Multi-objective analysis of physiological and morphological responses of winter wheat (Triticum aestivum L.) to stress induced by low temperature during autumn acclimation

• Autorzy: Balezentiene L.

Warianty tytułu

PL

Wieloobiektowa analiza fizjologicznych i morfologicznych reakcji pszenicy ozimej (Triticum aestivum L.) w trakcie jesiennej aklimatyzacji na stres wywoływany niską temperaturą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based on the literature data, types of morphological and physiological changes occurring in plants during the process of autumn hardening were discussed, as an expression of adaptations to overwintering. They indicate that the level of plant preparation for surviving winter depends on the photosynthesis intensity, leaf area index (LAI) and the development of aboveground part and root system. It was assumed that the use of liquid humic fertilizers (LHF) for seed dressing and in the form of foliar application performed after emergences will have a favourable effect on intensification of processes which favour plant frost hardening. In two field experiments with winter wheat cv. Širvinta conducted in Lithuania in systems of conventional and organic farming in 2010 and 2011, a number of analyses were performed on young plants. In the aboveground part, dry matter of leaves, LAI, the content of chlorophyll and carotenoids were determined, and gross productivity of photosynthesis was calculated, whereas in the underground part – the root area, their diameter and total length. It was shown that the application of LHF affects an increase in values of evaluated biometric indices, and thus, indirectly, contributes to enhancing the potential resistance of plants to stress induced with low temperature. The following ranking of plant responses to the combinations of LHF use in both cropping systems was established (in descending order of favourable effects): 1) pre-sowing seed dressing – the organic farming system, 2) seed dressing and foliar spraying – organic farming system, 3) without preparation – organic farming system, 4) pre-sowing seed dressing – conventional farming system, 5) foliar spraying – organic farming system, 6) without preparation – conventional farming system. This ranking was established based on the presented multi-objective optimization analysis MULTIMOORA.

PL

W oparciu o dane literatury omówiono rodzaj zmian morfologicznych i fizjologicznych zachodzących w roślinach w trakcie procesu jesiennego hartowania jako wyraz przystosowań do przezimowania. Wskazują one, że poziom przygotowania do przetrwania zimy roślin zależy od natężenia fotosyntezy, wielkości indeksu liściowego (LAI) oraz stopnia rozwoju części nadziemnej i systemu korzeniowego. Założono, że zastosowanie płynnego nawozu huminowego (LHF) do zaprawienia ziarna siewnego oraz w formie aplikacji nalistnej wykonanej po wschodach wpłynie korzystnie na intensyfikację procesów sprzyjających hartowaniu roślin. W dwóch doświadczeniach polowych z pszenicą ozimą odmiany Širvinta, prowadzonych na Litwie w systemie rolnictwa konwencjonalnego i ekologicznego w latach 2010 i 2011, wykonano na młodych roślinach szereg oznaczeń, przy czym w części nadziemnej oznaczono: suchą masę liści, LAI, zawartość chlorofilu i karotenoidów oraz obliczono produktywność fotosyntezy brutto, a na części podziemnej – powierzchnię korzeni, ich średnicę i łączną długość. Wykazano, że zastosowanie LHF wpływa na zwiększenie wartości ocenianych wskaźników biometrycznych, czyli – pośrednio – przyczynia się do zwiększenia potencjalnej odporności roślin na stres wywoływany niską temperaturą. Ustalono następujący ranking reakcji roślin na kombinacje stosowania LHF w obu systemach rolnictwa (w kolejności zmniejszania się korzystnych efektów): 1) zaprawianie przedsiewne ziarna – system rolnictwa ekologicznego, 2) zaprawianie ziarna oraz oprysk nalistny – system rolnictwa ekologicznego, 3) bez preparatu – system rolnictwa ekologicznego, 4) zaprawianie przedsiewne ziarna – system rolnictwa konwencjonalnego, 5) oprysk nalistny – system rolnictwa ekologicznego, 6) bez preparatu – system rolnictwa konwencjonalnego. Ranking ten został ustalony na podstawie zaprezentowanej wieloobiektowej analizy optymalizacyjnej MULTIMOORA.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura
• Rocznik: 2013
• Tom: 12
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.3-16,fig.,ref.

Twórcy

autor

Balezentiene L.

• Environment Institute of Aleksandras Stulginskis University, Studentu 11, LT-53361 Akademija, Kaunas distr., Lithuania

Bibliografia

• Bahrman N., Le Gouis J., Negroni L., Amilhat L., Leroy P., Lainé A.L., 2004. Differential protein expression assessed by two-dimensional gel electrophoresis for two wheat varieties grown atfour nitrogen levels. Proteomics 4, 709-19.
• Brauers W.K.M., Baležentis A., Baležentis T., 2011. MULTIMOORA for the EU Member States updated with fuzzy number theory. Techn. Econ. Devel. Econ. 17(2), 259-290.
• Brauers W.K.M., Zavadskas E.K., 2006. The MOORA method and its application to privatization in a transition economy. Contr. Cybern. 35, 445-469.
• Brauers W.K.M., Zavadskas E.K., 2010. Project management by MULTIMOORA as an instrument for transition economies. Technol. Econ. Dev. Econ. 16, 5-24.
• Brauers W.K.M., Zavadskas E.K., 2011. MULTIMOORA Optimization Used to Decide on a Bank Loan to Buy Property. Technol. Econ. Dev. Econ. 17, 174-188.
• Breda N.J.J., 2003. Ground-based measurements of leaf area index: A review of methods, instruments and current controversies. J. Exp. Bot. 54, 2403-2417.
• Choudhury B.J., 2000. A sensitivity analysis of the radiation use efficiency for gross photosynthesis and net carbon accumulation by wheat. Agricultural and Forest Meteorology101, 217-234.
• Eberhard S., Finazzi G., Wollman F.A., 2008. The dynamics of photosynthesis. Ann. Rev. Genet. 42, 463-515.
• Entz M.H., Fowler D.B., 1988. Critical stress periods affecting productivity of no-till winter wheat in western Canada. Agron. J. 80, 987-992.
• Equiza M.A., Miravé J.P., Tognetti J.A., 2001. Morphological, Anatomical and Physiological Responses Related to Differential Shoot vs. Root Growth Inhibition at Low Temperature inSpring and Winter Wheat. Ann. Bot. 87, 67-76.
• FAO/UNESCO, 1997. Soil map of the world revised legend with corrections and updates. Wageningen ISRIC, Technical Paper 20, 1-140.
• Fitzgerald G., Rodriguez D., O’Leary G., 2010. Measuring and predicting canopy nitrogen nutrition in wheat using a spectral index – The canopy chlorophyll content index (CCCI).Field Crops Res. 116, 318-324.
• Ganeshan S., Denesik T., Fowler D.B., Chibbar R.N., 2009. Quantitative expression analysis of selected low temperature-induced genes in autumn-seeded wheat (Triticum aestivum L.)reflects changes in soil temperature. Env. Exper. Bot. 66(1), 46-53.
• Gaudet D.A, Laroche A., Frick M., Huel R., Puchalski B., 2003. Plant development affects the cold-induced expression of plant defence-related transcripts in winter wheat. Physiol. Molec.Plant Path. 62, 175-184.
• Growth stages of mono-and dicotyledonous plants, 2001. BBCH Monograph, U. Meier (ed.), Federal Biological Research Centre for Agriculture and Forestry, IGZ Erfurt. Hekneby M., Antolin M.C., Sanchez-Diaz M., 2006. Frost resistance and biochemical changesduring cold acclimation in different annual legumes. Environ. Exp. Bot. 55, 305-314.
• Herman E.M., Rotter K., Premakumar R., Elwinger G., Bae R., Ehler-King L., Chen S., Livingston III D.P., 2006. Additional freeze hardiness in wheat acquired by exposure to −3°Cis associated with extensive physiological, morphological, and molecular changes. J. Exp.Bot. 57, 3601-3618.
• Houlès V., Guérif M., Mary B., 2007. Elaboration of a nitrogen nutrition indicator for winter wheat based on leaf area index and chlorophyll content for making nitrogen recommendations. Eur. J. Agr. 27, 1-11.
• Hoyaux J., Moureaux C., Tourneur D., Bodson B., Aubinet M., 2008. Extrapolating gross primary productivity from leaf to canopy scale in a winter wheat crop. Agric. Forest Meteor. 148, 668-679.
• Jackson R.B. , Mooney H.A., Schulze E.D., 1997. A global budget for fine root biomass, surface area, and nutrient contents . Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Ecol. 94, 7362-7366.
• Koike M., Okamoto T., Tsuda S., Imai R., 2002. A novel plant defensin-like gene of winter wheat is specifically induced during cold acclimation. Bioch. Bioph. Research Comm. 298(1), 46-53.
• Kosová K., Vítámvás P., Prášil I.T., 2011. Expression of dehydrins in wheat and barley under different temperatures. Plant Sc. 180, 46-52.
• Liu H.S., Li F.M., Xu H., 2004. Carbon consumption of roots and its relationship to yield formation in spring wheat as affected by soil moisture. Acta Phytoecol. Sin. 28, 191-197.
• Raven P.H., Evert R.F., Eichhorn S.E., 2005. Photosynthesis, light, and life. [In:] Biology of plants, W.H. Freeman New York, 119-127.
• Rinalducci S., Egidi M.G., Mahfoozi S., Godehkahriz S.J., Zolla L., 2011. The influence of temperature on plant development in a vernalization-requiring winter wheat: A 2-DE based proteomic investigation. J. Prot. 74(5), 643-659.
• Saidi A., Ookawa T., Hirasawa T., 2010. Responses of Root Growth to Moderate Soil Water Deficit in Wheat Seedlings. Plant Prod. Sc. 13, 261-268.
• Sellers P.J., Berry J.A., Collatz G.J., Field C.B., Hall F.G., 1992. Canopy reflectance, photosynthesis, and transpiration. III. A reanalysis using improved leaf models and a newcanopy integration scheme. Remote Sensing of Env. 42(3), 187-216.
• Streck N.A., Weiss A., Baenziger P.S., 2003. A generalized vernalization response function for winter wheat. Agron. J. 95, 155-159.
• Stupnikova I.V., Borovskii G.B., Dorofeev N.V., Peshkova A.A., Voinikov V.K., 2002.
• Accumulation and disappearance of dehydrins and sugars depending on freezing tolerance of winter wheat plants at different developmental phases. J. Thermal Biol. 27, 55-60.
• Trevaskis B., Hemming M.N., Dennis E.S., Peacock W.J., 2007. The molecular basis of vernalization-induced flowering in cereals. Trends Plant Sc. 12, 352-357.
• Vińa A., Gitelson A.A., Nguy-Robertson A.L., Peng Y., 2011. Comparison of different vegetation indices for the remote assessment of green leaf area ind ex of crops. Remote Sensing of Env.15, 3468-3478.
• Vojnikov V., Korzun A., Pobezhimova T., Varakina N., 1984. Effect of cold shock on the mitochondrial activity and on the temperature of winter wheat seedlings. Biochem. Physiol.Pflanzen. 179, 327-330.
• Wang J., Yu Q., Li J., Li L.H., Li X.G., Yu G.R., Sun X.M., 2006. Simulation of diurnal variations of CO2, water and heat fluxes over winter wheat with a model coupled photosynthesis andtranspiration. Agricultural and Forest Meteorology 137, 194-219.
• Wettstein D., 1957. Chlorophyll Letale und der submikroskopishe Formveschsel der Plastiden. Exp. Cell Res. 12, 427.
• Wu C., Han X., Ni J., Niu Z., Huang W., 2010. Estimation of gross primary production in wheat from in situ measurements. Int. J. Appl. Earth Obs. Geoinform. 12, 183-189.
• Xin Z., Browse J., 2000. Cold comfort farm: the acclimation of plants to freezing temperatures. Plant Cell Environment 23, 893-902.
• Zagoskina N.V., Olenichenko N.A., Klimov S.V., Astakhova N.V., Zhivukhina E.A., Trunova T.I., 2005. The Effects of Cold Acclimation of Winter Wheat Plants on Changes in CO2Exchange and Phenolic Compound Formation. Rus. J. . Plant Physiol. 52(3), 320-325.

Uwagi

PL

Rekord w opracowaniu