnimi skupinami (K - kontrola, PEG50 in PEG150) ni statistično pomembnih razlik (p > 0,05). Take rezultate lahko pripišemo veliki standardni deviaciji, ki je bila prisotna pri kontrolni skupini in skupini PEG150. V nasprotju s pšenico, smo statistično pomembne razlike (p < 0,05) dobili pri solati, in sicer med testno skupino PEG50 in PEG150. Skupina PEG150 je imela višjo potencialno fotokemično učinkovitost FS II od skupine PEG50. Zaradi velike standardne deviacije kontrole, smo določili, da ima ta testna skupina skupne značilnosti s PEG50 in PEG150. Preglednica 1: Potencialna fotokemična učinkovitost FS II solate. Obravnava Število vzorcev Povprečje SD SE K 3 0,773 0,015 0,009 PEG50 3 0,773 0,004 0,002 PEG150 3 0,794 0,002 0,001 Slika 3: Odvisnost potencialne fotokemične učinkovitosti FS II solate od obravnave rastlin. Pri merjenju dejanske fotokemične učinkovitosti so rezultati pokazali, da med testnimi skupinami ni statistično pomembnih razlik (p > 0,05), kar velja tako za pšenico, kot tudi solato. 78 Izmerjene dolžine poganjkov pri pšenici med testnimi skupinami niso pokazale statistično pomembnih razlik. Enako velja tudi za dolžino korenin solate. Razlog lahko že spet iščemo v veliki standardni deviaciji. Statistično pomembne razlike (p < 0,05) smo našli pri dolžini poganjkov solate, in sicer med kontrolo in PEG150 ter PEG50 in PEG150. Testna skupina PEG150 je imela krajše poganjke kot kontrolna skupina in skupina PEG50. Preglednica 2: Dolžina poganjkov solate. Obravnava Število vzorcev Povprečje (cm) SD SE K 4 14,750 0,957 0,479 PEG50 4 13,500 0,577 0,289 PEG150 4 11,500 1,000 0,500 Slika 4: Odvisnost dolžine poganjkov solate od načina obravnave rastlin. Pri sveži masi ni bilo statistično pomembnih razlik pri pšenici in koreninah solate, kar bi v obeh primerih lahko pripisali veliki standardni deviaciji pri testni skupini PEG150. Statistično pomembne razlike se kažejo med vsemi testnimi skupinami pri sveži masi poganjkov solate - z višjo koncentracijo PEG je masa manjša. Preglednica 3: Sveža masa poganjkov solate. Tretma Število vzorcev Povprečje (g) SD SE K 4 13,298 0,928 0,464 PEG50 4 10,823 1,356 0,678 PEG150 4 6,825 1,356 0,678 79 Slika 5: Odvisnost sveže mase poganjkov solate od načina obravnave rastlin. Pri suhi masi poganjkov pšenice in solate ter korenin solate ni statistično pomembnih razlik med testnimi skupinami. Razlog bi ponovno lahko iskali v veliki standardni deviaciji. Razprava Vizualni pregled pšenice po koncu obravnave nam je pokazal, da so bile rastline v kontrolni skupini v slabšem stanju kot rastline obravnavane z raztopinama PEG. Pričakovali smo, da bi bila ravno pšenica v kontrolni skupini v najboljšem stanju, saj ni bila izpostavljena sušnemu stresu. Pojava si ne znamo razložiti. Možna bi bila tudi človeška napaka (zalivanje z napačno raztopino ali s premalo količino vode). Poganjki solate so sicer izgledali po pričakovanjih, torej da rastline obravnavane z višjo koncentracijo PEG izgledajo slabše. Pri pšenici smo pri vseh izbranih meritvah dobili, da ni bilo statističnih razlik med obravnavanimi rastlinami. Razlog za to bi lahko bil v kratkem času raziskave, prav tako smo imeli na voljo zelo majhno število rastlin, s čimer smo dobili pri rastlinah velike standardne deviacije. Drugi razlog, ki bi lahko vplival na to, da nismo imeli statističnih razlik pri pšenici, bi lahko bil ta, da smo imeli že pri samem izboru sadik rastline, sorto, ki je bolj odporna na stresne dejavnike suše. Yousef Alaei je v svoji raziskavi (2013) ugotavljal vpliv stresnih dejavnikov suše na različne sorte pšenice. Pri tem je ugotovil, da stresni dejavnik suše vpliva na višino rastline, število poganjkov, biomaso rastline ter maso zrn. Pri tem je izpostavil, da so genotipsko bolj prilagojene rastline na sušo imele manjše odstopanje napram kontrolnim rastlinam. Rezultati so pokazali, da imajo listi solate, obravnavani z višjo koncentracijo PEG, višjo fotokemično učinkovitost FS II, kar se ne sklada z našo hipotezo in tudi rezultati drugih raziskav. Hajihashemi in sodelavci (2018) so en mesec simulirali sušne razmere z vodno raztopino PEG (5, 10 in 15 % w/v) pri rastlini Stevia rebaudiana. Po izpostavitvi sušnemu stresu so imele rastline zmanjšano fotosintezno učinkovitost FS II in pa tudi manjšo maso. Slabšo fotosintezno učinkovitost v sušnih pogojih so zazanali tudi Zgallai in sodelavci (2005) pri paradižniku. Opazili so tudi desetkratno povečanje prolina v primerjavi s kontrolnimi skupinami. Mnoge rastline namreč ob izpostavitvi sušnemu stresu akumulirajo topljence (npr. prolin, saharoza, sorbitol), ki celicam omogočajo ohranjanje osmotskega pritiska. 80 Solata je pri višji koncentraciji PEG imela krajše poganjke, kar se sklada z našo hipotezo. Hkrati je sveža masa poganjkov solate pokazala zelo velike statistične razlike med testnimi skupinami. Masa se je s koncentracijo PEG manjšala, kar se ujema z našimi hipotezami. Rezultati se skladajo z našimi podatki o dolžini poganjkov - krajša dolžina poganjkov pri višji koncentraciji PEG ustreza njihovi manjši masi. Pri dolžini in masi korenin (sveža in suha) nismo mogli potrditi naše hipoteze, da bo rastlina zaradi suše povečala rast korenin in njihovo skupno težo, saj med testnimi skupinami ni bilo statistično pomembnih razlik. Nadir in sodelavci (2019) so rastlino Indigofera zollingeriana izpostavili 5, 10, 15 in 20 % PEG in ugotovili, da je višja koncentracija PEG inhibirala razvoj korenin v primerjavi s kontrolno skupino. Zmanjšanje mase korenin in tudi poganjkov kot posledico sušnega stresa zaradi PEG potrjujejo tudi v raziskavi, ki so jo z bombažem izvedli Nepomuceno in sodelavci (1998). Pri študiji, ki so jo opravljali Lobato in sodelavci (2008), so spremljali fiziološke in morfološke odzive soje na sušni stres in med drugim videli povečanje suhe mase in dolžine korenin pri rastlinah, odpornih na sušni stres. Povečala se je tudi koncentracija topnih ogljikovih hidratov in prolina, Galieni s sodelavci je sicer že leta 2015 preučila vpliv pomanjkanja vode na solato in ugotovila, da neugodno vpliva na rast - število listov solate, njihova dolžina in masa korenin se zmanjšajo. Zaključki Z raziskavo smo preverili vpliv stresnega dejavnika suše na rastline pšenice in solate. To smo dosegli z obravnavanjem omenjenih rastlin s PEG s koncentracijama 50 mM in 150 mM. Pri tem smo spremljali dolžine poganjkov tako pri pšenici, kot tudi pri solati in dolžino korenin pri solati. Spremljali smo prav tako svežo in suho maso poganjkov in korenin, izmerili pa smo obema rastlinama dejansko in potencialno fotokemično učinkovitost FS II. Ugotovili smo, da dodatek PEG rastlinam nima tako velikega vpliva, kot smo pričakovali. Pri večini obravnavanih parametrov nismo opazili statistično pomembnih razlik. Razlike smo opazili le pri potencialni fotokemični učinkovitosti pri solati med rastlinami obravnavanimi s PEG50 in PEG150, kjer je bila višja potencialna fotokemična učinkovitost pri rastlinah obravnavanih s PEG150. Pri dolžini poganjkov solate smo dobili statistične razlike med kontrolo in PEG150 ter med PEG50 in PEG150 iz česar je mogoče razbrati, da imajo rastline solate obravnavane s PEG150 krajše poganjke, kot tiste rastline, ki so obravnavane s PEG50 ali z destilirano vodo. Pri določanju sveže mase poganjkov solate smo dobili statične pomembne razlike med vsemi rastlinami. Ugotovili smo, da se z višjo koncentracijo PEG zmanjša sveža masa poganjkov rastline. Da bi pridobili bolj relevantne rezultate, bi morali izvajati poskus dlje časa, prav tako bi za to potrebovali več vzorcev in ponovitev. S tem bi se izognili veliki standardni deviaciji, zaradi česar nismo mogli potrditi nekaterih hipotez. 81 Literatura Alaei Y. (2013) Response of some wheat genotypes to drought stress by indices of drought resistance. International Journal of Farming and Al ied Sciences. 2(10); 257-260. Galieni A., Di Mattia C., De Gregorio M., Speca S., Mastrocola D., Pisante M., Stagnari F. (2015) Effects of nutrient deficiency and abiotic environmental stresses on yield, phenolic compounds and antiradical activity in lettuce (Lactuca sativa L.), 187; 93-101. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.02.036. Hajihashemi S., Sofo A. (2018) The effect of polyethylene glycol-induced drought stress on photosynthesis, carbohydrates and cel membrane in Stevia rebaudiana grown in greenhouse. Acta Physiologiae Plantarum, 40, 8: 142. https://doi.org/10.1007/s11738-018-2722-8 Kacienė G., Žaltauskaitė J., Milčė E., Juknys R. (2015) Role of oxidative stress on growth responses of spring barley exposed to different environmental stressors. Journal of plant Ecology, 8, 6: 605– 616. https://doi.org/10.1093/jpe/rtv026 Lobato A.K., Neto C.F., Filho B.G., Costa R.C., Cruz F.J., Neves H.K., Lopes M.J. (2008) Physiological and biochemical behavior in soybean (Glycine max cv. Sambaiba) plants under water deficit. Australian Journal of Crop Science, 2, 25-32. Nadir M., Ansyar I., Khaerani P.I., Syamsuddin. (2019) Effect of various polyethylene glycol concentrations on the growth of seedlings of Indigofera zollingeriana. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 343, 1, 012040. https://doi.org/10.1088/1755- 1315/343/1/012040 Nepomuceno A.L., Oosterhuis D.M., Stewart J.M. (1998) Physiological responses of cotton leaves and roots to water deficit induced by polyethylene glycol. Environmental and Experimental Botany, 40, 1: 29-41. https://doi.org/10.1016/S0098-8472(98)00018-5. Zgallai H., Steppe K. and Lemeur R. (2005) Photosynthetic, physiological and biochemical responses of tomato plants to polyethylene glycol-induced water deficit. Journal of Integrative Plant Biology, 47: 1470-1478. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2005.00193.x 82 Document Outline VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN SOLATE VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN KUMARE VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN REDKVICE VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN BLITVE VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN BUČKE VPLIV SLANOSTI NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SONČNICE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN KUMARE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ JEČMENA IN REDKVICE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BLITVE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ KORUZE IN BUČKE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PROSA IN SONČNICE VPLIV SUŠE NA RAST IN RAZVOJ PŠENICE IN SOLATE