STUDIE RŮSTU OBILEK PŠENICE OVLIVNĚNÝCH RŮZNÝMI EXTRAKTY Z ROSTLIN Study of Wheat Grain Growth after Various Plant Extract Treatments Božena Šerá, Lubomír Věchet, Iveta Gajdová Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Abstract The study summarizes preliminary results from an experiment focused on the impact of various plant extracts on germination and early growth of wheat grains (Triticum aestivum). The extracts were prepared from these plant species: english oak (Quercus robur, bark), caraway (Carum carvi, fruits), himalayan balsam (Impatiens glandulifera, leaves), long turmeric (Curcuma longa, spices), ginger (Zingiber officinale, spices), giant knotweed (Reynoutria sachalinensis, leaves), japanese knotweed (R. japonica, leaves), bohemian knotweed (R. x bohemica, leaves), japanese pagoda tree (Sophora japonica, leaves) and stinging nettle (Urtica dioica, leaves). Following characteristics were observed: germination, root and above-ground lengths, biomass dry matter weight of aboveground and underground parts and R/S ratio. The values of all observed characteristics showed positive effects stained grains on their initial growth. Seed germination was not different from control. Wheat grains treated with extracts from knotweed (all three species) and caraway grew the best of all. The worst grew grains treated with extract from ginger. The positive effect of treatments was observed in the ratio of R/S. This is way, why treated grains could have had an impact on overcoming drought stress.
Key words: germination, seed, growth stimulation, plant extracts
Souhrn Studie shrnuje předběžné výsledky z pokusu sledujícího vliv různých rostlinných extraktů na klíčivost a počáteční růst obilek pšenice seté (Triticum aestivum). Na přípravu extraktů byly použity tyto rostlinné druhy a jejich části: dub letní (Quercus robur, kůra), kmín kořenný (Carum carvi, plody), netýkavka žlaznatá (Impatiens glandulifera, listy), kurkuma dlouhá (Curcuma longa, koření), zázvor pravý (Zingiber officinale, koření), křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis, listy), k. japonská (R. japonica, listy), k. česká (R. x bohemica, listy), jerlín japonský (Sophora japonica, listy) a kopřiva dvoudomá (Urtica dioica, listy). Sledovány byly tyto charakteristiky: klíčivost, délka kořenů a nadzemních částí, hmotnost biomasy sušiny nadzemních a podzemních částí a poměr R/S. Hodnoty všech sledovaných charakteristik ukázaly pozitivní vliv namoření obilek na jejich počáteční růst. Klíčivost semen se v zásadě nelišila od kontroly. Nejlépe rostla pšenice setá z obilek ošetřených extrakty z křídlatek (sachalinská, japonská, česká) a z kmínu kořenného. Naopak nejhůře rostly obilky ošetřené extraktem ze zázvoru pravého. Pozitivní vliv ošetření obilek rostlinnými extrakty na poměr R/S by mohl mít vliv na překonání stresu suchem.
Klíčová slova: klíčení, semeno, stimulace růstu, rostlinné extrakty
Úvod Využívání rostlin v ekologickém zemědělství je jedním z výzkumných směrů, který má historické kořeny již v dávné minulosti. Různé druhy rostlin se vyznačují specifickým obsahem sekundárních metabolitů, které mohou být využity jako základ postřiků proti živočišným či rostlinným patogenům. Stejně tak mohou být použity ke stimulaci růstu rostlin. V následujícím textu se budeme zabývat předběžnými výsledky klíčení a počátečního růstu po namoření osiva různými extrakty z rostlin. Jako modelová rostlina byla použita pšenice setá (Triticum aestivum L.), protože patří mezi naše nejrozšířenější pěstované obilniny. Rostliny, z kterých byly vyrobeny testované extrakty, byly vybrány na základě literární rešerše a podle výsledků předchozích pokusů.
Metodika Pro příípravu rostlinných extraktů byly použity tyto rostlinné druhy a jejich části: dub letní (Quercus robur L., kůra), kmín kořenný (Carum carvi L., plody), netýkavka žlaznatá (Impatiens glandulifera Royle, listy), kurkuma dlouhá (Curcuma longa L., koření), zázvor pravý (Zingiber officinale Roscoe, koření), křídlatka sachalinská (Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai, listy), křídlatka japonská (R. japonica Houtt, listy), křídlatka česká (R. x bohemica Chrtek at Chrtková, listy), jerlín japonský (Sophora japonica L., listy) a kopřiva dvoudomá (Urtica dioica L., listy). Rostlinné extrakty byly vyrobeny ze 100 g sušiny a 850 ml 20% etanolu za intenzivního 5 hod třepání a následném odfiltrování sedliny. Připravených deset rostlinných extraktů bylo skladováno při teplotě 6 °C. Obilky pšenice seté (min 150 g semen) byly zality 500 ml daného extraktu a jemně protřepávány rotační třepačkou při pokojové teplotě (20 °C) po dobu 24 hod. Poté byla tekutina odfiltrována, obilky byly usušeny a dva týdny skladovány (vše při pokojové teplotě). Po tomto ošetření byly prováděny testy klíčivosti. Pro testy klíčivosti byly použity Petriho misky o průměru 9 cm. Na jednu Petriho misku byly umístěny 3 filtrační papíry KA0/80, 6 ml destilované vody a stejnoměrně rozmístěno 30 obilek. Na jedno ošetření bylo založeno 5 Petriho misek. Misky byly uloženy do tmy při teplotě cca 20°C. Během klíčení byl sledován počet klíčících obilek, přičemž za klíčící obilku byla považována ta, která měla alespoň 1 mm dlouhý klíček. Experiment klíčení proběhl v lednu 2011 a trval 5 dnů. Během pokusu byl sledován počet klíčících semen a jejich přírůstky. Poslední den byly vyrostlé rostliny sklizeny, usušeny a byla určena jejich hmotnost. Získaná parametrická data byla normalizována logaritmickou transformací a následně statisticky vyhodnocena t-testem na hladině významnosti α = 0,05. Botanické názvy rostlin jsou sjednoceny dle Kubát et al. 2002.
Výsledky a diskuse Klíčivost semen nebyla použitým ošetřením zásadně ovlivněna. Všechny obilky měly finální klíčivost srovnatelnou s kontrolní sadou. Pouze obilky ošetřené extraktem ze zázvoru pravého měly klíčivost výrazně nižší, než byla kontrola (Tab. 1). Naopak v růstových parametrech byly nalezeny významné rozdíly vzhledem ke kontrolnímu vzorku (Tab. 1). Rostliny významně investovaly do růstu kořenů, jak do jejich prodlužování, tak do celkové biomasy. Obilky ošetřené všemi typy extraktů měly signifikantně delší kořeny než kontrolní set rostlin. Délky kořenů byly větší o 42 % (zázvor pravý) až po 99 % (křídlatka japonská). Obilky ošetřené extrakty z kmínu kořenného, křídlatky japonské, k. sachalinské a k. české měly nadzemní orgány významně vyšší než kontrolní rostliny. Délky těchto rostlin byly větší o 45-57 %. U všech rostlin vyrostlých z ošetřených obilek byla také hmotnost sušiny vyšší než u kontrolního vzorku. Největší nahromadění biomasy v kořenech bylo prokázáno po aplikaci extraktů z křídlatky české (204 %), k. japonské (191 %) a kmínu kořenného (189 %). U nadzemních částí nebyla biomasa tak výrazně těžší, ale přesto byl zaznamenán trend pozitivního působení použitých extraktů. Hmotnost sušiny nadzemních částí byla signifikantně vyšší po aplikaci těchto extraktů: křídlatka česká (127 %), k. japonská (125 %), a kmín kořenný (120 %).
Tab. 1: Klíčivost a počáteční růst ošetřených obilek pšenice seté z posledního dne pokusu. Uváděné jsou aritmetické průměry na jedince (délky) a na celou Petriho misku (klíčivost, hmotnosti), více v metodice. Tučně jsou vyznačené významné rozdíly vzhledem ke kontrole (t-test, P < 0,05).
Délka podzemní části (mm)
Délka nadzemní části (mm)
Hmotnost suché podzemní části
Hmotnost suché nadzemní části
(g)
(g)
Klíčivost (1)
± SD
± SD
± SD
Kontrola
29,20
0,45
47,91
4,73
30,65
1,68
0,09
0,01
0,15
0,00
Quercus robur
29,00
1,22
79,84
4,20
38,60
3,81
0,14
0,01
0,16
0,01
Carum carvi
28,80
1,10
91,40
8,08
44,58
3,38
0,17
0,02
0,18
0,02
Impatiens glandulifera
28,40
1,14
81,18
11,61
35,39
3,15
0,14
0,02
0,15
0,01
Curcuma longa
29,00
1,41
77,67
9,04
39,54
4,58
0,14
0,03
0,16
0,02
Zingiber officinale
24,40
2,97
68,16
8,90
24,85
12,43
0,11
0,01
0,13
0,01
Reynoutria japonica
29,00
1,41
95,41
6,21
46,62
2,43
0,17
0,02
0,19
0,01
Reynoutria sachalinense
28,20
1,48
91,17
4,84
46,19
2,25
0,17
0,01
0,18
0,01
Reynoutria x bohemica
29,00
0,00
94,97
4,66
48,41
1,97
0,18
0,01
0,19
0,01
Sophora japonica
29,00
0,71
71,56
3,73
35,94
0,97
0,13
0,02
0,16
0,02
Urtica dioica
27,80
1,30
80,35
6,89
36,94
1,54
0,14
0,02
0,17
0,01
± SD
± SD
Graf 1: Poměr R/S u pšenice seté vyrostlé z ošetřených obilek extrakty z různých druhů rostlin. Data odpovídají poslednímu dni pokusu (viz metodika). 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4
Poměr hmotnosti sušiny kořene ke hmotnosti sušiny nadzemní části (R/S) je relativně dobrým kvantifikátorem ukazujícím výhodnost různých ošetření (Šerá, 2013). Obrázek 1 shrnuje hodnoty R/S poměrů od všech testovaných sad obilek včetně kontrolní sady. Hodnoty poměru R/S se pohybovaly mezi 132 % a 166 %. Nejvyšší poměr byl zaznamenán u rostlin, jejichž obilky byly ošetřeny extrakty z kmínu kořenného, křídlatky české a netýkavky žláznaté. Je zjevné, že všechny ošetřené obilky měly tendenci investovat do biomasy podzemních orgánů. Vyšší hodnoty R/S by mohly být výhodné při počátečním růstu v podmínkách přísušku nebo jiného stresujícího faktoru. Chemická ochrana proti různým patogenům, parazitům a predátorům může být časem málo účinná. Jsou známi mnohé rezistentní populace škůdců k jedné nebo více složkám současných syntetických preparátů (Qian et al., 2008, Zhao et al., 2006; Shelton et al., 2008). Intenzivní zemědělství díky nadměrnému používání pesticidů dokonce vede k toxickému narušení potravních řetězců (Perry et al., 1998). Nové trendy v zemědělství se vracejí k přírodním zdrojům a způsobům. Snižování použití syntetických preparátů souvisí s hledáním nových cest v ochraně a stimulaci rostlin, které jsou šetrnější k životnímu prostředí i k lidskému zdraví. Prezentované výsledky jsou součástí rozsáhlého výzkumu, který je zaměřen i na využití rostlinných extraktů jako induktorů rezistence rostlin proti padlí travnímu (Věchet a Šerá, 2015). Stejně tak lze rostlinné extrakty použít proti různým hmyzím patogenům (Pavela et al., 2009). Preparáty rostlinného původu (stimulanty, pesticidy, insekticidy) včetně rostlinných extraktů, které obsahují biologicky aktivní látky obranného charakteru, jsou ve vyspělém světě považovány za jednu z environmentálně přijatelných alternativ ochrany kulturních plodin (Isman, 2000). Využití rostlin v nekonvenčním zemědělství je logickým vyústěním historických zkušeností za současné eliminace nebo snížení použití různých synteticky vyráběných chemických přípravků.
Závěr Obilky pšenice pravděpodobně nebyly použitým způsobem ošetření nijak stresovány, naopak ošetření se projevilo v jejich lepším počátečním růstu. Podle porovnání všech měřených charakteristik lze konstatovat, že nejlépe rostla pšenice setá z obilek ošetřených extrakty ze všech tří druhů křídlatek a z kmínu kořenného. U těchto obilek byl zjištěn významný trend v délkách nadzemních a podzemních orgánů a v hmotnosti biomasy. Naopak nejhůře rostly obilky ošetřené extraktem ze zázvoru pravého. Výzkum možností použití rostlinných extraktů k ochraně a stimulaci rostlin zapadá do současných trendů výzkumu ve vyspělých částech světa.
Poděkování Výsledky byly vyhodnoceny a zpracovány díky podpoře Katedry biologie, Pedagogické fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích.
Literatura ISMAN M.B. (2000). Plant essential oils for pest and disease management. Crop Protection, 19, 603-608. KUBÁT K., HROUDA L., CHRTEK J. JUN., KAPLAN Z., KIRSCHNER J., ŠTĚPÁNEK J. (2002). Klíč ke květeně České republiky. Academia, Praha, 926 s. PAVELA R., VRCHOTOVÁ N., ŠERÁ B. (2009). Repellency and toxicity of three Impatients species (Balsaminaceae) extracts on Myzus persicae Sulzer (Homoptera: Aphididae). Journal of Biopesticides, 48-51. PERRY A. S., YAMAMOTO I., ISHAAYA I., PERRY R. Y. (1998). Insecticides in Agriculture and Environment. Berlin, Springer-Verlag. QIAN L., CAO G., SONG, J., YIN Q., HAN Z. (2008). Biochemical mechanism conferring crossresistance between tebufenozide and abamectin in Plutella xylostella. Pesticide Biochemistry and Physiology, 91, 175-179. SHELTON A.M., HATCH S.L., ZHAO J.Z., CHEN M., EARLE E.D., CAO J. (2008). Suppression of diamondback moth using Bt-transfergenic plants as a trap crop. Crop Protection, 27, 403-409. ŠERÁ B. (2012). Jak funguje poměr „ROOT:SHOOT“. In: Bláha L., Šerá B. (eds), Význam celistvosti rostliny ve výzkumu, šlechtění a produkci, Powerprint, Praha, 65-73.
VĚCHET L, ŠERÁ B. (2015). Effectiveness of both synthetically compounds and biologically extracts against Powdery mildew (Blumeria graminis f.sp. tritici) on winter wheat. Agrociencia (in press) ZHAO J.Z., COLLINS H.L., LI Y.X., MAU R.F., THOMPSON G.D., HERTLEIN M.S., ANDALORO J.T., BOYKEN R., SHELTON A.M. (2006). Monitoring of diamondback moth resistance to spinosad, indoxacarb and enamectin benzoate. Journal of Economic Entomology, 99, 176-181.
Contact Address: Božena Šerá, Katedra biologie, PF JU v Českých Budějovicích, Jeronýmova 10, 371 15 České Budějovice, E-mail:
[email protected]
