Porównanie skuteczności pro- środowiskowych metod wzmacniania odporności wybranych gatunków roślin uprawnych na stres wodny

Obserwacje i pomiary elementów klimatu prowadzone w różnych regionach świata potwierdzają, że zmiany klimatyczne w skali globalnej przybierają coraz szybszego tempa. W ostatnim stuleciu średnia temperatura powietrza przy powierzchni ziemi wzrosła o 0,74°C i ciągle notuje się jej szybki wzrost. Globalny trend zmian temperatury sprzyja powiększaniu się obszarów objętych suszą lub pustynnieniem powodując stres w czasie wegetacji roślin. Na zmianę produktywności upraw ma również wpływ wzrost koncentracji CO2 w dolnej warstwie atmosfery. Wzrost koncentracji gazów cieplarnianych skutkuje dodatkowo zanieczyszczeniem powietrza będącym zagrożeniem dla ludzi i zwierząt. W Polsce, jak i na całym świecie prowadzone są badania mające na celu opracowanie metod wzmacniania odporności roślin na stres suszy. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi w porozumieniu z Komisją Europejską proponują wiele rozwiązań w tym temacie. Do metod promowanych jako najbardziej pro-środowiskowe należą uprawy roślin okrywowych, w tym roślin z rodziny bobowatych jako przedplonów lub międzyplonów w celu polepszenia właściwości fizycznych i biologicznych gleby oraz zapobiegania jej parowania. Wskazuje się również na konieczność dbania o bioróżnorodność zarówno w kontekście prawidłowego płodozmianu, jak i dbania o bioróżnorodność fauny glebowej - naturalnie występujących szczepów bakterii glebowych oraz grzybów symbiotycznych. Bakterie żyjące w glebie wpływają na przyspieszenie procesów mineralizacji i humifikacji, poprawiając tym samym dostępność substancji pokarmowych dla roślin oraz udostępniają roślinom łatwo przyswajalny azot. Grzyby symbiotyczne poza udostepnieniem substancji pokarmowych, produkują wiele substancji biologicznie czynnych oraz wpływają na zwiększenie powierzchni systemu korzeniowego, co ma istotny wpływ na tolerancję roślin na czasowy niedobór wody. Grzyby z rodzaju Trichoderma pełnią również rolę biologicznej kontroli szkodników, zmniejszając tym samym pulę zagrażających roślinom stresów biotycznych. Ważnym aspektem w procesie zwiększania bioróżnorodności organizmów glebowych oraz poziomu próchnicy w glebie jest również nawożenie organiczne. Celowe działania na rzecz poprawienia jakości gleby w szerokim rozumieniu mają wpłynąć na wzrost produktywności roślin i poprawienie ich adaptacji do warunków niedoboru wody. Kolejnym ważnym środowiskowo i plonotwórczo aspektem ściśle powiązanym z tymi działaniami jest konieczność zwiększenia sekwestracji węgla. Produkowany przez przemysł i transport CO2 powinien zostać w jak największym stopniu pochłonięty przez rośliny na drodze fotosyntezy. Efektywna fotosynteza, a co za tym idzie intensywna asymilacja CO2 jest możliwa jedynie u roślin zdrowych, pozbawionych stresów środowiskowych w tym stresu suszy, rosnących na dobrych stanowiskach o optymalnej dostępności niezbędnych makro i mikroelementów. Ocena efektywności fotosyntezy, asymilacji CO2, oddychania glebowego oraz potencjału plonowania jest możliwa jedynie w kontrolowanych warunkach, gdzie jesteśmy w stanie wyeliminować pozostałe zmienne środowiskowe. W ramach projektu planuje się wykonanie badań w pokoju hodowlanym – fitotronie – dającym możliwość kontrolowania warunków klimatycznych takich jak: temperatura, fotoperiod, intensywność światła, wilgotność i skład podłoża, przy jednoczesnym monitorowaniu i zapisie ustawionych parametrów. Badania zostaną przeprowadzone na dwóch najważniejszych gatunkach roślin uprawnych w Polsce, tj. pszenica i kukurydza, będących przedstawicielami roślin z grup fotosyntezy C3 i C4. Planowana jest ocena aktywności fotosyntetycznej roślin w tym poziomu asymilacji CO2 i wymiany CO2 między glebą a atmosferą, jak również ogólnego stanu zdrowotności roślin w warunkach o optymalnej dostępności wody jak i w warunkach stresu suszy na różnych podłożach, w tym: • bogatych w naturalnie występujące grzyby symbiotyczne z rodzaju Trichoderma • bogatych w naturalnie występujące bakterie z rodzaju Bacillus • rosnących po przedplonie roślin z rodziny bobowatych • rosnących na glebie nawożonej organicznie oraz mineralnie Stan fizjologiczny roślin zostanie oceniony na podstawie następujących pomiarów: • fluorescencja chlorofilu a, wykorzystywana do określenia sprawności aparatu fotosyntetycznego, szczególnie fotosystemu II (Fluorometer OS5p, OPTISCIENCES.INC., Hudson, USA) • aktywność fotosyntetyczna oceniona na podstawie wymiany gazowej CO2 i O2, stężenia międzykomórkowego CO2 i przewodnictwa szparkowego (LCpro-SD, ADC BioScientific Ltd., UK) • poziom oddychania glebowego oceniony na podstawie wymiany gazowej CO2 i O2 między glebą a atmosferą (LCpro-SD, ADC BioScientific Ltd., UK)