FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE

STETINENSIS 247

Folia Univ. Agric. Stetin.

AGRICULTURA 100

WYDAWNICTWO AR SZCZECIN 2006

AKADEMIA ROLNICZA W SZCZECINIE AGRICULTURAL UNIVERSITY OF SZCZECIN Rada Naukowa Stanisław Dzienia (Szczecin), Tadeusz Filipek (Lublin), Theodor Fock (Niemcy), Jan Kucharski (Olsztyn), Edward Krzywy (Szczecin), Zdzisław Zabłocki (Szczecin) – przewodniczący, Henryk Piaścik (Olsztyn), Grzegorz Skrzypczak (Poznań), Jgor Wildflush (Białoruś), Janusz Wiśniewski (Lublin) Opracowanie redakcyjne i korekta mgr Alicja Berner Skład komputerowy SALGREY Małgorzata Szychowska Wydano za zgodą Rektora Akademii Rolniczej w Szczecinie ISSN 1506-1973 © Copyright by Wydawnictwo Akademii Rolniczej w Szc zecinie Szczecin 2006

Przewodniczący Kolegium Redakcyjnego – Edward Niedźwiecki ul. Doktora Judyma 22, 71-466 Szczecin, tel. 091 454 16 39 e-mail: wydawnictwo@biot.ar.szczecin.pl WYDAWNICTWO AKADEMII ROLNICZEJ W SZCZECINIE Wydanie I. Nakład 170 egz. Ark. wyd. 14,9, format B-5.

Oddano do druku w lipcu 2006 r. Druk ukończono w lipcu 2006 r.

Zamówienie AR 5720/98/170/2006

Druk wykonano w Dziale Poligrafii Akademii Rolniczej w Szczecinie

SPIS TREŚCI

Magdalena Achrem, Stanisława M. Rogalska Lokalizacja specyficznych sekwencji nukleotydowych w chromosomach Ŝyta za pomocą FISH...............7

Aleksander Brzóstowicz, Andrzej Gregorczyk, Joanna Popecka Wpływ zróŜnicowanego natęŜenia oświetlenia i podwyŜszonego stęŜenia CO2 na wzrost siewek pszenŜyta ozimego odmiany ‘Prado’ ..............................................................................15

Maciej Bu śko, Tomasz Góral, Henryk Cichy, Anna Matysiak, Juli usz Perkowski Akumulacja deoksyniwalenolu i ergosterolu w ziarnie pszenŜyta poraŜonym przez Fusarium culmorum............................................................................................................................21

Feliks Ceglarek, Danuta Buraczy ńska, Anna Płaza Ocena plonowania i zawartości związków chemicznych w mieszankach pszenŜyta jarego z grochem siewnym w warunkach środkowowschodniej Polski .................................................................29

Alicja Cegli ńska, Henryk Cichy, Gra Ŝyna Cacak-Pietrzak, Tadeusz Haber, Wioletta Smuga Wykorzystanie pszenŜyta jarego do produkcji pieczywa ............................................................................39

Danuta Domska, Małgorzata Warechowska Wpływ techniki uprawy pszenŜyta na wartość produkcyjną plonu białka...................................................45

Halina Góral, Anna Merta, El Ŝbieta Pisulewska Przywrócenie męskiej płodności i cechy rolnicze u mieszańców F1 pszenŜyta ozimego z cytoplazmą T. timopheevi..........................................................................................................................49

Halina Góral, Tomasz Warzecha, Stefan Stojałowski, Mirosław Pojmaj, Danuta Kurleto, Arkadiusz Tr ąbka, Ludwik Spiss Stabilność męskiej sterylności i przywracania płodności w systemie cms T. timopheevi u pszenŜyta ............55

Bogusława Ja śkiewicz Reakcja nowych odmian pszenŜyta ozimego na czynniki agrotechniczne ................................................63

Bogusława Ja śkiewicz Zmiany pokroju rośliny odmian pszenŜyta ozimego w zaleŜności od składu spektralnego promieniowania......................................................................................................69

Eliza Kalbarczyk Agrofenofazy a plony pszenŜyta jarego w północnej Polsce ......................................................................75

Karol Kotwica Wartość przedplonowa pszenŜyta jarego, łubinów oraz mieszanek pszenŜyta z łubinami dla pszenicy ozimej.......................................................................................................................................83

Wiesław Koziara, Katarzyna Panasiewicz, Hanna Sulew ska Efekty nawoŜenia azotem pszenŜyta jarego w warunkach pól niedeszczowanych i deszczowanych...........................................................................................................................................89

Zbigniew Lauda ński, Dariusz R. Ma ńkowski, Jan Rozbicki, Stanisław Samborski Próba oceny interakcji ze środowiskiem wybranych odmian pszenŜyta ozimego (X Triticosecale Wittmack)............................................................................................................................97

Robert Maciorowski, Stefan Stojałowski, Halina Góra l Ocena jednostkowej produktywności fotosyntetycznej mieszańców F1 pszenŜyta za pomocą indukowanej fluorescencji chlorofilu........................................................................................113

Robert Maciorowski, Krystyna Salak-Warzecha Charakterystyka fizjologiczna rodu pszenŜyta bez nalotu woskowego....................................................119

Piotr Nieróbca, Gra Ŝyna Podolska Wpływ wielkości nasion na wartość nasienną, plonowanie i budowę łanu pszenŜyta jarego .................127

Tadeusz Oleksiak, Dariusz R. Ma ńkowski Analiza stabilności plonowania odmian pszenŜyta ozimego w przestrzeni rolniczej Polski ....................133

Krum Petkov, Kazimierz Bobko, Wioletta Biel, Izabel a Jaskowska Ocena ziarna pszenŜyta ozimego na podstawie składu chemicznego, aminokwasowego oraz jakości białka ......................................................................................................................................141

GraŜyna Podolska, Gra Ŝyna Hołubowicz-Kliza Reakcja pszenŜyta ozimego odmiany ‘Sorento’ na stres suszy ...............................................................145

Magdalena Pol, Piotr Masoj ć Ocena aktywności alfa-amylazy i lepkości ekstraktów z ziarna odmian pszenŜyta w aspekcie produkcji bioetanolu ................................................................................................................151

Stanisław Samborski, Marcin Kozak, Jan Rozbicki Przydatność chlorofilometru SPAD-502 do określania plonu ziarna pszenŜyta ozimego .......................157

Lidia Skuza, Stanisława M. Rogalska Charakterystyka polimorfizmu loci mikrosatelitarnych pszenŜyta oktoploidalnego identyfikowanych za pomocą markerów wmc104 i MST101 ....................................................................163

Józef Starczewski, Szymon Czarnocki, Gra Ŝyna Wielogórska Architektura łanu i poziom plonowania pszenŜyta jarego w zaleŜności od stosowanych uproszczeń uprawowych ................................................................................................171

Józef Starczewski, Szymon Czarnocki, Gra Ŝyna Wielogórska Wpływ przedsiewnej uprawy roli na architekturę łanu i plonowanie pszenŜyta ozimego ........................179

Józef Starczewski, Małgorzata Korsak-Adamowicz, Ant oni Bombik, Czesław Stankiewicz Wpływ posiewnego zagęszczenia gleby na plon i strukturę plonu pszenŜyta jarego..............................187

Stefan Stojałowski, Arleta Drozd, Miłosława Jaciube k, Piotr Masoj ć Polimorfizm markerów SCAR i SSR z genomu Ŝytniego u odmian i linii pszenŜyta................................193

Ewa Szpunar-Krok, Dorota Bobrecka-Jamro, Piotr Kubi t Wpływ bobiku jako komponentu mieszanki na skład chemiczny ziarna pszenŜyta jarego .....................201

Barbara Ścigalska Reakcja pszenŜyta jarego odmiany ‘Wanad’ na uprawę w płodozmianie i monokulturach zboŜowych .......................................................................................................................207

Małgorzata Warechowska, Danuta Domska Porównanie wskaźników przydatności technologicznej oraz zawartości makroelementów w ziarnie wybranych odmian pszenŜyta ozimego .....................................................................................211

Anna Wenda-Piesik, Franciszek Rudnicki Glebowo-agrotechniczne uwarunkowania plonów pszenŜyta ozimego w warunkach produkcyjnych ......................................................................................................................217

Robert Witkowicz, El Ŝbieta Pisulewska, Marek Kołodziejczyk Wpływ komponentów struktury plonu na plon pszenŜyta jarego ................................................................227

CONTENTS

Magdalena Achrem, Stanisława M. Rogalska Localization specific nucleotide sequences of DNA on rye chromosomes by FISH....................................7

Aleksander Brzóstowicz, Andrzej Gregorczyk, Joanna Popecka Effect of different irradiations and enriched CO2 concentrations on growth winter triticale seedlings cv. ‘Prado’.....................................................................................................................................15

Maciej Bu śko, Tomasz Góral, Henryk Cichy, Anna Matysiak, Juli usz Perkowski Accumulation of deoxynivalenol and ergosterol in triticale kernels infected by Fusarium culmorum .................................................................................................................................21

Feliks Ceglarek, Danuta Buraczy ńska, Anna Płaza Evaluation of yielding and the content of chemical compounds in the mixtures of spring triticale and field pea under the conditions of central-eastern Poland.........................................29

Alicja Cegli ńska, Henryk Cichy, Gra Ŝyna Cacak-Pietrzak, Tadeusz Haber, Wioletta Smuga Utilization of spring triticale to bread production..........................................................................................39

Danuta Domska, Małgorzata Warechowska Effect of triticale cultivation technic on protein yield production value........................................................45

Halina Góral, Anna Merta, El Ŝbieta Pisulewska Fertility restoration and agronomic traits in winter triticale hybrids with T. timopheevi cytoplasm.............49

Halina Góral, Tomasz Warzecha, Stefan Stojałowski, Mirosław Pojmaj, Danuta Kurleto, Arkadiusz Tr ąbka, Ludwik Spiss Stability of male sterility and fertility restoration in the cms. T. timopheevi system in triticale ...................55

Bogusława Ja śkiewicz Reaction of winter varieties to agrotechnical factors ...................................................................................63

Bogusława Ja śkiewicz Change of plant external appearance of winter triticale varieties depends on spectral composition of radiation ............................................................................................................69

Eliza Kalbarczyk Agrophenophases and yields of spring triticale in northern Poland .....................................................................75

Karol Kotwica Successive effect of spring triticale, lupines and their intercrops for winter wheat production ..................83

Wiesław Koziara, Katarzyna Panasiewicz, Hanna Sulew ska Effects of spring triticale nitrogen fertilization under non irrigated and irrigated fields conditions .............89

Zbigniew Lauda ński, Dariusz R. Ma ńkowski, Jan Rozbicki, Stanisław Samborski The attempt to estimate the environment interaction of chosen winter triticale cultivars (X Triticosecale Wittmack)............................................................................................................................97

Robert Maciorowski, Stefan Stojałowski, Halina Góra l The evaluation of photosynthetic productivity of triticale F1 hybrids by means of chlorophyll fluorescence technique........................................................................................................113

Robert Maciorowski, Krystyna Salak-Warzecha The physiological properties of non-glaucous triticale...............................................................................119

Piotr Nieróbca, Gra Ŝyna Podolska The effect of seed size on seeding value, yield and stand architecture of spring triticale .......................127

Tadeusz Oleksiak, Dariusz R. Ma ńkowski Stability analysis of winter triticale cultivars yielding in agriculture area of Poland ..................................133

Krum Petkov, Kazimierz Bobko, Wioletta Biel, Izabel a Jaskowska Estimation of the chemical composition, amino acid composition and protein value in winter triticale ..........................................................................................................................................141

GraŜyna Podolska, Gra Ŝyna Hołubowicz-Kliza Response of winter triticale cv. ‘Sorento’ to drought stress ......................................................................145

Magdalena Pol, Piotr Masoj ć Assessment of alpha-amylase activity and viscosity of the grain extracts of triticale cultivars in respect to bioethanol production ............................................................................................................151

Stanisław Samborski, Marcin Kozak, Jan Rozbicki The usefulness of chlorophyll meter SPAD-502 for winter triticale grain yield estimation.......................157

Lidia Skuza, Stanisława M. Rogalska Characteristic of microsatellite loci polymorphism identyfying by using markers wmc104 and MST101 in octoploid triticale ...............................................................................................................163

Józef Starczewski, Szymon Czarnocki, Gra Ŝyna Wielogórska Stand architecture and the level of winter triticale yielding according to the applied cultivation simplifications..............................................................................................................................................171

Józef Starczewski, Szymon Czarnocki, Gra Ŝyna Wielogórska The effect of pre-sowing soil cultivation on the stand characteristics and winter triticale yielding...........179

Józef Starczewski, Małgorzata Korsak-Adamowicz, Ant oni Bombik, Czesław Stankiewicz The effect of post-sowing soil compaction on the yield and spring triticale yield structure......................187

Stefan Stojałowski, Arleta Drozd, Miłosława Jaciube k, Piotr Masoj ć Polymorphism of SCAR and SSR markers from rye genome in cultivars and lines of triticale ...............193

Ewa Szpunar-Krok, Dorota Bobrecka-Jamro, Piotr Kubi t Influence of faba bean as component of mixtures on chemical content of spring triticale grain .............201

Barbara Ścigalska Response of spring triticale ‘Wanad’ c.v. to cultivation in crop rotation and in grain crop monoculture....................................................................................................................207

Małgorzata Warechowska, Danuta Domska Comparison of technological usefulness indices and macroelement contents in the grain of some winter triticale cultivars ..............................................................................................211

Anna Wenda-Piesik, Franciszek Rudnicki Effect of soil quality and cultivation practice on winter triticale yielding in farm conditions......................217

Robert Witkowicz, El Ŝbieta Pisulewska, Marek Kołodziejczyk Spring triticale yield depend on grain yield components...........................................................................227

7

FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Agricultura 247 (100), 7–14

Magdalena ACHREM, Stanisława M. ROGALSKA

LOKALIZACJA SPECYFICZNYCH SEKWENCJI NUKLEOTYDOWYCH W CHROMOSOMACH śYTA ZA POMOCĄ FISH

LOCALIZATION SPECIFIC NUCLEOTIDE SEQUENCES OF DNA ON RYE CHROMOSOMES BY FISH

Katedra Biologii Komórki, Uniwersytet Szczeciński ul. Wąska 13, 71–415 Szczecin

Abstract. The phylogenetic relationships of all species genus Secale have been interpreted from different types of data – morphological, ecological, cytogenetic, and hybrid fertility assays. The phylogeny of genus was so far explained by checking the presence, structure, and chromosomal locations of a series of defined repeated sequences making up much of the heterochromatic regions of rye chromosomes (Bedbrook et all. 1980; Jones and Flavel 1982; Cuadrado and Jouve 1997). However, it was difficult to deduce evolutionary trends using only these sequences. The synthetic

simple sequence repeats (SSRs) were proven to be useful as cytological markers for identifying chromosomes and for understanding genome organization in plants (Schmidt and Heslop-Harrison 1996, Cuadrado and Schwarzacher 1998; Fuchs et all. 1998; Cuadrado et all. 2000; Cuadrado and Jouve 2002), but SSRs have not been used extensively in phylogenetic studies in rye. In the present work the distribution on rye chromosomes simple sequence repeats (AAC)5 was searched by FISH. These sequence was clustered mainly on the pericentric sites, only small signals were localized at the interstitial sites of the chromosome arm. Distribution of (ACC)5 sequence repeats was specific for each species.

Słowa kluczowe: FISH, pojedyncze sekwencje powtarzalne (SSR), (AAC)5, Secale. Key words: FISH, Secale, simple sequence repeats (SSRs), (AAC)5.

WSTĘP

Mikrosatelity, czyli powtarzalne sekwencje złoŜone z krótkich motywów o długości 1–5 pz,

są waŜnym komponentem genomów roślin (Powell i in. 1996). Chromosomowa lokalizacja

w pszenicy, Ŝycie, buraku cukrowym i grochu (Schmidt i Heslop-Harrison 1996; Cuadrado i Schwarzacher 1998; Fuchs i in. 1998; Gortner i in. 1998) wskazuje na to, Ŝe SSR uŜywane

jako sondy w FISH są uniwersalnym narzędziem w cytogenetyce roślin. W wielu gatunkach roślin trudna jest identyfikacja chromosomów lub ich specyficznych

regionów, dlatego stosuje się metodę FISH. Technika ta umoŜliwia równoczesną lub sukce-

sywną lokalizację jednej lub większej liczby sond wzdłuŜ chromosomów i doskonale nadaje się do diagnostycznych badań chromosomów i badania organizacji genomu roślin. Mikrosatelity to

tandemowe proste powtórzenia sekwencji DNA, obecne w wielu miejscach genomi i wykazu-

jące wysoki poziom polimorfizmu.

Celem niniejszej pracy była lokalizacja sekwencji mikrosatelitarnej (AAC)5 na chromosomach róŜnych gatunków rodzaju Secale z wykorzystaniem metody FISH. Sekwencje te u wszystkich

badanych gatunków występowały pericentrycznie, tylko nieliczne występowały w okolicy telo-merów i interstycjalnie.

8 M. Achrem i S.M. Rogalska

MATERIAŁ I METODY

Badaniom poddano siedem gatunków Ŝyta: Secale cereale L. odmiany ‘Dańkowskie Zielonkawe’,

Secale segetale, Secale sylvestre, Secale strictum/presl/presl, Secale strictum ssp. kuprianowi

i Secale strictum ssp. africanum oraz linii wsobnej nr 225 Ŝyta Secale vavilovii Grossh.

Preparaty wykonywano z korzonków pobranych z kiełkujących ziarniaków. Umieszczano je

w 0,5-procentowym roztworze kolchicyny, na 3,5 h, w celu skrócenia chromosomów, a następnie

utrwalano w płynie Carnoya. Preparaty wykonywano ze stoŜków wzrostu w kropli 2-procentowego

karminu, szkiełko nakrywkowe usuwano na suchym lodzie i preparat suszono na powietrzu.

Preparaty trawiono RNAzą i płukano w 2xSSC. Prowadzono inkubację w proteinazie K i utrwa-

lano w oparach 4-procentowego paraformaldehydu. Następnie odwadniano preparaty w 70-

i 98-procentowym alkoholu i suszono.

Sonda molekularna (AAC)5 została zsyntetyzowana i wyznakowana biotyną w Pracowni

Sekwencjonowania DNA i Syntezy Oligonukleotydów IBB PAN. Mieszanina hybrydyzacyjna

zawierała: 50-procentowy formamid, 10-procentowy siarczan dekstranu oraz 2xSSC. Bezpośred-

nio przed hybrydyzacją dodawano do mieszaniny hybrydyzacyjnej sondę molekularną (stęŜenie

końcowe – 1 ng · µl-1) i DNA blokujący (stęŜenie końcowe – 0,3 µg · µl-1). Sondę nakładano na

preparat i denaturację przeprowadzano w temp. 80ºC. Hybrydyzację prowadzono przez 17 h,

w temp. 37–40ºC. Po hybrydyzacji płukano preparaty w 2xSSC, następnie w DB (4xSSC,

0,05% Tween 20) i inkubowano w 5-procentowym BSA. Następnie w celu detekcji sondy inku-

bowano preparaty z avidyną-FITC i przeciwciałem antyavidynowym, preparaty barwiono DAPI

i analizowano w mikroskopie fluorescencyjnym ECLIPSE 600 (NIKON) za pomocą programów

Cytovision (Genus) i Lucia G 4.61.

WYNIKI

UŜywając jako sondy molekularnej sekwencji mikrosatelitarnej (AAC)5, uzyskano wzór rozmiesz-

czenia tych SSR na chromosomach poszczególnych gatunków (fot. 1, 2, 3, 4). We wszystkich

taksonach obserwowano liczne sygnały okołocentromerowe, a róŜnice w dystrybucji motywu

AAC polegały na obecności lub braku sygnałów w miejscach subtelomerowych lub interstycjal-

nych chromosomów.

Fot. 1. Rozmieszczenie sekwencji mikrosatelitarnej (AAC)5 na chromosomach Secale cereale L.

Fot. 1. Distribution of microsatellite sequences (AAC)5 on Secale cereale L. chromosomes

Fot. 2. Mitoza w Secale silvestre, FISH z sondą (AAC)5

Fot. 2. Mitosis in Secale silvestre, FISH with (AAC)5 probe

Lokalizacja specyficznych sekwencji nukleotydowych w chromosomach Ŝyta... 9

Fot. 3. Mitoza Secale strictum/presl/presl, hybrydyzacja in situ z sondą zawierającą sekwencje SSR (AAC)5

Fot. 3. Mitosis in Secale strictum/presl/presl; in situ hybridization with (AAC)5 probe

Fot. 4. Mitoza Secale strictum ssp. africanum, hybrydyzacja in situ z sondą zawierającą sekwencje SSR (AAC)5

Fot. 4. Mitosis in Secale strictum ssp. africanum; in situ hybridization with (AAC)5 probe

Gatunki Secale cereale L. odmiany ‘Dańkowskie Zielonkawe’ (fot. 1) i Secale segetale miały

identyczny wzór rozmieszczenia tej sekwencji (rys. 1). Wzór ten był równieŜ bardzo podobny

do otrzymanego w S. vavilovii Grossh (rys. 2). Jedyną obserwowaną róŜnicą był brak sygnału

hybrydyzacyjnego na chromosomie 6R S. vavilovii na końcu długiego ramienia, który był

bardzo dobrze widoczny w S. cereale L.

Rys. 1. Schematyczne rozmiesz-

czenie sekwencji AAC na chromosomach Secale cereale L., odmiana ‘Dańkowskie Zielonkawe’ i Secale segetale

Fig. 1. Schematic drawing of sequence AAC distribution on Secale. cereale L. var. ‘Dańkowskie Zielonkawe’ and Secale segetale chromosomes

Rys. 2. Schematyczne rozmieszcze-nie sekwencji AAC na chro-mosomach Secale vavilovii Grossh

Fig. 2. Schematic drawing of sequence (AAC)5 distribution on Secale vavilovii Grossh chromosomes

Rys. 3. Schematyczne rozmieszcze-nie sekwencji AAC na chro-mosomach Secale strictum i Secale strictum subsp. kuprijanovii

Fig. 3. Schematic drawing of sequence AAC distribution on Secale strictum and Secale strictum subsp. kuprijanovii chromosomes

Wzór dystrybucji sekwencji SSR (AAC)5, jaki występował w S. silvestre (fot. 2, rys. 3), róŜnił

się znacznie od wzoru widocznego w pozostałych gatunkach Ŝyta. Motyw AAC występował

w wielu dodatkowych miejscach, których nie obserwowano w innych gatunkach. Szczególnie

liczne sygnały uzyskano na chromosomach 1R, 4R, 5R – na długich i krótkich ramionach,

które znacznie odbiegały od wzoru prezentowanego w S. cereale.

Niewielkie róŜnice, w porównaniu z S. cereale, obserwowano u S. strictum/presl/presl

(fot. 3), u którego nie było sygnałów w subtelomerowych miejscach na długich ramionach chromo-

1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R

10 M. Achrem i S.M. Rogalska

somów 1R, 3R, 5R i 6R (rys. 4). Nie obserwowano takŜe Ŝadnych róŜnic między S. strictum

subsp. strictum i S. strictum subsp. kuprijanovii w rozmieszczeniu sygnałów SSR. Natomiast

wiele róŜnic zanotowano między tymi gatunkami a S. strictum subsp. africanum (rys. 5, fot. 4).

Wzór rozmieszczenia (AAC)5 na chromosomach tego taksonu dotyczył obszarów pericentrycz-

nych, a sygnały dystalne obserwowano wyłącznie na krótkim ramieniu chromosomu 3R i długim

ramieniu chromosomu 1R.

Rys. 4. Schematyczne rozmieszczenie sekwencji

(AAC)5 na chromosomach Secale strictum subsp. africanum

Fig. 4. Schematic drawing of sequence (AAC)5 distribution on Secale strictum subsp. africanum chromosomes

Rys. 5. Schematyczne rozmieszczenie sekwencji AAC na chromosomach Secale silvestre

Fig. 5. Schematic drawing of sequence (AAC)5 distribution on Secale silvestre chromosomes

DYSKUSJA

W bardzo wielu gatunkach Triticeae bardzo trudno jest zidentyfikować chromosomy i ich

specyficzne regiony. Często nie istnieją dla tych gatunków markery morfologiczne. Niemniej jednak

prąŜki C ukazują heterochromatynę konstytutywną, która jest wykorzystywana do konstruowania

standardowych kariotypów dla waŜnych gatunków Ŝyta, pszenicy i jęczmienia (Rogalska 1978;

Schlegel i Gill 1984). Dzięki zastosowaniu prąŜków C moŜemy śledzić rozmieszczenie hetero-

chromatyny konstytutywnej, obcą chromatynę, powiązania ewolucyjne nawet między blisko

spokrewnionymi gatunkami i mejotyczną koniugację (Gill i Kimber 1977; Frieba i in. 1991;

Naranjo i Fernandez-Rueda 1991; Cuadrado i Jouve 1995; Rogalska i in. 2002).

Metodą stosowaną od kilku lat do identyfikacji chromosomów i studiów nad genomową

organizacją w róŜnych gatunkach roślin (Schwarzacher 1996, Schmidt i Heslop-Harrison 1998)

jest FISH. Metoda ta umoŜliwia jednoczesną lub sukcesywną lokalizację jednej lub większej

liczby sond DNA na chromosomach. Do hybrydyzacji in situ uŜywanych jest wiele kopii genów,

takich jak 45S i 5S rRNA, powtarzalne sekwencje DNA, które są bardzo uŜyteczne do ukaza-

nia markerów chromosomowych, identyfikacji chromosomów i ich regionów (Leitch i in.1993;

Mukai i in. 1993; Castilho i Heslop-Harrison 1995; Cuadrado i Jouve 1996; Pedersen i in. 1996;

Bardsley i in. 1999). Pojedyncze powtarzalne sekwencje SSRs (Simple Sequence Repeats)

lub mikrosatelity są liczną klasą sekwencji powtarzalnych wewnątrz genomu eukariotycznego

(Tautz 1989; Powell i in. 1996). Ich obfitość oraz zmienna liczba powtórzeń czynią je bardzo

przydatnymi dla fingerprintingu gatunków, odmian i dla map genetycznych (Weising i in. 1989;

Powell i in. 1996). Obecnie opisywana jest fizyczna organizacja SSRs w róŜnych chromosomach

roślin, m.in. buraka (Schmidt i Heslop-Harrison 1996), grochu włoskiego (Gorther i in. 1998).

1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R 1R 2R 3R 4R 5R 6R 7R

Lokalizacja specyficznych sekwencji nukleotydowych w chromosomach Ŝyta... 11

W badaniach tych uŜywano róŜnych SSRs i uzyskano, stosując te same motywy, sygnały

o róŜnym stopniu natęŜenia w centromerach lub w pozycjach interkalarnych. Fuchs i in. (1998)

załoŜyli, Ŝe takie same SSRs odpowiadają fizycznym punktom w chromosomach grochu,

Pedersen i in. (1996), stosując jako sondy 18S-5.8S-26S rDNA i powtarzalny motyw GAA, identyfiko-

wali chromosomy u jęczmienia. Z literatury wynika, Ŝe analizowano takŜe chromosomowe rozmiesz-

czenie róŜnych SSR w pszenicy i Ŝycie (Cuadrado i Schwarzacher 1998; Pedersen i in. 1996;

Cuadrado i in. 2000, 2002). Wszystkie badane motywy sekwencji powtarzalnych (AG)12, (CAT)5,

(AAG)5, (GCC)5, (GAA)5 dawały rozproszone sygnały hybrydyzacyjne na całej długości wszystkich

chromosomów. FISH z sekwencją GACA u Ŝyta ukazywał sygnały w wielu miejscach inter-

kalarnych, które nie korespondowały z Ŝadnym znanym wzorem prąŜków uzyskiwanym na

chromosomach Ŝyta. Natomiast motyw ten w pszenicy dawał silne sygnały wokół centromera

i rozmieszczone interkalarnie w genomie B oraz na chromosomie 4A i był podobny do wzoru N

– prąŜków u pszenicy (Cuadrado i Schwarzacher 1998; Cuadrado i in. 2000).

Chromosomowa lokalizacja sekwencji mikrosatelitarnych w pszenicy, Ŝycie, buraku i grochu

(Schmidt i Heslop-Harrison 1996; Cuadrado i Schwarzacher 1998; Fuchs i in. 1998; Gortner i in. 1998)

wskazuje na to, Ŝe te same SSRs uŜywane jako sondy do FISH mogą być wykorzystane jako

uniwersalne narzędzie cytogenetyczne u roślin do identyfikacji chromosomów. Obserwowano

w pszenicy, Ŝe wiele miejsc hybrydyzacji motywu AAC miało podobną lokalizację jak motyw

AAG, jednakŜe siła sygnałów hybrydyzacyjnych była często bardzo róŜna w tej samej lokali-

zacji chromosomowej (Cuadrado i in. 2000).

Rodziny powtarzalne 480 pz i 610 pz są specyficzne dla rodzaju Secale, natomiast wiado-

mo, Ŝe sekwencje powtarzalne rodziny 120 pz oraz SSRs (AAG)5 i (AAC)5 są obecne w innych

gatunkach Triticeae (Mukai i in. 1993; Castilho i Heslop-Harrison 1995; Bustos i in. 1996;

Pederson i in. 1996; Cuadrado i in. 2000). Wzorzec rozmieszczenia rodziny 120 pz jest utrzy-

many we wszystkich gatunkach Secale, nawet u prymitywnych form Ŝyta uprawnego. Najwięk-

sze róŜnice w rozmieszczeniu tej rodziny występują w interstycjalnych miejscach na chromo-

somie 6R w ewoluujących gatunkach. Te wyniki sugerują, Ŝe sekwencje rodziny 120 pz były

wstawiane w miejsca interstycjalne po separacji S. silvestre i S. strictum ssp. africanum od

pozostałych gatunków.

Rodzina 610 pz nie występuje w gatunkach S. vavilovii i jest prawie nieobecna w S. sylvestre

i S. strictum ssp. africanum. Te dane mówią o tym, Ŝe sekwencje były dawniej obecne i później

amplifikowane w jednym lub dwóch miejscach, które korespondują z telomerami w 4RS i 5RS.

Amplifikacja prawdopodobnie występowała po przodkach wszystkich gatunków Ŝyta i przed

specjacją tego rodzaju. JednakŜe obserwowana jest rodzina 610 pz w telomerach innych

chromosomów u S. strictum i S. cereale L. Ten polimorfizm moŜe być spowodowany delecjami

lub/i amplifikacjami pierwotnie istniejących sekwencji. Nieobecność tych sekwencji w S. vavilovii

moŜe być tłumaczona wystąpieniem delecji. Występowanie rodziny 610 pz w S. sylvestre i S. strictum

oraz nieobecność tych sekwencji w innych gatunkach Triticeae bardziej pasuje do hipotezy, Ŝe

S. strictum miał przodka wyłonionego z gatunku S. sylvestre niŜ do hipotezy istnienia

wspólnego przodka dla obu gatunków (Kush i Stebbins 1961). Podobieństwa wzoru dla rodziny

120 pz we wszystkich gatunkach rodzaju Secale i róŜnice w rozmieszczeniu w innych gatunkach

Triticeae popierają tę tezę.

12 M. Achrem i S.M. Rogalska

Nieobecność rodziny 480 pz w S. sylvestre i S. strictum ssp. africanum sugeruje, Ŝe

sekwencje te były amplifikowane podczas ewolucji rodzaju Secale po rozejściu się obu gatun-

ków od wspólnego przodka. Pozostałe gatunki tego rodzaju cechują się występowaniem tych

sekwencji we wszystkich chromosomach w telomerach.

Osobliwe jest to, Ŝe gatunek S. sylvestre tak róŜni się od innych gatunków, równieŜ rozmiesz-

czeniem i liczbą sekwencji SSR (AAC)5. RóŜnice te mogą być rozpatrywane dwojako. Po

pierwsze, mogą być konsekwencją samoistnej amplifikacji w uprzednio rozchodzących się

gatunkach. Po drugie, mogą być konsekwencją zdarzeń zróŜnicowanych delecji w ewoluują-

cych gatunkach, które były poprzedzone amplifikacjami u wspólnego przodka. Tak znaczne

róŜnice pomiędzy S. sylvestre i S. strictum we wzorze rozmieszczenia sekwencji AAC sugerują

wcześniejszą separację S. slivestre od S. strictum.

Konserwatywny wzór rozmieszczenia sekwencji AAC w badanych gatunkach moŜe być

tłumaczony umiarkowanym polimorfizmem wewnątrzgatunkowym i/lub rearanŜacją zachodzą-

cą podczas ewolucji rodzaju Secale.

Na przykład rozmieszczenie sekwencji AAG przedstawione przez Cuadrado i Jouve (2002)

jest bardziej zróŜnicowane. W S. strictum ssp. strictum we wszystkich chromosomach znajdują

się pojedyncze miejsca występowania tej sekwencji, z wyjątkiem 2R i 7R, gdzie sekwencje te

nie były obserwowane. Identycznym wzorem rozmieszczenia (AAG)5 charakteryzują się chromo-

somy S. cereale L. i S. vavilovii, mają wspólne miejsca na 3 ramionach, poniewaŜ delecja iden-

tycznych sekwencji w tych samych miejscach jest wysoce nieprawdopodobna; podobny wzór

w tych gatunkach sugeruje powiązania między nimi, wspólnego przodka i separację od

S. strictum w procesie ewolucji rodzaju Secale. Ta hipoteza popiera identyczne translokacje

S. strictum do S. vavilovii, znalezione równieŜ w S. cereale (Singh i Röbbelen 1977), a takŜe

polimorfizm locus 5S rDNA w ramieniu 3RS w obu tych gatunkach (Cuadrado i Jouve 2002).

Wyniki uzyskane przez Cuadrado i Jouve (2002) wspierają hipotezę, Ŝe S. sylvestre,

jednoroczny, samopylny gatunek rozszedł się z S. strictum w Miocenie i wyłonił się z odgałę-

zienia rodowodu po amplifikacji rodziny 610 pz. S. sylvestre róŜni się od innych gatunków

rodzaju Secale ilością i rozmieszczeniem (AAG)n i (AAC)n. Wyniki sugerują, Ŝe te SSRs były

rozmieszczone wzdłuŜ ramion wszystkich chromosomów po rozejściu się S. sylvestre.

Podobieństwa wzoru rozmieszczenia (AAC)n oraz występowanie 5S rDNA locus w 3RS

w S. cereale L. i S. vavilovii sugerują związek tych dwóch gatunków i to, Ŝe miały wspólnego

przodka. Po nieokreślonym czasie zaczęły się oddzielać i ewolucyjnie separować; jednym

z waŜniejszych zdarzeń w ewolucji tych gatunków była delecja sekwencji powtarzalnych

rodziny 610 pz w S. vavilovii.

WNIOSKI

Sondy zbudowane z sekwencji mikrosatelitarnej (AAC)5 dawały regularne sygnały hybrydy-

zacyjne. Lokalizowały się one głównie w okolicy centromerów we wszystkich chromosomach

kaŜdego z badanych gatunków rodzaju Secale. RóŜnice między gatunkami polegały na wystę-

powaniu lub braku sekwencji AAC w okolicy telomerów lub interkalarnie. MoŜna przyjąć, Ŝe ta

sekwencja moŜe być markerem gatunkowym.

Lokalizacja specyficznych sekwencji nukleotydowych w chromosomach Ŝyta... 13

PIŚMIENNICTWO

Bedbrook J.R., Jones J., O’Dell M., Thompson R.D., Flavell R.B. 1980. A molecular description of telomeric heterochromatin in Secale species. Cell 19, 411–419.

Bustos A., Cuadrado A., Soler C., Jouve N. 1996. Physical mapping of repetitive DNA sequences and 5S and 18S–26S rDNA in wild species of the genus Hordeum. Chromosome Res. 4, 491–499.

Castilho A., Heslop-Harrison J.S. 1995. Physical mapping of 5S and 18S–25S rDNA and repetitive DNA sequences in Aegilops umbellulata. Genome 38, 91–96.

Cuadrado A., Schwarzacher T., Jouve N. 2000. Identification of different chromatin classes in wheat using in situ hybridization with simple sequence repeat oligonucleotides. Theor Appl Genet. 101, 711–717.

Fuchs J., Kohne M., Schubert I. 1998. Assignment of linkage groups to pea chromosomes after karyotyping and gene mapping by fluorescent in situ hybridization. Chromosoma 107, 272–276.

Friebe B., Mukai Y., Dhaliwal H.S., Martin T.J. 1991. Identification of alien chromatin specifying resistance to wheat streak mosaic and greenbug in wheat germplasm by C-banding and in situ hybridization. Theor. Appl. Genet. 81, 381–389.

Gill B., Kimber G. 1974. The giemsa C-banded karyotype of rye. Proc. Nat. Acad. Sci. 71, 1247–1249. Gortner G., Nenno M., Weising K., Zink D., Nagl W., Kahl G. 1998. Chromosomal localization and

distribution of SSRs and the Arabidopsis-type telomere sequence in the genome of Cicer arietinum L. Chrom. Res. 6, 97–104.

Kush G.S., Stebbins G.L. 1961. Cytogenetic and evolutionary studies in Secale. Part I. Some new data on the ancestry of S. cereale. Am. J. Bot. 48, 723–730.

Leitch A., Mosgller W., Shi M., Heslop-Harrison J. 1992. Different patterns of rDNA organization at interphase nuclei of wheat and rye. J. Cell Sci. 101, 751–757.

Mukai Y., Nakahara Y., Yamamoto M. 1993. Simultaneous discrimination of the three genomes in hexaploid wheat by multicolor fluorescence in situ hybridization using total genomic and highly repeated DNA probes. Genome 36, 489–494.

Naranjo T., Fernández-Rueda P. 1991. Homology of rye chromosome arms to wheat. Theor. Appl. Genet. 82, 577–586.

Pedersen C, Rasmussen SK, Linde-Laursen I. 1996. Genome and chromosome identification in cultivated barley and related species of the Triticeae (Poaceae) by in situ hybridization with the GAA-satellite sequence. Genome 39, 93–104.

Powell W., Machray G.C., Provan J. 1996. Polymorphism revealed by SSRs. Trends Plant Sci. 1, 215–222. Rogalska S.M. 1978. Rozmieszczenie heterochromatyny w chromosomach kilku odmian diploidalnego Ŝyta Secale cereale L. Hodowla Roślin 5, 7–10

Rogalska S.M., Achrem M., Słominska-Walkowiak R., S kuza L., Filip E. 2002. Polimorphism of heterochromatin bands on chromosomes of rye Secale vavilovii Grossh lines. Acta Biol. Cracov., Ser. Bot. 44, 111–117.

Schlegel R., Gill B.S. 1984. N-banding analysis of rye chromosomes and the relationship between N-banded and C-banded heterochromatin. Can. J. Genet. Cytol. 26, 765–769.

Schmidt T., Heslop-Harrison J.S. 1996. The physical and genomic organization of microsatellites in sugar beet. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 8761–8765.

Tautz D. 1989. Hypervariability of simple sequences as a general source for polymorphic DANN markers. Nucl. Acids. Res.17, 6443–6471.

Weising K., Winter P., Huttel B., Kahl G. 1998. Microsatellite markers for molecular breeding. J. Crop Prod. 1, 113–143.

14 M. Achrem i S.M. Rogalska

FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Agricultura 247 (100), 15–20

Aleksander BRZÓSTOWICZ, Andrzej GREGORCZYK1, Joanna Popecka

WPŁYW ZRÓśNICOWANEGO NATĘśENIA OŚWIETLENIA I PODWYśSZONEGO STĘśENIA CO2 NA WZROST SIEWEK PSZENśYTA OZIMEGO ODMIANY ‘PRADO’

EFFECT OF DIFFERENT IRRADIATIONS AND ENRICHED CO 2 CONCENTRATIONS ON GROWTH WINTER TRITICALE SEEDLINGS CV. ‘PRADO’

Zakład Fizyki Instytutu InŜynierii Rolniczej, 1Zakład Doświadczalnictwa Katedry Uprawy Roli, Roślin i Doświadczalnictwa, Akademia Rolnicza, ul. PapieŜa Pawła VI 3, 71–442 Szczecin

Abstract. Biometric measurement of winter triticale seedlings were made after 28 days of growth in controlled conditions. The most intensive growth of triticale seedlings appeared in double CO2 concentration and PPFD 800 µmol · m-2 · s-1.

Słowa kluczowe: dwutlenek węgla, PPFD, pszenŜyto, wzrost roślin. Key words: carbon dioxide, plant growth, PPFD, triticale.

WSTĘP

PszenŜyto ozime jest gatunkiem konkurencyjnym dla innych zbóŜ, poniewaŜ charakteryzuje

się wiernością plonowania, tolerancją na zakwaszenie gleby oraz dobrą wartością pokarmową

(Wolski 1993; Guedes-Puinto i in. 1996).

Ze względu na postępujący efekt cieplarniany interesujące są badania wpływu zwiększo-

nego stęŜenia dwutlenku węgla w atmosferze na wzrost i rozwój roślin uprawnych (Houghton

i in. 1990; Maciorowski i in. 1995; Olesen i Bindi 2002), w tym takŜe pszenŜyta ozimego. Obecnie

stęŜenie dwutlenku węgla w powietrzu (380–400) µmol · mol-1 nie stanowi minimum fizjologicznego

i naleŜy oczekiwać, Ŝe podwyŜszona koncentracja tego gazu w atmosferze zwiększy znacznie

intensywność fotosyntezy (Havelka i in. 1984; Bunce 1993; Gregorczyk i Stankowski 1998).

Zarówno niedobór światła, jak i jego nadmiar mogą być szkodliwe dla roślin. W świetle o małym

natęŜeniu rośliny tracą więcej CO2 niŜ są w stanie przyswoić, a przy nadmiernej absorpcji

promieniowania świetlnego moŜe zajść zjawisko fotoinhibicji procesu fotosyntezy i wzmoŜone

wytwarzanie niebezpiecznych form aktywnego tlenu, które inicjują szereg niepoŜądanych

reakcji, np. wolnorodnikowe utlenianie lipidów w błonach tylakoidowych (Smille i in. 1998).

Celem badań było zbadanie wpływu czterech poziomów koncentracji CO2 w powietrzu na

parametry biometryczne i zawartość chlorofilu w siewkach pszenŜyta ozimego odmiany

‘Prado’, przy dwóch poziomach gęstości strumienia fotonów aktywnych fotosyntetycznie (PPFD).

16 A. Brzóstowicz i in.

MATERIAŁ I METODY

Ziarniaki pszenŜyta odmiany ‘Prado’ rozłoŜono do kiełkowników Szmala (po 100 w kaŜdym),

które potem umieszczono w pojemnikach z poŜywką Hoaglanda; następnie zostały one przenie-

sione do czterech minifitotronów. Zastosowano następujące warunki wzrostu: gęstość strumie-

nia fotonów czynnych fotosyntetycznie PPFD (ang. photosynthetic photon flux density): 400

i 800 µmol · m-2 · s-1; stęŜenie CO2 w powietrzu: 400, 800, 1200 i 1600 µmol · mol-1; fotoperiod:

12 h (dzień) na 12 h (noc); temperatura 20ºC, która w kolejnych dniach była obniŜana o 2ºC,

aŜ do uzyskania 10ºC. StęŜenie 400 µmol · mol-1 CO2 (bliskie atmosferycznemu) przyjęto trakto-

wać jako kontrolne. Po upływie 28 dni od załoŜenia eksperymentu oznaczono następujące cechy

siewek pszenŜyta: długość i szerokość pierwszego liścia – za pomocą suwmiarki, świeŜą

i suchą masę części nadziemnych oraz korzeni – na wadze analitycznej typu WPS-35, liczbę

korzeni, zawartość chlorofilu w pierwszym liściu (w jednostkach względnych) – za pomocą

chlorofilometru SPAD 502. Uzyskane wyniki – przeliczone na roślinę – opracowano statystycznie,

stosując dwuczynnikową analizę wariancji, w układzie kompletnej randomizacji. Najmniejsze istot-

ne róŜnice między średnimi określono wg procedury Tukeya, przy poziomie istotności α = 0,05.

WYNIKI

Na podstawie uzyskanych wyników zaobserwować moŜna, Ŝe stęŜenia CO2 wynoszące 800

i 1600 µmol · mol-1 spowodowały statystycznie istotne przyrosty długości i szerokości pierwszego liścia

(tab. 1). Ta pierwsza koncentracja dwutlenku węgla, przy PPFD równym 800 µmol · m-2 · s-1, wywo-

łała największy przyrost wartości badanych cech wśród wszystkich kombinacji eksperymentu.

Stwierdzono równieŜ depresyjne działanie stęŜenia 400 µmol · mol-1 oraz PPFD 400 µmol · m-2 · s-1

na wymienione parametry siewek.

Tabela 1. Długość i szerokość pierwszego liścia siewek pszenŜyta ozimego odmiany ‘Prado’ w zaleŜności od natęŜenia światła (PPFD) i stęŜenia CO2

Table 1. Length and wide of first leaf of winter triticale cv. ‘Prado’ depending on PPFD and CO2 concentration Długość pierwszego liścia Length of first leaf [mm]

Szerokość pierwszego liścia Wide of first leaf [mm]

PPFD [µmol · m-2 · s-1]

StęŜenie CO2 CO2 concentration [µmol · mol-1] 400 800 średnia – mean 400 800 średnia – mean

400 135,4 c 128,5 c 131,9 a 4,52 d 4,95 a 4,74 a

800 167,2 ab 181,5 b 174,3 b 5,07 ab 5,59 c 5,33 b

1200 161,2 a 143,3 c 152,3 c 5,11 ab 4,91 a 5,01 c

1600 166,7 ab 167,3 ab 167,0 b 5,13 ab 5,32 bc 5,22 b

Średnia – Mean 157,6 a 155,2 a X 4,96 a 5,19 b X

Średnie oznaczone tymi samymi literami nie róŜnią się istotnie na poziomie istotności 0,05. Mean values described by the same letters do not differ significantly at 0.05 – significant level.

Dwukrotnie zwiększone (w stosunku do kontroli) stęŜenie CO2 wywierało najkorzystniejszy

wpływ na wartości świeŜej masy części nadziemnej i korzeni roślin pszenŜyta (tab. 2). Nato-

miast siewki rosnące w warunkach kontrolnego stęŜenia dwutlenku węgla charakteryzowały

się istotnie najmniejszymi wartościami świeŜej masy.

Wpływ zró Ŝnicowanego nat ęŜenia oświetlenia i podwy Ŝszonego st ęŜenia CO 2… 17

Tabela 2. ŚwieŜa masa części nadziemnej i korzeni siewek pszenŜyta ozimego odmiany ‘Prado’ w zaleŜności od natęŜenia światła (PPFD) i stęŜenia CO2

Table 2. Fresh matter aboveground part and roots of seedlings of winter triticale cv. ‘Prado’ depending on PPFD and CO2 concentration

ŚwieŜa masa części nadziemnej Fresh matter of aboveground part [g]

ŚwieŜa masa korzeni Fresh master of roots [g]

PPFD [µmol · m-2 · s-1]

StęŜenie CO2 CO2 concentration [µmol · mol-1]

400 800 średnia – mean 400 800 średnia – mean 400 0,3295 b 0,3746 bc 0,3521 a 0,2269 b 0,2059 b 0,2164 a 800 0,5163 a 0,7084 d 0,6124 b 0,3305 ac 0,3861 c 0,3583 b 1200 0,4971 a 0,4341 ac 0,4656 c 0,3197 a 0,2299 b 0,2749 c 1600 0,5150 a 0,6147 d 0,5648 b 0,2968 a 0,3381 ac 0,3174 d Średnia – Mean 0,4645 a 0,5329 b X 0,2935 a 0,2900 a X

Objaśnienia patrz tab. 1 – Explanations see Tab. 1.

Wartości suchej masy badanych siewek przedstawiono w tab. 3. Największe średnie wartości

suchej masy, zarówno części nadziemnej, jak i korzeni, zaobserwowano u roślin poddanych

działaniu koncentracji CO2 równej 800 µmol · mol-1, a najmniejsze – u roślin kontrolnych (róŜnice

statystycznie istotne). Obiekty z kombinacji: stęŜenie wynoszące 800 µmol (CO2) · mol-1 i PPFD

wynoszące 800 µmol · m-2 · s-1 odznaczały się istotnie największymi wartościami suchej masy.

Tabela 3. Sucha masa części nadziemnej i korzeni siewek pszenŜyta ozimego odmiany ‘Prado’ w zaleŜności od natęŜenia światła (PPFD) i stęŜenia CO2

Table 3. Dry matter aboveground part and roots of seedlings of winter triticale cv. ‘Prado’ depending on PPFD and CO2 concentration

Sucha masa części nadziemnej Dry matter aboveground part [g]

Sucha masa korzeni Dry matter roots [g]

PPFD [µmol · m-2 · s-1]

StęŜenie CO2 CO2 concentration [µmol · mol-1]

400 800 średnia – mean 400 800 średnia – mean 400 0,0605 b 0,0566 b 0,0585 a 0,0223 bc 0,0179 b 0,0201 b 800 0,1263 a 0,1521 d 0,1392 b 0,0380 a 0,0467 d 0,0424 a 1200 0,1160 a 0,0903 c 0,1031 c 0,0389 a 0,0277 c 0,0333 c 1600 0,1233 a 0,1267 a 0,1250 d 0,0392 a 0,0396 a 0,0394 a Średnia – Mean 0,1065 a 0,1064 a X 0,0346 a 0,0330 a X

Objaśnienia patrz tab. 1 – Explanations see Tab. 1.

Średnia liczba korzeni – przy obu poziomach natęŜenia oświetlenia – tylko u siewek pszenŜyta,

rosnących w warunkach kontrolnego stęŜenia dwutlenku węgla, była istotnie mniejsza (tab. 4).

Natomiast PPFD wynoszące 800 µmol · m-2 · s-1 spowodowało zwiększenie liczby korzeni,

szczególnie w kombinacji z podwojoną koncentracją CO2.

Tabela 4. Liczba korzeni i zawartość chlorofilu siewek pszenŜyta ozimego odmiany ‘Prado’ w zaleŜności od natęŜenia światła (PPFD) i stęŜenia CO2

Table 4. Roots number and chlorophyll contents of seedlings of winter triticale cv. ‘Prado’ depending on PPFD and CO2 concentration

Liczba korzeni Roots number

Odczyty SPAD SPAD readings

PPFD [µmol · m-2 · s-1]

StęŜenie CO2 CO2 concentration [µmol · mol-1]

400 800 średnia – mean 400 800 średnia – mean 400 8,21 ad 7,21 c 7,71 a 36,19 a 19,60 d 27,89 a 800 8,83 ab 10,05 ef 9,44 b 42,18 b 37,97 ab 40,07 b 1200 8,58 ab 9,23 be 8,91 b 39,09 ab 30,59 c 34,84 c 1600 7,53 cd 10,94 f 9,24 b 39,66 ab 31,70 c 35,68 c Średnia – Mean 8,29 a 9,36 b X 39,28 a 29,97 b X

Objaśnienia patrz tab. 1 – Explanations see Tab. 1.

18 A. Brzóstowicz i in.

Najmniejsze średnie zawartości chlorofilu w pierwszym liściu uzyskano przy najniŜszym

stęŜeniu dwutlenku węgla, a największe – przy podwojonej zawartości CO2 (tab. 4). Z kolei

zwiększenie PPFD do 800 µmol · m-2 · s-1 wywołało znaczny spadek koncentracji chlorofilu

(39,3 wobec 30,0 SPAD-ów przy większym poziomie natęŜenia oświetlenia).

DYSKUSJA

Z dwóch poziomów PPFD, uŜytych w doświadczeniu, bardziej stymulujące wzrost siewek

okazało się natęŜenie światła 800 µmol · m-2 · s-1, które wpłynęło dodatnio na średnie wartości

świeŜej masy pierwszego liścia, jego szerokość oraz liczbę korzeni. Większą zawartość chloro-

filu stwierdzono natomiast przy PPFD wynoszącym 400 µmol · m-2 · s-1. W przypadku pozos-

tałych cech róŜnice między średnimi dla tego czynnika doświadczalnego były statystycznie

nieistotne. Spośród czterech stęŜeń dwutlenku węgla zdecydowanie najkorzystniejsze działanie

na rośliny miała koncentracja CO2 równa 800 µmol · mol-1. Siewki pszenŜyta rosnące w takim

powietrzu miały największe średnie wartości wszystkich analizowanych cech biometrycznych,

a takŜe zawartości chlorofilu. Jest to zgodne z wynikami badań Sionta i in. (1981) i Maciorows-

kiego i in. (1995), którzy udowodnili dla roślin pszenicy dodatni wpływ podwojonego stęŜenia

dwutlenku na akumulację suchej masy roślin. W niniejszych badaniach podobnie, jak w wyŜej

wymienionych, stwierdzono inhibitujące działanie na siewki pszenŜyta odmiany ‘Prado’ najmniej-

szego stęŜenia CO2 (400 µmol · mol-1); stwierdzenie to dotyczy wszystkich badanych cech biomet-

rycznych pszenŜyta. Natomiast Janicki i Brzóstowicz (2005), badając wpływ podwójnego, potrójne-

go i poczwórnego, w stosunku do aktualnego atmosferycznego stęŜenia dwutlenku węgla na

takie same parametry biometryczne siewek pszenŜyta ozimego, wykazali najkorzystniejsze

działanie stęŜenia CO2 równego 1200 µmol · mol-1, przy PPFD 200 µmol · m-2 · s-1.

Na podstawie analizy wariancji udowodniono dla wszystkich cech istotność interakcji PPFD

x stęŜenie CO2. Największą wartość świeŜej i suchej masy oraz długość i szerokość pierwsze-

go liścia uzyskano na obiektach przy PPFD wynoszącym 800 µmol · m-2 · s-1 i stęŜeniu

800 µmol (CO2) · mol-1. RównieŜ dla świeŜej i suchej masy siewek oraz liczby korzeni, a takŜe

zawartości chlorofilu najbardziej stymulująca okazała się powyŜsza kombinacja czynników

doświadczalnych.

Obiekty o PPFD 400 µmol · m-2 · s-1 i koncentracji 400 µmol (CO2) · mol-1 charakteryzowały się

najmniejszymi wartościami badanych parametrów części nadziemnej siewek i korzeni oprócz

ich liczby. Działanie tego samego stęŜenia dwutlenku węgla (400 µmol · mol-1) w powietrzu

i PPFD wynoszącego 800 µmol · m-2 · s-1 spowodowało znaczny spadek zawartości chlorofilu.

WNIOSKI

1. Stymulujące wzrost siewek badanych roślin pszenŜyta odmiany ‘Prado’ okazało się podwo-

jone, w stosunku do aktualnego, stęŜenie dwutlenku węgla w atmosferze oraz natęŜenie oświet-

lenia równe 800 µmol · m-2 · s-1.

2. W odniesieniu do większości analizowanych cech stwierdzono niekorzystne działanie nastę-

pującej kombinacji czynników doświadczalnych: poziomu natęŜenia oświetlenia 400 µmol · m-2 · s-1

i stęŜenia dwutlenku węgla 400 µmol · mol-1.

Wpływ zró Ŝnicowanego nat ęŜenia oświetlenia i podwy Ŝszonego st ęŜenia CO 2… 19

PIŚMIENNICTWO

Bunce J.A. 1993. Effects of doubled atmospheric carbon dioxide concentration on the responses of assimilation and conductance to humidity. Plant Cell Environ. 16, 189–197.

Gregorczyk A., Stankowski S. 1998. Wskaźnikowa analiza wzrostu roślin pszenicy jarej rosnącej w powietrzu o zróŜnicowanym stęŜeniu CO2. Frag. Agrom. 57(1), 53–63.

Havelka U.D., Wittenbach V.A., Boyle M.G. 1984. CO2 enrichment effects on wheat yield and phisiology. Crop Sci. 24, 1163–1168.

Houghton J.T., Jenkins G.J., Ephraums J.J. 1990. Climate change: The IPCC Scientific Assessment [in: Intergovernmental Panel on Climate Change]. Cambridge Univ. Press.

Janicki W., Brzóstowicz A. 2005. Wpływ zwiększonego stęŜenia CO2 na wzrost siewek zbóŜ ozimych. InŜ. Rol. 3(36), 211–218.

Maciorowski R., Stankowski S., Dijkstra P. 1995. Opis wzrostu roślin pszenicy jarej przy róŜnym stęŜeniu CO2 w powietrzu za pomocą funkcji logistycznej. Hod. Rośl. Aklim. 39 (6), 123–132.

Olesen J.E., Bindi M. 2002. Conseqeuces of climate change for European agricultural productivity, land use and policy. Europ. J. Agron. 16, 239–262.

Siont N., Mortensen D.A., Strain B.R., Hellmers H. 1981. Growth response of wheat to CO2 enrichment and different levels of mineral nutrition. Agron. J. 37, 1023–1027.

Smille R.M., Hetherinngton S.E., He J., Nott R. 1988. Photoinhibition at chilling temperatures. Aust. J. Plant Physiol. 15, 207–222.

Triticale: Today and tomorrow. 1996. Eds. H. Guedes-Puinto, N. Darvey, V.C. Carnide. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Wolski T. 1993. PszenŜyto ozime hodowli Danko w Europie. Biul. IHAR. 187, 139–142.

20 A. Brzóstowicz i in.

FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Agricultura 247 (100), 21–28

Maciej BUŚKO, Tomasz GÓRAL1, Henryk CICHY2, Anna MATYSIAK, Juliusz PERKOWSKI

AKUMULACJA DEOKSYNIWALENOLU I ERGOSTEROLU W ZIARNIE PSZENśYTA PORAśONYM PRZEZ FUSARIUM CULMORUM

ACCUMULATION OF DEOXYNIVALENOL AND ERGOSTEROL IN TR ITICALE KERNELS INFECTED BY FUSARIUM CULMORUM

Katedra Chemii, Akademia Rolnicza ul. Wojska Polskiego 75, 60–625 Poznań, e-mail: julperk@au.poznan.pl 1Zakład Fitopatologii, Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin Radzików, 05–870 Błonie, e-mail: t.goral@ihar.edu.pl 2Hodowla Roślin „Strzelce”, Oddział Małyszyn ul. Myśliborska 81, 66–400 Gorzów Wlkp., e-mail: malyszyn@did.pl

Abstract. In years 2000 and 2001 experiments with 37 breeding lines of winter triticale were conducted. Triticale heads were inoculated with Fusarium culmorum. Head infection severity were scored and contents of trichothecenes of group B and ergosterol in grain were analysed. In 2000 head infection was 21.53%, and in 2001 24.76%. Average deoxynivalenol content in 2000 was 41.86 mg · kg-1, and in 2001 75.82 mg · kg-1. In 2000 average ergosterol concentration was 42.10 mg · kg-1, and in the next year 39.93 mg · kg-1. Coefficients of correlation between head infection and analysed metabolites were insignificant in 2000, and highly significant in 2001. For all analysed grain samples in both years significant correlation coefficient describing relation deoxynivalenol/ergosterol was found. All obtained results were strongly affected by climatic conditions more favourable for Fusarium head blight development in 2001.

Słowa kluczowe: deoksyniwalenol, ergosterol, Fusarium, mikotoksyny, pszenŜyto. Key words: deoxynivalenol, ergosterol, Fusarium, mycotoxins, triticale.

WSTĘP

Fuzarioza kłosa zbóŜ jest chorobą powodowaną przez grzyby z rodzaju Fusarium. NajwaŜniej-szymi w skali światowej gatunkami Fusarium, powodującymi fuzariozę kłosów, są: Fusarium

graminearum, F. culmorum i F. avenaceum. W Polsce najczęściej występujące gatunki to:

F. avenaceum i F. culmorum (Wakuliński i Chełkowski 1993). Efektem fuzariozy kłosów, w zaleŜ-ności od terminu infekcji i nasilenia choroby, moŜe być niedorozwój ziarniaków, pomarszczenie

i zmniejszenie masy tysiąca ziarniaków, zmniejszenie zdolności kiełkowania i zasiedlenie ziarniaka

przez Fusarium, a takŜe skaŜenie toksycznymi metabolitami grzybów Fusarium (Kiecana i in. 1988;

Chełkowski i in. 1988). NajwaŜniejszą mikotoksyną, ze względu na powszechność jej występo-wania, w przypadku zbóŜ jest deoksyniwalenol (DON) i jego pochodne (Perkowski 1999).

O znaczeniu DON-u świadczy fakt przyjęcia przez Unię Europejską przepisów dotyczących limitów zawartości tej toksyny w ziarnie zbóŜ (Commission Regulation (EC) 2005).

Największe szkody fuzarioza kłosów powoduje w uprawach pszenicy i pszenicy twardej,

która, w porównaniu z innymi zboŜami, jest najbardziej podatna na tę chorobę. Mniejszą podat-

22 M. Buśko i in.

nością na poraŜenie kłosa (wiech) charakteryzują się kolejno: pszenŜyto, Ŝyto, jęczmień i owies

(Góral i in. 1995; Langevin i in. 2004). JednakŜe okazuje się, Ŝe w przypadku fuzarioz kłosa

obserwowane róŜnice w podatności zbóŜ nie są w pełni skorelowane ze skaŜeniem ziarna mikoto-

ksynami. Miedaner i in. (2001) stwierdzili, iŜ w Ŝycie poraŜonym przez fuzariozę w podobnym

stopniu jak w pszenicy kumulowało się dwukrotnie mniej DON-u. PszenŜyto było poraŜane

najsłabiej i kumulowało w ziarnie podobne ilości DON-u jak Ŝyto. Wśród badanych polskich

genotypów tych zbóŜ Góral i in. (1995) zaobserwowali, Ŝe pszenica była najbardziej podatna

na fuzariozę kłosów i akumulację DON-u. Natomiast genotypy pszenŜyta i Ŝyta charakteryzowały

się podobną odpornością, jednakŜe w ziarnie Ŝyta kumulowało się mniej toksyn fuzaryjnych.

Odmiany pszenŜyta charakteryzują się duŜą zmiennością odporności na fuzariozę kłosa.

Większość odmian swoją odpornością przypomina odporniejszy komponent XTriticosecale, czyli

Ŝyto. JednakŜe odporność niektórych odmian zbliŜa się do odporności pszenicy – komponentu

podatniejszego. Skłoniło to nas do podjęcia badań nad odpornością linii hodowlanych pszen-

Ŝyta na fuzariozę kłosa i akumulację toksyn w ziarnie. Część wyników przedstawiono w pracy

Góral i in. (2002). Niniejsza praca skupia się natomiast na analizie stęŜenia metabolitów w ziarnie

i zaleŜnościach między nimi i poraŜeniem kłosa.

MATERIAŁY I METODY

W latach 2000 i 2001 w Małyszynie przeprowadzono doświadczenia infekcyjne z 37 liniami

hodowlanymi (26 linii w roku 2000, 18 linii w roku 2001, w tym 7 linii takich samych dla obu lat).

Kłosy pszenŜyta poddano inokulacji mieszaniną izolatów grzyba Fusarium culmorum. Oceniano

stopień poraŜenia kłosa jako procentowy udział kłosków z objawami fuzariozy w kłosach na polet-

ku. Wyniki oceny fenotypowej poraŜenia kłosów oraz redukcji komponentów plonu przedsta-

wiono w pracy Góral i in. (2002).

W ziarnie pochodzącym z tych doświadczeń wykonano analizę zawartości trichotecenów

grupy B oraz ergosterolu. Próbki o masie 10 g zmielono, poddano ekstrakcji 100 cm3 miesza-

niny acetonitryl – woda (82:18 v/v), a otrzymane ekstrakty po przesączeniu (sączek celulozo-

wy, Whatman numer 5) oczyszczano metodą ekstrakcji do fazy stałej (węgiel aktywny, celit,

obojętny tlenek glinu, 1:1:1 w/w).

Trichoteceny grupy B (deoksynivalenol – DON, 3-acetylodeoksyniwalenol – 3-AcDON,

15-acetylodeoksyniwalenol – 15-AcDON, niwalenol – NIV, fusarenon X – FUS-X) analizowano

jako pochodne trimetylosililowe (100 µl mieszaniny trimetylosililoimidazolu i trimetylochlorosilanu

100:1 v/v) metodą wzorca zewnętrznego. Rozdział chromatograficzny oraz analizę trichotecenów

grupy B prowadzono za pomocą chromatografu gazowego (Hewlett Packard 6890) sprzęŜo-

nego z detektorem mas (Hewlett Packard 5972 A). Aparat wyposaŜony był w autosampler

(HP 18593B) oraz kolumnę kapilarną (HP-5MS, 0,25 mm x 30 m). Otrzymane wyniki poddane

były obróbce w programie ChemStation. Odzysk dla analizowanych toksyn wynosił: DON 84 ± 3,8%;

3AcDON 78 ± 4,8%; 15 AcDON 74 ± 2,2%; NIV 81 ± 3,8%. Limit detekcji dla analizowanych

toksyn wynosił 0,01 mg · kg -1.

W celu analizy ERG mielono próbę o masie 10 g, z czego do analizy pobierano próbkę

o masie 0,10 g. Ekstrakcję ergosterolu przeprowadzono z jednoczesnym zmydlaniem, pod

Akumulacja deoksyniwalenolu i ergosterolu w ziarnie pszenŜyta... 23

wpływem promieniowania mikrofalowego (2 x 20 s, 350 W, kuchenka mikrofalowa Whirlpool,

model AVM 401/1/WH, 2450 MHZ, 900 W). Po schłodzeniu próbki neutralizowano (1-molowy

kwas solny), a następnie ekstrahowano pentanem (3 x 4 cm3). Analizę przeprowadzono za pomo-

cą wysokosprawnego chromatografu cieczowego (Waters SDS 501) z detektorem absorbcjo-

metrycznym (Waters 486 Tunable Absorbance Detector). Rozdział chromatograficzny odbywał

się na kolumnie Nova Pack C18, (150 x 3,9 mm), jako fazę wymywającą stosowano miesza-

ninę metanol: acetonitryl 90:10 (v/v). Pomiar stęŜenia ergosterolu następował przy długości fali

λ = 282 nm. Odzysk ERG wynosił 97%, natomiast poziom wykrywalności – 0,02 mg · kg-1.

WYNIKI

W ziarnie 37 linii hodowlanych pszenŜyta ozimego, poddanych inokulacji F. Culmorum,

wykonano analizę zawartości trichotecenów z grupy B oraz ergosterolu. Spośród analizowa-

nych trichotecenów grupy B toksyną, produkowaną przez uŜytą do inokulacji mieszaninę

szczepów, był DON; jego stęŜenie zostało określone ilościowo.

W roku 2000 badania przeprowadzono na 26 liniach hodowlanych. Średni stopień poraŜe-

nia kłosa (FK) wynosił 21,53% (rozstęp z próby 10,3 MAH 23175-1/20 – 36,4 MAH 21894-1/1).

Średnia zawartość DON wynosiła 41,86 mg · kg-1 (rozstęp z próby od 6,25 mg · kg-1 – MAH 3499

do 86,25 mg · kg-1 – MAH 3098). Średnie stęŜenie ergosterolu w badanych próbach linii hodowla-

nych pszenŜyta wynosiło 42,10 mg · kg-1, przy czym najwięcej tego metabolitu występowało

w ziarnie linii MAH 24507-1/4 (88,65 mg · kg-1), a najmniej w przypadku linii MAH 23257-4

(8,40 mg · kg-1), co przedstawiono w tab. 1.

Tabela 1. Średnia wartość fuzariozy kłosa, DON, ERG oraz stosunku DON/ERG dla linii pszenŜyta ozimego badanego w latach 2000 oraz 2001

Table 1. Average values of Fusarium head blight, DON, ERG and relationship DON/ERG for winter triticale lines in years 2000 and 2001

Wyszczególnienie – Specification Fuzarioza kłosa Fusarium head blight [%]

DON [mg · kg-1]

ERG [mg ·kg-1]

DON/ERG

Rok – Year 2000 Średnia – Average 21,53 41,86 42,10 1,13 Maksymalna wartość – Maximum value 36,40 86,25 88,65 3,06 Minimalna wartość – Minimum value 10,30 6,25 8,40 0,27 Rok – Year 2001 Średnia – Average 24,76 75,82 39,93 2,26 Maksymalna wartość – Maximum value 56,50 128,63 82,62 5,81 Minimalna wartość – Minimum value 11,50 21,39 11,65 1,01

W doświadczeniu w roku 2001 analizowano natomiast 18 linii. Średni stopień poraŜenia kłosa wynosił 24,76% (rozstęp z próby od 11,5 dla MAH 24898-3 do 56,5% dla MAH 3299). Średnia zawartość DON w ziarnie badanych linii hodowlanych wynosiła 75,82 mg · kg-1 (od

21,39 mg · kg-1 dla linii MAH 21320-13 do 128,63 mg · kg-1 dla linii MAH 24507-1/3). Pod wzglę-

dem zawartości ERG sytuacja wyglądała następująco: w liniach hodowlanych stwierdzono zawar-

tość ergosterolu średnio w ilości 39,93 mg · kg-1 (11,65 mg · kg-1 dla MAH 24898-2 – 82,62 mg · kg-1

dla MAH 3198).

24 M. Buśko i in.

Wyznaczona średnia wartość stosunku DON/ERG dla linii hodowlanych w roku 2000 wyno-

siła 1,13 (0,27 MAH 22097-1 – 3,06 MAH 20111-16), natomiast w roku 2001 wartość ta wynosiła

2,26 (1,01 MAH 3600 – 5,81 MAH 24110-5).

W roku 2000 stwierdzono brak korelacji pomiędzy stopniem poraŜenia kłosa a zawartością

DON i ERG. W roku 2001 natomiast korelacje te okazały się wysoce istotne, na poziomie

istotności α = 0,01 (rys. 1). W tym przypadku stopień poraŜenia kłosa wyjaśnia wartość

stęŜenia DON w poraŜonym ziarnie w 33%. TakŜe dla związku stopnia poraŜenia kłosa ze

stęŜeniem ERG w ziarnie równanie regresji przedstawiono na rys. 1. W tym przypadku stopień

poraŜenia kłosa wyjaśnia wartość stęŜenia ERG w poraŜonym ziarnie w 32%. Ze względu na

duŜe róŜnice pomiędzy obu latami doświadczenia nie badano korelacji dla danych z dwóch lat.

DON = 1,791 * FK + 29,187

R2 = 0,3368

ERG = 1,1787 * FK + 9,5372

R2 = 0,32260,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0

Fuzarioza kłosa – Fusarium head blight [%]

[mg

· kg-

1 ]

DON mg · kg-1 ERG mg · kg-1 DON ERG

Rys. 1. Wykres zaleŜności pomiędzy stopniem poraŜenia kłosa (fuzarioza kłosa) a DON i ERG z wyznaczonymi równaniami regresji liniowej dla linii hodowlanych pszenŜyta w roku 2001

Fig. 1. Graph of relationship between Fusarium head blight severity and ERG and DON with linear regression equation for triticale breeding lines in 2001

Rozpatrując zaleŜności pomiędzy stęŜeniami metabolitów w ziarnie wszystkich analizowa-

nych w roku 2000 linii hodowlanych pszenŜyta, moŜna zauwaŜyć wysoce istotne korelacje między

nimi na poziomie istotności α = 0,01. Dla związku DON z ERG równanie regresji przedstawia

się następująco:

y = 17,123 + 0,58745 x (ERG)

W tym przypadku stęŜenie ERG wyjaśnia wartość stęŜenia DON w poraŜonym ziarnie w 31%.

Natomiast w roku 2001 dla związku DON/ERG równanie regresji liniowej przyjęło postać:

y = 27,903 + 12 000 x (ERG)

DON mg · kg-1 ERG mg · kg-1

Akumulacja deoksyniwalenolu i ergosterolu w ziarnie pszenŜyta... 25

StęŜenie ERG wyjaśnia wartość stęŜenia DON w poraŜonym ziarnie aŜ w 64% (α = 0,001).

Równanie regresji liniowej dla obu lat doświadczenia przedstawiono na rys. 2. W tym

przypadku stęŜenie ERG wyjaśnia wartość stęŜenia DON w 32% (α = 0,001).

ERG mg/kg

DO

N m

g/kg

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100

Rys. 2. Wykres zaleŜności pomiędzy ERG i DON z wyznaczonym równaniem regresji liniowej dla linii hodowlanych pszenŜyta, dla lat 2000 i 2001

Fig. 2. Graph of relationship between ERG and DON with linear regression equation for triticale breeding lines, for years 2000 and 2001

DYSKUSJA

Średnie wartości stopnia poraŜenia kłosa w obu latach doświadczenia były podobne. W roku

2000 stopień poraŜenia kłosa wynosił 21,53%, natomiast w roku 2001 – 24,76%. W roku 2001

zaobserwowano jednak zwiększony rozstęp z próby, co mogło mieć związek z warunkami

pogodowymi.

W roku 2000 wiosna była bardzo ciepła i sucha, a średnia temperatura w czerwcu wynosiła

17,5ºC, czyli była wyŜsza od temperatury z wielolecia dla tego miesiąca o 1,3ºC. Równocześ-

nie towarzyszyła temu nadzwyczaj mała suma opadów wynosząca 35,4 mm, niŜsza o 37,6 mm od

średniej z wielolecia. W efekcie pszenŜyto dojrzało wcześnie, a rozwój choroby po inokulacji był

spowolniony. W rezultacie średnie stęŜenie DON w ziarnie wynosiło 41,86 mg · kg-1, w stosun-

ku do średniej z 2001 roku wynoszącej 75,82 mg · kg-1. Mimo niesprzyjających warunków atmosfe-

rycznych do zaistnienia fuzariozy kłosa wyznaczone średnie stęŜenie DON w 2000 roku naleŜy

uznać za wysokie i zbliŜone do maksymalnej wartości podanej dla ziarna pszenicy po inokulacji

przez Snijdersa i Perkowskiego (1990), wynoszącej 48,00 mg · kg-1. W przypadku niektórych

genotypów (MAH 24507-1/4, MAH 3098) zawartość DON przekraczała nawet znacznie średnią

(68,40 mg · kg-1) podaną przez Maiera i Oettler (1996) dla 5 inokulowanych genotypów pszenŜyta.

Na tak wysokie stęŜenia DON w roku 2000 miała jednak prawdopodobnie wpływ duŜa suma

opadów występujących od połowy lipca (103,5 mm), którym towarzyszyła umiarkowana tempe-

ratura (16,1ºC) w tym okresie. Spowodowały one, jak naleŜy sądzić, wtórną infekcję dojrzałych

juŜ roślin i – co jest z tym związane – wyŜszą kumulację toksyny.

DO

N [m

g · k

g-1 ]

ERG [mg · kg-1]

DON = 21,494 + 0,83116 * ERG r = 0,56694***

140

120

100

80

60

40

20

0

0 20 40 60 80 100

26 M. Buśko i in.

W roku 2001 warunki meteorologiczne były zdecydowanie korzystniejsze dla rozwoju fuza-

riozy kłosów bezpośrednio po inokulacji. Wiadomo bowiem, iŜ warunki pogodowe w okresie

infekcji odgrywają kluczową rolę w rozwoju tej choroby oraz jej nasileniu (Parry i in. 1995;

Maier i Oettler 1996; Miedaner i Perkowski 1996). W roku 2001 zaobserwowano wyŜsze średnie

stęŜenie DON (75,82 mg · kg-1) niŜ w roku poprzednim, a takŜe wyŜsze od wyznaczonego

przez Maiera i Oettler (1996).

W roku 2000 linie hodowlane zawierały 41,86 mg · kg-1 DON, a rozstęp z próby wynosił

6,25–86,25 mg · kg-1. W roku 2001 w ziarnie linii hodowlanych wyznaczono zawartość DON

75,82 mg · kg-1. W roku 2001 stwierdzono takŜe większe zróŜnicowanie pomiędzy badanymi

genotypami pszenŜyta, w porównaniu do roku 2000 (tab. 1).

Interesujący jest brak istotnych róŜnic w stęŜeniu ERG w obu analizowanych latach. W roku 2000

średnie stęŜenie ERG wynosiło 42,10 mg · kg-1, a w roku następnym – 39,93 mg · kg-1. Średnie

stęŜenia ERG (na poziomie 40 mg · kg-1) wskazują na wyraźne zasiedlenie ziarna grzybnią,

przy czym są niŜsze, niŜ zanotowane przez Miedanera i in. (2001). W badaniach tych przy podob-

nym stęŜeniu DON wartość stęŜenia ERG w ziarnie pszenŜyta sięgała nawet 116,4 mg · kg-1.

Dla zdrowego ziarna przyjmuje się zakres zawartości ERG w przedziale od 1 do 9 mg · kg-1

(Müller i Schwadorf 1990; Maupetit i in. 1993). Jednak w roku 2000 znajdowano genotypy,

w których kumulacja wynosiła poniŜej 9 mg · kg-1, natomiast w roku 2001 tak niskich stęŜeń ERG

w ziarnie nie zanotowano. Przedstawiony powyŜej przedział dla zdrowego ziarna (1 ≤ ERG ≥ 9)

wydaje się, na tle aktualnej wiedzy na ten temat, zasadny, tym niemniej według Schnürera

i Jonssona (1992) stęŜenie ERG dla takiego ziarna, uŜywanego w Ŝywieniu ludzi, powinno

wynosić maksymalnie 3 mg · kg-1.

Wyznaczenie istotnych zbieŜnych średnich stęŜeń ERG w ziarnie w obu latach wskazuje, iŜ

w przypadku analizowanych podobnych genotypów pszenŜyta ilość wytworzonej biomasy

pochodzenia grzybowego była identyczna, pomimo róŜnych warunków atmosferycznych. Być

moŜe wyjaśnieniem jest metoda inokulacji kłosów, polegająca na uŜyciu mieszaniny grzybów

F. culmorum, w przypadku których pojawia się inny mechanizm związany z konkurencyjnością,

niŜ w przypadku stosowania pojedynczego izolatu do inokulacji.

Z kolei stosunek DON/ERG odzwierciedla zawartość DON przypadającą na jednostkę

grzybni. Jak podają Miedaner i in. (2001), stosunek ten dla róŜnych zbóŜ przyjmuje zróŜnico-

wane wartości, co ma dowodzić duŜego wpływu gospodarza na kumulację toksyny. Otrzymane

średnie wartości stosunków DON/ERG dla ziarna pszenŜyta w obu latach doświadczenia

przekraczały jedność. W roku 2000 średnia wartość tego stosunku wynosiła 1,13, natomiast

w roku 2001 – 2,26. Na wielkość tego stosunku wpływają oczywiście zarówno stęŜenie DON,

jak i ERG. PoniewaŜ jednak stęŜenie ERG w obu badanych latach pozostawało na zbliŜonym

poziomie, co omówiono wyŜej, zatem róŜnica w wartości stosunku DON/ERG powodowana

była głównie przez stęŜenie DON. Stosunek DON/ERG, wyznaczony w ziarnie pszenŜyta przez

Miedanera (2001), wynosił 0,68, nieco mniej dla pszenicy – 0,62 i najmniej dla Ŝyta – 0,50. Z kolei

z danych przedstawionych przez Snijdersa i Krechtinga (1992) wypływa wniosek, Ŝe wraz ze

wzrostem stopnia poraŜenia ziarna pszenicy stosunek DON/ERG rośnie. DuŜe, wyznaczone

w niniejszej pracy, wartości stosunku DON/ERG wskazują zatem na znaczne poraŜenie ziarna

przez F. culmorum w obu latach, przy czym większe nasilenie choroby odnotowano w roku 2001.

Akumulacja deoksyniwalenolu i ergosterolu w ziarnie pszenŜyta... 27

Wyznaczone współczynniki korelacji pomiędzy stopniem poraŜeniem kłosa a badanymi

metabolitami róŜniły się znacznie, w zaleŜności od roku doświadczenia. Uzyskane wartości

tych współczynników w roku 2000 były nieistotne statystycznie, natomiast w kolejnym roku

okazały się wysoce istotne. Wyjaśnieniem tego zjawiska mogą być opisane powyŜej znaczne

róŜnice w warunkach pogodowych w okresie od inokulacji kłosów do zbioru ziarna, które

doprowadziły do wystąpienie w 2000 r. wtórnej infekcji juŜ po zakończeniu obserwacji stopnia

poraŜenia. Występowanie nieistotnych korelacji pomiędzy poraŜeniem kłosa z zawartością

DON i redukcją plonu pszenŜyta było juŜ opisane przez innych autorów (Maier i Oettler 1996).

W roku 2000 wyznaczono wysoce istotny współczynnik korelacji pomiędzy stęŜeniem DON

oraz ERG. Jego wartość r = 0,5584 (α = 0,01). W następnym roku doświadczenia (2001) istotne

wartości współczynników korelacji uzyskano dla pary ERG/DON w grupie linii hodowlanych

(r = 0,8006, α = 0,001).

Dla wszystkich analizowanych prób ziarna w dwóch latach uzyskano, pomimo tak rozbieŜ-

nych warunków klimatycznych, zaskakująco istotny współczynnik korelacji r = 0,5669, na poziomie

istotności α = 0, 001, opisujący związek DON/ERG. Jest to potwierdzeniem istnienia związku

namnoŜonej biomasy grzybowej zasiedlającej ziarniaki pszenŜyta z zawartością metabolitu

grzybowego, jakim jest deoksyniwalenol. Otrzymane wyniki są tym bardziej cenne, iŜ uzyskane

zostały w zróŜnicowanych warunkach atmosferycznych – w roku 2000 nie były sprzyjające rozwo-

jowi fuzariozy kłosa, natomiast w roku 2001 sprzyjały rozwojowi tej choroby.

WNIOSKI

1. Pomimo róŜnych warunków atmosferycznych stwierdzono podobne wartości stopnia pora-

Ŝenia kłosa linii pszenŜyta przez Fusarium culmorum dla obu lat doświadczenia.

2. Średnie stęŜenie deoksyniwalenolu w ziarnie, pochodzącym z obu lat badań, naleŜy uznać

za wysokie, zbliŜone do wartości w ziarnie pszenicy. W roku 2001 średnia zawartość deoksy-

niwalenolu była wyŜsza od średniej z roku 2000.

3. Stwierdzono brak istotnych róŜnic w stęŜeniu ergosterolu w obu analizowanych latach;

wskazuje to na występowanie podobnej ilości biomasy pochodzenia grzybowego.

4. Wartości współczynników korelacji pomiędzy stopniem poraŜeniem kłosa a badanymi meta-

bolitami (DON, ERG) były znacznie zróŜnicowane, w zaleŜności od roku doświadczenia.

W roku 2000 wartości tych współczynników nie były istotne statystycznie, natomiast w roku 2001

znaleziono istotne zaleŜności między badanymi cechami.

5. Dla analizowanych prób ziarna w dwóch latach doświadczenia uzyskano istotny współczyn-

nik korelacji pomiędzy zawartością deoksyniwalenolu a ergosterolu w ziarnie. Potwierdza to istnienie

związku namnoŜonej biomasy grzybowej zasiedlającej ziarniaki pszenŜyta z zawartością DON.

PIŚMIENNICTWO

Commission Regulation (EC) No. 856/2005 of 6 June 2005 amending Regulation (EC) No 466/2001 as regards Fusarium toxins. 2005. http://europa.eu.int/eur-lex/lex/LexUriServ/site/en/oj/2005/l_143/ /l_14320050607en00030008.pdf.

Chełkowski J., Visconti A., Perkowski J., Wakuli ński W., Bottalico A. 1988. Mycotoxins and fungi accompanying wheat head fusariosis in Poland. Mycotoxin Res. Fusarium Seminar, Warsaw, September 8–10, 1987, 57–60.

28 M. Buśko i in.

Góral T., Foremska E., Chełkowski J., Arseniuk E. 1995. Charakterystyka odmian pszenŜyta, pszenicy i Ŝyta pod względem odporności i tolerancji na poraŜenie kłosa przez Fusarium spp. Biul. IHAR 195/196, 251–259.

Góral T., Bu śko M., Cichy H., Jackowiak H., Perkowski J. 2002. Resistance of winter triticale lines and cultivars to Fusarium head blight and deoxynivalenol accumulation in kernels. J. Appl. Genet. 43A, 237–248.

Kiecana I., Perkowski J., Chełkowski J., Visconti A . 1988. Trichothecene mycotoxins in kernels and head fusariosis susceptibility in winter triticale. Mycotoxin Res. Fusarium Seminar, Warsaw, September 8–10, 1987, 53–56.

Langevin F., Eudes F., Comeau A. 2004. Effect of trichothecenes produced by Fusarium graminearum during Fusarium head blight development in six cereal species. Eur. J. Plant Path. 110, 735–746.

Maier F.J., Oettler G. 1996. Genetic variation for head blight resistance in triticale caused by Fusarium graminearum isolates of different deoxynivalenol production. Euphytica 89, 387–394.

Maupetit P., Gatel F., Cahagnier B., Botorel G., Ch arlier M., Collet B., Dauvillier P., Laffiteau J., Roux G. 1993. Quantitative estimation of fungal infestation of feedstuffs by determining ergosterol content [in: Report 44th Annual Meeting of EAAP Commission of Animal Nutrition], Aarhus, Denmark, August 16–19, 1993. [b.w.].

Miedaner T., Perkowski J. 1996. Correlations among Fusarium culmorum head blight resistance, fungal colonization and mycotoxin contents in winter rye. Plant Breed. 115, 347–351.

Miedaner T., Reinbrecht C., Lauber U., Schollenberg er M., Geiger H.H. 2001. Effects of genotype and genotype-environment interaction on deoxynivalenol accumulation and resistance to Fusarium head blight in rye, triticale, and wheat. Plant Breed. 120, 97–105.

Müller H.M., Schwadorf K. 1990. Ergosterol and fungal count in cereal by-products. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 64, 215–219.

Parry D.W., Jenkinson P., McLeod L. 1995. Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals – a review. Plant Pathol. 44, 207–238.

Perkowski J. 1999. Badania zawartości toksyn fuzaryjnych w ziarnie zbóŜ. Rocz. AR Pozn. Rozpr. Nauk. 295.

Schnürer J., Jonsson A. 1992. Ergosterol levels and mould colony forming units in Swedish grain of food and feed grade. Acta Agr. Scand., Ser. B. 42, 240–245.

Snijders C.H.A., Krechting C.F. 1992. Inhibition of deoxynivalenol translocation and fungal colonization in Fusarium head blight resistant wheat. Can. J. Bot. 70, 1570–1576.

Snijders C.H.A., Perkowski J. 1990. Effect of head blight caused by Fusarium culmorum on toxin content and weight of wheat kernels. Phytopathology 80, 566–570.

Wakuli ński W., Chełkowski J. 1993. Fusarium species causing scab of wheat, rye and triticale in Poland. Hod. Rośl. Aklim. Nasienn. (spec. edit.) 37 (4), 137–142.

FOLIA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE STETINENSIS Folia Univ. Agric. Stetin. 2006, Agricultura 247 (100), 29–38

Feliks CEGLAREK, Danuta BURACZYŃSKA, Anna PŁAZA

OCENA PLONOWANIA I ZAWARTO ŚCI ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH W MIESZANKACH PSZENśYTA JAREGO Z GROCHEM SIEWNYM W WARUNKACH ŚRODKOWOWSCHODNIEJ POLSKI

EVALUATION OF YIELDING AND THE CONTENT OF CHEMICAL COMPOUNDS IN THE MIXTURES OF SPRING TRITICALE AND FIELD PEA UNDER THE CONDITIONS OF CENTRAL-EASTERN POLAND

Katedra Szczegółowej Uprawy Roślin, Akademia Podlaska ul. Bolesława Prusa 14, 08–110 Siedlce

Abstract. The research carried out in the years 2001–2003 aimed at determining the lodging, yielding and content of chemical compounds in the mixtures of spring triticale and field pea cultivated for seeds, in dependence on the field pea variety (Kier, Wiato) and the participation of compounds in the mixture (100 + 0, 80 + 20, 60 + 40, 40 + 60, 20 + 80, 0 + 100%). A higher yield (4.57 and 4.41 t · ha-1) and a smaller crude fibre content were characteristic of the mixtures of spring triticale and field pea of the Wiato variety in which the participation of components was 40 + 60 and 20 + 80%. The average seed yield of the mixture of spring triticale and a 60-percent participation of field pea (4.40 t · ha-1) was significantly higher than the yield of spring triticale and the yield of field pea seed cultivated in pure stand (by 0.19 and 0.25 t · ha-1, respectively). The reduction of the share of spring triticale in the mixture increased plant lodging, yield and total protein content as well as the content of fibre and crude ash. Simultaneously, it reduced the content of crude fat and nitrogen free extract compounds in the seeds. The mixtures of spring triticale and field pea (80 + 20, 60 + 40, 40 + 60, 20 + 80%) cultivated for seeds yielded a significantly greater amount of total protein (from 75 to 362 kg · ha-1) compared with the spring triticale cultivated in pure stand.

Słowa kluczowe: groch siewny, mieszanka, plon, pszenŜyto jare, zawartość związków chemicznych. Key words: field pea, mixture, yield, spring triticale, content of chemical compounds.

WSTĘP

PszenŜyto jare jest rzadko stosowanym komponentem mieszanek z grochem siewnym.

ToteŜ literatura dotycząca takich mieszanek jest uboga, zwłaszcza dotycząca doboru odmian

grochu do mieszanek (Artyszak 1993; Szczygielski 1993; Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 b).

Zmienność plonów mieszanek roślin strączkowych z udziałem pszenŜyta jarego jest większa

niŜ mieszanek z jęczmieniem jarym (Rudnicki i Kotwica 2002). Rośliny pszenŜyta stanowią

jednak skuteczniejszą podporę dla wiotkołodygowych roślin strączkowych niŜ rośliny jęczmie-

nia (Rudnicki i Kotwica 2002; Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 a, b). Mieszanki pszenŜyta jarego

z grochem, pomimo silnej konkurencji roślin pszenŜyta wobec grochu, wykazują względnie duŜą

wydajność, umiarkowaną podatność na wyleganie i zadowalający udział nasion grochu w plonie

ogólnym (Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 b). Dobór odpowiedniej odmiany grochu do uprawy

mieszankowej ze zboŜami jarymi na ziarno paszowe, a takŜe ustalenie proporcji wysiewu obu

gatunków są podstawowymi warunkami powodzenia tego rodzaju uprawy (Johnston i in. 1978;

30 F. Ceglarek i in.

Kotecki 1990; Artyszak 1993; Szczygielski 1993; KsięŜak 1994; Szczukowski i Tworkowski 1994;

Podleśny 1996; Rudnicki 1997; KsięŜak i Brzóska 1998; KsięŜak i Magnuszewska 1999; Noworolnik

2000; Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 a, b). Potencjalnie najlepszymi odmianami grochu do

mieszanek ze zboŜami jarymi powinny być odmiany o wysokości zbliŜonej do rośliny zboŜowej,

o małej skłonności do wylegania, dojrzewające jednocześnie z danym zboŜem, wysoko plonu-

jące (Rudnicki 1997; KsięŜak i Brzóska 1998; Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 a). Efekty uprawy

mieszanek są związane takŜe z reakcjami grochu na oddziaływania konkurencyjne rośliny

zboŜowej oraz z warunkami siedliskowymi, w tym zwłaszcza glebowo-wodnymi (Szczygielski 1993;

Podleśny 1996; KsięŜak i Magnuszewska 1999; Rudnicki i Wenda-Piesik 2002 a, b).

RóŜny dobór odmian grochu w róŜnych doświadczeniach i ich realizacja w odmiennych warun-

kach siedliskowych sprawiają, Ŝe opinie o proporcjach wysiewu grochu i zbóŜ w mieszankach

są rozbieŜne (Rudnicki 1997). Powtarzalną prawidłowością jest tylko zwiększanie się plonów

mieszanki i słabsze jej wyleganie, wraz ze wzrostem udziału rośliny zboŜowej w materiale

siewnym, ale równocześnie malejący jest udział w plonie cennych nasion grochu (Kotecki 1990;

Szczygielski 1993; KsięŜak 1994; Szczukowski i Tworkowski 1994; Rudnicki 1997).

Celem badań było określenie wylegania, plonowania i zawartości związków chemicznych

w mieszankach pszenŜyta jarego z grochem siewnym uprawianych na nasiona, w zaleŜności

od odmiany grochu siewnego i udziału komponentów w mieszance.

MATERIAŁ I METODY

Eksperyment polowy przeprowadzono w latach 2001–2003 w Rolniczej Stacji Doświadczal-

nej w Zawadach na glebie kompleksu Ŝytniego bardzo dobrego, klasy bonitacyjnej IV a, o odczynie

obojętnym, średniej zasobności w przyswajalny fosfor, potas i magnez. Doświadczenie załoŜo-

no na stanowisku po zboŜach, w układzie splot-plot, w trzech powtórzeniach. Powierzchnia poletka

do zbioru wynosiła 20 m2. W badaniach uwzględniono dwa czynniki: 1) odmiany grochu siewnego:

‘Kier’, ‘Wiato’, 2) udział pszenŜyta jarego (100, 80, 60, 40, 20, 0%) i grochu siewnego (0, 20, 40,

60, 80, 100%) w mieszance. Udział gatunków ustalono w stosunku do liczby wysianych nasion

w siewie czystym, tj. 400 ziaren na 1 m2 pszenŜyta jarego i 100 nasion grochu siewnego.

Nawozy fosforowe i potasowe stosowano jesienią, w ilości zaleŜnej od zasobności gleby.

Nawozy azotowe, w formie saletry amonowej, stosowano wiosną przed siewem nasion, w dawce

po 30 kg N · ha-1, na wszystkich badanych obiektach. W fazie strzelania w źdźbło pszenŜyta jarego

zastosowano dodatkowo 50 kg N · ha-1 pod pszenŜyto jare w czystym siewie i 30 kg N · ha-1

pod mieszanki pszenŜyta jarego z grochem siewnym, o udziale komponentów 80 + 20 i 60 + 40%.

PszenŜyto jare odmiany ‘Kargo’, groch siewny odmiany ‘Kier’ (odmiana pastewna, nasienno-

-zielonkowa, wysoka, o barwie kwiatów białej) i ‘Wiato’ (odmiana pastewna, nasienna, średnio

wysoka, o barwie kwiatów czerwonopurpurowej) oraz ich mieszanki wysiano w pierwszej deka-

dzie kwietnia. Chwasty zwalczano mechanicznie, wykonując dwukrotne bronowanie przed

wschodami roślin i jednokrotne po nich. Zbiór roślin, uprawianych na nasiona, przeprowadzono

w fazie dojrzałości pełnej pszenŜyta jarego.

Bezpośrednio przed zbiorem roślin oceniano odporność roślin na wyleganie w skali 9-stopniowej

(1º – wyleganie całkowite, 9º – brak wylegania). Podczas zbioru na kaŜdym obiekcie określono

Ocena plonowania i zawarto ści zwi ązków chemicznych... 31

plon nasion oraz pobrano średnie ich próby, w których oznaczono masę ziarna (nasion)

gatunków w plonie mieszanki oraz zawartość: suchej masy – metodą suszarkowo-wagową,

białka ogólnego (N x 6,25) – metodą Kjeldahla, tłuszczu surowego – w aparacie Soxhleta, włókna

surowego – metodą Henneberga-Stohmanna, popiołu surowego – poprzez spalanie materiału

roślinnego, w temperaturze 600ºC, w piecu elektrycznym. Obliczono procentowy udział ziarna

pszenŜyta jarego w plonie nasion mieszanki, plon białka ogólnego, zawartość związków bezazo-

towych wyciągowych (BAW), średnią waŜoną zawartość związków chemicznych w nasionach

mieszan