Changes in root architecture and physiological characteristics of the above-ground part in maize and triticale seedlings grown in conditions of different soil compaction

• Autorzy: Grzesiak M. , Rzepka A. , Dziurka M. , Czyczylo-Mysza I.

Warianty tytułu

PL

Wpływ różnej zwięzłości gleby na architekturę wykształcanego systemu korzeniowego i wybrane cechy fizjologiczne liści siewek kukurydzy i pszenżyta

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of 3 levels soil compaction (low - 1.30, moderate - 1.47 and severe - 1.58 g·cm⁻³) on triticale and maize seedling shoots and root dry matter, leaf number, number and length of particular components of the root system, leaf injury (LI), leaf water potential (Ψ), chlorophyll content (Chl) and maximum quantum yield of PS II (Fv/Fm) were examined. For both examined species high level of soil compaction strongly affected the length of seminal and seminal adventitious roots and the number and length of nodal roots. Comparing to maize, a slightly weaker impact of soil impedance on the number and length of developed root system was observed in triticale. After 3 or 6 weeks of growth in the conditions of moderate and severe soil compaction a decrease in leaf number, dry matter of shoot and roots, and increase in leaf injury index and shoot to root (S/R) dry matter ratio were observed. Changes in root architecture under a high soil impedance were accompanied by changes in the leaf injury index (LI), leaf water potential (Ψ), chlorophyll content (Chl) and maximum quantum yield of PS II (Fv/Fm). On moderate or severe soil compaction level changes of the values of LI, Ψ, Chl and Fv/Fm were higher and statistical significant as comparing to a low soil compaction treatment. Similarly as in the case of root growth characteristic changes in physiological traits measured in leaves showed weaker impacts of high soil compaction for maize than triticale.

PL

Badano wpływ 3 poziomów zwięzłości gleby (LSC - 1.30, MSC - 1.47 i SSC - 1,58 g·cm⁻³) na zmiany suchej masy części nadziemnych i korzeni oraz liczbę liści, liczbę i długość poszczególnych komponentów systemu korzeniowego, uszkodzenia liści (LI), potencjał wodny liści (Ψ), zawartość chlorofilu (Chl) i fotochemiczną efektywność PS II u siewek kukurydzy i pszenżyta. U obu badanych gatunków większy poziom zwięzłości gleby powodował zahamowanie wzrostu i liczby wykształcanych poszczególnych komponentów systemu korzeniowego. Niekorzystny wpływ stosowanych warunków zwięzłości gleby był bardziej widoczny u kukurydzy niż u pszenżyta. Po 3 lub 6 tygodniach wzrostu siewek w warunkach średniej (MSC) lub dużej (SSC) zwięzłości gleby obserwowano obniżenie, liczby wykształcanych liści, suchej masy części nadziemnych i korzeni oraz wzrost wskaźnika uszkodzeń liści i stosunku suchej masy części nadziemnych do suchej masy korzeni (S/R). Zmianą w architekturze systemu korzeniowego siewek rosnących w warunkach różnej zwięzłości gleby towarzyszyły zmiany badanych w liściach parametrów fizjologicznych, tj. uszkodzeń liści (LI), potencjału wodnego (Ψ), zawartości chlorofilu (Chl) oraz fotochemicznej sprawności PS II (Fv/Fm).Obserwowane zmiany były większe u siewek rosnących w warunkach wyższego poziomu zwięzłości gleby (SSC) i naogół były bardziej widoczne u kukurydzy niż u pszenżyta.

Słowa kluczowe

EN

soil compaction; maize; triticale; root architecture; leaf injury; water potential; chlorophyll content; seedling; root system; soil; physical factor; growth condition

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 2008
• Tom: 524
• Opis fizyczny: p.485-497,ref.

Twórcy

autor

Grzesiak M.

• Institute of Plant Physiology, Polish Academy of Sciences, Niezapominajek 21, 30-239 Krakow, Poland

autor

Rzepka A.

autor

Dziurka M.

autor

Czyczylo-Mysza I.

Bibliografia

• Arnon D. I. 1949. Copper enzymes in isolated chloroplast. Polyphenoloxidase in Beta vulgaris. Plant Physiol. 24: 1 - 15.
• Bengough A. G., Croser C., Pritchard J. 1997. A biophysical analysis of root growth under mechanical stress. Plant and Soil 189: 155 - 164.
• Castillo S. R., Dowdy R. H., Bradford J. M., Larson W. E. 1982. Effects of applied mechanical stress on plant growth and nutrient uptake. Agron. J. 74: 526 - 530.
• Cornic G., Briantais J. M. 1991. Partitioning of photosynthetic electron flow between CO₂ and O₂ reduction in a C₃ leaf (Phaseolus vulgaris L.) at different CO₂ concentrations and during drought stress. Planta 183: 178 - 184.
• Fageria N. K., Balingar V. C., Clark R. B. 2006. Physiology of crop production. The Haworth Press Inc. New York, London, Oxford: 23 - 60.
• Greacen E. L., Oh J. S. 1972. Physics and root growth. Nature 235: 24 - 25.
• Greacen E. L. 1986. Root responses to soil mechanical properties. Trans. 13th International Congress of Soil Sciences 5: 20 - 47.
• Grzesiak S., Hura T., Grzesiak M. T., Pieńkowski S. 1999. The impact of limited soil moisture and waterlogging stress conditions on morphological and anatomical root traits in maize (Zea mays L.) hybrids of different drought tolerance. Acta Physiol. Plant. 21: 305 - 315.
• Grzesiak S., Grzesiak M. T., Filek W., Hura T., Stabryła J. 2002. The impact of different soil moisture and soil compaction on the growth of triticale root system. Acta Physiol. Plant. 24: 331 - 342.
• Grzesiak M. T., Grzesiak S., Skoczowski A. 2006. Changes of leaf water potential and gas exchange during and after drought in triticale and maize genotypes differing in drought tolerance. Photosynthetica 44: 561 - 568.
• Hillel D., van Bavel C. H. M. 1976. Simulation of profile water storage as related to soil hydraulic properties. Soil Sci. Soc. America J. 40: 807 - 815.
• Iijima M., Kono Y. 1991. Interspecific differences of the root system structures of four cereal species as affected by soil compaction. Japan J. Crop Sci. 60: 130 - 138.
• Iijima M., Kono Y., Yamauchi A., Pardales jr J. R. 1994. Effects of soil compaction on the development of rice and maize root system. Environm. Experim. Bot. 30: 333 - 342.
• Kono Y., Igeta M., Yamada N. 1972. Studies on the developmental physiology of the lateral roots in the rice seminal roots. Proc. Crop Sci. Japan 41: 192 - 204.
• Kono Y., Yamauchi A., Nonoyama T., Tatsumi T., Kawamura N. 1987. A revised system of root-soil interaction for laboratory work. Environm. Control Biol. 25: 141 - 151.
• Kvet J., Ondok J. P., Necas J., Jarvis P. G. 1971. Methods of growth analysis, in: Plant photosynthetic production. Manual methods. Sestak Z., Catsky J., Jarvis P. J. (Eds). Dr. W. Junk N. V. Publishers. The Hague: 343 - 391.
• Lipiec J., Ishioka T., Szustak A., Pietrusiewicz J., Stępniewski W. 1996. Effects of soil compaction and transient oxygen deficiency on growth, water use and stomatal resistance in maize. Acta Agric. Scand. Sect. Soil Plant Sci. 46: 186 - 191.
• Masle J., Passioura J. B. 1987. The effect of soil strength on the growth of young wheat plants. Aust. J. Plant Physiol. 14: 643 - 656.
• Masle J. 2002. High soil strength: mechanical forces al play on root morphogenesis and in root: shoot signaling, in: Plant Roots the Hidden Half. Waisel Y., Eshel A., Kafkafi U. (Eds). Marcel Dekker Inc, New York, Basel: 807 - 819.
• O'Toole J. C., DeDatta S. K. 1983. Genotypic variation in epicuticular wax of rice. Crop Sci. 23: 392 - 394.
• Oussible M., Allmaras R. R., Wych R. D., Crookston R. K. 1993. Subsurface compaction effects on tillering and nitrogen accumulation in wheat. Agron. J. 85: 619 - 625.
• Sullivan Ch.Y., Eastin J. D. 1974. Plant physiological responses to water stress. Agr. Meteorol. 14: 113 - 127.
• Tardieu F. 1991. Spatial arrangement of maize roots in the field, in: Plant roots and their environment. McMichael B. L., Person H. (Eds), Elsevier Amsterdam: 506 - 514.
• Thangraj M., O'Toole J. C., DeDatta S. K. 1990. Root response to water stress in rainfed lowland rice. Exp. Agric. 28: 287 - 296.
• Tu J. C., Tan C. S. 1991. Effect on soil compaction on growth, yield and root rots of white beans in clay loam and sand loam soil. Soil Biol. Biochem. 23: 233 - 238.
• Yamauchi A., Kono Y., Tatsumi J. 1987. Comparison of root system structure of 13 species of cereals. Japan J. Crop Sci. 56: 618 - 631.
• Yamauchi A. 1993. Significance of root system structure in relation to stress tolerance in cereal crop. Low-Input Sustainable Crop Production System in Asia. Korean Soci. Crop Sci.: 347 - 360.
• Yu L. X., Ray J. D., O'Toole J. C., Nguyen H. T. 1995. Use of wax-petrolum layer for screening rice root penetration. Crop Sci. 35: 684 - 687.