Powrót

Zadanie 2.6. „Fotosynteza liści, formowanie i aborcja organów generatywnych, rozwój korzeni oraz wiązanie azotu atmosferycznego jako procesy istotne dla poziomu i jakości plonu roślin strączkowych w warunkach stresowych".

Wykonawca: IGR PAN

Współpraca: Instytut Fizjologii Roślin Polskiej Akademii Nauk w Krakowie

Cel: Celem :prac będzie identyfikacja fizjologiczno-morfologicznych, biochemicznych i genetycznych czynników stanowiących o zależności jakości i poziomu plonu nasion strączkowych od przebiegu procesów fotosyntezy liści, formowania i aborcji organów generatywnych, rozwoju korzeni i wiązania N w zróżnicowanych warunkach środowiskowych (susza, niedobór N, P, chłód) oraz uzupełnienie badań o aspekt funkcjonalny głównych genów, które uczestniczą w podstawowych procesach; określenie poziomu ekspresji tych genów u genotypów (odmian) grochu skrajnie różniących się efektywnością fotosyntezy i wykorzystania azotu.

Harmonogram realizacji zadania z podziałem na etapy:

1) Etap I – 2016 r.:

• Analiza wariancji i kowariancji cech fotosyntetycznych, korzeniowych, aktywności Rhizobium oraz jakości i wysokości plonu u pastewnych i jadalnych odmian grochu w optymalnych warunkach środowiskowych, uzyskanie danych nt. sekwencji głównych genów uczestniczących w procesie fotosyntezy, projektowanie starterów i opracowanie warunków reakcji qPCR w optymalnych warunkach środowiska.
• Porównanie właściwości biochemicznych odpadających i nieodpadających kwiatów i strąków w celu bliższego określenia przyczyn ich aborcji, skolekcjonowanie i utrwalenie materiału roślinnego (organów generatywnych), pomiar zawartości auksyn, cytokinin i ABA, wyznaczenie parametrów oceny składu hormonalnego (ABA/IAA i IAA/IBA) w materiale, pomiar jakościowy i ilościowy głównych poliamin oraz rozpuszczalnych cukrów w materiale.
• Założenie pięcioletniego doświadczenia polowego, analiza zakresu spektrum zmienności genetycznej w obrębie krajowych zasobów kolekcyjnych, linii wyjściowych i nowych odmian łubinu wąskolistnego w zakresie reakcji na wczesne terminy siewu i z tym związany stres chłodu, próba identyfikacji przydatnych dla hodowli form łubinu, lepiej znoszących kiełkowanie i wschody w chłodnej i wilgotnej glebie oraz tolerujących przymrozki powschodowe.

2) Etap II – 2017 .:

• Analiza wariancji i kowariancji cech fotosyntetycznych, korzeniO\vych, aktywności Rhizobium oraz jakości i wysokości plonu u pastewnych i jadalnych odmian grochu w optymalnych warunkach środowiskowych, uzyskanie danych nt. sekwencji głównych genów uczestniczących w procesie fotosyntezy, projektowanie starterów i opracowanie warunków reakcji qPCR w optymalnych warunkach środowiska, analiza ekspresji wybranych genów w optymalnych warunkach środowiska.
• Kontynuacja pięcioletniego doświadczenia polowego, analiza zakresu spektrum zmienności genetycznej w obrębie krajowych zasobów kolekcyjnych, linii wyjściowych i nowych odmian łubinu wąskolistnego w zakresie reakcji na wczesne terminy siewu i z tym związany stres chłodu, próba identyfikacji przydatnych dla hodowli form łubinu, lepiej znoszących kiełkowanie i wschody w chłodnej i wilgotnej glebie oraz tolerujących przymrozki powschodowe.
• Opracowanie nowych wskaźników mniejszej podatności kwitnących roślin na suszę glebową poprzez: identyfikację linii i materiałów o mniejszej podatności na suszę w fazie wypełniania i dojrzewania nasion przy pomocy pomiarów parametru fluorescencji chlorofilu "a" w liściach i stopnia dyskryminacji izotopu 13C w suchych nasionach oraz poprzez identyfikację linii i materiałów hodowlanych, u których azot w nasionach pochodzi w największym stopniu z biologicznego wiązania, przy pomocy pomiarów stosunku ¹⁴N/¹⁵N w suchych nasionach. Zbadanie czy nasiona, które dojrzewały w warunkach niedoboru wody lepiej znoszą suszę w następnym sezonie wegetacyjnym i mogą stanowić lepszy materiał siewny (współpraca).

2) Etap III – 2018 .:

• Jak w pkt 2 etapu II.
• Rozpoczęcie trzyletnich badań nad wpływem zróżnicowanego zaopatrzenia roślin w azot, fosfor i wodę na fenotypową i genotypową zmienność i współzależność cech systemu korzeniowego, efektywności procesu wiązania N₂, parametrów fotosyntetycznych i komponentów efektywności wykorzystania wody, N i P w czynnikowych doświadczeniach wazonowych nad grochem oraz ocena poziomu plonowania i tolerancji stresu, analiza ekspresji wybranych genów w warunkach stresu wodno mineralnego (w każdym roku stosowany inny stres).
• Rozpoczęcie dwuletnich doświadczeń polowych oceniających możliwości ograniczenia aborcji kwiatów oraz zwiększenia plonu nasion u badanych gatunków roślin strączkowych..

3) Etap IV – 2019 r.:

• Jak w pkt 1 etapu III.
• Kontynuacja jak w pkt 2 etapu III.
• Kontynuacja jak w pkt 3 etapu III.
• Kompleksowa analiza znaczenia zmienności genotypowej w przebiegu badanych procesów fizjologicznych i cech morfologicznych dla jakości i wysokości plonu nasion grochu oraz poziomu tolerancji stresu wodno-mineralnego, ocena przydatności kompleksu tych cech dla praktyki hodowlanej.

4) Etap V – 2020 r.:

• Zakończenie jak w pkt 1 etapu IV.
• Zakończenie jak w pkt 2 etapu IV.
• Zakończenie jak w pkt 3 etapu IV.
• Zbadanie wpływu warunków dojrzewania stopnia dojrzałości nasion na skład aminokwasowy białka i próba termicznego "utrwalenia" optymalnego składu nasion.

Sposób wykorzystania wyników realizacji zadania:

Rozwój systemu korzeniowego, aktywność Rhizobium i efektywność wiązania N2, efektywność pobierania oraz wykorzystania wody, N i P w formowaniu plonu, aktywność i sprawność fotosyntetyczna liści, mechanizmy dystrybucji asymilatów w roślinie oraz procesy starzenia się roślin i aborcji młodych organów generatywnych to procesy, których zmienność i współzależność może decydować o jakościowych i ilościowych cechach plonu nasion strączkowych, szczególnie w stresowych warunkach środowiska.
Są to procesy uwarunkowane genetycznie, zwykle podlegające silnej presji środowiska, a ich znaczenie dla formowania plonu nasion jest prawdopodobnie genotypowo specyficzne i w dużym stopniu zależne od efektów interakcji genotyp-środowisko. Wyniki planowanych badań powinny powyższe rozstrzygnąć i wyjaśnić na ile poziom i jakość plonu krajowych odmian jest zależny od genetycznego zróżnicowania w przebiegu w/w procesów.

Analiza funkcjonalna głównych genów kontrolujących niektóre z tych procesów będzie istotnym - zarówno ze względów poznawczych, jak i utylitarnych - uzupełnieniem dostępnej wiedzy.

Wyniki pownny ocenić możliwość zastosowania kompleksu cech w selekcji i dostarczyć szereg innych informacji o istotnym znaczeniu praktycznym. Opracowanie warunków zbioru nasion dla optymalizacji składu białka, identyfikacja fizjologicznych i biochemicznych czynników regulujących aborcję młodych organów generatywnych w warunkach stresu, rozpoznanie oraz opracowanie instrukcji wdrożeniowej stosowania najefektywniejszych substancji chemicznych ograniczających ten proces i stymulujących plenność roślin to wyniki, których pozyskanie może przyspieszyć prace nad polepszeniem wartości paszowej nasion, stabilizacją plonowania i zwiększeniem odporności roślin strączkowych na stres suszy w Polsce. Wyniki będą ogólnie dostępne dla instytucji naukowych i naukowo-dydaktycznych.