EKSPERT RADZI

Czy rośliny mogą się stresować?


Tytuł tego wpisu jest trochę prowokacyjny i pewnie u niektórych wywołuje zdziwienie, u innych uśmiech. Prawda jest taka, że roślina uprawna, jak każdy żywy organizm, też może się stresować.

Na wstępie przypomnę, co oznacza pojęcie stres w odniesieniu do świata roślin. Zgodnie z definicją podaną przez Grzebisza (2008) stresem nazywamy „ … stan fizjologiczny rośliny wywołany działaniem czynników środowiskowych, powodujących zahamowanie procesów wzrostu i rozwoju oraz zakłócenie reprodukcji …”

Wyróżnia się dwa rodzaje stresów (rycina 1):

  1. abiotyczny, związany z działaniem czynników zewnętrznych, najczęściej klimatycznych (dostępność wody i substancji odżywczych, działanie temperatury)
  2. biotyczny, który jest wynikiem wpływu na rośliną uprawną innych żywych organizmów (szkodniki i organizmy chorobotwórcze).

ryc_1

Rycina 1. Stresy roślinne – schemat

Innym kryterium jest długość działania czynnika stresogennego. Pominę długotrwałe oddziaływania środowiskowe, o charakterze stałych zmian klimatycznych, których efektem jest aklimatyzacja roślin. Rozważania na ten temat zostawmy naukowcom. Proszę jednak zwrócić uwagę, że w praktyce bardzo rzadko zdarza się, że aby w całym sezonie wegetacyjnym nie wystąpiła krótkoterminowa zmiana środowiskowa, ograniczająca plon. Recz w tym, żeby o ile to możliwe, rośliny jak najlepiej przygotować na działanie czynnika stresowego. Odpowiedź rośliny na stres może być bardzo różna, warunkowana rodzajem stresora. Mogą to być zmiany biochemiczne, praktycznie niezauważalne, lecz zależne od ogólnej kondycji roślin. Rośliny dobrze odżywione reagują szybciej i efektywniej. Najczęściej po pojawieniu się stresu następuje wzmożona synteza związków chemicznych, o charakterze specyficznych nośników informacji, takich jak kwas salicylowy, etylen czy kwas abscysynowy. Na przykład  dostosowaniem roślin do deficytu wody jest produkcja proliny. Z kolei po wystąpieniu niedoboru fosforu roślina indukuje więcej kwasu cytrynowego, który wydzielany przez system korzeniowy zwiększa rozpuszczalność fosforu w rizosferze czyli w bezpośrednim sąsiedztwie korzeni.

Dość powszechne są zmiany morfologiczne rośliny, które mogą dotyczyć całych organów (korzeni, liści zwijających się w charakterystyczną „trąbkę”) lub całej rośliny (ograniczenie wzrostu).

Zdarza się, że efektem stresu jest przyspieszenie kwitnienia. To klasyczny mechanizm obronny, ukierunkowany na zapewnienie reprodukcji. Trochę na marginesie wspomnę tylko, że niepokój rolnika spowodowany widokiem pola sąsiada, na którym już kwitnie rzepak ozimy często jest nieuzasadniony. Przedwczesne kwitnienie może (nie musi) być efektem stresu żywieniowego i/lub środowiskowego spowodowanego na przykład zaburzeniami w gospodarce wodnej.

Czytając uważnie cytowaną na początku definicję stresu zauważymy, że pojawienie się stresu jest możliwe na każdym etapie wzrostu rośliny, a to oznacza, że może dotyczyć produkcji biomasy wegetatywnej już na początku okresu wegetacji ale może ujawnić się dopiero w generatywnej fazie wzrostu czyli tworzenia nasion, ziarniaków. Zanim przejdziemy do szczegółów zwróćmy uwagę na bardzo istotną zależność. Im czynnik stresowy wystąpi wcześniej tym większe konsekwencje dla rośliny (rycina 2).

ryc_2

Rycina 2. Termin wystąpienia stresu a produkcja biomasy (opracowano na podstawie: Brown i Scott 1984 oraz Grzebisz 2008)

Nieodpowiedzialnym byłoby jednak twierdzenie, że skoro roślina jest już zestresowana na początku wegetacji to niewiele da się zrobić. Pamiętajmy, że sprawa dotyczy nie tylko stresów biotycznych (wywołanych przez żywe organizmy) ale także żywieniowych. W przypadku pojawienia się patogena należy go zwalczyć, zanim dokona spustoszenia w łanie/na plantacji – to oczywiste. Zakładam optymistycznie, że rolnik systematycznie dokonując lustracji pola w porę zauważy chorobę czy szkodnika, choć idealnie byłoby gdyby w efekcie działań profilaktycznych patogen w ogóle się nie pojawił. W sytuacji, gdy mamy do czynienia ze stresem żywieniowym sprawa z pozoru wydaje się równie prosta – po wystąpienia niedoboru wystarczy przecież zastosować określony składnik albo pakiet kilku składników. Nie muszę chyba nikogo przekonywać, że w tym momencie: (1) reakcja jest już spóźniona, bo prawdopodobieństwo wystąpienia nieodwracalnych zmian w roślinie jest bardzo duże; (2) podanie niektórych składników nie jest już możliwe, z powodu specyfiki składnika, a niekiedy także ze względów technicznych. O ile w trakcie wegetacji nie ma problemu z podaniem azotu, magnezu, siarki i mikroelementów, to nawożenie potasem i fosforem jest co najmniej dyskusyjne.

Wiemy już, że rośliny mogą się zestresować. To dobry moment by odwołać się do znanej medycznej formuły, że „lepiej zapobiegać niż leczyć”. W produkcji roślinnej zasada ta dotyczy zarówno profilaktyki związanej ze stosowaniem środków ochrony roślin (to oczywiste) jak i żywieniowej, z czego nie zawsze zdajemy sobie sprawę.

Istnieje silny związek między stanem odżywienia roślin a odpornością na stresy. Zacznijmy od czynników środowiskowych. Współczesne podejście do nawożenia obejmuje zatem nie tylko żywienie, lecz także, a niektórzy twierdzą wręcz, że przede wszystkim, odpowiednie przygotowanie roślin do przeciwdziałania stresom. Przeciwdziałanie to odnosi się także do sprawniejszego korzystania z zasobów glebowych, przy założeniu, że mamy do czynienia z glebą produktywną. Pierwszym etapem walki rośliny o przetrwanie jest dbałość o rozwój systemu korzeniowego. Penetrowanie głębszej warstwy profilu glebowego, uniezależnia rośliny od bieżących opadów, pozwala na pobieranie składników z podglebia. W tym kontekście należy koniecznie zwrócić uwagę na fosfor i wapń, odgrywające istotną rolę nie tylko w kształtowaniu masy korzeni, lecz także ich aktywności fizjologicznej. Wieloletnie badania, wykonane na kilku odmianach kukurydzy, wskazują na bardzo silną reakcję tego gatunku na nawożenie cynkiem, która przejawia się wzrostem systemu korzeniowego. Inne mechanizmy występują w przypadku potasu. Jak zaznaczono wcześniej rola tego składnika polega na regulowaniu dobowego cyklu pracy aparatów szparkowych, przez co rośliny racjonalniej gospodarują wodą. Gospodarka wodna roślin jest także kontrolowana przez sód i chlor. Z kolei dobre zaopatrzenie roślin w potas jesienią powoduje, że rośliny syntetyzują odpowiednią ilość cukrów wysokocząsteczkowych (obniżenie punktu zamarzania soku komórkowego), przez co zwiększa się zimotrwałość ozimin. Proszę zwrócić uwagę na fotografie wykonane wiosną 2013 roku, po nadspodziewanie mroźnym przedwiośniu. Na dobrze odżywionej plantacji rzepaku ozimego rośliny poradziły sobie ze stresem termicznym (Fot. 1A-C), natomiast w tej samej miejscowości ale w słabym i źle nawożonym stanowisku plantację trzeba było zaorać (Fot. 2)

fot_1a fot_1b fot_1c

Fotografie 1A-C. Plantacja rzepaku ozimego na glebie produktywnej (fot. J. Potarzycki)

fot_2

Fotografia 2. Plantacja rzepaku ozimego w słabym stanowisku (fot. J. Potarzycki)

Przyjrzyjmy się teraz możliwościom ograniczenia negatywnego oddziaływania patogenów. Wpływ składników mineralnych na stan zdrowotności roślin jest bardzo duży, a najważniejsze informacje na ten temat przedstawiono w tabelach 1 i 2. Warto zapoznać się z podanymi przykładami.

Tabela 1. Wpływ makroskładników na zdrowotność roślin

tab_1

Tabela 2. Wpływ mikroelementów na zdrowotność roślin

tab_2

Nie chodzi o zapamiętanie szczegółów, lecz o to by zdać sobie sprawę jak rozległe są to problemy, które wbrew pozorom można bardzo łatwo rozwiązać. Wystarczy racjonalne, zbilansowane nawożenie. W takich warunkach roślina sprawnie uruchamia reakcje na poziomie komórkowym, zmieniając swój metabolizm lub/i tworząc fizyczne bariery dla patogenów. Ogólny schemat tych procesów, uwzględniający różne składniki i będący jednocześnie podsumowaniem tych zagadnień, zamieszczono na rycinie 3.

ryc_3

Rycina 3. Mechanizmy reakcji roślin na stres (źródło: Potarzycki 2012)

W tym miejscu odwołam się jeszcze raz do wapnia, o którym napisałem już, że jest składnikiem niedocenianym.  Najnowsze badania, wykonane pod moim kierunkiem, wskazują na dużą akumulację wapnia w skórce bulw ziemniaków i w konsekwencji zmniejszeniem podatności na parcha.

Ostatnią kwestią, którą trzeba poruszyć jest ocena zależności między nawożeniem azotem a podatnością na stres biotyczny. Złe zbilansowanie składników odpowiedzialnych za przemiany związków azotowych, szczególnie fosforu i potasu, wiąże się ze zwiększoną koncentracją w roślinie cukrów niskocząsteczkowych, aminokwasów i amidów, a nie białek. Związki te stanowią łatwą pożywkę dla pasożyta (grzyba, bakterii). W zależności od preferencji względem żywiciela, pasożyty dzielą się na dwie grupy:

  1. obligatoryjne – atakujące tkanki młode, aktywne metabolicznie. Stąd intensywne nawożenie azotem wydłużając aktywność fotosyntetyczną roślin sprawia, że liście są dłużej zielone, a to sprzyja występowaniu tej grupy patogenów, takich jak: mączniak prawdziwy (Erysiphe graminis) i rdza (Puccinia ssp.).
  2. fakultatywne – pasożytujące na starszych (martwch) tkankach. Prawdopodobieństwo pojawienia się pasożyta fakultatywnego jest większe na plantacjach słabo zaopatrzonych w azot, gdyż wtedy następuje skrócenie okresu wegetacji. Najczęściej spotykanymi patogenami są Alternaria ssp i Fusarium oxisporum.

Ochronne działanie potasu występuje natomiast niezależnie od rodzaju patogena. W zagranicznej literaturze coraz wyraźniej podkreśla się dodatnie działanie nawozów potasowych na stan plantacji związane z formą chemiczną nawozu. Obecność chloru w nawozie powoduje wzrost odporności na niektóre choroby.

 


Ostatnio zmodyfikowany 21 marca, 2018 o 11:35