Roman Pavela, Martin Bárnet Alternativní plodina routa vonná (Ruta graveolens L.) pěstování, význam, využití v ochraně rostlin UPLATNĚNÁ CERTIFIKOVANÁ METODIKA
Vydal Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i.
2011
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. AGRA GROUP a.s. 2011
Autoři:
Ing. Roman Pavela Ing. Martin Bárnet, Ph.D.
Název:
Alternativní plodina routa vonná (Ruta graveolens L.) pěstování, význam, využití v ochraně rostlin
Vydavatel:
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. Drnovská 507, 161 06 Praha 6 – Ruzyně
Sazba a tisk:
Ing. Vladimír Luňáček Erno Košťála 968, 530 12 Pardubice
Náklad:
200 ks
Vydáno v roce:
2011
Kontakt na autory:
[email protected] [email protected]
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2011 ISBN: 978-80-87011-71-3
© Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 2011 ISBN: 978-80-87011-71-3
7.
SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE 1.
Pavela, R. (2006) Insecticidal activity of essential oils against cabbage aphid Brevicoryne brassicae. Journal of Essential Oil-Bearing Plants 9(2), 99-106.
2.
Pavela, R. (2007) Possibilities of botanical insecticide exploitation in plant protection. Pest Technology 1, 47-52.
3.
Pavela, R. (2008a) Insecticidal properties of several essential oils on the house fly (Musca domestica L.). Phytotherapy Research 22(2), 274-278.
4.
Pavela, R. (2008b) Acute and synergistic effects of some monoterpenoid essential oil compounds on the House Fly (Musca domestica L.). Journal of Essential Oil-Bearing Plants 11 (5), 451–459.
Roman Pavela, Martin Bárnet
Alternativní plodina routa vonná (Ruta graveolens L.) pěstování, význam, využití v ochraně rostlin Uplatněná certifikovaná metodika
Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i. AGRA GROUP a.s. 2011
24
Uplatněná certifikovaná metodika byla vypracována za finanční podpory a použití výsledků řešení výzkumného projektu MŠMT 2B06049
6.
SEZNAM POUŽITÉ A SOUVISEJÍCÍ LITERATURY 1.
Benazir, J.F., et al. (2011) Phytochemical profiling, antimicrobial and cytotoxicitystudies of methanolic extracts from Ruta graveolens. Journal of Pharmacy Research , 4 (5), 1407-1409.
2.
Blažek, Z., et al. (1952) Léčivé rostliny ve sběru a v kultuře. Zdravotnické nakladatelství, Praha, 410 s.
3.
Futák, J. (1946) Slovenský herbář II. svazok. Spolok sv. Vojtěcha, Trnava, 461 s.
4.
Isman, M. B. (2006) Botanical insecticides, deterrents, and repellents in modern agriculture and an increasingly regulated world. Annual Review of Entomology 51, 45-66.
5.
Jacobson, M. (1988) Focus on phytochemical pesticides, vol. I. The neem tree 1989.CRC Boca Raton, FL. /U.S.A.
6.
Pinkee Pandey et al. (2011) Antioxidant property, total Phenolic content and inhibition of a-amylase activity of Ruta graveolens L. leaves extrakt. Journal of Pharmacy Research, 4 (6), 1735-1737.
Oponenti:
7.
Small, E. (2006) Velká kniha koření, bylin a aromatických rostlin. Volvox Globator, 1021 s, ISBN 80-7207-462-8.
Ing. Gabriela Růžičková, Ph.D.
8.
Tounsi, M.S. et al. (2011) Variation in essential oil and fatty acid composition in different organs of cultivated and growing wild Ruta chalepensis L. Industrial Crops and Products, 33, 617–623.
Mendelova univerzita v Brně, agronomická fakulta
Ing. Michaela Budňáková Ministerstvo zemědělství ČR, oddělení polních plodin
Metodika byla schválena Ministerstvem zemědělství ČR – odborem rostlinných komodit pod č.j. 226575/2011-MZE-17221. Ministerstvo zemědělství doporučuje tuto metodiku pro využití v zemědělské praxi.
23
Ve prospěch rozvoje botanických insekticidů na bázi rostlinných extraktů hovoří několik skutečností: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Relativně nízké náklady na aktivní složky. Při použití v nižších koncentracích nejsou v zásadě toxické pro teplokrevné živočichy. Jejich biologická účinnost je obvykle univerzální (insekticidní, fungicidní a baktericidní), což může snižovat náklady na ochranu dalšími pesticidy. Přípravky na bázi nepřímé insekticidní účinnosti (antiovipozice, protipožerové účinky, repelence atd.) jsou vysoce selektivní. Rezidua se relativně rychle rozkládají. Obvykle nepůsobí negativně na přirozené nepřátele škůdců. Přípravky na ochranu rostlin obsahující extrakt z kvetoucích nadzemních
částí routy vonné nejsou v České republice prozatím registrovány. Potenciál jejich využití pro ochranu rostlin před hmyzími škůdci a to jak preventivně, tak kurativně, je zejména proti sviluškám, molicím, mšicím, housenkám, larvám a dospělcům listožravých brouků, a to aplikací ve formě postřiků na užitkové a okrasné rostliny na pěstebních plochách (volné půdě), krytých pěstebních zařízeních (pařeniště, skleníky, foliovníky) i v domácnostech. Doporučení a návody na přípravu přípravků lze nalézt v knize “Pavela, R. 2006 Rostlinné insekticidy – hubíme hmyz bez chemie Grada, Praha pp75a“.
Cíl metodiky Cílem uplatněné certifikované metodiky je poskytnout uživateli metodiky ucelený přehled informací o pěstování a využití routy vonné.
Vlastní popis metodiky Metodika poskytuje ucelenou informaci o technologii pěstování, zpracování a uplatnění produkce routy vonné ve výrobních podmínkách ČR. V metodice jsou shrnuty nové poznatky a praktická doporučení pro zvýšení výtěžnosti sekundárních metabolitů a nové možnosti využití plodiny jako zdroj biologicky aktivních látek pro výrobu botanických pesticidů.
Srovnání „novosti postupů“ Zpracovaná metodika nabízí uživateli nový pohled na využití produkce routy vonné. Poskytuje mu novou, alternativní plodinu, vhodnou pro pěstování v podmínkách ČR a zároveň mu nabízí nové možnosti prodeje anebo využití vypěstovaného materiálu pro účely výroby environmentálně bezpečných pesticidů. Ucelená metodika pěstování routy vonné se zaměřením na nové, alternativní využití obsažných látek nebyla dosud publikována.
Popis uplatnění metodiky Metodika shrnuje nové poznatky v oblasti využití biologicky aktivních látek pesticidního charakteru, získaných z rostlin routy vonné. Zároveň stručně shrnuje nejnovější poznatky z oblasti agrotechnických postupů uplatňovaných při pěstování této plodiny, s cílem získat maximální produkci se zřetelem na výtěžnost sekundárních metabolitů, jako hlavního kvalitativního ukazatele drogy.
Ekonomické aspekty Zavedení metodických postupů uvedených v metodice do praxe nepředstavuje pro uživatele nutnost pořízení nové techniky nebo zavedení technologických postupů, které by nebyly běžně dostupné v zemědělských provozech. Ekonomický přínos pro uživatele metodiky je přímo závislí na způsobu realizace produkované drogy případně získaných extraktů nebo využití ve vlastních provozech. Lze ho odhadnout na jednotky až desítky tisíc na jeden hektar porostu routy vonné.
22
Zájem o rostlinné extrakty a jejich složky jako botanických insekticidů se
OBSAH OBSAH 1. ÚVOD 2. ROUTA VONNÁ 2.1 Botanická a biologická charakteristika 2.2 Původ a rozšíření 2.3 Chemické složení 2.4 Známé účinky a využití látek obsažených v extraktu 2.5 Význam pěstování 3. PĚSTOVÁNÍ 3.1 Sortiment odrůd 3.2 Agrotechnické podmínky pěstování 3.3 Technologie pěstování 3.4 Ochrana 3.5 Technologické zásahy ovlivňující výtěžnost účinných látek 3.5.1 Dávky dusíku 3.5.2 Elicitace 4. ZPRACOVÁNÍ PRODUKCE 4.1 Sušení 4.2 Hydrodestilace 4.3 Extrakce - pomocí organických rozpouštědel 4.4 Extrakce – superkritická fluidní extrakce 5. ZPŮSOBY VYUŽITÍ 5.1 Tradiční využití: 5.1.1 Farmaceutický průmysl 5.1.2 Potravinářství a kulinářství 5.1.3 Kosmetický průmysl 5.2 Nové možnosti využití: 5.2.1 Historie 5.2.2 Rozdělení 5.2.3 Využití v ochraně rostlin 6. SEZNAM POUŽITÉ A SOUVISEJÍCÍ LITERATURY 7. SEZNAM PUBLIKACÍ, KTERÉ PŘEDCHÁZELY METODICE
4 5 6 6 6 7 7 8 9 9 9 10 11 11 11 16 17 17 17 17 18 19 19 19 19 19 19 19 19 21 23 24
obnovil po zjištění jejich fumigačního a kontaktně insekticidního účinku proti širokému spektru škůdců v 90. letech 20. století. Rychlý účinek proti některým škůdcům ukazuje na neurotoxickou cestu působení, přičemž u některých silic existují důkazy o interferenci s neuromodulátorem oktopaminem a u jiných o interferenci s chloridovými kanály, jejichž propustnost zvyšuje neurotransmiter GABA. Kromě přímých insekticidních účinků (ať už na akutní nebo chronickou toxicitu) byly u mnoha silic prokázány repelentní, protipožerové, antiovipoziční účinky, které jsou často spojeny s inhibicí růstu larev nebo snížením plodnosti dospělců. Až na několik málo výjimek jsou rostlinné extrakty nebo přípravky z nich převážně netoxické a to jak pro savce, tak pro ptáky a ryby . Na hmyz však vykazují širokospektrální účinky. Díky své těkavosti vykazují omezenou persistenci v polních podmínkách, takže i když jsou přirození nepřátelé vůči nim v případě přímého kontaktu zranitelní, je nepravděpodobné, že by u predátorů a parasitoidů, kteří se jeden nebo několik dnů po ošetření vrátí na ošetřené plodiny, došlo k otravě reziduálním kontaktem. Ve Spojených státech amerických byl vývoj insekticidů vycházejících z rostlinných extraktů značně usnadněn tím, že určité rostlinné extrakty, které se běžně používají při výrobě potravin a nápojů, byly vyňaty z registrace. Díky této možnosti se rozběhl vývoj insekticidů, fungicidů a herbicidů na bázi rostlinných extraktů, určených pro zemědělské a průmyslové aplikace a pro spotřebitelský trh. Jako biologicky aktivní látky se v současnosti obvykle používá rozmarýnová silice, silice z hřebíčkovce a tymiánu. 5.2.3
Využití v ochraně rostlin
Zájem o botanické insekticidy je značný. Přípravky na bázi rostlinných extraktů jsou používány zejména pro ochranu skleníkových kultur, při ochraně před parazity u domácích a hospodářských zvířat, ale také v ochraně zeleniny a ovoce, kdy jsou využívány především eko-zemědělci a drobnými pěstiteli. Na světový trh vstoupilo s těmito přípravky několik privátních společností.
21
Zmiňovány byly metody typu mulčování a pálení, a také využití olejů k ochraně proti škůdcům. Nejvíce se rozšířilo používání prachu z Chrysanthemum cinerariifolium a Chrysanthemum coccineum. V 19. století byly používány botanické insekticidy, především pak insekticidní prášky z květenství Chrysanthemum sp. a z kořene Derris sp. nebo extraktů z listů Nicotina sp. V průběhu 20. století však byly botanické insekticidy vytlačeny syntetickými. Nově byly botanické pesticidy objeveny až v důsledku hledání vhodné alternativy ochrany rostlin, která by byla environmentálně a zdravotně bezpečná a řešila by vzniklé problémy se vznikem rezistence patogenů a škůdců. Botanické pesticidy se tak staly novou vhodnou alternativou a jsou více používány. 5.2.2
Nejvýznamnější botanické insekticidy V současné době existují čtyři objemově nejvýznamnější typy botanických
insekticidů. Jsou
to
přípravky vyrobené
z
extraktů
rostlin
Chrysanthemum
cinerariifolium, Deris sp., Azadirachta indica a dalších aromatických rostlin. V omezené míře se používají další rostlinné extrakty a oleje (např. olej z česneku, olejopryskyřice z Capsicum annum), které jsou používány spíše lokálně v menším množství v různých státech světa. Rostlinné extrakty se získávají z mnoha aromatických rostlin. Dosud byly získány z více jak 3 000 druhů rostlin, z nichž prozatím našlo komerční uplatnění přibližně 10 %.
1.
ÚVOD
Environmentální bezpečnost, bezpečnost potravin, trvale udržitelný rozvoj, rezidua přípravků na ochranu rostlin v potravních řetězcích, vývoj rezistentních populací chorob a škůdců (1-6); to všechno jsou témata v dnešní době skloňovaná ve všech pádech a posuzovaná ze všech stran. Všechny tyto výše uvedené problémy vznikají především při neuváženém a dlouhodobém používání syntetických přípravků na ochranu rostlin. Proto se v dnešní době klade důraz na hledání nových environmentálně a zdravotně bezpečných systémů ochrany rostlin. Jedna z alternativ řešení je využití biologicky aktivních látek obranného charakteru získaných z rostlin - rostlinných pesticidů. Jejich využívání znali již naši předci před tisíci lety a mnohé se staly předchůdci dnešních skupin účinných látek připravovaných synteticky – syntetických pesticidů. Ačkoliv není předpoklad, že botanické pesticidy nahradí levnější a co do množství, produktivnější, syntetické pesticidy, přesto můžeme ve světě pozorovat nárůst spotřeby přípravků na bázi extraktů z rostlin. Tento nárůst je dán především zvyšujícím se zájmem o produkci ekologických potravin, bezpečných potravin (bez pesticidních reziduí) a v neposlední řadě také roste nemalý zájem drobných spotřebitelů, kde se na botanické pesticidy nahlíží jako na vhodnou alternativu chemických přípravků. Lze tedy předpokládat, že zájem o takovéto přípravky poroste nejen ve světě, ale i v našich podmínkách, kde je prozatím hlavní překážkou legislativní náročnost uvedení takovéhoto přípravku na trh a proto jsou převážně využívány pro nepotravinářské účely.
Po chemické stránce se rostlinné extrakty skládají z komplexních směsí několika desítek až stovek látek (fenoly, terpeny, alkaloidy, flavonoidy, limonoidy, atd.), které jsou zastoupeny v různých koncentračních poměrech. Ačkoliv jsou rostlinné extrakty složeny z několika desítek látek, obvykle obsahují 1 – 5 látek, jejichž obsah je majoritní a pro daný rostlinný druh typický. Mnohdy jdou pak tyto majoritní látky v synergickém vztahu s některou z dalších, ať už majoritní nebo minoritní složkou, obsaženou v silici a spolu významně zvyšují biologickou účinnost.
20
5
2.
ROUTA VONNÁ
5.
Ruta graveolens L., čeleď routovité (Rutaceae) anglicky
Common Rue
německy
Weinraute
rusky
Рута душистая
španělsky
Ruda común
ZPŮSOBY VYUŽITÍ
5.1 Tradiční využití: 5.1.1
2.1 Botanická a biologická charakteristika Routa vonná je aromatický, vždy zelený polokeř. Tvoří větvený kořenový systém. Rostlina je 0,5-0,8 m vysoká (dle některých autorů 0,2 až 1 m), s oválnou osou, bohatě větvená, naspodu zdřevnatělá. Zdřevnatělá část je uvnitř žlutá. Stonky jsou hladké a spolu s listy pokryté olejnatými žlázkami. Listy jsou 15 cm dlouhé, dva až třikrát peřenodílné, krátce řapíkaté nebo přisedlé, modro - žlutozelené až zelené, silné, dužnaté, lysé, na rubu žlaznatě tečkované, což je způsobeno olejnatými žlázkami vypadajícími jako průsvitné černé tečky. Listové úkrojky jsou klínovité až kopinaté na koncích celokrajné nebo jemně vroubkované. Kvete žlutě v bohatých pravidelných vrcholících o velikosti až 12 mm, květy jsou čtyřčetné až pětičetné, se 4 nebo 5 korunními plátky. Kvete od června do září. Plodem jsou drobné mnohosemenné tobolky. Semena jsou modrošedá až černošedá, srpovitě zahnutá. Všechny části rostliny mají silnou, těžkou, typickou vůni a hořkou, ostrou a pichlavou chuť. Při předávkování je jedovatá.
2.2 Původ a rozšíření Rod routa má asi 50 druhů víceletých bylin, polokeřů a keřů, původních ve středozemní oblasti až k západní Asii. Routa vonná je původem z oblastí jižní Evropy, Balkánského poloostrova a Krymu, kde roste spíše ve vyšších polohách v sušších a kamenitých půdách. V jižní a střední Evropě je hojně pěstována v bylinkových zahradách. Mezi významnější oblasti pěstování patří jižní části Alp, Německo a Španělsko.
6
Farmaceutický průmysl
Routa patří mezi klasické byliny využívané v lidovém lékařství. Využívá se k zastavení krvácení, léčbě zánětů, bolesti hlavy, žaludečních a menstruačních bolestí. Z pohledu farmaceutického je nejvýznamnější složkou extraktu routy vonné bioflavonoidní glykosid rutin. Má řadu pozitivních zdravotních účinků, uplatňuje se při potížích s křehkostí krevních kapilár a zvyšování pružnosti cév. Snižuje hladinu jaterního cholesterolu a je významným antioxidantem, s tím souvisí protizánětlivé a antikarcinogenní účinky a schopnost zhášet volné radikály. Významně zesiluje účinek vitaminu C. 5.1.2
Potravinářství a kulinářství
Vzhledem k hořké chuti celé rostliny a specifické těžké vůni je v kulinářství využívána okrajově u specifických produktů k ochucení sýrů, mas a uzenin. Routa je někdy používána při výrobě likérů. Droga může být až smrtelně jedovatá již při požití relativně malého množství drogy. U citlivých jedinců může příznaky otravy vyvolat již 2,5 – 5 g drogy. 5.1.3
Kosmetický průmysl
Silice routy vonné je pro svoji výraznou a nezaměnitelnou vůni a chuť a specifické vlastnosti součástí některých parfémů. Pro své zdravotní účinky je relativně častou složkou kosmetických přípravků bioflavonoidní glykosid rutin získávaný mimo jiné z drogy routy vonné.
5.2 Nové možnosti využití: 5.2.1
Historie
Praktické používání botanických insekticidů se datuje nejméně do doby před třemi tisíciletími, kdy se uplatňovaly ve starobylé Číně, Egyptě, Řecku a Indii. Dokonce i v Evropě a Severní Americe sahá doložené používání botanických insekticidů více než 2 500 let do minulosti. Vergil (70 – 19 př.n.l.), Columella (4 – 70 n.l.) a Plinius starší (23 – 79 n.l.) publikovali pojednání o zemědělských postupech, jejichž cílem bylo minimalizovat negativní účinky škůdců na plodiny.
19
4.4 Extrakce – superkritická fluidní extrakce Poměrně novou a progresivní metodou získávání obsažných látek je superkritická fluidní extrakce (SFE). Tato metoda je velmi šetrná k životnímu prostředí i k extrahovaným látkám, které nám umožňuje tato metoda z rostlinného materiálu získávat. Tato metoda využívá ve speciální aparatuře pro extrakci jako rozpouštědlo oxid uhličitý CO2 v jeho superkritickém (nadkritickém) stavu pod vysokým tlakem, kde má podobné vlastnosti jako kapalná rozpouštědla. Superkritická tekutina je zvláštní skupenský stav, který spojuje vlastnosti kapalin a plynů. Vznikne zahřátím plynu nebo kapaliny na teplotu vyšší, než je jeho/její kritická teplota při současném stlačení na hodnotu vyšší než je jeho/její kritický tlak.
2.3 Chemické složení Celá rostlina obsahuje řadu biologicky aktivních látek. V metanolových extraktech bylo identifikováno a charakterizováno celkem 160 látek. Zastoupení jednotlivých látek se liší v závislosti na části rostliny. Listy obsahují terpenoidy – 16 %, dále alifatické kyseliny – 30,6 %, flavonoidy – 11 %, alkaloidy – 34 %, chinony – 3,7 %, alkoholy – 4 %, steroidy – 3 % a 13 % látek z ostatních skupin. Ve stoncích bylo zjištěno vyšší zastoupení terpenoidů 23 % na úkor flavonoidů – 7,8 % a především alkaloidů - 13,7 %, alifatické kys. – 31 %, chinonů – 3,9 %, steroidy – 2 % a ostatní látky 13 %. V kořenech dále narůstá podíl terpenoidů – 26 % a chinonů - 8%. Výrazně klesá podíl alkaloidů – 8 % a alifatických kys. – 15 %, flavonoidy – 11 %, steroidy – 4 %, další látky 17%. V suché nati - droze můžeme nalézt 0,06-0,4 % silice.
Superkritický stav pro CO2 je teplota > 31 oC a tlak > než 7,3 MPa. V tomto stavu má CO2 vlastnosti kapaliny i plynu a to poskytuje ideální podmínky pro rychlou extrakci s maximální výtěžností. Jakmile přizpůsobíme podmínky kdy přechází CO2 opět do plynného stavu, ztrácí svou rozpouštěcí schopnost a extrahované látky se od CO2 oddělují a jsou jímány do sběrné nádoby. Regulací tlaku a teploty lze měnit extrakční podmínky a ovlivňovat spektrum extrahovaných látek.
2.4 Známé účinky a využití látek obsažených v extraktu Extrakt a silice má mimo jiné významné pesticidní (především insekticidní) účinky, které byly prokázány v mnoha experimentech. Z látek s významnějším zastoupením je možné uvést skupinu furanokumarinů a bioflavonoidní glykosid rutin. •
furanokumariny: Též furokumariny jsou přírodní obranné látky obsažené především v rostlinách z čeledí miříkovité (Apiaceae) a routovité (Rutaceae). Existuje mnoho různých furanokumarinů s toxickými účinky pro bakterie, houby či hmyz. Nejhojnějšími zástupci jsou psoralen, bergapten a xanthotoxin. Některé z furanokumarinů jsou fotoaktivní, tzn., jejich toxický účinek je zesílen na působením UV záření. Vyšší obsah těchto látek je hlavní příčinou podráždění pokožky u citlivých jedinců při sklizni routy.
•
rutin: Je chemická sloučenina patřící mezi bioflavonoidní glykosidy. Využití nachází především v lékařství a kosmetice. Má řadu pozitivních zdravotních účinků, uplatňuje se při potížích s křehkostí krevních kapilár a zvyšování pružnosti cév. Snižuje hladinu jaterního cholesterolu a je významným antioxidantem, s tím souvisí protizánětlivé a antikarcinogenní účinky a schopnost zhášet volné radikály. Významně zesiluje účinek vitaminu C. Mezi nejvýznamnější zdroje rutinu patří kromě routy vonné ještě pohanka obecná a jerlín japonský.
Pro extrakci routy vonné byly stanoveny optimální extrakční podmínky na 28 MPa (maximální tlak aplikovaný při pokusech), 50 °C a oxid uhličitý byl modifikován 4,2 % hm. acetonu, který usnadňuje extrakci kyslíkatých terpenů a dalších polárnějších látek.
18
7
4.
ZPRACOVÁNÍ PRODUKCE
4.1 Sušení
Obr. 1: strukturální vzorec rutinu Kromě menšího množství aromatických siličnatých látek nalezneme v droze velké množství biologicky aktivních látek. Jejich hlavní složky tvoří fenoly, terpeny, alkaloidy, flavonoidy, limonoidy, organické kyseliny (hlavně kyselina jablečná), hořčiny, pryskyřice a třísloviny.
2.5 Význam pěstování Routa vonná je pěstována jako okrasná rostlina, pastva pro včely, ale hlavně jako léčivá rostlina. Droga a extrakty získávané z rostliny jsou využívány v lékařství a kosmetickém průmyslu a to zejména pro obsah rutinu, specificky pak jako koření. Vzhledem k hořké chuti celé rostliny a specifické těžké vůni je v kulinářství využívána okrajově u specifických produktů k ochucení sýrů, mas a uzenin. Routa je někdy používána při výrobě likérů. Rostlina je jedovatá při požití relativně malého množství drogy. U citlivých jedinců může příznaky otravy vyvolat již 2,5 – 5 g drogy. Souhrnné informace k této problematice jsou uvedeny ve zprávě The European Agency for the Evaluation of Medicinal Products EMAE/MRL/542/98-FINAL, March 1999. Pěstuje se hlavně v jižních oblastech Evropy. K tradičním pěstitelům patří Španělsko, Německo a Bulharsko. V Polsku, Česku a na Slovensku se pěstuje okrajově.
Sklizená nadzemní hmota se ihned suší na dobře větraných místech ve stínu, v tenkých vrstvách, přirozeným a nebo umělým teplem v sušárnách s teplotou do 40 °C. Správně usušená droga má zelenou až namodralou barvu. Poměr sesychání je 4 – 5:1.
4.2 Hydrodestilace Hydrodestilace je relativně jednoduchá metoda získávání silice z rostlinné hmoty. Tato metoda je jednou z nejstarších metod extrakce a je v praxi stále hojně používána i pro získávání silice z routy vonné. Existují tři základní typy hydrodestilace. Vodní destilace, vodní a parní destilace a přímá parní destilace. Destilovaný materiál je při této metodě v přímém kontaktu s vroucí vodou, což je její základní charakteristický znak. Rostlinný materiál je umístěn v nádrži destilačního přístroje, kde plave na hladině nebo je ponořen pod vodní hladinou, v závislosti na specifických vlastnostech materiálu, případně je přes něj proháněn proud vodní páry.
4.3 Extrakce - pomocí organických rozpouštědel Opět se jedná o velmi dlouho známé metody získávání obsažných látek z rostlinného materiálu. Při této metodě je rostlinný materiál přiměřeně dlouhou dobu macerován v některém z typů organického rozpouštědla. Pro zlepšení procesu macerování rostlinné hmoty se provádí míchání a protřepávání macerátů. Po přiměřeně dlouhé době se provede za zvýšené teploty a tlaku odpaření organického rozpouštědla čímž získáme příslušný extrakt. Pro získávání extraktu routy vonné jsou dle způsobu následného využití nejvhodnější použití jako rozpouštědla alkoholy metanol případně etanol. Nevýhodou těchto metod je jejich relativní pomalost. Specifickou metodou extrakce je takzvaná Soxhletova extrakce. Při této metodě dochází při maceraci k zahřívání celého objemu macerátů. Tato metoda má výhodu ve vyšší výtěžnosti obsažných látek avšak dochází při této metodě k rozkladu termolabilních látek.
8
17
3.5.2
Elicitace
3.
Systémově získaná rezistence (Systemic acquired resistance) (SAR) je jednou ze strategií, kterou rostliny využívají v obraně proti škodlivým patogenům včetně škůdců. Při napadení patogenem se v celé rostlině, tj. i v neinfikovaných částech, aktivují obranné mechanismy, což zapříčiní vyšší odolnost proti následnému napadení. Látky syntetizované patogenními organismy, které vyvolávají tuto odezvu u rostlin nazýváme elicitory. Tyto látky hrají zásadní roli při interakci mezi rostlinou a patogenem. Z hlediska struktury mohou být elicitory proteiny, peptidy, oligosacharidy či látky nízkomolekulární povahy. Obvykle se váží na specifické receptory lokalizované na povrchu buněčných membrán. Tohoto mechanizmu lze využít, aplikací látek s elicitačním účinkem, pro ovlivnění kvalitativního případně kvantitativního obsahu biologicky aktivních látek v rostlině a tím i v extraktech z těchto rostlin, s cílem využít tyto extrakty pro biologickou ochranu kulturních rostlin. V letech 2009 a 2010 jsme v našich pokusech testovali možnosti ovlivnění výnosu a složení extraktu z rostlin routy vonné. Pro elicitaci byly zvoleny elicitory na bázi titanu a kyseliny salicylové. Látky byly aplikovány ve fázi počátku kvetení 14 dní před sklizní. Aplikace elicitorů byly provedeny na úrovni dusíkaté výživy v dávce 30 kg N/ha. Následně byly odebírány vzorky rostlinného materiálu a byl stanoven výnos drogy, výtěžnost superkritické fluidní extrakce a výnos extraktu ze superkritické extrakce a proveden rozbor chemického složení. Z provedených testů vyplynulo, že aplikace použitých elicitorů jsou účinné a zvyšují výnos drogy a výnos extraktu. Tento nárůst se v průměru pohybuje kolem 27 % a přibližně odpovídá nárůstu aplikované dávky dusíku o 30 kg/ha. Jejich účinnost byla potvrzena pouze při nižších dávkách dusíku.
16
PĚSTOVÁNÍ
3.1 Sortiment odrůd Celosvětově je uváděno několik odrůd Blue Curl, Blue Mond, Curly Girl, Jackman’s Blue, Variegata, Variegata Harlequin. V České republice jsou k pěstování využívány různé genetické zdroje poskytované specializovanými množitelskými nebo šlechtitelskými subjekty.
3.2 Agrotechnické podmínky pěstování Doporučená oblast pěstování je do nadmořské výšky 600 m n. m., ale je možné ji pěstovat i ve vyšších nadmořských výškách. Vhodné jsou teplé a sušší oblasti. Půda – vyhovují spíše písčité, teplé, kypré, sušší, vápenité půdy na dobře osluněných polohách. V přírodních podmínkách se routa vyskytuje na suchých, vápenatých, neúrodných půdách s pH 7 - 7,5. V našich podmínkách jsou pro pěstování vhodné hnědé půdy, ale routa může být pěstována prakticky na jakýchkoli půdách. Nevhodné jsou půdy zamokřené, jílovité a slévavé. Voda – routa je na vláhové poměry velmi nenáročná. Částečně je voda a půdní vlhkost limitujícím faktorem po výsadbě předpěstované sadby. Teplota – routa je teplomilná rostlina, klíči při vyšších teplotách. Její odolnost vůči chladu v zimním období je poměrně dobrá a je odrazem celkové vhodnosti stanoviště. Světlo – nejlépe roste na plném slůnci, ale snáší i částečný stín. Výživa – routa vonná je víceletá rostlina a proto je potřeba věnovat zvýšenou pozornost přípravě stanoviště před založením porostu. Je vhodné volit půdy s dobrou zásobou základních přístupných živin. Pro vyhnojení pozemku je možné zapravit před výsadbou vyšší dávky hnoje nebo kompostu. V rámci základní přípravy půdy se na podzim doporučuje aplikace fosforečných hnojiv v dávce 20 - 40 kg/ha P a 25 - 50 kg/ha K. Routa vonná výrazně reaguje na vyšší dávky dusíkatých hnojiv nárůstem produkce biologicky aktivních látek. Dusíkatá hnojiva se aplikují na list v průběhu vegetace nejlépe při jarním vývoji porostu a následně po každé sklizni nižší dávkou kolem 30 kg N/ha. Celková doporučená dávka N je 60 – 120 kg/ha aplikovaná v hnojivech ledek amonný s vápencem (LAV) nebo močovina.
9
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0 kg N/ha
30 kg N/ha
60 kg N/ha
200
25
180 20
140 120
15
100 10
80 60 40
teplota vzduchu [ o C]
160
5
20
2009
Duben
Květen
Červen
Červenec
15
Srpen
3.dekada
2.dekada
1.dekada
3.dekada
2.dekada
1.dekada
3.dekada
2.dekada
1.dekada
3.dekada
2.dekada
0 1.dekada
0
Ošetřování porostu: je zaměřené na pravidelné provzdušňování a kypření půdy a odplevelování. Při mechanickém ošetřování porostu routy vonné je nutné dbát na šetrné provádění těchto operací, jelikož je velmi citlivá na mechanické poškození. V polních podmínkách osivo vyklíčí za 15 – 28 dní. Vzešlé rostliny se jednotí na 0,2 – 0,4 m. Použití herbicidů k odplevelení porostu je komplikované. V Seznamu povolených přípravků nejsou uvedeny žádné povolené přípravky.
10
90 kg N/ha
Graf 4: Průběh klimatických podmínek 2008-2010.
3.dekada
Výsadba předpěstované sadby: osivo se vysévá od konce února. Do 10 – 15 dní semeno vyklíčí a po vytvoření 2 - 4 pravých lístků se pikýruje do sadbovačů o velikosti buněk 5,0 x 5,0 cm. Před výsadbou je vhodné rostliny postupně otužovat. Optimální termín výsadby na produkční plochu je po uplynutí období s výskytem pozdních jarních mrazíků, do sponu 30 x 30 až 50 x 50 m (70 až 110 tis. ks/ha). Spon výsadby volíme v závislosti na budoucím využití porostu. U produkce nati volíme řidší spon, v případě produkce spíše listů volíme hustší spon. Po výsadbě, dokud rostliny nezakoření, se může dle potřeby provádět zálivka. Tato metoda založení porostu je oproti přímému výsevu výrazně finančně náročnější, ale vzhledem k dlouhodobému využití porostu vhodnější.
2010
25,00
2.dekada
Přímý výsev: pro výsev používáme osivo od prověřených množitelů nebo šlechtitelů. Vysev provádíme dle lokality a využití porostu od konce března do dubna do kvalitně připravené půdy. Spon řádků 40 cm, pro mechanizované obdělávání jsou vhodnější řádky široké 45 - 50 cm v závislosti na mechanizaci. Výsevek je 3 - 6 kg/ha. Hloubka setí 1,0-1,5 cm. Množství a biologické vlastnosti osiva by měly zabezpečit minimálně 100 - 160 klíčivých semen na 1 m2. V příznivých klimatických oblastech je možné výsev provádět i na podzim.
2009
30,00
1.dekada
Příprava půdy: zárukou vytvoření vhodných podmínek pro setí, rovnoměrné vzcházení a růst routy, je kvalitní příprava půdy. Základní příprava půdy se provádí na podzim středně hlubokou orbou (30 cm) se zapravením statkových a průmyslových hnojiv. V rámci předseťové přípravy půdy se prokypří půda do hloubky 3 - 5 cm.
35,00 výnos SFE extraktu na m2 [ml]_
Routa vonná je vytrvalá rostlina žijící většinou 10 až 12 let. Pro hospodářské účely je doporučováno využívat porost 5 až 6 let někteří autoři uvádějí až 8 let. Vhodnou předplodinou jsou plodiny zanechávající půdu v dobrém stavu s dobrou zásobou přístupných živin.
Graf 3: Vliv různých dávek dusíkatého hnojení aplikovaného v letech 2009-2010 na výnos extraktu superkritické fluidní extrakce z rostlin routy vonné.
srážky [mm]
3.3 Technologie pěstování
2010 2009 2010
Graf 1: Vliv různých dávek dusíkatého hnojení aplikovaného v letech 2009-2010 na produkci drogy routy vonné. 1400,0 hmotnost sušiny na m2 [g]
2009
2010
1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 0 kg N/ha
30 kg N/ha
60 kg N/ha
90 kg N/ha
Graf 2: Vliv různých dávek dusíkatého hnojení aplikovaného v letech 2009-2010 na výtěžnost superkritické fluidní extrakce z rostlin routy vonné.
výtěžnost SFE extrakce [%].
3,50 3,00
2009
Z tohoto důvodu je nutné věnovat zvýšenou pozornost odplevelení porostů u předplodin a volit pozemky s nižším zaplevelením převážně vytrvalými plevely. I z tohoto důvodu považujeme za vhodnější metodu založení porostu ze sadby, protože dochází k rychlejšímu zapojení porostu v ranných fázích a je menší riziko poškození porostu. Sklizeň: v roce výsevu/výsadby rostliny poměrně pomalu rostou. Aby nedošlo k poškození zakládaného porostu provádí se první sklizeň až v druhém roce pěstování. Mladé, křehké listy určené na přímou spotřebu v čerstvém stavu se mohou sbírat v průběhu celé vegetace. Nať se sklízí obyčejně jednou výjimečně i dvakrát v době květu. V případě sklizně listů se sklizeň provádí před květem a trsy seřezáváme častěji (dva až třikrát) a více u země (asi 10 cm), aby rostliny tvořili široké a husté trsy. Rostliny na větších plochách sklízíme žacím nakládačem. Výnos 1 – 3 tuny drogy na hektar. Při sklizni je dobré chránit pokožku před stykem s čerstvou rostlinnou hmotou, kdy může dojít k podráždění pokožky, zejména pak při zvýšeném pocení.
3.4 Ochrana
2010
Routa vonná, díky vysokému obsahu sekundárních metabolických látek a výrazné aromatičnosti, není napadána žravými nebo savými škůdci. Případné poškození porostu je možné očekávat pouze v prvních fázích vývoje rostliny. Z původců chorob nejsou v literatuře popisovány žádné významnější škody. Stejně tak nejsou známi významné abiotické faktory ovlivňující růst rostlin s výjimkou výrazného zamokření půdy, pěstování na těžkých slévavých půdách a působení nízkých teplot v zimním období.
2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0 kg N/ha
30 kg N/ha
60 kg N/ha
90 kg N/ha
3.5 Technologické zásahy ovlivňující výtěžnost účinných látek 3.5.1
Dávky dusíku
V letech 2009 a 2010 byly provedeny ověřovací pokusy s vlivem dusíkaté výživy na routě vonné. Výsledky z roku 2008 nebyly do souhrnu zařazeny z důvodu nevhodnosti sklízet větší množství rostlin po založení porostu. Cílem prováděných pokusů bylo získat dostatek dat pro optimalizaci doporučení k ovlivnění produkce biologicky aktivních látek z rostlin routy vonné. Sledovanými hodnotami byly výnos drogy, výtěžnost superkritické fluidní extrakce (SFE) a výnos extraktu ze superkritické extrakce. U výnosu drogy routy vonné jsme
14
11
pozorovali výrazný vliv aplikovaných dávek dusíku. Nejvyšší hodnot bylo dosaženo u vyšších dávek dusíku 60 a 90 kg N/ha, kde jsme pozorovali průměrný nárůst výnosu drogy o 27,6 % respektive o 43,4 %. Výraznějších rozdílů a celkově vyšší výnosové hladiny bylo dosaženo v roce 2009. V roce 2010 byly dosažená data výnosu suché drogy celkově na nižší úrovni a průměrné nárůsty výnosů u dávek 60 a 90 kg N/ha byly 14 % a 23 % příslušně (viz graf 1).
s aplikovaným množstvím dusíku a jako optimální se zdají být jednorázové dávky mezi 60 – 90 kg N/ha aplikované v časně jarní fázi vývoje rostlin při zahájení vegetačního období přezimujících rostlin. Dále je možné doporučit další přihnojení porostů routy vonné během vegetace a to postřikem roztoku močoviny v dávce kolem 30 kg N/ha.
Procentická výtěžnost superkritické fluidní extrakce byla velmi rozdílná v obou letech testování. V roce 2009 vykazovaly všechny pokusné varianty průkazné zvýšení výtěžnosti extraktu z rostlin o 18 % u dávky 30 kg N/ha a shodně o 30 % u vyšších dávek dusíku 60 a 90 kg/ha. V roce 2010 se zjištěné hodnoty pohybovaly na úrovni kontrolní varianty graf 2. V průměru vyšší dávky dusíku zvyšovaly výtěžnost extraktu o 15 % (tabulka 1).
Tab. 1: Vliv různých dávek dusíkatého hnojení na rostliny routy vonné. dávka dusíku průměr % kontroly (kg ha-1) (t ha-1) 0 6,24 ± 0,87 100,0% 30 6,5 ± 0,22 104,2 % výnos drogy 60 7,96 ± 0,83 127,6 % 90 8,94 ± 1,09 143,4 %
Z uvedených sledovaných parametrů byl vypočítán výnos superkritického extraktu přepočtený na plochu porostu routy vonné. Z níže uvedených hodnot můžeme vidět, že výnos extraktu přepočtený na plochu porostu routy vykazuje růst hodnot s rostoucí dávkou dusíku (tabulka 1). U aplikované dávky dusíku 30 kg N/ha se v průměru zvýšil výnos extraktu o 12,5 %. U dávky 60 kg N/ha o 27,6 % a dále rostl u dávky 90 kg N/ha na více jak 70 %. Dosažené výsledky se však výrazně liší v průběhu testovaných let, kdy v roce 2009 byl nárůst výnosu extraktu u nejvyšší použité dávky dusíku více jak 100 % a v roce 2010 se pak pohyboval na úrovni vyšší “pouze“ o 22 % oproti nehnojené kontrole (graf 3). Ze získaných extraktů z jednotlivých pokusných variant byly provedeny rozbory chemického složení. Ze získaných dat nebylo možné potvrdit vlivy v obsazích jednotlivých látek v extraktech vzhledem k potížím s určením látek, ale je možné potvrdit nárůst celkového množství zjištěných látek mezi 30 – 70 % v závislosti na rostoucí dávce dusíku. Provedené experimenty na insekticidní účinnost extraktů potvrdily vyšší účinnost u extraktů získaných z porostů přihnojených dusíkem, přičemž s rostoucí dávkou dusíku se zvyšovala insekticidní účinnost až o 20 %.
výtěžnost SFE extrakce
výnos SFE extraktu
dávka dusíku (kg ha-1) 0 30 60 90 dávka dusíku (kg ha-1) 0 30 60 90
průměr (%) 2,11 ± 0,09 2,23 ± 0,14 2,46 ± 0,11 2,42 ± 0,04
100,0% 105,5 % 116,3 % 114,6 %
průměr % kontroly (kg ha-1) 132,65 ± 21,89 100,0% 149,29 ± 8,7 112,5 % 203,16 ± 24,32 153,2 % 226,03 ± 25,46 170,4 %
Z výše uvedeného je možné praxi doporučit pro přihnojení porostů routy vonné jednorázově vyšší dávky dusíku mezi 60 - 90 kg N/ha, které zvyšují výnos suché drogy a výtěžnost superkritické fluidní extrakce. U takto ošetřených porostů byla zjištěna zvýšená produkce sekundárních metabolitů rostlinou a získané extrakty vykazují zvýšenou biologickou aktivitu. Sledované parametry rostou
12
% kontroly
13
