Česká zemědělská univerzita v Praze AGRICULTURA - SCIENTIA - PROSPERITAS OSIVO A SADBA. XIII. národní odborný a vědecký seminář

Česká zemědělská univerzita v Praze AGRICULTURA - SCIENTIA - PROSPERITAS

OSIVO A SADBA XIII. národní odborný a vědecký seminář

Sborník referátů 2. února 2017

Česká zemědělská univerzita v Praze

AGRICULTURA - SCIENTIA - PROSPERITAS

OSIVO A SADBA XIII. národní odborný a vědecký seminář pořádaný ČZU v Praze, ve spolupráci s Českomoravskou šlechtitelskou a semenářskou asociací a Českou zemědělskou společností na ČZU

Sborník referátů

2. února 2017

Czech University of Life Sciences Prague

AGRICULTURA - SCIENTIA - PROSPERITAS

SEED AND SEEDLINGS XIII. Scientific and technical seminar Organized by CULS Prague, with cooperation of Czech Seed Trade Association (ČMŠSA) and Czech Agriculture Company at CULS

Proceedings 2nd February 2017

© Česká zemědělská univerzita v Praze Katedra rostlinné výroby Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů 165 21 Praha 6 - Suchdol ISBN 978-80-213-2732-0

OBSAH SEMENÁŘSKÁ A ŠLECHTITELSKÁ LEGISLATIVA

9

TRADIČNÍ ZPŮSOB OCHRANY PRÁV K ODRŮDÁM ROSTLIN NEBO PATENTOVÁNÍ BIOLOGICKÉHO VYNÁLEZU? 10 Radmila Šafaříková VĚDECKÝ PŘÍNOS A LEGISLATIVNÍ PŘÍSTUP K NOVÝM ŠLECHTITELSKÝM TECHNIKÁM U ODRŮD ROSTLIN 14 Jaroslava Ovesná

KVALITA OSIV A SADBY

18

VÝZNAM OŠETŘENÍ OSIVA OBILNIN Evženie Prokinová, Vít Korábek

19

VLIV KLIMATICKÉ ZMĚNY NA ROZVOJ NĚKTERÝCH PATOGENŮ Radovan Pokorný

25

PROČ JE MERLÍK BÍLÝ TAK HOUŽEVNATÝ PLEVEL? STUDIE VZCHÁZIVOSTI PO NARUŠENÍ PŮDY Božena Šerá, Michal Šerý

31

ŠLECHTITELSKÝ A SEMENÁŘSKÝ VÝZKUM PRO PRAXI

36

JAK OVLIVŇUJÍ MAGNETICKÉ KAPALINY KLÍČIVOST A POČÁTEČNÍ RŮST BĚLOHOŘČICE SETÉ (LEUCOSINAPIS ALBA (L.) SPACH) Božena Šerá, Vlasta Vlčková, Zdena Maděrová

37

VLIV STIMULACE SEMEN LASEREM NA SEMENÁŘSKOU HODNOTU OSIVA A OBSAH PIGMENTŮ U KLÍČENVCŮ VIKVE SETÉ Hanna Szajsner, Anna Koszelnik-Leszek, Maria Pytlarz–Kozicka, Elżbieta Sacała, Anna Demczuk

42

VLIV LASEROVÉHO ZÁŘENÍ NA KLÍČENÍ A RŮST KLÍČENCŮ VYBRANÝCH DRUHŮ LÉČIVÝCH ROSTLIN Hanna Szajsner, Maria Pytlarz-Kozicka, Anna Koszelnik-Leszek, Piotr Kuc

48

ÚPRAVA OSIV NÍZKOTEPLOTNÍM PLAZMATEM A JEJÍ VLIV NA VÝVOJ ROSTLIN Irina Velichko, Kateřina Pazderů, Josef Pulkrábek

54

FENOLOGICKÝ MONITORING – NEDOCENĚNÝ NÁSTROJ PRO ŠLECHTITELSKOU A SEMENÁŘSKOU PRAXI 60 Eva Stehnová, Hana Středová VLIV ROSTOUCÍ VARIABILITY POČASÍ A POSTUPNÉ ZMĚNY KLIMATU NA ZMĚNU VÝZNAMU ZNAKŮ OSIV 67 Ladislav Bláha VITALITA SEMEN A VELIKOST KOŘENOVÉHO SYSTÉMU PŠENICE PRO VĚTŠÍ TOLERANCI K SUCHU 73 Jana Klimešová, Tomáš Středa, Petra Procházková VLIV PŘÍRODNÍCH A AGRONONOMICKÝCH FAKTORŮ NA VÝNOS PŠENICE V POLSKU Edward Wilczewski, Małgorzata Szczepanek VYUŽITÍ BIOLOGICKÉHO OŠETŘENÍ OSIVA PŠENICE S BAREVNÝM ZRNEM V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ Michaela Dočkalová, Ivana Capouchová, Monika Zrcková, Alena Škeříková, Hana Honsová

78

84

VYUŽITÍ BIOLOGICKÉHO OŠETŘENÍ OSIVA PLUCHATÉ PŠENICE (T. SPELTA L.) V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ 91 Monika Zrcková, Ivana Capouchová, Michaela Dočkalová, Alena Škeříková, Hana Honsová POROVNÁNÍ VÝSEVKŮ JARNÍHO JEČMENE VE VZTAHU K PRODUKČNÍ SCHOPNOSTI POROSTU Hana Honsová, Libor Mičák

97

SEMENÁŘSKÁ HODNOTA OSIVA JARNÍHO JEČMENE VE VZTAHU K POLNÍ VZCHÁZIVOSTI Hana Honsová

102

MONITORING ODRODOVEJ ČISTOTY SLADOVNÍCKEHO JAČMEŇA NA SLOVENSKU Svetlana Šliková, Edita Gregová, Martina Mináriková

107

POUŽITIE ČIPOVEJ ELEKTROFORÉZY NA VERIFIKÁCIU ODRÔD OVSA Svetlana Šliková, Edita Gregová, Martina Mináriková, Zdenka Gálová, Tímea Kuťka-Hlozáková

112

DIVERZITA ZÁSOBNÝCH BIELKOVÍN REGISTROVANÝCH ODRÔD TRITIKALE NA SLOVENSKU Edita Gregová, Svetlana Šliková, Ľubomír Mendel, Martina Mináriková

118

STIMULACE OSIVA PRO ZVÝŠENÍ A STABILIZACI VÝNOSU BIOMASY ČIROKU Jaroslav Tomášek, Jiří Adamčík

124

VLIV DESIKACE A LEPENÍ ŘEPKY OZIMÉ NA SEMENÁŘSKÉ UKAZATELE, VÝNOS A KVALITU David Bečka, Martina Slezáková, Kateřina Pazderů, Lucie Bečková

128

RESYNTÉZA ŘEPKY OLEJKY, JEJÍ VYUŽITÍ VE ŠLECHTĚNÍ A ROZŠÍŘENÍ DIVERZITY GENOFONDU 136 Alois Hilgert-Delgado, Lenka Endlová, Andrea Rychlá, Viktor Vrbovský, Miroslav Klíma VLIV HYDROPRIMINGU A OZAŘOVÁNÍ LASEREM NA KVALITU OSIVA A RŮST KLÍČENCŮ ŘEPKY 143 Hanna Szajsner, Anna Koszelnik-Leszek, Maria Pytlarz – Kozicka VYUŽITÍ MODIFIKOVANÉ METODY PLYNOVÉ CHROMATOGRAFIE KE STANOVENÍ OBSAHU MASTNÝCH KYSELIN V DĚLOHÁCH MIKROSPOROVÝCH EMBRYÍ ŘEPKY OLEJKY Lenka Endlová, Viktor Vrbovský, Miroslav Klíma, Zuzana Navrátilová

148

VLIV ODRŮDY A OŠETŘENÍ OSIVA NA VÝNOS MÁKU SETÉHO (PAPAVER SOMNIFERUM L.) Perla Kuchtová, Petr Dvořák, Ivona Štětinová

154

VLIV ROČNÍKU NA OBSAH MORFINU V MAKOVINĚ MÁKU SETÉHO (PAPAVER SOMNIFERUM L.) Andrea Rychlá, Viktor Vrbovský, Lenka Endlová

159

VLIV MOŘENÍ OSIVA NA TVORBU KOŘENOVÉHO SYSTÉMU SÓJI Pavel Procházka, Přemysl Štranc, Jan Vostřel, Jaroslav Štranc

164

PĚSTOVÁNÍ TOLICE DĚTELOVÉ NA SEMENO Daniela Knotová, Jan Pelikán, Jiří Skládanka

170

VLIV OBALOVÁNÍ OSIV VOJTĚŠKY NA JEJICH VZCHÁZIVOST Josef Hakl, Martin Pisarčik, Jaromír Šantrůček

176

MNOŽENÍ TRAVNÍCH DRUHŮ A ODRŮD V POLSKU Małgorzata Szczepanek, Edward Wilczewski

180

KLÍČIVOST SEMEN VYBRANÝCH DRUHŮ ENERGETICKÝCH TRAV V PODMÍNKÁCH VODNÍHO STRESU 187 Marek Kopecký, Jan Moudrý jr., Pavlína Hloucalová, Jaroslav Bernas, Radka Váchalová, Markéta Kyptová KVALITA OSIVA KOSTŘAVY RÁKOSOVITÉ V ZÁVISLOSTI NA DÁVCE A DOBĚ APLIKACE DUSÍKATÉHO HNOJENÍ Małgorzata Szczepanek MOŽNOSTI REGULACE VÝDROLU OBILOVIN V POROSTECH JÍLKŮ NA SEMENO Radek Macháč

193 198

KLÍČENIE OSIVA VYBRANÝCH DRUHOV RODU FESTUCA PO APLIKÁCII PODPORNÝCH PRÍPRAVKOV 203 Peter Kovár, Ľuboš Vozár, Peter Hric, Ján Jančovič VÝSLEDKY VÝZKUMU PARAZITÁRNÍ BĚLOKLASOSTI V SEMENNÝCH POROSTECH TRAV VYUŽITELNÉ V ZEMĚDĚLSKÉ PRAXI Jan Frydrych, Pavla Volková, Pavel Kolařík, Jiří Rotrekl

209

VLIV STIMULACE SEMEN NA RŮST A VÝVOJ VYBRANÝCH DRUHŮ BYLIN V POLNÍCH PODMÍNKÁCH 215 Maria Pytlarz-Kozicka, Hanna Szajsner, Piotr Kuc, Anna Koszelnik-Leszek VYUŽÍVÁNÍ VHODNÝCH GENOTYPŮ A OSIVA CUKROVÉ ŘEPY V ČESKÉ REPUBLICE Josef Pulkrábek, Jaroslav Urban, Jan Křováček

223

VLIV PŘEDSEŤOVÉ STIMULACE NA VÝVOJ ŘEPY CUKROVÉ Urszula Prośba-Białczyk, Małgorzata Wilkosz, Małgorzata Cieciura, Bronisław Szubzda

231

VLIV PŘEDSEŤOVÉ STIMULACE PŘÍPRAVKEM AKRA SAAT AND D VÝBOJEM NA VÝNOS A TECHNOLOGICKOU KVALITU CUKROVKY Urszula Prośba-Białczyk, Małgorzata Wilkosz, Małgorzata Cieciura, Bronisław Szubzda

239

PŮSOBENÍ SUCHA PŘI PRODUKCI SADBOVÝCH HLÍZ A JEJICH ADAPTIVNÍ VÝNOSOVÁ ODPOVĚĎ V NÁSLEDUJÍCÍM VEGETAČNÍM OBDOBÍ 243 Petr Dvořák, Martin Král REAKCE ROSTLIN BRAMBORU NA VYBRANÉ STRESOVÉ SCÉNÁŘE SUCHA A JEJICH DOPAD NA TVORBU SADBOVÝCH HLÍZ Martin Král, Petr Dvořák

248

ODRODOVÁ IDENTIFIKÁCIA A GENETICKÁ PODOBNOSŤ CAPSICUM ANNUUM L. ELEKTROFORETICKOU METÓDOU Edita Gregová, Tímea Kuťka-Hlozáková, Svetlana Šliková, Zdenka Gálová

253

HODNOCENÍ VNITRODRUHOVÉ VARIABILITY ODOLNOSTI KAPUSTY K NÁDOROVITOSTI BRUKVOVITÝCH Pavel Kopecký, Klára Hrůzová, Karel Hron, Miroslav Hýbl

260

SOUČASNÁ SITUACE V PRODUKCI OSIV V JIZÁPADNÍM POLSKU Sylwia Lewandowska, Marcin Kozak

267

ZASTOUPENÍ HLÍZ SADBOVÉ VELIKOSTI U ODRŮD S BAREVNOU DUŽNINOU Karel Hamouz, Kateřina Pazderů

273

Semenářská a šlechtitelská legislativa

Osivo a sadba, 2. 2. 2017

9

TRADIČNÍ ZPŮSOB OCHRANY PRÁV K ODRŮDÁM ROSTLIN NEBO PATENTOVÁNÍ BIOLOGICKÉHO VYNÁLEZU? Traditional Plant Variety Rights or Patent of Biological Invention?

Radmila Šafaříková Národní odrůdový úřad, ÚKZÚZ Brno

Abstract The result of the breeding is a biological material, which can be relatively easily further multiplied. Thus, a plant breeding sector needs an efficient, effective and enforceable intellectual property protection and at the same time a free access to protected varieties for the further breeding, development and innovation to guarantee the greatest possible genetic diversity of the new varieties. Czech Republic supports a current system of the plant variety rights protection under the UPOV Convention of 1991 as the most appropriate to the needs of the breeders and users of their products. The system allows not only the effective protection of the intellectual property but also return on investment in the breeding and thus a further development in this area. At the same time, through the so-called breeder's exemption allows to the breeders a free access to the protected varieties for the further breeding. Considering a scientific progress in the breeding and development of the plant varieties an increasing interest in the use of the patent rights as another option to protect the biological material is understandable. However in the current patent system the breeding exemption is not implemented satisfactorily. Key words: plant variety, intellectual property, plant variety rights, patent, biological invention

Souhrn Výsledkem šlechtitelského úsilí je biologický materiál, jenž lze poměrně snadno dále rozmnožovat. Sektor šlechtění rostlin proto potřebuje účinnou, efektivní a vymahatelnou ochranu duševního vlastnictví, ale současně umožnění volného přístupu k chráněným odrůdám pro účely dalšího šlechtění, vývoje a inovací s cílem zajistit a udržet co možná nejvyšší genetickou diverzitu nových odrůd. Česká republika považuje systém ochrany práv k odrůdám dle konvence UPOV z roku 1991 za nejlépe odpovídající potřebám šlechtitelů i uživatelů jejich produktu. Systém umožňuje efektivní ochranu duševního vlastnictví, návratnost vložených investic do šlechtění a tím i další rozvoj v této oblasti. Současně prostřednictvím tzv. šlechtitelské výjimky mají šlechtitelé volný přístup ke chráněným odrůdám pro účely dalšího šlechtění. Vzhledem k vědeckému pokroku ve šlechtění a vývoji odrůd rostlin je pochopitelný vzrůstající zájem o využití patentového práva jako další možnosti ochrany duševního vlastnictví. V současném patentovém systému ochrany však šlechtitelská výjimka není uspokojivě implementována. Klíčová slova: odrůda, duševní vlastnictví, práva k odrůdám, patenty, biologický vynález

Úvod Výsledkem šlechtitelského úsilí je biologický materiál – odrůda. Vzhledem ke schopnosti rostlin se relativně snadno rozmnožovat, může být investice a invence vložená do šlechtění znehodnocena neoprávněným využitím odrůdy. Sektor šlechtění rostlin proto potřebuje účinnou, efektivní a vymahatelnou ochranu duševního vlastnictví, která by mu taktéž zajistila návratnost vložených prostředků. Na straně druhé je však potřebné šlechtitelům zajistit volný přístup k chráněnému 10


biologickému materiálu pro účely dalšího šlechtění, vývoje a inovací s cílem zajistit a udržet co možná nejvyšší genetickou diverzitu nových odrůd. Vzhledem k vědeckému pokroku, zavedení nových biotechnologií a genetického inženýrství ve šlechtění odrůd rostlin je pochopitelný vzrůstající zájem o využití patentového práva jako další možnosti ochrany duševního vlastnictví. V současné době existují dva možné způsoby ochrany duševního vlastnictví biologického rostlinného materiálu: - ochrana práv k odrůdám rostlin, - patentování biologického materiálu – patent.

Ochrana práv k odrůdám rostlin Legislativní rámec na národní úrovni je dán zákonem 408/2000 Sb., o ochraně práv k odrůdám rostlin a o změně zákona č. 92/1996 Sb., o odrůdách, osivu a sadbě pěstovaných rostlin, ve znění pozdějších předpisů, (zákon o ochraně práv k odrůdám). Zákon implementuje jednotlivé články Mezinárodní úmluvy na ochranu nových odrůd rostlin z roku 1991 - UPOV vydané Unií pro ochranu nových odrůd rostlin (UPOV). UPOV Konvence harmonizuje systém udělování ochranných práv k odrůdám na území členských států UPOV. Nařízení Rady (ES) 2100/94, nařízení Komise (ES) 1238/95, (ES) 1768/95 a (ES)874/2009), řeší legislativně uplatnění jednotného systému ochrany práv k odrůdám rostlin na území evropského Společenství. Ochranná práva mohou být udělena k odrůdám všech rodů a druhů rostlin, včetně jejich hybridů. Podmínkou udělení ochranných práv je: - novost odrůdy – deklarována šlechtitelem, v případě pochybností ověřena úřadem, - odlišnost od obecně známých odrůd, uniformita a stálost odrůdy – ověřováno v technických zkouškách, - název vyhovující zákonným požadavkům – posouzen úřadem. Ochranná práva k odrůdě jsou udělována na dobu 25 let, u dřevin, chmele, révy vinné a brambor na dobu 30 let. Udělení ochranných práv se stvrzuje vydáním šlechtitelského osvědčení. Držitel šlechtitelského osvědčení má výlučné právo k využívání chráněné odrůdy. Rozsah práv spočívá v oprávnění výlučně nakládat s rozmnožovacím materiálem odrůdy způsoby uvedenými v příslušné legislativě (týkají se výroby, množení, úpravy pro množení, nabízení k prodeji, prodeje, vývozu, dovozu, skladování apod.). Kterákoliv jiná osoba může chráněnou odrůdu využívat jen se souhlasem (licencí) držitele šlechtitelského osvědčení. Licence se poskytuje písemnou smlouvou, jejíž součástí je i stanovení licenčních poplatků. Výjimky z výlučného využívání: - pro výzkum, - pro vytvoření dalších odrůd a rovněž pro nakládání s těmito odrůdami, - pro vlastní potřebu fyzické osoby, - farmářské osivo.

Patentování biologického materiálu – patent Legislativní rámec na národní úrovni je stanoven zákonem č. 527/1990 Sb., o vynálezech a zlepšovacích návrzích a zákonem č. 206/2000 Sb., o ochraně biotechnologických vynálezů.


11

Související evropská legislativa a stěžejní dokumenty jsou směrnice Evropského parlamentu a Rady 98/44/ES o právní ochraně biotechnologických vynálezů, Úmluva o udělování evropských patentů a Prováděcí předpis k udělování evropských patentů. Patenty se udělují na vynálezy, které: - jsou nové, - jsou výsledkem vynálezecké činností a - jsou průmyslově využitelné. Dle výše uvedené legislativy biotechnologické vynálezy jsou patentovatelné, týkají-li se mimo jiné: - biologického materiálu izolovaného z přirozeného prostředí nebo vyráběného technickým postupem, i když se už v přírodě vyskytl, - rostlin nebo zvířat, není-li technická proveditelnost vynálezu omezena na odrůdu rostlin nebo plemeno zvířat, - mikrobiologického nebo technického postupu a výrobku jiného než je odrůda rostlin nebo plemeno zvířat. Patenty nelze udělit na odrůdy rostlin a plemena zvířat nebo v zásadě biologické způsoby pěstování rostlin nebo chovu zvířat. Biologickým materiál je jakýkoliv materiál, který obsahuje genetickou informaci a je schopný reprodukce v biologickém systému. V zásadě biologický způsob pěstování rostlin nebo chovu zvířat je založen plně na přírodních jevech, jako je křížení a selekce. Majitel patentu má výlučné právo využívat vynález nebo poskytnout souhlas k využívání. Výlučné právo majitele patentu se vztahuje na přímé i nepřímé využití. Patentovaný rostlinný materiál nelze tedy bez souhlasu majitele patentu využít pro další šlechtění a inovaci nových odrůd. Dohoda o jednotném patentovém soudu (UPC - Unified Patent Court) v článku 27 sice umožňuje omezení účinku patentu mimo jiné i na použití biologického materiálu za účelem pěstování, objevování a vyvíjení nových rostlinných odrůd“, nejedná se však o závazný právní předpis, nýbrž doporučenou praxi. Vyloučení odrůd rostlin a produktů získaných v podstatě biologickým procesem z patentovatelnosti a na druhé straně uplatnění nových biotechnologií a genetického inženýrství ve šlechtění odrůd vede často k nejednoznačnému výkladu legislativy týkající se ochrany biotechnických vynálezů. Jde především o stanovení hranice mezi produktem získaným v podstatě biologickým způsobem a biotechnologickým vynálezem. Diskuzi na téma patentovatelnosti rozpoutala rozhodnutí Rozšířeného odvolací výbor Evropského patentového úřadu (EBoA EPO) v případě č. G0002/12 týkajícím se metody šlechtění rajčat se sníženým obsahem vody, jakož i produktem této metody a v případě č. G0002/13 týkajícím se metody šlechtění brokolice se zvýšeným obsahem antikarcinogenních glukosinulátů, ze dne 25. března 2015. V obou případech byly patentovány vlastnosti získané metodami klasického šlechtění. EPO však v obou případech postupoval dle Evropské patentové úmluvy a jejich prováděcích pravidel, kde výklad podstatě biologického způsobu není zcela jednoznačný. Držitel patentů tak může neudělením licence blokovat inovace v dalším šlechtění rostlin. Rozhodnutí EPO, které může mít zásadní dopad na produkci potravin a jejich bezpečnost, vyvolalo politickou i ekonomickou diskusi. 18. května 2016 nizozemské předsednictví ve spolupráci s Evropskou Komisí uspořádalo v Bruselu symposium s názvem „Finding balance“. Účelem této konference bylo umožnit zúčastněným stranám vyjádřit své názory k problematice a hledat cestu k obnovení rovnováhy mezi ochranou práv k odrůdám a patenty a prozkoumání možností dalšího postupu. Usnesením ze dne 17. prosince 2015 vyzval Evropský parlament Evropskou Komisi k objasnění oblasti působnosti a k výkladu směrnice Evropského parlamentu a Rady 98/44/ES ze dne 6. července 12


1998 o právní ochraně biotechnologických vynálezů, a to zejména článků týkajících se výluky z patentovatelnosti, křížové licence a uložení a přístupu ke vzorku patentovaného rostlinného materiálu. Dne 3. listopadu 2016 Komise vydala Sdělení o určitých článcích směrnice Evropského parlamentu a Rady 98/44/. V dokumentu Komise zastává názor, že úmyslem zákonodárce při přijetí směrnice bylo vyloučit z patentovatelnosti produkty (rostliny/zvířata a části rostlin/zvířat), které byly získány v podstatě biologickými způsoby. Pokud jde o podmínky nucené křížové licence uvedené v článku 12 odst. 3 písm. b směrnice č. 98/44/ES, dle vyjádření Komise otázky související s „významným technickým pokrokem značného hospodářského významu“ odrůdy rostlin nebo vynálezu musí být dále analyzovány. V případě dostupnosti vzorků Komise zastává názor, že znění článku 13 odst. 3 směrnice č. 98/44/ES stanovuje vyváženou a dostatečnou dostupnost vzorku patentovaného biologického materiálu uloženého u uznávané ukládací instituce podle Budapešťské smlouvy. Předložený dokument nemá právní závaznost, představuje však důležitý krok k dalším jednáním. Ve dnech 21. - 22. listopadu 2016 proběhlo zasedání Výboru pro patentové právo. EPO se na tomto zasedání zavázal předložit začátkem roku 2017 návrh opatření, včetně návrhu na změnu Prováděcích pravidel Evropské patentové úmluvy ve smyslu výkladu biotechnologické směrnice, který poskytla Komise.

Pozice České republiky Česká republika je si vědoma možných negativních důsledků uplatnění patentové ochrany na odrůdy rostlin získaných biologickými procesy. Jde zejména o snížení dostupnosti biologického materiálů pro účely šlechtění a vývoje nových odrůd s negativními dopady pro pěstitele a spotřebitele z důvodu omezeného počtu dodavatelů osiv nebo sadby, s čímž souvisí nebezpečí vzniku monokultur, snížení diverzity a nebezpečí zvýšené vnímavosti rostlin ke stresorům. Česká republika podporuje zachování současné praxe dle UPOV Konvence 1991, která prostřednictvím tzv. šlechtitelské výjimky umožňuje šlechtitelům volně využívat existující chráněné odrůdy k dalšímu šlechtění a vývoji za účelem jejich zlepšování. Ustanovení UPOV Konvence 1991, včetně ustanovení týkajícího se šlechtitelské výjimky, je mezinárodněprávním závazkem států, které k této Konvenci přistoupily. V české legislativě jsou ustanovení implementována zákonem č. 408/2000 Sb., o ochraně práv k odrůdám. Contact address: Ing. Radmila Šafaříková, Národní odrůdový úřad, ÚKZÚZ Brno, Hroznová 2, 656 06 Brno, E-mail: [email protected]


13

VĚDECKÝ PŘÍNOS A LEGISLATIVNÍ PŘÍSTUP K NOVÝM ŠLECHTITELSKÝM TECHNIKÁM U ODRŮD ROSTLIN Scientific Benefits and Legislative Attitude to New Breeding Techniques to Plant Varieties

Jaroslava Ovesná VÚRV v.v.i. Praha

Abstract Effort to get a better seed and seedlings reaches deep into the history of mankind. Only the development of science in the 19th and 20th centuries led to the acceleration of the process and now thanks to the breeding a range of high performance varieties of major and minor crops is available. At the moment, the use of genetically engineered crops (GMOs), and a new generation of edited crops enter the market. These products of New Breeding Techniques are prepared to enter the market. In the EU it is not fully clear yet, from the legislative point of view whether these products will fall under GMO legislation or not, which, however, restricts the breeding business and users. Key words: new breeding techniques, GMO, legislation, EU

Souhrn Snaha získat lepší osivo a sadbu sahá hluboko do historie lidstva. Teprve rozvoj vědy v 19. a 20. století vedlo ke zrychlení procesu a v současné době díky šlechtění je k dispozici řada vysoce výkonných odrůd majoritních i minoritních plodin. V současné chvíli se využívají i geneticky modifikované plodiny (GMO) a nová generace cíleně upravených plodin vstupuje na trh. Tyto produkty tzv. nových technik ve šlechtění se chystají obohatit trh. V EU není však dosud plně vyjasněno, jak z legislativního hlediska bude na produkty nových technik nahlíženo, což však omezuje šlechtitelské firmy a uživatele. Klíčová slova: nové techniky ve šlechtění, GMO, legislativa, EU

Úvod Zlepšování genetického potenciálu rostlin má dlouhou historii. Teprve ve 20. století však je tvorba genotypů, které zajišťují potřeby pěstitelů cílená, a opírá se o moderní poznatky. Jedná se o výběr potomstva po cíleném křížení (první registrované odrůdy v druhé polovině 19. století), využívalo se indukované mutageneze, postupně se zaváděly in vitro kultury, in vitro selekce. Díky novým technickým možnostem a novým znalostem o genomu rostlin a mikroorganismů byla zavedena genetická modifikace a také šlechtění pomocí markérů. Zatímco geneticky modifikované organismy vzbuzují často kontraverze, šlechtění pomocí markérů se stalo běžnou součástí šlechtitelského procesu. Markéry umožňují výběr genotypů s žádanými geny a tím i vlastnostmi bez nutnosti dlouhodobého testování v polních podmínkách (Janick, 2008). Díky znalostem, molekulárním markérům a nově zaváděným technikám editace genomu je možná cílená tvorba genotypů a tento postup se často označuje jako cílené šlechtění – „breeding by design“ (Peleman et al. 2003). Editace genomu a další techniky (Wood et al., 2011), které umožnují cílenou manipulaci s genomem navazují na využívání geneticky modifikovaných plodin a jejich zařazení do evropské legislativy není zatím jasné.

14


Nakládání s geneticky modifikovanými organismy je regulováno v EU od devadesátých let minulého století. Evropská unie vytvořila právní rámec, aby bylo zajištěno bezpečné využití produktů biotechnologií (GMO). Právní rámec si klade za cíl: - Ochránit zdraví lidí a zvířat a životního prostředí zavedením posouzení bezpečnosti nejvyšších standardů na úrovni EU před každým GMO je uveden na trh (zajišťuje Evropský úřad pro bezpečnost potravin). - Zajistit označování GMO uváděných na trh s cílem umožnit spotřebitelům rozhodnutí podle výběru. - Zajistit sledovatelnost GMO uváděných na trh, pro případnou možnost stažení nevyhovujících produktů z trhu (metody zajišťuje Evropská referenční laboratoř při DG JRC, Ispra, ve spolupráci s Národními referenčními laboratořemi Tyto požadavky jsou zakotveny ve: - Směrnici 2001/18 / ES o záměrném uvolňování GMO do životního prostředí - Nařízení Rady (ES) 1829/2003 o geneticky modifikovaných potravinách a krmivech - Směrnice (EU) 2015/412, kterou se mění směrnice 2001/18 / ES, pokud jde o možnost členských států zakázat či omezit pěstování geneticky modifikovaných organismů na jejich území - Nařízení Rady (ES) 1830/2003 týkající se označování traceabilityand geneticky modifikovaných organismů a sledovatelnosti potravin a krmiv vyrobených z geneticky modifikovaných organismů - Směrnice 2009/41 / ES o uzavřeném nakládání s geneticky modifikovanými mikroorganismy. Nařízení Rady (ES) 1946/2003 o přeshraničních pohybech geneticky modifikovaných organismů Na tyto součásti legislativy navazuje řada prováděcích nařízení. Vzhledem k dalšímu rozvoji technických možností a znalostem o struktuře a často i funkci genomu řady druhů je možné cíleně upravovat genom vybraných druhů či odrůd, tak že následně vzniknou bodové mutace (změna funkce kódovaného proteinu), inzerce i delece (vyřazení genu z funkce), lze přenést celou sekvenci včetně promotoru a terminátorů ze stejného druhu (krácení doby šlechtění) nebp dokonce měnit metylační status. Vzhledem k potenciálu těchto přístupů, které jsou označovány jako nové techniky ve šlechtění rostlin (NPBT). Záměny bází v genomu, jejich pořadí či menší inserce a delece se obecně označují jako editace genomu. Kromě rostlin se výrazně uplatňuje i ve šlechtění zvířat.

Evropská komise a nové techniky I když došlo k určitým změnám v legislativě, diskuse k novým technikám ve šlechtění zatím vycházelo z původní definice GMO ze směrnice 18/2001, která definuje GMO jako organismus s vneseným rekombinantním genem, který je stabilně integrován a přenáší se do dalších generací ve smyslu mendelistické genetiky (Hartug et al. 2014). Evropská komise podporuje nutnost neustálého pokroku ve šlechtitelských technikách rostlin, které mohou pomoci překonat některá omezení tradičních přístupů a rozšíření portfolia produktů vyvinutých v rámci EU. Tyto techniky se ve světě široce využívají (Sovova et al. 2016, Weedks et al. 2016). Aby bylo možné využít produktů nových technik a na základě žádosti národních orgánů zřídila Komise v roce 2007 Pracovní skupinu pro posouzení nových techniky, která řešila, zda nové techniky by mohly spadat, či nikoli do působnosti legislativy, která upravuje nakládání s GMO v EU. Pracovní skupina se zabývala: - Mutagenezí řízenou oligonukleotidy (ODM) - Technologií zinkových prstů (ZFN) obsahující ZFN-1, 2-a ZFN ZFN-3 - Cisgenesí a Intragenesí Osivo a sadba, 2. 2. 2017

15

-

Roubováním Agro-infiltrací RNA-dependentní DNA methylací (RdDM) Reverzním šlechtěním Syntetickou biologií (později vyřazena pro svoji komplexnost)

Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA) vydal zatím dvě stanoviska a to k cisgenesi / intragenesi a technologii zinkových prstů ZNF3, pokud jde o rizika, která by mohly produkty těchto technologií představovat a také se zabývala použitelnosti stávajících pokynů EFSA o posouzení rizik GMO. Relevantní informace jsou rovněž shromážděny ve studii Společné výzkumné středisko (DG JRC) na potenciál těchto technologií, jejich detekce a sledování. Vědecká komunita, kompetentní autority členských států, ale i další zainteresované strany (NGO, spotřebitelé, uživatelé) jsou v podstatě rozděleny v náhledu na hodnocení produktů nových technik ve smyslu evropské legislativy. Jedna strana se domnívá, že produkty nových technik mají být vyňaty z evropské legislativy obdobně jako je tomu u indukované mutgeneze, druhá strana podporuje jejich hodnocení stejně jako je tomu u GMO. Strany zvažují přínosy na straně jedné, hodnotí však i možné vlivy sociální, etické a další (Schieman a Hartung 2014; Palmgren et al. 2015) Evropská komise přislíbila vyjádření do r. 2016, avšak rozhodnutí bylo odloženo, protože vyhodnocení všech legislativních aspektů a zajištění bezpečnosti potravin a krmiv není jednoduché. Produkty nových technik mohu mít v EU značný potenciál (Lusser et al. 2011)

Hodnocení nových technik ve světě V severní Americe bylo povoleno pěstování první odrůdy, která vznikla pomoc nových technik ve šlechtění rostlin (řepka olejná odolná vůči herbicidu). V členských státech EU již byly podány žádosti o polní pokusy s následnou registrací uvedené odrůdy. Vlády po celém světě začaly po legislativní stránce řešit tento problém teprve nedávno. Argentina oznámila v roce 2015, že upravené rostliny nespadají do právních předpisů o GMO (Whealan et al. 2015). Kanada se v současné domnívá, že nové techniky jsou dostatečně pokryty jeho vnitrostátními právními předpisy. V Austrálii jsou předpisy volnější ve srovnání s hodnocením GMO. Problémem se zabývají i jednotlivé členské státy EU, opět s odlišným hodnocením. V roce 2015, švédská rada pro zemědělství rozhodla, že některé rostliny byly vypracovány na základě CRISPR (jedna z technik spadající pod ZNF a editace genomu) nespadá do definice Evropské unie geneticky modifikovaného organismu. Pro semenářské společnosti a farmáře je rozhodnutí EK významné, protože obchod s osivy v EU dosahuje 6,7 miliardy Eur ročně, EU je třetí největší vývozce osiv na světě. Proto je pro firmy správná znalost a predikce legislativy zásadní. Některé produkty jsou už připraveny ke komercionalizaci i v EU (Box 1). Je známo, že až 50% produktů nových technik vzniká v EU (zjm. NL, GB, S). Zvažuje se i jejich využití v organickém zemědělství (Anderson a Whealan 2015).

16


Potenciální brzké aplikace NBTs       

Brambory se sníženým obsahem amylázy a odolností proti plísni. Jablka s odolností proti strupovitosti a se sníženou alergenicitou. Rýže s bakteriální rezistence k plísni. Řepka olejná, s tolerancí k herbicidům. Pšenice s odolností proti padlí. Kukuřice, s tolerancí k suchu a k herbicidu. Sójové boby se zlepšenou kvalitou oleje.

Závěr Nové techniky ve šlechtění rostlin mají velký potenciál ve zlepšování vlastností rostlin a očekává se jejich široké využití. V EU probíhá diskuse nejen v rámci vědecké komunity, ale i na úrovni legislativců, kteří mají rozhodnout o posuzování produktů těchto technik a jejich uvolnění na trh a do prostředí. Hodnocení trvá již od r. 2007, rozhodnutí se očekávalo již v r. 2016- Je významné jak pro producenty, tak uživatele produktů nových technik.

Poděkování Příspěvek byl připraven s podporou MZe ČR, institucionálního projektu RO417 a PUV NAZV.

Literatura ANDERSEN M. M., et al. (2015). Feasibility of new breeding techniques for organic farming. Trends in plant science, 20.7: 426–434. HARTUNG F., SCHIEMANN J. (2014). Precise plant breeding using new genome editing techniques: opportunities, safety and regulation in the EU. The Plant Journal, 78.5: 742–752. JANICK J. (2008). Plant breeding reviews. Vol. 30 John Wiley & Sons. LUSSER M., et al. (2011). New plant breeding techniques. Stateof-the-art and prospects for commercial development. (JRC Scientific and Technical Reports/EUR 24760 EN). PALMGREN M. G., et al. (2015). Are we ready for back-to-nature crop breeding?. Trends in plant science, 20.3: 155–164. PELEMAN J. D., VAN DER VOORT, J. R. (2003). Breeding by design. Trends in plant science, 8.7: 330–334. SCHIEMANN J., HARTUNG F. (2014). EU perspectives on new plant-breeding techniques. New DNA-Editing Approaches: Methods, Applications and Policy for Agriculture; Eaglesham, A., Hardy, RWF, Eds, 276. SOVOVÁ T., et al. (2016). Genome Editing with Engineered Nucleases in Economically Important Animals and Plants: State of the Art in the Research Pipeline. Current issues in Molecular Biology, 21: 41–62. WEEKS D. P., SPALDING M. H., YANG B. (2016). Use of designer nucleases for targeted gene and genome editing in plants. Plant biotechnology journal, 14.2: 483–495. WHELAN A. I., LEMA M. A. (2015). Regulatory framework for gene editing and other new breeding techniques (NBTs) in Argentina. GM crops & food, 6.4: 253–265. WOOD A. J., et al. (2011). Targeted genome editing across species using ZFNs and TALENs. Science, 333.6040: 307–307.

Contact address: RNDr. Jaroslava Ovesná, CSc., Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Praha - Ruzyně, 16106, Drnovská 507, E-mail: [email protected]


17

Kvalita osiv a sadby

18


VÝZNAM OŠETŘENÍ OSIVA OBILNIN Importance of Seed Treatment of Cereals

Evženie Prokinová, Vít Korábek KOR ČZU v Praze

Abstract Three years field experiment was held for evaluation of seed treatment and application of nitrophenol and fulvic acids impact on field emergence and yield of spring barley. Malz variety was used, seed treatment with Kinto Duo (triticonazole + prochloraz copper hydroxide), 2 l/t and biofungicide Clonoplus (a mixture of four strains of Clonostachys rosea). Spraying in phenophase 33 BBCH with tankmix of Apel (prochloraz + propiconazole) 0,9 l/ha, Terpal C (ethephon + chlormequatchlorid) 1 l/ha, Decis Mega (deltamethrin) 0,15 l/ha, Epso Top (foliar fertilizer) 5 kg/ha), stimulants Atonik (nitrophenol) a Lignohumát Max (fulvic acids and bacic microelements). Herbicide and fertilizers were the same for the whole field. Seed treatment had none effect on field emergence and yield. Spraying combination with Atonik and Lignohumát Max led to an importance increase of yield with required grain quality. We can conlude, that biological treatment in combination with auxiliary products Atonik and Lignohumát Max has effect fully comparable with chemical seed treatment and it could be use in growing technology of barley. Key words: seed, treatment, barley

Souhrn V polním tříletém pokusu byl ověřován vliv ošetření osiva jarního ječmene v kombinaci s aplikací pomocných prostředků během vegetace na počet rostlin, počet klasů, výnos a obsah N v zrnu. Vysévána byla odrůda jarního sladovnického ječmene Malz, používáno bylo uznané osivo. K ošetření osiva byl používán biologický přípravek Clonoplus (výrobce Fytovita) v doporučené dávce 3kg/t osiva. Účinnou složku přípravku tvoří spóry čtyř kmenů Clonostachys rosea. Jako standard bylo použito ošetření osiva přípravkem Kinto Duo (triticonazole + prochloraz copper hydroxide) v dávce 2 l/t osiva. V růstové fázi třetího kolénka byly v tankmixu společně s fungicidem, regulátorem růstu a listovým hnojivem (fungicid Apel 0,9 l/ha), morforegulátor Terpal C 1 l/ha), insekticid (Decis Mega 0,15 l/ha), listové hnojivo (Epso Top 5 kg/ha), aplikovány stimulátory Atonik (nitrofenoláty) a Lignohumát Max (fulvokyseliny a základní mikroelementy). Biologické ošetření osiva jarního ječmene samo o sobě nemělo významný vliv na vzcházivost a výnos. V kombinaci s aplikací pomocných přípravků Atonik a Lignohumát Max vedlo ke zvýšení výnosů při zachování kvality zrna a lze konstatovat, že je plně srovnatelné s chemickým ošetřením. Z biologického hlediska je tedy možné zařadit biologické ošetření osiva přípravkem Clonoplus do systému integrované ochrany ječmene jako alternativu moření osiva chemickým přípravkem. Klíčová slova: osivo, ošetření osiva, ječmen

Úvod V našich podmínkách intenzívního pěstování rostlin je nutné klást velký důraz na výběr odrůdy a kvalitu osiva. Nedílnou součástí celkové biologické hodnoty osiva je jeho zdravotní stav. U certifikovaných osiv je kvalita včetně zdravotního stavu zajišťována kontrolou v rámci uznávacího řízení. Vzhledem k poměrně měkkým normám (viz Vyhláška č. 129/2012 Sb., o podrobnostech uvádění Osivo a sadba, 2. 2. 2017

19

osiva a sadby pěstovaných rostlin do oběhu) a vysoké kontaminaci většiny pozemků fytopatogenními houbami, které přežívají na rostlinných zbytcích, je i u uznaných partií osiv obilnin aktuálně vysoce žádoucí moření osiva, které by mělo zabezpečit ochranu vzcházející rostliny proti původcům chorob přenosným osivem a částečně proti půdním patogenům. Nejrozšířenější způsob ošetření osiva je moření chemickými přípravky. Existuje také možnost fyzikálního ošetření osiva proudem elektronů, ale tato technologie, stejně jako další fyzikální metody, není zatím v ČR uznána jako plnohodnotná alternativa k chemickému ošetření. Další možností je biologické ošetření osiva. Je potřeba zdůraznit, že biologické přípravky jsou pouze takové, které jako účinnou složku obsahují živý organismus – mikroorganismus. K organismům již využívaným pro ochranu rostlin patří houby rodu Clonostachys. Druhy Clonostachys rosea f. rosea a C. rosea f. catenulata patří mezi mykoparazitické půdní houby, které jsou účinné proti širokému spektru fytopatogenních hub. V půdě rozkládají sklerocia, mikrosklerocia, chlamydospory a oospory hub (Sclerotinia sclerotiorum, Sclerotium cepivorum, Rhizoctonia solani, Botrytis cinerea, Bipolaris sorokiniana, Colletotrichum spp. aj.), a to i při nižších půdních teplotách. V seznamu biologicky aktivních hub v Příloze I Směrnice Rady o uvádění přípravků na ochranu rostlin na trh č. 91/414/EC je uvedena houba Clonostachys rosea f. catenulata (dříve Clonostachys catenulata nebo Gliocladium catenulatum) v kategorii fungicidních látek (Ondráčková E. a kol., 2014). Výzkumu druhů rodu Clonostachys jako perspektivním pro využití v ochraně rostlin je věnována řada publikací, které dokládají zlepšení zdravotního stavu různých plodin po aplikaci Clonostachys. Výrazné snížení napadení hrachu půdními patogeny po ošetření semen C. rosea konstatoval Xue (2003). Význam ošetření osiva luskovin (fazol, soja, hrách, bob) C. rosea byl testován i v našich podmínkách - u všech testovaných druhů luskovin docházelo ke zvýšení výnosu a HTS. Ošetření podporovalo tvorbu kořenových hlízek až o 86 %. Kořeny byly méně napadeny komplexem půdních fytopatogenních hub (Ondráčková a kol., 2014). Na různých pracovištích je ověřován i účinek ošetření osiva obilnin. Jensen a kol. (2000) provedli šest polních pokusů a konstatovali, že ošetřeí osiva C. rosea kmen IK726 významně snížilo napadení pšenice F. culmorum. Pozitivní vliv Gliocladium roseum na snížení napadení pšenice tvrdé F. culmorum konstatovali také Roberti a kol. (2000). Podrobněji se principem působení C. rosea ve vztahu ke zlepšení zdravotního stavu pšenice zabývali Roberti a kol. (2008). Hue a kol. (2010) uvádějí i účinnost C. rosea při aplikaci postřikem proti Giberella zeae, jednomu z původců růžovění klasů pšenice. Citované práce a většina všech ostatních se zaměřují pouze na hodnocení zdravotního stavu buď osiva, nebo rostlin. Ten ale nemusí být a často není jedinou příčinou výnosových ztrát. V polních podmínkách se při růstu porostu výrazně uplatňuje vliv nejen zdravotního stavu, ale celkové biologické hodnoty osiva, vliv ošetření osiva, vliv dalších zásahů v porostu a samozřejmě vliv průběhu počasí a řada dalších faktorů. Na hodnocení významu ošetření osiva v kombinaci s aplikací pomocných přípravků ve vztahu k výnosu a obsahu dusíkatých látek byl zaměřen tříletý polní pokus, provedený v letech 2014 - 2016.

Metodika Materiál

Vysévána byla odrůda jarního sladovnického ječmene Malz, používáno bylo uznané osivo. K ošetření osiva byl používán biologický přípravek Clonoplus (výrobce Fytovita) v doporučené dávce 3kg/t osiva. Účinnou složku přípravku tvoří spóry čtyř kmenů Clonostachys rosea. Jako standard bylo použito ošetření osiva přípravkem Kinto Duo (triticonazole + prochloraz copper hydroxide) v dávce 2 l/t osiva. V růstové fázi třetího kolénka byly v tankmixu společně s fungicidem, regulátorem růstu a listovým hnojivem (fungicid Apel 0,9 l/ha), morforegulátor Terpal C 1 l/ha), insekticid (Decis Mega 0,15 l/ha), listové hnojivo (Epso Top 5 kg/ha), aplikovány stimulátory Atonik (nitrofenoláty) a Lignohumát Max (fulvokyseliny a základní mikroelementy v chelatové podobě).

20


Metoda

Pokusy byly prováděny na provozní ploše, pozemek v řepařské výrobní oblasti v teplém, mírně suchém regionu. Průměrná roční teplotoa 8 - 9 °C, roční úhrn srážek 500 - 600 mm, půda na pozemku středně těžká (hlinitá) černozem. Hnojení a herbicidní ochrana byla u všech variant shodná se zbytkem provozní plochy. Varianty pokusu: 1. Kontrola bez ošetření osiva a bez ošetření pomocnými přípravky 2. Neošetřené osivo, Atonik 3. Neošetřené osivo, Lignohumát Max 4. Ošetření osiva Clonoplus 5. Ošetření osiva Clonoplus, Atonik 6. Ošetření osiva Clonoplus, Lignohumát Max 7. Ošetření osiva Kinto Duo 8. Ošetření osiva Kinto Duo, Atonik 9. Ošetření osiva Kinto Duo, Lignohumát Max Každá varianta měla čtyři opakování, jedno opakování mělo 6 m2. Hodnocen byl počet rostlin na m po plném vzejití, počet klasů na m2 v plné zralosti, výnos a obsah N-látek. 2

Výsledky a diskuse V roce 2014 byl ve variantě osivo ošetřené Clonoplus nevýznamně nižší výnos než v kontrole a samotné moření biologickým přípravkem tak mělo nulový efekt oproti chemickému ošetření, kde došlo k navýšení výnosu. V kombinaci Clonoplus na osivo a postřik Atonikem však byl druhý nejvyšší výnos a současně obsah N-látek odpovídal požadavkům na sladovnický ječmen. Nejvyšší výnos a požadovaný obsah N-látek byl ve variantě ošetření osiva přípravkem Kinto Duo a postřik Lignohumátem Max (tab. 1.) Ani v roce 2015 nevedlo samotné ošetření osiva přípravkem Clonoplus k navýšení výnosu, ale v kombinaci s aplikací Atoniku došlo k výraznému navýšení výnosu. Všechny tři varianty s aplikací Atoniku patřily v tomto roce k nejvýnosnějším a současně mělo zrno požadovaný obsah N-látek. Kombinace Clonoplus + Atonik měla vyšší výnos než samotný Atonik a kombinace Kinto Duo + Atonik (tab. 2). V roce 2016 nebylo vzhledem k poškození variant možno vyhodnotit výnos ve variantách Atonik a Lignohumát Max, bez ošetření osiva. Nejvyšší výnos byl ve variantě Kinto Duo + Atonik, zrno ale nesplňovalo požadavky na obsah N-látek. V tomto roce splňovalo toto kritérium pouze zrno z varianty Clonoplus + Lignohumát Max a to při významném zvýšení výnosu oproti kontrole (tab. 3). V průměru tří let bylo ve všech ošetřených variantách s výjimkou samotného ošetření osiva přípravkem Clonoplus více klasů na m2, nejvíce klasů bylo ve variantě bez ošetření osiva s postřikem Lignohumátem Max (graf 1). Přitom při hodnocení polní vzcházivosti bylo po plném vzejití nejvíce rostlin v kontrole, v ošetřených variantách vzešlo výrazně méně rostlin (graf 2). Ve všech ošetřených variantách došlo k navýšení výnosu oproti neošetřené kontrole, nejvyšší výnos byl ve variantě ošetřené Atonikem. Pouze ve variantě kombinace ošetření osiva přípravkem Clonoplus a Atonikem byly ve všech třech pokusných letech splněny požadavky na obsah N-látek v zrnu sladovnického ječmene (min. 9,2 %, max. 11,5 %), (graf 3). Uvedené výsledky ukazují na složitost celé problematiky ošetření osiva. Zdá se, že ječmen reaguje na ošetření osiva zhoršenou vzcházivostí, ale ošetření vede ke zlepšení vitality vzešlých rostlin, což se projevuje zvýšením výnosu. Ošetření osiva jak biologické, tak chemické samo o sobě mělo v našem pokusu na výši a kvalitu výnosu zrna ječmene minimální vliv. V kombinaci s aplikací pomocných přípravků však významně zvyšuje výnos. Přitom ošetření chemickým přípravkem a biologické ošetření dosahuje srovnatelných výsledků. Klasické testování účinnosti ošetření osiva tedy nemusí být dostatečné a může vést ke zkresleným závěrům a doporučením. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

21

Tab. 1: Výnos přepočtený na 14 % vlhkosti zrna a obsah N-látek, 2014 Výnos (t) 6,92 7,02 7,98

Kontrola + Kontrola Kontrola + Atonic Kontrola + Lignohumát Max Clonoplus + Kontrola Clonoplus + Atonic Clonoplus + Lignohumát Max

6,67 8,40 8,28

N-látky (%) 10,90 11,20 11,10 12,50 11,00 11,60

Kinto Duo + Kontrola 7,55 13,00 Kinto Duo + Atonic 7,92 11,50 Kinto Duo + Lignohumát Max 9,94 10,80 Pozn.: zvýrazněny jsou varianty, které splňují požadovaný obsah N-látek ve sladovnickém ječmeni

Tab. 2: Výnos přepočtený na 14 % vlhkosti zrna a obsah N-látek, 2015 Kontrola + Kontrola Kontrola + Atonic Kontrola + Lignohumát Max

Výnos (t) 6,66 12,23 11,98

N-látky (%) 13,40 10,50 9,60

Clonoplus + Kontrola Clonoplus + Atonic Clonoplus + Lignohumát Max

6,66 12,74 9,95

13,70 10,50 10,30

Kinto Duo + Kontrola Kinto Duo + Atonic Kinto Duo + Lignohumát Max

9,36 12,22 8,86

13,50 9,90 9,40

Tab. 3: Výnos přepočtený na 14 % vlhkosti zrna a obsah N-látek, 2016 Kontrola + Kontrola Kontrola + Atonic Kontrola + Lignohumát Max

Výnos (t) 6,26

N-látky (%) 11,9

Clonoplus + Kontrola Clonoplus + Atonic Clonoplus + Lignohumát Max

7,73 8,58 8,06

12,7 12,4 11,4

Kinto Duo + Kontrola Kinto Duo + Atonic Kinto Duo + Lignohumát Max

7,16 10,62 7,84

12,1 12 13

22


1200 1000 800 600 400 200 0

Graf 1: Počet klasů/m2; průměr tří let 360 340 320 300 280 kontrola

Clonoplus

Kinto Duo

Graf 2: Počet rostlin na m2, plné vzejití; průměr tří let 12 10 8 6 4 2 0

Graf 3: Výnos (t/ha); průměr tří let


23

Závěr Biologické ošetření osiva jarního ječmene samo o sobě nemělo významný vliv na vzcházivost a výnos. V kombinaci s aplikací pomocných přípravků Atonik a Lignohumát Max vedlo ke zvýšení výnosů při zachování kvality zrna a lze konstatovat, že je plně srovnatelné s chemickým ošetřením. Z biologického hlediska je tedy možné zařadit biologické ošetření osiva přípravkem Clonoplus do systému integrované ochrany ječmene jako alternativu moření osiva chemickým přípravkem.

Literatura JENSEN, B., KNUDSEN, I. M., JENSEN, D. F. (2000). Biological Seed Treatment of Cereals with Fresh and Long-term Stored Formulations of Clonostachys rosea: Biocontrol Efficacy Against Fusarium culmorum. European Journal of Plant Pathology, 106: 233. doi:10.1023/A:1008794626600. HUE A. G., VOLDENG H. D., SAVARD M. E., FEDAK G., TIAN X., HSIANG T. (2009). Biological kontrol of fusarium head blight with Clonostachys rosea strain ACM941. Canadian Journal of Plant Pathology Vol. 31 (2): 169–179. DOI 10.1080/07060660909507590. ONDRÁČKOVÁ E. a kol. (2014). Metodika biologické ochrany rostlin s využitím hub rodu Clonostachys. Agritec, 16 str. ISBN 978-80-87360-32-3. ROBERTI R., FLORI P., PISI A., CESARI A. (2000). Evaluation of biological seed treatment of wheat for the control of seed-borne Fusarium culmorum. Journal of Plant Disaeases and Protection, 107 (5):483–493, ISSN 0340-8159. XUE, A. G. (2003). Biological control of pathogens causing root rot complex in field pea using Clonostachys rosea. Phytopathology, 93 (3):329–335, DOI 10.1094/PHYTO.2003.93.3.329.

Contact address: doc. Ing. Evženie Prokinová, CSc. Katedra ochrany rostlin, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

24


VLIV KLIMATICKÉ ZMĚNY NA ROZVOJ NĚKTERÝCH PATOGENŮ Influence of Climatic Change on Development of Several Pathogens – Short Review Radovan Pokorný ÚPŠRR AF Mendelova univerzita v Brně

Abstract Climatic change, especially global warming, will influence growth and development of both plants and their pathogens. This review is aimed at the analysis of factors which affect risk of higher plant disease occurrence. Apart from weather variables, as air temperature, leaf wetness duration etc., other factors as influence of climatic change on particular crop traits and variability of pathogens population are necessary to take into account. On the basis of these analyses it can be assumed, there is a risk of higher development of some diseases of particular crops. On the other hand, disease risk is projected to remain unchanged or to be reduced in other pathosystems. Key words: climatic change, plant pathogens, disease risk

Souhrn Klimatická změna, především globální oteplování, ovlivní růst a vývoj jak plodin, tak jejich patogenů. Tento přehledový příspěvek je zaměřen na analýzu faktorů, které mohou ovlivnit riziko vyššího výskytu chorob. Kromě proměnných počasí, jako jsou teplota vzduchu, délka ovlhčení listů aj., je nutné do těchto modelů zahrnout i vliv klimatické změny na vlastní plodinu a variabilitu populací patogenů. Na základě těchto analýz lze předpokládat, že u některých patogenů dojde k jejich vyššímu rozšíření, na druhé straně u jiných se riziko napadení rostlin nezvýší, nebo dokonce sníží. Klíčová slova: klimatická změna, patogeny rostlin, rizika rozšíření

Úvod V současné době je odbornou veřejností široce přijímaný fenomén tzv. klimatické změny, která je způsobena stoupající koncentrací CO2, případně dalších skleníkově aktivních plynů, v atmosféře, ve které jsou původcem tzv. skleníkového efektu. Jsou konstruovány scénáře vývoje koncentrace skleníkových plynů, které slouží jako zdrojová data pro tzv. Globální modely cirkulace (Global circulation models – GCM). Výstupem těchto modelů jsou meteorologické proměnné pro různá časová období. Ta se liší podle konkrétně používaných modelů, ale většinou se pracuje s horizonty 2025, 2050, 2075 a 2100. Nejrozšířeněji používané GCM naznačují zvyšování teploty, které by v České republice mohlo dosáhnout v roce 2100 +1,5 až 4,5 °C. Podle těchto modelů by nemělo být ovlivněno celkové množství srážek, nicméně se pravděpodobně bude měnit jejich rozložení během vegetační sezóny a bude narůstat výskyt extrémů (review Žalud et al., 2009).

Vliv klimatické změny na vývoj některých patogenů Pro úspěšnou infekci a následné projevení se choroby u jednotlivé rostliny nebo celého porostu určitého druhu jsou nezbytné tři základní podmínky. Na daném stanovišti se musí vyskytovat náchylný hostitel, virulentní patogen a vhodné prostředí pro jeho rozvoj, jedná se o tzv. trojúhelník choroby. Z podmínek prostředí má rozhodující vliv průběh počasí v daném roce, např. teplota a vlhkost vzduchu, Osivo a sadba, 2. 2. 2017

25

případně půdy, které přímo ovlivňují vývoj patogena, případně hostitelského druhu. Je tedy zřejmé, že jednotlivé faktory počasí, které se budou měnit vlivem klimatické změny, ovlivní i rozvoj jednotlivých patogenů na konkrétních hostitelských druzích. Průběh počasí může přímo ovlivnit časové a prostorové rozšiřování diseminačních jednotek (propagulí) patogenů, synchronizaci růstových fázích hostitele a patogena (Grulke, 2011), frekvenci vhodných podmínek pro rozvoj propagulí (např. spóry většiny druhů hub vyžadují vysokou vzdušnou vlhkost). Některé geny rezistence jsou neúčinné při vyšších teplotách, např. Huang et al., (2009) zjistili, že exprese kvantitativní rezistence vůči Leptosphaeria maculans se výrazně snižuje při teplotách 20 až 25 °C. Může být také ovlivněn rozvoj choroby na daném stanovišti (velmi důležité u tzv. polycyklických patogenů, které produkují více generací propagulí během jedné vegetační sezóny – jak popisuje např. Chakraborty (2013), a přežívání patogena (předpokládají se mírnější zimy). Tyto vlivy mohou být i nepřímé, např. tím, že předpokládané teplejší klima umožní zařazovat do osevních postupů plodiny, které jsou vhodnými hostiteli důležitých patogenů, např. kukuřice, která je hostitelem stejných druhů patogenů rodu Fusarium, které napadají i ostatní obilniny (West et al., 2012ab; Lamichhane et al., 2015). Patogeny se měnícím podmínkám mohou přizpůsobit svou evolucí, nebo migrací do oblastí, které se staly příhodné pro jejich vývoj (Chakraborty, 2013). Projevy klimatické změny na změnu spektra patogenů jsou pozorovatelné již v těchto letech. V poslední době došlo v Evropě k dominanci Fusarium graminearum a F. pseudograminearum nad druhem F. culmorum, který převládal v dřívějších letech (Jennings et al., 2004ab; Isabaert et al., 2009). Optimální podmínky pro růst F. graminearum jsou 25 °C a pro F. culmorum 20 – 25 °C (Brennan et al., 2005). Bakteriální černání stonku a měkká hniloba hlíz bramboru byla v dřívějších letech způsobena převážně bakteriemi z rodu Pectobacterium, nad kterými začínají dominovat druhy z rodu Dickeya, které jsou více agresivní (Czajkowski et al., 2011). Každý patogen má specifické požadavky na podmínky prostředí. Např. houba Sclerotinia sclerotiorum, která na mnoha plodinách, včetně řepky, způsobuje bílou hnilobu, přežívá na stanovišti prostřednictvím sklerocií, která klíčí v plodnice apothecia, ze kterých jsou následně uvolňovány askospory. Karpogenické klíčení sklerocií (tvorba apothecií) probíhá při teplotách 10 až 25 °C s optimem 20 °C. Pro tento proces je nutná také vysoka vlhkost vzduchu a půdy (Clarkson et al., 2007; Mila a Yang, 2008; Foster et al., 2011). Uvolňování askospor je ovlivňováno změnou teploty a vlhkosti vzduchu během dne (Qandah a del Rio Mendoza, 2011). Pro infekci stonků těmito askosporami jsou ideální teploty 16 až 22 °C (Koch et al., 2007). Podobná data zahrnující optimální podmínky jsou známá u mnoha dalších patogenů a při tvorbě scénářů rizika jejich výskytu jsou brána v úvahu. V poslední době bylo publikováno několik přehledových článků, které se z různých aspektů zabývají vlivem možného vývoje klimatu na rozvoj především houbových chorob. Pautasso et al (2012) se zabývají vlivem klimatické změny na vývoj patogenů na lesních dřevinách, především na severoamerickém kontinentě a docházejí k závěru, že nelze jednoznačně určit její vliv na rozvoj různých patogenních agens. Na druhé straně u druhu Phytophthora ramorum předpokládají jeho větší rozšíření a škodlivost na dubu, jak v USA, tak v Evropě. West et al. (2012) navrhují při tvorbě scénářů rizika napadení plodin patogeny vzít do úvahy biologické znaky ovlivňující epidemie patogenů – typ rozmnožování (monocyklické kontra polycyklické), způsob rozšiřování, podmínky vyžadované pro klíčení spór, vlastní infekci, vliv teploty na latentní periodu a sporulaci. Na základě těchto kritérií rozdělují patogeny do sedmi „ekotypů“ a odhadují, jak budou měnicí se podmínky ovlivňovat vývoj některých důležitých patogenů. U houby Mycosphaerella graminicola, původce listové skvrnitosti pšenice, předpokládají malý vliv klimatické změny na její rozšíření ve Velké Británii, ale mírné zvýšení napadení porostů pšenice ve Francii. U patogena Fusarium graminearum předpokládají mírně zvýšené napadení porostů pšenice. U houby Leptosphaeria maculans, původce fomové hniloby řepky, je odhadováno, že napadení bude vyšší, na druhé straně u Sclerotinia sclerotiorum by nemělo docházet k intenzivnějšímu výskytu. Juroszek a Tiedeman (2015) analýzou 70 studií zabývajících se vlivem klimatické změny na rozvoj patogenů docházejí k závěru, že ve 40 procentech případů se nepředpokládá zvýšení rizika nebo dokonce může docházet ke snížení napadení. U zmíněných studií je 26


nejrozšířenějším faktorem počasí používaná teplota, pouze v některých případech se počítá i s délkou ovlhčení, případně jinými parametry, které charakterizují vlhkost. V tabulce 1 jsou uvedeny příklady analýz vlivu klimatické změny na některé patogeny důležitých plodin v Evropě i České republice. Jedná se především o ty, které přežívají na osivu nebo sadbě a mohou být jimi i rozšiřovány. Tab. 1: Vybrané studie simulace rozvoje patogenů podle různých klimatických scénářů Plodina

Území

Časový horizont Predikce vývoje patogena předpovědi 2080 Pyrenophora teres – dřívější nástup na jaře, nižší infekční tlak v květnu 2020, 2050 Leptosphaeria maculans – vyšší riziko napadení

Ječmen jarní (Hordeum vulgare)

Francie

Ozimá řepka (Brassica napus)

U.K.

Ozimá řepka (Brassica napus)

Francie

2080

Ozimá řepka (Brassica napus) Ozimá řepka (Brassica napus) Ozimá řepka (Brassica napus)

U.K.

2020, 2050

U.K.

Neuvedeno

Německo – Dolní Sasko Francie

2050, 2100

Globálně

2050, 2010

Pšenice (Triticum aestivum)

Francie

2030, 2080

Pšenice (Triticum aestivum) Pšenice (Triticum aestivum)

Francie

2080

Nizozemí, Norsko, Švédsko, Finsko U.K.

2050

Brambory (Solanum tuberosum) Brambory (Solanum tuberosum)

Pšenice (Triticum aestivum)

2080

2020, 2050

Leptosphaeria maculans – pozdější nástup infekce, ale vyšší infekční tlak na podzim Pyrenopeziza brassicae – snížené riziko napadení Sclerotinia sclerotiorum – nepředpokládá se zvýšené riziko Sclerotinia sclerotiorum – vyšší riziko napadení vzhledem k urychlenému vývoji askospor Phytophthora infestans – snížení rizika Phytophthora infestans – v blízké budoucnosti zvýšení rizika, od pol. 21. stol. pokles Mycosphaerella graminicola – snížení rizika napadení v nížinách Mycosphaerella graminicola – snížení rizika napadení Fusarium graminearum bude dominantním druhem, převládne nad F. culmorum Fusarium spp. – zvýšení rizika napadení

Reference Launay et al. 2014 Evans et al., 2008; Barnes et al., 2010; Butterworth et al., 2010; Evans et. al., 2010 Launay et al. 2014 Evans et. al., 2010 West et al., 2012 Siebold a Tiedemann, 2012, 2013 Launay et al., 2014 Sparks et al., 2014 Bancal a Gate, 2011 Gouache et al., 2013 Van der Fels-Klerx et al., 2011 Madgwick et al., 2011

Při odhadu vlivu klimatické změny na rozvoj patogenů je v uvedených pracích počítáno s různými meteorologickými prvky jako proměnnými průběhu počasí. Siebold a Tiedeman (2012, 2013) v modelu rozšíření Sclerotinia sclerotiorum na řepce počítají pouze s teplotou vzduchu. Launay et al. (2014) při modelování rizika rozšíření Pyrenophora teres na ječmenu, Leptosphaeria maculans na řepce a Phytophthora infestans na bramboru zahrnují teplotu vzduchu a délku ovlhčení listů. Gouache et al. (2013) pro predikci výskytu Mycosphaerella graminicola na pšenici použili minimální a maximální teploty vzduchu ve 2 m, globální solární radiaci na povrchu, celkové srážky, relativní vlhkost vzduchu ve 2 m a rychlost větru v 10 m. Madgwick et al. (2011) zdůrazňují, že výskyt patogenů rodu Fusarium je závislý na průběhu srážek během kvetení pšenice a teplotě vzduchu v předcházejících šesti týdnech. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

27

Na základě některých klimatických modelů se předpokládá, že fáze kvetení pšenice nastane ve Velké Británii o dva týdny dříve ve srovnání se současnou dobou, takže se riziko infekce vzhledem k rozložení srážek nezmění, ale vzhledem k tomu, že teploty během jara budou vyšší, bude docházet k vyššímu napadení. V případě, že existuje více studií u konkrétního patogena, ve většině případů se shodují s hodnocením rizik. Výjimkou jsou práce týkající se rozšíření Sclerotinia sclerotiorum, kdy West et al. (2012) nepředpokládají zvýšený výskyt, naopak Siebold a Tiedemann (2012, 2013) na základě i experimentů v řízených teplotních podmínkách predikují mírné navýšení rizika infekce. Je nutné si uvědomit, že většina modelů predikce patogenů, které jsou založeny pouze na analýze meteorologických dat má svá omezení. Podle Shawa a Osborna (2011) je velmi těžké predikovat, která kombinace plodiny a patogena bude v budoucnosti problematická. Do jejich výskytu zasáhne určitě variabilita uvnitř patogenních populací a také variabilita hostitelů, především vzhledem k předpokládanému šlechtění na rezistenci. Mezi různými patogeny existuje také kompetice o hostitele, je proto obtížné předpovědět, pro který druh patogena budou podmínky vhodnější (Cunniffe et al., 2015). Newbery et al. (2016) uvádějí jako zdroje nejistoty při predikci patogenů především prognózy vývoje klimatu (existují různé scénáře) a hodnocení parametrů choroby. Není rovněž znám vliv přepokládané zvýšené koncentrace některých plynů, především CO2 a O3 na vývoj patogenních druhů hub (Challinor et al. 2013; Chappelka a Grulke, 2016). Rovněž fakt, že mnohé modely nepočítají s mikroklimatem porostů, které se může výrazně lišit od okolního prostředí (např. Krédl et al., 2012; Krčmářová et al., 2013, 2014, 2016), může ovlivnit vypovídací schopnost těchto modelů.

Závěr Na základě analýzy různých modelů predikce vývoje některých patogenů založených na kombinaci znalostí jejich biologie a ekologických nároků v kombinaci s emisními scénáři změny klimatu, je možné konstatovat, že u některých patogenů může vzrůst riziko jejich vyššího rozšíření. K minimalizaci těchto rizik bude nutné využívat všech možností integrované ochrany rostlin, zvláště při současném trendu snižování spotřeby pesticidů. Bude nutné se především zaměřit na využívání genů rezistence s optimální expresí v předpokládaných podmínkách prostředí. Důležité budou také vhodné technologie pěstování zemědělských plodin.

Poděkování Tento příspěvek vznikl za podpory projektu QJ1310227, který byl financován Ministerstvem zemědělství České republiky

Literatura BANCAL M. O., GATE P. (2011). Climate change and the wheat crop: the main impact. In: Brison N., Levrault F. (Eds.) Climate change, agriculture and forest in France: simulation of the impacts on the main species. ADEME. 155–162. BARNES A. P., WREFORD A., BUTTERWORTH M. H., SEMENOV M. A., MORAN D., EVANS N., FITT B. D. L. (2010). Adaptation to increasing severity of phoma stem canker on winter oilseed rape in the UK under climatic change. J. Agric.Sci. 148, 663–694. BRENNAN J. M., EGAN D., COOKE B. M., DOOHAN, F. M. (2005). Effect of temperature on head blight of wheat caused by Fusarium culmorum and F. graminearum. Plant Pathol. 54, 156–160. BUTTERWORTH M. H., SEMENOV M. A., BARNES A., MORAN D., WEST J. S., FITT B. D. L. (2010). North-south divide: contrasting impacts of climate change on crop yields in Scotland and England. J.R.Soc. Interface 7, 123– 130. CLARKSON J. P., PHELPS K., WHIPPS J. M., YOUNG C.S, SMITH J. A., WATLING M. (2007). Forecasting Sclerotinia disease on lettuce: A predictive model for carpogenic germination of Sclerotinia sclerotiorum sclerotia. Phytopathology 97, 621–631. CUNNIFFE N. J., KOSKELLA B., JESSICA C., METCALF E., PARNELL S., GOTTWALD T. R., GILLIGAN C. A. (2015). Thirteen challenges in modelling plant diseases. Epidemics 10, 6–10. CZAJKOWSKI R., PÉROMBELON M. C. M., VAN VEEN J. A., VAN DERWOLF J. M. (2011). Control of blackleg and tuber soft rot of potato caused by Pectobacterium and Dickeya species: a review. Plant Pathol 60, 999–1013.

28


EVANS N., BAIERL A., SEMENOV M. A., GLADERS P., FITT B. D. L. (2008). Range and severity of plant disease increased by global warming. J.R.Soc. Interface 5, 352–531, EVANS N., BUTTERWORTH M. H., BAIERL A., SEMENOV M. A., WEST J. S., BARNES A., MORAN D., FITT B. D. L. (2010). The impact of climate change on disease constrains on production of oilseed rape. Food Sec. 2, 143–156. FOSTER A. J., KORA C., MCDONALD M. R., BOLAND G. J. (2011). Development and validation of a disease forecast model for Sclerotinia rot of carrot. Can. J. Plant Pathol.33, 187–201. GRULKE N.E. (2011). The nexus of host and pathogen phenology: understanding the disease triangle with climate change. New Phytologist 189, 8–11. HUANG Y.-J., PIRIE E. J., EVANS N., DELOURME R., KING G. J., FITT, B. D. L. (2009). Quantitative resistance to symptomless growth of Leptosphaeria maculans (phoma stem canker) in Brassica napus (oilseed rape). Plant Pathol. 58, 314–323. CHAKRABORTY S. (2013). Migrate or evolve: options for plant pathogens under climate change. Glob. Change Biol. 19, 1985–2000. CHALLINOR A. J., SMITH M. S., THORNTON P. (2013). Use of agro-climate ensembles for quantifying uncertainty and informing adaptation. Agric. Forest Meteorol. 170, 2–7 CHAPPELKA A. H., GRULKE N. E (2016). Disruption of the ‘disease triangle’ by chemical and physical environmental change. Plant Biology 18 (Suppl. 1), 5–12. GOUACHE D., BENSADOUN A., BRUN F., PAGE C., MAKOVSKI D., WALLACH D. (2013). Modelling climate change impact on Septoria tritici blotch (STB) in France: Accounting for climate model and disease uncertainty. Agric. For. Meteorol. 170, 242–252. ISEBAERT S., DE SAEGER S., DEVREESE R., VERHOEVEN R., MAENE P., HEREMANS B., HAESAERT G. (2009). Mycotoxin-producing Fusarium species occurring in winter wheat in Belgium (Flanders) during 2002–2005. J. Phytopathol. 157, 108–116. JENNINGS P., COATES, M .E., TURNER J. A., CHANDLER E. A., NICOLSON P. (2014a). Determination of deoxynivalenol and nivalenol chemotypes of Fusarium culmorum isolates from England and Wales by PCR assay. Plant Pathol. 53, 182–190. JENNINGS P., COATES, M. E., WALSH, K., TURNER J. A., NICOLSON P. (2014b). Determination of deoxynivalenoland nivalenol-producing chemotypes of Fusarium graminearum isolated from wheat crops in England and Wales. Plant Pathol. 53, 643–52. JUROSZEK P., VON TEIDEMANN A. von (2015). Linking plant disease models to climate change scenarios to project future risks of crop diseases: a review. J. Plant Dis. Protect. 122, 3–15. KOCH, S., DUNKER, S., KLEINHENZ B., ROHRIG, M., TIEDEMANN A. von (2007). A crop loss-related forecasting model for Sclerotinia stem rot in winter oilseed rape. Phytopathology 97, 1186–1194. KRČMÁŘOVÁ J., POKORNÝ R., STŘEDA, T. (2016). The course, stratification and possibility of simulating relative air humidity in winter wheat stand. Contributions to Geophysics and Geodesy 46,137–154. KRČMÁŘOVÁ J., STŘEDA T., POKORNÝ R. (2014). Specifics of soil temperature under winter oilseed rape canopy. Contributions to Geophysics and Geodesy 44, 205–218. KRČMÁŘOVÁ J., STŘEDOVÁ H., POKORNÝ, R., STŘEDA T. (2013). Specifics of soil temperature under winter wheat canopy. Contributions to Geophysics and Geodesy, 209–223. KRÉDL Z., STŘEDA T., POKORNÝ R., KMOCH M., BROTAN, J. (2012). Microclimate in the vertical profile of wheat, rape and maize canopies. Acta Universitatis agriculturae et silviculturae Mendelianae Brunensis 60, 79–90. LAUNAY M., CAUBEL J., BOURGEOIS, G., HUARSD, F. CORTAZAR-ATAURI, I.G., BANCAL, M.O., BRISON N. (2014). Climatic indicators for crop protection risk: Application to climate change impact on five major foliar fungal diseases in Northern France. Agric.Ecosyst. Environ. 197, 147–158. LAMICHHANE J. R., BARZMAN M., BOOIJ K., BOONEKAMP P., DESNEUX N., HUBER L., KUDSK P., LANGRELL S. R. H., RATNADASS A., RICCI P., SARAH J.-L, MESSÉAN A. (2015). Robust cropping systems to tackle pests under climate change. A review. Agron. Sustain. Dev. 35, 443–459. MADGWICK J. W., WEST J. S., WHITE R. P., SEMENOV M. A., TOWNSEND J. A., TURNER J. A., FITT, B. D. L. (2011). Impact of climate change on wheat anthesis and fusarium ear blight in the UK. Eur.J.Plant Pathol. 130, 117–131. MILA A. L., YANG X. B. (2008). Effects of fluctuating soil temperature and water potential on sclerotia germination and apothecial production of Sclerotinia sclerotiorum. Plant Disease 92, 78–82. NEWBERY F., QI A., FITT, B. D. L. (2016). Modelling impacts of climate change on arable crop diseases: progress, challenges and applications. Curr. Op. Plant Biol. 32, 101–109.


29

PAUTASSO M., DÖRING T. F., GARBELOTTO M., PELLIS L., JEGER M. J. (2012). Impacts of climate change on plant diseases – opinions and trends. Eur. J .Plant Pathol. 133, 295–313. QANDAH I. S., MENDOZA L. E. DEL R. (2011). Temporal dispersal patterns of Sclerotinia sclerotiorum ascospores during canola flowering. Can. J. Plant Pathol. 33, 159–167. SIEBOLD M., TIEDEMANN A. von. (2013). Effects of experimental warming on fungal disease progress in oilseed rape. Glob. Change Biol. 19, 1736–1737. SIEBOLD M., TIEDEMANN A. von (2012). Potential effect of global warming on oilseed rape pathogens in Northern Germany. Fungal Ecology 5, 62–72. SHAW M. W., OSBORNE T. M. (2011). Geographic distribution of plant pathogens in response to climate change. Plant Pathol. 60, 31–43. SPARKS A. H., FORBES G. A., HIJMANS R. J., GARRET K. A. (2014). Climate change may have limited effect on global risk of potato late blight. Glob. Change Biol. 20, 3621–3631. FELS-KLERX H. J. van der, GOETHART P. W., ELEN O., BORJESSON T., HIETANIEMI V., BOOIJ C. J. H. (2012). Modeling deoxynivalenol contamination of wheat in northwestern Europe for climate change assessments. J. Food Protec. 75, 1099–1106. WEST J. S., HOLDGATE S., TOWNSEND J. A., EDWARDS S. G., JENNINGS P., FITT B. D. L. (2012a). Impact of changing climate and agronomic factors on fusarium ear blight on wheat in the UK. Fungal Ecology 5, 53–61. WEST J. S., TOWNSEND J. A., STEVENS M., FITT B. D. L. (2012b). Comparative biology of different plant pathogens to estimate effect of climate change on crop disease in Europe. Eur. J. Plant Pathol. 133, 315–331. ŽALUD Z., TRNKA M., DUBROVSKÝ M., HLAVINKA P., SEMERÁDOVÁ D., KOCMÁNKOVÁ E. (2009). Climate change impacts on selected aspects of the Czech agriculture production. Plant Protec. Sci. 45, Special Issue: S11– S19.

Contact address: prof. Ing. Radovan Pokorný, Ph.D. Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství, Agronomická fakulta, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Email: [email protected]

30


PROČ JE MERLÍK BÍLÝ TAK HOUŽEVNATÝ PLEVEL? STUDIE VZCHÁZIVOSTI PO NARUŠENÍ PŮDY Why is White Quinoa a Dogged Weed? Study of Field Emergence after Soil Disturbance Božena Šerá1, Michal Šerý2 1 Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave 2 Pedagogická fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích

Abstract The effect of soil disturbance during season on field emergency of white quinoa achene (local seeds: the origin of the Czech Republic, foreign seeds: the origin of Denmark) was investigated in small-field experiment in two seasons. The differences between the both sets of achene was found. Local achenes had higher emergency than achenes originated in other type of the landscape (in the first and second years after the start of experiment). The soil disturbances had positive responses in plant emergency in the both achene types. Key words: Chenopodium album, Lamb's-quarters, soil disturbance, field experiment, seedling emergence

Souhrn V maloploškovém polním experimentu byl zjišťován vliv mechanického narušení půdy na vzcházivost nažek merlíku bílého (lokální nažky: původ ČR, importované nažky: původ Dánsko). Byl nalezen rozdíl ve vzcházivosti těchto geograficky rozdílných typů nažek. Lokální nažky měly vyšší vzcházivost než nažky importované a to během prvního i druhého roku po založení pokusu. U obou typů nažek byla zjištěna pozitivní reakce na narušení půdy. Klíčová slova: Chenopodium album, merlík bílý, narušení půdy, polní pokus, vzcházivost semenáčků

Úvod Negativní vlastnosti plevelů se odvíjejí od jejich biologických vlastností. Z hlediska výskytu plevelu v cíleném porostu jsou důležité ty vlastnosti, které zvýhodňují plevel před plodinou. Může to být především schopnost se přizpůsobit změněným stanovištním podmínkám, konkurenční schopnost, schopnost rychlejšího rozmnožování apod. Dlouhodobá životaschopnost semen (banka semen) a jejich postupné vzcházení je ovlivněno jednak dormancí a také narušováním půdního povrchu. Právě zájem o vztah mezi mechanickým narušením půdy (disturbance) a vzcházivostí semen vedl k založení pokusu s merlíkem bílým. Merlík bílý je pozdně jarní jednoletý plevel rostoucí především v okopaninách a zeleninách (Mikulka a Kneifelová, 2005). Druh se rozmnožuje výhradně plody (nažky) a jejich reprodukční kapacita je 313 tis. nažek na jeden metr porostu při 100% pokryvnosti (Šerá a Šerý, 2004). Plody jsou heterokarpické, mají různě zbarvené a především různě silné osemení a oplodí. Tmavé nažky, kterých je většina, klíčí postupně, klíčivost si udržují po dlouhou dobu a v půdě vytvářejí banku semen (Grime et al., 1981; Thompson et al., 1997). Naopak světlé nažky nejsou dormantní. Vzhledem k perzistentní bance semen je merlík bílý úporným plevelem, protože jeho prosté odstranění vzrostlých jedinců z porostu zpravidla nic nevyřeší. Vzešlé rostliny mohou obnovit populaci tohoto plevele z nažek uložených v půdě. Tento příspěvek se zabývá vztahem disturbance půdy jako Osivo a sadba, 2. 2. 2017

31

aktivačního faktoru pro vzcházivost merlíku bílého z banky semen. Hlavní otázka byla: Je odezva lokálních a importovaných nažek merlíku bílého uložených v bance semen na disturbanci půdy stejná?

Metodika Nažky merlíku bílého V experimentu byly použity dva typy dormantních nažek merlíku bílého: lokální (Česká republika, Biologické centrum, 48°58’N, 14°27‘E) a importované (Dánsko, Výzkumné centrum Flakkebjerg, 55°24′N,11°21′E), které byly sbírány na podzim roku 2007. Nažky byly sbírány po dozrání, sušeny a uskladněny při pokojové teplotě. Nažky z Dánska byly čištěny a standardizovány ve firmě HerbiSeed. Půdní substrát 1000 l substrátu bylo připraveno: poměr 2 hlína : 1 rašelina : 1 písek, přeseto půdními síty s okem 3 x 3 mm, přidáno 0,6 kg mletého vápence a 1,2 kg superfosfátu. 2,5 l suchého substrátu bylo smícháno s 1000 ks nažek merlíku bílého a protřepáváno 5 min. Takto připravený substrát byl použit pro jednu plošku. Pokusná plocha, plošky Trvalá pokusná plocha byla rozdělena na 24 plošek o velikosti 25 x 25 x 4 cm. Plošky byly vystlány drátěným pletivem (oko 3 x 3 mm) a jednou vrstvou bílé netkané textilie, poté vysypány připraveným substrátem (2,5 l substrátu s 1000 nažkami merlíku bílého). Každá ploška byla překryta drátěným pletivem (oko 3 x 3 mm) tak, aby semena mohla vzcházet a zároveň aby ploška byla uchráněna před ptactvem a drobnými hlodavci. Celá trvalá plocha byla před zvěří chráněna plotem. Celkem bylo připraveno 12 plošek s lokálním merlíkem a 12 plošek s importovaným merlíkem (při dvou opakováních). Plošky byly založeny na podzim roku 2007, disturbance byly prováděny na jaře roku 2008 a 2009, pokus byl monitorován do podzimu roku 2009. Náhodné rozložení plošek s různým časováním disturbancí bylo situováno tak, aby mezi jednotlivými ploškami byla vždy min. 20 cm mezera. Během pokusu byly všechny plošky 1-3krát týdně monitorovány a byl proveden odečet vzešlých jedinců merlíků bílého, které byly z plochy hned odstraněny. Narušení půdy (disturbance) Celkem 5x za každou sezónu byla vždy na 4 ploškách (2 plošky s lokálním merlíkem a 2 plošky s importovaným merlíkem) provedena povrchová půdní disturbance (Egley, 1989), jejíchž načasování bylo stanoveno na základě teploty půdy a počtu dnů od objevení prvních semenáčků (blíže viz Schutte et al., 2014). Disturbance probíhala tak, že substrát včetně pletiva příslušné plošky byl přesát půdním sítem (oko 3 x 3 mm), byly spočítány a odstraněny naklíčené nažky a narušený substrát byl vrácen na původní místo pokusné plochy.

Výsledky a diskuse Lokální nažky začaly klíčit 28. 1. 2008 a 9. 4. 2009 a importované nažky 11. 3. 2008 a 9. 4. 2009. Průběh vzcházení nažek během obou sezón je zachycen na obrázcích 1 a 2. Počty vzešlých nažek mezi lokálními nažkami a nažkami z Dánska se lišily, přičemž lokální nažky vykazovaly vyšší vzcházivost po celou dobu obou sezón. Po narušení půdy došlo na ploškách s cíleným ošetřením k prudkému nárůstu vzcházivosti merlíku (ne hned první den po disturbanci). Tato reakce na disturbanci půdy byla sledována na všech narušených ploškách, a to jak u lokálních semen, tak u semen z Dánska, přičemž lokální nažky vykazovaly vyšší vzcházivost než nažky importované. Celkový počet vzešlých nažek na ploškách s narušením půdy byl vždy větší, než u referenčních plošek, které nebyly nikdy narušeny. Tyto údaje by bylo možné evidovat a cíleně výskyt merlíku bílého v porostu eliminovat. Sledované rozdíly pravděpodobně souvisí s různým geografickým původem semen.

32


Kumulativní počet vzešlých nažek na plošce

1.9.2007 28.01.08 28.02.08 03.03.08 07.03.08 I. Narušení ‐ 11.3.2008 14.03.08 22.03.08 II. Narušení ‐ 28.3.2008 21.03.08 III. Narušení ‐ 3.4.2008 10.04.08 15.04.08 IV. Narušení ‐ 18.4.2008 21.04.08 24.04.08 28.04.08 V. Narušení ‐ 30.4.2008 05.05.08 07.05.08 12.05.08 15.05.08 19.05.08 22.05.08 27.05.08 30.05.08 04.06.08 06.06.08 23.06.08 08.07.08 22.07.08 11.08.08 02.09.08


Lokální nažky 2008

700

600

500

400

300

200

100

0

Čas (dny)

Lokální nažky 2009

50

45

40

35

30

25

Osivo a sadba, 2. 2. 2017 Bez zásahu

20 I. Narušení

15 II. Narušení

10 III. Narušení

5 IV. Narušení

V. Narušení

0

Čas (dny)

Obr. 1: Kumulativní počet vzešlých lokálních nažek merlíku bílého (počítáno z průměru na jednu plošku) po dobu trvání pokusu (každý rok počítán zvlášť)

33

Importované nažky 2008 Kumulativní počet vzešlých nažek na plošce

350 300 250 200 150 100 50

1.9.2007 28.01.08 28.02.08 03.03.08 07.03.08 I. Narušení ‐ 11.3.2008 14.03.08 22.03.08 II. Narušení ‐ 28.3.2008 21.03.08 III. Narušení ‐ 3.4.2008 10.04.08 15.04.08 IV. Narušení ‐ 18.4.2008 21.04.08 24.04.08 28.04.08 V. Narušení ‐ 30.4.2008 05.05.08 07.05.08 12.05.08 15.05.08 19.05.08 22.05.08 27.05.08 30.05.08 04.06.08 06.06.08 23.06.08 08.07.08 22.07.08 11.08.08 02.09.08

0

Čas (dny)

Importované nažky 2009


80 70 60 50 40

Bez zásahu I. Narušení

30

II. Narušení 20

III. Narušení IV. Narušení

10

V. Narušení 0

Čas (dny)

Obr. 2: Kumulativní počet vzešlých importovaných nažek merlíku bílého (počítáno z průměru na jednu plošku) po dobu trvání pokusu (každý rok počítán zvlášť) Podle předpokladu, povrchové narušení půdy mělo za následek aktivaci nažek uložených v bance semen. To odpovídá reakci jednoletých plevelů na disturbanci půdy (Grundy et al., 2003; Jursík et al., 34


2014). To, jak nažky vzcházejí, nezávisí jen na načasování disturbance, ale také na teplotě a vlhkosti půdy (Baskin a Baskin, 1977; Grundy et al., 2003). Pouze komplexní dlouhodobější způsob obhospodařování orné půdy může ovlivnit výskyt jednoletých druhů, jejichž životní strategie je investice do banky semen (Mirsky et al., 2010).

Závěr Byla zaznamenaná reakce nažek merlíku bílého uložených v bance semen na povrchovou půdní disturbanci (hloubka 4 cm). Disturbance vyvolala prudký nárůst vzcházivosti nažek. Byl zaznamenán rozdíl v reakci mezi lokálními a importovanými nažkami. Importované nažky (původ Dánsko) vzcházely méně.

Literatura BASKIN J. M., BASKIN C. C. (1977). Role of temperature in the germination ecology of three summer annual weed. Oecologia, 40: 377–382. EGLEY G. H. (1989). Stimulation of weed seed germination in soil. Reviews of Weed Science, 2: 67–89. GRIME J. P., MASON G., CURTIS A. V., RODMAN J., BAND S. R., MOW-FORTH M. A. G., NEAL A. M., SHAW S. (1981). A comparative study of germination characteristics in a local flora. Journal of Ecology, 69: 1017–1059. GRUNDY A. C., PETERS N. C. B., RASMUSSEN I. A., HARTMANN K. A., SATTIN M., ANDERSSON L., MEAD A., MURDOCH A. J., FORCELLA F. (2003). Emergence of Chenopodium album and Stellaria media of different origins under different climatic conditions. Weed Research, 43: 163–176. JURSÍK M., HOLEC J., SOUKUP J. (2014). Polní vzcházivost plevelů v průběhu vegetace cukrovky. Listy cukrovarnické a řepařské, 130: 166–172. MIKULKA J., KNEIFELOVÁ M. (2005). Plevelné rostliny. 2. přeprac. vyd. Praha, Profi Press. MIRSKY S. B., GALLANDT E. R., MORTENSEN D. A., CURRAN W. S., SHUMWAY, D. L. (2010). Reducing the germinable weed seedbank with soil disturbance and cover crops. Weed Research, 50: 341–352. SCHUTTE B. J., TOMASEK B. J., DAVIS A. S., ANDERSSON L., BENOIT D. L., CIRUJEDA A., DEKKER J., FORCELLA F., GONZALEZ-ANDUJAR J. L., GRAZIANI F., MURDOCH A. J., NEVE P., RASMUSSEN I. A., SERA B., SALONEN J., TEI F., TORRESEN K. S., URBANO J. M. (2014). An investigation to enhance understanding of the stimulation of weed seedling emergence by soil disturbance. Weed Research, 54: 1–12. ŠERÁ B., ŠERÝ M. (2004). Number and weight of seeds and reproductive strategies of herbaceous plants. Folia Geobotanica, 39: 27–40. THOMPSON K., BAKKER J. P., BAKKER R. M. (1997). The soil seed banks of North West Europe: methodology, density and longevity. Cambridge University Press, Cambridge.

Contact address: Božena Šerá, Katedra krajinnej ekológie, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave, Ilkovičova 6, Bratislava, E-mail: [email protected]


35

Šlechtitelský a semenářský výzkum pro praxi

36


JAK OVLIVŇUJÍ MAGNETICKÉ KAPALINY KLÍČIVOST A POČÁTEČNÍ RŮST BĚLOHOŘČICE SETÉ (LEUCOSINAPIS ALBA (L.) SPACH) How Magnetic Fluids Affect the Germination and Initial Growth of White Mustard (Leucosinapis alba (L.) Spach) Božena Šerá1,2, Vlasta Vlčková2, Zdena Maděrová3 1 Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave 2 Pedagogická fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích 3 Centrum výzkumu globální změny AV ČR, České Budějovice

Abstract In this research we investigated toxicity of three types of water based magnetic iron fluids (acidic pH 2.7, alkaline pH 6.4, and citrate ferrofluids pH 6,4) at four concentrations 0.10, 0.25, 0.5 and 1.00 mg of nanoparticles of magnetic iron oxides in 1 ml ground fluids (surfactant and solvent). Seed germination and ground growth characteristics on seed dressing (used white mustard) were investigated. Significant toxicity was found at acidic ferrofluid, on the other hand a neutral effect was found at citrate ferrofluid. Values of investigated characteristics at alkaline ferrofluid brought interesting findings. The higher concentrations of iron oxides were toxic (0.5 and 1.00 mg/ml) and the lower ones (0.10 and 0.25 mg/ml) like partly eliminated the influence of the effect of ground fluids. Key words: magnetic fluid, iron nanoparticles, testing of toxicity, grow seed, seed dressing

Souhrn Text přináší výsledky z testování toxicity tří typů vodních magnetických kapalin (kyselý pH 2,7, citrátový pH 6,4 a alkalický ferrofluid pH 11,8) při koncentracích 0,10, 0,25, 0,5 a 1,00 mg nanočástic magnetických oxidů železa v 1 ml příslušné nosné kapaliny (surfaktant a rozpouštědlo). Sledovány byly klíčivost a základní charakteristiky počátečního růstu u namořených semen bělohořčice bílé. Významná toxicita byla zjištěna u kyselého ferrofluidu, naopak neurální vliv byl zaznamenán u citrátového ferrofluidu. Hodnoty sledovaných charakteristik u alkalického ferrofluidu přinesly zajímavá zjištění. Vyšší koncentrace byly toxické (0,5 a 1,00 mg/ml) a nižší koncentrace oxidů železa (0,10 a 0,25 mg/ml) částečně odbouraly negativní vliv účinku samotného nosného média (terametylamonium hydroxid). Klíčová slova: magnetická kapalina, železné nanočástice, test toxicity, růst semen, moření

Úvod O vlivu nanomateriálů nebo nanoproduktů na životní prostředí (včetně zdraví člověka) je stále nedostatečné množství informací. Nanomateriály jsou natolik malé, že mohou procházet buněčnými membránami. Interakce mezi nanočásticemi a živými organismy je závislá na fyzikálně chemických vlastnostech těchto nanočástic. Možné nebezpečí nanočástic spočívá zejména v jejich velikosti, tvaru a vysoké biologické reaktivitě (Brar et al., 2010; Bellusci et al., 2014). I malá změna ve velikosti a jejich tvaru, náboji nebo chemickém složení může vést k radikálně odlišným interakcím s živými organismy (Mahmoudi et al., 2014; Zhang et al., 2012). Toxicita nanomateriálů může být způsobena Osivo a sadba, 2. 2. 2017

37

různými důvody. U nanočástic bylo prokázáno, že mají elektrické, optické, mechanické a magnetické vlastnosti, které se vztahují k jejich rozměrům a povrchům. Rozpad nanostruktur by mohl vést k nepředvídatelnému toxickému efektu (Borm et al., 2006; Fischer a Chan, 2007). Povrchy nanočástic jsou reaktivní a zapojují se do mnoha katalytických a oxidačních reakcí. Jestliže tyto reakce indukují cytotoxicitu, může být výsledná toxicita nanočástic závažnější než u materiálu stejného chemického složení s větším rozměrem, protože poměr povrch-objem je pro materiály s nanoměřítkem mnohem větší (Fischer a Chan, 2007). Magnetické kapaliny (ferrofluidy) jsou suspenze velmi jemných feromagnetických nebo ferimagnetických částic, surfaktantu a rozpouštědla (nosné kapaliny). Chemické a mechanické vlastnosti ferrofluidu určuje nosná kapalina, kdežto její magnetické vlastnosti určují nanočástice a jejich koncentrace (Faiyas et al., 2010). Tyto kapaliny nalézají výhodné využití v různých oblastech biotechnologií (Dutz et al., 2009; Safarik et al., 2016). Intenzivní výzkum probíhá především v cílené léčbě různých zhoubných nádorů (Matsumine et al., 2011; Hilger a Kaiser, 2012; Smolková et al., 2015). Předložená práce se zabývá biologickým testováním ferrofluidů s využitím citlivosti klíčících semen bělohořčice bílé (Leucosinapis alba (L.) Spach) na jedovaté látky. Pokud dojde k inhibici klíčení a počátečního růstu semen, testovaná látka je považovaná za toxickou (Ambrožová, 2003). Měli jsme k dispozici tři vodní magnetické kapaliny a naší otázkou bylo, která z nich a případně při jaké koncentraci nanooxidů železa vyvolá toxickou reakci při klíčení semen bělohořčice seté.

Metodika Magnetické kapaliny (ferrofluidy) K dispozici jsme měly tři standardizované vodní ferrofluidy složené z magnetických nanočástic oxidů železa o průměru 10 - 20 nm: kyselý, citrátový a alkalický (tabulka 1). Ferrofluidové roztoky byly zředěny destilovanou vodou na koncentrace: 0,1 mg/ml, 0,25 mg/ml, 0,5 mg/ml a 1 mg/ml. Pro ověření změny pH při kontaktu se semeny byly změřeny pH roztoků před a po moření semen (tabulka 1). Semena bělohořčice bílé Zdravá semena bělohořčice bílé byla dezinfikována a odmašťována po dobu 10 min v 50 ml 5 % roztoku chloranu sodného. Po usušení byla namořena v jednotlivých ferrofluidech (viz tabulka 1): moření semen (minimálně 200 ks ) jednotlivými typy ferrofluidů probíhalo po dobu 120 min za soustavného protřepávání v 50 ml daného roztoku při teplotě cca 20 °C. Po vyjmutí byla semena opláchnuta destilovanou vodou a usušena. Test toxicity Na Petriho misku o průměru 9 cm byly umístěny: 3 filtrační papíry, 6 ml destilované vody, 30 namořených semen. Na každý typ namočených semen bylo použito 5 Petriho misek, tedy jeden treatment byl testován na 150 semenech. Klíčení a počáteční růst probíhal v inkubátoru (tma, teplota cca 22 °C). Počty klíčících rostlin a délky jednotlivých semenáčků byly měřeny 5. den kultivace. Poslední den byly semenáčky zváženy (čerstvá biomasa), usušeny a opět zváženy (suchá biomasa). Klíčivost semen a hmotnost sušiny byla použita pro výpočet vitality semen (vitalita semen = klíčivost semen (%) x hmotnost sušiny semenáčků (mg)). Pro referenční vzorky byla použita semena, která byla vydezinfikovaná, a která nebyla mořena. Tato semena byla buďto kultivována v 6 ml destilované vody (reference pro všechny typy a všechny koncentrace ferrofluidů) nebo v 6 ml roztoku o daném pH: kyseliny chloristé (reference pro kyselý ferrofluid), citranu sodného (reference pro citrátový ferrofluid) a nebo tetrametylamonia hydroxidu (reference pro alkalický ferrofluid). Klíčení semen a odečty dat probíhaly za stejných podmínek jako u namořených semen ferrofluidem.

38


Všechny hodnoty měřených charakteristik jsou v tomto textu prezentovány v procentech, přičemž jako výchozích 100 % byla data získaná ze semen rostoucích na Petriho miskách s destilovanou vodou. Přehled o ošetření semen a o způsobech kontroly jsou shrnuty v tabulce 1. Tab. 1: Metodický přehled testovaných ferrofluidů včetně referenčních kontrol Moření semen ferrofluidy Alkalický ferrofluid

Citrátový ferrofluid

Kyselý ferrofluid

Kontroly Destilovaná voda Tetrametylamonium hydroxid Citran sodný Kyselina chloristá

Označení

pH Koncentrace oxidů železa před mořením po moření (mg/ml)

AL010 AL025 AL050 AL100 CL010 CL025 CL050 CL100 KY010 KY025 KY050 KY100

0.10 0.25 0.50 1.00 0.10 0.25 0.50 1.00 0.10 0.25 0.50 1.00

11.2 11.5 12.1 12.4 5.7 6.5 6.6 6.6 3.2 3.0 2.5 2.2

10.9 11.2 11.6 11.9 6.6 6.6 6.7 7.0 6.4 4.9 3.5 3.0

K AL000 CL000 KY000

0.00 0.00 0.00 0.00

‐ 12.3 6.6 2.2

‐ 12.0 6.7 2.9

Statistické vyhodnocení Z důvodu normalizace byla nejdříve provedena logaritmická transformace. Bylo testováno, jak se mezi sebou liší jednotlivá ošetření (typy použitých ferrofluidů a jejich ředění) včetně všech referenčních vzorků. Ke statistickému vyhodnocení byla použita jednorozměrná analýza variance a následně Tukey test (HSD), vše na hladině pravděpodobnosti α ≤ 0,05. Ke zpracování byly použity programy Microsoft Office Excel a Statistica. Více k metodice viz. Vlčková 2014.

Výsledky a diskuse Všechny naměřené hodnoty jsou prezentovány v tabulce 2. Bylo zjištěno, že ze tří typů testovaných ferrofluidů byl kyselý ferrofluid toxický pro semena bělohořčice seté, protože většina z měřených parametrů byla signifikantně nižší než u referenčních vzorků. Byla zjištěna vyšší hmotnost sušiny semenáčků, ale jen u koncentrace KY010 byla hmotnost signifikantně vyšší vzhledem ke kontrolám. Semena mořená citrátovým ferrofluidem se na hladině významnosti P ≤ 0,05 nelišila od kontrol (výjimka u čerstvé biomasy semenáčků). Citrátový ferrofluid působil na semena neutrálně, a nebyl tedy toxický. Ačkoliv pozitivní trend ve vitalitě semen při aplikaci citrátového feroffluidu nebyl na signifikantní hladině významnosti, ze získaných dat vyplývá, že nižší koncentrace nanooxidů železa (CL010; CL025) mohou pozitivně ovlivnit růst semenáčků. Je zajímavé, že namořením semen nižšími koncentracemi alkalického ferrofluidu (AL010; AL025) byly klíčivost semen, délka semenáčků, čerstvá biomasa semenáčků a vitalita semen signifikantně vyšší než u namoření vyššími koncentracemi (AL050; AL100), (tab. 2). Vzhledem k hodnotám u těchto charakteristik semen, která byla mořena AL010 a AL025, je možné, že nižší koncentrace alkalického ferrofluidu pozitivně ovlivnily negativní vliv terametylamonia hydroxidu. Potvrzení této hypotézy bude součástí dalších studií. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

39

Tab. 2: Růstové charakteristiky namořených semen bělohořčice seté ferrofluidy. Ve sloupcích HSD jsou uvedeny výsledky Tukey testu, různá písmena vyjadřují statisticky významný rozdíl na hladině P ≤ 0,05. Zvýrazněny jsou hodnoty, které jsou z biologického hlediska zajímavé a jsou diskutovány v odstavci Výsledky a diskuse. Zkratky typů ošetření odpovídají tabulce 1. Ošetření K AL000 AL010 AL025 AL050 AL100 K CL000 CL010 CL025 CL050 CL100 K KY000 KY010 KY025 KY050 KY100

Klíčivost semen (%) 100 27 97 93 8 6 100 96 95 96 92 91 100 66 69 71 9 12

HSD a bc a a c cd a a a a a a a b b b c cd

Délka semenáčků (%) 100 2 96 90 0 0 100 111 96 59 99 66 100 33 21 13 0 1

HSD a b a a bc bc a a a a a a a b b b b b

Hmotnost semenáčků čerstvá biomasa suchá biomasa (%) HSD (%) HSD 100 a 100 ad 36 b 118 bcd 111 ab 113 a 107 ab 116 a 40 bc 89 cd 41 bc 102 abd 100 acd 100 a 36 b 118 a 116 a 86 c 169 a 123 d 113 a 101 acd 109 a 104 acd 100 f 100 a 46 acd 104 a 56 abe 119 b 66 b 111 ab 34 c 112 ab 38 ce 110 ab

Vitalita semen (%) 100 32 108 99 7 6 100 114 110 162 104 99 100 69 82 79 10 13

HSD a bc a a b b a a a a a a a b b b c c

V pracích, které popisují vliv nanočástic na vyšší rostliny, bylo zjištěno, že nanočástice mohou negativně ovlivňovat růst a vývoj rostlin. Bylo zjištěno negativní ovlivnění životaschopnosti pylu, růstu pylových láček a produkce semen (Bombin et al., 2015), vyvolání obranné reakce zvýšením katalázy u semenáčků Petroselinum crispum (Vochita et al., 2012b), nebo ovlivnění genotoxicity u mladých kořínků Helianthus annuus (Vochita et al. 2012a). Namořená semena bělohořčice seté v našem pokuse reagovala v závislosti na druhu nosné kapaliny (vliv pH) a na koncentraci nanočástic (tab. 2). Zajímavým zjištěním byl vliv nižších koncentrací alkalického ferrofluidu na klíčivost a růst bělohořčice seté, včetně vitality semen (tab. 2). Železo patří mezi biogenní prvky, které jsou nezbytné pro výživu rostlin. Železo je významnou složkou chlorofylu a jeho nedostatek se projevuje nedostatečnou tvorbou chlorofylu (chloróza). Otevírá se otázka možnosti využití nanočástic ve výživě rostlin (Šerá a Hájková, 2015). Nanočástice mohou díky svému celkovému povrchu nahradit množství klasicky aplikovaného prvku.

Závěr Namořená semena bělohořčice seté reagovala různým způsobem, podle kterého: kyselý ferrofluid byl toxický, citrátový ferrofluid neutrální a u alkalického ferrofluidu záleželo na koncentraci částic. Bylo zjištěno, že toxicita magnetických ferrofluidových kapalin je závislá na typu nosné kapaliny (včetně pH) a koncentraci nanočástic.

Literatura AMBROŽOVÁ J. (2003). Aplikovaná a technická hydrobiologie. 2. vyd. VŠCHT, Praha. BELLUSCI M., LA BARBERA A., PADELLA F., MANCUSO M., PASQUO A., GROLLINO M. G., LETER G., NARDI E., CREMISINI C., GIARDULLO P., PACCHIEROTTI F. (2014). Biodistribution and acute toxicity of a nanofluid containing manganese iron oxide nanoparticles produced by a mechanochemical process. International Journal of Nanomedicine, 9: 1919–1929. BOMBIN S., LEFEBVRE M., SHERWOOD J., XU Y., BAO Y., RAMONELL K. (2015). Developmental and Reproductive Effects of Iron Oxide Nanoparticles in Arabidopsis thaliana. International Journal of Molecular Science, 16: 24174–24193.

40


BORM P. J., ROBBINS D., HAUBOLD S., KUHLBUSCH T., FISSAN H., DONALDSON K., SCHINS R., STONE V., KREYLING W., LADEMANN J., KRUTMANN J., WARHEIT D., OBERDORSTER E. (2006): The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC. Particle and Fibre Toxicology, 3: 11. BRAR S. K., VERMA M., TYAGI R. D., SURAMPALLI R. Y. (2010). Engineered nanoparticles in wastewater and wastewater sludge. Evidence and impacts. Waste Management, 30: 504–520. DUTZ S., CLEMENT J. H., EBERBECK D., GELBRICH T., HERGT R., MULLER R., WOTSCHADLO J., ZEISBERGER M. (2009). Ferrofluids of magnetic multicore nanoparticles for biomedical applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 321: 1501–1504. FAIYAS A. P. A., VINOD E. M., JOSEPH J., GANESAN R., PANDEY R. K. (2010). Dependence of pH and surfactant effect in the synthesis of magnetite (Fe3O4) nanoparticles and its properties. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 322: 400–404. FISCHER H. C., CHAN W. C. W. (2007). Nanotoxicity: the growing need for in vivo study. Current Opinion in Biotechnology, 18: 565–571. GUARDIA P., DI CORATO R., LARTIGUE L., WILHELM C., ESPINOSA A., GARCIAHERNANDEZ M., GAZEAU F., MANNA L., PELLEGRINO T. (2012). Water-Soluble Iron Oxide Nanocubes with High Values of Specific Absorption Rate for Cancer Cell Hyperthermia Treatment. ACS Nano, 6: 3080–3091. HILGER I., KAISER W. A. (2012). Iron oxide-based nanostructures for MRI and magnetic hyperthermia. Nanomedicine (Lond.), 7: 1443–1459. MAHMOUDI M., MENG J., XUE X., LIANG X. J., RAHMAN M., PFEIFFER CH., HARTMAN R., GIL P. R., PELAZ B., PARAK W. J., DEL PINO P., CARREGAL-ROMERO S., KANARAS A. G., SELVAN S. T. (2014). Interaction of stable colloidal nanoparticles with cellular membranes. Biotechnology Advances, 32: 679–692. MATSUMINE A., TAKEGAMI K., ASANUMA K., MATSUBARA T., NAKAMURA T., UCHIDA A., SUDO A. (2011). A novel hyperthermia treatment for bone metastases using magnetic materials. International Journal of Clinical Oncology, 16: 101–108. SAFARIK I., STEPANEK M., UCHMAN M., SLOUF M., BALDIKOVA E., NYDLOVA L., POSPISKOVA K., SAFARIKOVA M. (2016). Composite particles formed by complexation of poly(methacrylic acid) - stabilized magnetic fluid with chitosan: Magnetic material for bioapplications. Materials Science and Engineering C Materials for Biological Applications, 67: 486–492. SERA B., HAJKOVA M. (2015). Stimulative Effect of Trisol Products on Poppy Seed (Papaver somniferum L.). Improving Seed Germination and Field Emergence. In: SEED AND SEEDLINGS XII Pages: 211–215. SMOLKOVA I. S., KAZANTSEVA N. E., MAKOVECKAYA K. N., SMOLKA P., SAHA P., GRANOV A. M. (2015). Maghemite based silicone composite for arterial embolization hyperthermia. Materials Science and Engineering C Materials for Biological Applications, 48: 632–641. VLČKOVÁ V. (2016). Vliv magnetických kapalin na klíčivost a růst bělohořčice seté (Leucosinapis alba (L.) Spach). MS Bakalářská práce, katedra biologie PF JU v Č. Budějovicích. VOCHITA G., CREANGA D., FOCANICI-CIURLICA E. (2012a). Magnetic nanoparticle genetic impact on root tip cells of sunflower seedlings. Water, Air and Soil Pollution, 223: 2541–2549. VOCHITA G., MAXIM E., BARA C. I., OPRICA L. (2012b). Antioxidant enzymes response to magnetic nanoparticles in Petroselinum seedlings. In: Conference Proceeding. 10 Years of Nanotechnology Development in the Republic of Moldova, 22–23. 10.2012, . ZHANG X. Q., XU X., BERTRAND N., PRIDGEN E., SWAMI A., FAROKHZAD O. C. (2012). Interactions of nanomaterials and biological systems: Implications to personalized nanomedicine. Advanced Drug Delivery Reviews, 64: 1363–1384.

Contact address: Božena Šerá, Katedra krajinnej ekológie, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave, Ilkovičova 6, Bratislava, E-mail: [email protected]


41

VLIV STIMULACE SEMEN LASEREM NA SEMENÁŘSKOU HODNOTU OSIVA A OBSAH PIGMENTŮ U KLÍČENVCŮ VIKVE SETÉ Influence of Laser Stimulation of Seeds on Sowing Value and Pigment Content in Common Vetch (Vicia sativa L.) Seedlings Hanna Szajsner1, Anna Koszelnik-Leszek2, Maria Pytlarz–Kozicka3, Elżbieta Sacała4, Anna Demczuk4 1 Department of Genetics, Plant Breeding and Seeds Production 2 Department of Botany and Plant Ecology 3 Department of Crop Production 4 Department of Plant Nutrition Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland

Abstract The study material comprised forms of common vetch, three varieties (Hanka, Ina, Jaga) and stock DS 111 W. Various dosages of semi-conductive laser light were used in the experiment. Seedlings from the control and the experimental groups were grown in a germinating cabin. Similar effects were observed after D7 and D9 dosages. An increase was stimulated in the radicle, seedling and chlorophyll content, as well as chlorophyll b content in Jaga variety and DS 111 W stock. Key words: common vetch, laser stimulation, sowing value, carotenoids, chlorophyll, seedlings

Souhrn Pokusný materiál tvořily tři odrůdy vikve seté Hanka, Ina, Jaga a DS 111 W. V pokusu byly použity různé stupně laserového ozáření. Kontrolní i ošetřené varianty byly pěstovány v klimaboxu. Při stupni ozáření D7 a D9 byly zjištěny podobné účinky. Po stimulaci osiva došlo k prodloužení kořene i nadzemní části klíčících rostlin, zvýšení obsahu chlorofylu a také obsahu chlorofylu b u odrůd Jaga a DS 111 W. Klíčová slova: vikev setá, laserová stimulace, semenářská hodnota, karotenoidy, chlorofyl, klíčící rostliny

Introduction Common vetch is a valuable fodder plant because of its high nutrient content, high digestibility and resistance to illnesses. However, it is used less often than legumes, though its harvest potential is so great that it provides as many nutrients, as other species (Jasińska and Kotecki, 1993, Krekora, 1975). The aversion of farmers and producers is mainly a result of its clear reaction to weather factors in the vegetation period, which results in low harvest stability. In their studies, Sobkowicz and Śniady (1999a); Kozak (2004), suggest a certain difficulty in growing common vetch, namely cold-water stress (Knypl, 1983), which significantly influences the initial stages of development - germination, seedling growth and affects later condition of the plants causing reduced plant density and lower harvest (Pszczółkowska et al., 2003).

42


One of the pro-ecological methods used to improve the parameters of crop plants is to condition them with laser light (Dobrowolski, 2001). Laser light modifies biochemical and physiological processes and, thus, improve sprouting or lower plant sensitivity to stress factors (Jakubiak and Śliwka, 2008; Podleśny and Stochmal, 2005; Szajsne,r 2009; Buurman, 1997). Therefore, the experiment was aimed at studying the influence of laser light on seed quality and on pigment content in common vetch cotyledons.

Materials and methods A two-factor experiment was conducted in a Sanyo type MLR-351 H germination cabin with the aim to determine the influence of seedbed laser bio-stimulation of seeds on early development stages and pigment content in cotyledons. Before planting the seeds exposed to laser light (factor I) in varied dosages: D1 – base dosage 0.25 Jxcm-2, D3 (three-), D5 (five-), D7 (seven-), D9 (nine-fold the base dosage) and C (control group without laser dosage). Factor II was the forms of common vetch: DS 111 W stock and Hanka, Ina and Jaga varieties. CTL – 1106 MX semi-conductive laser was used irradiation. The irradiated surface was determined using CTL 1202 S laser scanner. During the study detailed observations of and plant development (ISTA 2008) were conducted, including sprouting capabilities and energy, biometrics of seedlings, dry and fresh harvest and pigment content in cotyledons. Photosynthetic pigments extraction and determination

Plant material (0.2 g of cotyledons) was homogenized in chilled 80 % (v/v) acetone and then centrifuged at 5000 × g for 10 min. at 4°C. The obtained supernatant was collected and put to a flask 25 cm3 and filled by 80 % acetone to a final volume 25 cm3. The absorbance of obtained extracts was recorded at 470, 647, 663 nm and the concentrations of chlorophyll a, of chlorophyll b, total chlorophyll (chlorophyll a + chlorophyll b) and carotenoids were calculated using Lichtenthaler equations (1987). Analysis of variance for two-factor experiment was used in statistical analysis and Duncan test was used to create homogeneous groups.

Results and discussion The experiment showed no significant influence of irradiation on sprouting capabilities or energy in the studied forms of common vetch. Similar results were obtained by Alvarez et al. (2011), when laser stimulating of tomato seeds showed no significant changes in sprouting. Radicle length depended both on the variety and seedbed irradiation (Fig. 1). The interaction of varieties and dosages showed stimulation of this feature in DS 111 W stock after three-, five- and nine-fold seed irradiation. The greatest effect was obtained with D9 dosage in which case the radicle length grew by 39 %. Similarly, Ina variety reacted to D5 dosage with 38 % stimulation in comparison to the control group. Hanka variety showed a decrease in radicle length, whereas Jaga variety showed no reaction to irradiation whatsoever.

Fig. 1: The influence of seeds irradiated on root length- homogeneous groups


43

Seedbed common vetch seed irradiation modified the length of obtained seedlings. D7 and D9 dosages caused the seedlings to increase their length by over 8 % and 12 % in comparison to the control group (Fig. 2a). The obtained interaction showed a positive reaction to laser irradiation only in DS 111 W where the seedling lengthened. It reached from 17.8 mm to 20.5 mm in comparison to the control group (Fig. 2b). a) doses

b) interaction

Fig. 2: The influence of seeds irradiated on seedling length homogeneous groups As to leaf length, the effects of stimulation were observed for dosages D7 and D9 (Fig. 3a). Again, stock DS 111 W proved the most susceptible to laser light. The stimulation effect was obtained after every dosage whereas the highest growth was obtained with D9 seed irradiation. Stimulation was also observed in Ina variety (D5) and Jaga (D7) (Fig. 3b). Seedbed stimulation, according to many authors’ opinion, causes seedling balance and increased seedlings and plant growth (Dziwulska-Hunek et al., 2009;, Yang et al., 2012). a) doses

b) interaction

Fig. 3: The influence of seeds irradiated on leaf length homogeneous groups The study also revealed varied interactions of the studied forms to laser light irradiation of fresh material obtained from common vetch. Again, DS 111 W stock showed the highest fresh mass after D9 dosage. The other studied varieties did not show a positive reaction to seedbed irradiation (Fig. 4). Studies of eggplant seed stimulation conducted by Muthusamy et al. (2012) showed lengthened stems and roots, fresh mass and root mass increase and more seedling leaves in comparison to the control samples.

44


Fig. 4: The influence of seeds irradiated on fresh matter homogeneous groups - interaction The conducted research showed a significant increase in chlorophyll a and chlorophyll b in DS 111 W leaves (respectively 9.5 % and 11.3 %) and Jaga variety leaves (respectively 9.3 % and 13.8 %) from irradiated seeds. Chlorophyll content increased after D7 irradiation dosage (Fig. 5a and Fig. 5b). There was also a significant increase in chlorophyll a and b in DS 111 W stock with all laser light dosages (max. 10 % with D7 dosage) and in Jaga variety (by 10.5 %) again after D7 dosage (Fig. 5c). In case of carotenoids, effects of stimulation were only visible in DS 111 W. After D7 irradiation dosage vetch seeds had 9 % more pigment in comparison to the control group (Fig. 5d). Szajsner et al. (2013) obtained increased chlorophyll a and chlorophyll a+b in sugar beet seedlings after irradiating the root with semi-conductive laser light. In their studies of wheat, Yang et al. (2012) observed a healing effect of irradiation on changes caused by UV-B radiation and leaf chlorophyll content stimulation. An increase in carotenoids in glycine leafs was also observed by Ouf and Abdel-Hady (1999). a) chlorophyll a

b) chlorophyll b


45

c) chlorophyll a + b

d) carotenoids

Fig. 5: The influence of pre-sowing seeds stimulation on pigments content homogeneous groups – interaction

Conclusions 1. Semi-conductive laser light irradiation of common vetch seeds positively influenced the growth and development of the obtained seedlings and lengthened the radicle and the seedling. 2. Seven-fold and nine-fold irradiations were most beneficial for the development of seedlings and the pigment content. 3. Seed material irradiation had the greatest effect on DS 111 W stock.

References ÁLVAREZ A., RAMÍREZ R., CHÁVEZ L., CAMEJO Y. (2011). Effect of the treatment of seeds with radiation laser of fall promotes in a hybrid of tomato (Solanum lycopersicum L.). Revista Granma Ciencia 15(2):1–9. BUURMAN P., PEPE Th., MUGLER C. C. (1997). Laser grain – size determination in soil genetic studies. 1 Practical problems. Soil Science 162(3): 211– 218. DOBROWOLSKI J. W. (2001). Perspectives of application of laser biotechnology in management of the natural environment. Polish Journal of Environmental Studies10. Wyd. Hard. Olsztyn. DZIWULSKA-HUNEK A, KORNARZYŃSKI K., PIETRUSZEWSKI S., SZOT B. (2009). Effect of laser and variable magnetic field stimulation on amaranth seeds germination. Int. Agrophysics 23: 229–235. HERNÁNDEZ-AGUILAR C., DOMÍNGUEZ-PACHECO A., CRUZ-OREA A., ANNE PODLEŚNA A., IVANOV R., CARBALLO CARBALLO A., PÉREZ REYES M.C., SÁNCHEZ HERNÁNDEZ G., ZEPEDA BAUTISTA R., LÓPEZ-BONILLA J. L. (2016). Laser biostimulation in seeds and plants. Gayana Bot. 73(1): 132–149. ISTA. (2008). International Rules for Seed Testing. Int. Seed Testing Association Press, Bassersdorf, CH, Switzerland. JAKUBIAK M., ŚLIWKA M. (2008). Management and reclamation of lands with raised soil salinity degraded by activity of miting industry. Mineral Resources Management 24(3/3):129–138. JASIŃSKA Z., KOTECKI A. (1993). Rośliny strączkowe. PWN, Warszawa, p.205. KNYPL J.S. (1983). Podwyższenie wilgotności nasion osłabia objawy stresu chłodnowodnego przy kiełkowaniu, Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 258: 87–94. KOZAK M. (2004).Wartość gospodarcza wyki siewnej (Vicia sativa L.) uprawianej na nasiona w siewie czystym i mieszanym. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Rozprawy CCLVI no. 498. KREKORA J. (1975). Znaczenie roślin podporowych w uprawie wyki jarej na nasiona. Hod. Rośl. 3: 17–19.

46


LICHTENTHALER H. K.,(1987). Chlorophyls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes. Methodsenzymol., 148: 350–382. MUTHUSAMY A., KUDWA P. P., PRABHU V., MAHATO K. K., BABU V. S., RAO M. R., PUTHIYA M. G., SATYAMOORTHY K. (2012). Influence of Helium-Neon Laser Irradiation on Seed Germination In Vitro and Physico-Biochemical Characters in Seedlings of Brinjal (Solanum melongena L.) var. Mattu Gulla. Photochemistry and Photobiology 88(5): 12271235. OUF S. A., ABDEL-HADY. N. F. (1999). Influence of He-Ne Laser Irradiation of Soybean seeds on seed mycoflora, growth, nodulation, and resistance to Fusarium solani. Folia Microbiologica 44: 388–396. PODLEŚNY J., STOCHMAL A. (2005).Wpływ światła laserowego na niektóre procesy biochemiczne i fizjologiczne w ziarnie i roślinach kukurydzy (Zea mays L.). Pam. Puł.,140: 215–226. PSZCZÓŁKOWSKA A., OLSZEWSKI J., FORDOŃSKI G., PLODZIEŃ K. (2003). Wpływ stresu wodnego i mineralnego na zdrowotność nasion wybranych odmian grochu siewnego i łubinu żółtego, Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura 2 (1): 101–113. SOBKOWICZ P., ŚNIADY R. (1999). Wydajność mieszanek pszenżyta jarego z wyką siewną uprawiana na nasiona w zależności od sposobu siewu i nawożenia azotem. Cześć I. Plonowanie wyki siewnej. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Rolnictwo 74: 167–180. SZAJSNER H. 2009. The analysis of laser radiation treatment effects on grains of selected genotypes of cereals. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu rozprawy CCLVI no. 571. SZAJSNER H., PROŚBA-BIAŁCZYK U., LEWANDOWSKA S., SACAŁA E., DEMCZUK A., GRZYŚ E. (2013). Germination of sugar beet depending on the method of preparing seedsPre-sowing stimulation of sugar beet seeds. Osivo a sadba XI. odborný a vedecký seminář. Sbornik referátu, p. 217–222. YANG L., HAN R., SUN Y. (2012). Damage repair effect of He-Ne laser on wheat exposed to enhanced ultraviolet-B Radiation. Plant Physiology and Biochemistry 57: 218–221.

Contact address: Dr inż. Anna Koszelnik-Leszek, Department of Botany and Plant Ecology, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland, pl. Grunwaldzki 24a, 50-363 Wroclaw. E-mail: [email protected]


47

VLIV LASEROVÉHO ZÁŘENÍ NA KLÍČENÍ A RŮST KLÍČENCŮ VYBRANÝCH DRUHŮ LÉČIVÝCH ROSTLIN Influence of Laser Radiation on the Germination and Growth of Seedlings of Selected Species of Herbs Hanna Szajsner1, Maria Pytlarz-Kozicka2, Anna Koszelnik-Leszek3, Piotr Kuc4 1 Department of Genetics, Plant Breeding and Seed Production 2 Department of Crop Production 3 Department of Botany and Plant Ecology 4 Department of Agro ecosystems and Green Areas Management, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland

Abstract Laboratory studies were conducted to evaluate sowing value of three species of herbal plants: Melissa officinalis, Salvia officinalis and Valeriana officinalis after laser stimulation in the years 2015 - 2016. Experiment design used complete randomization in triplicate. The experimental factors were: 1 - the species of herbs, 2 - dose radiation exposure: C -control (seeds not subjected to irradiation, three (D3), five (D5) and seven times (D7) the basal. Seed germination and germination energy were evaluated. The highest energy and germination of Salvia officinalis and Valeriana officinalis were obtained after D3 laser exposure and in case of Melissa officinalis at D5. Increasing the dose of laser radiation to D7 in case of all tested species showed a decrease in energy and germination. Key words: herbs, laser stimulation, germination

Souhrn V letech 2015-2016 byly provedeny laboratorní studie, které hodnotily semenářskou hodnotu tří druhů bylin: Melissa officinalis, Salvia officinalis a Valeriana officinalis po ošetření laserovým zářením. Pokus byl založen pomocí úplné randomizace ve třech opakováních. Pokusnými faktory byly: 1) druh byliny, 2) stupeň ozáření: C – kontrola (semena nevystavená záření), trojnásobek (D3), pětinásobek (D5) a sedminásobek (D7) základní dávky záření. Byla hodnocena klíčivost a energie klíčení. Nejvyšší energie a klíčivost byla u Salvia officinalis a Valeriana officinalis dosažena při použití trojnásobku základní dávky záření (D3) a u Melissa officinalis při pětinásobné dávce záření (D5). Zvýšení dávky laserového záření na D7 průkazně snížilo energii a klíčení u všech testovaných druhů bylin. Klíčová slova: léčivé rostliny, laserová stimulac, klíčení

Introduction Nowym wyzwaniem naukowców w XXI wieku jest opracowanie nowych technologii uprawy roślin, które zwiększą globalną produkcję żywności, aby wyżywić rosnącą populację ludności (Pittelkow i wsp. 2015). Przewiduje się wzrost ludności do 2050 o dwa do trzech miliardów. Według prognoz liczba ludności na świecie wzrośnie wówczas do około 9,0 mld (FAO 2011). Trzeba więc zapewnić wzrost produkcji żywności przy jednoczesnej ochronie środowiska (Foley 2011, HernándezAguilar i in. 2016), zwłaszcza w kontekście obecnych i przyszłych zmian klimatycznych (Trnka i wsp. 2014) oraz prognoz dotyczących lat o skrajnie niekorzystnych warunkach atmosferycznych (Semenov i Shewry 2011, IPCC 2012). W tym kontekście technologia laserowa, wśród wielu innych, może być 48


dobrym rozwiązaniem, które należy uwzględnić, jako jeden z elementów stymulacji nasion zwiększających plonowanie roślin. Ważnym czynnikiem wpływającym na plonowanie jest siew materiału charakteryzującego się wysoką energią i zdolnością kiełkowania, który zapewnia szybkie i równomierne wschody siewek. Metody fizyczne jak naświetlanie światłem lasera lub poddawanie nasion działaniu zmiennego pola magnetycznego to przyjazne dla środowiska sposoby uszlachetniania materiału siewnego (Pietruszewski 2002, Soltani i in. 2006, Gładyszewska 2011). Szczególnie korzystne efekty obserwowano po zastosowaniu światła laserowego, zwłaszcza, gdy stosowano lasery o długości fali odpowiadającemu fali światła czerwonego (od ok. 630 do ok. 780 nm), który stanowi przedział najniższych częstotliwości rozpoznawalnych przez ludzkie oko i jak dowodzi Dziwulska (2006), fale o tej długości mają pozytywny wpływ na wzrost i rozwój roślin. Wpływają one głównie na proces kiełkowania nasion i wzrost siewek we wczesnych stadiach rozwojowych (Muszyński i Gładyszewska 2008, Dziwulska-Hunek i in. 2009). Podleśny (2000) uważa, że naświetlanie nasion światłem lasera w warunkach doświadczeń polowych ma mniejszy wpływ na późniejszy rozwój roślin niż w warunkach laboratoryjnych. Drozd i Szajsner (2007) badając reakcję ogórka na przedsiewną stymulację promieniami lasera wykazały natomiast istotne zwiększenie zdolności kiełkowania po zastosowaniu wszystkich badanych dawek promieniowania w porównaniu z obiektem kontrolnym. Przedsiewna biostymulacja laserowa może być, więc czynnikiem powodującym podwyższenie parametrów wartości siewnej i przyspieszającym wzrost siewek u niektórych gatunków warzyw. Wielu autorów wskazuje, że sukces stymulacji zależy od natężenia światła laserowego, długości fali, czasu naświetlania oraz dawki promieniowania (Rybiński 2000, Hernandez i in. 2006, 2010, Soliman i Haris 2010). Niższe dawki światła laserowego przyczyniają się do aktywacji roślin, powodując zwiększenie potencjału bio-energetycznego. Badania nasze prowadzono z nasionami trzech gatunków roślin zielarskich uprawianych zarówno w uprawie polowej jak i w ogrodzie. Melisa lekarska (Melissa officinalis), (MTS 0,5-0,7g) oraz Szałwia lekarska (Salvia officinalis), (MTS 6-8g) to gatunki wieloletnie z rodziny jasnotowatych (Lamiaceae), pochodzące z rejonów śródziemnomorskich, ciepłolubne. Surowcem zielarskim obu gatunków są liście. Nasiona ich zachowują zdolność kiełkowania przez 3 lata. Kozłek lekarski (Valeriana officinalis), (MTS orzeszków 0,4-0,6g) natomiast to dwuletnia, roślina lecznicza należąca do rodziny kozłkowatych (Valerianaceae Batsch). Surowcem zielarskim są kłącza, z których są produkowane farmaceutyki. Nasiona Kozłka lekarskiego w miarę przechowywania obniżają siłę kiełkowania, a po roku tracą zupełnie zdolność kiełkowania.

Methods Celem badań było określenie wpływu przedsiewnej stymulacji laserem półprzewodnikowym CTL - 1106 MX na kiełkowanie nasion oraz na wschody siewek trzech gatunków roślin zielarskich Melissa officinalis, Salvia officinalis i Valeriana officinalis charakteryzujących się różną masą 1000 nasion i okresem, w jakim zachowują zdolność kiełkowania, a także o różnej, deklarowanej przez producenta początkowej zdolności kiełkowania od 23 do 85% w zależności od gatunku i roku zakupu (dane z etykiet na opakowaniach). Jakość nasion wyrażono za pomocą energii i zdolności kiełkowania. Tab. 1: Energy and germination of seeds of the species tested herbs declared by the producer The ability of seed Germination energy (%) germination (%) Species 2015 2016 2015 2016 Valeriana officinalis 30 33 42 46 62 66 85 85 Melissa officinalis 23 20 40 37 Salvia officinalis


49

Doświadczenie laboratoryjne dwuczynnikowe przeprowadzono w latach 2015 i 2016 w Katedrze Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Czynnik pierwszego rzędu stanowiły wybrane gatunki roślin zielarskich: (Melissa officinalis, Salvia officinalis i Valeriana officinalis). Czynnik drugiego rzędu to zróżnicowane dawki światła lasera półprzewodnikowego model CTL – 1106 MX o mocy 200 mW i o długości fali 670 nm. Powierzchnię naświetlaną ustalono za pomocą współpracującego z laserem skanera, model CTL 1202 S. Przedsiewnie zastosowano: trzy- (D3), pięcio- (D5) i siedmiokrotność dawki podstawowej (D7), która wynosiła 0,25 Jxcm-2 czas naświetlania 4,1 min, oraz C - wariant kontrolny – nasiona bez naświetlania. Naświetlanie laserem stosowano dzień przed wysiewem nasion. Naświetlaną powierzchnię ustalono przy pomocy współpracującego z laserem skanera (model CTL 1202 S). Jedną partię nasion wysiano na płytkach Petriego, na wilgotnej bibule nasączonej wodą destylowaną o pH około 7, na którą wysiewano po 100 nasion w trzech powtórzeniach. Płytki umieszczono następnie w kabinie kiełkowniczej Sanyo typ MLR-351 H, o kontrolowanej temperaturze (22-24°C), bez doświetlania. Zgodnie z wymogami ISTA (2008) po siódmej dobie oceniano energię kiełkowania, a po 21 dniach – zdolność kiełkowania nasion kontrolnych jak i poddanych działaniu światła laserowego. Drugą partię nasion potraktowanych tymi samymi dawkami wysiano na polu doświadczalnym Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu i obserwowano polową zdolność wschodów i średni czas wschodów. Wyniki poddano analizie statystycznej właściwej dla doświadczeń laboratoryjnych dwuczynnikowych założonych metodą kompletnej randomizacji (ANOVA). Zależność badanych zmiennych określono na podstawie testu Fishera przy prawdopodobieństwie błędu α = 0,05.

Results and discussion Ocenę wartości siewnej nasion badanych gatunków ziół podano, jako średnią z dwu lat badań, ze względu na brak istotnej interakcji z latami. Energia kiełkowania nasion istotnie różniła się w zależności od dawki promieniowania oraz gatunku rośliny zielarskiej (tab. 2). Tab. 2: Seed germination energy (%) of selected species of herbs(the average of years) Species Salvia Valeriana Melissa officinalis officinalis Radiation dose officinalis 61,7 19,3 23,3 Control 80,7 31,3 35,0 D3 88,0 28,0 34,0 D5 82,3 26,0 31,3 D7 2,1 1,4 1,3 NIR α=0,05 Legend: Control - Seeds of non-irradiated, triple (D3), five (D5) and seven times the basal (D7).

Naświetlanie nasion laserem we wszystkich kombinacjach istotnie zwiększało ich energię kiełkowania na tle obiektu kontrolnego. Z dawek światła lasera najefektywniejsza okazała się dawka 5-cio krotna w przypadku Melissa officinalis (88 %), a dla nasion Valeriana officinalis (31,3 %) i Salvia officinalis (35,0 %) dawka 3-krotna dawki podstawowej. Podobne wyniki uzyskały Krawiec i in. (2015) badając energię kiełkowania Skorzonery. Stymulacja światłem lasera najefektywniej u Skorzonery wpłynęła na poprawę szybkości kiełkowania nasion o niskiej, jakości. Badania prowadzone przez Krawca i Dziwulską-Hunek (2009) na starych nasionach grochu z użyciem światła lasera He-Ne również wskazały wzrost energii i zdolności kiełkowania. W naszych badaniach zakupione nasiona Valeriana officinalis i Salvia officinalis (również były słabej jakości (tab. 1), a naświetlanie ich promieniami lasera podniosło energię kiełkowania o 12,0 % u Salvia officinalis i o 12,3 % u Valeriana officinalis. Naświetlanie nasion Skorzonery spowodowało również wzrost szybkości wschodów, co dało się zauważyć również w naszych badaniach (tab. 3). Rośliny wysadzone w polu a wcześniej naświetlane promieniami lasera (dawka 3-krotna dawki 50


podstawowej) wcześniej wschodziły o 6 dni w przypadku Melisy lekarskiej i o 3 dni wcześniej w przypadku Valeriana officinalis i Salvia officinalis. Pozytywne efekty stymulacji nasion światłem lasera różnych gatunków roślin obserwowali również Ćwintal i in. (2013) oraz Hernandez i in. (2010). Obserwowano większą żywotność siewki i odporność na stres. Copeland i McDonald (1995) stwierdzili natomiast, że rezultatem wyższej energii kiełkowania jest często silniejszy rozwój korzeni, zwiększona świeża masa rozsady i później rośliny. To zwykle skutkuje wyższym plonem korzeni, bulw lub liści. Tab. 3: The length of the phases of development Control Phase phenological

Stimulation laser

Melissa officinalis

Salvia officinalis

21

18

22

15

15

18

6

4

6

4

3

4

Seeds The beginning of the sunrise The fullness of sunrise

Valeriana Melissa Salvia officinalis officinalis officinalis 20.04.2015, 26.04.2016

Valeriana officinalis

Zdolność kiełkowania nasion określono po 21 dniach (zgodnie z ISTA 2008). Na płytkach, na których wysiano stymulowane laserem nasiona wykiełkowało od 36,0 % u Salvia officinalis i 37,3 % u Valeriana officinalis do 65,7 % u Melissa officinalis (tab. 4). Stymulacja promieniami lasera wpłynęła na znaczny wzrost zdolności kiełkowania zależnie od badanego gatunku i dawki promieniowania. U Melissa officinalis wzrosła do 93,3 % wykiełkowanych nasion przy dawce 5-cio krotnej, u Salvia officinalis do 68,0 % a u Valeriana officinalis do 59,0 % przy dawce 3-krotnej. Zwiększenie dawki promieniowania laserowego do 7-mio krotnej powodowało spadek zarówno energii jak zdolności kiełkowania nasion u wszystkich badanych gatunków. Obserwowany spadek energii i zdolności kiełkowania zależał od gatunku oraz dawki optymalnej. Tab. 4: The ability of seed germination (%) of selected species of herbs, the average for the years of research Species Melissa Valeriana Salvia officinalis officinalis officinalis Radiation dose 65,7 36,0 37,3 Control 85,0 68,0 59,0 D3 93,3 54,0 44,0 D5 87,0 48,0 41,3 D7 1,7 1,1 1,6 NIR α=0,05 Legend: Control - Seeds of non-irradiated, triple (D3), five (D5) and seven times the basal (D7).

Ćwintal i Sowa (2010) naświetlając laserem nasiona koniczyny czerwonej stwierdzili istotne zwiększenie zdolności kiełkowania we wszystkich kombinacjach na tle obiektu kontrolnego, a także zwiększał się udział nasion normalnie kiełkujących a zmniejszył nasion twardych. Z dawek światła lasera najefektywniejsza okazała się kombinacja R8. Klimont (2002a) badając wpływ naświetlania nasion laserem na zdolność kiełkowania nasion dwóch odmian pomidorów stwierdził, że była ona zróżnicowana pod wpływem kolejnych dawek energii lasera. Przy przedsiewnym naświetlaniu nasion ogórka, odnotowano tendencję stymulacji wschodów przez wyższe dawki energii. Klimont (2002b) badając natomiast wpływ światła lasera na plon i wartość siewną ziarna jęczmienia odmian Rataj i Klimek stwierdził, że przedsiewna biostymulacja nasion wielorzędowej odmiany Klimek pozytywnie wpłynęła na produktywność roślin, natomiast odmiana (dwurzędowa) Rataj nie reagowała istotnym wzrostem produktywności roślin na Osivo a sadba, 2. 2. 2017

51

przedsiewną obróbkę nasion laserem. Być może istniejące różnice genotypowe spowodowały odmienną reakcję na energię światła lasera. Wyniki przedstawiane w pracach naukowych wskazują nie tylko na korzystny wpływ promieniowania laserowego na wartość siewną nasion, ale również na początkowy wzrost i rozwój siewek różnych gatunków roślin. Przeprowadzone badania własne (Szajsner i Bąbelewski 2014) nad zastosowaniem u kaliny sztywnolistnej promieniowania laserowego i Ukorzeniacza AB wykazały istotny korzystny wpływ trzykrotnego naświetlania (D3) na liczbę i masę korzeni wytworzonych przez sadzonki poddane napromieniowaniu światłem laserowym. Liczba korzeni u naświetlonych sadzonek zwiększyła się o 21,2 % w stosunku do sadzonek kontrolnych, u których liczba korzeni wynosiła 25,68 szt. Natomiast zastosowane czynniki nie miały istotnego wpływu na długość korzeni i procent ukorzenionych sadzonek.

Conclusions 1.

2.

3.

4. 5.

Energia kiełkowania nasion istotnie różniła się w zależności od dawki promieniowania oraz gatunku rośliny zielarskiej. Naświetlanie nasion laserem we wszystkich kombinacjach istotnie zwiększało ich energię kiełkowania w porównaniu z obiektem kontrolnym. Z dawek światła lasera najefektywniejsza okazała się dawka 5-cio krotna w przypadku Melissa officinalis, oraz dawka 3-krotna dawki podstawowej w przypadku nasion Salvia officinalis i Valeriana officinalis. Zakupione nasiona gatunków Salvia officinalis i Valeriana officinalis były słabej jakości, a nieco lepszej u Melissa officinalis, naświetlanie ich promieniami lasera podniosło energię i zdolność kiełkowania u tych gatunków. Stymulacja promieniami lasera wpłynęła na znaczny wzrost zdolności kiełkowania, który był zależny od gatunku i dawki promieniowania. Zwiększenie dawki promieniowania laserowego do 7-mio krotnej powodowało spadek zarówno energii jak zdolności kiełkowania nasion u wszystkich badanych gatunków. Obserwowany procentowy spadek energii i zdolności kiełkowania zależał od gatunku oraz dawki optymalnej.

References COPELAND, L.O., McDONALD M.B. (1995). Principles of seed science and technology. 2nd ed., Burgass Publ. Co., Minneapolis, Minnesota. ĆWINTAL M., DZIWULSKA-HUNEK A. (2013). Effect of electromagnetic stimulation of alfalfa seeds. Int. Agrophys., 2013, 27, 391–401. ĆWINTAL M., SOWA P. (2010). Wpływ zapraw nasiennych i stymulacji laserowej na kiełkowanie nasion koniczyny czerwonej. Annales Uniwersitatis Mariae Curie-Skłodowska Lublin-Polonia. VOL. LXV (3) SECTIO E 2010, 1–9. DROZD D., SZAJSNER H. (2007). Reakcja nasion wybranych odmian ogórka na przedsiewną biostymulację laserową (The reaction of seeds of some cucumber cultivars to pre-sowing laser biostimulation). Roczniki AR w Poznaniu, 383, 455–459. DZIWULSKA A. (2006). Effects of pre-sowing laser stimulation on sowing value of lucerne seeds. Acta Sci. Pol. Technica Agraria, 5, 27–36. DZIWULSKA-HUNEK A., KORNARZYŃSKI K., PIETRUSZEWSKI S., SZOT B. (2009). Effect of laser and variable magnetic field stimulation on amaranth seeds germination. Int. Agrophys., 23, 229–235. FAO. (2011). El estado de los recursos de tierras y aguas del mundo para la alimentación y la agricultura. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, ROMA, 4–10 pp. FOLEY J. A. (2011). Can we feed the world & sustain the planet? Scientific American 305(5), 60–65. GŁADYSZEWSKA B. (2011). Estimation of a laser biostimulation dose. Int. Agrophys., 25, 403–405. HERNANDEZ, A. C., DOMINGUEZ, P. A., CRUZ, O. A., IVANOV, R., CARBALLO, C.A., ZEPEDA, B. R. (2010). Laser in agriculture. Int. Agrophys., 24, 407–422. HERNANDEZ-AGUILAR C., DOMINGUEZ-PACHECO A., CRUZ-OREA A., PODLEŚNA A., IVANOV R., CARBALLO CARBALLO A., PEREZ M. C., REVES, SÁNCHEZ HERNÁNDEZ G., BAUTISTA R. Z., LÓPEZ-

52


BONILLA J. L. (2016). Bioestimulación láser en semillas y plantas. Laser biostimulation in seeds and plants. Gayana Bot. 73(1), 132–149, 2016. Revisión, 2016. IPCC. 2012. Managing the risks of extreme events and disasters to advance climate change adaptation a special reports of working groups I and II of the intergovernmental panel on climate change (Cambridge Univ. Press, 2012). https://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srex/SREX_Full_ Report.pdf. ISTA. (2008). International Rules for Seed Testing. Int. Seed Testing Association Press, Bassersdorf, CH, Switzerland. KLIMONT K. (2002a) Badania biostymulacji laserem na wartość siewną nasion i plon roślin pomidora (Lycopersicon esculentum Mill.) i ogórka (Cucumis sativus L.) Biuletyn IHAR 223/224, 257–266. KLIMONT K. (2002b) Wpływ naświetlania laserem nasion na plon ziarna i wartość siewną ziarna jęczmienia jarego (Hordeum vulgare L.). Biuletyn IHAR 223/224, 169–178. KRAWIEC M., DZIWULSKA-HUNEK A., SUJAK A., PALONKA S. (2015) Wpływ promieniowania laserowego na kiełkowanie nasion i wschody siewek skorzonery (Scorzonera Hispanica L.) ACTA Sci. Pol. Hortorum Cultus 2/2015, 145–158. MUSZYŃSKI S., GŁADYSZEWSKA B. (2008). Representation of He-Ne laser irradiation effect on radish seeds with selected germination indices. Int. Agrophys., 22, 151–157. PIETRUSZEWSKI S. (2002). Wpływ pól magnetycznych i elektrycznych na kiełkowanie nasion wybranych roślin uprawnych. Acta Sci. Pol. Technica Agraria, 1, 75–81. PITTELKOW C., M., LIANG X., LINQUIST B. A., VAN GROENING K. J., LEE J., LUNDY M. E., VAN GESTEL N., SIX J., VENTEREA R. T., VAN KESSEL C. (2015). Productivity limits and potentials of the principles of conservation agriculture. Nature 517(7534), 365–368. PODLEŚNY J. (2000): Biostymulacja nasion światłem laserowym i jej wpływ na wzrost, rozwój oraz plonowanie roślin. Post. Nauk. Roln. 472, 27–39. RYBIŃSKI W. (2000). Influence of laser beams on the variability of traits in spring barley. Int. Agrophys, 14, 227–232. SOLTANI F., KASHI A., ARGHAVANI M. (2006). Effect of magnetic field on Ocimum basilicum seed germination and seedling growth. Acta Hort., 723, 279–282. SOLIMAN A. S. H., HARITH M. A. (2010). Effects of laser biostimulation of germination of Acacia farnesiana (L.) Willd. Acta Hort., 854, 41–50. SMENOV M. A., SHEWRY P. R. (2011). Modelling predicts that heat stress, not drought, will increase vulnerability of wheat in Europe. Scientific Reports 1, 66; DOI: 10.1038/srep 00066. SZAJSNER H., Bąbelewski P. (2014). The Influence of Laser Beam and Auxins on Rooting of Leatherleaf Viburnum (Viburnum rhytidophyllum Hemsl.). Cuttings. Journal of Horticultural Research 22(1), 63–66. TRNKA M., RÖTTER R. P., RUIZ-RAMOZ M., KERSEBAUM K. C., OLSEN J.E., ŽALUD Z., SEMENOV M. A. (2014). Adverse weather conditions for European wheat production will become more frequent with climate change. Nature Climate Change 4, 637–643.

Contact address: Dr hab. Maria Pytlarz-Kozicka, Department of Crop Production, Wroclaw Uniwesity of Environmental and Life Sciences, Poland, 50-363 Wrocław, Plac Grunwaldzki 24 A, e-mail: [email protected]


53

ÚPRAVA OSIV NÍZKOTEPLOTNÍM PLAZMATEM A JEJÍ VLIV NA VÝVOJ ROSTLIN Cold Plasma Seed Treatment and its Effect on Plant Growing Irina Velichko, Kateřina Pazderů, Josef Pulkrábek KRV ČZU v Praze

Abstract Modern pre-sowing seed treatment becomes an integral part of seed technology producing high quality seed for demanding professional users. Cold plasma treatment is new interesting method for improvement of seeds. Main goal of this treatment is to decrease number of pathogens on seeds. Other side effect, but maybe more important, is to improve growth of plants after treatment. Increase of germination percentage, speed of germination, seed vigor, are promising results of this treatment. Some authors reported that influence of plasma treatment to persist even to harvest of crop. Key words: plasma, seed treatment, germination, emergence, growth

Souhrn Moderní předseťové úpravy osiv se stávají nedílnou součástí produkce vysoce klíčivých osiv pro náročné profesionální uživatele. Ošetření osiv studenou plazmou je nové zajímavé řešení pro zlepšení těchto osiv. Hlavním cílem této úpravy bylo snížení množství patogenů na semenech. Jiným, vedlejším efektem úprav, ale možná dokonce významnějším, se ukazuje možnost celkového zlepšení růstu rostlin. Nárůst klíčivosti, rychlosti klíčení, zlepšení vitality jsou slibnými výsledky plazmových úprav osiv. Někteří autoři popisují i trvalý vliv ošetření osiv plazmou až do sklizně plodiny. Klíčová slova: plazma, úprava osiv, klíčení, vzcházení, růst

Co je to plasma? Plazma je nazývána čtvrtým látkovým stavem. Při zvýšení hladiny energie látka přechází z pevného stavu do kapalného a poté do plynného, a v konečném důsledku přechází do ionizovaného stavu plynové plazmy (Misra et al., 2016). Pro generování plazmy muže být použit jakýkoliv zdroj energie, který může ionizovat plyn (obr. 1).

Obr. 1: Čtyři skupenství látek (Misra et al., 2016) Plazma se skládá z excitovaných atomů, molekul, iontů a radikálů, které koexistují s dalšími reaktivními částicemi, včetně elektronů, pozitivních a negativních iontů a kvant elektromagnetického záření (UV fotony a viditelné světlo). Plazma může byt rozdělena na dva typy: rovnovážná (horká) a nerovnovážná (nízkoteplotní) plazma. Pro vznik horkého plazmatu, musí být plyn úplně ionizován a to 54


znamená, že plyn musí byt zahřát na dostatečně vysokou teplotu (typicky v řádu 20 000 K). V horkém plazmatu jsou všechny formy chemických látek, elektrony a ionty v termodynamické teplotní rovnováze. Nízkoteplotní plasmu můžeme také rozdělit do dvou typů: kvazirovnovážná plasma (obvykle 100 až 150 °C) a nerovnovážná plasma (≤60 °C). V tomto typu plazmatu jsou elektrony tak lehké ve srovnání s atomy a molekulami, že výměna energie mezi elektrony a neutrálním plynem je velmi neefektivní. Proto elektrony mohou být udržovány při ekvivalentních velmi vysokých teplotách (několik eV, ~ 104 K), i když neutrální atomy zůstávají při okolní teplotě (~300 K). Z tohoto důvodu se tato plazma nazývá nerovnovážná. Podíl ionizace v plazmě, která se běžně používá pro deponování a zpracování materiálu se mění od asi 10-6 v typických kapacitních výbojích do 5-10 % v indukčním plazmatu s vysokou hustotou. Většina částic je neutrálních (~ 300 K), to znamená, že plyn zůstává na nízké teplotě. Z tohoto důvodu se nerovnovážná plazma se také nazývá nízkoteplotní plazma (NTP) nebo chladná (studená) plazma. Chladná plazma muže být generována za atmosférického nebo sníženého tlaku (vakuum). Velmi dobrý popis fyzikálních vlastností NTP plazmatu, stejně jako existující typy zdrojů je v práci Turnera (2016) a taky ve studii Christopher Whitehead (2016), kde jsou popsány i chemické vlastnosti chladného plazmatu.

Vliv plazmového ošetřeni na povrch a povrchový vlastnosti semen V poslední době se velmi populárním tématem stalo studium plasmové úpravy semen. Použití chladného plazmatu pro ošetření osiv je novým přístupem ke snížení množství patogenů. Plazma může také interreagovat s osivem a měnit jeho povrchové vlastnosti leptáním, zavedením funkčních skupin na povrch a deponováním různých materiálů na osiva. Hlavním důvodem použití plazmatu pro úpravu semen je to, že tento způsob má mnoho výhod pro zemědělství, vzhledem k jeho provozu při nízkých teplotách a krátké době zpracování. Tento vliv na povrch semen vede ke zlepšení klíčení a růstu plodin pomocí narušení či odstranění mikrobiálních vrstev, změny v příjmu vody a dalších vlastnostech. První typ plazmy, která byla zkoušena pro použití k ošetření semen, je nízkoteplotní plazma za nízkého tlaku. Například, v jedné z takových studií (Selcuk et al., 2008) byla zkoumaná efektivita nízkotlaké studené plazmy, s použitím vzduchu a SF6 jako pracovního plynu, na dvě patogenní houby (Aspergillus a Penicillium) na povrchu osiva. V této práci bylo upraveno několik typů semen, včetně semen rajčat, pšenice, fazolí, hrachu, sójových bobů, ječmene, ovsa, žita, čočky a kukuřice. Proces dekontaminace byl proveden ve vakuové komoře v plazmovém výboji po dobu 5-20 minut. Bylo zjištěno, že plazmové ošetření snížilo prezenci houbových zárodků na úroveň <1 % bez vlivu na kvalitu klíčení semen. Působení plazmy a SF6 po dobu 15 min snížilo počty obou patogenních hub o 3 řády. V dalších pracích (Brasoveanu et al., 2015, Ono et al., 2016) byly také prezentovány výsledky inaktivace bakterií, mikroorganizmů a patogenních hub na povrchu různých osiv bez snížení kvality klíčení semen. Osiva ječmene a kukuřice byla upravena pomocí studené plazmy při tlaku 15 Pa ve vzduchu, a při výkonu 100 W pro ječmen a 200 W pro kukuřici. Doba úprav byla od 2 do 20 minut (Brasoveanu et al., 2015). Pro kontrolu houbové kontaminace semen byla použita standardní metoda klíčivosti podle ISTA. Semena byla přenesena na sterilní Petriho misky (10 semen na misku) a inkubována při teplotě 22 ± 2° C (12 h světlo/12 h tma po dobu 7 dnů). Semena byla poté testována na růst hub pomoci stereo mikroskopu (12–50 krát zvětšení). Po 5 minutách plazmového ošetření semen ječmene byl počet hub nepatrně ovlivněn, ale působení plazmy po dobu 10-20 min vedlo k poklesu na ~ 15 % -25 % z počátečního počtu hub. Naopak, u kukuřičných semen fungální zatížení ukázalo drastické snížení na ~ 30 % už při 5 minutovém zpracovaní a ~ 40 % po 10 minutách. Při ošetřeni osiv hlávkového zelí v kyslíkové a vzduchové plazmě na dobu do 1 hodiny bylo pozorováno snížení počtu bakterií Xanthomonas campestris pv. campestris od 2-4×104 CFU/semeno do 3-2×10-1 CFU/semeno, a tato plazmová úprava neměla vliv na poškození semen a na rychlost klíčení po dobu 3-7 dnů po zasetí (Ono et al., 2016). Při použiti doby úpravy osiv víc než 1 hodina (1-3 hodiny) bylo pozorováno prasknutí povrchu semen hlávkového zelí pomocí SEM - skenovací elektronové mikroskopie (obr. 2). Tento efekt je stejný pro oba typy plazmy (kyslíková a vzduchová).


55

Obr. 2: SEM obrazy semen ošetřených plazmou ve vzduchu při nízkém tlaku. (a) před ošetřením, (b) po 1 h ošetření, (c) po 2 h ošetření, (d) po 3 h ošetření (Ono et al., 2016) Stejný efekt snížení počtu B. amyloliquefaciens endospor na povrchu zrn pšenice byl získán při použiti nízkotlakého plazmatu v různých koncentracích plynu argon/kyslík (Butscher et al., 2015). V tomto případě se počet bakterií snížil o více než dvě logaritmické jednotky během 30 sekund efektivní úpravy. Pro použití studené plazmy při atmosférickém tlaku existuje několik typů výboje, například dielektrický bariérový výboj (DBD) a plazmový paprsek (plasma jet), které jsou předmětem stejného zájmu jako plazma nízkého tlaku. Například, DBD má velký vliv na inaktivaci povrchu semen (Butscher et al., 2016a). Experimenty prokázaly, že redukce spor z Geobacillus stearothermophilus není způsobena tepelnými, mechanickými nebo elektrickými stresovými faktory. Hlavním deaktivačním mechanismem je plazmové opracování. Funkční vlastnosti zrn pšenice (pádové číslo, obsah lepku) nebyly tímto ošetřením negativně ovlivněny. Redukce mikroorganizmů na povrchu semen bylo dosaženo i při ošetření růžičkové kapusty, kde počet se E. coli snížil na 3.4 logaritmické jednotky (Butscher, et al., 2016b). Jiným důležitým způsobem úpravy semen je použití plazmového paprsku při atmosférickém tlaku. Například použiti korónového plazmového paprsku vyrobeného v atmosféře suchého vzduchu pro úpravu osiva řepky, prezentované v práci Puligundla et al. (2017). Výsledky prokázaly, že tato metoda má dobrý efekt na inaktivaci mikroorganizmů na povrchu semen např.: u Bacillus cereus, Escherichia coli, Salmonella spp., u kterých se snížila koncentrace na 1.2-2.2 log CFU/g při době ošetření 3 minuty. Použití plazmy mělo vliv na změnu smáčivosti povrchu semen. Například, v práci Dobrin et al. (2015) použití DBD plazmy pro ošetření semen pšenice znamenalo změnu kontaktního úhlu od 92 ± 0,73° do 53 ± 0,85° (obr. 3). Změna smáčivosti pšeničných semen vedla ke změně absorpce vody těchto semen. Absorpce vody byly vyšší v případě ošetřených semen ve srovnání s kontrolními vzorky. Tento efekt může vést k rychlejšímu klíčení semen.

56


Obr. 3: Kapičky vody na povrchu semen pšenice: (a) neošetřené a (b) ošetřené po dobu 15 minut, (Dobrin et al., 2015)

Vliv plazmového ošetření na růstové parametry Metody úpravy plazmou se používají nejen pro zlepšení povrchového stavu osiva, ale i pro stimulaci klíčení. Jak bylo ukázáno v předchozí části, použití chladného plazmatu pro ošetření osiv je novým přístupem ke snížení přítomnosti patogenů a jiných škodlivých vlivů při klíčení a ve fázi sazenice. To znamená, že povrchový stav osiva muže mít vliv na růst a vývoj rostlin. Například v práci Brasoveanu et al. (2015) byla po 8 dnech vyhodnocena klíčivost a plazma měla negativní vliv na klíčení a růst ječmene, ale u osiva kukuřice došlo k mírnému zlepšení. Nízkoteplotní nerovnovážná radiofrekvenční plazma může stimulovat růst a vývoj rostlin v prvních fázích ontogeneze tím, že aktivuje metabolizmus semen, zvyšuje jejich odolnost vůči stresovým faktorům, a také posiluje jejich fungicidní a baktericidní odolnost (Filatova et al., 2014). Nejpříznivější podmínky pro úpravu plazmatem byly realizovány pomocí specifického výkonu 0.34 - 0.40 W/cm při době expozice 5-7 min. Jedním z nejdůležitějších faktorů při zpracování plazmou odpovědných za stimulaci klíčení semen jsou aktivní plazmové částice (atomy kyslíku, O2- ionty a OH radikály), které působí změny v morfologii povrchu semen. Také byla použita mikrovlnná plazma při nízkém tlaku. Například pro ošetření semen pšenice a ovsa (Šerá et al., 2010) a pro úpravu merlíku bílého (Chenopodium album), (Šerá et al., 2008) byla použita plazma vzduchu a plazma ve směsi Ar / O2 a Ar / N příslušně. Klíčení ošetřených osiv pšenice bylo mnohem rychlejší ve srovnání s kontrolou, ale pro dobu úpravy 20 minut byl zjištěn negativní efekt (Šerá et al., 2010). Pro semena ovsa ve vakuu a při úpravě v plazmě na dobu 40 minut dosáhla klíčivost 100 %, ale při zkrácení doby ošetření do 20 minut byly pozorovány horší výsledky. Při použití dalších pracovních plynů také bylo pozorováno zlepšení klíčení a parametrů růstu klíčku semen merlíku bílého (Šerá et al., 2008). Nejlepší výsledky byly dosaženy při dlouhém ošetření semen (48 minut). DBD ošetření osiv pšenice vede ke zvýšení klíčivosti pozorované pro všechny zkoumané podmínky úpravy. Také kořeny a výhonky ošetřených semen byly delší a těžší než u neošetřených. Největší nárůst délky byl zjištěn u semen ošetřených v plazmě po dobu 15 minut. V tomto případě byla průměrná délka kořene 36,49 ± 0,46 cm, zatímco v případě kontrolních vzorků byly kořeny dlouhé 32,89 ± 0,27 cm. Suchá hmotnost kořenů v tomto případě dosáhla hodnoty 1,06 g, což je mnohem vyšší ve srovnání s kontrolou (0,78 g) (Dobrin et. al., 2015). Zvýšení rychlosti růstu osiva ředkve bylo dosaženo při použití vzduchu, O2, a NO (10%) + N2 jako pracovního plynu (Sarinont et al., 2016). Na obr. 4 je ukázán rozdíl v klíčení mezi vzorky ošetřenými ve vzduchové plazmě a kontrolními vzorky.


57

Obr. 4: Fotografie klíčenců ředkve po 7 dnech kultivace ošetřených vzduchovou plazmou (Sarinont et al., 2016) V další práci se zvýšila klíčivost a suchá hmotnost sazenic špenátu po použití krátkodobého ošetřeni pomoci pulzního DBD vysokého napětí (Ji et al., 2016). Při dlouhém působení plazmatu na semena bylo prokázáno snížení klíčení a růstu. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při použití N2 plazmy, při použití vzduchu jako pracovního plynu byly výsledky horší. Použití atmosférického DBD paprsku s plynem argonem pro ošetření ředkviček bylo prezentováno v práci (Marta, 2016). Po 7 dnech pěstování byla délka kořene a délka stonku upravených vzorků mnohem větší než u kontrolních vzorků, a suchá hmotnost byla zvětšena o 9-12 %. V případě korónového plazmového paprsku v atmosféře suchého vzduchu pro úpravu osiv řepky (Puligundla et al., 2017) bylo ukázáno, že plazmová úprava semen po dobu větší než 2 minuty má pozitivní účinky na klíčení a růst zárodku rostliny bez vlivu na fyzikálně-chemické a senzorické vlastnosti.

Závěr Výše představené metody jsou jen částí metod, které se dnes používají. Velmi dobrý přehled je možné naleznout v knize (Ohta, 2016) a článku (Randeniya et al., 2015), kde je představen popis a statistika všech důležitých studií o plazmovém ošetření semen které byly zpracovány za poslední dobu. Použití metod úprav osiv plazmou je nový vědecky směr, který ještě není plně prostudován. Všechny práce v této oblasti mají inovativní potenciál pro studium vlivu různých typů studené plazmy na klíčení, růst zárodku rostliny, fyzikálně-chemické a senzorické vlastností semen, na stav materiálu na povrchu osiv (vlastní povrch semen, přítomnost patogenních organismů).

Literatura BRASOVEANU M., NEMTANU M. R., SURDU – BOB C., KARACA G., ERPER I. (2015). Effect of glow discharge plasma on germination and fungal load of some cereal seeds. Romanian Reports in Physics, 67, 2, p. 617–624. BUTSCHER D., SCHLUP T., ROTH C., MÜLLER-FISCHER N., GANTENBEIN-DEMARCHI C., RUDOLF VON ROHR P. (2015). Inactivation of microorganisms on granular materials: Reduction of Bacillus amyloliquefaciens endospores on wheat grains in a low pressure plasma circulating fluidized bed reactor. Journal of Food Engineering, 159, p. 48–56. BUTSCHER D., VAN LOON H., WASKOW A., P. R. VON ROHR, SCHUPPLER M. (2016a). Plasma inactivation of microorganisms on sprout seeds in a dielectric barrier discharge. International Journal of Food Microbiology, 238, p. 222–232. BUTSCHER D., ZIMMERMANN D., SCHUPPLER M., RUDOLF VON ROHR P. (2016b). Plasma inactivation of bacterial endospores on wheat grains and polymeric model substrates in a dielectric barrier discharge. Food Control, 60, p. 636–645.

58


CHRISTOPHER WHITEHEAD J. (2016). The chemistry of cold plasma. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and application. Edited by Misra N. N., Schluter O., Cullen P. J., Academic Press is an imprint of Elsevier, p. 381. DOBRIN D., MAGUREANU M., MANDACHE N. B., IONITA M.-D. (2015). The effect of non-thermal plasma treatment on wheat germination and early growth. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 29, p. 255–260. FILATOVA I. I., AZHARONOK V. V., GONCHARIK S. V., LUSHKEVICH V. A., ZHUKOVSKY A. G., GADZHIEVA G. I. (2014). Effect of RF plasma treatment on the germination and phytosanitary state of seeds. Journal of Applied Spectroscopy, 81, (Russian Original Vol. 81, No. 2, March–April, 2014). JI S.-H., CHOI K.-H., PENGKIT A., IM J. S., KIM J. S., KIM Y. H., PARK Y., HONG E. J., JUNG S. K., CHOI E.-H., PARK G. (2016) Effects of high voltage nanosecond pulsed plasma and micro DBD plasma on seed germination, growth development and physiological activities in spinach. Archives of Biochemistry and Biophysics, 605, p. 117– 128. MARTA K. (2016). Non-thermal plasma for germination enhancement of radish seeds. Procedia Computer Science, 86, p. 132–135. MISRA N. N., SCHLUTER O., CULLEN P. J. (2016). Chapter 1 – Plasma in food and agriculture. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and application. Edited by Misra N. N., Schluter O., Cullen P. J., Academic Press is an imprint of Elsevier, p. 381. OHTA T. (2016). Plasma in Agriculture. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and application. Edited by Misra N. N., Schluter O., Cullen P. J., Academic Press is an imprint of Elsevier, p. 381. ONO R., UCHIDA S., HAYASHI N., KOSAKA R., SOEDA Y. (2017). Inactivation of bacteria on plant seed surface by low-pressure RF plasma using a vibrating stirring device. Vacuum, 136, p. 214–220. PULIGUNDLA P., KIM J.-W., MOK C. (2017). Effect of corona discharge plasma jet treatment on decontamination and sprouting of rapeseed (Brassica napus L.) seeds. Food Control, 71, p. 376–382. RANDENIYA L. K., GERARD J. J. B. DE GROOT. (2015). Non-Thermal Plasma Treatment of Agricultural Seeds for Stimulation of Germination, Removal of Surface Contamination and Other Benefits: A Review. Plasma Process. Polym., 12, p. 608–623. SARINONT T., AMANO T., ATTRI P., KOGA K., HAYASHI N., SHIRATANI M. (2016). Effects of plasma irradiation using various feeding gases on growth of Raphanus sativus L. Archives of Biochemistry and Biophysics, 605, p. 129–140. ŠERÁ B., ŠPATENKA P., ŠERÝ M., VRCHOTOVÁ N., HRUŠKOVÁ I. (2010). Influence of plasma treatment on wheat and oat germination and early grouth. IEEE Tranactions on Plasma Science, 38, 10, p. 2963. ŠERÁ B., STRANÁK V., ŠERÝ M., TICHÝ M., ŠPATENKA P. (2008). Germination of chenopodium album in response to microwave plasma treatment. Plasma Science and Technology, 10, 4, p. 506. SELCUK M., OKSUZ L., BASARAN P. (2008). Decontamination of grains and legumes infected with Aspergillus spp. and Penicillum spp. by cold plasma treatment. Bioresource Technology, 99, p. 5104–5109. TURNER M. (2016). Physics of cold plasma. Cold plasma in food and agriculture: fundamentals and application. Edited by Misra N. N., Schluter O., Cullen P. J., Academic Press is an imprint of Elsevier, p. 381.

Contact address: Mgr. Irina Velichko, Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]


59

FENOLOGICKÝ MONITORING – NEDOCENĚNÝ NÁSTROJ PRO ŠLECHTITELSKOU A SEMENÁŘSKOU PRAXI Phenological Monitoring – Unappreciated Tool for Breeding Practice and Seed Practice Eva Stehnová, Hana Středová, ÚAKE, Mendelova univerzita v Brně

Abstract In the paper the analysis of phenological phases of spring barley was carried out for two decades (1991-2000 a 2001-2010). The aim of the article is at first quantify influence of climate developmet on phenological manifestations of barley and at second is demonstrate the possibilities of evaluation and use of phenological monitoring of field crops for breeding practice and seed practice. Particular years show great variability in the onset of phenological phases and agricultural operations. The average length of the growing season was shorten in model locality Strážnice in period 2001-2010. The average length of the growing season was 128 days in period 1991-2000 and 126 days in period 2001-2010. In the analysis of trends of the onset of phenological phases was used Mann-Kendall test for the periods 1991-2010, 1991-2000 and 2001-2010. Statistically significant trend (P < 0.05) was found out in phenological phases: the beginning of leaf sheath extend and the first node in period 1991-2010. This statistically significant trend was found out also in phases the first node, the second node and watery ripeness in period 1991-2000. Key words: phenological observations, spring barley, climate change, bioindication, seed

Souhrn V příspěvku byla provedena analýza fenologických fází ječmene jarního pro dvě desetiletí (1991-2000 a 2001-2010) s cílem i) kvantifikovat vliv vývoje klimatu na fenologické projevy ječmene, ii) demonstrovat možnosti hodnocení a využití fenologického monitoringu polních plodin pro šlechtitelskou a semenářskou praxi. Jednotlivé roky v hodnoceném období vykazují velkou variabilitu nástupu fenologických fází a agrotechnických operací. Na hodnocené modelové lokalitě Strážnice došlo v období 2001-2010 ke zkracování průměrné délky vegetačního období. V letech 1991-2000 byla průměrná délka vegetačního období 128 dnů a 126 dnů v období 2001-2010. Dále byly zjištěny změny v nástupech jednotlivých fenologických fází a intervaly mezi jednotlivými fenologickými fázemi a agrotechnickými operacemi. V rámci analýzy trendů nástupu fenologických fází byl použit MannKendallovův test pro období 1991-2010, 1991-2000 a 2001-2010. V letech 1991-2010 byl zjištěn statisticky významný trend (P < 0,05) u fenologické fáze: počátek prodlužování listových pochev a první kolénko. Zde byl zjištěn trend v pozdějším nástupu těchto fenologických fází. Tento trend byl zjištěn i v období 1991-2000 u fází: první kolénko a druhé kolénko. U fenologické fáze mléčná zralost byl zjištěn trend dřívějšího nástupu. Klíčová slova: fenologická pozorování, ječmen jarní, změna klimatu, bioindikace, osivo

Úvod Motto: „Smysluplná činnost ve fenologii nekončí nahromaděním fenologických dat, jejich revizí a uložením, ale jejich zhodnocením a využitím. Fenologie by si rozhodně neměla vysloužit označení „hřbitov číslic,“ kterého se kdysi dostalo klimatologii“ (Krška, 2006). 60


Mimo využití fenologických pozorování pro stanovení pylové sezóny alergologicky významných druhů rostlin nebo bioindikaci vlivu klimatické změny na organismy, nacházejí uplatnění výstupy z fenologického monitoringu i při rajonizaci odrůd, načasování přísunu opylovačů, šlechtění odrůd a předpovědi a stanovení termínu sklizně. Larcher (1995) uvádí, že fenologická pozorování jsou cennými zdroji dat o počátcích a koncích růstových a vývojových fází rostlin na sledované lokalitě s vazbou na výnos a kvalitu produkce. Fenologická pozorování mohou dále sloužit k predikci výskytu patogenů (Středa et al., 2013), při načasování aplikace přípravků na ochranu rostlin, při monitoringu výskytu a redukci dopadů sucha (Svačina et al., 2014), při stanovení rizik eroze půdy (Stehnová at al., 2016), ve výnosových simulačních modelech a ke kvantifikaci dopadů změny klimatu (Škvarenina et al., 2009). Hudson et al. (2010) a mnozí další uvádí, že globální oteplování má vliv na nástup fenologických fází. Zvýšení teploty vzduchu může mít za následek pokles celosvětové produkce zemědělských plodin (Lobell et al., 2011). Výsledky výzkumu Assenga (2015) ukazují, že při oteplení vzduchu a zvýšení průměrné roční teploty vzduchu o jeden stupeň Celsia způsobí snížení výnosu pšenice ozimé a to o 6 % v celosvětovém měřítku. Rekordně vysoké denní a noční teploty v létě mají za následek urychlení zrání u kukuřice, ovocných stromů a révy vinné o 10 až 20 dnů (Estrella et al., 2007, Menzel et al., 2006). Změny nástupů fenologických fází u polních plodin jsou ovlivněny i pěstovanou odrůdou, kde jednotlivé odrůdy mají určité specifické teplotní nároky, vyjádřené pomocí – sum aktivních nebo efektivních teplot (Olesen et al., 2012). Dalším agrotechnickým faktorem, ovlivňujícím fenologické projevy jsou např. hustota porostu (Rezaei, 2017) nebo jeho organizace (Středa et al., 2011). Morrison (1990) uvádí, že hustota porostu ovlivňuje semena řepky, až do její plné zralosti. Stres suchem nebo teplem může mít výrazný vliv na kvalitu osiva, jak bylo popsáno např. u obilnin a luskovin (Prasad et al., 2008; Ullmannová et al., 2013; Pazderů et al, 2013). Krátkodobé vystavení rostlin vysokým teplotám v průběhu plnění zrna urychluje stárnutí, snižuje hmotnost a výnos osiva a sadby (Siddique et al, 1999). Gan et al. (2004) zjistili, že při tepelném stresu před kvetením řepky dochází ke snížení výnosu semene řepky o 15 %, při stresu v období kvetení dojde ke snížení výnosu až o 58 %. Porter (2005) uvádí, že během některých vývojových fází je rostlina schopna tolerovat jen úzké teplotní změny. Pokud jsou tyto limity překročeny, může dojít k výrazné redukci výnosu. To prokazuje, že průběh počasí v době kvetení má zásadní vliv na tvorbu semen a jejich semenářskou jakost. S ohledem na vývoj klimatu v posledních dekádách – výskyt abnormálních hodnot teplot vzduchu a zvýšení frekvence výskytu sucha tak nabývají z pohledu šlechtitelského a semenářského významu fenologická pozorování, zejména nástup a délka trvání generativních fází rostlin.

Metodika V práci jsou analyzována data z přímých fenologických pozorování Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) ječmene setého (Hordeum vulgare L.), formy jarní. Analýza byla provedena pro modelovou stanici Strážnice, která se nachází v nadmořské výšce 177 metrů. Tato stanice byla vybrána především z důvodu celistvé databáze v letech 1991–2010. V práci jsou analyzované fenologické fáze definované Valterem (1982): vzcházení (VZ), odnožování (OD), počátek prodlužování listových pochev (PP), první kolénko (PN), druhé kolénko (DN), naduření pochvy posledního listu (NP), metání (ME), mléčná zralost (ZM), žlutá zralost (ZZ), plná zralost (ZP) a agrotechnické operace setí (ST) a sklizeň (SK). Dále byla analyzovaná délka vegetačního období (VO). Délka VO je v této práci chápána jako interval mezi ST a SK ječmene jarního na lokalitě. V příspěvku je provedena analýza intervalů nástupů fenologických fází a agrotechnických operací jarního ječmene pro dvě desetiletí a to období 1991-2000 a 2001-2010. Provedena byla i analýza trendů nástupu vybraných fenologických fází pro stanici Strážnice za období 1991-2010, 1991-2000 a 2001-2010 s použitím Mann-Kendallova testu. Tento test byl proveden i pro data ze stanice Poděbrady, která se nachází ve stejné nadmořské výšce jako modelová stanice Strážnice.


61

Výsledky a diskuse Na grafu 1 je zachycena variabilita nástupu fenologických fází a agrotechnických operací v jednotlivých letech (1991-2010). Nejdříve bylo ST prováděno v roce 2007 a to 54. den a v roce 1997 a to 66. den. V těchto dvou letech bylo zjištěno i nejdelší VO a to 144 dnů. Nejkratší VO bylo zjištěno v letech 1996 (115 dnů) a 2008 (114 dnů).

Graf 1: Nástup vybraných fenologických fází pro stanici Strážnice pro období 1991–2010 Legenda: setí (ST), vzcházení (VZ), odnožování (OD), počátek prodlužování listových pochev (PP), první kolénko (PN), druhé kolénko (DN), naduření pochvy posledního listu (NP), metání (ME), mléčná zralost (ZM), žlutá zralost (ZZ), plná zralost (ZP) a agrotechnické operace setí (ST) a sklizeň (SK).

V období 1991-2000 byla průměrná délka VO 128 dnů. V letech 2001-2010 došlo ke zkrácení průměrné délky VO o 2 dny a to na 126 dnů. V grafu 2 je možné vidět změny v délce trvání jednotlivých fenologických fází a v termínech nástupu jednotlivých fází. Při srovnání dvou analyzovaných období dochází v letech 2001-2010 ke zkracování intervalu mezi fenologickými fázemi ST-VZ (2 dny), PN-DN (1 den), DN-NP (2 dny), NP-ME (5 dnů), ME-ZM (2 dny) a ZP-SK (2 dny). U fenologických fází PP-PN a ZZ-ZP zůstává délka intervalu v obou obdobích stejná. Dále bylo zjištěno i prodlužování intervalu mezi fenologickými fázemi VZ-OD (5 dnů), OD-PP (3 dny) a ZM-ZZ (4 dny). Průměrný termín výsevu byl v období 2001-2010 proveden s denním zpožděním. V období 1991-2000 nastávají agrotechnické operace ST a SK v průměru 82. a 209. den. Fenologická fáze VZ nastupuje v tomto období v průměru 96. den, OD 113. den, PP 121. den, PN 130. den, DN 137. den, NP 145. den, ME 155. den, ZM 181. den, ZZ 190. den a ZP 202. den. V letech 2001-

62


2010 je průměrný termín nástupu VZ 96. den, OD 118. den, PP 128. den, PN 149. den, ME 153. den, ZM 178. den, ZZ 190. den ZP 203. den. Průměrný termín výsevu v letech 1991-2000 byl 83. den v roce. V tomto období nastaly fenologická fáze VZ 96. den, OD 115. den, PP 125. den, PN 133. den, DN 140. den, NP 147. den, ME 154. den, ZM 181. den, ZZ 192. den a ZP 203. den. Sklizeň byla prováděna v průměru 210. den v roce. V letech 1991-2010 začal ječmen jarní vzcházet v průměru 13. den po setí. Délka mezi fenologickými fázemi VZ-OD byla v průměru 19 dnů. Interval mezi OD-PP byl 10 dnů, PP-PN 8 dnů, PN-DN 7 dnů, DN-NP 7 dnů, NP-ME 8 dnů, ME-ZM 27 dnů, ZM-ZZ 11 dnů, ZZ-ZP 11 dnů a mezi ZP-SK 7 dnů. Průměrná délka VO byla 128 dnů.

Graf 2: Průměrné nástupy vybraných fenologických fází pro stanici Strážnice pro období 1991–2000, 2001–2010 a 1991–2010 Legenda: setí (ST), vzcházení (VZ), odnožování (OD), počátek prodlužování listových pochev (PP), první kolénko (PN), druhé kolénko (DN), naduření pochvy posledního listu (NP), metání (ME), mléčná zralost (ZM), žlutá zralost (ZZ), plná zralost (ZP) a agrotechnické operace setí (ST) a sklizeň (SK).

Analýza trendů ročních hodnot jednotlivých fenologických fází byla provedena pomocí MannKendallova testu pro období 1991–2010, 1991–2000 a 2001–2010 (Tab. 1) pro stanici Strážnice. V období 1991–2010 nebyl zjištěn vysoce významný statistický lineární trend (P < 0,01). Statisticky významný trend (P < 0,05) byl zjištěn u fenologické fáze PP (P = 0,027), kde dochází ke zpoždění nástupu této fenofáze a to o 11 dnů. Statisticky významný trend byl nalezen i u fenologické fáze PN (P = 0,035), kde bylo zjištěno 13 denní zpoždění nástupu této fenologické fáze. Analýza trendů byla provedena i pro jednotlivé dekády. V dekádě 1991–2000 byl nalezen statisticky významný trend v pozdějším nástupu fenologických fází PN a DN. Trend dřívějšího nástupu byl zjištěn u fenologické fáze ZM a to o 18 dnů na konci analyzovaného období. Fenologická fáze PN dle analýzy nastává o 14 dnů později a fenofáze DN nastává také později a to o 13 dnů. V letech 2001-2010 nebyl zjištěn žádný statistický významný trend.


63

Pro srovnání a možné zobecnění výsledku byl proveden Mann-Kendallův test i pro stanici Poděbrady. V rámci testu nebyl zjištěn žádný statistický významný trend v analyzovaných obdobích. Do budoucna je potřeba se zabývat fenologickým monitoringem na lokální úrovni s ohledem na mezoklimatické podmínky, specifika orografie terénu a další, protože je míra zobecnění velmi nízká. Nástup časných fenologických fází a agrotechnické operace sklizeň jsou výrazně ovlivněny zemědělskou mechanizací. Tab. 1: Analýza trendů s použitím Mann-Kendallova testu (P hodnota) pro stanici Strážnice Období

ST

VZ

OD

Fenologické fáze a agrotechnické operace PP PN DN NP ME ZM ZZ

ZP

SK

1991-2010

0,551 0,806 0,292 0,027 0,035 0,062 0,276 0,778 0,164 0,944 0,122 0,888

1991-2000

1,000 0,675 1,000 0,069 0,021 0,020 0,059 0,389 0,019 0,208 0,093 0,523

2001-2010

0,295 0,761 0,675 0,612 0,461 0,529 0,675 1,000 1,000 0,834 0,916 0,752

Variabilita nástupu fenologických fází a klimatické podmínky mohou mít zásadní vliv na výnosy, ale i na kvalitu osiva. Na osivo mají vliv i extrémní projevy počasí a to vysoké teploty a jejich perzistence – horké vlny, sucho atd. Toto uvádí i ve své práci Spears et al. (1997), kteří tvrdí, že vysoké teploty během období plnění zrna narušují normální vývoj semene a zvyšují podíl svraštělých semen. Z tohoto důvodu dochází k produkci horší kvality semen. Bylo prokázáno, že optimální průměrná teplota pro tvorbu zrna pšenice ozimé je 15-20 °C, již při průměrných teplotách nad 20-22°C dochází k zhoršenému růstu zrna a nižšímu výnosu (Haberle et al. 2008). Na sucho a vysoké teploty jsou nejvíce náchylné obilniny a to především ve fázi kvetení, nalévání zrna a odnožování. Tyto fáze rozhodují o počtu klasů a sekundárních kořenů. Při nedostatku vody dochází k založení menšího počtu klasů a zrn. Pokud stres nastává později a počet zrn je již založen, dochází k jejich redukci (Haberle et al. 2008). Kalbarczyk et al. (2015) v klimatických podmínkách Polska zjistili pozitivní korelaci mezi délkou období setí – sklizeň v období 1971–2010 a výnosem zrna ovsa. To nasvědčuje pozitivnímu vlivu delší, chladnější vegetační sezóny na výnos.

Závěr Z analýzy je zřejmé, že na stanici Strážnice došlo v období 2001-2010 ke zkrácení délky vegetačního období, tj. intervalu mezi setím a sklizní ječmene jarního o 2 dny. Při porovnání dvou analyzovaných období byly zjištěny posuny v nástupu jednotlivých fenologických fází i změna v délce trvání intervalů mezi vybranými fenologickými fázemi. V období 1991-2010 byl zjištěn statisticky významný lineární trend nástupu fenologických fází u počátku prodlužování listových pochev (pozdější nástup o 11 dnů) a prvního kolénka (pozdější nástup o 13 dnů). V letech 1991-2000 byl tento trend zjištěn i u fenologických fází první kolénko (pozdější nástup o 14 dnů) a druhé kolénko (pozdější nástup o 13 dnů). U fenofáze mléčná zralost byl zjištěn dřívější nástup této fenologické fáze a to o 18 dnů. Analýza trendů byla provedena i pro stanici Poděbrady, kde nebyl zjištěn žádný statisticky významný trend v analyzovaných obdobích. Z tohoto důvodu je nutné se zabývat fenologickým monitoringem na lokální úrovni, protože míra zobecnění je v tomto případě nízká. Nástup časných fenologických fází a sklizně jsou výrazně ovlivněny zemědělskou mechanizací. Posun fenologických fází v čase např. do časnějšího období se zvýšenou pravděpodobností výskytu nízkých teplot či pozdějšího období s rizikem výskytu sucha, stejně jako změna délky trvání fenologických fází, mohou mít výrazný dopad na tvorbu výnosu a jeho kvality v rostlinné produkci. Výsledky dlouhodobých fenologických pozorování je možné využít ve šlechtitelské či semenářské praxi pro omezení negativních dopadů vývoje klimatu.

64


Poděkování Práce vznikla za finanční podpory Interní grantové agentury Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně AF-IGA-IP-2016/039 „Změny fenologických fází u polních plodin v historickém měřítku a jejich vliv na erozi půdy.“

Literatura ASSENG S., EWERT F., MARTRE P., RÖTTER R.P., LOBELL D.B., CAMMARANO D., KIMBALL B., OTTMAN M.J., WALL G.W., REYNOLDS M.P. et al. (2015). Rising temperatures reduce global wheat production. Nature Climate Change, 5, p. 143–147. ESTRELLA N., SPARKS T., MENZEL A. (2007). Trends and temperature response in the phenology of crops in Germany. Global Change Biology, 13, p. 1737–1747. GAN Y., ANGADI S.V., CUTFORTH H.W., POTTS D., ANGADI V.V, MCDONALD C.L. (2004). Canola and mustard response to short period of high temperature and water stress at different developmental stages. Canadian Journal of Plant Science, 84, p. 697–704. HABERLE J., TRČKOVÁ M., RŮŽEK P. (2008). Příčíny nepříznivého působení sucha a dalších abiotických faktorů na příjem a využití živin obilninami a možnosti jeho omezení – metodika pro praxi. Praha, Výzkumný ústav rostlinné výroby, 2008, 32 s. HUDSON I.L., KEATLEY M.R. (2010). Phenological research: methods for environmental and climate change analysis. Dordrecht, Springer, 2010, 521 p. KALBARCZYK R., KALBARCZYK E., ZIEMAINSKA M., SOBOLEWSKI R., MACHOWSKA A. (2015). Multi-year variability of phenological phases and periods of oat (Avena sativa L.) in Poland. Romanian Agricultural Research, 32, p. 75–84. KRŠKA K. (2006). Fenologie jako nauka, metoda a prostředek. Fenologická odezva proměnlivosti podnebí, Brno, ČBkS, 4s. LARCHER W. (1995). Physiological Plant Ecology. Berlin, Springer, 1995, 354 p. LOBELL D.B., SCHLENKER W., COSTA-ROBERTS J. (2011). Climate trends and global crop production since 1980. Science, 333, 616–620 p. MENZEL A., SPARKS T., ESTRELLA N., KOCH E., AASA A., AHAS R., ALM-KÜBLER K., BISSOLLI P., BRASLAVSKÁ O., BRIEDE A. et al. (2006). European phenological response to climate change matches the warming pattern. Global Change Biology, 12, p. 1969–1976. MORRISON M.J., MCVETTY P.B.E., SCARTH R. (1990). Effect of altering plant density on growth characteristics of summer rape. Canadian Journal of Plant Science, 70, p. 139–149. OLESEN J.E., BØRGESEN C.D., ELSGAARD L., PALOSUO T., RÖTTER R.P., SKJELVÅG A.O., PELTONEN-SAINIO P., BÖRJESSON T., TRNKA M., EWERT F., SIEBERT S., BRISSON N., EITZINGER J., VAN ASSELT E.D., OBERFORSTER M., VAN DER FELS-KLERX H.J (2012). Changes in time of sowing, flowering and maturity of cereals in Europe under climate change. Food Additives & Contaminants, Part A 29, p. 1527–1542. PAZDERŮ K., BLÁHA L. (2013). Trends in plant breeding and seed production to improve abiotic stress tolerance. 11th Scientific and Technical Seminar on Seed and Seedlings, CULS Prague, p. 29–33. PORTER J.R. (2005). Rising temperatures are likely to reduce crop yields. Nature, 436, p. 174. PRASAD P.V.V., STAGGENBORG S.A., RISTIC Z. (2008). Impacts of drought and/or heat stress on physiological, developmental, growth, and yield processes of crop plants. Response of crops to limited water: Understanding and modeling water stress effects on plant growth processes. Advances in Agricultural Systems Modeling – Madison, ASA, CSSA, SSSA, p. 301–355. REZAEI E.E., SIEBERT S., EWERT F. (2017). Climate and management interaction cause diverse crop phenology trends. Agricultural and Forest Meteorology, 2017, 233, p. 55–70. SIDDIQUE K.H.M, LOSS S.P, REGAN K.L., JETTNER R.L. (1999). Adaptation and seed yield of cool season grain legumes in Mediterranean environments of south–western Australia. Australian Journal of Agricultural Research, 1999, 50, p. 375–388. SPEARS J.F., TEKRONY D.M., EGLI D.B. (1997). Temperature during seed filling and soybean seed germination and vigour. Seed Sci. Technol., 25, p. 233–244. STEHNOVÁ E., STŘEDOVÁ H. (2016). Phenology of sugar beet in the context of the water erosion risk. Listy cukrovarnické a řepařské, 132, 12, p. 380–386. STŘEDA T., STŘEDOVÁ H., ROŽNOVSKÝ J. (2011). Orchards microclimatic specifics. Bioclimate: Source and Limit of Social Development, Nitra, Slovak University of Agriculture in Nitra, p. 132–133.


65

STŘEDA T., VAHALA O., STŘEDOVÁ H. (2013). Prediction of adult western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) emergence. Plant Protection Science, 49, p. 89–97. SVAČINA P., STŘEDA T., CHLOUPEK O. (2014). Uncommon selection by root system size increases barley yield. Agronomy for Sustainable Development, 34, 2, p. 545–551. ŠKVARENINA J., TOMLAIN J., HRVOĽ J., ŠKVARENINOVÁ J., NEJEDLÍK P. (2009). Progress in dryness and wetness parameters in altitudinal vegetation stages of West Carpathians: Time-series analysis 1951-2007. Időjárás, 113, p. 47–54. ULLMANNOVÁ K., STŘEDA T., CHLOUPEK O. (2013). Use of barley seed vigour to discriminate drought and cold tolerance in crop years with high seed vigour and low trait variation. Plant Breeding, 132, p. 295–298. VALTER J. (1982). Metodický předpis č. 2 – Návod pro činnost fenologických stanic. Polní plodiny. Praha, Český hydrometeorologický ústav.

Contact address: Eva Stehnová, Ústav aplikované a krajinné ekologie, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00, Brno, E-mail: [email protected]

66


VLIV ROSTOUCÍ VARIABILITY POČASÍ A POSTUPNÉ ZMĚNY KLIMATU NA ZMĚNU VÝZNAMU ZNAKŮ OSIV Influence of Growing Weather Variability and Climatic Change on the Change of Seed Traits Importance Ladislav Bláha VÚRV Praha Ruzyně

Abstract The effect of seed provenance of varieties on seed germination, field emergence, begin of vegetation is very well known. The seed with the good quality should be generally better in water absorbtion and efficiency of utilisation. Constant increasing variability of the weather accompanied by climate change causes new problems at the process of the growth and seed development: their chemical composition, anatomical structure, formation of plant hormones, physiological properties of seeds and their storability. It is need to create new knowledges concerning of physiological processes during seed development, i. e analysis of biochemical pathways during seed growth and development at different stress conditions at vegetation period and their influence on the seed traits. Key words: seed traits, stress, growth, development. metabolic processes

Souhrn Vliv provenience osiva a odrůdy na klíčení, vzcházení počáteční stav porostu, je dnes již velmi dobře známý. Kvalitní osivo by většinou mělo lépe přijímat vodu, dokázat klíčit s menším množstvím přijaté vody, mělo by mít urychlenou počáteční fázi klíčení – tedy fázi kdy enzymy jsou aktivní bez potřeby kyslíku. Současná – podle klimatologů průkazně se zvyšující variabilita počasí, ale i vliv měnícího se klimatu způsobují další problém v průběhu růstu a vývoje semen. Projevuje se zde vliv na chemické složení, anatomickou stavbu, tvorbu rostlinných hormonů fyziologické vlastnosti osiva, skladovatelnost semen. Výsledky u některých plodin v posledních letech naznačily, že řada odrůd již nedokáže například s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých možností již na počátku vegetace (vzcházení). Z uvedeného vyplynula potřeba řešit vliv prostředí na jednotlivé metabolické procesy v rostlině, které vedou k růstu a vývoji semene. Jedná se tedy o posun semenářského výzkumu na metabolické procesy při růstu a vývoji semen v daných podmínkách a vliv prostředí a genotypu na základní metabolické funkce ovlivňující vlastnosti semen. Klíčová slova: semena, znaky, stres, růst, vývoj, metabolické procesy

Úvod Kvalitní osivo, pocházející z příznivých podmínek či z kvalitních odrůd daného druhu, poskytuje vitálnější rostliny, které vyžadují méně vstupů do porostu a méně agrotechnických zásahů, a bývá proto považováno za nejlevnější agrotechnický zásah (rychlejší klíčení, menší rozdíl mezi polní vzcházivostí a klíčivostí, lepší příjem živin, vyšší suchovzdornost, následkem je vyšší či stabilnější výnos, malé změny v kvalitě sklizených semen filiální generace). Osiva, pocházející z méně kvalitních odrůd, lokalit nebo z neustálých přesevů na jedné lokalitě, mají vliv na změnu poměru obsahů látek v semeni, morfologické a často i anatomické změny semen,


67

pokles jejich vitality, rovněž na růst a vývoj další generace. Z toho vyplývá velký význam obměny osiva, důležitost výběru vhodných odrůd a vhodných lokalit na množení osiv. Příkladem může být i farmářské osivo, kde při více přesevech celková klíčivost, vitalita, délka zárodečných kořenů, má v průměru často (ne vždy) výrazně nižší hodnoty při porovnání s certifikovanými osivy. Tyto rozdíly zůstávají u kořenů měřitelné i v době kvetení rostlin. Použití certifikovaného osiva má tedy za následek vyšší kvalitu filiální generace, při porovnání s farmářským osivem. Vliv stresu, vysoké teploty a sucha (jejich rozdílná intenzita) mají značný vliv během vegetace na změny v chemickém složení semen a jeho energetickém obsahu, který pak může logicky ovlivnit i následující generaci. Růst klíčních rostlin z tohoto osiva více ovlivňuje změna poměru obsahů jednotlivých zásobních látek v semeni, než jejich pokles obsahu vlivem vnějšího prostředí. Další faktor hrající důležitou roli může být efektivnost využití vody při klíčení, odolnost vůči fyzikálním a biotickým stresům. Semena ze stresového prostředí většinou rychleji přijímají vodu, rychleji klíčí, ale v případě sucha klíčící semena zase vodu rychleji ztrácela. Tento jev je dán též změnou anatomické a morfologické stavby, zejména obalů semene. Zde se uplatňuje vliv celistvosti rostliny a jejího vlivu na metabolické pochody a tvorbu semen. Celistvost rostliny je tedy vzájemná závislost růstu a vývoje jednotlivých orgánů v rámci jedné rostliny, zejména z hlediska metabolických funkcí. Metabolismus buňky a rostliny se skládá ze vzájemně propojených metabolických drah, které umožňují syntézu a rozklad látek - biochemické reakce v rostlině jsou spojené svými produkty. Jsou to převážně substráty pro následné reakce, tedy pro další chemické reakce katalyzované enzymy. Vliv stresu na jeden článek tohoto systému pak má vliv i na další vlastnosti a reakce v rostlině. Všechny reakce jsou nezbytné pro udržování stabilního prostředí (homeostázy) v organismu a transport metabolitů je regulován v závislosti na potřebách buněk, pletiv a dostupnosti substrátu. Jedná se o výslednici reakcí anabolických (skladných), katabolických (rozkladných) a amfibolických, tedy reakcí, které mohou mít obojí charakter. Méně kvalitní semeno může z hlediska celistvosti organismu způsobit, že následný růst je zpomalen, ale běží generativní vývoj a vyroste jedinec s nižším výnosem, pokud úroveň agrotechniky a půda nejsou na velmi vysoké úrovni. V naší republice, resp. ve střední a jižní Evropě, bylo zaznamenáno za poslední období 12 nejteplejších let za dobu pozorování globální teploty. Velmi důležitým faktorem, který se projevuje i na našem území je postupující změna klimatu – probíhá oteplování – rok 2016 byl nejteplejší v novodobé historii a hlavně roste variabilita počasí. Výsledky u některých plodin v posledních letech jasně naznačily, že řada odrůd již nedokáže s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě dosáhnout svých výnosových možností. Proto pro výzkum semen nabývá na významu výzkum procesů, které v průběhu vegetace mají za následek kvalitu semen z hlediska všech známých parametrů.

Diskuse Produkci semen pro potravinářské účely bude silně modifikovat růst světové populace, který je pravděpodobný, nikoliv však jistý. Predikce růstu populace vycházejí totiž pouze ze současného trendu. Další hrozbu představují postupující klimatické změny s rostoucí variabilitou počasí. Tento faktor je hlavně důležitý u nás ve střední a jižní Evropě. Většina semenářských firem ve světě poskytují osiva pro jednotlivé oblasti Země, a to i podle ekonomické situace (v chudých zemích se jedná o produkci osiv z místních zdrojů v rámci spolupráce s místními zemědělci), neustále se řeší problematika geneticky modifikovaných osiv. Samostatnou kapitolu představují vytrvalé plodiny, kde distribuce zásobních látek je přednostně do kořenů, a je třeba i přes tento pozitivní jev (zlepšení poměru kořenů a nadzemní části, organická hmota do půdy) věnovat pozornost zlepšení kvality semen. V současnosti je tedy velmi nutné další zlepšení kvality osiv. 68


Z hlediska celosvětového současný stav v semenářství je neuspokojivý. I když pro zemědělce bylo distribuováno v různých zemích více než 100 odrůd tolerantních k suchu, ale i k vysoké teplotě, změny podnebí jsou rychlejší (a to i když vynecháme projevy fenoménu El Ňiňo) Produkce kukuřice a pšenice se snížila o 3-5 procent v důsledku oteplování klimatu. Podle Rockefellerovy nadace by například produkce kukuřice v jižní Africe mohla klesnout do roku 2030 až o 30 procent v důsledku změny klimatu. Zpráva Evropské Union of Concerned Scientists (tj. Science for a healthy planet and safer world), zjistila, že odrůdy produkují pouze "skromné výsledky". Například tzv. suchovzdorné odrůdy měly za následek zvýšení výnosu o 1 % a výjimečně až o 6 % bez ohledu na typ osiva. Výsledky u některých plodin v posledních letech mnohokráte naznačily, že řada odrůd již nedokáže v současných podmínkách, například s omezeným množstvím vody v povrchové vrstvě, dosáhnout svých možností již na počátku vegetace (vzcházení). Budoucím možným vývojem vlastností semen se detailněji zabývá Renee Cho (2013). Z uvedeného vyplynula potřeba řešit vliv prostředí na jednotlivé metabolické procesy v rostlině vedoucí pak následně k růstu a vývoji semene. Tyto cíle realizuje evropský program (ECOSEED): „Improving seeds for agriculture and conservation activities”, kde je zapojeno více zemí a oborů, http://cordis.europa.eu/project/rcn/104504_en.html Další doplňkové informace k této problematice lze nalézt na adrese: https://www.google.cz/search?sourceid=navclient&hl=cs&ie=UTF8&rlz=1T4ADFA_csCZ465CZ466&q=metabolic+pathways+during+seed+production Zvláštní důraz je kladen na stresové vlivy, které určují „osud“ semen od jejich vývoje, přes skladování, klíčení až po růst semenáčků. Semena obsahují embryo, základ pro příští rostlinu a proto je pozornost věnována i vlivům metabolismu v jednotlivých podmínkách na kvalitu embrya a metabolismus embrya v průběhu procesu klíčení. Nové poznatky by měly umožnit zlepšení produkce ke stresům odolných osiv, neboť se nevychází z vlastností semen produkovaných stresu odolnými plodinami, ale bude zde možno regulovat přímo tvorbu semen genetickými metodami již od počátku jeho tvorby po opylení. U jednotlivých plodin je tvorba výnosových prvků z hlediska biochemického prozkoumána, že nelze v takto krátké stati uvést jejich popis, tedy i zkoumané znaky. Nové je to, že se hodnotí vliv stresorů na jednotlivé metabolické funkce, které mají vliv na tvořící se vlastnosti semen, hledají se možnosti tvorby nových genotypů poskytujících odrůdy, které budou produkovat ke stresu odolná osiva. V uvedeném projektu se hodnotí tři kulturní plodiny: ječmen (Hordeum vulgare), řepka olejka (Brassica napus) a slunečnice roční (Helianthus annuus) současně byla analyzována i tradiční modelová rostlina Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) vzhledem k velké databázi výsledků o jejím metabolismu a možnostem přispět k poznání celistvosti rostliny. Pokud výsledky projektu budou úspěšné, a vše tomu nasvědčuje, můžeme čekat novou éru v tvorbě a produkci semen, protože se také hodnotí kromě vlivu a vnějšího prostředí na složky základního metabolismu, které ovlivňují vlastnosti semen, jejich dědičnost a možnosti připravit rostliny, které budou tvořit semena odolná vůči stresům při klíčení, dlouhodobě skladovatelná. Analýza probíhá na úrovni jednotlivých metabolických procesů, předpokládají se nové markery pro kvalitu semen a nové informace pro praktické šlechtitele. EcoSeed projekt řeší problémy tím, že spojuje význačné skupiny evropských odborníků v oblasti výzkumu semen, stresové fyziologie a fyziologie rostlin rostlin využívají se i molekulární techniky jedná se tedy o mimořádně komplexní výzkum. Pozornost je také věnována nejen schopnosti růst při vyšší průměrné teplotě, ale i opačnému fenoménu, t.j. schopnosti růst a tvořit kvalitní osivo při trvalejším dešti a chladu. Jde tedy o přizpůsobivost a plasticitu, doslova se hovoří o resilient seeds – jde o “přizpůsobivost semen daným podmínkám (Boscolo, 2016). Je zde vysoká pravděpodobnost, že v následujících letech znalosti a techniky, které budou (a již i částečně jsou) výsledkem projektu EcoSeed, budou neocenitelné pro šlechtitele. Pozoruhodné je i to, že je zde jiný způsob myšlení, nejde jen samotný „zisk“ z hospodaření, ale i o ekologické uvažování o Osivo a sadba, 2. 2. 2017

69

současném a budoucím prostředí, kde se rostliny pěstují, kde se hospodaří, snaha o zachování přírody. Příkladem proto mohou být i hlouběji kořenící plodiny, které ze semen vyrostou, jejich význam pro pohyb živin a tvorbu humusu atd. Další výhodou je i to, že vitálnější stresům odolné osivo produkuje většinou vitálnější rostliny, které pak během vegetace nepotřebují ani běžné množství ochranných látek, rostliny se dokáží (částečně) díky „vyšší hladině metabolismu“ ubránit i biotickým stresům.

Závěr Stresu odolné odrůdy s kvalitnějším kořenovým systémem produkují kvalitnější osivo. Vyšší kvalita vitalita osiva umožní rychlejší vývin kořenového systému v průběhu klíčení a má za následek menší postižení porostu proměnlivostí půdních podmínek po vysetí semen. Efektivní využití vody při klíčení a zvýšená vitalita jsou jevy, které mohou pozitivně ovlivnit růst rostlin daného druhu a odrůdy během celé vegetace z hlediska odolnosti vůči suchu. Získaný náskok v růstu na počátku vegetace v horších a variabilních podmínkách, díky kvalitě osiva, je pro rostlinu výhodný i během další vegetace. Kvalitní osivo často může zvýšit u některých plodin výnos až o 5 až 10 % (i více). V době vegetace a při vývoji a růstu semen, odečtou-li se biotické stresory, má největší vliv na tvorbu semen teplota, sucho a variabilita počasí. Ve většině případů teplota větší o 12–15 ºC nad optimum růstu dané plodiny, je rostlinou „vnímána jako stresový faktor“. Dostupnost a využití vody, byť jen v některých fázích růstu a vývoje, budou zřejmě limitujícím faktorem rostlinné výroby, tvorby kvalitního osiva. Většinou se jedná se o geneticky složitěji založené znaky. V případě odolnosti vůči suchu, která je důležitá pro tvorbu semen, lze konstatovat, že tato vlastnost je založena na všech chromozómech. Složitá je i dědičnost plasticity – tedy schopnosti přizpůsobit se výkyvům. Podle paleobotaniků, jak již bylo v dřívějších pracích uváděno, je semeno odezvou na sucho, vyvíjelo se přibližně 100 milionů let po vzniku kořenů (400 milionů let – devon). Vývoj semen měl za účel lepší přežití a šíření druhu, možnost přečkat období sucha. Semeno je přizpůsobeno svými životními cykly průběhu počasí v přírodě a dokáže klíčit v optimální dobu (regulace: dormance, látky zabraňující průniku kyslíku do semene, tvrdosemennost atd). Období bez možnosti klíčit může trvat i po několik měsíců a klíčení může probíhat postupně. Současný vývoj změn v průběhu počasí je však rychlejší než evoluce, což je vidět i ve volné přírodě. V současnosti se využívají tři typy semen podle provenience. Nejrozšířenější jsou semena z přirozeného opylování cizosprašných samosprašných plodin, dále jsou to hybridní semena a geneticky modifikovaná semena (vznikají, když jeden nebo dva geny s požadovanými vlastnostmi z libovolného živého organismu se přenášejí přímo do genomu rostliny). Geneticky modifikovaná semena jsou však poněkud kontroverzní, protože existuje velmi málo zkoušek geneticky modifikovaných plodin z hlediska jejich účinků na člověka Současný vývoj počasí a klimatu, “tlačí“ na další zlepšování kvality semen, kde se jedná o tři důležité faktory: 1. 1/Odolnost plodin vůči stresům v době tvorby semen-vliv i na budoucí vlastnosti semen. 2. 2/Odolnost semen v době klíčení vůči abiotickým a biotickým stresům. 3. 3/Vlastnosti rostlin vyrostlých z e semen určitých vlastností. Nejméně rozvinutý a zřejmě primární je výzkum v prvém případě, skrývá značné rezervy jak v možnostech zlepšovat kvalitu semen, tak v hledání markerů metabolických procesů významných pro vlastností semen. Složitost situace ukazuje obrázek 1. Prací uvedeného typu jsou desítky, u odlišných odrůd jednotlivých plodin, rodů a druhů nelze detailně jmenovat jednotlivé „znaky“ vzhledem k rozsahu příspěvku, Kompletnější popis by vyžadoval

70


celou příručku. Jedná se o procesy v průběhu tvorby semen a dále jde i o následné metabolické procesy a vlastnosti semen v průběhu klíčení. Genová exprese je studována v průběhu tvorby semen, v případě stresu se hodnotí tvorba a funkce ochranných proteinů. Zjednodušeně řečeno, jde o procesy celkového metabolismu rostlin vedoucích k tvorbě semen, vlastností semen a jejich vliv na jejich reakce v polních podmínkách. Některé další detailnějšíinformace je možno získat v práci: Steven Groot. Markers for seed stress tolerance and seed vigour Wageningen, University a research, www.wur.nl/en/show/Markers-for-seedstress-tolerance-and-seed-vigour.htm. Dílčích prací u jednotlivých plodin a sledované problematiky jsou stovky, proto jsou zde jen na ukázku vybrané náhodné práce uvedené v literatuře (Barroco et al 2005; White, 2000).

Obr. 1: Ukázka studovaných procesů při tvorbě semen pro případ nedostatku vody (podle Bohnert et al., 1995, nepřeloženo)


71

Odrůdy jednotlivých plodin mají stále větší morfologickou, ale i genetickou podobnost. Genetické zdroje a jejich využití jsou tedy jednou z cest, jak čelit současným změnám počasí. Zejména v tropické části And roste 45 000 druhů rostlin a 20 000 endemitů. Velmi důležitou cestou je též genetický a fyziologický výzkum odolnosti genových zdrojů vůči biotickým, ale i abiotickým stresorům a zvyšování odolnosti současných plodin vůči negativním podmínkám vnějšího prostředí pomocí těchto, daným podmínkám přizpůsobeným zdrojům, což se díky celkovému propojení metabolismu projevuje i v kvalitě semen. Genové zdroje totiž poskytují z hlediska celistvosti organismu „předpřipravené“ polotovary z hlediska balance jednotlivých vlastností rostlin. Za nutné řešení je třeba považovat koordinaci cílů výzkumné práce se šlechtiteli a semenáři na společných materiálech.

Literatura BARROCO R. M, VAN POUCKE K., BERGERVOET J. H., DE VEYLDER L., GROOT S. P. C., INZE D., ENGLER G. (2005). The role of the cell cycle machinery in resumption of postembryonic development. Plant Physiology. 137: 127–140. BENTSINK L., KOORNNEEF M. (2002). Seed dormancy and germination. Current Opinion in Plant Biology 5:33–36. BEWLEY J. D. (1997). Seed germination and dormancy. Plant Cell, 9, 1055–1066. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 52, 89–118. BOHNERT H. J., NELSON D. E., JENSEN R. G. (1995). Adaptations to Environmental Stresses. Plant Cell. Jul; 7(7): 1099–1111. doi: 10.1105/tpc.7.7.1099. HONG, T. D., ELLIS R. H., ASTLEY D., PINNEGAR A. E., GROOT S. P. C., KRAAK H. L. (2005). Survival and vigour of ultra-dry seeds after ten years of hermetic storage. Seed Sci. & Technol. 33: 449-460. SOEDA Y., KONINGS M. C. J. M., VORST O., VAN HOUWELINGEN A. M. M. L., STOOPEN G. M., MALIEPAARD C. A., KODDE J., BINO R. J., GROOT S. P. C., VAN DER GEEST A. H. M. (2005). Gene expression programs during Brassica oleracea seed maturation, osmopriming and germination are Indicators of progression of the germination process and the stress tolerance level. Plant Physiology 137: 354–368. WHITE C. N., PROEBSTING W. M., HEDDEN P., RIVIN C. J. (2000). Gibberellins and seed development in maize. I. Evidence that gibberellin/abscisic acid balance governs germination versus maturation pathways. Plant Physiol. 122, 1081–1088.

WWW STRÁNKY, kontrolované 2. 1. 2017 STEVEN GROOT. Markers for seed stress tolerance and seed vigour. www.wur.nl/en/show/Markers-for-seed-stresstolerance-and-seed-vigour.htm BOSCOLO M. (2016). http://www.youris.com/Bioeconomy/Agriculture/Resilient-Seeds---Nurturing-The-Future-OfAgriculture.kl RENEE CHO (2013). Agriculture Improving Seeds to Meet Future Challenges, February 8, http://blogs.ei.columbia.edu/2013/02/08/improving-seeds-to-meet-future-challenges/

Contact address: Ladislav Bláha, 156 00 Praha-Zbraslav, U stárovny 674, emerit. pracovník výzkumného ústavu rostlinné výroby, Praha-Ruzyně, E-mail: opidum@volny. cz

72


VITALITA SEMEN A VELIKOST KOŘENOVÉHO SYSTÉMU PŠENICE PRO VĚTŠÍ TOLERANCI K SUCHU Seed Vigour and Root System Size of Wheat for Improved Drought Tolerance Jana Klimešová, Tomáš Středa, Petra Procházková ÚPŠRR AF Mendelova univerzita v Brně

Abstract The root system size (RSS), seed vigour and seed germination of 14 winter wheat genotypes were tested in a two-year field experiment in 2015 and 2016 on the locality Branišovice. RSS was evaluated by measuring its electrical capacitance in stem elongation, heading and grain filling phase. The seed vigour was tested in conditions of cold (10 °C) and drought stress (at -0.5 MPa). RSS was significantly affected by genotype in stem elongation phase (11.4 %) and in the average of vegetation period (8.2 %). The seed vigour was significantly affected by the interaction of the genotype with the year (40.4 %) and genotype (37.3 %) in contrast to seed germination. A significant relationship of RSS and seed parameters was not confirmed by a correlation analysis. Seed vigour of selected genotypes does not affect the root system production in later stages of wheat development. Key words: seed vigour, root system, drought stress, wheat

Souhrn Velikost kořenového systému (VKS), vitalita a klíčivost semen 14 ozimých genotypů pšenice seté byly testovány v dvouletém polním pokusu v roce 2015 a 2016 na lokalitě Branišovice. VKS byla hodnocena metodou měření jeho elektrické kapacity ve fázi sloupkování, metání a plnění zrn. Vitalita semen byla testována v podmínkách stresu chladem (10 °C) a suchem (při -0,5 MPa). VKS byla ve fázi sloupkování a v průměru za vegetaci průkazně ovlivněna genotypem (11,4 % resp. 8,2 %). V porovnání s hodnotami klíčivosti je vitalita semen průkazně ovlivněna interakcí genotypu s ročníkem (40,4 %) a genotypem (37,3 %). Korelační analýza vztahu VKS a parametrů osiva neprokázala jednoznačnou souvislost sledovaných znaků. Vitalita semen vybraných genotypů neovlivňuje tvorbu kořenového systému v pozdějších fázích vývoje pšenice. Klíčová slova: vitalita semen, kořenový systém, stres suchem, pšenice

Úvod Problematika výskytu a působení sucha je v současné době intenzivně diskutována mezi výzkumníky, šlechtiteli i odbornou veřejností. Jak dokládá hodnotící zpráva IPCC (2007), teplota vzduchu se ve 20. století zvýšila o 0,74 °C a dle scénářů se předpokládá její další zvyšování. V budoucnu lze očekávat i změny množství a distribuce srážek. V podmínkách České republiky může dojít ke zvýšení počtu dnů beze srážek ze současných 79,9 dne až na 141,6 dne v období 2071-2100, ale nepředpokládá se výrazný úbytek množství srážek za rok (Spáčilová et al., 2014). Odhaduje se, že globální teplování bude odpovědné za 20% zvýšení nedostatku vody nejen v oblastech s pravidelným výskytem sucha (de Almeida Silva et al., 2012). Šlechtění na odolnost vůči suchu je komplikováno genetickým založením této polygenní vlastnosti, která se vyznačuje nízkou heritabilitou. Zároveň různé termíny nástupu stresu, jeho trvání a intenzity komplikují snahu nalézt vlastnosti vystihující tolerantní genotypy rostlin. Selekce dle znaků Osivo a sadba, 2. 2. 2017

73

podmiňujících vyšší výnos ve stresových podmínkách má opodstatnění pouze do produkční oblasti, kde se tento stres vyskytuje pravidelně každý rok ve stejné vegetační fázi rostlin (Cattivelli et al., 2008). Jedním ze šlechtitelských cílů je vytvořit genotypy schopné se vypořádat se suchem v průběhu vegetační doby bez snížení výnosového potenciálu v nestresových podmínkách. Takové genotypy by se měly vyznačovat fenotypovou plasticitou odrážející interakci genotypu s prostředím, avšak z pohledu rostlinné fyziologie jsou výnosné genotypy s vysokou účinností získávání zdrojů často méně tolerantní k jejich nedostatku (de Almeida Silva et al., 2012). Z mnoha vlastností rostlin pojících se s tolerancí k suchu, jsou hledány znaky, které budou podávat jasnou informaci o fenotypu jedince vystaveného podmínkám nedostatku vody. Nástrojem rostlin pro vyhnutí se stresu suchem, tzv. stress avoidance, může být tvorba velkého aktivního kořenového systému a vitalita semen. Existuje předpoklad, že u genotypů s vitálnějšími semeny dojde ke zvýšení tolerance k suchu. Klíčenci z vitálnějších obilek uniknou případnému suchu v počátečních fázích vegetace (tzv. drought escape), vytvoří větší kořenový systém a odolají suchu i v dalších fázích vegetace. Dostupnost půdní vody je základním předpokladem klíčení (Benett, 2004). Kritickou hranicí pro klíčení semen pšenice je vodní potenciál půdy o hodnotě nižší než -2 MPa (Lindstrom et al., 1976), avšak stres nastává pro některé genotypy již při -0,5 MPa. Bertholdsson a Brantestam Kolodinska (2009) zjistili, že časná vitalita kořenového systému a vytváření jemnějších kořenů je důležitá pro toleranci ječmene k suchu. Délka zárodečných kořínků je využívána pro hodnocení rychlosti růstu klíčenců (Kakhki et al., 2008), a tedy vitality (Klimešová et al., 2015; Vintrlíková et al., 2015). Semenáčky Pennisetum glaucum, selektované na větší délku zárodečných kořenů, překonávaly stres suchem lépe v porovnání s jedinci s různou délkou klíčku a kratšími kořeny (McGrath et al., 2000). Časný rozvoj velkého kořenového systému a přítomnost kořenů v hlubších vrstvách půdního profilu může být v případě stresu suchem výhodou. Odrůdy pšenice a ječmen s větším kořenovým systémem využívají zdroje vody a živin v suchém prostředí účinněji než odrůdy s menším kořenovým systémem, což se projevuje vyšším výnosem zrna (Chloupek et al., 2010, Středa et al., 2012; Svačina et al., 2014; Heřmanská et al., 2015). Například, při selekci 12 populací ječmene jarního vzniklých křížením vybraných odrůd na velikost kořenového systému bylo dosaženo v generaci F3 nárůstu velikosti kořenového systému o 3,9 %, který byl spojen se zvýšením výnosu zrna o 8,1 % (Svačina et al., 2014). Vyšší hustota prokořenění ve vrstvě půdního profilu 30 – 50 cm statisticky průkazně souvisela s vyšším výnosem zrna ječmene v sušších podmínkách (Klimešová a Středa, 2013). Cílem práce bylo (i) analyzovat rozdíly ve velikosti kořenového systému ve třech fenologických fázích a vitality resp. klíčivosti semen vybraných odrůd pšenice seté a (ii) kvantifikovat vazbu mezi velikostí kořenového systému a vitalitou semen ve dvouletém polním pokusu.

Metodika Velikost kořenového systému (VKS), vitalita a klíčivost semen byla hodnocena u 14, resp. 13 ozimých genotypů pšenice seté (materiály RAGT Czech s.r.o.) v polním pokusu na lokalitě Branišovice (jižní Morava, Česká republika) v roce 2015 a 2016 ve čtyřech opakováních. VKS rostlin byla zjišťována metodou měření elektrické kapacity (nF) dle Chloupka (1977) ve fázi sloupkování (BBCH 30) metání (BBCH 50) a plnění zrn (BBCH 75) LCR metrem při frekvenci 1 kHz. Současně byla v laboratorních podmínkách testována klíčivost a vitalita semen těchto genotypů. Vitalita byla stanovena jako procento vyklíčených semen při působení stresu, tj. při chladu 10 °C za fyziologického sucha -0,5 MPa ve vodním roztoku polyethylenglykolu PEG 6000. Paralelně byla založena varianta s optimálním vodním režimem při teplotě 20 °C pro testování klíčivosti. Obě varianty byly založeny v klíčidlech na filtračním papíru s 50 obilkami vždy ve třech opakováních. Jako správně vyklíčená byla hodnocena semena s délkou klíčku minimálně do poloviny délky obilky a s minimálně třemi kořínky. Procento vyklíčených semen bylo hodnoceno po 14 dnech. Data byla zpracována v programu STATISTICA 10. Byla provedena analýza variance (p ≤ 0,05) a korelační analýza.

74


Výsledky a diskuse Velikost kořenového systému (VKS) pšenice ozimé byla statisticky průkazně ovlivněna genotypem ve fázi sloupkování (11,4 %) a v průměru za celou vegetaci (8,2 %). Ve fázi metání a plnění zrn byly rozdíly mezi genotypy statisticky neprůkazné. Statisticky průkazný vliv ročníku na hodnoty VKS dosahoval 76,2–84,5 % ve všech fenofázích. Výrazný vliv ročníku na hodnoty VKS vychází z principu metody měření, z toho důvodu nebude nadále hodnocen. Relativní hodnoty velikosti kořenového systému sledovaných genotypů v roce 2015 statisticky průkazně korelovaly s hodnotami dosaženými v roce 2016 ve fázi sloupkování (r = 0,548*) a v průměru za vegetaci (r = 0,604*). Genotypy si tak udržují především v období vegetativního růstu stabilní velikost kořenového systému bez významné interakce s prostředím (6,5 %). Vyšší hodnoty VKS byly v průměru za oba ročníky ve fázi sloupkování zaznamenány převážně u pozdních genotypů, ale ve fázi plnění zrn již nebyla tato tendence pozorována. Statisticky průkazně větší kořenový systém vytvářely genotypy 517, 527 a 501 v porovnání s linií 533 ve fázi sloupkování. Stabilně vyšších hodnot VKS po celou dobu vegetace dosahoval genotyp 538, naopak menší kořenový systém vytvářela linie 523. Velikost kořenového systému některých genotypů se měnila v průběhu vegetace (viz tab. 1). Tab. 1: Velikost kořenového systému (nF) čtrnácti genotypů pšenice seté ve třech fenologických fázích a v průměru za vegetační dobu ve dvouletém pozorování (statisticky průkazně odlišné páry hodnot (p ≤ 0,05) jsou označeny rozdílnými písmeny) Sloupkování Metání Plnění zrn Průměr Genotyp

VKS 533 523 504 531 507 502 509 530 510 528 538 527 517 501

1,55 a 1,70 ab 1,75 ab 1,80 abc 1,90 abc 2,04 abc 2,11 abc 2,11 abc 2,22 abc 2,24 abc 2,24 abc 2,34 bc 2,45 bc 2,53 c

Genotyp VKS Genotyp VKS Genotyp VKS 502 0,88 a 523 0,28 a 523 0,96 a 504 0,89 a 509 0,33 a 533 0,99 ab 509 0,89 a 507 0,34 a 504 1,01 ab 523 0,91 a 502 0,35 a 531 1,06 abc 510 0,93 a 501 0,36 a 502 1,09 abc 517 1,00 a 527 0,37 a 507 1,09 abc 531 1,01 a 531 0,37 a 509 1,11 abc 533 1,03 a 528 0,39 a 530 1,18 abc 530 1,04 a 530 0,39 a 510 1,18 abc 507 1,04 a 510 0,39 a 528 1,24 abc 501 1,05 a 517 0,40 a 538 1,25 abc 538 1,07 a 533 0,40 a 527 1,27 bc 528 1,08 a 504 0,41 a 517 1,28 bc 527 1,10 a 538 0,44 a 501 1,31 c

Vitalita a klíčivost semen v dvouletém pozorování byla hodnocena u třinácti genotypů pšenice. Genotyp 538 nebyl v roce 2015 zahrnut do experimentu. Pro hodnocení vitality semen byly simulovány přírodní podmínky při klíčení kombinací stresu chladem a suchem. Byl zjištěn průkazný vliv genotypu (37,3 %) a interakce genotypu s ročníkem (40,4 %) na hodnoty vitality semen. Počasí v průběhu vegetační doby neovlivnilo klíčivost ani vitalitu semen. V obou letech genotypy dosahovaly klíčivosti, resp. vitality, na úrovni 99 %, resp. 87 %. Klíčivost semen nebyla ovlivněna žádným pokusným faktorem. Nejnižší hodnoty vitality byly v dvouletém pozorování zjištěny pro genotyp 527 a 510, statisticky průkazně nejvyšší vitalitou semen se vyznačoval genotyp 530 (viz graf 1). Souvislost ranosti genotypu s hodnotami klíčivosti a vitality nebyla potvrzena. Nejednoznačný je také vztah vitality, klíčivosti semen a velikosti kořenového systému. V roce 2015 byla nejnižší vitalita zjištěna u genotypů s malou VKS (533 a 509), ale v roce 2016 tyto genotypy poskytly nejvitálnější semena. Genotyp 527, vyznačující se vysokými hodnotami VKS ve fázi sloupkování a metání, poskytl


75

v obou letech nejméně vitální semena. Korelační analýza vztahu VKS a vitality, resp. klíčivosti, nepotvrdila statisticky průkazný vztah těchto znaků (tab. 2).

Graf 1: Vitalita semen (%) třinácti genotypů pšenice seté v dvouletém pozorování (statisticky průkazně odlišné páry hodnot (p ≤ 0,05) jsou označeny rozdílnými písmeny) Vztah VKS a vitality totožných rostlin, resp. vztah VKS rodičů a vitality a klíčivosti potomstva, je neprůkazný. Zajímavostí je převážně negativní vztah sledovaných znaků. Vyšší hodnoty záporných korelačních koeficientů byly zjištěny pro vztah klíčivosti a VKS v obou letech. Lze se domnívat, že rychlejší růst klíčku a zárodečných kořínků vitálních klíčenců nemusí souviset s velikostí kořenového systému v pozdějších fázích vývoje pšenice. V kontrastu s těmito výsledky byla zjištěna pozitivní vazba mezi VKS a vitalitou semen ječmene vyjádřenou pomocí délky a plochy kořínků a klíčku (Klimešová et al., 2015). Tab. 2: Vztah vitality resp. klíčivosti semen a velikosti kořenového systému pšenice ve třech fenologických fázích v roce 2015 a 2016 (n= 13)

2015 VKS 2015 2016 2015 VKS 2016 2016 VKS průměr

76

Průměr

Vitalita

Sloupkování 0.183

Metání 0.208

Plnění zrn -0.121

Průměr 0.180

Klíčivost

-0.160

-0.354

0.113

-0.200

Vitalita

-0.295

-0.146

-0.041

-0.264

Klíčivost

-0.312

-0.129

0.128

-0.259

Vitalita

0.075

-0.034

0.016

0.066

Klíčivost

0.149

-0.130

0.363

0.164

Vitalita

-0.073

-0.143

-0.091

Klíčivost

-0.052 -0.361

Vitalita

-0.099

-0.418 -0.086

0.228 -0.146

-0.428 -0.121

Klíčivost

-0.249

-0.436

0.384

-0.274


Závěr Velikost kořenového systému a vitalita semen pšenice se vyznačují genotypovou proměnlivostí. VKS ve fázi sloupkování byla ve dvouletém pozorování průkazně ovlivněna genotypem. Je tedy možné vybírat genotypy pšenice dle velikosti kořenového systému již ve vegetativních fázích vývoje. V porovnání s hodnotami klíčivosti je vitalita semen průkazně ovlivněna interakcí genotypu s ročníkem a genotypem, což naznačuje možnost výběru vhodných genotypů s vyšší vitalitou na základě víceletých experimentů. Korelační analýza vztahu VKS a parametrů osiva neprokázala jednoznačnou souvislost sledovaných znaků. Vitalita semen vybraných genotypů neovlivňuje tvorbu kořenového systému v pozdějších fázích vývoje pšenice.

Poděkování Práce vznikla za finanční podpory výzkumného projektu NAZV QJ1510098.

Literatura BENETT M. A. 2004. Seed and agronomic factors associated with germination under temperature and water stress In: Benech-Arnold R. L, Sánchez R. A. (eds.) Handbook of seed physiology, applications to agriculture. The Haworth Press. 480 s. BERTHOLDSSON N. O., BRANTESTAM KOLODINSKA A. 2009. A century of Nordic barley breeding – Effects of early vigour root and shoot growth, straw length, harvest index and grain weight. Eur J Agron, 30, 4, 266–274. CATTIVELLI L., RIZZA F., BADECK F. W., MAZZUCOTELLI E., MASTRANGELO A. M., FRANCIA E., MARE C., TOUDELLI A., STANCA A. M. 2008. Drought tolerance improvement in crop plants: an integrated view from breeding to genomics. Field Crops Research, 105, 1–14. DE ALMEIDA SILVA M., MOURA DOS SANTOS, C., LABATE, C. A., GUIDETTI-GONZALEZ S., DE SANTANA BORGES J., FERREIRA L. C., DELIMA R. O., FRITSCHE-NETO R. 2012. Breeding for water use efficiency In: Fritsche-Neto R., Borém A. (eds.): Plant breedin for abiotic stress tolerance, Springer, 175 s. HEŘMANSKÁ A., STŘEDA T., CHLOUPEK O. 2015. Improved wheat grain yield by a new method of root selection. Agronomy for Sustainable Development, 35, DOI 10.1007/s13593-014-0227-4. CHLOUPEK O., DOSTÁL V., STŘEDA T., PSOTA V., DVOŘÁČKOVÁ O. 2010. Drought tolerance of barley varieties in relation to their root system size. Plant Breeding, 129, 630–636. CHLOUPEK, O. 1972. The relationship between electric capacitance and some other parameters of plant roots. Biologia Plantarum, 14, 227–230. IPCC, 2007.: Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Core Writing Team (Eds. R.K. Pachauri, A. Reisinger) IPCC, Geneva, Switzerland. KAKHKI H. R. T., KAZEMI M., TAVAKOLI H. 2008. Analysis of seed size effect on seedling characteristics of different types of wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. Asian Journal of Plant Sciences, 7, 666–671. KLIMEŠOVÁ J., STŘEDA T. 2013. Distribution of barley root biomass in soil profile. s. 69-74. In Škarpa P., Ryant P., Cerkal R., Polák O., Kovárník J.: MendelNet 2013 - Proceedings of International PhD. Students Conference. 1. vyd. Faculty of Agronomy: Mendel University in Brno, Brno KLIMEŠOVÁ J., VINTRLÍKOVÁ E., STŘEDA T., 2015. Seed Vigour and Root Systém Size for Drought Escape and Tolerance. In Pazderů K. (ed.) Seed and Seedlings XII. (Scientific and Technical Seminar). Praha: ČZU v Praze, 71–76. ISBN 978-80-213-2544-9. LINDSTROM M. J., PAPENDICK, R. I., KOEHLER, F. E. 1976. A model to predict winter wheat emergence as affected by soil temperature, water potential, and depth od planting. Agronomy Journal, 68,137–141. SPÁČILOVÁ B., STŘEDOVÁ, H., STŘEDA, T. 2014. Dopady měnícího se klimatu na zemědělskou produkci. Brno: Mendelova univerzita v Brně. 52 s. STŘEDA T., DOSTÁL V., HORÁKOVÁ V., CHLOUPEK O. 2012. Effective use of water by wheat varieties with different root system sizes in rain-fed experiments in Central Europe. Agricultural Water Management, 104: 203–209. SVAČINA P., STŘEDA T., CHLOUPEK O. 2014. Uncommon selection by root system size increases barley yield. Agronomy for Sustainable Development, 34, 2, 454–551. VINTRLÍKOVÁ E., KLIMEŠOVÁ J., STŘEDA T., 2015. Possibility of selection for higher seed vigour of barley. In MendelNet 2015-Proceedings of International PhD Students Conference. 99–102. ISBN 978-80-7509-363-9.

Contact address: Ing. Jana Klimešová, Ústav pěstování, šlechtění rostlin a rostlinolékařství, Mendelova univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, E-mail: [email protected] Osivo a sadba, 2. 2. 2017

77

VLIV PŘÍRODNÍCH A AGRONONOMICKÝCH FAKTORŮ NA VÝNOS PŠENICE V POLSKU Influence of Environmental and Agronomic Factors on the Seed Yield of Wheat in Poland Edward Wilczewski, Małgorzata Szczepanek UTP University of Science and Technology in Bydgoszcz, Poland

Abstract In the last 15 years the wheat grain yield in Poland has grown systematically, mostly due to increasing nitrogen rates and intensification of plant protection against pests. However, the yields of this crop still are not satisfactory. This work presented the analysis of the causes of the incomplete use of common wheat production potential in Poland and identified possibilities for obtaining further improvement of its fertility in production conditions. The factors that require improvement are primarily: position in crop rotation, sowing time and seed quality. There are also possibilities for further increase in yield along with an increase in cultivation intensity. It is also necessary to take action aiming to improve soil properties, particularly in respect of organic matter content. Key words: certified seed material, nitrogen, pesticides use, wheat, yield.

Souhrn V posledních 15 letech v Polsku systematicky narůstal výnos pšenice, zejména z důvodu zvyšování dávek dusíku a intenzifikace ochrany rostlin proti škůdcům. Nicméně výnosy této plodiny stále nejsou uspokojivé. Tato práce představuje analýzu příčin neúplného využití produkčního potenciálu pšenice v Polsku a udává možnosti dosažení dalšího zlepšení plodnosti v provozních podmínkách. Mezi faktory, které vyžadují zlepšení je především: zařazení v osevním postupu, termín setí a kvalita osiva. Další možností zvyšování výnosu je zvyšování intenzity pěstování. Je také nezbytné přijmout opatření zaměřená na zlepšení půdních vlastností, zejména s ohledem na obsah organické hmoty. Klíčová slova: certifikované osivo, dusík, pesticidy, pšenice, výnos

Introduction Common wheat (Triticum aestivum ssp. vulgare Vill. Host) is the most important field crop in Poland and Europe (Central Statistical Office, 2015; FAOSTAT, 2016). This is a plant with high requirements in relation to soil and agronomic conditions, especially in terms of sowing time (Oleksiak, 2014), supply of fertilizer components (Kunzova and Hejcman, 2010; Gaj et al. 2013; Haliniarz et al. 2013) and plant protection against pests (Pisarek et al. 2013). Also the selection of a cultivar (Martinek et al. 2011; Kieloch et al. 2015), previous crop (Piekarczyk, 2010; Pisarek et al. 2013), tillage and sowing technology (Milford, 1993; Carew et al. 2009) may be of great importance. The wheat grain yield in Poland has been growing systematically over the last 15 years (Central Statistical Office, 2007 and 2015). This mostly resulted from intensification of cultivation, by increasing nitrogen rates and the number of plant protection treatments against pests (Central Statistical Office, 2007 and 2015). Moreover, new, more fertile cultivars were introduced in the analyzed period (Najewski, 2015). However, wheat yields in production are still lower than those obtained in some

78


neighboring countries (FAOSTAT, 2016) and much lower than those obtained in varietal experiments of COBORU (Najewski, 2015). The aim of this study is to analyze the causes of the incomplete use of common wheat production potential in Poland and to identify possibilities for obtaining further improvement of its fertility in production conditions.

Environmental determinants of wheat yields in Poland The environmental conditions of wheat yields are greatly varied in particular countries of Central and Eastern Europe. This refers particularly to pluviothermal conditions (tab. 1). Annual precipitation totals in Poland are on average by 95 mm lower than in Germany, but slightly higher than in Czech Republic, Russian and Ukraine. Poland is characterized by slightly lower mean annual air temperatures than Czech Republic, German or Ukraine. The least favorable and most diversified pluviothermal conditions occur in Russia. Tab. 1: Pluviothermal conditions in Poland and some neighboring countries (FAOSTAT, 2016) Country Poland

Czech Republik

Germany

Russia

Ukraine

Town/region Poland (average) Poznań, Kalisz Katowice Czech Republik (average) Brno Mosnov Germany (average) Magdeburg Essen Russia (average) Wołgograd Kaliningrad Moskwa Ukraine (average) Odessa Kijów

Average annual precipitation [mm] 683 515 729 569 490 702 778 513 933 494 403 802 689 568 464 649

Average annual air temperature [oC] 7 8 8 8 9 8 8 9 10 -1 7 7 5 8 10 8

Also a high percentage of light soils, unsuitable for wheat cultivation, is a factor limiting its yields in Poland. According to Skłodowski and Bielska (2009), soil production potential in Poland accounts for only 60 % of the mean potential of arable land of the European Union countries. In the structure of arable land, weak and very weak soils accounts for almost 32 %, whereas the percentage of soils with high productivity is only 29 %. The low humus content in the soil arable layer is a crucial problem. According to Krasowicz et al. (2011), the mean humus content in Polish soils amounts to 2.2 %. 56 % of soils are characterized by an average (1.0-2.0 %) or low (< 1.0 %) content of humus, and only 10.6 % of soils contain more than 3.5 % of humus. The current structure of agricultural production, characterized by a large proportion of cereals in the cropping area and limited use of organic fertilizers, leads to further worsening of properties of cultivated soils in Poland.


79

Agronomic determinants of wheat yields in Poland In the years 2000-2014 there was an increase in wheat grain yields in Poland (Tab. 2). The mean grain yield in 2014 was higher by 53.9 % than in 2000. Over that period, the use of yield potential of cultivars measured with the relation of the yield obtained in production to the yield of COBORU standard increased from 45.8 % to 52.8 %. This index was the highest in 2010. The degree of utilization of wheat production potential is still low. Grain yields obtained in countries that border Poland are highly varied (Tab. 3). In Russia they are lower by half, whereas in Germany they are almost two times higher than in Poland. In 2000-2014 there was also an increase in wheat yields in countries bordering Poland. It was particularly high in Slovakia (by 23.7 dt·ha-1), Czech Republic (by 23.0 dt·ha-1) and Ukraine (by 20.3 dt·ha-1). Wheat yields currently harvested in Czech Republic and Slovakia are relatively high, whereas in Ukraine they are considerably lower than in Poland. This large diversification of yield in this region to some extent results from the effect of environmental factors (Tab. 1). However, it is also the result of action of agronomic factors as well. Tab. 2: Utilization of wheat yield potential in Poland [%] Spring wheat Winter wheat Mean grain Relation of wheat Mean yield grain yield grain yield yield in production -1 -1 for wheat yield in Poland ] [dt·ha ] [dt·ha -1 Years to mean yield of [dt·ha ] COBORU COBORU standard COBORU* - COBORU standard acc.to GUS** [%] standard standard 2000 57.2 83.9 70.5 32.3 45.8 2005 69.8 96.1 82.9 39.5 47.6 2010 67.1 88.5 77.8 44.3 56.9 2014 84.8 103.4 94.1 49.7 52.8 *COBORU - Research Centre for Cultivar Testing **GUS - Central Statistical Office of Poland Tab. 3: Yield of wheat seeds [dt·ha-1] in some neighboring countries (FAOSTAT, 2016) Country Year 2000 2005 2010 2014

Czech Republik 42.1 50.5 49.9 65.1

Germany 72.8 74.7 73.1 86.3

Russia

Slovakia

Ukraine

16.1 19.3 19.2 25.0

30.9 43.1 34.6 54.6

19.8 28.5 26.8 40.1

In the last 15 years, systematic cultivation intensification has been observed in Poland, particularly in terms of mineral fertilization and chemical plant protection. Over this period, the rates of nitrogen fertilizers increased from 49.9 in 2000-2002 to 76.4 kg.ha-1 in 2012-2014 (Fig. 1). Over that time the rates of P2O5 and K2O increased from 17.8 to 24.6 kg.ha-1 and from 22.2 to 29.6 kg·ha-1, respectively. This intensification of fertilization is accompanied by a gradual increase in wheat grain yield. It results not only from increasing rates of mineral fertilizers. In the years 2000-2014, there was also a systematic increase in intensity of yield protection with the use of pesticides (tab. 4). Over the 15 years the rates of active substances of pesticides increased by 226.5%. Plant protection against fungal and bacterial diseases was intensified to the greatest extent. The national average rates of nitrogen in Poland are at a similar level as in Czech Republic (FAOSTAT, 2016). Higher fertilization with this element is 80


applied in Germany (109 kg·ha-1), whereas lower in Slovakia (67 kg·ha-1) and Ukraine (25 kg·ha-1). In Russia only about 9 kg·ha-1 N is usually applied. The current unit utilization of the active substance of pesticides in Poland is at an average level. In Germany (1.9 kg·ha-1) and Ukraine (1.8 kg·ha-1) it is higher, and in Czech Republic (0.95 kg·ha-1) and Slovakia (0.74 kg·ha-1) considerably lower than in Poland (FAOSTAT, 2016).

Fig. 1: Fertilizer consumption and wheat yield in Poland in 2000-2014 (Central Statistical Office 2007 and 2015) In contrast to fertilization and pesticide protection, in the period under discussion there was a decrease in supply of agriculture with certified seed of wheat (tab. 4). This reduction in the use of certified seed occurred in 2000-2009, whereas from 2010 we can observed the reverse trend. Tab. 4: Use of pesticides in Poland and suply of qualified seeds of wheat in 2000-2014 (Central Statistical Office 2007 and 2015) Use of pesticides in kg of active ingredients per ha of agricultural land Years Herbicides 2000-2002 2003-2005 2006-2008 2009-2011 2012-2014

Fungicides and Total use of Insecticides bactericides pesticides

0.278 0.330 0.646 0.696 0.844


0.174 0.206 0.339 0.359 0.448

0.0304 0.0321 0.0528 0.0597 0.0919

0.483 0.568 1.038 1.114 1.384

Suply of agriculture with certified seeds of wheat Total [mln kg] 103.4 83.6 66.5 66.7 81.8

In kg per ha of wheat cultivation area 40.5 36.6 30.4 29.7 37.5 81

Linear regression analysis confirmed a positive correlation between wheat yield in production and the use of pesticides and mineral fertilizers. It was particularly high in relation to the use of insecticides, preparations controlling pathogens and nitrogen fertilizers (tab. 5). Nevertheless, no correlation was found between the supply of agriculture with the certified seed of wheat and the national average grain yield of this crop. On the one hand, this resulted from a smaller diversity in the years in the amount of certified seed used than in the other agronomic factors. On the other hand, according to a strict study (Oleksiak, 2009), nitrogen fertilization is a factor of greater impact on the yield of crops. Therefore, it is impossible to assess the effects of using certified seed on wheat yields in conditions of so high increase in nitrogen rates over the years 2000-2014. According to the study by Starczewski et al. (2009), on farms using certified seed material cereal yields are high and less variable in the years than on farms where uncertified seed material is sown. Tab. 5: Linear correlation coefficients for the relation between wheat yield and some agronomic factors (n = 15) Use of pesticides Use of fertilizers Fungicides and NPK N Herbicides Insecticides bactericides 0.62* 0.75* 0.75* 0.60* 0.71* * - correlation coefficients significant at p<0.05

Suply of agriculture with qualified seeds of wheat -0.28

A crucial problem in winter wheat cultivation is a shortage of appropriate previous crops for this plant. According to the data of Central Statistical Office (2015), the total area of crops being good previous crops of winter wheat (oilseeds, legumes) amounts to 1,201 thousand ha. Thus, with the area of 1,996 thousand ha of winter wheat in Poland, it is grown after improper previous crops in 40% of this area, most often after cereals or plants harvested at a too late time (maize, root crops), making it impossible to keep the optimal sowing time. According to Oleksiak (2014), less than a half of winter wheat is sown at a time considered to be optimal. As a result, the average yield from the fields where sowings were delayed was 4.7 % lower than the average yield from the fields where the sowing took place at the optimal time and 8.7 % lower compared to fields sown at an early date. According to Carew et al. (2009), regional wheat yield is lower when a higher proportion of planted land is devoted to wheat. Sowing wheat after poaceous cereals may be conducted at the optimal time, but such sequence results in a several per cent drop in grain yield, particularly while growing wheat in worse soil conditions (Piekarczyk, 2010). Grain yield and quality in a weaker stand cannot be improved by increased fertilization.

Conclusions Taking into consideration the above data concerning environmental and agricultural determinants of wheat cultivation in Poland, it may be stated that this crop still has considerable yield reserves. The factors that require improvement are primarily: position in crop rotation, sowing time and seed quality. High correlation between grain yield and the rate of nitrogen and active substances of pesticides indicates possibilities for further increase in yield along with an increase in their use. However, it is also necessary to take a long-term action aiming to improve soil properties by increasing the proportion of plants with positive reproduction rate or soil organic matter in the cropping area as well as increased application of natural fertilizers.

82


Literature CAREW R., SMITH E. G., GRANT C. (2009). Factors influencing wheat yield and variability: evidence from Manitoba, Canada. J. Agric.Appl. Econ., 41(3), 625–639. CENTRAL STATISTICAL OFFICE. (2007). Branch Yearbooks. Statistical Yearbook of Agriculture and Rural Areas. Warsaw, 179–307. CENTRAL STATISTICAL OFFICE., (2015). Branch Yearbooks. Statistical Yearbook of Agriculture. Warsaw, 160–162. FAOSTAT, (2016). http://www.fao.org/faostat/en/#data (Accessed in 15th December 2016). GAJ R., GÓRSKI D., PRZYBYŁ J. (2013). Effect of differentiated phosphorus and potassium fertilization on winter wheat yield and quality. J. Elementol. 18(1), 55–67. HALINIARZ M., GAWĘDA D., BUJAK K., FRANT M., KWIATKOWSKI C. (2013). Yield of winter wheat depending on the tillage system and level of mineral fertilization. Acta Sci. Pol., Agricultura, 12(4), 59–72. KIELOCH R., WEBER R., DOROSZEWSKI A., PURCHAŁA L. (2015). Yield changeability of winter wheat cultivars in diversified environments and herbicide variants. Acta Sci. Pol. Agricultura, 14(3), 73–83. KRASOWICZ S., OLESZEK W., HORABIK J., DĘBICKI R., JANKOWIAK J., STUCZYŃSKI T., JADCZYSZYN J. (2011). Rational management of the soil environment in Poland. Pol. J. Agron., 7, 43–58. [in Polish] KUNZOVA E., HEJCMAN M. (2010). Yield development of winter wheat over 50 years of nitrogen, phosphorus and potassium application on greyic Phaeozem in the Czech Republic. Europ. J. Agron., 33, 166–174. MARTINEK P., DOBROVOLSKAYA O. B., POKOROVA P., VANOVA M. (2011). Gene resources of wheat (Triticum aestivum L.) with changed spike morphology and their utilisation. In: 10th Scientific and Technical Seminar on Seed and Seedlings, Czech Univ Life Sci Prague (CULS), Prague, Czech Republik, Feb 10, 2011, 62–69. MILFORD G. F. J., PENNY A., PREW R. D., DARBY R. J., TODD A. D. (1993). Effects of previous crop, sowing date and winter and spring applications of nitrogen on the growth, nitrogen uptake and yield of winter wheat. J. Agric. Sci. 121, 1–12. NAJEWSKI A. (2015). Common winter wheat. In: Descriptive list of cultivars. ZYCH J. (Ed.), Research Centre for Cultivar Testing (COBORU), Słupia Wielka, 75–108 [in Polish]. OLEKSIAK T. (2009). Winter wheat yields depending on the quality of applied sowing material. Biul. IHAR 251, 83–93. [in Polish] OLEKSIAK T. (2014). Effect of sowing date on winter wheat yields in Poland. J. Centr. Europ. Agric., 2014, 15(4), 83–99. PIEKARCZYK M. (2010). Effect of forecrops and nitrogen fertilisation on the yield and grain technological quality of winter wheat grown on light soil. Acta Sci. Pol., Agricultura, 9 (2), 25–33. PISAREK M, ROZBICKI J., SAMBORSKI S., WAWRYŁO B., GOLBA J. (2013). Effect of seven agronomic factors on winter wheat productivity cultivating in condition of an excessive share of cereals in crop rotation. Part II. Grain yield and it’s components. Fragm. Agron. 30(1), 113–120. [in Polish] SKŁODOWSKI P., BIELSKA A. (2009). Properties and fertility of soils in Poland – a basis for the formation of agroenvironmental relations. Woda Środ. Obsz. Wiej., 9(4), 203–214. [in Polish] STARCZEWSKI J., TOCZYSKA M., WIELOGÓRSKA G., TURSKA E. (2009). Produkcja kwalifikowanego materiału siewnego i jego wpływ na plonowanie zbóż w województwie mazowieckim. Biul. IHAR, 251, 15–27. [in Polish]

Contact address: Edward Wilczewski, Ph.D. Department of Agrotechnology, UTP-University of Science and Technology in Bydgoszcz, A. Kordecki 20 St., 85-225 Bydgoszcz, E-mail: [email protected]


83

VYUŽITÍ BIOLOGICKÉHO OŠETŘENÍ OSIVA PŠENICE S BAREVNÝM ZRNEM V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ Utilization of Biological Treatment of Coloured Wheat Seed in Organic Farming Michaela Dočkalová, Ivana Capouchová, Monika Zrcková, Alena Škeříková, Hana Honsová KRV ČZU v Praze

Abstract The influence of bio-preparation Polyversum, used for seed treatment of winter wheat genotypes with coloured grain (Citrus with yellow grain and new-breeded material KM 53-14 with blue grain) and check variety of winter wheat Annie on biological properties of seed, dynamics of roots and aboveground biomass dry matter formation and finally yield of grain in organic farming system was tested in laboratory and field experiments. Evaluated genotypes reached very high values of seed laboratory parameters even in untreated check variants (for example values of germination energy and laboratory germination on level of 98 – 99 %); so effect of treatment was statistically insignificant. Significant effect of the seed treatment was not detected even in case of field emergence. Certain positive effect of the seed treatment on roots dry matter formation was detected in check variety Annie and especially in new-breeded coloured material KM 53-14; in this material was also observed certain positive effect on above-ground plant biomass formation for treated variant. Wheat with coloured grain reached slightly increased yield for treated variant, too. Key words: wheat with coloured grain, seed treatment, bio-preparation, organic farming

Souhrn V laboratorních a polních pokusech se dvěma genotypy ozimé pšenice s barevným zrnem (Citrus se žlutým zrnem a novošlechtění KM 53-14 s modrým zrnem) a kontrolní odrůdou pšenice seté Annie byl hodnocen vliv ošetření osiva přípravkem Polyversum na biologické vlastnosti osiva (laboratorní klíčivost, energii klíčení, laboratorní vzcházivost, energii vzcházení), dynamiku tvorby hmotnosti sušiny kořenů a nadzemní biomasy a na následný výnos zrna v ekologickém systému pěstování (Výzkumná stanice Praha-Uhříněves). I v neošetřené, kontrolní variantě dosáhly hodnocené genotypy vysokých hodnot laboratorních parametrů osiva (např. energie klíčení a laboratorní klíčivost na úrovni 98-99 %); biologické ošetření osiva se statisticky průkazně neprojevilo. Statisticky průkazný vliv ošetření osiva nebyl zaznamenán ani v případě polní vzcházivosti. Nevýrazný pozitivní vliv ošetření osiva na tvorbu hmotnosti sušiny kořenů byl zaznamenán u odrůdy Annie a zejména u nšl. KM 53-14; u tohoto nšl. se projevilo i určité pozitivní ovlivnění tvorby hmotnosti sušiny nadzemní biomasy u ošetřené varianty. Pšenice s barevným zrnem dosáhly v ošetřené variantě mírně vyššího výnosu; patrnější navýšení – o 4 % bylo zjištěno u odrůdy Citrus. Klíčová slova: pšenice s barevným zrnem, ošetření osiva, biologický přípravek, ekologické zemědělství

Úvod Moření osiva je biologický, chemický a fyzikální (mechanický) proces, sloužící ke zmírnění negativního působení různých vnějších nebo vnitřních vlivů. Zlepšuje klíčivost a vitalitu osiva, a tím podporuje tvorbu zdravé rostliny se zvýšeným produkčním potenciálem (Khanzada et al., 2002). Moření osiva obilnin je v současné době u nás v podmínkách konvenčního zemědělství prakticky nutností (Ondřej et al., 2012). Možnosti ošetřování osiv se v současné době rozšiřují i v případě ekologického 84


způsobu pěstování. V celosvětovém měřítku je k dispozici řada biologických přípravků na ošetření osiva, obvykle na bázi bakterií či hub (Mastouri et al., 2010; Jensen et al., 2000). V ČR patří k perspektivním např. přípravek Clonoplus. Je to pomocný rostlinný přípravek, který obsahuje spóry více kmenů houby rodu Clonostachys, které byly pečlivě vybrány s ohledem na jejich užitečné vlastnosti. Jde o přirozeně se vyskytující houby, které rozkládají organické zbytky v půdě a zvyšují příjem živin. Tyto užitečné houby také rozkládají zárodky patogenních hub (např. Rhizoctonia solanii; Sclerotinia sclerotiorum; Botrytis cinerea; Bipolaris sorokiniana; Verticilium dahliae; některé druhy fusarií), (http://fytovita.cz). K nejrozšířenějším biologickým přípravkům, užívaných především v ekologickém zemědělství k ošetřování osiv, je Polyversum (jedná se o jediné mořidlo obilnin, povolené v ČR pro ekologické zemědělství). Účinnou látkou přípravku je houba Pythium oligandrum Drechsler, v koncentraci oospor 1 x 106/g. Cílem moření je likvidace chlamydospor sněti mazlavé pšeničné a askospor fuzárií klíčících zároveň s obilkou a pocházejících z infikovaného osiva, dále potlačení tlaku půdní infekce způsobené zejména houbami rodu Fusarium, vedoucí k hnilobám kořenů a pat stébel; zároveň je v klíčních rostlinkách indukována rezistence proti dalším chorobám (www.biopreparaty.eu). Je již známo, že v povětrnostně příznivých ročnících a zejména při příznivých vláhových podmínkách v půdě může ošetření osiva obilnin biologickými přípravky pozitivně ovlivnit tvorbu a mohutnost kořenového systému, a tím následně i nadzemní části rostliny. To se pak pozitivně projeví i na výnosu plodiny. Efekt použití přípravku Polyversum při ošetření osiva běžné pšenice seté byl již zkoumán (Bláha et al., 2013, Prokinová et al., 2013). Cílem našich pokusů bylo ověřit účinnost tohoto přípravku u vybraných genotypů pšenice s barevným zrnem v systému ekologického zemědělství.

Metodika Do laboratorních a polních pokusů byly zařazeny dva genotypy ozimé pšenice s barevným zrnem (novošlechtění KM 53-14 s modrým zrnem a odrůda Citrus se žlutým zrnem) a jedna kontrolní, běžná odrůda pšenice seté Annie. Část osiva byla před setím ošetřena biologickým přípravkem Polyversum v dávce na horní hranici doporučené výrobcem (1 g na 1 kg osiva). Pro založení pokusů byla použita jak varianta ošetřená, tak i varianta neošetřená – kontrolní. Před výsevem do polních pokusů na podzim 2015 a 2016 byly v laboratorních podmínkách u ošetřených i neošetřených variant stanoveny biologické vlastnosti osiva – energie klíčení, laboratorní klíčivost (ISTA), energie vzcházení a laboratorní vzcházivost (Houba, Hosnedl, 2002). Následně byly uvedené varianty osiva použity pro založení přesných polních maloparcelkových pokusů (tři opakování, velikost parcely 12 m2) na ekologické pokusné ploše Výzkumné stanice v Praze-Uhříněvsi. V r. 2015 byl použit výsevek 400 klíčivých obilek na m2, v r. 2016 vzhledem k opožděnému termínu setí (24.10.) 450 klíčivých obilek na m2. Po vzejití pokusů byla stanovena polní vzcházivost. Dvouleté výsledky hodnocení laboratorních parametrů osiva a polní vzcházivosti byly statisticky vyhodnoceny metodou analýzy variance (ANOVA), průkaznost rozdílů mezi průměry odrůd, variant ošetření osiva a ročníků byla ověřena testem dle Tukey na hladině významnosti α = 0,05. V průběhu jarního období roku 2016 (od předjarního období - počátku odnožování až do konce sloupkování) byly z pokusných variant polního pokusu odebírány rostliny k hodnocení dynamiky tvorby sušiny nadzemní biomasy a biomasy kořenů; po sklizni polního pokusu v létě roku 2016 byl zjištěn výnos.

Výsledky a diskuse Prokinová et al. (2013) ověřovali účinek ošetření osiva jarní pšenice několika biologickými přípravky v polních a skleníkových nádobových pokusech. Zjistili, že biologické ošetření osiva ovlivňovalo další generaci rostlin prakticky po celou dobu vegetace. Průměrné rozdíly v hodnotách klíčivosti, vzcházivosti, délce a hmotnosti rostlin byly však mezi různými variantami ošetření menší, než rozdíly mezi odrůdami v rámci dané varianty. Z našich výsledků hodnocení biologických vlastností osiva v laboratorních podmínkách (tab. 1) je zřejmé, že v energii klíčení a laboratorní klíčivosti nebyly Osivo a sadba, 2. 2. 2017

85

zaznamenány statisticky průkazné rozdíly mezi jednotlivými genotypy, ani mezi variantou ošetřenou Polyversem a variantou neošetřenou, ani mezi oběma ročníky. V případě energie vzcházení a laboratorní vzcházivosti dosáhla odrůda Citrus nižších hodnot těchto parametrů než nšl. KM 53-14 a kontrolní odrůda Annie a statisticky průkazně se od nich odlišovala. Vliv ošetření osiva na uvedené parametry statisticky průkazný nebyl, přestože varianta ošetřená Polyversem dosáhla nepatrně vyšší laboratorní vzcházivosti. Statisticky průkazně se neprojevil ani vliv ročníku. Celkově lze konstatovat, že hodnoty sledovaných laboratorních parametrů osiva byly velmi vysoké (zejména v případě energie klíčení a laboratorní klíčivosti, kde se pohybovaly mezi 98-99 %), a to bylo možná důvodem, že biologické ošetření osiva ani nemělo šanci se výrazněji projevit. Zajímavější byly zjištěné hodnoty polní vzcházivosti, kde byly zaznamenány statisticky průkazné rozdíly mezi jednotlivými odrůdami, přičemž nejvyšší polní vzcházivost (73,27 %) byla zjištěna u kontrolní odrůdy Annie a nejnižší u odrůdy Citrus (65,13 %). Vliv ošetření osiva na polní vzcházivost se naproti tomu takřka neprojevil - jak varianta ošetřená Polyversem, tak i neošetřená kontrola dosáhly v průměru téměř totožné polní vzcházivosti 69,10, resp. 69,46 %. Statisticky průkazný rozdíl v polní vzcházivosti byl zjištěn mezi oběma ročníky; zatímco v roce 2015 činila polní vzcházivost v průměru 76,22 %, v roce 2016 to bylo pouze 62,35 %. Příčinou nižší polní vzcházivosti v roce 2016 byl pravděpodobně opožděný výsev (24.10.), ke kterému došlo v důsledku nepříznivých povětrnostních podmínek, zejména vyšší četnosti srážek od počátku října 2016; vzcházení pak bylo negativně ovlivněno i kvůli velmi chladné první dekádě listopadu. Tab. 1: Hodnocení biologických vlastností osiva v laboratorních podmínkách a polní vzcházivosti Energie Laboratorní Energie Laboratorní Polní klíčení klíčivost vzcházení vzcházivost vzcházivost (%) (%) (%) (%) (%) Odrůda Annie 99,38a 99,73a 93,23a 94,60a 73,27a Citrus 97,95a 98,35a 88,40b 90,53b 65,13b KM 53-14 98,73a 98,95a 92,20a 94,00a 69,45c HSD0,05 1,51 1,09 2,92 1,44 3,34 Ošetření Polyversum 98,60a 98,98a 91,23a 93,12a 69,10a osiva kontrola 98,77a 99,03a 91,32a 92,97a 69,46a HSD0,05 0,48 0,98 0,72 1,35 2,48 Rok 2015 98,30a 98,62a 91,77a 92,93a 76,22a 2016 99,07a 99,40a 90,78a 93,15a 62,35b HSD0,05 0,94 1,17 1,88 2,06 3,15 Grafy 1-3 znázorňují dynamiku tvorby hmotnosti sušiny kořenů jednotlivých odrůd v ošetřené i neošetřené variantě. Vliv ošetření na tvorbu hmotnosti sušiny kořenů byl nevýrazný a nejednoznačný. Určitý pozitivní vliv na tvorbu kořenové biomasy je patrný u odrůdy Annie a nšl. KM 53-14. U odrůdy Annie lze pozorovat mírně vyšší průměrnou hmotnost sušiny kořenů u ošetřené varianty počínaje prvním odběrem v polovině února až do konce dubna; u nšl. KM 53-14 se vliv ošetření pozitivně projevil o něco později, zejména koncem dubna a v první polovině května. U odrůdy Citrus se ošetření osiva přípravkem Polyversum takřka neprojevilo, naopak při posledním odběru na konci sloupkování dosáhla vyšší hmotnosti sušiny kořenů neošetřená varianta. Naše výsledky jsou v zásadě v souladu se závěry Bláhy et al. (2013), který uvádí, že v polních podmínkách je použití biopreparátů účinné především na chudších půdách, zatímco u kvalitních půd se vzhledem k obsahu živin a mikroorganismů efekt biopreparátů zpravidla tolik neprojeví. Jak již bylo uvedeno, významnou roli sehrávají i vláhové poměry v daném ročníku. Dynamiku tvorby sušiny nadzemní biomasy znázorňují grafy 4-6. I v tomto případě byl vliv ošetření zpravidla nevýrazný a nejednoznačný. Určité rozdíly mezi ošetřenými variantami a neošetřenou

86


kontrolou jsou patrné až v období pokročilého sloupkování. Zřetelnější pozitivní efekt ošetřené varianty se projevil pouze u nšl. KM 53-14. V každém případě je však třeba mít na paměti, že se jedná pouze o jednoleté výsledky, na jejichž základě nelze vyvozovat obecnější závěry.

Graf 1: Průměrná hmotnost sušiny kořenů na rostlinu – odrůda Annie

Graf 2: Průměrná hmotnost sušiny kořenů na rostlinu – novošlechtění KM 53-14

Graf 3: Průměrná hmotnost sušiny kořenů na rostlinu – odrůda Citrus Osivo a sadba, 2. 2. 2017

87

Graf 4: Průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy na rostlinu – odrůda Annie

Graf 5: Průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy na rostlinu – nšl. KM 53-14

Graf 6: Průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy na rostlinu – odrůda Citrus

88


Rozhodujícím výsledným parametrem je výnos zrna (graf 7). Z něj je patrné, že odrůdy pšenice s barevným zrnem dosáhly mírně vyššího výnosu v ošetřené variantě, přičemž výraznější rozdíl ve výnosu ve prospěch ošetřené varianty byl zaznamenán u odrůdy se žlutým zrnem Citrus, která dosáhla o 4 % vyššího výnosu v ošetřené variantě oproti neošetřené kontrole. I zde je nutné zdůraznit, že se jedná pouze o jednoleté výsledky, ze sklizňového roku 2016.

Graf 7: Výnos zrna

Závěr Ošetření osiva dvou genotypů ozimé pšenice s barevným zrnem (Citrus se žlutým zrnem a novošlechtění KM 53-14 s modrým zrnem) a kontrolní odrůdy ozimé pšenice seté Annie biologickým přípravkem Polyversum statisticky průkazně neovlivnilo sledované laboratorní parametry osiva (energii klíčení, laboratorní klíčivost, energii vzcházení, laboratorní vzcházivost). I v neošetřené, kontrolní variantě dosáhly hodnocené genotypy vysokých hodnot laboratorních parametrů osiva (např. energie klíčení a laboratorní klíčivost na úrovni 98 – 99 %). Statisticky průkazný vliv ošetření osiva nebyl zaznamenán ani v případě polní vzcházivosti. Nevýrazný pozitivní vliv ošetření osiva na tvorbu hmotnosti sušiny kořenů byl zaznamenán u odrůdy Annie a zejména u nšl. KM 53-14; u tohoto nšl. se projevilo i určité pozitivní ovlivnění tvorby hmotnosti sušiny nadzemní biomasy u ošetřené varianty. Pšenice s barevným zrnem dosáhly v ošetřené variantě mírně vyššího výnosu; patrnější navýšení – o 4 % bylo zjištěno u odrůdy Citrus. V případě polního hodnocení se jedná pouze o jednoleté výsledky, které budou doplněny dalšími ročníky sledování.

Poděkování Podpořeno z prostředků Specifického výzkumu FAPPZ ČZU v Praze, č. 21160/1312/3148

Literatura BLÁHA L., STEHNO Z., KONVALINA P., CAPOUCHOVÁ I., JANOVSKÁ D., KÁŠ M. (2013). Testování vlivu biopreparátů na jarní pšenici. Úroda, 61(8):21–23. HOUBA M., HOSNEDL V. (2002). Osivo a sadba. Nakladatelství M. Sedláček, 186 s. JENSEN B., KNUDSEN I. M. B., JENSEN F. D (2000). Biological seed treatment of cereals with fresh and long-term stored formulations of Clonostachys rosea: Biocontrol efficacy against Fusarium culmorum. European Journal of Plant Pathology, 106:233–242. KHANZADA K. A., RAJPUT M. A., SHAB G. S., LODHI M., MAHBOOB F. (2002). Effect of seed dressing fungicides for the control of seed borne of mycoflora of wheat. Asia Journal of Plant Sciences, 1(4):441–444. MASTOURI F., BJORKMAN T., HARMAN G. E. (2010). Seed treatment with Trichoderma harzianum. Alleviates biotic, abiotic and physiological stresses in germinating seeds and seedlings. 100(11):1213–1221.


89

ONDŘEJ M., ONDRÁČKOVÁ E., NESRSTA M. (2012). Využití hub rodu Clonostachys proti půdním patogenům. Úroda, 60(3):64–66. PROKINOVÁ E., CAPOUCHOVÁ I., KONVALINA P., VOSPĚLOVÁ J. (2013). Micromycetes on Spring Cereals Seeds in Organic Farming. In: PAZDERŮ K. (Ed.), Seed and Seedlings XI. (Scientific and Technical seminar), 7.2. 2013, Praha, s. 129–134.

http://www.biopreparaty.eu http://fytovita.cz Contact address: Ing. Michaela Dočkalová, Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

90


VYUŽITÍ BIOLOGICKÉHO OŠETŘENÍ OSIVA PLUCHATÉ PŠENICE (T. SPELTA L.) V EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ Biological Treatment of Hulled Wheat (T. spelta L.) Seed in Organic Farming Monika Zrcková, Ivana Capouchová, Michaela Dočkalová, Alena Škeříková, Hana Honsová KRV ČZU v Praze

Abstract The influence of bio-preparations Polyversum and Clonoplus, used for seed treatment of winter spelt variety Rubiota and check variety of winter common wheat Scaro on biological properties of seed, length of roots, dynamics of roots and above-ground biomass dry matter formation and finally yield of grain in organic farming system was tested in laboratory and field experiments. Laboratory parameters of seed (germination energy, laboratory germination, energy of emergence, laboratory emergence) were not affected significantly by the seed treatment with Polyversum and Clonoplus – differences between treated and untreated variants were negligible, in favour of treated variants. Little bit higher differences, in favour of treated variants, were found in case of field emergence. Certain positive effect of the seed treatment was found in field experiments – treated variants usually (but not in all cases) reached slightly higher length of roots and average weight of root and above-ground biomass dry matter. Finally, yield of grain of treated variants was slightly higher, too. Response to treatment was in spelt wheat variety Rubiota slightly higher in comparison with common wheat variety Scaro. Key words: spelt wheat, common wheat, seed treatment, bio-preparations, organic farming

Souhrn V laboratorních a polních pokusech s odrůdou ozimé pšenice špaldy Rubiota a kontrolní odrůdou ozimé pšenice seté Scaro jsme hodnotili vliv ošetření osiva biologickými přípravky Polyversum a Clonoplus na biologické vlastnosti osiva, délku kořenů, dynamiku tvorby hmotnosti sušiny kořenů a nadzemní biomasy a na následný výnos v ekologickém systému pěstování (Výzkumná stanice PrahaUhříněves). Ošetření osiva hodnocených odrůd biologickými přípravky v našem pokusu statisticky průkazně neovlivnilo laboratorní parametry osiva (energii klíčení, laboratorní klíčivost, energii vzcházení, laboratorní vzcházivost) – rozdíly mezi ošetřenými variantami a variantou neošetřenou (kontrolní) byly nepatrné, ve prospěch ošetřených variant. O něco větší rozdíly, opět ve prospěch ošetřených variant, byly zaznamenány v polní vzcházivosti, i když ani zde se polní vzcházivost ošetřených a neošetřených variant příliš výrazně nelišila. V polních pokusech byl při odběrech rostlin v průběhu odnožování a sloupkování zpravidla zaznamenáván určitý pozitivní efekt u variant, vysetých z osiva ošetřeného biologickými přípravky – ten se projevoval (avšak ne vždy) v mírně vyšší délce kořenů a průměrné hmotnosti sušiny kořenů i nadzemní biomasy. Výsledky dále naznačily, že odrůda špaldy Rubiota reagovala na ošetření o něco lépe než odrůda pšenice seté Scaro. Klíčová slova: pšenice špalda, pšenice setá, ošetření osiva, biologické přípravky, ekologické zemědělství


91

Úvod V posledních letech se při pěstování plodin stále častěji uplatňují nejrůznější biologické přípravky, nejčastěji aplikované jako biomořidla na osivo. V celosvětovém měřítku je k dispozici již řada biologických přípravků pro ošetření osiva, obvykle na bázi mikroorganismů (bakterií či hub), sloužících ke zmírnění negativního působení nejrůznějších vnitřních či vnějších vlivů a zlepšujících a podporujících růst rostlin (Jensen et al., 2000; Mastouri et al., 2010). Tyto přípravky jsou již i v ČR při pěstování obilnin poměrně široce využívané, zejména při pěstování ječmene a bezpluchých druhů pšenice a jejich efekt byl již při řadě příležitostí ověřován (Bláha et al., 2013; Prokinová et al. 2013; Prokinová, 2016). U pluchatých druhů pšenice, jako je špalda, která se vyznačuje silnými, pevnými pluchami, detailní informace o možném efektu využití těchto přípravků při ošetření osiva zatím chybí. Přitom pšenice špalda patří, zejména v ekologickém způsobu pěstování, k nejperspektivnějším plodinám (Dengcai et al., 2003). K nejčastěji používaným biologickým přípravkům, především v ekologickém zemědělství ČR k ošetření osiva obilnin, patří Polyversum. Účinnou látkou tohoto přípravku jsou oospory houby Pythium oligandrum. Jedná se o jediné mořidlo obilnin, povolené v ČR pro ekologické zemědělství. Účelem moření je likvidace chlamydospor sněti mazlavé pšeničné a askospor fuzárií klíčících zároveň s obilkou a pocházejících z infikovaného osiva, dále potlačení tlaku půdní infekce způsobené zejména houbami Fusarium spp., vedoucí k hnilobám kořenů a pat stébel; zároveň je v klíčních rostlinách indukována rezistence proti dalším chorobám (www.biopreparaty.eu). Perspektivní je i Clonoplus, což je pomocný rostlinný přípravek, který obsahuje spory více kmenů houby rodu Clonostachys. Jedná se o přirozeně se vyskytující houby, které napomáhají rozkládání organických zbytků v půdě a zvyšování příjmu živin. Tyto užitečné houby rovněž rozkládají zárodky patogenních hub, např. Rhizoctonia solanii, Sclerotinia sclerotiorum, Botrytis cinerea, Bipolaris sorokiniana a některé druhy fuzárií (http://fytovita.cz). V povětrnostně příznivých ročnících a zejména při příznivých vláhových podmínkách v půdě mohou biologické přípravky, použité k ošetření osiv obilnin, pozitivně ovlivnit tvorbu a mohutnost kořenového systému, a tím následně i nadzemní části rostliny – to se pak pozitivně projeví i na výnosu.

Metodika Na podzim 2015 a 2016 byl v laboratorních podmínkách hodnocen vliv ošetření osiva ozimé špaldy, tuzemské odrůdy Rubiota přípravky Polyversum a Clonoplus na biologické vlastnosti osiva – energii klíčení a laboratorní klíčivost (ISTA), energii vzcházení a laboratorní vzcházivost (Houba, Hosnedl, 2002) v porovnání s kontrolní odrůdou ozimé pšenice seté Scaro – jedná se o švýcarskou odrůdu, vyšlechtěnou speciálně pro podmínky ekologického způsobu pěstování. Dávky obou přípravků byly zvoleny na horní hranici doporučené výrobci, tzn. v případě Polyversa 1 g na 1 kg osiva, v případě přípravku Clonoplus 4 g na 1 kg osiva. Kromě ošetřené varianty byla do pokusu zařazena i varianta kontrolní, neošetřená. Osivo ošetřených i neošetřených variant bylo následně vyseto do přesného polního maloparcelkového pokusu, vedeného v ekologickém způsobu pěstování na Výzkumné stanici v Praze-Uhříněvsi. V r. 2015 byl použit výsevek 400 klíčivých obilek na m2, v r. 2016 450 klíčivých obilek na m2, vzhledem k opožděnému výsevu (24.10. 2016). Po vzejití pokusů byla zjištěna polní vzcházivost. Dvouleté výsledky hodnocení laboratorních parametrů osiva a polní vzcházivosti byly statisticky vyhodnoceny metodou analýzy variance (ANOVA), průkaznost rozdílů mezi průměry odrůd, variant ošetření osiva a ročníků byla ověřena testem dle Tukeye na hladině významnosti α = 0,05. V prosinci 2015 a následně po přezimování, v předjarním a jarním období roku 2016 – během odnožování a sloupkování byly z pokusných parcel (založených na podzim 2015 ošetřeným i neošetřeným osivem) odebírány rostliny pšenice špaldy i kontrolní pšenice seté a stanovena u nich průměrná délka kořenů, dynamika tvorby hmotnosti sušiny kořenů i nadzemní biomasy. Polní pokusy byly ponechány až do sklizně, po sklizni byl zjištěn výnos.

92


Výsledky a diskuse V tab. 1 jsou uvedeny hodnoty biologických vlastností osiva v laboratorních podmínkách a polní vzcházivost. Z tabulky je patrné, že mezi odrůdami Scaro a Rubiota byl zaznamenán statisticky průkazný rozdíl v energii klíčení, ale zejména v energii vzcházení a laboratorní vzcházivosti, vždy ve prospěch pšenice seté Scaro. Naproti tomu rozdíl v polní vzcházivosti mezi oběma odrůdami zaznamenán nebyl. V případě Rubioty byla hodnota polní vzcházivosti jen o málo nižší, než vzcházivost laboratorní; v případě odrůdy Scaro byla polní vzcházivost oproti vzcházivosti laboratorní znatelně nižší. Lze se domnívat, že odrůda špaldy Rubiota celkově lépe zvládala vzcházení v těžké, slévavé, jílovitohlinité půdě, která se na VS Praha-Uhříněves vyskytuje. Vliv ošetření osiva přípravky Polyversum a Clonoplus laboratorní parametry osiva statisticky průkazně neovlivnil – rozdíl mezi ošetřenými variantami a variantou kontrolní, neošetřenou, byly jen nepatrné; výraznější rozdíly mezi ošetřenými a neošetřenými variantami nebyly zjištěny ani v případě polní vzcházivosti. Naproti tomu, statisticky průkazný rozdíl v polní vzcházivosti mezi oběma ročníky byl ve prospěch roku 2015. Tab. 1: Hodnocení biologických vlastností osiva v laboratorních podmínkách a polní vzcházivost Energie Laboratorní Energie Laboratorní Polní klíčení klíčivost vzcházení vzcházivost vzcházivost (%) (%) (%) (%) (%) Scaro 97,00a 97,58a 91,79a 93,00a 75,57a Odrůda Rubiota 94,46b 96,46a 74,33b 78,67b 74,80a HSD0,05 1,02 0,98 3,08 2,76 1,26 Polyversum 96,06a 97,19a 82,85a 85,75a 76,43a Ošetření Clonoplus 95,75a 97,13a 83,79a 86,38a 75,76ab osiva Kontrola 95,38a 96,75a 82,54a 85,38a 73,35b HSD0,05 0,74 0,55 1,39 1,18 1,92 2015 2016 94,04a 95,79a 80,91a 83,38a 79,42a Rok 97,42b 98,25b 85,21b 88,29b 70,88b HSD0,05 1,89 1,34 2,02 1,68 2,14 Biologické přípravky vykazují v polních podmínkách často nižší účinnost než přípravky chemické. Tato variabilita účinnosti je zpravidla spojena s půdními podmínkami (teplota, vlhkost, pH, již vyskytující se mikroorganismy), více či méně příznivými pro rozvoj účinné látky použitého přípravku (houby či bakterie), (Jensen et al., 2000).

Graf 1: Průměrná délka kořenů Osivo a sadba, 2. 2. 2017

93

Podle Ondřeje, Ondráčkové (2012) použití biologického přípravku na bázi hub rodu Clonostachys zvyšuje schopnost kořenů přijímat živiny a zlepšuje celkový zdravotní stav rostlin. Z grafu 1 je patrné, že při prvních dvou odběrech rostlin v prosinci 2015 a únoru 2016 byla délka kořenů u varianty s osivem ošetřeným přípravkem Clonoplus nižší ve srovnání s ostatními variantami, ale průměrná hmotnost sušiny kořenů (graf 2) a sušiny nadzemní biomasy (graf 3) vyšší než u ostatních variant. Ošetření osiva přípravkem Polyversum se při prvních dvou odběrech pozitivně projevilo zejména na průměrné délce kořenů i hmotnosti sušiny kořenů u odrůdy Rubiota, ale průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy znatelně ovlivněna nebyla. Vzhledem k nepříznivým povětrnostním podmínkám bylo možné provést následující odběr rostlin až na počátku dubna 2016. Při tomto odběru jsme ve srovnání s neošetřenou kontrolou zaznamenaly pozitivní ovlivnění průměrné délky kořenů obou odrůd u varianty s osivem ošetřeným přípravkem Clonoplus a u odrůdy Rubiota i varianty ošetřené Polyversem; naproti tomu odrůda Scaro z varianty ošetřené Polyversem měla kořeny nejkratší (graf 1).

Graf 2: Průměrná hmotnost sušiny kořenů na rostlinu Průměrná hmotnost sušiny kořenů na rostlinu při odběru na počátku dubna (5.4. 2016) byla velmi vyrovnaná a u ošetřených variant se nijak výrazně neprojevila. Naproti tomu, pozitivní efekt u ošetřených variant jsme při tomto odběru zaznamenaly v průměrné hmotnosti sušiny nadzemní biomasy na rostlinu – zde obě odrůdy z varianty ošetřené přípravkem Clonoplus dosáhly znatelně větší hmotnosti sušiny, zejména ve srovnání s neošetřenou odrůdou Scaro. V případě varianty ošetřené Polyversem dosáhla odrůda Rubiota větší hmotnosti sušiny nadzemní biomasy než odrůda Scaro (grafy 2 a 3). Při posledním odběru v polovině dubna se vliv ošetření na délku kořenů projevil nejednoznačně; průměrná délka kořenů u obou ošetřených variant byla srovnatelná, přičemž lépe opět reagovala odrůda špaldy Rubiota. U neošetřené kontroly dosáhla odrůda Scaro vyšší průměrné délky kořenů a Rubiota nižší délky kořenů ve srovnání s ošetřenými variantami. Při posledním odběru dosáhla v průměru nejvyšší hmotnosti sušiny kořenů na rostlinu odrůda Rubiota z varianty ošetřené Clonoplusem, následovala odrůda Scaro z varianty ošetřené Polyversem. Nejvyšší průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy na rostlinu byla zaznamenána při tomto odběru u odrůdy Scaro (ošetření Polyversem), Rubiota (ošetření Clonoplusem) a Scaro (neošetřená kontrola); nejnižší průměrná hmotnost sušiny nadzemní biomasy na rostlinu byla pak zjištěna u odrůdy Rubiota (ošetření Polyversem). Bláha et al. (2013) uvádí, že v polních pokusech na kvalitních půdách nebývá vliv biopreparátů zpravidla výrazný; výraznější pozitivní účinek biologických přípravků, použitých k ošetření osiva, lze spíše očekávat na chudších půdách, přičemž významnou roli hrají i vláhové poměry v daném ročníku. I na základě našich výsledků lze celkově konstatovat, že vliv použitých biopreparátů v našem pokusu nebyl příliš výrazný ani jednoznačný. Pozitivní reakce na ošetření se projevila více u odrůdy Rubiota 94


než u odrůdy Scaro, a to zejména u varianty ošetřené přípravkem Clonoplus. Je však nutné zdůraznit, že v případě polního pokusu se jednalo o jednoleté výsledky, ze kterých nelze vyvozovat obecnější závěry.

Graf 3: Průměrná hmotnost sušiny nadzemní části rostliny Graf 4 znázorňuje výnos zrna. Je zřejmé, že odrůda pšenice seté Scaro dosáhla vyšších výnosů než pšenice špalda Rubiota. Konvalina et al. (2014) uvádí, že výnosová úroveň pšenice špaldy dosahuje obvykle 70 % výnosové úrovně pšenice seté. To potvrzují i naše výsledky - Rubiota (4,62 t.ha-1) dosáhla v průměru 71 % výnosové úrovně kontrolní pšenice seté Scaro (6,49 t.ha-1).

Graf 4: Výnos zrna Výnosy jednotlivých variant – jak ošetřených, tak i neošetřených - byly poměrně vyrovnané. U špaldy byl zaznamenán nejvyšší výnos (4,71 t.ha-1) u varianty ošetřené Polyversem a nejnižší (4,54 t.ha-1) u neošetřené kontroly (rozdíl ve výnosu necelá 4 %). U pšenice seté dosáhla nejvyššího výnosu (6,52 t.ha-1) varianta ošetřená přípravkem Clonoplus, nejnižšího (6,46 t.ha-1) opět neošetřená kontrola (rozdíl ve výnosu v tomto případě pouze 1 %). Je však třeba opět zdůraznit, že se jedná pouze o jednoletý výsledek, ze sklizně roku 2016 a v jiných ročnících a jiných agroekologických podmínkách může být výnosová odezva na ošetření osiva biologickými přípravky podstatně výraznější – např. Prokinová (2016) uvádí na základě svých výsledků z poloprovozního pokusu s přípravkem Clonoplus, použitým k ošetření osiva pšenice ozimé a ječmene jarního, že u pšenice byl výsledek velmi pozitivní (ošetřená varianta dosáhla výnosu 7,2 t.ha-1, neošetřená kontrola 6,8 t.ha-1). Naproti tomu u ječmene Osivo a sadba, 2. 2. 2017

95

jarní nemělo ošetření osiva na výnos výraznější dopad (u ječmene jarního se však jednalo o jednoletý výsledek).

Závěr Ošetření osiva ozimé pšenice špaldy, odrůdy Ŕubiota a kontrolní odrůdy pšenice seté Scaro biologickými přípravky Polyversum a Clonoplus se v našem pokusu statisticky průkazně neprojevilo na laboratorních parametrech osiva (energii klíčení, laboratorní klíčivosti, energii vzcházení, laboratorní vzcházivosti) – rozdíly mezi ošetřenými variantami a variantou neošetřenou (kontrolní) byly nepatrné, ve prospěch ošetřených variant. O něco větší rozdíly, opět ve prospěch ošetřených variant, byly zaznamenány v polní vzcházivosti, i když ani zde se polní vzcházivost ošetřených a neošetřených variant příliš výrazně nelišila. V polních pokusech, vedených v ekologickém systému pěstování, byl při odběrech rostlin v průběhu odnožování a sloupkování zpravidla zaznamenáván určitý pozitivní efekt u variant, vysetých z osiva ošetřeného biologickými přípravky – ten se projevoval (avšak ne vždy) v mírně vyšší délce kořenů a průměrné hmotnosti sušiny kořenů i nadzemní biomasy. Výsledky dále naznačily, že odrůda špaldy Rubiota reagovala na ošetření o něco lépe než odrůda pšenice seté Scaro. Odrůda pšenice seté Scaro dosáhla podle očekávání celkově vyšších výnosů než špalda Rubiota. Výnosy byly u ošetřených variant i neošetřené kontroly poměrně vyrovnané. U špaldy byl zaznamenán nejvyšší výnos u varianty vypěstované z osiva ošetřeného Polyversem (o cca 4 % vyšší ve srovnání s neošetřenou kontrolou). U pšenice seté dosáhla nejvyššího výnosu varianta vypěstovaná z osiva ošetřeného přípravkem Clonoplus, rozdíl oproti neošetřené kontrole byl však minimální (cca 1 %). Jak již bylo uvedeno, v případě polního hodnocení se jedná pouze o jednoleté výsledky; ty budou doplněny dalšími ročníky sledování.

Poděkování Podpořeno projektem NAZV QJ1310072

Literatura BLÁHA L., STEHNO Z., KONVALINA P., CAPOUCHOVÁ I., JANOVSKÁ D., KÁŠ M. (2013). Testování vlivu biopreparátů na jarní pšenici. Úroda, 61(8):21–23. HOUBA M., HOSNEDL V. (2002). Osivo a sadba. Nakladatelství M. Sedláček, 186 s. DENGCAI L., YOULIANG Z., XIUJIN L. (2003). Utilization of wheat landrace Chinese Spring in breeding. Scientia Agricultura Sinica, 36(11):1383–1389. JENSEN B., KNUDSEN I. M. B., JENSEN F. D (2000). Biological seed treatment of cereals with fresh and long-term stored formulations of Clonostachys rosea: Biocontrol efficacy against Fusarium culmorum. European Journal of Plant Pathology, 106:233–242. KONVALINA P., CAPOUCHOVÁ I., JANOVSKÁ D. (2014). Pěstování vybraných plodin v ekologickém zemědělství. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. 284 s. MASTOURI F., BJORKMAN T., HARMAN G. E. (2010). Seed treatment with Trichoderma harzianum. Alleviates biotic, abiotic and physiological stresses in germinating seeds and seedlings. 100(11):1213–1221. ONDŘEJ M., ONDRÁČKOVÁ E. (2012). Výběr kmenů mykoparazitických hub rodu Clonostachys využitých k výrobě biopreparátů – pomocných rostlinných přípravků. Rostlinolékař, 2, s. 24–27. PROKINOVÁ E., CAPOUCHOVÁ I., KONVALINA P., VOSPĚLOVÁ J. (2013). Mikroskopické houby osiva jarních obilnin v ekologickém zemědělství. In: PAZDERŮ K. (Ed.), Osivo a sadba (XI. odborný a vědecký seminář), 7.2. 2013, Praha, s. 129–134. PROKINOVÁ E. (2016). Význam ošetření osiva obilnin. Agromanuál, 9–10:32–35

Contact address: Ing. Monika Zrcková, Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

96


POROVNÁNÍ VÝSEVKŮ JARNÍHO JEČMENE VE VZTAHU K PRODUKČNÍ SCHOPNOSTI POROSTU Comparison of Spring Barley Sowing Rates in Relation to Crop Production Capacity Hana Honsová, Libor Mičák KRV ČZU v Praze

Abstract Organic and conventional spring barley seed has been tested in field trials established in 2015 and 2016 on the land of Experimental Station in Prague - Uhříněves. The experiment investigated the effect of seed rates (300, 400 and 500 germinable seeds per square meter) and variety to field emergence and yield in organic and conventional cultivation. The number of plants per square meter increased with sowing density, but the percentage of field emergence declined. Growing technology, seed rates and variety influenced yields per hectare. Key words: spring barley, seed, organic and conventional growing, seed rates, field emergence, yield

Souhrn Ekologické a konvenční osivo jarního ječmene bylo testováno v maloparcelních polních pokusech založených v letech 2015 a 2016 na pozemcích Výzkumné stanice v Praze – Uhříněvsi. V pokusech se sledoval vliv výše výsevku (300, 400 a 500 klíčivých obilek na metr čtvereční) a odrůdy na polní vzcházivost a výnos při ekologickém a konvenčním pěstování. Se stoupajícím výsevkem se počet rostlin na metru zvyšoval, ale procento polní vzcházivosti se snižovalo. Hektarové výnosy ovlivňovala pěstitelská technologie, výše výsevku i odrůda. Klíčová slova: jarní ječmen, osivo, ekologické a konvenční pěstování, výsevky, polní vzcházivost, výnos

Úvod Prvořadým předpokladem pro využití výnosového potenciálu pěstovaných odrůd a k dosažení rentabilních výnosů zrna je kvalitní osivo. Kvalita osiva ovlivňuje polní vzcházivost, úplnost a vyrovnanost porostu. U ječmene a dalších obilnin je důležité docílení optimální hustoty, porosty by neměly být příliš řídké ani přehoustlé. Nižší počet rostlin jsou obilniny schopné kompenzovat vyšším odnožením, ale jen do určité míry. Pro kvalitní založení porostu má důležitou roli i výše výsevku. Čapek a Horčička (2011), připomínají, že základním předpokladem produkce kvalitního osiva s vysokou biologickou hodnotou je kvalitně založený a vedený porost a sklizeň provedená v optimálním termínu. V pokusech s ovsem výnos zrna mírně stoupal se zvyšujícím se výsevkem. U porostů s nižším výsevkem se mírně zvyšovala hmotnost tisíce semen, ale příliš se neměnila. Nižší klíčivost a potenciál polní vzcházivosti lze determinovat výsevkem, nelze však regulovat rychlost a vyrovnanost vzcházení. Prakticky může být dosaženo požadované hustoty populace, ale variabilitu ve vzcházení rostlin ovlivnit nelze (Hosnedl, 2009). Pazderů a Bláha (2013) zmiňují metody využívající vztah mezi vitalitou osiva a jejich projevem v porostu. Vitalita tak vyjadřuje stupeň tolerance osiva k nepříznivým podmínkám při klíčení a vzcházení. Pokud jsou semena charakterizována jako neklíčivá, došlo u nich při jejich vývoji na mateřské rostlině k významnému poškození stresovými podmínkami, které není slučitelné s dalším Osivo a sadba, 2. 2. 2017

97

vývojem. Méně příznivé podmínky prostředí mohou znamenat vytvoření menších semen s menším embryem nebo menším množstvím zásobních látek, což je obvykle spojeno s kratší dobou přežití (Metz et al., 2010). Klíčivost semen společně s polní vzcházivostí může klesat po přeskladnění osiva. V tříletých pokusech s jarním ječmenem byl zjištěn negativní vliv jednoletého přeskladnění na klíčivost a rovněž byl zaznamenán pokles polní vzcházivosti (Honsová, 2015).

Metodika Osivo jarního ječmene ze sklizní 2014 a 2015 bylo testováno v maloparcelních polních pokusech založených v letech 2015 a 2016 na pozemcích Výzkumné stanice Katedry rostlinné výroby FAPPZ ČZU v Praze – Uhříněvsi. V pokusech se sledoval vliv výše výsevku (300, 400 a 500 klíčivých obilek na metr čtvereční) a odrůdy na produkční schopnost porostu jarního ječmene. Přesné maloparcelní pokusy byly souběžně založeny na ekologické a konvenční ploše na parcelkách o sklizňové ploše deseti metrů čtverečních. Na ekologické ploše byl v prvním roce pokusů předplodinou hrách s peluškou na zelené hnojení a ve druhém vikev setá, na konvenční v obou letech řepka olejka. Pokusy byly v obou systémech pěstování vysety ve třech opakováních. Do pokusů bylo zařazeno pět odrůd jarního ječmene. Jednalo se o odrůdy Jersey, Malz, Prestige, Sebastian a Tolar. Na ekologické ploše se vysévalo ekologické osivo. Nepoužívala se žádná hnojiva ani prostředky na ochranu rostlin. Plevele se odstraňovaly vláčením napříč řádků, a to v roce 2015 celkem třikrát za vegetaci, v roce 2016 čtyřikrát. Při pěstování na konvenční ploše se vysévalo konvenční osivo. Porosty se hnojily granulovaným hnojivem LAD 27 před setím 60 kg N/ha a za vegetace dávkou 30 kg N/ha. Jednoděložné a dvouděložné plevele se hubily jedním kombinovaným herbicidním postřikem a proti houbovým chorobám byl použit fungicid. Pozemky se nacházejí v řepařské výrobní oblasti s vysokou půdní úrodností. Zralé porosty se sklízely maloparcelní sklízecí mlátičkou. Sklizené zrno se vyčistilo na laboratorní čističce semen a u každého vzorku se stanovila vlhkost. Výnos byl přepočten na 14% vlhkost zrna. V polních pokusech se po vzejití porostu vyhodnocoval počet rostlin na metru čtverečním (polní vzcházivost). Před sklizní se zjišťovala hustota porostu - počet klasů na metr čtvereční. Po sklizni byl stanoven hektarový výnos zrna a hmotnost tisíce semen sklizeného zrna (HTS). V laboratorních podmínkách se zjišťovala hmotnost tisíce semen (HTS) odpočítáním dvakrát 500 obilek na automatickém fotoelektronickém počítadle a jejich zvážením. Jestliže byl rozdíl obou stanovení větší než 10 %, bylo nutno odpočítání obilek opakovat.

Výsledky Dosažené výsledky byly ovlivněny ročníkem pěstování, pěstitelskou technologií, výší výsevku i odrůdou. V porovnání ročníků pěstování bylo na ekologické i konvenční ploše vyšší hustoty porostů i vyšších výnosů docíleno v roce 2015. Hustota porostu

Ve zkouškách výkonu osiva v obou letech došlo při vzcházení jarního ječmene ke značné redukci hustoty porostu (tab. 1, 2). Průměrná relativní vzcházivost na ekologické ploše dosáhla při vysetí 300 klíčivých obilek na metr čtvereční v roce 2015 83 % a v roce 2016 jen 69 %. Se stoupajícím výsevkem se procento vzešlosti porostu snižovalo, v roce 2015 až na 68 % při vysetí 500 klíčivých obilek na metr čtvereční, v roce 2016 na 50 %. Počet rostlin na metru čtverečním se v obou letech zvyšoval se stoupajícím výsevkem na ekologické i konvenční ploše. Na konvenční ploše dosáhla polní vzcházivost v případě vysetí 300 klíčivých obilek na metr čtvereční v roce 2015 81 % a v roce 2016 jen 69 % Stejně jako při ekologickém pěstování vyšší 98


výsevek představoval nižší polní vzcházivost. Pokles byl ale menší než při ekologickém pěstování. Vyšší hustota porostu byla zjištěna u vyšších výsevků. Počet rostlin na metru čtverečním na konvenční ploše s vyšším výsevkem stoupal více než na ekologické ploše. Při porovnání hustoty porostu na ekologické a konvenční ploše byl v obou letech v průměru všech variant zjištěn nižší počet rostlin při ekologickém způsobu pěstování ječmene. Na ekologické ploše průměrně vzešlo v roce 2015 na metru čtverečním 299 rostlin, na konvenční 309. V roce 2016 při ekologickém, pěstování průměrně vzešlo 228 rostlin na metru čtverečním a na konvenční ploše 246 rostlin na metru čtverečním. Počet klasů na metr čtvereční byl v pokusech vysetých v letech 2015 i 2016 při ekologickém způsobu pěstování nízký (tab. 1, 2). Vyššího počtu klasů bylo v obou letech docíleno na konvenční ploše. Při porovnání výsevků nejnižšího počtu klasů v průměru dosáhly u obou způsobů pěstování varianty s vyséváním 300 klíčivých obilek na metr čtvereční. Rozdíly v počtu klasů nebyly mezi porovnávanými variantami na ekologické ploše příliš výrazné. Větší rozdíly byly v obou letech zaznamenány na konvenční ploše, kdy se počet klasů na metru čtverečním s klesajícím výsevkem výrazněji snižoval. Tab. 1: Pozorování za vegetace na ekologické ploše Počet rostlin po vzejití Polní vzcházivost Počet klasů před sklizní Varianta (ks/m2) (%) (ks/m2) 2015 2016 průměr 2015 2016 průměr 2015 2016 průměr 2 229 83 69 76 354 417 385 300 obilek/m 249 208 2 266 77 56 67 372 424 398 400 obilek/m 307 226 2 295 68 50 59 357 427 392 500 obilek/m 341 249

Tab. 2: Pozorování za vegetace na konvenční ploše Počet rostlin po vzejití Polní vzcházivost Počet klasů před sklizní Varianta (ks/m2) (%) (ks/m2) 2015 2016 průměr 2015 2016 průměr 2015 2016 průměr 2 229 81 71 76 555 457 506 300 obilek/m 244 214 2 278 78 61 70 624 477 550 400 obilek/m 312 245 325 74 56 65 626 494 560 500 obilek/m2 370 281 Výnosové parametry

Hmotnost tisíce semen sklizeného zrna byla vysoká, nad 40 gramů (tab. 3, 4). V porovnání ročníků se vyšší HTS docílilo v roce 2016. V obou letech bylo vyšší HTS docíleno na konvenční ploše v porovnání s ekologickým pěstováním. Na ekologické i konvenční ploše v obou letech dosahovaly nejvyšší HTS varianty s nejnižším výsevkem 300 klíčivých obilek na metr čtvereční, což odpovídá pravidlům kompenzace výnosových prvků. Výnos zrna byl v roce 2015 i 2016 nižší při ekologickém způsobu pěstování (tab. 3, 4). Na ekologické ploše se v průměru všech tří variant v roce 2015 sklidilo 6,57 t/ha a v roce 2016 4,65 t/ha, na konvenční se v roce 2015 dosáhlo 7,14 t/ha a v roce 2016 6,95 t/ha. V roce 2015 nejnižších výnosů dosahovaly při obou způsobech pěstování varianty s nejnižším výsevkem 300 klíčivých obilek na metr čtvereční, zatímco varianty 400 a 500 klíčivých obilek na metr čtvereční poskytly na ekologické i konvenční ploše srovnatelné výnosy, přičemž vyšla mírně lépe varianta, kde se vysévalo 400 klíčivých obilek na metr čtvereční. V roce 2015 zvyšování výsevku nad 400 klíčivých obilek na metr čtvereční k vyššímu výnosu nevedlo. V roce 2016 výnosy na konvenční ploše stoupaly se zvyšujícím se výsevkem, zatímco při ekologickém pěstování tomu bylo naopak, ale rozdíly nebyly velké.


99

Tab. 3: Výnosy a HTS na ekologické ploše Varianta Odrůda Výnos při 14% vlhkosti (t/ha) 2015 2016 průměr 5,66 4,15 300 Jersey 4,90 2 7,39 5,35 obilek /m Malz 6,37 Prestige 6,17 4,57 5,37 Sebastian 7,45 5,16 6,31 5,51 4,56 Tolar 5,03 průměr 6,43 4,76 5,59 5,99 4,18 400 Jersey 5,09 7,60 5,56 obilek /m2 Malz 6,58 Prestige 6,59 4,61 5,60 Sebastian 7,21 4,53 5,87 5,88 4,23 Tolar 5,05 průměr 6,65 4,62 5,64 5,79 3,79 500 Jersey 4,79 7,47 5,09 obilek /m2 Malz 6,28 Prestige 6,32 4,46 5,39 Sebastian 7,77 4,66 6,21 5,79 4,84 Tolar 5,32 průměr 6,63 4,57 5,60

2015 42,6 42,2 46,1 43,2 42,0 43,2 42,2 41,5 45,7 41,6 42,1 42,6 40,9 41,3 43,0 41,3 40,6 41,4

HTS (g) 2016 průměr 47,3 45,0 45,5 43,8 49,2 47,7 43,8 43,5 44,3 43,1 46,0 44,6 46,4 44,3 44,4 42,9 49,1 47,4 42,2 41,9 43,8 43,0 45,2 43,9 44,8 42,8 44,3 42,8 47,5 45,3 41,2 41,3 42,9 41,7 44,1 42,8

2015 50,4 49,5 53,1 48,7 49,4 50,2 50,6 49,9 51,4 48,3 47,6 49,6 49,7 48,7 51,3 48,1 47,4 49,0

HTS (g) 2016 průměr 49,3 49,8 49,3 49,4 54,7 53,9 51,1 49,9 51,2 50,3 51,1 50,6 48,6 49,6 48,3 49,1 52,7 52,0 50,2 49,2 50,1 48,9 50,0 49,8 47,4 48,5 47,8 48,2 52,1 51,7 48,7 48,4 49,1 48,3 49,0 49,0

Tab. 4: Výnosy a HTS na konvenční ploše Varianta Odrůda Výnos při 14% vlhkosti (t/ha) 2015 2016 průměr 6,06 7,09 300 Jersey 6,57 2 8,35 6,82 obilek /m Malz 7,59 Prestige 6,07 6,53 6,30 Sebastian 7,18 6,98 7,08 6,96 6,88 Tolar 6,92 průměr 6,92 6,86 6,89 6,38 7,03 400 Jersey 6,71 8,71 7,06 obilek /m2 Malz 7,88 Prestige 6,38 6,83 6,60 Sebastian 7,51 7,03 7,27 7,33 6,80 Tolar 7,07 průměr 7,26 6,95 7,10 6,5 6,95 500 Jersey 6,73 2 8,94 7,04 obilek /m Malz 7,99 Prestige 6,39 6,99 6,69 Sebastian 7,34 7,22 7,28 7,04 7,02 Tolar 7,03 průměr 7,24 7,04 7,14

100


Z porovnávaných odrůd na konvenční i ekologické ploše poskytly v průměru všech tří variant nejvyšší výnos v roce 2015 Malz a Sebastian. V roce 2016 na konvenční ploše poskytly nejvyšší výnos odrůdy Sebastian a Jersey, na ekologické Malz a Sebastian. Výnos předního zrna (nad sítem 2,5 mm), který se se stoupajícím výsevkem snižoval, byl v obou letech vyšší na konvenční ploše. V porovnání ročníků bylo vyššího podílu předního zrna na konvenční ploše dosíleno v roce 2015, zatímco na ekologické v roce 2016.

Závěr V pokusech s jarním ječmenem uskutečněných v letech 2015 a 2016 s porovnáváním tří výsevků (300, 400 a 500 klíčivých obilek na metr čtvereční) se se stoupajícím výsevkem snižovalo procento polní vzcházivosti. Počet rostlin na metru se ale s vyšším výsevkem zvyšoval. Pokles hektarových výnosů jarního ječmene byl v roce 2015 zjištěn při založení porostu 300 klíčivými obilkami na metr čtvereční při ekologickém i konvenčním pěstování. Další dvě varianty 400 a 500 klíčivých obilek na metr čtvereční v roce 2015 poskytly srovnatelné výnosy. V roce 2016 se výnosy na ekologické ploše lišily jen málo, na konvenční ploše mírně stoupaly se zvyšujícím se výsevkem. Zvyšování výsevku nad 400 klíčivých obilek na metr čtvereční sice v obou letech zajistilo vyšší hustotu porostu, ale k mírnému navýšení výnosu ječmene vedlo jen v roce 2016 na konvenční ploše.

Poděkování Výzkum byl podporován S grantem MŠMT ČR.

Literatura ČAPEK J., HORČIČKA P. (2011). Agrotechnics of Multiplication Crop Stand in Relation to Cereals Seed Quality. Proceeding of 10th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 10, 2011, s. 28–33. HONSOVÁ, H. (2015). Přeskladnění osiva může negativně ovlivnit klíčivost a polní vzcházivost jarního ječmene. Proceeding of 12th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 5, 2015, s. 100–104. HOSNEDL V. (2009). Kvalita osiva obilnin, její zhodnocení a význam pro využití výnosového potenciálu odrůd. Proceeding of 9th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 10, 2009, s. 49–54. METZ J., LIANCOURT P., KIGEL J., HAREL D., STERNBERG M., TIELBÖRGER K. (2010). Plant survival in relation to seed size along environmental gradients: a long-term study from semi-arid and Mediterranean annual plant communities. J. Ecol. Vol. 98, pp. 697–704. PAZDERŮ K., BLÁHA L. (2013). Trends in Plant Breeding and Seed Production to Improve Abiotic Stress Tolerance. Proceeding of 11th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 7, 2013, s. 29–33.

Contact address: Ing. Hana Honsová, Ph.D., Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 00 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]


101

SEMENÁŘSKÁ HODNOTA OSIVA JARNÍHO JEČMENE VE VZTAHU K POLNÍ VZCHÁZIVOSTI Spring Barley Seed Value in Relation to Field Emergence Hana Honsová KRV ČZU v Praze

Abstract Spring barley seed value of organic and conventional seeds of five varieties (Jersey, Malz, Sebastian, Prestige, Tolar) has been tested in the years 2009-2016. Seeds were sown on organic and conventional area at the Experimental Station in Prague - Uhříněves. Every year we found a marked decrease of field emergence (about 30 %) compared with laboratory germination, which was at a high level. Field emergence was similar in both cases of growing system. Thousand seed weight was similar too between systems and varied primarily from year to year and by variety. Keywords: spring barley, ecological and conventional seed, varieties, germination, field emergence

Souhrn Semenářská hodnota ekologického a konvenčního osiva byla sledována u pěti odrůd jarního ječmene (Jersey, Malz, Sebastian, Prestige, Tolar). V letech 2009 – 2016 se osivo vysévalo na ekologické a konvenční ploše na Výzkumné stanici v Praze - Uhříněvsi. Každoročně byl zjištěn značný pokles polní vzcházivosti (okolo 30 %) v porovnání s laboratorní klíčivostí, která se pohybovala na vysoké úrovni. Polní vzcházivost byla podobná v obou pěstitelských systémech. Hmotnost tisíce semen byla také podobná a závisela především na ročníku pěstování a na odrůdě. Klíčová slova: jarní ječmen, ekologické a konvenční osivo, odrůdy, klíčivost, polní vzcházivost

Úvod Kvalita osiva je jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících tvorbu výnosu, přičemž jde o souhrn vlastností a ukazatelů zařazených pod pojem jednak semenářská hodnota a jednak biologická hodnota. Semenářská hodnota se nejčastěji vyjadřuje uvedením čistoty, klíčivosti a hmotnosti tisíce semen (HTS). Kvalita osiva ovlivňuje polní vzcházivost, úplnost a vyrovnanost porostu. Osivem jsou přenosné některé choroby a do značné míry se jím mohou rozšiřovat plevele. Ve svém důsledku ovlivňuje kvalita osiva a sadby konečný výnos a často též i zvýšené náklady, potřebné k nápravě špatně založených porostů. Větší vypovídací schopnost o kvalitě osiva má vitalita, která se zjišťuje různými nestandardními metodami. K nim patří Hiltnerův test, kdy semena vzcházejí z určité hloubky v cihlové drti nebo v písku (Houba, Hosnedl, 2002). Vitalita osiva nejvíce ovlivňuje výnos u plodin s malou autoregulační schopností setých na přesnou vzdálenost. V případě obilnin, které disponují velkou kompenzací výnosových prvků, se podíl vitality osiva na výnosu odráží méně. Jak uvádějí někteří autoři, u obilnin ovlivňuje vitalita především rychlost vzcházení a následně i intenzitu odnožování (Perry, 1980, Gan a kol., 1992 in Hosnedl, 2009). Vitalita osiva může v konečném důsledku ovlivnit počet plodných stébel a výnos.

102


Za obecně kvalitní osivo, které má odpovídající hmotnost tisíce semen, lze považovat takové, které je bez závadných semen plevelů, má předepsanou klíčivost, optimální vlhkost atd. Kvalitní osivo umožňuje rostlinám dobře reagovat na použitá hnojiva, klíčící semena většinou méně trpí škůdci a chorobami (Bláha, 2015). Kutmon (2011) uvádí, že využívání farmářských osiv je stoupajícím trendem v celé Evropě. Tento trend přináší krátkodobé finanční přínosy pěstitelům, ale v dlouhodobém horizontu významně omezí návratnost finančních zdrojů do šlechtění nových odrůd. Použití kvalitního osiva a vhodné odrůdy hraje v ekologickém zemědělství klíčovou roli, protože ekologický pěstitel má jen omezené možnosti nápravy nedostatků porostu. Jak uvádějí Šarapatka a Urban (2006), vhodná odrůda obilnin pro ekologické zemědělství má vykazovat vysokou odolnost proti houbovým chorobám, především klasovým.

Metodika V pokusech založených na ekologické a konvenční ploše na pozemku Výzkumné stanice Katedry rostlinné výroby České zemědělské univerzity v Praze – Uhříněvsi v letech 2009 až 2016 klasickou agrotechnikou se zjišťoval vliv kvality osiva dané jeho klíčivostí a hmotností tisíce semen na polní vzcházivost v ekologickém a konvenčním pěstebním systému. Do pokusů bylo zařazeno farmářské osivo jarního ječmene pěti odrůd (Jersey, Malz, Prestige, Sebastian, Tolar) ekologické a konvenční vyprodukované na pozemku pokusné stanice v Praze – Uhříněvsi. Na konvenční ploše se vysévalo konvenční osivo, na ekologické ploše bylo použito ekologické osivo. U vysévaného osiva se zjišťovala energie klíčení, klíčivost a hmotnost tisíce semen. Při stanovení hmotnosti tisíce semen se z každého vzorku osiva na elektronickém počítadle odpočetlo a zvážilo dvakrát pět set obilek ječmene. Pokud se získané hmotnosti lišily od průměru o více než pět procent, zkouška se opakovala. Laboratorní klíčivost se vyhodnocovala po osmi dnech nakličování v klimatizačním boxu při teplotě 20 °C. Energie klíčení byla stanovena po čtyřech dnech od založení testu klíčivosti, tedy v polovině doby nakličování. Každý vzorek se zakládal ve čtyřech opakováních po sto semenech v navlhčeném skládaném filtračním papíru v umělohmotných miskách s víčkem. V polních podmínkách se na parcelkách o sklizňové ploše deseti metrů čtverečních vysévalo čtyři sta klíčivých obilek na metr čtvereční. Pokusy byly založeny ve čtyřech opakováních na ekologické a konvenční ploše. Na pokusných parcelách se vyhodnocovala polní vzcházivost odpočtem vzešlých rostlin z plochy dvakrát čtvrt metru čtverečního v průměrném porostu, vždy zhruba metr od začátku a od konce parcelky. Získané hodnoty se sečetly a vynásobily dvěma, čímž se zjistil počet rostlin na metru čtverečním. Relativní polní vzcházivost se zjistila vydělením počtu rostlin na metru čtverečním čtyřmi.

Výsledky a diskuse Semenářská hodnota osiva ječmene se každoročně pohybovala na vysoké úrovni. Hmotnost tisíce semen dosahovala, kromě roku 2010, velmi vysokých hodnot (tab. 1). V průměru porovnávaných ročníků mělo vyšší HTS osivo konvenční v porovnání s ekologickým. V některých letech ale ekologické osivo z hlediska HTS konvenční osivo předčilo. Z porovnávaných odrůd dosáhly v celkovém průměru ekologického i konvenčního osiva nejvyšší HTS Prestige a nejnižší Jersey.


103

Tab. 1: Hmotnost tisíce semen (g) Odrůda Osivo Hmotnost tisíce semen (g) 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jersey konvenční 40,7 29,0 42,0 54,0 49,6 43,5 Malz konvenční 43,0 34,4 43,6 54,0 48,1 40,6 Prestige konvenční 46,0 36,9 42,5 58,0 51,6 46,9 Sebastian konvenční 42,5 34,3 43,6 52,8 49,3 46,0 Tolar konvenční 45,4 35,4 47,2 52,6 49,5 44,1 průměr konvenční 43,5 34,0 43,8 54,3 49,6 44,2 Jersey ekologické 40,1 27,4 44,3 50,6 45,9 41,7 Malz ekologické 44,3 31,1 44,6 50,8 46,1 38,8 Prestige ekologické 45,9 34,1 46,7 54,6 49,3 45,2 Sebastian ekologické 48,4 27,7 42,2 49,9 45,2 44,2 Tolar ekologické 44,0 31,7 45,1 51,8 46,7 44,5 průměr ekologické 44,6 30,4 44,6 51,5 46,6 42,9 celkový průměr 44,0 32,2 44,2 52,9 48,1 43,6

2015 47,0 45,0 49,7 48,3 48,5 47,7 47,1 45,6 50,1 47,6 47,8 47,6 47,7

2016 průměr 50,6 44,6 49,9 44,8 51,4 47,9 48,3 45,6 47,6 46,3 49,6 45,8 42,2 42,4 41,5 42,8 45,7 46,5 41,6 43,3 42,1 44,2 42,6 43,9 46,1 44,8

Energie klíčení, vyjadřující rychlost vyklíčení obilek ječmene, dosahovala ve všech letech vysokých hodnot nad devadesáti procenty (tab. 2). V průměru nejrychleji klíčilo osivo ječmene v roce 2009, nejpomaleji v roce 2012. Mezi konvenčním a ekologickým osivem byly zjištěny jen minimální rozdíly. Tab. 2: Energie klíčení (%) Odrůda Osivo 2009 Jersey konvenční 99,8 Malz konvenční 99,8 Prestige konvenční 99,8 Sebastian konvenční 99,3 Tolar konvenční 99,8 průměr konvenční 99,7 Jersey ekologické 99,5 Malz ekologické 99,8 Prestige ekologické 98,5 Sebastian ekologické 98,8 Tolar ekologické 99,8 průměr ekologické 99,3 celkový průměr 99,5

Energie klíčení (%) 2010 2011 2012 2013 2014 99,0 94,3 90,3 98,0 99,0 99,0 93,8 90,0 96,8 99,0 98,0 93,3 91,5 98,5 99,0 98,0 94,8 91,0 98,0 99,0 99,0 94,3 91,5 98,0 99,0 98,6 94,1 90,9 97,9 99,0 99,3 94,5 91,5 97,3 98,0 99,5 94,3 91,5 98,3 98,0 99,3 95,0 93,5 98,3 97,5 99,5 93,8 92,5 97,5 95,8 99,3 94,0 92,8 97,3 97,3 99,4 94,3 92,4 97,7 97,3 99,0 94,2 91,6 97,8 98,2

2015 98,3 98,3 98,0 98,3 98,0 98,2 98,0 98,3 98,0 98,0 98,0 98,1 98,1

2016 průměr 98,8 97,2 99,5 97,0 98,5 97,1 98,5 97,1 99,5 97,4 99,0 97,2 98,5 97,1 99,3 97,4 98,5 97,3 98,5 96,8 99,5 97,3 98,9 97,2 98,9 97,2

Rovněž klíčivost osiva ječmene dosahovala ve všech letech velmi vysokých hodnot blížícím se ke stu procentům (tab. 3). Nejnižší klíčivost byla zjištěna v roce 2012, ale i tak vysoce překračovala příslušnou vyhláškou stanovenou hranici 85 procent pro uznání osiva ječmene. Rozdíly v klíčivosti mezi konvenčním a ekologickým osivem byly zanedbatelné.

104


Tab. 3: Laboratorní klíčivost (%) Odrůda Osivo Laboratorní klíčivost (%) 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jersey konvenční 99,8 99,3 95,8 93,0 99,8 99,5 Malz konvenční 99,8 99,5 96,5 93,0 98,0 99,5 Prestige konvenční 99,8 99,3 95,0 93,5 99,0 99,5 Sebastian konvenční 99,8 99,3 96,0 93,5 98,5 99,3 Tolar konvenční 99,8 99,8 95,0 93,5 98,5 99,5 průměr konvenční 99,8 99,4 95,7 93,3 98,8 99,5 Jersey ekologické 99,8 99,3 96,0 93,0 98,3 98,5 Malz ekologické 99,8 99,5 95,8 93,5 99,0 98,5 Prestige ekologické 99,3 99,8 96,3 94,8 99,0 98,3 Sebastian ekologické 99,5 99,8 95,8 94,5 98,5 97,8 Tolar ekologické 99,8 99,5 95,3 94,5 98,5 97,5 průměr ekologické 99,6 99,6 95,8 94,1 98,7 98,1 celkový průměr 99,7 99,5 95,8 93,7 98,7 98,8

2015 99,5 99,3 99,0 99,3 99,0 99,2 99,3 99,3 99,0 99,0 99,0 99,1 99,2

2016 průměr 99,5 98,3 99,8 98,2 99,3 98,1 99,5 98,2 99,5 98,1 99,5 98,1 99,8 98,0 99,5 98,1 99,3 98,2 99,3 98,0 99,5 98,0 99,5 98,1 99,5 98,1

V polních podmínkách každoročně docházelo ke značné redukci vzcházivosti rostlin v porovnání s laboratorní klíčivostí (tab. 4). V průměru nejlépe osivo ječmene vzešlo v roce 2015, nejhůře v roce 2013. Tab. 4: Polní vzcházivost (%) Odrůda Osivo 2009 Jersey konvenční 61,8 Malz konvenční 68,0 Prestige konvenční 71,0 Sebastian konvenční 70,8 Tolar konvenční 69,0 průměr konvenční 68,1 Jersey ekologické 67,8 Malz ekologické 65,3 Prestige ekologické 67,0 Sebastian ekologické 76,8 Tolar ekologické 68,3 průměr ekologické 69,0 celkový průměr 68,6

Polní vzcházivost (%) 2010 2011 2012 2013 2014 72,5 52,2 70,6 56,8 57,1 71,8 56,8 76,4 55,9 53,6 65,0 52,0 67,3 56,8 62,3 69,0 61,5 72,5 56,8 57,9 70,3 63,3 72,3 57,4 58,1 69,7 57,2 71,8 56,7 57,8 77,3 62,3 68,0 63,3 66,5 71,0 69,3 65,8 63,8 64,5 79,5 52,5 62,8 58,3 67,7 69,5 55,3 56,0 41,7 67,7 69,8 68,3 59,3 60,0 71,8 73,4 61,5 62,4 57,4 67,6 71,6 59,4 67,1 57,1 62,7

2015 74,8 70,8 83,3 82,3 79,5 78,1 71,8 80,5 79,5 74,3 77,3 76,7 77,4

2016 průměr 55,8 62,7 56,8 63,8 57,2 64,4 56,5 65,9 55,7 65,7 56,4 64,5 56,3 66,7 63,2 67,9 70,5 67,2 61,5 62,9 54,7 66,2 61,2 66,2 58,8 65,3

Nejnižší hustoty porostu bylo dosaženo v roce 2013 při nejpozdějším termínu setí 10. dubna (tab. 5). V ostatních letech nebyla souvislost mezi polní vzcházivostí a termínem setí patrná. V průměru bylo vyšší polní vzcházivosti docíleno na ekologické ploše v porovnání s konvenční. Pouze v letech 2012 a 2015 lépe vzešlo konvenční osivo. Výsledky pokusů ovlivnily především povětrnostní podmínky v době založení porostů.


105

Tab. 5: Termíny setí Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Ekologická plocha 4. dubna 26. března 26. března 28. března 10. dubna 12. března 19. března 30. března

Konvenční plocha 4. dubna 26. března 26. března 29. března 10. dubna 14. března 17. března 4. dubna

Závěr V osmiletých pokusech s konvenčním a ekologickým osivem jarního ječmene uskutečněných na konvenční a ekologické ploše Výzkumné stanice Katedry rostlinné výroby ČZU v Praze – Uhříněvsi byla zjištěna vysoká semenářská hodnota osiva. Hmotnost tisíce semen dosahovala, kromě jednoho roku, více než čtyřiceti gramů. Jak konvenční, tak ekologické osivo rychle klíčilo. Na velmi vysoké úrovni se pohybovaly hodnoty laboratorní klíčivosti jak u ekologického, tak u konvenčního osiva. I přes vysokou semenářskou hodnotu osiva docházelo v polních podmínkách při vzcházení ke značné redukci rostlin. Polní vzcházivost ovlivňovaly především povětrnostní podmínky v době setí a po zasetí. Pokud semenům chyběla vláha, hustota porostu se pohybovala na nižší úrovni. Při pozdním termínu setí, jako tomu bylo v roce 2013, vzešel nejnižší počet rostlin.

Poděkování Výzkum byl podporován S grantem MŠMT ČR.

Literatura BLÁHA L. (2015). Společné a specifické vlastnosti semen jednotlivých plodin a jejich význam. Proceeedings of 12th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 5, 2015, s. 45–50. HOUBA M., HOSNEDL V. (2002). Osivo a sadba. Nakladatelství Martin Sedláček, 186 s. KUTMON P. (2011). Trendy ve využívání farmářských osiv. Proceeeding of 10th Scientific and technical seminar Seed and seedlings, CULS, Prague, Czech Republic, February 10, 2011, s. 23–26. ŠARAPATKA, B., URBAN, J. (2006): Ekologické zemědělství v praxi. Šumperk: PRO-BIO, 2006, 502 s., ISBN 978-80903583-0-0.

Contact address: Ing. Hana Honsová, Ph.D., Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 00 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

106


MONITORING ODRODOVEJ ČISTOTY SLADOVNÍCKEHO JAČMEŇA NA SLOVENSKU Cultivar Purity Monitoring of Spring Barley in Slovakia Svetlana Šliková1, Edita Gregová1, Martina Mináriková2 1 National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Piešťany, Slovak Republic 2 Department of Theoretical Geodesy, Slovak University of Technology, Bratislava, Slovak Republic

Abstract Storage proteins from kernels of malting barley from the yield in 2016 and from different localities in Slovakia were separated by electrophoresis in the NAFC-RIIP in Piešťany. A-PAGE method was used to separate proteins (electrophoresis in polyacrylamid gel) to find out cultivar purity of samples as an important measurable indicator of quality evaluation in the malting process. Analyses were conducted within the verification of cultivar purity by the malt producer. Total 44 samples were analysed (100 kernel each) and 81.1 % of malt barley samples met the criteria of required purity. Key words: Hordeum vulgare L., cultivar purity, 1-D electrophoresis

Súhrn Na pracovisku NPPC-VÚRV Piešťany boli elektroforeticky separované zásobné bielkoviny zo zrnových vzoriek jačmeňa siateho s výberovou sladovníckou kvalitou pochádzajúce z úrody v roku 2016 z rôznych lokalít na Slovensku. Cieľom príspevku je informovať pestovateľskú verejnosť o výsledku z kontroly odrodovej čistoty sladovníckeho jačmeňa, ktorá bola vykonaná na základe požiadaviek spracovateľov sladu. Na separáciu bielkovín bola použitá metóda A-PAGE (elektroforéza v polyakrylamidovom géli) aby sa zistila odrodová čistota vzoriek ako dôležitý merateľný ukazovateľ posudzovania kvality v procese sladovania. Celkovo bolo analyzovaných 44 vzoriek 100 zrnovou analýzou. Z analyzovaných vzoriek splnilo kritérium požadovanej čistoty 81,1 %. Vysoká odrodová čistota sladovníckeho jačmeňa má pozitívny vplyv na celý proces sladovania a kvalitu sladu. Na dosiahnutie vysokej odrodovej čistoty by mali pestovatelia preferovať výsev certifikovaného osiva odrody s požadovanými znakmi a vytvoriť podmienky na dodržanie oddeleného zberu a skladovania s nezameniteľným označením odrôd. Separáciou zásobných bielkovín jačmeňa metódou A-PAGE sa získava elektroforetický profil, ktorý jednoznačne identifikuje odrodu a pomáha zistiť odrodovú čistotu. Kľúčové slová: Hordeum vulgare L., odrodová čistota, 1-D electrophoresis

Úvod Zo zrna odrôd jačmeňa siateho so sladovníckou kvalitou sa vyrába slad, ktorý predstavuje jednu zo základných surovín nevyhnutných pri výrobe piva. Táto obilnina patrí medzi najčastejšie pestované plodiny na Slovensku. Pestuje sa jarná i ozimná forma jačmeňa, ale pre sladovnícke využitie sú vhodnejšie jarné formy. Dôležitým ukazovateľom sladovníckej kvality jačmeňa je jeho schopnosť rýchlo a homogénne klíčiť. Tento dôležitý znak súvisí s technologickým procesom sladovania (homogénne zamáčky, rovnomerné máčanie a klíčenie). Prvotnou a základnou požiadavkou výrobcov piva je, aby pri začatí sladovania zrna jačmeňa vstupovala do procesu homogénna, kvalitná a Osivo a sadba, 2. 2. 2017

107

nepoškodená surovina. Zrno musí mať požadované kvalitatívne parametre, ktoré súvisia s odrodovou vlastnosťou, a tiež musí vstupovať do procesu nepoškodené. Sú známe mnohé faktory, ktoré znižujú kvalitu vstupnej suroviny. Medzi negatívne faktory patrí odrodová čistota nižšia ako 95 %, nevyrovnanosť zrna, zrnové prímesy (zrno mechanicky, fyziologicky, i teplotne poškodené, rôzne zlomky zrna, nezrelé zrno), pozberové klíčenie zrna spôsobené hlavne neskorým zberom v dôsledku pretrvávajúcich zrážok, napadnutie zrna chorobami, poškodenie zrna pri zbere, nesprávne skladovanie zrna, prítomnosť škodcov. Okrem uvedených faktorov veľmi dôležitá je i bezpečnosť vstupnej suroviny t.j. zrna. Zistilo sa, že zrná jačmeňa napadnuté fuzáriami môžu byť kontaminované fuzáriovými mykotoxínmi, najčastejšie deoxynivalenolom (DON), ktorý prechádza aj do sladu (Malachová a kol., 2010), výskyt DON sa na Slovensku monitoruje v zrnových vzorkách obilnín (Šliková a kol., 2013). Okrem toho, že prítomnosť mykotoxínov je nebezpečná pre konzumentov (D'Mello a kol., 1999), majú negatívny vplyv i na samotný proces výroby piva a jeho kvalitu. Prítomnosť fuzáriových mykotoxínov inhibuje syntézu enzýmov počas sladovania, spomaľuje rast kvasiniek, pravdepodobne zapríčiňuje „gushing“ a zmenu vo farbe piva (Oliveira a kol., 2012). Pestovatelia, ktorí produkujú sladovnícky jačmeň, by mali pri jeho pestovaní zohľadniť nielen kvalitatívne parametre odrody, ale i vhodnosť lokality na jeho pestovanie a odolnosť odrody voči chorobám (Vančo a kol., 2007), aby sa získalo zrno s požadovanou kvalitou a s vysokou odrodovou čistotou. Práve dodržanie odrodovej čistoty pestovaného sladovníckeho jačmeňa je kľúčovým momentom pri zabezpečení kvalitnej a homogénnej suroviny na výrobu kvalitného sladu. Nižšia odrodová čistota znižuje celkovú efektivitu výroby, pretože zvyšuje prevádzkové náklady výroby a zvyšujú sa nároky na energiu, a tiež ovplyvňuje kvalitu výsledného produktu. Z týchto dôvodov prichádzajú naliehavé dopyty z praxe na presné a rýchle zistenie uvedeného parametra. Na zistenie odrodovej čistoty obilnín pomocou biochemických markerov sa často využíva analýza zásobných proteínov elektroforetickými metódami. Používajú sa hlavne separačné metódy A-PAGE (elektroforéza v polyakrylamidovom géli) a SDS-PAGE (elektroforéza v polyakrylamidovom géli s dodecylsulfátom sodným), ktoré na pracovisku NPPC-VÚRV boli najčastejšie aplikované na identifikáciu, charakterizáciu odrôd pšenice a markerom podporovanú selekciu šľachtiteľských línií (Šramková a kol., 2010; Gregová a kol., 2013), na štúdium diverzity genetických zdrojov, na stanovenie odrodovej pravosti a homogenity odrôd a šľachtiteľských línií i pri iných poľnohospodárskych plodinách ako napr. pšenica, jačmeň, ovos, kukurica (Gálová a kol., 2002; Gregová a kol., 2015) a v poslednom období i pri niektorých zeleninách (nepublikované). Elektroforetická separácia zásobných bielkovín pri jačmeni sa využila i pri štúdiu genetickej podobnosti príbuzných druhov jačmeňa patriacich do rodu Hordeum L., kde sa analyzovaním separovalo až 46 polymorfných bielkovinových fragmentov čo umožnilo diferenciáciu druhov (El Rabey a kol., 2014). Elektroforetickou metódou SDS-PAGE sú hordeíny separové podľa molekulovej hmotnosti. Najvyššiu molekulovú hmotnosť (105 kD) majú D hordeiny; potom C (55 až 75 kDa), B a γ (32-46 kDa) a frakcia proteínov s nízkou molekulovou hmotnosť (22 a16,5 kDa), ktoré tvoria časť hordeinovej frakcie (Gubatz a Shewry, 2011). Vysoký polymorfizmus hordeínov umožňuje identifikáciu odrôd jačmeňa (Radović a Vapa, 1996). Vzorky odrôd sladovníckeho jačmeňa, pochádzajúce z rôznych lokalít pozberané z úrody v roku 2016 od slovenských farmárov, boli na vyžiadanie spracovateľov sladu elektroforeticky analyzované aby sa zistila ich odrodová čistota. Prezentované výsledky poskytujú informáciu o odrodovej čistote v súčasnosti pestovaného sladovníckeho jačmeňa na Slovensku a oboznamujú pestovateľskú verejnosť s ostupom, ktorým sa spoľahlivo zistí pravosť a odrodová čistota vzoriek jačmeňa.

Metodika Zrnové vzorky Hordeum vulgare L. odrôd Kangoo, Marthe, Overture, Oddysey, Sebastian, pochádzajúce od rôznych pestovateľov jačmeňa z rôznych lokalít zo Slovenska, boli elektroforeticky analyzované za účelom stanovenia odrodovej čistoty. Celkovo bolo v roku 2016 na analyzovanie prijatých 44 vzoriek od spracovateľa sladu na Slovensku. Z odrody Kangoo bolo analyzovaných 6 vzoriek, z Marthe 6 vzoriek, z Overture 26 vzoriek, z Oddysey 4 vzorky a z odrody Sebastian 108


2 vzorky. Z každej poskytnutej vzorky bolo analyzovaných 100 zŕn, tj. celkovo bolo analyzovaných 4400 zŕn štandardnou metódou ISTA (Wrigley, 1992). Na extrakciu vzoriek bol použitý roztok zložený z 0,05 % methylgreenu, 45 % 2-chloretanolu, 18 % močoviny a 2 % merkaptoetanolu-CE) a destilovanej vody. V alkohole rozpustné bielkoviny boli extrahované 2hodinu pri 25°C, centrifugované a nanesené do gélu. Deliacim systémom bola A-PAGE podľa ISTA. Na elektroforetickú separáciu bielkovín v A-PAGE bola použitá vertikálna elektroforetická jednotka HoeferTM SE 660. Elektroforetické delenie prebiehalo 2 hod pri 200 V, 4 hod pri 600 V . Gély boli farbené v 0,5% roztoku Coomassie Brilliant Blue R250 v etanole a odfarbené v destilovanej vode.

Výsledky a diskusia Elektroforeticky boli analyzované zásobné bielkoviny odrôd jarného jačmeňa Kangoo, Marthe, Overture, Oddysey, Sebastian. Všetky odrody majú výberovú sladovnícku kvalitu (sladovnícka akosť A) najvyššie zastúpenie mali vzorky odrody Overture (graf 1).

Oddysey; 9%

Sebastian; 4%

Kangoo; 14%

Marthe; 14%

Overture; 59% Graf 1: Odrodová skladba analyzovaných vzoriek sladovnického jačmeňa (%)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Obr. 1: Elektroforetické spektrá odrôd sladovníckeho jačmeňa po separácii zásobných bielkovín metódou A-PAGE (1,2,3 Marthe, 4,5,6 Overture, 7,8,9 Oddysey, 10,11,12 Kangoo, 13,14,15 Sebastian)


109

Držiteľom šľachtiteľských práv tejto odrody je Limagrain Central Europe Cereals (LCEC). Odroda dosahuje nadpriemerné úrody vo všetkých výrobných oblastiach, dosiahla dobrú kvalitu v sladovníckych a pivovarníckych skúškach, vyznačuje sa vysokým stupňom prekvasenia a vysokým extraktom v sušine sladu. Elektroforetickou separáciou zásobných bielkovín jednotlivých odrôd boli získané spektrá, ktoré sú navzájom odlišné. Vysoká podobnosť spektier sa ukázala medzi odrodami Overture a Oddysey (majiteľom odrôd je LCEC), spektrá ostatných odrôd sú navzájom viac odlišné (obr. 1). Celkovo bolo analyzovaných 44 vzoriek, čo predstavuje 4400 zŕn. Z analyzovaných vzoriek až 8 vzoriek sladovníckeho jačmeňa (18,2 %) nesplnilo kritéria pre odrodovú čistotu, ktorá nesmie byť nižšia ako 95 %. Najvyššie percento výskytu nevhodných vzoriek sa zistilo pri odrode Marthe (graf 2).

- zvýraznené vzorky s odrodovou čistotou menej ako 95 % Graf 2: Percentá odrodovej čistoty 44 vzoriek sladovníckeho jačmeňa stanovené 100 zrnovou analýzou pomocou metódy A-PAGE

Záver Okrem výberu odrody s požadovanými technologickými vlastnosťami je veľmi dôležité aj zachovanie vysokej odrodovej čistoty, a tým požadovaných vlastností vybranej odrody u pestovateľov. Odrodová čistota priamo ovplyvňuje celý proces sladovania a kvalitu sladu. Z analyzovaného súboru 44 vzoriek sladovníckeho jačmeňa elektroforetickou metódou sa vyskytlo 18,2 % vzoriek, ktoré nedosiahli žiadanú čistotu odrody. Na základe prezentovaných výsledkov by sme odporučili pestovateľom, aby 110


uprednostnili výsev certifikovaného osiva odrody s požadovanými znakmi, dodržiavali oddelený zber i oddelené skladovanie podľa odrôd, s jasným označením každej odrody. Elektroforetickou separáciou zásobných bielkovín jačmeňa sa odhalí prímes inej odrody v analyzovanej vzorke.

Poďakovanie Táto práca vznikla v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt: Vývoj nových typov rastlín s geneticky upravenými znakmi hospodárskeho významu ITMS: 26220220189, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Literatúra D'MELLO J. P. F. a kol. (1999). Fusarium mycotoxins: a review of global implications for animal health, welfare and productivity. Anim. Feed Sci. Technol., 80, 1999, pp. 183–205. DRAPER S. R. (1987). ISTA variety committee. Report of the working group for biochemical test for cultivar identification 1983–1986. Seed Sci. Technol., 15, 1987, pp. 431–434. EL RABEY H. A. a kol. (2014). Phylogeny of ten species of the genus Hordeum L. as revealed by AFLP markers and seed storage protein electrophoresis. Molecular Biology Reports 41, 2014, 365–365. GÁLOVÁ a kol. (2002). Variation in HMW glutenin subunits of different species of wheat. Rostlinná výroba, 48, 1, 2002, pp.15–19. GREGOVÁ E. a kol. (2013). Electrophoretic Characterization of Total Protein of Maize (Zea mays L.) Lines. Osivo a sadba: XI. odborný a vědecký seminář: sborník referátů. Praha, 2013, s. 88–91. GREGOVÁ a kol. (2015). Seed protein electrophoresis for identification of oat registered cultivars. Potravinárstvo, 9,1,2015, pp. 411–416. GUBATZ S. a SHEWRY P. R. (2010). The Development, Structure, and Composition of the Barley Grain, in Barley: Production, Improvement, and Uses (ed S. E. Ullrich), Wiley-Blackwell, Oxford, UK. MALACHOVÁ a kol. (2010). Fusariové mykotoxiny v zrnu ječmene jarního a jejich přenos do sladu. Kvasny Prum., 56, 2010, 3, s. 133–137. OLIVEIRA P. a kol. (2012). Impact of Fusarium culmorum-infected barley malt grains on brewing and beer quality. Am. Soc. Brew. Chem., 70, 2012, pp. 186–194. RADOVIĆ D. and VAPA L. (1996). Hordein composition of yugoslav barley cultivars. Cereal Research Communications, 24, 3 (1996), pp. 331–337. ŠLIKOVA S. a kol. (2013). Occurrence of Deoxynivalenol in Wheat in Slovakia during 2010 and 2011,Toxins, 5, 8, 2013, pp. 1353–1361. ŠRÁMKOVÁ Z. a kol. (2010). Wheat Varieties Released in Slovakia and their Bread-Making Quality. Cereal Research Communications, 38, 2010, 3, pp. 386–394. VANČO B. a kol. (2007). Response to Fusarium culmorum inoculation in barley. Biologia, 62, 2007, pp. 56–61. WRIGLEY C. W. (1992). Identification of cereal varietes by gel electrophoresis of the grain proteins. Heidelberg, SpringerVerlag, 1992, pp.17–41.

Contact address: Svetlana Šliková, PhD., National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Bratislavská cesta 122, 921 01 Piešťany, Slovak Republic E-mail:[email protected]


111

POUŽITIE ČIPOVEJ ELEKTROFORÉZY NA VERIFIKÁCIU ODRÔD OVSA Application of Chip Electrophoresis for Verification of Oat Cultivars Svetlana Šliková1, Edita Gregová1, Martina Mináriková2, Zdenka Gálová3, Tímea Kuťka-Hlozáková3 1 National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Piešťany, Slovak Republic; 2 Department of Theoretical Geodesy, Slovak University of Technology, Bratislava, Slovak Republic 3 Slovak University of Agriculture, Faculty of Biotechnology and Food Science, Nitra, Slovak Republic

Abstract The seed storage proteins of 10 registered oat cultivars were analysed by the system Lab-on-a-Chip with the Protein 200 Plus LabChip kit. The Lab-on-a-Chip allows the rapid, automated electrophoretic separation of proteins and the integration of multiple experimental procedures, such as sample handling, separation, staining, destaining, detection, and analysis into a single process. The result of this analysis indicated that the oat cultivars could be effectively differentiated on the basis of polymorphism, detected between protein patterns. The number of protein markers was 24. Genetic similarity coefficients resulted from comparisons by protein pattern and they ranged from 0,000 to 0.889 and all oat cultivars were different from each other. All analysed cultivars from the analysed group could be distinguished by their protein pattern with chip electrophoresis. Key words: Avena L., proteins, Lab-on-a-Chip

Súhrn Zásobné proteíny vybraných slovenských registrovaných odrôd ovsa siateho (Atego, Prokop, Valentín, Vendelín, Viliam, Vít, Vojtech, Zvolen) a ovsa nahého (Hronec, Važec) boli analyzované systémom Lab-on-a-Chip. Uvedený systém je automatizovaná čipová elektroforéza (Agilent 2100 Bioanalyzer systém) integrujúca viacero experimentálnych postupov, resp. krokov do jedného procesu. Výhodou použitia čipovej elektroforézy na separáciu zásobných bielkovín je tiež vyhodnotenie analýzy v elektronickej podobe vo forme virtuálneho gélu, a tiež grafu s kvantifikáciou molekulovej hmotnosti jednotlivých proteínových fragmentov. Zrnové vzorky analyzovaných odrôd ovsa boli po extrakcii proteínov analyzované kitom Agilent Protein 230. Pomocou miniatúrnej kapilárnej gélovej elektroforézy (v mikrofluidnom formáte) sa celkovo separovalo 24 bielkovinových fragmentov s rozdielnou molekulovou hmotnosťou, ktoré sa vizualizovali vo virtuálnom géli. Variabilita bielkovinových fragmentov v počte a pozícii umožnila jednoznačne rozlíšiť medzi sebou analyzované odrody. Molekulová hmotnosť separovaných proteínov sa pohybovala v rozsahu od 17 do 36 kDa. Koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov jednotlivých odrôd sa vypočítal v rozpätí od 0.000 až po 0.889. Výsledky získané analýzou zásobných proteínov čipovou elektroforézou umožnili jednoznačnú identifikáciu odrôd ovsa v analyzovanom súbore. Kľúčové slová: Avena L., proteíny, Lab-on-a-Chip

112


Úvod Pestovateľské plochy ovsa siateho Avena sativa L. i ovsa nahého Avena nuda L. sa v posledných rokoch na Slovensku znižovali, a to aj napriek skutočnosti, že záujem spracovateľov o túto komoditu stúpa. Už dlhšiu dobu dochádza stále k širšiemu uplatneniu tejto plodiny i v potravinárskom priemysle, pretože zrno ovsa tvorí základnú surovinu pri výrobe cereálnych potravín, rôznych druhov vločiek alebo ako komponent cereálnych tyčiniek. Zvýšený záujem konzumentov o výrobky z ovsa podporili mnohé vedecké štúdie a propagácia výrobkov, ktoré sa stali súčasťou zdravého životného štýlu ľudí. Výskumy dokázali, že beta-glukán prítomný v zrnách ovsa prispieva k zníženiu výskytu kardiovaskulárnych ochorení, kontroluje glykémiu, prispieva k skvalitneniu črevnej mikroflóry. V roku 1997 agentúra Food and Drug Administration (FDA v USA) uverejnila vyhlásenie, že beta-glukán prítomný v zrnách ovsa znižuje hladinu cholesterolu, k rovnakým záverom dospela i Joint Health Claims Initiative (JHCI) v roku 2004. Pokroky v potravinárskej technológii umožňujú rozšíriť rozmanitosť potravín vyrobených na báze ovsa a otvárajú príležitosť na jeho budúce širšie uplatnenie pri výrobe potravín. Z týchto dôvodov úsilie šľachtiteľov je zamerané na získanie odrôd ovsa, ktoré budú zaujímavé pre pestovateľov a následne spracovateľov. Sú to odrody so zvýšeným obsahom zdraviu prospešných látok ako napr. zvýšený obsah potravinovej vlákniny, vyšší obsah β-D-glukánu. Z pohľadu bezpečnosti by tieto odrody mali byť odolnejšie voči fuzáriam a kumulácii mykotoxínov v zrnách. V súčasnosti v procese šľachtenia nových odrôd ovsa na Slovensku sa pri selekcii genotypov sledujú okrem úrodotvorných znakov i kvalitatívne znaky, kde sa sleduje hlavne obsah už spomenutých látok v zrnách šľachtiteľských línií. Vysoký dôraz je kladený i na odolnosť voči fuzáriam pričom tieto šľachtiteľské línie sú umelo infikované a testované na odolnosť voči hubám a kontaminácii mykotoxínom, ktorého výskyt sa priebežne monitoruje (Šliková a kol., 2008; Šliková a kol., 2013). Keďže šľachtenie nových odrôd je dlhodobý a finančne náročný proces potom rýchla a spoľahlivá identifikácia každej odrody je vítaným nástrojom ich právnej ochrany. Na zistenie odlišnosti, homogenity a odrodovej pravosti pšenice a jačmeňa sa využívajú elektroforetické analýzy zásobných bielkovín (Guidelines for the conduct of tests for distinctness, uniformity and stability - TG/3/11 94-1104). Pri odrodách ovsa boli použité metódy A-PAGE (elektroforéza v polyakrylamidovom géli) (Gregová a kol., 1996; Polišenská a kol., 2011) a SDS-PAGE (elektroforéza v polyakrylamidovom géli s dodecylsulfátom sodným) (Gregová a kol., 2015) na zistenie genetickej podobnosti analyzovaných genotypov v danom súbore. V súčasnosti je k dispozícii moderná biofyzikálna metóda, pri ktorej dochádza k separácii látok (napr. proteínov) kapilárnou gélovou elektroforézou, resp. elektroforézou v mikrofluidnom formáte na čipe. Metóda bola vyvinutá na rýchlu automatizovanú separáciu a kvantifikáciu proteínov. Lab-on-a-Chip je porovnateľná s klasickou metódou SDS-PAGE, kde separácia bielkovín prebieha v polyakrylamidovom géli. Automatický elektroforetický systém, resp. čipová elektroforéza umožňuje separáciu zásobných bielkovín prítomných v zrnách obilnín rovnako ako konvenčné elektroforetické metódy. Podľa Kuschela (2002) výsledky z čipovej elektroforézy zásobných bielkovín sú porovnateľné s výsledkami, ktoré sa získajú separáciou metód SDS-PAGE alebo A-PAGE a následným farbením s Coomassie. V prípade čipovej elektroforézy výsledky spracuje softvér a získava sa virtuálny gél, kde sú viditeľné denaturované bielkoviny separované podľa molekulovej hmotnosti. Bradová (2011) použila čipovú elektroforézu k identifikácii glutenínových podjednotiek pšenice. Popisuje, že veľkou výhodou tejto metódy je oproti často používanej metóde SDS-PAGE rýchla separácia, jednoduchosť, vysoká opakovateľnosť urobených analýz, zvyšuje sa objektivita získaných výsledkov pri identifikácii separovaných bielkovín a následnej interpretácii, nepracuje sa s toxickým akrylamidom čo zvyšuje bezpečnosť pri práci, avšak nevýhodou je hlavne vysoká cena analýz, a tiež ponuka rôznych systémov, pri ktorých potom genetická interpretácia glutenínových podjednotiek je problematická. Cieľom práce bolo overiť vhodnosť čipovej elektroforézy na verifikáciu súčasných vybraných registrovaných odrôd ovsa na Slovensku.


113

Metodika Na analyzovanie zrna pomocou čipovej elektroforézy bolo celkovo vybraných 10 registrovaných odrôd z Avena nuda L. (Hronec, Važec) a z Avena sativa L. (Atego, Prokop, Valentín, Vendelín, Viliam, Vít, Vojtech, Zvolen). Extrakcia zásobných bielkovín zo zrna prebiehala v extrakčnom pufri 0.25 M Tris–HCl (pH 6.8), 5 % (v/v) b-merkaptoetanol, 2 % (w/v) SDS, 10 % (v/v) glycerol a 0.02 (w/v) bromfenolová modrá s destilovanou vodou. Extrakty boli pripravované pri izbovej teplote a krátko povarené na 5 min., následne boli centrifugované 5000 xg na 5 min. Získaný extrakt v objeme 4 µl bol analyzovaný Agilent 2100 Bioanalyzer systémom, ktorý vyvinula firma Agilent Technologies, v prítomnosti Agilent Protein 230 kit. Ako štandard bol použitý Ladder od Agilent Technologies, ktorý bol súčasťou kitu. Podľa postupu popísaného výrobcom bol po analýze získaný virtuálny gél separovaných bielkovín jednotlivých odrôd ovsa pomocou softvéru pre 2100 Bioanalyzer. Štatistické spracovanie variability vizualizovaných proteínov na základe ich molekulovej hmotnosti bolo vyhodnotené štatistickým programom IBM SPSS Statistics 22.

Výsledky a diskusia Výstupom automatickej čipovej elektroforézy je virtuálny gél, na ktorom sú viditeľné simulované proteínové profily 10 analyzovaných odrôd ovsa (obr. 1). Vo všetkých získaných simulovaných profiloch bolo celkovo identifikovaných 24 rozdielnych bielkovinových fragmentov v rozsahu molekulovej hmotnosti od cca 17 do 36 kDa.

Ladder – marker; rebrík molekulových hmotností Obr. 1: Lab-on-a-Chip virtuálny gél zásobných bielkovín separovaných podľa molekulovej hmotnosti zo zrna odrôd ovsa pomocou čipovej elektroforézy Výsledky sú porovnateľné už s publikovanými výsledkami (Gregová a kol., 2015), kde sa zistila prítomnosť 22 rozdielnych bielkovinových fragmentov v géli po analýze zásobných proteínov zo zrna 114


15 registrovaných odrôd ovsa metódou SDS- PAGE. Prevažná časť nami analyzovaných proteínov sa vizualizovala v rozsahu od 17 do 35 kDa. Proteíny o hmotnosti od 25 do 27 kDa sa vyskytujú až pri 9 genotypoch. Niektoré fragmenty (v počte 10) sa v géli vyskytli iba raz a pri niektorých sme zaznamenali viacnásobný výskyt, ale max. 8 krát (obr. 1).

Graf 1: Grafické znázornenie genetickej diverzity odrôd ovsa hierarchickou klastrovou metódou na základe separácie zásobných proteínov čipovou elektroforézou Na kvantifikáciu genetickej podobnosti medzi bielkovinovými profilmi analyzovaných genotypov bol použitý výpočet Jaccardovho koeficientu genetickej podobnosti pre všetky párové kombinácie (tab. 1). Výsledky ukázali, že koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov analyzovaných odrôd sa pohyboval v rozpätí od 0.000 až po 0.889. Porovnateľné výsledky boli získané analyzovaním 15 odrôd ovsa metódou SDS-PAGE (Gregová a kol. 2015), kde bol vypočítaný koeficient genetickej podobnosti analyzovaného súboru v rozpätí od 0.125 do 0.929. Pri čipovej elektroforéze boli nájdené medzi odrodami (Avena sativa L.) Zvolen a Vít, a tiež Valentín (Avena sativa L.) a Hronec (Avena nuda L.) (tab. 1) úplne rozdielne profily. Oveľa nižší polymorfizmus medzi 17 odrodami ovsa sa získal analyzovaním avenínov metódou A-PAGE, kde niektoré odrody nebolo možné medzi sebou odlíšiť napr. Flamingsgold-Viliam, Auron-Vendelin, Izak-Važec a Detvan-Tatran, pretože boli nájdené medzi nimi rovnaké proteínové profily. Koeficienty genetickej podobnosti uvedeného analyzovaného súboru sa pohybovali v rozpätí od 0.000 až po 1.000 (Šliková a kol., 2015). Dendrogram, zostrojený hierarchickou klastrovou analýzou s využitím algoritmu UPGMA, rozdelil analyzované odrody do troch skupín, pričom prvý klaster obsahuje 8 odrôd a samostatne po jednej odrode sa zaradili Valentín a Vít (graf. 1).


115

Tab. 1: Kvantifikácia genetickej podobnosti bielkovinových profilov odrôd ovsa analyzovaných čipovou elektroforézou

Záver Separácia zásobných bielkovín vybraných odrôd ovsa pomocou automatizovanej čipovej elektroforézy umožnila získanie simulovaných proteínových profilov, ktoré pre každú analyzovanú odrodu boli jedinečné. Analýzou sa získava virtuálny gél, kde jednotlivé proteíny sú separované na základe molekulovej hmotnosti. Výsledky získané touto analýzou poskytujú možnosť spoľahlivo vyhodnotiť proteínové spektrum každého analyzovaného genotypu a navzájom ich porovnať. Uvedený systém objektivizuje výsledky a ukázalo sa, že pri analyzovanom súbore vybraných genotypov ide o rýchlu a vhodnú metódu na verifikáciu odrôd ovsa.

Poďakovanie Táto práca vznikla vďaka podpore projektu č. APVV-0398-12 Agentúrou na podporu výskumu a vývoja (APVV) Slovenskej republiky.

Literatúra BRADOVÁ J. a kol. (2011). Využití gelové a čipové elektroforézy k identifikaci podjednotek gluteninu s vysokou a nízkou molekulovou hmotností u pšenice. Metodika pro praxi, VÚRV, Praha 6 –Ruzyňe, 2011, pp. 25. GREGOVÁ E. a kol. (1996). Electrophoretic Distinguishing of Cultivated Oats (Avena sativa L.) by Seed Storage Proteins, Rostlinná výroba, 42, 1996, 4, pp. 169–172. GREGOVÁ E. a kol. (2015). Seed protein electrophoresis for identification of oat registered cultivars, Potravinarstvo, 9, 2015, 1, pp. 411–416. KUSCHEL M. (2002). Journal of biomolecular techniques, 13, 2002, pp. 3. POLIŠENSKÁ I. a kol. (2011). Characterisation of Oat Genetic ResourcesUsing Electrophoresis of Avenins, Czech J. Genet. Plant Breed., 47, 2011, 4, pp. 166–171. ŠLIKOVA S. a kol. (2008). Accumulation of deoxynivalenol mycotoxin in kernels of oats after artificial infection with Fusarium culmorum sacc., Cereal res. com., 36, Supplement: B, 2008, pp. 389–391. ŠLIKOVA S. a kol. (2013). Occurrence of Deoxynivalenol in Wheat in Slovakia during 2010 and 2011,Toxins, 5, 8, 2013, pp. 1353–1361. ŠLIKOVA S. a kol. (2015). Verification of registered oat varieties with electrophoretic Methods, Seed and Seedlings XII, 2015, pp. 234–238.

Contact address: Svetlana Šliková, Ph.D. NPPC-Výskumný ústav rastlinnej výroby, Piešťany, Bratislavská cesta 122, 921 68 Piešťany, E-mail: [email protected]


117

DIVERZITA ZÁSOBNÝCH BIELKOVÍN REGISTROVANÝCH ODRÔD TRITIKALE NA SLOVENSKU Diversity of Storage Proteins in Registered Varieties of Triticale in Slovakia Edita Gregová1, Svetlana Šliková1, Ľubomír Mendel1, Martina Mináriková2 1 National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Piešťany, Slovak Republic 2 Department of Theoretical Geodesy, Slovak University of Technology, Bratislava, Slovak Republic

Abstract The protein diversity of 18 registered hexaploid triticale genotypes was examined. SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) of the glutenins and secalins was used for seed analyses of triticale varieties. The result of this study indicated that the genotypes of triticale cultivars could effectively be differentiated on the basis of storage protein polymorphism. The treecluster analysis illustrates the distribution of varieties in two major groups. The first major group was large with seventeen varieties and genotype Largo was alone in the second group. The number of glutenin and secalin markers was 48. Genetic similarity analysis based on storage protein ranged from 0,167 to 0,905. All triticale varieties were different from each other. Key words: polymorphism, storage proteins, triticale, SDS-PAGE

Súhrn Zásobné bielkoviny registrovaných odrôd tritikale na Slovensku boli analyzované pomocou polyakrylamidovej gélovej elektroforézy v prítomnosti dodecylsulfátu sodného (SDS-PAGE). Zrnové vzorky 18 odrôd tritikale (Kandar, Pingpong, IS Flavius, Pletomax, Mareto, PC Tecko, Radko, Kendo, Largus, Nazaret, Tatra, Colossal, Kinerit, Janko, Cosinus, Wanad, Woltario a Benetto) zapísaných v Listine registrovaných odrôd v SR v roku 2016 boli na základe 48 proteínových markerov odlíšené navzájom. Výsledky ukázali, že koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov analyzovaných odrôd sa pohyboval v rozpätí od 0.167 až po 0.905. Dendrogram, zostrojený hierarchickou klastrovou analýzou s využitím algoritmu UPGMA rozdelil analyzované odrody do dvoch skupín, pričom prvý klaster obsahoval okrem odrody Largo všetky genotypy. Kľúčové slová: polymorfizmus, zásobné bielkoviny, tritikale, SDS-PAGE

Úvod Tritikale (× Triticosecale Wittm. ex A. Camus) bolo umelo vytvorené hybridizáciou pšenice (Triticum aestuvum L.) a raže (Secale cereale L.). Cieľom šľachtiteľov bolo spojenie výhodných vlastností rodičovských plodín. Pestovanie tejto plodiny je možné aj v horších ekologických podmienkach a výhodou je aj vyššia odolnosť voči chorobám a škodcom. Ako poľnohospodársky výrobok je určený predovšetkým na kŕmne účely a k priemyselnému spracovaniu. V súčasnosti sú k dispozícii genotypy tritikale, ktoré nesú translokáciu s glutenínovými podjednotkami HMW 5+10 a sú vhodné na pekárske účely (Vinterova a kol. 2003, Kazman a kol.1996). Prvou odrodou československého pôvodu sa stala v roku 1991odroda ozimného tritikale Ring (Úhřetice). V roku 1999 bola v Českej republike registrovaná prvá jarná odroda tritikale nazvaná Gabo. V Slovenskej republike 118


sa šľachtením tritikale zaoberali prioritne na šľachtiteľskej stanici v Radošine, avšak v súčasnosti šľachtenie tritikale sa vykonáva i na pracovisku VÚRV Piešťany na Výskumno-šľachtiteľskej stanici Vígľaš-Pštrusa. Šľachtením tritikale v Poľsku sa zaoberá šľachtiteľská stanica Borowo, v ktorej sa pracovníkom podarilo vyšľachtiť a zaregistrovať pravdepodobne prvú odrodu, ktorá je využiteľná na pekárske účely. Zrno tritikale má pomerne vysoký obsah lyzínu, čo z pohľadu priaznivej výživnej hodnoty zaraďuje túto rastlinu medzi perspektívne pestované poľnohospodárske plodiny (Peňa, 2004). Sekalíny, zásobné bielkoviny raže, zapríčiňujú pokles kvality gluténu, pretože zvyšujú aktivitu hydrolytických enzýmov, najmä α-amyláz (Mergoum, 2004). Zásobné bielkoviny sú najľahšie dostupnými markermi pri rozlišovaní genotypov obilnín. Sú to markery pre genetické štúdie a sledujú polymorfizmus len v kódujúcich sekvenciách. Postupy identifikácie a vzájomného rozlišovania genotypov rastlín by mali byť dostatočne rýchle, jednoduché, jednoznačné, s vysokou rozlišovacou schopnosťou a finančne nenáročné. Skúmanie polymorfizmu bielkovín, ktoré sa vykonáva elektroforetickými metódami, je veľmi dôležitým spôsobom získavania informácií o odrode. Na našom pracovisku NPPC-VÚRV máme bohaté skúsenosti s izoláciou proteínov zo semien rôznych druhov rastlín a ich separáciou elektroforetickými metódami (Gregová a kol., 1996; Šliková a kol. 2014). Proteínový fingerprinting zásobných bielkovín sa vykonáva pomocou rôznych metód (1-D elektroforézy, 2-D elektroforéza, Lab-on-chip, IEF). Cereálne proteíny sa vyznačujú vysokou mierou polymorfizmu, preto ich využitie pre identifikáciu a diferenciáciu genotypov má viacero výhod oproti iným markerom. Zásobné bielkoviny rastlín nie sú závislé na podmienkach prostredia ani ontogenetickej fáze rastliny. Metódy analýz tiež nie sú finančne ani materiálovo náročné ako pri detekcii DNA markerov. Vzhľadom k týmto aspektom je polymorfizmus zásobných bielkovín zrna veľmi výhodný pre detekciu genetickej variability obilnín (Gálová a kol. 2002). Cieľom našej práce bolo pomocou použitia elektroforetickej metódy SDS-PAGE identifikovať a verifikovať registrované odrody tritikale na Slovensku.

Metodika Pre elektroforetické analýzy zásobných bielkovín tritikale boli použité genotypy ktoré boli získané z Génovej banky semenných druhov VÚRV v Piešťanoch. Analýza profilov zásobných bielkovín zrna bola uskutočnená pomocou polyakrylamidovej gélovej elektroforézy v prítomnosti dodecylsulfátu sodného (SDS-PAGE). Zrnové vzorky 18 odrôd tritikale (Kandar, Pingpong, IS Flavius, Pletomax, Mareto, PC Tecko, Radko, Kendo, Largus, Nazaret, Tatra, Colossal, Kinerit, Janko, Cosinus, Wanad, Woltario a Benetto) zapísaných v Listine registrovaných odrôd v SR v roku 2016. Extrakcia zásobných bielkovín zo zrna prebiehala v extrakčnom pufri 0.25 M Tris–HCl (pH 6.8), 5% (v/v) 2-merkaptoetanol, 2% (w/v) SDS, 10% (v/v) glycerol a 0.02 (w/v) bromfenolová modrá s destilovanou vodou. Extrakty boli pripravované pri izbovej teplote a krátko povarené na 5 min., následne boli centrifugované 5000 x g na 5 min. Elektroforetická separácia bielkovín bola realizovaná v systéme vertikálnej diskontinuálnej SDS-PAGE (PROTEAN II xi, Bio-Rad), podľa štandardnej metodiky ISTA. Všetky frakcie sekalínov a glutenínov separované v SDS-PAGE boli zafarbené v roztoku 0,5% Comassie Brilliant Blue R250 v etanole. Elektroforetické záznamy profilov jednotlivých genotypov boli naskenované a hodnotené s programom Diversity One. Štatistické spracovanie variability vizualizovaných proteínov na základe ich molekulovej hmotnosti bolo vyhodnotené štatistickým programom IBM SPSS Statistics 22.

Výsledky a diskusia Elektroforetickou separáciou zásobných bielkovín zrna tritikale v prostredí dodecylsíranu sodného sme identifikovali v prvej tretine gélu vysokomolekulárne fragmenty glutenínov a sekalínov, ďalšou frakciou boli monomérne γ-75k sekalíny, a v poslednej časti polyakrylamidového gélu bolo detegovaných niekoľko subfrakcií nízkomolekulových glutenínov (obr.1). Na základe vyhodnotenia 49 polymorfných znakov elektroforetickej separácie zásobných bielkovín bolo možné využitím UPGMA algoritmu vytvoriť dendrogram, ktorý naznačuje genetické vzťahy medzi odrodami tritikale. Poloha a intenzita bielkovinových zón elektroforeograme tritikale odpovedá jej genetickej konštitúcii a je pre Osivo a sadba, 2. 2. 2017

119

danú odrodu charakteristická, čím sa aplikovaná metóda ostáva ideálnym nástrojom pre oblasť verifikácie odrôd pri kontrole produkcie, šľachtenia i výskumu vrátane genetických zdrojov. Výsledky ukázali, že koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov analyzovaných odrôd sa pohyboval v rozpätí od 0.167 až po 0.905 (tab.1). Genotypy boli rozdelené do dvoch hlavných klastrov, pričom prvý klaster zahŕňa jeden genotyp, druhý klaster 17 genotypov (obr.2). V prvom klastri je samostatne odlíšený slovenský genotyp Largus. Druhý klaster bol rozdelený do dvoch skupín: prvá skupina 11 analyzovaných genotypov kde boli zaradené aj slovenské odrody PC Tecko, IS Flavius, Mareto, Pingpong, Radko, Kandar a Pletomax, druhá skupina 6 analyzovaných genotypov kde boli zaradené všetky genotypy poľského pôvodu Wanad, Woltario, Janko a Benetto. 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Obr. 1: Bielkovinové profily odrôd tritikale získaných metódou SDS-PAGE (1-Largus, 2-Nazaret, 3Woltario, 4-Tatra, 5-Colossal, 6-Kinerit, 7-Janko, 8-Cosinus, 9-Wanad, 10-Benetto) Variabilita v oblasti vysokomolekulových glutenínov a sekalínov bola najväčšia, kde sme identifikovali celkom 13 bielkovinových segmentov. Monomérne γ-75k sekalíny vykazovali nízky polymorfizmus. Vysoký polymorfizmus sme zistili v oblasti nízkomolekulových glutenínových podjednotiek lokusu Glu-A3 a Glu-B3. 75 K Porovnateľné výsledky boli získané pri analyzovaním 69 genotypov tritikale metódou SDS-PAGE (Bellil a kol., 2010; Aminour a kol. 2001), kde boli zistené allelické zostavy a polymorfizmus jednotlivých frakcií.

120


Tab. 1: Kvantifikácia genetickej podobnosti bielkovinových profilov odrôd tritikale

Obr. 2: Clusterová analýza 18 odrôd tritikale vytvorená podľa bielkovinových profilov získaných metódou SDS- PAGE

Záver Cieľom tejto práce bolo vyhodnotiť bielkovinový profil 18 genotypov tritikale na základe elektroforetického spektra zásobných bielkovín v SDS-PAGE. Výsledky ukázali, že genotypy tritikale registrované v Listine registrovaných odrôd za rok 2016 bolo možné verifikovať z dôvodu rozdielnosti bielkovinového spektra jednotlivých odrôd.

Poďakovanie Táto práca vznikla v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt: Vývoj nových typov rastlín s geneticky upravenými znakmi hospodárskeho významu ITMS : 26220220189, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Literatúra AMIOUR N. a kol. (2002). Diversity of seven glutenin and secalin loci within triticale cultivars grown in Europe. Euphytica, vol. 123, 2002, pp. 295–305. BELLIL V a kol.(2010). Diversity of Seven Glutenin and Secalin Loci within Triticale Cultivars Grown in France. Not. Bot. Agrobot. Cluj 38, 2, 2010, Special Issue pp.48–55.

122


GÁLOVÁ Z. a kol. (2002). Variation in HMW glutenin subunits of different species of wheat. Rostlinná výroba, 44, 2002. pp. 111– 116. GREGOVÁ E. a kol. (1996). Electrophoretic Distinguishing of Cultivated Oats (Avena sativa L.) by Seed Storage Proteins. Rostlinná výroba, 42, 4, 1996, pp. 169–172. KAZMAN E.M. a kol. (1996). Can bread-making quality be introduced into hexaploid triticale by whole-chromosome manipulation? Triticale: today and tomorrow. vol.5, 1996, pp. 141–148. MERGOUM M. a kol. (2004). Triticale improvement and production. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome, 2004. PEŇA R.J. (2004). Food uses of triticale. In Food and Agricultural Organization of the United Nations ,Rome, 2004, pp.37– 48. ŠLIKOVÁ S. a kol. (2014). Verifikácia registrovaných genotypov ovsa elektroforetickými metodami. Osivo a sadba: XII. odborný a vědecký seminář: sborník referátů. Praha, 2015, s. 234–238. VINTEROVÁ M. a kol. (2003). DNA markers for high molecular weight glutenin subunits 5+10 used in wheat and triticale breeding. In Czech J. of Genet. and Plant Breed., vol. 39, 2003, pp. 69–72.

Contact address: Edita Gregová, PhD., National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Bratislavská cesta 122, 921 01 Piešťany, Slovak Republic E-mail:[email protected]


123

STIMULACE OSIVA PRO ZVÝŠENÍ A STABILIZACI VÝNOSU BIOMASY ČIROKU Stimulation of Seed to Increase and Stabilize Yield of Sorghum Biomass Jaroslav Tomášek, Jiří Adamčík KRV ČZU v Praze

Abstract Field experiments with Sorghum were realized in 2011-2013. The aim of the experiment was to propose a suitable date of sowing and increase seed germination by Lexin and M-Sunagreen preparations. Positive impact of Lexin who significantly increased dry matter yield of 8.4 % (row spacing 25 cm) and 4.4 % (row spacing 50 cm) in the first term of sowing (10th May) was confirmed. M-Sunagreen product had a significant effect on the increase the yield by 16.7 % in the second term of sowing (20th May) with row distance of 25 cm. The highest yields were observed in later sowing date in the end of May. Pickling by Lexin had a significant effect on increase the yield of dry matter. Key words: Lexin, M-Sunagreen, quality, laboratory methods, sowing

Souhrn Polní pokusy s čirokem byly realizovány v letech 2011-2013. Cílem pokusu bylo navrhnout vhodný termín setí a zvýšení klíčivosti osiva přípravky Lexin a M-Sunagreen. Z výsledků výzkumu vyplývá pozitivní vliv přípravku Lexin, který průkazně zvyšoval výnos suché hmoty o 8,4 % (meziřádková vzdálenost 25 cm) a 4,4 % (meziřádková vzdálenost 50 cm) v prvním termínu setí 10.5. Přípravek Sunagreen měl průkazný vliv na zvýšení výnosu v druhém termínu setí 20.5., při meziřádkové vzdálenosti 25 cm, o 16,7 % . Nejvyšší výnosy byly zjištěny v pozdějším termínu výsevu, moření Lexinem zde mělo průkazný vliv na zvýšení výnosu suché hmoty. Klíčová slova: Lexin, M-Sunagreen, kvalita, laboratorní metody, setí

Úvod Teplota v době klíčení a vzcházení je jedním z limitujících faktorů ovlivňující nárůst pěstitelských ploch čiroku cukrového v podmínkách střední Evropy. Díky nižším nárokům na vláhu v průběhu vegetace a vysokému výnosu nadzemní biomasy je čirok jednou z mála kulturních plodin, které je možné úspěšně pěstovat v sušších podmínkách jako možnou alternativu silážní kukuřice jak pro krmné účely, tak i pro produkci bioplynu (Pazderů et al., 2014). Pro úspěšné pěstování čiroku cukrového jsou velice důležité počáteční podmínky v době zakládání porostu. Prvním důležitým faktorem pro optimální klíčení a vzcházení semen je dostatek vláhy, kdy díky hloubce setí kolem 3 cm jsme do značné míry závislí na dostatečných srážkových úhrnech těsně po výsevu. Dostatek vláhy a její efektivní využití bude do budoucna limitním faktorem pro pěstování většiny kulturních plodin v našich podmínkách. Jak uvádí Tolka et al. (2013), vodní stres může snížit výnos biomasy až o 45 %. Druhým důležitým regulujícím faktorem v době klíčení a vzcházení je teplota půdy (Alvarado et Bradford, 2002). Kvůli poměrně vysokým výkyvům srážek v jarních měsících a nemožnosti jejich ovlivnění jsme nuceni hledat způsoby pěstování čiroku i za teplotně méně vhodných podmínek, avšak s dostatkem vláhy (Lobato et al., 2008; Brar et al., 1992).

124


Metodika Pokusy byly provedeny v letech 2011-2013 na Výzkumné stanici KRV v Uhříněvsi. Bylo použito certifikované osivo čiroku cukrového od firmy SAATBAU LINZ Česká republika s. r. o., odrůda Goliath – Biomaas 133 a odrůda Zerberus od firmy KWS osiva, s.r.o. Osivo bylo vždy namořeno přípravkem s účinnou látkou Thiram v dávce 1 kg. t-1 osiva. Semena čiroku byla ošetřena přípravky Lexin (kyselina indol-3-octová) a M-Sunagreen (kyselina 2-aminobenzoová a kyselina 2-hydroxybenzoová) ve formě roztoku, který byl aplikován kalibrovaným rozprašovačem na povrch semen. Objem čistého přípravku na 100 g semen byl u přípravku Lexin 9,6 µl a u přípravku M-Sunagreen 15 µl. Celkový objem roztoku s vodou použitého na 100 g semen byl jednotný, a to 1 ml. Získané výsledky byly porovnávány s kontrolními semeny, na které byl aplikován 1 ml čisté vody na 100 g semen. Ošetřené osivo bylo testováno v polních podmínkách na pokusných parcelkách o výměře 12 m2 vždy v 5 opakováních. Před setím bylo aplikováno 80 kg N/ha (UREA stabil). Pro výsev byl použit bezezbytkový secí stroj Wintersteiger, na kterém byla nastavena hloubka setí 3 cm. Výsevek byl v množství 7 kg.ha-1 (220 000 semen.ha-1) při meziřádkových vzdálenostech 25 a 50 cm. Byly zvoleny tři termíny setí: 10.5., 20.5., 30.5. Porosty byly po vzejití pomocí zádového postřikovače ošetřeny přípravkem Banvel 480 S v dávce 1 l.ha-1. Byl hodnocen počet kolének a průměr stonku, výška rostlin, výnos biomasy, obsah sušiny a přepočítaný výnos suché hmoty. Laboratorní a polní výsledky byly zpracovány pomocí analýzy rozptylu statistického programu SAS 9.3. (SAS Institute Inc. Cary, NC, USA). Podrobnější vyhodnocení rozdílů mezi průměry bylo provedeno metodou HSD (Tukey).

Výsledky a diskuse Ze tří pokusných let a variant byla sestavena tabulka 1, kde jsou podrobně vyhodnoceny rozdíly ošetření osiva a agrotechniky čiroku. Cílem pokusu bylo mimo jiné zjistit optimální termín výsevu. Při prvním termínu výsevu (10. 5.) byl zjištěn průkazně menší počet kolének i průměr stonku rostlin v porovnání s ostatními termíny. Zároveň byla zjištěna průkazně nižší výška rostlin (241 cm – kontrola oproti 315 a 318 cm - 20. a 30.5.). Nižší rostliny se projevily v průkazně nižším výnosu jak čerstvé biomasy, tak sušiny. Předpokládá se, že se projevil negativní efekt nižší teploty půdy při klíčení čiroku v prvním termínu, jak uvádějí Alvarado et Bradford (2002). Rostliny vyseté v druhém a třetím termínu dosáhly vyššího výnosu, nebyly stresovány nízkými teplotami a projevil se zde vliv vyšších teplot při klíčení i dostatek vláhy. Nejvyšší výnosy biomasy byly zjištěny u termínu 30.5., i když v tomto termínu se již neprojevil tak významný efekt moření osiva přípravky Lexin a M-Sunagreen, jak tomu bylo v nepříznivých podmínkách klíčení v prvním termínu setí, což korespondovalo s výsledky Krenchinski et al. (2015), kteří zkoumali rychlost klíčení Sorghum arundinaceum. Termín setí průkazně neovlivnil obsah sušiny rostlin. Pro praktické využití v praxi jsou zajímavé výsledky moření přípravky Lexin a M-Sunagreen, u nichž byl potvrzen pozitivní efekt. Oba přípravky průkazně zvyšovaly výnos biomasy u prvního a třetího termínu setí v porovnání s neošetřenou kontrolní variantou. Průkazné zvýšení výnosu biomasy bylo zjištěno u termínu 20.5. při použití moření přípravkem Lexin v porovnání s kontrolou, u M-unagreenu byl tento vliv zjištěn jen u meziřádkové vzdálenosti 25 cm. Přípravek Lexin dále průkazně zvýšil počet kolének a průměr stonku u termínů 10.5. a 20.5. V pokusech Procházky a kol. (2015) byl zjištěn průkazně vyšší výnos semene sóji při využití moření semen přípravkem Lexin. Pozitivní vliv aplikace auxinových přípravků na rychlost růstu rostlinných buněk prokázal rovněž Vanneste a Friml (2009).


125

Tab. 1: Souhrnné výsledky s využitím Lexinu a M-Sunagreenu (2011-2013) Termín setí Stimulace Meziřádková Počet kolének Průměr stonku Výška rostlin Výnos biomasy Obsah sušiny osiva vzdálenost (cm) (t.ha-1) (%) (cm) (kus) (mm) 10.05. Lexin 25 10 a 12 a 260 a 19,28 a 33,3 Lexin 50 9b 11 b 251 ab 19,33 a 33,0 M-Sunagreen 25 9b 12 a 250 a 19,09 a 33,0 M-Sunagreen 50 9b 10 c 250 a 19,00 a 33,0 Kontrola 25 8c 10 c 253 a 16,47 b 36,0 Kontrola 50 9b 10 c 241 b 16,97 b 36,0 20.05. Lexin 25 14 a 19 a 345 a 31,27 a 33,3 Lexin 50 13 b 18 b 320 cd 29,58 a 33,0 M-Sunagreen 25 13 b 18 b 340 b 30,24 a 33,0 M-Sunagreen 50 13 b 17 c 325 c 27,03 b 33,0 Kontrola 25 10 c 18 b 330 b 25,68 c 33,3 Kontrola 50 10 c 18 b 315 d 26,61 b 33,0 30.05. Lexin 25 12 a 18 b 328 a 33,87 a 33,3 Lexin 50 12 a 20 a 320 b 31,91 c 32,2 M-Sunagreen 25 12 a 16 d 318 b 32,68 b 32,1 M-Sunagreen 50 11 b 18 b 318 b 30,76 d 33,0 Kontrola 25 12 a 18 b 318 b 30,50 d 33,7 Kontrola 50 12 a 17 c 318 b 29,67 e 33,7

Výnos sušiny (t.ha-1) 6,43 a 6,38 a 6,28 ab 6,27 ab 5,93 b 6,11 b 10,43 a 9,76 ab 9,98 a 8,92 c 8,55 d 8,78 d 11,28 a 10,29 b 10,49 b 10,1 bc 10,28 b 10 c

V pokusech byla aplikována celková dávka dusíku 80 kg N.ha-1 což se shoduje s výsledky Oprea et al. (2015), kteří udávají jako optimální dávku pro čirok 90 kg N.ha-1 pro dosažení vysokého výnosu nadzemní biomasy. Pokud bychom hodnotili jen meziřádkovou vzdálenost, je průkazný vliv na zvýšení výnosu biomasy patrný u meziřádkové vzdálenosti 25 cm u třetího termínu výsevu. V celkovém průměru všech ročníků a ošetření byl zjištěn vyšší výnos biomasy při meziřádkové vzdálenosti 25 cm. Naproti tomu, v podobných pokusech s čirokem, uvádí Hodoval (2015) vyšší vliv ročníku než meziřádkové vzdálenosti. Očekává se, že na našem území budeme moci více využívat rostlinné druhy, které jsme v minulosti pěstovali jen okrajově. Čirok, který patří do teplomilných rostlin C4 fotosyntézy tak může v budoucnu nahradit v dnešní době velmi výkonnou kukuřici. Pokud porovnáme další plodiny v produkci biomasy a využitelné energie z hektaru, podle studie Jankowski et al. (2016) byl čirok v pokusech na severu Polska třetí nejvýkonnější rostlinou, hned po kukuřici a ozdobnici (Miscanthus).

Závěr Vlivem změn klimatu se čirok může stát významnou plodinou s dostatečným výnosem biomasy i v suchých ročníkách. K eleminaci nepříznivých vlivů při klíčení osiva (nízká teplota půdy, nízké teploty vzduchu), které významně snižují následný výnos biomasy, jsou vhodné přípravky Lexin a MSunagreen, které měly průkazný vliv na zvýšení výnosu biomasy. Vliv termínu setí průkazně ovlivňoval růst rostlin čiroku. Pozdější termíny setí (20. a 30.5.) měly průkazný vliv na zvýšení výnosu biomasy v porovnání s termínem 10.5. Čiroky vyseté v posledním termínu prokázaly vyšší výnos biomasy při meziřádkové vzdálenosti 25 cm. V ostatních termínech setí se vliv meziřádkové vzdálenosti nepotvrdil.

Literatura ALVARADO V., BRADFORD K.J., (2002): A hydrotermal time model explans the cardinal temperatures for seed germination. Plant, Cell and Environment, 25, 1061–1969. BRAR G.S., STEINER J.L., UNGER P.W., PRIHAS S.S., (1992): Modeling sorghum seedling establishment from soil wetness temperature of drying seed zones. Agronomy Journal, 84, p. 905–910. HODOVAL, J. (2015): Využití čiroku cukrového na výrobu bioplynu. Dizertační práce. ČZU. s. 80–95. JANKOWSKI, K.J., DUBIS, B., BUDZYŃSKI, W.S., BÓRAWSKI, P., BUŁKOWSKA, K. (2016): Energy efficiency of crops grown for biogas production in a large-scale farm in Poland. Energy. Volume 109, 15 August 2016, p. 277– 286. DOI: 10.1016/j.energy.2016.04.087 KRENCHINSKI, F.H. et al. (2015): Germination and Dormancy in Seeds of Sorghum halepense and Sorghum arundinaceum. Planta daninha [online]. v. 33, n.2 [cited 2016-07-20], pp.223–230. Available from: . LOBATO A.K.S., OLIVIERA NETO C.F.COSTA R.C.L., SANTOS FILHO B.G., SILVA F.K.S., CRUZ F.J.R., ABBOUD A.C.S., LAUGHINGHOUSE H.D., (2008): Germination of Sorghum Under the Influences of Water Restriction and Temperature . Agricultural Journal, 3, 220–224. OPREA, C.A., et al. (2016): "Research regarding the influence of nitrogen and phosphorus fertilization on the yield of grain sorghum hybrids." Agrolife Scientific Journal 5.1 150–156. PAZDERŮ, K. – HODOVAL, J. – URBAN, J. – PULKRÁBEK, J. – PAČUTA, V. – ADAMČÍK, J. (2014): The influence of sweet sorghum crop stand arrangement on biomass and biogas production. Plant, Soil and Environment, roč. 60, č. 9, s. 433–438. ISSN: 1214-1178. PROCHÁZKA, P. ŠTRANC, P., PAZDERŮ, K., ŠTRANC, J., JEDLIČKOVÁ, M. (2015). The possibilities of increasing the production abilities of soya vegetation by seed treatment with biologically active compounds. Plant Soil Environ. 61, (6). p. 279–284. doi: 10.17221/225/2015-PSE TOLKA J.A., HOWELLA T.A., MILLER F.R., (2013): Yield component analysis of grain sorghum grown under water stress. Field Crops Research 145, p. 44–51. VANNESTE S., FRIML J. (2009): Auxin: A trigger for change in plant development. Cell, 136: 1005–1016.

Contact address: Ing. Jaroslav Tomášek, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected] Osivo a sadba, 2. 2. 2017

127

VLIV DESIKACE A LEPENÍ ŘEPKY OZIMÉ NA SEMENÁŘSKÉ UKAZATELE, VÝNOS A KVALITU Effect of Desiccants and Adhesives Applications in Winter Oilseed Rape on Seed Indicators, Yield and Quality David Bečka1, Martina Slezáková2, Kateřina Pazderů1, Lucie Bečková1 1 KRV ČZU v Praze 2 farma Slezák

Abstract Semi-practical experiments were sown on the field of Slezák farm in Tuněchody (district Chrudim). Six variants in two different application times (June 28 and July 8, 2016) and three controls were established in size from 1 to 1.8 ha. Used preparations: Roundup Flex (480 g/l glyphosate), Clinic (360 g/l glyphosate) a Spodnam DC (555.4 g/l pinolene). Harvest was carried out on two dates July 19 and 29, 2016. Later term of desiccants and adhesives application in solo and also tank mix had by 0.32 t/ha higher yield than early term of application. Solo desiccants applications and also tank mixes with adhesives have in average by 0.29 t/ha higher yield than the control. On the contrary solo applications of adhesives decreased yield by 0.21 t/ha. Application of desiccants and adhesives on average decreased HTS by 0.089 g, but on the contrary increase oil content by 0.6 % compared to the controls. Early applications (Roundup Flex 2.5 l / ha application on 28 June 2016) had worst seed indicators – reduced the total germination up to 59.6 % and significantly increased the percentage of defective germinating plants up to 40.3 %. The highest germination (96.9 %) was achieved in variant Clinic + Spodnam DC at a dose of 2 + 0.5 l / ha applied on July 8, 2016. Key words: winter oilseed rape, desiccation, adhesives, yield, oil content, TSW, germination, germination energy, MGT

Souhrn Poloprovozní pokusy byly vysety na pozemku farmy Slezák v obci Tuněchody (okres Chrudim). Založeno bylo 6 variant ve 2 odlišných termínech aplikace (28. 06. a 08. 07. 2016) a 3 kontroly o výměře od 1 do 1,8 ha. Použité přípravky: Roundup Flex (480 g/l glyphosate), Clinic (360 g/l glyphosate) a Spodnam DC (555,4 g/l pinolene). Sklizeň proběhla ve dvou termínech 19. a 29. 07. 2016. Pozdější termín aplikace desikantů a lepidel v sólo i tank mixu vychází ve výnosu o 0,32 t/ha lépe než časný termín. Aplikace sólo desikantů i tank mixů s lepidly vycházejí v průměru o 0,29 t/ha výnosově lépe než kontrola. Naopak sólo lepidla snížily výnos o 0,21 t/ha. Aplikace desikantů a lepidel v průměru snížila HTS o 0,089 g, ale naopak o 0,6 % zvýšila olejnatost oproti kontrolám. Z pohledu semenářských ukazatelů nejhůře vycházejí časné aplikace přípravků (Roundup Flex 2,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016), které snižovaly celkovou klíčivost až na 59,6 % a výrazně zvyšovaly procentický podíl vadných klíčenců až na 40,3 %. Nejvyšší klíčivost byla dosažena u varianty Clinic + Spodnam DC v dávce 2+0,5 l/ha s aplikací 08. 07. 2016 – 96,9 %. Klíčová slova: řepka ozimá, desikace, lepení, výnos, olejnatost, HTS, klíčivost, energie klíčení, MGT

128


Úvod Řepka ozimá (Brassica napus L.) je nejvýznamnější olejninou České republiky, EU a třetí nejvýznamnější olejninou světa. Podle ČSÚ (2016) se řepka v sezóně 2015/16 pěstovala na území České republiky na výměře 392 991 ha. Šlechtěním řepky vznikly „0“ a „00“ odrůdy a tím nastala expanze řepky ve světě i EU. Speciálně v EU po roce 1990 tomu výrazně pomohlo rostoucí využití řepkového oleje na výrobu jeho metylesteru „MEŘO“, který se míchá s frakcemi nafty a vzniká tzv. bionafta druhé generace (Vašák a kol., 2015). Hlavním úkolem desikace je urychlení dozrávání některých kulturních rostlin, zvýšení obsahu sušiny, usnadnění sklizně, snížení sklizňových ztrát či odstranění choroboplodných zárodků (Kohout a Vokřál, 1984). Příprava porostu řepky na sklizeň, zejména pak desikace, je poměrně nákladný zásah, který s sebou nese určitá rizika, a je proto nutné k ní přistupovat velice uvážlivě. Nejdůležitější a nejtěžší je volba termínu použití zvoleného přípravku. Při předčasné aplikaci může nastat příliš rychlé ukončení vegetace, snížení HTS, a tím i výnosu. Naopak při pozdější aplikaci může dojít k mechanickému poškození dozrávajících šešulí průjezdem postřikovače a vypadání semen, kde pozdě použitá účinná látka již není dostatečně efektivní (Baranyk, 2007). Při určování termínu desikace je nutno porost posuzovat z hlediska celé výměry. Optimální doba k desikaci je v období těsně před začátkem pukání šešulí, kdy semena jsou tmavě hnědá a šešule šedohnědé (Beneš a kol., 1977). Vhodné je sledovat stupeň zralosti šešulí ve středním patře porostu, kdy zhruba dvě třetiny šešulí by měly mít dvě třetiny semen s hnědým líčkem. Při výrazné převaze zelených semen v těchto šešulích je třeba počkat s desikací, neboť by se výrazně snížil výnos. Pokud jsou téměř všechna semena ve středním patře již černá, je na desikaci pozdě (Šreiber, 2011). V celosvětovém měřítku patří přípravky na bázi glyfosátu k nejčastěji aplikovaným herbicidům a nejprodávanějším pesticidům. Glyfosát je nejrozšířenější dlouhodobě používanou herbicidní látkou. Původně deklarovaná zdravotní nezávadnost a ekologická neškodnost glyfosátu je v současné době zpochybňována (Kůdela, 2013). Jak uvádí Matyjaszczyk (2016), glyfosát je v zemědělství používán více jak 40 let. V červnu 2016 Evropská komise nedokázala přijmout stanovisko nad osudem glyfosátu. Většina členských zemí byla pro zachování glyfosátu, ale nebyla získána kvalifikovaná většina, která byla potřebná k závaznému rozhodnutí. Evropská komise proto přijala rozhodnutí o nutnosti zajištění posudku Evropské agentury pro chemické látky (ECHA-European Chemicals Agency) a současně prodloužila dobu použitelnosti glyfosátu do konce roku 2017 (nebo do rozhodnutí ECHA).

Metodika Cílem práce bylo na základě poloprovozního pokusu vyhodnotit vliv termínu desikace a lepení ozimé řepky na výnos semen, kvalitativní ukazatele a hlavní semenářské parametry. Hodnoceny byly i různé přípravky a jejich dávky. Poloprovozní pokusy byly vysety na pozemku farmy Slezák. Farma leží v katastru obce Tuněchody a v blízkém okolí (do 10 km), okres Chrudim. Charakteristika podmínek hospodaření: zemědělská výrobní oblast řepařská, nadmořská výška 260 m n. m., průměrná roční teplota 8,2 °C, průměrný roční úhrn srážek 588 mm, převažující půdní typ - černozem hnědozemní, půdní druh - převládající hlinitá (střední) půda, klimatický region teplý a mírně vlhký. Povětrnostní charakteristika za vegetační rok 2015/16 je uvedena v tabulkách 1 a 2. Půdní typ je fluvizem na nivních uloženinách, půdní druh je půda hlinitá a střední. Pozemek je rovinatý, bez skeletu. Mocnost půdy je hluboká. Výživný stav půdy: pH 6,6-7,1, obsah Ca vysoký, Mg vyhovující až dobrý, P vyhovující a K nízký až vyhovující (rozbory dne 20. 05. 2015). Předplodinou byla ozimá pšenice sklizená 26. 07. 2015. Liniová odrůda řepky ozimé NK Morse byla vyseta výsevkem 3,8 kg/ha (65 klíčivých semen na m2) dne 23. 08. 2015. Komplexní technologie pěstování je uvedena v tabulce 3.


129

Tab. 1: Úhrny srážek (mm), srpen 2015 - červenec 2016 8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

Celkový úhrn srážek (mm)

Úhrn srážek

88

25

44

87

22

33

62

43

43

62

65

85

659

Dlouhodobý normál

84

56

45

52

54

47

40

42

46

77

87

82

712

Pardubický kraj

Úhrny srážek (mm), srpen 2015- červenec 2016

Zdroj: (Český hydrometeorologický ústav, 2016)

Tab. 2: Průměrné teploty vzduchu (°C), srpen 2015 - červenec 2016 Pardubický kraj

Průměrné teploty vzduchu (°C), srpen 2015- červenec 2016 8

9

10

Teplota vzduchu

21,6 13,3

8

Dlouhodobý normál

16,3 12,7

8

11

12

1

2

3

4

5

6

7

3,3 3,3 7,7 13,5 17,3 18,7 1,8 2,5 2,2 7,1 12,2 15,3 16,6 1,3 3,1 1,4 5,6 3,6

Průměrná teplota (°C) 9,5 7,3

Zdroj: (Český hydrometeorologický ústav, 2016)

Tab. 3: Technologie pěstování ozimé řepky 2015/16 Datum 26. 07. 2015 11. 08. 2015 12. 08. 2015 12. 08. 2015 13. 08. 2015 22. 08. 2015 23. 08. 2015 23. 08. 2015 24. 08. 2015 24. 08. 2015 09. 09. 2015 10. 09. 2015 23. 09. 2015 08. 02. 2016 09. 02. 2016 17. 03. 2016 01. 04. 2016 06. 04. 2016 07. 04. 2016 13. 04. 2016 03. 05. 2016 09. 05. 2016 13. 05. 2016 28. 06. 2016 08. 07. 2016 19. a 29. 07. 2016

130

Operace sklizeň předplodiny (ozimá pšenice) Amofos (200 kg/ha) orba diskové brány Joker polní válce kompaktor setí válení Autor (1,1 l/ha) Cirrus 36 CS (0,25 l/ha) Gallant Super (0,6 l/ha) Caryx (0,2 l/ha) Caryx (0,8 l/ha) LAV (150 kg/ha) Síran amonný gr. (100 kg/ha) DAM 390 (200 l/ha) Alfametrin ME (0,3 l/ha) Topsin M 500 SC (0,5 l/ha) + Hergit (0,2 l/ha) DAM 390 (175 l/ha) Bounty (0,4 l/ha) Sviton Plus (0,5 l/ha) Pictor (0,44 l/ha) Rapid (0,08 l/ha) A - časný termín desikace a lepení B - pozdní termín desikace a lepení 1. a 2. sklizeň

Poznámka sláma rozdrcena N 24 kg/ha, P2O5 104 kg/ha hloubka 26 cm 2x na rozbití suchých hrud urovnání a ukulení povrchu hloubka 3 cm Horsch Pronto, hloubka 2 cm Cambridge válce 225 l/ha vody 225 l/ha vody 180 l/ha vody 180 l/ha vody 180 l/ha vody N 41 kg/ha, CaO 6 kg/ha N 22 kg/ha, S 25 kg/ha N 78 kg/ha 180 l/ha vody 200 l/ha vody N 68 kg/ha 180 l/ha vody 225 l/ha vody 225 l/ha vody 225 l/ha vody Amazone Pantera 4502 Amazone Pantera 4502 Class Lexion 460


Půdní blok zahrnoval 6 variant ve 2 odlišných termínech aplikace a 3 kontroly. Výměra jedné pokusné varianty se pohybovala od 1 do 1,8 ha. Přehled pokusných variant je v tab. 4. Aplikace přípravků byla provedena samochodným postřikovačem Amazone Pantera 4502 se záběrem 30 m, světlou výškou 125 cm a dávkou vody 200 l/ha ve dvou termínech 28. 06. (A) a 08. 07. (B) 2016. K aplikaci jsme použili tyto přípravky: Roundup Flex (480 g/l glyphosate, 588 g/l jako K sůl), Clinic (360 g/l glyphosate, 480 g/l jako IPA sůl) a Spodnam DC (555,4 g/l pinolene). Sklizeň byla zajištěna pomocí sklízecí mlátičky Class Lexion 460 ve dvou termínech 19. (A) a 29. (B) 07. 2016. Kontrola I byla sklizena v době fyziologické zralosti desikovaných variant dne 19. 07. 2016 a kontroly II. a III. v době fyziologické zralosti nedesikovaného porostu dne 29. 07. 2016. Tab. 4: Přehled pokusných variant 2015/16 Var. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Přípravek Kontrola I. Roundup Flex Roundup Flex Spodnam DC Spodnam DC Roundup Flex Kontrola II. Roundup Flex Clinic Clinic Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Kontrola III.

Dávka (l/ha) 1,5 1,5 1 1 2,5 2,5 3 3 2 + 0,5 3+1 3+1 2 + 0,5 -

Termín aplikace A (28. 06.) B (08. 07.) A (28. 06.) B (08. 07.) A (28. 06.) B (08. 07.) A (28. 06.) B (08. 07.) A (28. 06.) A (28. 06.) B (08. 07.) B (08. 07.) -

Termín sklizně A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) B (29. 07.) B (29. 07.) A (19. 07.) B (29. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) A (19. 07.) B (29. 07.)

Každá varianta byla sklizena zvlášť do samostatného valníku a následně odvezena a zvážena na přesné obchodní cejchované váze v zemědělském podniku Agricola Bylany. Z každé sklizené varianty byl odebrán dílčí vzorek ve 4 opakováních o hmotnosti 0,5 kg. Vlhkost byla měřena ve 4 opakováních kalibrovaným a cejchovaným digitálním vlhkoměrem DICKEY JOHN, typ GAC2100. Výnos byl přepočten na 8% vlhkost. Olejnatost byla měřena ve 4 opakováních přístrojem BRUINS INSTRUMENT, typ Omega Analyzer. Hmotnost tisíce semen (HTS) byla stanovena ve Výzkumné stanici FAPPZ ČZU v Červeném Újezdě a to ve čtyřech opakováních se zaokrouhlením na tři desetinná místa. Klíčivost byla založena dle metody ISTA v optimálních podmínkách na katedře rostlinné výroby ČZU v Praze, ve 4 opakováních na filtračním papíru. Sledované semenářské parametry: energie klíčení po 2, 3 a 5 dnech (EK2, EK3, EK5), střední doba klíčení (MGT), klíčivost, vadní klíčenci. Ke statistickému vyhodnocení byl využit statistický program Statgraphics Centurion XVI, statistická metoda ANOVA a podrobnější hodnocení rozdílů mezi průměry bylo provedeno metodou Tukey HSD při 95 % pravděpodobnosti.

Výsledky a diskuse Výnosové a kvalitativní hodnocení variant je uvedeno v tab. 5. Nejvyšší výnos byl dosažen na variantě č. 8 - Roundup Flex v dávce 2,5 l/ha (4,12 t/ha) s pozdějším termínem aplikace (08. 07. 2016). Tato varianta společně s var. č. 13 (Clinic + Spodnam 3+1 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) jako jediné překročily výnos 4 t/ha. Mezi nejlepší a druhou nejhorší variantou č. 6 (Roundup Flex v dávce 2,5 l/ha ale s ranějším termínem aplikace 28. 06. 2016) byl výnosový rozdíl 0,64 t/ha. Stejně vychází i když Osivo a sadba, 2. 2. 2017

131

s menším rozdílem (0,16 t/ha) nižší dávka přípravku Roundup Flex (1,5 l/ha) var. č. 2 a 3. U přípravku Clinic (var. č. 9 a 10) je rozdíl ve prospěch pozdějšího termínu 0,30 t/ha. U tank mix aplikací (Clinic + Spodnam DC) je situace obdobná - u nižší dávky 2+0,5 l/ha je nárůst výnosu 0,23 t/ha a u vyšší dávky 3+1 l/ha činí přírůstek dokonce 0,54 t/ha. A stejně tak i sólo lepidlo Spodnam DC vychází o 0,06 t/ha (var. č. 4 a 5) lépe v pozdější aplikaci. Po zprůměrování všech variant dle termínu aplikace desikantů a lepidel, vychází pro termín A (28. 06. 2016) průměrný výnos - 3,59 t/ha a pro termín B (08. 07. 2016) – 3,91 t/ha, rozdíl činí tedy 0,32 t/ha ve prospěch pozdější aplikace. Předsklizňové aplikace desikantů (var. č. 2-3, 6, 8, 9-10) a tank mixů desikant + lepidlo (var. č. 1114) vycházejí v průměru o 0,29 t/ha výnosově lépe v prvním termínu sklizně (19. 07. 2016) než neošetřená kontrola I. (3,47 t/ha). Jiná situace je u sólo aplikace lepidel (var. č. 4 a 5), které oproti průměru kontrol II. a III. (sklizeň 29. 07. 2016) výnosově zaostávají o 0,21 t/ha. To může být způsobeno vyšší sklizňovou vlhkostí 9,4 % resp. 9,8 % u těchto variant a možnými vyššími sklizňovými ztrátami. Všechny varianty s časnějším termínem aplikace (s výjimkou sólo lepidel) mají nižší vlhkost (6,2 %) než varianty s pozdější aplikací (7,0 %). U HTS jsou velké a statisticky průkazné rozdíly. Aplikace desikantů a lepidel v průměru snížila tento ukazatel o 0,089 g oproti průměru kontrol. Vyšší dávky a časnější termíny aplikace HTS snižovaly nejvíce – var. č. 10 (Clinic 3 l/ha s aplikací dne 08. 07. 2016) – 4,661 g, var. č. 6 (Roundup Flex 2,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016) – 4,662 g. Nejvyšší olejnatost jsme naměřili na var. č. 2 (Roundup Flex 1,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016) – 42,5 %. Naopak nejnižší obsah oleje měla var. č. 1 (kontrola I.) – 40,7 %. Aplikace desikantů a lepidel v průměru zvýšila o 0,6 % olejnatost semen oproti průměru neošetřených kontrol. Tab. 5: Výnos semen (t/ha), sklizňová vlhkost (%), HTS (g) a olejnatost (%), 2015/16 Var.

Přípravek

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Kontrola I. Roundup Flex Roundup Flex Spodnam DC Spodnam DC Roundup Flex Kontrola II. Roundup Flex Clinic Clinic Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Kontrola III.

Dávka Termín Termín (l/ha) aplikace sklizně

1,5 1,5 1 1 2,5 2,5 3 3 2 + 0,5 3+1 3+1 2 + 0,5 -

A B A B A B A B A A B B -

A A A B B A B A A A A A A A B

Výnos 8% vlh. (t/ha)

3,47 3,56 3,72 3,71 3,77 3,48 3,96 4,12 3,57 3,87 3,74 3,49 4,03 3,97 3,94

Vlhkost (%)

HTS (g)

10,0d 4,958g 6,4ab 4,878bcdefg 7,1ab 4,781abcd 9,4cd 4,701ab 9,8d 4,808bcde 6,2ab 4,662a 8,7c 4,757abc 7,0ab 4,939fg 6,1a 4,791bcd 6,8ab 4,661a 6,2a 4,802bcde 6,3ab 4,764abcd 7,0ab 4,881defg 7,3b 4,824bcdef 9,0cd 4,925efg

Olejnatost (%)

40,7a 42,5b 41,7ab 42,2ab 42,2ab 42,3ab 41,9ab 41,7ab 41,9ab 42,3ab 42,2ab 42,0ab 41,4ab 42,3ab 41,7ab

Pozn. Rozdíly mezi průměry označenými různými písmeny jsou statisticky průkazné na hladině významnosti & = 0,05.

132


Tab. 6: Přehled hlavních semenářských ukazatelů, 2015/16 Var.

Přípravek

Dávka (l/ha)

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

Kontrola I. Roundup Flex Roundup Flex Spodnam DC Spodnam DC Roundup Flex Kontrola II. Roundup Flex Clinic Clinic Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Clinic + Spodnam DC Kontrola III.

1,5 1,5 1 1 2,5 2,5 3 3 2 + 0,5 3+1 3+1 2 + 0,5 -

Termín aplikace

Termín sklizně

EK2 (%)

EK3 (%)

EK5 (%)

A B A B A B A B A A B B -

A A A B B A B A A A A A A A B

29,4b 17,9ab 15,5ab 21,7ab 12,1ab 10,3ab 13,1ab 26,7b 13,3ab 11,0ab 11,9ab 10,2ab 9,3a 19,7ab 17,6ab

82,0def 40,3a 72,9bcdef 88,4f 78,4cdef 42,6ab 65,8abcdef 84,8ef 63,4abcdef 81,8def 55,2abcde 46,2abc 51,4abcd 74,5bcdef 83,0ef

90,6bc 63,2a 88,4bc 91,4c 89,4bc 59,0a 88,9bc 91,6c 74,8ab 90,3bc 63,2a 62,1a 83,0bc 86,8bc 91,5c

Klíčivost (%)

MGT (dny)

Vadní klíčenci (%)

95,2d 72,9b 94,4d 91,4d 93,5d 59,6a 90,0cd 93,2d 78,2bc 92,2d 70,1ab 66,6ab 92,8d 96,9d 95,5d

2,9ab 3,4bc 3,2abc 2,8a 3,1abc 3,1abc 3,1abc 2,8a 3,1abc 3,0abc 3,2abc 3,3abc 3,5c 3,2abc 3,0abc

3,3a 26,3b 4,5a 7,0a 4,5a 40,3c 9,0a 6,5a 21,3b 5,7a 28,8bc 33,3bc 6,3a 3,0a 3,0a

Pozn. Rozdíly mezi průměry označenými různými písmeny jsou statisticky průkazné na hladině významnosti & = 0,05.

Aplikace desikantů ale i lepidel statisticky průkazně ovlivnila sledované semenářské parametry. Byl pozorován vliv na energii klíčení i celkovou klíčivost (tab. 6). U některých variant č. 6, 12, 11, 2 a 9 se celková klíčivost pohybovala pod 80 %. Nejhorší klíčivost vykazovala semena u var. č. 6 (Roundup Flex 2,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016) – 59,6 %. Stejně tak nízkou klíčivost měly i tank mix aplikace var. č. 12 (Clinic + Spodnam 3+1 l/ha s aplikací 28. 06. 2016) – 66,6 % a 11 (Clinic + Spodnam 2+0,5 l/ha s aplikací 28. 06. 2016) – 70,1 %. Obdobně dopadly i další varianty s časným termínem desikace (28. 06. 2016) var. č. 2 (Roundup Flex 1,5 l/ha) – 72,9 % a var. č. 9 (Clinic 3 l/ha) – 78,2 %. Pouze časná aplikace lepidla Spodnam DC (var. č. 4) klíčivost neovlivnila. Vůbec nejvyšší klíčivost byla dosažena u var. č. 14 (Clinic + Spodnam 2+0,5 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) – 96,9 %. Standardně velmi dobře vycházejí i neošetřené kontroly (č. 1 a 15). Všechny varianty s celkově nižší klíčivostí dosahovaly i nižších parametrů energie klíčení (EK2, EK3 a EK5). Rozdíly ve střední době klíčení (MGT) nebyly tak velké, přesto u řady variant statisticky průkazné. Nejkratší MGT měly var. č. 4 (Spodnam DC 1 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016) – a var. č. 8 (Roundup Flex 2,5 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) - shodně 2,8 dnů. Naopak nejdelší MGT vykazovaly vzorky semen u var. č. 13 (Clinic + Spodnam 3+1 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) – 3,5 dne a var. č. 2 (Roundup Flex 1,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016) – 3,4 dny. Výrazné a statisticky průkazné rozdíly byly v procentickém počtu vadných klíčenců. Nejhůře dopadly varianty č. 6, 12, 11, 2 a 9, tedy varianty s nejnižší klíčivostí. U těchto varianty se procentický podíl vadných klíčenců pohyboval od 21,3 % (var. č. 9) po 40,3 % (var. č. 6). Naopak nejlépe vycházejí var. č. 14 (Clinic + Spodnam 2+0,5 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) – 3 % a kontroly č. 15 a 1 – 3 % resp. 3,3 %. U var. č. 6, 12 a 14 jsem nepozorovali téměř žádná nevyklíčená semena (0,1 %). Naopak nejvíce nevyklíčených semen měly var. č. 10 (Clinic 3 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) – 2,1 % a var. č. 5 (Spodnam DC 1 l/ha s aplikací 08. 07. 2016) – 2,0 %. Rozdíly mezi variantami jsou však malé a nejsou statisticky průkazné.

Závěr Pozdější termín (08. 07. 2016) aplikace desikantů a lepidel v sólo i tank mixu vychází ve výnosu o 0,32 t/ha lépe než časný termín (28. 06. 2016). Předsklizňové aplikace sólo desikantů i tank mixů s lepidly vycházejí v průměru o 0,29 t/ha výnosově lépe než neošetřená kontrola. Jiná situace je u sólo aplikace lepidel, které oproti průměru kontrol výnosově zaostávají o 0,21 t/ha. Aplikace desikantů a lepidel v průměru snížila HTS o 0,089 g, ale naopak o 0,6 % zvýšila olejnatost oproti kontrolám. Vyšší dávky desikantů a časnější termíny aplikace snižovaly HTS nejvíce. Z pohledu semenářských ukazatelů nejhůře vycházejí časné aplikace přípravků (Roundup Flex 2,5 l/ha s aplikací dne 28. 06. 2016), které snižovaly celkovou klíčivost až na 59,6 % a výrazně zvyšovaly procentický podíl vadných klíčenců až na 40,3 % Pouze časná aplikace lepidla Spodnam DC klíčivost neovlivnila. Nejvyšší klíčivost byla dosažena u varianty Clinic + Spodnam DC v dávce 2+0,5 l/ha s aplikací 08. 07. 2016 – 96,9 %. Standardně v klíčivosti velmi dobře vycházejí i neošetřené kontroly.

Literatura BARANYK P., FÁBRY A., BALÍK J., DOSTÁLOVÁ J., HUMPÁL J., KAZDA J., KOPRNA R., KUCHTOVÁ P., MARKYTÁN P., NERAD D., SOUKUP J., ŠTEŘÍK J., VOLF M. (2007). Řepka pěstování, využití, ekonomika. Profi Press s.r.o. Praha. 208 s. ISBN: 978-80-86726-26-7. Beneš V., Janda F. (1977). Desikace zemědělských plodin. Metodika pro zavádění výsledků výzkumu do praxe. Ústav vědeckotechnických informací pro zemědělství. Praha. 30 s. ČSU (2016). Soupis ploch osevů - k 31. květnu 2016. Červen 2016 [cit. 2017-01-04]. Dostupné z: Kohout V., Vokřál, M. (1984). Plevelohubné aspekty desikac. In: Nové technologie v ochraně rostlin. Desikace plodin. Dům techniky ČSVTS Plzeň. s. 51–56, 60/798/84DT-11-84/Ra.

134


Kůdela V. (2013). Ohrožují glyfosátové herbicidy udržitelnost intenzivních pěstitelských systémů? In: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin 2013. ČZU v Praze. s. 25–31,ISBN: 978-80-213-2357-5. Matyjaszcyk E. (2016). Issue of Glyphosate re-registration. In: Proc. Prosperující olejniny 2016, ČZU Praha, s. 107-108, ISBN 978-80-213-2693-4. Šreiber P. (2011). Správná desikace řepky bude mít efekt. Zemědělec [online]. Červen 2011 [cit. 2016-08-010]. Dostupné z: Vašák J., Bečka D., Mikšík V. (2015). Agrarian Market, Crops. In:. Proc. Prosperujici olejniny 2015, ČZU Praha, s. 2–10, ISBN 978-80-213-2598-2.

Contact address: David Bečka, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]


135

RESYNTÉZA ŘEPKY OLEJKY, JEJÍ VYUŽITÍ VE ŠLECHTĚNÍ A ROZŠÍŘENÍ DIVERZITY GENOFONDU Rapeseed Resynthesis, Its Use in Breeding and Germplasm Diversity Expansion Alois Hilgert-Delgado1, Lenka Endlová2,3, Andrea Rychlá2,3, Viktor Vrbovský2,3, Miroslav Klíma1 1 VÚRV, v.v.i. Praha 2 OSEVA PRO s.r.o., Výzkumný ústav olejnin Opava 3 OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., pracoviště Opava

Abstract The aim of the study was to determine the concentration of selected fatty acids (FA) in oil of individual seeds of F2 hybrids between seven resynthesized rapeseeds and the conventional cultivar Ladoga, and to identify genotype(s) with perspective fatty acid profiles. Three samples with acceptable contents of important FA were identified in the population of 35 F2 materials, analyzed by means of gas chromatography (GC). In order to find more genotype(s), with specific FA profiles, it will be desirable to extent the number of individual seed analysis, as already completed yield and quality analyses of such materials seem very promising. Subsequently, GC results from selected breeding materials of conventional and high oleic rapeseed types were compared to our materials. In each type, there were detected different correlations which can be explained as the result of different breeding targets. These results can help breeders to predict specific FA profiles in in oilseed rape. Key words: oil quality, fatty acids, hybrid, rapeseed resynthesis

Souhrn Cílem práce bylo stanovit koncentraci vybraných mastných kyselin v oleji jednotlivých semen F2 hybridů sedmi resyntetizovaných řepek (RS) a konvenčního kultivaru Ladoga a identifikovat genotypy se specifickým profilem mastných kyselin (MK). V populaci 35 F2 materiálů, analyzovaných pomocí plynové chromatografie (GC), byly nalezeny 3 materiály s akceptovatelným profilem MK. Pro nalezení dalších genotypů kombinujících specifický profil bude žádoucí výrazně rozšířit počet analýz, protože pokračovaní ve šlechtění na výnos a kvalitu s těmito geneticky vzdálenými materiály se jeví jako velmi slibné. Následně byl porovnán výběr GC výsledků RS hybridů, šlechtitelských materiálů konvenčních řepek a materiálů se zvýšeným obsahem kyseliny olejové („HO“ – high oleic), kde v každé skupině byly zjištěny odlišné korelace. Toto si vysvětlujeme jako důsledek různých směrů šlechtění. Tyto výsledky mohou šlechtitelé využít v praktické tvorbě genotypů řepky se specifickým složením MK. Klíčová slova: kvalita oleje, mastné kyseliny, hybrid, resyntéza řepky

Úvod Řepka olejka (Brassica napus L., AACC, 2n = 38) je amfidiploidní druh, pocházející ze spontánní interspecifické hybridizace mezi řepicí (B. rapa, AA, 2n = 20) a brukví (B. oleracea, CC, 2n = 18). První zmínky o této plodině pocházejí z druhé poloviny 16. století, kdy se řepka používala jako surovina pro výrobu lampového oleje a mýdla (Gómez-Campo a Prakash, 1999). Současné tzv. dvounulové (00) řepky – bez kyseliny erukové v oleji a s nízkým obsahem glukosinolátů v semeni – byly vyšlechtěny z materiálů s nízkými obsahy těchto nežádoucích látek, nalezených v populacích 136


řepky a řepice. Další významné agronomické charakteristiky časných 00 materiálů nedosahovaly parametrů tradičních odrůd. Intenzivním šlechtěním v posledních dekádách došlo k výraznému zlepšení výnosu semene a dalších agronomických parametrů (Rahman, 2013), což zároveň vedlo k zúžení genetické diverzity šlechtitelských materiálů (Girke et al., 2012; Rahman, 2013). Šlechtění řepky olejky je zaměřeno nejen na tvorbu vysoce výnosných odrůd, ale také na specifické složení mastných kyselin v oleji, na zvýšenou rezistenci vůči významným chorobám a abiotickým stresorům. V důsledku neustálých změn klimatu, projevujících se mj. i častějšími výskyty sucha, přívalovými dešti a atypickým průběhem zimy, nabývá na důležitosti i šlechtění na adaptabilitu ke specifickým půdně-klimatickým podmínkám. Úspěšné šlechtění výkonných odrůd řepky vyžaduje neustálou inovaci šlechtitelských programů. Jedním z nejdůležitějších předpokladů se ukazuje dostatečná genetická variabilita výchozích materiálů. K rozšíření variability genofondu řepky lze využít tzv. resyntézu, kdy nové genotypy řepky vznikají křížením vybraných zástupců řepice a brukve, časnou izolací nezralých zárodků či zygotických embryí z vyvíjejících se šešulí a jejich dopěstováním v in vitro podmínkách (Rahman, 2005; Wen et al., 2008; Sosnowska et al., 2010). Bylo prokázáno, že resyntetizované (RS) genotypy jsou odlišné od materiálů řepky, vyšlechtěných a pěstovaných v současnosti (Sosnowska et al. 2010), takže mohou sloužit jako zdroj nové genetické variability ve šlechtitelských programech se zaměřením na cytoplazmatickou a jadernou pylovou sterilitu, odolnost k patogenům a toleranci k chladu, suchu a zasolení (Warwick et al., 2009). Oba výchozí komponenty řepky se vyznačují širokou variabilitou z hlediska morfologie i agronomických charakteristik a představují perspektivní zdroj heteróze, rezistence k chorobám, škůdcům a abiotickým stresům (Wu et al., 2014). Využití RS genotypů k přímé tvorbě odrůd řepky olejky není možné zejména z důvodu špatné kvality semene těchto materiálů. Jde především o vysoký obsah glukosinolátů a kyseliny erukové, typický u většiny výchozích komponent resyntézy – zelné brukve a řepice (Jesske et al., 2013). Požadované vlastnosti lze následně přenést křížením do konvenčních odrůd nebo šlechtitelských materiálů. Křížení s konvenční řepkou, selekce rekombinantních genotypů a zpětné křížení je tedy nezbytné pro využití variability RS řepky (Kräling, 1987). Cílem práce bylo stanovit profil mastných kyselin (MK) v oleji jednotlivých semen F2 kříženců několika RS genotypů s moderní konvenční odrůdou řepky ‘Ladoga’. Metoda analýzy jednotlivých semen byla zvolena z důvodu genetické unikátnosti každého jedince F2 generace, přičemž o obsahu MK již rozhoduje zárodek, nikoliv mateřská rostlina (Coonrod et al., 2008). Z tohoto důvodu nebylo možné provádět analýzy ze směsných semenných vzorků. Dalším cílem bylo mezi výše uvedenými kříženci vytipovat materiály s kontrastním projevem specifických znaků pro navazující výzkum a porovnat je se šlechtitelskými materiály konvenčních a „HO“ typů řepek pro zjištění rozdílů a trendů ve změnách skladby MK.

Metodika Ozimé RS materiály řepky ‘Arkpet’, ‘Buzel, ‘Grusty’, ‘Grusca’, ‘Izuka’, ‘Svazel a ‘Vodvys’ byly vytvořeny dle optimalizovaného postupu (Hilgert-Delgado et al., 2015a). Šest materiálů bylo vytvořeno vzdálenou hybridizací čtyř odrůd ozimých řepic (B. rapa. ssp. oleifera f. biennis) s pěti odrůdami kadeřávků (B. oleracea convar. acephala var. sabellica); materiál ‘Vodvys’ byl vytvořen křížením bílé vodnice (B. rapa ssp. rapa) a fialového zelí (B. oleracea convar. capitata), viz tab. 1 a 2. Donorové rostliny byly pěstovány ve skleníku; ozimé typy byly jarovizovány (4°C, 12h fotoperioda, intenzita 20,4 μmol.m–2.s–1) dva měsíce. Rostliny byly poté udržovány v řízených podmínkách (světelná intenzita 84 μmol.m–2.s–1, 17/15 °C den/noc, fotoperioda 16/8 hod). Schéma křížení je uvedeno v tabulce 2. U každé vybrané kombinace genotypů byly provedeny tři cykly opylování po 20 poupatech. Nezralá vajíčka (ovule) byla izolována 11. den po opylení a dopěstována ve sterilních in vitro podmínkách dle postupu v Hilgert-Delgado et al. (2015a). Technika zahrnovala použití diferenciačního media s purifikovaným agarem (0,8 %) a 2% sacharózou a regeneraci rostlin na médiích RS a MS dle Klíma et al. (2004). Hybridní původ regenerovaných rostlin byl posuzován dle morfologie listů ve stádiu 5 Osivo a sadba, 2. 2. 2017

137

pravých listů a pomocí průtokové cytometrie (přístroj Partec PA II). Zdvojení chromozómové sádky pomocí 0,05% vodného roztoku kolchicinu (w/v) po dobu 24 hodin u rostlin před převedením do nesterilních podmínek proběhlo dle standardních postupů. Tab 1. Původy materiálů použité pro resyntézu řepky Genová Materiál Země původu banka* B. rapa (mateřská komponenta) ‘Arktus’1 Německo ‘Bulharská’1 ? Německo ‘GrubersWinterrübsen’1 ‘Izumrudnaja K 193’1 USSR ‘Svalöfs Duro’1 ‘V17’2 B. oleracea (otcovská k.) ‘Frosty’3 ‘Kadeřávek zelený’3 ‘Kapral’3 ‘Pentland Brig’3 ‘Scarlet’3 ‘Vysocké AIK DH’4

15O0300001 15O0300003 15O0300004 15O0300027

Charakteristika

Švédsko ?

15O0300019 -

Vyšší vzrůst, delší šešule Nižší vzrůst, vyšší olejnatost Vyšší olejnatost Nižší obsah kys. erukové glukosinolátů Odolnost k poléhání Kompaktní vzrůst

Holandsko ČR ČR Velká Brit ČR ČR

09H1900158 09H1900139 09H1900155 09H1900141 09H1900156 -

Kompaktní vzrůst Vyšší vzrůst Střední vzrůst Méně kadeřavé listy Vyšší rostliny, purpurové zbarvení Purpurové zbarvení

a

*Položky genové banky Praha-Ruzyně, 1 – ozimá řepice, 2 – vodnice, 3 – kadeřávek, 4 – zelí

Tab 2. Označení RS materiálů a jejich původu Označení Mateřská komponenta Otcovská komponenta ‘Arktus’ ‘Pentland Brig’ ‘Arkpet’ ‘Bulharská ‘Kadeřávek zelený’ ‘Buzel’ ‘Scarlet’ ‘Grusca’ ‘Grubers Winterrübsen’ ‘Frosty’ ‘Grusty’ ‘Grubers Winterrübsen’ ‘Izumrudnaja K193’ ‘Kapral’ ‘Izuka’ ‘Svalöfs Duro’ ‘Kadeřávek Zelený’ ‘Svazel’ ‘V17’ ‘Vysocké AIK DH’ ‘Vodvys’ Fertilní rostliny byly přemnoženy samoopylením v poupěti a kříženy s konvenční odrůdou ozimé řepky ‘Ladoga’. Z F1 kříženců byla v technické izolaci v roce 2016 vytvořena F2 generace. Rostliny F1, resp. F2 generace byly pěstovány ve skleníku; ozimé typy byly jarovizovány dva měsíce (4 °C, 12h fotoperioda, intenzita 20,4 μmol.m–2.s–1). Analýza obsahu MK v semenech F2 generace (35 ks) metodou plynové chromatografie (GC), optimalizované pro analýzu jednotlivých segmentů semen, s dopěstováním zbývajícího segmentu s klíčkem (Endlová et al. 2014), probíhala na pracovišti OSEVA PRO, VÚO Opava. Statistické analýzy výsledků (Pearsonův korelační koeficient r a jednoduchá lineární regrese) GC u RS hybridů, šlechtitelských materiálů konvenčních a „HO“ typů řepek (rozdělených do dvou skupin, seřazených dle zastoupení kyseliny olejové do-, resp. nad 70 %, tj. 35, resp. 39 vzorků) byly vypočteny ve statistickém softwaru STATISTICA 12.

138


Výsledky Bylo analyzováno celkem 35 vzorků F2 kříženců (pět vzorků od každé ze sedmi kombinací RS řepek, křížených s výkonnou odrůdou ‘Ladoga’). Každý vzorek odpovídal segmentu (cca polovině) jednoho semene, druhý segment byl vyset pro další použití. I když byly koncentrace MK, zjištěné pomocí GC velmi variabilní (tabulka 3), tři materiály měly akceptovatelné zastoupení kys. olejové (57,6-59,7 %), eikosenové (1,1–1,4 %) a erukové (0,1 %). Všechny ostatní analyzované vzorky (32) měly výrazně nižší koncentraci kys. olejové (9,9–42,8 %) než donor kvality ‘Ladoga’ (64,8 %) a zároveň výrazně vyšší koncentraci kys. erukové (7,1–53,3 %, ‘Ladoga’ 0,3 %) a kys. eikosenové (1,1-18,4 %, ‘Ladoga’ 0,9 %). Obsahy ostatních významných MK vykazovaly významnou odchylku od konvenční řepky, např. kys. linolová (11,3–25,6 %, ‘Ladoga’ 19,4 %) a α-linolenová (5,5–15,9 %, ‘Ladoga’ 8,4 %). U skupiny 32 vzorků F2 kříženců s nadlimitním obsahem kys. erukové byly zjištěny významné negativní korelace mezi koncentrací kys. olejové a erukové, kys. eikosenové a erukové a také kys. linolové a erukové, pozitivní korelace mezi obsahem kys. olejové a eikosenové (viz tabulka 4, obrázek 1). U šlechtitelských materiálů se zastoupením kys. olejové od 57,6 do 67,1 % (38 vzorků) byly zjištěny významné negativní korelace mezi koncentrací kys. olejové a linolové a také kys. olejové a α-linolenové. U šlechtitelských materiálu “HO“ typu, od 71,9 do 77,9 % kys. olejové (39 vzorků), byly zjištěny významné negativní korelace mezi koncentrací kys. linolové a olejové a také kys. linolové a αlinolenové.

Diskuse Analýzy F2 kříženců RS řepky s donorem kvality vykazovaly, jak se předpokládalo, velkou variabilitu, jednak díky značné genetické vzdálenosti mezi jednotlivými materiály a jednak proto, že byla sledována druhá, tzv. štěpící generace, ve které se variabilita projevuje v nejvyšší míře. U většiny materiálů nedošlo k redukci nežádoucích MK, stejně jako to pomocí metody spektroskopie v blízké červené oblasti (NIRS) ukázaly analýzy generace F1 (analyzovány byly směsné vzorky, nikoliv jednotlivá semena); vliv výchozích komponent není tedy jednoznačný (Hilgert et al., 2015b). Nicméně se jasně projevila větší variabilita F2 generace v porovnání s generací F1 (analyzovaných pomoci GC jednotlivých semen), jak bylo publikováno v předchozí práci (Hilgert-Delgado et al., 2015c), kdy měly všechny RS materiály, např. vysoce nadlimitní obsah kyseliny erukové (12,9 až 30,1 %) a podlimitní zastoupení kyseliny olejové (22,5 až 40,7 %). Díky zmíněné vysoké variabilitě tak nyní bylo možno mezi F2 materiály nalézt i takové, které obsahem kys. erukové odpovídají konvenčním „00“ odrůdám (do 0,1 %), a naopak také takové, které lze považovat za vysoko-erukové (53,3 %). Stejně tak se vysoká variabilita projevila u kyseliny olejové, jejíž obsah se pohyboval ve velmi širokém intervalu od 9,9 po 59,9 %. I když se průměrné hodnoty mohou zdát srovnatelné mezi oběma generacemi, analýza jednotlivých jedinců (semen) podává jasný důkaz o vysoké variabilitě v F2 generaci. Pozoruhodné a úspěšné bylo nalezení tří zcela odlišných vzorků této skupiny, jejichž profil MK byl zcela srovnatelný se současnými šlechtitelskými materiály řepky „00“ typu (viz výsledky). Oproti ostatním vzorkům byl u těchto tří perspektivních materiálů pozorován zajímavý blokový pokles kys. eikosenové současně s kys. erukovou. Dále byly nalezeny zajímavé materiály z hlediska vysokého zastoupení a poměru kys. α-linolenové vůči kys. olejové, které se jeví jako velmi perspektivní pro další šlechtění. Kys. α-linolenová je nutričně velmi cenná esenciální MK (zařazená ve skupině omega 3 MK), která v řepkovém oleji nedosahuje vyšších hodnot než 12 %. V této práci se našly materiály se zastoupením až 15,9 % této MK. Toto není překvapivé, protože v předchozí práci Hilgert-Delgado et al. (2015c) byl pomocí GC analyzován F1 vzorek ‘Vodvys’ x ‘Ladoga’ se zastoupením 16,1 % této MK, přestože v následujících výsledcích skreeningu 20 vzorků F2 generace této kombinace nebyly nalezené hodnoty vyšší než 12,1 % (Hilgert-Delgado et al. 2016). Zároveň nebyly nalezeny takové materiály, které obsahem kys. erukové odpovídaly konvenčním „00“ odrůdám. Analýza F2 generace se proto ukázala jako opodstatněná. Další pokrok bude možný s využitím metody dihaploidů. Např. Szala a kol. (2016) takto získala „00“ materiály odvozené z F1 kříženců resyntetizovaných genotypů a donorů Osivo a sadba, 2. 2. 2017

139

kvality. Díky našemu výzkumu můžeme potvrdit větší rozmanitost F2 generace vůči F1 a možnost jejího včasného podchycení nedestruktivní analýzou již při získání minimálního množství semen, aniž by bylo nutno tyto materiály nejdřív přemnožit. Technika analýz ze segmentů semen nám umožnuje dopěstovat rostliny z těchto jedinečných vzorků, a tím urychlit šlechtitelský proces o jednu generaci a ušetřit tak velké množství práce a technických nároků při počáteční selekci. Normální postup zahrnuje dopěstování a přemnožení v technické izolaci každého původního semene F2, teprve větší množství semen další generace (min. 0,8 g) je pak možno analyzovat nedestruktivní metodou NIRS, jejichž výsledky však odpovídají pouze průměru všech semen F3 generace v daném vzorku (osivo sklizeno z jedné zaizolované rostliny F2 generace), (Endlová et al. 2014). Uvedenou metodu je velice výhodné využít právě z důvodu velké rozmanitosti mezi jedinci F2 generace. Další výhodou je fakt, že u většiny RS materiálů a z nich odvozených potomstev je často velmi náročné získat vyšší množství semen z důvodu autoinkompatibility a tudíž nutností přemnožování opylením v poupatech (Hilgert-Delgado et al., 2015c). V následných generacích je proto k dispozici jen omezené množství osiva, nedostačující pro analýzy pomocí NIRS. Neméně přínosná je přímá a včasná selekce požadovaných materiálů, díky čemuž se šlechtitelský proces nezahlcuje neperspektivními genotypy. Tab. 3:Zastoupení vybraných mastných kyselin v oleji F2 kříženců sedmi RS genotypů s Ladogou 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4

olejová 9,9 19,7 15,2 13,2 19,3 14,7 14,9 11,1 18,8 24,6 22,0 35,0 57,6 58,3 32,3 25,1 24,9 24,5

eruková eikosenová linolová linolenová olejová 53,3 4,7 15,8 8,8 31,1 33,5 13,3 18,6 5,6 21,3 49,2 6,0 16,9 5,8 17,9 38,5 11,3 16,0 13,0 21,3 33,5 12,0 17,0 11,6 20,1 40,9 12,5 13,5 12,3 27,7 47,1 10,3 14,3 7,9 17,2 49,2 8,8 14,7 10,7 30,5 40,4 12,4 13,2 9,5 23,4 22,3 11,8 18,6 15,5 37,1 33,5 14,0 15,2 9,4 42,8 7,1 13,5 20,8 15,9 23,6 0,1 1,3 25,6 8,3 59,7 0,1 1,4 20,3 13,0 18,2 18,0 17,6 16,2 10,2 19,4 27,4 14,7 16,8 9,4 14,0 34,9 13,7 12,4 8,8 22,7 32,0 14,7 13,2 10,3 64,4

eruková eikosenová linolová linolenová 26,8 16,9 13,0 6,5 4 30,1 16,3 15,2 10,5 4 43,1 9,4 13,8 10,3 5 33,7 13,7 15,9 9,7 5 34,9 13,1 14,1 12,7 5 27,3 15,2 13,6 10,5 5 44,4 10,6 11,3 11,5 5 22,1 12,3 19,7 8,9 6 40,4 11,9 12,6 6,7 6 19,7 18,4 13,1 5,5 6 15,2 14,5 14,3 8,0 6 35,5 15,4 13,8 6,2 6 0,3 1,1 22,6 10,3 7 37,9 11,7 15,6 10,6 7 36,7 13,6 13,7 10,7 7 50,8 7,3 13,4 9,2 7 39,7 12,2 12,2 7,9 7 0,5 1,7 18,4 8,1 Ladoga (L)

Genotypy: 1 ‘Arkpet’ x ‘L’ F2, 2 ‘Buzel’x ‘L’ F2, 3 ‘Grusty’x ‘L’ F2, 4 ‘Grusca’ x ‘L’ F2, 5 ‘Izuka x ‘L’ F2, 6 ‘Svazel’ x ‘L’ F2, 7 ‘Vodvys’ x ‘L’ F2. Zajímavé bylo nalezení zcela jiných vztahů v zastoupení MK u jednotlivých skupin šlechtitelských materiálů, rozdělených podle obsahu kys. olejové. Studie korelací MK, typické pro starší odrůdy řepky ještě bez „00“ kvality, už v dnešní době není prakticky realizovatelná – zvláště díky výraznému poklesu obsahu kys. erukové cíleným šlechtitelským procesem. Přesto je z literatury velmi dobře známá negativní korelace kys. erukové a olejové. Všeobecně je málo dostupných informací o vztazích nenutriční kys. eikosenové a dalších MK. Syntéza kyseliny olejové (18:1), linolové (18:2), αlinolenové (18:3) jsou výsledek desaturace kyseliny stearové (18:0) pomocí enzymů fad1- fad3. Prodloužení uhlíkového řetězce kyseliny olejové je alternativní cestou, kdy je kyselina olejová substrátem pro prodloužení řetězce nejprve kys. eikosenové (C20:1) a následně kys. erukové (C22:1). U korelací mezi kříženci z nízko- a vysoko-erukových linií dle Coonrod a kol. (2008) prodloužení řetězce mnohem silněji ovlivňuje obsah kyseliny olejové než desaturace na další dvě nenasycené

140


mastné kyseliny. Zde jsme si tyto vztahy mohli ověřit na RS materiálech (tabulka 4, obrázek 1), které v parametrech kvality velmi připomínají některé původní řepky. Zajímavým byl dále fakt, že oddělení skupin dle kys. olejové bylo charakterizováno skokovými přechody (mezerou od 42,8 do 57,6 a od 67,1 do 71,9 %). Ve skupině materiálů se zastoupením od 57,6 až do 67,1 % kys. olejové se potvrdila známá negativní korelace kys. olejové s linolovou a s αlinolenovou, nicméně významný vliv kys. olejové na α-linolenovou nebyl zjištěn u “HO“ materiálů, kde další zvýšení kys. olejové vedlo k negativnímu projevu pouze v zastoupení kys. linolové (kys. αlinolenová byla už na velmi nízké úrovni). Teprve až další zvyšování obsahu kys. linolové se projevilo na kys. α-linolenové. Dokonce, jak je zde ukázáno, u “HO“ typů, u kterých obsah kys. olejové přesáhne 70 %, jde další zvyšování kys. olejové nejdříve na úkor kys. linolové až do té míry, že dochází k vyrovnání obsahů kys. linolové a α-linolenové, a to zhruba na úrovni 7 %. Některé materiály „HO“ skupiny dokonce vykazovaly vyšší obsah kys. α-linolenové než linolové. Na druhou stranu klesl obsah kys. α-linolenové až k hodnotě 4,3 %, zatímco zjištěné minimum u kys. linolové bylo 6,6 %. Způsob regulace různých zastoupení MK je předmětem dalšího badání mimo rámec této práce. V historii šlechtění řepky nebylo nikdy primárním cílem zvyšování zastoupení kys. α-linolenové z důvodu jejich nestabilních vlastností v oleji. Na druhé straně, kys. α-linolenová společně s linolovou (zařazenou ve skupině omega 6 MK) představují nesporně přínosnou složku rostlinných olejů, což je dáno jejich významnými nutričními pozitivy. Rizika, spojená s jejich oxidační nestabilitou mohou být omezena antioxidanty, kterými jsou v řepkovém oleji doprovázeny. Šlechtitelské směry zaměřené na zvyšování těchto MK v řepkovém oleji se proto jeví jako velmi perspektivní a využití RS materiálů a inovovaných analytických a šlechtitelských postupů jako správná cesta k tvorbě a identifikaci výchozích genových zdrojů. Tab. 4: Pearsonův korelační koeficient r pro vztahy mezi jednotlivými významnými mastnými kyselinami u RS, OO, resp. HO materiálů. * - významný pro α=0,05 a n=30, 36 resp. 37 Mastné kyseliny

RS

OO

HO

olejová x eruková

-0,90*

-

-

eikosenová x eruková

-0,75*

-

-

linolová x eruková

-0,42*

-

-

linolenová x eruková

-0,22

-

-

olejová x linolenová

-0,11

-0,51*

0,00

linolová x eikosenová

-0,08

-

-

linolenová x eikosenová

-0,07

-

-

olejová x linolová

0,13

-0,89*

-0,77*

linolová x linolenová

0,32

0,10

-0,62*

olejová x eikosenová

0,72*

-

-

Obr. 1: Koeficient determinace R2 a křivka lineární regrese pro vztahy s významným r u RS materiálů

Závěr Analýzou složení MK pomocí plynové chromatografie ve výběrovém souboru 35-ti F2 kříženců (RS x donor kvality) byly identifikovány materiály se specifickým složením MK a materiály se spektrem MK srovnatelným s konvenčními „00“ odrůdami řepky. Bude velmi zajímavé využít tyto perspektivní materiály a zjistit jejich další agronomické parametry. Pro nalezení dalších materiálů s kombinací požadovaného profilu MK a zjištění dalších parametrů výkonu a kvality odvozených z resyntézy řepky ve šlechtitelském procesu, bude nutné pokračovat s rozšířením počtu analýz jednotlivých semen F2 generace. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

141

Byly nalezeny různé korelace mezi obsahem jednotlivých MK dle šlechtitelských směrů. Myslíme si, že tyto poznatky mohou být využity jako zdroj informací k docílení konkrétního profilu MK ve šlechtění řepky.

Poděkování Práce byla podpořena projekty Ministerstva zemědělství ČR č. QJ1510172 a RO 0416.

Literatura ENDLOVÁ L., VRBOVSKÝ V., KLÍMA M. a NAVRÁTILOVÁ Z. (2014). Hodnocení skladby mastných kyselin v dělohách mikrosporových embryí řepky olejky (Brassica napus). Úroda 62, (ročník LXII., 12. věd.př.): 461–464. COONROD D., BRICK M. A., BYRNE P. F. a kol. (2008). Inheritance of long chain fatty acid content in rapeseed (Brassica napus L.). Euphytica 164: 583. GIRKE A., SCHIERHOLT A., BECKER H. C. (2012). Extending the rapeseed genepool with resynthesized Brassica napus L. I: Genetic diversity. Genetic Resources and Crop Evolution 59:1441–1447. GÓMEZ-CAMPO C. a PRAKASH S. (1999). Origin and domestication. In: Gómez-Campo C. (ed.) Biology of Brassica Coenospecies, Elsevier, Amsterdam, pp. 33–58. HILGERT-DELGADO A., KLÍMA M., VIEHMANNOVÁ I., URBAN M. O. a kol. (2015a). An effective method of resynthesized oilseed rape embryo production via ovule culture of different crosses between winter turnip rape and curly kale. Plant, Cell, Tissue and Organ Culture 120:191–201. HILGERT-DELGADO A., VRBOVSKÝ V., ENDLOVÁ L. a KLÍMA M. (2015b). Parametry kvality semen u vybraných resyntetizovaných řepek a donorů kvality stanovené pomocí NIRS Sborník abstraktů 14. Konference experimentální biologie rostlin P10–1: 92. HILGERT-DELGADO A., VRBOVSKÝ V., ENDLOVÁ L., Urban M. O. a kol. (2015c). Tvorba nových genotypů a hodnocení vybraných parametrů kvality semene resyntetizované řepky. Úroda 63, (ročník LXIII., 12. věd.př.): 142– 145. HILGERT-DELGADO, A., ENDLOVÁ, L., KLÍMA, M. a FERNÁNDEZ-CUSIMAMANI, E. (2016). Diferenciace profilů mastných kyselin v oleji a dalších parametrů kvality semen kříženců resyntetizovaných a konvenčních řepek. Úroda 64, (ročník LXIV, 12. věd.př.): 141–144. KRÄLING K. (1987). Utilization of genetic variability of resynthesized rapeseed. Plant Breeding 99, 209–217. KLÍMA M., VYVADILOVÁ M., KUČERA V. (2004). Production and utilization of doubled haploids in Brassica oleracea vegetables. Horticultural Science (Prague) 31:119–123. RAHMAN M. H. (2005). Resynthesis of Brassica napus L. for self-incompatibility: self-incompatibility reaction, inheritance and breeding potential. Plant Breeding 124:13–19. RAHMAN M. H. (2013). Breeding spring canola (Brassica napus L.) by the use of exotic germplasm. Canadian Journal of Plant Science 93:363–373. SOSNOWSKA K., SZALA L., OLEJNIK A. a CEGIELSKA-TARAS T (2010). Wstepne badania nad resynteza rzepaku ozimego (Brassica napus L.) – Preliminary study on resynthesis of winter oilseed rape (Brassica napus L.). Rośtliny oleiste – Oilseed Crops Tom XXXI 257–265. SZALA L., SOSNOWSKA K., POPLAWSKA W., LIERSCH A. a kol. (2016). Development of new restorer lines for CMS ogura system with the use of resynthesized oilseed rape (Brassica napus L.). Breeding Science 66:516–521. WARWICK S. I., FRANCIS A. a GUGEL R. K. (2009). Guide to Wild Germplasm of Brassica and Allied Crops (tribe Brassiceae, Brassicaceae) 3rd Edition. WEN J., TU J.-X., LI Z.-Y., FU T.-D. a kol.(2008). Improving ovary and embryo culture techniques for efficient resynthesis of Brassica napus from reciprocal crosses between yellow-seeded diploids B. rapa and B. oleracea. Euphytica 162:81–89. WU J., LI F., XU K., GAO G. a kol. (2014). Assessing and broadening genetic diversity of a rapeseed germplasm collection. Breeding Science 64: 321–330.

Contact address: Alois Hilgert-Delgado, Ph.D. Výzkumný ústav rostlinné výroby, Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně, E-mail: [email protected]

142


VLIV HYDROPRIMINGU A OZAŘOVÁNÍ LASEREM NA KVALITU OSIVA A RŮST KLÍČENCŮ ŘEPKY The Effect of Hydropriming and Irradiation on Rape Seeds (Brasica napus var. oleifera) Hanna Szajsner1, Anna Koszelnik-Leszek2, Maria Pytlarz – Kozicka3 1 Department of Genetics, Plant Breeding and Seeds Production 2 Department of Botany and Plant Ecology 3 Department Of Crop Production Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland

Abstrakt The study analyzed the effects of seed irradiation with semi-conductive laser light on the seed quality and initial development of rape seedlings. In a two-factor laboratory experiment varied irradiation values were used: D1 – base value 0,25 Jxcm-2; three (D3), five (D5) and seven (D7) times base value; control variant C (without irradiation). The second factor was five types of rape: Batory, Bazyl, Californium, Carousel and Liclassic. Energy and seed germinability of rape did not significantly change under the influence of laser light. Laser light significantly stimulated the development of seedlings by lengthening the radicle, the seedling and increasing vigor. An increase in morphological features of seedlings was observed after soaking the seeds for 60 minutes. Key words: rape, laser light, hydropriming

Souhrn Studie analyzuje vliv ošetření osiva laserem na kvalitu osiva a počáteční růst rostlin řepky. V dvoufaktorovém laboratorním pokusu byly použity různé stupně laserového záření: D1 – základní hodnota 0,25 Jxcm-2; trojnásobek (D3), pětinásobek (D5) a sedminásobek (D7) základní hodnoty; kontrolní varianta C (bez ozáření). Druhým faktorem byla odrůda – v pokusu bylo hodnoceno pět odrůd řepky: Batory, Bazyl, Californium, Carousel a Liclassic. Energie a klíčivost osiva řepky se vlivem laserového záření průkazně nezměnila. Laserové záření průkazně stimulovalo růst klíčních rostlin prodloužením kořene, nadzemní části rostlin a zvýšením vitality. Nárůst v morfologických znacích byl zjištěn po namáčení osiva 60 min. Klíčová slova: řepka, laserové záření, hydropriming

Introduction Rape is the most common oil plant and takes up to 95% of the surface dedicated to its growth. In Poland it is used as an oil, fodder and honey plant, as well as to produce bio-diesel. Rape requires the earliest sowing of all winter plants cultivated in Poland. It is recommended to sow it in the 2nd and 3rd decade of August which significantly reduces the choice of species of rape forecrops. Weakened seedlings and their improper development causes the growth of weaker plants, less prepared for the climatic conditions in winter time and the following spring (Jaskulski et al. 2012). This fact caused intensified research aimed at improving seed quality, seedlings, vigor and overall condition of rape. Positive bioeffects of irradiation on seeds, seedlings and developing plants were observed by many authors (Hoseini et al., 2013; Katańska et al., 2003; Muthusamy et al., 2012; Szajsner and Bąbelewski, 2014; Szajsner et al., 2015.). Osivo a sadba, 2. 2. 2017

143

The aim of the research is to determine the influence of laser light on the sowing value and particular development phases of rape, depending on the time of previous seed soaking.

Materials and methods The study analyzed the effects of seed irradiation with semi-conductive laser light on the seed quality and initial development of rape seedlings. In a two-factor laboratory experiment varied irradiation values were used: D1 – base value 0,25 Jxcm-2; three (D3), five (D5) and seven (D7) times base value; control variant C (without irradiation). The second factor was five types of Canola: Batory, Bazyl, Californium, Carousel and Liclassic. Before starting the experiment the seeds were subjected to semi-conductive laser light, model CTL – 1106 MX. The irradiated surface was determined using a scanner (model CTL 1202 S). The experiment was carried out in a Sanyo MLR-351 H germinating cabin. Energy and germinating capability were determined (ISTA, 2007) along with morphological features (the length of radicle, hypocotyl, cotyledon). Vigor index was calculated as product of mean seedling length and mean sprouting value. Proper variant analysis was conducted for two-factor experiment using F-Snedecora and Duncan tests in order to distinguish means. The obtained results led to selecting Bazyl cultivar for the second part of the experiment. In comparison to other cultivable plants, rape seeds absorb small amounts of water. Rape requires the absorption of about 50 % seed mass of water and thus moderately moist soil suffices. Before irradiation the seeds were soaked in distilled water. Soaking time varied: A – control variant (no soaking); B – 30 min.; C – 60 min.; D – 90 min.; E – 120 min. Seed quality was again evaluated along with morphological features of obtained seedlings. Results were compiled statistically.

Results and discussion The conducted statistical analysis for energy and sprouting showed significant differences only for the studied types. The stimulating influence of laser light on radicle length, seedling and seedling vigor was observed in all dosages. The root grew over 20 % longer under dosages D1 and D5 and over 24.4 % under D7 (Tab. 1). The interaction of variants with laser light showed a positive reaction of Batory, Bazyl and Liclassic cultivars (all dosages), up to 8mm in Carousel cultivar (D7), (Tab. 2). The stimulation of seedling vigor after irradiation was visible in three studied cultivars: Bazyl, Californium and Carousel. Bazyl and Californium reacted to all dosages of laser light (Tab. 3). Tab. 1: The influence of seeds irradiated on morphological features of seedlings Feature Root length Seedling Vigour Dose (mm) length (mm) (cm x %) 49 b 25 b 245,63 b C 59 a 28 a 274,9 a D1 60 a 29 a 287,12 a D3 59 a 29 a 278,52 a D5 61 a 28 a 278,35 a D7 3 1 15,37 LSD The obtained results led to selecting Bazyl cultivar for the second part of the experiment, as laser light influenced all of its studied features. In order to be improved, seeds sometimes undergo steeping. Its aim is to rinse out substances preventing sprouting from the seed coat. This method is commonly used in plant breeding of, e. g., beetroot. Zheng et al. obtained similar results. They reported that rape may contain inhibitors, which are 144


rinsed out during seed conditioning. The inhibitor limited sprouting to a larger degree in 10 °C than in 23 °C, probably because higher temperatures caused the inhibitor to be metabolized or degraded. Unfortunately, detailed information about the compounds was not provided. Tab. 2: The influence of seeds irradiated on morphological features of seedlings - interaction (dose x variety) Dose Root length (mm) Seedling length (mm) Variety Batory Bazyl Californium Carousel Liclasic LSD

C

D1

D3

D5

D7

C

D1

D3

D5

D7

45 c 51 b 51 a,b 47 a 50 c

58 b 63 a 53 a 51 a 68 b

60 b 65 a 55 a 54 a 67 b 7

68 a 61 a 45 b 52 a 71 a,b

61ab 65 a 45 b 54 a 78 a

21 b 28 b 26 a,b 28 c 22 b

28 a 30 ab 28 a 28 c 26 a

29 a 32 a 29 a 29 bc 26 a 3

29 a 30 ab 26 ab 32 ab 26 a

28 a 30ab 24 b 33 a 26 a

Tab. 3: The influence of seeds irradiated on vigor homogeneous groups - interaction (dose x variety) Dose C D1 D3 D5 D7 Variety 261,6 a,b 273,9 a,b 293,33 a 255,73 ab 242,53 b Batory 213,07 b 256,87 a 255,7 a 261,47 a 256,23 a Bazyl 204,5 b 279,57 a 285,97 a 284,8 a 275,53 a Californium 271,33 b 298,33 ab 312,57 a 280,07 ab 302,67 ab Carousel 277,67 ab 265,83 b 288,03 ab 310,53 a 314,8 a Liclasic 35,17 LSD The study revealed the significance of seed hydro-priming time. Hydro-priming for 30, 90 and 120 minutes increased sprouting energy by around 1.6 %. The hypocotyl of seedlings primed for 60 minutes was over 12 % longer in comparison to control seedlings. Similarly, the radicle length and seedling length increased correspondingly by 14.1 mm, which is over 31 %, and by 3.1 mm, which is over 11 %, after hydro-priming for 60 minutes (Tab. 4). Tab. 4: The influence of cultivar Bazyl seeds irradiated on morphological features of seedlings Time Germinating Hypocotyl Root length Seedling (min) energy (%) length (mm) (mm) length (mm) 97,7 b 22,8 b 45,4 b,c 27,2 b 0 99,3 a 22,5 b 50,4 b 27,1 b 30 97,8 b 25,7 a 59,5 a 30,4 a 60 99 a 22,9 b 40,9 c 27,5 b 90 99,2 a 22,8 b 46,9 b,c 27,7 b 120 0,9 1,5 5,7 1,9 LSD The interactions showed that seeds soaked for 60 min. displayed stimulated radicle length after each of laser light dosages. Hydro-priming for 120 min. along with laser light influence caused a decrease in root length (Tab. 5). Combining laser radiation dosages D1 and D7 with 60 min. of hydropriming proved advantageous for hypocotyl length. The stimulation reached over 27 % and 25 % in comparison to the control group (Tab. 6). A significant lengthening of the seedlings was obtained by sevenfold irradiation (by over 18 %) and 60 min. of hydro-priming (by 28 %) in comparison to the Osivo a sadba, 2. 2. 2017

145

control group. Soaking for 90 min. along with D3 and D5 radiation dosages proved disadvantageous causing the reduction of seedling length (Tab. 7). In their studies of wheat and maize Jevtić et al. (2015) observed that plants obtained from irradiated seeds are taller and create bigger mass than plants from the control group. Moreover, seeds after hydro-priming are more susceptible to laser irradiation. Similar results were obtained by Joshi et al. (2012) who used dry seeds and seeds soaked in distilled water for an hour. Hydro-primed seeds were better at absorbing Zn ions. Tab. 5: The influence of seeds irradiated on root length - interaction (time x dose), (cultivar Bazyl) Dose C D1 D3 D5 D7 Time 38,3 bB 39,8 bB 45,9 bAB 47 bAB 56,1 bA 0 49,9 aA 50,3 abA 45,2 bA 54,6 abA 52,2 bcA 30 41,4 bC 56,2 aB 59,7 aB 67,4 aAB 72,7 aA 60 42,6 bA 47,1 abA 38,5 bA 42,2 bA 34,4 dA 90 59,1 aA 48,3 abAB 42,1 bB 45,3 bB 39,9 cdB 120 12,9 LSD Homogeneous groups for interaction: ABC for time hydropriming – horizontally, abc for doses – perpendicularly

Tab. 6: The Bazyl) Dose Time 0 30 60 90 120 LSD

influence of seeds irradiated on hypocotyl length - interaction (time x dose), (cultivar

Tab. 7: The Bazyl) Dose Time 0 30 60 90 120 LSD

influence of seeds irradiated on seedling length - interaction (time x dose), (cultivar

146

C

D1

D3

D5

D7

22,8 aAB 20,1 aB 23,1 aB 25,5 aA 22,8 aA

20,4 bB 21,7 bAB 26,1 aAB 27,5 aA 22,4 bA

24,3 aA 23,8 aA 26,6 aAB 19,9 bB 23,2 abA 3,4

23,9 aAB 24,9 aA 24,1 aB 19,9 bB 22 abA

22,9 bAB 22,1 bAB 28,6 aA 21,9 bB 23,9 bA

C

D1

D3

D5

D7

26,5 aA 27,9 aAB 30,3 aAB 28,4 aAB 29,1 aA

24,6 bA 25,9 bAB 26,8 bB 31,7 aA 27,5 abA

29,2 abA 25,3 bB 31,5 aA 24,9 bB 27,5 abA 4,3

28,1 abA 30 aA 30,3 aAB 24,8 bB 26,8 abA

27,8 bA 26,5 bAB 32,9 aA 27,7 bAB 27,6 bA


Conclusion 1. Energy and seed germinability of rape did not significantly change under the influence of laser light. 2. Laser light significantly stimulated the development of seedlings by lengthening the radicle, the seedling and increasing vigor. 3. The stimulation of all morphological features occurred in Bazyl cultivar. 4. Hydro-priming significantly increased the energy of Bazyl cultivar sprouting. 5. An increase in morphological features of seedlings was observed after soaking the seeds for 60 minutes. 6. For the radicle, hydro-priming for 60 min. along with laser irradiation proved most advantageous. Stimulation was observed in case of all dosages. 7. Seedling lengthening was observed after 60 min. of hydro-priming with sevenfold irradiation and after 90 min. of hydro-priming with single-dosage irradiation.

Literature HERNÁNDEZ-AGUILAR C., DOMÍNGUEZ-PACHECO A., CRUZ-OREA A., ANNE PODLEŚNA A., IVANOV R., CARBALLO CARBALLO A., PÉREZ REYES M. C., SÁNCHEZ HERNÁNDEZ G., ZEPEDA BAUTISTA R., LÓPEZ-BONILLA J. L. (2016). Laser biostimulation in seeds and plants. Gayana Bot. 73(1): 132–149. HOSEINI M., FEQENABI F., TAJBAKHSH M., BABAZADEH-IGDIR H. G. (2013). Introduction of seed treatment techniques (seed priming). International Journal of Biosciences (IJB) 3(5): 1–12. JASKÓLSKI D., OSIŃSKI G., POCHYLSKI B., GÓRNECKI Ł., KLAPA K. (2012). Variation in cultivation conditions for winter rape in the Kujawy and Pomorze Region. Fragm. Agron. 29(1): 45–59. JEVTIĆ S. D., SREĆKOVIĆ M. Ž, PELEMIŠ S. S., KONSTANTINOVIĆ L.M., JOVANIĆ P.B., PETROVIĆ L.D., DUKIĆ M.M. (2015). Laser influence to Biosystems. Hem. Ind.69(4): 433–441. JOSHI S., JOSHI G. C., AGRAWAL H. M. (2012). Study on the effect of laser irradiation on wheat (Triticum aestivum L.) variety PBW-373 seeds on zinc uptake by wheat plants. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 294(3): 391–394. KATAŃSKA, A., RYBIŃSKI W., BRODA Z. (2003). Influence of Helium Neon Laser on androgenesis in some chosen varieties of winter triticale. Acta Agrophysica 2: 559–566. MUTHUSAMY A., KUDWA P. P., PRABHU V., MAHATO K. K.., BABU V. S., RAO M. R., PUTHIYA M. G., SATYAMOORTHY K. (2012). Influence of helium-neon laser irradiation on seed germination in vitro and physico-biochemical characters in seedlings of Brinjal (Solanum melongena L.) var. Mattu Gulla. Photochemistry and Photobiology 88(5): 1227–1235. STARZYCKI M., RYBIŃSKI W., STARZYCKA E., PSZCZOŁA J. (2005). Laser light as a physical factor enhancing rapeseed resistance to blackleg disease. Acta Agrophysica 5(2): 441–446. SZAJSNER H., BĄBELEWSKI P. (2014). The Influence of Laser Beam and Auxins on Rooting of Leatherleaf Viburnum (Viburnum rhytidophyllum Hemsl.) cuttings. Journal of Horticultural Research 22(1): 63–66. SZAJSNER H., PROŚBA-BIAŁCZYK U., SACAŁA E., DEMCZUK A., GRZYŚ E., SZUBZDA B., WILKOSZ M. (2015). Pre-sowing stimulation of sugar beet seeds. Seed and seedlings XII scientific and technical seminar. Proceedings, p. 88–93. ZHENG G. H, WILEN R. W, SLINKAD A. E, GUSTA L. V. (1994). Enhancement of canola seed germination and seedling emergence at low temperature by priming. Crop Sci. 34: 1589–1593.

Contact address: Dr inż. Anna Koszelnik-Leszek, Department of Botany and Plant Ecology, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland, pl. Grunwaldzki 24a, 50-363 Wroclaw. *e-mail: [email protected]


147

VYUŽITÍ MODIFIKOVANÉ METODY PLYNOVÉ CHROMATOGRAFIE KE STANOVENÍ OBSAHU MASTNÝCH KYSELIN V DĚLOHÁCH MIKROSPOROVÝCH EMBRYÍ ŘEPKY OLEJKY Use of Modified Gas Chromatography for the Determination of Fatty Acids Content in Rapeseed (Brassica napus) Cotyledons of Microspore Embryos Lenka Endlová1,2,4, Viktor Vrbovský1,2, Miroslav Klíma3, Zuzana Navrátilová4 1 OSEVA VÝVOJ A VÝZKUM s.r.o., pracoviště Opava 2 OSEVA PRO s.r.o., odštěpný závod Výzkumný ústav Olejnin Opava 3 Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha – Ruzyně 4 Ostravská univerzita v Ostravě, Přírodovědecká fakulta, Katedra chemie, Ostrava

Abstract The content of the fatty acids (FA) was determined using gas chromatography (GC) in the rapeseed (Brassica napus) cotyledons of microspore embryos and seed. At the selected genotypes the variability of main FA was detected. The correlations between the contents of the major FA stained by these three methods were calculated. The significant positive dependence correlation was identified between FA (oleic, linoleic and stearic acid) analyzed in the rapeseed cotyledons of microspore embryos and seed of the same plant. The possibility of analyses of the major FA in cotyledons of microspore rapeseed embryos was verified, these analyses can be used at the genotype selection for the FA content already in vitro conditions. Key words: rapeseed, fatty acid, gas chromatography, microspore embryos

Souhrn Ve vzorcích děloh mikrosporových embryí a semen řady genotypů řepky olejky ozimé (Brassica napus) byl analyzován obsah mastných kyselin (MK) metodou plynové chromatografie (GC). V rámci vybraných genotypů byla zaznamenána variabilita obsahů hlavních MK. Mezi obsahy majoritních MK zjištěných jednotlivými postupy byly stanoveny korelace. Byly zjištěny signifikantně pozitivní závislosti mezi obsahy sledovaných MK (kyseliny olejové, linolové a stearové) stanovených v dělohách a v jednom semeni téže rostliny. Byla potvrzena možnost analýzy hlavních MK v dělohách mikrosporových embryí řepky a její využití k selekci vybraných genotypů na obsah určitých MK již v in vitro podmínkách. Klíčová slova: řepka olejka, mastné kyseliny, plynová chromatografie, mikrosporová embrya

Úvod Olejniny patří v ČR k ceněným plodinám, které mají na trhu dobré hospodářské uplatnění. Tou nejvýznamnější olejninou v našich podmínkách je jednoznačně řepka olejka (Brassica napus), jejíž pěstební plocha v posledních desetiletích výrazně vzrostla. V současné době dle údajů ČSÚ zaujímá v ČR téměř 393 tis. ha orné půdy. Řepka olejka je dokonce z hlediska velikosti osevní plochy druhou nejpěstovanější plodinou po ozimé pšenici. Rostoucí produkce je podmíněna rozšířením použití řepkového oleje v potravinářství, ale velmi významně i užitím technickým, především v oblasti biopaliv a výroby krmiv (Baranyk a kol., 2010; Prugar a kol., 2008). 148


Kvalita oleje a na něj vázaná vhodnost pro výsledné využití je dána především skladbou mastných kyselin (MK). Zastoupení jednotlivých MK v řepkovém oleji je do značné míry podmíněno genotypově. Cíleným šlechtitelským procesem je možné poměry MK v semeni ovlivňovat. Aplikací moderních šlechtitelských postupů za využití biotechnologických a analytických metod dochází k významnému zefektivnění jinak značně dlouhodobého procesu. Perspektivním směrem je tvorba dihaploidních regenerantů (DH) za současné selekce na obsah MK v dělohách mikrosporových embryí v in vitro podmínkách, již po několika týdnech od založení mikrosporové kultury. DH řepky, vytvářené technikou mikrosporových kultur, umožňují produkci homozygotních linií a výrazně zkracují dobu šlechtitelského procesu ve srovnání s tradičními postupy. Pylová embryogeneze je ovlivňována řadou kritických faktorů, z nichž je nejvýznamnější genotyp, fyziologický stav donorových rostlin a vývojové stádium mikrospor. Ve Výzkumném ústavu rostlinné výroby, v.v.i. (VÚRV) byla optimalizována metoda tvorby DH linií, která spočívá v napěstování donorových rostlin v klimatizovaných kultivačních komorách, odběru mikrospor, jejich kultivaci na živných mediích, docílení zdvojení jejich chromozomové sady in vitro pomocí trifluralinu, regenerace celistvých rostlin postupnou subkultivací kotyledonárních embryí na média s různými kombinacemi fytohormonů a odřezávání částí jejich děloh pro účely zlepšení přímé regenerace celistvých rostlin a dalších analýz (Endlová et al., 2014; Vrbovský et al., 2014; Vyvadilová et al., 2008). Tyto dnes již rutinně využívané postupy produkce DH linií pro účely tvorby genotypů řepky se změněným spektrem MK v oleji jsou kombinovány s analytickými postupy, které realizuje laboratoř OSEVA PRO s.r.o., Výzkumný ústav olejnin Opava (OSEVA VÚO). Výchozími vzorky jsou fragmenty děloh DH embryí získané při in vitro kultivaci. Jedním z možných postupů charakterizace kvality tuků a olejů rostlinného či živočišného původu je derivatizace MK na příslušné methylestery MK a následná analýza pomocí plynové chromatografie na vhodných stacionárních fázích s detekcí (GC/FID). Touto metodou byl v roce 2016 stanoven obsah MK v dělohách mikrosporových embryí řepky olejné ozimé a v semenech dopěstovaných rostlin pomocí GC/FID. Na základě výsledků byla posouzena možnost praktického využití minimalizačních postupů pro ranou selekci požadovaných genotypů podle obsahu MK.

Metodika Pro uvedený výzkum byly v roce 2016 odebrány na pracovišti VÚRV vzorky děloh mikrosporových embryí DH linií řepky olejky ozimé formy. Jednalo se o genotypy vzniklé v rámci šlechtění na odlišné složení MK, především na zvýšený obsah kyseliny olejové („HO“ – high oleic). Zakládání mikrosporových kultur, in vitro zdvojení chromozómové sádky a regenenerace kotyledonárních embryí probíhala dle již publikovaného postupu (Vyvadilová et al. 2008). Kotyledonární embrya s dobře vyvinutými dělohami (délka embryí ± 5 mm) byla pasážována na čerstvé tekuté NLN médium s kyselinou abscisovou (koncentrace 15 μM) a kultivována po dobu 3 týdnů. Poté byly cca ¾ délky obou děloh embryí odříznuty skalpelem a zamrazeny při -20 °C v mikrozkumavkách. Ořezaná embrya byla dále kultivována na pevných živných médiích pro dosažení regenerace celistvých rostlin. Vzorky odříznutých fragmentů děloh byly transportovány v zamraženém stavu z VÚRV do laboratoře OSEVA VÚO a sušeny 48 hod./40 °C. Příprava methyesterů MK byla realizována ve vialkách. Vysušený vzorek byl rozdrcen pomocí skleněné tyčinky se směsí isopropanolu a isooktanu, po odpaření činidel následoval přídavek methanolického roztoku NaOH. Vzniklé lipofilní methylestery MK se extrahovaly do isooktanu a pomocí mikrostříkačky se přemístily do insertu vialky. Pomocí GC bylo analyzováno 86 segmentů děloh mikrosporového embrya. Pouze u 41 děloh bylo možné stanovit zastoupení MK. Hmotnost těchto analyzovaných děloh byla v rozmezí 2,4-43,3 mg nesušeného materiálu a 0,5-11,0 mg sušeného materiálu. U 45 vzorků děloh nebylo možné stanovit obsah MK nejspíše v důsledku nízkého obsahu oleje, kdy následný extrakt vykazoval příliš nízký obsah methylesterů MK, který nebyl možný vyhodnotit pomocí GC/FID. Pro identifikaci a stanovení obsahu methylesterů MK byl použit plynový chromatograf Master GC (DANI Instruments S.p.A.) s plamenově ionizačním detektorem. Separace probíhala na kapilární koloně Osivo a sadba, 2. 2. 2017

149

FAME Wax (30 m x 0,32 mm x 0,25 μm, Phenomenex). Na kolonu byl dávkován 1 μl roztoku methylesterů MK naředěný oktanem v módu splite. Počáteční teplota byla nastavena na 195 °C, poté následoval nárůst teploty o 5 °C/min na teplotu 240 °C s následným nárůstem 10 °C/min na konečných 250 °C. Celková doba analýzy byla 15 minut. Injektor byl vyhřívaný po celou dobu separace na teplotu 240 °C a detektor na 250 °C. Jako mobilní fáze byl použit vodík s průtokem 1,8 ml/min. Identifikace píků byla provedena porovnáním retenčních charakteristik chromatogramů vzorku se standardní směsí FAME 13 Mix, C16 - C24 (Restek), který obsahoval 14 methylesterů MK k dosažení širokého spektra stanovovaných MK. Obsah MK byl vyjádřen metodou vnitřní normalizace jako procentuální zastoupení jednotlivých kyselin MK. Do zralosti se z regenerantů, u kterých byl proveden odběr děloh, podařilo dopěstovat 22 rostlin. Z každé byl proveden odběr 3 semen podle definované polohy (horní, střední a spodní šešule primární větve) a byl stanoven obsah MK v 66 vzorcích. Pro hodnocení výsledků byl využit statistický program Statistica 7.0 (StatSoft, Inc. Tulsa, OK, USA).

Výsledky a diskuse V jednotlivých vzorcích byl stanoven obsah 10 hlavních MK. Porovnáním retenčních časů vzorků děloh mikrosporových embryí a semen se standardem MK byla prokázána přítomnost následujících MK: palmitová, stearová, olejová, linolová, linolenová, arachová, eikosenová, eikodienová, behenová a eruková. Rozsahy zjištěných koncentrací MK v dělohách a v semenech jsou prezentovány v tab. 1 a 2. Tab. 1: Rozsah nalezených koncentrací jednotlivých MK ve vzorcích děloh (%) MK (%)

C16:0 C18:0 C18:1 C18:2

C18:3

C20:0

C20:1

C20:2

C22:0

C22:1

palmitová

stearová

olejová

linolová

linolenová

arachová

eikosenová

eikodienová

behenová

eruková

min.

10,2

0,9

9,7

11,9

15,7

0,2

0,2

pod LOD

0,1

pod LOD

max.

19,6

4,2

59,7

37,5

46,8

1,4

1,0

0,2

1,3

0,8

prům.

15,2

1,7

27,4

26,5

27,2

0,7

0,5

0,1

0,5

0,2

Tab. 2: Rozsah nalezených koncentrací jednotlivých MK ve vzorcích semen (%) MK (%)

C16:0 C18:0 C18:1 C18:2

C18:3

C20:0

C20:1

C20:2

C22:0

C22:1

palmitová

stearová

olejová

linolová

linolenová

arachová

eikosenová

eikodienová

behenová

eruková

min.

3,3

1,1

54,1

3,9

3,5

0,4

1,1

pod LOD

0,1

pod LOD

max.

7,1

3,3

83,1

25,6

11,9

1,1

2,0

0,2

0,6

0,1

prům.

5,7

1,8

70,0

14,1

6,7

0,7

1,4

0,1

0,3

-

V dělohách DH regenerantů se v průměrných hodnotách zcela netypicky vyrovnaly obsahy kyseliny olejové, linolové a linolenové, s průměrnými obsahy kolem 27 %, přičemž nejvyšší variabilitu vykazovala kyselina olejová. V semenech pak byly zjištěny očekávatelnější obsahy MK, především s přihlédnutím k faktu, že se jednalo o šlechtitelské materiály, které vycházely z „HO“ genotypů. V rámci vybraných genotypů byla zaznamenána variabilita obsahů MK v dělohách mikrosporových embryí a semen řepky olejné. Průběh hodnot a variabilita obsahu kyseliny olejové a linolové ve vzorcích jsou uvedeny v grafech 1-4.

150


1/

2/

3/

4/

Grafy 1-4: Histogramy variability obsahu: 1 / Kyseliny olejové - dělohy, 2 / kyseliny olejové - semena, 3/ kyseliny linolové - dělohy a 4/ kyseliny linolové - semena v závislosti na počtu pozorování

Byly porovnány skladby MK v dělohách mikrosporových regenerantů a semenech z nich dopěstovaných rostlin a zjištěny vzájemné závislosti. Vztahy byly sledovány u kyseliny olejové, linolové, linolenové, palmitové a stearové. Závislosti mezi obsahy uvedených MK byly stanoveny korelační analýzou s výpočtem korelačních koeficientů (tabulka 3). Z výsledků je patrné, že průkazné pozitivní korelace na hladině významnosti 0,95 (*), byly zjištěny u kyseliny stearové a olejové. U kyseliny linolové byla hladina významnosti nad úrovní 0,99 (**). Tab. 3: Hodnocení vztahu vybraných MK zjištěných v různých výchozích vzorcích MK

Korelační koeficient

Kys. palmitová

r = 0,10

Kys. stearová

r = 0,49*

Kys. olejová

r = 0,44*

Kys. linolová

r = 0,62**

Kys. linolenová

r = -0,32

Dosažené výsledky potvrzují zjištění z prvního ročníku těchto experimentů (Endlová a kol., 2015), kdy byly v roce 2015 zjištěny statisticky průkazné korelace u kyseliny stearové, olejové, linolové a linolenové. Pouze u kyseliny linolenové v roce 2016 nedošlo k potvrzení průkazné závislosti. I když se absolutní hodnoty některých mastných kyselin v dělohách a semenech značně lišily, jejich vzájemné poměry v rámci zkoumané kolekce genotypů byly srovnatelné. Pro účely selekce požadovaných genotypů by tedy metoda měla být plně dostačující. Z hlediska zjištěných, značně netypických hodnot některých MK v dělohách DH regenerátů, bude v následném výzkumu stanoven vliv doby odběru děloh, typu média, doby působení a koncentrace kyseliny abscisové na složení mastných kyselin, případně budou stanoveny přepočtové koeficienty pro účely predikce obsahu kyseliny olejové a linolové v semeni.

Závěr Během šlechtitelského procesu jsou bedlivě sledovány obsahy všech významných MK v řepkovém oleji, především pak kyseliny erukové jako limitujícího faktoru u „00“ odrůd a z hlediska lidské výživy významných MK (olejová, linolová, linolenová). Možnost analýzy obsahu MK v semenech řepky a dělohách mikrosporových embryí pomocí GC/FID je z praktického hlediska velice přínosná pro včasnou selekci požadovaných genotypů řepky během šlechtitelského procesu s ohledem na kvalitu vyprodukovaného oleje. Výsledky prezentovaného výzkumu potvrzují praktickou využitelnost této metody pro predikci obsahu kyseliny olejové a linolové umožňující včasnou selekci genotypů s požadovanou kvalitou při tvorbě DH ještě v in vitro podmínkách.

Poděkování Práce byla podpořena projektem Ministerstvem zemědělství č. QJ1510172.

Literatura BARANYK P. a kol. (2010). Olejniny. Profi Press, Praha, 2010, 9 – 10 s. PRUGAR J. a kol. (2008). Kvalita rostlinných produktů na prahu 3. tisíciletí. VÚPS a.s., Kvasný průmysl, Praha, 169–170 s. ENDLOVÁ L. a kol. (2014). Hodnocení skladby mastných kyselin v dělohách mikrosporových embryí řepky olejky (Brassica Napus). Úroda 12, vědecká příloha, s. 462.

152


ENDLOVÁ L. a kol. (2015). Využití plynové chromatografie pro včasnou selekci genotypů řepky olejné (BRASSICA NAPUS) s požadovaným obsahem mastných kyselin v oleji. In Book of Abstracts - The 22th International Scientific Conference, s. 16. P-ISSN 0551-3677. VRBOVSKÝ V. a kol. (2014. Kvalitativní parametry sledované při šlechtění řepky olejky. Úroda 8,. s. 54–57. VYVADILOVÁ M. a kol (2008). Metodika produkce dihaploidních linií pro šlechtění řepky ozimé. Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Praha – Ruzyně, , s. 4–6.

Contact address: Mgr. Lenka Endlová, OSEVA VÝVOJ A VÝZKUM s.r.o., pracoviště Opava, Purkyňova 10, 746 01 Opava, E-mail: [email protected]


153

VLIV ODRŮDY A OŠETŘENÍ OSIVA NA VÝNOS MÁKU SETÉHO (PAPAVER SOMNIFERUM L.) Influence of Variety and Seed Treatment on Yield of Poppy Seeds (Papaver somniferum L.) Perla Kuchtová, Petr Dvořák, Ivona Štětinová KRV ČZU v Praze

Abstract In 2016, field trial on poppy seed was carried out at the demonstration plot of CULS in Prague to verify the influence of multiple factors on the plants health and yield components of poppy seed. Local varieties were used and their seeds were treated by either Gliorex or TS Osivo in two different treatments. Chosen plots of poppy seed were treated by natural insecticide Neem Azal and preparation with regulatory effect TS Květa at the stage of plants 57-59 BBCH. A statistically significant influence of varieties was observed on the yield and on the infestation of the capsules. Likewise, interaction between varieties and seed treatments had a statistically significant effect on yield parameters. Influence of seed treatment and treatment of crop stand during vegetation was not statistically significant. Local varieties did not reach the same level of yield achieved by the variety Orel from the list of varieties recommended by Central Institute for Supervising and Testing in Agriculture. Key words: poppy seed, local varieties, seed, treatment, yield

Souhrn Na demonstračním pozemku ČZU v Praze byl v roce 2016 založen polní pokus s mákem s cílem ověřit vliv více faktorů na zdravotní stav porostu a složky výnosu. V pokusu byly použity krajové odrůdy máku setého. K ošetření osiva byly užity přípravky Gliorex a TS Osivo. Ve fázi BBCH 57–59 byly některé bloky porostu ošetřeny přípravky Neem Azal a TS Květa. Statisticky významný byl vliv odrůdy na výnos a napadení povrchu tobolek. Rovněž interakce ošetření osiva a odrůdy měla statisticky významný vliv na výnosové parametry. Vliv ošetření osiva a porostu nebyly statisticky významné. Krajové odrůdy nedosahovaly úrovně výnosu dosaženého uznanou odrůdou ze Seznamu doporučených odrůd ÚKZÚZ. Klíčová slova: mák setý, krajové odrůdy, osivo, ošetření, výnos

Úvod Pokus byl založen s cílem otestovat, vyhodnotit a porovnat vlastnosti krajových odrůd z hlediska vhodnosti pro pěstování v extenzivních podmínkách ekologického zemědělství. V jeho rámci jsme dále ověřovali vliv ošetření osiva přípravky Gliorex a TS na složky výnosu a zdravotní stav makovic. Hospodářský význam máku setého (Papaver somniferum, L.) je spojen převážně s účinky alkaloidů, obsažených v zelených částech rostliny (Vašák, 2010). Hirst (2014), podobně jako Grifith (1993), jej zmiňuje v souvislosti s léčitelstvím a šamanismem. Semena máku však současně představují kulinářsky zajímavou potravinářskou komoditu (Vašák, 2010) a Česká republika je významným producentem a vývozcem potravinářského máku s konvenční pěstitelskou plochou v rozsahu 30–35 tisíc ha, odpovídající poptávaným objemům. Pěstitelská plocha kopíruje tržní ceny semen. Výnosy na provozních plochách kolísají v rámci ročníku od 0,2 do 1,8 t/ha (Motl a kol., 2010 IN Vašák (ed) a kol., 2010). 154


Plocha ekologického máku vzrostla meziročně (2014–2015) ze 42,0 na 42,8 ha (Hrabalová, 2016). Mák pěstuje 9 ekologických farem. Průměrný výnos činil v roce 2015 0,6 t.ha-1 proti 0,9 t.ha-1 v roce 2014. Ekologický mák je většinou pěstován na malých plochách, v širokých řádcích kvůli regulaci plevelů. Sklízen je ručně a ručně jsou často vyklepávána i semena. Rozšíření pěstování plodiny v ekologickém režimu je limitováno nezbytnou mechanickou regulací plevelů, a pokud jde o přípravky ochrany rostlin, mají ekologičtí zemědělci při výběru k dispozici pouze zlomek z celkového výčtu registrovaných přípravků (Kuchtová, 2013). Pro úpravy a ošetření osiv mohou být vhodné aplikace přípravků obsahujících fytoparaziticky aktivní organismy (Gliorex, Polyversum), sloužící k regulaci patogenů na osivu nebo v půdě (Vašák (ed) a kol., 2010; Pšenička, 2010). Další skupinou přípravků, aplikovatelných na osivo, jsou ty, které, díky obsahu aminokyselin, huminových a další fyziologicky aktivních látek, pozitivně působí na metabolismus rostlin a posilují jejich fitness (Míča, 2016). Pro pěstování v ekologickém režimu bývají pro svoje vlastnosti doporučovány staré krajové odrůdy. Velmi významným faktorem je i zachování biodiverzity a genetické diversity polních plodin. V ČR se na uchovávání starých, krajových, rodinných a podobných odrůd jako společného kulturního dědictví podílí především Gengel o. p. s. (http://gengel.cz/) (Míča, 2016). I přes nižší výnosy, ve srovnání s moderními odrůdami, bývá zdůrazňována ekostabilita starých krajových odrůd, jejich odolnost vůči stresům, chorobám a škůdcům včetně schopnosti efektivního využití dostupných zdrojů živin.

Metodika V roce 2016 byl na demonstračním a pokusném pozemku CZU v Praze založen polní pokus s 9 krajovými odrůdami (tab. 1), které pro výzkumné účely poskytla firma Gengel. Jako kontrola byla užita odrůda Orel, zapsaná v SDO (Seznamu doporučených odrůd, ÚKZÚZ, 2016). Pokusný pozemek se nachází v nadmořské výšce 272-284 m s reliéfem rovinným až mírně zvlněným v mírně výsušné vláhové oblasti, v teplé klimatické oblasti, kde srážkový normál činí 472 mm a průměrná roční teplota 9,3 °C. Půda hlinitá na spraši, půdním typem je černozem. Tab. 1: Uspořádání pokusu Brambory Předplodina Varianty pokusu Krajové odrůdy 9 dle výběru (tab. 2) Příprava půdy Aktivní brány 4. - 5. 4. 2016 7. 4. 2016, ruční secí stroj Setí 1. Gliorex Řádek. 2. TS Osivo Délka řádku: 18 m, Meziřádková vzdálenost: 0,25 m Ošetření osiva: 3. Neošetřené Regulace plevelů: ruční pletí, plečkování a okopávka 4 x za vegetaci, dle potřeby Bloky (šířka v m): A (4), B (4), C (4), D (2) Ošetření proti škůdcům (krytonosec kořenový): Ošetření porostu: Blok B,C: Květa TS 13. 6. Neem Azal ke kořenovým krčkům. Bloky A, B. 13. 6. 2016 Blok A: Neošetřeno 27. 7., 28. 7., 3. 8. a 8. 8. 2016 (Ruský obří) Sklizeň Odrůdy byly sety ve třech řádcích bezezbytkovým ručním secím strojkem. Do 1. řádku bylo seté osivo ošetřené Gliorexem (v dávce 4 g.kg-1) ve 2. řádku pak ošetřené přípravkem TS Osivo (0,1 l.ha-1) a neošetřené osivo jako kontrola ve 3. řádku (tab. 1). Celkem byla délka každého řádku 18 m, meziřádková vzdálenost činila 0,25 m. Celý pokus byl v době prodlužovacího růstu rozdělen na 4 bloky, s délkou řádku v blocích A, B a C 4 m a v bloku C 2 m. Bloky A a B byly ošetřeny proti krytonosci kořenovému postřikem přípravkem Neem Azal (2,5 l.ha-1) přímo ke kořenovým krčkům (počet larev na kořenech činil v průměru 3). Blok B a C byl ošetřen přípravkem Květa TS (0,7 l.ha-1), BBCH máku byla 57–59 (konec prodlužovacího růstu – objevení se nících poupat). Během růstu a vývoje porostu byl sledován počet vzešlých rostlin, stav porostu, zaplevelení, výskyt škůdců a chorob. Ruční sklizeň byla realizována ve 3 termínech v závislosti na ranosti odrůd a zralosti Osivo a sadba, 2. 2. 2017

155

rostlin (tab. 1). Po sklizni byly olámané makovice zváženy a ručně vyklepávány. Při vyklepávání byly odstraněny makovice se znaky chorob (virózy a helmintosporióza). V procentech bylo stanoveno povrchové napadení (černě) a spočítány virózní makovice zcela bez semen či se zakrnělými semeny. Po vyčištění a zvážení semen byly stanoveny složky výnosu standardními metodickými postupy s využitím laboratorního vybavení. Získaná data byla vyhodnocena programem Statgraphics Centurion XVII prostřednictvím analýzy rozptylu (ANOVA) metodou Tukey na hladině významnosti α = 0,05. Tab. 2: Odrůdové složení pokusu. Dny vegetace. Výška porostu ve sklizni Výška (cm) Odrůda PAP Termín sklizně Dnů vegetace Min. Max. Průměr 001 3. 8. 2016 118 90 140 115 Bílý mák I (Pardubicko) 004 8. 8. 2016 123 90 145 118 Ruský obří 007 27. 7. 2016 113 70 110 90 Bílý vanilkový 009 27. 7. 2016 113 90 120 105 Červený (Hejduk) 014 27. 7. 2016 113 90 115 103 Elka White Oilseed 022 27. 7. 2016 113 80 125 103 Bílý mák z Biskoupky 023 27. 7. 2016 113 80 140 110 Bílý mák od Půchova 032 3. 8. 2016 118 90 145 118 RŮŽOVÝ Z DOBRÉ 27. 7. 2016 113 100 115 108 Bílý mák II (od Lanškrouna) 039 2 K02 3. 8. 2016 118 90 145 118 Orel 1 PAP: značení a názvy odrůd ve firmě Gengel. Pořadí odrůd v tabulce odpovídá pořadí na parcele. 2 Kontrolní odrůda ze Seznamu doporučených odrůd (dále SDO), (ÚKZÚZ, 2016). 1

Výsledky a diskuse Z výsledků vyplývají statisticky průkazné rozdíly ve výnosech odrůd máku setého. Lze konstatovat, že výše výnosu je ovlivněna především odrůdou (tab. 3). Jde o známou skutečnost, kterou potvrzuje i Vašák a kol. (2010). Barva semen je pro každou odrůdu typická a proto nepřekvapí, že jde rovněž o statisticky významný faktor. Nepodařilo se ovšem prokázat statisticky významný vliv ošetření osiva na výši výnosu (pouze v interakci s odrůdou), stejně jako zařazení do bloku, v závislosti na ošetření ve vegetaci (ošetření Neem Azalem a Květou S, samostatně či v kombinaci). Srovnáme-li výši výnosů (graf 1, tab. 3), zaznamenáme jako nejvýnosnější kontrolní odrůdu Orel s 1,41 t.ha-1 (K02) z krajových odrůd je pak nejvýkonnější Ruský obří (PAP004) průměrným výnosem všech variant s 1,17 t.ha-1, následován Elka White Oilseed (PAP014) – 0,98 t.ha-1, Růžový z Dobré (PAP032) – 0,98 t.ha-1, pomyslný tandem uzavírá Bílý mák I. z Pardubicka (PAP001). Jmenované odrůdy převýšily svým výnosem průměr všech testovaných odrůd všech variant, který činí 0,92 t.ha-1. Ruský obří je odrůdou dozrávající o 10–14 dní později než většina z testovaných odrůd a o 5 dní později než odrůda Orel. Délka vegetace v pokusu byla ovlivněna extenzitou pěstování. Doba, po kterou trvá fotosyntetická aktivita zelených částí rostlin, ovlivňuje výši výnosu, přesto pozdní odrůda Ruský obří dosáhla o 0,26 t.ha-1 nižší výnos než o 5 dní ranější Orel. Vysvětlením by mohla být kvalita dostupného osiva. Pět z krajových odrůd se projevilo jako výnosově podprůměrné, s výnosem nižším než činil průměr všech odrůd zařazených v pokusu (0,921 t.ha-1). Nejméně výkonnou odrůdou byl Červený (Hejduk) (PAP009) – 0,62 t.ha-1, což je méně než polovina výkonu nejlepší odrůdy (Orel). Při statistickém testování jsme rovněž zjistili, že ošetření rostlin přírodním insekticidem Neem Azal snižuje procento napadení povrchu tobolek černěmi ve srovnání s napadením u neošetřených rostlin 156


(14,5 % proti 20,6 %) ne však statisticky významně (s pravděpodobností 91 %, přičemž testování podle HDS Tukeyho probíhá na 95 % pravděpodobnost). Naproti tomu, ošetření přípravkem TS Květa vykazuje 2 % nárůst pokrytí povrchu makovic černěmi (18,4 % proti 16,4 %), ovšem statisticky nevýznamně. Vysvětlení by bylo lze hledat ve zlepšení výživného stavu rostlin v citlivé fázi počátku tvorby generativních orgánů v možné koincidenci s průběhem počasí. Tab. 3: Vybrané výsledky. Praha 6 – Suchdol, 2016. Bloky A a B Napadení makovic PAP Název odrůdy (Gengel) Procenta povrchu Virózních makovic (%) 001 Bílý mák I. Pardubicko 5,9 ab 2,83 ab 004 Ruský obří 2,9 a 3,34 a 007 Bílý vanilkový 9,7 abc 2,83 a 009 Červený (Hejduk) 45,0 d 7,75 ab 014 Elka White Oilseed 13,8 abc 8,25 ab 022 Bílý mák z Biskoupky 25,4 bcd 7,67 ab 023 Bílý mák od Půchova 28,4 cd 10,60 b 032 Růžový z Dobré 14,2 abc 8,83 ab 039 Bílý mák II od Lanškrouna 20,8 abc 8,58 ab K02 Orel 15,4 abc 5,86 ab Průměr všech 18,1 6,65 Řádek: Ošetření osiva 1 Gliorex 11,5 a 8,15 a 2 TS Osivo 21,4 a 5,63 a 3 Neošetřená kontrola 19,2 a 6,73 a Průměr všech 17,4 6,83 Blok: Ošetření ve vegetaci 0 Bez ošetření 19,0 a 6,41 a 1 Neem Azal 13,6 a 5,88 a 2 TS Květa 15,5 a 7,00 a 3 Azadirachtin + TS Květa 22,2 a 8,07 a Průměr všech 17,6 6,84 Barva semen 0 Bílá 15,8 a 7,06 ab 1 Růžová 29,6 b 8,29 b 2 Modrá 2,64 a 3,43 a 3 Šedá 70,0 b 0,00 ab Průměr všech 29,5 4,70

Výnos (t.ha-1) 0,968 ab 1,170 bc 0,760 ab 0,623 a 0,983 ab 0,860 ab 0,716 ab 0,980 ab 0,751 ab 1,408 c 0,921 0,956 a 0,925 a 0,919 a 0,933 0,896 a 0,993 a 0,945 a 0,891 a 0,931 0,926 ab 0,802 a 1,204 b 0,870 ab 0,950

Existuje statisticky významná souvislost mezi napadením makovic a odrůdou. Vysoké napadení povrchu makovic černěmi koreluje s nízkými výnosy u odrůdy Červený (Hejduk) (PAP009) – 45 %, Bílý mák od Půchova (PAP023) – 28 %, zatímco Bílý mák z Biskoupky (PAP022) dosáhl relativně slušného výnosu 0,86 t.ha-1 při 25 % napadení povrchu sklizených tobolek černěmi.

Závěr Výše výnosu máku setého je ovlivněna odrůdou. Odrůda ze SDO byla výkonnější než ostatní testované odrůdy. Z krajových odrůd by bylo možné hodnotit jako relativně dostatečně výkonné pro extenzivní systémy pěstování Ruský obří, Elke White Oilseed, Růžový z Dobré a Bílý mák I. Pardubicko.


157

Míra napadení povrchu makovic, stejně jako výskyt virózních rostlin (tobolek), je závislá na odrůdě, respektive na náchylnosti (či odolnosti) odrůdy vůči napadení ve stejných podmínkách ročníku. Vliv ošetření osiva a porostu nebyl statisticky významný. Graf 1: Výnos krajových odrůd (t.ha-1), Praha 6 – Suchdol, 2016, (průměry všech bloků a řádků)

Literatura BARANYK P. et al. (2010). Olejniny. Profi Press Praha. GRIFFITH W. (1993). Opium poppy garden. The Way of a Chinese GroverUSA. ISBN 0-914171-67-4 HIRST K. (2014). Opium Poppy - The History of Domestication. Dostupné z: http://archaeology.about.com/od/Domesticated-Plants/fl/Opium-Poppy.htm HRABALOVÁ A. (ed.) (2016). Ročenka/Yearbook 2015 Ekologické zemědělství v České republice. Organic Farming in the Czech Republic. Mze, Praha, 88 s ISBN 978-80-7434-333-9 KUCHTOVÁ P., HÁJKOVÁ M., HAVEL J., KAZDA J., PLACHKÁ E., DVOŘÁK P., (2013). Pěstitelská technologie máku pro ekologické zemědělství. Powerprint, s. r. o. Praha, s. 42. MÍČA L. (2016). Analýza vlivu odrůd a ošetření osiva na vybrané parametry semen máku setého (Papaver somniferum L.). Diplomová práce, KRV, FAPPZ, ČZU v Praze: 71 s. ONDŘEJ M., NESRSTA M., CAGAŠ B., ONDRÁČKOVÁ E. () Možnosti využití půdního pomocného Přípravku GLIOREX v zemědělství. Prezentace, MŠMT 2B06083 PŠENIČKA P. (2010). Kapitola 7 – Osivo máku. In: Mák. Vašák a kol., (2010), p. 103–116. ISBN978-80-904011-8-1. VAŠÁK J. (ed.). 2010. Mák, powerprint, Praha, 352 s. ISBN 978-80-904011-8-1.

Contact address: Perla Kuchtová, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected] 158


VLIV ROČNÍKU NA OBSAH MORFINU V MAKOVINĚ MÁKU SETÉHO (PAPAVER SOMNIFERUM L.) Influence of Year to Morphine Content in Poppy Straw (Papaver somniferum L.) Andrea Rychlá, Viktor Vrbovský, Lenka Endlová OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., pracoviště Opava

Abstract This work solves the annual influence to the morphine content in the poppy straw of edible poppy (Papaver somniferum L.) gene resources. The morphine content was stained in the poppy straw from the multi-year trial, the connected precipitations and day mean temperatures were collected. The whole utilization rate of the alkaloid was deduced using these data. Key words: poppy straw; morphine; gene resources; day temperature; precipitations

Souhrn Práce řeší problematiku ročníkového vlivu na obsah morfinu v makovině genových zdrojů (GZ) máku setého (Papaver somniferum L.). Byl realizován víceletý polní pokus, jehož součástí bylo stanovení množství morfinu v makovině. Zároveň byla shromážděna meteodata - množství srážek a průměrné denní teploty. Z těchto dat byl odvozen dopad na celkovou výtěžnost alkaloidu. Klíčová slova: makovina, morfin, genový zdroj, denní teplota, srážky

Úvod Pěstování máku setého má v České republice mnohaletou tradici. Jeho využití na našem území, ve srovnání s okolním světem, je ale převážně potravinářské. Pěstují se modrosemenné, bělosemenné a okrovosemenné máky pro produkci semene. Dominantním využitím v pekařské a cukrářské výrobě vybočujeme z pohledu ostatního světa, kde je mák pěstován především pro produkci alkaloidů separovaných z makoviny (Baranyk et al., 2010). Některé ze šlechtitelských směrů jsou zaměřeny na tvorbu odrůd se zvýšeným obsahem požadovaných látek. Jsou vyvíjeny odrůdy jak kombinovaného užitkového směru pro produkci semen a současně makoviny se zvýšeným obsahem alkaloidů, tak odrůdy vyloženě technické, u kterých je rozhodující výnos makoviny a velmi vysoký obsah alkaloidů v ní a produkce semen nehraje významnou roli. U nás se pěstují výhradně odrůdy s kombinovanou užitkovostí, sklizená makovina je zpracovávána jako druhotný, přesto ale ceněný produkt. Naše běžně pěstované odrůdy obsahují spíše nižší podíl morfinu (0,5–0,8 %), pěstování máku s vysokým obsahem je poněkud rizikové z důvodu negativního dopadu na jakost semene s potravinářským využitím. Obsah alkaloidů je tedy dán především geneticky, přesto u této plodiny dochází k významným meziročníkovým výkyvům. Zásadní vliv na výnos alkaloidů mají klimatické podmínky roku (Stránská et al., 2013). Snížené množství může být zapříčiněno vyplavením alkaloidů ze zrajících makovic deštěm a kroupami v průběhu července a srpna (Doležalová et al., 2011). Teplo působí na biosyntézu alkaloidů kladně. Jeho vlivem se tvoří méně tuků a více bílkovin, které jsou prekurzory alkaloidů. Výsledkem je zvýšený obsah alkaloidů v makovině (Tatarčíková, 2008). Práce si dává za cíl zhodnotit tyto dopady na množství sklizeného alkaloidu s možnou predikcí výnosu pro pěstitele.


159

Metodika Pro účely získání dostatečného množství dat byla z kolekce máku setého Národního programu konzervace a využití genetických zdrojů rostlin a agrobiodiverzity vybrána core kolekce 198 genových zdrojů (GZ). Ta zahrnovala jak odrůdy modrosemenné, bělosemenné i okrovosemenné; materiály historicky nejstarší i zcela moderní odrůdy; původu domácího i zahraničního. Z pohledu námi řešené problematiky byl kladen důraz na sestavení vysoce variabilní kolekce ve znaku obsahu morfinu v makovině. Interval byl na jednom konci vymezen genotypy nízkomorfinovými (0,15 %), druhý konec pak představoval materiál spíše technický (obsah kolem 2,0 %). S tímto vybraným souborem GZ byl v letech 2012–2015 opakovaně založen maloparcelní pokus na lokalitě Opava. Výsev proběhl standardně v jarním období maloparcelním secím strojem Wintersteiger do mikroparcel 1,25 x 3 m (5 řádků po 25 cm). Hustota výsevku 1,2 kg/ha dlouhodobě vyhovuje pokusným požadavkům. Pokus byl ošetřován podle platné metodiky ÚKZÚZ – herbicidní, případně insekticidní ošetření; fungicidy nebyly používány. Porost nebyl ručně jednocen z důvodu většího přiblížení se realitě provozní praxe. V období plné technické zralosti byl z každého materiálu ručně odebrán vzorek 30 primárních makovic. Ty byly odsemeněny a získaná makovina byla hrubě nadrcena a rozemleta na laboratorním mlýnku Kenwood. Následovala separace přes síto o průměru ok 1 mm. Získaný vzorek byl analyzován na obsah alkaloidů (morfin, tebain) metodou FT–NIR. Měření vzorků probíhalo na spektrometru FT-NIR Antaris II (Thermo Fisher Scientific Inc., USA) na integrační sféře v režimu reflektance ve spektrálním rozsahu 10 000–4 000 cm-1 pomocí softwaru Omnic for Antaris. Vzorky pomleté makoviny byly proměřovány v rotačních, kruhových a kompresních kyvetách o průměru 30 a výšce 15 mm, které jsou opatřeny křemenným dnem, u každého vzorku bylo změřeno 64 scanů s rozlišením 2 cm-1. Souběžně byla na pracovišti shromažďována meteodata ČHMÚ (denní srážky, průměrné denní teploty) za celou dobu pokusu. Jako nejdůležitější období, kdy mohou klimatické faktory nejvýznamněji ovlivňovat množství alkaloidů v makovině, byla odhadem stanovena doba 30–50 dnů před sklizní. V tomto období dochází k syntéze látek v makovici, posléze je jejich tvorba ukončena, makovice zasychá a dochází ke zrání semen. Po ukončení čtvrtého roku hodnocení byla data vyhodnocena v kontextu k průběhu počasí v tomto období. Byla stanovena korelace mezi zjištěnými obsahy morfinu v makovině v jednotlivých ročnících pokusu s cílem potvrdit dominantní vliv genetického základu a porovnat meziročníkové odchylky. V druhé části byly zhodnoceny dopady průběhu počasí před sklizní. Důraz byl kladen na množství srážek v období 50–1 den před sklizní. Snahou bylo určit období, kdy dochází ve větší míře k vyplavování alkaloidů z makoviny. Porovnání sumy teplot 30–1 den před sklizní zmapovalo období z pohledu tvorby a zvyšování výnosu alkaloidů. Závěrem byla predikována citlivá období v závěrečné fázi vegetace a dozrávání máku, jejichž znalost by mohla posloužit ke správnému odhadu dopadu povětrnostních jevů na míru produkce a pro správnou volbu GZ (odrůdy).

Výsledky a diskuse Byl stanoven obsah morfinu v makovině všech 198 testovaných GZ, a to pro pokusné roky 2012-2015. Za toto období byl vyjádřen průměrný obsah morfinu pro jednotlivé materiály. Celkový průměr pokusu činil 0,55 %. Maximální průměrný obsah v kolekci dosažený v tomto období byl 1,59 % a minimální obsah 0,08 %. Byla stanovena meziročníková závislost obsahu alkaloidu kolekce. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1. Tab. 1: Korelace mezi testovanými ročníky pro obsah morfinu 2012 2013 2014 2012 0,401 2013 0,349 0,562 2014 0,472 0,617 0,474 2015 Průměrná korelace za roky 2012–2015 160

2015

0,479 Osivo a sadba, 2. 2. 2017

Mezi všemi testovanými ročníky existuje velmi silná závislost v obsahu morfinu v makovině. Změny ve výnosu jsou dány vnějšími vlivy, zatímco vliv genetického základu je stabilní. Pro ilustraci uvádíme průběh meziročních změn na malé kolekci vybraných GZ (obr. 1).

Obr. 1: Ročníkové změny v obsahu morfinu v makovině pro vybrané GZ Byly stanoveny meziročníkové rozdíly v obsahu morfinu pro jednotlivé GZ. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 2. Tab. 2: Meziročníkové rozdíly obsahu morfinu v makovině (% sušiny) 2012,2013 2012,2014 2012,2015 2013,2014 2013,2015 2014,2015 Průměrný meziročníkový rozdíl Maximální meziročníkový rozdíl

0,006

0,199

0,029

0,193

0,023

-0,170

0,93

1,19

0,89

0,52

0,68

0,83

Byla zpracována tabulka denních meteodat pro množství srážek za zkoumané období 50–1 den před sklizní. Pro potřeby hodnocení byla vyjádřena suma srážek pro jednotlivé dny. Výpočtem korelačního koeficientu pro průměrný ročníkový obsah morfinu a sumu srážek bylo vytipováno období největší citlivosti k vyplavování alkaloidu. V tab. 3 jsou uvedeny korelační koeficienty pro stěžejní úseky celého období. V celém testovaném období byla potvrzena negativní korelace; tedy platí, že důsledkem častějšího výskytu srážek dochází ke snižování obsahu morfinu v makovině. Jako nejzranitelnější období se jeví 8.–10. den před sklizní, tedy doba, kdy jsou semena zralá a makovice začíná schnout. Je třeba ale zdůraznit i fakt, že k poklesu obsahu může dojít i v období předcházejícím, zřejmě ale ne s takovou intenzitou. Testované ročníky 2012–2015 lze dle množství srážek v citlivém období rozdělit do dvou skupin roky 2012,2013 a 2015, kdy suma srážek dosahovala hodnot 0–5 mm – tedy se jednalo o velmi slabý Osivo a sadba, 2. 2. 2017

161

déšť; a rok 2014, kdy v tomto období spadlo kolem 40 mm srážek. Můžeme vyjádřit procentický pokles obsahu morfinu – viz tab. 4. Platí tedy, že pěstitel na základě aktuálních meteodat může predikovat výnos morfinu v makovině. Tab. 3: Korelace mezi obsahem morfinu a množstvím srážek (mm) Počet dnů před sklizní Průměrný obsah morfinu (%) 1 2 6 7 8 9 10 11 14 16 20 25 27 34 45 50

2012

2013

2014

2015

0,61

0,60

0,41

0,58

0,0 0,0 0,3 1,5 1,5 1,5 1,7 1,7 3,2 15,6 17,4 36,8 64,8 68,7 84,7 110,4

0,0 0,1 4,1 4,2 4,2 4,2 5,6 28,7 28,7 28,7 33,4 35,7 35,8 35,9 45,1 45,2

0,0 0,1 3,3 3,5 41,5 42,7 42,8 45,9 46,0 69,0 69,0 69,0 71,5 86,0 128,1 133,1

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 3,6 3,8 4,1 4,1 11,1 19,6 30,1 49,7

Korelace

-0,552 -0,407 -0,352 -0,981 -0,982 -0,977 -0,780 -0,799 -0,895 -0,861 -0,741 -0,508 -0,648 -0,781 -0,666

Tab. 4: Vyjádření procentického úbytku morfinu v důsledku srážek. Srážky v období 8-10 dne 40 mm 0-5 mm

Obsah morfinu (%) 0,41 0,60

% obsahu 68,33 100,00

Stejným způsobem, jako vliv srážek, byl zpracován dopad teplot na akumulaci morfinu v tobolce. Jako testovací období byl zvolen časový úsek 30 dnů až 1 den před sklizní. Byla vyjádřena suma teplot pro dané období a korelace mezi ní a obsahem morfinu. Byla prokázána pozitivní závislost. Panovalo-li teplé a slunečné počasí, obsah morfinu byl vyšší. Citlivým obdobím se zdá doba tři týdny před sklizní, kdy jsou makovice ještě zelené, a alkaloid je syntetizován. Naopak v době 10 a méně dní před sklizní, kdy makovice dozrává (usychá) a alkaloidy se již netvoří, nebyla prokázána souvislost mezi testovanými parametry (tab. 5).

162


Tab. 5: Závislost akumulace morfinu na sumě denních teplot (°C) Počet dnů před sklizní Průměrný obsah morfinu (%) 30 25 22 21 20 19 18 17 15 11 8 4 1

2012

2013

2014

2015

0,61

0,6

0,41

0,58

Korelace

44,8 157,9 215,8 232,8 250,1 264,1 280 295,4 323,6 393,7 442,9 528,3 582,3

33,4 124,2 199,6 218,9 239 258,2 280,2 303 345,7 438,4 488,3 544,9 600,8

38,2 122,9 183,9 202,6 223,8 246,4 267,8 290,1 324,4 404,6 464,6 541,8 594,3

35,8 124,1 188,7 216 241,9 262,8 289,3 315,1 361,6 435,5 486,1 567,9 641,6

0,061 0,456 0,711 0,866 0,928 0,942 0,801 0,559 0,412 0,312 0,088 0,028 0,141

Závěr Na obsáhlé kolekci 198 genových zdrojů máku setého opakovaně sklizeného v polních pokusech v letech 2012-2015, byla prokázána stabilita produkce morfinu v závislosti na genetickém základu rostliny. Významný vliv mají ale také povětrnostní faktory, především vyplavování morfinu z makovic srážkovou činností. Jako nejcitlivější období bylo stanoveno 8–10 dnů před sklizní. Snížení obsahu alkaloidu může být relativně razantní a souvisí s množstvím srážek spadlých v této době. Teplota ovlivňuje množství morfinu pozitivně, a to v době jeho tvorby (cca 21 dnů před sklizní). Ač pěstitel nemůže ovlivnit průběh počasí, může zhodnotit jeho dopad na výnos morfinu, případně volit odrůdu s požadovanými vlastnostmi, které mohou pomoci eliminovat případný vliv počasí.

Poděkování Prezentované výsledky byly získány na základě řešení Národního programu konzervace a využívání genetických zdrojů rostlin a agrobiodiversity.

Literatura BARANYK P. a kol. (2010). Olejniny, Profi Press s.r.o., 2010, s. 81–86. DOLEŽALOVÁ J. a kol. (2011). Vliv vybraných agrotechnických opatření na obsah morfinu u máku setého (Papaver somniferum L.), Sborník odborných seminářů „Mák v roce 2011“, Praha, 2011, s. 94–98. STRÁNSKÁ I. a kol. (2013). Analysis of selected poppy (Papaver somniferum L.) cultivars: Pharmaceutically important alkaloids, Ind. Crops Prod., 41, 2013, s. 120–126. TATARČÍKOVÁ L. (2008). Mák setý – jedna z nejrentabilnějších plodin současnosti, Farmář, 14 (4), 2008, s. 32–33.

Contact address: Andrea Rychlá, Ing. OSEVA VÝVOJ A VÝZKUM s.r.o., pracoviště Opava, Purkyňova 10, 746 01 Opava, E-mail: [email protected]


163

VLIV MOŘENÍ OSIVA NA TVORBU KOŘENOVÉHO SYSTÉMU SÓJI Influence of Seed Treatment on the Formation of the Root System of Soya Pavel Procházka1, Přemysl Štranc2, Jan Vostřel1, Jaroslav Štranc2 1 Katedra rostlinné výroby, FAFFZ, ČZU v Praze 2 ZEPOR+ - zemědělské poradenství a soudní znalectví Žatec

Abstract Seed of soya was before sowing treated by biologically active compounds compounds Lignohumate B (mixture of humic and fulvic acids), Lexin (mixture of humic and fulvic acids enriched by auxins), brassinosteroid (synthetic analogue of natural 24 epibrassinolide) and so-called complete seed treatment (mixture of saturated solution of sucrose, Lexin, Maxim XL 035 FS - fungicide and adjuvant on the base of pinolene). During the growing of soya was observed nodulation, the size of the root system, the size of above-ground biomass, dry matter content of various plant parts, thousand seed weight and yield. The results show that the most effective way to seed treatment was a variant of a "complete seed treatment", which has seen the highest number of nodules, the largest root system and aboveground mass of plants and, consequently, high yield, which was 26 % higher compared to the untreated control. Keywords: soya, seed treatment, root system, nodulation, yield

Souhrn Před výsevem bylo osivo sóji namořeno biologicky aktivními látkami: Lignohumátem B (směs huminových kyselin a fulvokyselin), Lexinem (směs huminových kyselin a fulvokyselin obohacená o auxiny), brassinosteroidem (syntetický analog přírodního 24 epibrassinolidu) a tzv. „komplexním mořením“ (směs nasyceného roztoku sacharózy, Lexinu, fungicidního mořidla Maxim XL 035 FS a pomocné látky na bázi pinolenu Agrovital). V průběhu vegetace byla sledována nodulace sóji, velikost kořenového systému, velikost nadzemní biomasy, obsah sušiny jednotlivých částí rostlin, hmotnost tisíce semen a výnos semen. Z výsledků pokusu vyplývá, že nejefektivnějším způsobem moření osiva byla varianta s „komplexním mořením“, u níž byl pozorován nejvyšší počet hlízek, největší kořenový systém i nadzemní hmota rostlin a následně i vysoký výnos, který byl o 26 % vyšší oproti neošetřené kontrole. Klíčová slova: sója, moření, kořenový systém, nodulace, výnos

Úvod Zdravé a vitální osivo hraje klíčovou roli při úspěšném pěstování všech zemědělských plodin. Vitalita osiva je proto jedním ze základních faktorů ovlivňujících nejen samotnou kvalitu založení porostu, ale i tvorbu kořenového systému a nadzemních orgánů rostlin (Finch-Savage et al., 2010; Pazderů, 2015). Pro podporu zdravotního stavu a vitality osiva se již řadu let využívá, kromě fungicidního a insekticidního moření, také jeho ošetření biologicky aktivními látkami (Procházka et al., 2015a). Moření osiva je proces buď biologický, nebo chemický či mechanický, případně fyzikální, anebo proces tvořený různou kombinací jmenovaných postupů, sloužící ke zmírnění negativního působení různých vnějších nebo vnitřních vlivů, a naopak podporující jeho klíčivost, vitalitu a následně i tvorbu zdravé rostliny se zvýšeným produkčním potenciálem (Khanzada et. al, 2002). Za biologicky 164


aktivní látky lze považovat různé regulátory růstu, enzymy, látky spojené s bioenergetikou rostlin nebo i fotosyntetické pigmenty tvořící bílkovinné komplexy, které se účastní vlastní přeměny energie elektromagnetického záření na energii chemických vazeb (Dřímalová, 2005). Řada biologicky aktivních látek prokázala příznivý vliv i na klíčení semen a následný růst rostlin sóji luštinaté. Podle některých autorů velmi příznivě působily biologicky aktivní látky založené na směsi syntetických auxinů, huminových kyselin a fulvokyselin. Značně podobnou účinnost vykazovaly v mnoha pokusech použité syntetické analogy některých brassinosteroidů, které pozitivně interagují s auxiny. Pokusy probíhající ve druhé polovině 20. století prokázaly pozitivní vliv zejména auxinových přípravků na klíčení semen a následný vývoj mladých rostlin (Kohout, 2001; Procházka et al., 2016). Mezi nejkvalitnější humáty patří Lignohumát, resp. Lignohumát B, což je kapalný přípravek založený na bázi humusových kyselin, vznikající v procesu organické transformace odpadu při zpracování dřeva. Obsahuje aktivní části huminového spektra, a to směs huminových kyselin a fulvokyselin v poměru 1:1, které pozitivně ovlivňují řadu biochemických a fyziologických procesů rostlin a pozitivně působí i na samotnou půdu (Tomášek et al., 2013; Procházka et al., 2015a). Humusové kyseliny pomáhají mimo jiné zvýšit nejen dostupnost, ale i vlastní příjem, distribuci a asimilaci zejména živin rostlinou (Chen et al., 2004; Dobbss et al., 2007). Přípravky, které obsahují mimo humátů i fytohormony, popřípadě i další látky vykazující hormonální aktivitu, stále více získávají na popularitě jak v zemědělství, tak i zahradnictví (Zhang, Ervin, 2004; Procházka et al., 2015a). Z těchto přípravků se nejen v pokusech, ale i v praxi osvědčil například Lexin, což je kapalný koncentrát huminových kyselin, fulvokyselin a auxinů. Vykazuje zejména pozitivní vliv na dělení buněk, dlouživý růst, tvorbu cévních svazků, zakládání a růst kořenů, lignifikaci a další anatomickomorfologické vlastnosti a znaky rostlin. Finálním efektem je pak jejich vyšší produktivita, a to nejen z hlediska kvantity, ale často i kvality (Procházka et al., 2015b; Adamčík et al., 2016). Dalšími příznivě působícími biologicky aktivními látkami jsou brassinosteroidy, které náleží do skupiny fytohormonů steroidního typu. Tyto hormony zvyšují odolnost rostlin ke stresům, hlavně k suchu, nízkým nebo naopak vysokým teplotám apod. Zvyšují rovněž odolnost rostlin vůči zasoleným půdám. Bylo však i prokázáno, že podporují tvorbu a růst kořenů (Anuradha et al., 2007; Procházka et al., 2015c).

Metodika Pokus byl založen za účelem zjištění vlivu moření osiva sóji biologicky aktivními látkami na tvorbu kořenového systému, nadzemní biomasy, aktivitu symbiotických bakterií a výnos sóji. V pokusu byly použity tyto biologicky aktivní látky: Lignohumát B – (LIG) směs huminových kyselin a fulvokyselin v poměru 1 : 1; Lexin – (LEX) koncentrát huminových kyselin, fulvokyselin a auxinů; Brassinosteroid – (BRS) v pokusu byla použita substance pod označením 4154, tj. naředěný syntetický analog přírodního 24 epibrassinolidu (2α,3α,17β-trihydroxy-5α-androstan-6-on), který je dále uveden jen jako brassinosteroid; „Komplexní moření“ – (COM) směs nasyceného roztoku sacharózy, Lexinu, fungicidního mořidla Maxim XL 035 FS a pomocné látky na bázi pinolenu Agrovital. Lexenzym - (LEXZ) koncentrát huminových kyselin a fulvokyselin obohacený o prekurzory fytohormonů, vitamíny a enzymy. Pro pokus byla použita velmi raná odrůda Merlin. K moření osiva bylo přistoupeno vždy bezprostředně před jeho výsevem, podle schématu uvedeného v tab. 1. Výsevek odrůdy Merlin byl jednotný, a to 68 semen/m2. Ve všech případech (u všech variant) bylo osivo při procesu moření inokulováno přípravkem Nitrazon+. Jako kontrolní neošetřená varianta (UTC) bylo zvoleno osivo, které bylo pouze inokulováno, nikoliv mořeno. Pokus byl založen metodou dlouhých dílců, v katastrálním území obce Studeněves (50°13'50''N, 14°2'54''E), v nadmořské výšce 306 m. Každá varianta měla tři opakování o velikosti 0,1 ha. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

165

Z pedologického hlediska se jednalo o kambizem arenickou na karbonátové svahovině, středně těžkou až lehčí. Průměrná roční teplota vzduchu pokusného stanoviště je 8–10 °C a průměrný roční úhrn srážek se pohybuje mezi 450–550 mm. Pro všechny pokusné varianty sóji byla zvolena jednotná pěstitelská technologie, která je uvedena v tab. 2. Předplodinou na zvoleném pozemku byla pšenice ozimá. Tab. 1: Schéma moření osiva sóji jednotlivých variant Přípravek Lignohumát B (LIG) Lexin (LEX) Brassinosteroid (BRS) „Komplexní moření“ (COM)

Lexenzym (LEXZ) Kontrola (UTC)

Dávkování na 20 kg osiva 25,7 ml 6,5 ml 2,2 ml substance 4154 nasycený roztok sacharózy 6,5 ml Lexin 10 ml Agrovital 20 ml Maxim XL 035 FS 6,5 ml ošetřena pouze vodou

Tab. 2: Pěstitelská technologie pokusu Termín

Operace

říjen 2015

19. 4. 2016

podmítka disky (12 cm) kypření (15 cm) prohlubování (30 cm) hnojení (200 kg/ha NPK 15) předseťová příprava 2 x kompaktor na 6 a 4 cm moření osiva, inokulace a setí pokusů

21. 4. 2016

ošetření PRE Plateen 41,5 WG (2,0 kg/ha)

27. 5. 2016

ošetření POST herbicidem Refine 75 WG (15 g/ha)

13. 6. 2016

ošetření POST graminicidem Fusilade Forte (0,5 l/ha)

10. 2016

sklizeň pokusů

říjen 2015 březen 2016 15. a 17. 4. 2016

Vliv biologicky aktivních látek na tvorbu kořenového systému byl zkoumán ve fázi BBCH 75, tedy v době, kdy by měl být kořenový systém již mohutnější a plně aktivní s dostatečným množstvím hlízek poutajících vzdušný dusík. Z každé varianty a každého opakování bylo (13.7.2016) odebráno 15 rostlin tak, že každá rostlina byla ze stran a odspodu podkopána a následně z ní co nejšetrněji odpreparována zemina tak, aby se kořenový systém téměř nepoškodil. Na kořenech byl nejprve sledován počet hlízek. Následně byl kořenový systém v oblasti kořenového krčku oddělen od rostliny a zvážen v čerstvém stavu. Potom byly kořenové systémy rostlin usušeny (24 h při 105 °C) a opět zváženy. Tím jsme získali hmotnosti kořenových systémů a jejich sušinu. Na konci vegetačního období byl vyhodnocen výnos semene z jednotlivých variant.

166


Výsledky Z grafu 1 je patrné, že moření osiva sóji biologicky aktivními látkami výrazně zvýšilo počet aktivních hlízek na kořenech rostlin u všech pokusných variant. Největší nodulaci jsme však zaznamenali u rostlin varianty „komplexní moření“ (zvýšení o 100 % oproti kontrole).

UTC – neošetřená kontrola; LIG – mořeno Lignohumátem B; BRS – mořeno brassinosteroidem LEX – mořeno Lexinem; COM – mořeno komplexním mořením; LEXZ – mořeno Lexenzymem

Graf 1: Průměrný počet hlízek na 1 rostlinu sóji u jednotlivých variant (13. 7. 2016) Rozborem odebraných rostlin sóji jsme zjistili, že nejrozvinutější kořenový systém měly rostliny (ve fázi BBCH 75) varianty „komplexní moření“. Kořenový systém rostlin této varianty měl o 47 % vyšší hmotnost oproti kořenovému systému rostlin neošetřené kontroly. Obecně lze však uvést, že všechny v našich pokusech aplikované biologicky aktivní látky měly výrazně pozitivní vliv na tvorbu kořenového systému sóji (graf 2). Velmi pozitivní vliv sledovaných látek jsme zaznamenali rovněž na nadzemní části sóji, neboť rostliny varianty „komplexní moření“ měly o více než 36 % vyšší hmotnost oproti rostlinám neošetřené kontroly.

Graf 2: Průměrná hmotnost kořene rostliny sóji v čerstvém stavu (13. 7. 2016)


167

Graf 3: Průměrná hmotnost nadzemní části rostliny sóji v čerstvém stavu (13. 7. 2016) Tab. 3: Obsah sušiny v odebraných rostlinách sóji (13. 7. 2016) nemořená kontrola (UTC) mořeno Lignohumátem B (LIG) mořeno Lexinem (LEX) mořeno brassinosteroidem (BRS) mořeno "komplexním mořením" COM) mořeno Lexenzymem (LEXZ)

Obsah sušiny v % Nadzemní část Lořen 20,1 23,4 20,3 23,9 20,2 25,1 20,9 23,7 20,8

25,7

22,5

25,8

Z údajů tab. 3 je zřejmé, že moření osiva sóji biologicky aktivními látkami, zejména těmi, které obsahují auxiny, má značně pozitivní vliv nejen na velikost kořenového systému rostlin, ale také na obsah sušiny.

Graf 4: Výnos semene sóji (přepočítáno na vlhkost 13 % při sklizni 1. 10. 2016)

168


U jednotlivých variant byl při sklizni sledován výnos semene. Z dosažených výsledků je patrné, že všechny biologicky aktivní látky významně podpořily tvorbu výnosu (graf 4). Nejvyšší výnosy poskytly varianty mořené biologicky aktivními látkami obsahujícími buď auxiny (Lexin – výnos 4,043 t/ha, „komplexní moření“ – výnos 3,985 t/ha) nebo jejich prekurzory (Lexenzym – výnos 4,051 t/ha).

Závěr Z výsledků pokusu zkoumajícího vliv moření osiva sóji biologicky aktivními látkami na tvorbu kořenového systému, jehož kvalita je jedním ze základních předpokladů pro dosažení vysokého výnosu semene vyplývá, že všechny použité přípravky podpořily oproti kontrole nejen nárůst kořenů, ale i nodulaci. Tyto skutečnosti pak pozitivně ovlivnily produkční stav porostů variant ošetřených těmito látkami a následně i jejich výnosy. Nejefektivněji působící variantou moření bylo „komplexní moření“ (směs Lexinu, nasyceného roztoku sacharózy, fungicidního mořidla a pomocné látky na bázi pinolenu). Velmi dobrých výsledků však bylo dosaženo i po aplikaci přípravků Lexenzym a Lexin, kde byl dosažen nejvyšší výnos.

Literatura ADAMČÍK J., TOMÁŠEK J., PULKRÁBEK J., PAZDERŮ K., DVOŘÁK, P. (2016). Stimulation sorghum seed leading to enlargement of optimum conditions during germination and emergence Plant, Soil and Environment, 62. 547–551. ANURADHA S., RAO S. S. R. (2007). The effect of brassinosteroids on radish (Raphanus sativus L.) seedlings growing under cadmium stress. Plant, Soil and Environment, 53, 465–472. DOBBSS L. B., MEDIC, L. O., PERES L. E. P., PINO-NUNES L. E., RUMJANEK V. M., FAÇANHA A. R., CANELLAS L. P. (2007). Changes in root development of Arabidopsis promoted by organic matter from oxisols. Annals of Applied Biology, 151, 199–211. DŘÍMALOVÁ D. (2005). Růstové regulátory v řasách. Czech Phycology, 5, 101–112. FINCH-SAVAGE W. E., CLAY H. A., LYNN J. R., MORRIS K. (2010). Towards a genetic understanding of seed vigour in small-seeded crops using natural variation in Brassica oleracea. Plant science 179.6, 582–589. CHEN Y. , CLAPP C.E. , MAGEN H. (2004). Mechanisms of plant growth stimulation by humic substances. the role of organo-iron complexes. Soil Science and Plant Nutrition, 50, 1089–1095. KOHOUT L. (2001). Brassinosteroidy. Chemické listy, 95, 583. KHANZADA K. A., RAJPUT M. A., SHAB G. S., LODHI M., MEHBOOB F. (2002). Effect of seed dressing fungicides for the control of seed borne of mycoflora of beat. Asia journal of plant sciences, 1, 4, 441–444. PAZDERŮ K. (2015). Seed Research and Seed Production in the Czech Republic and in the World. In: Proc. Seed and Seedlings XII. Scientific and Technical Seminar 5. 2. 2015, Praha, 51–55. PROCHÁZKA P., ŠTRANC P., PAZDERŮ K., ŠTRANC J., JEDLIČKOVÁ M. (2015a). The possibilities of increasing the production abilities of soya vegetation by seed treatment with biologically active compounds. Plant, Soil and Environment, 61. 279–284. PROCHÁZKA P., ŠTRANC P., KŘÍŽ J., ŠTRANC J. (2015b). Vliv moření osiva biologicky aktivními látkami při zakládání semenářských porostů na vitalitu vyprodukovaných semen In. Seed and Seedlings XII. Scientific and Technical Seminar 5. 2. 2015, Praha, 114–119. PROCHÁZKA P., ŠTRANC P., KUPKA I., ŠTRANC J., PAZDERŮ K. (2015c). Forest seeds treatment by brassinosteroids to increase their germination under stressful conditions. Journal of forest science, 61. 291–296 PROCHÁZKA P., ŠTRANC P., PAZDERŮ K., ŠTRANC J. (2016). The influence of pre-sowing seed treatment by biologically active compounds on soybean seed quality and yield. Plant, Soil and Environment, 62. 497–501. TOMÁŠEK J., DVOŘÁK P., CIMR J. (2013). Improvement of Potato Tuber Seed Production in Organíic Growing Systém. In: Proc. Seed and Seedlings XI. Scientific and Technical Seminar 7. 2. 2013, Praha, 63-67. ZHANG X., ERVIN E.H. (2004). Cytokinincontaining seaweed and humic acid extracts associated with creeping bentgrass leaf cytokinins and drought resistance. Crop Sci., 44, 1737–1745.

Contact address: Ing. Pavel Procházka, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]


169

PĚSTOVÁNÍ TOLICE DĚTELOVÉ NA SEMENO Seed Production of Medicago lupulina L. Daniela Knotová1, Jan Pelikán1, Jiří Skládanka2 1 ZV Troubsko 2 ÚVZP AF MENDELU v Brně

Abstract In 2015, the experiment with the cultivation of Medicago lupulina L. was founded. The experiment was located on two sites Troubsko and Vatin. Growths were set in to two variants (the cover crop and monoculture), were tested two row distances (12.5 cm and 25 cm) and two variants of sowing rate and two variants of agrotechnical interventions during vegetation (lugging and variant without agrotechnical interventions). The seed was harvested in 2016. The seeding parameters were evaluated. Key words: seed, Medicago lupulina, yields

Souhrn V roce 2015 byl založen pokus s pěstováním tolice dětelové na semeno. Experiment byl umístěn na dvě lokality Troubsko a Vatín. Porosty byly založeny do dvou variant (v krycí plodině a v čistosevu), zkoušeny byly dvě řádkové rozteče (12,5 a 25 cm), dvě varianty výsevku a dvě varianty ošetření během vegetace (vláčení odplevelovacími prutovými branami a neošetřovaná kontrola). Sklizeň semene proběhla v roce 2016. Byly zjišťovány výnosy semene a jeho osivové parametry.) Klíčová slova: osivo, tolice dětelová, výnosy

Úvod Tolice dětelová (Medicago lupulina L.) je jednoletý až dvouletý, výjimečně víceletý druh z čeledi Fabaceae. Jedná se o drobnější bylinu s poléhavými, případně vystoupavými, poněkud hranatými a obrvenými lodyhami, dorůstajícími do výšky 30–60 cm. Plodem je jednosemenný, vzácněji dvousemenný lusk. Lusky jsou ledvinovité, černě zbarvené (Pelikán, Hýbl a kol., 2012). Semeno je zelenavě žluté až hnědé, vejčitého tvaru, pevně uzavřeno v lusku, proto je nutno po sklizni semena drhlíkovat (Pelikán a Hofbauer, 2002). Délka semen je 1,5 mm a šířka 1 až 1,5 mm. Hmotnost tisíce semen je 1–2 g. Tolice dětelová je poměrně raná, převážně cizosprašná plodina. Kromě pěstování na píci na chudších půdách, kde se výnosnějším jetelovinám nedaří, je tolice dětelová používána do různých pícních směsek, především pastevních, kde zabezpečuje vyplnění spodního patra. Dobře snáší sešlapávání a spásání (Kobes, 2012). Je rovněž cennou komponentou porostů vytrvalých a dočasných luk. Dále nachází uplatnění především v prořídlých porostech na mezotrofních půdách. Je také vhodnou plodinou na zelené hnojení v čisté kultuře, popřípadě ve směskách s jetelem plazivým nebo hybridním. V půdě zanechává velké množství organické hmoty, proto působí příznivě na úrodnost půdy. V poslední době nachází poměrně velké uplatnění ve směskách k ozeleňování sadů a vinohradů. Je taktéž významnou medonosnou plodinou. Lze ji použít také do trávníkových směsí. Nejlépe se jí daří na teplejších stanovištích s dostatkem vláhy (Pelikán a kol., 2016). Sucho snáší dobře, avšak podstatně omezuje, až zastavuje růst. Roste dobře i na chudších půdách s dostatkem vápníku. Je to rostlina se střední rezistencí vůči mrazům (Brandsæter a kol., 2002) V České republice je v současné době registrována odrůda Ekola. 170


Metodika V roce 2015 byl na lokalitách Troubsko a Vatín vyset bezezbytkovým secím strojem Oyord polní pokus s tolicí dětelovou na semeno. Lokalita Troubsko patří do mírně suché řepařské oblasti s nadmořskou výškou 270 m n.m., průměrný roční úhrn srážek je 512mm a průměrná roční teplota je 9,4°C. Výzkumná stanice Vatín leží v nadmořské výšce 560 m n.m., průměrný roční úhrn srážek je 617 mm a průměrná roční teplota je 6,9 °C. Pokus byl založen metodou znáhodněných bloků ve čtyřech opakováních. Varianty se lišily způsobem založení porostu (čistosev a krycí plodina), velikostí výsevku (15 a 10 kg.ha-1), šířkou řádků (12,5 a 25 cm) a dále způsobem ošetření porostu během vegetace (neošetřené a vláčené na jaře prutovými branami). Semeno bylo sklizeno 19. 7. 2016 sklízecí mlátičkou Sampo, porost byl před sklizní desikován přípravkem Reglone.

Výsledky a diskuse Podle tabulky 1 byly ve výnosech semene zjištěny statisticky průkazné rozdíly jak mezi lokalitami, tak při různých způsobech zakládání a ošetřování porostu a také při různé velikosti výsevku. V Troubsku se výnosy pohybovaly od 165,50 do 332,75 kg.ha-1 a ve Vatíně od 165,33 do 988,67 kg.ha-1. Tab. 1: Výnosy semene tolice dětelové v kg.ha-1

Řádky

Výsevek

Výnos semene Troubsko Vatín -1 kg.ha poř. kg.ha-1 poř.

Krycí plodina

12,5 cm poloviční

203,75cd

12

196,67i

15

bez ošetření

12,5 cm plný

194,25cd

13

277,33hi

13

hi

Krycí plodina vláčení

25 cm

poloviční

168,0

15

290,00

11

25 cm

plný

165,50d

16

385,33gh

10

hi

12

hi

14

fgh

9

i

12,5 cm poloviční 12,5 cm plný 25 cm 25 cm

Čistosev bez ošetření

plný

12,5 cm plný 25 cm

vláčení

poloviční

12,5 cm poloviční 25 cm

Čistosev

d

poloviční plný

12,5 cm poloviční 12,5 cm plný 25 cm 25 cm

poloviční plný

ab

310,75

a

316,00

ab

306,00

3 2 4

285,33 261,33 420,00

332,75

a

1

165,33

16

226,25cd

8

722,67bc

4

ab

3

ab

2

a

1

efg

8

cde

6

bcd

5

def

7

d

179,00

cd

208,50

cd

205,50

abc

263,50

bcd

234,75

cd

207,75

bcd

233,75

14 9 11 5 6 10 7

854,67 862,67

988,67 542,67 614,67 708,67

559,33

DT (0,05):

77,42

159,19

DT (0,01):

111,24

230,67

Na lokalitě Troubsko byl nejvyšší výnos dosažen u vláčené varianty po krycí plodině při řádcích 25 cm a plném výsevku (graf 1). Dále následovaly zbývající tři varianty při stejném způsobu založení a stejném ošetření. Naopak na lokalitě Vatín byl nejvyšší výnos dosažen u neošetřené varianty při Osivo a sadba, 2. 2. 2017

171

založení v čistém výsevu při šířce řádků 25 cm a plném výsevu. Také v tomto případě následovaly zbývající tři varianty při stejném způsobu založení a stejném ošetření. Velice dobrých výnosů na této lokalitě bylo dosaženo u všech vláčených variant založených bez krycí plodiny. Bohužel nejsou známy žádné výsledky z podobných experimentů s tolicí dětelovou ani v ČR, ani ze zahraničí. Takže nelze porovnávat získané semenářské výsledky s jinými. V tabulce 2 jsou znázorněny hodnoty HTS. V Troubsku se HTS pohybovala od 1,61 do 1,83 g a nejvyšší byla dosažena u neošetřené varianty založené v krycí plodině v řádcích 25 cm při plném výsevku. Ve Vatíně se pohybovala od 1,49 do 1,74 g a nejvyšší byla dosažena u neošetřené varianty při řádcích 12,5 cm a polovišním výsevku. Obecně lze konstatovat, že HTS ve Vatíně byla nižší oproti Troubsku a vyšší hodnoty byly zaznamenány na obou lokalitách ve variantách zakládaných v krycí plodině. Tab. 2: Porovnání dosažené HTS mezi lokalitami a při různých způsobech zakládání a ošetřování Varianta Krycí plodina bez ošetření

Krycí plodina vláčení

Řádky

12,5 cm poloviční 12,5 cm plný

bez ošetření

vláčení

1,74a

1

7

1,62

de

8

ab

4

1,83a

2

1,69

25 cm

plný

1,83a

1

1,73ab

2

6

1,68

bc

6

ab

3

12,5 cm poloviční

1,83a

12,5 cm plný

1,83a

3

1,70

25 cm

1,82a

8

1,68bc

5

5

cd

7

f

12

fg

15

poloviční plný

12,5 cm poloviční

1,83a 1,64bc

12

1,63

1,55

12,5 cm plný

1,68b

9

1,53

25 cm

1,66bc

11

1,49g

16

13

f

13

ef

10

f

poloviční plný

12,5 cm poloviční

1,64bc 1,61c

16

1,55 1,57

12,5 cm plný

1,63bc

15

1,55

11

25 cm

1,64bc

14

1,54fg

14

10

ef

25 cm DT (0,05): DT (0,01):

1,82a

4

poloviční

25 cm Čistosev

1,83a

Vatín g poř.

25 cm

25 cm Čistosev

Výsevek

HTS Troubsko g poř.

poloviční plný

1,67b 0,05 0,07

1,57

9

0,05 0,07

Na grafech 2–5 je znázorněn průběh počasí na sledovaných lokalitách v letech 2015 a 2016. Rok 2015 byl poznamenán nižšími srážkami oproti dlouhodobému průměru lokality v měsících duben až červenec, září a listopad až prosinec. Teploty nevykazovaly výrazné odchylky od normálu. V roce 2016 se projevil nedostatek srážek v období květen až červen a i v tomto roce teploty nevykazovaly výrazné odchylky od normálu s výjimkou měsíce února, který byl oproti normálu výrazně teplejší. Při porovnání průběhu srážek mezi lokalitami je zřejmé, že na lokalitě Vatín spadlo v průběhu vegetace více srážek než v Troubsku. Ve Vatíně byly výnosy semene až dvojnásobné oproti Troubsku. Dá se usuzovat, že v sušších podmínkách měla dobrý vliv na následnou plodinu krycí plodina, která v roce založení porostu vytváří příznivé mikroklima pro růst a vývoj vyseté jeteloviny. 172


1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

Troubsko Vatín

Graf 1: Srovnání výnosů semene (kg.ha-1) mezi zkoušenými variantami a mezi zkoušenými lokalitami

Graf 2: Průběh počasí v roce 2015 – lokalita Troubsko


173

Graf 3: Průběh počasí v roce 2016 – lokalita Troubsko

Graf 4: Průběh počasí v roce 2015 – lokalita Vatín

Graf 5: Průběh počasí v roce 2016 – lokalita Vatín 174


Závěr Tolice dětelová je perspektivní jednoletá až dvouletá plodina vhodná ke krmení polygastrů nebo monogastrů v čerstvém stavu či konzervovaném, kterou lze úspěšně pěstovat na chudších půdách, kde běžné výnosnější plodiny špatně rostou. Dále je velmi vhodnou komponentou do jetelovinotravních směsí, a to především pastevních, protože velmi dobře snáší ušlapávání a spásání. Aby mohla být tolice dětelová využívána ve větší míře, je potřeba dobře zvládnout její pěstování na semeno. Pro její pěstování lze doporučit vysévat porosty do řádků 25 cm při výsevku 15 kg.ha-1, v sušších oblastech je dobré založit porost do krycí plodiny, v srážkově bohatších oblastech je možné porost vysévat bez krycí plodiny. Při dvouletém pěstování je dobré porost na jaře povláčet prutovými branami a tím přerušit rozrůstání plevelů v porostu, kořenům tak dodat kyslík pro jejich lepší vývoj a rostlinám ulevit od utužení půdy.

Poděkování Výsledky byly dosaženy při řešení projektu NAZV QJ1510121 Inovace postupů zakládání, ošetřování a ochrany semenářských porostů víceletých pícnin.

Literatura BRANDSÆTER L., O., OLSMO A., TRONSMO A., M., FYKSE H. (2002). Freezing resistance of winter annual and biennial legumes at different developmental stages. doi:10.2135/cropsci2002.4370 KOBES M. (2012). Sestavování jetelovinotravních směsí. Zemědělec, URL: http://zemedelec.cz/sestavovanijetelovinotravnich-smesi-2/ PELIKÁN J., HOFBAUER J. (2002). Netradiční jeteloviny, jejich význam a pěstování. Úroda 5, roč. 2002, ISSN 0139-6013 PELIKÁN J., KNOTOVÁ D., HOFBAUER J. (2016). Méně známé druhy zemědělských plodin. Zemědělský výzkum spol. s r. o. Troubsko, 2016, 194–196 s. ISBN 978-80-88000-06-8 PELIKÁN J., HÝBL, M. (2012). Rostliny čeledi Fabaceae LINDL. (bobovité) České republiky. Zemědělský výzkum spol. s r. o. Troubsko, 2012, 127–129s. ISBN 978-80-905080-2-6

Contact address: Ing. Daniela Knotová, Ph.D. Zemědělský výzkum spol. s r. o., Zahradní 1, 664 41 Troubsko, E-mail: [email protected]


175

VLIV OBALOVÁNÍ OSIV VOJTĚŠKY NA JEJICH VZCHÁZIVOST Effect of Seed Pelleting on Lucerne Seed Emergence Josef Hakl, Martin Pisarčik, Jaromír Šantrůček KPT ČZU v Praze

Abstract The seed pelleting can decrease a seed emergence. The aim of this study was to investigate an effect of lucerne pelleting and non-pelleting seeds on emergence of seed in relation to a thousand seed weight (TSW). The emergence of germinated seeds was evaluated in greenhouse experiment about two commercial pelleting seeds and one non-pelleting seed in chernozem soil, 14 days after sowing. TSW of non-pelleting seed was 1.88 g and seed emergence was 69 %. Pelleting seeds reached TSW 2.43 and 3.74 g, when seed emergence was 68 % and 62 %, respectively. There was negative correlation between weight of thousand seed and emergence (r = -0.36) in this experiment. Within lucerne pelleted seeds, the TSW over 3 g indicates too large amount of pelleting material which shows increasing of potential risk for reduction of field emergence. Keywords: forage, alfalfa, emergence, thousand seed weight

Souhrn Obalování osiv představuje obecně riziko pro snížení jeho vzcházivosti. Cílem této práce proto bylo testovat vliv použití obalovaných a neobalovaných osiv vojtěšky seté na vzcházivost osiva ve vztahu k hmotnosti tisíce semen (HTS). Vzcházivost klíčivých semen byla hodnocena ve skleníkovém pokusu u dvou obalovaných a jednoho neobalovaného osiva vojtěšky v černozemní půdě po 14 dnech od výsevu. U neobaleného osiva byla HTS 1,88 g a vzcházivost 69 %, zatímco u obalovaných byla HTS 2,43 a 3,74 g při vzcházivosti 68 a 62 %. U testovaných osiv byla zaznamenána negativní korelace mezi HTS a vzcházivostí osiva (r = - 0,36). HTS nad 3 g u obalovaných osiv vojtěšky tak ukazovala na velké množství obalového materiálu na osivu a indikovala potenciální riziko snížené polní vzcházivosti osiva. Klíčová slova: pícniny, vojtěška, vzcházivost, hmotnost tisíce semen

Úvod Výběr vhodné odrůdy a kvalita osiva mají u všech polních plodin pro úspěšné zakládání porostů velký význam. U víceleté vojtěšky seté je však důraz na úspěšné založení porostu ještě vyšší s ohledem na skutečnost, že chyby při založení porostu se přenášejí do dalších let. Vzcházivost osiva vojtěšky je významně ovlivněna vnějšími faktory, ke kterým patří fyzikálně-chemické vlastnosti půdy a především hloubka setí. Jak uvádějí Klesnil et al. (1965), u vojtěšky lze za optimální hloubku setí považovat 1-2 cm v závislosti na půdním druhu. Povrchové, ale i nadměrně hluboké setí je příčinou významného snižování vzcházivosti, což potvrzují Klesnil et al. (1965) i Townsend (1992). Podle Nelsona et al. (1998) jsou hlavní faktory ovlivňující vzcházivost a počáteční přežívání semenáčků vojtěšky především kontakt osiva s půdou a výskyt chorob či škůdců. Vnitrodruhová konkurence se začíná negativně projevovat až později při dalším vývoji porostu. Vnitřní faktory, ovlivňující vzcházivost osiva vojtěšky, tvoří především kvalitativní parametry použitého osiva. Vzcházivost osiv vojtěšky je z vnitřních parametrů osiva ovlivněna především klíčivostí a HTS, kdy zvyšující se hodnoty klíčivosti a HTS zvyšovaly celkovou vzcházivost (Hakl et al., 2011). Pazderů (2009) dále obecně uvádí vitalitu osiva a energii klíčivosti jako další významné 176


charakteristiky kvality osiva. Specifický parametr u osiva vojtěšky (i obecně jetelovin) představuje také podíl tvrdoslupečných semen. V současné době jsou jako cesta pro efektivnější zakládání porostů často propagována obalovaná osiva vojtěšky, zajišťující dostatek makro a mikroprvků i inokulaci osiva. Obalování osiv však obecně představuje riziko pro zpomalení vzcházivosti v důsledku pomalejšího pronikání vody přes obalové vrstvy osiva. Cílem tohoto příspěvku bylo posoudit vliv použití technologie obalování osiva na vzcházivost vojtěšky seté u komerčně dostupných osiv.

Metodika V testech byla použita tři komerčně dodávaná osiva vojtěšky: neobalované (česká odrůda) a dvě obalovaná osiva (zahraniční odrůdy). Deklarovaná klíčivost použitých osiv byla 80 %, přičemž podle vyhlášky 384/2006 Sb. je u vojtěšky seté tolerován maximální podíl tvrdých semen do 40 % a tato semena se do uvedeného množství připočítávají ke klíčivým. Vzcházivost osiv vojtěšky byla hodnocena ve skleníkovém pokusu v černozemní půdě na přelomu května a června 2016. Vzcházivost za 14 dnů od výsevu při hloubce výsevu 1 cm byla testována u každého osiva, vždy v osmi opakováních po 100 semenech. Pro každých 100 semen v opakování byla vždy stanovena i jejich hmotnost. Hodnoty vzcházivosti v % jsou vypočteny z relativních hodnot (relativní vzcházivost = % vzešlých rostlin z vysetých klíčivých semen). Při výpočtu relativní klíčivosti byla pro všechna osiva použita hodnota deklarované průměrné klíčivosti vzorku osiva. Vzorky osiv byly mezi sebou porovnávány v testovaných parametrech pomocí jednofaktorové analýzy rozptylu. Vztah mezi vzcházivostí a hmotností tisíce semen byl vyhodnocen jednoduchou korelační analýzou s výpočtem Pearsonova korelačního koeficientu. Statistická vyhodnocení byla provedena v programu Statistica 13.0.

Výsledky a diskuse V tabulce č. 1 jsou uvedeny průměrné hmotnosti tisíce semen a vypočtená vzcházivost klíčivých semen vojtěšky u testovaných osiv. Patrné jsou zejména statisticky významné rozdíly mezi HTS jednotlivých osiv, rozdíly ve vzcházivosti byly průkazné na hladině 82 %. Příčinou nižší hladiny průkaznosti byla především vyšší variabilita mezi jednotlivými opakováními v rámci každé testované odrůdy, což ilustruje i graf 1 při třídění podle HTS. Tab. 1: Hmotnost tisíce semen (HTS) a relativní vzcházivost klíčivých semen vojtěšky v černozemní půdě (písmenné indexy vyjadřují rozdíly dle Tukey HSD, P < 0,05) Osivo

HTS (g)

Vzcházivost (v % z klíčivých semen)

neobalené

1,88a

69

obalené A

2,43b

68

obalené B

3,74c

62

< 0,001

0,181

p-value Hmotnost tisíce semen

Dosahované hodnoty HTS u vojtěšky seté se obecně pohybují v rozmezí od 1,8 do 2,3 g (Klesnil et al., 1965). V experimentu s osivy českých odrůd vojtěšky seté kolísala HTS osiv od 1,77 do 2,29 g s průměrnou hodnotou 2,01 g (Hakl et al., 2011), což tedy lze pokládat za obvyklé hodnoty pro osiva vojtěšek. Obalení osiva musí logicky navýšit hodnotu HTS o hmotnost obalových vrstev, což koresponduje s průkazně vyššími hodnotami HTS u obalovaných osiv. Toto navýšení však může dle výsledků oscilovat ve velmi širokém rozpětí. Při hypotetické střední hodnotě HTS neobalovaného osiva 2 g tak může, podle technologie obalování, dojít ke zvýšení HTS o 21 % (osivo A), ale i o 87 % (osivo B). Osivo a sadba, 2. 2. 2017

177

Vzcházivost

Jak uvádí Hakl et al. (2012), vzcházivost klíčivých semen vojtěšky se v černozemní půdě pohybuje v rozmezí 65–90 %. Z výsledků v tabulce 1 je patrné, že při vyšší HTS u testovaných obalovaných osiv klesala jeho vzcházivost až na 62 %. Tento vztah dokumentuje graf 1, znázorňující negativní korelaci mezi HTS a vzcházivostí osiva. Podle vyznačeného lineárního trendu dochází při dosažení HTS 3,0 g k poklesu vzcházivosti klíčivých semen o cca 5 %. U neobalovaných osiv vykazuje vyšší HTS pozitivní vztah ke vzcházivosti (Hakl et al., 2011) v důsledku pozitivního vlivu vyšší hmotnosti semene vojtěšky na jeho vzejití, v souladu s tím, co uvádí Townsend (1992). Prezentované výsledky však ukazují, že u obalovaných osiv nadměrné množství obalových vrstev vykazuje negativní vliv na vzcházivost osiva.

85 HTS (g):relativní vzcházivost (%): r = -0,3581; p = 0,0858 80

relativní vzcházivost (%)

75

70

65

60

55

50 1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

HTS (g)

Graf 1: Vztah mezi hmotností tisíce semen (HTS) a relativní vzcházivostí osiva vojtěšky v černozemní půdě

Závěr Výsledky ukázaly, že obalování osiv vojtěšky může negativně ovlivnit jejich vzcházivost. Jako efektivní indikátor zde může posloužit hodnota HTS, kde hodnoty u dodávaného osiva nad 3 g již ukazují na nadměrné množství obalového materiálu na osivu i na potenciální riziko snížené polní vzcházivosti. Lze očekávat, že při kvalitním obalení osiva vojtěšky by HTS měla být zvýšena maximálně o 20–30 % a za těchto podmínek nebyl zjištěn žádný negativní efekt na dosahovanou vzcházivost.

Poděkování Práce byla řešena na FAPPZ ČZU v Praze za podpory „S“ grantu MŠMT ČR. 178


Literatura HAKL J., MÁŠKOVÁ K., ŠANTRŮČEK J. (2011). Seed parameters affecting emergence of lucerne.In. Proc. Seed and Seedlings X., FEB 10, Praha, ČR, 190–194. HAKL J., MÁŠKOVÁ K., ŠANTRŮČEK J., FÉR M., (2012). Seed emergence of lucerne varieties under different soil conditions. Czech J. Genet. Plant Breed., 48, 93–97.

KLESNIL A., VELICH J., REGAL V. (1965). Vojtěška. SZN, Praha, 201 s. NELSONC. J., HALL M.H., COUTTS J.H. (1998). Seeding rate effects on self-thinning of alfalfa.In. Proc. Am. Forage and Grassl. Counc., Indianapolis, MAR 8–10, Georgetown, TX., 6–10. PAZDERU K. (2009). Importance of Germination Energy for Seed Quality Evaluation. In. Proc. Seed and Seedlings IX., FEB 10, Praha, ČR, 56–60. TOWNSEND C. E. (1992).: Seedling emergence of yellow-flowered alfalfa as influenced by seed weight and planting depth. Agron. J., 84, s. 821–826. Vyhláška č. 384/2006 Sb. Podrobnosti o uvádění osiva a sadby pěstovaných rostlin do oběhu.

Contact address: Josef Hakl, Katedra pícninářství a trávníkářství, ČZU v Praze, Kamýcká 129, 165 00 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]


179

MNOŽENÍ TRAVNÍCH DRUHŮ A ODRŮD V POLSKU Seed Reproduction of Species and Cultivars of Grasses in Poland Małgorzata Szczepanek, Edward Wilczewski Department of Agrotechnology, UTP University of Science and Technology, Bydgoszcz, Poland

Abstract The aim of this study was to analyse the importance of species, utility types and cultivars and to compare the size of seed plantations and the percentage of disqualified area of major grass species reproduced in Poland over 2007–2016. The area of grass seed crops in the last decade has ranged between 11.5 and 16.4 thousand ha. In 2016, grasses occupied 12.9 % of the area of agricultural crop seed plantations. There are 18 grass species which are reproduced. The most important are Lolium perenne L., Festuca rubra L. and Lolium multiflorum Lam. The importance of lawn cultivars in grass species reproduction is the highest in red fescue and Kentucky bluegrass (80.0 %).The smallest percentage of disqualified area is noted in Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum. Reproduction of cultivars is limited. Only six reproduced cultivars occupies almost 50 % of the total area of grass seed crops. Two of them: 'Bokser' (Lolium perenne L.) and 'Mowestra' (Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum), occupy as much as 1/3 of this area. Key words: grasses, seed plantations, lawn cultivars, reproduction

Souhrn Cílem této studie bylo analyzovat důležitost druhů, užitkových typů a odrůd hlavních travních druhů množených v Polsku, porovnat velikost semenářských porostů a procento vyloučených ploch množení v období 2007–2016. Plocha semenářských porostů trav v Polsku se v posledním desetiletí pohybovala mezi 11,5 a 16,4 tis. ha. V roce 2016 traviny zaujímaly 12,9 % z plochy semenářských porostů zemědělských plodin. Množí se 18 druhů trav. Nejdůležitější jsou Lolium perenne L., Festuca rubra L. a Lolium multiflorum Lam. Zastoupení trávníkových odrůd v množení travních druhů je nejvyšší u kostřavy červené a lipnice luční (80,0 %). Nejnižší procento vyloučených ploch je zaznamenáno u Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum. Množení odrůd je omezené. Pouze šest množených odrůd tvoří téměř 50 % celkové plochy semenářských travních porostů. Dvě z nich: 'Bokser' (Lolium perenne L.) a 'Mowestra' (Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum), tvoří až 1/3 této plochy. Klíčová slova: trávy, semenářské porosty, trávníkové odrůdy, množení

Introduction Thanks to favourable natural and economic conditions, in 1970s and 1980s Poland was one of the main producers of grass seeds in Europe and in the world. From the end of the 1980a, the area of qualified grass seed plantations systematically decreased from a level of 53 thousand ha in 1989 to 8.5 thousand ha in 1994 (Martyniak, 1995; Martyniak, 2009; PIORIN, 2016). This regress resulted from the collapse of the national economy and strong competitive pressure of the EU countries (including the use of dumping prices) (Martyniak, 2009). Along with stabilization of Polish economy, grass seed management began to recover. Over the years 1995-2000 there was a slight increase in the area of seed crops of grasses up to 11.0–12.5 thousand ha, followed by another regress to a level of 6.7 thousand ha 180


in 2003. From 2004 the area of plantations increased and in 2007 it reached 13.5 thousand ha (PIORIN, 2016). Since the middle of 1990s, lawn cultivars have been introduced in registrations and then in reproduction. In 2012 such cultivars were registered in ten grass species and occupied 1/3 of the area of grass seed plantations (Lista odmian roślin rolniczych, 2012; PIORIN, 2016). The aim of this study was to analyse the importance of species, utility types and cultivars of major grass species reproduced in Poland over 2007 (or 2012) – 2016.

Methods This study was prepared mostly based on the result of the field assessment by the Main Inspectorate of Plant Health and Seed Inspection (PIORIN, 2016), consisting in evaluating whether it satisfies the requirements for seed production. The materials used to prepare this publication included data by GUS (2016) and information about cultivars contained in the list of cultivars registered in Poland (Lista odmian roślin rolniczych, 2016) and in the European Union (Official Journal of the European Union C 404, 2015).

Results and Discussion The area of seed plantations of agricultural crops in Poland amounts to about 128 thousand ha (tab. 1), which accounts for 1.2 % of the arable land area (GUS, 2016). The most important in reproduction are cereals, which together with maize account for 56.1 % of the area of seed plantations. Grasses are in the second place. Their percentage in the area of seed plantations of agricultural crops accounts for 19.9 % and it is even larger than that of pulses. Tab. 1: The area and the percentage of agricultural plants in the total area of qualified seed plantations in Poland in 2015 Plant/group ha Share Plant/group ha Share (%) (%) 33 755 26.3 Oilseed rape 470 Wheat 0.4 13 481 10.5 Phacelia 8 933 Barley 7.0 3 303 2 086 Rye 2.6 White mustard 1.6 5 017 1 717 Oat 3.9 Soya been 1.3 12 678 13 405 10.4 Triticale 9.9 Pulses 3 744 3 814 Maize 2.9 Small-seed legumes 3.0 5 877 16 508 12.9 Potato 4.6 Grasses 197 238 Beet root 0.2 Other 0.2 3 191 128 415 100 Oil radish 2.5 Total Pulses: horse bean, pea, hairy and common vetch, blu,white and yellow lupine Small-seed legumes: sainfoin, birdsfoot trefoil, white clover, crimson clover, red clovera, alfalfa, Grasses: see tab. 2 Others: cow cabbage, caraway, hemp, common flax, poppy The quantity of national grass reproduction is mostly determined by economic factors, including the relation of prices in comparison with cereal crops (Martyniak, 2009). The area of grass seed plantation in Poland in the years 2007–2016 ranged from 11 200 and 16 508 ha (tab. 2). Of 18 species which are reproduced now, 11 encompass as much as 99.4 % of the total area of grass seed plantations. The other 7 species (Agrostis capillaris L., Agristis gigantea Roth., Bromus catharticus, Festuca filiformis Pourr., Festuca ovina L., Festuca trachyphylla and Poa nemoralis L.) occupy only 0.6 % of this area. The species most important in reproduction is Lolium perenne L. The area of seed crops of this species in 2007-2016 ranged from 4381 to 6862 ha, which accounted for 36.7–47.0 % of the total area of grass seed plantations. The next species in respect of significance in reproduction is red fescue. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

181

Tab. 2: The area of qualified grass seed plantation in Poland in the years 2007–2016 Species

2007 5 693 2 883

2008 4 506 2 683

2009 4 630 2 391

2010 4 561 2 644

Year 2011 2012 4 381 4 406 2 401 1 760

2013 4 891 1 523

2014 6 258 1 417

2015 6 862 1 889

2016 6 852 1 964

Mean

5 304 Lolium perenne L. 2 156 Festuca rubra L. Lolium multiflorum Lam. 789 878 1 296 979 1 534 1 685 2 420 2 342 2 141 1 434 1 550 ssp. non alternativum Lolium multiflorum Lam. 849 923 788 815 1 420 1 974 1 284 1 257 1 470 3 155 1 394 ssp. alternativum 702 629 443 457 426 414 445 513 504 739 527 Phleum pratense L. 824 686 427 294 282 143 136 256 425 526 400 Festuca pratensis Huds. 189 264 162 76 90 257 385 699 971 872 396 Lolium x boucheanum Kunth 448 634 553 520 310 261 261 174 276 375 381 Dactylis glomerata L. 404 475 596 478 229 163 164 242 180 264 319 Festuca arundinacea Schreb. 366 337 216 479 377 147 70 56 37 120 221 Poa pratensis L. 261 155 33 16 23 16 29 67 100 134 84 Festulolium Sum 13 408 12 170 11 536 11 320 11 472 11 226 11 607 13 281 14 856 16 436 13 408 97 97 65 95 168 44 26 30 53 72 75 Others Total 13 505 12 267 11 601 11 415 11 641 11 270 11 632 13 312 14 909 16 508 12 806 Others: Agrostis capillaris L., Agristis gigantea Roth., Bromus catharticus, Festuca filiformis Pourr., Festuca ovina L., kostrzewa szczeciniasta, Poa nemoralis L.

In the years 2007–2011 the acreage of seed crops of this species was on average 2600 ha, but in the following five years it decreased by nearly 30% and on average, it amounted to 1711 ha. The importance of Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum and L. m. ssp. alternativum is similar, their percentage in the area of grasses grown for seeds is 12.1 % and 10.9 %, respectively. In the year 2016 almost twofold increased cultivation area of the L. multiflorum. ssp. alternativum was recorded in relation to 2015, which may result from a large usefulness of this species in accomplishment of the Greening requirements. Phleum pratense L. was reproduced in the area of 414–739 ha, and its percentage in the reproductive area of grasses is 3.7-5.2 %. Festuca pratensis L., Lolium x boucheanum Kunth, Dactylis glomerata L. and Festuca arundinacea Schreb. are of similar importance in reproduction. The area of seed plantations of those species in the years 2007–2016, ranged between 319 and 400 ha, which accounted for 2.5–3.1 % of grass seed crops. The area of seed plantations of Poa pratensis L. at that time underwent considerable fluctuations (37-479 ha), and on average it accounted for 1.7 % of the area of seed crops of grasses. Festulolium was grown in the area of 16–261 ha, which accounted for 0.1–1.9 % of the area. The mean area of the grass seed plantation in Poland in the years 2012-2016 was the greatest for Lolium x boucheanum Kunth (8.9 ha), while this area was highly diverse in the analysed years (from 6.5 to 14.3 ha) (tab. 3). The mean size of a plantation of Lolium perenne L. in the analysed period underwent slight fluctuations and on average it amounted to 6.6 ha. The average size of a plantation of Lolium multiflorum Lam. ssp. Alter0nativum and L. multiflofum. ssp. non alternativum over 2012–2016 was similar, 4.5 ha and 4.2 ha, respectively. In the case of Festulolium, in 2016 a twofold increase in the mean plantation area was recorded in comparison with the period 2012–2015. The mean size of a seed plantation of the species Festuca arundinacea Schreb. and F. pratensis Huds. in the period 2012-2016 was similar and slightly higher than that of Phleum pratense L. and Dactylis glomerata L. Plantations of Festuca rubra L. were small (2.4–3.1 ha). The mean area of a plantation of Poa pratensis over 2012– 2015 did not exceed 1.9 ha, but in 2016 it increased to as much as 6.7 ha. Tab. 3: The area of qualified seed plantations of grass species (%) Species Lolium perenne L. Festuca rubra L. Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum Phleum pratense L. Festuca pratensis Huds. Lolium x boucheanum Kunth Dactylis glomerata L. Festuca arundinacea Schreber Poa pratensis L. Festulolium Mean

2012 5.9 2.4 5.4 3.9 3.2 3.3 14.3 3.0 2.8 1.8 4.0 4.1

2013 6.0 2.6 4.3 4.3 3.2 2.5 6.5 3.4 3.3 1.6 2.6 4.3

Year 2014 6.9 2.6 3.8 4.4 3.3 3.4 7.2 3.0 4.6 1.9 3.7 4.6

2015 7.1 3.0 3.8 5.0 3.1 4.3 7.1 4.1 3.5 1.8 4.4 4.9

2016 7.2 3.1 3.4 5.0 3.6 5.1 9.5 3.4 4.7 6.7 7.5 5.0

Mean 6.6 2.7 4.2 4.5 3.3 3.7 8.9 3.4 3.8 2.7 4.4 4.6

The percentage of disqualified area in the total acreage of seed crop of grass species most important in reproduction of was, on average for the years, 2012–2016 and the species 7.5 ha (tab. 4). According to the legal acts binding in Poland (Dz. U. RP, 2012; Dz. U. RP, 2013), the causes of disqualification of grass seed plantations may be, among other things: the lack of varietal identity, the lack of spatial isolation, alien species or cultivars, the presence of undesirable pollinators, incompatibility of the previous crop, weed infestation, diseases. Dactylis glomerata L. and Festuca pratensis Huds. had the largest percentage of disqualified areas, whereas considerable deviations were


183

recorded in particular years. Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum was characterized by the smallest percentage of disqualified area in the analysed period. Tab. 4: Percentage of disqualified area in the acreage of seed crop of the species (%) Year Species 2012 2013 2014 2015 2016 6.5 4.3 3.5 5.0 14.8 Lolium perenne L. 13.7 10.0 4.9 7.5 6.8 Festuca rubra L. 1.1 1.6 2.9 20.4 Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum 14.8 1.9 3.8 0.3 2.1 2.5 Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum 15.5 11.2 7.0 18.2 6.2 Phleum pratense L. 15.7 1.1 24.0 16.8 16.3 Festuca pratensis Huds. 2.9 0.1 4.5 7.8 26.1 Lolium x boucheanum Kunth 28.7 15.0 17.5 4.0 14.8 Dactylis glomerata L. 25.3 10.1 9.5 0.6 12.6 Festuca arundinacea Schreb. 11.7 9.9 0.9 21.4 0.0 Poa pratensis L. 8.1 8.6 0.0 6.5 3.9 Festulolium 9.8 4.9 4.0 6.2 12.5 Mean

Mean 6.8 8.6 8.2 2.1 11.6 14.8 8.3 16.0 11.6 8.8 5.4 7.5

Fig. 1: Percentage of lawn and forage cultivars in the total area of seed plantations A) Lolium perenne L., B) Festuca rubra L., C) Festuca arundinacea Schreb., D) Poa pratensis L. (%) in the years 2012-2016 Within some grass species both forage and lawn cultivars are reproduced. In reproduction of lawn cultivars, perennial ryegrass, red fescue, Kentucky bluegrass and tall fescue play a very important role (Lista odmian roślin rolniczych, 2016; PIORIN, 2016). The percentage of lawn cultivars in the total reproduction area of perennial ryegrass and tall fescue, on average from 2012–2016, was similar and accounted for 49.5 and 51.6 %, respectively (Fig. 1). Slightly smaller percentage of such cultivars in the reproduction area of these species (42–44 % or 47–46 %, respectively) was recorded in 2013 and 2014. In 2016 it decreased to 61 % for perennial ryegrass and 58 % in tall fescue. The percentage of lawn cultivars in the reproduction area of red fescue, on average from the years 2012–2016, was substantially 184


higher than that of perennial ryegrass and tall fescue and accounted for 80.0 %. In the period in question the smallest percentage of lawn cultivars of this species (75 %) occurred in 2012. In the other years, this percentage ranged from 79.6 to 84.4 %. The percentage of lawn cultivars in the reproduction area of Kentucky bluegrass, on average from the years 2012-2016, was as high as in the case of red fescue and accounted for 80.3 %. The smallest percentage of reproduction of such cultivars occurred in 2012 (72.8 %), and the largest in 2016 (87.2 %). Tab. 5: The cultivars with the highest percentage in the total area of grass seed plantations in 2016 Year of Species Variety Participation % registration 17.7 2005 Bokser Lolium perenne L. 2013 Mowestra 11.0 Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum 8.0 1981 Naki Lolium perenne L. 1975 Turtetra 6.1 Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum 3.9 1997 Adio Festuca rubra L. 2006 Nadzieja 3.5 Lolium x boucheanum Kunth 50.4 – Sum – In 2016, a total of 148 cultivars were reproduced, which accounted for 63.2 % of grass cultivars registered in KR (Lista odmian roślin rolniczych, 2016; PIORIN 2016). Considerable part of reproduction refers to only a few cultivars. Only six cultivars occupy almost half of the total area of seed crops of grasses (tab. 5). Two of them: 'Bokser' (Lolium perenne L.) and 'Mowestra' (Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum), encompassed 28.7 % of the area. Some of the oldest cultivars in the National Register: 'Turtetra' (Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum) from 1975 and 'Naki' (Lolium perenne L.) from 1981, occupied as much as 14.5 % of the area of grass reproduction.

Summary The area of seed crops of grasses in Poland in the years 2007–2016 ranged between 11.5 and 16.4 thousand ha, which in 2016 accounted for 12.9 % of the area of agricultural crop seed plantations. There are 18 grass species which are reproduced. The most essential species in reproduction are Lolium perenne, Festuca rubra, Lolium multiflorum Lam. ssp. non alternativum and L. m. ssp. alternativum. The proportion of lawn cultivars in reproduction of perennial ryegrass and tall fescue is similar (50 and 52 % of the species reproduction area, respectively). The importance of lawn cultivars in reproduction of red fescue and Kentucky bluegrass is greater (nearly 80.0%). The percentage of disqualified areas of seed plantations is the smallest in Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum. Reproduction of cultivars is limited. Of 234 cultivars registered in KR, only 6 occupy nearly 50 % of the total area of grass seed crops. Two of them: 'Bokser' (Lolium perenne L.) and 'Mowestra' (Lolium multiflorum Lam. ssp. alternativum) occupy nearly 1/3 of this area.

Literature MARTYNIAK J. (1995). Stan polskiej hodowli, nasiennictwa i eksportu traw. (The state of Polish breeding, seed production and export of grasses). Wiad. Melior. Łąk. 2, 59–61 (in Polish). MARTYNIAK J. (2009). Poziom krajowego nasiennictwa ytaw pastewnych a stan biologiczny użytków zielonych w Polsce. (Domestic seed production of fodder grasses and biological status of grasslands in Poland). Woda Środ. Obsz. Wiej. 9, 1, 21–38 (in Polish). PIORIN. (2016). MAIN INSPECTORATE OF PLANT HEALTH AND SEED INSPECTION. (in Polish). Access www.piorin.gov.pl LISTA ODMIAN ROŚLIN ROLNICZYCH. (2012). (Polish National List of Agricultural Plant Varieties) COBORU Słupia Wielka. 12–23 (in Polish). LISTA ODMIAN ROŚLIN ROLNICZYCH. (2016). (Polish National List of Agricultural Plant Varieties) COBORU Słupia Wielka. 13–22.


185

OLEKSIAK T. (2016). Rynek nasion. (Seed market) Analizy Rynkowe. Rynek środków produkcji dla rolnictwa. 43, 39–45 (in Polish). GUS. (2016). Produkcja upraw rolnych i ogrodniczych w 2015. (Production of agricultural an horticultural crops in 2015). Central Statistical Office. 81 s. (in Polish). DZIENNIK USTAW RP (2012). Ustawa z dnia 09 listopada 2012 r. o nasiennictwie. (Act of 09 November 2012 on seed) Dz. U. poz 1512. (in Polish) 61 s. DZIENNIK USTAW RP (2013). Rozporządzenie MRiRW z dnia 18 kwietnia 2013 r. w sprawie terminów składania wniosków o dokonanie oceny polowej materiału siewnego poszczególnych grup roślin lub gatunków roślin rolniczych i warzywnych oraz szczegółowych wymagań w zakresie wytwarzania i jakości materiału siewnego tych roślin. (Regulation of the MRiRW of 18 April 2013 on times of application deadlines for performing the field assessmsent of seed material of particular plant groups or crop and vegetable species and specific requirements for production and quality of seed of these plants. Dz. U. Poz. 517. (in Polish) 99 s. OFFICJAL JOURNAL OF THE EUROPEAN UNION C 404 (2015). Common catalogue of varieties of agricultural plant speciec – 34th complete edition. 58. Access http://eur-lex.europa.eu

Contact address: Ph.D Malgorzata Szczepanek, Assoc. Prof. Department of Agrotechnology. UTP University of Science and Technology. Kaliskiego 7. 85-796 Bydgoszcz. Poland. E-mail: [email protected]

186


KLÍČIVOST SEMEN VYBRANÝCH DRUHŮ ENERGETICKÝCH TRAV V PODMÍNKÁCH VODNÍHO STRESU Germination of Seeds of Selected Energy Grasses under Water Stress Marek Kopecký1, Jan Moudrý jr.1, Pavlína Hloucalová2, Jaroslav Bernas1, Radka Váchalová1, Markéta Kyptová1 1 KAES, ZF, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích 2 ÚVZP, AF, Mendelova univerzita v Brně

Abstract With the expansion of phytoenergetics requirements for the production of biomass that can be used for these purposes are arising in the Czech Republic. Perennial grass species grown in monocultures belong among such plants. With upcoming climate change and more frequent drought spells the choice of species and varieties that are able to resist to these stress conditions has become increasingly important. In the present paper the results of testing seed resistance to drought stress in the germination period are described. The investigated species included Arrhenatherum elatius L. – Median variety, Dactylis glomerata L. – Padania variety and Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1. Significantly higher germination was demonstrated in the seed of Elymus elongatus in the treatment either without water stress or with water stress. Nevertheless, a reduction in germination as a result of water supply interruption during germination was recorded in all tested species. The highest resistance to droughts was observed in the seed of Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1. Key words: drought resistence, energetical grasses, germinability

Souhrn S rozvojem fytoenergetiky stoupají v České republice požadavky na produkci biomasy vhodné pro tyto účely. Mezi rostliny, které mezi ně lze zařadit, patří i vytrvalé druhy trav pěstované v monokulturních porostech. S nastávající změnou klimatu a častějšími obdobími sucha vzrůstá význam volby druhů a odrůd, jež jsou těmto stresovým podmínkám schopny odolat. V článku jsou popsány výsledky testování odolnosti semen vůči stresu suchem v období klíčení. Zkoumanými druhy byly Arrhenatherum elatius L. – odrůda Median, Dactylis glomerata L. – odrůda Padania a Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1. Průkazně vyšší klíčivost byla prokázána u osiva Elymus elongatus, a to jak ve variantě bez působení vodního stresu, tak i za jeho přítomnosti. Nicméně pokles klíčivosti v důsledku přerušení dodávky vody v průběhu klíčení byl registrován u všech testovaných druhů. Nejvyšší odolnost vůči přísuškům byla zaznamenána u osiva Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1. Klíčová slova: energetické trávy, klíčivost, suchovzdornost

Úvod Protože růst světové populace pokračuje rychlým tempem (Schau a Fet, 2008), dochází ke globálnímu zvýšení poptávky po energiích (Ho a Show, 2015). Nejen v důsledku ztenčování zásob fosilních paliv se stále významnějším tématem stávají alternativní zdroje energie (Bernas a kol., 2014). V podmínkách České republiky má značný potenciál energie z rostlinné biomasy (Bernas a kol., 2015). Přechod na fytomasu při výrobě energie přitom nabízí řadu ekonomických, sociálních a Osivo a sadba, 2. 2. 2017

187

environmentálních benefitů (Saidur a kol., 2011). I díky tomu se dnes rozmohlo pěstování rostlin speciálně pro využití ve fytoenergetice (Kopecký a kol., 2015a). V současnosti je značně rozšířeno pěstování kukuřice, avšak testuje se vhodnost také dalších, environmentálně šetrnějších, rostlin (Mast a kol., 2014). Pro podmínky marginálních oblastí jsou vhodné vytrvalé druhy, které zde lépe uplatní svůj výnosový potenciál (Lewandowski a kol., 2003). Kladně jsou v těchto lokalitách hodnoceny vytrvalé trávy, jež v krajině plní celou řadu ekologických funkcí (Nitsch a kol., 2012). Mimo jiné pozitivně působí v oblasti ochrany vody nebo biodiverzity (Gaisler a kol., 2011) a díky svým protierozním vlastnostem je lze doporučit i do erozně ohrožených lokalit (Dumbrovský a kol., 2014). Vytrvalé porosty jsou nenáročné na výživu minerálními hnojivy (Lewandowski a kol., 2003), které jsou významným zdrojem skleníkových plynů (Moudrý a kol., 2013) a způsobují globální změnu klimatu (Dhillon a von Wuehlisch, 2013). Podnebí je přitom jedním ze základních faktorů ovlivňujících životní cykly organizmů (El-Keblawy, 2014). V Evropě a středomořských oblastech jsou však očekávány jeho změny, projevující se častějšími obdobími sucha, která jsou doprovázena vlnami veder (Schar a kol., 2004). Bláha (2009) na našem území očekává podobné podmínky jako na Balkáně, pouze v mírnější podobě. Proto je důležité se těmto změnám přizpůsobit (Konvalina a kol., 2014). Vzhledem k tomu, že sucho je v zemědělství považováno za hlavní hrozbu, je přikládán čím dál větší význam suchovzdornosti rostlin (Konvalina a kol., 2010). V důsledku častých výkyvů počasí hraje velkou roli nejen efektivní využití vody rostlinami během vegetace, ale také semeny při procesu klíčení (Bláha, 2006). Velká ztráta vody nebo vysoká teplota může vést až k odumření semene (Bláha a kol., 2003). Pokud nastane stres suchem na počátku klíčení, je negativně ovlivněna celková klíčivost daného druhu (Martinek a kol., 2009a). Významu proto nabývají suchovzdorné odrůdy, které by mohly problémy s dlouhými obdobími sucha pomoci vyřešit (Bláha a Pazderů, 2013). Suchovzdornost je však složitá vlastnost, odvislá od řady okolností a faktorů (Graman a Čurn, 1998). Je to dědičně založený komplexní znak na všech chromozomech (Bláha, 2009). Klíčení a dosažená klíčivost jsou však ovlivněny i řadou dalších atributů, jako jsou například genetická výbava a aktuální stav osiva (Copenland a Mc Donald, 1995). Klíčivost je považována za jednu z nejdůležitějších vlastností osiv, která ovlivňuje konkurenční schopnost mnoha druhů (Pazderů, 2009).

Metodika Byla sledována klíčivost semen tří druhů energetických trav- Arrhenatherum elatius L. – odrůda Median, Dactylis glomerata L. – odrůda Padania a Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1. Osivo pocházelo z roku 2014. Pokus byl uskutečněn v průběhu roku 2015, přičemž v každém měsíci bylo provedeno jedno opakování. Semena byla v počtu 50 ks od všech druhů rozložena do Petriho misek (průměr 140 mm) na zvlhčený filtrační papír. Pokus probíhal v laboratorním boxu pro klíčení rostlin (MLR-352H-PE) za konstantní teploty 20 °C při střídavém režimu světlo/tma (12 h/12 h). Osivo nebylo předchlazeno, ani před pokusem ošetřeno látkami ovlivňujícími klíčivost. Za účelem sledování odolnosti osiva vůči stresu suchem byla klíčivost semen paralelně testována ve dvou stupních vláhového režimu. V první - „mokré“ variantě byl filtrační papír v průběhu celého pokusu permanentně udržován mírně navlhčený tak, aby semena měla při procesu klíčení dostatečné množství přístupné vody, misky byly přiklopeny víčky. Ve variantě „suché“ byla semena vystavena vodnímu stresu simulujícímu sucho v polních podmínkách. V momentě objevení klíčku u většiny semen, bylo odklopeno víčko misky a přerušeno vlhčení filtračního papíru na dobu 48 hodin. Po uplynutí tohoto časového intervalu byl filtrační papír opět vlhčen, misky byly přiklopeny víčky. V obou variantách pokračovala zálivka do doby, kdy bylo zřejmé, kolik klíčních rostlin je životaschopných (cca 14–20 dní). Po ukončení každého opakování pokusu byla vyhodnocena klíčivost osiva daného druhu a varianty.

188


Průkaznost rozdílů mezi průměry v mokré a suché variantě byla ověřena Tukey HSD testem v programu Statistica 12 (StatSoft, Inc.).

Výsledky a diskuse Klíčivost semen všech druhů v jednotlivých měsících je uvedena v tab. 1. Tabulka zobrazuje výsledky obou variant vláhového režimu. Průměr těchto hodnot, včetně vyhodnocení statistické významnosti pomocí Tukey HSD testu, je znázorněn v grafu 1. Tab. 1: Klíčivost trav v průběhu roku Opakování 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Průměr

Arrhenatherum elatius L. Mokrá Suchá varianta varianta 78 70 80 54 82 48 80 44 84 62 78 68 80 72 50 48 84 52 78 38 82 64 74 58 a 78 57b

Dactylis glomerata L. Mokrá Suchá varianta varianta 88 66 74 50 76 64 80 58 84 52 72 50 86 54 76 64 82 60 80 54 82 50 84 52 a 80 56b

Elymus elongatus Mokrá Suchá varianta varianta 78 72 88 76 96 78 90 74 94 74 86 80 92 78 96 70 90 72 88 74 94 82 86 70 c 90 75a

Rozdílná písmena značí statisticky průkazné rozdíly mezi hodnocenými soubory na hladině významnosti P ≤ 0,05 – Tukey HSD test

Graf 1: Průměrná klíčivost se znázorněním statisticky průkazných rozdílů (Tukey HSD test) Ve variantě mokré vykázalo nejvyšší klíčivost osivo Elymus elongatus – průměrně 90 %. V pokusu provedeném v roce 2013 (Kopecký a kol., 2015b) bylo za stejných podmínek dosaženo průměrné Osivo a sadba, 2. 2. 2017

189

klíčivosti 89%. Podobné hodnoty uvádí také Csete a kol. (2011). Nižší klíčivost byla zjištěna u osiv Dactylis glomerata L. (80 %) a Arrhenatherum elatius L. (78 %). Klíčivostí Arrhenatherum elatius L. se zabýval např. Stanisavljević a kol. (2010), který sledoval vliv délky skladování na klíčivost osiva. Nejvyšší klíčivost (>80 %) prokázal v období 180–240 dní po sklizni. Haslgrübler a kol. (2013) zjistil, že při delším skladování (3 roky) semen tohoto druhu vykazuje vyšší klíčivost osivo uchovávané v chladu. Naopak takto skladované osivo Dactylis glomerata L. dosáhlo nižší klíčivosti v porovnání s osivem uloženým v pokojové teplotě (66 % resp. 70 %). Dle Martinka a kol. (2009b) v případech, kdy nastane stres suchem ve fázi klíčení, může dojít k porušení klíčku, prodýchání zásobních látek a zaschnutí klíčních rostlin. Tento případ nastal i v průběhu tohoto pokusu. Ve variantě suché došlo k poklesu klíčivosti u všech testovaných druhů. V této variantě vyklíčilo nejvíce semen osiva Elymus elongatus (průměrně 83 %). Pro podmínky, které nejsou z hlediska klíčení ideální, uvádí Csete a kol. (2011) široký interval klíčivosti semen tohoto druhu. Prezentuje hodnoty v rozpětí 52–90 %. Druhy Arrhenatherum elatius L. (57 %) a Dactylis glomerata L. (56 %) vykázaly klíčivost semen nižší. Nejvýznamnějším faktorem, ovlivňujícím klíčivost osiv travních druhů, byla varianta (stupeň vláhového režimu), v níž bylo dané osivo testováno. Travní druh byl ze statistického hlediska faktorem méně významným (tab. 2). Tab. 2.: Významnost faktorů (druh, varianta) a jejich interakce s hodnocenými parametry pomocí analýzy variance (ANOVA) Klíčivost Faktor DF PČ F % 2 1759,7 34,69* 19 Druh 1 7200,0 141,94* 79 Varianta 2 135,2 2,67ns 2 Druh * varianta 66 50,7 Chyba *

Statisticky průkazné P < 0,05; ns statisticky neprůkazné

Graf 2: Relativní odolnost vůči stresu suchem v průběhu klíčení Odolnost druhů proti stresu suchem v období klíčení však nelze odvozovat od procentuální klíčivosti v suché variantě, a to z důvodu, že ne všechna semena z partie mají schopnost vyklíčit. Některá mohou být například ve stavu dormance, což může, jak uvádí např. Gottwaldová a Bláha (2009), celkovou zjištěnou hodnotu klíčivosti ovlivnit. Byl proto proveden přepočet, který zkreslení 190


výsledků vlivem přítomnosti neklíčivých semen ve vzorku omezuje. Údaje v grafu 2 zobrazují výsledky vyjadřující procento semen vyklíčených v suché variantě, přičemž za základ (100 %) byla vzata klíčivost semen zjištěná ve variantě mokré. Z grafu je zřejmé, že během pokusu nejvyšší odolnost vůči suchu v průběhu klíčení vykázalo osivo Elymus elongatus. Za nejméně suchovzdorný druh lze na základě provedeného pokusu označit Dactylis glomerata L.

Závěr Jako vhodný způsob využití zemědělských půd v méně příznivých oblastech se jeví pěstování energetických rostlin. Pozitivně jsou hodnoceny travní porosty, jejichž pěstování je z environmentálního hlediska šetrné. Základem založení kvalitního porostu je vysoká vzcházivost osiv vysévaných druhů energetických trav. V podmínkách častých změn počasí je důležitou schopností semen vyklíčení i v obdobích s nedostatkem půdní vláhy. Při pokusu v laboratorním prostředí byla sledována klíčivost semen tří travních druhů v podmínkách simulujících vodní stres. Snížení klíčivosti způsobené nedostatkem vody v průběhu klíčení bylo zaznamenáno u všech zkoumaných druhů. Nejmarkantnější pokles klíčivosti v podmínkách stresu suchem byl pozorován u semen druhu Dactylis glomerata L., mírně lepší výsledky byly zjištěny u osiva Arrhenatherum elatius L. Druhem vykazujícím nejvyšší stupeň odolnosti semen vůči přísuškům v průběhu klíčení byl Elymus elongatus, který se jeví pro pěstování v regionu střední Evropy perspektivně, zejména v souvislosti s předpokládanými změnami klimatických podmínek a vysokému výnosovému potenciálu.

Poděkování Tato práce vznikla s podporou projektu GAJU 094/2016/Z - Optimalizace produkčních funkcí a environmentálních dopadů zemědělství.

Literatura BERNAS J. a kol. (2014). Greenhouse gasses emissions during maize growing for energy purposes. In: MendelNet 2014. MENDELU, Brno, s. 219–223. BERNAS J. a kol. (2015). Miscanthus – Possibility of greenhouse gas emission mitigation. In: MendelNet 2015. MENDELU, Brno, s. 183–188. BLAHA L. (2006). Současné změny klimatu ovlivní zemědělskou produkci. Úroda, 54 (1), s. 36–38. BLAHA L. (2009). Význam vlastností semen trav pro hodnocení suchovzdornosti. Úroda, 57 (10), s. 49–51. BLAHA L. a kol. (2003). Rostlina a stres. VÚRV, Praha, 156 s. BLAHA L., PAZDERU K. (2013). Importance of plant integrity in crop research, breeding, and production. Plant Signaling & Behavior, 8 (11), s. e27098. COPELAND L. O., MCDONALD M. B. (1995). Principles of Seed Science and Technology. Chapman and Hall, New York, 409 s. CSETE S. a kol. (2011). Tall wheatgrass cultivar szarvasi-1 (Elymus elongates subsp. ponticus cv. Szarvasi-1) as a potential energy crop for semi-arid lands of Eastern Europe. In: Sustainable Growth and Application in Renewable Energy Source (Chapter 13). INTECH Open Access Publisher, Rijeka, s. 269–294. DHILLON R. S., von WUEHLISCH G. (2013). Mitigation of global warming through renewable biomass. Biomass and bioenergy, 48 (1), s. 75–89. DUMBROVSKY M. a kol. (2014). Cost-effectiveness evaluation of model design variants of broad-base terrace in soil erosion control. Ecological Engineering, 68 (1), s. 260–269. EL-KEBLAWY A. (2014). Impact of Climate Change on Biodiversity Loss and Extinction of Endemic plants of Arid Land Mountains. Journal of Biodiversity, 2 (1), s. 1–3. GAISLER J. a kol. (2011). Obhospodařování travních porostů ve vztahu k agroenvironmentálním opatřením: otázky a odpovědi. VÚRV, Praha, 24 s. GOTTWALDOVA P., BLAHA L. (2009). Seed germination – Changes During the Year. In: Proc. Seed and Seedlings IX. Scientific and Technical seminar, ČZU Praha, s. 85–88. GRAMAN J., ČURN V. (1998). Šlechtění rostlin. ZF JU, České Budějovice, 133 s.


191

HASLGRUBLER P. a kol. (2013). Quality characteristics of seed material from selected species of a nutrient. Grassland Science in Europe, 18 (1), s. 442–444. HO Y., SHOW K. (2015). A Perspective in Renewable Energy Production from Biomass Pyrolysis-Challenges and Prospects. Current Organic Chemistry, 19 (5), s. 423–436. KONVALINA P. a kol. (2010). Drought tolerance of land races of emmer wheat in comparison to soft wheat. Cereal Research Communications, 38 (3), s. 429–439. KONVALINA P. a kol. (2014). Differences in grain/straw ratio, protein content and yield in landraces and modern varieties of different wheat species under organic farming. Euphytica, 199 (1–2), s. 31–40. KOPECKY M. a kol. (2015b). Drought impact on the germination of selected energy grass species. Journal of Central European Agriculture, 16 (4), s. 503–513. KOPECKY M. a kol. (2015a). Germination of Selected Grass Species in Water Stress Condions. In: Proc. Seed and Seedlings XII. Scientific and Technical seminar, ČZU, Praha, s. 216–221. LEWANDOWSKI I. (2003). The development and current status of perennial rhizomatous grasses as energy crops in the US and Europe. Biomass Bioenergy, 25 (4), s. 335–361. MARTINEK J. a kol. (2009a). Dynamika klíčení trávníkových druhů trav při vodním stresu. Úroda, 57 (12), s. 85–88. MARTINEK J. a kol. (2009b). Vliv vodního stresu na klíčení vybraných druhů trav. In: Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin, VÚRV, Praha, s. 245–248. MAST B. a kol. (2014). Methane yield potential of novel perennial biogas crops influenced by harvest date. Industrial Crops and Products, 58 (1), s. 194–203. MOUDRY J. Jr. a kol. (2013). The emissions of greenhouse gases produced during growing and processing of beat products in the Czech Republic. Journal of Food, Agriculture & Environment, 11 (1), s. 1133–1136. NITSCH H. a kol. (2012). Cross compliance and the protection of grassland – Illustrative analyses of land use transitions between permanent grassland and arable land in German regions. Land Use Policy, 29 (2), s. 440–448. PAZDERU K. (2009). Importance of Germination Energy for Seed Quality Evaluation. In: Proc. Seed and Seedlings IX., Scientific and technical seminar, ČZU, Praha, s. 56–60. SAIDUR R. a kol. (2011). A review on biomass as a fuel for boilers. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (5), s. 2262–2289. SCHAR CH. a kol. (2004). The role of increasing temperature variability in European summer heatwaves. Nature, 427 (6972), s. 332–336. SCHAU E. M., FET A. M. (2008). LCA studies of food products as background for environmental product declarations. The International Journal of Life Cycle Assessment, 13 (3), s. 255–264. STANISAVLJEVIC R. a kol. (2010). Desiccation, postharvest maturity and seed aging of tall oat-grass. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 45 (11), s. 1297–1302.

Contact address: Ing. Marek Kopecký. Katedra agroekosystémů, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, Branišovská 1457, 370 05 České Budějovice, E-mail: [email protected]

192


KVALITA OSIVA KOSTŘAVY RÁKOSOVITÉ V ZÁVISLOSTI NA DÁVCE A DOBĚ APLIKACE DUSÍKATÉHO HNOJENÍ Seed Quality of Tall Fescue (Festuca arundinacea Schreb.) Depending on Rate and Time of Nitrogen Fertilization Małgorzata Szczepanek Department of Agrotechnology, UTP University of Science and Technology, Bydgoszcz, Poland

Abstract The aim of this study was to determine the proportion of normal and abnormal seedlings as well as hard, fresh, and dead seeds in the seed yield of tall fescue depending on rates of autumn and spring nitrogen fertilization. The nitrogen rates were examined, in autumn (0, 20, 40 kg.ha-1) and in spring (0, 20, 40, 60 and 80 kg·ha-1). Seed quality of tall fescue was determined mostly by the amount of nitrogen applied in spring. The application of rates of 60 or 80 kg.ha-1 resulted in a reduction in germination energy, and the total percentage of normal seedlings as compared with 0 and 20 kg·ha-1. Seed quality was most strongly correlated with the number of generative shoots and lodging at the flowering stage. Increased density of shoots and severe lodging caused a decrease in percentage of normal seedlings in the final assessment and an increase in fresh non germinated and dead seeds. Each additional kilogram of nitrogen applied in spring in a range 0-80 kg·ha-1 caused a reduction in germination energy by 1.95– 2.35%, and in the total percentage of normal seedlings by 1.52–1.82 %. Key words: normal seedlings, abnormal seedlings, dead seeds, fresh ungerminated seeds, hard seeds

Souhrn Cílem této studie bylo stanovit podíl normálních a abnormálních klíčenců, tvrdých, živých a mrtvých semen v osivu kostřavy rákosovité v závislosti na dávce podzimního a jarního hnojení dusíkem. V pokusu byly hodnoceny podzimní dávky dusíku (0, 20, 40 kg.ha-1) a jarní dávky (0, 20, 40, 60 and 80 kg.ha-1). Kvalita osiva kostřavy rákosovité byla ovlivněna zejména jarní dávkou dusíku. Hnojení 60 nebo 80 kg.ha-1 mělo za následek pokles energie klíčení a celkového procenta normálních klíčenců ve srovnání s variantami hnojenými 0 a 20 kg.ha-1. Kvalita osiva byla nejsilněji v korelaci s počtem generativních výhonů a poléháním v době kvetení. Zvýšená hustota generativních výhonů a silné polehnutí vedly k poklesu procenta normálních klíčenců v konečném vyhodnocení a zvýšení počtu živých nevyklíčených a mrtvých semen. Každý kilogram dusíku přihnojený na jaře v dávce 0-80 kg.ha-1 snižoval energii klíčení o 1,95–2,35 % a celkové procento normálních klíčenců o 1,52-1,82 %. Klíčová slova: normální klíčenci, abnormální klíčenci, mrtvá semena, živá nevyklíčená semena, tvrdá semena

Introduction Nitrogen fertilization, providing suitable nutrition with this component, is one of the most essential elements of proper cultivation technology of grasses grown for seed. The Researchers are interested in the size and division of the fertilization rate into autumn and spring ones (Gislum et al., 2012; Hare and Rolston, 1990; Rowarth, 1997). Autumn nitrogen fertilization has a beneficial effect on the number of generative shoots (Gislum and Boelt, 1999). Spring fertilization, in turn, increases the number of spikelets per inflorescence (Kitczak et al., 2010) and thousand seed weight (Easton et al., 1994). Osivo a sadba, 2. 2. 2017

193

Nitrogen fertilization may also have an effect on the quality of harvested seeds. Too high rates of nitrogen may cause a decrease in germination capacity (Watson and Watson, 1982), which may be a consequence of severe lodging which also increases the loss by seed shedding (Young et al. 1999). The aim of this study was to determine the seed quality (the proportion of normal and abnormal seedlings as well as hard, fresh, and dead seeds) of tall fescue depending on rates of autumn and spring nitrogen fertilization.

Methods The study was based on two field experiments, located in Poland (17°35' E; 53°09' N). The soil in the experimental site is classified as mesic Typic Hapludalfs (Soil Survey Staff, 2010). This soil is characterized by a high content of available P, medium content of K and a very low content of Mg and slightly acid reaction. In the first and second field experiments seed yields were harvested in 2008-2009, and 2009-2010, respectively. Tall fescue, lawn variety Asterix, was sown in an amount of 10 kg.ha-1, as an undersown crop into spring barley. The row spacing of tall fescue amounted to 24 cm. The split-block design was applied in four replications. The plot area was 14 m2. In both experiments the seed quality of tall fescue depending on the nitrogen fertilization rate was examined, in autumn (0, 20, 40 N kg.ha-1) and in spring (0, 20, 40, 60 and 80 N kg.ha-1). Rates applied after the harvest of cover crop (spring barley) in the establishment year or of tall fescue seeds in the first production year were referred to as autumn nitrogen fertilization. Nitrogen applied during beginning of growth was referred to as spring fertilization. The seed harvest was performed in the middle of July. The germination test was made in each year, 5-6 months after harvest, based on 100 seeds in four replicates of each treatment, following the method by the International Seed Testing Association (ISTA 2009), 7 and 14 days after sowing (DAS). To break the dormancy, KNO3 was used. The present results concern the germination evaluation 7 and 14 days after sowing. Analysis of variance of single experiments and a synthesis in the mixed model were made in the split-block design at p = 0.05, taking the years and their interaction with the constant factors as random.

Results and Discussion The speed of grass germination is an important factor among competitive abilities that affect the development and character of grassland (Kvasnovsky et al., 2015). Seed germination energy is affected by environmental and agricultural factors (Machac, 2011). In the present study, the seed germination energy i.e. percentage of normal seedlings 7 days after sowing (DAS) of tall fescue was rather high, ranging from 69.6 to 81.8 % (tab. 1). The percentage of normal seedlings 14 DAS in relation to that recorded after 7 days increased on average by 8.9%. The rate of spring nitrogen fertilization had a significant effect on the percentage of normal seedlings. The application of rates up to 60 or 80 kg·ha-1 in spring, on average for autumn fertilization, resulted in a decrease in germination energy and the total percentage of normal seedlings 7 and 14 DAS in comparison with the treatment without fertilization or the application of 20 kg·ha-1. Correlation analysis shows that the percentage of normal seedlings in the initial (7 DAS) and final assessment (7 and 14 DAS) decreased at a higher number of spikelets per panicle (tab. 2). Germination energy was positively correlated with thousand seed weight. Similar relationship was demonstrated previously in a study on perennial ryegrass (Szczepanek, 2010). In this study, a negative relationship between a density of generative shoots and the percentage of normal seedlings in the final assessment was proved. Moreover, the correlation analysis shows that the percentage of normal seedlings in the initial ad final analysis decreased at severe lodging, whereas this relationship was higher for lodging at the flowering stage than prior to harvest. These results are confirmed by the literature reports on worsening of grass seed quality (germination capacity) at increased rates of nitrogen fertilization and severe lodging (Watson and Watson, 1982; Young et al., 1999; Young et al. 1998).

194


Tab. 1: Proportions of normal and abnormal seedlings as well as hard, fresh and dead seeds of tall fescue depending on the rate and time of nitrogen fertilization Rate of N in autumn (kg.ha-1) 0 20 40 Mean LSD 0 20 40 Mean LSD 0 20 40 Mean LSD 0 20 40 Mean LSD 0 20 40 Mean LSD 0 20 40 Mean LSD

Rate of N in spring (kg·ha-1) 0 20 40 60 80 mean Normal seedlings 7 DAS 78.6 81.8 77.5 74.2 72.6 76.9 79.2 79.1 77.2 71.4 72.2 75.8 78.2 76.8 74.4 70.6 69.6 73.9 78.7 79.2 76.3 72.1 71.4 75.5 A = 6.56; B = ns; B/A = ns.; A/B = ns Normal seedlings 7 and 14 DAS 87.4 89.3 85.9 83.4 81.2 85.4 87.0 85.9 85.6 80.4 81.6 84.1 86.0 86.1 84.3 79.9 81.5 83.5 86.8 87.1 85.2 81.3 81.4 84.4 A = 5.30; B = ns; B/A = ns; A/B = ns Fresh ungerminated seeds 14 DAS 4.48 4.48 4.87 7.08 7.29 5.64 4.81 5.52 6.16 7.92 6.16 6.11 4.29 5.25 6.25 8.30 7.75 6.37 4.53 5.08 5.76 7.77 7.06 6.04 A = 2.72; B = ns; B/A = ns; A/B = ns Hard seeds 14 DAS 1.45 1.36 1.21 1.68 2.16 1.57 1.14 1.64 1.66 1.90 1.23 1.51 0.67 0.85 1.26 0.62 1.42 0.96 1.09 1.28 1.37 1.40 1.60 1.35 A = ns; B = 0.50; B/A = ns; A/B = ns Abnormal seedlings 14 DAS 2.73 2.02 2.99 2.88 3.46 2.82 2.39 2.88 2.16 2.91 3.77 2.82 3.13 3.20 2.50 3.22 3.50 3.11 2.75 2.70 2.55 3.01 3.58 2.92 A = ns; B = ns; B/A = ns; A/B = ns Dead seeds 14 DAS 3.98 2.83 5.03 4.93 5.90 4.54 4.63 4.05 4.47 6.84 7.22 5.44 5.93 4.62 5.70 7.92 5.87 6.01 4.85 3.83 5.07 6.56 6.33 5.33 A = ns; B = 0.87; B/A = ns; A/B = ns

No significant effect of autumn fertilization rates on seed germination energy or on the total percentage of normally germinating seedlings 7 and 14 DAS of the tested tall fescue cultivar was indicated. In the study by Fairey and Lefkovitch (1998) no difference in the germination capacity of tall fescue was shown after the application of nitrogen in autumn, but there was no such an effect at summer or spring fertilization either. The percentage of fresh non germinated seeds, on average for rates of spring and autumn fertilization, was rather high and accounted for 6.04 % (tab. 1). A tendency to increase the percentage of this seed category with an increase in nitrogen rate applied in spring was indicated, but the difference Osivo a sadba, 2. 2. 2017

195

was significant only after the application of 60 kg.ha-1 N as compared with the treatment without nitrogen. Autumn fertilization did not have an effect on the percentage of this seed category. Based on significant correlation coefficients, it can be concluded that an increase in the number of seeds per spikelet, as well as in the density of generative shoots and severity of lodging, caused an increase in percentage of fresh non germinated seeds in yield (tab. 2). Tab. 2: Relationship between seeds or seedlings categories and biometric futures (Pearson correlation coefficient (n = 60) Futures Normal seedlings 7 DAS Normal seedlings 7 and 14 DAS Abnormal seedlings 14 DAS Fresh unger. Seeds 14 DAS Hard seeds 14 DAS Dead seeds 14 DAS

Number of generative tillers

Number of spikelets per panicle

Number of seeds per spikelet

TSW

Length of gener. tillers

Lodging at flowering

Lodging at harvest

-0.21

-0.35*

0.11

0.37*

0.13

-0.35*

-0.21

-0.56*

-0.37*

-0.21

0.16

0.01

-0.65*

-0.43*

0.21

0.18

-0.13

-0.05

-0.31*

0.09

-0.07

0.35*

0.24

0.37*

-0.11

0.21

0.57*

0.45*

0.63*

0.23

-0.40*

0.22

-0.66*

0.15

-0.20

0.28*

0.26*

0.31*

-0.31*

0.29*

0.56*

0.54*

The percentage of hard seeds was small (0.62-2.16 %), and the nitrogen fertilization level in spring had no significant effect on the percentage of this seed category in yield (tab. 1). In the case of lack of autumn nitrogen fertilization or after the application of 20 kg.ha-1 N there were more hard seeds than after the application of 40 kg.ha-1. The percentage of hard seeds was positively correlated with the number of generative shoots and negatively with their length and with the number of seeds per spikelet (tab. 2). The percentage of abnormal seedlings in yield was small (2.92 %) and independent of rates of autumn and spring nitrogen fertilization (tab. 1). No effect of the amount and division of nitrogen rate on the percentage of this category of seedlings was also proved in the study of perennial ryegrass (Szczepanek, 2010). The percentage of abnormal seedlings was correlated only with the length of generative shoots (tab. 2). In this study, the percentage of deed seeds was 5.33 % (tab. 1). The percentage of this category was larger with higher nitrogen fertilization rates, but the difference was significant only after the autumn application of 40 kg.ha-1, as compared with the treatment without nitrogen. Also the earlier study on perennial ryegrass (Szczepanek, 2010) indicates an increase in this seed category along with increasing autumn fertilization level. Increased yield structure components (the number of generative shoots, spikelets per panicle, seeds per spikelet and TSW), as long as shoot elongation and the severity of loping, caused an increase in percentage of dead seeds in yield (tab. 2). On the basis of regression equations it can be concluded that each kilogram of nitrogen applied in spring at doses ranging from 0-80 kg·ha-1 germination energy decreased according to the amount of nitrogen applied in spring from 1.95 to 2.35 % (tab. 3). A decrease in the total percentage of normally germinating seedlings 7 and 14 DAS as affected by increasing rates of spring fertilization was smaller and amounted to 1.52-1.82 %. 196


Tab. 3: Share of normal seedlings (y) depending on the rate of spring nitrogen fertilization (x) (n=60) Rate of N in autumn (kg·ha-1) 0 20 40

Participation of normal seedlings 7 DAS 14 DAS 2 y = 82.8 – 1.95 x; R = 0.72 y = 90.9 – 1.82 x; R2 = 0.81 y = 82.3 – 2.17 x; R2 = 0.84 y = 89.0 – 1.63 x; R2 = 0.79 2 y = 81.0 – 2.35 x; R = 0.97 y = 88.1 – 1.52 x; R2 = 0.76

Conclusion The quality of seed material of tall fescue grown for seed in conditions of different rates of autumn and spring nitrogen fertilization is mostly determined by the amount of nitrogen applied in spring. The application of rates of 60 or 80 kg·ha-1 in spring caused a decrease in germination energy and the total percentage of normal seedlings as compared with 0 and 20 kg·ha-1. The percentage of particular categories of seeds or seedlings was the most strongly connected with the number of generative shoots and lodging at the flowering stage. An increase in shoot density caused a reduction in normal seedlings in the final assessment and an increase in the percentage of fresh ungerminated, hard and dead seeds. Severity of lodging reduced germination energy and the percentage of normal seedling at the end of the experiment and increased the percentage of fresh ungerminated and dead seeds in yield. Each kilogram of nitrogen applied in spring at rates within the range 0-80 kg·ha-1 caused a reduction in germination energy by 1.95-2.35%, and in total percentage of normally germinating seedlings by 1.52-1.82%.

Literature EASTON H., LEE C., FITZGERALD R. (1994). Tall fescue in Australia and New Zealand. New Zeal. J. Agric. Res. 37, 405–417. FAIREY N., LEFKOVITCH, L. (1998). Effects of method, rate and time of application of nitrogen fertilizer on seed production of tall fescue. Can. J. Plant Sci. 78, 3, 453–458. GISLUM R., BOELT B. (1999). The effect of autumn nitrogen application in tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) and red fescue (Festuca rubra L.) grown for seed. Proc.4th Inter. Herb. Seed Conf., Perugia, Italy, May 23–27, 96–100. GISLUM R., DELEURAN L. C., KRISTENSEN K., BOELT B. (2012). Optimum distribution between autumn-applied and spring-applied nitrogen in seed production of tall fescue. J. Plant Nutr. 35, 9, 1394–1410. ISTA. (2009). International Rules for Seed Testing 2009. Bassersdorf. Switzerland, Edition 2009/1. KITCZAK,T., CZYŻ H., SARNOWSKI A. (2010). Wpływ nawożenia mineralnego NPK na plon nasion odmiany Asterix Festuca arundinacea. (Effect of mineral NPK fertilization on the yielding of Festuca arundinacea cv. Asterix.) Łąkarstwo w Polsce 13, 93–100 (in Polish). KVASNOVSKY M., KLUSONOWA I., KNOT P., SKLADANKA J. (2015. Influence of nutrient seed coating on the grass germination and initial development of selected grass species. Seed and seedlings. XII Scientific and technical seminar. Prague, 05.02.2015. 109–113. MACHAC R. (2011). Effect of trinecapac-ethyl on seed quality of selected grass species. Seed and seedlings. X Scientific and Technical Seminar. Prague, 11.02.2011. 88–92. ROWARTH J. S. (1997). Nutrient and moisture inputs for grass seed yield. Proc. 18th Intern. Grassl. Cong. Winnipeg, Manitoba, 461–466. SZCZEPANEK M. (2010). Effect of rate and time of nitrogen fertilization on yield quality of red fescue grown for seeds. Ecol. Chem. Eng. 17, 9, 677–687. WATSON C. E. Jr., WATSON V. H. (1982). Nitrogen and date of defoliation effects on seed yield and seed quality of tall fescue. Agron. J. 74, 891–893. YOUNG W., CHILCOTE D., YOUNGBERG. H. (1999). Chemical dwarfing and the response of cool-season grass seed crops to spring-applied nitrogen. Agron. J. 91,2, 344–350.

Contact Address: Malgorzata Szczepanek, Ph.D., Department of Agrotechnology, UTP University of Science and Technology, Kordeckiego 20, 85-225 Bydgoszcz, Poland, E-mail: [email protected]


197

MOŽNOSTI REGULACE VÝDROLU OBILOVIN V POROSTECH JÍLKŮ NA SEMENO Possibilities for Cereal Volunteer Control in Ryegrass Seed Crops Radek Macháč OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., Zubří

Abstract In field trials, conducted in 2013-15 on Grassland Research station at Zubri, the methods for volunteer cereal control in Ryegrass seed crops were evaluated. In trials were to be assessed methods of volunteer regulation by the help of herbicides (glyphosate, metribuzine) and no-chemical method (cutting of sward). The mechanical method of regulation - cutting showed best result in both Ryegrass species. Cutting of sward at the beginning of spring overgrowth showed very good effect on volunteer cereal control and didn't have negative influence on seed yield. Cutting of sward at the end of tillering was achieved full effectivity on volunteer cereals control. However, this treatment leads to higher decreasing of seed yield, mainly at Perennial Ryegrass. Regulation of cereal volunteer by herbicides was less effective and shoved higher phytotoxicity to Ryegrasses and rapidly decreased seed yield of Ryegrasses. Also, negative effect of volunteer cereal on seed yield of Ryegrass was obtained in the trials. Key words: volunteer, seed crop, ryegrass

Souhrn V letech 2013-15 byly v polních maloparcelních pokusech testovány možnosti regulace výdrolu obilnin v jílcích setých letním výsevem. V pokusech byly hodnoceny metody regulace pomocí herbicidů (glyfosát, metribuzin) a nechemické metody (osečení porostu). U obou druhů jílků poskytly nejlepší výsledky metody mechanické regulace výdrolu obilovin sečením. Osečení porostu na počátku jarního obrůstání vykazovalo velmi dobrou účinnost na výdrol a nemělo výrazný vliv na výnos obilek. Při osečení porostu na konci odnožování bylo dosaženo plné účinnosti na výdrol obilovin. Ovšem u této varianty došlo také k výraznějšímu snížení výnosu obilek, a to především u jílku vytrvalého. Regulace zaplevelení výdrolem obilnin pomocí herbicidů bylo méně účinné a vykazovalo vyšší fytotoxicitu na jílky, což se projevilo na snížení výnosu obilek. V pokuse se projevil i negativní vliv zaplevelení výdrolem obilnin na produkci osiv jílků. Klíčová slova: výdrol, semenářství, jílek

Úvod Jílek mnohokvětý italský a jílek vytrvalý náleží mezi nejčastěji pěstované travní druhy na semeno v České republice. Jílky mají ze všech travních druhů nejrychlejší vzcházení a růst po zasetí. Tato skutečnost je z hlediska semenářského velmi významná a je příčinou odlišné agrotechniky ve srovnání s jinými travními druhy. Na rozdíl od většiny travních druhů, které vyséváme na jaře podsevem do krycí plodiny, semenářské porosty jílku mnohokvětého italského a jílku vytrvalého zakládáme zpravidla letním výsevem po ozimých obilninách. Nejčastějšími předplodinami pro jílky bývají ozimý ječmen a ozimá pšenice. Výdrol obilnin je tak velice častým „plevelem“ v semenářských porostech jílků. Jílky jsou obecně poměrně citlivé na ošetření graminicidy, a tak chemická regulace zaplevelení 198


jednoděložnými pleveli je v nich velmi problematická. Pokud nastane dostatečně dlouhé období mezi sklizní předplodiny a setím jílku, pak lze výdrol regulovat mechanicky. Bezprostředně po sklizni obilniny je vhodné provést mělkou podmítku a její ošetření. Velmi příznivé je přiválení půdy, aby se zabezpečily co nejlepší podmínky pro klíčení a vzcházení obilnin z výdrolu. Vzešlý výdrol se pak zničí následnou orbou před setím jílku. Tato metoda je poměrně účinná a také environmentálně příznivá, nicméně v praxi často nepoužitelná. Její využití připadá v úvahu nejčastěji po časné sklizni ozimého ječmene a následném zasetí jílku mnohokvětého italského, který se seje v prvé dekádě září, v příhodných podmínkách i do 20. září. V tomto případě máme na regulaci výdrolu časový prostor šest až osm týdnů. Horší situace je v případě, že jílky zaséváme po ozimé pšenici, což bývá nejčastější případ. Doba mezi podmítkou po sklizni pšenice a výsevem jílku mnohokvětého italského se zkracuje na čtyři až šest týdnů. U jílku vytrvalého, který má optimální agrotechnický termín setí do 15. srpna a měl by být zaset nejpozději do konce srpna, tato možnost regulace výdrolu prakticky nepřipadá v úvahu. Často není dodržena ani doporučená doba mezi orbou a zasetím (tři týdny), potřebná k přirozenému slehnutí půdy a obnovení její kapilarity. Z těchto důvodu jsme se zabývali hledáním dalších možností regulace výdrolu obilovin v jílcích setých letním výsevem.

Metodika V letech 2013-2015 byly na Výzkumné stanici travinářské v Zubří založeny a hodnoceny polní maloparcelní pokusy s jílkem vytrvalým (Lolium perenne L.) cv. Olaf a jílkem mnohokvětým italským (Lolium multiflorum Lam., subsp. italicum) cv. Lolita pro hodnocení metod regulace zaplevelení výdrolem obilnin. V pokusu byly testovány chemické i nechemické způsoby regulace výdrolu obilovin. V pokusném cyklu 2012/2013 byly testovány i jiné chemické způsoby regulace (vyšší dávky glyfosátu, S-metolachlor), které však pro vysokou fytotoxicitu či nízkou účinnost nebyly do dalšího testování zařazeny a byly nahrazeny mechanickými způsoby ošetření porostu. Do následného testování byly tak zařazeny tyto varianty: 1. kontrolní varianta – neošetřeno 2. glyfosát 0,3 l.ha-1 – aplikace na jaře na počátku jarního růstu 3. osečení porostu – časné jaro (BBCH 29) 4. osečení porostu – konec odnožování (BBCH 29) 5. metribuzin 560 g.ha-1 – aplikace na podzim po ukončení podzimního růstu 6. metribuzin 350 g.ha-1 – aplikace na podzim po ukončení podzimního růstu Testované varianty byly zařazeny na základě informací a zkušeností ze zahraničí. Všechny pokusné varianty byly testovány v šesti opakováních, z nichž čtyři opakování sloužily pro hodnocení účinnosti na výdrol obilnin a ve dvou opakováních byla testována selektivita přípravků. Na parcely pro hodnocení účinnosti byla přiseta směs obilnin (50 % ozimý ječmen a 50 % ozimá pšenice) v dávce 120 kg/ha. Výsev obou jílků byl proveden do 25. srpna, výsevek jílku vytrvalého činil 25 kg.ha-1 a jílku mnohokvětého italského 30 kg.ha-1. Jílky byly vysety do řádků (21 cm), velikost parcel činila 10 m2. Pokusy byly dále běžně ošetřovány (aplikace herbicidu proti dvouděložným plevelům - Mustang 0,6 l.ha-1, hnojení – podzim 50 kg N.ha-1 + fosfor a draslík, jaro 80 kg N.ha-1). Chemické aplikace byly provedeny přesným parcelním postřikovačem Zems 09/00. Osečení bylo provedeno parcelním mulčovačem s výškou strniště 4 cm. Hodnocena byla celková účinnost na výdrol a byly spočítány vymetané klasy obilnin. Pokusné parcely byly sklízeny maloparcelní sklízecí mlátičkou Wintersteiger Elite, získané osivo bylo dosušeno v komorové sušárně a následně vyčištěno na laboratorní čističce Kamas-Westrup La/Ls. Po zvážení vyčištěného osiva byl stanoven výnos semen.


199

Výsledky a diskuse Regulace výdrolu obilovin

Nejvyšší účinnost na regulaci rostlin obilovin byl zaznamenán u mechanického způsobu, tj. osečení porostu. Z hlediska účinnosti bylo maximální regulace výdrolu dosaženo při sečení na konci odnožování, kdy byla účinnost 100 %. Při osečení na počátku jarního obrůstání byla účinnost o něco nižší a dosahovala 90–95 %. Z herbicidů nejlépe reguloval výdrol metribuzin v dávce 560 g.ha-1, jehož účinnost dosahovala 68–73 %. Varianty ošetřené glyfosátem (0,3 l.ha-1) a metribuzinem v nižší dávce (350 g.ha-1) měly účinnost na úrovni 60–68 %. Lee (1980) referoval o dobré účinnosti ethofumesátu v dávce 1,7 kg.ha-1 na regulaci obilovin v jílku vytrvalém. Tento přípravek v dané dávce je ovšem pro aplikaci v jílcích neekonomický. Metribuzin pro regulaci výdrolu trávovitých plevelů v jílcích doporučuje Hulting (2009). V našem pokusu se vliv metribuzinu na regulaci výdrolu obilovin příliš neosvědčil. Vliv pokusných zásahů na regulaci zaplevelení výdrolem obilnin je uveden v grafu 1.

Graf 1: Vliv pokusných zásahů na regulaci zaplevelení výdrolem obilnin Vliv na výnos semen jílků

U jílku vytrvalého byl nejvyšší výnos obilek zaznamenán u kontrolní varianty bez výdrolu. U všech ostatních variant došlo k propadu výnosu obilek jílku. Z pokusných variant byly nejlepší výsledky dosaženy u varianty osečené na počátku jarního růstu, kdy byl dosažen výnos jen nepatrně nižší než u kontroly. Sečení na konci odnožování již snížilo výnos obilek o 32–33 %. U variant ošetřených metribuzinem bylo zaznamenáno statisticky průkazné snížení výnosu obilek o 17–27 % (u variant bez výdrolu). Nejnižší výnos byl zaznamenán u varianty ošetřené glyfosátem, kdy výnos poklesl na 60-63 % výnosu na kontrole. U kontrolních variant, kde nebyl výnos ovlivněn pokusnými zásahy, byl na parcelách s výdrolem výnos nižší o 29–30 % ve srovnání s čistým porostem. Toto dokladuje i negativní vliv výdrolu obilnin na semenářskou produkci jílku. Vliv pokusných zásahů na výnos obilek jílku vytrvalého je uveden v tabulce 1. 200


U jílku mnohokvětého italského byl nejvyšší výnos obilek zaznamenán u varianty bez výdrolu, osečené časně zjara. U této varianty výnos obilek překonal kontrolu o 6–10 %. U stejné varianty, ale na parcelách s výdrolem, byl dosažen výnos na úrovni kontroly bez výdrolu. U ostatních variant došlo ke snížení výnosu semen. U varianty se sečením porostu na konci odnožování poklesl výnos o 15 % ve srovnání s kontrolou. Young III et al. (1996) hodnotili dekapitaci vzrostného vrcholu u jílku mnohokvětého italského v souvislosti s jarní pastvou. Při dekapitaci 1/3 primárních stébel došlo k podpoře odnožování a byl pozorován i příznivý vliv na výnos obilek. Pozitivní vliv dekapitace přisuzují autoři odstranění apikální dominance primárních stébel. Tab. 1: Vliv ošetření na výnos obilek jílku vytrvalého 2014 Varianta

výdrol kg.ha B 646 kontrolní varianta - neošetřeno V 450 B 397 glyfosát 0,3 l/ha - jaro V 405 B 600 sečení - časné jaro V 620 B 432 sečení - konec odnožování V 439 B 494 metribuzin 560 g/ha - podzim V 363 B 534 metribuzin 350 g/ha - podzim V 489

-1

T05 rel. % a 100 de 70 ef 61 ef 63 ab 93 a 96 de 67 de 68 cd 76 f 56 bc 83 cd 76

2015 kg.ha 866 615 523 496 823 808 581 563 632 515 694 645

-1

T05 rel. % a 100 de 71 ef 60 f 57 ab 95 ab 93 de 67 e 65 cd 73 ef 59 bc 80 cd 74

Legenda: B- bez výdrolu, V - s výdrolem, T05 - homogenní skupiny dle Tukey (95 %)

Nejnižší výnos byl zaznamenán u variant s glyfosátem, kdy v obou letech dosáhl úrovně 50 % výnosu na kontrole. V průměru byl výnos semen jílku mnohokvětého na parcelách s výdrolem obilnin o 15 % nižší než u čistého porostu jílku. U kontrolních variant (kde nebyl výnos ovlivněn pokusnými zásahy) byl na parcelách s výdrolem obilnin zaznamenán výnos nižší o 19 % ve srovnání s čistým porostem. Vliv pokusných zásahů na výnos obilek jílku mnohokvětého italského je uveden v tab. 2. Tab. 2: Vliv ošetření na výnos obilek jílku mnohokvětého italského 2014 Varianta kontrolní varianta - neošetřeno glyfosát 0,3 l/ha - jaro sečení - časné jaro sečení - konec odnožování metribuzin 560 g/ha - podzim metribuzin 350 g/ha - podzim

výdrol kg.ha-1 B 1596 V 1292 B 804 V 814 B 1757 V 1578 B 1246 V 1249 B 1315 V 613 B 1280 V 1182

T05 rel. % kg.ha-1 ab 100 1685 c 81 1156 d 50 822 d 51 836 a 110 1788 ab 99 1692 c 78 1426 c 78 1403 bc 82 1294 d 38 689 c 80 1281 c 74 1193

2015 T05 rel. % ab 100 c 69 d 49 d 50 a 106 ab 100 c 85 c 83 bc 77 d 41 c 76 c 71

Legenda: B- bez výdrolu, V - s výdrolem, T05 - homogenní skupiny dle Tukeye (95%)


201

Závěr U obou druhů jílků, jílku vytrvalého a mnohokvětého italského, se prokázal pozitivní vliv mechanické regulace výdrolu obilovin sečením. Osečení porostu na počátku jarního obrůstání vykazovalo velmi dobrou účinnost na výdrol a nemělo výrazný vliv na výnos obilek. Osečení porostu na konci odnožování vykázalo 100 % účinnost na výdrol obilovin, nicméně zde došlo k výraznějšímu snížení výnosu obilek, zejména u jílku vytrvalého. Chemické způsoby regulace vykazovaly účinnost mezi 60–70 %, při významném poklesu výnosu semen. Zároveň se prokázalo, že zaplevelení výdrolem obilnin nemá jen negativní vliv na kvalitu semenářského porostu (nebezpečí zamítnutí inspektorem Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského), ale také významně snižuje produkci osiva jílků.

Literatura HULTING A. (2009). Grass Seed Crops. PNW Weed Management Handbook. Corvallis, OR: Oregon State University. s. 142–191. LEE W. O. (1980) Control of Volunteer Wheat (Triticum aestivum) in Fall-Planted Perennial Ryegrass (Lolium perennne) with Ethofumesate. Weed Science, No. 3, vol. 28. s. 292–294. YOUNG III, W. C., CHILCOTE, D. O., YOUNGBERG, H. W. (1996): Annual Ryegrass Seed Yield Response to Grazing during Early Stem Elongation. Agronomy Journal, Volume 88. s. 211–215.

Contact address: Radek Macháč, Ph.D. OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., Hamerská 698, 756 54 Zubří, Email: [email protected]

202


KLÍČENIE OSIVA VYBRANÝCH DRUHOV RODU FESTUCA PO APLIKÁCII PODPORNÝCH PRÍPRAVKOV The Seed Germination of Selected Species of Genus Festuca after Application of Supporting Preparations Peter Kovár, Ľuboš Vozár, Peter Hric, Ján Jančovič Katedra trávnych ekosystémov a kŕmnych plodín, FAPZ SPU v Nitre

Abstract The effect of supporting preparations (Atonik, Fruiter + Huminer, Alga 600) on the germination process was evaluated in the laboratory experiments with selected grass species of the genus Festuca (F.). There were evaluated total germination at the end of the experiment, the rate of germination and mean germination time in this experiment. Atonik (F. ovina +16.95 % and F. rupicola +16.60 % compared to control) and Alga 600 (F. ovina +38.59 %, F. rupicola +32.25 % and F. valesiaca +30.86 % compared to control) showed stimulating effect on total germination from all used preparations. The effect was statistically significant (p = 0.0007). Those preparations can be evaluated positively in terms of their effect on rate of germination, which at F. rupicola increased by approximately 0.07 seed.day-1 to 0.35 seed.day-1 compared to control. Preparations Fruiter + Huminer and Alga 600 slightly (+0.04–0.06 seed.day-1) accelerated germination F. valesiaca. For accelerate germination of F. ovina (+0.20 seed.day-1) worked only Alga 600. The values of mean germination time showed shorten the germination period after use of Fruiter + Huminer at F. ovina (-0.08 day) and Atonik at F. ovina (-1.36 day), F. rupicola (-0.11 day) and F. valesiaca (-0.49 day). Keywords: germinability, rate of germination, support preparations, fescue

Súhrn V laboratórnom pokuse s vybranými trávnymi druhmi rodu Festuca (F.) sa sledoval vplyv podporných prípravkov (Atonik, Fruiter + Huminer, Alga 600) na proces klíčenia. Hodnotila sa celková klíčivosť na konci experimentu, rýchlosť klíčenia a stredná doba klíčenia. Z použitých prípravkov stimulačný účinok na celkovú klíčivosť prejavil Atonik (pri F. ovina o 16,95 % a F. rupicola o 16,60 % viac v porovnaní s kontrolou) a Alga 600 (pri F. ovina o 38,59 %, F. rupicola o 32,25 % a F. valesiaca o 30,86 % viac v porovnaní s kontrolou). Účinok bol štatisticky preukazný (p = 0,0007). Použité prípravky možno pozitívne hodnotiť aj z hľadiska ich vplyvu na rýchlosť klíčenia, ktorú pri F. rupicola zvýšili približne o 0,07 – 0,35 zŕn.deň-1 v porovnaní s kontrolou. Prípravky Fruiter + Huminer a Alga 600 nepatrne (o 0,04 – 0,06 zŕn.deň-1) zrýchlili klíčenie F. valesiaca. Pri F. ovina na zrýchlenie klíčenia (o 0,20 zŕn.deň-1) pôsobil iba prípravok Alga 600. Z hodnôt strednej doby klíčenia rezultuje skrátenie doby klíčenia po použití prípravkov Fruiter + Huminer pri F. ovina (o 0,08 dňa) a Atonik-u pri F. ovina (o 1,36 dňa), F. rupicola (o 0,11 dňa) a F. valesiaca (o 0,49 dňa). Kľúčové slová: klíčivosť, rýchlosť klíčenia, podporné prípravky, kostrava

Úvod Trávy, ako najrozšírenejšia skupina rastlín na našej planéte, majú vďaka svojej nenáročnosti a rozmanitosti široké uplatnenie. Vysoké trávy dokážu pohľadovo rozdeliť priestor, výbežkaté ho vyplnia a trsnaté môžu pôsobiť solitérne. Nemenej populárne je aj uplatňovanie okrasných tráv Osivo a sadba, 2. 2. 2017

203

na strešných záhradách, pretože dokážu prežiť aj na extrémne suchých stanovištiach, alebo naopak aj na vlhkých miestach (Nováková, 2004). V poslednom období sa stretávame s čoraz častejšie sa opakujúcimi periódami sucha a tepla, čo môže veľmi významne, väčšinou negatívne, ovplyvniť klíčivosť zŕn tráv. Podľa niektorých autorov (Copenland a McDonald, 1995; Pazderů, 2009) vitalita osiva a klíčivosť, t.j. kvalita osiva, vplýva na schopnosť konkurencie väčšiny druhov najmä v počiatočných štádiách vývoja. Pri zakladaní trávnych porastov je znalosť vitality osiva žiaduca, pretože je predpokladom i pre rýchlosť vzchádzania a úspešnosť ďalšieho vývoja a formovania trávneho porastu. V konečnom dôsledku to má vplyv aj na plnenie požadovaných funkcií, čo sa potvrdilo aj v niektorých pokusoch (Martinek, 2011; Hric et al., 2012). Zvlášť významné je to pri použití miešaniek obsahujúcich druhy s rozdielnou rýchlosťou klíčenia, vzchádzania a počiatočného rastu. Zo strany druhov s rýchlejším vývinom nastáva silná konkurencia, pričom pomalší druh býva znevýhodnený až do takej miery, že z porastu úplne ustúpi (Svobodová a Šantrůček, 2003). Preto niektorí autori (Štranc et al., 2008; Przybysz et al., 2014) pre podporu počiatočného vývoja odporúčajú použiť rôzne prípravky, ktoré vo všeobecnosti stimulujú klíčenie semien, čím sa vyššie uvedené nevýhody môžu eliminovať. Cieľom príspevku je zhodnotiť vplyv podporných prípravkov na klíčivosť, rýchlosť klíčenia a strednú dobu klíčenia zŕn vybraných druhov tráv z rodu Festuca (kostrava).

Metodika Experiment sa realizoval na Katedre trávnych ekosystémov a kŕmnych plodín FAPZ SPU v Nitre. Ako biologický materiál boli použité zrná nasledovných trávnych druhov z rodu Festuca (kostrava): - Festuca ovina L. (kostrava ovčia), - Festuca valesiaca Schleich. Ex Gaudin (kostrava valeská), - Festuca brevipila Tracey (kostrava tuhá), - Festuca rupicola Heuff. (kostrava žliabkatá). Pre tento experiment boli vytvorené 4 varianty, v ktorých sa použili nasledovné prípravky: - variant 1: destilovaná voda (kontrola), - variant 2: Atonik (koncentrácia roztoku: 0,003 %), - variant 3: Fruiter + Huminer (koncentrácia roztoku: 0,50 %), - variant 4: Alga 600 (koncentrácia roztoku: 0,04 %). Charakteristika použitých prípravkov

Atonik – je to rastlinný stimulátor, ktorého účinnými látkami sú aromatické nitrozlúčeniny. Podporuje rýchlejšiu syntézu všetkých životne dôležitých substancií (bielkoviny, tuky, cukry, enzýmy) pre zdravý rast a vývoj rastliny. Stimuluje tvorbu koreňovej sústavy (http://www.floraservis.sk/atonik.php). Fruiter – obsahuje humínové látky a ich soli (13 %), zmes oligopeptidov a aminokyselín (10 %), výťažky z morských rias – adaptogény, zmáčadlo s lepivým účinkom a ďalšie látky zvyšujúce prienik účinných látok a živín membránami. Zvyšuje odolnosť k chladu, suchu a zasoleniu, zvyšuje prah tolerancie k chorobám (http://www.forsol.sk/fruiter). Huminer – obsahuje humínové látky a ich soli (30 %), zmes oligopeptidov a aminokyselín so zmáčavým a lepivým účinkom, adaptogény a ďalšie látky podporujúce tvorbu koreňovej sústavy (http://www.forsol.sk/huminer). Alga 600 – organický extrakt z hnedých morských rias obsahujúci vysokú koncentráciu organických živín, minerálov, vitamínov a bioaktívnych látok. Zloženie: organické látky (55 %), kyselinu algínovú (15 %), aminokyseliny (6 %), N celkovo (1 %), K (17 %), S (1 %), Ca (0,5 %), Fe (0,15 %), Mg (0,04 %), Cu (25 ppm), prírodné rastové hormóny (PGR), (600 ppm) (http://agrobiofert.sk/alga-600/39).

204


Zrná jednotlivých druhov tráv (po 100 ks zŕn v 2 opakovaniach) boli rovnomerne rozložené na filtračný papier v Petriho miske veľkosti 120 x 120 mm. Filtračný papier bol zvlhčený 10 ml destilovanej vody, resp. pripraveného roztoku podľa vyššie uvedených variantov. Petriho misky so zrnami boli umiestnené do rastovej komory (Climacell 404) a inkubované pri teplote 23 ˚C (deň)/15 ˚C (noc) s fotoperiódou 12 hod. svetlo/12 hod. tma a relatívnou vlhkosťou vzduchu rh = 70 %. Počas trvania experimentu sa filtračný papier podľa potreby priebežne navlhčoval pripravenými roztokmi podľa jednotlivých variantov. Počet vyklíčených zŕn bol zisťovaný v 7., 14., 21. a 28. deň trvania experimentu. Hodnotili sa nasledovné parametre: - klíčivosť zŕn na konci experimentu vyjadrená ako % kontroly; - rýchlosť klíčenia zŕn podľa vzťahu S = (Nn – Nn-1) / (tn – tn-1), kde S je rýchlosť klíčenia [počet zŕn.deň-1], N je počet vyklíčených zŕn pri n-tom a n-1 hodnotení, tn – tn-1 je počet dní medzi n-tým a n-1 hodnotením; - stredná doba klíčenia (MGT) podľa vzťahu MGT = ∑(D*n) / ∑n, kde D je počet dní od začiatku experimentu a n je počet zŕn vyklíčených v deň D (Ellis a Roberts, 1980). Hodnoty celkovej klíčivosti, rýchlosti klíčenia zŕn a strednej doby klíčenia trávnych druhov sa vyhodnotili v programe Statistica (Statsoft Inc. (2005). Statistica Cz, verzia 7.1) jednofaktorovou analýzou rozptylu (ANOVA) s následným testovaním preukaznosti rozdielov Fischerovým LSD testom pri 95 % hladine pravdepodobnosti (α = 0,05). Grafické spracovanie výsledkov bolo pomocou programu MS Excel.

Výsledky a diskusia Celková klíčivosť zŕn trávnych druhov vyjadrená ako % kontroly je prezentovaná v grafe 1. Pri Festuca (F.) ovina sa vplyvom použitých prípravkov klíčivosť zvýšila o 16,95 % (var. 2 – Atonik) a 38,95 % (var. 4 – Alga 600), zatiaľ čo Fruiter + Huminer (var. 3) pôsobil mierne inhibične (o 5,93 %) v porovnaní s kontrolou (var. 1). Podobne reagovala aj F. rupicola, avšak s výraznejším (20,96 %) negatívnym pôsobením prípravku Fruiter + Huminer na klíčenie zŕn. V prípade F. brevipila sa zaznamenala o 5,13 % (Atonik) až 40,74 % (Fruiter + Huminer) nižšia klíčivosť zŕn ako v kontrolnom variante. Klíčenie zŕn F. valesiaca bolo podpornými prípravkami väčšinou stimulované (var. 3 – o 10,29 %; var. 4 – o 30,86 %). Pri tomto druhu iba Atonik (var. 2) nepatrne inhiboval klíčenie zŕn (o 1,32 %). Vo všeobecnosti možno konštatovať preukazný vplyv podporných prípravkov na klíčivosť (p = 0,0007), pričom počet vyklíčených zŕn sa zvýšil použitím prípravkov Atonik (var. 2) v priemere o 6,78 % a Alga 600 (var. 4) v priemere o 23,23 %. Negatívne sa prejavil Fruiter + Huminer (var. 3), ktorého účinkom sa klíčivosť zŕn bez ohľadu na druh znížila v priemere o 14,33 % v porovnaní s kontrolou (var. 1). Medzidruhové porovnanie ukázalo preukazné (p = 0,0160) rozdiely v reakcii na podporné prípravky. Podobne uvádza aj Macháč (2011), ktorý vo svojom pokuse po aplikácii regulátoru rastu zaznamenal preukazné rozdiely v hodnotách klíčivosti práve pri kostrave (Festuca sp.), ale aj pri ovsíku obyčajnom (Arrhenatherum elatius). F. ovina, F. rupicola a F. valesiaca reagovali 6,97– 12,40 %-ným zvýšením počtu vyklíčených zŕn v porovnaní s kontrolou. Jedine F. brevipila mala po použití testovaných prípravkov v priemere o 13,66 % nižšiu klíčivosť ako v destilovanej vode (kontrola). V prípade druhého hodnoteného znaku – rýchlosť klíčenia zŕn (graf 2) – sa zaznamenali preukazné (p = 0,0000) diferencie medzi jednotlivými druhmi. Najpomalšie klíčiacimi druhmi bez ohľadu na použité prípravky boli F. ovina (0,40 zŕn.deň-1) a F. valesiaca (0,52 zŕn.deň-1). K najrýchlejšie klíčiacim druhom sa hodnotou 1,67 zŕn.deň-1 zaradila F. brevipila. Podobne ako v našom predchádzajúcom experimente (Kovár et al., 2015) sa aj tu prejavila rozdielna reakcia trávnych druhov na použité prípravky. F. ovina pozitívne reagovala iba na prípravok Alga 600 (var. 4), kde rýchlosť klíčenia bola o 0,20 zŕn.deň-1 vyššia ako v kontrolnom variante.


205

Graf 1: Klíčivosť zŕn vybraných trávnych druhov rodu Festuca (% kontroly) *Rozdielne indexy (a – b) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi priemermi variantov hodnotených druhov (Fischerov LSD test, α = 0,05). **Rozdielne indexy (A – C) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi jednotlivými variantmi (Fischerov LSD test, α = 0,05).

Graf 2: Priemerná rýchlosť klíčenia zŕn vybraných trávnych druhov rodu Festuca (počet zŕn.deň-1) *Rozdielne indexy (a – c) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi priemermi variantov hodnotených druhov (Fischerov LSD test, α = 0,05). **Rozdielne indexy (A – C) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi jednotlivými variantmi (Fischerov LSD test, α = 0,05).

206


Zvýšenie rýchlosti klíčenia účinkom použitých prípravkov sa zistilo pri F. rupicola, kde v porovnaní s kontrolou boli hodnoty o 0,07 – 0,35 zŕn.deň-1 vyššie. Napriek tomu, že F. brevipila bola najrýchlejšie klíčiacim druhom, pôsobenie podporných prípravkov sa prejavilo skôr negatívne. Dôkazom toho je 1,30–1,78 vyklíčených zŕn za deň, kým vo variante, kde neboli aplikované uvedené prípravky (var. 1 – kontrola) táto hodnota dosiahla úroveň 1,85 zŕn.deň-1. Pri F. valesiaca sa nepatrná stimulácia ukázala len po použití Fruiter + Huminer (o 0,04 zŕn.deň-1) a Alga 600 (o 0,06 zŕn.deň-1). Celkovo sa dá konštatovať, že medzi jednotlivými variantmi boli minimálne a zároveň nepreukazné (p = 0,7812) rozdiely v rýchlosti klíčenia zŕn. Zrýchlenie klíčenia sa dosiahlo iba použitím prípravku Alga 600 (var. 4), a to v priemere o 0,13 zŕn.deň-1. Ostatné dva prípravky (Atonik a Fruiter + Huminer) rýchlosť klíčenia oproti kontrole nepatrne znížili (o 0,01 zŕn.deň-1 a 0,09 zŕn.deň-1). Strednú dobu klíčenia (MGT), t.j. deň od založenia experimentu, kedy sa dosiahne úroveň 50 % vyklíčených zŕn, dokumentuje graf 3. Z hodnôt tohto ukazovateľa vidieť určité diferencie nielen medzi druhmi, ale aj medzi variantmi. Urýchlenie klíčenia zŕn (t.j. zníženie hodnoty MGT) spôsobil iba Atonik (var. 2), a to pri F. ovina (o 1,36 dňa), F. rupicola (o 0,11 dňa) a F. valesiaca (o 0,49 dňa) a Fruiter + Huminer (var. 3) pri F. ovina (o 0,08 dňa). V ostatných prípadoch mali podporné prípravky skôr opačný efekt, t. zn. spomalili klíčenie v porovnaní s kontrolným variantom. Porovnanie priemerných hodnôt MGT jednotlivých druhov ukázalo štatisticky preukazné (p = 0,0000) rozdiely medzi druhmi. Na základe strednej doby klíčenia možno testované druhy kostráv zoradiť od najskoršieho nasledovne: F. valesiaca – F. brevipila – F. ovina – F. rupicola. Všeobecný účinok podporných prípravkov sa vyznačoval iba minimálnymi, avšak preukaznými (p = 0,0032) rozdielmi medzi variantmi. Najskoršie klíčenie zŕn sa dosiahlo po aplikácii prípravku Atonik (var. 2) – v priemere po 23,05 dňoch. S hodnotou 23,51 dňa nasledoval kontrolný variant (var. 1), potom variant 4 (Alga 600) s 24,12 dňa a nakoniec s hodnotou 24,62 dňa variant 3 (Fruiter + Huminer).

Graf 3: Stredná doba klíčenia (MGT) zŕn vybraných trávnych druhov rodu Festuca (deň) *Rozdielne indexy (a – d) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi priemermi variantov hodnotených druhov (Fischerov LSD test, α = 0,05). **Rozdielne indexy (A – C) znamenajú štatisticky preukazný rozdiel medzi jednotlivými variantmi (Fischerov LSD test, α = 0,05).


207

Záver Z výsledkov experimentu vyplýva, že stimulačný účinok na proces klíčenia zŕn tráv rodu Festuca sa dosiahol použitím prípravkov Atonik a Alga 600. Celková klíčivosť zŕn bola pozitívne ovplyvnená obidvomi uvedenými prípravkami, zatiaľ čo pri rýchlosti klíčenia sa efektívnejšie prejavil prípravok Alga 600 a pri strednej dobe klíčenia Atonik.

Poďakovanie Táto práca bola vytvorená realizáciou projektu „Excelentné centrum ochrany a využívania agrobiodiverzity“, na základe podpory operačného programu Výskum a vývoj financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Aktivita 1.2 Biológia uchovávania agrobiodiverzity.

Literatúra COPENLAND L. O., MCDONALD M. B. (1995). Principles of Seed Science and Technology. 3rd edition, Chapmann & Hall, 409 pp. ELLIS R. H., ROBERTS E. H. (1980). Towards a rational basis for testing seed quality. In Hebblethwaite PD, ed., Seed Production. Butterworths, London, pp 605–635. HRIC P., JANČOVIČ J. KOVÁR, P. VOZÁR, Ľ. (2012). Alelopatické vzťahy trávnikových druhov tráv počas klíčenia. In VII. Vedecká konferencia doktorandov s medzinárodnou účasťou, konaná pri príležitosti Európskeho týždňa vedy. Nitra : SPU, 2012, s. 20–23, ISBN 978-80-552-0887-9 http://agrobiofert.sk/alga-600/39 [cit. 2016-11-10] http://www.floraservis.sk/atonik.php [cit. 2016-11-10] http://www.forsol.sk/fruiter [cit. 2016-11-10] http://www.forsol.sk/huminer [cit. 2016-11-10] KOVÁR P., VOZÁR Ľ., JANČOVIČ J., HRIC P. (2015). Využitie podporných prípravkov pre zlepšenie klíčenia zŕn vybraných druhov kŕmnych tráv. In Osivo a sadba. Praha: Česká zemědělská univerzita, 2015, s. 175–180. ISBN 978-80-213-2544-9 MACHÁČ R. (2011). Vliv trinexapac-ethylu na kvalitu osiva vybraných druhů trav. In Osivo a sadba, X. Odborný a vedecký seminár. Zb. ref., 2011, s. 88–92, ISBN 978-80-213-2153-3 MARTINEK J. (2011). Konkurenční schopnosti metlice trsnaté Deschampsia caespitosa (L.) Beauv. ve směsích s vybranými trávníkovými druhy. Doktorská disertační práce, 181 s. NOVÁKOVÁ A. (2004). Okrasné trávy. Praha 2004, s. 9–91, ISBN 80-247-0820-5 PAZDERŮ K. (2009). Význam energie klíčení pro hodnocení kvality osiva. In Osivo a sadba, IX. Odborný a vedecký seminár. Zb. ref., 2009, s. 56–60, ISBN 978-80-213-1891-5 PRZYBYSZ A. GAWROŃSKA, H. GAJC-WOLSKA, J. (2014). Biological mode of action of a nitrophenolates based biostimulants: case study. In Front. Plant. Sci., 2014, vol. 5, n. 713, ISSN 1664-462X SVOBODOVÁ M., ŠANTRŮČEK J., (2003). Vztah jílku vytrvalého a lipnice lúční při zakládaní trávníků. In Trávníky 2003. Lednice na Morave, s. 34, ISBN 80-7157-671-9 ŠTRANC P., ŠTRANC J., ŠTRANC D., POKORNÝ J., KOHOUT L. (2008). Výsledky pokusů s vybranými stimulátory v chmelařství, Moderní trendy v zemědělství, Agromanuál, 4, č. 6, s. 50–53.

Contact address: Ing. Peter Kovár, PhD., Katedra trávnych ekosystémov a kŕmnych plodín FAPZ, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Tr. A. Hlinku 2, 949 76 Nitra, E-mail: [email protected]

208


VÝSLEDKY VÝZKUMU PARAZITÁRNÍ BĚLOKLASOSTI V SEMENNÝCH POROSTECH TRAV VYUŽITELNÉ V ZEMĚDĚLSKÉ PRAXI Research Results of Parasitic Silvertop in the Seed Grass Crops for Application in Practice Jan Frydrych1, Pavla Volková1, Pavel Kolařík2, Jiří Rotrekl2 1 Oseva vývoj a výzkum s.r.o. se sídlem v Zubří 2 Zemědělský výzkum, společnost s.r.o. Troubsko

Abstract On the purposely grown seed grass stands, now takes on significance silvertop caused by animal parasites meadow plant bug (Leptopterna dolobrata). With seed grasses, the focus should be orientated on protection of susceptible species against silvertop. There is a presumption of a higher rate of silvertop than not mulched stands. Treatment of grass against meadow plant bug is part of the production technology for seed grasses and recommended to the host grass species such as Festuca pratensis, Festuca rubra, Festuca ovina, Trisetum flavescens, Cynosurus cristatus, species of Poa and Agrostis. Is recommended a reliable protection against meadow plant bug based on insecticide deltamethrin at the stage of bracketing (at the latest at the beginning of heading). Keywords: grass grown for seed, silvertop, meadow plant bug, Leptopterna dolobrata, insecticide, mulching

Souhrn U pěstovaných porostů trav na semeno nabývá na významu běloklasost způsobená škůdcem klopuškou hnědožlutou (Leptopterna dolabrata). Předpoklad vyššího výskytu klopušky hnědožluté je v mulčovaných porostech oproti nemulčovaným. V porostu, kde se provádí mulčování a zůstává větší část mulče do příštího roku, zejména u porostů hostitelských druhů trav pěstovaných na semeno, je důležité zaměřit se na ochranu proti klopušce hnědožluté. Ošetření travních porostů proti klopušce hnědožluté je součástí pěstitelské technologie v travách na semeno a je doporučováno u hostitelských travních druhů, jako je kostřava luční, kostřava červená a ovčí, trojštět žlutavý, poháňka hřebenitá, druhy rodu lipnice a psineček. Proti klopušce žlutohnědé je doporučena spolehlivá ochrana insekticidem na bázi deltamethrinu ve fázi sloupkování (nejpozději na začátku metání). Klíčová slova: tráva pěstovaná na semeno, běloklasost, klopuška hnědožlutá, Leptopterna dolabrata, insekticid, mulčování

Úvod U cíleně pěstovaných porostů trav na semeno nabývá na významu běloklasost způsobená živočišným škůdcem klopuškou hnědožlutou (Leptopterna dolabrata). Toto poškození provází praktické travní semenářství téměř od jeho vzniku, intenzity však nabylo s nárůstem ploch a větší koncentrací náchylných druhů. Klopuška hnědožlutá je hmyz z podřádu Heteroptera – ploštice, čeledi Miridae – klopuškovité. V 60. letech 20. století dosáhlo poškození kalamitního charakteru. Klopuška hnědožlutá napadá výhradně pěstované druhy rodu Poa, Agrostis, dále např. druhy Festuca pratensis, F. rubra a F. ovina, Trisetum flavescens, Cynosurus cristatus a některé další méně významné travní druhy. Se stářím porostu se intenzita napadení zvyšuje. Typickým projevem je zcela odumřelé, Osivo a sadba, 2. 2. 2017

209

slámovitě zabarvené a „berlovitě“ zahnuté stéblo. Celá květní lata je odumřelá (hluchá), konec stébla (po oddělení od bazální části) má charakteristické zaškrcení s bělavým povlakem, kde se často nachází mycelium houby Fusarium poae. Na rozdíl od starších údajů, kdy jako původci poškození byli označováni roztoči Siteroptes graminum (Kirchner, 1864) a Steneotarsonemus spirifex (Marchal, 1902), bylo zjištěno, že primárním a nejzávažnějším původcem u nás je klopuška hnědožlutá (Rotrekl et al. 1985, Cagaš et al. 1986), která nabodává stéblo v období od sloupkování do metání a svými toxiny za spolupůsobení fuzaria způsobuje odumření fertilního stébla. Škodlivost této ploštice potvrdil i Bürgés a kol. (1995). Následkem tohoto onemocnění fertilního stébla trav dochází k přímým ztrátám na výnosu semen. Údaje z Kanady (Soroka a kol., 1997) hovoří o výskytu běloklasosti na druzích rodu Agropyron, Bromus a Elymus. Výzkumná stanice provádí pravidelný monitoring plevelů, chorob a škůdců na základě spolupráce se semenářskými firmami. Koncem každého roku je zpracován přehled o výskytu škodlivých činitelů v plochách trav pěstovaných na semeno a v přírodním osivu vždy na základě osivových karet a karet z přehlídek porostů během vegetace. Uvedená tabulka (tab. 1) udává výskyt běloklasosti v porostech trav pěstovaných na semeno v letech 2007–2014 při přehlídkách během vegetace. Z uvedené výměry byla běloklasost nejvíce zaznamenána při přehlídkách porostů v kostřavě červené, kostřavě luční a drsnolisté, lipnici luční, poháňce hřebenité, u psinečků a trojštětu žlutavého. Tab. 1: Výskyt běloklasosti v porostech trav pěstovaných na semeno (2007–2014) Rok

Celková monitorovaná výměra (ha)

Plocha s běloklasostí (ha)

% z celkové monitorované plochy

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

6570,3 6127,6 5628,9 3458,5 3035,3 2490 1183,2 1310,8

2314,8 2923,6 2006,5 1437,5 905,7 568,2 628,6 565,3

35,2 47,7 35,6 41,3 29,8 22,8 53,1 43,1

V současnosti řeší OSEVA vývoj a výzkum s.r.o. v Zubří společně se Zemědělským výzkumem, spol s.r.o. v Troubsku, Mendelovou univerzitou v Brně a Sdružením pěstitelů travních a jetelových semen v Zubří projekt Inovace postupů zakládání, ošetřování a ochrany semenářských porostů víceletých pícnin. Projekt řeší problematiku semenářství víceletých pícnin, které jsou nepostradatelné pro udržitelný rozvoj zemědělství. Osiva trav a jetelovin jsou významným exportním artiklem, který snižuje zápornou bilanci českého agrárního obchodu se zahraničím. V současnosti se plochy trav a jetelovin snižují. Příčinou je nižší konkurenceschopnost ve srovnání s hlavními tržními plodinami (obiloviny, řepka) a nevyřešené postupy ochrany vůči aktuálnímu spektru škodlivých činitelů. Projekt je navržen tak, aby řešil aktuální problematiku travního a jetelového semenářství a aby praxe dostala odpověď na otázky, které kladou výzkumným pracovníkům při polním poradenství a na seminářích pro odbornou veřejnost. Cílem projektu je navrhnout optimální postup při zakládání víceletých pícnin a dále navrhnout či zlepšit některé stávající prvky integrované ochrany víceletých pícnin na orné půdě a na trvalých travních porostech. Řešení projektu bude zaměřeno především na moderní rostlinolékařská opatření vedoucí ve svém důsledku ke zvýšení kvality sklizených produktů (osivo, objemné krmivo) při vyšší ekonomické efektivitě pro konečného uživatele.

210


Metodika Metodika sledování výskytu běloklasosti

Pro výzkum běloklasosti byly založeny dva bloky pokusů s kostřavou červenou na stanovišti výzkumné stanice travinářské v Zubří. V bloku stanoviště Nad Alejí (insekticidní ošetření) byl pokus sklizen na semeno a travní biomasa je odvezena po sklizni z pole. Po aplikaci pesticidů byl zjišťován počet běloklasých stébel na parcelách, klíčivost osiva, počet fertilních stébel, hmotnost tisíce semen a porovnány jsou ošetřené varianty s neošetřenou kontrolou. U bloku stanoviště U stanice byly zařazeny v pokusu varianty s mulčováním a ponecháním travní hmoty na stanovišti (pokus není sklízen na semeno). U obou bloků je současně sledován výskyt běloklasosti. Pro monitoring klopušky hnědožluté bylo využito entomologické smýkadlo. Každý z obou bloků měl neošetřovanou variantu jako kontrolu, u bloku s mulčováním byla kontrola varianta, kde bylo provedeno mulčování jednou za rok na podzim. Metodika založení a vyhodnocení insekticidního pokusu s běloklasostí v kostřavě červené pěstované na semeno a v mulčovaném porostu kostřavy červené bez sklizně osiva

Pokusy s kostřavou červenou byly založeny v roce 2007 na stanovišti v Zubří. V prvním užitkovém roce 2008 byly rozdíly mezi hodnocenými znaky (počet běloklasých stébel, počet fertilních stébel, výnos osiva, HTS a klíčivost) u jednotlivých variant neprůkazné. Rozdíly mezi hodnocenými znaky u neošetřené kontroly a ošetřených variant se projevily ve druhém užitkovém roce 2009 zejména u kostřavy červené. V roce 2010 a 2011 rovněž nebyly tak výrazné rozdíly ve výskytu běloklasosti tak jako v roce 2009.Praktická realizace insekticidního pokusu Pokus s kostřavou červenou byl založen v bloku na stanovišti VST Zubří Nad alejí o velikosti parcel 9 x 15 m a měl 5 variant. Varianty insekticidního ošetření v pokusu s kostřavou červenou v roce 2009:

1. neošetřená kontrola (jedná se o neošetřenou kontrolu insekticidem) 2. ošetření insekticidem v době plného sloupkování – Decis Mega (ú. l. deltamethrin 50 g.l-1) v dávce 0,15 l.ha-1 3. ošetření insekticidem v době plného metání – Decis Mega v dávce 0,15 l.ha-1 – simulace nesprávného ošetření v praxi – pozdní ošetření již nemá vliv na snížení výskytu běloklasosti 4. ošetření insekticidem v době plného sloupkování – Decis Mega v dávce 0,3 l.ha-1 – dvojnásobná dávka 5. ošetření insekticidem Biscaya 240 OD (úč. l. thiacloprid 240 g.l-1) v dávce 0,3 l.ha-1 v době plného sloupkování Pokus s mulčováním v kostřavě červené bez sklizně osiva

Pokus s kostřavou červenou o velikosti parcel 9 x 15 m byl založen v bloku na stanovišti VST Zubří – U stanice. Varianty technologického ošetření pokusu:

1. kontrola (jako kontrola uvedena varianta, kde se mulčovalo 1x ročně – duben) 2. mulčováno 2x – duben, červen 3. mulčování 3x – duben, červen, červenec 4. mulčování 4x – duben, červen, červenec, září V letech 2007–2011 byl zařazen pro monitoring biodiverzity hmyzu emergentní lapák. Pro zjištění výskytu klopušek hnědožlutých v porostu bylo zařazeno entomologické smýkadlo.


211

Výsledky Tab. 2: Výsledky pokusu v kostřavě červené sklízené na semeno po aplikaci insekticidů v roce 2009 (hodnocené výsledné znaky na m2) Variant Počet Počet Výnos osiva Hmotnost Klíčivost (%) a běloklasých fertilních (g) tisíce stébel stébel semen (g) 26 1516 88,0 1,11 96,75 1 11 xx 1687 98,4 1,10 98,25 2 6 xx 1990 111,5 1,09 93,25 3 6 xx 2110 111,4 1,05 96,75 4 15 xx 2240 125,8 x 1,08 95,50 5 Počet fertilních stébel ANOVA LSD 0,05: 8,518 LSD 0,01: 11,956, Výnos osiva v g – ANOVA LSD 0,05: 30,640 LSD 0,01: 43,009 (x – průkazný rozdíl, xx – vysoce průkazný rozdíl) U kostřavy červené byl zjištěn vysoce průkazný rozdíl v počtu běloklasých stébel mezi neošetřenou kontrolou a variantami ošetřenými insekticidy. U všech ošetřených variant byl zjištěn vyšší výnos osiva oproti neošetřené kontrole (tab.2). Tab. 3: Počet jedinců nymfálního stadia klopušky hnědožluté před a po aplikaci insekticidů v pokusu s kostřavou červenou v roce 2009 Varianta Před aplikací Den po aplikaci 9 dnů po aplikaci 28 25 114 1 35 0 1 2 27 20 0 3 22 0 1 4 30 0 2 5 Rozdíl v počtu jedinců nymfálního stadia klopušky hnědožluté je nejvíce patrný 9 dnů po aplikaci na ošetřených variantách kostřavy červené (výskyt 1-2 jedinců klopušky hnědožluté), zatímco na kontrole 114 jedinců (tab. 3). Tab. 4: Průměrné výsledky výnosu porostu kostřavy červené po aplikaci insekticidů v letech 2008– 2011 u kostřavy červené (hodnocené výsledné znaky na m2) Varianta Počet Počet fertilních Výnos osiva (g) % navýšení stébel oproti kontrole běloklasých stébel na m2 8,5 1589 77,8 100,0 1 4,0 1708 88,9 114,3 2 2,0 1729 90,9 116,9 3 2,5 1991 100,9x 129,8 4 5,0 1921 91,7 117,9 5 Výnos osiva v g – ANOVA LSD 0,05: 179,31 LSD 0,01: 251,69 Při ošetření Decisem Mega v dávce 0,15 l.ha-1 v období sloupkování činí navýšení výnosu osiva u kostřavy červené 14,3 % v průměru za roky 2008–2011 (tab. 4) a u ošetření přípravkem Biscaya 240 OD v dávce 0,3 l.ha-1 17,9 %. Varianta 4 byla zkoušena z důvodů sledování možné fytotoxicity testovaného insekticidu. V průběhu let 2008–2011 nebyla fytotoxicita zaznamenána. Vyhodnocení pokusu:

212


U semenářské varianty byl ve všech variantách hodnocen celkový počet fertilních stébel, počet běloklasých stébel, stanoven výnos semen, HTS a klíčivost. Vyhodnocení pokusu s mulčováním v kostřavě červené bez sklizně osiva

Byl vyhodnocen vliv mulčování na výskyt klopušky hnědožluté v kostřavě červené a současně i výskyt běloklasosti. Kostřava červená byla v roce 2007 založena ve čtyřech variantách pro výzkum vlivu mulčování na výskyt klopušky hnědožluté. V roce 2008 byl výskyt běloklasých stébel pouze na variantě s jedním mulčováním za rok a to ojedinělý. Nejvyšší výskyt klopušky hnědožluté a běloklasosti byl v roce 2009, kdy byly výrazné rozdíly mezi variantami. V roce 2010–2011 nebyly tak výrazné rozdíly ve výskytu běloklasosti jako v roce 2009. S intenzitou mulčování klesá výskyt běloklasých stébel a výskyt nymfálních stádií klopušky hnědožluté (tab. 5). Pokus byl mulčován u varianty 1, 2, 3 a 4 v dubnu 2009. Varianty 2, 3 a 4 byly dále mulčovány v červnu 2009. Varianty 3 a 4 potom byly mulčovány v červenci 2009 a varianta 4 v záři 2009. Celý pokus (varianty 1–4) byl mulčován včetně kontroly v říjnu 2009. Stejný režim mulčování byl prováděn v letech 2008-2011. Na základě upřesnění metodiky pro rok 2009 bylo zařazeno do pokusu smýkání entomologickým smýkadlem se zaměřením na klopušku hnědožlutou. Tab. 5: Hodnocení výskytu klopušek ve vztahu k počtu běloklasých stébel u kostřavy červené v mulčovaném porostu v roce 2009 Varianta Výskyt stařiny Počet klopušek Počet běl. stébel m2 6. 4. 2009 15. 5. 2009 1. 6. 2009 90 % 220 66 1x mulčováno 50 % 196xx 39xx 2x mulčováno 30 % 18xx 17xx 3x mulčováno 15 % 14xx 7xx 4x mulčováno Počet nymf klopušek – ANOVA LSD 0,05: 9,432 LSD 0,01: 13,563, Počet běloklasých stébel – ANOVA LSD 0,05: 4,629 LSD 0,01: 6,656

Závěr a doporučení pro praxi V porostu, kde se provádí mulčování a zůstává větší část mulče do příštího roku, zejména u porostů s travami na semeno, je třeba se zaměřit na ochranu proti klopušce hnědožluté způsobující běloklasost u hostitelských druhů. Je zde předpoklad vyššího výskytu běloklasosti oproti nemulčovaným porostům. I když tento pokus v bloku s variantou mulčovanou nebyl hodnocen z hlediska výnosu semen, což jeho charakter (počet mulčování během roku) neumožnil, je vypovídající z hlediska hodnocených znaků: počtu klopušek a počtu běloklasých stébel. Ošetření travních porostů proti klopušce je součástí pěstitelské technologie v travách na semeno a je doporučováno provést ho u hostitelských travních druhů jako je kostřava luční, kostřava červená a ovčí, trojštět žlutavý, poháňka hřebenitá, druhy rodu lipnice a psineček (Cagaš, Macháč 2001). Nebezpečí napadení klopuškou způsobující běloklasost se významným způsobem projevuje zejména od druhého užitkového roku trav pěstovaných na semeno a se stářím porostu se intenzita napadení zvyšuje a může způsobit vysoké ztráty na výnosu semen u pěstovaných travních druhů. Cagaš B., Macháč J. (2001) doporučují spolehlivou ochranu proti klopušce insekticidem na bázi deltamethrinu Decis EW 50 (0,1–0,3 l.ha-1 (v současnosti Decis Mega 0,1–0,15 l.ha-1) ve fázi sloupkování (nejpozději na začátku metání). V současnosti probíhá výzkum ověřování nových účinných insekticidních látek proti klopušce hnědožluté v travách pěstovaných na semeno.


213

Poděkování Publikace je realizována na základě podpory projektu NAZV ČR QJ1510121 Inovace postupů zakládání, ošetřování a ochrany semenářských porostů víceletých pícnin a na základě podpory projektu „Ovlivňování biodiverzity hmyzu v krajině různými způsoby zemědělského využití půdy a zemědělskými technologiemi se zaměřením na škůdce trav a jetelovin a jejich bioregulátory“ č. QH 72151 Národní agentury pro zemědělský výzkum České republiky.

Literatura BÜRGÉS G., FISCHEL G., IVÁNY K. (1995).: Investigating the reasons for white – spikedness at Kentucky bluegrass (Poa pratensis L.) grown for seed. Third Int. Herbage Seed Conference, June 18. – 23. 1995. Book of Abstracts, p. 96. CAGAŠ B., KLUMPAR J., ROTREK, J., BUMERL J. (1986). Chemická ochrana proti běloklasosti trav. Sb. ÚVTIZ – Ochrana rostlin 22(4), 1986, 295–300. CAGAŠ B., MACHÁČ J. (2001). Ochrana trávosemenných kultur proti plevelům, chorobám a škůdcům. Praha, ÚZPI 2001. Zemědělské informace, č. 4, 2001, s. 47. FRYDRYCH J., BARTÁK M., CAGAŠ B., VONDŘEJC T. E., LOŠÁK M., BOTH Z., ROTEKL J., KOLAŘÍK P. (2010). The effect of mulching on the impact of silvertop in a red festue stand in relation to the occurrence of true bugs. Workshop on animal biodiversity, Jevany, Czech Republic, 7.7.2010. s.31–35. ISBN: 978-80-213-2146-5. FRYDRYCH J., BARTÁK M., VONDŘEJC T. E., LOŠÁK M., CAGAŠ B., ROTREKL J., KOLAŘÍK P. (2010). Silvertop in grasses grown for seed in relation to arthropod diversity. Workshop on animal biodiversity, Jevany, Czech Republic, 7.7.2010. s.25–30. ISBN: 978-80-213-2146-5. ROTREKL J., KLUMPAR J., CAGAŠ B., BUMERL J. (1985). Ploštice a totální běloklasost trav. Sb. ÚVTIZ – Ochrana rostlin 21(4), 1985, 267–274. SOROKA J. J., GOSSEN B. D., COULMAN B. E. (1997). Arthropods, silvertop and grass seed yield. XVIII. Int. Grassl. Congress Canada, June 8–19, 1997, p. 41–42. (ID No 1679).

Contact address: Ing. Jan Frydrych., OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., Hamerská 698, 756 54 Zubří, Email: [email protected]

214


VLIV STIMULACE SEMEN NA RŮST A VÝVOJ VYBRANÝCH DRUHŮ BYLIN V POLNÍCH PODMÍNKÁCH Influence of Seed Stimulation on Growth and Development of Some Herb Species Crop Stands Maria Pytlarz-Kozicka1, Hanna Szajsner2, Piotr Kuc3, Anna Koszelnik-Leszek4 1 Department of Crop Production 2 Department of Genetics, Plant Breeding and Seed Production 3 Department of Agroecosystems and Green Areas Management 4 Department of Botany and Plant Ecology Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland

Abstract Study were conducted by method Split-plot on the experimental field of the University of Environmental and Life Sciences near Wroclaw the in years 2015–2016, in four repetitions on the brown soil numbered to the rye complex of very good, class IV b. The aim of the study was to show the influence of seed Salvia officinalis and Valeriana officinalis stimulation by fungus Trichoderma asperelleum B 35 or stimulation by pre-sowing laser beam at a dose of D5 (five times the basic exposure dose of 2.5 x 10-1J/cm2) on the growth and development of the studied species herbal plants in the field cultivation. Laser rays stimulation of seed contributed to faster emergence of studied herbs and accelerate their development, in subsequent phases of phenological compared to other objects. Seed treatment fungus Trichoderma asperelleum B 35 and the stimulation of the laser beam significantly increased the weight of the aerial parts and roots compared to the control. This increase was higher when primed seeds of the fungus Trichoderma asperelleum B 35 and in the species Valeriana officinalis. Keywords: stimulation of seeds, development of plant, species of herbs

Souhrn Studie byla provedena v letech 2015–2016 na poli pokusné stanice Uniwersytetu Przyrodniczego v Pawłowicach u Wroclawi, metodou split-plot, ve čtyřech opakováních. Cílem studie bylo prokázat v polních podmínkách vliv ošetření semen houbou Trichioderma asperelleum B 35 či předseťové stimulace laserovým paprskem v dávce D5 (pětinásobek základní expoziční dávky 2,5 x 10-1 J / cm2) na růst a vývoj vybraných druhů léčivých rostlin. Stimulace semen laserovým paprskem přispěla k rychlejšímu vzcházení sledovaných druhů a urychlila jejich vývoj v dalších fenologických fázích proti ostatním variantám. Ošetření semen houbou Trichoderma asperelleum B 35 a stimulace laserovým paprskem průkazně zvýšily hmotnost nadzemní biomasy i kořenů v porovnání s kontrolou. Tento nárůst byl vyšší u semen ošetřených Trichoderma asperelleum B 35 a u druhu Valeriana officinalis. Klíčová slova: stimulace osiva, růst a vývoj rostlin, léčivé rostliny

Introduction We współczesnym rolnictwie wiele uwagi poświęca się ochronie środowiska. Rolnicy coraz częściej szukają alternatywnych sposobów, aby zmniejszyć ilość stosowanych nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, które przez długi okres czasu stosowane były niekiedy w nadmiarze. Osivo a sadba, 2. 2. 2017

215

W miejsce pestycydów zaleca się stosowanie metod agrotechnicznych i biologicznych środków ochrony roślin oraz stosowanie naturalnych i organicznych nawozów, które również pozwalają uzyskać wysokie i dobrej, jakości plony, a nie pozostawiają śladu m.in. metali ciężkich i pestycydów w produktach rolniczych. Szukanie nowych sposobów jest koniecznością również z tego względu, że coraz więcej pestycydów jest wycofywanych z rynku (Matyjaszczyk, 2008, www.pan-germany.com). Od roku 2005 nie stosuje się już bromku metylu do odkażania gleby, środek ten był kiedyś powszechnie stosowany (Martin, 2003; Ślusarski i Szczech, 2008). Możliwość stosowania żywych organizmów do ochrony gleby i wspomagania nimi produkcji roślinnej opisywano już w latach trzydziestych ubiegłego wieku. W uprawie roślin grzyby z rodzaju Trichioderma są grupą mikroorganizmów najczęściej badaną i wykorzystywaną w biologicznych metodach ochrony roślin. Grzyby te bardzo powszechnie występują w naturze i charakteryzują się bardzo wszechstronnym działaniem. Ich wielokierunkowe działanie polega na stymulowaniu wzrostu roślin jak również na wzmacnianiu odporności. Naturalne populacje tych grzybów nie są wystarczająco liczne oraz charakteryzują się dużą zmiennością zdolności do pasożytowania, ponadto tylko niektóre szczepy wykazują zdolność do efektywnego zasiedlania systemu korzeniowego roślin uprawnych. Grzyby te produkują wiele substancji o właściwościach antybiotycznych jak również enzymy hydrologiczne m.in. (chitynazy, celulazy, pektynazy, ksylazy, proteazy,) za pomocą tych enzymów szybko zasiedlają korzenie i konkurują z fitopatogenami o miejsce infekcji czy składniki pokarmowe. Mają one szkodliwy wpływ na szeroką grupę patogenów m.in.: Rhizoktonia solani, Pythium ultimum, Alternaria alternata, Sclerotium cepivorum, i wiele innych w roślinach uprawnych (Pietr, 1997; Wojtkowiak-Gębarowska, 2006; Szczech, 2009). Należy podkreślić, że biologicznych preparatów zawierających grzyby z rodzaju Trichoderma nie można zaliczyć do środków ochrony roślin w klasycznym tego słowa znaczeniu, ponieważ nie zapewniają one ochrony w przypadku wystąpienia objawów chorobotwórczych w dużym nasileniu. Przy intensywnym zasiedleniu podłoża grzyby z rodzaju Trichoderma nie dopuszczają, w wyniku konkurencji, do rozwoju innych drobnoustrojów, w tym również chorobotwórczych dla roślin. W Instytucie Warzywnictwa w Skierniewicach grzyb T. virode B35 wykorzystywany w uprawie pomidorów, w UP we Wrocławiu po zastosowaniu T. viride B35 w produkcji rozsady ogórków oraz polowej uprawie kapusty (Pietr i Ślusarski, 2007). Stosując grzyby z rodzaju Trichioderma nie tylko stymuluje się wzrost w sposób naturalny, ale także podnosi odporność, co w uprawach roślin delikatnych, do który należą zioła, może mieć znaczny wpływ na zdrowie roślin, dlatego też są coraz powszechniej stosowane w uprawach ekologicznych. Dzięki stosowaniu takich alternatyw można zrezygnować z chemii a rośliny uprawiane nie będą zawierać żadnych substancji szkodliwych. Jednak próby wprowadzenia do produkcji ogrodniczej szczepów wywodzących się z innych regionów geograficznych z reguły nie są udane, ponieważ grzyby te nie znajdują odpowiedniego środowiska rozwoju w odmiennych warunkach glebowych i klimatycznych (Pietr i Ślusarski, 2007). Inną metodą jest uszlachetnianie przedsiewne nasion przez naświetlanie promieniami lasera. Uszlachetnianie nasion podnosi wartość siewną a także wpływa na niektóre czynniki, które poprzez nasiona w warunkach stresowych mają łatwiejszy start i lepiej się rozwijają. W badaniach Sowińskiego i Podleśnego (2004) prowadzonych na buraku cukrowym pokazano, że naświetlanie wiązkami lasera ma wpływ na kiełkowanie, wzrost jak również wydajność. Dzięki naświetlaniu nasiona charakteryzują się krótszym czasem wschodów a w liścieniach znajduje się więcej chlorofilu. Według Podleśnego i Magnuszewskiego (2004) oraz Sowińskiego i Podleśnego (2004) stosując stymulację laserową można osiągnąć znaczne zwyżki plonów nawet, kiedy nasiona wykazują niską wartość siewną. Nasiona naświetlone wiązkami lasera wykazują większy wigor a w większości wypadków wykazują większą odporność na niektóre stresowe warunki środowiska. Jednak zalety tego zabiegu widać dopiero po zastosowaniu odpowiednich dawek promieniowania. Gdy przekroczy się zalecone dawki wyniki wypadają ujemnie. Naświetlanie laserowe wpływa na większe ulistnienie, co najbardziej objawia się w czasie intensywnego wzrostu. Światło lasera wpływa pozytywnie, na jakość cukru, co objawia się zwiększoną ilością tego produktu w korzeniach buraka cukrowego (Sowiński i Podleśny 2004). 216


Methods Badania zostały wykonane w latach 2015-2016 na polu doświadczalnym Katedry Szczegółowej Uprawy Roślin w Pawłowicach [E:17.1194 N: 51.1699] należącym do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, metodą Split-plot z dwoma czynnikami 1: Gatunki roślin zielarskich - Salvia officinalis i Valeriana officinalis, 2. Sposób przygotowania nasion – a) kontrola – bez zaprawiania i stymulacji, b) stymulacja promieniami lasera, c) zaprawianie grzybem Trichoderma asperellum B 35. Celem doświadczenia było zbadanie wpływu stymulacji nasion na wzrost i rozwój roślin zielarskich w uprawie polowej. Przed założeniem doświadczenia, co roku jesienią pobierano próby glebowe na zawartość podstawowych składników pokarmowych i pH gleby. Doświadczenie zakładano w drugiej lub trzeciej dekadzie kwietnia w zależności od warunków pogodowych w latach badań. Poletka do siewu i zbioru miały 8,0 m2 (4 rzędy x 0,4 m szerokości x 5,0 m długość). W celu określenia pH gleby i oznaczenia zawartości w glebie, K i Mg, wiosną przed rozpoczęciem prac polowych, w miejscu założenia doświadczenia pobierano próby glebowe. Następnie wykonywano nawożenie mineralne jednolite na całym doświadczeniu 60 N: 60 P: 90 K i wiosenne zabiegi agrotechniczne. W drugiej połowie kwietnia tuż przed siewem nasiona zaprawiono grzybem Trichoderma asperellum B 35 lub poddawano działaniu promieniowania laserowego w dawce D5 (pięciokrotne naświetlanie dawką podstawową wynoszącą 2,5 x 10-1 J/cm2 ). Stymulację laserową przeprowadzono przy użyciu lasera półprzewodnikowego model CTL – 1106 MX o mocy 200 mW i o długości fali 670 nm. Powierzchnię naświetlaną ustalono za pomocą współpracującego z laserem skanera, model CTL 1202 S. Zabiegi odchwaszczające w okresie wegetacji były prowadzone, co 2-3 tygodnie w zależności od potrzeby. Przez cały okres wegetacji prowadzone były obserwacje rozwoju roślin oraz porażenia patogenami. Wykonywano również pomiary wysokości roślin i liczono ilość liści na roślinie (zawsze wykonywano na tych samych roślinach na każdym poletku). W okresie wegetacji pobierano próby po 5 roślin z każdego poletka w fazach: listnienia, początku i pełni krzewienia oraz przed zbiorem do badań biometrycznych określając masę części nadziemnych i korzeni. Zbiór ziela wykonano jesienią w stadium, bezkwiatostanowym roślin (wydłużania pędów). Po zbiorze część nadziemną wysuszono i określono zawartość suchej masy oraz białka i składników popielnych. Dynamikę przerostu masy ziela opracowano statystycznie za pomocą analizy wariancji. W celu statystycznego opracowania wyników została wykorzystana metoda analizy wariancji dla doświadczenia dwuczynnikowego założonego metodą Split – plot. Na podstawie testu Fishera określono zależność badanych zmiennych przy prawdopodobieństwie błędu α = 0,05. Warunki glebowe Doświadczenie polowe zostało założone na glebie zaliczanej do kompleksu żytniego słabego należąca do IVb klasy bonitacyjnej. Analizę gleby na zawartość makroskładników wykonano w Katedrze Żywienia Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Gleba charakteryzowała się następującymi parametrami: odczyn - lekko kwaśny, zawartość fosforu - bardzo wysoka, zawartość potasu i magnezu – średnia. Warunki klimatyczne Pole doświadczalne w Pawłowicach znajduje się na obrzeżach Wrocławia w kierunku północno wschodnim od centrum. Klimat panujący na tych terenach jest klimatem umiarkowanym. Okres wegetacyjny trwa około 220 dni, co jest korzystne dla upraw rolniczych, zimy są łagodne a lata suche. Na terenie Dolnego śląska występują również odpowiednie sumy opadów, co jest bardzo ważne dla niektórych roślin rolniczych. Lata, w których prowadzono badania charakteryzowały się nieco wyższą temperaturą w okresie wegetacji od średniej z wielolecia i nierównomierną ilością opadów oraz ich niedostateczną ilością w


217

okresach największego zapotrzebowania roślin na wodę (tab. 1), co przyczyniło się do słabych i nierównych wschodów badanych gatunków ziół. Tab. 1: Weather conditions in the growing season Year IV V VI VII Average air temperatures [0C] 8,9 13,5 16,6 20,3 2015 8,7 15,2 18,6 19,5 2016 8,9 14,4 17,1 19,3 1981-2010 Monthly rainfall [mm] 15,8 21,0 73,3 55,6 2015 46,4 5,3 44,6 114,3 2016 30,5 51,3 59,5 78,9 1981-2010

VIII

IX

Average IV-IX 16,16 16,05 15,27

22,6

15,1

17,9

16,4

18,3

13,6

5,6

23,2

27,1

44,7

61,7

45,3

Sum 194,5 282,4 327,2

Results and discussion Jednym z podstawowych zabiegów w ochronie roślin uprawnych jest przedsiewne zaprawianie nasion preparatami chemicznymi bądź biologicznymi, natomiast sposobem uszlachetniania nasion jest ich naświetlanie wiązką światła lasera, które dostarcza energii do modyfikacji procesów fizjologicznych i biochemicznych, powodujących wzrost polowej zdolności wschodów (Pastore i in., 1996; Podleśny, 2002). Dotychczasowe efekty przedsiewnej stymulacji nasion światłem lasera można było obserwować u roślin uprawnych (Koper i Woźniak, 1995; Podleśny, 1997), natomiast stosowanie zapraw biologicznych w uprawie warzyw (Pietr, Ślusarski, 2007). W uprawie roślin jedną z najczęściej badanych i stosowanych w biologicznej ochronie grup mikroorganizmów są grzyby z rodzaju Trichoderma, które wykazują dużą zdolność do efektywnego zasiedlania systemu korzeniowego roślin uprawnych. Niektóre szczepy mogą przetrwać na korzeniach nawet 18 miesięcy (Harman i in., 2004). Zastosowanie natomiast lasera do napromieniowania nasion staje się coraz bardziej istotne ze względu na konieczność zwiększenia plonowania za pomocą metod, które chronią środowisko i różnorodność biologiczną. Naukowcy udowodnili, że są pozytywne efekty stosowania promieni lasera w rolnictwie, jako "bio-stymulatora" nasion, sadzonek i roślin (HernandezAguilar i in., 2016). Stymulacja nasion promieniami lasera przyczyniła się do szybszych wschodów badanych gatunków ziół oraz szybszego ich rozwoju również w następnych fazach fenologicznych w porównaniu do pozostałych obiektów (tab. 2). Tab. 2: The length of the phases of development Control

Stimulation laser

Phase phenological Salvia officinalis Seeds The beginning of the sunrise The fullness of sunrise Leaves Tillering The formation of shoots Drying of plants Harvest of plants 218


Salvia officinalis


Seed treatment Trichoderma asperellum B35 Salvia Valeriana officinalis officinalis

20. 04. 2015, 26. 04. 2016 18

22

15

18

18

22

4

6

3

4

4

6

6 28

15 25

5 21

12 22

6 28

15 25

22

8

20

7

22

8

-

-

-

-

-

-

8. 10. 2015, 16. 10. 2016 Osivo a sadba, 2. 2. 2017

Benitez i in. (1998) wykazali, że grzyby z rodzaju Trichoderma są również zdolne do produkcji związków przyspieszających kiełkowanie nasion, co jednak w naszych badaniach nie potwierdziło się. Zaprawianie nasion gatunkiem grzyba, Trichoderma asperellum B35 nie wpłynęło na przyspieszenie kiełkowania, wschodów jak i dalszej wegetacji roślin. Przyrost masy części nadziemnych wybranych gatunków badano od fazy listnienia do zbioru przedstawiono w tabeli 3. Stosowane zaprawianie nasion grzybem Trichoderma asperellum B 35 oraz stymulacja promieniami lasera przyczyniły się do wzrostu masy części nadziemnych w porównaniu z obiektem kontrolnym. Przyrost ten większy był w fazach krzewienia i u gatunku Valeriana officinalis. U obu gatunków statystycznie istotną wyższą masę stwierdzono na obiektach zaprawianych grzybem Trichoderma asperellum B 35. Harman (2000) i (Harman i in. 2004) wykazali natomiast, że zaprawianie nasion kukurydzy grzybem T. harzianum T-22 uprawianej tylko w glebie o niskiej zasobności azotu powodowało zwiększenie masy roślin w początkowych fazach rozwoju, niż u roślin kontrolnych. Nie obserwowali jednak tego efektu na glebach o optymalnej zawartości azotu. Zioła uprawiano na glebie o dostatecznej zasobności w azot a uzyskano dodatni efekt zaprawiania. Może to być również spowodowane lepszym dostosowaniem gatunku grzyba Trichoderma asperellum B 35 do zaprawiania ziół uprawianych w badaniach. Tab. 3: The increase in mass of the aerial parts [g] in the growing season, the average for one plant and years of research The method of Phase Phase beginning Phase At the time Species leaves of tillering tillering of harvest preparing seed 46,8 79,8 133,0 192,8 Control 58,3 95,3 178,1 239,7 Valeriana Stimulation laser officinalis Trichoderma 59,5 106,5 193,2 236,1 asperellum B 35 r. n. 1,9 8,4 r. n. NIR =α 0,05 33,0 67,3 129,3 189,3 Control 55,7 74,6 151,2 210,6 Salvia Stimulation laser officinalis Trichoderma 58,0 87,4 174,8 226,5 asperellum B 35 1,5 3,7 4,9 r. n. NIR =α 0,05 Valeriana 54,9 93,9 168,1 222,9 officinalis Salvia 48,9 76,4 151,8 208,8 officinalis 1,2 2,6 3,1 4,6 NIR = α 0,05 131,2 191,1 39,9 73,6 Control 164,6 225,2 57,0 85,0 Stimulation laser Trichoderma 174,0 231,3 58,8 97,0 asperellum B 35 1,4 1,9 3,7 2,1 NIR = α 0,05


219

Znaczny przyrost masy korzeni [g], w okresie wegetacji, (tab. 4) obserwowano u obu badanych gatunków dopiero od fazy pełni krzewienia. U obu badanych gatunków zaprawianie lub stymulacja promieniami lasera wpłynęły korzystnie na wzrost masy korzeni w porównaniu do obiektu kontrolnego. U Valeriana officinalis obserwowano wyższy przyrost masy korzeni w całym okresie wegetacji niezależnie od sposobu przygotowania nasion. Salvia officinalis natomiast, wykazywała większą masę korzeni, gdy nasiona zaprawiano grzybem Trichoderma asperellum B 35. Potwierdziły to badania Yedida i in. (2001), którzy traktując ogórki T. harzianum T-203 stwierdzili, zwiększenie ich masy korzeniowej oraz nadziemnych części roślin. Tab. 4: Growth root mass [g] in the growing season, the average for one plant and years of research The method of preparing seed Control Valeriana Stimulation laser officinalis Trichoderma asperellum B 35 NIR =α 0,05 Control Salvia Stimulation laser officinalis Trichoderma asperellum B 35 NIR =α 0,05 Valeriana officinalis Salvia officinalis NIR = α 0,05 Control Stimulation laser Trichoderma asperellum B 35 NIR = α 0,05 Species

Phase leaves 11,9 13,8

Phase beginning of tillering 21,6 25,5

Phase tillering 102,9 139,7

At the time of harvest 133,0 168,4

14,6

28,1

136,1

173,2

r. n. 13,2 17,2

r. n. 24,9 26,7

r. n. 139,3 170,6

r. n. 149,3 199,8

18,1

28,3

176,5

214,8

1,0

r. n.

7,8

6,7

13,4

25,1

126,2

158,2

16,2

26,6

162,1

188,0

0,6 12,6 15,5

0,8 23,2 26,1

7,2

6,2

121,1 155,2

141,2 184,1

16,4

28,2

156,3

194,0

1,3

2,1

2,9

3,4

Podobne zależności jak w tabelach 3 i 4 obserwowano porównując przyrost masy całej rośliny (tab. 5). Wyższą istotnie masą od fazy pełni krzewienia charakteryzowała się Salvia officinalis. Od tego okresu sposób przygotowania nasion miał również pełni krzewienia istotny wpływ na masę całej rośliny na korzyść zaprawiania nasion grzybem Trichoderma asperellum B 35.

220


Tab. 5: Growth the weight of the whole plant [g] in the growing season, the average for one plant and years of research The method of preparing seed Control Valeriana Stimulation laser officinalis Trichoderma asperellum B 35 NIR =α 0,05 Control Salvia Stimulation laser officinalis Trichoderma asperellum B 35 NIR =α 0,05 Valeriana officinalis Salvia officinalis NIR = α 0,05 Control Stimulation laser Trichoderma asperellum B 35 NIR = α 0,05 Species

Phase leaves 58,7 72,1

Phase beginning of tillering 101,4 120,8

Phase tillering 235,9 317,8

At the time of harvest 325,7 408,1

74,1

134,6

329,9

409,3

0,9 56,2 72,9

2,9 92,2 121,3

5,2 268,6 321,8

r. n. 338,6 410,4

76,1

123,0

335,3

441,3

1,3

r. n.

8,1

17,8

68,3

117,0

294,3

367,0

68,4

115,2

313,9

396,8

r. n. 57,5 72,5

r. n.

5,0

7,3

96,8 121,1

252,3 319,8

332,3 409,3

75,3

125,2

330,3

424,3

r. n.

r. n.

4,8

3,7

Conclusions Lata, 2015 i 2016 charakteryzowały się nieco wyższą temperaturą w okresie wegetacji i nierównomierną ilością opadów, co przyczyniło się do nierównych wschodów badanych gatunków ziół. Stymulacja nasion promieniami lasera wpłynęła na szybsze wschody badanych gatunków ziół oraz szybszy rozwój w następnych fazach fenologicznych w porównaniu do pozostałych obiektów. Zaprawianie nasion grzybem Trichoderma asperellum B 35 oraz stymulacja promieniami lasera istotnie zwiększyły masę części nadziemnych w porównaniu do obiektu kontrolnego. Przyrost ten wyższy był od fazy krzewienia, gdy zaprawiano nasiona grzybem Trichoderma asperellum B 35 i u gatunku Valeriana officinalis. Przyrost masy korzeni, obserwowano u obu badanych gatunków od fazy pełni krzewienia. Zaprawianie lub stymulacja promieniami lasera wpłynęły korzystnie na wzrost masy korzeni w porównaniu do obiektu kontrolnego. Valeriana officinalis reagowała wyższym przyrostem tej cechy, ale wyższą masą korzeni w okresie wegetacji charakteryzował się gatunek Salvia officinalis nie zależnie od sposobu przygotowania nasion. Podobne zależności obserwowano porównując masę całej rośliny.

Literature BENITEZ T., DELGADO-JARANA J., RINCON A. M., REY M., LIMON M. C., (1998). Biofungicides: Trichoderma as a biocontrol agent against phytopathogenic fungi. W: Recent research developments in microbiology. Ed.: S.G. Pandalai. Research Singpost, Trivandrum, 129–150. BORKOWSKA B. (2002). Growth and photosynthetic activity of micro propagated strawberry plants inoculated with endomycorrhizal fungi (AMF) and growing under drought stress. Acta Physiol. Plantarum, 24 (4), 365–370. DZIWULSKA A., WILCZEK M., ĆWINTAL M. (2006.) Wpływ laserowej stymulacji nasion na plonowanie lucerny siewnej i mieszańcowej w roku siewu, 13–21.


221

HARMAN G. E., (2000). Myths and dogmas of biocontrol: Changes in perceptions derived from research on Trichoderma harzianum T22. Plant Dis., 84, 377–393. HARMAN G. E., HOWELL C. R., VITERBO A., CHET I., LORITO M. (2004). Trichoderma species – opportunistic, avirulent plant symbionts. Nature Rev., 2, 43–56. HERNANDEZ-AGUILAR C., DOMINGUEZ-PACHECO A., CRUZ-OREA A., PODLEŚNA A., IVANOV R., CARBALLO CARBALLO A., PEREZ M. C., REVES, SÁNCHEZ HERNÁNDEZ G., BAUTISTA R. Z., LÓPEZBONILLA J. L. (2016). Bioestimulación láser en semillas y plantas. Laser biostimulation in seeds and plants. Gayana Bot. 73(1), 132–149, 2016. Revisión, 2016 HOWELLl C.R., (2003). Mechanisms employed by Trichoderma species in the biological control of plant diseases: the history and evolution of current concepts. Plant Dis., 87, 4–10. KLIMONT K. (2002). Wpływ naświetlania laserem nasion na plon ziarna i wartość siewną ziarna jęczmienia jarego. Biuletyn IHAR. Nr 223/224, 169–178. KUCZERA J. (2008). Wpływ gleby mikoryzowej na wzrost i rozwój modrzewia europejskiego Larix decidua., Stowarzyszenie Ekologiczne „GŁOS NATURY” 2008, 5–11. MAKARSKA E., MICHALAK M., TROJANOWSKA-WESOŁOWSKA M. (2004).Wpływ światła lasera na wartość siewną oraz poziom antyoksydantów wybranych odmian pszenicy. Acta Agrophysica.4(2), 407–417. MATYJASZCZYK E. (2008).Więcej wycofanych niż dozwolonych. Now. Upr., 49–51. MARTIN F. N. (2003). Development of alternative strategies for management of soilborne pathogens currently controlled witch metyl bromie. Annu. Rew. Phytopathol., 41, 325–350. PIĘTA D., PATKOWSKA E., PASTUCHA A., BELKOT M. (2003). Wpływ mikroorganizmów antagonistycznych na ograniczenie porażenia soi przez grzyby chorobotwórcze przeżywające w glebie, 23–30. PASTORE D., MARTINO C., BOSCO G., PASSARELA S. (1996). Stimulation of ATP synthesis via oxidative phosphorylation in wheat mitochondria irradiated with helium-neon laser. Biochemistry and Molecular Biology International 39(1), 149–157. PIETR S. J. (1997). The mode action of Trichioderma Short summary. Proc. 8 th conf. Section for Biological control of plant Diseases of the Polish Phytopathological society. PIETR S., ŚLUSARSKI C. (2007). Możliwości wykorzystania grzybów z rodzaju Trichoderma. Hasło Ogrodnicze, 4, 24– 27. PODLEŚNY J. (2002). Studia nad oddziaływaniem światła laserowego na nasiona, wzrost i rozwój roślin oraz plonowanie łubinu białego (Lupinus albus L.). Wyd. IUNG Puławy, Rozpr. hab. PODLESNY J. MAGNUSZEWSKI T. (2004): Potrzeba więcej nasion roślin strączkowych. Por. Gospod, 9, 24–25. SZAJSNER H. (2009). Analiza efektów działania promieniowania laserowego na ziarniaki wybranych genotypów roślin zbożowych. Nr 571. Wrocław, 29–86. ŚLUSARSKI C., SZCZECH M. (2008). Wstępna ocena disiarczku dimetylu i tymolu, jako potencjalnych środków do odkażania gleby. Nowoczesne Warzywnictwo 46, 29–37. SOWIŃSKI M., PODLESNY J. (2004). Wpływ traktowania nasion polem magnetycznym na wzrost, rozwój i dynamikę gromadzenia masy. Mat. Konf. Polskiego Towarzystwa Agrofizycznego; 27–29, 130–131. WOJTKOWIAK–GĘBAROWSKA E. (2006). Mechanizmy zwalczania fitopatogenów glebowych przez grzyby z rodzaju, Trichioderma. Postępy Mikrobiologiczne 45 (4), 261–273.

Contact address: Dr hab. Maria Pytlarz-Kozicka, Department of Crop Production, Wroclaw Uniwesity of Environmental and Life Sciences, Poland, 50-363 Wrocław, Plac Grunwaldzki 24 A, e-mail: [email protected]

222


VYUŽÍVÁNÍ VHODNÝCH GENOTYPŮ A OSIVA CUKROVÉ ŘEPY V ČESKÉ REPUBLICE Suitable Genotypes and Seed of Sugar Beet in the Czech Republic Josef Pulkrábek, Jaroslav Urban, Jan Křováček KRV ČZU v Praze

Abstract The article evaluates the production potential of sugar beet varieties and its use in agricultural practice in the Czech Republic and indicates changes in the use of selected factors based on an assessment of the difference between production on agricultural practice and the results of small plot variety trials in a time series from 1980 to 2016. The highest production in root yield was achieved an average of the Czech Republic in 2014 (104.3 t.ha-1), on agricultural practice were also achieved the highest yield in 2014 (78.1 t.ha-1). The highest sugar content was achieved in small plot trials in 1991 (20 %) and the agricultural practice in 2005 (18.7 %). The highest yield of white sugar was in the Czech Republic in 2011 (11.3 t.ha-1), in experiments in 2014 (16.7 t.ha-1). Over the past 16 years the root yield calculated as 16 % sugar content has risen to agricultural practice by an average of 1.59 t.ha-1 per year (in experiments an average of 2.44 t.ha-1 per year). In agricultural practice, in the past five years, the production potential of root yield is used at 72 % and the potential of white sugar yield is used to 67.8 %. Use of production potential of sugar beet in agricultural practice increased dramatically, and ranks this crop among the appropriate sources not only to produce of white sugar, but also the sources to produce renewable energy. Key words: sugar beet, varieties, seed, root yield, white sugar yield, sugar content

Souhrn Příspěvek hodnotí produkční potenciál cukrové řepy a jeho využívání v zemědělské prvovýrobě v ČR, uvádí změny v jeho využívání u vybraných ukazatelů na základě posouzení rozdílu mezi produkcí na provozních plochách a výsledky maloparcelkových odrůdových pokusů v časové řadě 1980–2016. Maxima produkce ve výnosu kořene bylo dosaženo v průměru ČR v roce 2014 (104,3 t.ha-1), na provozních plochách bylo maxima dosaženo také v tomto roce (78,1 t.ha-1). Nejvyšší cukernatosti bylo dosaženo v pokusech v roce 1991 (20 %) a na provozní ploše v roce 2005 (18,7 %). Nejvyšší výnos rafinády byl v rámci ČR v roce 2011 (11,3 t.ha-1), v pokusech v roce 2014 (16,7 t.ha-1). Za posledních 16 let výnos kořene, přepočítaný na 16% cukernatost, narostl na provozních plochách v průměru o 1,59 t.ha-1 ročně (v pokusech o 2,44 t.ha-1 ročně). V praxi, v posledních pěti letech, je produkční potenciál (výnosu kořene) pěstovaných odrůd využíván na 72 % a potenciál výnosu bílého cukru na 67,8 %. Využití produkčního potenciálu v zemědělské prvovýrobě u cukrové řepy výrazně stoupá a řadí tuto plodinu mezi vhodné zdroje nejen k produkci cukru ale i jako zdroje obnovitelné energie. Klíčová slova: cukrová řepa, odrůdy, osivo, výnos bulev, výnos bílého cukru, cukernatost

Úvod Světová produkce cukru neustále roste a za posledních padesát let se více než ztrojnásobila. V posledních letech produkce cukru převyšovala hodnotu 180 mil. tun (Smutka a kol., 2016). Spotřeba Osivo a sadba, 2. 2. 2017

223

cukru každoročně roste o 2-3 %. Jeho spotřeba na jednoho obyvatele je v jednotlivých zemích velmi rozdílná (10-60 kg na osobu a rok). Jednu z nejvyšších má Brazílie (60 kg). V zemích Evropské unie je spotřeba na obyvatele cca 38 kg. V České republice se pohybuje spotřeba cukru také kolem 38 kg. Naopak v lidnatých státech světa 18 kg (Indie) či 10 kg (Čína). Průměrná světová spotřeba cukru na světě na jednoho obyvatele se pohybuje kolem 25 kg (Řezbová a kol., 2015). Produkci řepného cukru dominuje především Evropa (cca 66 % světové produkce), dále Severní Amerika (13 %) a východní a západní regiony Asie (13 %). Pozici nejvýznamnějších producentů cukrové řepy ve světě si dlouhodobě udržují následující země: Francie (13,3 %), Rusko (12,7 %), USA (12 %), Německo (10 %), Turecko (7 %), Ukrajina (6 %), Čína (4,4 %) a Polsko (3,8 %). Cukrovka díky současným výkonným geneticky jednoklíčkovým odrůdám (více méně tolerantním k některým chorobám a škůdcům) a při výrazném podílu intenzivních pěstitelských technologií je bezpochyby nejproduktivnější plodinou mírného zeměpisného pásma. I ve světě stále patří mezi 15 nejvýznamnějších plodin. Dosahuje dnes více než desetinásobku výnosu cukru oproti počátku svého pěstování před více než 180 lety (Artyszak a kol., 2015; Ondrišík a kol., 2016). Před více než 180 lety se podařilo křížením vytvořit z jednoletých planých druhů řep dvouletou cukrodárnou plodinu. V šedesátých letech minulého století byla vyšlechtěna řepa jednoklíčková. Intenzivně se šlechtí stále výkonnější odrůdy s vícenásobnou tolerancí, případně rezistencí k houbovým chorobám a nematodům. Aktuálním cílem je například vyšlechtit řepu, u které se podaří prodloužit vegetační dobu díky zvýšení její otužilosti k bezpečnému přezimování a zvládnutí techniky regulace vybíhání (Chochola, Pulkrábek, 2012). Motivem pro vyšlechtění ozimé řepy cukrové je udržet konkurenceschopnost s producenty třtiny (Pletichová, 2015) a současně s tím využít při pěstování této plodiny i pro ni výhodné oteplování klimatu a zvyšování koncentrace CO2 v atmosféře (Kopecká a kol., 2013). Zlevnit produkci lze snížením nákladů nebo zvýšením produkce, a tak dosáhnout rozložení vynaložených nákladů na větší množství výrobku. To je cesta nejen pro pěstitele (vyšší hektarový výnos), ale i zpracovatele (prodloužení kampaně). Často čteme a na řadě setkání s pěstiteli slyšíme o zvyšujícím se produkčním potenciálu řepy cukrové (Kvíz a kol., 2014; Bezhin a kol., 2015, Wu a kol., 2016). Jednou z možností, která tomu může napomoci, je prodloužení vegetační doby. V našich podmínkách je to už u současných odrůd dosti problematické, proto se zájmem sledujeme práci genetiků a šlechtitelů, kteří se snaží najít, popřípadě vyšlechtit genotypy, které by toto prodloužení umožňovaly. Pěstování ozimé řepy předpokládá v září výsev a na podzim následujícího roku sklizeň. Výnos na jaře tradičně zaseté řepy cukrové je omezen nedostatečným rozvinutím listového aparátu v květnu a na počátku června, kdy už sluneční záření dosahuje vysoké úrovně. U řepy cukrové vyseté na podzim a s časným uzavřením řádků v následujícím roce lze očekávat lepší využití příkonu sluneční energie a zvýšení výnosu až o 26 % (Jung a Műller, 2009). Jako ozimá plodina se řepa cukrová pěstovala a v současnosti stále pěstuje v jižních částech mírného pásma: jižní Amerika, severní Afrika, střední východ a jižní Evropa (Stehlík, 1982). Předpokládá se, že ozimá cukrová řepa bude vyšlechtěna z odrůd pěstovaných v jižní Itálii nebo na jihu Španělska. Problematická zůstává především odolnost proti tvorbě vyběhlic, která by mohla v extrémních případech náklady v produkci neúměrně zvýšit. Chceme-li pěstovat ve středoevropských podmínkách na podzim vysetou řepu cukrovou, musí být u ní splněny přinejmenším dva požadavky: 1. dostatečná zimní otužilost (mrazuvzdornost) k přežití zimy (pro řepu je letální teplota -7 oC) a 2. zamezení vybíhání a kvetení, protože nízké zimní teploty vyvolávají u rostlin jarovizaci (vernalizaci), která podporuje vybíhání řepy cukrové na jaře. Toto jsou dva zásadní úkoly pro genetiky a šlechtitele. Vybíhání a větší výskyt vyběhlic při pěstování technické řepy cukrové je nežádoucí, protože vyběhlice ztěžují sklizeň a způsobují velké ztráty na výnosech bulev a cukru. Nevybíhající rostliny nejsou však schopny kvést a produkovat semena. Proto je třeba vytvořit systém regulace vybíhání, který 224


by umožnil pěstovat technickou řepu cukrovou k produkci cukru, ale i v druhém vegetačním roce nebránil produkci semene (Kirchhoff a kol., 2009). Mají-li rostliny obecně vzato přežít zimní mrazy, musejí se umět přizpůsobit nízkým teplotám. Otužovací reakce spočívá v tom, že specifické látky, které snižují bod tuhnutí v buňkách, obohacují pletiva. V Institutu pro výzkum řepy cukrové v Göttingenu byl uskutečněn výzkum, zda mechanismus přizpůsobení existuje také v řepě cukrové (Anonym, 2012). Ukázalo se, že po otužování se zvýšil v rostlinách obsah sušiny proti rostlinám pěstovaným při 20 oC. Tím se snížilo v rostlinných pletivech v případě mrazu nebezpečí tvorby ledu a jejich poškození. Bylo také patrné, že po procesu aklimatizace byl zvýšen obsah glutaminu, sacharózy a rafinózy v listech, méně v bulvách. Kromě toho nastalo po otužování v bulvách i listech hromadění prolinu, jehož mrazuvzdorná účinnost v rostlinách je známá. Průkopnickou prací Institutu šlechtění rostlin Univerzity Christiana Albrechta v Kielu byla selekce na zimovzdornost a pozdní vybíhání řepy cukrové (Jung a Műller, 2009). Srovnáme-li různé druhy Beta vulgaris, zástupci řepy cukrové byly mezi nejdříve vybíhajícími, zatímco řepy listové byly mezi naposled vybíhajícími. Německé a švédské výzkumné skupiny identifikovaly dlouho hledaný gen vybíhání v řepě cukrové. Tento gen nazvaný BvBTC1 určuje, zda a kdy bude řepa kvést. Poznatky o lokalizaci tohoto genu pomohou vyřešit strategii regulace kvetení a vybíhání ozimé řepy cukrové. Významným přínosem k řešení uvedené problematiky je dešifrování celého genomu řepy cukrové. Znalost sekvence genomu řepy cukrové usnadní identifikaci genů ovlivňujících řadu zemědělsky důležitých vlastností. Může tak být cíleně regulováno nejen vybíhání, ale i zvyšována odolnost proti škůdcům, tolerance k suchu, zvyšován obsah cukru, zlepšována morfologie a architektura řepné rostliny. Řada nejnovějších výzkumných výsledků z důvodů utajení a z důvodů konkurence mezi osivářskými firmami nebyla a pravděpodobně nebude publikována. Zatím stále ještě není známo, jak se bude v praxi aplikovat genový spínač, zamezující vybíhání. Očekávané vyšlechtění a zavedení ozimé řepy cukrové bude jistě vítaná událost v evropském řepařství. Jestliže se prodlouží doba pěstování ze sedmi až osmi na dvanáct až čtrnáct měsíců, vzroste produkce biomasy a zejména cukru. Dá se očekávat lepší využití živin a lepší ochrana proti erozi v důsledku pokryvu půdy přes zimu a v jarním období. Cílem předloženého článku je ukázat na význam šlechtění, odrůdy a osiva. Analyzovat produkční potenciál současných odrůd, jmenovitě posoudit jeho využívání v provozních podmínkách v ČR.

Metodika O produkčním potenciálu a jeho využívání v provozních podmínkách nejlépe vypovídá srovnání průměrných produkčních a kvalitativních údajů za Českou republiku s výsledky pokusů ÚKZÚZ z maloparcelkových pokusů zpracovávaných pro Seznam doporučených odrůd. Na základě posouzení rozdílu mezi výnosem na provozních plochách a výsledky maloparcelkových odrůdových pokusů lze vyvodit odpovídající závěry o využívání jednotlivých složek charakterizujících produkční schopnost stávajících odrůd a využití jejich vlastností v praxi (tabulka 1). Tvorbu Seznamu doporučených odrůd cukrovky zajišťuje Svaz pěstitelů cukrovky Čech (SPCČ) ve spolupráci s ÚKZÚZ, odborným garantem a navrhovatelem pokusného schématu výsevu, metodiky fungicidního ošetření, odběru a přípravy osiva potřebného pro výsev na jednotlivých zkušebních lokalitách, kontrolou průběhu pokusnických prací a statistickým vyhodnocením výsledků maloparcelkových pokusů (Anonym, 2016; Hakaufová, 2016). Na zajištění pokusů se také významně podílí firmy prodávající v ČR osivo cukrové řepy a cukrovary. Údaje o produkčních ukazatelích vychází z jednotné statistiky zpracovávané pod gescí MZe ČR.


225

Výsledky a diskuse Nestačí jen vyšlechtit dobrou odrůdu, ale je nezbytné připravit i kvalitní osivo (Pazderů, 2014). To dnes všichni pěstitelé považují za samozřejmou záležitost. Koupí-li si pěstitel osivo, bude mít bezpochyby vysoce produkční genotyp a po semenářské stránce bude osivo také perfektní. Tím pěstitel naplňuje základní předpoklad pro kompletní a vyrovnaný porost, bez kterého nemůže mít výnosy srovnatelné s Německem či Rakouskem. Aby osivo bylo po semenářské stránce kvalitní, je třeba vynaložit mnoho úsilí (Prosba-Bialczyk, 2014). V ČR jsou pro potřeby pěstitelů každoročně zpracovávány Seznamy doporučených odrůd (SDO). Vychází z maloparcelkových pokusů a k jejich hlavním cílům patří sledování výkonnosti odrůd registrovaných v ČR se zajištěnou optimální ochranou proti chorobám a škůdcům (Hakaufová, 2016). Pro výběr odrůdy jsou rozhodující kriteria výnosu bulev, cukernatosti, výtěžnosti a výnosu rafinády (neboli bílého cukru). V posledních letech je však pro výběr odrůdy velmi významným kritériem také tolerance či rezistence k chorobám a škůdcům, na které je chemická ochrana neúčinná. Podle výnosu kořene a cukernatosti lze odrůdy rozdělit na odrůdy: 1. výnosového typu (V-typ) – ty dosahují vyššího výnosu kořene a nižší cukernatosti (16 až 17 %), 2. odrůdy normálního typu (N-typ), které poskytují střední až vyšší výnosy bulev se střední cukernatostí a výtěžností rafinády a 3. odrůdy cukernatého typu (C-typ), které mají nižší výnosy kořene, ale vysokou cukernatost (tj. 18 a více %) a vysokou výtěžnost rafinády. Někdy jsou uváděny i mezitypy (NV, NC atd.). Cukernaté odrůdy dříve technologicky vyzrávají a lze je využít pro časnější sklizeň. Výnosové typy vyžadují delší vegetační dobu. Jak jsou jednotlivé typy odrůdy v ČR pěstovány, ukazuje graf 1. V posledních letech převládají odrůdy řazené mezi normální až výnosové (v roce 2016 byly pěstovány na 43 % plochy). Druhou nejpěstovanější skupinou byly odrůdy normálního typu. Z grafu je patrné dlouhodobé velmi nízké zastoupení cukernatých odrůd. V současné době je to dáno především cenovými nástroji, které preferují vysokou produkci biomasy a následně polarizačního cukru (či výnos přepočítaný na 16% cukernatost).

Graf 1: Zastoupení jednotlivých typů odrůd cukrové řepy na produkčních plochách v ČR (zpracováno z podkladů SPCČ)

226


Veškeré registrované odrůdy jsou dnes tolerantní k rizománii. V sortimentu odrůd se vyskytují i odrůdy se zvýšenou tolerancí k cerkosporióze, odrůdy tolerantní k háďátku i k rizoktónii. Na významu nabývají také „speciální odrůdy“ s vícenásobnými (např. trojnásobnými) tolerancemi (či rezistencemi), např. rizománie + Cercospora beticola nebo rizománie + Cercospora beticola + Rhizoctonia solani. Geneticky jednoklíčkové osivo je distribuováno pěstitelům prostřednictvím cukrovarů po výsevních jednotkách (VJ). Jedna výsevní jednotka obsahuje 100 000 semen. Osivo musí mít geneticky založenou jednoklíčkovost 98–100 %. Vysévat „na konečnou vzdálenost“ lze jen osivo s klíčivostí přes 95 %, vysokou energii klíčení – aby po vysetí klubíčka klíčila hromadně. Dobrá vysévatelnost, je zabezpečena obroušením přírodního osiva a následným obalením na kulovitý tvar s kalibrací 3,75– 4,75 mm. Osivo je dodáváno namořené fungicidy (nejčastěji thiram, hymexazol) a vhodnými insekticidy (Cruiser Force, Poncho Beta+), s výraznou barvu povrchu pro snadnou kontrolu uložení v půdě a s vysokým výnosovým potenciálem v genetickém základu odrůdy (většinou přes 12 tun bílého cukru). Každoročně je Svazem pěstitelů cukrovky Čech (SPCČ), Ústředním kontrolním a zkušebním ústavem zemědělským (ÚKZÚZ), cukrovary a semenářskými firmami připravován Seznam doporučených odrůd (SDO), tzv. „zelená knížka“, ve které jsou uvedeny výsledky zkoušení nejpěstovanějších a nově registrovaných odrůd na řadě lokalit České republiky. O výnosu plodiny rozhoduje nejen odrůda, ale i řada dalších faktorů a opatření, které se postupně zlepšují a tak přispívají k vyššímu využívání produkčního potenciálu odrůdy v zemědělské prvovýrobě (Stočes, 2016). Kvíz a kol. (2014) uvádí, že stroje bez satelitní navigace mají tendenci k chybovosti, zejména nežádoucímu překrývání, což vede k plýtvání paliva, osiva a pesticidů, ale také ke snižování produkce a k nevyužívání produkčního potenciálu pěstovaných plodin. Opakované přejezdy zvyšují riziko zhutnění půdy, na které je cukrová řepa velmi citlivá. Vysoký produkční potenciál této plodiny je nejen teoretický, ale je i praxí velmi dobře využíván, což dokládají parametry dosahované v posledních letech (tabulka 1). Maxima produkce ve výnosu kořene bylo dosaženo v rámci pokusů pro Seznam doporučených odrůd zpracovávaný na základě výsledků pokusů na více lokalitách v ČR v roce 2014 (104,3 t.ha-1), na provozních plochách bylo maxima také dosaženo v tomto roce (78,1 t.ha-1). Nejvyšší cukernatosti bylo dosaženo v pokusech v roce 1991 (20 %) a na provozní ploše v roce 2005 (18,7 %). Nejvyšší výnos rafinády byl v rámci ČR v roce 2011 (11,3 t.ha-1), v pokusech v roce 2014 (16,7 t.ha-1). Za posledních 16 let výnos kořene přepočítaný na 16% cukernatost narostl na provozních plochách (graf 2) v průměru o 1,59 t.ha-1 ročně (v pokusech o 2,44 t.ha-1 ročně). V praxi, v posledních pěti letech, je produkční potenciál (výnosu kořene) pěstovaných odrůd využíván na 72 % a potenciál výnosu bílého cukru na 67,8 %. Podrobnější informace jsou uvedeny v tabulce 1. Tab. 1: Produkční ukazatelé cukrové řepy v ČR (zpracováno z podkladů MZe a SDO) Hodnocené období a statistické charakteristiky 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Výnos kořene Cukernatost Výnos rafinády t.ha-1 % (bílého cukru) t.ha-1 Pokusy Provoz. Podíl Pokusy Provoz. Podíl Pokusy Provoz. Podíl SDO plochy využití SDO plochy využití SDO plochy využití ČR % ČR % ČR % 52,7 30,9 58,7 17,0 13,9 81,4 7,2 3,1 43,4 50,5 31,2 61,7 15,8 13,8 87,6 6,9 3,1 45,2 62,4 39,8 63,8 17,8 14,4 81,1 9,0 4,0 45,0 38,7 30,1 77,7 18,9 15,0 79,5 6,2 3,3 52,4 49,7 36,5 73,5 18,2 14,4 79,4 7,7 4,0 52,4 57,4 40,3 70,2 18,9 15,1 79,8 9,2 4,6 49,5 61,9 39,2 63,3 19,3 15,5 80,6 10,0 4,2 41,6 58,7 37,4 63,7 17,2 14,8 85,8 8,3 4,3 51,8 56,4 33,9 60,1 16,7 14,3 85,3 7,8 3,7 47,4 53,5 36,0 67,3 17,2 14,8 85,8 7,7 3,8 49,8 44,5 33,9 76,1 17,4 16,3 93,8 7,4 4,3 58,3


227

53,5 1991 53,7 1992 71,1 1993 56,3 1994 69,6 1995 75,7 1996 66,8 1997 64,9 1998 72,6 1999 71,9 2000 73,0 2001 70,1 2002 65,1 2003 64,5 2004 78,8 2005 73,4 2006 84,3 2007 78,1 2008 78,0 2009 81,5 2010 98,2 2011 98,4 2012 90,7 2013 104,3 2014 84,8 2015 80,8 2016 104,30 Maximum 38,70 Minimum Směrodatná 15,16 odchylka Průměr za období 68,82 1980-2016 Průměr za dekádu 1981-1990 53,37 Průměr za dekádu 1991-2000 65,61 Průměr za dekádu 2001-2010 74,68 Průměr za 201192,87 2016 Průměr za posledních 5 let 91,80 2012-2016 Rezerva v % za posledních 5 let

32,4 32,0 39,2 33,9 40,7 42,1 39,8 44,9 44,9 47,4 49,8 50,5 46,0 50,6 54,3 53,6 54,7 58,3 60,9 59,4 71,3 67,2 62,8 78,1 60,9 63,4 78,11 30,08

60,5 59,5 55,2 60,1 58,5 55,6 59,5 69,2 61,8 66,0 68,2 72,0 70,6 78,4 68,9 73,1 64,9 74,7 78,1 72,9 72,6 68,3 69,2 74,9 71,9 78,4

12,48

20,0 19,9 19,3 17,3 17,2 18,1 17,7 16,0 17,1 17,5 15,2 16,3 19,5 19,5 18,8 18,4 17,8 18,6 18,3 17,8 17,8 17,6 18,3 17,7 19,2 19,3 20,00 15,20

17,5 16,0 16,8 15,6 16,0 17,0 16,6 15,8 17,3 17,7 15,7 16,1 18,2 18,5 18,7 18,4 16,5 18,0 16,9 16,7 17,3 17,0 17,6 15,9 18,2 18,0 18,70 13,79

1,14

1,38

87,7 80,7 87,1 90,1 92,9 93,7 93,6 98,9 101,1 100,9 103,0 99,0 93,4 95,0 99,5 100,1 92,5 97,0 92,1 93,5 97,3 96,6 96,1 89,9 94,8 93,3

9,3 9,5 12,4 8,4 10,5 12,2 10,2 8,8 10,8 11,0 9,6 9,8 11,2 11,3 13,4 12,0 13,5 13,1 12,9 13,0 15,8 15,7 14,8 16,7 14,5 14,1 16,70 6,24

4,5 4,3 5,2 4,2 5,2 5,9 5,5 5,9 6,9 7,1 6,4 6,9 6,9 8,1 8,8 8,4 8,0 9,4 9,3 8,8 11,3 10,4 9,7 11,0 10,1 10,2 11,25 3,13

2,74

2,49

48,9 45,8 41,8 49,9 50,0 48,3 54,2 67,5 63,6 64,4 66,8 70,3 62,0 71,7 66,0 70,3 59,4 71,9 72,1 67,6 71,2 65,9 65,7 65,9 69,3 72,3

46,70

67,54

17,96

16,38

91,34

10,86

6,51

58,36

35,82

67,74

17,74

14,85

83,86

8,03

3,94

49,35

39,71

60,58

18,00

16,62

92,67

10,29

5,47

53,43

53,81

72,18

18,02

17,37

96,50

11,98

8,11

67,80

67,27

72,53

18,32

17,34

94,66

15,27

10,43

68,39

66,47

72,53

18,42

17,34

94,13

15,16

10,26

67,82

27,5

5,9

32,2

Vlivy klimatických změn na zemědělskou produkci jsou široce diskutovány (Stehlíková a kol., 2016). Klimatologické prognostické scénáře předpokládají, že globální změny klimatu se na území České republiky projeví v blízkých desetiletích zvýšením roční průměrné teploty o 1–2 °C. Což se výrazně dotkne i pěstování cukrové řepy. Kopecká a kol. (2013) prezentují aplikaci modelu změn vegetační stupňovitosti v ČR při predikci vlivů klimatické změny na budoucí klimatické podmínky pro pěstování cukrové řepy v ČR, a tím i na využívání výnosového potenciálu pěstovaných odrůd. Současný pokrok ve šlechtění se odráží v nárůstech produkce cukru nejen v pokusech ale i v zemědělské 228


prvovýrobě. Věřme, že cukrová řepa a cukr z ní vyrobený bude na světovém trhu konkurenceschopný, což zajistí evropským pěstitelům odpovídající rentabilitu. Současné významné úsilí věnované šlechtění ozimé cukrovky přispěje prodloužením vegetační doby k výraznému navýšení výnosového potenciálu (zhruba o 25 %) a zlepší vytížení cukrovarů (kampaň by bylo možné zahájit cca o 2 měsíce dříve).

Graf 2: Výnos bulev řepy cukrové v ČR přepočítaný na 16% cukernatost

Literatura ANONYM (2015). Seznam doporučených odrůd cukrovky pro rok 2015. Listy cukrov. řepař., 131, 2015 (1): 8–16. ANONYM (2016): Seznam doporučených odrůd cukrovky pro rok 2016. Listy cukrov. řepař., 132, 2016 (1): 8–16. ARTYSZAK A., GOZDOWSKI D., KUCIŃSKA K. (2016). Vliv listové výživy s mořským vápencem na morfologické znaky cukrové řepy. Listy cukrov. řepař., 132, 2016 (5–6): 4176–181. ARTYSZAK A.; GOZDOWSKI D.; KUCIŃSKA K.: The Efect of Silocon foliar Fertilization in Sugar Beet Beta vulgaris (L.). Turkish Journal Field Crops, 2015, 20(1), 115–119. BEZHIN K. SANTEL H.-J. GERHARDS R. (2015). Evaluation of two chemical weed control systems in sugar beet in Germany and the Russian Federation. Plant Soil Environ. Vol. 61, 2015, No. 11: 489–495. HAKAUFOVÁ L. (2014). Odrůdy cukrovky registrované v roce 2016. Listy cukrov. řepař., 132, 2016 (2): 47–53. CHOCHOLA J., PULKRÁBEK J. (2012). Výzkum cukrové řepy ve světě. Listy cukrov. řepař., 128, 2012 (5–6): 177–179. JUNG C.; MÜLLER A. E. (2009). Flowering time control and applications in plant breeding. Trends Plant Sci, 2009, 14, 563–573. KIRCHHOFF M.; TRÄNKNER, C.; KOPISCH-OBUCH F.; JUNG C.(2009). Selection for cold hardiness and late bolting for breeding winter beets. 60. Tagung der Vereinigung Pflanzenzüchter Saatgutkaufleute Österreichs 2009, 173-176. KOPECKÁ V.; MACHAR I.; BUČEK A.; KOPECKÝ A. (2013). Vliv klimatických změn na možnosti pěstování cukrové řepy v České republice. Listy cukrov. řepař., 129, 2013 (11): 326–329. KVÍZ Z., KROULIK M., CHYBA J. (2014). Machinery guidance systems analysis concerning pass-to-pass accuracy as a tool for efficient plant production in fields and for soil damage reduction. Plant Soil Environ., 60 (2014): 36–42. ONDRIŠÍK P., URMINSKÁ V., PAČUTA V., VÁCLAV B. (2016). Sezónne zmeny anorganického dusika v podě v závislosti od aplikacie roznych hnojiv. Listy cukrov. řepař., 132, 2016 (5/6): 168–172. PAZDERŮ K. (2014). Semenářský výzkum a produkce osiv v ČR a ve světě. Sborník z konference Osivo a sadba 5. února 2015, ČZU v Praze, s. 51–55. PLETICHOVÁ D., GEBELTOVÁ Z. (2015). Evaluation of the Effect of Subsidies on the Production Capability of Land in Selected Regions of the Czech Republic, AGRIS on-line Papers in Economics and Informatics, Vol. 7, No. 4, pp. 111–122, ISSN 1804-1930. PROŚBA-BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., SZUBZDA B., WILKOSZ M., REGIEC P. (2014). Vliv předseťové úpravy osiva laserovým zářením a magnetickým polem na výnos a technologickou kvalitu řepy cukrovky. Sborník z konference Osivo a sadba 5. února 2015, ČZU v Praze, s. 51–55.


229

ŘEZBOVÁ H. MAITAH M. SERGIENKO, O. I. (2015). EU Quota Sugar Market Concentration – the Main Drivers of EU Sugar Market, AGRIS on-line Papers in Economics and Informatics, Vol. 7, No. 4, pp. 131–142, ISSN 1804-1930. SMUTKA L., ROVNÝ P., PULKRÁBEK J., HORSKÁ E. (2016). Zahraničný obchod s cukrom (HS1701) a cukor obsahujúcimi produktami (HS17) – komparácia Českej republiky so Slovenskom v priebehu posledných dvoch dekád. Listy cukrov. řepař., 132, 2016 (7–8): 235–240. STEHLÍK V. (1982). Biologie druhů, variet a forem řep rodu Beta L. Academia Praha 1982, 448 s. STEHLÍKOVÁ I., MADARAS M., LIPAVSKÝ J., ŠIMON T. (2015). Study on some soil quality changes obtained from long-term experiments. Plant Soil Environ. Vol. 62, 2016, No. 2: 74–79. STOČES M., VANĚK J., MASNER J., PAVLÍK J. (2016). Internet of Things (IoT) in Agriculture - Selected Aspects. AGRIS on-line Papers in Economics and Informatics, Vol. 8, No. 1, pp. 83 – 88. ISSN 1804-1930. WU G.-Q., FENG R.-J., SHUI Q.-Z. (2016). Effect of osmotic stress on growth and osmolytes accumulation in sugar beet (Beta vulgaris L.) plants. Plant Soil Environ. Vol. 62, 2016, No. 4: 189–194.

Contact address: Prof. Ing. Josef Pulkrábek, CSc. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

230


VLIV PŘEDSEŤOVÉ STIMULACE NA VÝVOJ ŘEPY CUKROVÉ Influence of Pre-sowing Stimulation on the Sugar Beet Development Urszula Prośba-Białczyk1, Małgorzata Wilkosz1, Małgorzata Cieciura1, Bronisław Szubzda2 1 Department of Crop Production Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland 2 Electrotechnical Institute Division of Electrotechnology and Materials Science

Abstract In both laboratory and field experiments carried out in the years 2014–2015 the influence of presowing stimulation on germination and plants development during vegetation, in period of intensive mass increase and sucrose storage was analyzed. On the first day of laboratory and field research the seeds were treated with glow discharge with power 0,5 kW and pressure 0,9 Tr and with Akra Saat dressing at a dose of 0,25 l of preparation per 0,5 l of water. Pre-sowing stimulation of sugar beet seeds with glow discharge and Akra Saat preparation in the phase of germination had modified the morphological traits of seedlings. Seedlings developed from seeds treated with glow discharge had longer roots, hypocotyl stalk and cotyledons. In the period of intensive roots and leaves mass increase the pre-sowing stimulation with glow discharge results in higher weight of roots and shoots and their higher dry weight content. Key words: seed stimulation, sugar beet, glow discharge, Akra Saat preparation, germination, dry weight

Souhrn V letech 2014–2015 byl v laboratorních a polních podmínkách analyzován vliv předseťové stimulace na klíčení a vývoj rostlin během vegetace - v období intenzivního růstu a ukládání sacharózy. Na začátku laboratorního a polního výzkumu bylo osivo ošetřeno doutnavým výbojem při výkonu 0,5 kW a tlaku 0,9 Tr a přípravkem Akra Saat v dávce 0,25 l přípravku na 0,5 l vody. Předseťová stimulace osiva cukrovky doutnavým výbojem a přípravkem Akra Saat ovlivnila morfologické znaky rostlin v době klíčení. Rostlinky klíčící ze semen ošetřených doutnavým výbojem měly delší kořen, hypokotyl a děložní lístky. V období intenzivního růstu nadzemní a podzemní biomasy vedlo ošetření osiva doutnavým výbojem k vyšší hmotnosti bulev i listů a k vyššímu obsahu sušiny. Klíčová slova: stimulace osiva, cukrová řepa, netermální plazma, přípravek Akra Saat, klíčení, sušina

Introduction Quality of crop seeds, including sugar beet, is one of the most important factors affecting the germination and seeds vigor (Koper, Wójcik, 1995; Rochalska, Orzeszko-Rywka, 2008). Seeds stimulation is a treatment preparing seeds to sowing and can modify plants development and the biometric features of sugar beet (Koper et al., 1996; Pietruszewski, Wójcik, 2000 a, b; Marinković et al., 2008; Sacała et al., 2012; Prośba-Białczyk et al., 2011; 2012, 2013). In preparing seeds to sowing the most commonly used are mechanical methods, such as calibration, but also chemical methods intended to protect seeds and plants in early development stages from pathogens and pests, as well as delivery to seeds and developing seedling macro- and micronutrients resulting in equal germination, faster rooting and proper development of seedlings. The supplement of those methods can be physical treatment, such Osivo a sadba, 2. 2. 2017

231

as microwave, ionizing and laser radiation, exposure to electric or magnetic field, as well as glow discharge (Pietruszewski, Wójcik, 2000 a,b; Gładyszewska, Koper, 2002; Rochalska, 2005; Rochalska et al., 2008; Marinković et al., 2008; Kacharava et al., 2009; Prośba-Białczyk et al., 2011). To determine the effect of glow discharge and Akra Saat preparation treatments the seeds germination and increase in roots and leaves weight was analyzed.

Methods In both laboratory and field experiments carried out in the years 2014-2015 the influence of presowing stimulation on germination and plants development during vegetation, in period of intensive mass increase and sucrose storage was analyzed. On the first day of laboratory research and sowing field trial the seeds of variety Alegra were treated with glow discharge (named as GD) with power 0.5 kW, electricity 0,5 A and pressure 0,9 Tr in exposition 2x15s in Research Laboratory of Electrotechnical Institute in Wrocław and dressed with Akra Saat preparation (named as AS) at a dose of 0,25 l of preparation per 0,5 l of water. Influence of stimulation method was verified in compare to non-stimulated seeds (named as C). During seeds germination in laboratory research were determined the energy and capacity of germination, as well as biometric features of seedlings - length of root, hypocotyl stalk, stalk with cotyledons, and also the content of chlorophylls and carotenoids. Energy of germination was assessed after 4 days since research was carried out, germination capacity everyday for 14 days, the measurements of length of root, hypocotyl stalk and germination capacity after 14 days on 50 randomly selected seedlings from each replication. Content of photosynthetic pigments was determined in the leaves of sugar beet during four phases BBCH 24-26, 34-36, 40-42, 44-46 using spectrophotometric method, reading the absorbance at the wavelengths: 470,647,663 nm, and calculating the content of chlorophyll a and b and carotenoids according to the equations given by Arnon (1949). During vegetation in phases BBCH 26-28, 36-38, 40-42, 44-46, from all plots of the research were collected representative samples of 5 plants to determine the effect of analyzed pre-sowing stimulation treatment methods on the weight of single root, leaves weight, dry weight of roots and leaves, as well as their biometric features - length, width and thickness. Field experiment was carried out with randomized blocks method in soil and climatic conditions of Silesian Lowland. The experiment was carried out at the Experimental Station of Wrocław University of Environmental and Life Sciences in Wrocław, on the soils classified as HaplicLuvisols (FAO WRB, 2007) developed from sandy loam underlain by a sandy clay loam (soil texture - according to Polish classification of soil grain size distribution (PTG, 2008, based on USDA). Agricultural suitability of those soils, determined in Polish soil valuation system, was classified as class IIIb. Climatic condition during years of experiment did not disturb the vegetation of sugar beet and rainfall and temperature pattern was similar to long-term averages. In statistical calculation was used the analysis of variance and least significant difference was determined at the significance level of α = 0.05 using the F-test (Fischer-Snedecor's). In two-year synthesis, the years of research were considered as dependent variable.

Results and Discussion Methods of pre-sowing stimulation used in this research had significantly modified some of morphological features of seedlings during germination in laboratory conditions (Fig.1). Sugar beet seedlings developed from seedling stimulated with glow discharge had longer hypocotyl stalks and stalks with cotyledons than seedlings developed from seeds dressed with Akra Saat preparation and non-stimulated seeds. This research confirmed impact of seed stimulation on initial growth of plants proven in previous papers (Koper et al., 1996; Podleśny et al., 2001; Rybiński and Garczyński, 2004; Chen et al., 2005; Muszyński and Gładyszewska, 2008; Sacała et al., 2012; Prośba-Białczyk et al., 2013). In above mentioned works the seed stimulation was made by laser light, magnetic field and 232


priming (energ’hill). Research of Hirota et al. (1999) and Podleśny and Stochmal (2004) also showed beneficial effect of stimulation with magnetic field on swelling and germination of seeds, while Tugulea et al. (2000) in content of photosynthetic pigments. In own experiment there was no influence of both stimulation treatments on capacity and energy of seeds germination.

Fig. 1: Effect of pre-sowing stimulation on seed germination Abbreviations: *C-control, **WJ- glow discharge, ***AS- Akra Saat preparation, ****LSD- least significant difference

Pre-sowing seeds stimulation had modified plants development during their vegetation (Fig. 2 and 3). Glow discharge and Akra Saat preparation used in pre-sowing seeds treatment influenced beneficially on the weight of single root. Roots of plants developed from seeds stimulated of these methods, in the period of intensive mass increase of roots and leaves in phases BBCH 26-28, 34-36, and 40-42, characterized higher weight than roots developed from non-stimulated seeds. Pre-sowing stimulation also diversified the dry weight of roots.


233

Fig. 2: Mass of a single root

Fig. 3: Mass of leaves per plant

Fig. 4: Dry matter content in roots

234


Higher dry weight during vegetation also characterized the roots treated with semiconductor laser beam and prepared in priming process (Prośba- Białczyk et al., 2012). Favorable influence of magnetic field on development and germination of white lupin was proves also by Podleśny and Pietruszewski (2006). In own research in phase BBCH 26-28 roots of plants developed from seeds stimulated with glow discharge and Akra Saat preparation characterized higher content of dry weight that roots of plants developed from non-stimulated seeds (Fig. 4). Higher content of dry weight of roots under stimulation of laser beam and priming was noted also in previous studies Prośba-Białczyk et al. (2012, 2013). Glow discharge affected also some morphological traits of root (Fig. 6, 7, 8). Roots of plants developed from seed stimulated with glow discharge in phases 26-28, 34-38 were longer, thicker and wider (Fig. 7 and 8).

Fig. 5: Dry matter content in leaves

Fig. 6: Root width


235

Fig. 7: The length of root

Fig. 8: The thickness of root In analyzed phases there was no significant influence of pre-sowing stimulation on leaves weight modification (Fig. 2). On the other hand, there was clear impact on leaves dry weight (Fig. 5). Leaves of plants developed from seeds stimulated with glow discharge and Akra Saat preparation in phases 24-26, 32-34 characterized higher content of dry weight than leaves of plants developed from non-stimulated seeds. Higher content of dry weight under Akra Saat preparation and glow discharge stimulation was also visible in phase BBCH 40-42. During vegetation was analyzed also the content of chlorophylls and carotenoids (Fig. 9). Methods of stimulation used in this research did not caused the differences in chlorophylls content (a and b) but affected carotenoids content. In phase BBCH 26-28 higher content of carotenoids was noted in Akra Saat treatment, and in the next phases under both stimulation treatments.

236


Fig. 9: Impact of pre-sowing stimulation on content of photosynthetic pigments

Conclusions Pre-sowing stimulation of sugar beet seeds with glow discharge and Akra Saat preparation modifies the morphological traits of seedlings in germination phase. Seedlings developed from seeds stimulated with glow discharge had longer roots, hypocotyl stalks and stalks with cotyledons. During vegetation, in the period of intensive mass increase of roots and leaves the influence of presowing stimulation with glow discharge and Akra Saat preparation is in higher weight of roots and leaves and higher content of dry weight.

Literature ARNON D. I. (1949). Copper enzymes in isolated chloroplasts. Plant Physiol., 34: 1–15. CHEN Y. P., LIU Y. J., WANG X. L., REN Z. Y., YUE M. (2005). Effect of microwave and He-Ne laser on enzyme activity and biophoton emission of Isatis indigotica Fort. J. Integrat. Plant Biol., 47(7), 849–855. FAO WRB, 2007. World Reference Base for Soil Resources. 2006, update 2007. FAO, ISRIC, ISSS. Rome.


237

GŁADYSZEWSKA B., KOPER R. (2002). Determination of a laser radiation energy dose in the seed biostimulation process. Acta Agrophysica, 62, 15–23. HIROTA N., NAKAGAWA J., KITAZAWA K. (1999). Effects of a magnetic field on the germination of plants. J. Applied Physics, Vol. 85, 8: 5717–5719. KACHARAVA N., CHANISHVILI S., BADRIDZE G., CHKHUBIANISHVILI E., JANUKASHVILI N. (2009). Effect of seed irradiation on the content of antioxidants in leaves of Kidney bean, Cabbage and Beet cultivars. Australian Journal of Crop Science 3(3): 137–145. KOPER R., WÓJCIK S. (1995). Effect of laser exposure of seeds on the yield and chemical composition of sugar beet. Proc. Int. Conf. New Horizons. Newcastle 1995, 181. KOPER R., WÓJCIK S., KORNAS-CZUCZWAR B., BOJARSKA U. (1996). Effect of laser exposure of seeds on the yield and chemical composition of sugar beet roots. Int. Agrophysics. 10: 103–108. MARINKOVIĆ B., GRUJIĆ M., MARINKOVIĆ D., CRNOBARAC J., MARINKOVIĆ J., JAĆIMOVIĆ G., MIRCOV D.V. (2008). Use of biophysical methods to improve yields and quality of agricultural products. Journal of Agricultural Sciences, vol. 53, No. 3 235–241. MUSZYŃSKI S., GŁADYSZEWSKA B. (2008). Representation of He-Ne laser irradiation effect on radish seeds with selected germination indices. Int. Agrophysics, 22, 151–157. PIETRUSZEWSKI S., WÓJCIK S. (2000a). Effect of magnetic field on yield of sugar beet cultivar Kalwia and Polko (in Polish). Inż. Roln., 5(16), 207–210. PIETRUSZEWSKI S., WÓJCIK S. (2000b). Effect of magnetic field on yield and chemical composition of sugar beet roots. Int. Agrophysics, 14, 89–92, 2000. PODLEŚNY J., MISIAK L., KOPER R. (2001). Concentration of three radicals in faba bean seeds after the pre-soeing treatment of the seeds with laser light. Int. Agrophysics, 15, 185–189. PODLEŚNY J., STOCHMAL A. (2004). Wpływ przedsiewnego traktowania nasion światłem laserowym na niektóre procesy biochemiczne i fizjologiczne w nasionach i roślinach łubinu białego i bobiku. Acta Agrophysica, 4(1), 149– 160. PODLEŚNY J., PIETRUSZEWSKI S. (2006). Wpływ traktowania nasion polem magnetycznym na wzrost, rozwój i dynamikę gromadzenia masy łubinu białego. Inżynieria Rolnicza 6: 169–176. PROŚBA- BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., GRZYŚ E., DEMCZUK A., SACAŁA E. (2011). Vliv stimulace osiva na produktivitu cukrowe repy. Listy Cukrovarnicke a Reparske 127, 344–347. PROŚBA- BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., SPYRKA B., BĄK K. (2012). The influence of pre-sowing stimulation on seeds on changes in mineral composition and sucrose content in sugar beet. Journal of Elementology, 639–648. PROŚBA-BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., LEWANDOWSKA S., SPYRKA B. (2013). The influence of pre-sowing seed stimulation and foliar fertilization with boron on sugar beet productivity. In: Proc. Seed and Seedlings XI. Scientific and Technical seminar, , pp. 68–72 Praga. PTG (2008). Particle size distribution and textural classes of soils and mineral materials - classification of Polish Society of Soil Sciences 2008, Rocz. Glebozn. 60, 2: 5–16. ROCHALSKA M. (2005). Influence of frequent magnetic field on chlorophyll content in leaves of sugar beet plants. Nukleonika 50 (Supplement 2): 25–28. ROCHALSKA M., GRABOWSKA K., ZIARNIK A. (2008). Impact of low frequency magnetic fields on yield and quality of sugar beet. Int. Agrophysics 23: 163–174. ROCHALSKA M., ORZESZKO-RYWKA A. (2008). Influence of alternating magnetic field on respiration of sugar beet seeds. Inter. Agrophysics. 22; 255–260. RYBIŃSKI W., GARCZYŃSKI S. (2004). Wpływ światła lasera na wielkość powierzchni liścia i cechy struktury plonu linii DH jęczmienia jarego (Hordeum vulgare L.). Biul. IHAR, nr 231, 321–329. SACAŁA E., DEMCZUK A., GRZYŚ E., PROŚBA– BIAŁCZYK U., SZAJSNER H. (2012). Impact of presowing laser irradiation of seeds on sugar beet properties. Int. Agrophys.,26, 295–300. TUGULEA L., MICLAUS S., AND PASCANU S. (2000). Chlorophyll A – sustaible biomaterial for monitoring the electromagnetic influence at molecular level. Proc. 22th Annual Meeting Eur.Bioelectromagnetics Ass., Munich 161.

Contact address: Urszula Prośba-Białczyk, Ph.D. Department of Crop Production, Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland, pl. Grunwaldzki 24a, 50 – 363 Wrocław. E-mail: [email protected]

238


VLIV PŘEDSEŤOVÉ STIMULACE PŘÍPRAVKEM AKRA SAAT AND D VÝBOJEM NA VÝNOS A TECHNOLOGICKOU KVALITU CUKROVKY Influence of Pre-Sowing Stimulation with Akra Saat Preparation and Glow Discharge on Yield and Technological Quality of Sugar Beet Urszula Prośba-Białczyk1, Małgorzata Wilkosz1, Małgorzata Cieciura1, Bronisław Szubzda2 1 Department of Crop Production Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland 2 Electrotechnical Institute Division of Electrotechnology and Materials Science

Abstract In both field and laboratory experiments the influence of pre-sowing sugar beet treatment with glow discharge and Akra Saat preparation on yield and selected features of technological quality was analyzed. Pre-sowing seeds treatment with these methods caused and increase in yield and both biological and technological sugar efficiency. Plants developed from the seeds stimulated with glow discharge had yield higher by 9.0 t, and by Akra Saat by 12.1 t in compare to yield obtained from nonstimulated seeds. Both methods of stimulation had also a beneficial effect on the sugar yield. Under the influence of pre-sowing stimulation some features of technological quality were modified - content of alpha-amino N and cations of sodium. Roots developed from seeds stimulated with glow discharge and Akra Saat preparation in compare to non-stimulated characterized with higher content of alpha-amino nitrogen and lower content of sodium cations. Key words: seed stimulation, sugar beet, glow discharge, Akra Saat preparation, yield, sugar, molasses forming substances

Souhrn V polních a laboratorních podmínkách byl analyzován vliv předseťového ošetření osiva cukrovky zářivým výbojem a přípravkem Akra Saat na výnos a vybrané ukazatele technologické kvality. Předseťové ošetření těmito metodami způsobilo zvýšení výnosu a biologické i technologické výtěžnosti cukru. Výnos byl po stimulaci osiva doutnavým výbojem o 9,0 t vyšší a po ošetření přípravkem Akra Saat o 12,1 t vyšší než výnos dosažený u neošetřeného osiva. Obě metody stimulace měly také příznivý účinek na výnos cukru. Vlivem předseťové stimulace se změnily některé ukazatele technologické kvality – obsah alfa-amino dusíku a sodíku. Bulvy z osiva ošetřeného doutnavým výbojem a přípravkem Akra Saat měly v porovnání s neošetřenou variantou vyšší obsah alfa-amino dusíku a nižší obsah sodíku. Klíčová slova: stimulace osiva, cukrová řepa, netermální plazma, přípravek Akra Saat, výnos, cukr, melasotvorné látky

Introduction Research is targeted on developing methods improving the physiological activity of plants and, thus, their yielding (Chen et. al., 2005; Qiu et al., 2008). Among the methods having impact on the plants metabolism, as well as on the level and quality of yield, the effect of pre-sowing stimulation is Osivo a sadba, 2. 2. 2017

239

analyzed. In numerous studies was proven that pre-sowing seeds stimulation can modify seeds vigor, their germination and plants development, as well as influence the yield and technological quality of roots (Gładyszewska, Koper, 2002; Hernandez et al., 2010; Szajsner et al. 2015). Pre-sowing stimulation can be made by mechanical or chemical treatment. Within the framework of these methods, the most commonly used in agricultural practice of sugar beet seeds preparation are calibration and enveloping of the seeds, as well as their dressing and enriching in nutrients. From few years seeds prepared in priming process named energ’hill or quick beet (Prośba-Białczyk et. al., 2012). In research are analyzed also physical methods, such as exposure to laser, microwaves, magnetic field or glow discharge. Result of many experiments have proven that pre-sowing seeds stimulation can influence seeds germination, modify their vigor and plants development, as well as the yield and technological quality of roots (Rochalska, 2002; Wójcik et al., 2004; Podleśny, 2007). In terms to increase the knowledge in the scope of pre-sowing seeds treatment the research on the influence of seeds dressing with Akra Saat preparation and glow discharge on yield and selected features of technological quality of sugar beet was carried out.

Methods Research conditions and methods used in pre-sowing seeds treatment with glow discharge and Akra Saat preparation were described in paper "Influence of pre-sowing stimulation on the sugar beet development". The main criterion for assessing the pre-sowing stimulation methods impact on the yield and technological quality were roots yield and sugar yield - both biological and technological, as well as content of sucrose, alpha-amino nitrogen and cations of potassium and sodium. Yield of roots was determined from 10 m2 area from each plot and the features of technological quality - content of sucrose and molasses forming substances (K, Na cations and α- amino N) were determined on an automatic Venema line. Biological yield of sugar was given as a product of roots yield and sucrose content in roots. Technological yield was calculated according to Reinefeld's equation (1974). In statistical calculation was used the analysis of variance and least significant difference was determined at the significance level of α = 0.05 using the F-test (Fischer-Snedecor's). In two-year synthesis the years of research were considered as dependent variable, while in this paper results were shown as averages for years of research.

Results and Discussion Pre-sowing seeds stimulation shaped the roots yield (Fig.1). Plant developed from the seeds stimulated with glow discharge and Akra Saat preparation had yield higher by, respectively 8.9 and 12.0 t.ha-1 in compare to yield obtained from plants that had developed from non-stimulated seeds. Significant influence of other stimulation methods - priming, exposure to laser, microwaves and magnetic field - on the yield of sugar beet was also noted in other research (Wójcik, Bojarska, 1998; Pietruszewski, Wójcik, 2000a,b; Sun et al., 2002; Wójcik et al., 2004; Rochalska et al., 2008; Rochalska and Orzeszko-Rywka, 2005; Harnandez et al., 2010; Prośba-Białczyk et al., 2011; 2012). Surplus of yield under seeds stimulation in above mentioned works was in the range of 3-7 t.ha-1. Also the biological and technological yield of sugar was modified by the seeds stimulation with glow discharge and Akra Saat preparation (Fig. 1). Both stimulation methods had beneficial effect on sugar yield in regards to its efficiency from roots developed from non-stimulated seeds. Comparing the methods used in stimulation, there was noted that Akra Saat preparation had better influence on the sugar efficiency than glow discharge. Technological efficiency of sugar under Akra Saat treatment was higher by 1.9 t.ha-1, while under glow discharge by 1.2 t.ha-1. Pre-sowing seeds stimulation modified also some features of technological quality of roots (Fig. 2). There was no significant influence of stimulation on the content of sucrose and potassium cations, while 240


the roots developed from stimulated seeds characterized lower sodium cations content and higher content of alpha-amino nitrogen. Beneficial effect on the sugar content was also noted by Pietruszewski, Wójcik, 2000 a b; Wójcik and Bojarska, 1998; Sun et al., 2002; Harnandez et al., 2010. On the other hand, Koper et al., (1996) did not detect the impact of laser irradiation on the increase in sucrose content.

Fig. 1: Influence of pre-sowing stimulation on yielding and productivity of sucrose

Fig. 2: Influence of pre-sowing stimulation on sucrose content and technological quality of roots Abbreviations: C-control, WJ- glow discharge, AS- Akra Saat preparation, LSD- least significant difference, n.s.- not significant difference

Conclusions Pre-sowing seeds stimulation with glow discharge and Akra Saat preparation can be considered as factor having beneficial effect on the yield and sugar efficiency. Under pre-sowing treatment the content of sodium cations decreases but the content of alpha-amino N is higher.


241

Literature CHEN Y. P., YUE M., WANG X. L. (2005). Influence of He-Ne laser irradiation on seeds thermodynamic parameters and growth of Isatis indogotica. Plant science Vol 168. Issue 3, March 2005, 601–606. GŁADYSZEWSKA B., KOPER R. (2002). Determination of a laser radiation energy dose in the seed biostimulation process. Acta Agrophysica, 62, 15–23. HERNANDEZ A. C., DOMINGUEZ P. A., CRUZ O. A., IVANOV R., CABALLO C. A., ZEPEDA B. R. (2010). Laser in agriculture. International Agrophysics., 24, 407–422. KOPER R., WÓJCIK S., KORNAS-CZUCZWAR B., BOJARSKA U. (1996). Effect of laser exposure of seeds on the yield and chemical composition of sugar beet roots. Int. Agrophysics 10: 103–108. PIETRUSZEWSKI S., WÓJCIK S. (2000a). Effect of magnetic field on yield of sugar beet cultivar Kalwia and Polko (in Polish). Inż. Roln., 5(16), 207–210. PIETRUSZEWSKI S., WÓJCIK S. (2000b). Effect of magnetic field on yield and chemical composition of sugar beet roots. Int. Agrophysics, 14, 89–92. PODLEŚNY J. (2007). Effect of laser light on morphological features formation and faba bean yielding. Pamiętnik Puławski, 144, 115–129. PROŚBA- BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., GRZYŚ E., DEMCZUK A., SACAŁA E. (2011). Vliv stimulace osiva na produktivitu cukrowe repy. Listy Cukrovarnicke a Reparsske 127, 344–347. PROŚBA- BIAŁCZYK U., SZAJSNER H., SPYRKA B., BĄK K. (2012). The influence of pre-sowing stimulation on seeds on changes in mineral composition and sucrose content in sugar beet. Journal of Elementology, 639–648. QIU Z-B., LIU X., TIAN X-J., YUE M. (2008). Effects of CO2 laser pre-treatment on drought stress resistance in wheat. J. Photochem. Photobiol. Biol. 90, 17–25. REINEFELD E., EMMERICH A., BAUMGARTEN G., WINNER C., BEIß U. (1974). Zur Voraussage des Melassezuckers aus Rübenanalysen. Zucker 27, 2–15. ROCHALSKA M. (2002). Improving the quality of seed material using alternating magnetic field. Field experiments. Acta Agrophysica, 62, 113–126. ROCHALSKA M., ORZESZKO-RYWKA A. (2005) Magnetic field treatment improves seed performance. Seed Sci. & Technol., 33, 669–674. ROCHALSKA M., GRABOWSKA K., ZIARNIK A. (2008). Impact of low frequency magnetic fields on yield and quality of sugar beet. Int. Agrophysics 23, 163–174. SUN H. N., FENG L., ZHANG X. Y. (2002). Analysis on the effect of sugar beet seeds irradiated with He-Ne laser. Sugar crops of china. (Chinese with English abstract). SZAJSNER H., PROŚBA-BIAŁCZYK U., SACAŁA E., DEMCZUK A., GRZYŚ E., SZUBZDA B., WILKOSZ M. (2015). Pre-sowing stimulation of sugar beet seeds. Osivo a sadba, 88–93. WÓJCIK S., BOJARSKA U. (1998). Wpływ przedsiewnej obróbki nasion promieniami lasera na plon i jakość korzeni kilku odmian buraka cukrowego. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Sectio E, 10, 87–96. WÓJCIK S., DZIAMBA M., PIETRUSZEWSKI S. (2004). Effect of microwave radiation on the field and technological quality of sugar beet roots. Acta Agrophisica 3/3, 623–630.

Contact address: Urszula Prośba-Białczyk, Ph.D. Department of Crop Production, Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland, pl. Grunwaldzki 24a, 50 – 363 Wrocław. E-mail: [email protected]

242


PŮSOBENÍ SUCHA PŘI PRODUKCI SADBOVÝCH HLÍZ A JEJICH ADAPTIVNÍ VÝNOSOVÁ ODPOVĚĎ V NÁSLEDUJÍCÍM VEGETAČNÍM OBDOBÍ Effects of Drought during the Production of Seed Tubers and their Adaptive Yield Response in the next Growing Season Petr Dvořák, Martin Král KRV ČZU v Praze

Abstract There is a strong primary research to assess of tolerance relating to the potato characteristics to drought. And especially thanks to the study of genetic resources and significant progress in the field of genomics. The aim was to produce and to provide seed material, which is tolerant to drought and verify the retention of this characteristics during its cultivation in the second generation. The tubers activated (an adapted) on drought conditions responded more favorably than control vegetation from the non adapted seed material next year. Using activated seed material in drought conditions to ensure higher levels and persistence of chlorophyll in leaves and increased the weight of the tubers in early varieties Dali by 19.6 %. Key words: drought stress, epigenetic, seed, potato

Souhrn V současné době je k dispozici silný výzkumný základ pro posouzení charakteristik tolerance brambor k suchu. A to zejména díky studiu genetických zdrojů a znatelného pokroku v oblasti genomiky. Cílem výzkumu bylo vyprodukovat a poskytnout sadbový materiál, který bude tolerantní k suchu a ověřit udržení této vlastnosti při jeho přemnožení ve druhé generaci. Stresem aktivovaná (adaptovaná) sadba v následujícím roce na podmínky sucha reagovala příznivěji než kontrolní porosty z ne adaptované sadby. Použití aktivované sadby v podmínkách sucha zajistilo vyšší obsah a perzistenci chlorofylu v listech a zvýšilo hmotnost hlíz pod trsem u rané odrůdy Dali o 19,6 %. Klíčová slova: stres suchem, epigenetika, sadba, brambory

Úvod Brambory jsou považovány za plodinu poměrně náchylnou k suchu (Loon, 1986) a výsledkem nedostatku srážek (vody v půdě) je snížení produkce hlíz (Jefferies, 1993) a jejich kvality (Ta a kol., 2003). Výnos hlíz je suchem obzvláště ovlivněn na počátku tuberizace (Nasseri a Bahramloo, 2009), což brání iniciaci hlíz (Dalla Costa a kol., 1997). V důsledku změny klimatu (Hijmans, 2003), tvorby a posunu suchých oblastí, je pěstování brambor v těchto suchem náchylných lokalitách ohroženo (Monneveux a kol., 2013), a je tedy zapotřebí pochopit fyziologické mechanismy u brambor a najít cestu k toleranci na sucho. U brambor S. tuberosum spp. andigena byla doložena krátkodobá paměť na vodní stres po opakovaném výskytu sucha. To je přičítáno transkripcí genů spojených s metabolizmem ABA, anthocyaninu, antioxidantů, proteinů tepelného šoku a přestavbou chromatinu (Watkinson a kol., 2006). Ve srovnání s S. tuberosum spp. tuberosum je tolerance k suchu vyšší u S. tuberosum spp. andigena, která je přičítána indukci proteinů tepelného šoku a antioxidačních genů, které kódují proteiny v chloroplastech a geny pro syntézu anthokyaninů, které se ukazují důležité v případě opakovaného stresu (Vasquez-Robinet a kol., 2008). První in vitro a nádobové pokusy naznačují, že Osivo a sadba, 2. 2. 2017

243

hypotéza o dlouhodobé paměti na stres u brambor je reálná. Zdá se však, že tolerance na sucho bude u brambor vysoce závislá na genotypu odrůdy a její exprese podmíněna více faktory. A proto pro účel této studie byla část matečných rostlin ve stanovené růstové fázi vystavena suchu a jejich hlízy opět použity v podmínkách sucha a srovnávány s rostlinami pocházejících se sadby bez účinku stresu sucha a zhodnocena jejich tolerance k němu.

Metodika Ověření probíhalo v modifikovaných polních podmínkách malého rozsahu na Výzkumné stanici Katedry rostlinné výroby FAPPZ ČZU v Praze. V roce 2013 byly u dvou odrůd (Dali a Vladan) odebrány hlízy pocházející vždy z jednoho trsu příslušné odrůdy. Výběrem bylo získáno 10 hlíz od každé odrůdy, které byly dále skladovány ve stejných podmínkách, běžných pro uskladnění sadbových hlíz. V roce 2014 byly u obou odrůd hlízy rozděleny na dvě skupiny (kontrolní a pokusnou) a následně 6. 5. 014 ručně vysázeny (ve sponu 80x30 cm). Porosty na pokusné variantě (S) byly během vegetace vystaveny deficitu srážek. U obou variant byla během vegetace uplatňována běžná agrotechnická opatření (hnojení, herbicidní, insekticidní a fungicidní ošetření). U pokusné varianty (S) bylo 43. den od výsadby instalováno zastřešení (hliníková konstrukce s průhlednou folií) pro regulaci srážek a půdního sucha. Sledován a hodnocen srážkový a teplotní stav (tab. 1) pomocí automatické meteorologické stanice (EMS Brno), teplotní a FAR podmínky u zastřešené varianty (tab. 2) čidly Minikin QT (EMS Brno). Konstrukce s folií byla na pokusné variantě (S) umístěna od 43. do 77. dne od výsadby (tj. porosty 35 dní bez dešťových srážek). V tomto období byly zastřešené porosty v intervalu 2–3 dní kontrolovány a 3x hodnocen stav chlorofylu v listech (pomocí ručního chlorofylmetru SPAD-502, fy. Konica Minolta). U obou variant byla vegetace porostů ukončena 6. 8. 2014 (tedy 93. den od výsadby, resp. 16. den od ukončení stresu suchem na pokusné variantě). Následně byla provedena ruční sklizeň jednotlivých trsů, u kterých byl dále zhodnocen počet a hmotnost hlíz. Poté byly všechny hlízy označeny a uskladněny pro použití v následujícím vegetačním období. Tab. 1: Teplotní a srážková situace v jednotlivých obdobích produkce sadbových hlíz (2014) Parametr Období Suma 6.5. – 16.6. 17.6. – 21.7. 22.7. – 6.8. 16,6 19,6 21,4 1661 Teplota vzduchu ve 2 m (°C) 16,3 18,5 20,2 1635 Teplota půdy v 15 cm (°C) 114 188 13 315 Srážky (mm) Tab. 2: Změna mikroklimatických podmínek v porostu v důsledku zastřešení (17.6 – 21.7 2014) Parametr Kontrola - K Pokusná - S (zastřešená a stresovaná) 19,8 20,9 Teplota vzduchu v 1 m (°C) -2 -1 388 213 FAR v 1 m (μmol m s ) 188 0 Srážky (mm) V roce 2015 byla do polních pokusů zařazena pouze odrůda Dali, u které byla skupina kontrolních (K) a stresovaných hlíz (S) ještě původně rozdělena na polovinu (K1 a K2, S1 a S2) se záměrem provést křížové ověření se stresovanými hlízami i v podmínkách s dostatkem srážek. Srážkově deficitní podmínky v roce 2015 a nemožnost zajistit adekvátní závlahu porostů v polních podmínkách způsobily, že původně založená kontrolní varianta (tj. srážkově neomezovaná) byla z důvodu absence srážek v klíčové době (od 40. do 80. dne od výsadby) vystavena srovnatelnému deficitu srážek jako pokusná varianta (S) v roce 2014 (tab. 3). A proto byl pokus dále celkově zhodnocen jako srážkově deficitní a zjišťována adaptabilita porostů, resp. stresovaných sadbových hlíz (S1 a S2) na podmínky opětovného sucha a srovnávány se sadbovými hlízami, které byly získány v roce 2014 na kontrolní variantě (K1 a K2 v podmínkách s dostatkem srážek). Podobně jako v roce 2014 byl hodnocen stav chlorofylu v listech 244


(ve 3 termínech) a výnosově- kvalitativní znaky (počet a hmotnost hlíz ve frakci pod 40 mm a nad 40 mm). Tab. 3: Měsíční údaje za vegetační období duben – září 2015 Měsíc Teplota vzduchu (°C) Srážky (mm)

duben květen červen červenec srpen

Denní průměr

Min.

Max.

Suma

9,37 13,97 17,11 21,64 22,72

-2,1 2,7 7,6 8,6 8,9

24,9 27,6 32,3 37,8 38,3

10,3 48,2 80,8 9,6 54,2

Odchylka od měsíčního normálu

Počet dní se srážkami do 2 mm nad 2 mm 7 0 8 4 6 9 4 1 4 3

Teplota (°C)

Srážky (mm)

1,17 0,57 0,81 3,44 5,22

-35,7 -16,8 6,8 -64,4 -17,8

Výsledky Cílené působení nedostatku srážek v roce 2014 (tab. 1) a snížení fotosynteticky aktivního záření FAR (tab. 2) na zastřešené porosty brambor od 43. do 77. dne od výsadby mělo ve výsledku vliv na tvorbu a výslednou hmotnost hlíz pod trsem (tab. 4). V důsledku absence 188 mm srážek a snížení FAR o 45 % od 43. do 77. dne od výsadby (tj. po dobu 35 dní) vyvolalo změny v obsahu chlorofylu, v počtu a hmotnosti hlíz. Trend vyššího obsahu chlorofylu o 8,3 SPAD byl zjištěn u porostů stresovaných (S). Jeho průběh v porovnání s kontrolní variantou ukazuje graf 1. Změny vyvolané především deficitem srážek u S varianty se projevily i v konečné hmotnosti a počtu hlíz pod trsem. V důsledku výše popsaných vlivů došlo v průměru obou odrůd ke statisticky neprůkaznému snížení počtu hlíz pod trsem o 7,7 % a ke snížení hmotnosti hlíz o 18,1 % v porovnání s kontrolou (tab. 4). Tab. 4: Změna výnosových ukazatelů při deficitu srážek (v průměru odrůd, 2014) Varianta Počet hlíz celkem na trs Hmotnost hlíz celkem (g/trs) Chlorofyl (SPAD) 9,1 619,8 49,0 K 8,4 507,8 57,3 S 0,7 (-7,7 %) 112 (-18,1 %) -8,3 (16,9 %) Rozdíl (%) ns 88,12 ns HSD0,05 Tab. 5: Výnosově-kvalitativní ukazatele hlíz při použití suchem stresované sadby (Dali, 2015) Var.

K S Rozdíl (%) HSD0,05

Hmotnost sadbové hlízy (g)

60 61 -1 (1,7 %) ns

Frakce pod 40 mm

počet hlíz 11 12 -1 (9,1 %) ns

hmotnost hlíz (g) 174 166 8 (-4,6 %) ns

Frakce nad 40 mm

počet hlíz 4 5 -1 (25 %) ns

hmotnost hlíz (g) 275 371 -96 (34,9 %) 86,85

Počet hlíz celke m

Hmotnost hlíz celkem (g/trs)

Chlorofyl (SPAD)

15 17 -2 (13,3 %) ns

448 536

42,8 45,2

-88 (19,6 %)

-2,4 (5,6 %)

85,89

1,669

V roce 2015 byla v pokusu použita sadba z roku 2014 z kontroly (K) a stresovaná sadba (S) a obě skupiny vystaveny podmínkám deficitu srážek (tab. 3). Za vegetační období duben až srpen 2015 spadlo na tomto stanovišti o 135 mm méně, než je dlouhodobý průměr. Porosty ze sadby, která byla v roce 2014 vypěstována v podmínkách deficitu srážek (tab. 2), reagovaly na opětovné působení nedostatku Osivo a sadba, 2. 2. 2017

245

srážek lépe než porosty z kontrolní sadby (K). V průběhu vegetace (graf 1) byl u varianty S zjištěn vyšší obsah chlorofylu (o 5,6 %). Rovněž celková hmotnost hlíz byla u varianty S vyšší o 19,6 % (tab. 5). Původ sadby měl vliv i na kvalitu hlíz, kdy u velikostní frakce hlíz nad 40 mm byla u varianty S hmotnost hlíz o 34,9 % vyšší v porovnání s kontrolní variantou K (rozdíly mezi K a S v počtu hlíz u této frakce nebyly statisticky průkazné). Podobně tomu bylo i u frakce pod 40 mm, kde nebyly zjištěny statisticky průkazné rozdíly mezi variantami K a S.

Obsah chlorofylu (SPAD)

50 48 46 44 42 40

19.6.

K

24.6.

S

22.7.

Graf 1: Výsledky průběžného měření obsahu chlorofylu v listech u kontrolní (K) a stresované varianty (S) v roce 2014

Diskuse Díky nově ověřovaným proti stresovým postupům lze u klonálních plodin získat postupy ke zvýšení produktivity a ziskovosti zejména v oblastech se špatnou dostupností vody či s narůstajícími problémy sucha. Intenzivní studium fyziologie bramboru v podmínkách sucha a vysokých teplot umožňuje pochopit chování těchto rostlin v těchto exponovaných podmínkách (Ramírez a kol., 2015a) a vyvodit závěry pro jejich uplatnění v praxi. Jedním z nich je využití mechanismů epigenetické dědičnosti (fenotypové „paměti“, tj. schopnosti dědit i stupeň aktivace genů na stresové faktory suchem) u brambor. Jednotlivé odrůdy brambor však mohou odlišným způsobem reagovat na stresové podmínky (Nouri a kol., 2016), a proto poznání tohoto mechanismu bude složitější a delší než se původně autoři domnívali. Fenotypizace sekundárních znaků je běžnou praxí v šlechtitelských programech zaměřených na zjištění fyziologických mechanismů vztahujících se k toleranci sucha. Potvrdilo se např. zjištění, že tolerantní odrůdy bramboru v podmínkách sucha mají tendenci akumulovat a pomaleji rozkládat chlorofyl (Ramírez a kol., 2014), což potvrdila i tato studie, kdy u rané odrůdy Dali došlo jak v prvním, tak i v druhém roce v podmínkách sucha k vyšší akumulaci chlorofylu v listech. Předpokládáme-li tedy možnost cíleného působení stresového faktoru a jeho fixaci jako ochranného mechanismu v sadbových hlízách, pak takto aktivovaný sadbový materiál bude na podmínky stresu suchem lépe připraven. Ukazuje se však, že výnosy brambor jsou závislé na načasování vodního stresu během aktivace sadbových hlíz (Spitters a Schapendonk, 1990), a proto studium načasování a míry jeho působení je předmětem intenzivního výzkumu. Prvotní výsledky potvrzují fenotypovou „pamět“ (Ramirez a kol., 2015b) a schopnost přenést tyto vlastnosti i do další generace (Rolando a kol., 2015). Použití suchem aktivované sadby u varianty S pomohlo se lépe vyrovnat s deficitem srážek v následujícím vegetačním období. Postupně se však bude rozšiřovat poznání genů a jejich reakce na sucho, které bude dále možno využít jako indikátorů při vlastním šlechtění nových suchu tolerantních odrůd (Chinnusamy a Zhu, 2009; Obidiegwu a kol., 2015).

246


Závěr Jednou z největších výzev pro příští desetiletí je zmírnit nežádoucí vliv klimatických změn na rostlinnou produkci s hlavním zaměřením na zachování úrovně produkce plodin v oblastech s omezenou dostupností vody. Multi-disciplinární přístup k řešení této problematiky zajistí dostatečné znalosti k osvojení technik pro tvorbu a produkci suchu tolerantních populací odrůd bramboru. Jednou z nich je i aktivace sadbového materiálu v podmínkách sucha a přenos těchto obranných mechanismů do další generace či generací. Prvotní výsledky tohoto výzkumu naznačily, že v první generaci (po cílené aktivaci sadbového materiálu) lze získat porost, který lépe odolává podmínkám sucha.

Literatura DALLA COSTA L., G. DELLEVEDOVE G. GIANQUINTO R. GIOVANARDI A. PERESSOTTI (1997). Yield, water use efficiency and nitrogen uptake in potato: influence of drought stress. Potato Res., 40, pp. 19–34. CHINNUSAMY V., ZHU J. K. (2009). Epigenetic regulation of stress responses in plants. Current opinion in plant biology, 12(2), 133–139. HIJMANS R.J. (2003). The effect of climate change on global potato production. Am. J. Potato Res., 80 (2003), pp. 271-280. JEFFERIES R.A. (1993). Responses of potato genotypes to drought. I. Expansion of individual leaves and osmotic adjustment. Ann. Appl. Biol., 122, pp. 93–104. LOON C.D. (1986). Drought, a major constraint to potato production and possibilities for screening for drought resistence. A.G.B. Beekman (Ed.), Potato Research of Tomorrow, Proceedings of International Seminar, Pudoc, Wageningen, The Netherlands, pp. 5–16. MONNEVEUX P., RAMÍREZ D. A., PINO M. T. (2013). Drought tolerance in potato (S. tuberosum L.): Can we learn from drought tolerance research in cereals?. Plant Science, 205, 76–86. NASSERI A., BAHRAMLOO R. (2009). Potato cultivar Marfuna yield and water use efficiency responses to early-season water stress. Int. J. Agric. Biol., 11, pp. 201–204. NOURI A., NEZAMI A., KAFI M., HASSANPANAH D. (2016). Growth and yield response of potato genotypes to deficit irrigation. International Journal of Plant Production, 10(2). OBIDIEGWU J. E., BRYAN G. J., JONES H. G., PRASHAR A. (2015). Coping with drought: stress and adaptive responses in potato and perspectives for improvement. Frontiers in plant science, 6. RAMÍREZ D. A., YACTAYO W., GUTIÉRREZ R., MARES V., DE MENDIBURU F., POSADAS A., QUIROZ R. (2014). Chlorophyll concentration in leaves is an indicator of potato tuber yield in water-shortage conditions. Scientia Horticulturae, 168, 202–209. RAMÍREZ D. A., ROLANDO J. L., YACTAYO W., MONNEVEUX P. AND QUIROZ R. (2015a). Is Discrimination of 13C in Potato Leaflets and Tubers an Appropriate Trait to Describe Genotype Responses to Restrictive and WellWatered Conditions?. J Agro Crop Sci, 201: 410–418. RAMÍREZ D. A., ROLANDO J. L., YACTAYO W., MONNEVEUX P., MARES V., QUIROZ R. (2015b). Improving potato drought tolerance through the induction of long-term water stress memory. Plant science, 238, 26–32. ROLANDO J. L., RAMÍREZ D. A., YACTAYO W., MONNEVEUX P., QUIROZ R. (2015). Leaf greenness as a drought tolerance related trait in potato (Solanum tuberosum L.). Environmental and Experimental Botany, 110, 27–35. SPITTERS C. J. T., SCHAPENDONK A. (1990). Evaluation of breeding strategies for drought tolerance in potato by means of crop growth simulation. Plant Soil 123, 193–203. TA J., KAUSHIK S. K., MINHAS J. S., BHARDWAJ V. (2003). The Potato: Breeding for Biotic and Abiotic Stress. Mehta Publishers, New Delhi. VASQUEZ-ROBINET C., MANE S. P., ULANOV A. V., WATKINSON J. I., STROMBERG V. K., DE KOEYER D., SCHAFLEITNER R., WILLMOT D. B., BONIERBALE M., BOHNERT H. J., GRENE R. (2008). Physiological and molecular adaptations to drought in Andean potato genotypes. J. Exp. Bot., 59, pp. 2109–2123. WATKINSON J. I., HENDRICKS L., SIOSON A. A., VASQUEZ-ROBINET C., STROMBERG V., HEATH L. S., SCHULER M., BOHNERT H. J., BONIERBALE M., GRENE R. (2006). Accessions of Solanum tuberosum ssp. andigena show differences in photosynthetic recovery after drought stress as reflected in gene expression profiles. Plant Sci., 171, pp. 745–758.

Contact address: Petr Dvořák, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected] Osivo a sadba, 2. 2. 2017

247

REAKCE ROSTLIN BRAMBORU NA VYBRANÉ STRESOVÉ SCÉNÁŘE SUCHA A JEJICH DOPAD NA TVORBU SADBOVÝCH HLÍZ Reaction of Potato Plants on Selected Stress Scenarios of Drought and their Impact on Seed Tubers Formation Martin Král, Petr Dvořák KRV ČZU v Praze

Abstract The article discusses the significance of the impact of drought in relation to the stages of development of potato tubers and their sensitivity to it, since drought induces growth response, which may affect the formation and total number of tubers. This article tries to clarify some of these defensive reactions between abiotic stressors (drought) and the potato plants and to highlight their role in the successful acclimatization potato plants to drought stress. Attention is focused on the relationship between the content of chlorophyll in the leaves, number and height of stems, relative soil moisture and amount tubers of plant. The paper also addressed the impact of drought on the production of seed tubers and their quantitative parameters, which in this case is the result of targeted drought stress in pot experiment. Key words: tuberation, stress, drought, tuber

Souhrn Článek pojednává o významu vlivu sucha ve vztahu k etapám vývoje hlíz bramboru a k jejich citlivosti na něj, neboť sucho vyvolává růstové reakce, jež mohou ovlivnit tvorbu a konečný výnos hlíz. Článek se pokouší objasnit některé tyto obranné reakce mezi abiotickým stresorem (sucho) a rostlinou bramboru a upozornit na jejich úlohu v rámci úspěšné aklimatizace rostliny bramboru na stres ze sucha. Pozornost je zaměřena na vztah mezi obsahem chlorofylu v listech, počtem a výškou stonků, relativní půdní vlhkostí a nasazením hlíz pod trsem. V článku je také řešen dopad sucha na tvorbu sadbových hlíz a jejich kvantitativní parametry, který je v tomto případě výsledkem působení cíleného stresu sucha v nádobových pokusech. Klíčová slova: tuberizace, stres, sucho, hlíza

Úvod Trend dlouhodobého poklesu sklizňových ploch brambor je problémem nejen v ČR, ale i v celé EU (EUROSTAT). Brambory se staly, vzhledem k ceně vstupů, vysokému pěstitelskému riziku a současným i predikovaným výkyvům počasí ve střední Evropě, ekonomicky nestabilní plodinu (Brázdil et al., 2015). Suché letní epizody jen v letech 2013 a 2015 způsobily celkový propad sklizně brambor o 20 a 30 %, což může odradit jak potencionální, tak stávající pěstitele brambor (Daňhelka et al., 2015). Za jeden z hlavních problémů pěstování brambor se považuje jejich citlivost na sucho. Transpirační koeficient brambor je vysoký, na vytvoření 1 kg sušiny sklizených hlíz na hlinité půdě je třeba něco mezi 300 až 500 kg vody (Rybáček et al., 1988). Optimální vodní režim s ohledem na využití živin a vysokou výtěžnost, se pro rané brambory pohybuje kolem 70 % využitelné vláhy v půdě (Rybáček et al., 1988). Rozsah dopadu sucha na konečný výnos brambor je dán jeho délkou a mírou, dále pak 248


vývojovou fází, ve které se rostlina bramboru právě nachází, genotypem a prostředím (Banik, 2015). I relativně krátká doba beze srážek tak může ovlivnit konečný výnos hlíz, pokud přijde v kritické fázi vývoje ve vztahu k dostupné vláze (Costa et al., 1997, Muthoni, Kabira, 2016). Tu mají brambory zejména při iniciaci tvorby stolonů, kdy ji sucho může, oproti pozdějším termínům, výrazně inhibovat a v podstatě tak ovlivnit i konečné nasazení hlíz (Haverkort et al., 1990, Minhas, Bansal, 1991, Lahlou, Ledent, 2005). Další etapa vývoje, citlivá na nedostatek dostupné vláhy se nachází mezi tuberizací (nasazováním a objemovým růstem hlíz) a kvetením (Ramírez et al., 2015; Rolando et al., 2014). V této době může i krátký vláhový deficit způsobit jak kvantitativní tak i kvalitativní nedostatky hlíz (Costa et al., 1997, Minhas, Bansal, 1991). Existují však mechanizmy, jimiž se rostlina nedostatku vody brání. Jednou skupinou jsou fyziologické aklimatizační strategie, jako je tolerance stresu. Brázdil el al. (2015) uvádí, že tato fyziologická adaptace umožňuje rostlině pokračovat v metabolických funkcích, i když může být růst stonků a listů již zastaven. Chapman and Loomis (1953) uvádí, že některé genotypy brambor obnovily svůj růst i po několikadenním trvalém vadnutí. Dalším důležitým aspektem v rámci aklimatizačního procesu je paměť na stres, díky níž rostlina sníží stresovou reakci, což vede ke vzniku rezistence na daný stresor (Banik, 2015) a to jak v téže vegetaci (při jeho opakování) či u následné generace hlíz (v dalším roce). Dalšími způsoby obrany proti vodnímu stresu jsou „růstové“ strategie, jako je například stimulace kořenového systému (Lahlou, Ledent, 2005), odložený růst nebo zvýšené koncentrace látek spojených s metabolismem rostliny (Brázdil el al., 2015). Ramírez et al. (2014) uvádí, že zvýšená koncentrace chlorofylu v listech rostlin bramboru, je indikátorem dobrého výnosu hlíz ve stresových podmínkách sucha, což bylo prokázáno pokusem, kdy stresované rostliny v nádobovém pokusu vykazovali zvýšený obsah chlorofylu v listech, zatímco zavlažovaná kontrola měla jednu z nejnižších hodnot. Teixeira and Pereira (2007) uvádí, že se obsah chlorofylu v listech, v reakci na vodní stres zvýšil o 5, 6 % oproti nestresované kontrole.

Metodika Pro ověření reakce rostlin bramboru byly v nádobovém pokusu simulovány rozdílné stresové scénáře, sledována a zhodnocena reakce rostlin bramboru na sucho. Nádobový pokus

Pokus měl celkem 4 varianty (S1, S2, S3, K), každá varianta měla 12 opakování. Pro nádobový pokus bylo použito 48 nádob (objem 5 l) s drenážovaným dnem a přístřešek, který zabraňoval dopadu srážek na povrch substrátu v nádobách. Jako substrát byla použita zemina - ornice odebraná z pokusného pozemku Výzkumné stanice v Uhříněvsi. Nádobový pokus byl založen 19. dubna, kdy proběhla výsadba hlíz do nádob a ukončen 10. srpna vyjmutím hlíz z nádob. V pokusu byla použita raná odrůda Dicolora. Sledované parametry a charakteristiky

Během pokusu byly sledovány půdní, růstové i produkční charakteristiky. Z půdních charakteristik to byla relativní půdní vlhkost měřena v hloubce 0-4 cm (Theta Probe Soil Moisture Sensor ML2x + Moisture Meter HH2) a množství zálivky v čase. Z růstových charakteristik to byl pak obsah chlorofylu v listech (měřen ručním chlorofylmetrem SPAD 502), počet stonků na hlízu a výška stonků. Z posklizňových rozborů na třídících sítech byly zjištěny produkční parametry a to, počet a hmotnost hlíz pod trsem, počet sadbových hlíz (hlízy nad 28 mm). Řízení vodního režimu a stresové scénáře

Pro nádobový pokus byly stanoveny 3 stresové scénáře, které měly postihnout klíčové etapy vývoje brambor ve vztahu k půdní vláze. V případě varianty S1 se jednalo o simulovaný stres působící na hlízy brambor v období tuberizace po dobu 12 dní. U varianty S2 byly hlízy vystaveny expozici stresu během kvetení a také po dobu 12 dní. Rostliny u varianty S3 prodělaly stres dvakrát, tj. v tuberizaci, i během kvetení. U kontroly byl vodní režim udržován na optimální úrovni. Substrát byl od začátku (19. duben) Osivo a sadba, 2. 2. 2017

249

udržován na 20 % relativní půdní vlhkosti a sací tlaky se pohybovaly na hladině 15 kPa u všech variant. V období od 18. do 29. června (60. až 71. den po výsadbě) byla u S1 a S3 relativní půdní vlhkost udržována na úrovni 10 % (sací tlaky vzrostly na 150 kPa). Od 72. až do 87. dne od výsadby byl vodní režim obnoven a udržován v optimálním vlhkostním stavu (u všech variant). V období od 16. do 28. července (tj. 88. až 100. den po výsadbě) byla u S2 a S3 omezena zálivka a tím snížena relativní půdní vlhkost na 10 % a sací tlaky půdy se pohybovaly na úrovni 60 kPa. Poté byla variantám S2 a S3 poskytnuta plná závlaha. Nádob pokus byl ukončen 10. srpna (tj. 113. den po výsadbě) vyjmutím a posklizňovým zhodnocením hlíz.

Výsledky a diskuse S klesající relativní vlhkostí půdy u jednotlivých stresových scénářů (S2, S3, S1) narůstal obsah chlorofylu v listech (tab. 1). Pozitivní korelace (r= 0,582325) byla zjištěna mezi relativní vlhkostí půdy a výškou stonků. Dále byla zjištěna korelace (r=-0,388103) mezi počtem stonků a relativní vlhkostí půdy (tab. 1). Tab. 1: Průměrné hodnoty růstových, produkčních a půdních charakteristik Varianta S1 S2 S3 K 16,7 18,3 17,2 20,7 Relativní vlhkost půdy (%) 48,2 44,7 45,1 45,2 Obsah chlorofylu v listech (SPAD) 40,4 48,3 47,6 48,8 Výška stonků (cm) 4,2 3,7 3,4 3,0 Počet stonků na trs 5,2 4,4 3,3 5,5 Počet hlíz nad 28 mm na trs 212 b 181 c 120 b 246 a Celková hmotnost hlíz na trs (g) Průměry se stejnými písmeny nejsou statisticky průkazné. Minimální průkazná diference LSD0,05= 27,32 pro hmotnost hlíz. Z produkčních parametrů je patrná korelace (r= 0,290572) mezi obsahem chlorofylu v listech a konečným počtem sadbových hlíz (tab. 1). Z analýzy rozptylu také vyplynulo, že se mezi variantami S3 a S1 a také mezi S3 a K statisticky liší počet sadbových hlíz (nad 28 mm), (graf 1).

Počet hlíz nad 28 mm pod trsem

6 5,5 5 S1

4,5

S2

4

S3

3,5

K

3 2,5 2

Graf 1: Průměrný počet sadbových hlíz na trs u jednotlivých scénářů Pozn.: chybové úsečky znázorňují minimální průkaznou diferenci LSD0,05= 0,588 250


100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

60 45,1 a

44,7 a

48,2 b

45,2 a

50 40 30

SPAD

cm

Stresové scénáře tak ovlivnily počet hlíz sadbové velikosti (nad 28 mm). Sucho na počátku tuberizace (tj. u varianty S1) jen minimálně ovlivnilo počet hlíz nad 28 mm, což nebylo zcela v souladu s výsledky Haverkort et al. (1990). Avšak nejnižší počet hlíz sadbové velikosti byl, v souladu s dosud známými výsledky, očekáván u varianty S3, což se také potvrdilo (graf 1). Statisticky významný rozdíl v počtu hlíz sadbové velikosti u varianty S3 a S1 ukazuje na významně negativní vliv působení opakovaného stresu u S3 (tj. zejména při kvetení, kdy i u S2 byl, při působení sucha v tomto období zaznamenám druhý nejnižší počet hlíz sadbové velikosti). Varianta S1 byla s kontrolou z hlediska počtu sadbových hlíz srovnatelná. Hmotnost hlíz na trs se u každé ze sledovaných variant statisticky průkazně lišila (kdy nejhůře dopadla opět varianta S3). Podobně odstupňované rozdíly v celkové hmotnosti hlíz mezi jednotlivými závlahovými scénáři zaznamenal i Costa et al. (1997). Pro variantu S1 (graf 2) byl zaznamenán pozitivní trend obsahu chlorofylu v listech (o 3 % vyšší oproti kontrole), což je ve schodě s výsledky prací Teixeira and Pereira (2007). Dále byla u S1 prokázána také pozitivní korelace (r= 0,563634) obsahu chlorofylu v listech a počtem sadbových hlíz (tab. 1), obdobných výsledků dosáhli Ramírez et al. (2014).

20 48,3 a

47,6 a

40,4 b

48,8 a 10 0

S3

S2 výška stonků (cm)

Stresové scénáře

S1

K

obsah chlorofylu (SPAD)

Graf 2: Změna průměrného obsahu chlorofylu v listech a výšky stonků u jednotlivých stresových scénářů Pozn.: průměry se stejnými písmeny nejsou statisticky průkazné, minimální průkazné diference LSD0,05= 3,365 pro chlorofyl, LSD0,05= 4,986 pro výšku stonků Z hodnocení analýzy rozptylu je patrné, že varianta S1 (stresována v tuberizaci) měla průkazně nižší výšku rostlin a vyšší obsah chlorofylu (graf 2) oproti ostatním variantám. Při této růstové fázi lze proto hledat vysvětlení v obranných strategiích – zejména v inhibici růstu listové plochy a zvýšené koncentraci chlorofylu v listech). Tuto aklimatizační strategii si rostliny z varianty S1 zachovaly až do konce vegetace (i přes posléze vláhově příznivé podmínky), což je v souladu s popisy růstových reakcí na sucho např. podle Brázdila et al. (2015).

Závěr Ze získaných výsledků je patrné, že z hlediska míry dopadu sucha na redukci počtu sadbových hlíz, tak i konečnou hmotnost hlíz pod trsem, je jednoznačně rozhodující termín působení sucha ve vztahu k růstové fázi rostliny. Z tohoto pohledu se ukazuje, že ve fázi tuberizace (S1) jsou rostliny na sucho méně citlivé, než na suché období ve fáze kvetení (S2 a S3).


251

Nízká relativní půdní vlhkost ve fázi tuberizace u S1 měla negativní vliv na výšku rostlin, nicméně se toto negativně neprojevilo na konečném počtu hlíz (v případě jejich hmotnosti již však došlo k průkaznému snížení jejich hmotnosti u S1 o 13,8 % v porovnání s kontrolou). Zvýšený obsah chlorofylu v listech v případě sucha může indikovat úspěšnou obranou reakci rostliny.

Literatura BANIK P., K. (2015). Effects of drought acclimation on drought stress resistance in three potato (Solanum tuberosum L.) genotypes. Thesis. University of Saskatchewan.74 s. BRÁZDIL R. a kolektiv. (2015). Historie počasí a podnebí v českých zemích XI. Sucho v českých zemích. minulost, současnost a budoucnost. Centrum výzkumu globální změny Akademie věd České republiky, v.v.i., Brno, 402 s. ISBN 978-80-87902-11-0. COSTA L., D., VEDOVE G., D., GIANQUINTOI G., GIOVANARDI R., PERESSOTI A. (1997). Yield, water use efficiency and nitrogen uptake in potato. influence of drought stress. Potato Research 40. 19–34. DAŇHELKA J. (ed.). (2015). Vyhodnocení sucha na území České republiky v roce 2015. ČHMÚ Praha, 160 s. http.//portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/ok/SUCHO/zpravy/Sucho_2015_prosinec_2015.pdf HAVERKORT J., A., WAART V., D. BODLAENDER K., B. (1990). The effect of early drought stress on numbers of tubers and stolons of potatoes in controlled and field conditions. Potato Research 33. 89–96. CHAPMAN H., W., LOOMIS W. E. (1953).. Photosynthesis in potato under field conditions. Plant Physiology, 28. 703-716. LAHLOU O., LEDENT J. (2005). Root mass and depth, stolons and roots formed on stolons in four cultivars of potato under water stress. European Journal Agronomy 22. 159–173. MINHAS J., BANSAL K., C. (1991). Tuber yield in relation to water stress at different stages of growth in potato. Journal of Indian Potato Association, 18. 1–8. MUTHONI J., KABIRA J, N. (2016). Potato Production under Drought Conditions. Identification of Adaptive Traits. International Journal of Horticulture, 6 (12), 1–9. RAMÍREZ D, A., YACTAYO W., GUTIÉRREZ R., MARES V., De MENDIBURU F., POSADAS A., QUIROZ R. (2014). Chlorophyll concentration in leaves is an indicator of potato tuber yield in water-shortage conditions. Scientia Horticulturae, Vol. 168, 202–209. ROLANDO J. L., RAMÍREZ D. A., YACTAYO W., MONNEVEUX P., QUIROZ R. (2015). Leaf greenness as a drought tolerance related trait in potato (Solanum tuberosum L.). Environmental and Experimental Botany. 110. 27–35. RYBÁČEK V. a kol. (1988). Brambory. Státní zemědělské nakladatelství Praha, 358 s. TEIXERA J., PEREIRA S. (2007). High salinity and drought act on an organ- dependent manner on potato glutamine synthetase expression and accumulation. Environmantal and Experimental botany 60, 121–126.

Contact address: Ing. Martin Král, Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

252


ODRODOVÁ IDENTIFIKÁCIA A GENETICKÁ PODOBNOSŤ CAPSICUM ANNUUM L. ELEKTROFORETICKOU METÓDOU Identification of Capsicum annuum L. Varieties by Electrophoretic Method Edita Gregová1, Tímea Kuťka-Hlozáková2, Svetlana Šliková1, Zdenka Gálová2 1 National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Piešťany, Slovak Republic 2 Slovak University of Agriculture, Faculty of Biotechnology and Food Science, Nitra, Slovak Republic

Abstract Lab-on-a-chip capillary electrophoresis was used to identify twelve pepper varieties (Capsicum annuum L.) from Zelseed. The size-based system of microchip capillary electrophoresis for identifying variety and distinction between pepper varieties was effective for all of a set of twelve pepper varieties. 49 protein peaks were identified in the 13–185 kDa molecular weight interval by means of automatic analysis by 2100 Expert software. Each genotype was distinct from the other one, but certain bands were shared by several genotypes. Genetic similarity coefficients resulted from comparisons by protein pattern and they ranged from 0.000 to 0.636. Average similarity was the highest 0.636 between varieties Korazel and Branko. Keywords: Capsicum annuum L., cultivar identification, lab on chip electrophoresis

Súhrn Zásobné bielkoviny slovenských odrôd papriky ročnej (Capsicum annuum L) boli analyzované čipovou elektroforézou. Vo všetkých získaných simulovaných profiloch bolo celkovo identifikovaných 49 rozdielnych bielkovinových fragmentov v rozsahu molekulovej hmotnosti od cca 14 do 223 kDa. Celkovo 12 odrôd papriky ročnej zeleninovej (Aurea, Blava, Branko, Illka, Ilsazel, Jorga F1, Katrena, Korazel, Luciana F1, PCR, Pikanta a Slovakia.) zapísaných v Listine registrovaných odrôd v SR v roku 2016 boli na základe 49 proteínových markerov odlíšené navzájom. Výsledky ukázali, že koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov analyzovaných odrôd sa pohyboval v rozpätí od 0.000 až po 0.636. najvyššia genetická podobnosť bola zistená medzi genotypmi Korazel a Branko a dosahoval hodnotu 0.636. Kľúčové slová: Capsicum annuum L., identifikácia genotypov, čipová elektroforéza

Úvod Paprika ročná (Capsicum annuum L.) je veľmi obľúbenou plodinou, ktorej plody sa využívajú v potravinárskom priemysle k výrobe rôznych zeleninových produktov a pokrmov, je častou zložkou čerstvých šalátov alebo sa používa ako korenie do jedál, uplatnenie nachádza ako mrazená, konzervovaná i sušená. Plody papriky sú bohatým zdrojom vitamínu C a provitamínu A. napr. zrelé červené plody obsahujú priemerne 1615 mg.kg-1 a zelené 1200 mg.kg-1 vitamínu C. Obsahuje i ďalšie zdraviu prospešné látky a rôzne metabolity, ktorých množstvo v zrelých plodoch je druhovo rozdielne (Wahyuni a kol., 2013). Koreninová paprika je hlavným zdrojom kapsaicínu, o ktorom sa uvádza, že bráni naviazaniu karcinogénov na DNA, čím zabraňuje spustenie rakovinotvorného procesu, inhibuje rast rôznych typov rakovinových buniek a indukuje apoptózu, pri pokusoch in vivo (na myšiach) bola Osivo a sadba, 2. 2. 2017

253

pozorovaná znížená nádorová progresia u niektorých tumorov (Basith a kol., 2016). Na Slovensku sa táto plodina pestuje veľkoplošne, a tiež v súkromných záhradkách ako jedna z najčastejšie pestovaných plodín. V západnej Európe je rozšírené pestovanie hrubostenných odrôd s tmavozelenými sladkými plodmi. V južnej časti Európy sa pestujú svetlé odrody, pričom v Maďarsku sú to aj pálivé papriky (Valšíková, 1996). V súčasnosti je v Listine registrovaných odrôd pre rok 2016 zapísaných 99 odrôd, z toho je jedna odroda zaradená ako hobby typ (Hamík) a 5 odrôd ako koreninová paprika (Dvorská, Irokez, Korazel, Novozámocká a Žitavská). Ich pravosť sa posudzuje na základe morfologických charakteristík a skúšok rezistencie k viacerým patogénom podľa CPVO protokolov. Na identifikáciu odrôd a na stanovenie genetickej podobnosti sa použili a v súčasnosti sa stále pomerne úspešne využívajú rôzne DNA markery. Tieto markery predstavujú vhodný nástroj na detekciu variácii v genóme v rámci druhov, ako i medzi rôznymi druhmi. Na stanovenie čistoty osiva papriky v hybridoch bol použitý Restriction Fragment Length Polymorphisms (RFLP) systém, ktorý bol neskôr nahradený markerovými systémami založenými na polymerázovej retazovej reakcii (PCR). RFLP markery poskytovali vysoký polymorfizmus a umožnili rozlíšiť jednotlivé odrody papriky a čistotu hybridných semien (Ballester a Vicente, 1998) ale použitá analýza sa ukázala cenovo nákladná, pretože metóda si vyžaduje izoláciu DNA s vysokou čistotou a kvalitou, je pomerne časovo náročná a nie je vhodná pre rutinné použitie. Efektívnejšie sú RAPD markery, ktoré sú podľa Ilbi (2003) vhodné na identifikáciu odrôd papriky a stanovenie čistoty, avšak je potrebné doplniť, že v niektorých prípadoch ich použitie na rozlíšenie odrôd nestačí. Expressed Sequence Tags-Simple Sequence Repeats (ESTSSRs) markery boli použité na zistenie genetickej variability a odrodovej čistoty v súbore krajových a komerčných gréckych odrôd (Tsaballa a kol., 2015) a z výsledkov vyplýva, že analýzou sa dosiahol dostatočný polymorfizmus medzi analyzovanými genotypmi. Niccolai (2013) analyzoval veľkú kolekciu genetických zdrojov, ktorú tvorilo až 1352 genotypov rôznych druhov patriacich do rodu Capsicum pomocou 28 mikrosatelitných (SSR) markerov. Podobne i na analýzu 372 rôznych genotypov papriky, pochádzajúcich z 31 provincií v Číne, bola použitá rovnaká metóda (Zhang a kol., 2016). Predtým, než začali byť populárne DNA markerové systémy, využívali sa často isozýmové techniky, tj. markerové systémy založené na proteínoch. V prípade proteinových markerov izoenzýmy poskytli veľmi nízku variabilitu medzi odrodami papriky. Belletti (1992) uvádza, že izoenzýmová analýza je vhodná iba k identifikácií jednotlivých druhov rodu Capsicum a neumožňuje rozlíšenie odrôd. Inak je to pri semenných proteínoch, kde elektroforetickými metódami bolo rozlíšených 29 línií Capsicum annuum L. rôzneho pôvodu (Anu a Peter 2003). Pri štúdiu genetickej diverzity genotypov koreninovej papriky z Indie metódou SDS-PAGE bola zistená pri niektorých genotypoch vysoká podobnosť a autori odporúčajú na rozlíšenie použiť 2-D elektroforézu (Yatung a kol., 2014). Na našom pracovisku NPPCVÚRV máme skúsenosti s izoláciou proteínov zo semien rôznych druhov obilnín a ich separáciou rôznymi elektroforetickými metódami (Gregová a kol., 1996; Šliková a kol., 2014). Tieto elektroforetické analýzy sa pri obilninách využívajú na jednoznačnú identifikáciu odrodovej pravosti a čistoty. Lab-on-Chip je rýchly a spoľahlivý spôsob vysokotechnologickej separácie biopolymérov, ako sú bielkoviny a nukleové kyseliny. Cieľom experimentu bolo overiť vhodnosť použitia čipovej elektroforézy na identifikáciu registrovaných odrôd Capsicum annuum L. a stanovenie ich genetickej podobnosti.

Metodika Zrnové vzorky Capsicum annuum L. odrôd (Aurea, Blava, Branko, Illka, Ilsazel, Jorga F1, Katrena, Korazel, Luciana F1, PCR, Pikanta a Slovakia.) boli analyzované metódou čipovej elektroforézy (Kuschel, 2000; Preckelt a kol., 2005). Extrakcia zásobných bielkovín zo zrna prebiehala v extrakčnom pufri 0.25 M Tris–HCl (pH 6.8), 5 % (v/v) b-merkaptoetanol, 2 % (w/v) SDS, 10 % (v/v) glycerol a 0.02 (w/v) bromfenolová modrá s destilovanou vodou. Extrakty boli pripravované pri izbovej teplote a krátko povarené na 5 min., následne boli centrifugované 5000 xg na 5 min. Získaný extrakt v objeme 4 µl bol analyzovaný na prístroji 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies) pomocou kitu Protein 230. Ako štandard molekulovej hmotnosti bol použitý Ladder od Agilent Technologies, ktorý 254


bol súčasťou kitu. Podľa postupu popísaného výrobcom bol po analýze získaný virtuálny gél separovaných bielkovín jednotlivých odrôd papriky ročnej pomocou softvéru pre 2100 Bioanalyzer. Štatistické spracovanie variability vizualizovaných proteínov na základe ich molekulovej hmotnosti bolo vyhodnotené štatistickým programom IBM SPSS Statistics 22.

Výsledky a diskusia Vo všetkých získaných simulovaných profiloch bolo celkovo identifikovaných 49 rozdielnych bielkovinových fragmentov v rozsahu molekulovej hmotnosti od cca 14 do 223 kDa. V tejto metóde sú všetky transportné a separačné procesy molekúl integrované na jednom čipe. Komerčne sú dostupné rôzne kapilárne elektroforézy na princípe LOC a jeden z nich je 2100 Bioanalyzer od Agilent Technologies, ktorý na našom pracovisku používame.

Obr. 1: Lab-on-Chip virtuálny gél zásobných bielkovín separovaných podľa molekulovej hmotnosti zo zrna odrôd papriky ročnej pomocou čipovej elektroforézy Metóda má radu výhod v porovnaní s konvenčnými metódami ako je SDS – PAGE, nakoľko je zvýšená automatizácia, jednoduchosť a kompaktnosť, ale aj znížená spotreba elektrolytov a činidiel. Virtuálny gél 10 genotypov papriky ročnej je znázornený na obr. 1. Pomocou softvéru pre 2100 Bioanalyzer sme vyhodnotili bielkovinové fragmenty jednotlivých odrôd (obr.2). Proteíny o hmotnosti od 14 do 70 kDa sa vyskytli pri 6 genotypoch (Pikanta, Jorga F1, Slovakia, Branko, Katrena a Illka). Ostatné odrody papriky ročnej (Ilsazel, Koral, Aurea, Korazel, PCR a Luciana F1 ) mali bielkovinové fragmenty od 14 do 223 kDa. Jednotlivé genotypy mali od 6 do 12 fragmentov. Niektoré fragmenty sa v géli vyskytli iba raz a pri niektorých sme zaznamenali viacnásobný výskyt ale max. 5 krát. Na základe vyhodnotenia 48 polymorfných znakov elektroforetickej separácie zásobných bielkovín bolo možné využitím UPGMA algoritmu vytvoriť dendrogram, ktorý naznačuje genetické vzťahy medzi odrodami papriky ročnej. Výsledky ukázali, že koeficient genetickej podobnosti bielkovinových profilov analyzovaných odrôd sa pohyboval v rozpätí od 0.000 až po 0.636 (tab.1).


255

Tab. 1: Kvantifikácia genetickej podobnosti bielkovinových profilov odrôd papriky ročnej

Genotypy boli rozdelené do dvoch štyroch hlavných klastrov (graf 1), pričom prvý klaster zahŕňal 9 genotypov a ostatné klastry po jednom genotype (Luciana F1, Illka, PCR). Prvý klaster bol rozdelený do dvoch skupín: prvá skupina obsahovala 5 analyzovaných genotypov (Aurea, Ilsazel, Pikanta, Jorga F1 a Slovakia) a ešte sa delili na podskupiny kde sa rozdelili. V prvej skupine sme našli genetickú podobnosť 0.538 medzi genotypmi Slovakia a Aurea, pričom obidva genotypy sú určené na poľné pestovanie a majú rovnaký typ plodu (kápia).

Graf 1: Grafické znázornenie genetickej diverzity odrôd papriky ročnej hierarchickou klastrovou metódou na základe separácie zásobných proteínov čipovou elektroforézou Druhá skupina sa skladala zo 4 genotypov (Katrena, Koral, Korazel a Branko), kde sme zistili najväčšiu genetickú podobnosť 0.636 medzi odrodami Korazel (paprika koreninová) a Branko (paprika zeleninová typ plodu-kozí roh).


257

Obr. 2: Elektroforeogram papriky ročnej odrody Luciana F1

Záver Cieľom tejto práce bolo overiť vhodnosť použitia čipovej elektroforézy na identifikáciu registrovaných odrôd Capsicum annuum L. a stanovenie ich genetickej podobnosti. Výsledky ukázali, že pomocou čipovej elektroforézy sa dajú jednotlivé genotypy papriky ročnej (Capsicum annuum L.) identifikovať a verifikovať.

Poďakovanie Táto štúdia vznikla vďaka podpore v rámci OP Výskum a vývoj pre projekt: Prenos efektívnych postupov selekcie a identifikácie rastlín do šľachtenia ITMS: 26220220142, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Literatúra ANU A., PETER K. (2003). Analysis of seed protein of 29 lines of Capsicum annuum L. by polyacrylamide gel electrophoresis. Genetic Resources and Crop Evolution, 50, 3, 2003, pp. 239–243. BALLESTER J., VICENTE C. (1998). Determination of F1 hybrid seed purity in pepper using PCR-based markers. Euphytica, 103, 1998, pp. 223–226. BASITH S. a kol. (2016). Harnessing the Therapeutic Potential of Capsaicin and Its Analogues in Pain and Other Diseases. Molecules, 21, 2016, pp. 966. BELLETTI P. a kol. (1992). Allozyme variability in Capsicum. In: Proceedings of the Eighth Meeting on Genetics and Breeding on Capsicum and Eggplant, Rome, Italy, 7–10 September , 1992, pp. 221–226. GREGOVÁ E. a kol. (1996). Electrophoretic Distinguishing of Cultivated Oats (Avena sativa L.) by Seed Storage Proteins. Rostlinná výroba, 42, 4, 1996, pp. 169–172. ILBI H. (2003). RAPD markers assisted varietal identification and genetic purity test in pepper, Capsicum annuum. Scientia Horticulturae, 97, 2003, pp. 211–218. KUSCHEL M. (2000). Protein sizing and analysis using the Agilent 2100 Bioanalyzer and Protein 200 LabChip® kit, Agilent Technologies, Inc., Application, 2000, pp. 1–8. LabChip Kits, Agilent Technologies Inc., Technical Overview, 2005, pp. 1–8. NICCOLAI M. a kol. (2013). Genotyping a large collection of pepper (Capsicum spp.) with SSR loci brings new evidence for the wild origin of cultivated C. annuum and the structuring of genetic diversity by human selection of cultivar types. Genet Resour Crop Evol., 60, 2013, pp. 2375–2390.

258


PANDA R. C. a kol. (1986). The use of seed protein electrophoresis in the study of phylogenetic relationships in chili pepper (Capsicum L.). Theor. Appl. Genet. 72, 1986, pp. 665–670. PRECKEL T. a kol. (2005). Quality Control for the Agilent 2100 Bioanalyzer and Protein 200 Plus ŠLIKOVÁ S. a kol. (2014). Verifikácia registrovaných genotypov ovsa elektroforetickými metodami. Osivo a sadba: XII. odborný a vědecký seminář: sborník referátů. Praha, 2015, s. 234–238. TSABALLA A. a kol. (2015). Molecular characterization of Greek pepper (Capsicum annuum L.) landraces with neutral (ISSR) and gene-based (SCoT and EST-SSR) molecular markers. Biochemical Systematics and Ecology, 59, 2015, pp. 256–263. VALŠĺKOVÁ M. (1996). Zeleninová paprika a vplyvy na jej akosť: Capsicum annuum Habilitačná práca. Nové Zámky: Výskumný a šľachtiteľský ústav zeleniny a špeciálnych plodín, Nové Zámky, 1996. 161 s. WAHYUNI Y. a kol. (2013). Metabolomics and molecular marker analysis to explore pepper (Capsicum sp.) biodiversity. Metabolomics 9, 1, 2013, pp. 130–144. YATUNG T a kol. (2014). Studies on seed protein profiling in chilli (Capsicum annuum L.) genotypes of Northeast India. Australian Journal of Crop Science, 8,3,2014, pp.369–377. ZHANG X. a kol. (2016). Genetic diversity of pepper (Capsicum spp.) germplasm resources in China reflects selection for cultivar types and spatial distribution. Journal of Integrative Agriculture, 15, 9, 2016, pp. 1991–2001.

Contact address: Edita Gregová, PhD., National Agriculture and Food Centre, Research Institute of Plant Production, Bratislavská cesta 122, 921 01 Piešťany, Slovak Republic E-mail:[email protected]


259

HODNOCENÍ VNITRODRUHOVÉ VARIABILITY ODOLNOSTI KAPUSTY K NÁDOROVITOSTI BRUKVOVITÝCH Intraspecific Variability Resistance Evaluation of Brassica oleracea to Clubroot Pavel Kopecký1, Klára Hrůzová2, Karel Hron2, Miroslav Hýbl1 1 VÚRV, v.v.i., Olomouc 2 PřF UP v Olomouci

Abstract 3,791 plants of 8 cultivars of Savoy cabbage (Brassica oleracea L. var. sabauda L.), 1,304 plants of 14 cultivars of curly kale (Brassica oleracea L. var. sabellica L.) and 420 plants of 5 cultivars of Brussels sprout (Brassica oleracea L. var. gemmifera DC.), in total 5,515 plants of 27 cultivars of Brassica oleracea from plant genetic resources of cruciferous vegetables collection maintained by Crop Research Institute in Olomouc were tested for resistance to Plasmodiophora brassicae Wor., casual agent of clubroot disease under controlled conditions and compared intraspecific resistance of these crops. The most tolerant crop according to disease index was curly kale, the most susceptible was Savoy cabbage. The highest percentage of resistant plants with no visible swelling or very light swelling was found at curly kale, on the other hand the lowest was found at Brussels sprout. Disease Index varied from 52.84 to 84.26, percentage of plants in grade 0 a 1 varied from 9.29 to 41.87. Key words: Plasmodiophora brassicae, Savoy cabbage, Brussel sprout, curly kale, disease index, tolerance

Souhrn 3791 rostlin 8 odrůd kapusty hlávkové (Brassica oleracea L. var. sabauda L.), 1304 rostlin 14 odrůd kapusty kadeřavé (Brassica oleracea L. var. sabellica L.) a 420 rostlin 5 odrůd kapusty růžičkové (Brassica oleracea L. var. gemmifera DC.), tj. celkem 5515 rostlin 27 odrůd kapusty z kolekce genetických zdrojů brukvovitých zelenin Výzkumného ústavu rostlinné výroby, v.v.i. v Olomouci bylo otestováno na odolnost vůči původci nádorovitosti kořenů brukvovitých, Plasmodiophora brassicae Wor. v kontrolovaných podmínkách a v rámci druhu porovnána odolnost těchto plodin mezi sebou. Nejnižší index napadení byl zjištěn u kapusty kadeřavé, naopak nejvyšší u kapusty hlávkové. S tím koreluje i podíl nenapadených rostlin, který byl nejvyšší také u kapusty kadeřavé, nejnižší pak u kapusty růžičkové. Index napadení plodin se pohyboval od 52,84 do 84,26, procento rostlin ve stupních napadení 0 a 1 od 9,29 po 41,87. Klíčová slova: Plasmodiophora brassicae, kapusta hlávková, kapusta kadeřavá, kapusta růžičková, index napadení, odolnost

Úvod Plasmodiophora brassicae Wor. je obligátní biotrofní půdní patogen v současnosti řazený do říše Rhizaria, odd. Cercozoa, tř. Phytomyxea, řádu Plasmodiophorida (Simpson and Roger, 2004) napadající všechny druhy čeledi Brassicaceae (Dixon, 2009), včetně těch ekonomicky významných, a je tak celosvětovou hrozbou při pěstování brukvovitých plodin (Dixon, 2014). Projevem napadení je vytvoření nádorů na kořenovém systému, poškození cévních svazků a poruchy vedení živin, a s tím spojené vadnutí rostlin, žloutnutí listů, což vede ke ztrátám na výnosech i na kvalitě plodin. Brukvovité plodiny jsou v České republice po obilninách druhou nejčastěji pěstovanou skupinou plodin (ČSÚ, 2016), 260


brukvovitá zelenina včetně kapusty je také důležitou složkou potravy, protože obsahuje mnoho lidskému zdraví prospěšných, antioxidačních phytochemických látek, např. vitamin C, lutein, αtocopherol a další (Singh et al., 2007; Verhoeven et al., 1997). Konzumace stravy bohaté na brukvovité zeleniny snižuje riziko rakoviny (Kushad et al., 1999), karoteny, vitamin C a α-tocopherol jsou antioxidanty snižující riziko kardiovaskulárních chorob a některých typů rakoviny (Byers, Perry, 1992). Také u glukosinolátů a jejich hydrolityckých produktů byla prokázána jejich antikarcinogenní aktivita (Stoewsand, 1988). Produkci brukvovitých zelenin a dalších brukvovitých plodin limitují choroby a škůdci, z chorob především P. brassicae, která od roku 2011 v ČR není pouze problémem brukvovitých zelenin, ale i ozimé řepky, kdy byl zaznamenán výskyt ve 44 podnicích v 21 okresech zejména v severních Čechách, na severní Moravě a v pásu od severu k jihu procházejícím přes Českomoravskou vysočinu (Prokinová et al., 2013) a v roce 2012 na dalších nových lokalitách (Řičařová et al., 2016). Vzhledem k tomu, že vůči nádorovitosti neexistuje žádná spolehlivá a efektivní ochrana, kromě pěstování rezistentních odrůd na zamořených pozemcích (Rahman et al., 2014) byly otestovány všechny genotypy kapusty uchovávané v genové bance v Olomouci, jako zdroj odolnosti pro následné rezistenční šlechtění. Cílem této práce je porovnat odolnost jednotlivých plodin kapusty (růžičková, kadeřavá a hlávková), zjistit jejich variabilitu a doporučit plodinu pro pěstování na pozemcích s výskytem patogenu P. brassicae.

Metodika Rostlinný materiál

Z kolekce genetických zdrojů brukvovitých zelenin Výzkumného ústavu rostlinné výroby, v.v.i. v Olomouci byla ve třech opakováních otestována celá kolekce kapusty, tj. celkem 27 odrůd kapusty, z toho 5 odrůd kapusty růžičkové (Brassica oleracea L. var. gemmifera DC.), (Kopecký et al., 2014), 14 odrůd kapusty kadeřavé (Brassica oleracea L. var. sabellica L.) (Kopecký, Cenklová, 2013) a 8 odrůd kapusty hlávkové (Brassica oleracea L. var. sabauda L.), (Kopecký et al., 2016). Fytopatologická analýza

Testování na odolnost vůči původci nádorovitosti brukvovitých (P. brassicae) probíhalo v kontrolovaných podmínkách fytotronu D103 (Photon Systems Instrument, Brno, ČR) dle metodiky Chytilová, Dušek (2007). Pro inokulaci směsným vzorkem byla použita metoda „spodem“. Rostliny byly hnojeny Kristalonem start (AGRO CS, Česká Skalice, ČR) a po 8 týdnech byl určen stupeň napadení dle Buczacki et al. (1975), vypočítán index napadení (DI) a procento rostlin ve stupni napadení 0-1 (SN0-1). Jako kontrola byla použita univerzálně vnímavá odrůda pekingského zelí Granaat (Buczacki et al., 1975). Statistická analýza

Vzhledem k relativní povaze dat byl použit kompoziční přístup při jejich statistickém zpracování. Před samotnou statistickou analýzou byla původní data vyjádřena v clr souřadnicích. Na takto transformovaná data byla použita metoda hlavních komponent k odhalení struktur v datovém souboru. Grafickým výstupem této metody je kompoziční biplot. Abychom zachytili struktury i v jednotlivých měřeních (celkem 3 opakování), aplikovali jsme na clr souřadnice z jednotlivých opakování, tvořících dohromady trojrozměrnou datovou matici, metodu PARAFAC. Vzhledem k chybějícímu třetímu opakování byla rostlina 09H2000001 z analýzy vyjmuta. Grafickým výstupem metody PARAFAC jsou potom grafy jednotlivých módů – mód A pro rostliny, mód B pro stupeň napadení a mód C pro jednotlivá opakování.


261

Výsledky a diskuse Z grafu 1 (biplot) je zřejmé, že první hlavní komponenta vysvětluje stupeň napadení odrůd. Na levé straně se nachází odrůdy více odolné napadení, oproti tomu vpravo jsou odrůdy méně odolné napadení. Mezi nejodolnější odrůdy můžeme zařadit odrůdy s označením 09H1900142, 09H1900146, 09H1900138 a 09H1900152. Obecně lze tedy říci, že rostliny kapusty kadeřavé jsou odolnější. Nejvíce napadené rostliny jsou 09H2100004 a 09H2100145. Největší variabilitu v datech nese napadení stupně 3, nejmenší potom napadení stupně 2.

Graf 1: Biplot znázorňující výsledné skóry a zátěže Grafické výstupy jednotlivých módů, obdržené jako výstupy z metody PARAFAC, jsou znázorněny v grafech 2, 3 a 4. Je možné si povšimnout, že struktura módu A, reprezentujícího pozorování, je podstatně odlišná od skórů prvních dvou hlavních komponent. To je zřejmým důsledkem toho, že je navíc brána v potaz i datová struktura jednotlivých opakování v rámci trojrozměrné datové matice. Z módu B je následně vidět levo-pravé (diagonální) uspořádání stupňů napadení. To umožňuje snazší interpretaci jednotlivých vzorků v módu A, seřazených dle převažujícího stupně napadení taktéž přibližně diagonálně (zřejmě opačně orientované, což tato metoda připouští) – od nejodolnějších z hlediska všech opakování (09H1900140, 09H1900158, 09H1900139, 09H1900142) až po ty méně odolné (09H2100002, 09H1900007, 09H2000169). Konečně z rozložení opakování v módu C můžeme usuzovat, že ani jedno z opakování nebylo svými výsledky významně odlišné od ostatních.

262


Graf 2: Mód A metody PARAFAC

Graf 3: Mód B metody PARAFAC

Graf 4: Mód C metody PARAFAC

Pro vizualizaci typů kapusty byl zvolen graf paralelních souřadnic (parallel coordinate plot, graf 5), který umožňuje přibližně též porovnat jednotlivé druhy kapusty (růžičkovou, kadeřavou a hlávkovou) mezi sebou. Především je vidět, že u kapusty růžičkové převládají spíše vyšší stupně napadení, naopak kapusta kadeřavá se dá celkově hodnotit jako odolnější. U kapusty hlávkové dominují zejména stupně 0 a 3, lze tedy říci, že u tohoto druhu lze očekávat dle konkrétního vzorku buď velmi dobrou či naopak nízkou odolnost. Při podrobnějším pohledu na graf pak můžeme usuzovat též na role konkrétních typů rostlin v rámci jednotlivých skupin (druhů kapusty). V rámci kapusty růžičkové se jako nejméně odolný Osivo a sadba, 2. 2. 2017

263

genotyp zdá být 004 a 145, zatímco nejvíce odolný je 005. U kapusty kadeřavé je nejméně odolná odrůda 157, nejvíce 142, 152 a 154. U kapusty hlávkové jsou nejméně odolné odrůdy 001 a 004, nejvíce pak 003 a 002.

Graf 5: graf paralelních souřadnic Analýzou výsledků hodnocení odolnosti genetických zdrojů kapusty vůči původci nádorovitosti brukvovitých Plasmodiophora brassicae dále zjistíme, že celkem bylo otestováno 5515 rostlin kapusty, z toho 420 rostlin kapusty růžičkové, 1304 rostlin kapusty kadeřavé a 3791 jedinců kapusty hlávkové. Nejvyšší procento rostlin bez napadení nebo s napadeným kořenovým systémem pouze ve stupni 1 bylo zjištěno u kapusty kadeřavé (41,87 %), naopak nejnižší procento rostlin s SN0-1 bylo u kapusty růžičkové. S tím koresponduje i index napadení, který byl nejnižší u kapusty kadeřavé (DI = 52,84), naopak nejvyšší u kapusty hlávkové (DI = 84,26), (tab. 1).

264


Tab. 1: Srovnání odolnosti kapusty růžičkové, kadeřavé a hlávkové na základě SN0-1 a DI Stupeň napadení

Plodina Kapusta růžičková Kapusta kadeřavá Kapusta hlávková

Počet odrůd

Celkem rostlin

SN0-1

DI

0

1

2

3

18

21

141

240

5

420

9,29

81,19

367

179

386

372

14

1304

41,87

52,84

413

263

1086

1798

8

3791

19,35

84,26

Závěr Závěrem lze říci, že variabilita odolnosti kapusty se na základě DI pohybuje u jednotlivých plodin od 52,84 do 84,26, kde nejnižší byl zjištěn u kapusty kadeřavé, nejvyšší naopak u kapusty hlávkové. Dle hodnocení na základě SN0-1 se výsledky pohybovaly od 9,29 do 41,87, nejnižší byly u kapusty růžičkové, nejvyšší pak u kapusty kadeřavé. Jednoznačně tak lze na pozemku s výskytem P. brassicae doporučit pěstování kapusty kadeřavé. V současnosti probíhá ověřování výsledků i v polních podmínkách porovnáváním výnosu z infekčního pole, tj. experimentálního pozemku záměrně inokulovaného patogenem P. brassicae a kontrolního pozemku.

Poděkování Výzkum je podporován projekty RO0416 (MZE); projekt č. LO1204 Udržitelný rozvoj výzkumu Centrum regionu Haná z Národního programu udržitelnosti I, MŠMT

Literatura BUCZACKI S. T., TOXOPEUS H., MATTUSCH P., JOHNSTON T. D., DIXON G. R., HOBOLTH L. A. (1975). Study of physiologic specialization in Plasmodiophora brassicae: proposals for attempted rationalization through an international approach. Transactions of the British Mycological Society, 65(2), 295-303. BYERS T., PERRY G. (1992). Dietary carotenes, vitamin C, and vitamin E as protective antioxidants in human cancers. Annual Review of Nutrition 12, 139–159. ČESKÝ STATISTICKÝ ÚŘAD. Soupis ploch osevů – k 31. květnu 2016. ČSÚ. [online]. 04.07.2016 [cit. 2016-12-30]. Dostupné z: https://www.czso.cz/csu/czso/soupis-ploch-osevu-k-31-kvetnu-2016 DIXON G. R. (2009). The occurrence and economic impact of Plasmodiophora brassicae and clubroot disease. Journal of Plant Growth Regulation, 28: 194–202. DIXON G. R. (2014). Clubroot (Plasmodiophora brassicae Woronin) – an agricultural and biological challenge worldwide. Canadian Journal of Plant Pathology 36 (Suppl. 1), 5–18. CHYTILOVÁ V., DUŠEK K. (2007). Metodika testování odolnosti brukvovitých plodin k nádorovitosti. Výzkumný ústav rostlinné výroby, 21 s. KOPECKÝ P., CENKLOVÁ V. (2013). Studium odolnosti vybraných genotypů kapusty kadeřavé vůči nádorovitosti brukvovitých. Úroda, 61 (12 věd. př.): 154–157. KOPECKÝ P., HRON K., HRŮZOVÁ K., HÝBL M., DUŠEK K. (2014). Studium odolnosti vybraných genotypů čínského zelí a růžičkové kapusty vůči nádorovitosti brukvovitých. Úroda, 62 (12 věd. př.): 207–210. KOPECKÝ P., HÝBL M., HRŮZOVÁ K., HRON K., DUŠEK K. (2016). Odolnost vybraných genetických zdrojů hlávkové kapusty, brokolice a vodnice vůči nádorovitosti brukvovitých. Úroda, 2016, 64 (12 věd. př.): 165–168. KUSHAD M. M., BROWN A. F., KURILICH A. C., JUVIK J. A., KLEIN B. P., WALLIG M. A., JEFFERY E. H. (1999). Journal of Agricultural and Food Chemistry 47, 1541–1548. PROKINOVÁ E., KAZDA J., GRIMOVÁ L., ŘIČAŘOVÁ V. (2013). Nádorovitost kořenů brukvovitých na řepce ozimé. Agromanuál.cz: Články. [online]. 25.7.2013 [cit. 2016-12-29]. Dostupné z:


265

http://www.agromanual.cz/cz/clanky/ochrana-rostlin-a-pestovani/choroby/nadorovitost-korenu-brukvovitych-narepce-ozime. RAHMAN H., PENG G., YU F., FALK K. C., KULKARNI M., SELVARAJ G. (2014). Genetics and breeding for clubroot resistance in Canadian spring canola (Brassica napus L.). Canadian journal of plant pathology, 36(sup1), 122–134. ŘIČAŘOVÁ V., KAZDA J., SINGH K., AND RYŠÁNEK P. (2016). Clubroot Caused by Plasmodiophora brassicae Wor.: a Review of Emerging Serious Disease of Oilseed Rape in the Czech Republic. SINGH J., UPADHYAY A. K., PRASAD K., BAHADUR A., RAI M. (2007). Variability of carotenes, vitamin C, E and phenolics in Brassica vegetables. Journal of Food Composition and Analysis, 20(2), 106–112. SIMPSON A. G., ROGER A. J. (2004). The real ‘kingdoms’ of eukaryotes. Current Biology, 14(17), 693–696. STOEWSAND G., ANDERSON J., MUNSON L. (1988). Protective effects of dietary Brussels sprouts against mammary carcinogenesis in Sprague–Dawley rats. Cancer Letters 39, 199–207. VERHOEVEN D. T. H., VERHAGEN H., GOLDBOHM R. A., VAN DEN BRANDT P. A., VAN POPPEL G. (1997). A review of mechanisms underlying anticarcinogenicity by Brassica vegetables. Chemical–Biological Interactions 103, 79–129.

Contact address: Pavel Kopecký. Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum, Oddělení genetických zdrojů zelenin, léčivých rostlin a speciálních plodin, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., Šlechtitelů 29, 783 71 Olomouc, E-mail: [email protected]

266


SOUČASNÁ SITUACE V PRODUKCI OSIV V JIZÁPADNÍM POLSKU Current Situation of Seed Production in the South Western Part of Poland Sylwia Lewandowska1, Marcin Kozak2 1 Department of Genetics, Plant Breeding and Seed Production 2 Department of Crop Production Wrocław University of Environmental and Life Sciences, Poland

Abstract The article presents a current situation of seed production in Poland focusing mostly in the south western part of Poland - Lower Silesia Voivodeship. Poland is one of the top agricultural plant producers in the EU, with great potential for future planting seed market development. The current planting seed market value is very low and inadequate for Poland’s agricultural productive potential. According to database Polish fields are sown only in 15 % by high certified seed material. Although there has been a noticeable growing awareness of farmers about the benefits and profits resulting from the use of high quality seeds material, Polish farmers are still doing worse in comparison to other EU countries. Such low use of certified seed material may damage gradually Polish agriculture. This results in lower yields, lower quality harvest, and a lot of untapped potential of Polish agriculture. The aim of the work was to show some tendencies connected with seed production and the most popular crops cultivated in the particular part of Poland. Key words: field and labor quality, certified seed material, seed production, seed market, profits

Souhrn V příspěvku je prezentována současná situace v semenářském sektoru v jihovýchodní části Polska – vojvodství DolnoSlezkém. Polsko je jedním významných zemědělských prvovýrobců v EU, s velkým rozvojovým potenciálem produkce rozmnožovacího materiálu. Současný trh s osivy v Polsku je malý a neodráží zcela možnosti zemědělství. Podle databáze Polská pole je obměna osiv pouze 15 %. Ačkoliv je patrné rostoucí povědomí farmářů o výhodách kvalitního certifikovaného osiva, stále je nedostatečná v porovnání s ostatní EU. Tato nízká obměna osiva omezuje zemědělskou rostlinou produkci v Polsku. Výsledkem jsou nízké výnosy, nízká kvalita sklizeného osiva a nevyužitý potenciál rostlinné produkce. Cílem příspěvku bylo ukázat některé tendence spojené s produkcí osiv a přehled nejvíce množených plodin. Klíčová slova: polní a laboratorní kvalita, certifikované osivo, produkce osiv, trh, profit

Introduction Breeding and seed industry is a crucial segment in agribusiness of modern economy. It is not only responsible for producing part of the agricultural production, but also it affects its efficiency. This branch depends on biological progress in agriculture and provides the basic effort in crop production (Runowski, 1997; Ruttan, 2002). The quality of seed material affects the level of final obtained yields (Wicki, 2008). An increase of yield and quality of seeds can be achieved by use of agro technical methods, regulation of plant development basing on the allelopathy between organisms, physiological and biological treatments of developed plants and seeds, improving flowering and pollination, presowing seed processing and conditioning, increasing resistance to chilling, improving the health status Osivo a sadba, 2. 2. 2017

267

of seeds and decreasing their ageing. The used methods are ecological and friendly for environment (Grzesik et al., 2012). The competition of foreign seed market companies is becoming stronger over last time. There is a noticeable difference in global seed production between the countries (Ceddida and Graziano, 2008). The reasons are connected with structural diversity of agricultural conditions, the level of efficiency of agricultural production and environmental conditions. However, EU countries present a big difference in the efficiency of agricultural production (Poczta and Kołodziejczyk, 2008). In consequence, the countries differ not only the size of certified seed material production but also its use (Bocci and Chable, 2009; Wicki, 2010). Polish seed companies located in the south western part of Poland (Lower Silesia Region), are specialized in production of high quality farming as well as production and trade of seeds of different plant cultivars. According to the data there are about 21 seed companies in Lower Silesia Region. Their mission is increasing efficiency of crop production through continuous supply of new plant varieties with improved agricultural and grain quality parameters. Facilities of companies are mostly furnished with modern equipment to enable the implementation of advanced methods for farming and breeding that ensure the advancement of those areas. The facilities are equipped with modern, specialized laboratories including technological and plant in vitro laboratories, greenhouses and specialized machinery for field work and processing of seeds. Due to long-standing experience and expertise in farming and breeding, different seed companies produce new plant varieties each year. These are newgeneration varieties that are high-yield, disease-resistant, well adapted to the changing climate and soil conditions, and are suitable for food processing purposes and as animal feed. They are highly successful in the seed market home and abroad, meeting the diverse requirements of their customers and many of the invented varieties had been awarded prizes at international agricultural fairs and exhibitions. In addition to the sale of seeds, some companies also provides fertilizers, plant protection products, agricultural and horticultural production articles, and seedlings of trees as well as fruit-bearing and ornamental bushes for tree nurseries. Nowadays current seed market is open and sells its products to the agricultural sector in Poland and also abroad. According to the data of Main Inspectorate of Plant Health and Seed Inspection in Poland, since the year 2010 the area cultivation of seed material of top cultivated cultivars – cereals has been gradually increasing in Lower Silesia Region but the average yield per hectare is stabilized. Main Inspectorate of Plant Health and Seed Inspection

Main Inspectorate of Plant Health and Seed Inspection (Warsaw), includes 16 Voivodeship Inspectorates located in Poland. There are different specific divisions that belong to the Main Inspectorate of Plant Health and Seed Inspection, like: Phytosanitary Supervision Division, Seed Material Supervision Division, Department of Crop Protection, Central Laboratory. The main tasks of the State Plant Health and Seed Inspection Service related to plant reproductive material include: registration of suppliers of plant reproductive material, field and laboratory assessment of plant reproductive material, supervision of plant reproductive material placed on the market including control regarding varietal identity and GM contamination in conventional plant reproductive material, issuance of official labels and seals and supervision of suppliers authorized to print official labels, issuance of accreditation for sampling, field and laboratory assessment of plant reproductive material, maintaining a list of organic plant reproductive material and issuance of permits to use conventional plant reproductive material in organic agriculture. Field inspection of plant reproductive material is an official activity carried out on the applicants’ request to establish if plant reproductive material produced by a breeder or a producer maintains varietal identity, purity and meets all formal requirements. The current activities are taken to achieve this target: acceptance of applications for field and laboratory assessment of plant reproductive material, sampling of plant reproductive material, issuance of certificates of field inspection and laboratory testing, carrying out reassessment in the event of appeal (Lewandowska and Młynarczyk 2015). 268


Conclusions Over the last ten years the area of seed plantations located in the south western part of Poland was varied from 10,000 to 16,000 ha. Between years 2007 – 2009 the area increased to the level of 13,500 ha but in 2010 there was noticeable 30 % decrease to 10,500 ha. Then the next three years were characterized by increase in seed plantations area. The year 2015 deserves a special attention because the area of seed plantations reached its maximum 16,200 ha, whereas a year later 13,600 ha. The number of inspected plantations was correlated with the area of seed plantations. It should be noted that the increase of seed plantations area was correlated with the number of seed plantations (graf 1). Taking into account the field inspection in 2016 the highest share of crops belonged to cereals, the total number of plantations was 625 on the total area 8,582 ha, reaching production 57,552.6 tons (tab. 2). Most of all dominated the production of winter wheat 3535.38 ha but only two plantations belonged to spring rye in total 10 ha. In group of fodder plants, the largest share of field evaluation had grasses (252 plantations) on the area 1,592 ha but the smallest one faba bean only 2 plantations. However, analyzing the oil and fibre plants the highest number of field inspection belonged to soybean (82 plantations) on the total area 868.86 ha, while the lowest share observed for white mustard (only 2 plantations-18.4 ha). Analyzing the results of field inspection in 2016, there had been evaluated in total 1351 plantations, with total area 13075.85 ha. The total production from seed plantations located in the south western part of Poland was estimated as 64,852 tons of raw material (tab. 2).

Graf 1: Lower Silesia Voivodeship – number and area of inspected seed crop plantations in the years 2007-2016 Tab. 1: Results of field inspection in 2016 - Lower Silesia Voivodeship Including Inspection Crops Cereals including: Winter Wheat Maize Spring Barley Spring Wheat Osivo a sadba, 2. 2. 2017

Number of Plantations 625 220 151 79 57

ha

Estimated Production dt

8582,37 3535,38 1992,4 776,17 583,68

575526,44 260040,58 128826,90 49624,56 32558,78 269

Winter Triticale Winter Barley Oat Winter Rye Spring Rye Spring Triticale Fodder including: Grass Phacelia tanacaetifolia Vicia sativa Trifolium pratense Pisum sativum Lupinus angustifolius Raphanus sativus Lupinus luteus Faba bean Oil and Fibre: Soybean Cannabis Linum Winter oilseed rape White mustard

34 32 26 23 2 1 608 252 122

457,96 550,33 256,14 400,31 10 20 3453,56 1592,09 516,12

32328,60 37090,92 10601,50 22954,60 200,00 1300,00 45446,73 17890,69 3004,16

81 70 35 28 14 4 2 116 82 15 11 6 2

352,34 340,73 219,4 193,79 161,14 44,14 33,81 1037,75 868,86 22,84 79,8 47,85 18,4

5499,72 1758,48 7677,17 5277,04 2247,40 739,67 1352,4 27513,85 24789,50 200,44 1278,56 1075,75 169,60

Tab. 2: Results of field inspection of particular plant groups in 2016 - Lower Silesia Voivodeship Including Inspection Estimated Production Crops Number of ha dt Plantations Cereals 625 8582,37 575526 Fodder 608 3453,56 45447 Oil and Fibre 116 1037,75 27514 Vegetables 2 2,17 39 In total 1351 13075,85 648526 Analyzing tab. 3 and 4 concerning the results of laboratory analysis of cereals between years 2014-2015, it can be concluded that in 2014 the largest number of seed lots came from winter wheat (427 seed lots) but finally 409 were certified. The rest 18 seed lots were not certified because of not appropriate quality parameters. Only one seed lot of oats was examined (tab. 3). In the case of winter wheat the largest number of seed lots was tested in 2015 (tab. 4). In 2015 the number of laboratory tests increased for spring barley and 56 seed lots were certified, grown on the area of 1519.9 ha (tab. 4). Seed production of cereals was the largest in comparison with other crops in the years 2015-2016, with dominance of two the most important species: winter wheat and winter rye (tab. 5). Among the oil plants the highest seed production was in soybean (678 tons). The total production of seeds in Lower Silesia in the years 2015–2016 was 38,151 tons (tab. 5). In economic season 2015/2016 seed companies from Lower Silesia voivodeship sold 32,227 tons of seeds, including 1562 tons sold abroad (tab. 6). To sum up, the seed companies and farms producing seed material in Lower Silesia region show great care

270


and diligence and also use the newest technology in production of the highest seed quality (Lewandowska, 2015). Tab. 3: Results of laboratory analysis of cereals in 2014 - Lower Silesia Voivodeship Including Evaluation Certified Not Certified Number of Number of Number of Crops seed lots ha seed lots Tons seed lots Spring Wheat 13 336,7 13 336,7 0 Winter Wheat 427 12104 409 116,8 18 Spring Barley 22 544,8 20 504,8 2 Winter Barley 32 788,6 32 788,6 0 Winter Rye 6 111,5 4 76 2 Winter Triticale 20 445,1 16 370 4 Oat 1 30 1 30 0 Tab. 4: Results of laboratory analysis of cereals in 2015 - Lower Silesia Voivodeship Including evaluation Certified Not Certified Number of Number of Number of Crops seed lots ha seed lots Tons seed lots Spring Wheat 35 896,7 35 896,7 0 Winter Wheat 469 13408 463 13235 6 Spring Barley 60 1519,9 56 1426,4 4 Winter Barley 23 524,3 23 524,3 0 Winter Rye 9 182,4 8 176,1 1 Winter Triticale 19 472,4 15 372,7 4 Oat 1 22 1 22 0 Tab. 5: Seed production in season 2015/2016 - Lower Silesia Voivodeship Crops Mass (tons) The most important species Cereals 36880 Winter Wheat, Winter Rye Oil and Fibre 678 Soybean Fabaceae-Pulses 472 Vicia sativa Herbage Legumes 1 Trifolium pretense (Red clover) Fodder - others 92 Raphanus sativus, Phacelia tanacaetifolia Vegetables 92 Faba bean, Beetroot, Radish, Carrot, Bean In total 38151 Tab. 6: Sale of seed material in economic season 2015/2016 – Lower Silesia Voivodeship Sales of seed material (tons) Share of exports in total sales Crops In total Export Cerals 31130 1280 * 4% Oil and Fibre 362 38 10,5 % Fabaceae-Pulses 341 202 59 % Fodder and others 52 41 79 % Vegetables 341,9 0,774 0,2 % *including 8 tons to third countries Osivo a sadba, 2. 2. 2017

271

Literature BOCCI R., CHABLE V., (2009). Pleasant sees in Europe: stakes and prospects. J. Agric. Environ.Int. Dev. 103, 81–93. Ceddida M. G., Graziano M. G.( 2008). A descriptive analysis of conventional, organic and GM crop and certified seed production in the EU, JRC IPTS. European Commission, Luxemburg. Grzesik M., Janas R., Górnik K., Romanowska-Duda Z. (2012). Biological and physical methods of seed production and processing. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. Vol.57(3), pp. 147–152. Lewandowska S., Młynarczyk A. (2015). Seed Production in Lower Silesia Voivodeship – Poland. In Seed and Seedlings XII, Scientific and technical s, 05.02.2015, Prague, pp.154–158. Lewandowska S. (2015). Seed Production of Rye in Lower Silesia Voivodeship-Poland. In International Conference on Rye Breeding and Genetics Wrocław, Poland 24-267 June, 2015. Conference Abstracts p. 100. Poczta W. Kołodziejczyk M., (2008). Regionaldifferenzierung der Landwirtschaftseffektivität in der Europäischen Union. J. Agribus. Rural Dev. 1(7), 109-121. In Rembeza J., 2013. Produkcja nasienna w krajach Unii Europejskiej. Journal of Agribusiness and Rural Development, 4(30) 2013, 219-230. Runowski H. (1997). Postęp biologiczny w rolnictwie. Wyd. SGGW, Warszawa. Ruttan V. W. (2002). Productivity growth in World agriculture: sources and constraints. J. Econ. Perspect. 16, 4, 161–184. WICKI L. (2008). Produkcyjne i ekonomiczne efekty stosowania kwalifikowanego materiału siewnego w produkcji zbóż jarych i ziemniaków. Rocz. Nauk. Roln. Ser. G, 95(2), 48–59. WICKI L. (2010). Poziom wykorzystania nośników postępu biologicznego w rolnictwie polskim w latach 2006-2009. Rocz. Nauk. SERiA 12(1), 251–256.

Contact address: Dr ing. Sylwia Lewandowska, Department of Genetics, Plant Breeding and Seed Production, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences, Poland, 50-363 Wrocław, Plac Grunwaldzki 24 A, e-mail: [email protected]

272


ZASTOUPENÍ HLÍZ SADBOVÉ VELIKOSTI U ODRŮD S BAREVNOU DUŽNINOU Proportion of Potato Seed Tubers in case of Cultivars with Colored Flesh Karel Hamouz, Kateřina Pazderů KRV ČZU v Praze

Abstract In the experiment there was evaluated yield of potato seed tubers of 16 cultivars with different flesh color. The highest share of upper fraction (40 – 60 mm) was detected in case of cultivars Valfi, Salad Blue and Blue Congo (above 80 %) and above 70 % in case of Bora Valey, Konigspurpur and Konigsblau. Cultivar Vitelotte had higher share of lower fraction (25 – 40 mm); Blaue Elise was both fractions similar. Control cultivars Agria and Russet Burbank had above 20 % share of big seed tubers (up to 60 mm). Key words: potato seed tubers, color flesh, anthocyanins, yield shares

Souhrn V experimentu byla hodnocena výtěžnost sadby brambor u 16 odrůd s barevnou dužninou. Největší podíl u většiny odrůd měla frakce sadby vyššího třídění 40 -60 mm, nad 80 % o odrůd Valfi, Salad Blue a Blue Congo, nad 70 % u odrůd Bora Valey, Konigspurpur a Konigsblau. Vyšší zastoupení nižší frakce třídění 25 -40 mm měla odrůda Vitelotte, Blaue Elise měla podíly obou frakcí sadby shodné. Velký podíl podsadbových hlíz měla odrůda Rosemarie. Kontrolní odrůdy Agria a Russset Burbank měly velký podíl nadsadby (nad 20 %). Klíčová slova: sadba brambor, antokyany, výtěžnost

Jedním z významných ukazatelů úspěšnosti pěstování sadbových brambor je výtěžnost sadbových hlíz, která ovlivňuje množitelský koeficient. Ta závisí jednak na podmínkách pěstování (klima, půdní podmínky, agrotechnika), ale též na genotypu odrůdy (Struik a Wiersema, 1999). Podle Rykaczewské (2016a) přineslo značné urychlení procesu získávání sadbových hlíz, zkrácení množitelského cyklu a zlepšení zdravotního stavu sadby také zavedení mikrohlízek a minihlízek do produkce sadby. Pokud jde o odrůdy brambor, je v poslední době věnována zvýšená pozornost speciálním odrůdám s červenou a s fialovou barvou dužniny; např. v USA se pěstují na více než 1 % výměry konzumních brambor a začínáme se s nimi setkávat i v řadě evropských zemí, v ČR je v nabídce i odrůda domácího původu Valfi (Hamouz a kol., 2010). Uvedené odrůdy obsahují v dužnině i ve slupce anthokyanová barviva (Lachman a kol., 2016; Kita a kol., 2015), a díky tomu vykazují výrazně vyšší antioxidační potenciál proti odrůdám se žlutou nebo bílou barvou dužniny (Hamouz a kol., 2015). Mezi spotřebiteli o ně projevují zájem hlavně příznivci zdravé výživy (Pazderů a kol., 2015). Na tento typ odrůd byl v poslední době zaměřen větší počet výzkumných prací, které se zabývají chemickým složením čerstvých i kulinárně upravených hlíz (Nemś a kol., 2015) a z pěstitelských vlastností např. vhodností pro konvenční a integrovaný způsob pěstování a jejich výnosovým potenciálem (Pazderů a kol., 2015). Zatím však u odrůd tohoto typu nejsou k dispozici publikované údaje o zastoupení hlíz sadbové velikosti v celkovém výnosu. Proto jsme na tuto problematiku zaměřili náš výzkum u hlavních odrůd s barevnou dužninou dostupných v současné době v Evropě, a to v porovnání s tradičními odrůdami.


273

Metodika Přesné polní pokusy se čtyřmi opakováními proběhly v letech 2013 a 2014 v České republice. Na lokalitě Valečov v pokusné stanici Výzkumného ústavu bramborářského Havlíčkův Brod bylo vypěstováno jednotným způsobem běžnou pěstitelskou technologií v roce 2013 celkem třináct odrůd (jedna žlutomasá, osm s fialovou dužninou a čtyři s červenou dužninou) a v roce 2014 celkem šestnáct odrůd (jedna žlutomasá, jedna bělomasá, devět s fialovou dužninou a pět s červenou dužninou). Po sklizni ve fyziologické zralosti proběhlo velikostní třídění hlíz podle jejich příčného průměru na sítech se čtvercovými oky. Hlízy byly rozděleny na kategorie podsadba (do 25 mm), sadba (25 – 60 mm) a nadsadba (nad 60 mm). Frakce sadby byla dodatečně ještě rozdělena na nižší (25 – 40 mm) a vyšší třídění (40 – 60 mm), jednotlivé podíly byly zváženy Ke statistickému vyhodnocení byl využit balík statistických programů SAS (verze 9.3., Carry, USA), konkrétně procedura ANOVA a pro podrobnější hodnocení rozdílů mezi průměry metoda Tukey HSD.

Výsledky a diskuse Z výsledků jsou patrné statisticky průkazné rozdíly v zastoupení jednotlivých frakcí sadbových hlíz. Můžeme konstatovat, že podíl sadbových hlíz je ovlivněn zejména odrůdou (tab.1). Menší hlízy, vhodné na pečení ve slupce, jsou u těchto barevných odrůd často i šlechtitelským cílem, jak uvádí například Vales et al. (2012). Mezi odrůdy s vyšším podílem podsadbových hlíz (pod 25 mm) patří odrůdy Rosemarie (42,29 %), Vitelotte (29,04 %) a Highland Burgundy Red (17,22 %). Naopak vyšší podíl nadsadby byl zjištěn u kontrolních odrůd Agri (22,96 %) a a Russet Burbank (31,98 %), které patří mezi hlavní tržní odrůdy světa. Tab. 1: Vliv odrůdy na výtěžnost jednotlivých frakcí sadbových hlíz (%); průměr let 2013-2014 Výtěžnost frakcí v % Celkový Odrůda/ výnos pod 25 mm 25 – 40 mm 40 - 60 mm nad 60 mm barva dužniny1) % % % % (t) Agria/ž 0,90e 8,50f 67,65abc 22,96a 33,20ab Blaue Anneliese/f 8,71cde 28,37de 60,23cd 2,69cd 37,39a Blaue Elise/f 11,52cd 43,53b 43,51e 1,44cd 25,51bcde Blaue St. Galler/f 5,18de 28,99d 65,83bc 0,00d 12,71f Blue Congo/f 1,4e 16,32f 80,02ab 2,27cd 24,05bcde Bora Valey/f 1,47e 10,87f 77,38ab 10,29bc 28,88abcd 2) Königsblau/f 0,07e 12,30f 74,82abc 12,81b 27,82abcd Salad Blue/f 0,63e 11,09f 82,02a 6,26bcd 29,95abc Valfi/f 1,36e 12,70f 80,07ab 5,87bcd 31,27abc Vitelotte/f 29,04b 57,98a 12,98f 0,00d 16,11ef Herbie 26 7,38cde 32,18cd 60,44cd 0,00d 21,94cdef Highland B. Red/č 17,22c 40,36bc 42,25e 0,17d 20,46cdef Königspurpur/č2) 0,76e 17,96ef 77,18ab 4,10bcd 18,10def Rosemarie/č 42,29a 41,87bc 15,57f 0,27d 16,24ef Red Emmalie/č 12,57cd 38,19bcd 48,68de 0,56cd 37,39a 2) Russet Burbank/b 0,33e 13,24f 54,44cde 31,98a 27,60abcd Pro odrůdy: HSDdo 25 mm = 9,88; HSD25-40mm = 10,89; HSD40-60 mm = 15,43; HSDnad 60mm. = 9,83; HSDvýnos =11,15 rozdíly mezi průměry označenými stejným písmenem jsou statisticky neprůkazné 1) barva dužniny: ž – žlutá, f – fialová, č – červená, b – bílá, *

U většiny hodnocených odrůd byla nejvíce zastoupena frakce sadby vyššího třídění 40-60 mm, nad 80 % u odrůd Valfi, Salad Blue a Blue Congo; nad 70 % u odrůd Bora Valey, Konigspurpur, Konigsblau. Také u kontrolních odrůd byla tato frakce sadbových hlíz nejvíce zastoupena. 274


Mezi odrůdy s nejvyšším zastoupením nižší frakce sadby 25-40 mm se zařadila odrůda Vitelotte (57,98 %). U odrůdy Blaue Elise byly podíly obou frakcí sadbových brambor prakticky shodné (43 %). Celkově nejvýnosnější byly odrůdy Red Emmalie, Blaue Anneliese, Agria a Valfi, které přesáhly 30 t přepočítaného výnosu na hektar. Pro lepší přehlednost jsou podíly jednotlivých frakcí sadby u všech odrůd uvedeny také v grafu 1. U deseti ze čtrnácti hodnocených odrůd s barevnou dužninou bylo zastoupení vyšší frakce třídění 50 % a více.

Podíl frakcí (%)

Graf 1: Grafické znázornění převažujících frakcí u jednotlivých odrůd brambor 90

do 25 mm

80

25‐40 mm

70

40‐60 mm

60

nad 60 mm

50 40 30 20 10 0

Závěr Odrůdy brambor s barevnou dužninou v běžných pěstitelských podmínkách měly největší podíl hlíz v kategorii vyšší třídění s velikostí mezi 40–60 mm. Produkce sadbových brambor tak u těchto odrůd nevyžaduje vyšší hustotu porostu. Produkční potenciál některých těchto odrůd je pak srovnatelný s tradičními tržními odrůdami Agrií a Russet Burbank.

Literatura HAMOUZ K., PAZDERŮ K., LACHMAN J., ČEPL J., KOTÍKOVÁ Z. (2016): Effect of cultivar, flesh colour, locality and year on carotenoid content in potato tubers. Plant Soil and Environment, 62 (2): 86–91. HAMOUZ K., LACHMAN J., DVOŘÁK P., HEJTMÁNKOVÁ K., VACEK J. (2010): Differences in abundance of major antioxidants contained in potatoes with variously coloured tuber flesh. Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych, 557: 253–260. LACHMAN J., HAMOUZ K., ORSÁK M., KOTÍKOVÁ Z. (2016): Carotenoids in potatoes – a short review. Plant Soil and Environment, 62(10): 474–481. KITA A., BAKOWSKA-BARCZAK A., LISIŃSKA G., HAMOUZ K., KULAKOWSKA K. (2015): Antioxidant activity and quality of red and pourple flesh potato chips. LWT – Food Science and Technology, 62: 525–531. NEMŚ A., PEKSA A., KUCHARSKA A., SOKÓL-LETOWSKA A., KITA A., DROZDZ W., HAMOUZ K. (2015): Anthocyanin and antioxidant aktivity of snacks with coloured potato. Food Chemistry, 172: 175–182.


275

PAZDERŮ K., HAMOUZ K., LACHMAN J., KASAL P. (2015): Yield potential and antioxidant activity of potatoes with coloured flesh. Plant Soil and Environment, 61(9): 417–421. RYKACZEWSKA K. (2016a): The potato minituber production from microtubers in aeroponic culture. Plant Soil and Environment, 62(5): 210–214. RYKACZEWSKA K. (2016b): Field performance of potato minitubers produced in aeroponic culture. Plant Soil and Environment, 62(11): 522–526. STRUIK P. C., WIESERMA S. G. (1999): Seed potato technology. Wageningen, The Netherlands, 383 p. VALES M.I., BROWN C.R., YILMA S., HANE D.C., JAMES S.R., SHOCK C.C., CHARLTON B.A., KARAAGAC E., MOSLEY A.R., CULP D., FEIBERT E., STARK J.C., PAVEK M.J., KNOWLES N.R., NOVY R.G., WHITWORTH J.L. (2012): Purple pelisse: A specialty ‘fingerling’ potato with purple skin and flesh and medium specific gravity. American Journal of Potato Research, 89: 306–314.

Contact address: Kateřina Pazderů, Ph.D. Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze, Kamýcká 957, 165 21 Praha 6 – Suchdol, E-mail: [email protected]

276


Držitel certifikátu ISO 9001:2009

Široká nabídka travních směsí pro všestranné využití Dostihová • Ekologická • Hřištní • Jetelotravní • Luční Obnova® • Parková • Pastevní • Sadová a další

*

od 89,-/kg www.aros.cz

* Cena se vztahuje k nabídce travní směsi pastevní

AROS-osiva s.r.o. Trousilova 1, 182 00 Praha 8 Tel./fax: +420 284 681 652 E-mail: [email protected]

Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r.o. a Zemědělský výzkum, spol. s r.o. Troubsko

V

Z T

PÍCNINÁŘSKÉ VYUŽITÍ Komonice bílá (jednoletá forma) cv. MEBA Vysoký výnos hmoty, vhodná včelařská rostlina.

Lesknice kanárská cv. JUDITA

Vhodná na meziplodiny, semeno dobré pro krmení ptactva.

Sléz krmný cv. DOLINA

Vysoký výnos čerstvé hmoty, vhodný do podsevu silážních kukuřic.

Štírovník jednoletý cv. MIREK

Příznivý vliv na dojivost, včelařská rostlina.

Svatojánské žito cv. LESAN

Typ přesívka, vysoký výnos hmoty (až 25 t/ha), vhodný do BPS, předplodina pro čirok, kukuřici do 190 FAO.

Jetel panonský cv. PANON

Dále nabízíme:

Mezidruhový hybrid jetelů cv. PRAMEDI

• Stanovení kvality semen (čistota, HTS, klíčivost). • Testování účinnosti přípravků na ochranu

Pícnina a zdroj pro opylovače. Kvalitní pícnina.

POTRAVINÁŘSKÉ VYUŽITÍ Pískavice řecké seno cv. HANKA

Léčivá a kořeninová rostlina, fixuje vzdušný dusík.

rostlin. • Stanovení obsahu mykotoxinů. • Testování odrůd. • Úlky s domácími druhy čmeláků.

Hrachor setý cv. RADIM

Teplomilná, suchovzdorná luštěnina.

Fazol obecný cv. HYNEK

Teplomilná, suchovzdorná luštěnina s černým osemením.

PESTRÁ LUČNÍ SPOLEČENSTVA A SMĚSI Čičorka pestrá cv. EROZA

Vhodná do suchých a svažitých podmínek, motýlokvětá komponenta do lučních směsí, vhodná pro opylovače, nevhodná pro krmení monogastrických zvířat.

Tolice dětelová cv. EKOLA

Vhodná do suchých oblastí, komponenta do travních směsí.

MÁJA

Jednoletá směs pro opylovače. Oceněna Zlatým klasem s kytičkou 2011. Jetelovinotravní směs pro pěstování píce s vyšším obsahem vodorozpustných cukrů.

Kontakt: Výzkumný ústav pícninářský, spol. s r. o. Zemědělský výzkum, spol. s r. o. Zahradní 1, 664 41 Troubsko

SAHARA

tel.: +420 547 138 811 fax: +420 547 138 800

PANONIE

email: [email protected] www.vupt.cz

Rekultivační směs pro ozeleňování suchých oblastí. Druhově pestrá směs pro ozeleňování suchých oblastí.

OSIVO A SADBA Vydala: Česká zemědělská univerzita v Praze Katedra rostlinné výroby Autor: kolektiv autorů Druh publikace: Sborník referátů Editor: Ing. Kateřina Pazderů, Ph.D. Odborní garanti: Ing. Kateřina Pazderů, Ph.D. Ing. Vlasta Horká Lektor: Prof. Ing. Vladimír Švachula, DrSc. Vydání: První, 2017 Počet stran: 276 Tisk: Power Print, Brandejsovo nám. 1219/1, 165 00 Praha Suchdol Náklad: 150 kusů Určeno: účastníkům semináře Publikace neprošla jazykovou úpravou. Doporučená cena 200,- Kč ISBN 978-80-213-2732-0

Česká zemědělská univerzita v Praze AGRICULTURA - SCIENTIA - PROSPERITAS OSIVO A SADBA. XIII. národní odborný a vědecký seminář

Recommend Documents