Practici agronomice pentru mărirea toleranței grâului la secetă

Practici agronomice pentru mărirea toleranței grâului la secetă

Seceta este unul dintre cele mai importante fenomene care limitează producția și randamentul culturilor, lucru binecunoscut fermierilor de pretutindeni, inclusiv celor din România, care în această perioadă înregistrează producții mult diminuate din această cauză.

La rândul lor, culturile demonstrează diverse răspunsuri morfologice, fiziologice, biochimice și moleculare, pentru a face față stresului de secetă. Etapele vegetative și reproductive sunt influențate intens de stresul de secetă. Toleranța la secetă este o trăsătură complicată, care este controlată de poligene, iar expresiile lor sunt influențate de diverse elemente de mediu.

Aceasta înseamnă că reproducerea este foarte dificilă. Ca urmare, trebuie aplicate metode moleculare, cum ar fi markeri moleculari, strategii de mapare a loci-urilor cantitative (QTL) și modele de expresie ale genelor, aplicate pentru a produce genotipuri tolerante la secetă. În grâu, există mai multe gene care sunt responsabile de secetă și toleranța la stres.

Acestea produc diferite tipuri de enzime și proteine, de exemplu, embriogeneza târzie abundentă (lea), sensibilă la acidul abscisic (Rab), rubisco, elicază, prolină, glutation-S-transferază (GST) și carbohidrați în timpul stresului de secetă.

Cum, problema este deosebit de gravă, stresul și toleranța grâului la secetă au fost studiate de Arash Nezhadahmadi, Zakaria Hossain Prodhan, și Golam Faruq, cercetători la Institute of Biological Sciences, Faculty of Science-M.I.T., care au publicat lucrarea cu titlul ”Drought Tolerance in Wheat”.  Cercetarea s-a concentrat pe studiul limitării apei și efectele sale asupra morfologiei, fiziologice, biochimiei și răspunsurile moleculare ale grâului, cu posibilele pierderi cauzate de stresul de secetă.

Cauză de stres

Seceta este una dintre cele mai frecvente cauze de stres care afectează creșterea și dezvoltarea plantelor, continuând să fie o provocare importantă pentru agricultură. Se presupune că încă din anul 2025, aproximativ 1,8 miliarde de oameni se vor confrunta cu lipsa absolută de apă, absolută, iar 65% din populația lumii va trăi în medii secetoase. La rândul ei, toleranța la stresul apei este un parametru complicat, în care performanțele culturilor pot să fie influențate de mai multe caracteristici.

Toleranța poate să fie împărțit în două părți, inclusiv evitarea secetei și toleranță la deshidratare. Evitarea secetei include adâncimea rădăcinii, utilizarea rezonabilă a apei disponibile de către plante, și schimbări în stilul de viață al plantelor, pentru a utiliza precipitațiile. Toleranța la deshidratare constă în capacitatea plantelor de a se deshidrata parțial crscând absorbția cănd vin ploile.

Adaptarea plantellor la stresul de secetă este o problemă vitală pentru a dezvolta noi metodele de creștere a plantelor tolerante la stres. Mulți factori pot afecta răspunsurile plantelor la stresul de secetă, cum ar fi genotipul, stadiul de creștere, severitatea și durata de stres, procesul fiziologic de creștere, modele diferite de expresie a genelor, modele diferite ale activității respirației, activitatea mecanismelor de fotosinteză, și factorii de mediu.

Mai mult, stresul de secetă poate avea efecte asupra exprimării genelor și detectarea acestora. În acest sens, s-au remarcat diverse gene sensibile la secetă. Ouvrard și colab. credea că rolul genelor poate fi evidențiat prin exprimarea unei gene la niveluri mari de rezistență printre soiuri.

Rolul oxigenului

Stresul de secetă poate influența și plantele, în termeni de modificări de proteine, producție de antioxidanți, ajustări osmotice, compoziția hormonilor, profunzimea și extinderea rădăcinii, deschiderea și închiderea stomatelor, grosimea cuticulelor, inhibarea de fotosinteză, scăderea conținutului de clorofilă.

Reducerea transpirației și inhibarea creșterii pot să dea unele modificări osmotice în organele lor. De asemenea, seceta poate provoaca sterilitatea polenului, pierderea cerealelor, acumularea de acid abscisic din vârfurile genotipurilor de grâu sensibile la secetă.

În multe studii biochimice, rolul speciilor de oxigen reactiv (ROS), a fost identificat ca fiind foarte important. Dat și colab. a susținut că această creștere a ROS poate fi cauzată de stresul de secetă, în care echilibrul oxidativ al celulei este schimbat. O creștere a generației de ROS determină generarea de ABA (acid abscisic), care este un semnal general și, prin urmare, poate regla expresiile genelor antioxidante prin producerea de superoxid-dismutază (SOD) și catalază (CAT).

Rosenberg și colab. a observat că transpirația grâului a scăzut semnificativ în urma stresului de seceta. Atunci, căldura se poate pierde încet din frunze, iar temperatura poate fi crescută.

Ca urmare, concentrații de CO2 și fotosinteza sunt crescute, fapt care afectează creșterea și, în final, eficiența utilizării apei. Aceleași studii au demonstrat că dezvoltarea plantelor poate fi promovată mai mult cu CO2. Oxidaza terminală și oxidază alternativă (AOX), joacă un rol important în optimizarea fotosintezei și protejarea cloroplastului sub stres de secetă. Ribas-Carbo și colab. a sugerat că mprirea nivelului de AOX, sub stresul apei, ar putea să fie determinate de inhibarea căii citocromului.

Derivări fiziologice

Răspunsurile fiziologice ale grâului includ închiderea stomatelor, scăderea în activitate a fotosintezei, dezvoltarea stresului oxidativului, modificarea integrității peretelui celular, producerea de metaboliți care sunt toxici și care cauzează moartea plantelor, recunoașterea semnalului rădăcinilor, pierderea turgorului și ajustarea osmozei, reducerea potențialului apei din frunze, scăderea nivelului conductanței stomatului la CO2, reducerea concentrării interne de CO2 și reducerea ratelor de creștere.

Conform cercetătorilor, există o relație între diferite răspunsuri fiziologice răspunsurile și funcțiile lor de rezistență sub secetă, cum ar fi cantitatea mare de apă relativă și apă potențială, precum și integritatea membranei.

Pentru măsurarea toleranței la secetă, diferiți oameni de știință consideră ca foarte importantă menținerea integrității membranei și rolul acesteia sub stresul apei.

Rezistența scufundării poate fi redusă în stresul de secetă în timpul umplerii timpurii a cerealelor, fapt care rezultă în reducerea numărului de celule endospermice și a activității metabolice. Grudkowska și Zagdanska au indicat că proteinaza cisteinei joacă o funcție imperativă în semnalizarea căilor plantelor, creșterea și dezvoltarea, ca răspuns la diverse tipuri de stres.

De asemenea, Wisniewski și Zagdanska au observat că rolul cisteinei a fost îmbunătățit, dar rolul acesteia a fost legat negativ de gradul de toleranță la secetă

din zece linii de grâu de primăvară. Eficiența de transpirație (TE) este un fenomen indispensabil la plante. Diversi cercetători au propus că TE poate fi influențată de modul de cultivare și secetă. Deci, selecția culturilor cu TE ridicat este cea mai mare acțiune importantă pentru producerea plantelor tolerante la secetă. Creşterea este unul dintre procesele fiziologice, putând fi afectată de reducerea presiunii turgoreice.

Din cauza presiunii scăzute de turgor, stresul apei omoară celulele de expansiune și creștere. Cu toate acestea, atunci când presiunea turgor este mai mare decât randamentul peretelui celular, se poate produce expansiunea celulară. Se poate afirma, așadar, că reglarea osmotică este o parte remarcabilă a plantelor fiziologia prin care răspund la deficiențele de apă.

Derivări biochimice

O reducere a eficienței fotochimice, reduce eficiența Rubisco, concentrarea de metaboliți de stres (glutation, MDHA, glicet și poliamine), enzime antioxidante (superoxid dismutaza (SOD), peroxidază (POD), catalază (CAT), peroxidază ascorbată (APX), glutation reductază (GR), glutation-S-transferază (GST), peroxidază de glutation (GP)), monodehidroascorbat reductază (MDHAR), iar acumularea redusă de ROS sunt răspunsuri biochimice ale plantelor la stresul apei.

Toleranța la secetă se corelează cu un răspuns pozitiv al sistemului antioxidant al plantelor. Potrivit studiul lui Li și Staden, în stare de secetă, unele specii de grâu reacâionează la hidroxili (OH), superoxid (O2-), peroxid de hidrogen (H2O2) și 1O2.

Aceste ingrediente pot inițiază perturbarea peroxidării lipidice, clorofilă, proteine oxidare și acizi nucleici. Modificări ale activității acestor enzime sunt cruciale pentru rezistența diferitelor plante la stresul de secetă. Evidențele sugerează că factorii de secetă conduc la deteriorarea oxidării din producția crescută de ROS, cu sistem de apărare al deficitului de antioxidanți în plante.

Regulatoarele osmotice includ molecule mici (Pro), ioni (K +) și zahăr solubil, care ajută culturile să absoarbă apă în interior medii de secetă. Diverse studii indică faptul că genotipurile de grâu cu regulatori osmotici superiori și conținutul de inferiormalondialdehidă (MDA) au o toleranță mai bună la secetă.

Poliaminele (PA) au un rol în completitudinea membranelor și a acidului nucleic în diferite medii, sub stresul apei. Malabika and Wu au menționat că nivelurile mai ridicate de poliamine pot determina o creștere mai mare, în condiții de stres al apei. CAT este una dintre cele mai rapid reversibile proteine ​​din celulele frunzelor, mai ales în condiții de stres, iar activitatea sa este redusă în stare de secetă.

Managementul secetei-Soiuri tolerante la secetă

În ultimul deceniu au fost depuse mai multe eforturi pentru a genera grâu tolerant la secetă, prin metode de reproducere. Creșterea încrucișată a creat germoplasma, care determină randamente mai mari în condiții de secetă. În studiul grâului, determinarea unui randament crescut a fost o prioritate pentru a îmbunătăți toleranța la secetă a plantelor.

Cu toate acestea, înainte de face o manipulare genetică de succes, este important să caracterizm parametrii fiziologici ai plantelor sensibile la secetă. Analiza fiziologică, determinantă pentru randament, la plantele care răspund la stresul apei, poate fi de asemenea utilă în reproducere pentru randamente și stabilitate mai mare a genotipurilor în condiții de secetă.

Determinarea trăsăturilor, pentru a selecta o plantă tolerantă la stresul de secetă va depinde nivelul și calendarul stresului în zonele vizate. Selectarea pentru randamentul propriu-zis în condiții atenuate de stres, pare să dea producții superioare, nu numai pentru medii optime, dar și pentru cele caracterizate prin frecvente condiții de stres ușoare și moderate, de secetă.

Păstrând în vedere importanța identificării genotipurilor de grâu tolerante la stres, poate fi impusă de căldură sau/și de ploaie, în diferite etape ale creșterii culturilor. Stresul poate fi determinat în etapele de formare a cerealelor. Mărimea sistemului radicular (RSS) de grâu poate fi o țintă de selecție pentru toleranța la secetă. În timpul perioadei de secetă, culturile își extind rădăcinile în regiuni mai adânci ale solului și sunt capabilie să își modifice morfologia.

De exemplu, masa organică aerisită este scăzută, dar masa rădăcinilor este a crescută. Genotipurile de grâu cu un bun management al apei sunt capabile să suporte randamente ridicate, în condiții de secetă. Ca urmare, s-ar putea utiliza genotipuri cu un management adecvat al apei, pentru a crea noi linii de reproducție și cultivare cu dezvoltate rezistență la secetă.

Practici agronomice

Stresul de secetă include diferite factori agronomici, de sol și climă, care variază timpul de apariție, durata și intensitatea creșterii. Stresul are efect pe randament și poate diminua, de asemenea, beneficiile manipulării culturilor, performanțele lor, inclusiv gestionarea îngrășămintelor împotriva dăunătorilor și bolilor. Strategiile de gestionare a secetei sunt foarte importante și trebuie să se concentreze asupra extragerii disponibilului de umiditate a solului, înființarea culturilor, creșterea, biomasa și randamentul cerealier.

Există multe modalități agronomice de gestionare a stresului de secetă, cum ar fi controlul metodelor de irigare pe câmp (suprafață sau brazdă, stropită sau picătură), și identificarea surselor de rezistență prin dezvoltarea metodelor de screening, în condiții de mediu.

Deci, pentru screeningul secetei, sunt utile nu numai analiza surselor de replici, variațiile între parcele și experimentele repetate, dar și stropitoarele de irigare, adăposturi împotriva ploilor, evaluarea secetei și indicele de susceptibilitate (DSI).

În timp de secetă, trebuie să fie luate în considerare strategii de management, creșterea producției de biomasă și semințe, stabilirea culturilor și creșterea maximă a culturilor. De exemplu, pentru îmbunătățirea randamentului predispus la secetă, acești pași sunt esențiali:

frecvența stresului de secetă, apariția în mediul țintă, corespunzând fenologiei de recoltă (semănat, perioada de creștere, înflorire și umplutură de semințe), cu perioada de umiditate a solului și regimuri climatice, dezvoltarea unei mai bunei utilizări a irigației și pentru creșterea apei în sol, recoltare prin practici de management agronomic.

Mai mult, o bună cunoaștere a tipului de stres în mediul țintă este esențială în reproducție. Stabilitatea randamentului în condiții de deficit de apă și productivitatea apei din culturi ar trebui să fie obiectivul tuturor. În secetă, scopul este de a păstra sursa de apă. Aceste surse includ apa provenită din zăpadă, ploaie și irigare.

Conservarea se poate realiza prin reziduuri de suprafață în timpul sezonului de creștere. Todd și colab. a susținut că reziduurile de grâu au diminuat rata de evaporare în timpul sezonului. Reziduul, de asemenea, încetinește mișcarea apei și permite apaei să pătrundă în sol. Rotația culturii poate păstra necesarul total de apă, prin irigare.

Rotația de culturi face ca sezonul de irigare să aibă intervalul de timp mai mare, în comparație cu o singură recoltă. În reproducerea pentru rezistența la secetă, producții de biomasă și eficiența utilizării apei (WUE) sunt elemente imperative ale agronomiei. Există un interes crescut pentru îmbunătățirea WUE a genotipurilor, pentru ca plantele să se poată dezvolta și să poată suporta mai bine starea de secetă.

Concluzii

Detectarea răspunsurilor genomice ale plantelor la stresul apei este foarte important. În primul rând, pregătește informații intense despre reacțiile transcripționale ale plantelor la stresul de secetă. În al doilea rând, face posibilă cunoașterea funcțiilor genelor în medii de stres. În al treilea rând, ne ajută să distingem promotori care reacționează la stres și la elementele aferente, care sunt cruciale atât pentru studii primare, cât și pentru inginerie.

Ca urmare, se pot efectua îmbunătățiri rapide în rezistență la secetă prin manipularea genelor care sunt responsabile pentru regulatorii de creștere ale plantelor, antioxidanți,proteine ​​și factori transcripționali. Analiza QTL și maparea moleculară sunt, de asemenea, metode adecvate pentru a determina caracteristici calitative și cantitative ale grâului, inclusiv pentru rezistența la stres.

Există însă anumite limitări în această problemă. De exemplu, există o provocare pentru detectarea interacțiunii dintre genotip și mediu, repetabilitate inconsecventă, numeroase gene care reglementează randamentul și utilizarea populațiilor greșite pentru cartografiere.

infoFERMA Magazin