Mezinárodní spolupráce v oblasti rostlinných biotechnologií
Česká technologická platforma rostlinných biotechnologií, z.s. získala v první výzvě OP Podnikání a inovace pro konkurenceschopnost projekt Internacionalizace platformy ČTPRB CZ.01.1.02/0.0/0.0/
15_037/0007165
více
AKCE ČTPRB 2017
přehled pořádaných akcí pro rok 2017
více
Rostliny pro budoucnost
Nabízející se naděje, která však není samozřejmostí...
více
POZVÁNKA: Nové odrůdy obilovin pro zdravou výživu
20. června 2017 od 10:00 do 13:00 hodin v Kroměříži
více
Gate2Biotech - Vše o českých biotechnologiích na jednom místě
Portál je věnován tématům: rostlinná a živočišná biotechnologie, životní prostředí, genetika, enzymy, medicína, nanotechnologie. ...
archiv | podrobné
Rostlinná biotechnologie - Wikipedie, otevřená encyklopedie
Rostlinné biotechnologie jsou biotechnologie pracující s rostlinami. Největšího využití mají v zemědělství a potravinářství, využití pro ně však lze nalézt ...
archiv | podrobné
Úvod Co jsou biotechnologie?
V řadě procesů nalezly uplatnění rostlinné (sója, slunečnice, řepka, arašídy ap.) nebo živočišné tuky. Velmi dobré využití v určitých typech biotechnologií ...
podrobné
Veřejné služby Informačního systému
Rostlinná biotechnologie by tedy v budoucnu mohla být účinnou alternativou pro produkci monoklonálních protilátek. Monoklonální protilátky produkované ...
archiv
Biotechnologie - INOVACE.CZ
Čeští vědci objevili tajemství flexibility rostlinných buněk ... Juraj Kořínek, 03. 03. 2010 , Nové technologie v praxi, Biotechnologie, Medicína a farmacie ...
archiv | podrobné
RP7 zítrejší odpovedi se rodí už dnes odpovedi
mikrobiálních, rostlinných a živočišných biotechnologií, jejichž pomocí by mohly být vyvinuty nové, zdravější, ekologické a konkurenceschopné produkty a ...

Šlechtění rostlin jako účinný nástroj pro udržitelné využití fosforu v zemědělství


Fosfor je základní, nepostradatelná živina pro růst rostlin. Ovšem příjem fosforu rostlinami z půdy bývá poměrně obtížný a může být limitujícím faktorem pro dosažení optimálních výnosů v zemědělství. Jeho dostupnost pro rostliny je často i přes vysoký obsah fosforu v půdě problematická, vzhledem k formám vázání fosforu v půdě. Nedostatek fosforu v půdě je eliminován minerálním hnojením fosforečnými hnojivy, nicméně zdroj fosforu je v tomto případě z neobnovitelných zdrojů, přičemž zásoby minerálního fosforu vystačí dle různých autorů do roku 2030 -2100. Negativem používání fosforečných hnojiv je i kontaminace půd těžkými kovy, zejména kadmiem. Navíc vysoké dávky fosforečných hnojiv (ať už v minerální, či organické formě) v intenzivním zemědělství mají za následek kontaminaci povrchových vod fosforem a způsobují znečištění řek a moří se všemi příslušnými negativními důsledky (např. růst řas a sinic). Ovšem omezení hnojení fosforem s sebou nese riziko snížení výnosů řady zemědělských plodin. Současné studie odhadují, že rostliny využívají pouze 10-25 % aplikovaného fosforu. Toto je významná výzva pro šlechtitele, aby využitím moderních geneticko-šlechtitelských metod zvýšili využití fosforu pro růst a vývoj zemědělských plodin a snížili tak závislost zemědělství na vstupu neobnovitelných zdrojů. Vyšší využití fosforu rostlinami současně by současně eliminovalo jeho vyplavování do povrchových vod a chránilo tak i životní prostředí.
Základním předpokladem úspěchu je získání informací o tom, které faktory ovlivňují využití fosforu v rostlinách. Příslušné selekční prvky lze nalézt v struktuře rostlin a fyziologii. Z metod a postupů šlechtění lze pak použít tyto postupy:


1. fenotypování a screening
2. genetické postupy - identifikace QTL a genů
3. využití mykorhizy

Pro rostliny trpícími nedostatkem fosforu je typické, že se zvyšuje podíl kořenů vůči nadzemní biomase. Fosfor je v půdě často nerovnoměrně rozmístěný. Znakem rostlin schopných lépe využívat půdní fosfor je tak přítomnost laterárních kořenů. Tyto laterární kořeny jsou tenčí a prodloužené a je omezen sekundární růst středního válce a aerenchymu v kořenové kůře. Vývoj primárního kořene je zpomalen. Laterární kořeny rostlin, které jsou schopny lépe využívat fosfor z půdy, jsou rozloženy v horních vrstvách půdy. Toto je příznačné zejména pro bobovité rostliny. Ovšem rozložení kořenů v povrchové vrstvě může vést v suchých podmínkách k zhoršenému příjmu vody, proto mají rostliny rostoucí v aridním prostředí architekturu kořenů odlišnou. V každém případě monitorování fenotypování kořenů je cesta jak vybírat potenciálně vhodné genetické zdroje pro další šlechtění na zvýšení efektivity využití půdního fosforu.

Pro řadu plodin byly zhodnoceny sady genotypů odpovídající příslušnému fenotypování. Byly objektivizovány vlastnosti kořenové architektury, ale také znaky nadzemní částí rostlin jako je listová plocha, obsah chlorofylu, vývoj květů a plodů. Toto vedlo k určení totožnosti genetických faktorů spojených s těmito vlastnostmi jak QTLs. Například byl nalezen QTLs pro poměr kořenová/nadzemní část, pro celkovou absorpci fosforu rostlinou nebo pro využití fosforu v metabolismu rostliny. Efektivita šlechtitelských metod založený na využití těchto vlastností a QTLs však musí být podrobena komplexnímu vyhodnocení v polních podmínkách. Některé QTL studie byly vykonány přímo na poli. Geny spojené s vyšší schopností rostlin zpřístupňovat a využívat půdní fosfor byly identifikovány více z mutantů a pomocí technik microarray s expresí genů, než za pomocí QTL. Bylo získáno i několik transgenních rostlin, které však doposud nebyly důkladně otestovány v půdních podmínkách. Málo prozkoumány jsou v tomhle ohledu metody MAS (selekce dle markerů).

Využití mykorhizy je další významnou možností jak zlepšit využití fosforu z půdy. Největší má arbuskulární mykorhiza (AM), což je typ endomykorhizy, při níž houba (z oddělení Glomeromycota) proniká buňkami kůry kořene cévnatých rostlin. Charakteristickým rysem AM jsou unikátní struktury v buňkách, zejména arbuskuly a vezikuly. Z ekologického hlediska se jedná o mutualistický svazek (tj. výhodný pro obě strany). Houba dodává rostlině minerální látky z půdy (např. fosfor, stopové prvky), rostlina naopak vyživuje houbu organickými látkami, které sama vyrábí fotosyntézou. Studium hub z oddělení Glomeromycota je ovšem obtížné, neboť se jedná o biotrofní druh, který nelze zkoumat odděleně od hostitele. Nicméně, bylo získáno mnoho cenných poznatků o interakci mezi AM a získáváním fosforu hostitelskou rostlinou.

Byla prokázaná spojitost mezi způsoby identifikace vlastností spojených s vyšším využitím fosforu rostlinou: fenotypizování, identifikace QTLs a genů ovlivňujících mykorrhizu. Nicméně, selekce výkonných rostlin a příslušných genotypů nemusí vždy vést k požadovanému vysokému výnosu, při zlepšeném využití půdního fosforu. Navíc hodnocení vlivu mykorhizy v polních podmínkách nemusí vykazovat stejné výsledky jako experimentální sledování v řízených podmínkách.

Obecně lze konstatovat, že šlechtění pro vyšší využití půdního fosforu je reálné. Důležité je při této práci využívat metody fenotypizace pro vyhodnocení vlastností a struktury kořenového systému, včetně vylučování exsudátů a mykorhizy. Využití QTL umožňuje zrychlit šlechtitelský proces, jehož cílem je získat výkonné genotypy rostlin, schopné vyššího využití fosforu z půdy.

Zdroj: C. C. M. van de Wiel, C. G. van der Linden, O. E. Scholten. Improving phosphorus use efficiency in agriculture: opportunities for breeding, Euphytica (2016) 207:1–22

autor: Ing. Radek Macháč, Ph.D.
OSEVA PRO s.r.o.
o.z. Výzkumná stanice travinářská Rožnov-Zubří
Hamerská 698, 756 54 Zubří