Nízkoteplotní plazma možné využití v semenářství. Čurn V. 1, Špatenka P. 1,2, Bohatá A. 1, Havelka Z. 1, Strejčková M. 1, Beran J.

Transkript

1 Nízkoteplotní plazma možné využití v semenářství Čurn V., Špatenka P.,, Bohatá A., Havelka Z., Strejčková M., Beran J. Česká republika patří k zemím s vyspělým systémem šlechtění rostlin a rozvinutým semenářstvím, s širokým semenářským trhem a dostatečným rozsahem tuzemských odrůd. Česká republika rovněž patří mezi státy s dlouholetou semenářskou tradicí. Stejně tak je na dobré úrovni i šlechtitelská a semenářská legislativa odrážející zejména vývoj v Evropské unii a nové výzkumné trendy. Současná globalizace a otevřenost trhu vytváří ale vysoce konkurenční podmínky pro domácí šlechtitele i producenty osiv. Pro dosažení úspěchu není pak možné snižovat cenu osiv na úkor jejich kvality, ale naprosto prvořadým požadavkem musí být kvalita osiva, odrůdová pravost a čistota, produkce osiv o vysoké biologické a semenářské hodnotě získávaného za využití moderních šlechtitelských technik a semenářských technologií. Samozřejmě, že i před semenářství jsou nové výzvy a na produkci osiv jsou kladeny značné nároky. Velmi diskutovanou otázkou je omezení používání některých druhů mořidel, zachování zdravotního stavu osiva a ochrana vzcházejících rostlin. Neméně významný je i fakt, že za stávajících podmínek pěstování, omezování osevních postupů, tlaků na snižování parametrů čistoty, je mnohdy obtížné produkovat kvalitní osivo. Pěstitelé ale vyžadují nejen nové moderní odrůdy, ale kvalitní osivo těchto odrůd, tak aby dosahovali odpovídajících pěstitelských výsledků. Moderní nanotechnologie a biotechnologie mohou pak nabídnout nové techniky a postupy použitelné pro ošetřování osiva a zvýšení kvality a biologické hodnoty osiva. Příkladem těchto nových přístupů pro ošetřování osiva je využití nízkoteplotní plazmy jako způsobu fyzikálního ošetření a stimulace osiva (nanotechnologie) a kombinaci tohoto ošetření s klasickým chemickým mořením či ošetřením biologickým (biotechnologie). Nízkoteplotní plazma (LTP) je technologie používaná po mnoho let a to zejména v chemickém průmyslu pro modifikaci fyzikálních a fyzikálně-chemických vlastností ošetřených látek, povrchů, mikročástic. LTP je také často používaná ve zdravotnictví pro sterilizaci zdravotnických nástrojů nebo pro zneškodňování nebezpečných biologických materiálů. V poslední době nachází tato technologie uplatnění také v zemědělství. Jedna z prvních aplikací u rostlin se týkala vlivu LTP na přerušení dormance semen. Plazmové ošetření semen jako technika pozitivně ovlivňující klíčení semen byla publikována u řady zemědělských plodin, např. u safloru, pšenice, kukuřice, luskovin, olejnin. Obecně je uváděn pozitivní vliv na klíčení semen po plazmovém ošetření osiva, a v některých případech byly zaznamenány pozitivní účinky i na růst rostlin v polních podmínkách, kdy byly pozitivně ovlivněny znaky jako rychlost růstu, výška rostlin, délka kořene nebo čerstvá hmotnost nebo výnos. Ošetření LTP ovlivnilo také odolnost semenáčků a rostlin stresu suchem u řepky olejky a kukuřice. Některé studie poukázaly i na ovlivnění povrchu semen eliminaci patogenů přenosných osivem. Eliminace patogenů a povrchová sterilace semen je zesílena i kombinovaným působením LTP a vhodných chemikálií. Praktické využití této technologie v zemědělství je přes řadu publikovaných dat a vědeckých studií v počátcích. Svědčí o tom i fakt, že naprostá většina publikací se týká laboratorních testů a hodnocení a výsledky z polních pokusů či studií s rostlinami pěstovanými v polních podmínkách jsou ojedinělé. Pro praktické využití jsou ale výsledky polních experimentů a poloprovozních či provozních pokusů naprosto klíčové, protože ne vždy výsledky laboratorních experimentů odpovídají pěstitelské realitě. Dalším významným faktem, který je předpokladem využití technologie LTP v širším měřítku, je

2 dostupné technické zařízení schopné ošetřit nikoliv laboratorní vzorky osiva, ale provozní partie osiva. Na Zemědělské fakultě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích ve spolupráci s firmou SurfaceTreat, a.s. již řadu let řešíme tuto problematiku a kromě výsledků laboratorních testů klíčivosti a vzcházivosti se můžeme opřít i o výsledky maloparcelkových a poloprovozních pokusů. Na základě již dvou a tříletých výsledků pokusů můžeme konstatovat, že ošetření osiva má řadu pozitivních efektů, ale stále zůstává řada otázek nezodpovězených a nevyřešených. Rovněž reakce různých plodin na ošetření je velmi různorodá. A rozhodně nelze použít publikovaná data z několika málo provedených laboratorních experimentů, výsledky paušalizovat a předpokládat úspěšný transfer technologie do polních podmínek. Na několika příkladech budeme demonstrovat efekty ošetření osiva nízkoteplotní plazmou (případně v kombinaci s ošetřením biopreparáty). Cílem není plazmové ošetření postavit do role všeléku a zázračné technologie, ale poukázat na možné pozitivní efekty a možnosti praktického využití. Jaký je vlastní efekt plazmy při ošetření osiva? LTP představuje proud iontů a radikálů s výrazným oxidačním efektem. Při kontaktu plazmy a povrchu semene dochází k oxidačním procesům, povrchové sterilizaci (efekt na eliminaci např. konidií hub, které ulpěly na povrchu semene, Obr. ), ke změnám povrchové struktury (tento efekt se projevuje změnou smáčivosti povrchu ošetřeného semene) a mikropoškozením osemení (toto společně se změnou smáčivosti vede k rychlejšímu pronikání vody do semene, v ideálním případě k urychlení klíčivosti či zvýšení procenta klíčivosti a rychlejšímu počátečnímu růstu). Při ošetření osiva je třeba mít na zřeteli z teplotní efekt plazmového ošetření a vybalancovat podmínky pro ošetření osiva tak, aby naopak nedošlo ke snížení klíčivosti v důsledku neúměrného zvýšení teploty. Obr. Efekt LTP na klíčivost spor modelové houby Trichoderma virens Klíčivost spor (%) 8 6 Kontrola 6 8 Čas ošetření (s) cm cm Poměrně zajímavého efektu po ošetření plazmou (a biopreparáty) bylo dosaženo u olejnin ozimé řepky a jarního máku. Pokusy s řepkou ozimu byly prováděny jako poloprovozní pokusy v letech -6 v ZOD Sedlec, plocha jedné varianty byla cca m. Ošetření LTP, biopreparáty (Trichoderma virens a Metarhizium anisopliae) a kombinované ošetření osiva LTP + biopreparáty mělo pozitivní vliv na energii klíčení a rychlost počátečního růstu rostlin (Obr. ), přezimování, počet větví na rostlině, počet a délku

3 šešulí a ranost (nástup do kvetení a zralosti byl u ošetřených variant časnější). Pozitivní efekt se projevil v dobrém vývoji porostu a ve finále i ve vyšším výnosu (Obr. ). Obr. Vliv fyzikálního a biologického ošetření osiva na klíčivost a vývoj klíčních rostlinek řepky ozimé, laboratorní test klíčivosti Index délky rostlinky Kontrola Plazma Plazma+Tvi T. virens M. anisopliae. den 7. den Index délky rostlinky - hodnotící stupnice klíčení, růstu a vývoje ozimé řepky odrůdy Cortes Index Charakteristika indexu délky klíční rostlinky Semeno neklíčí Semínko klíčí; objevení se děložních lístků; klíční rostlinka není delší než, cm klíční rostlinka je velká do, cm; děložní lístky jsou uvolněny z osemení klíční rostlinka je velká od, cm do cm klíční rostlinka byla větší než cm Obr. Vliv fyzikálního a biologického ošetření osiva na výnos řepky ozimé v poloprovozních podmínkách, Sedlec u Českých Budějovic a/ Výnos řepky t.ha -,,,,, Pesticid Plazma Plazma+Tvi T.virens M.anisopliae

4 * v roce 6 byly varianty ošetřené plazmou a plazmou+tvi výrazně ranější, nicméně vzhledem k průběhu počasí byla sklizeň celého pokusu opožděná a ztráty snížily průměrný výnos b/ Rozdíy ve výnosu osiva řepky vztažené k pesticidníkontrole (%) Plazma Plazma+Tvi T.virens M.anisopliae Maloparcelkové pokusy s jarním mákem byly prováděny v letech a 6 na pracovišti VÚOL Opava. Pro pokusy byly použity vzorky osiva s různou klíčivostí a výraznějšího efektu bylo dosaženo v případě partie osiva s nižší počáteční klíčivostí (7%). Ošetření LTP vedlo k podobně jako u řepky k zvýšení energie klíčení a rychlosti počátečního růstu, v důsledku efektu ošetření LTP byla zaznamenána i mírně vyšší klíčivost. Opět nejpodstatnější efekt je navýšení výnosu, kdy u partie osiva s klíčivostí 96% bylo průměrné navýšení o % a u partie s klíčivostí 7% bylo navýšení výnosu o 7% ve srovnání s kontrolní variantou (Obr. ). Obr. Vliv fyzikálního a biologického ošetření osiva na výnos jarního máku v maloparcelkových pokusech, Opava a/ Výnos máku t.ha-,,,,,,, 96% 7% b/

5 Rozdíly ve výnosech máku vztažených ke kontrole (%) - - Plazma Plazma+Tvi Plazma+Man T.virens M.anisopliae 96% 7% Ošetření plazmou má uplatnění i u obilovin, kde byl tento přístup ověřován u jarního ječmene. Maloparcelkové pokusy byly prováděny v letech -6 na ZF JU a na zkušebně v Klukách u Písku. Obdobně jako u olejnin mělo ošetření LTP a biopreparáty pozitivní vliv na energii klíčení, počáteční vývoj rostlin a počet kořínků, v polních podmínkách byla u ošetřených variant vyšší vzcházivost, počet odnoží a projevil se i pozitivní vliv na výnos u variant ošetřených LTP, TVI a LTP+TVI (Obr. a 6). Obr. Vliv fyzikálního a biologického ošetření osiva na výnos ječmene jarního na experimentálních políčkách, Kluky u Písku a/ Výnos ječmene jarního t.ha b/

6 Rozdíly ve výnosu ječmene jarního vztaženého k pesticidní kontrole (%), 8, 6,,,, -, -, -6, -8, -, Plazma Plazma+Tvi Plazma+Man T. virens M. anisopliae Závěrem lze konstatovat, že přínos ošetření osiva nízkoteplotní plazmou jako nové technologie ošetřování osiva může vést ke zvýšení biologické hodnoty osiva, která se pozitivně projevuje na schopnosti utvářet vyrovnaný vitální porost a v konečném důsledku má pozitivní vliv na výnos. Potenciál této technologie (i jako technologie alternativní k chemickému moření osiva a tedy i technologie šetrnější k životnímu prostředí a použitelné i v systémech ekologického zemědělství) ukazují předběžné výsledky námi prováděných polních pokusů. Nicméně bude potřebné provést další testy a ověřování u dalších plodin, v různých pěstitelských podmínkách a pěstiteli pak dát i kvalifikované doporučení úpravy technologie pěstování. Pracoviště autorů příspěvku: Zemědělská fakulta, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích SurfaceTreat, a.s.,turnov Oseva Seeds, s.r.o., Horažďovice Seznam literatury a podrobná data z pokusů jsou k dispozici u autorů. 6