Επίδραση της αλατότητας στα αγροκομικά, φυσιολογικά και ποιοτικά γνωρίσματα του ρυζιού (Oryza sativa L.)

Abstract

Salinity is a key factor for the development of rice (Oryza sativa L.) and affects the crop yield and performance. The aim of this work was to study the effect of salinity on agronomical, physiological and quality traits in rice. The varieties used were obtained from the rice core collection maintained by the Hellenic Agricultural Organization “DEMETER”-Cereal Institute (CI). Field experiments and rapid screening tests were conducted in the Kalochori’s Experimental Station and in the Main Building of the CI in the years 2010, 2011 and 2012.Field experimentation: Eight rice cultivars (Koral, Kulon, Alexandros, Dimitra, Chipka, Selenio, Capataz, and IR28 as a susceptible control) were grown under two salinity levels (common cultural practices-CCP and high salt concentration-HSC). The soil was a silty loam with a pH of 7.4-7.8 and 1.6% organic matter. The experimental design was a split plot with 3 replications. The two salinity levels were used as the main plots and the eight cultivars as the subplots. Plant samples were taken from each plot at the anthesis and the maturity stages. Seed yield and yield components, dry matter and nitrogen (N) accumulation, translocation and translocation efficiency, chlorophyll content index and the amount of sodium (Na) and potassium (K) uptake by the plant tissue were determined. Furthermore, the grain dimensions were measured and their length to width ratio, total mill yield, pearl percentage and amylose content were also determined.Differences in the plant development in both between the years and between the salinity levels were observed. The plants grown under HSC developed fewer fertile tillers per plant, lower 1000 kernel weight and lower number of grains per panicle and ultimately lower yield per plant than in the CCP treatment. The grain yield in the HSC treatment decreased compared with those grown under CCP up to 50%, while the plant height and the panicle length were not affected by the salinity level. Yield reduction was followed by smaller scale reduction of the dry matter accumulation. Salinity increased the time it took to the rice plants to reach the maturity stage there were indications that rice cultivation is tolerant in its early development stages. The dry matter and N translocation from the stem portions to the grain was increased in the HSC environment compared to the normal one, indicating that under stress conditions the rice varieties can effectively use the photosynthesi assimilates and the N accumulated up to the anthesis stage. The grain N accumulation was reduced, while the ratio of Na/K accumulation in plant tissues was increased. The degree of salinity impact on the grain quality depended on the salinity tolerance of each variety.Rapid screening test: A total of 150 rice accessions were screened for their salt tolerance. The experiment was conducted in a glasshouse maintained at approximately 29o/22oC day/night respectively, and 70% relative humidity. Two germinated seeds were used for each tested rice accession which was replicated five times. The treatments were two: salinized and non-salinized. The salt injury was assessed 10 and 16 days after the initial salinization (AIS) using an 1-9 scale: 1=normal growth (highly tolerant), 9=almost dead (highly susceptible). Additionally, ten days AIS the chlorophyll concentration index was measured. The height and the dry matter of the seedlings were determined in the 16th day AIS.In saline substrate all accessions showed broad phenotypic variation and 16 days AIS were scored from 3.8 (tolerant) to 9 (very sensitive). More than the one third out of the accessions (57 out of 150) were significantly more tolerant than the sensitive control IR28, which was scored at 7.4. The concentration of chlorophyll in photosynthetic tissues of seedlings was decreased in seedlings grown in saline substrate compared to that in normal substrate. However, there were varieties in which the reduction of chlorophyl content index values did not result in significant differences between the two salinity levels. The dry matter accumulation and the height of seedlings of all varieties in the saline substrate were significantly decreased.The field performance of the variety Alexandros and the detected tolerance of 57 varieties in the rapid screening test lead to the conclusion that there is plant genetic material that can be used for cultivation in salt affected fields and for its variability in a breeding programme for the improvement of rice salt tolerance.

Η αλατότητα είναι καθοριστικός παράγοντας για την ανάπτυξη του ρυζιού (Oryza sativa L.) και επηρεάζει τη φυσιολογία της καλλιέργειας και την απόδοσή της σε καρπό. Σκοπός της εργασίας ήταν να μελετηθεί η επίδραση της αλατότητας στα αγροκομικά, φυσιολογικά και ποιοτικά γνωρίσματα του ρυζιού, τόσο σε συνθήκες αγρού όσο και σε ελεγχόμενες υδροπονικές συνθήκες. Οι ποικιλίες που μελετήθηκαν λήφθηκαν από την τράπεζα γενετικού υλικού του Ινστιτούτου Σιτηρών (ΙΣ) του Ελληνικού Γεωργικού Οργανισμού “Δήμητρα”. Τα πειράματα αγρού πραγματοποιήθηκαν στο Αγρόκτημα Καλοχωρίου, ενώ εκείνα των ελεγχόμενων υδροπονικών συνθηκών στις κεντρικές εγκαταστάσεις του ΙΣ τα έτη 2010, 2011 και 2012.Συνθήκες αγρού. Μελετήθηκαν οκτώ ποικιλίες ρυζιού (Koral, Kulon, Alexandros, Dimitra, Chipka, Selenio, Capataz και IR28 ως ευαίσθητος μάρτυρας) σε δύο επίπεδα αλατότητας, υπό Κανονικές Συνθήκες Καλλιέργειας (ΚΣΚ) και υπό Υψηλή Συγκέντρωση Άλατος (ΥΣΑ). Το έδαφος ήταν ιλυοπηλώδες με οργανική ουσία 1,6% και pH 7,4-7,8. Το πειραματικό σχέδιο ήταν ομάδες με υποομάδες (split-plot) με 3 επαναλήψεις. Ως κύρια τεμάχια χρησιμοποιήθηκαν τα δύο επίπεδα αλατότητας και ως υποτεμάχια οι ποικιλίες. Λήφθηκαν δείγματα φυτών στα στάδια της άνθησης και της ωρίμανσης του φυτού και προσδιορίστηκαν η απόδοση σε καρπό και τα συστατικά της απόδοσης, η συσσώρευση, η ανακατανομή και η αποτελεσματικότητα ανακατανομής της ξηράς ουσίας και του αζώτου (Ν), ο δείκτης περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη και η συσσώρευση ιόντων νατρίου (Na) και καλίου (Κ) στους φυτικούς ιστούς. Επίσης, εκτιμήθηκαν η συνολική απόδοση στο μύλο, η κρυσταλλότητα, η περιεκτικότητα σε αμυλόζη, το μήκος και η σχέση μήκος/πλάτος του κόκκου.Διαφορές ως προς την ανάπτυξη των φυτών παρατηρήθηκαν τόσο μεταξύ των ετών, όσο και μεταξύ των επιπέδων αλατότητας. Τα φυτά της ΥΣΑ είχαν μικρότερο αριθμό γόνιμων αδελφιών, μικρότερο βάρος 1000 κόκκων και μικρότερο αριθμό κόκκων ανά φόβη και τελικά μικρότερη απόδοση σε καρπό. Η απόδοση σε καρπό μειώθηκε μέχρι και 50% στην ΥΣΑ σε σύγκριση με εκείνη των ΚΣΚ, ενώ το ύψος φυτού και το μήκος φόβης δεν επηρεάστηκαν από το επίπεδο αλατότητας. Η μείωση της απόδοσης σε καρπό λόγω ΥΣΑ συνοδεύθηκε από μικρότερης έκτασης μείωση της συσσώρευσης ξηράς ουσίας από τα φυτά. Η ΥΣΑ επιμήκυνε το χρόνο ωρίμανσης των φυτών ρυζιού και υπήρξαν ενδείξεις για ανεκτικότητα των φυτών ρυζιού στο αρχικό στάδιο ανάπτυξής τους. Η ανακατανομή ξηράς ουσίας και Ν από τα βλαστικά τμήματα στον καρπό αυξήθηκε στην ΥΣΑ σε σχέση με εκείνη που παρατηρήθηκε υπό ΚΣΚ, δείχνοντας ότι σε συνθήκες καταπόνησης τα φυτά μπορούν να χρησιμοποιήσουν αποτελεσματικότερα τα προϊόντα φωτοσύνθεσης και το Ν που συσσώρευσαν μέχρι την άνθηση. Η μέση συσσώρευση Ν στον καρπό ήταν μειωμένη στα φυτά που αναπτύχθηκαν στο περιβάλλον αυξημένης αλατότητας, ενώ η σχέση της συσσώρευσης ιόντων Na/K στους φυτικούς ιστούς αυξήθηκε. Τέλος, ο βαθμός της επίδρασης της εδαφικής αλατότητας στα ποιοτικά γνωρίσματα εξαρτήθηκε από την ανεκτικότητα της κάθε ποικιλίας στα άλατα.Ελεγχόμενες υδροπονικές συνθήκες. Αξιολογήθηκαν 150 ποικιλίες σε υδροπονικό σύστημα κάτω από ελεγχόμενες συνθήκες. Η θερμοκρασία ημέρας/νύχτας ήταν ρυθμισμένη στους 29/22oC, αντίστοιχα και η σχετική υγρασία στο 70%. Εφαρμόσθηκαν δύο επεμβάσεις (με και χωρίς προσθήκη άλατος) σε πέντε επαναλήψεις, με δύο φυτά η κάθε μία. Η επίδραση της αλατότητας στα σπορόφυτα βαθμολογήθηκε χρησιμοποιώντας μια κλίμακα από 1 έως 9 (1=κανονική ανάπτυξη, 9=νέκρωση) κατά τη 10η και τη 16η Ημέρα Μετά την Προσθήκη Αλάτων (ΗΜΠΑ). Επίσης, τη 10η ΗΜΠΑ εκτιμήθηκε ο δείκτης περιεκτικότητας σε χλωροφύλλη, ενώ τη 16η ΗΜΠΑ, προσδιορίστηκαν το ύψος και η συσσώρευση ξηράς ουσίας των σποροφύτων.Στο αλατούχο υπόστρωμα οι ποικιλίες παρουσίασαν ευρεία φαινοτυπική διακύμανση. Η βαθμολογία των ποικιλιών την 16η ΗΜΠΑ ως προς την αντίδρασή τους στην αλατότητα κυμάνθηκε από 3,8 (ανεκτική) έως 9 (πολύ ευαίσθητη), οι δε 57 ποικιλίες ήταν σημαντικά ανεκτικότερες από τον ευαίσθητο μάρτυρα IR28 (βαθμός 7,4). Η συγκέντρωση χλωροφύλλης στους φωτοσυνθετικούς ιστούς γενικά μειώθηκε στα σπορόφυτα που αναπτύχθηκαν στο αλατούχο υπόστρωμα. Ωστόσο, η εν λόγω συγκέντρωση σε μερικές ποικιλίες δεν παρουσίασε σημαντικές διαφορές μεταξύ των δύο επιπέδων αλατότητας. Η συσσώρευση ξηρά ουσίας και το ύψος των σποροφύτων όλων των ποικιλιών του αλατούχου υποστρώματος μειώθηκαν κατά σημαντικό ποσοστό σε σύγκριση με τα σπορόφυτα του κανονικού υποστρώματος.Η συμπεριφορά της ποικιλίας Alexandros σε συνθήκες αγρού και η ανεκτικότητα στην αλατότητα των 57 ποικιλιών σε ελεγχόμενες υδροπονικές συνθήκες οδηγούν στο συμπέρασμα ότι υπάρχει γενετικό υλικό που μπορεί να αξιοποιήσει τα αλατούχα εδάφη ή να χρησιμοποιηθεί ως υλικό εκκίνησης για σκοπούς βελτίωσης της ανεκτικότητας του ρυζιού στην αλατότητα.