ROSTLINY A ZASOLENÍ
Praktické informace o zajímavých vědeckých projektech
BONUS: Rostliny a zasolení


Zvýšené zasolení půdy může výrazně limitovat růst, vývoj a přežití rostlin, kdy rostliny v důsledku vyššího tlaku (osmotického potenciálu) okolí kořenů trpí nedostatkem vody obdobně, jako je tomu při vystavení rostlin suchu. Zvýšené koncentrace solí navíc vedou k pasivnímu pronikání solných iontů plazmatickou membránou do cytoplazmy, což může vést k inhibici metabolismu. Zvýšený obsah některých iontů se může také projevovat toxicky pro rostlinnou buňku. Jak se rostliny s tímto stresem vyrovnávají?

Obsah solí v půdě závisí např. na typu půdy, podloží a dané lokalitě. Velkým problémem je zasolení hlavně v aridních oblastech. Např. v jižní části Mezopotámie došlo ve starověku k výraznému snížení výnosů, k čemuž přispěla zvýšená salinita coby následek intenzivního zavlažování, kdy do půdy přicházely i soli. Odhaduje se, že u 7 % celkově obdělávané půdy na světě je problém s vyšší salinitou. Ve střední Evropě zasolení půdy nepatří mezi tak výrazné rostlinné stresy ovlivňující produkci plodin, jako je nedostatek vody či teplotní extrémy, ovšem i tímto stresem zasažené lokality lze u nás najít.

Většinou jde o důsledek zimního solení silnic, nadbytečného hnojení průmyslovými hnojivy či vyššího odparu vody v suchých nedostatečně zavlažovaných  lokalitách. Nejpřesněji lze míru zasolení zjistit pedologickými přístroji (měřením vodivosti půdy), ovšem jako možný ukazatel nadlimitní koncentrace solí může sloužit nález vysrážené soli na jejím povrchu (tzv. výkvět) či zvýšený výskyt rostlin odolných vůči zasolení, tzv. halofytů. Ty představují cca 1 % světové flóry a dokážou růst a reprodukovat se v zasolení vyšším, než odpovídá 200 mM NaCl.

Rostliny se vyrovnávají se zvýšenou koncentrací solí osmotickým přizpůsobením (produkcí osmolytů - např. prolinu, manitolu, glycin betainu), produkcí ochranných proteinů (např. dehydrinů) či antioxidantů (např. glutathionu) a regulací hladin fytohormonů (např. nárůst kyseliny abscisové, snížení hladin cytokininů) obdobně, jako je tomu u sucha. To potvrzují i experimentální výzkumy např. u líru pomořského neboli tzv. písečné lilie (Pancratium maritimum;
Obr. 1), známé ze středomořských a černomořských pláží, u které došlo po vystavení roztokům soli (NaCl) k akumulaci sodíku v kořenech, a naopak k přesunu draslíku, vápníku, manganu a železa do listů. Došlo i k dalším změnám koncentrace uvedených indikátorů v listech a kořenech.

Nadbytečné soli mohou být aktivně transportovány mimo cytoplazmu do vakuol či mimo buňku vyloučením solnými žlázkami na povrch rostliny (např. limonka obecná; Limonium vulgare;
Obr. 2) nebo uložením do specifických útvarů - solných vlásků (lebeda; Atriplex). Některé mangrovníky (rostliny lemující mořské břehy, které vytvářejí charakteristická společenstva - mangrove) dokážou nadbytečné soli vylučovat přímo v buňkách kořenů. Halofyty mají často obdobné znaky jako rostliny odolné vůči suchu. Mívají například xeromorfní (např. kamýš písečný; Ammophila arenaria; Obr. 3) či sukulentní listy (např. slanorožec evropský; Salicornia europaea; Obr. 4). Xeromorfní listy mají často tlustou kutikulu s voskovou vrstvou či trichomy, jsou vyztužené sklerenchymatickými pletivy a mají menší poměr povrchu listu k objemu. Sukulentní listy jsou dužnaté, v jejich středu se často vyskytuje pletivo bohaté na vodu a mají tlustou epidermis a kutikulu. U xeromorfních a sukulentních listů je obvyklý metabolický typ fotosyntézy C4 či CAM (viz NB 2020/2).
Zemědělských plodin tolerantních k zasolení je málo, řadí se k nim např. pseudoobilovina merlík čilský (Chenopodium quinoa; Obr. 5, viz NB 2021/1). Ovšem příbuzné halofilní druhy některých kulturních rostlin by mohly být zajímavé jako nositelé odolnosti vůči zasolení, např. pýr prodloužený (Thinopyrum elongatum) či ječmen přímořský (Hordeum marinum). Mezi plodiny méně citlivé k zasolení patří např. ječmen (Hordeum vulgare).
Při šlechtění plodin odolnějších vůči zasolení se využívá křížení jak odolnějších odrůd stejného druhu, tak mezidruhového křížení s původními planými odolnějšími druhy. Rychlejším způsobem pro získání odolnější plodiny je ovšem využití technik genového inženýrství. Těmito technikami použitými na rostlinách huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana) byly získány odolnější rostliny vůči zasolení např. vložením genů pro účinnější vyloučení nadbytečného sodíku kořeny (transportéry sodíku SOS1 a HKT) či pro transport sodíku do vakuol (NHX). Ovšem v Evropě díky restrikcím GMO rostlin jsme nuceni využívat tradičnější metody šlechtění plodin.
Další možností, jak zvýšit odolnost plodin vůči vyšším koncentracím solí v půdě, je využití spolupracujících mikroorganismů. Rostliny a jejich mikrobiomy se spolu přirozeně po dlouhou dobu vyvíjely, ale některé rostliny byly člověkem z těchto vazeb vytrženy domestikací, kdy si pozměněné kulturní plodiny nedokázaly udržet potřebnou kvalitu a kvantitu mikrobiomu. Vědci například zjistili, že jinak k zasolení citlivá slunečnice v zasolené půdě lépe prosperovala s pomocí kultury bakterie Pseudomonas libanensis a houby Claroideoglomus claroideum.
Legenda k obrázkům
Obr. 1. Lidově známá písečná lilie nebo také písečný narcis (lír přímořský) je rostlina schopná růst na písečných dunách, kde je pro jiné rostliny těžké se uchytit a přežít.
Obr. 2. Rostlinou, která si umí dobře poradit s nadbytečnými solemi, je i limonka obecná.
Obr. 3. Halofyt s xeromorfními listy je i kamýš písečný.
Obr. 4. Dalším halofytem se sukulentními listy je slanorožec evropský.
Obr. 5. (úvodní obrázek) Pole merlíku čilského v Bolívii

K dalšímu čtení:

Kosová K., Vítámvás P., Urban M.O., Prášil I.T. (2013): Plant proteome responses to salinity stress - comparison of glycophytes and halophytes. Functional Plant Biology, 40(9): 775-786.

Práce byla podpořena projekty Ministerstva zemědělství ČR RO0418, QK1710302, QK1910269 a TA ČR SS01020023.

Autor:
Mgr. Pavel Vítámvás, Ph.D.
Laboratoř biologie stresu a biotechnologie ve šlechtění, Výzkumný ústav rostlinné výroby

Celý článek ke stažení v pdf zde: Vítámvás, NB 2021/2

Další zajímavé informace z vědeckého výzkumu si přečtete v tištěné či e-verzi časopisu Nová Botanika 2021/2.

Objevujte praktické zajímavosti z výzkumu rostlin

s časopisem Nová Botanika

Předplatné

Jak objednat časopis


PŘEDPLATNÉ I JEDNOTLIVÁ ČÍSLA V TIŠTĚNÉ I ELEKTRONICKÉ VERZI MŮŽETE OBJEDNÁVAT:

• on-line na e-shopu MujSvetRostlin.eu
• e-mailem na adrese redakce
redakce@novabotanika.eu nebo predplatne@novabotanika.eu a objednavky@mujsvetrostlin.eu
• v síti vybraných distributorů

Roční předplatné


TIŠTĚNÁ VERZE
Cena ročního předplatného je 389,- Kč
BONUS PRO PŘEDPLATITELE
• elektronická verze ZDARMA (na CD spolu s posledním číslem ročníku)
JEDNOTLIVÁ ČÍSLA
Pokud si budete přát, můžeme vám zaslat vybraná čísla časopisu jednotlivě.
• jednotlivá čísla 145,- Kč (plus poštovné) 

Elektronická verze


ELEKTRONICKÁ VERZE
Cena ročního předplatného je 125,- Kč