A, C - Asahi SL

Biologiczne podstawy działania
biostymulatora Asahi SL
Helena GAWROŃSKA, Arkadiusz PRZYBYSZ, Adam SŁOWIŃSKI
Samodzielny Zakład Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa
Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu
e-mail:
Szkoła Główna
Gospodarstwa Wiejskiego
[email protected]
BIOSTYMULATORY W
NOWOCZESNEJ UPRAWIE ROŚLIN
Warszawa 7-8.02.2008
SAMODZIELNY ZAKŁAD
PRZYRODNICZYCH PODSTAW
OGRODNICTWA
Asahi SL – biostymulator roślinny:
• stymuluje wzrost i rozwój roślin
• zwiększa plonowanie
• poprawia jakość plonów
Stosowanie Asahi SL zaleca się szczególnie w
przypadku:
• uszkodzeń roślin w wyniku stosowania środków
ochrony roślin,
• stresowych czynników środowiska: susza, przymrozki
• po przesadzaniu
OH
NO2
Substancje czynne:
• sodium orto-nitrophenolan ONP (0,2%)
• sodium para-nitrophenolan PNP (0,3%)
• sodium 5-nitroguajakolan 5NG (0,1%)
HO
OH 3
HO
O2N
O2N
Badania prowadzone w Samodzielnym Zakładzie
Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa
Działanie Asahi SL badamy w warunkach:
™ polowych
™ kontrolowanych (kamery wzrostowe i szklarnie):
•
•
optymalnych
stresowych: susza i zasolenie w podłożu, stres metali ciężkich
Poziomy organizacji biologicznej:
™ łan
™ roślina
™ procesy fizjologiczno-biochemiczne
™ poziom molekularny (zmiany w profilu ekspresji genów)
Badania w warunkach polowych:
łan, roślina i wybrane procesy fizjologiczne
• Materiał: Rzepak ozimy (Brassica napus L. var. oleifera)
‘Lisek’
• Lokalizacja: Pole doświadczalne SGGW, Chylice, sezon
wegetacyjny 2006/07, klasa IIIb/IVa
• Zabiegi agrotechniczne stosowano zgodnie z zaleceniami
dla tego gatunku
• Traktowanie: Asahi SL oprysk 0,2% v/v, 300 L ha-1
- 1X (29.03.2007) lub
- 2X (29.03. oraz 23.04.2007)
DATA
Badane procesy/parametry i stosowane metody:
• wysokość roślin,
• liczba: liści, pędów kwiatostanowych, łuszczyn, nasion w
łuszczynie,
• akumulacja świeżej i suchej masy w organach części
nadziemnej rośliny,
• plon rolniczy
(obserwacje morfologiczne, zliczenia, pomiary biometryczne i wagowe)
Sprawność aparatu fotosyntetycznego:
• intensywność fotosyntezy i transpiracji, opory
dyfuzyjne (IRGA, LICOR 6200, Lincoln, Nebraska, USA)
• zawartość chlorofilu (Chlorophyll Content Meter CL- 01,Hansatech)
• fluorescencja chlorofilu a (Handy PEA, Hansatech, UK)
Wpływ Asahi SL na wysokość roślin (A), liczbę liści (B), łuszczyn
(C) i nasion w łuszczynie (D) u rzepaku ozimego ‘Lisek’. Dane
przedstawiają średnie z 4 powtórzeń (5 roślin w każdym) ±SE, n= 20.
30
A
/liście roślina-1/
/cm roślina -1/
..........
120
90
60
30
0
20
10
0
120
Asahi SL 2x
C
90
60
30
0
Kontrola
Asahi SL 1x
18
Asahi SL 2x
D
15
12
..........
Asahi SL 1x
/nasiona łuszczyna-1/
Kontrola
/łuszczyny roślina-1 /
..........
B
..........
150
9
6
3
0
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Asahi SL stymuluje wzrost elongacyjny roślin oraz
rozwój generatywny
Świeża (A, C) i sucha masa (B, D) części nadziemnych oraz łuszczyn
z nasionami u roślin rzepaku ozimego ‘Lisek’ po zastosowaniu Asahi
SL . Dane przedstawiają średnie z 4 powtórzeń ( 5 roślin w każdym) ±SE, n= 20.
60
A
/g r o ślin a -1 /
..........
10
30
5
15
0
0
Kontrola
Asahi SL 1x
25
Kontrola
Asahi SL 2x
B
20
Asahi SL 1x
8
/g roślina-1 /
..........
15
Asahi SL 2x
D
6
..........
/g roślina-1/
C
/g ro ślin a-1 /
..........
45
15
4
10
2
5
0
0
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL zwiększa akumulację biomasy
Asahi SL 2x
Wymiana gazowa i zawartość chlorofilu w liściach roślin rzepaku
ozimego ‘Lisek’ po zastosowaniu Asahi SL. Dane przedstawiają
średnie z 4 powtórzeń (5 roślin w powtórzeniu, 3 pomiary) ±SE, n= 60.
15
-1
..........
0
6
Asahi SL 1x
transpiracja
4
2
0
Kontrola
Asahi SL 1x
Kontrola
Asahi SL 2x
Wartości względne………..
Kontrola
..........
2
1
5
0
µmol H2O m-2 s-1
opory dyfuzyjne
s cm
..........
-1
10
-2
µmol CO2 m s
3
fotosynteza
Asahi SL 2x
60
45
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
chlorofil
30
15
0
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Wymiana gazowa i zawartość chlorofilu zwiększały się po
zastosowaniu Asahi SL
więcej poster # 7
Plon nasion rzepaku ozimego ‘Lisek’ po zastosowaniu
Asahi SL z rośliny (A) oraz z poletka (B). Dane
przedstawiają średnie z 4 powtórzeń ( 5 roślin w
powtórzeniu lub 18 m2) ±SE.
9
B
A
3
/ k g p o le t k o - 1 /
..........
/ g r o ś lin a -1 /
4
6
2
3
1
0
0
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Kontrola
Asahi SL 1x
Asahi SL 2x
Asahi SL zwiększał plon nasion rzepaku
Podsumowanie:
Biostymulator Asahi SL stosowany w uprawie rzepaku w warunkach polowych :
9 stymulował wzrost i rozwój roślin rzepaku ozimego, zwłaszcza generatywny, ale zmniejszał liczbę liści,
9 zwiększał akumulację świeżej i suchej masy, 9 zwiększał intensywność fotosyntezy i zawartości chlorofilu,
9 skutkował zwiększeniem plonu nasion
9 jednokrotny oprysk Asahi SL z reguły miał
bardziej pozytywny wpływ.
Badania w szklarni i kamerach wzrostowych z kontrolą
temperatury, wilgotności powietrza i oświetlenia
Materiał:
™3 ozdobne odmiany szarłatów Amaranthus sp.
rosnące w hydroponice lub w podłożu stałym
™ Arabidopsis thaliana L. Col.4
•
•
•
•
fotoperiod 8/16 godzin dzień/noc
PAR 250 -280 μM m-2 s-1
temperatura 20/18 OC d/n
RH ~ 75 %
Warunki optymalne: Poster # 8
Ochronna rola Asahi SL w warunkach
stresu:
¾ zasolenia (Amaranthus sp. postery # 9 i # 10) ¾ metali ciężkich (Cd)
¾ stres suszy w podłożu:
optimum uwodnienia: 70 % MPW podłoża (S1)
poziomy suszy: 60, 50, 40, 30, 20 % MPW (S2, S3,
S4, S5, S6 odpowiednio).
Asahi SL stosowano w formie oprysku, w stężeniach:
0.02, 0.1, 0.2, 1.0 % v/v, po osiągnięciu przez rośliny
odpowiedniego stopnia uwodnienia podłoża
Pomiary wykonywano w 1, 2, 3 i 4 tygodnie po
zastosowaniu Asahi SL
L-ba powtórzeń zależnie od doświadczenia i
parametru: 7 do 21
Badane procesy/parametry i stosowane metody
• Wzrost i rozwój roślin: wysokość roślin, długość
kwiatostanu i korzeni, liczbę liści, kwiatostanów, łuszczyn,
wytwarzanie świeżej i suchej masy, wielkość powierzchni
asymilacyjnej (obserwacje morfologiczne, zliczenia, pomiary
biometryczne oraz wagowe, Leaf area meter, Sky, UK)
• Sprawność aparatu fotosyntecznego: intensywność
fotosyntezy, opory dyfuzyjne (IRGA, LICOR 6200, Lincoln,
Nebraska USA), zawartość chlorofilu (Chlorophyll Content
Meter CL- 01,Hansatech, UK), fluorescencja chlorofilu a
(Hansatech, Handy PEA, UK),
• Gospodarka wodna: RWC (wagowo), intensywność
transpiracji (IRGA, LICOR 6200, Lincoln, Nebraska, USA),
• Integralność błon cytoplazmatycznych: wycieki
elektrolitów (elektrokonduktometrycznie),
• Profile ekspresji genów (Arabidopsis thaliana Genome Oligo
Set, Version 3.0 OPERON, 70 oligonukleotydowe mikromacierze, 29
950 oligos z 26 000 oligos dla indywidualnych transkryptów).
Wysokość (A), powierzchnia asymilacyjna (B), oraz świeża (C) i sucha
masa (D) roślin A. thaliana rosnących w warunkach ograniczonej
dostępności wody w podłożu. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7.
A
50
/cm 2 roslina-1 /
/cm roslina-1 /
40
200
30
20
10
160
B
120
80
40
0
0
70%
60%
50%
40%
30%
70%
20%
60%
% MPW
C
15
10
1,5
1
0,5
0
0
40%
% MPW
20%
30%
20%
D
2
5
50%
30%
2,5
/g roslina-1 /
/g roslina -1 /
20
60%
40%
% MPW
25
70%
50%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
% MPW
Wzrost roślin jest silnie hamowany przez stres suszy
Wysokość (A), powierzchnia (B), liczba pędów kwiatostanowych (C) i
łuszczyn (D) roślin A. thaliana rosnących w warunkach suszy w podłożu
i traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7.
240
A
40
B
200
/ c m 2 r o ś lin a -1 /
30
20
10
160
120
80
40
0
+A
%
%
20
30
%
%
20
+A
%
30
+A
%
40
% MPW
% MPW
50
150
40
/łyszczyny roślina -1 /
C
30
20
10
0
D
125
100
75
50
25
+
A
%
%
20
20
%
+
A
%
30
30
%
+
A
%
40
40
A
+
%
50
%
50
%
+
A
%
60
60
70
%
+
A
%
70
+
A
%
%
20
A
+
%
20
%
30
A
+
%
% MPW
30
%
40
40
%
+
A
%
50
50
A
+
%
60
%
60
70
%
+
A
%
0
70
/pęd kwiatostanowy roślina-1 /……
40
+A
%
%
50
60
70
%
%
50
%
+A
70
60
%
+A
%
%
20
20
+A
%
30
%
30
+A
%
40
%
40
+A
%
%
50
50
70
60
%
+A
%
60
+A
%
70
%
0
+A
/cm r o ś lin a-1 /
50
% MPW
Asahi SL działa ochronnie stymulując wzrost i rozwój roślin,
zwłaszcza generatywny
Świeża (A, C) i sucha (B, D) masa części nadziemnej i łuszczyn z
nasionami roślin A. thaliana eksponowanych do suszy w podłożu i
traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7.
4
30
A
/ g r o ś lin a -1 /
… … ...
/ g ro ś lin a -1 /
… … ..
20
10
B
3
2
1
A
%
%
+
A
+
20
%
20
30
40
%
A
%
+
30
%
A
+
%
50
60
70
% MPW
% MPW
1,5
10
C
7,5
D
/ g ro ślin a -1 /
……….
5
2,5
0
1
0,5
% MPW
+
A
%
%
20
20
+
A
%
%
30
30
%
+
A
%
40
40
+
A
%
%
50
50
+
A
%
60
%
60
%
+
A
%
70
+
A
%
20
%
20
+
A
%
30
%
30
%
+
A
%
40
40
50
%
+
A
%
50
A
+
%
60
%
60
A
+
%
70
70
%
0
70
/g roślina -1 /
… … … ...
40
%
A
50
%
+
A
+
60
%
%
+
70
A
%
20
30
40
%
%
A
+
20
%
A
+
30
%
%
+
40
A
%
%
50
60
%
%
+
50
A
%
A
+
60
%
70
70
%
0
0
% MPW
Wytwarzanie biomasy przez rośliny rosnące w stresie
suszy zwiększało się po zastosowaniu Asahi SL
Wymiana gazowa oraz stopień uwodnienia liści roślin A. thaliana
eksponowanych do suszy w podłożu i traktowanych Asahi SL. Dane
przedstawiają średnie ±SE, n=21 (wymiana gazowa) lub 7 (RWC).
8
fotosynteza
opory dyfuzyjne
6
A
%
+
20
%
+
%
30
100
transpiracja
RWC
75
% MPW
A
+
%
20
%
20
A
+
%
30
%
30
A
%
+
%
40
40
A
+
%
50
%
50
A
%
+
%
60
60
%
+
%
70
A
+
%
20
%
20
A
+
%
30
%
30
+
%
%
40
40
+
%
%
50
50
+
%
%
60
60
+
%
70
70
A
0
A
0
A
25
A
2
A
50
70
/RWC/
4
%
/µmol H 2O m
-2
6
20
A
%
30
A
+
%
40
% MPW
8
-1
%
A
+
%
50
60
% MPW
s /
40
%
50
%
+
+
%
70
%
%
70
+A
%
20
30
%
%
20
+A
30
+A
40
50
60
%
%
40
+A
50
+A
%
60
+A
%
70
70
%
0
%
0
%
2
%
3
A
4
A
6
60
/s cm -1/
9
%
/ µ m o l C O 2 m -2 s-1 /
12
% MPW
Asahi SL zwiększało wymianę gazową i w zasadzie przeciwdziałało
obniżaniu się RWC w warunkach suszy pomimo znacznie
podwyższonej transpiracji
Zawartość chlorofilu oraz wybrane współczynniki fluorescencji
chlorofilu a u roślin A. thaliana eksponowanych do suszy w podłożu
i traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=14.
40
chlorofil
12
indeks witalności
30
/P.I./
8
4
20
10
0
%
+
A
%
30
20
20
+
A
%
%
A
+
%
40
30
%
+
%
50
% MPW
5,5
40
A
%
50
A
+
%
60
70
60
+
70
A
%
+
%
20
30
%
A
%
A
+
%
20
%
A
+
%
40
50
30
%
A
%
+
40
%
A
+
%
60
70
50
%
60
%
+
70
%
A
0
%
/wartości względne/
16
% MPW
0,84
Fv/Fo
Fv/Fm
0,83
/F v/F m /
/Fv/Fo/
5
4,5
0,82
0,81
A
+
%
20
%
20
+
A
%
30
+
%
%
30
A
%
40
40
50
%
+
A
%
50
A
+
60
%
60
70
%
+
A
%
70
A
+
%
20
%
20
A
+
%
30
%
30
%
+
A
%
40
40
A
+
%
50
%
50
A
+
%
60
%
60
70
%
+
A
%
70
% MPW
%
0,8
4
% MPW
Rośliny stresowane i traktowane Asahi SL często miały wyższą
zawartość chlorofilu oraz większą sprawność aparatu fotosyntetycznego
Wysokość (A), liczba łuszczyn (B), oraz świeża (C) i sucha masa
(D) roślin A. thaliana rosnących w obecności kadmu w podłożu
oraz traktowanych Asahi SL. Dane przedstawiają średnie ±SE, n=7.
80
/ c m r o ślin a-1 /
40
A
30
20
40
20
10
0
0
0
16
C
0+A
25μM
25μM + A
50μM
50μM + A
0
1,5
korzenie
część nadziemna
/ g ro ślin a -1 /
12
/g roślina -1 /
B
60
/cm roślina-1/
50
8
0+A
25μM
D
25μM + A
korzeń
50μM
50μM + A
część nadziemna
1
0,5
4
0
0
0
0+A
25μM
25μM + A
50μM
50μM + A
0
0+A
25μM
25μM + A
50μM
50μM + A
Asahi SL u roślin rosnących w stresie generowanym przez kadm stymulował
wzrost elongacyjny, wytwarzanie łuszczyn oraz akumulację biomasy
Poziom O2°-oraz aktywność wybranych enzymów
antyoksydacyjnych u roślin szarłatów rosnących w stresie
zasolenia i traktowanych Asahi SL.
300
O2°-
250
200
% kontroli
APX
250
150
6 dni
100
12 dni
% k o n t r o li
300
200
6 dni
150
12 dni
100
50
50
0
g NaCl
0
3
4
6
3
A. paniculatus 'Copper Moutain'
4
6
A. paniculatus 'Monarch'
3
4
6
3
A. caudatus 'Pony Tails'
120
4
6
3
A. paniculatus 'Copper Moutain'
CAT
140
g NaCl
dm-3
4
A. paniculatus 'Monarch'
300
6 dni
60
12 dni
% k o n tro li
% kontroli
80
3
4
6
dm-3
A. caudatus 'Pony Tails'
GR
250
100
6
200
6 dni
150
100
12 dni
40
50
20
g NaCl
0
3
4
6
A. paniculatus 'Copper Moutain'
3
4
6
A. paniculatus 'Monarch'
3
4
6
A. caudatus 'Pony Tails'
dm-3
0
3
4
6
A. paniculatus 'Copper Moutain'
3
4
6
A. paniculatus 'Monarch'
3
4
6
g NaCl
dm-3
A. caudatus 'Pony Tails'
W odpowiedzi na Asahi SL poziom O2°- zwiększał się w mniejszym
stopniu niż
ni aktywność enzymów więcej postery # 9 i 10
Podsumowanie:
Asahi SL cechowało się ochronnym działaniem na rośliny eksponowane
do stresów suszy, zasolenia i kadmu, co zazwyczaj manifestowało
się:
9 Lepszym wzrostem roślin, większą powierzchnią asymilacyjną,,
stymulacją rozwoju generatywnego, oraz zwiększeniem akumulacji
biomasy w organach nadziemnych, zwłaszcza generatywnych,
9 Poprawą sprawności aparatu fotosyntetycznego (większe
intensywność fotosyntezy i zawartość chlorofilu, poprawa Fv/Fm,
Fv/Fo i PI),
9 Ograniczaniem dehydratacji tkanki w stresie suszy (nieznacznie
obniżone lub nawet wyższe RWC przy bardzo zwiększonej
transpiracji co sugeruje stymulacje pobierania wody przez
korzenie),
9 Większe zmiany w aktywności enzymów antyoksydacyjnych aniżeli
anionorodnika ponadtlenkowego
BADANIA WYKAZAŁY ZARÓWNO STYMULACYJNY JAK I
OCHRONNY PRZED STRESAMI WPŁYW ASAHI SL
Profile ekspresji genów
Arabidopsis thaliana Genome Oligo Set, Version 3.0
OPERON, 70 oligonukleotydowe mikromacierze, 29 950
oligos z 26 000 oligos dla indywidualnych transkryptów =
cały genom Arabidopsis thaliana - rośliny modelowej w
badaniach podstawowych
• Zmiany w profilu ekspresji genów u Arabodipsis.
thaliana wywołane stosowaniem Asahi SL w
warunkach optymalnych (- Asahi SL vs. + Asahi SL)
Izolacja tRNA,znakowanie i hybrydyzacja
RNA izolacja
tRNA 7μg
RNA rośliny
kontrolnej
Cy3
A
B
Cy5
Łączenie
RNA prób
RNA rośliny
traktowanej
Odwrotna transkrypcja
tRNA do cDNA
Znakowanie
Cy3, Cy5
Hybrydyzacja
HybrArray 12
PerkinElmer Precisely
ScanArray Express HT Perkin
Elmer Precisely
Komputer software GeneSpring
Ekspresja genów roślin A. thaliana
rosnących w warunkach optymalnych i
traktowanych Asahi SL
Skanowanie, standaryzacja, normalizacja, analiza
statystyczna poszukiwanie w bazach danych
funkcji genów NCBI, TIGR, TAIR, MIPS, KEGG
Walidacja poziomu ekspresji: Real Time PCR
Liczba genów o
podwyższonej w
stosunku do kontroli
ekspresji >2
754
Liczba genów o
obniżonej w stosunku
do kontroli ekspresji
<0,5
52
Profile ekspresji genów
Zmiany w profilu ekspresji genów u A. thaliana
wywołane:
™
™
™
Asahi SL w warunkach optymalnych (- Asahi vs. + Asahi)
suszą w podłożu (optymalne vs. susza)
suszą i stosowaniem Asahi SL (susza – Asahi vs. susza +
Asahi)
Zmiany w profilu ekspresji genów u rzepaku
ozimego wywołane:
™
stosowaniem Asahi SL (międzygatunkowa
hybrydyzacja RNA rzepaku na macierzy
Arabidopsis)
Wśród mechanizmów biologicznych podstaw działania
Asahi SL stwierdzonych w niniejszych badaniach
wymienić należy:
• Stymulację wzrostu elongacyjnego i rozwoju
organów generatywnych
• Zwiększenie wydajności aparatu
fotosyntetycznego i produktywności fotosyntezy
• Zmniejszanie negatywnych skutków stresu suszy
i zasolenia poprzez między innymi (i) kontrolę
stopnia uwodnienia tkanek – prawdopodobna jest
stymulacja pobierania wody przez korzenie, (ii)
zmniejszenie stresu oksydacyjnego, (iii)
ograniczenia uszkodzeń błon plazmatycznych
• Zmianę klucza dystrybucji biomasy na rzecz
organów generatywnych
• Zmiany w profilu ekspresji genów
Dziękuję za uwagę