Fyziologie rostlin - cvičení
10. Kultivační experiment
Techniky kultivace rostlin
Kultivace rostlin za definovaných
podmínek prostředí je jedním ze
základních přístupů k získávání poznatků
o fyziologii rostlin.
Klíčové faktory kultivace rostlin:
 Klimatické podmínky (zejména nadzemní část)
 Kultivační médium (podzemní části)
Klimatické podmínky
teplota; relativní vzdušná vlhkost
(RH); ozářenost rostlin, spektrální
složení záření
průměrné hodnoty, maxima, minima
periodicita podmínek:
simulace přirozeného denního nebo
i sezónního rytmu (např. střídáním
ročních období)
Klimatické podmínky
Podle stupně regulace podmínek:
kultivace ve fytotronech
kultivace ve sklenících
venkovní kultivace
Kultivace ve fytotronech
Umělé uzavřené systémy umožňující
 regulaci teploty (tepelné výměníky, topení)
 Regulaci vlhkosti vzduchu(zvlhčovače, vysoušeče)
 Regulaci ozářenosti a spektrálního složení
 Nastavení časových změn všech klimatických faktorů
 fotoperioda (např.12/12 hodin světlo/tma)
 teplota den/noc (např. 22/18 (± 2) °C)
 Vlhkost den/noc (70/85 (± 10) %)
Výhody: zjednodušení klimatických podmínek umožňuje
lepší reprodukovatelnost výsledků
Omezení: plynulost přechodů změn faktorů, zejména
intenzity ozářenosti a spektrálního složení
http://pixfr.eu/image/b8e37b8c/
http://www.hellopro.fr/
Kultivace ve sklenících
Umožňuje významně ovlivňovat faktory
prostředí (teplota, vlhkost, závlaha,
záření, fotoperioda) ovšem v menší míře
než u fytotronů.
Výhody:
zdroj záření – slunce (přirozené spektrální
složení, vyšší intenzita než u fytotronů; možnost
doplňkového osvětlení)
větší plocha pro rozsáhlejší experimenty
Omezení:
Potíže se stabilizací teploty
http://www.everythingsimple.com/1963/buildingbuying-a-greenhouse/
http://www.ekobydleni.eu/biopotraviny/britanie-ma-nejvetsi-hydroponicky-sklenik
http://www.biology.duke.edu/plantfacility/phytotron/facilities/greenhouses.html
Venkovní kultivace
Omezené možnosti regulace pěstebních
podmínek, mezisezónní rozdíly.
Klimatické podmínky sledovány na základě
kontinuálního záznamu (klimatická ústředna)
Výhody:
 nejpřirozenější podmínky podobné těm, ve
kterých rostou v přírodě
 prakticky neomezená plocha
https://www.maes.umn.edu/
https://isps.yale.edu/field-experiments-initiative
https://www.scidev.net/asia-pacific/news/transferring-innovation-universities-farms/
Kultivační médium
Kultivační médium/pěstební médium/substrát
poskytuje rostlinám:
 prostor pro růst kořenů
 zásobu vody a živin
 umožňuje výskyt ( nejen symbiotických)
mikroorganismů
Hlavní typy kultivačních médií:
 vodní (hydroponické) kultury rostlin
 agarové kultury
 pískové kultury
 půdní kultury
Vodní kultury (hydroponie)
Živný roztok - médium pro růst kořenů a zdroj vody a
živin. Roztok anorganických solí prvků hlavních makro- a
mikroživin.
Výhody
 snadná definovatelnost a příprava živného média
 dostupnost, technická nenáročnost, cena
Nevýhody
 odlišnost vlastností půdního prostředí absence symbióz
(mykorrhiza; fixace N2)
Alternativa: aeroponické kultury (kořeny rostlin jsou
smáčeny aerosolem živného roztoku) – prevence
hypoxie
Vodní (hydroponické)
kultury rostlin
Typy vodních kultur:
promíchávané kultury (proti difúzním gradientům kolem
kořenů)
okysličované kultury (u rostlin citlivých na hypoxii - anoxii)
dle vlastností živného média v průběhu kultivace
 stacionární kultury - bez výměny média;
krátkodobé
 průtokové kultury – výměna média
 periodické
 kontinuální
pH-stat, chemostat,
http://www.growtoronto.com/tag/water-culture-sys
http://www.bioquant.uni-heidelberg.de/research/groups/ag_kraemer/research_topics.
Agarové kultury
Živný roztok dostupný v agaru, regulátory růstu
 opora pro kořeny rostlin
 možnost symbiózy
 in vitro kultivace zejména tkáňových a meristémových
kultur
Anorganické substráty
kultivace na inertním pevném nosiči – písek, perlit,
zeolit, keramzit, minerální vata (Rockwool);
Všechny živiny dodány formou živného roztoku
Výhody
 Přesná regulace dodávaných živin
 Přirozenější fyzikální prostředí pro kořeny (tvorba
kořenového vlášení)
 Možnost tvorby kořenových symbióz
Omezení
 Menší kapacita pro vodu
 Omezená mikrobní
http://www.ehow.co.uk/how-does_4614895_hydroponics-tomato-grower-work.html
http://www.flickr.com/photos/thehydrobros/
http://www.flickr.com/photos/thehydrobros/3433800558/
http://www.hydroponicgardening.homehydroponics.info/category/hydroponic-systems
Půdní kultury
využívají jako pěstební médium půdu –
přírodní, upravenou, připravenou
možnost úprav média:
 sterilizace (teplem, chemicky, gama záření)
 ředění inertním materiálem (písek, zeolit)
 Příprava vlastního složení (poměry složek)
 Přídavku symbiotických organismů (inokulace)
Výsledky dobře aplikovatelné na konkrétní
ekologické podmínky
Obtížné nastavení dostupnosti živin a obtížná
opakovatelnost
http://www.stapeliads.info
http://forum.grasscity.com/coco-coir/
http://fungardener.wordpress.com/2009/12/05/hydroponics-signs-of-success/
Praktická část
Provedení experimentu
Vliv úplné deficience vybraných
živin na růst kukuřice (Zea mays L.)
Cíl: Zjistit, jak ovlivňuje úplná deficience vybraných
živin (N, P, Fe) růst a morfologické charakteristiky
kukuřice (Zea mays L.)
Materiál a pomůcky:
Zea mays - v destilované vodě hydroponicky
předpěstované, cca 5 dní staré rostliny
Kultivační vany, upevňovací materiál (pěnové zátky)
Zásobní roztoky pro přípravu Reid-Yorkova živného
roztoku, odměrný válec, destilovaná voda
Průběh experimentu
 Založení experimentu
 Výměna kultivačních roztoků
 Sběr dat a vyhodnocování
Vizuální pozorování
Analýza růstu rostlin
Parametry růstové analýzy
Odběr biomasy >> analýzy
 Vyhodnocení
Založení experimentu
 Připravíme kultivační vany s roztokem (ReidYork)
pro všechny varianty experimentu
(kontrola, -N, -P, -Fe a 5L). >>Pozor na vysrážení
solí
 Naklíčené rostliny po dvojicích upevníme do
otvorů víka kultivačních van s roztokem
 Rostliny umístíme v částečně klimatizovaném
skleníku, kultivace bude probíhat po dobu
několika týdnů.
 V týdenních intervalech vyměňovat živné
roztoky za nové, čerstvě připravené.
Tabulka pro přípravu živného Reid-Yorkova roztoku ze zásobních
koncentrovaných roztoků. Množství v ml na 1L roztoku
KH2PO4 KCl CaCl2
MgSO4.
7H2O
NH4NO3
FeCl3.6
H2O
Mikro
elementy
kontrola 5 5 5 5 5 5 1,5
-N 5 5 5 5 - 5 1,5
-P - 5 5 5 5 5 1,5
-Fe 5 5 5 5 5 - 1,5
Úkoly pro protokol:
 Vypočtěte molární koncentrace N-NH4 a
N-NO3, P a K v plné, kontrolní variantě!
 Zásobní roztoky makroelementů (200×
koncentrované) jsou připraveny tak, že
každý roztok soli je v samostatné lahvi. Jaký
je k tomu důvod?
 Popište detailně souvislým textem (rozsah
zhruba 10 řádků) kultivační podmínky, za
kterých provádíte kultivační experiment!
Měření a zpracování dat
Analýza růstu rostlin
Rozbor znaků ovlivňujících růst rostliny,
určení příčin zpomaleného růstu při
působení deficience
Přímo stanovené znaky
suchá hmotnost (DM)
listová plocha – LA (cm2)
délka kořenů – RL (cm)
průsečíková metoda – GLI
náhodné uspořádání
RL=N×(a/1,25)
Měření délky kořenů:
Průsečíková metoda
Grid-line intersect method
Hodnocení rostlin při
destruktivním odběru
 Vizuální
 výška rostlin, vzhled, obsah asimilačních pigmentů, rozvoj
kořenového systému
 Destruktivní analýza
 výběr rostliny, popis (exp. varianta, jméno, skupina,
zjištěné hodnoty LA a RL)
 stanovení listové plochy (LA <0,1cm2>) => DM listů
 stonek => DM stonku
 stanovení RL (GLI) => DM kořenů (bez obilky)
 Stanovení sušiny (DM)
 části rostlin v označených papírových sáčcích
 sušení do dosažení konstantní hmotnosti (80°C; ca. 24h)
 stanovení suché hmotnosti rostlin a jejich částí (0,001g)
Počítané znaky růstové analýzy
Zkratka Název veličiny Výpočetní vzorec Jednotky
LAR poměrná olistěnost (leaf area ratio) LAR=LA/DMplant m2ꞏkg-1
SLA
specifická listová plocha (specific leaf
area)
SLA=LA/DMleaves m2ꞏkg-1
SRL
specifická kořenová délka (specific root
length)
SRL=RL/DMroots mꞏkg-1
LMR
poměrná hmotnost listů (leaves mass
ratio)
LMR=DMleaves/DMtotal bez rozměru
SMR
poměrná hmotnost stonku (stem mass
ratio)
SMR=DMstem/DMtotal bez rozměru
RMR
poměrná hmotnost kořenů (roots mass
ratio)
RMR=DMroots/DMtotal bez rozměru
RSR
poměr hmotnosti kořenů
k nadzemní části rostliny
RSR=DMroots/(Dmleaves+DMstem) bez rozměru
Vyhodnocení experimentu
Postup vyhodnocení experimentu
 Protokoly se základními naměřenými daty
 Výpočty odvozených znaků růstové analýzy
 Statistická analýza
 jednocestná analýza rozptylu (ANOVA)
 test nejmenšího průkazného rozdílu průměrů (LSD;
alfa=0,05)
 Přehledná tabulka průměrných hodnot znaků růstové analýzy
pro destruktivní odběr se statistickou průkazností
 Slovní hodnocení výsledků
Vysvětlení statistických pojmů na příkladu
znaku sušina celé rostliny:
průměr, směrodatná odchylka, interval spolehlivosti
varianta bez Fe
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
_DW[g]
Průměr
Průměr±SmCh
Průměr±0,95 Int. spolehl.
Zdroj. data
Graf  _DW 2.odběr v KultExp-results2010
Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti
kontrola bez_P bez_N bez_Fe
varianta
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
_DW[g]
c
ab
b
a
Vysvětlení principu určení statisticky
významného rozdílu mezi průměry
Příklad výsledkové tabulky
Otázky a úkoly
 1. Popište rozdíly mezi variantami pro znak celková sušina. (Tip:
Začněte s popisem rozdílů ve vztahu ke kontrolním rostlinám.)
 2. Ovlivnila deficience prvků rozvoj listů? Pokud ano, v jakých
znacích? U které deficience byl efekt nejvýraznější?
 3. Reagovaly rostliny na některý typ deficience změnou
morfologie kořenového systému? K hodnocení využijte znaky
RMR a SRL.
 4. Ze znaku RMR a LMR porovnejte jednotlivé varianty z
hlediska strategie udržení rovnováhy mezi rychlostí asimilace
uhlíku a rychlostí příjmu minerálních živin.