L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová

Transkript

1 ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ Ročník LII 1 Číslo 4, 2004 Vliv hnojení DUSÍKEM A sírou na PODÍL BÍLKOVINNÝCH FRAKCÍ pšenice ozimé L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová Došlo: 2. dubna 2004 Abstract HŘIVNA, L., HURTOVÁ, L., GÁLOVÁ, J.: The impact of nitrogen and sulphur fertiliying on the share of proteinous fractions in winter wheat. Acta univ. agric. et silvic. Mendel. Brun., 2004, LII, No. 4, pp The impact of fertilizing containing combination of nitrogen and sulphur on the N-substances contain in grain and the share of particular proteinous fractions of wheat of Samanta species was researched within the small-allotment trials in years It has been proved that application of nitrogen together with sulphur positively influenced the sum of extracted N-substances. In both trial years the increase reached the average variant in relative comparison 3,83 3,8%. While in the first trial year the impact of sulphur was stronger when the share of nitrogen was bigger (increase 6,7%) the next year there was opposite trend and the increase of N-substances contain was higher with lower share of N and S (5,77%). While in 2000 the share of albumin in grain varied, in 2001 it had decreasing trend as the share of nitrogen increased. Trial year had the strongest impact on the content of globulin, prolamin and glutein in wheat grain. nitrogen, sulphur, proteins, proteinous fractions Metabolické cesty dusíku a síry v rostlině spolu těsně souvisí. Efektivní využití dávek N, a tím i dosažení odpovídajícího výnosu, je přímo závislé na dostatečném přísunu síry (Schnug, Haneklaus, 1994). Vliv aplikované síry na rostliny byl popisován již Earglem a EatoneM (1951). Také TandoN (1992) uvádí, že dostatečná dávka síry zvyšuje utilizaci dusíku rostlinami. Vlivem síranové formy se podle Schnuga et al. (1993) zvyšuje využití dusíku u ozimé pšenice z 59 na 75 % a u jarní pšenice z 31 na 43 %. To má příznivý vliv na obsah bílkovin v zrnu. Bílkoviny tvoří významnou složku pšeničného zrna. Jejich zastoupení a kvalita ovlivňuje nutriční, krmnou a technologickou jakost. Obsah bílkovin v sušině kolísá ve velmi širokém rozpětí od 8 do 20 % (Prugar a Hraška, 1986). Bílkoviny pšeničného zrna tvoří složitý komplex vzájemně se odlišující svými vlastnostmi. Významnou roli zde sehrává např. molekulová hmotnost, délka a rozvětvení řetězců, aminokyselinové složení, pohyb v elektrickém poli, rozdílná rozpustnost v různých rozpouštědlech (Šašek a Prugar, 1969). Právě rozdílné rozpustnosti pšeničných bílkovin ve vodě, solných roztocích, v etanolu a ve slabých roztocích kyselin a zásad využil Osborne (1924) k vypracování frakcionačního schématu, tvz. solubility testu, podle něhož je rozdělil na čtyři složky: albuminy, globuliny, prolaminy a gluteliny. Albuminy a globuliny jsou funkční (protoplazmatické) bílkoviny, které mají nejvyšší nutriční hodnotu po stránce aminokyselinového složení, ale podle některých autorů snižují kvalitu lepku (Bushuk, 1989). Zásobní bílkoviny gliadiny a gluteniny jsou z nutričního hlediska neplnohodnotné, jejich biologická 7

2 8 L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová úloha ale spočívá ve vyživování klíčícího zárodku rostliny, při klíčení zrna se rychle štěpí na peptidy a aminokyseliny a vytvářejí tím zdroj dusíku pro syntézu bílkovin ve vyvíjejícím se zárodku. Zásobní bílkoviny tvoří % lepku a tím v rozhodující míře ovlivňují jeho technologickou kvalitu. Fyzikálně chemické vlastnosti bílkovinného komplexu pšeničného zrna jsou dosti pevně geneticky fixovány v odrůdách, avšak do určité míry podléhají změnám podmínek vnějšího prostředí během vegetace, včetně agrotechnických opatření. Podle Lekeše (1982) se odrůda na množství lepku podílí 24 % a agrotechnické podmínky 75 %, ale na jakosti lepku má odrůda podíl až 68 %, prostředí 32 %. Hlavní biochemickou úlohou síry v bílkovinách je tvorba disulfidických vazeb (-S-S-) mezi peptidickými řetězci ze sulfhydrylových (-SH) skupin cysteinu a stabilizace bílkovinných struktur, což je velmi důležité při technologickém zpracování zrna, promítá se do jeho kvality a významně ovlivňuje jakost produktů ze zrna vyráběných, tj. mouky a chleba. Enzymy obsahující síru se účastní i redukce nitrátů (Mengel, 1991). Rostoucí koncentrace síry v rostlinách má spojitost s nárůstem gluteninových polymerů a s poklesem podílu oligomerů a monomerů v extraktu bílkovin zrna, což se promítá příznivě do rheologických vlastností těsta (Hřivna et al., 1998, ZHAO et al., 1997). Síra je tedy prvkem, který je z pohledu kvality zrna velmi významný. Ovlivňuje dusíkatý metabolismus rostliny a řadu technologických parametrů zrna. Cílem práce bylo ověření optimálního hnojení sírou a jeho vlivu na obsah bílkovinných frakcí pšenice ozimé. MATERIÁL A METODY V rámci maloparcelkových polních pokusů byl v roce sledován účinek hnojiv obsahujících síru společně s dusíkatou výživou na obsah bílkovinných frakcí pšenice ozimé. Pokusy byly založeny v katastru a. s. Agrospol Velká Bystřice u Olomouce. Agrochemické vlastnosti pozemků jsou uvedeny v tab. I. I: Agrochemické vlastnosti půdy ve sledovaných letech rok ph/kcl P K Ca Mg S vodorozpustná (mg. kg -1 ) (mg. kg -1 ) (mg. kg -1 ) (mg. kg -1 ) (mg.kg -1 ) , , ,5 Poznámka: obsah živin stanoven ve vodném výluhu dle Mehlicha III. Síra byla stanovena ve vodném výluhu (1:5), (Zbíral, 1996) Maloparcelkový polní pokus byl založen v obou letech shodně. Při předseťové přípravě byla provedena střední orba se zapravením P a K-hnojiv (Amofos 100 kg.ha 1 /52% P 2 O 5, 11,5%N/), KCl 200 kg.ha 1 / 60%K 2 O/). Setí bylo provedeno secím strojem Amazone s aktivními branami. Založení porostů v jednotlivých letech včetně dalších zásahů je uvedeno v Tab. II. Sklizeň pokusu byla provedena v plné zralosti maloparcelkovou sklízecí mlátičkou Wintersteiger, a to každé opakování samostatně. Z jednotlivých variant byly po sklizni odebrány vzorky zrna pro analýzy, z každé varianty vždy ve čtyřech opakováních. II: Agrotechnika pokusu rok předplodina orba termín setí výsevek plocha parcelky sklizeň 2000 řepka ozimá střední ,30 MKS. ha -1 21,6 m řepka ozimá střední ,96 MKS. ha -1 21,6 m V obou letech byla v pokusech vyseta pšenice Samanta, patřící k plastickým odrůdám zařazeným do skupiny pšenic jakosti A. Schéma pokusů je uvedeno v Tab. III a IV.

3 Vliv hnojení dusíkem a sírou na podíl bílkovinných frakcí pšenice ozimé 9 III: Hnojení jednotlivých variant v prvním roce pěstování varianta Hnojení N (kg.ha -1 ) celkem (kg.ha -1 ) regenerační 1.produkční 2.produkční N S 1-kontrola DA DA 30 DA DA 30 DA 30 DA Sd + 50 DA 30 DA Sd + 50 DA 30 DA 30 DA DASA 30 DASA DASA 30 DASA 30 DA DA 30 DAM DA 30 DAM 30 DA DA 30 SAM DA 30 SAM 30 DA Poznámka: DASA - dusičnan amonný se síranem amonným (26 % N, 13 % S) SAM - síran amonný s močovinou (24 % N, 8 % S) DAM - dusičnan amonný s močovinou (30 % N) DA - dusičnan amonný (34 % N) Sd - sádrovec (17,5 % S, 30 % CaO) Z důvodu poměrně nízkého obsahu N-látek v zrnu pšenice po 1. roku pěstování byla v roce 2001 intenzita hnojení dusíkem zvýšena o 20 kg.ha 1 (Tab. IV). IV: Hnojení jednotlivých variant ve 2. roce pěstování varianta Hnojení N (kg.ha -1 ) celkem (kg.ha -1) regenerační 1.produkční 2.produkční N S 1-kontrola DA DA 40 DA DA 40 DA 30 DA Kl. 60 DA 40 DAM+kl ,75 6 Kl. 60 DA 40 DAM+kl. 30 DAM+Kl , DASA 40 DASA DASA 40 DASA 30 DASA DA 40 DAM DA 40 DAM 30 DAM DA 40 SAM DA 40 SAM 30 SAM Poznámka DASA - dusičnan amonný se síranem amonným (26 % N, 13 % S) DAM - dusičnan amonný s močovinou (30 % N) DA - dusičnan amonný (34 % N) SAM - síran amonný s močovinou (24 % N, 8 % S) Kl- Klomag (dávka 5 kg.ha -1, 20 % MgO, 15 % N, 15 % S)

4 10 L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová Sklizeň byla provedena v plné zralosti. Odebrané vzorky zrna byly analyzovány. Celozrnný šrot byl získán pomletím zrna na šrotovníku MILL 120 fy Perten Instr. Laboratorní rozbory byly prováděny na MZLU v Brně, Ústavu technologie potravin. Bílkoviny zrna obilovin jsou v přirozeném stavu relativně bezvodé a každá jejich studie vyžaduje proto jejich převedení do roztoku. Pšeničné bílkoviny byly frakciovány upravenou metodou podle Lunda a Sandströma (1943), která dobře vyhovuje pro charakterizaci čtyř základních bílkovinných frakcí použitím klasických rozpouštědel, nese však již všechny znaky moderních extrakčních postupů. Tuto metodu použil i Šašek a Prugar (1969). Vzorky zrna pšenice byly nejprve sešrotovány a uloženy v polyethylénových prachovnicích v temnu při laboratorní teplotě. Do centrifugační kyvety byl navážen 1,000 g šrotu a přidáno příslušné extrakční činidlo. Třepáním na třepačce bylo extrahováno 20 minut a dále směs 5 minut odstředěna při 6500 ot./min. a čirý supernatant slit do spalovací tuby. Pro stanovení albuminů a ostatních vodou rozpustných N-látek byla použita k extrakci destilovaná voda, globuliny byly stanoveny pomocí roztoku 5% KCl, prolaminy v 70% etanolu a gluteliny v 0,2% KOH. Výluhy byly mineralizovány upravenou metodou dle Kjeldahla. Po spálení byly vzorky analyzovány na analyzátoru Kjel Tec. Hrubý protein byl vypočten jako množství dusíku násobeného faktorem 5,7. Zastoupení jednotlivých frakcí bylo přepočteno na sušinu a vyjádřeno v procentech. Získané výsledky byly vyhodnoceny analýzou variance pro hladinu významnosti P = 95%. Výsledky a diskuse Hnojení dusíkem příznivě ovlivnilo především sumu vyextrahovaných N-látek. V průměru obou ročníků byl nejnižší obsah zaznamenán u nehnojené kontroly. Ve většině případů obsah N korespondoval s dávkou dusíku (Tab. V a VI). Prokázalo se, že aplikace dusíku společně se sírou příznivě ovlivnila sumu extrahovaných N-látek. Zvýšení v obou ročnících představovalo v průměru variant v relativním srovnání 3,83 3,8 %. Námi dosažené výsledky korespondují i se závěry Schnuga et al. (1993), Hřivny et al. (2001) aj. Zatímco v prvním roce pozorování se účinek síry výrazněji projevil při vyšší dávce dusíku (přírůstek 6,7 %), v roce následujícím byl trend opačný a přírůstek obsahu N-látek byl vyšší při nižší dávce N a S (5,77 %). O úloze síry a jejím vlivu na kvalitu zrna pšenice se zmiňuje celá řada autorů. Většina z nich vidí význam síry v jejím příznivém vlivu na rheologické vlastnosti těsta, které se pak kladně promítají do objemu pečiva a kvality střídy. Jak uvádí Ryant (2002), Richter et al. (2001), Zhao et al. (1997) aj., síra v kombinaci s racionální výživou dusíkem může významně přispět k vysokému a přitom kvalitativně velmi dobrému výnosu zrna. Pekařská kvalita zrna je dána především kvalitou bílkovinného komplexu a vzájemným poměrem jednotlivých bílkovinných frakcí. V: Suma vyextrah. N-látek v suš. (%) (prům. hodnota ze tří opakování) rok 2000 Samanta Varianta suma vyextrah. rel.% N-látek v % 1 10,92 100, ,59 106, ,85 99, ,06 110, ,16 102, ,14 111, ,75 98, ,20 111, ,98 100, ,50 96, ,19 102, ,69 107,05 průměr 11,34 VI: Suma vyextrah. N-látek v suš. (%) (prům. hodnota ze tří opakování) rok 2001 Samanta Varianta suma vyextrah. rel.% N-látek v % 1 10,91 100, ,58 106, ,06 110, ,31 121, ,15 111, ,02 119, ,66 116, ,15 120, ,16 102, ,05 110, ,91 109, ,47 114,29 průměr 12,20

5 Vliv hnojení dusíkem a sírou na podíl bílkovinných frakcí pšenice ozimé 11 Z výsledků uvedených v Tab. VII a VIII vyplývá, že zastoupení jednotlivých bílkovinných frakcí bylo ovlivněno především ročníkem a dávkou dusíku. VII: Podíl jednotlivých bílkovinných frakcí u variant (rok 2000) Varianta Jednotlivé bílkovinné frakce v % albuminy globuliny prolaminy gluteliny nerozpust. zbytek 1 18,21 16,22 28,98 24,27 12, ,65 16,43 29,13 25,27 12, ,82 16,05 30,77 24,27 11, ,18 16,29 30,42 23,85 12, ,77 16,58 32,27 22,34 11, ,56 16,97 31,94 23,08 11, ,80 16,99 29,59 27,74 12, ,56 17,25 30,40 24,13 11, ,68 16,66 31,17 22,85 10, ,09 15,95 33,07 24,04 11, ,63 16,43 30,35 24,49 12, ,36 16,72 30,85 23,68 11,41 VIII: Podíl jednotlivých bílkovinných frakcí u variant (rok 2001) Varianta Jednotlivé bílkovinné frakce v % albuminy globuliny prolaminy gluteliny nerozpust. zbytek 1 21,12 13,66 37,36 18,63 9, ,96 12,25 36,99 20,85 9, ,36 12,76 38,70 20,50 9, ,53 13,37 40,01 21,80 9, ,28 12,13 38,05 20,84 9, ,92 13,01 38,09 21,07 9, ,08 14,70 37,05 21,43 8, ,57 14,69 37,87 20,84 9, ,20 16,20 35,17 20,30 9, ,96 15,25 36,86 21,38 8, ,96 14,80 35,01 20,72 9, ,72 17,01 33,34 21,97 9,95 Srovnáme-li výsledky z jednotlivých let, pak se rok 2000 vyznačoval vyšším obsahem globulinů, glutelinů a nerozpustného zbytku. Klimatické podmínky v roce 2001 vedly ke zvýšení tvorby albuminů a prolaminů (graf 6 a 7). V roce 2000 byl stanoven průměrný obsah albuminů 17,19 %, globulinů 16,54 %, prolaminů 30,54 % a glutelinů 23,92 %. Zrno pšenice v roce 2001 vykázalo v průměru vyšší sumu extrahovaných N-látek (12,20 %), což je v průměru o 0,86 % více ve srovnání s rokem 2000 (graf 1). Vyšší suma extrahovaných N-látek souvisí mimo jiné, jak uvádí Schnug et al. (1993), Zhao (1997) i s celkově vyšší intenzitou hnojení dusíkem, která byla námi v tomto roce zvolena. S vysokým ob-

6 12 L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová sahem sumy extrahovaných N-látek souvisel i vyšší průměrný obsah albuminů (18,47 %) a prolaminů (37,24 %), naopak nižší podíl globulinů (13,84 %) a glutelinů (20,16 %). Srovnáme-li poměr mezi prolaminy a gluteliny v jednotlivých ročnících, musíme konstatovat, že v roce 2001 měla lepková bílkovina vyšší zastoupení prolaminů. Obsah albuminů v bílkovině zrna můžeme v roce 2000 hodnotit jako rozkolísaný; v roce 2001 se průkazně s rostoucí dávkou dusíku snižoval (graf 2). Aplikace síry se v obou letech výrazněji na dynamice změn obsahu albuminů neprojevila. Obsah globulinů se při aplikaci dusíku a síry v průměru variant nepatrně zvyšoval. V roce 2000 byl nejvyšší obsah globulinů pozorován po aplikaci hnojiva DASA, v následu- 1: Suma extrahovaných N-látek (P = 95 %) 2: Obsah albuminů (P = 95 %) jícím ročníku se pak příznivě projevila aplikace vyšší dávky hnojiva SAM (graf 3). V roce 2000 byl obsah prolaminů pozitivně ovlivněn aplikací hnojiva DAM 390. V následujícím roce se pak výrazně projevila zvýšená dávka dusíku cca o 20 kg.ha-1 v obsahu prolaminu u všech variant (graf 4). Nejvyšší zastoupení prolaminové frakce bylo zaznamenáno po aplikaci vyšší dávky dusíku ve formě DA (40,01 %). Aplikace síry neměla na obsah prolaminů výraznější vliv. Nepotvrdily se tak závěry Köhlera et al. (2003), kteří uvádějí, že s aplikací síry klesá podíl gliadinů a roste podíl gluteninů. Obsah glutelinů byl v roce 2000 vyšší než v roce Vliv hnojení dusíkem a sírou se zde výrazněji neprojevil (graf 5).

7 Vliv hnojení dusíkem a sírou na podíl bílkovinných frakcí pšenice ozimé 3: Obsah globulinů (P = 95 %) 4: Obsah prolaminů (P = 95 %) 5: Obsah glutelinů (P = 95 %) 13

8 14 L. Hřivna, L. Hurtová, J. Gálová 6: Průběh teplot v období trvání pokusu 7: Průběh srážek v období trvání pokusu SOUHRN V rámci maloparcelních polních pokusů byl ověřován v letech vliv účinku hnojení sírou v kombinaci s dusíkem na obsah N-látek v zrnu a podíl jednotlivých bílkovinných frakcí pšenice odrůdy Samanta. Prokázalo se, že aplikace dusíku společně se sírou příznivě ovlivnila sumu extrahovaných N-látek. Zvýšení v obou ročnících představovalo v průměru variant v relativním srovnání 3,83 3,8 %. Zatímco v prvním roce pozorování se účinek síry výrazněji projevil při vyšší dávce dusíku (přírůstek 6,7 %), v roce následujícím byl trend opačný a přírůstek obsahu N-látek byl vyšší při nižší dávce N a S (5,77 %). Zvýšení dávky N ve druhém roce sledování přispělo k nárůstu sumy vyextrahovaných N-látek o 0,86 %. S tím pak souvisel i vyšší průměrný obsah albuminů (18,47 %) a prolaminů (37,24 %), naopak nižší podíl globulinů (13,84 %) a glutelinů (20,16 %). Zatímco v roce 2000 byl podíl albuminů v zrnu rozkolísaný, v roce 2001 se průkazně s rostoucí dávkou dusíku snižoval. Na obsahu globulinů, prolaminů a glutelinů v zrnu pšenice se nejvíce projevil vliv ročníku. Aplikace síry neměla na obsah prolaminů výraznější vliv. Vliv hnojení dusíkem a sírou se výrazněji neprojevil ani u glutelinové frakce. dusík, síra, bílkoviny, bílkovinné frakce Příspěvek byl řešen za podpory výzkumného záměru MSM

9 Vliv hnojení dusíkem a sírou na podíl bílkovinných frakcí pšenice ozimé 15 LITERATURA Bushuk, W. (1989): Glutenin-Struktur und Einfluss des Glutenins auf die Backqualität. Getreide, Mehl und Brot, 43, (9), Eargle, D. R., Eaton, F. M. (1951): Sulphur nutrition of cotton. Plant Physiology, 26 (4): HŘIVNA, L. RICHTER, R., RYANT, P.: The effect of sulphur on nitrogen utilisation and food quality of winter wheat. Fith congress 28 june-2 july 1998, Nitra, Slovak rep. Short communications Volume I, p Hřivna, L., Richter, R., Lošák, T. (2001): The effect of the content of water-soluble sulphur in the soil on the utilisation of nitrogen, on the yields and quality of winter rape. Rostl. Výr., 47, 2001 (1): KÖHLER, P., WEISER, H., GUTSER, R., TUCHER, S.: Einfluss der Schwefeldüngung auf die quantitative Zusammensetzung der Kleberproteine des Weizens. Getreide Mehl und Brot 57, 2003 (4) Lekeš, L.: Vědeckými metodami k naplňování cílů ve výrobě obilovin v 7. pětiletce. In.: Úroda, 1982, 30, LUND, A. P., SANDSTRÖM, W. H.: The proteins of various tree seeds. J. agric. Res., 1943, 66, p Mc Grath, S. P., Zhao, F. J., Winters, P. J. A., Evans, E. J., Monaghan, J. M., Salmon, S. E., Shewry, P. R.: Yield and bread making quality responses of winter wheat to sulphur fertiliser. HGCA Project Report, 1999, No. 197, 85 p. Mengel, K.: Ernährung und Stoffwechsel der Pflanze. Jena, Gustav Fischer Verlag, 1991, 466 p. OsborNe, T. B.: The vegetable proteins. London, Longmans, Gree and Co.,1924. Prugar, J., Hraška, Š.: Kvalita pšenice. Príroda, Bratislava, 1986, 221 s. Richter, R., Hřivna, L., Ryant, P., Šottníková, V. (2001): Vliv síry na výnos a kvalitu zemědělských plodin. In: Sborník z konference Racionální použití hnojiv, ČZU v Praze, Ryant, P. (2002): Vybrané aspekty výživy pšenice dusíkem a sírou. Doktorská disertační práce. MZLU v Brně. 176 s. Schnug, E., Haneklaus, S. (1994): The ecological importance of sulphur. Norwegian Journal of Agricultural Sciences. Supplement No. 15: Schnug, E., Haneklaus, S. Murphy, D. (1993): Impact of sulphur fertilisation on fertiliser nitrogen efficiency. Sulphur in Agriculture, 17: Šašek, A., Prugar, J.: Dělení pšeničných bílkovin u odrůdového a šlechtitelského materiálu podle rozdílné rozpustnosti. Gen. a šlechtění, 1969, 5, 2, Tandon, H. L. S. (1992): Sulphur in Indian Agriculture, Update Sulphur in Agriculture, 16: ZBÍRAL, J.: Estimation of water soluble sulphur in soil. Analýza půd II. 5/24 Zhao, F. J., Mc Grath, S. p., Salmon, S. E., Shewry, P. R., Quayle, R., Winthers, P. J. A., Evans, E. J.: Optimising sulphur inputs for breadmaking quality of wheat. Aspects of Applied Biology, 1997, 50, Zhao, F. J., Salmon, S. E., Winthers, P. J. A., Monaghan, J. M., Evans, E. J., Shewry, P. R., Mc Grath, S. P.: Responses of breadmaking quality to sulphur in tree wheat variets. Journal of the science of Food and Agriculture, 1999,79 (13), Adresa Dr. Ing. Luděk Hřivna, Ústav technologie potravin, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, Brno, Česká republika, Ing. Lenka Hurtová, Bendlova 2, Brno, Česká republika, Ing. Jitka Gálová, Těmice 57, Těmice, Česká republika

10 16