Kondycjonowanie jako strategia zwiększająca tolerancję

Szymon Kubala
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Biologii
Zakład Fizjologii Roślin
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Kondycjonowanie jako strategia zwiększająca tolerancję
kiełkujących nasion rzepaku na zasolenie
Zasolenie gleb może oddziaływać niekorzystnie na kiełkowanie nasion i rozwój
siewek rzepaku, a więc na te fazy w rozwoju ontogenetycznym rośliny, które mają istotne
znaczenie w wykształceniu prawidłowych roślin. Kondycjonowanie jest jedną z metod
stosowanych w celu poprawy zdolności nasion do kiełkowania. Kondycjonowanie polega na
uwodnieniu
nasion
w
ściśle
określonych,
kontrolowanych
warunkach
w
stopniu
pozwalającym na zwiększenie ich aktywności metabolicznej, ale nie wystarczającym do
przebicia okrywy nasiennej i następnie wysuszeniu do pierwotnego poziomu zawartości
wody w nasionach. Podczas kondycjonowania mogą być uruchomione i/lub zakończone
ważne procesy metaboliczne, w tym procesy naprawcze. Konsekwencją tych zmian
metabolicznych jest zachowanie tolerancji na desykację i stymulacja kiełkowania nasion.
Wobec szczątkowych danych literaturowych na temat kondycjonowania nasion uzasadnione
jest podjęcie w niniejszej pracy doktorskiej badań mających na celu wytypowanie
optymalnej metody kondycjonowania nasion rzepaku oraz zbadanie mechanizmu i roli
kondycjonowania w nabywaniu przez kiełkujące nasiona odporności na stres
zasolenia. Hipotezą pracy doktorskiej jest założenie, że kondycjonowanie nasion rzepaku
zwiększa ich tolerancję na stres zasolenia i suszę fizjologiczną podczas kiełkowania
nasion. W w/w pracy doktorskiej zakłada się, iż kondycjonowanie:
Zwiększa szybkość kiełkowania nasion i wigor siewek rzepaku
Zwiększa równomierność kiełkowania nasion rzepaku (bardzo ważne w uprawie
rzepaku)
Zwiększa tolerancji kiełkujących nasion rzepaku na stres zasolenia
Zwiększa plonowanie rzepaku
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Wywołuje zmiany na poziomie molekularnym i fizjologicznym, których
następstwem są w/w efekty.
W celu weryfikacji w/w hipotez zostały zrealizowane badania, które pozwoliły
wytypować optymalną i skuteczną metodę kondycjonowania nasion rzepaku, której skutkiem
jest przyspieszenie kiełkowania nasion rzepaku oraz zwiększenie tolerancji kiełkujących
nasion rzepaku na stres zasolenia. Ponadto zostały przeprowadzone lub są realizowane
badania mające na celu identyfikację parametrów molekularnych i fizjologicznych
odpowiedzialnych za polepszenie zdolności nasion do kiełkowania w warunkach stresu
zasolenia.
Rzepak (Brassica napus var. oleiferae) należy do najważniejszych roślin uprawianych
dla celów spożywczych jak i przemysłowych w województwie wielkopolskim, w Polsce oraz w
Unii Europejskiej. W Unii Europejskiej roczne zbiory rzepaku kształtują się na poziomie ok.
17-20 mln ton. W Polsce zbiory rzepaku wynoszą ok. 2 mln ton na rok, co stanowi 10-12%
zbiorów w Unii Europejskiej, i plasuje Polskę na trzecim miejscu w UE. W województwie
wielkopolskim zbierane jest ok. 189 tys. ton rocznie co stanowi ok. 10% produkcji rzepaku w
naszym kraju, plasując region w czołówce kraju pod względem produkcji rzepaku. Produkcja
rzepaku w Wielkopolsce stanowi ok. 1% produkcji rzepaku w UE. Powyższe dane
statystyczne pokazują, że Wielkopolska jest czołowym producentem rzepaku w Polsce, a
Polska czołowym producentem w Unii Europejskiej. Dużym problemem ostatnich lat są
susze oraz wzrastające wskutek suszy zasolenie gleb i zmniejszenie dostępności wody dla
roślin w okresie w którym rzepak jest wysiewany (przełom sierpnia i września). Dane
statystyczne donoszą iż w Wielkopolsce w 2010 roku nie wykonano ok. 50% planowanych
zasiewów. Wielkopolska ze średnią opadów ok. 400-450 mm/rok zaliczana jest do obszarów
szczególnie narażonych na suszę. Z danych opublikowanych przez Instytut Upraw i
Nawożenia Gleb w Puławach wynika, że w ciągu 140 lat obserwacji meteorologicznych nie
zanotowano tak niskich opadów jesienią. Opady we wrześniu 2011 wynosiły zaledwie 10%
normy, w październiku 50%. normy, a w listopadzie 1% normy. W sumie w ciągu tych trzech
miesięcy opady wynosiły 22%. normy. Poprzednio, podobnie niskie opady (31 mm)
zanotowano w 1959 roku. Szacuje się, iż tegoroczna jesienna susza może obniżyć
plonowanie rzepaku o ok.10% w stosunku do roku 2011. Korzyści płynące z wdrożenia
wyników w/w pracy doktorskiej to:
Skrócenie czasu kiełkowania nasion
Wyrównanie kiełkowania nasion rzepaku
Poznanie mechanizmów zwiększających tolerancję kiełkujących nasion rzepaku
na stres suszy i stres zasolenia
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Równomierne dojrzewanie rzepaku
Podwyższenie plonowania
Dla województwa wielkopolskiego może to stworzyć warunki dla rozwoju firm
zajmujących się produkcją nasion i utworzenia nowych miejsc pracy dla ludzi posiadających
kwalifikacje w zakresie biologii eksperymentalnej, molekularnej. Stwarza to również
możliwość zaistnienia naszego regionu w Unii Europejskiej jako pioniera w rozwoju
nowoczesnych metod produkcyjnych w zakresie przemysłu rolniczego, biotechnologicznego.
Ponadto wyniki w/w pracy doktorskiej poszerzają pole działania na przyszłość. Dzięki
analizie składu białkowego i poziomu ekspresji genów nasion kondycjonowanych i
poddanych stresowi zasolenia, możliwe będzie wytypowanie markera molekularnego, który
będzie wskaźnikiem molekularnym nasion o zwiększonej sile kiełkowania lub zwiększonej
tolerancji na stres zasolenia, stres suszy fizjologicznej. Wdrożenie wyników niniejszej pracy
doktorskiej może spowodować zwiększenie produkcji rzepaku w naszym regionie. Skutkiem
tego może być sytuacja, w której Wielkopolska stanie się potentatem produkcji rzepaku nie
tylko w Polsce, ale także w UE. Realizacja i wdrożenie wyników w/w pracy doktorskiej
umożliwi rozwój nauki sprzężony z rozwojem przemysłu rolniczego
Fotografia 1. Nasiona rzepaku niekondycjonowane (UP) oraz kondycjonowane (P) w 12h
kiełkowania (autor: Szymon Kubala)
Fotografia 2. Nasiona rzepaku niekondycjonowane (UP) oraz kondycjonowane (P) w 24h
kiełkowania (autor: Szymon Kubala)
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego