Změny v bílkovinném složení zrna ječmene po řízené výživě dusíkem a sírou

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav technologie potravin Změny v bílkovinném složení zrna ječmene po řízené výživě dusíkem a sírou Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Dr. Luděk Hřivna Vypracovala: Bc. Zuzana Pavková Brno 2013

2

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Změny v bílkovinném složení zrna ječmene po řízené výživě dusíkem a sírou vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. Dne.. Podpis diplomanta..

4 PODĚKOVÁNÍ Tímto bych ráda poděkovala vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Dr. Luďkovi Hřivnovi za odborné vedení a věcné připomínky, Ing. Barboře Kotkové za poskytnutí potřebných údajů a informací. Děkuji také Výzkumnému ústavu pivovarskému a sladařskému v Brně za zpracování vzorků. V neposlední řadě děkuji také svým přátelům a rodině za podporu během celého studia.

5 ABSTRAKT Cílem diplomové práce bylo stanovit vliv dusíku a síry na tvorbu výnosu, kvalitu zrna ječmene a vyhodnotit vliv aplikace dusíku a síry na výnos zrna, jeho technologickou kvalitu a bílkovinné složení. Pokusy byly založeny v roce 2012 na pozemcích zemědělského podniku Agrospol Velká Bystřice u Olomouce. Pro pokusy byla použita odrůda Bojos. Do pokusu bylo zahrnuto celkem 13 variant. Hnojení dusíkem a sírou se provádělo během vegetace. Pro pokusy byly zvoleny 2 hladiny hnojení dusíkem 30 a 50 kg N.ha -1, dávka síry se u jednotlivých variant lišila. Na výnos měla nejlepší vliv kombinace hnojení N a S při vyšších dávkách dusíku. Na ostatní technologické parametry mělo hnojení dusíkem a sírou rozdílné účinky. Vzrůstající dávka aplikace síry měla v zrnu ječmene pozitivní vliv na obsah D-hordeinů, nízkomolekulárních i vysokomolekulárních podjednotek glutelinů. KLÍČOVÁ SLOVA Ječmen, hnojení, dusík, síra, výživa, bílkoviny ABSTRACT The aim of this thesis was to determine the influence of nitrogen and sulphur on the yield production and the quality of barley grain and to evaluate the effect of nitrogen and sulphur application on the grain yield and its technological quality and protein composition. The experiments were established on the land of the agricultural enterprise Agrospol in Velká Bystřice near Olomouc in Bojos variety was used for the experiments. 13 variants were used for the experiment. Nitrogen and sulphur fertilization was carried out during the growing season. Two levels of nitrogen fertilization, 30 and 50 kg N.ha - 1, were chosen for experiments. The dose of sulphur was different for each treatment. The combination of N and S fertilization with higher doses of nitrogen had the best effect on the yield. Nitrogen and sulphur had different effects on the other technological parameters. Increasing the dose of sulphur application had a positive effect on the D-hordeins, low molecular weight and high molecular subunits of glutelin in the barley grain. KEY WORDS Barley, fertilization, nitrogen, sulphur, nutrition, proteins

6 OBSAH 1 ÚVOD 8 2 CÍL PRÁCE 9 3 PŘEHLED LITERATURY Sladovnický ječmen a jeho charakteristika Morfologie ječného zrna Chemické složení ječmene Hodnocení kvality ječmene a sladu Hodnocení zrna sladovnického ječmene Subjektivní znaky Objektivní znaky Ukazatele sladovnické jakosti (USJ) Vliv agroekologických faktorů Výživa a hnojení ječmene Faktory ovlivňující příjem živin Hnojení během vegetace Dusík ve výživě ječmene Koloběh dusíku Hnojení dusíkem Projevy nedostatku dusíku Projevy nadbytku dusíku Vliv dusíku na výnos a kvalitu ječmene Síra ve výživě ječmene Koloběh síry v půdě Síra v rostlině Hnojení sírou Projevy nedostatku síry Projevy nadbytku síry Vztah mezi dusíkem a sírou Vliv síry na výnos a kvalitu ječmene a sladu... 32

7 4 MATERIÁL A METODIKA Založení pokusu Charakteristika experimentálního materiálu Průběh povětrnosti a vegetace na dané lokalitě v roce Schéma pokusu Sklizeň pokusu Vyhodnocení výsledků VÝSLEDKY A DISKUSE Hodnocení jakosti zrna Výnos zrna Přepad zrna na sítě 2,8 mm Přepad zrna na sítě 2,5 mm Podíl plných zrn Objemová hmotnost Obsah N-látek Obsah škrobu Hodnocení bílkovinného komplexu zrna D-hordeiny, albuminy a globuliny C-hordeiny B-hordeiny Nízkomolekulární podjednotky glutelinů Vysokomolekulární podjednotky glutelinů Hodnocení bílkovinného komplexu sladu D-hordeiny, albuminy a globuliny C-hordeiny B-hordeiny Nízkomolekulární podjednotky glutelinů Vysokomolekulární podjednotky glutelinů ZÁVĚR 52 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 53 8 SEZNAM OBRÁZKŮ 63 9 SEZNAM TABULEK 65

8 1 ÚVOD Ječmen je po pšenici druhá nejstarší obilnina na světě a dějiny jeho pěstování sahají do 5. stol. př. n. l. Existují však i starší zmínky, např. z Iráku ze 7. stol. př. n. l. a z Egypta z 8. stol. př. n. l. Za oblast původu ječmene je považována Asie. Díky archeologickým nálezům se zjistilo, že se ječmen pěstoval v našich zemích v době asi 500 let př. n. l. (Zimolka 2006). V oblastech původu ječmen sloužil hlavně jako potravina, částečně jako krmivo. Pro své protizánětlivé a antiseptické účinky byl také léčivou rostlinou. Ve formě odvaru se používal jako posilující nápoj. Lekeš et al. (1985) píše, že se k výrobě sladu používala pšenice, z ječného sladu se pivo vařilo jen při zvláštních příležitostech. V 17. stol. se rozšířilo sladování ječmene. V 70. letech 19. stol. vzniklo nejvíce sladoven a kromě ječmene se začal vyvážet i slad. Pro jarní ječmen se začal používat termín sladovnický ječmen (Kosař et al. 2000). V současnosti ječmen patří mezi stabilní zemědělské plodiny v rostlinné produkci (Černý et al. 2007). Rozšířil se nejen kvůli své velké adaptibilitě či významným pěstitelským přednostem, ke kterým například patří krátká vegetační doba, malé nároky na živiny, hlavně dusík, komplexní mechanizace atd. (Pelikán et al. 2004). V českém zemědělství má ječmen stále důležité postavení (Špunarová et al. 2007). Podle průzkumu ČSÚ v roce 2012 bylo oseto 382,3 tis. ha a výnos činil 1657,7 tis. tun, z čehož 398,7 tis. tun bylo ozimého ječmene a 1259,0 tis. tun jarního ječmene, s průměrným výnosem 4,34 t/ha. Výroba však oproti předchozímu roku klesla. Ječmen je využíván i jako krmivo. Současný výzkum přinesl řadu nesporných důkazů o významu ječmene pro zdravou výživu. Jde především o účinky ječmene na snižování cholesterolu, obsah β-glukanů, vlákniny a obsah antioxidantů (Zimolka 2006). Většina ječmene určeného pro potravinářské účely však slouží jako surovina k výrobě sladu. Pro technologii sladování jsou bílkoviny jednou z nejvýznamnějších složek. Bílkoviny jsou také důležité z pivovarského hlediska. Nízkomolekulární štěpné produkty bílkovin jsou nezbytné pro výživu kvasinek. Vysokomolekulární proteiny se pozitivně projevují v pěnivosti a plnosti piva, negativně na tvorbě zákalů (Prokeš 2000). 8

9 2 CÍL PRÁCE Cílem této práce je: 1. Vypracovat literární rešerši k danému tématu, zaměřit se na vliv dusíku a síry na tvorbu výnosu a kvality zrna ječmene. 2. Založit maloparcelní polní pokus s jarním ječmenem hnojeným diferencovaně dusíkem a sírou. Vyhodnotit vliv aplikace dusíku a síry na kvalitu zrna ječmene a jeho bílkovinné složení. 9

10 3 PŘEHLED LITERATURY 3.1 Sladovnický ječmen a jeho charakteristika Ječmen (Hordeum vulgare L.) v našich podmínkách rozdělujeme do základních skupin: dvouřadý nebo víceřadý, ozimý nebo jarní (Kučerová et al. 2010). Za sladovnický ječmen se v České republice považují odrůdy ječmene setého dvouřadého (Petr, Húska 1997), z domácí produkce nebo z importu, které svou jakostí odpovídají odrůdám domácím, zapsaným ve Státní odrůdové knize a označené jako vhodné pro výrobu sladu (Pelikán 2001). Jarní ječmen nemá příliš vysoké nároky na prostředí, ve kterém je pěstován. Ale kvalitní jarní ječmen určený na slad (Zimolka 2006) vyžaduje mírné, teplejší podnebí s dobře rozloženými srážkami, lepší půdu s dostatkem vápníku a potřebnými živinami. Ječmen nesnáší kyselou půdní reakci (Houba, Hosnedl 2002) Morfologie ječného zrna Obilka (zrno) je složena ze tří hlavních částí - obalových vrstev, klíčku a endospermu. Obaly zrna tvoří na hřbetní straně plucha, na břišní straně se nachází pluška. (Ingr 2003). Pod pluchou a pluškou spolu přirůstá oplodí a osemení (ektosperm). Ektosperm spolu s pluchami chrání klíček a endosperm před vysycháním, mechanickým poškozením a mikrobiálním napadením (Kučerová 2004). Obalové vrstvy jsou důležitým regulátorem klíčení, neboť ovlivňují přístup kyslíku k zárodku (Ingr 2003). Klíček (zárodek) je umístěn na spodu zrna a s endospermem je spojen štítkem. Je základem nové rostliny a nositelem genetických informací. Význam má zejména ze sladařského hlediska, neboť aktivuje enzymy, potřebné k hydrolýze složitých zásobních látek, které jsou důležité pro klíčení a tvorbu extraktu (Pelikán et al. 2004). Endosperm tvoří vnitřní obsah zrna, představuje největší podíl zrna, a také je technologicky nejvýznamnější částí. Endosperm obsahuje hlavně zásobní škrob a bílkoviny pro klíčící rostlinu (Kučerová 2004). Vnější část endospermu tvoří 10

11 aleuronová vrstva, která obsahuje bílkoviny, tuk a částečně i škrobová zrna. Na počátku klíčení se v aleuronové vrstvě aktivují enzymy a odtud se šíří jejich činnost do endospermu, který degradují (Zimolka, Milotová 2006). Podrobný popis zrna zobrazuje následující obrázek (obr. 1). Obr. 1: Podélný řez obilkou (Mac Gregor, Bathy 1993, upraveno Psota, Šebánek 1999 in Kosař et al. 2000) Chemické složení ječmene Zrno ječmene obsahuje v průměru % sušiny a % vody. Podrobné složení je uvedeno v tab. 1. Minerální látky (popeloviny) tvoří jen malý podíl sušiny. Nejvyšší koncentrace je v obalových vrstvách obilky (Ehrenbergerová 2006). Značný význam mají stopové prvky (Zn, Mn, Cu a B), neboť jsou důležité pro činnost mnoha enzymů a koenzymů (Hubík 2002). Lipidy jsou obsaženy hlavně v aleuronové vrstvě, pluchách a nejvíce v klíčku. Kromě volných tuků, které jsou přítomny zejména ve formě nenasycených mastných kyselin, je většina lipidů vázána na jiné složky např. lipoproteiny, glykolipidy nebo 11

12 estery fosfolipidů (Ehrenbergerová 2006). Tab. 1: Chemické složení obilky ječmene (Mac Gregor et al in Ehrenbergerová 2006) Látka Procento v obilce Sacharidy Škrob amylóza %škrobu - amylopektin % škrobu Nízkomolekulární sacharidy Sacharóza 1-2 Ostatní cukry 1 Rafinóza 0,3-0,5 Maltóza 0,1 Glukóza 0,1 Fruktóza 0,1 Neškrobnaté polysacharidy Hemicelulózy - β-glukany 3,3-4,9 - pentosany 9,0 - celulóza 4-7 Tuky 3,5 Fosfáty Fytin 0,9 Polyfenoly 0,1-0,6 Dusíkaté látky 9,5-11,9 (7-18) Rozpustné dusíkaté látky 1,9 Albuminy a globuliny 3,5 Hordeiny (prolaminy) 3-4 Gluteliny 3-4 Minerální látky 2 Největší hmotnost zrna ječmene tvoří sacharidy, z nichž nejvíce zastoupenou a významnou složkou je škrob, který je v endospermu nepravidelně rozmístěn ve formě škrobových zrn. Ječmen je tím kvalitnější surovinou, čím více zrno obsahuje škrobu a čím je vyšší podíl škrobových zrn (Pelikán et al. 2004). Kromě vysokomolekulárních sacharidů obsahuje ječmen v menší míře též nízkomolekulární sacharidy sacharosa, rafinosa, maltosa, glukosa a fruktosa (Kosař et al. 2000). Základním nosným skeletem rostlinných pletiv jsou stavební sacharidy. Patří mezi ně 12

13 zejména celulóza, která je obsažena především v obalových vrstvách obilky, ale i v klíčku (Ehrenbergerová 2006). Dále hemicelulózy, které jsou zastoupeny hlavně ve stěnách endospermu a jsou tvořeny β-glukany a arabinoxylany (pentosany). Vyšší obsah β-glukanů je ze sladařského a pivovarského hlediska nežádoucí. Také schopnost arabinoxylanů vytvářet vysoce viskózní roztoky může ovlivnit technologické využití ječmene (Hubík 2002). Dalším stavebním polysacharidem je lignin, který se nachází v obalových vrstvách ječného zrna a vyztužuje a zpevňuje buněčné stěny rostlinných buněk. Gumovité látky jsou hemicelulosy a rozpouštějí se ve vodě za tvorby koloidních roztoků (Kosař et al. 2000). Dusíkaté látky tvoří významnou složku organických látek zrna ječmene. Jejich obsah je ovlivňován vnějšími podmínkami. Tvorba dusíkatých látek v ječmeni závisí na příjmu amoniaku a obsahu organických kyselin vznikajících jako meziprodukty štěpení sacharidů (Ehrenbergerová 2006). V aleuronové vrstvě ječného zrna jsou uloženy lepkové bílkoviny, pod aleuronovou vrstvou jsou tzv. fyziologické neboli rezervní bílkoviny. V membránách buněk endospermu se nachází histologické neboli tkáňové bílkoviny (Kosař et al. 2000). Chemické složení ječmene závisí na velikosti molekul, vazby aminokyselin nebo dle rozdílnosti ve složení peptidových řetězců (Hubík 2002). Dusíkaté látky můžeme rozdělit na dusíkaté látky nebílkovinné povahy (dusíkaté báze, složky fosfatidů, amidů a amonných solí) a bílkoviny a jejich štěpné produkty (aminokyseliny, peptidy, peptony a pravé bílkoviny proteiny). Podle Osborna in Ehrenbergerová (2006) dělíme bílkoviny z hlediska rozpustnosti na: - Albuminy (leukosiny), které jsou rozpustné ve vodě. - Globuliny (edestiny) rozpustné v roztocích elektrolytů. - Prolaminy (hordeiny), které jsou rozpustné v 70% etanolu a nerozpustné ve vodě. - Gluteliny (gluteniny), které jsou z části rozpustné ve zředěných roztocích kyselin a zásad. Albuminy jsou vysokomolekulární bílkoviny s relativní molekulovou hmotností v průměru 70 kda a izoelektrickým bodem ležícím mezi 4,6 až 5,8. Podle různých autorů se obsah albuminů v ječmeni pohybuje od 11 do 12,1 % (Prokeš 2000). Globuliny se elektroforeticky dělí na 4 frakce s rozdílnými molekulovými hmotnostmi. Význam má především β-globulin, který při ph 4,9 a vysokém obsahu síry tvoří 13

14 nebiologické zákaly piva (Basařová et al. 2010). Celkový obsah globulinů v zrnu ječmene je asi 8,4 % (Hulín et al. 2008). Prolaminy se dělí na 5 složek a jsou příčinou vratných i nevratných zákalů piva (Prokeš 2000). Podle strukturních a funkčních vlastností byly prolaminy rozděleny do tří skupin: S-Poor (chudé na síru, C-hordeiny), S-Rich (bohaté na síru, B-hordeiny a γ-hordeiny) a HMW (vysokomolekulární frakce, D-hordeiny) prolaminy. Jejich obsah v zrnu se pohybuje v rozmezí 25 až 37 % (Hulín et al. 2008). Gluteliny obsahují 4 formy. Jejich obsah v ječmeni kolísá od 30 až do 54,5 % z celkového obsahu bílkovin. Gluteliny nejsou odbourávány a jsou odstraněny s mlátem a také patří mezi nejméně prozkoumanou bílkovinnou frakci (Prokeš 2000). V zrnu jsou také přítomny složené bílkoviny, neboli proteidy, což jsou dusíkaté látky, které po hydrolýze poskytují bílkoviny, jejich štěpné produkty a nebílkovinné látky. Rozdělují se na lipoproteiny, chromaproteiny, fosfoproteiny, glykoproteiny a nukleoproteiny, jež jsou nejdůležitější (Ehrenbergerová 2006). Z technologického hlediska mají dusíkaté látky zásadní význam, neboť limitují zpracovatelnost ječmene na slad. Pro sladování by mělo zrno obsahovat co nejvíce extrahovatelných látek, střední obsah dusíkatých látek (10 12 %) a aktivní enzymy. Mezi extraktivní látky patří zejména štěpné produkty škrobu. Enzymy působí při výrobě sladu na klíčení. Největší význam mají hydrolázy, které štěpí cukry, bílkoviny, tuky a fosforečné estery. Vitamíny v zrnu ječmene jsou důležité při klíčení a kvašení, protože se podílejí na syntéze řady enzymů (Pelikán et al. 2004). 3.2 Hodnocení kvality ječmene a sladu Sladovnický ječmen je specifickou surovinou, na kterou sladovnický a pivovarský průmysl klade mimořádně vysoké nároky (Špunarová et al. 2007). Na kvalitě sladovnického ječmene se podílí řada faktorů, které jsou ze dvou třetin ovlivněny vnějšími podmínkami a jednou třetinou geneticky - odrůdou (Zimolka et al. 2000) Hodnocení zrna sladovnického ječmene Požadavky na kvalitu zrna sladového ječmene jsou stanoveny v normě ČSN Sladovnický ječmen (tab. 2). Kvalita zrna ječmene ovlivňuje jak 14

15 zpracování, tak i kvalitu konečného výrobku. Pro hodnocení kvality sladovnického ječmene se v České republice používají metody EBC (European Brewery Convention - Evropská pivovarská konvence) a MEBAK (Mitteleuropäische Brautechnische Analysenkommission - Středoevropská pivovarsko-technologická analytická komise) (Psota, Ehrenbergerová 2008). Tab. 2: Přehled jakostních parametrů sladovnického ječmene podle ČSN Parametr Limitní hodnota Barva pluchy žlutá i méně vyrovnaná Přepad zrna nad sítem 2,5 mm v hm. % nejméně 85,0 Zrnové příměsi sladařsky nevyužitelné v hm. % nejvýše 3,0 Zrnové příměsi sladařsky částečně využitelné v hm. % nejvýše 6,0 Neodstranitelná příměs v hm. % nejvýše 1,0 Klíčivost (H2O2) v % z celkového počtu zrn nejméně 96,0 Obsah dusíkatých látek v sušině (N x 6,25) v hm. % a) nejméně 10,0 b) nejvýše 12, Subjektivní znaky Mezi subjektivní znaky patří barva a jemnost pluchy, podíl pluch, vůně, tvar a velikost zrna, odrůdová čistota a zdravotní stav (poškození skladištními škůdci). Barva zrna by měla být slámově žlutá a lesklá, neboť promoklé ječmeny ztrácejí lesk. Plísně, rez a bakterie způsobují barevné změny, jako je skvrnitost, zahnědlé špičky apod. (Dudáš, Pelikán 1987). Na výskytu zahnědlých špiček zrn má vliv mnoho faktorů, z nichž počasí je převládající (Petr, Capouchová 2010). Zeleno-modrá nebo bělavá zrna jsou nedozrálá a obsahují větší množství dusíkatých látek (Chloupek et al. 2005). Podíl a jemnost pluchy jsou další posuzované znaky. U našich jarních odrůd je podíl pluch 7 až 9 %. Jemná plucha charakterizuje kvalitní sladovnický ječmen a slouží jako filtrační vrstva (Kosař et al. 2000). Zatímco hrubá plucha značí méně jakostní zrno (Polák et al. 1998). Vůně by měla být čistá, čerstvě slámová (Prokeš, Psota 1997). Vůně může naznačovat zapaření obilí, výskyt škůdců nebo špatné uskladnění na nevhodném či nevyčištěném místě (Polák et al. 1998). Tvar a velikost zrna záleží na odrůdě, z technologického hlediska jsou nejlepší 15

16 odrůdy se středně velkým zrnem (Dudáš, Pelikán 1987). Tyto ukazatele ovlivňují příjem vody a tím i proces klíčení a jeho homogenitu (Prokeš, Psota et al. 1997) Objektivní znaky Mezi objektivní znaky patří - mechanické, fyziologické a chemické ukazatele. Mechanické ukazatele Podíl zrna nad sítem 2,5 mm vypovídá o plnosti a vyrovnanosti zrn partie ječmene. Vysoký podíl tzv. zadního zrna (zrna, která propadnou sítem) je nežádoucí a má za následek snížení výtěžnosti sladu a také negativně ovlivňuje obsah bílkovin a extraktivnost sladu (Kosař et al. 2000). Vady a poškození zrn ječmene rozděluje norma ČSN Sladovnický ječmen dle zpracovatelského významu do dvou kategorií: - Zrnové příměsi sladařsky nevyužitelné obsahují zrna ječmene, která jsou ze sladovnického hlediska znehodnocena (např. zrna s vyraženým klíčkem, mechanicky deformovaná atd.). Tyto zrna s velkou pravděpodobností nikdy nevyklíčí, a pokud přece jen klíčí, pak klíčí atypicky, jsou vhodné pro rozvoj plísní, produkujících mykotoxiny a zhoršují některé další parametry (Psota, Ehrenbergerová 2008). - Zrnové příměsi částečně sladařsky využitelné jsou zrna s vadami a poškozeními, které zrnu nebrání klíčit (např. zahnědlé špičky či zrna bez pluch). Zrna v této kategorii poškozují vzhled vyrobeného sladu, negativně ovlivňují jeho homogenitu i hygienickou nezávadnost (Psota 2006). Objemová hmotnost je hmotnost jednoho hektolitru zrn v kg. Závisí na velikosti, tvaru a hmotnosti zrna (Psota, Vejražka 2006). Ječmeny bohaté na škrob mají vyšší objemovou hmotnost, a proto podle ní lze usuzovat na vhodnost ječmene ke sladování. Rozdíl mezi objemovou hmotností ječmene (72 74 kg) a sladu (52 60 kg) udává úroveň rozluštění sladu (Basařová 2010). Hmotnost tisíce zrn (HTZ) závisí na tvaru a hustotě zrn. Hodnoty HTZ u ječmene se pohybují okolo 40 g v sušině. HTZ může sloužit pro předpověď extraktu ječmene. (Psota, Vejražka 2006). 16

17 Povahu endospermu, jeho moučnatost nebo sklovitost, určuje poměr škrobu a dusíkatých látek. Požaduje se moučnatý endosperm, neboť při máčení sklovitá zrna přijímají vodu pomaleji a jsou těžko rozluštitelné (Kosař et al. 2000). Fyziologické ukazatele K rozhodujícím znakům kvality patří klíčivost a klíčivá energie. Významná je také rychlost klíčení (Kosař et al. 1997). Pro sladování je důležitým ukazatelem také hodnota namáčivosti a citlivost na vodu Klíčivost je podíl všech živých zrn ječmene schopných vyklíčit, vyjádřený v procentech. Ihned po sklizni není schopno zrno klíčit, protože je v posklizňovém dozrávání - v dormanci (Hubík 2002). Klíčivost ovlivňuje technologický proces výroby sladu. Pokud zrno špatně klíčí, ovlivňuje tak všechny kvalitativní parametry sladu a to se projeví zejména nedostatečně rozluštěným sladem (Kosař et al. 1997). Klíčivou energií (KE) se rozumí procento vyklíčených zrn v daném čase. KE udává zdravotní stav ječmene a jeho vhodnost ke zpracování (Basařová et al. 1992). Chemické ukazatele Obsah dusíkatých látek (bílkovin) je nejvýznamnějším kritériem sladovnické hodnoty a na jeho obsahu závisí kvalita sladu. Při jejich zvýšení o 1 % klesá extraktivnost až o 0,8 %, Kolbachovo číslo klesá o 2 %. Zato se zvyšuje diastatická mohutnost a relativní extrakt při 45 C (Prokeš et al. 1997). Pro výrobu kvalitních sladů by se měl podle Kosaře et al. (2000) obsah bílkovin pohybovat do 11,5 %, jako optimální hodnota se považuje 10,8 %. Obsah škrobu v ječmeni částečně souvisí s obsahem bílkovin. Škrobová složka je nositelem extraktivnosti sladu (Prokeš et al. 1997). Jeho obsah by se měl pohybovat kolem %, aby byla zajištěna minimální hranice extraktivnosti sladu (81,5 %). Obsah škrobu také závisí na stavu porostů a délce slunečního svitu v závěrečných fázích vegetace (Kosař et al. 2000). Vlhkost ječmene je také důležitým znakem. Musí se sledovat již při zahájení sklizně, při posklizňových úpravách a další manipulaci. U uskladněného ječmene by se měla pohybovat pod 15 %, kvůli možnému rozšiřování nežádoucí mikroflóry a skladištních škůdců (Polák et al. 1998). 17

18 3.2.2 Ukazatele sladovnické jakosti (USJ) Kvalita jednotlivých odrůd sladovnického ječmene je hodnocena dle USJ (tab. 3). Jednotlivé znaky a jejich úroveň jsou výsledkem vzájemného působení genotypu a prostředí. Výsledek hodnocení znaků se vyjadřuje pomocí devítibodové stupnice. Odrůdy, které získají méně než 4 body, se označují za nesladovnické. Odrůdy s USJ 4 9 patří mezi sladovnické odrůdy (Černý et al. 2007). Tab. 3: Ukazatele sladovnické jakosti (Psota 2006) Parametry Jednotky Nepřijatelná hranice 1 Optimální hranice 9 Bílkoviny v zrnu ječmene % 9,5 10,2 11,7 11,0 Extrakt v sušině sladu % 81,5 83,0 Relativní extrakt při 45 C % 35,0 40,0 53,0 48,0 Kolbachovo číslo % 40,0 42,0 53,0 48,0 Diastatická mohutnost WK Dosažitelný stupeň prokvašení % 79,0 82,0 Friabilita % 79,0 86,0 Obsah β-glukanů ve sladině mg/l Pozn. WK- jednotky Windisch-Kolbach. Extrakt v sušině sladu je ukazatelem úrovně amylolytického rozluštění škrobu. Vyjadřuje, kolik procent extraktivních látek sladu může být převedeno do roztoku za podmínek rmutování a poskytuje informaci o možném pivovarském výtěžku (Psota, Ehrenbergerová 2008). Relativní extrakt při 45 C doplňuje informace o cytolytické a proteolytické aktivitě ve sladu. Udává poměr extraktu získaného při 45 C a extraktu, který je získán při kongresním rmutování (Psota, Ehrenbergerová 2008). Kolbachovo číslo udává procentický poměr rozpustného dusíku ve sladině k celkovému dusíku ve sladu (Hubík 2002). Jeho hodnota vyjadřuje stupeň rozluštění dusíkatých látek a má úzký vztah k obsahu rozpustného dusíku a α-aminodusíku (Psota 2006). Diastatická mohutnost charakterizuje aktivitu amylolytických enzymů (zejména 18

19 β-amyláz) hydrolyzující škrob (Špunarová et al. 2007). Tento znak koreluje s obsahem dusíku v zrnu ječmene (Psota 2006). Dosažitelný stupeň prokvašení udává využitelnost extraktu kvasinkami. Množství zkvasitelných cukrů a jejich relativní podíl mají vliv na míru prokvašení. Také záleží na stopových prvcích a složení dusíkatých látek. (Psota, Ehrenbergerová 2008). Friabilita neboli křehkost sladu ukazuje úroveň rozluštění buněčných stěn a bílkovin během klíčení (Špunarová et al. 2007). Křehkost či tvrdost sladu se posuzuje pomocí friabilimetru, sklerometru či mürbimetru nebo se hodnotí distribuce rozemletých částic sladu přístrojem PSI (Particle Size Distribution) (Basařová 2010). Obsah β-glukanů ve sladu, resp. ve sladině je velmi důležitý, neboť vyšší obsah je ze sladařského a pivovarského hlediska nežádoucí (Zimolka, Milotová 2006). Vysoký obsah zvyšuje viskozitu sladiny a piva, snižuje varní výtěžek sladu, prodlužuje se doba scezování a zhoršuje se filtrovatelností piva. Jeho obsah je ovlivněn hlavně technologií sladování, odrůdou a ročníkem. Ideální hodnota obsahu β-glukanů je 150 mg/l (Špunarová et al. 2007). Nižšího obsahu β-glukanů ve sladině lze dosáhnout pouze s vysokou aktivitou β-glukanázy v průběhu sladování (Psota et al. 2010) Vliv agroekologických faktorů Kvalitním sladovnickým ječmenům se nejlépe daří v úrodných rajonech řepařských oblastí v polohách do 250 m nadmořské výšky (Zimolka 2006). Díky zvyšování roční průměrné teploty v celé ČR a častějších suchých období, se pěstování ječmene rozšiřuje i do obilnářské a bramborářské oblasti (Psota, Ehrenbergerová 2008). Nejvíce mu vyhovují středně těžké, hlinité, písčitohlinité nebo jílovité půdy s půdní reakcí 6-7 ph. Vhodné jsou černozemě, hnědozemě, černice a kambizemě (Facenko, Ložek 2000). Ječmen vyžaduje dobrý fyzikální a strukturní stav půdy, dostatek vzduchu a nekolísající vláhový režim. Předplodina je po ročníku nejvýznamnějším faktorem ovlivňující jakost zrna. Nejvhodnější je zařazení ječmene po okopanině, neboť podporuje příznivý fyzikální stav půdy (Lekeš et al. 1985). Kvůli ubývání okopanin v osevním sledu, se zařazuje ječmen i po horších plodinách, zejména po obilninách a z nich především kukuřice nebo po olejninách (Hřivna et al. 2011). Kromě půdních podmínek záleží i na klimatických podmínkách, zejména aktuální 19

20 průběh počasí v daném ročníku (Zimolka 2006). Na tom právě závisí výnos i technologické parametry zrna ječmene (Hřivna et al. 2007). Podle Babiánka et al. (2010) průběh povětrnosti ovlivňuje výnos téměř z 94 %. Na tvorbu výnosu příznivě působí nižší teplota a sušší počasí od vzcházení ječmene až po sloupkování. V suchých a teplých ročnících se zvyšují hodnoty β-glukanů a pozitivní vliv má zejména zkrácení vegetační doby (Pelikán et al. 2004). V průběhu generativní fáze je ječmen citlivý na srážky a dochází k poklesu výnosu i kvality zrna (Fecenko, Ložek 2000). Ze zkušeností Hřivny et al. (2007) velmi dobré povětrnostní podmínky během dozrávání zrna pozitivně ovlivňují jeho tvorbu, což se odráží i ve vyšším podílu zrna na sítě 2,8 mm a 2,5 mm. Sluneční svit a přiměřená vlhkost půdy podporují vyšší obsah škrobu (Prokeš et al. 1997). Zvýšené nároky sladovnického ječmene na půdní podmínky, hydrologické poměry a přístupné živiny jsou ovlivněny vysokou tvorbou biomasy za poměrně krátkou vegetační dobu a méně vyvinutou kořenovou soustavou ve srovnání s ostatními obilovinami (Richter, Bezděk 2000). Agroekologickými podmínkami je velmi výrazně ovlivňován obsah dusíkatých látek (Psota 2006). Z pokusů Prokeše (2000) je obsah bílkovin ovlivněn až z 80 %. Na nižší obsah bílkovin ječmene má vliv brzký termín setí a delší vegetační období. Také nižší srážky a chladné počasí při sloupkování až po metání mají vliv na nižší obsah bílkovin. Naopak suché počasí v generativní fázi se projevuje zvýšením bílkovin v zrnu (Fecenko, Ložek 2000). Na obsahu dusíkatých látek také souvisí struktura porostu. Obsah dusíkatých látek se zvyšuje u řídkých porostů, kde je výnos tvořen vysokým podílem odnoží vyššího řádu. Ovšem mírný nárůst dusíkatých látek se projevuje také při nadměrně vysokých výsevcích. Za vyšší obsah dusíkatých látek až o 1 % může i intenzivní výskyt chorob, především hnědé skvrnitosti, které devastují asimilační plochu horních listů (Klem 2009, Klem et al. 2010). 3.3 Výživa a hnojení ječmene Příjem živin je jedním ze základních projevů života rostliny a je spojen především s kvalitativními změnami a produkcí nové hmoty. Z atmosféry přijímají rostliny převážně uhlík (CO 2 ), kyslík (O 2 ) a částečně i H 2, a to pomocí listů, stonků 20

21 i generativních orgánů. Pomocí listové výživy můžou rostliny přijímat i některé další živiny jako N, P, K, Ca, Mg, Fe, mikroelementy atd. ve formě rozpustných solí. Větší význam má však příjem všech živin a vody kořeny (Richter 2004). Ječmen je velmi citlivý na výživu a hnojení, protože ve srovnání s ostatními obilovinami má slabší kořenový systém, krátké vegetační období a slabší transpirační proud (Fecenko, Ložek 2000). Ječmen během vegetace přijímá velké množství živin. Na jednu tunu zrna ječmene a odpovídajícího množství slámy se odčerpá kg dusíku; 3,5 6,2 kg fosforu; 16,6 21,0 kg draslíku; 5,7 8,5 kg vápníku; 1,2 2,4 kg hořčíku a 4,0 4,2 kg síry (Příkopa 2005). Nedostatek živin omezuje růst rostliny, počet klasů na rostlinu, počet zrn v klasu, HZT, obsah bílkovin a škrobu v zrnu (Richter et al. 2006). Na růst rostliny působí dobrá zásoba živin od počátku vegetace. Pro kvalitní výnos je potřeba v prvních 15 dnech zajistit dostatečný příjem fosforu, kdežto pro tvorbu biomasy po vytvoření třetího listu vyžaduje ječmen více dusíku (Richter et al. 2006). V prvním měsíci vegetace ječmen vytvoří % z celkového množství organické hmoty, přitom odčerpá až 50 % úhrnného množství živin. Do metání, tj. asi za 60 dní, přijme ječmen zhruba 75 % z celkových přijatých živin (Fecenko, Ložek 2000) Faktory ovlivňující příjem živin Příjem živin je ovlivňován vnitřními a vnějšími faktory. Vnitřní faktory jsou dány geneticky a souvisí s mohutností kořenového systému. Využití genetického potenciálu souvisí s vnějšími podmínkami, mezi které patří povětrnostní vlivy (teplota, srážky, sluneční svit), složení atmosféry, půdní vlastnosti, agrotechnické zásahy (zpracování půdy, druh předplodiny, zaorávka řepného chrástu, termín setí, velikost výsevku), hnojení a zdravotní stav porostu (Richter, Hlušek 1999). Vysoce intenzivní krátkostébelné odrůdy ječmene využívají vyšší dávky dusíku i ostatních živin lépe než dlouhostébelné (Kosař et al. 2000). Velký vliv na příjem živin má klima, například ve vlhkých ročnících se může zvýšit příjem fosforu o více než 40 %. Podobný vliv má i typ půdy, zejména na dusíkaté hnojení (Kosař et al. 2000). Příjem vody a živin ovlivňuje také teplota. Například příjem fosforu je při teplotách nižších než 10 C minimální. Pro příjem nitrátového dusíku je hraniční teplota kolem 21

22 5 C, kdežto amoniakální dusík je přijímán i při nižších teplotách (Kováčik 2012). Ječmen vyžaduje vysokou předplodinovou hodnotu půd. Ubývá předplodin hnojených hnojem a je nutno je nahradit organickými hnojivy. S tím souvisí i pokles stavu hospodářských zvířat a zkrmování řepného chrástu. Proto se musí řepný chrást zaorávat. Když je chrást čerstvý a je zapraven do půdy mělčeji, většina dusíku je mineralizována ještě na podzim a nedochází k jeho uvolňování během vegetace. Jestliže je ale chrást zvadlý a zaoraný těsně před mrazem, zvyšuje obsah bílkovin v zrnu (Richter et al. 2006) Hnojení během vegetace U sladovnického ječmene by měla být rozhodující část dusíku aplikovaná před setím. Avšak v současné době se ječmen pěstuje hlavně po obilninách při nízké úrovni hnojení, a proto značná část porostů trpí nedostatkem dusíku a dalších živin již v období odnožování (Richter et al. 2006). Proto se nabízí možnost úpravy výživného stavu cestou listové výživy. Rostlině je dodáván dusík s prvkem, kterého se rostlině nedostává k nastartování rostliny při aktuálním nedostatku živiny přijímané z půdy. Pro aplikaci listové výživy musí být rostliny dostatečně vzrostlé. První aplikace se provádí počátkem odnožování, kdy je nejvíce limitujícím prvkem fosfor. V době kvetení je vhodné aplikovat hnojiva s obsahem draslíku, který působí jako pumpa a zvyšuje tvorbu škrobu a snižuje obsah bílkovin v zrnu. Avšak pozdní aplikace listových hnojiv zvyšuje množství dusíkatých látek (Černý et al. 2007). V žádném případě nelze listovým hnojením nahradit hnojení plodin přes půdu (Richter et al. 2006). 3.4 Dusík ve výživě ječmene Dusík je významným prvkem nejen pro mikroorganismy, ale zejména pro rostliny, kde je součástí aminokyselin, amidů, bílkovin, pyrimidinových, purinových bází, nukleových kyselin, chlorofylu enzymů a dalších biologicky aktivních látek (Richter 2004). V přírodě je dusík zastoupen především jako plynný N 2, který může být v symbióze některých bakterií s druhy rostlin z čeledi Fabaceae využit. Rostlina přijímá dusík ve dvou formách iontů, a to amonného kationtu (NH + 4 ) nebo nitrátového aniontu (NO - 3 ). Příjem nitrátového aniontu převažuje většinou v biologicky aktivních půdách (Procházka et al. 2007). Největší část dusíku v půdě je obsažena v organické 22

23 formě, která je pro rostliny nepřístupná a jen 1 2 % se nachází v minerální formě (Richter, Hlušek 2006) Koloběh dusíku Pro koloběh dusíku v přírodě má největší význam dusík atmosféry, který se do půdy dostává fixací mikroorganismů, hnojivy, ve formě spadů. Dalším zdrojem dusíku jsou rostlinné zbytky (Vaněk et al. 2007). Kromě mikrobiální fixace může probíhat fixace dusíku v atmosféře i pomocí elektrických výbojů při bouřkách a působením slunečního záření, kdy je plynný dusík redukován na amoniak, respektive amonium NH + 4. Amonná forma dusíku je zabudována do organické hmoty a po jejím odumření je uvolněn amoniak. Ten může být znovu využit pro výživu rostlin, vázán v půdě, vypařován (volatilizován) do atmosféry nebo podléhat nitrifikaci. Vzniklý nitrátový dusík může sloužit také jako živina, může být redukován na amoniak nebo vyplaven z půdy. Také může být pomocí denitrifikace převeden na molekulární dusík, který se vrací do atmosféry a cyklus se tak uzavírá (Šimek 2003). Hlavní procesy přeměn dusíku uvádí obr. 2. Obr. 2: Hlavní procesy přeměn dusíku (Doležal 2009) 23

24 3.4.2 Hnojení dusíkem Rostliny odčerpávají dusík sklizněmi, proto pro vyrovnanou bilanci dusíku v půdě ho musíme pravidelně doplňovat hnojivy (Richter, Hlušek 2006). Dusík, aplikovaný v přiměřené dávce a ve vhodné době, zabezpečuje nejen vysoký výnos, ale i dobrou sladovnickou hodnotu (Chloupek et al. 2005). Hlavně je důležité stanovit dávku dusíku podle předplodiny, půdní úrodnosti a směru pěstování (Richter 2004). Neboť nesprávně zvolená dávka dusíkatých hnojiv stejně tak jako pozdní mineralizace posklizňových zbytků se může negativně projevit na zvyšování obsahu dusíkatých látek v zrnu ječmene (Hřivna et al. 2011). V současnosti se výpočty dávky dusíku při hnojení ječmene vyjadřují z obsahu minerálního dusíku v půdě a předpokládaného výnosu. Množství minerálního dusíku v půdě záleží na půdě, vlhkosti, oxidačně-redukčním potenciálu půd, ph, kvalitě organických dusíkatých látek a hnojení (Richter et al. 2006). Klem et al. (2010) uvádí, že množství mineralizovaného dusíku by společně s aplikovaným dusíkem nemělo za vegetaci překročit optimum pro očekávaný výnos, které se pohybuje okolo 21 kg N na 1 t zrna. Základní dávka dusíku závisí na výrobní oblasti a zejména pak záleží na předplodině. Například po kukuřici na zrno je zaznamenán nízký obsah minerálního dusíku v půdě a je nutné zvýšit dávku dusíku (Poláková 2007). Po hnojem hnojené cukrovce dávka dusíkatých minerálních hnojiv většinou nepřesahuje 40 kg N/ha. Dusíkatými hnojivy není potřeba hnojit po zaorávce chrástu, kdy je k dispozici dostatek až nadbytek dusíku (Vaněk et al. 2007). Tuto skutečnost potvrzují i výsledky pokusů Hřivny et al. (2010), ze kterých jednoznačně vyplývá, že po kvalitní předplodině není potřeba provádění korekce výživného stavu dusíkem a stačí provést základní hnojení dusíkem před setím nebo na začátku vegetace. Dříve se sladovnické odrůdy ječmene pěstovaly v chudých půdách, ale moderní odrůdy snášejí až 100 kg N/ha (Chloupek et al. 2005). Celková dávka dusíku u sladovnického ječmene by však neměla překročit 100 kg N/ha, protože i přes zvýšení výnosu by mohly nastat problémy s obsahem dusíkatých látek v zrnu (Černý, Vašák 2006). Podle Richtera, Hluška (2006) se v ČR v průměru používá 76,6 86,4 kg N/ha/rok v minerálních hnojivech a 20,2 32,5 kg N/ha/rok ze statkových hnojiv. 24

25 Při volbě formy dusíku před setím je nutné zohlednit reakci půdy a obsah přístupného hořčíku v půdě. Jestliže jsou oba faktory vyhovující, jsou všechna průmyslová hnojiva téměř stejně účinná (Fecenko, Ložek 2000). V půdách s menší dostupností dusíku (ve vyšších a vlhkých polohách) je rozhodující aplikace na začátku vegetace na jaře (Chloupek et al. 2005). Vaněk et al. (2007) a další autoři doporučují u ječmene pro sladovnické účely celou dávku dusíku (60 80 kg N/ha) aplikovat jednorázově před setím ve formě síranu amonného, močoviny, případně dusičnanu amonného s močovinou (DAM 390). Pro jarní ječmen jsou také vhodné dobře rozpustné ledky amonné s vápencem (LAV) nebo dolomitem (LAD) a kombinovaná hnojiva s fosforem (např. Amofos) (Černý et al. 2007). Mohou však nastat případy, že i jarní ječmen na sladovnické účely potřebuje přihnojit menší dávkou dusíku, např. při pomalém počátečním růstu, nevyrovnaných porostech, případně na lehčích půdách ve vlhkých rocích (Fecenko, Ložek 2000). Musíme tak celkovou dávku rozdělit tak, že asi 2/3 se aplikují před setím a zbytek se nechá k přihnojení během vegetace ve fázi dvou listů až počátku odnožování (Vaněk et al. 2007). V nezbytném případě lze ječmen přihnojit i koncem odnožování a počátkem sloupkování nejlépe kapalným hnojivem. Nejčastěji se volí ředěné hnojivo DAM 390 nebo roztoky močoviny (Černý et al. 2007) Projevy nedostatku dusíku Nedostatek dusíku od počátku vegetace se projevuje omezením tvorby bílkovin, a tím současně i omezením růstu rostliny a tvorbou základních orgánů (Richter et al. 2006). Deficit dusíku se projeví až po přechodu rostliny z výživy ze semen na výživu prostřednictvím kořenů (Kováčik 2007). Rostliny jsou slabé a nízké, porosty jsou nevyrovnané a světlejší (obr. 3). Rostlina odbourává dusíkaté látky a chlorofyl ve starších listech, aby zachovala vegetační vrchol. Nejstarší listy žloutnou a při silném nedostatku dusíku postupně dochází k odumírání a opadu starších listů (Příkopa 2005). Při nedostatečné výživě dusíkem dochází ke klamnému dojmu rychlého dozrávání, výrazné jsou i morfologické změny kořene, který se málo větví a roste do délky. Projevuje se hluboký pokles obsahu dusíkatých látek až na hodnotu 10 % (Richter et al. 2006). Při dlouhodobém nedostatku dusíku se také zhoršuje fyzikální stav půdy, což má za následek zhoršování půdní úrodnosti (Flohrová 1996). 25

26 Obr. 3: Nevyrovnaný porost díky nerovnoměrné aplikaci dusíku (Příkopa 2005, foto Bergmann) Projevy nadbytku dusíku V období odnožování vede nadbytek dusíku k zahušťování porostu (Kosař et al. 2000), rostliny produkují více vegetativní hmoty. V pletivech rostlin se tvoří více parenchymatických buněk na úkor sklerenchymatických, a tím se snižuje pevnost stébel, zvyšuje se možnost poléhání a rostliny jsou více náchylné k chorobám (Kováčik 2011). Rostliny mají větší asimilační plochu, listy jsou temně zelené a spodní často žloutnou v důsledku nedostatku světla (Richter, Hlušek 1999). Také se redukuje počet klasů a zrn v klasu, zvyšuje se obsah bílkovin v zrnu a snižují se ostatní jakostní ukazatele (Příkopa 2005). Podle Petra et al. (2010) má vyšší obsah přijatého dusíku a vyšší dávky dusíkatého hnojení pozitivní vliv na výskyt zahnědlých špiček Vliv dusíku na výnos a kvalitu ječmene Dusík rozhoduje o dynamice tvorby sušiny a kvality zrna ječmene. Ovlivňuje obsah bílkovin, mechanické vlastnosti a parametry sladu (Richter et al. 2006). Pro dosažení kvalitní produkce je důležitou podmínkou optimální zásoba dusíku v rostlinách na počátku vegetace, ale i v jejím průběhu. Vysokého podílu předního zrna je dosaženo při racionální výživě dusíkem, v případě, že byl dusík využit ječmenem během vegetace pro tvorbu výnosu a nebyl uložen do zrna (Hřivna 2006). Obsah dusíkatých látek v zrnu je dán zejména poměrem mezi množstvím 26

27 dostupného dusíku a výnosem, do kterého se tento dusík v podobě bílkovinných struktur ukládá. Záleží ovšem na času, ve kterém je dusík rostlinám k dispozici a jeho rozdílné působení v různých fázích růstu na výnos a kvalitu. Stejné množství dostupného dusíku v různých růstových fázích může obsah dusíkatých látek v zrnu snižovat i zvyšovat. Jestli mají rostliny v průběhu odnožování optimální množství dusíku, zvyšuje se počet stébel, výnos a tím se zvyšuje i zřeďovací efekt, kdy je mineralizovaný dusík ukládán ve vyšším množství zrna a dochází k poklesu dusíkatých látek. Naopak pokud mají rostliny nedostatek dusíku v průběhu odnožování, vytváří se nižší výnos (Klem et al. 2010). Podle Kosaře et al. (2000) je množství zásobních proteinů (hordeinů) značně ovlivněno zásobou přijatelného dusíku v půdě. Hnojení dusíkem může také ovlivnit odnožování, čímž se zvyšuje riziko horšího vývoje obilek, ukládání škrobu a s tím je spojen i vyšší obsahu proteinů v zrnu ječmene (Chloupek et al. 2005). Podle pokusů Hřivny (2006, 2012) mělo hnojení ječmene dusíkem v období vzcházení porostu vliv na zvýšení výnosu zrna v průměru o 0,274 1,049 t/ha, rostla také objemová hmotnost a obsah škrobu. Potvrdil i to, že s dávkou dusíku klesá obsah extraktivních látek (Hřivna et al. 2007). Podle Hřivny et al. (2010) a Běhala et al. (2011) ovlivňuje výnos dávka dusíku. 3.5 Síra ve výživě ječmene Síra je nezbytnou hlavní živinou, ale ještě v nedávné minulosti se výzkumu potřeby hnojení sírou nevěnovala patřičná pozornost (Matula 2007), a proto v literatuře chybí i dostatečné množství informací o hodnocení sladovnické jakosti ječmene (Hřivna et al. 2012). Síra je nutná pro syntézu aminokyselin cysteinu a methioninu, kde zejména u reziduí cysteinu napomáhají vazby S-S k vytváření a stabilizaci terciární struktury bílkovin. Síra je také součástí mnoha vitamínů, hormonů a dalších biologicky aktivních látek včetně enzymů a strukturních složek buněk (Šimek 2003). Rostliny přijímají síru z půdy převážně v síranové formě SO 2-4, pokud je přítomen thiosíran S 2 O 2-3, i ten může být rostlinami přijat. (Jez et al. 2008). Nepatrné množství síry může být přijímáno ve formě nízkomolekulárních organických látek, např. cysteinu nebo methioninu (Matula 2007). 27

28 3.5.1 Koloběh síry v půdě Celkový obsah síry v půdě kolísá od 0,01 do 2 %. Síra se v půdě nachází ve formě anorganické, a to hlavně jako sulfáty (sírany), sulfidy (sirníky), elementární síra a tiosulfáty, a také v mnoha organických sloučeninách (Šimek 2003). Organická síra se nachází v rostlinných a živočišných zbytcích ve formě bílkovin, polypeptidů a aminokyselin (Richter 2007). Zdrojem organické formy jsou také statková hnojiva nebo minerální hnojiva. V koloběhu síry (obr. 4) hrají roli i sloučeniny ve formě oxidu siřičitého, které se do půdy dostávají z ovzduší díky průmyslu, dopravě, spalováním fosilních paliv aj. (Vaněk et al. 2007). Obr. 4: Koloběh síry v přírodě (Delwiche 1983 in Richter 2007) Přeměny síry v půdě se rozdělují do čtyř základních fází: oxidace, redukce, zabudování síry do organických sloučenin a mineralizace organických sloučenin síry (Fecenko, Ložek 2000). Při mikrobiálním rozkladu bílkovin vzniká sirovodík a malé množství merkaptanů. V aerobních podmínkách dochází k sulfurikaci, kdy je sirovodík oxidován sirnými bakteriemi přes elementární síru až na sírany. Naopak při desulfurikaci se sírany redukují na sirovodík působením bakterií. Vedle toho dochází v půdě i k imobilizaci síry půdními mikroorganismy, případně i při tvorbě humusových kyselin a humusu (Richter 2007). Z půdy se síra uvolňuje vymýváním, povrchovým 28

29 odtokem, vypařováním nebo odnosem biomasy rostlin (Šimek 2003). Hlavní příčinou ztráty síry z půdy je vymývání síranů. Na intenzitu vymývání má vliv řada faktorů, jako je druh půdy a její vodní tržnost, klimatické podmínky a systém hospodaření na půdě (Zelený, Zelená 1996). Podle Fecenka, Ložka (2000) se vyplavování síry zvyšuje hnojením průmyslovými hnojivy Síra v rostlině Obsah síry v rostlině se během vegetace mění, ale většinou se její obsah pohybuje v intervalu 0,1 0,5 % (Jez et al. 2008). Na obsahu síry v zrnu ječmene má vliv nejen odrůda, ale i místo pěstování, klimatické podmínky nebo technologie pěstování (Kosař et al. 2000). Z hlediska výživy rostlin hlavní úlohu hraje kořenová výživa, prostřednictvím které rostliny přijímají z půdy sírany. K příjmu síry, hlavně oxidu siřičitého, dochází také pomocí listů (Kováčik et al. 2012). Sírany vstupují do metabolismu už v kořenech nebo jsou transportovány do listů, kde se spolu s dusíkem účastní syntézy bílkovin (Fecenko, Ložek 2000). První vznikající stabilní organickou sloučeninou je v rostlinných pletivech cystein. Z cysteinu se dále syntetizuje další esenciální aminokyselina methionin (Vaněk et al. 2007). Hlavní funkcí síry je tvorba disulfidického můstku v bílkovinách či polypeptidech při syntéze cystinu ze dvou molekul cysteinu. Další podstatná funkce skupin SH v metabolizmu je jejich účast v enzymatických reakcích. Síra je součástí glutationu, koenzymu A, ferredoxinu a vitamínů biotinu a thiaminu (Fecenko, Ložek 2000). Asi % z celkem přijaté síry slouží ke tvorbě sirných aminokyselin a zbytek jdou na ostatní sirné sloučeniny (Flohrová 1996) Hnojení sírou Doposud nehrálo hnojení sírou významnou roli, neboť síra byla v dostatku dodávána v hnojivech a výrazný přísun síry byl také z ovzduší (Vaněk et al. 2007). Avšak v současnosti se přísun síry v hnojivech i atmosféře snížil a pro rostliny hrozí nedostatek této živiny (Zhao et al. 2006). Hlavně kvůli legislativním požadavkům se museli vyvinout modernější technologie výroby tzv. bezbalastních minerálních hnojiv a snížit emise síry (Babiánek, Ryant 2009). K zajištění dostatku síry pro rostliny se musí věnovat značná pozornost. Pro 29

30 určení potřeby hnojení sírou se musí sledovat obsah přijatelné síry v půdě, údaje o celkových spadech síry v dané oblasti nebo diagnostika rostlin (Vaněk et al. 2002). Pro stanovení výživného stavu rostlin sírou lze kromě celkového obsahu síry v rostlinách využít také obsah síranů, podíl síranů na celkové síře, poměr síry k dusíku nebo některé další indikátory (Ryant 2004). Porost ječmene spotřebuje asi 4,2 kg S/t výnosu zrna včetně slámy (Richter et al. 2006). Proto na výnos mezi 6 7 t zrna je potřeba v půdě zajistit okolo 30 kg S/ha. Současný atmosférický spad síry v ČR je kolem 8,5 kg S/ha/rok, z toho vyplývá, že je nutno do půdy dodat asi kg S/ha (Richter et al. 2008). Hnojení můžeme vypustit při zaorávce posklizňových zbytků brukvovitých plodin a cukrovky, které mají vyšší obsah síry. Značné nároky na síru má ječmen v prvních 30 dnech po zasetí a její hodnoty se ve fázi listu pohybují na 0,5 0,6 %. S nárůstem biomasy její obsah klesá na 0,4 % a v počátku sloupkování činí 0,28 % (Richter et al. 2008). Hnojení je nejčastěji spojeno s použitím dusíkatých hnojiv obsahujících síru, jako je močovina se sírou, ledek amonný se síranem vápenatým (LAS), dusičnan amonný a síran amonný (DASA), případně vícesložková hnojiva se sírou (Vaněk et al. 2007). Podle Richter at al. (2006) jsou také dobré zkušenosti se sádrovcem, jednoduchým superfosfátem a draselnými i hořečnatými hnojivy obsahující síru. Podle Flohrové (1996) tam, kde jsou předpoklady pro vznik nedostatku síry, by se mělo preventivně hnojit dávkou kg S/ha. Nedostatek síry lze předpokládat na lehčích propustnějších půdách (Zhao et al. 2006) s relativně nižším emisním zatížením. Pro omezení již zjevného nedostatku během vegetace, i když je to složité, lze využít mimokořenové aplikace hnojiv se sírou, např. SK-sol, roztok SAMu, případně i hořké soli (Vaněk et al. 2007). Dalším zdrojem síry pro agroekosystém se může využít odpadních forem síry. Tradičním odpadem z výroby koksu či kaprolaktamu je síran amonný, který je dobře rozpustný a pro rostliny přístupný. Další síranovou formou síry je sádrovec, který je produktem při odsíření tepelných elektráren nebo odpadem z chemického průmyslu. V posledních letech dochází také k odsířování pohonných hmot při rafinaci ropy a stále větší produkci odpadní elementární síry (Ryant et al. 2007). 30

31 3.5.4 Projevy nedostatku síry U ječmene se deficit síry podobá deficitu dusíku. Rostliny mají menší a užší listy, kratší a slabší stébla a tvoří méně klasů s menším počtem zrn. Následkem nedostatku síry je také snížený výnos zrna (Příkopa 2005). Již do tří týdnů od vzejití se objevují výrazné příznaky její deficience na listech (Richter et al. 2008). Chloróza se rozvíjí od nejmladších listů (obr. 5) a při trvalém nedostatku přechází na celou rostlinu (Richter et al. 2006). Podle Vaňka et al. (2007) je nedostatek síry dáván do souvislosti s vyšším výskytem některých houbových chorob, ale i výskytem škůdců. V rostlinách trpících nedostatkem síry se zvyšuje množství rozpustných forem organického dusíku a dusičnanů. Při nedostatku síry se zpomaluje syntéza bílkovin, neboť vznikají disproporce při tvorbě aminokyselin obsahujících tento prvek (Kováčik et al. 2012). Dochází ke zvýšení obsahu na síru chudých C-hordeinů a ke snížení na síru bohatých B a D-hordeinů (Syrová, Ryant 2012). Včasná diagnostika deficitu síry v rostlině je velmi důležitá, protože příznaky nedostatku síry se mohou snadno zaměnit za symptomy nedostatku dusíku (Kováčik et al. 2012). Obr. 5: Nedostatek síry na listech ječmene (Richter et al 2006, foto Taylor) Projevy nadbytku síry V našich podmínkách nebyl nadbytek síry a s ním poškození rostlin pozorován. Nadbytek síry se musí posuzovat ze dvou hledisek. Vysoká koncentrace síranů v půdě většinou na rostliny negativně nepůsobí, neboť vyšší obsah síranů snáší rostliny poměrně dobře, protože nadbytečné množství mohou ukládat ve svých pletivech bez 31

32 poškození. Až koncentrace síranů nad 4000 mg/l půdního roztoku, působí na rostliny depresivně (Vaněk et al. 2007). Častější jsou však otravy oxidem siřičitým z ovzduší, kdy se při zvýšené koncentraci u rostlin projeví lehké skvrny na špičkách listů až úplné vyblednutí listů a odumření rostliny (Richter, Hlušek 1999) Vztah mezi dusíkem a sírou U obilnin je výživa sírou důležitá, neboť podporuje využití dusíku (Jez et al. 2008). Efektní využití dusíku závisí na dostatečné zásobě síry hlavně v období tvorby a formování generativních orgánů (Eriksen et al. 2001). Kvůli propojení metabolických cest obou živin to platí i naopak, účinnost síry je do určité míry závislá na přísunu dusíku (McGrath, Zhao 2006; Ryant et al. 2007). Kritériem výživného stavu rostlin sírou je poměr síry k dusíku, který je méně závislý na fenofázi porostu. Poměr N/S je pro každou plodinu charakteristický. Optimální poměr by měl být 15,77 14,87/1. Obecně poměr větší než 20 indikuje deficitní výživu rostliny sírou. Diagnostika výživy sírou se stále vyvíjí a není dořešena. O jejím uplatnění v technologii rostlinné výroby k upřesnění potřeby hnojení sírou bude rozhodovat funkčnost a jednoduchost diagnostického testu (Matula 2007). Dusíkatá hnojiva se sírou mohou na lehkých půdách působit příznivěji na výnos než dusíkatá hnojiva bez síry. Na zvýšení výnosu se aplikace síry podílí mnohem více při vysokých dávkách dusíku, než při nízkých dávkách dusíku. Při nízkých dávkách dusíku stačí uvolnění síry mineralizací organických látek v půdě k pokrytí její potřeby. (Příkopa 2005). To potvrzují i výsledky Hřivny (2006) nebo Richtera et al. (2008). Hnojení dusíkem spolu se sírou má nejen vliv na vyšší výnos ječmene, ale také na jeho kvalitu, neboť jsou důležitými prvky pro syntézu bílkovin (Hřivna 2006) Vliv síry na výnos a kvalitu ječmene a sladu Tam, kde jsou možné různé formy hnojiv, síra přispívá ke zlepšení kvality výnosů. Sírany podporují ukládání cukru a škrobu a tím zlepšují kvalitu sklizně (Flohrová 1996). S růstem dávky síry, roste i výnos ječmene (Radoch et al. 2010, Hřivna et al. 2010). Při porovnávání Babiánka, Ryanta (2009) různých forem síry, měla lepší účinek na výnos ječmene síranová síra než elementární síra. Pro tvorbu biomasy je síra nezbytná zejména v prvních třiceti dnech vegetace. Při 32

33 dostatku síry, jsou rostliny více odolné proti biotickým a abiotickým stresům (Ryant et al. 2007). Potarzycki, Grzebysz (2007) uvádí, že budoucí kvalitu zrna můžeme poznat na základě chemického rozboru nezralých zrn. Obsahuje-li zrno ječmene 0,23 % síry a poměr N/S je pod hodnotou 8, můžeme očekávat vysoký výnos a sladařsky kvalitní sklizeň. Hnojení sírou zvyšuje podíl větších zrn (Radoch et al. 2011). Síra má vliv na kvalitu bílkovin, neboť je nezbytná pro tvorbu sirných aminokyselin (Hřivna et al. 2011). Snížit koncentraci dusíku v zrnu a příznivě ovlivnit extrakt a hodnotu Kolbachova čísla může aplikace síry v pozdějších fázích růstu rostlin ječmene (Eriksen, Mortensen 2004). Aplikace síry zvyšuje výnos zrna, a tím může docházet ke snížení obsahu dusíkatých látek díky zřeďovacímu efektu (Syrová, Ryant 2012). Síra nemá vliv jen na kvalitu zrna ječmene, ale také na slad. Jak již bylo zmíněno, síra je součástí dvou aminokyselin - metioninu a cysteinu, základních stavebních prvků pro proteosyntézu. Obsah bílkovin v zrnu je limitujícím faktorem kvality ječmene. Vysoká koncentrace síry v zrnu ječmene však může negativně ovlivnit senzorickou jakost piva (Ryant et al. 2007). Charakteristická vůně je udávána jako po vařené zelenině (kapustě nebo zelí). Na nepříznivé ovlivnění chuti piva mají vliv látky vznikající ze sirných sloučenin, které jsou vytvářeny v procesu sladování. K těmto látkám patří dimethylsulfid (DMS), který vzniká z S-methylmethioninu (SMM) a dimethylsulfoxidu (DMSO), které se označují jako jeho prekurzory (PDMS). Obsah DMS je ve sladu ovlivňován zejména teplotou a dobou hvozdění a množstvím vzduchu, který prochází hvozdem (Kosař et al. 2000), svůj význam má ale i odrůda zpracovávaného ječmene. Limitní hodnota PDMS ve sladu je 6 mg/kg (Syrová, Ryant 2011). Ze studie Zhao et al. (2006) vyplývá, že aplikací síry dochází ke zvýšení aktivity hydrolytických enzymů a ke zvýšení koncentrace prekursorů DMS ve sladu. Je-li ovšem dávka síry přiměřená a odpovídá požadavkům rostlin, nedochází k nárůstu její koncentrace v zrně a nejsou tak vytvořeny předpoklady pro vyšší obsah PDMS ve sladu (Hřivna et al. 2010). Negativní vliv na obsah PDMS může mít i průběh povětrnostních podmínek v období dozrávání (Hřivna et al. 2007). 33

34 4 MATERIÁL A METODIKA 4.1 Založení pokusu Pokusy byly založeny jako maloparcelní v roce 2012 na pozemcích zemědělského podniku Agrospol Velká Bystřice u Olomouce. Pozemky se nachází v mírně teplém a mírně vlhkém klimatickém regionu. Půda je středně těžká, půdním typem je hnědozem. Předplodinou pro pěstování ječmene byla cukrovka a všechny posklizňové zbytky byly zaorány. 4.2 Charakteristika experimentálního materiálu Pro pokus byla vybrána odrůda jarního ječmene Bojos. Udržovatelem je společnost Limagrain Central Europe Cereals, s.r.o. Jedná se o polopozdní, středně vysokou odrůdu, vyšlechtěnou v roce Odrůda s výběrovou sladovnickou kvalitou vhodná pro výrobu českého piva. Patří mezi odrůdy s nadprůměrně vysokým výnosem zrna a je vhodná do všech výrobních oblastí. Má vynikající zdravotní stav. Odrůda je absolutně odolná proti padlím travním, odolná vůči napadení hnědou a rhynchosporiovou skvrnitostí a vysokou odolnost má také proti fuzariózám v klase. Citlivější je k napadení rzí ječnou. Tato odrůda má velmi dobrou odolnost vůči poléhání, vysoký přepad zrna, klas je dlouhý, středně hustý, v plné zralosti háčkující, zrno velké s vysokou HTZ s jemně vrásčitou pluchou (Černý et al. 2007). 4.3 Průběh povětrnosti a vegetace na dané lokalitě v roce 2012 V lednu 2012 se teploty pohybovaly nad bodem mrazu, ochlazení přišlo až na konci měsíce. Srážky byly nadprůměrné. V první polovině února pokračovalo silné ochlazení. V druhé polovině měsíce se začalo oteplovat. Ranní teploty první dekády března byly mrazivé, odpolední teploty se pohybovaly do 10 C. Srážky byly minimální. Zbytek měsíce panovalo poměrně stálé počasí a rozběhla se příprava pozemku pro setí jařin. Setí bylo realizováno v poslední dekádě měsíce března. Zhruba 34

35 do poloviny dubna bylo velmi suché a teplé počasí, pak se citelně ochladilo a až ke konci měsíce se opět zvyšovaly teploty. Jařiny se nacházely na konci dubna ve fázi odnožování. Začátek května byl chladný s minimem srážek a u porostů se začal projevovat vláhový deficit. Celkově byl květen teplotně nadnormální a srážkově hluboce podnormální. Červnové počasí přineslo očekávané srážky. Na začátku srpna proběhla sklizeň porostu. Přehled průběhu povětrnosti nejdůležitějších měsíců roku 2012 je uveden v tab. 4 a na obr. 6. Tab. 4: Průběh povětrnosti v roce 2012 Měsíc Teploty [ C] Srážky [mm] Teplotní normál [ C] Srážkový normál [mm] Leden 0,1 49, Únor -4,4 26, Březen 6,3 8 3,9 25 Duben 10,5 31 8,9 33 Květen 16, ,3 61 Červen ,1 70 Červenec 21,2 84,2 18,9 71 Srpen 20,7 71,2 18,7 57 Obr. 6: Průběh povětrnosti v roce

36 4.4 Schéma pokusu Výsev byl proveden Bylo vyseto 4 MKS/ha. Každá z variant byla založena ve 4 opakováních. Velikost parcel byla 21,6 m 2, pro sklizeň byla upravena na 14,3 m 2 (13 x 1,1 m). Na jaře 2012 byl pokus ošetřen herbicidy, morforegulátory a insekticidy. Pro pokusy byly zvoleny 2 hladiny hnojení dusíkem 30 a 50 kg N.ha -1, dávka síry se u jednotlivých variant lišila. Aplikace proběhla ve dvou termínech. V době vzcházení porostu byla aplikována tuhá dusíkatá hnojiva (LAV), tuhá dusíkatá hnojiva se sírou (SA a DASA) a kapalná dusíkatá hnojiva se sírou (SAM). Souběžně bylo na variantách provedeno hnojení elementární sírou. Na obr. 7 je zobrazen porost v době odnožování. V počátku sloupkování porostu proběhla druhá aplikace kapalnými hnojivy (DAM a SAM) u variant s vyšší dávkou dusíku. Aplikace dusíkatých hnojiv a dusíkatých hnojiv se sírou byla provedena dle uvedeného schématu (tab. 5). Tab. 5: Schéma pokusu Termín aplikace Po vzejití Počátek sloupkování Celkem (kg.ha -1 ) Varianta Typ hnojiva N (kg.ha -1 ) Typ hnojiva N (kg.ha -1 ) N S 1 kontrola LAV LAV DAM SA SA 30 SAM DASA DASA 30 SAM SAM SAM 30 SAM LAV + S LAV + S1 30 DAM LAV + S LAV + S2 30 DAM Pozn.: LAV 27 ledek amonný s vápencem (27 % N, 20 % CaO), SA síran amonný (20,3 % N, 24 % S), DASA (26 % N, 13 % S), SAM (19 % N, 6 % S), DAM (30 % N), S1, S2 elementární síra (1, 2 značí velikost dávky). 36

37 Obr. 7: Porost v době odnožování 4.5 Sklizeň pokusu Porost byl sklizen maloparcelní sklízecí mlátičkou Wintersteiger. U všech variant byl stanoven výnos zrna a jeho kvalita. Byla stanovena objemová hmotnost pomocí obilného měřiče, Steineckerovým prosévadlem přepad zrna nad sítem 2,5 a 2,8 mm, obsah N-látek Kjeldahlovou metodou a škrob Ewersovou metodou (Basařová et al. 1992). Jednotlivé bílkovinné frakce (albuminy, globuliny, hordeiny a gluteniny) v bílkovinném komplexu zrna ječmene a sladu byly analyzovány pomocí HPLC s UV detekcí při vlnové délce 214 nm. Kolona byla použita Vydac 218TP C18, vyhodnocení pomocí softwaru Agilent Chemstation for LC and LC/MS Systems. 4.6 Vyhodnocení výsledků Výsledky byly zpracovány do tabulek a grafů a vyhodnoceny jednofaktorovou analýzou variance s následným testováním dle Tukeye. K hodnocení bylo využito programu Excel a Statistica 8. 37

38 5 VÝSLEDKY A DISKUSE 5.1 Hodnocení jakosti zrna Výnos zrna Skwierawska et al. (2008) popisuje ve své práci malý, avšak průkazný pozitivní vliv aplikace síry na výnos zrna jarního ječmene. V našich pokusech byl průkazně nejnižší výnos zrna (7,51 t/ha) zaznamenán u kontrolní varianty (var. 1) (obr. 8). Vyšší dávky dusíku se pozitivně projevily u většiny variant, avšak rozdíly nebyly statisticky průkazné. Nejvyšší výnos byl dosažen u variant s vyšší intenzitou hnojení dusíkem, kde bylo po vzejití aplikováno hnojivo DASA (var. 7) a SAM (var. 9) a počátkem sloupkování hnojivo SAM u obou variant. Zřejmě se zde projevil příznivý vliv společné aplikace dusíku se síranovou sírou. K podobným závěrům dospěli také Eriksen et al. (2002) nebo Příkopa (2005). Kombinace hnojení vyšších dávek dusíku se sírou bylo v průměru u všech variant efektivnější. To potvrzuje také Hřivna (2006) a Richter et al. (2008). Efekt společné aplikace N a S se nemusí vždy projevit stejně. Rozhodující vliv zde může mít i ročník. Potvrzuje to Hřivna et al. (2010) a Běhal et al. (2011), kteří pozorovali vyšší efekt společné aplikace N a S při nižších dávkách dusíku. Výnos zrna ječmene Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti 9,0 8,5 8,771 8,719 8,638 8,564 8,553 8,566 8,560 8,471 8,508 8,458 8,521 8,407 t.ha -1 8,0 7,5 7,510 7, varianta Obr. 8: Výnos zrna [t/ha] 38

39 5.1.2 Přepad zrna na sítě 2,8 mm Čím vyšší je podíl větších zrn, tím vyšší je předpokládaná extraktivnost suroviny, zejména škrobu. Byla provedena frakcionace zrna a stanoven přepad zrna na sítě 2,8 mm a na sítě 2,5 mm. Nejvyšší hodnota přepadu zrna na sítě 2,8 mm (76,8 %) (obr. 9) byla stanovena u kontroly, k čemuž přispěl nízký výnos. Zaznamenali jsme, že celkově bylo větší zrno sklizeno u variant s nižší intenzitou hnojení dusíkem. To je Tab. 6: Přepad zrna na sítě 2,8 mm [%] Var. Přepad zrna na sítě 2,8 mm [%] a b c d Průměr 1 80,10 80,60 79,20 67,31 76,8 2 78,50 78,20 74,10 74,65 76,4 3 73,50 70,20 72,70 65,58 70,5 4 77,50 76,00 76,50 72,74 75,7 5 73,40 68,90 72,50 65,06 70,0 6 78,70 78,80 75,70 71,15 76,1 7 73,60 71,30 71,70 63,36 70,0 8 78,40 78,40 74,50 71,16 75,6 9 75,60 72,90 70,50 66,29 71, ,40 77,80 73,72 77,69 76, ,00 71,30 69,10 65,04 70, ,00 75,10 73,08 71,54 73, ,70 71,60 67,41 66,11 69,2 82 Přepad zrna nad sítem 2,8mm Vertikální sloupce označují 0,95 interv aly spolehliv osti % v arianta Obr. 9: Přepad zrna na sítě 2,8 mm [%] 39

40 zřejmě způsobeno nižším počtem klásků v klase a tím distribuce asimilátů do menšího počtu zásobních orgánů. Podobné výsledky zjistil i Hřivna et al. (2010, 2012), kdy použití vyšší dávky dusíkatých hnojiv podíl této velikostní frakce zrna spíše snižovalo. Aplikace síry se na velikosti zrna v tomto roce významně neprojevila Přepad zrna na sítě 2,5 mm Přepad zrna na sítě 2,5 mm (obr. 10) se pohyboval v rozmezí 16,9 22,1 %. Vyšší hodnoty byly pozorovány u variant s nižšími hodnotami přepadu zrn na sítě 2,8 mm, respektive s vyššími dávkami dusíku. Tab. 7: Přepad zrna na sítě 2,5 mm [%] Var. Přepad zrna na sítě 2,5 mm [%] a b c d Průměr 1 16,80 15,60 15,90 24,05 18,1 2 16,20 16,20 19,40 19,81 17,9 3 19,80 21,10 20,50 25,39 21,7 4 17,30 17,00 17,10 21,64 18,3 5 19,40 22,20 20,60 24,72 21,7 6 16,10 15,90 17,20 22,51 17,9 7 18,90 20,70 20,50 27,88 22,0 8 16,10 16,30 19,60 22,39 18,6 9 20,00 19,90 22,20 26,13 22, ,70 16,80 19,55 16,74 16, ,40 20,80 22,83 26,08 22, ,80 19,10 20,14 21,75 19,7 13 7,30 21,20 23,58 26,00 19,5 Obr. 10: Přepad zrna na sítě 2,5 mm [%] 40

41 5.1.4 Podíl plných zrn V průměru se hodnoty podílu plných zrn ( 2,8 + 2,5 mm) (obr. 11) pohybovaly mezi 88,7 94,9 %. Nejvyšší hodnota podílu plných zrn (94,9 %) byla stanovena u kontrolní varianty (var. 1) a vysoké podíly byly stanoveny i u variant s nižšími dávkami dusíku, kde se projevila schopnost porostu kompenzovat za nepříznivých podmínek nižší výnos vyšším podílem plných zrn. Naopak nejmenší hodnotu (88,7 %) jsme zaznamenali u var. 13. Obr. 11: Podíl plných zrn [%] Objemová hmotnost Podle objemové hmotnosti lze usuzovat na vhodnost ječmene pro sladařské účely, protože podstatnou část zrna tvoří škrob s nejvyšší objemovou hmotností (Psota, Vejražka 2006). Objemová hmotnost zrna (obr. 12) byla poměrně variabilní, pohybovala se v rozmezí 66,6 69,9 kg/hl. Nejvyšší objemová hmotnost byla zaznamenána u variant hnojených přípravkem SAM a to jak při nižší, tak i vyšší hladině aplikovaného dusíku. Naopak nejnižší hodnoty byly naměřeny u variant bez aplikované síry (var. 1 3). Vyšších hodnot dosahovalo zrno u variant s nižší úrovní hnojení dusíkem. Tyto výsledky se shodují s výsledky Hřivny et al. (2010, 2012) nebo Radocha et al. (2010). 41

42 Tab. 8: Objemová hmotnost [kg/hl] Var. Objemová hmotnost [kg/hl] a b c d Průměr 1 67,375 66,375 67,650 67,800 67,3 2 67,550 66,425 64,800 67,625 66,6 3 67,325 66,100 66,450 66,775 66,7 4 67,475 67,375 67,750 67,950 67,6 5 67,350 66,250 67,225 67,500 67,1 6 67,700 67,175 67,050 67,575 67,4 7 67,650 67,025 67,125 77,700 69,9 8 66,925 67,325 67,075 77,750 69,8 9 67,025 67,325 67,500 66,025 67, ,900 68,900 67,475 68,000 68, ,375 66,850 67,175 67,025 67, ,100 67,700 67,475 67,225 67, ,650 66,220 66,250 66,900 66,8 Obr. 12: Objemová hmotnost [kg/hl] Obsah N-látek Optimální obsah bílkovin v zrnu ječmene je 10,7 11,5 % v sušině. Pokud sladovnické ječmeny obsahují bílkovin méně, jsou sice dostatečně extraktivní, ale zároveň enzymaticky slabé, a jsou proto hodnoceny jako sladařsky nevhodné (Prokeš 2000). Norma ČSN udává rozmezí % N-látek. Nejnižší obsah N-látek v zrnu (obr. 13) byl zjištěn u kontrolní varianty (var. 1). Při nedostatku N a S se zpomaluje syntéza bílkovin, neboť vznikají disproporce při tvorbě aminokyselin 42

43 (Richter et al. 2006; Kováčik et al. 2012). Vyšší obsahy N-látek jsme zaznamenali u variant hnojených vyšší dávkou dusíku. Nejvyšší obsah bílkovin byl zaznamenán u varianty 13, kde byla aplikována vyšší dávka dusíku spolu s nejvyšším množstvím aplikované elementární síry v rámci všech variant. Dávka síry se zde tedy projevila příznivě a podpořila utilizaci dusíku, jak uvádí většina autorů (Moss et al. 1983; Sepúlveda et al. 1993; McGrath, Zhao 1996; Zhao et al. 1999; Hřivna et al. 2001; Jez et al. 2008). Je-li dávka dusíku nízká a výnos zrna vysoký, může aplikovaná síra podpořit příjem dusíku a tím vylepšit jeho obsah, kdy dojde k silnému zřeďovacímu efektu. Tab. 9: N-látky [%] Var. N-látky [%] a b c d Průměr 1 9,63 8,85 9,56 9,91 9,5 2 9,70 9,77 10,41 10,69 10,1 3 9,84 9,56 10,41 11,12 10,2 4 9,63 9,35 10,41 11,19 10,1 5 10,13 10,13 10,83 11,12 10,6 6 9,70 9,84 10,69 10,97 10,3 7 10,13 10,13 10,48 12,04 10,7 8 9,49 9,63 10,20 10,90 10,1 9 10,05 10,27 10,62 11,82 10,7 10 9,70 10,34 10,41 11,33 10,4 11 9,84 10,41 10,83 11,82 10,7 12 9,63 10,13 10,41 10,90 10,3 13 9,91 10,48 11,19 12,04 10,9 Obr. 13: Obsah N-látek [%] 43

44 5.1.7 Obsah škrobu Obsah škrobu se pohyboval v rozmezí 64,4 67,1 %. Podle pokusů Hřivny et al. (2010) se potvrdil negativní vztah mezi průměrným obsahem škrobu v zrnu a výnosem. U kontrolní varianty, kde byl stanoven nejvyšší obsah škrobu, byl dosažen nejnižší výnos. Hřivna et al. (2007; 2010; 2011) zjistili, že aplikace síry vedla ke zvýšení obsahu Tab. 10: Škrob [%] Var. Škrob [%] a b c d Průměr 1 67, , , , ,1 2 64, , , , ,1 3 69, , , , ,3 4 66, , , , ,8 5 75, , , , ,8 6 65, , , , ,6 7 65, , , , ,1 8 67, , , , ,0 9 67, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0 Obr. 14: Obsah škrobu [%] 44

45 škrobu v zrnu ječmene. Toto tvrzení se však u všech variant nepotvrdilo. Nejvyšší hodnota byla stanovena u kontrolní varianty a var. 12, kde byla aplikovaná nižší dávka dusíkatého hnojiva spolu s vyšší dávkou elementární síry. Naopak nejnižší hodnota byla zaznamenána u var. 11, kde byla aplikována vyšší dávka dusíku spolu s nižší dávkou elementární síry. U této varianty se tedy zvýšilo množství N-látek na úkor obsahu škrobu (obr. 13, 14). Ke stejnému závěru dospěl i Kandera (1994) nebo Hřivna et al. (2007; 2012). 5.2 Hodnocení bílkovinného komplexu zrna Zralá zrna ječmene obsahují celou škálu proteinů, které se liší svou funkcí, umístěním, strukturou a dalšími fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Frakční složení bílkovin ovlivňuje jak technologickou, tak i nutriční a nepřímo i hygienickou kvalitu zrna (Kuktaite et al. 2004). Zastoupení jednotlivých skupin proteinů je závislé na celkovém obsahu bílkovin v ječmeni. Hulín et al. (2008) uvádí následující složení: albuminy 12,1 %, globuliny 8,4 %, hordeiny 25 % a gluteliny 54,5 %. V rámci hordeinů zrno ječmene obsahuje 2 10 % HMW hordeinů (D-hordein), % S-poor hordeinů (C-hordein) a % S-rich (B-hordein a γ-hordein) (Shewry 2006). Na obr. 15 je znázorněn souhrn všech bílkovinných frakcí v celozrnném šrotu zrna ječmene. Nejvíce zastoupenou frakcí byly S-rich hordeiny, jejichž obsah se pohyboval v rozmezí 59,02 52,45 %. Naopak nejmenší obsah (4,8 5,69 %) byl vysokomolekulárních podjednotek glutelinů. Suma albuminové, globulinové frakce a D-hordeinů v celozrnném šrotu se pohybovala v rozmezí 13,41 17,7 %. Podobně zastoupenou frakcí byly i nízkomolekulární podjednotky glutelinů, jejichž obsah v zrnu byl 14,34 15,67 %. Obsah C-hordeinů se pohyboval v rozmezí 8,18 8,9 %. 45

46 Obr. 15: Bílkovinný komplex zrna [%] D-hordeiny, albuminy a globuliny Zastoupení na síru bohatých vysokomolekulárních D-hordeinů se prokazatelně zvyšovalo u variant s aplikovanou sírou. Při dostatku síry dochází ke zvýšení obsahu na síru bohatých B a D-hordeinů (Syrová, Ryant 2012). Suma albuminové, globulinové frakce a D-hordeinů (obr. 16) v celozrnném šrotu se pohybovala v rozmezí 13,41 17,7 %. Obr. 16: Obsah D-hordeinů, albuminů a globulinů [%] 46

47 5.2.2 C-hordeiny Vysokomolekulární C-hordeiny jsou na síru chudou subfrakcí s molekulovovu hmotností kda (Hulín et al. 2008). Zastoupení C-hordeinů (obr. 17) bylo poměrně vyrovnané a pohybovalo se v rozmezí 8,18 8,9 %. Tvrzení Shewryho (2006), že při nedostatku síry dochází ke zvýšení C-hordeinů, se nepotvrdilo. Obr. 17: Obsah C-hordeinů [%] B-hordeiny B-hordeiny jsou prolaminy bohaté na síru, jejich molekulová hmotnost se pohybuje v rozmezí kda a jsou největší hordeinovou frakcí (80 %). Oproti předpokladům se nepotvrdil vliv aplikované síry na jejich procentuální zastoupení (obr. 18), nejvyšší obsah byl pozorován u variant 1 3 bez aplikace síry. Obr. 18: Obsah B-hordeinů [%] 47

48 5.2.4 Nízkomolekulární podjednotky glutelinů Z celkového obsahu proteinů v zrnu tvoří gluteliny asi 32 % (Kosař et al. 2000). Obsah nízkomolekulárních podjednotek glutelinů (obr. 19), které jsou označovány jako S-rich, měl vzrůstající tendenci v závislosti na dávce aplikované síry. Jejich zastoupení bylo nejvyšší u variant 10 a 12 s nižší hladinou hnojení dusíkem a aplikovanou elementární sírou v dávce 30 i 50 kg/ha. Obr. 19: Obsah LMW podjednotek glutelinů [%] Vysokomolekulární podjednotky glutelinů Obsah vysokomolekulárních podjednotek glutelinů (obr. 20) byl poměrně vyrovnaný a pohyboval se v rozmezí 4,8 5,69 %, opět můžeme zaznamenat mírně vzrůstající trend v závislosti na aplikaci síry. Obr. 20: Obsah HMW podjednotek glutelinů [%] 48

49 5.3 Hodnocení bílkovinného komplexu sladu Celkový obsah bílkovin, jak uvádí Basařová et al. (2010), bývá ve sladu o 0,3 % nižší než v zrnu ječmene. Varianty pokusu byly zesladovány ve Výzkumném ústavu pivovarském a sladařském v Brně a byl hodnocen bílkovinný komplex zrna pomocí HPLC. Vyhodnocení bylo provedeno s přihlédnutím k práci Celus et al. (2006) D-hordeiny, albuminy a globuliny Jak je patrné z obr. 21, obsah D-hordeinů, albuminů a globulinů se ve sladu v porovnání s ječným zrnem výrazně zvyšoval. Obsah albuminů a dalších rozpustných proteinů vzrůstá během procesu klíčení degradací vysokomolekulárních proteinů. (Basařová et al., 2010). Albuminy a globuliny se během sladování štěpí až z 30 % (Prokeš 2000). Aktivita proteolytických enzymů, štěpící nativní bílkoviny, se během klíčení významně zvyšuje. Zpočátku se nejvíc štěpí D-hordein (Celus et al. 2006), později glutelin. Z globulinů zůstává nezměněn pouze β-globulin (Pelikán et al. 2004). Obsah D-hordeinů, albuminů a globulinů se ve sladu zvyšoval na úkor B-hordeinů a nízkomolekulárních podjednotek glutelinů. Obr. 21: Obsah D-hordeinů, albuminů a globulinů ječmene a sladu [%] C-hordeiny Zastoupení na síru chudých C-hordeinů (obr. 22) bylo u všech variant vyrovnané a pohybovalo se v rozmezí 9,06 9,58 %. V porovnání se zrnem ječmene se ve sladu obsah C-hordeinů zvyšoval. 49

50 Obr. 22: Obsah C-hordeinů [%] B-hordeiny Obsah B-hordeinů (obr. 23) ve sladu byl poměrně výrazně redukován, docházelo k jejich degradaci na nízkomolekulární sloučeniny (Celus et al. 2006). Jejich zastoupení u jednotlivých variant bylo vyrovnané a pohybovalo se mezi 43,5 48,4 %. Obr. 23: Obsah B-hordeinů ječmene a sladu [%] Nízkomolekulární podjednotky glutelinů Zastoupení nízkomolekulárních podjednotek glutelinů (obr. 24) se v porovnání se sladem výrazněji neměnilo, neboť nejsou odbourávány a jsou odstraněny s mlátem. Gluteliny patří mezi nejméně prozkoumanou bílkovinnou frakci (Prokeš 2000). 50

51 Obr. 24: Obsah nízkomolekulárních podjednotek glutelinů ječmene a sladu [%] Vysokomolekulární podjednotky glutelinů Obsah vysokomolekulárních podjednotek glutelinů (obr. 25) se naopak ve sladu zvyšoval na hodnoty mezi 6,21 6,89 %. Obr. 25: Obsah vysokomolekulárních podjednoteky glutelinů ječmene a sladu [%] 51