Search

Kako globalno zatopljenje utječe na prehrambenu vrijednost biljaka? - predstavljanje rezultata istraživanja u sklopu projekta "Indirektni utjecaj globalnog zagrijavanja na fiziološke parametre sisavaca prehranom biljkama uzgojenim pri visokoj temperaturi (TEMPHYS)".

Članovi proteinske porodice MATH-BTB/POZ, koji sudjeluju u degradaciji proteina ovisnoj o ubikvitinu, utječu na odgovor biljke u stresnim uvjetima kroz interakciju s različitim transkripcijskim faktorima. Šest gena (BPM1-6) u uročnjaku (Arabidopsis thaliana L.) kodira za najmanje 16 različitih proteina BPM koji nastaju u procesu alternativnog prekrajanja gena. Novo istraživanje je pokazalo induciranu ekspresiju gena BPM1-3 te različiti intenzitet umnažanja varijanti gena BPM1 tijekom izlaganja biljke povišenoj temperaturi. U ovom radu je istražen učinak temperature na ekspresiju varijanti gena BPM1-3 pomoću lančane reakcije polimerazom. Osim toga nastojalo se ispitati postojanje novih ekspresijskih varijanti koje nastaju pod utjecajem temperaturnih varijacija. U tu svrhu dizajnirane su i optimizirane specifične početnice za umnažanje varijanti gena BPM1-3. Iz klijanaca uročnjaka izloženih različitim temperaturama izolirana je cDNA koja je korištena kao kalup u umnažanju, a fragmenti koji su se umnožili ugrađeni su u vektor pGEM®-T Easy tehnikom TA kloniranja. Kako bi se usporedila sličnost s postojećim varijantama gena BPM1-3, nova varijanta gena je sekvencirana. Potvrđeno je da su genska ekspresija i alternativno prekrajanje gena BPM1-3 inducirani temperaturom. Otkrivena je nova varijanta gena BPM2.6 koja se sintetizira u normalnim uvjetima rasta i u uvjetima povišene temperature. S obzirom na izostanak domene BTB/POZ koja je neophodna za interakciju s kulinom, otkriće ove varijante predstavlja osnovu za daljnja istraživanja u okviru uloga proteina BPM neovisnih o kulinu. Members of MATH-BTB/POZ protein family, which participate in the ubiquitin-dependent protein degradation, affect plant response under stress conditions through the interaction with various transcription factors. Six genes (BPM1-6) in Arabidopsis thaliana L. encode for at least 16 different BPM proteins in the process of alternative gene splicing. A new research has shown an induced expression of BPM1-3 genes and a differential expression of BPM1 gene variants during plant exposure to elevated temperature. Here, effects of temperature on the expression of BPM1-3 gene variants were analyzed by using PCR method. Furthermore, the existence of new splicing variants that could be generated due to temperature variations was examined in this work. For this purpose, gene-specific primers for amplification of BPM1-3 gene variants were designed and optimized. cDNA was generated from A. thaliana seedlings which had been exposed to different temperatures and used in amplification. During this analysis, fragments which have been nonspecifically amplified, were subsequently cloned into a vector pGEM®-T Easy using TA cloning. New variant was sequenced to compare its similarity with known BPM1-3 variants. Temperature-dependent regulation of gene expression and alternative splicing of BPM1-3 genes was confirmed. A new splicing variant BPM2.6 was discovered under normal conditions and conditions of elevated temperature. Due to the absence of BTB/POZ domain which is crucial for interaction with cullin, the discovery of new splicing variant provides the basis for further research regarding cullin-independent roles of BPM proteins.

Sumpor i selen imaju važnu fiziološku ulogu u biljnom metabolizmu te kod mnogih bioloških spojeva, poput npr. aminokiselina, zbog svoje kemijske sličnosti, jedan element može zamijeniti drugi. Tretiranje sjemena pšenice spojevima koji sadrže sumpor ili selen može poboljšati otpornost biljke na različite stresne uvjete okoline. Cilj istraživanja je bio utvrditi utjecaj primiranja sjemena otopinama NaHS, Na2SeO4 i Na2SeO4+NaHS na fiziološka svojstva kod tri sorte pšenične trave uzgajane pri 10, 20 i 30 ℃. Ispitivan je sadržaj vitamina C, prolina, udio suhe tvari i stupanj lipidne peroksidacije. Kod sorte Katarina na sadržaj vitamina C i prolina najznačajnije je utjecao tretman sjemena kombinacijom Na2SeO4 i NaHS. Najviša razina lipidne peroksidacije je utvrđena kod kontrolnih biljaka čije sjeme je primirano u vodi i naklijavano pri 20 ℃. U usporedbi s 10 i 20 ℃, pri 30 ℃ je utvrđen značajno niži sadržaj suhe tvari. Pri 10 ℃ je utvrđen značajno veći sadržaj vitamina C kod sve tri sorte pšenične trave. Utvrđene su značajne razlike u odgovoru na pojedine varijante tretmana što upućuje na to da postoji genetska specifičnost u fiziološkom odgovoru na selen, sumporovodik i temperature uzgoja pšenične trave., Sulphur and selenium have an important physiological role in plant metabolism and in many biological compounds, for example aminoacids, because of the similarity in their chemical structure, one element can replace the other. Treating wheat seeds with compounds that contain sulphur or selenium can improve the plants resistance to a wide range of stressful environmental conditions. The goal of this research was to determine the effect of seed priming with compounds NaHS, Na2SeO4 and Na2SeO4+NaHS on the physiological properties on three cultivars of wheatgrass grown at 10, 20 i 30 ℃. The content of vitamin C, proline, dry matter and the degree of lipid peroxidation was analyzed. Cultivar Katarina showed the greatest effect of the combination of Na2SeO4 and NaHS on vitamin C and proline content. The highest degree of lipid peroxidation was determined in the control plants whose seeds were primed in water and sprouted at 20 ℃. In comparison to 10 and 20 ℃, the highest applied temperature (30 ℃) resulted with a significantly lower dry matter content. At 10 ℃, a significantly higher content of vitamin C was determined in all three cultivars. Significant differences in response to individual treatment variants were determined, which indicates a genetic specificity in the physiological response to selenium, hydrogen sulfide and the growing temperature of wheat grass.

Otpornost na stres je znaĉajan preduvjet za uspješnu proizvodnju soje u sve zahtjevnijim agroekološkim uvjetima, a meĊu razliĉitim vrstama abiotskog stresa istiĉu se sušni, temperaturni i solni stres. Cilj ove disertacije je bio istražiti neke od fizioloških mehanizama reakcije soje na navedene vrste stresa. Istraživanja su provedena sa šest kultivara soje u fazi klijanje-nicanje te dva kultivara u fazi cvatnje. U prvom pokusu je sjeme soje naklijavano u papirnim ruĉnicima natopljenim vodom ili otopinom koja je imala odreĊeni osmotski potencijal. Primijenjene su po dvije razine sušnog (otopina PEG 5% i 10%), solnog (otopina NaCl 50 i 100 mM) i temperaturnog stresa (10°C i 30°C, voda) te kontrola (20°C, voda) tijekom 7 dana. Osim % klijavosti, mase klijanca i hipokotila, analiziran je sadržaj vodikovog peroksida, prolina, fenola, intenzitet lipidne peroksidacije te ukupna i specifiĉna aktivnost enzima askorbat-peroksidaze, katalaze, gvajakol-peroksidaze i glutation-reduktaze u hipokotilu. Najjaĉi stresni uĉinak imali su viša razina sušnog stresa (PEG 10%) te niska temperatura (10°C). Visoka temperatura je djelovala povoljno na razvoj klijanaca, a blagi sušni stres (PEG 5%) je imao „priming“ efekt i povećao klijavost. Odabrana dva kultivara su u drugom eksperimentu uzgojena u posudama s tlom na otvorenom do faze cvatnje (R2), nakon ĉega su izložene razliĉitoj temperaturi (30°C, 10°C i 20°C kao kontrola) tijekom tri dana u klima komori. U najrazvijenijoj troliski su analizirani sadržaji fotosintetskih pigmenata i pokazatelji uĉinkovitosti fotosinteze, te svi prethodno navedeni pokazatelji reakcije biljke na stres. Vrlo znaĉajan utjecaj tretmana u obje razvojne faze soje, potvrĊuje da su primijenjeni tretmani izazvali oksidacijski stres i obrambene reakcije soje na molekularnoj razini. U cjelini, ukupne aktivnosti ispitivanih enzima su bile veće u klijanju na 10°C, a u cvatnji na 30°C, što sugerira razliĉitost stresnog efekta ambijentalne temperature ovisno o fazi razvoja soje., Stress resistance is an important pre-condition of successful soybean production in demanding agroecological conditions. Among different types of abiotic stress, drought, temperature and salt stress are the most prominent. This PhD dissertation aimed to investigate some of the physiological mechanisms of soybean response to the above mentioned stresses. The research was performed with 6 cultivars in the germination - emergence stage and two cultivars in the flowering stage. In the first experiment, soybean seed was germinated in paper towels soaked with water or the solution with given osmotic pressure. Two levels of drought (5% and 10% PEG solutions), salt (50 and 100 mM NaCl solutions) and temperature stress (10°C and 30°C), as well as control treatment (20°C, water) were applied through a 7 days germination period. Beside the evaluation of the seed germinability (%) at the end of the treatment, seedling and hypocotyl masses, the content of hydrogen peroxide, proline, phenols, the lipid peroxidation rate were determined, as well as total and specific activity of ascorbate peroxidase, catalase, guaiacol peroxidase and glutathione reductase in hypocotyl tissue were analysed. The highest stress effect in the germination stage had a higher level of drought stress (10% PEG) and low temperature (10°C). High temperature (30°C) was favourable for seedling development and mild drought stress (5% PEG) have had a “priming” effect and increased germination rate. In the second experiment, selected two cultivars were grown in the pots, filled with soil and kept in the open until the flowering stage (R2), and afterwards exposed to different temperature conditions (30°C, 10°C and 20°C as control treatment) during 3 days in a climate chamber. The contents of photosynthetic pigments, photosynthesis efficiency parameters and all the aforementioned physiological indicators of plant response to stress were determined in the most developed trifoliate leaf. Highly significant treatment influence on the analysed parameters in the both growth stages, confirms that the applied treatments invoked the oxidative stress and defence reactions in soybean at molecular level. In general, the total activities of tested enzymes were higher at 10°C in germination stage, and at 30°C in flowering stage, which suggests a diversity of stress effects of ambient temperature depending on the growth stage in soybean.

Soja je jedan od glavnih izvora bjelančevina biljnog porijekla u ljudskoj prehrani i u ishrani stoke čiji značaj proizlazi iz kvalitativnog sastava njezinog zrna. Porastom udjela bjelančevina i ulja, raste i kvaliteta zrna. Glavni limitirajući faktori proizvodnje ovog ratarskog usjeva su salinitet, suša i temperaturni odmaci van granica optimuma. Soja je tipični glikofit i termofil, a time osjetljiva na pojačani salinitet, niže temperature ali i nedostatak vode, naročito u kritičnim fazama rasta i razvoja. Mehanizmi otpornosti soje na različite abiotske tipove stresa su vrlo kompleksni i relativno slabo istraženi. Bolje poznavanje specifičnosti metabolizma u uvjetima stresa kod ove biljke od velikog je značaja kako bi se mogućnost njezina uzgoja proširila i na područja s većom oscilacijom ekoloških parametara. Stoga je od velikog značaja oplemenjivački i selekcijski rad na ovoj biljci s ciljem unosa novih gena iz njezinih divljih srodnika, u svrhu povećanja tolerantnosti i adaptabilnosti na abiotski stres, a što će rezultirati povećanjem kvalitete i kvantitete prinosa.

Kao rezultat sve češćih klimatskih promjena nakon vlažne lanjske godine uslijedila je godina s ekstremno toplim ljetom. Cilj ovoga rada je bio: 1) uz pomoć temperature tla na 5 cm dubine, oborine i dnevne vrijednosti minimalne i maksimalne temperature zraka prikazati vrijeme tijekom sjetve i cvatnje kukuruza 2015. godine, i 2) utvrditi akumuliranu toplinu (TS), ukupni temperaturni stres (SDD), količine oborine (RR) i ukupno trajanje sijanja Sunca (SS) u razdoblju od 1. travnja do 30. rujna po godinama za razdoblje 1961.-2015. za Zagreb-Maksimir (Zg) i Osijek (Os). Tlo na 5 cm dubine tijekom sjetve i nicanja kukuruza u istočnoj i zapadnoj Hrvatskoj bilo je „toplo“ , a ponegdje i „vrlo toplo“. Neadekvatna obrada tla zbog prekomjerne vlažnosti uvjetovala je na odredjenim površinama probleme sa nicanjem kukuruza. Krajem svibnja dodatne probleme uvjetovale su velike količine oborine. Prema raspodjeli percentila ljeto je u cijeloj Hrvatskoj bilo „ekstremno toplo“. U dijelu istočne i zapadne Hrvatske bilo je ne samo „sušno“, nego i „vrlo sušno“. Dobiveni rezultati otkrivaju kako je u vremenskom nizu 1961.-2015. ova godina po TS u Os na 4. a u Zg na 5. mjestu. Najviše SDD bilo je u godinama i s najviše TS. U Os je ova godina po SS na 8. a u Zg na 14. mjestu. Po RR 2015. godina u Os je na 14. a u Zg na 36. mjestu. Kao posljedica ovakvih vremenskih prilika u 2015. godini očekuju se niži prinosi kukuruza nego lani.

Fotokemijski pokazatelji fotosustava II (Fo, Fm, Fv/Fm i Fv/Fo) su analizirani kako bi se ustanovio utjecaj različitih temperaturnih tretmana (10C, 20C i 30C) na osjetljivost fotosustava u listovima dva kultivara soje (Tena, Zora) u fazi cvatnje, u kontroliranim uvjetima. Temperatura od 30C kod ispitivanih genotipova je izazvala veći stres u odnosu na temperaturu od 10C. Masa listova po biljci je na 30C kod oba genotipa bila značajno manja kao i učinkovitost fotosustava II (Fv/Fm). Učinkovitost fotosintetskog transporta elektrona je kod Zore više varirala ovisno o temperaturi nego kod Tene. Obzirom da je kultivar Tena pokazao manju varijabilnost i kod morfoloških svojstava lista, može se zaključiti da je prema otpornosti na temperaturni stres u fazi cvatnje stabilniji genotip od Zore.

Biljke su, kao i svi ostali organizmi, razvile mehanizme koji im pomažu da se nose s visokim temperaturama. Fibigia triquetra (DC.) Boiss. je hrvatska endemična biljna vrsta koja raste na suhim i osunčanim kamenitim staništima. Kako bi utvrdili povezanost između odgovora na toplotni stres, oksidacijskog stresa i tolerancije na stres, proučavali smo učinke kratkotrajno povišene temperature (42 º C, 2h) nakon koje je slijedio oporavak (24h), prateći sadržaj prolina, aktivnosti antioksidacijskih enzima i indukcije proteina toplotnog šoka. U biljaka izloženih temperaturnom stresu povećala se masa suhe tvari te je došlo do sniženja vodnog statusa. Nakupljanje prolina zamijećeno je nakon 24h oporavka. Sadržaj klorofila a i b te karotenoida povećao se nakon izlaganja izdanaka povišenoj temperaturi, a smanjio na početnu razinu nakon oporavka. Temperaturni stres izazvao je povećanje sadržaja reaktivnih karbonila i malondialdehida koji ukazuju na oksidacijsko oštećenje proteina i lipida. No, komet testom nije utvrđeno oštećenje DNA ni nakon 24h oporavka. Toplotni šok je također u izdanku biljne vrste Fibigia triquetra potaknuo aktivnosti superoksid dismutaze, katalaze i peroksidaza te nakupljanje stresnih proteina od približno 72 kDa. Rezultati ovog istraživanja ukazuju da je tolerancija ove biljne vrste na na povišenu temperaturu, barem djelomice, postignuta sposobnošću brze aktivacije antioksidacijskog sustava.

Od abiotskih čimbenika koji utječu na klijavost sjemena, jedna od najvažnijih je toplina. Visoka ili niska temperatura zraka mogu značajno smanjiti klijavost sjemena većine poljoprivrednih kultura. Cilj ovog istraživanja je bio utvrditi utjecaj temperature zraka na klijavost i nicanje deklariranog sjemena salate i mrkve. Klijavost i nicanje sjemena obje kulture ispitana je u uvjetima optimalne (20°C) i povišene temperature (30°C) u kontroliranim uvjetima te niskih temperatura zraka tijekom ranih rokova sjetve na otvorenom. Značajno smanjenje klijavosti primijećeno je na povišenoj temperaturi kod mrkve (16%), dok je nicanje bilo značajno manje kod obje kulture u uvjetima niskih temperatura tijekom poljskih pokusa, i to do 41% kod mrkve i do 57% kod salate u usporedbi sa laboratorijskom klijavošću. Iz rezultata ovog istraživanja, može se zaključiti da je stres zbog niskih temperatura značajno utjecao na smanjenje sklopa kod obje kulture u vrijeme sjetve i nicanja., Among different abiotic factors that influence seed germination, one of the most important is warmth. Either high or low temperature can significantly decrease seed germination of different agricultural crops. The aim of this investigation was to determine the influence of temperature and sowing time on germination of declared lettuce and carrot seeds. Seed germination and emergence of both crops was tested in conditions of optimal (20°C) and high temperature (30°C) in controlled environment and low temperature during early sowing periods in open field. Carrot seed germination significantly decreased (16%) in high temperature conditions. Moreover, emergence percentage significantly decreased in both species during field trials by about 41% for carrot and up to 57% for lettuce compared to laboratory germination. It can be concluded that stress caused by low temperatures during sowing time and emergence significantly decreases emergence percentage that resulting in low plant density.

Fibigia triquetra (DC.) Boiss. je hrvatski endem, a raste na svjetlim i suhim kamenitim staništima. Visoka temperatura inhibira fotosintezu i disanje, a nagli porast temperature potiče sintezu proteina toplotnog šoka. Poznato je da se oksidacijski stres javlja kao sekundarna reakcija većine stresova pa tako i stresa uzrokovanog povišenom temperaturom. U ovom radu praćeni su relativni vodni status i masa suhe tvari, sadržaji pigmenata i prolina, pokazatelji oksidacijskog stresa, aktivnost antioksidacijskih enzima te pojava stresnih proteina u biljnoj vrsti Fibigia triquetra izloženoj povišenoj temperaturi od 42 º ; C u trajanju od 2h te nakon 24h oporavka. U izdancima biljaka izloženih temperaturnom stresu povećala se masa suhe tvari te je došlo do sniženja vodnog statusa. Sadržaj klorofila a i b te karotenoida povećao se nakon izlaganja izdanaka povišenoj temperatura, a smanjio na početnu razinu nakon oporavka. Porast sadržaja prolina, karbonila i malondialdehida uočen je nakon 24h oporavka dok se sadržaj topivih proteina smanjuje nakon izlaganja izdanaka temperaturnom stresu. Specifične aktivnosti superoksid dismutaze, katalaze i peroksidaza pokazuju porast nakon izlaganja izdanaka biljne vrste Fibigia triquetra povišenoj temperaturi. Nakon toplotnog šoka u izdanku i korijenu biljne vrste Fibigia triquetra zamjetljivo je nakupljanje stresnih proteina od približno 72 kDa. Nakon 24h oporavka ti su proteini slabije izraženi nego u kontrolnim biljkama. Rezultati ovog istraživanja ukazuju na sposobnost učinkovite obrane ove biljne vrste i njenu tolerantnost na povišenu temperaturu.

Tijekom srpnja, kolovoza i rujna 1995. godine vladali su vrlo nepovoljni klimatski uvjeti za soju. U to vrijme soja prolazi faze cvatnje, mahunanja i zriobe i osjetljiva je na utjecaj okolinskih čimbenika (temperature, oborine, relativna vlaga zraka). Stoga se može zaključiti da je to općenito utjecalo na produljenje vegetacije za sve genotipove. U daljnjim istraživanjima treba razmotriti razloge svrstavanja ispitivanih genotipova u grupe zrenja. Većina ispitivanih genotipova bila je u rangu ili značajno nižih vrijednosti u odnosu na pripadajuće standarde za sve analizirane sastavnice priroda. Genotipovi kasne i srednje kasne grupe zriobe dali su veći prosječni broj mahuna po biljci, što je rezultiralo većim broje zrna i težinom zrna, od ranih i srednje ranih genotipova. Neki genotipovi pokazali su veću osjetljivost na veliku količinu oborina. U odnosu na sve genotipove, pa i standarde najstabilniji se pokazao genotip Gordana. Rani i srednje rani genotipovi dali su gotovo jednak prirod po biljci. U toj grupi izdvojio se kao izuzetno loš ZG S954 podbacivši u svim svojstvima. Dao je toliko loše rezultate da ga iz daljnjih istraživanja možemo isključiti. Potvrđene su jake pozitivne korelacijske povezanosti između analiziranih sastavnica priroda soje. Na uzgojnim područjima soje s visokim oborinama i niskom temperaturom u ljetnom periodu, trebali bi izbijegavati sjetvu srednje ranih, a naročito ranih genotipova soje.

Utjecaj temperature stresa na populacije rotatorija Brachionus plicatilis M. u uzgoju