Vztah fyziologických a optických vlastností listu k projevům napadení olše lepkavé (Alnus glutinosa) patogenem Phytophtora × alni

• Thesis title in Czech: Vztah fyziologických a optických vlastností listu k projevům napadení olše lepkavé (Alnus glutinosa) patogenem Phytophtora × alni
• Thesis title in English: Leaf physiological and optical properties in relation to the Phytophtora × alni infection of black alder (Alnus glutinosa)
• Key words: Phytophtora × alni, olše lepkavá (Alnus glutinosa), fluorescenční parametry, relativní obsah pigmentů, reflektance, transmitance, břehové porosty, komorový experiment, dálkový průzkum.
• English key words: hytophtora × alni, black alder (Alnus glutinosa), fluorescent parameters, relative pigment content, reflectance, transmitance, riparian forest, chamber experiment, remote sensing.
• Academic year of topic announcement: 2022/2023
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Experimental Plant Biology (31-130)
• Supervisor: Mgr. Zuzana Lhotáková, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 11.01.2023
• Date of assignment: 12.01.2023
• Confirmed by Study dept. on: 01.02.2023
• Date of electronic submission: 30.04.2024
• Opponents: doc. Ing. Ivana Tomášková, Ph.D.
• Advisors: prof. RNDr. Jana Albrechtová, Ph.D.

References

Bjelke, Ulf, Johanna Boberg, Jonàs Oliva, Kristina Tattersdill, and Brendan G. McKie. 2016. “Dieback of Riparian Alder Caused by the Phytophthora Alni Complex: Projected Consequences for Stream Ecosystems.” Freshwater Biology 61 (5): 565–579. doi:10.1111/fwb.12729.
Černý, Karel, Eva Chumanová, Ludmila Havrdová, Zuzana Haňáčková, Tereza Brestovanská, and Vladimír Zýka. 2021. Invazní patogeny dřevin v životním prostředí: determinace chorob a možnosti omezení šíření a impaktu na lesní ekosystémy. Certifikovaná metodika. Průhonice: Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v.v.i.
Černý, Karel, Vítězslava Pešková, and Roman Modlinger. 2015. “Rozšíření fytoftorového onemocnění olší v lesních porostech ČR – předběžné výsledky.” Zprávy lesnického výzkumu 60 (4): 256–261.
Clemenz, C., F. Fleischmann, K.-H. Haberle, R. Matyssek, and W. Osswald. 2008. “Photosynthetic and Leaf Water Potential Responses of Alnus Glutinosa Saplings to Stem-Base Inoculaton with Phytophthora Alni Subsp. Alni.” Tree Physiology 28 (11): 1703–1711. doi:10.1093/treephys/28.11.1703.
Corcobado, Tamara, Ivan Milenković, Iñigo Saiz-Fernández, Tomáš Kudláček, Roman Plichta, Tomáš Májek, Aneta Bačová, et al. 2022. “Metabolomic and Physiological Changes in Fagus Sylvatica Seedlings Infected with Phytophthora Plurivora and the A1 and A2 Mating Types of P. ×cambivora.” Journal of Fungi 8 (3): 298. doi:10.3390/jof8030298.
Ďurkovič, Jaroslav, Tatiana Bubeníková, Adriána Gužmerová, Peter Fleischer, Daniel Kurjak, Ingrid Čaňová, Ivan Lukáčik, Miloň Dvořák, and Ivan Milenković. 2021. “Effects of Phytophthora Inoculations on Photosynthetic Behaviour and Induced Defence Responses of Plant Volatiles in Field-Grown Hybrid Poplar Tolerant to Bark Canker Disease.” Journal of Fungi 7 (11): 969. doi:10.3390/jof7110969.
Guerra-Hernández, Juan, Ramón A. Díaz-Varela, Juan Gabriel Ávarez-González, and Patricia María Rodríguez-González. 2021. “Assessing a Novel Modelling Approach with High Resolution UAV Imagery for Monitoring Health Status in Priority Riparian Forests.” Forest Ecosystems 8 (1): 61. doi:10.1186/s40663-021-00342-8.
Milenković, Ivan, Nenad Keča, Dragan Karadžić, Zlatan Radulović, Justyna Nowakowska, Tomasz Oszako, Katarzyna Sikora, Tamara Corcobado, and Thomas Jung. 2018. “Isolation and Pathogenicity of Phytophthora Species from Poplar Plantations in Serbia.” Forests 9 (6): 330. doi:10.3390/f9060330.
Nave, Corina, Juliette Schwan, Sabine Werres, and Janett Riebesehl. 2021. “Alnus Glutinosa Threatened by Alder Phytophthora: A Histological Study of Roots.” Pathogens 10 (8): 977. doi:10.3390/pathogens10080977.
Pfanz, H., J. Mombour, C. Wittmann, F. Fleischmann, and W. Oßwald. 2015. “Chlorophyll Fluorescence for Visualizing the Spatial and Temporal Spread of Phytophthora Alni Subsp. Alni in Alder Bark Tissue.” Plant Pathology 64 (2): 467–477. doi:10.1111/ppa.12256.
Trzewik, Aleksandra, Robert Maciorowski, and Teresa Orlikowska. 2021. “Pathogenicity of Phytophthora× Alni Isolates Obtained from Symptomatic Trees, Soil and Water against Alder.” Forests 13 (1): 20. doi:10.3390/f13010020.

Preliminary scope of work

Olše lepkavá (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) je důležitým druhem břehových porostů, pionýrskou dřevinou osidlující stanoviště po disturbancích, často využívanou i pro rekultivaci krajiny (citace). Díky symbiotickému vztahu s aktinomycetami je olše schopná fixovat vzdušný dusík, což ji činí také důležitým článkem v koloběhu živin. Z hlediska stanovištních nároků je olše tolerantní k zaplavení a špatně snáší stín. Od 90. let minulého století je v Evropě a dnes i v severní Americe olše ohrožena vysoce patogenním kmenem oomycet rodu Phytophtora (pravděpodobně křížencem několika druhů) Phytophtorou alni - plíseň olšová (Bjelke et al. 2016; Černý, Pešková, and Modlinger 2015).
Phytophtora alni napadá olše skrze kořeny, kořenový krček či spodní část kmene. Patologické příznaky napadení jsou nekrózy kůry a vodivých pletiv silných kořenů krčku doprovázené tvorbou exudátů, které pronikají prasklinami v borce na povrch (Černý et al. 2021). Stromy mohou s infekcí oslabené přežívat i několik let. Na nadzemní části se infekce projevuje postupným vadnutím listů, defoliací až odumřením stromu.
Ačkoliv primárním cílem patogena jsou vodivá pletiva kořenů, v určité fázi lze u fytoftorové infekce detekovat fyziologické změny na listech, např. snížení kvantového výtěžku PSII, snížení vodivosti průduchů (Corcobado et al. 2022), případně akumulaci škrobu v listech díky sníženému transportu asimilátů do napadených kořenů (Clemenz et al. 2008). Je pravděpodobné, že fyziologické změny v listoví se projeví v jeho optických vlastnostech, což se částečně ukázalo na sazenicích buku inokulovaných jiným druhem fytoftory (Corcobado et al. 2022). Studium projevů infekce plísní olšovou na změně optických vlastností listu má potenciál pro další využití v dálkovém průzkumu Země a případném monitoringu rozšíření infekce dříve, než dochází k defoliaci (Guerra-Hernández et al. 2021).
Cílem diplomové práce bude na sazenicích olše lepkavé inokulované Phytophtorou alni prozkoumat vztahy mezi fyziologickými změnami v listech a optickými vlastnostmi a vyhodnotit, zda je možné využít optických vlastností k časné detekci infekce. Fyziologický stav rostlin bude sledován na úrovni primární fáze fotosyntézy (OJIP test, fluorescence chlorofylu), výměny plynů (gazometrické měření), a obsahu fotosyntetických a ochranných pigmentů (nedestruktivní monitoring fotosyntetických pigmentů a flavonoidů přístrojem MPM). Na listech bude opakovaně provedeno měření optických vlastností (ASD Fieldspec s kontaktní sondou nebo integrační sférou). Experimentální práce bude probíhat ve spolupráci s Katedrou genetiky a fyziologie lesních dřevin, FLD, ČZU.