The effect of water stress on photosynthesis of spring barley

• Autorzy: Hejnak V. , Krizkova J.

Warianty tytułu

EN

Wpływ stresu wodnego na fotosyntezę jęczmienia jarego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of water stress on gas exchange and photosynthesis of spring barley (Hordeum vulgare L, conv. distichon) was measured in small-plot trials in leaves of two modern malting varieties - Amulet and Krona - and historical cv. Nürnberg cultivated on medium-heavy fluvisol in the years 2000 - 2002. The diagram of the experiment included two variants of moisture conditions in small plots for each variety - soil moisture during the whole vegetation on the level 60-70% of maximum water capacity (MWC); and drought - soil moisture at the level of 30-35% of MWC induced in half of plots in the period from 25.DC to 61.DC. The parameters of gas exchange - net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), and stomatal resistance (rs) - were measured by gas exchange system LCA-4 (ADC Bio Scientific) on photosynthetically active leaves during ontogeny of spring barley: 1st measurement - start of tillering phase (21.DC); 2nd measurement - start of shooting (phase 31.DC); 3rd measurement - start of flowering phase (61.DC); 4,h measurement - milk ripeness phase (75.DC); 5,th measurement - wax ripeness phase (85.DC). DC is decimal code for growth stages of spring barley after Zadoks et al. [1974]. The photosynthesis rate (Pn), transpiration rate (E) and stomatal conductance (gs) in leaves of spring barley plants had a dynamic character and very similar progress during ontogeny of this spring barley varieties. The values of gas exchange parameters accrued generally in the first part of their ontogeny and they reached maximum at the start of flowering phase. The natural ageing of the assimilation apparatus in the post-floral period manifested a significant decrease in values of stomatal conductance and photosynthesis rate. On the other hand, the value of stomatal resistance increased in the post-floral period. Water stress (soil drought) was a statistically significant limiting factor of photosynthetic activity of the assimilation apparatus and decreased the parameters of gas exchange (gs, Pn and E) in all three spring barley studied varieties. The significant decline of stomatal conductance was measured in leaves of spring barley plants stressed by drought as compared with plants growing on the favourable moisture conditions at the start of flowering phase. This decrease was from 0.26 mmol H2O.m-2.s-1 to 0.11 mmol H20.m-2.s-1 in Amulet variety, from 0.27 to 0.08 mmol H2O.m-2.s-1 in Krona variety, and from 0.28 to 0.12 mmol H2O.m-2.s-1 in Nürnberg variety. The stomatal closure manifested itself in the significant stoma- tal limitation of photosynthesis at the start of the (lowering phase. The average rate of photosynthesis reached in the stressed plants of Amulet variety was 58%, in the stressed plants of Krona variety it was 61% and in the stressed plants of Nürnberg variety it was 43% of the average level of photosynthetic rate of plants non-stressed by drought. Photosynthetic activity of the assimilation apparatus escalated after the end of water stress mostly in Amulet variety (measured in phase 75.DC). However, photosynthetic rate did not achieve the level of non- stressed plants.

PL

Mierzono wpływ stresu wodnego na wymianę gazową i fotosyntezę liści jęczmienia jarego, na dwóch nowych odmianach słodowych - Amulet i Krona oraz na starej odmianie Nürnberg, uprawianych w wazonach, na osadzie rzecznym, w latach 2002-2003. Schemat doświadczeń obejmował dwa warianty wilgotności gleby dla każdej odmiany - wilgotność gleby na poziomie 60-70% maksymalnej pojemności wodnej (MWC) i suszę - wilgotność gleby na poziomie 30-35% w okresie od fazy 25.DC do fazy 61.DC. Parametry wymiany gazowej - fotosyntezę netto (Pn), transpirację (E), przewodnictwo szparkowe (gs i opór szparkowy (rs) - mierzono przy użyciu LCA-4 (ADC Bio Scientific) na fotosyntetycznie aktywnych liściach podczas ontogenezy jęczmienia jarego: 1 pomiar - początek krzewienia (faza 21.DC); 2 pomiar - początek strzelania źdźbła (faza 31.DC); 3 pomiar - początek kwitnienia (faza 61.DC); 4 pomiar - dojrzałość mleczna (faza 75.DC); 5 pomiar dojrzałość woskowa (faza 85.DC). DC jest kodem dziesiętnym dla etapów wzrostu jęczmienia jarego wg ZADOKS i in. [1974]. Intensywność fotosyntezy (Pn), transpiracji (E) i przewodnictwa szparko- wego (g.) liści jęczmienia jarego ma charakter dynamiczny i bardzo podobny przebieg podczas ontogenezy u badanych odmian. Wartości parametrów wymiany gazowej wzrastały w pierwszej fazie ich ontogenezy i osiągały maksimum na początku fazy kwitnienia. Po kwitnieniu aparat asymilacyjny przejawiał znaczące zmniejszenie wartości przewodnictwa szparkowego i intensywności fotosyntezy, a zwiększenie oporów szparkowych. Stres wodny był statystycznie znaczącym czynnikiem ograniczającym aktywność aparatu fotosyntetycznego i zmniejszenie parametrów wymiany gazowej (gs, Pn i E). Znaczące obniżenie przewodnictwa szparkowego uzyskano u roślin, u których zmniejszono wilgotność gleby: u odmiany Amulet z 0,26 mmol H2O.m-2.s-1 do 0,11 mmol H2O.m. s-1, u odmiany Krona z 0,28 do 0,12 mmol H2O.m-2.s-1 i u odmiany Nürnberg z 0,28 do 0,12 mmol H2O.m-2.s-1. Zamknięcie aparatów szparkowych powodowało znaczące ograniczenie fotosyntezy na początku fazy kwitnienia. Stres wodny powodował zmniejszenie intensywności fotosyntezy u odmiany Amulet o 58%, u odmiany Krona o 61% i u odmiany Nürnberg o 43% w porównaniu z roślinami nie poddawanymi suszy. Aktywność aparatu fotosyntetycznego zwiększała się po zakończeniu stresu wodnego najbardziej u odmiany Amulet (pomiar w fazie 75.DC) lecz intensywność fotosyntezy nie osiągała poziomu roślin nie poddawanych stresowi.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2004
• Tom: 496
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.241-249,fig.,ref.

Twórcy

autor

Hejnak V.

• Department of Botany and Plant Physiology, Czech University of Agriculture in Prague, Kamycka 957, 165 21 Prague, Czech Republic

autor

Krizkova J.

• Department of Botany and Plant Physiology, Czech University of Agriculture in Prague, Kamycka 957, 165 21 Prague, Czech Republic

Bibliografia

• Brestić М. 1996. Vodný režim, rastově a akumidačne procesy jarného jačmeňa. Rostlinná výroba 42(11): 481-487.
• Brestić M. 2001. Determination of sensitive sites in photosynthesis during longterm plant dehydration. J. Central European Agriculture, www.agr.hr/jcea 2(3-4): 217-226.
• Górny a.g. 2001. Variation in utilization efficiency and tolerance to reduced water and nitrogen supply among wild and cultivated barleys. Euphytica 117(1): 59-66.
• Hejnák V. 2003. The effect of drought on production of dry matter in spring barley (Hordeum vulgare L., cv. Amulet, Krona and historical cv. Nürnberg). Scientia Agricult. Bohemica 34(4): 121-128.
• Jones H.G. 1998. Stomatal control of photosynthesis and transpiration. J. Exp. Bmeana 49t (Special Issue): 387-398.
• Loboda T. 2000. Gas exchange of spring barley and wheat grown under mild water shortage. Photosynthetica 38(3): 429-432.
• Mattsson M., Lundborg Т., Larsson M., Larsson C.M. 1992. Nitrogen utilization in N-limited barley during vegetative and generative growth. J. Exp. Botany 43: 15-23.
• Petr J., Lipavský J., Hradecká D. 2002. Production process in old and modern spring barley varieties. Bodenkultur 53(1): 19-27.
• Pospíšilová J. 2003. Participation of phytohormones in the stomatal regulation of gas exchange during water stress. Biologia Plantarum 46: 491-506.
• Pospíšilová J., Vágner M. 2002. Vliv kyseliny abscisové a benzyladeninu na rychlost fotosyntézy a transpirace a na vodivost průduchů behěm vodního stresu, in: Vlivabiotických a biotických stresů na vlastnosti rostlin (sborník příspévků). ĆZU, Praha 106-110.
• Salleo S., Nardini A., Pitt F., LoGullo М.A. 2000. Xylem cavitation and hydraulic control of stomatal conductance in Laurel (Laurus nobilis L.). Plant Cell Environ. 23: 71-79.
• Švihra J. 1984. Vodný deficit v ontogenéze obilnin. Veda, Bratislava.
• Švihra J., Talapka S. 1995. Rastovo - produkčný a akumulačný proces vybranþých odrôd jarného jaćmeńa. Rostlinná Výroba 41(6): 249-253.
• Zadoks J.C., Chang T.T., Konzak C. F. 1974. A decimal code for the growth stages of cereals. Weed Research 14: 415—421.