6. EREDMÉNYEK és KÖVETKEZTETÉSEK
6.4 A vizsgált tulajdonságok kapcsolata és alkalmazhatóságuk nitrogén hasznosítás
A kísérletbe bevont tulajdonságok kapcsolatát korrelációs elemzéssel vizsgáltuk.
A kísérletek során több időpontban mértünk a klorofill tartalmat, a nitrát reduktáz, nitrit reduktáz, ammónium transzporter és aszparagin szintetáz gének expresszióját, így ezek kapcsolatának időbeli változását is tudtuk elemezni. Az idősoros tulajdonságok korrelációs együtthatóit a 8. táblázat mutatja be.
A nitrogén kezelések megkezdése előtt, vagyis a 0. kezelési napon a nitrát reduktáz enzimet kódoló gén expressziója pozitív kapcsolatot mutatott nitrit reduktázt,
91
aszparagin szintetázt, valamint az ammónium transzportert kódoló gén expressziójával is. A 7. kezelési napon a nitrát reduktázt kódoló gén expressziója továbbra is erős pozitív korrelációt mutatott a nitrit reduktázt és ammónium transzportert kódoló gén expressziójával, de a kapcsolat erőssége a 14. kezelési naptól kezdődően folyamatosan csökkent. A 42. kezelési napra már nem mutatható ki lineáris kapcsolat köztük, míg az aszparagin szintetázt kódoló génnel már a 7. kezelési napon sem volt kimutatható lineáris kapcsolat. Az aszparagin szintetázt és az ammónium transzportert kódoló gének között a 42. napra közepes kapcsolat alakult ki.
A 0. kezelési napon a SPAD érték közepesen erősen korrelált a nitrát reduktázt, az ammónium transzportert és aszparagin szintetázt kódoló gén expressziójával. A nitrit reduktázt kódoló gén expressziójával azonban csak gyenge, szinte elhanyagolható kapcsolatot tudtunk kimutatni. A SPAD érték és nitrát reduktázt kódoló gén kifejeződése közötti kapcsolatot a vizsgáltok 14. kezelési napjáig tudtuk kimutatni. A SPAD érték valamint az ammónium transzportert kódoló gén expressziója közti kapcsolat a vizsgálat időtartama alatt – 28. napon mért eredmény kivételével – végig fennállt, erőssége azonban változó volt.
A nitrogén hasznosítást maghatározó gének expressziója és a nitrogén hasznosítással összefüggő agronómiai paraméterek közötti korrelációs kapcsolatot a 9.
táblázat, a nitrogén hasznosítás génjeinek expressziója és a nitrogén hasznosítással összefüggő indexek korrelációs kapcsolatát pedig a 10. táblázat mutatja be.
92
8. táblázat: A vizsgált gének aktivitása, valamint a SPAD értékek időbeli változása közötti korreláció
AS: az aszparagine szintetás gén gén expressziója NR: a nitrát reduktáz gén exp., NiR: a nitrit reduktáz gén exp., AMT: az ammónium transzporter gén exp., SPAD-érték: klorofill tartalom, KN: a kezelés megkezdése utáni napok száma
93
9. táblázat: A nitrogén asszimilációban szerepet játszó génjek expressziója és a nitrogén hasznosítással összefüggő agronómiai tulajdonságok korrelációs kapcsolata
AMT TD42 NR TD42 NiR TD42 AS TD42 SPAD
TD42 levélter lombN gyökN gumóN növényN lombN% gumóN% gumó ta gumó össztöm
átl gumó töm
gumó-szám
AMT TD42 1,00
NR TD42 0,15 1,00
NiR TD42 0,12 -0,10 1,00 biztos, de gyenge kapcsolat
AS TD42 -0,43 0,16 -0,04 1,00 közepes korreláció, jelentős kapcsolat
SPAD TD42 -0,52 -0,01 0,01 -0,03 1,00 magas korreláció, markáns kapcsolat
levélterület -0,58 -0,30 -0,24 -0,24 0,61 1,00
lombN -0,63 0,20 -0,08 0,15 0,87 0,42 1,00
gyökN 0,05 0,44 -0,40 -0,05 0,54 0,19 0,53 1,00
gumóN 0,19 -0,41 0,34 -0,02 -0,71 -0,29 -0,75 -0,96 1,00
növény N -0,34 -0,33 0,55 -0,37 0,44 0,59 0,27 -0,21 0,08 1,00
lombN% -0,51 0,39 0,17 0,19 0,69 0,32 0,84 0,43 -0,61 0,42 1,00
gumóN% -0,35 -0,19 0,28 -0,26 0,66 0,32 0,70 0,19 -0,38 0,51 0,56 1,00
gumó ta 0,27 -0,31 -0,14 -0,38 -0,57 0,12 -0,63 -0,48 0,59 0,17 -0,57 -0,30 1,00
gumó össztöm -0,26 -0,34 -0,13 0,02 -0,16 0,43 -0,35 -0,62 0,58 0,41 -0,25 -0,55 0,64 1,00
átl gumó töm -0,21 0,01 -0,19 0,71 -0,36 -0,15 -0,25 -0,43 0,41 -0,35 -0,31 -0,54 0,22 0,28 1,00
gumószám 0,00 -0,06 -0,07 -0,44 0,05 0,37 -0,12 -0,01 0,05 0,34 0,02 -0,12 0,40 0,61 -0,50 1,00
AS: aszparagine szintetás gén gén expressziója NR: nitrát reduktáz gén exp., NiR: nitrit reduktáz gén exp., AMT: ammónium transzporter gén exp., SPAD: klorofill tartalom, KN: a kezelés megkezdése utáni napok száma , lombN: lomb N aránya egész az növényhez képest, gyökN: gyökér N aránya egész az növényhez képest, gumóN: N aránya egész az
növényhez képest,
növény N: az egész növény N tartalma, lombN%: a lomb %-os N tartalma, gumóN%: a gumó %-os N tartalma, gumó ta: a gumók száraz és friss tömeg aránya, gumó össztöm: a növényenkénti összes gumó friss tömege, átl gumó töm: átlagos gumótömeg, gumószám: a növényenként betakarított gumók száma
94
10. táblázat: A nitrogén asszimilációban szerepet játszó génjek expressziója és a nitrogén hasznosítással összefüggő indexek korrelációs kapcsolata AMT
TD42
NR TD42
NiR TD42
AS TD42
SPAD
TD42 NUpE NUtE NUE GY-H
arány HI2 HI1 gumó ta gumó össztöm
átl gumó töm
AMT TD42 1,00
NR TD42 0,15 1,00
NiR TD42 0,12 -0,10 1,00 biztos, de gyenge kapcsolat
AS TD42 -0,43 0,16 -0,04 1,00 közepes korreláció, jelentős kapcsolat
SPAD TD42 -0,52 -0,01 0,01 -0,03 1,00 magas korreláció, markáns kapcsolat
NUpE 0,30 -0,32 0,46 -0,46 -0,29 1,00
NUtE 0,45 -0,11 -0,42 -0,09 -0,57 0,08 1,00
NUE 0,47 -0,27 -0,08 -0,31 -0,57 0,60 0,84 1,00
GY-H arány 0,61 0,15 -0,38 -0,18 -0,29 -0,19 0,71 0,48 1,00
HI2 -0,01 -0,32 0,39 0,09 -0,54 0,47 -0,04 0,17 -0,48 1,00
HI1 0,26 -0,13 0,17 -0,02 -0,79 0,53 0,29 0,48 -0,06 0,82 1,00
gumó ta 0,27 -0,31 -0,14 -0,38 -0,57 0,72 0,33 0,62 0,01 0,47 0,61 1,00
gumó össztöm -0,26 -0,34 -0,13 0,02 -0,16 0,64 0,29 0,48 -0,28 0,50 0,58 0,64 1,00
átl gumó töm -0,21 0,01 -0,19 0,71 -0,36 0,03 0,32 0,21 -0,19 0,31 0,25 0,22 0,28 1,00
AS: aszparagine szintetás gén gén expressziója NR: nitrát reduktáz gén exp., NiR: nitrit reduktáz gén exp., AMT: ammónium transzporter gén exp., SPAD: klorofill tartalom, KN: a kezelés megkezdése utáni napok száma, NUpE: teljes növény N tartalma (g) / összes elérhető N (g) NUtE: teljes növény száraz anyaga (g) / teljes növény N tartalma (g) NUE: teljes növény száraz anyaga (g) / összes elérhető N (g), GY-H arány: gyökér hajtás arány, HI1 = gumó száraz t. / (gumó száraz t. + 1,25 * lomb száraz t.),
HI2 = gumó száraz t. / (gumó száraz t. + lomb száraz t. + gyökér száraz t.), gumó ta: a gumók száraz és friss tömeg aránya, gumó össztöm: a növényenkénti összes gumó friss tömege, átl gumó töm: átlagos gumótömeg.
95
A nitrogén hasznosítási mutatók közül (9. táblázat) a 42. napon mért AS-t kódoló gén expressziója markáns kapcsolatot mutatott az átlagos gumótömeggel, közepeset a gumószámmal, gyengét a levél területtel, az egész növény nitrogén tartalmával, a gumó nitrogén tartalmával valamint a gumók száraz és friss tömeg arányával.
A KN42 időpontban mért NR-t kódoló gén expresszió közepes erősségű pozitív kapcsolatot mutatott a gyökér N tartalmával, és közepes negatív irányút a gumók egész növényhez képest számított N arányával. A NR-t kódoló gén működése gyenge pozitív összefüggésben állt a lomb N tartalmával, valamint gyenge negatív irányú összefüggést mutatott a levélterülettel, az egész növény N tartalmával, a gumók száraz és friss tömeg arányával és a növényenkénti összes gumó tömegével is.
A nitrit reduktázt kódoló gén expressziója közepes pozitív irányú korrelációt mutatott egész növény N tartalmával, míg negatív irányút a gyökér N tartalmával.
Gyenge pozitív kapcsolatot tudtunk kimutatni a gén kifejeződés szintje és a gumók egész növényhez képesti N aránya, valamint a gumók százalékos N tartalma között.
Gyenge negatív irányú összefüggést tártunk fel a levélterület és a gén expressziója között.
Az ammónium transzportert kódoló gén expressziójával erősen korreláló tulajdonságot nem tudtunk a vizsgálatok során azonosítani. Ugyanakkor közepes, negatív korrelációt tudtunk kimutatni a gén expressziója és a SPAD érték, a levélterület, a lomb egész növényhez képesti N aránya és a lomb százalékos N tartalma között.
Gyenge, szintén negatív kapcsolatot tudtunk kimutatni a teljes növény N tartalmával, a gumók egész növényhez képesti N arányával, a növényenkénti összes gumó tömegével és az átlagos gumótömeggel. Az ammónium transzporter expressziója valamint a gumók száraz és friss tömeg aránya gyenge pozitív irányú kapcsolatban álltak.
A SPAD érték – a gumók növényenkénti összes tömege, az átlagos gumótömeg és a gumószám kivételével – minden vizsgált N hasznosításban szerepet játszó paraméterrel legalább közepes korrelációban állt. A lomb egész növényhez képesti N aránya pozitív, a gumó egész növényhez képesti N aránya negatív összefüggést mutatott vele. A közepes kapcsolatok szinte mindegyike pozitív irányú volt, egyedül a gumók száraz és friss tömeg arányával kaptunk negatív kapcsolatot.
A nitrogén hasznosítás kulcsgénjeinek expressziója és a nitrogén hasznosítással összefüggő indexek korrelációs kapcsolatát a 10. táblázat mutatja be. A nitrogén felvétel hatékonyságát reprezentáló NUpE index közepesen szoros, negatív
96
kapcsolatban állt az aszparagin szintetáz és pozitív kapcsolatban a nitrit reduktáz gének expressziós szintjével. A NUpE index közepesen szoros pozitív kapcsolatot mutatott a harvest index mindkét számítási módjával (HI1, HI2) kapott eredménnyel és a növényenkénti összes gumó friss tömeggel, valamint erős pozitív kapcsolatot találtunk a gumók száraz és friss tömeg arányával.
A NUtE index közepesen erős negatív kapcsolatot mutat a nitrit reduktázzal és a SPAD értékkel, erős pozitív kapcsolatot a gyökér-hajtás aránnyal, közepes pozitív kapcsolatot az ammónium transzporterrel. Gyenge pozitív kapcsolatban áll a harvest index HI1 számítási módjával, a gumók száraz és friss tömeg arányával, a növényenkénti összes gumó friss tömegéval és az átlagos gumótömeggel.
A SPAD érték a harvest index HI1 számítási módjával erős, a HI2 számítási módjával közepes negatív korrelációban állt.
Bár a SPAD értékek már a 28. napon szignifikáns különbségeket mutattak mind a kezelések, mind a genotípusok között, az ebben az időpontban betakarított növények termésén a kezelések közti különbségek többségét matematikailag nem tudtuk igazolni.
Amennyiben a tenyészedényes kísérlet eredményeit fenotipizálási munkára, burgonya nemesítési programban kívánjuk felhasználni, a gumóról indított növényeket a kelést követő három héten keresztül 0,5-es erősségű standard Hoagland tápoldatos előnevelést követően legalább 42 napos nitrogén kezelésnek célszerű alávetni. Ennek szükségességét igazolták a vizsgált gumóparaméterek, valamint a növény által felvett N növényen belüli megoszlásának vizsgálata.
A SPAD érték a 42. kezelési napon – a gumók növényenkénti összes tömege, az átlagos gumótömeg és a gumószám kivételével – minden vizsgált N hasznosításban szerepet játszó paraméterrel legalább közepes korrelációban állt. A SPAD érték (KN42) és a 9. táblázatban szereplő többi tulajdonság között negatív és pozitív korrelációs kapcsolatokat is találtunk, míg a 10. táblázatban található indexekkel kivétel nélkül negatív kapcsolatot mutat. A burgonya analitikai módszerekkel mért klorofill tartalma és a SPAD eszköz mérési eredményi közt szoros korreláció van (Vos and Bom, 1993), az eszközt, így a kapott SPAD érték alkalmas a burgonya N-ellátottságának meghatározására (Minotti et al., 1994; Gianquinto et al., 2004; Jongschaap and Booij, 2004; Mauromicale et al., 2006; Wu et al., 2007; Busato et al., 2010; Giletto and Echeverría, 2013; Zheng et al., 2015). Ezen kívül a mérés roncsolás nélkül, helyben elvégezhető, és ha a műszer rendelkezésre áll nem jelent többlet költséget.
97
A levélterület közepesen szoros pozitív korrelációt mutatott a lomb N tartalmával, az egész növény által felvett összes N mennyiségével és a növényenkénti összes gumótömeggel. Ez utóbbi utóbbi a nemesítés és a termesztés szempontjából az egyik legfontosabb paraméter, hiszen ezzel akár előre jelezhető a termés, de szántóföldi körülmények közt ellenőrizni kell a kapcsolat szorosságát. Ha levélterület / levélfelület mérő műszer a rendelkezésünkre áll, a tulajdonság mérésének gyakorlatilag nincs költsége és csupán levelenként egy percet vesz igénybe.
A virágzás kezdete és hossza között találtunk szignifikáns eltéréseket a genotípusok és kezelések között, de a nitrogén hasznosítással összefüggő tulajdonságokkal nem tudtunk kapcsolatot kimutatni. A fenológiai fázisok változásának és hosszának elemzése tehát nem alkalmazható N hasznosítás vizsgálata céljából.
A gyökér-hajtás arány (GY-H arány - 10. táblázat) pozitív kapcsolatot mutatott a NUtE indexszel vagyis a felvett nitrogén hasznosításának hatékonyságával, így a paraméter alkalmas lehet arra, hogy közvetlenül következtessünk belőle a növény nitrogénhasznosításának hatékonyságára. Mérése betakarításkor lehetséges, egyszerű és olcsó módszer, kevés berendezést igényel: mérleg és szárítószekrény szükséges hozzá.
A gyökér-hajtás arány N-kezeléstől függő alakulása a vizsgált genotípusok esetében a 28 és 42 napos kezelést követően is lényegesen variabilitást mutatott, amely lehetőséget biztosít a nemesítés során az ez irányú szelekcióra.
A termésparaméterek elemzése a legfontosabb a növény nemesítés során, hiszen a termés lehető legnagyobb mennyiségének és legjobb minőségének elérése a cél. A tenyészedényes kísérletben kapott termés eredmények kiindulási alapnak megfelelőek egy fenotipizálási munka során, de nem helyettesíthetik a szántóföldi vizsgálatokat. Az általunk vizsgált keszthelyi fajták nitrogén hasznosítását szántóföldi körülmények közt is vizsgálták már (Hoffmann et al., 2010). A kísérletek során kapott eredmények nagyon hasonlóak az általunk elvégzett vizsgálatok eredményeihez. A fajták között kialakult termés sorrend a két vizsgálatban nagyon hasonló volt. A termés paraméterek értékelésekor figyelembe kell venni a termelési célt is, hiszen a vetőburgonya előállításkor például a gumó darabszám növelése, míg az étkezési burgonya termesztésénél egy bizonyos gumóméret elérése az elsődleges cél.
A NUpE és NUtE indexek a legfontosabb nitrogén hasznosítási indexek, széles körben alkalmazzák őket minden növényfaj így a burgonya esetén is. Számításukhoz ismerni kell a növény által felvett összes N-t, vagyis azt valamilyen analitikai módszerrel meg kell határozni. A leggyakrabban használt Kjeldahl (Bradstreet, 1965) és
98
a Dumas módszerek (Kirsten and Hesselius, 1983) műszer, vegyszer és munkaerő igényes vizsgálatok, azonban sok és fontos információt szolgáltatnak a nitrogén hasznosítás tekintetében. A gumó és lomb N tartalma szoros korrelációban áll a SPAD értékkel, a növény által felvett összes nitrogén pedig a levélterülettel. Fontos információ továbbá a növény által felvett N szervek közötti megoszlása is. Ezen összefüggések miatt a lomb és a gumók teljes N tartalmának elemzése nem hagyhatók el a fenotipizálási vizsgálatok során, legalább a betakarításkor.
A NUpE, NUtE és NUE indexek és a vizsgált gének expressziója között magas korrelációs kapcsolatot nem találtunk (10. táblázat). A NUpE közepesen erős negatív kapcsolatot mutatott az AS gén expressziójával és közepesen pozitívat a NiR gén expressziójával. Gyenge de biztos kapcsolatot találtunk a NUpE és AMT valamint NR gének expressziója között, előbbi kapcsolat iránya pozitív, míg utóbbié negatív volt. A NUtE index közepes negatív kapcsolatban van a NiR, közepes pozitív kapcsolatban pedig az AMT gén expressziójával. A NUE és az AMT között közepes pozitív összefüggést mutattunk ki, míg az NR és AS gén expressziójával gyenge negatív kapcsolatban van. A vizsgált gének a nitrogén hasznosítási indexek közül a NUpE indexszel korreláltak leginkább, kivétel nélkül mindegyik gén expressziójával biztos kapcsolatot mutattunk ki. Vizsgálataink szerint a keszthelyi fajták NUtE indexe kimagasló az S440-hez képest, azonban a NUpE indexet érdemes lenne javítani a nemesítés során. A vizsgált gének expressziója korrelál a NUpE-val, amit kihasználva a nemesítés során az expresszió mértékéből következtethetünk a NUpE index várható értékére is, azonban a módszer alkalmazása további vizsgálatokat igényel.
A harvest index kiszámítása is indokolt, vizsgálatainkban a HI1 és HI2 számolási módszer közepesen korrelált a NUpE indexszel. A HI1 index korrelál a SPAD értékkel, a növényenkénti összes gumó tömegével valamint a gumók száraz és friss tömeg arányával is.
A NUE index értéke a NUpE és NUtE értékeitől függ, így a vártnak megfelelően a burgonya fajták az alacsonyabb nitrogén szolgáltató környezetben jobb hatásfokkal hasznosították a nitrogént. Ez azonban nem jelenti azt, hogy nagyobb mennyiségű termést is adnának. Az N3,00 és N7,50 kezelésben a növények ugyan rosszabb hatásfokkal vették fel és hasznosították a rendelkezésre álló N-t, de összességében többet vettek fel belőle és így nagyobb termést is adtak, mint az N0,75 kezelés növényei. Emiatt fontos genotípusonként meghatározni azt a kijuttatott N szintet, ahol a
99
legnagyobb termés érhető el, úgy hogy a N felvétel és hasznosítás hatásfoka kellően gazdaságos.
Eredményeink azt jelzik, hogy a tenyészedényes vizsgálat alkalmas lehet a genotípusok közötti nitrogén hasznosítási különbségek kimutatására, így akár ez irányú előszelekcióra is. Kis helyigényű és költséghatékonyabb a kivitelezése mint a szántóföldi kísérleteknek. Gyorsabban kaphatunk eredményeket is, hiszen a tenyészedényben a növényeket csak 9-10 hétig kell nevelni, ami jól rövidebb a szántóföldi tenyészidőszaknál. Mindezek mellett a tenyészedényes kísérletek pontosabb mérést tesznek lehetővé, a gyökérzet tömege – amely jelentősen befolyásolja a N felvétel, – szántóföldi kísérletnél megbízhatóan nem is mérhető. A tenyészedény kísérletekben nem, vagy csak kis mértékben érvényesül az évjárathatás, ami szintén növeli a kapott eredmények megbízhatóságát.
A tenyészedényes kísérletben kapott eredmények alkalmasak lehetnek nagyobb nemesítési anyagok előszelekciójára, de nem helyettesítik a szántóföldi vizsgálatokat, a két vizsgálat típus együttes értékelése adhatja a legpontosabb és a burgonyatermesztés gyakorlatában legjobban használható eredményt.
100
6.5 A vizsgált genotípusok nitrogén hasznosítási paramétereinek