Μελέτη της επίδρασης διαφορετικού βαθμού υδατικής καταπόνησης στην αναπαραγωγική ανάπτυξη εγχώριων πληθυσμών και ποικιλιών σκληρού σιταριού Triticum turgidum ssp. durum

Abstract

Further improvements in wheat yield potential especially under drought will be essential to meet future food demand. As yield is related to the number of grains, an understanding of the basis of grain set is crucial for raising yield. The subject of this study was the assessment of different levels of drought stress on the reproductive development of durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum) landraces and cultivars. Two experiments during the 2007-2008 and 2008-2009 growing seasons were carried out under a permanent rain shelter in the experimental field of the Agricultural University of Athens. Four levels of available soil water (W1, W2, W3 και W4) were set as water treatments. Increasing levels of water shortage were induced by increasing the distance from the water source (drip irrigation line). The durum wheat landraces “Kontopouli 17” and “Ntopia Heraclion 184” and the durum wheat varieties “Papadakis” and “Mexicali 81” were evaluated in the first experimental season. In the next season two more cultivars were added, namely the Greek variety “Selas” and the Italian variety “Simeto”.The decrease in the available soil water content resulted in a depression in the leaf water potential for both commercial varieties and landraces. The same trend was found and for WPI. In any case, the local landraces reached lower values in leaf water potential and hence WPI. The increase in length of the embryonic spike described very well by an asymmetric sigmoid curve using Richards’s equation. The reduction in the available soil water induced changes in the characteristics of the sigmoid curve that had biological meaning (e.g. lag phase, final length, inflection point, the required time for the major part of growth). When compared with local landraces improved Greek cultivars tended to exhibit a shorter duration of growth starting already from double ridge stage. From this point onwards, the differences among landraces and cultivars were increasing. However, the reduction of the available soil moisture diminished these differences mainly in the early stages of morphogenesis.According to «Path coefficient analysis» the number of grains per plant was the component exhibiting the highest direct effect on grain yield, followed by thousand grains weight. As expected, the breeding efforts of the past decades in wheat resulted in an increase in productivity and potential yield under conditions of adequate water supply. The number of tillers per plant had the highest influence on the number of grains per plant, but this direct effect was decreasing with the intensity of drought stress. Additionally, thenumber of grains per spike had the second highest direct effect on grains per plant. This parameter was most strongly affected by the number of fertile florets at anthesis. The number of fertile florets was reduced by drought stress and this effect was greater at the basal spikelets when compared to the central and apical spikelets. Landraces produced fewer fertile florets per spikelet in comparison to commercial cultivars and especially from the variety “Papadakis”.No relationship was detected between the number of fertile florets at anthesis and the maximum number of differentiated florets. In contrast, a positive relationship between the number of fertile florets at anthesis and the survival of floret primordia was observed. The maximum number of differentiated florets of the central spikelets was not affected by drought stress. Floret primordia survival was significantly influenced by the rate of floret death. Additionally, the rate of floret death was raised by the intensity of drought stress.

Η περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης του σιταριού και ιδιαίτερα για συνθήκες με έλλειψη νερού θεωρείται ουσιώδης για την καλύψη των μελλοντικών απαιτήσεων σε τροφή. Καθώς η απόδοση σχετίζεται με τον αριθμό των καρπών, η εκ βάθους κατανόηση της διαδικασίας σχηματισμού τους είναι ιδιαίτερα σημαντική για την αύξησή της. Το αντικείμενο της μελέτης ήταν η εκτίμηση της επίδρασης διαφορετικού βαθμού υδατικής καταπόνησης στην αναπαραγωγική ανάπτυξη εγχώριων πληθυσμών και ποικιλιών σκληρού σιταριού. Για τον λόγο αυτόν κατά την περίοδο 2007-2008 και 2008-2009 πραγματοποιήθηκαν 2 πειράματα εντός μόνιμου στεγάστρου που ήταν εγκατεστημένο στον πειραματικό αγρό του Εργαστηρίου Γεωργίας του Γ.Π.Α. Εφαρμόστηκαν 4 επίπεδα εδαφικής υγρασίας (W1, W2, W3 και W4) που αποτελούσαν τις μεταχειρίσεις του νερού και η διαφοροποίησή τους έγινε με βάση την απόσταση των φυτών από μία σταθερή πηγή νερού (αγωγός στάγδην άρδευσης). Την πρώτη πειραματική χρονιά αξιολογήθηκαν 2 εγχώριοι πληθυσμοί σκληρού σιταριού (Triticum turgidum ssp. durum), οι «Κοντοπούλι 17» και «Ντόπια Ηρακλείου 184», καθώς και 2 εμπορικές ποικιλίες, επίσης σκληρού σιταριού, οι «Παπαδάκης» και «Μεξικάλι 81». Το δεύτερο πειραματικό έτος προστέθηκαν επιπλέον η ελληνική ποικιλία σκληρού σιταριού «Σέλας» και η ιταλική ποικιλία «Simeto».Η μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του υδατικού δυναμικού των φύλλων, τόσο στις εμπορικές ποικιλίες, όσο και στους εγχώριους πληθυσμούς. Ανάλογη ήταν η διαπίστωση και στον δείκτη WPI. Σε κάθε περίπτωση οι εγχώριοι πληθυσμοί παρουσίασαν χαμηλότερες τιμές στο υδατικό δυναμικό των φύλλων και ως εκ τούτου και στο δείκτη WPI. Η αύξηση του μήκους της καταβολής του στάχυ στο σιτάρι περιγράφηκε σε πολύ ικανοποιητικό βαθμό από μία ασύμμετρη σιγμοειδή καμπύλη μέσω της εξίσωσης Richards και επιπλέον η μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας προκάλεσε μεταβολές στα χαρακτηριστικά της σιγμοειδούς καμπύλης που έχουν βιολογικό νόημα. Σε σύγκριση με τους εγχώριους πληθυσμούς οι βελτιωμένες ελληνικές ποικιλίες ήταν πιο πρώιμες ακόμη και από το στάδιο της διπλής πλευράς και παράλληλα η διαφορά τους με τους εγχώριους πληθυσμούς αυξανόταν όσο προχωρούσε η ανάπτυξη. Ωστόσο, όταν η μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας προκαλούσε μία άμβλυνση αυτών των διαφορών κυρίως στα πρώτα στάδια της μορφογένεσης.Σύμφωνα με την «Path coefficient analysis» φάνηκε ότι ο αριθμός των καρπών ανά φυτό ήταν η συνιστώσα που είχε τη μεγαλύτερη άμεση επίδραση στην αποδοτικότητα καιακολουθήθηκε από το βάρος χιλίων κόκκων. Όπως ήταν αναμενόμενο, οι βελτιωτικές προσπάθειες των τελευταίων δεκαετιών στο σιτάρι είχαν ως αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγικότητας αλλά και του δυναμικού της απόδοσης σε συνθήκες με επάρκεια νερού. Η υπεροχή αυτή ωστόσο υποβαθμίστηκε με τη μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας.Ο αριθμός των καρπών ανά φυτό επηρεάστηκε στον μεγαλύτερο βαθμό από τον αριθμό των γόνιμων αδελφιών ανά φυτό, ωστόσο η άμεση αυτή επίδραση μειωνόταν με την άυξηση του βαθμού της υδατικής καταπόνησης. Το αμέσως επόμενο χαρακτηριστικό που επηρέασε με άμεσο και σημαντικό τρόπο τον αριθμό των καρπών ανά φυτό ήταν ο αριθμός των καρπών ανά στάχυ. Η συγκεκριμένη μεταβλητή επηρεάστηκε πιο έντονα από τον αριθμό των γόνιμων ανθέων στο στάδιο της άνθησης. Η μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας είχε ως αποτέλεσμα την αντίστοιχη μείωση του αριθμού των γόνιμων ανθέων/στάχυ και επιπλέον προκάλεσε μεγαλύτερη μείωση στα σταχύδια της βάσης των στάχεων, απ’ ότι σε εκείνα της μέσης και της κορυφής. Οι εγχώριοι πληθυσμοί υστέρησαν ως προς τον αριθμό των γόνιμων ανθέων/σταχύδιο σε σχέση με τις εμπορικές ποικιλίες και ειδικά από την ποικιλία «Παπαδάκης».Ο αριθμός των γόνιμων ανθέων στο στάδιο της άνθησης δε φάνηκε να εξαρτάται από τον μέγιστο αριθμό ανθέων που τελικά διαφοροποιήθηκαν αλλά από τον αριθμό των ανθέων που κατάφεραν και επιβίωσαν μέχρι και το στάδιο της άνθησης. Ειδικά, ο αριθμός των ανθέων που τελικά διαφοροποιήθηκε δεν επηρεάστηκε από τη διαθέσιμη εδαφική υγρασία όσον αφορά στα μεσαία σταχύδια των στάχεων, από τα οποία προέρχεται και το μεγαλύτερο ποσοστό της απόδοσης σε καρπό. Από την πλευρά της, η επιβίωση των ανθέων μέχρι και την άνθηση επηρεάστηκε σημαντικά από τον ρυθμό εκφυλισμού των ανθέων, ο οποίος αυξανόταν με τη μείωση της διαθέσιμης εδαφικής υγρασίας, χωρίς όμως να εμφανίζονται σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ του πειραματικού υλικού.