Každý pestovateľ chápe význam silných koreňov kukurice. Úlohou koreňov je nielen bezpečne upevňovať kukuricu v pôde. Cez korene sa prijíma vlaha a živiny, čo umožňuje rast stebla, listov a šúľkov.
„Šľachtitelia kukurice pracujú na zvyšovaní výťažnosti úrodového potenciálu u hybridu, no uvedomujú si, že v záujme dosiahnutia výnosov musíme zabezpečiť takú koreňovú štruktúru, ktorá chráni a stabilizuje výnosy“, hovorí Jeff Schussler, vedecký výskumník spoločnosti DuPont Pioneer. „Najdôležitejšia je stavba koreňov.”
Výskumníci spoločnosti DuPont Pioneer pracujú na vývoji lepšej koreňovej architektúry kukurice s množstvom jemných korienkov a koreňových vláskov na vstrebávanie živín tesne pod povrchom a hlbokými rozvetvenými koreňmi s prístupom k vlahe v hlbších pôdnych polohách.
„Korene sú kriticky dôležité z pohľadu pevnosti rastliny ako aj príjmu vody a živín“, súhlasí Bob Sharp, profesor fytológie na Štátnej univerzite v Missouri.
Korene sú zložité. Výskumníci nerozumejú vývoju koreňov tak, ako by si priali. „Keďže sú pod zemou, ťažko sa pozorujú“, hovorí Sharp.
„Rastlina kukurice má asi 20 listov, no desiatky až tisícky jemných korienkov“, poznamenáva Jonathan Lynch, profesor rastlinnej výživy na Štátnej univerzite v Pennsylvánii. „Nevložili sme rovnaký objem práce do pochopenia kukuričných koreňov ako v prípade listov a šúľkov“.
Pochopenie rastu koreňov je kľúčom k zvýšeným výnosom. Keď rastlina vydáva viac energie na rast koreňov, spravidla jej zostane menej energie na tvorbu zŕn.
„Keď hovorím o koreňoch kukurice, mám na mysli to, že potrebujeme zvislé, účinné a hlboké korene“, hovorí Lynch. „V prvom rade od nich potrebujeme, aby rástli rýchlo smerom nadol do pôdy než ako prvotne do strán (zvislo rastúce). Za druhé, musia rásť tak, aby ich rast vytváral na rastlinu čo najmenší nápor, pri metabolickej rýchlosti, ktorá rastlinu nevyčerpá a neobmedzí tvorbu šúľkov. Určité anatomické znaky dokážu pre rastlinu zachytiť živiny účinnejšie.
Genetika kukurice obsahuje obrovskú rozmanitosť z hľadiska stavby a vývojových funkcií koreňov. Lynch poznamenáva, že je tak poskytnutá vynikajúca príležitosť dozvedieť sa viac o vlastnostiach koreňov a zlepšiť ich.
„Korene kukurice môžu byť vzhľadom na orientáciu rastu hlboké alebo plytké, môžu byť husté alebo riedke a môžu mať veľa alebo málo koreňových vláskov“, hovorí Lynch. „Je oveľa väčší rozdiel medzi vzhľadom rastliny kukurice pod zemou ako nad zemou.”
Sharp súhlasí, že nie všetky korene sú rovnaké. Kým rast hlavného koreňa a nodálnych koreňov pokračuje aj pri vysychaní pôdy, rast postranných koreňov sa môže zastaviť.
Výskumníci si kladú otázky, ktoré korene musia rásť efektívnejšie a kedy s prihliadnutím na celý rad podmienok prostredia, ktorým musí rastlina čeliť počas vegetačného obdobia.
„Vieme, že spôsob, akým nodálne korene reagujú na suchú pôdu, je kriticky dôležitý pre úrodu“, hovorí Sharp. „Keď povrchová pôda vysychá, novo vznikajúce korene budú musieť rásť hlbšie, aby sa dostali k vlahe.
Takmer všetky lokality v USA, kde sa pestuje kukurica, zažijú každý rok stres spôsobený nedostatkom vody, poznamenáva Lynch. Stres má podobu od riadneho dlhotrvajúceho sucha až po sporadické či periodické obdobia nedostatku vlahy.
„Ide o najvýznamnejší faktor obmedzujúci výnosy pre pestovateľov“, tvrdí. „Môže sa stať, že z moderného hybridu získame menej ako polovicu jeho potenciálu, a to hlavne kvôli vodnému stresu. Keďže vo výskyte zrážok a v klimatických podmienkach dochádza k zmenám, budeme musieť uvažovať o spôsoboch obmedzenia dopadu týchto stresujúcich faktorov“.
Spoločnosť DuPont Pioneer vyvinula hybridy Optimum® AQUAmax®, ktoré zlepšujú výkonnosť kukurice v takýchto prostrediach s nedostatkom vlahy. Prirodzená genetická variácia poskytuje vyšší výnosový potenciál v podmienkach s obmedzeným množstvom vlahy.
Spoločnosť DuPont Pioneer pracuje na charakterizácii koreňovej architektúry týchto hybridov s cieľom zistiť spôsob, akým sa im darilo. „Využívame virtuálnu fenotypizáciu koreňov“, uvádza Schussler. „Do pôdy umiestňujeme sondy a meriame absorpciu vody, na základe čoho vieme zistiť, kde sa nachádzajú korene. Jeden hybrid môže za jeden deň narásť o 2,5 cm, kým druhý narastie o 3,75 cm“.
Cieľom je nájsť také znaky, ktoré pomôžu hybridom Optimum® AQUAmax® rásť, kvitnúť a prinášať úrodu aj pri obmedzených zdrojoch vody.
„Keď rastlinám do tvorby kvetov a kvitnutia narastú korene do hĺbky, majú lepšiu šancu dostať sa k vode v priebehu tohto kritického štádia vývoja“, hovorí Schussler.
Sharp dodáva, že keď pôda vysychá, korene radšej vyhľadávajú vlahu ako živiny.
„Zisťujeme, že ‘plastické’ alebo ohybné korene lepšie plnia úlohu udržiavať príjem vody a živín za nie úplne ideálnych a stresujúcich podmienok“, hovorí Sharp. „Je komplikované dosiahnuť rovnováhu.“
Pestovatelia môžu prijímať rozhodnutia, ktoré vplývajú na výkon a vlastnosti koreňov. Skorá sejba spôsobuje stres pri vývine koreňov kukurice.
Moderné hybridy môžu počas generatívnej fázy rastu vyžadovať väčšie množstvo dusíka, hovorí Schussler. Dôvodom môže byť architektúra koreňov ako aj biochemické odozvy v rastline.
Korene, ktoré rastú rýchlo do hĺbky majú prístup k väčšiemu množstvu dusíka ako tie, ktoré vyčnievajú nad zem.
„Zlepšenie príjmu dusíka už len o 10 percent by ušetrilo pestovateľom asi 300 miliónov dolárov ročne, nehovoriac o vplyve na životné prostredie”, hovorí Lynch.
V prípade kukurice sú regulátormi rastu voda, dusík a fosfor, poznamenáva. Kým voda a dusík sa v pôde pohybujú, fosfor je spravidla nepohyblivý prvok.
Rast koreňov a ich tvary sú navyše regulované hormónmi, čo je jedna z oblastí, ktoré skúma Sharp. Zdá sa, že prítomnosť jedného konkrétneho hormónu reguluje rast kukurice bez ohľadu na stavbu koreňov.
„Keď koreňom chýba vlaha, tohto hormónu pribúda“, hovorí. „Môže brániť nadzemnej časti rastliny v raste a presmerovať energiu do vývoja koreňov“.
„Stále sa máme čo učiť“, vysvetľuje Schussler. „Reakcia koreňov na suché zóny môže byť nepredvídateľná. Vieme, že niektoré hybridy reagujú rozmanito, niektoré zvládajú stres lepšie. Usilujeme sa o vývoj koreňových systémov, ktoré efektívnejšie získavajú a zužitkovávajú vodu“.
„Čaká nás ešte kus cesty, kým pochopíme korene kukurice“, súhlasí Lynch.
Kukurica a strata úrody
Starostlivosť o kukuricu siatu sa sústreďuje prevažne na nadzemnú časť rastliny, s cieľom vytvoriť a udržať dostatočnú listovú plochu ako zdroj fotosyntézy pre produkciu biomasy a úrody. Korene a koreňová sústava sú pojmy často vnímané akosi automaticky. Vyvinutý koreňový systém je vitálny orgán, ktorý je kľúčový pre výkonnosť rastlín. Zodpovedá za ukotvenie rastliny v pôde, musí si poradiť s nedostatkom alebo nedostupnosťou živín, deficitom, ale aj nadbytkom vlahy, aj nápormi vetra na steblo a tiež rôznymi fyzikálnymi vlastnosťami pôdy.
Moderné šľachtenie viedlo k zvýšeniu produktivity kukurice a k výrazným zmenám v niektorých znakoch a vlastnostiach nadzemnej časti rastliny, ale korešpondujúce zmeny na koreňovej sústave nie sú preskúmané a dostatočne známe. Behom času boli vyvinuté rôzne metódy, ktoré aspoň čiastočne umožňujú sledovať dôležité vlastnosti koreňovej sústavy. Vhodnou kombináciou deštruktívnych a nedeštruktívnych zobrazovacích metód sa dajú získať zaujímavé výsledky. V súčasnosti sa najčastejšie využíva extrakcia pôdnych jadier z rôznych hĺbok s objemom v cm3 až dm3. Tieto sa buď premývajú a následne hodnotia pomocou 2D obrazovej analýzy, alebo sa snímajú na RTG a CT prístrojoch, ktoré vytvoria 3D obraz vzorky so všetkými zachovanými živými a neživými štruktúrami. Jednoduché a široké použitie majú aj špeciálne konštruované pôdne skenery a rhizotróny, ktorých priamym výstupom je 2D snímka reálneho stavu pôdy s koreňmi, pôdnymi pórmi a makrofaunou.
Pri pozdĺžnom reze kukuričného zrna sú viditeľné základy vegetatívnych orgánov. Na jednej strane je budúce steblo so základmi listov pokryté koleoptylou a na protiľahlej strane základ korienka s koreňovou čiapočkou pokrytý tenkou blanou tzv. koleorízou. Pri dostatočnom objeme vody v zrne a dostatočnej teplote pôdy ako prvá začína rásť koleoríza. Jej úlohou je preraziť oplodie a dostať sa von zo zrna. Zároveň sa aktivuje aj základ hlavného primárneho koreňa. Ten pokračuje v raste, aj keď koleoríza už prestane byť aktívna a preniká cez ňu do voľnej pôdy. Na opačnom póle zrna vyrastá veľmi podobným spôsobom smerom nahor koleoptyla a vzápätí z nej hneď steblo.
Súčasťou primárnej koreňovej sústavy kukurice sú aj ďalšie embryonálne korene, ktoré sa objavujú veľmi krátko po vyklíčení hlavného koreňa. Potom, ako prerastú cez oplodie, rastú najprv smerom nahor, ale rýchlo sa stáčajú nadol pôsobením gravitropizmu. Jej vetvenie vytvára laterálne korene, ktoré sa znova a znova vetvia. Nielen rast do dĺžky, ale práve rýchle vetvenie koreňov má značný význam, pretože zväčšuje makroskopickú plochu koreňa a spolu s koreňovými vláskami zohráva dôležitú úlohu pri absorpcii živín a vody.
V tomto období sú rastliny zraniteľné. Studená pôda bráni rastu koreňov a vytvára stresové podmienky. Približne dva týždne po klíčení sa začína rozvíjať sekundárna koreňová sústava. Je tvorená adventívnymi koreňmi, ktoré sa zakladajú v praslenoch okolo prvých 6 bazálnych uzlov stebla ešte pod povrchom pôdy. Počet a priemer adventívnych koreňov v jednotlivých praslenoch sa zvyšuje s rastúcou hrúbkou stebla. Tieto korene sa v pôde vetvia a uplatňujú sa v stratégii získavania vody z povrchových vrstiev. Najmä v druhej polovici vegetačného obdobia efektívne zachytávajú rosu, ktorá sa vyzráža na listoch a stečie po steble až na zem.
Vyššie nadzemné prasleny sú tvorené už vzdušnými koreňmi. Objavujú sa až o niekoľko týždňov neskôr. V našej oblasti sú väčšinou v počte 2 - 3, málokedy viac. Tropické materiály majú prasleny vzdušných koreňov až do výšky 5. - 7. internódia. Plnia hlavne mechanickú funkciu. Sú oporou pre rastlinu a do určitej miery bránia poľahnutiu, lebo spevňujú steblo ako vonkajšia kostra. Absorbčnú funkciu začnú plniť až vtedy, keď sa dostanú do pôdy a rozvetvia sa.
Distribúcia koreňov v pôde determinuje schopnosť kukurice získavať nové zdroje pre metabolizmus a úspešný rast a vývin. Rast stebla a koreňovej sústavy v priaznivých podmienkach tesnejšie koreluje na vertikálnej osi než horizontálnej.
V rámci monitoringu distribúcie počtu koreňov naprieč pôdnym profilom v nemeckej štúdii sa skúmal vplyv pokusného ročníka, vývinového štádia nadzemnej časti kukurice a hĺbky koreňovej sústavy. Najmenej výrazný vplyv na počet jednotlivých koreňov mal pokusný ročník, pretože podmienky boli vyrovnané a bez extrémov v podobe teplotných a vodných stresov. Kľúčové bolo vývinové štádium rastliny. Počet koreňov sa zdvojnásobil medzi rastovou fázou 3 a 6 plne vyvinutých listov a znova medzi fázou 6 a 9 plne vyvinutých listov. Tomuto prudkému rozvoju zodpovedá obdobie prihnojovania kukurice. Dodané živiny sú teraz najefektívnejšie využité. V neskorších fázach už zvyšovanie počtu koreňov nebolo také výrazné. Rovnako veľmi významný vplyv na počet koreňov vykazovala hĺbka. Ich počet prudko narastal od hĺbky 50 mm do 0,25 m, potom postupne klesal. Najnižší počet koreňov bol zaznamenaný v hĺbke pod 1,0 m.
Dnešné hybridy, v porovnaní so situáciou približne pred storočím, potrebujú oveľa viac vody na tvorbu úrody, pretože aj tá je dnes oveľa vyššia. Zmena schopnosti kukurice získať vodu nie je ani tak veľmi podmienená zmenou distribúcie hmoty a početnosti koreňov v pôdnom profile. Súvisí so zmenami v architektúre koreňov. Uhol vetvenia je ostrejší, takže korene smerujú viac nadol ako do šírky, čo im umožňuje získať extra priestor vo vertikálnom smere a dosiahnuť tak nové zdroje vody. Táto schopnosť sa uplatňuje najmä v podmienkach deficitu zrážok.
Horizontálna distribúcia koreňov v rámci riadkov a medziriadkov okrem iného súvisí s výsevkom, resp. hustotou rastlín. Najvyšší počet koreňov majú okrajové rastliny a smerom do vnútra uniformnej parcely ich počet klesá. Pokles je najvýraznejší na krátkom úseku 0 - 0,5 m a vo vrchnej vrstve pôdneho profilu (asi do 0,25 m). V hlbších vrstvách pôdy a vo vnútorných častiach parcely je už distribúcia koreňov bez signifikantných zmien. Na úrovni nadzemnej časti kukurice tento fakt korešponduje s tzv. Priestor, kde korene kukurice môžu získať potrebné živiny, je obmedzený. Najfrekventovanejšia je zóna do 0,25 - 0,30 m hĺbky, kde najaktívnejšie prebieha mineralizácia, dochádza k interakcii s aplikovanými hnojivami, zrážkami, ev. závlahou.
Obrovským konkurentom v tejto oblasti sú buriny. Ich koreňová sústava sa rozvíja veľmi rýchlo a v čase pred zapojením porastu kukurice vedia odčerpať veľké množstvo živín. Niektoré druhy svojimi výlučkami inhibujú rast ostatných druhov.
