Effect of drought stress on growth of seedlings roots of four crop species

• Autorzy: Grzesiak S.

Warianty tytułu

PL

Wpływ suszy glebowej na wzrost korzeni siewek czterech gatunków roślin uprawnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The experiments were carried out on Polish and foreign cultivars of maize, triticale, field bean and field pea. Special attention was given to morphology of seedlings root exposed to soil drought. The root-box method was used to analyze out qualitative and quantitative variation of the plant root system structure. In control conditions, seedlings of the examined cultivars showed differences in the structure of the root system. The results demonstrated a relatively broad variation in the habit of the seedlings root system. However, in the examined cultivars, any common feature or features have not been found which might be essentially correlated with the value of their drought susceptibility index (DSI), except the relations between the dry matter ratio of top part to root (S/R), but found only in triticale and maize. Drought stress reduced the size of the roots particular components. In the drought sensitive cultivars, changes in the number and length of roots were greater than in the drought resistant cultivars, and this referred primarily to the lateral roots. The results suggest that some root morphological traits of crop plant cultivars may be used in breeding practice as indirect selection criteria of plant drought resistance.

PL

Badania dotyczące różnych aspektów reakcji systemu korzeniowego roślin na działanie suszy są stosunkowo nieliczne. Jednym z powodów mniejszego zainteresowania badaniami systemów korzeniowych roślin są problemy metodyczne związane z ograniczoną liczbą metod pozwalających na niedestruktywne izolowanie z gleby wszystkich komponentów systemu korzeniowego a także z ich dużą pracochłonnością. Dodatkowym powodem mniejszego zainteresowania reakcjami korzeni roślin na działanie różnych czynników stresowych wydaje się być fakt, że środowisko glebowe, w porównaniu z atmosferycznym, charakteryzuje się większą stabilnością warunków. Z tego powodu typowe reakcje obronne korzeni na działanie czynników stresowych nie są tak wyraźne jak w organach części nadziemnych. Doświadczenia przeprowadzono na krajowych i zagranicznych odmianach pszenżyta, kukurydzy, bobiku i grochu, które na podstawie wcześniejszych badań własnych charakteryzowały się zmiennością plonowania w warunkach ograniczonej zawartości wody w glebie. W doświadczeniach szczególną uwagę zwrócono na morfologiczne aspekty budowy poszczególnych komponentów systemu korzeniowego roślin poddanych działaniu okresowej suszy. W doświadczeniach wykorzystano metodę root-box method przy pomocy której wykonywano jakościową i ilościową analizę budowy systemu korzeniowego opartą o pomiary liczebności, rozmiarów i suchej masy poszczególnych komponentów wykształcanego systemu korzeniowego. Stwierdzono, że w kontrolnych warunkach wzrostu siewek w obrębie badanych odmian ujawniają się ilościowe różnice w budowie systemu korzeniowego. Jednak zarówno u badanych gatunków jednoliściennych jak i dwuliściennych nie udało się znaleęć wspólnej cechy, która byłaby istotnie skorelowana z wartością wskaźnika wrażliwości na suszę (DSI). Istotnie skorelowane ze wskaźnikiem DSI relacja suchej masy części nadziemnych do suchej masy korzeni była u pszenżyta i kukurydzy. Susza glebowa powodowała zmniejszenie rozmiarów poszczególnych komponentów systemów korzeniowych. U odmian zaliczonych do grupy wrażliwych na suszę obserwowane zmiany liczby i długości poszczególnych komponentów wykształcanego systemu korzeniowego były większe niż u odmian odpornych i dotyczyło to przede wszystkim liczby i długości wykształcanych korzeni bocznych. Uzyskane wyniki wskazują, że niektóre morfologiczne cechy budowy systemu korzeniowego siewek mogą być użyteczne w hodowli roślin jako pośrednie kryteria selekcji odmian odpornych na suszę.

Słowa kluczowe

EN

drought stress; plant growth; seedling; root system; crop; plant species; cultivated plant; soil profile; water deficit

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2002
• Tom: 481
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.69-81,ref.

Twórcy

autor

Grzesiak S.

• Department of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Podluzna 3, 30-239 Krakow, Poland

Bibliografia

• Gregory P.J., Lake J.V., Rose D.A. 1987. Root development and function. Society for Experimental Biology. Seminar series 30, Cambridge University Press: 205 ss.
• Grzesiak S., Filek W., Kościelniak J. 1989. Influence of different soil moisture during the vegetative phase of development of field bean (Vicia faba L. var. minor) on leaf water status, photosynthesis rate and plant growth. J. Agronomy and Crop Sci. 162: 192-200.
• Grzesiak S. 1990. Response to drought of maize (Zea mays L.) III. Drought tolerance rating in laboratoiy tests of plant susceptibility. Bull. Pol. Acad. Sci., Biol. Sci. 38: 1-12.
• Grzesiak S., Filek W., Pieńkowski S., Nizioł B. 1996. Screening for drought resistance: Evaluation of drought susceptibility index of legume plants under natural growth conditions. J. Agronomy and Crop Sci. 177: 237-252.
• Grzesiak S., de Barbaro A., Filek W. 1992. Assimilation, translocation and accumulation of ¹⁴C in two maize (Zea mays L.) hybrids of different drought tolerance. Photosynthetica 27: 585-593.
• Наmblin A., Tennant J. 1987. Root length density and crop water uptake: How well are they correlated? Aust. J. Agric. Res. 38: 513-527.
• Kono Y., Yamauchi A., Nonoyama Т., Tatsumi J., Kawamura N. 1987. A revised system of root-soil interaction for laboratory work. Environ. Control in Biol. 25: 141-151.
• Larsson S., Górny A.G. 1988. Grain yield and drought resistance indices of oat cultivars in field rain shelter and laboratory experiments. J. Agronomy and Crop Sci. 161: 277-286.
• Lorens G.F., Bennett J.M., Loggale L.B. 1987. Differences in drought resistance between two corn hybrids. I. Water relations and root length density. Agron. J. 79: 802-807.
• Loss S.P., Siddique K.H.M. 1994. Morphological and physiological traits associated with wheat yield increases in Mediterranean environments. Advances in Agronomy, 52: 229-276.
• O'Toole J.C., Bland W.L. 1987. Genotypie variation in crop plant root system. Advances in Agronomy 41: 91-145.
• Passioura J.B. 1981. Water collection by roots, in: The physiology and biochemistry of drought resistance in plants. Paleg L.G., Aspinall D., (eds.), Academic Press, Sydney, New York, London, Toronto, San Francisco: 39-54.
• Passioura J.B., Condon A.G., Richards R.A. 1993. Water deficits, the development of leaf area and crop productivity, In: Water deficits plant responses from cell to community. Smith J.A.C., Griffiths H. (eds). BIOS Scientific Publishers Limited, Oxford: 253-264.
• Poljakoff-Mayber A. 1981. Ultrastructural consequences of drought, in: The physiology and biochemistry of drought resistance in plants. Paleg L.G., Aspinall D., (eds), Academic Press, Sydney, New York, London, Toronto, San Francisco: 389-403.
• Richards R.A. 1991. Crop improvement for temperate Australia: Future opportunities. Field Crop Res. 39: 141-169.
• Ristic Z., Cass D.D. 1991. Leaf anatomy of Zea mays L. in response to water shortage and high temperature: a comparison of drought-resistant and drought-sensitive lines. Bot. Gaz. 152: 173-185.
• Siddique K.H.M., Belford R.K., Tennant D. 1990. Root : shoot ratios of old and modern tall and semi-dwaif wheals in Mediterranean environment. Plant Soil 121: 89-98.
• Smucker A.J.M. 1984. Carbon utilization and losses by plant root system, in: Roots, nutrient and water influx and plant growth. SSSA-CSSA Madison WI: 88-94.
• Tardieau F., Katerji N. 1991. Plant response to soil water reseive: consequences of the root system environment. Irrigation Sci. 12: 145-152.
• Tardieau F. 1993. Will progress in understanding soil-root relations and root signalling substantially alter water flux models ? Phil. Trans. R. Soc., London, 338.
• Turner N.C. 1993. Drought resistance and adaptation to water deficit in crop plants, in: Stress physiology in crop plants. H. Mussel, and R.C. Staples (eds.), Wiley, New York: 343-372.
• Waisel Y., Eshel A., Kafkafi U. 1996. Plant roots. The hidden half. Marcel Dekker Inc., Second edition, revised and expanded: 1120 ss.
• Winter S.R., Musick J.T., Porter K.B. 1988. Evaluation of screening techniques for breeding drought-resistant winter wheat. Crop Sci. 28: 512-516.
• Yamauchi A. 1993. Significance of root system structure in relation to the stress tolerance in cereal crops. Low-input sustainable crop production system in Asia. Korean Soc. Crop Sci.: 347-360.
• Yamauchi A., Kono Y., Tatsumi J. 1987. Comparison of root system of 13 species of cereals. Jpn. J. Crop Sci. 56: 618-631.
• Yamauchi A., Pardales J.R., Kono Y. 1996. Root system structure and its relation to stress tolerance, in: Dynamics of roots and nitrogen in croping system of the Semi- Arid tropics. Ito O., Johansen C., Adu-Gyamfi J., Katayama K., Kumar Rao J.V.D.K., Rego TJ. Japan International Research Center for Agricultural Sciences: 211-236.