Mendelova univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici Hodnocení vlivu mykorhizy na morfologické a výnosové parametry papriky Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Robert Pokluda, Ph. D. Vypracovala: Bc. Bělíková Hana Lednice 2013
Poděkování Touto cestou bych ráda poděkovala vedoucímu diplomové práce panu doc. Ing. Robertu Pokludovi, Ph. D. za cenné rady a odborné vedení. Za nesmírnou ochotu, odbornou pomoc, poskytnutí cenných informací a vřelý přístup děkuji RNDr. Janě Rydlové, Dr. a dalším pracovníkům BÚ AV ČR v Průhonicích. Dále děkuji za věnovaný čas, poskytnutý materiál, rady a pomoc při práci Ing. Aleši Jezdinskému, Ph. D. a Ing. Miloši Juricovi z ÚKZ ZF. V neposlední řadě děkuji také svým rodičům za veškerou podporu a trpělivost při studiu.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Hodnocení vlivu mykorhizy na morfologické a výnosové parametry papriky zpracovala samostatně na základě pramenů uvedených v přiloženém seznamu literatury a pod vedením svého vedoucího diplomové práce. Souhlasím s uložením diplomové práce v knihovně Zahradnické fakulty Mendelovy univerzity a se zpřístupněním dat ke studijním účelům. V Lednici, dne 9. května 2013...
Obsah 1 Úvod...6 2 Cíl práce...7 3 Teoretická část...8 3.1 Paprika roční (Capsicum annuum)...8 3.1.1 Taxonomické zařazení...8 3.1.2 Nároky na závlahu a hnojení...8 3.1.3 Nároky na teplotu...9 3.1.4 Technologie pěstování...9 3.1.5 Odrůdy... 10 3.1.6 Obsahové sloţení a význam pro člověka... 11 3.1.7 Rozšíření a produkce... 17 3.2 Reakce papriky na působení abiotických stresových faktorů... 19 3.2.1 Nevyváţená výţiva... 19 3.2.2 Nevyváţená světelná intenzita... 21 3.2.3 Extrémní teploty... 22 3.2.4 Nedostatek vody (sucho)... 25 3.3 Arbuskulární mykorhiza (AM)... 29 3.3.1 Základní podmínky pro vznik AM symbiózy... 29 3.3.2 Průběh kolonizace... 31 3.3.3 Zástupci arbuskulárních hub... 32 3.4 Vliv AM symbiózy na výţivu a vodní systém plodové zeleniny... 33 3.5 Vliv komerčních AM přípravků na plodovou zeleninu... 41 4 Experimentální část metodika... 44 4.1 Charakteristika experimentu... 44 4.1.1 Klimatické podmínky prostředí... 44 4.1.2 Rostlinný materiál... 45 4.1.3 Příprava pozemku... 45 4.1.4 Přípravky a ošetření... 46 4.1.5 Výsev, ošetřování předpěstované sadby... 47 4.1.6 Výsadba, ošetřování v průběhu vegetace... 47 4
4.1.7 Sklizeň... 47 4.1.8 Chemické rozbory... 47 4.1.9 Statistické zpracování dat... 48 4.2 Stanovení morfologických a výnosových parametrů papriky... 49 4.2.1 Stanovení míry kolonizace mykorhizními houbami... 49 4.2.2 Stanovení výnosů... 51 4.2.3 Stanovení obsahu sušiny... 51 4.2.4 Stanovení obsahu vitaminu C metodou kapalinové chromatografie. 52 4.2.5 Stanovení TAC pomocí radikálu DPPH... 52 4.2.6 Stanovení obsahu karotenoidů spektrofotometricky... 53 5 Vyhodnocení... 55 5.1 Míra mykorhizní kolonizace... 55 5.2 Výnosové charakteristiky... 56 5.3 Stanovení obsahu sušiny... 60 5.4 Stanovení obsahu vitaminu C... 61 5.5 Stanovení TAC... 63 5.6 Stanovení karotenoidů... 64 6 Celkové vyhodnocení... 66 7 Diskuze... 68 8 Doporučení pro praxi... 73 9 Závěr... 75 10 Souhrn... 77 11 Resume... 78 12 Seznam pouţité literatury... 79 13 Seznam pouţitých chemických zkratek a vzorců... 86 14 Seznam pouţitých zkratek... 87 15 Seznam tabulek... 88 16 Seznam grafů... 90 17 Seznam obrázků... 91 18 Přílohy... 92 5
1 Úvod Mykorhizní symbióza je vzájemný, ve většině případů vyrovnaný, vztah mezi mykorhizními houbami a kořeny vyšších rostlin. Podstatou mykorhizní symbiózy je schopnost houby podpořit hostitelskou rostlinu vyšším přísunem vody a ţivin, zatímco hostitelská rostlina poskytuje houbě zdroj sacharidů. Díky těmto procesům se arbuskulární mykorhiza stala předmětem mnoha výzkumů. Ve výsledku byl u většiny z nich prokázán její pozitivní vliv na příjem ţivin a vody rostlinou, zlepšení celkového růstu a tím zvýšení produktivity a výnosů hostitelských rostlin. Postupem času se s dalšími pokusy vyvíjely koncepce, které uvádí pozitivní vliv mykorhizní symbiózy v odolnosti rostlin vůči biotickým i abiotickým faktorům. Byly provedeny výzkumy, které potvrzují úlohu mykorhizní symbiózy v odolnosti rostlin vůči chorobám a škůdcům, těţkým kovům, zasolené půdě, nevyváţené výţivě a v neposlední řadě v odolnosti rostlin vůči suchu. Všechny dosaţené poznatky z provedených výzkumů byly podnětem pro výrobu mykorhizních přípravků a jejich aplikaci k zemědělským i zahradnickým plodinám. Na tyto výzkumy navazuje i tato diplomová práce, která se zabývá účinky mykorhizní symbiózy na pěstování papriky roční za současného působení abiotických stresorů, které mohou nastat v polních podmínkách České republiky. Pěstování zeleninových druhů v České republice je z hlediska klimatických podmínek často limitováno pozdními mrazy, které mohou být příčinou náhlého sníţení výnosů, ale zejména nedostatkem vody (resp. častými výskyty sucha). Obzvláště paprika roční (Capsicum annuum) se řadí svými poţadavky mezi náročné zeleninové druhy, které vyţadují intenzivní ošetřování, a proto by potenciální zvýšení její odolnosti vůči stresovým faktorům, například díky mykorhizním přípravkům, bylo velkým přínosem. 6
2 Cíl práce Diplomová práce s názvem Hodnocení vlivu mykorhizy na morfologické a výnosové parametry papriky směřuje k dosaţení několika na sebe navazujících cílů z oblasti teoretické a praktické. Cílem teoretické části je vypracování literárního přehledu se zaměřením na problematiku ovlivnění růstu a vývoje papriky mykorhizní symbiózou, dále pak úlohou mykorhizní symbiózy v odolnosti papriky vůči suchu, případně moţnosti ovlivnění obsahových látek v plodech papriky mykorhizními houbami. Jedním z cílů praktické části je sestavit a provést experiment s rostlinami papriky roční na základě literárního přehledu. Jeho záměrem je vzájemné porovnání rostlin ošetřených mykorhizním přípravkem a rostlin neošetřených, za současného působení simulovaného stresu vlivem nedostatku vody. Dalším cílem je analýza výzkumu, která je zaloţena na celkovém posouzení stavu porostu a závěrečném vyhodnocení morfologických a výnosových parametrů papriky. V neposlední řadě je cílem této práce také vyuţití získaných poznatků v praxi. Proto budou na základě všech výsledků navrţena doporučení pro aplikaci do zahradnické praxe. 7
3 Teoretická část 3.1 Paprika roční (Capsicum annuum) Paprika roční je teplomilná plodová zelenina, která se v podmínkách ČR pěstuje v teplejších oblastech jako jednoletá kultura (polohy pod 200 m n. m., s průměrnou roční teplotou nad 9 C). Pro svůj mělký kořenový systém je náročná na závlahu i vyrovnané hnojení. Vhodná jsou slunná, závětrná místa s lehčí, vzdušnou půdou a s dostatkem humusu. Optimální jsou černozemě, hnědozemě nebo spraše při hodnotách ph 6 6,5 (srov. Malý, 1998; Petříková, 2006). 3.1.1 Taxonomické zařazení Rod Capsicum patří do čeledi Solanaceae (lilkovité) a je rozdělen do mnoha druhů a odrůd. Nejvýznamnější konzumní odrůdy jsou zástupci druhů Capsicum annuum, C. baccatum, C. frutescens, C. chinense a C. pubescens. Tyto druhy jsou často rozděleny podle charakteristických zástupců do typů či podtypů příklady jednotlivých druhů a odrůd jsou uvedeny v Příloze 1. Odrůda pouţitá pro výzkum Slávy F1 se řadí do druhu C. annuum (paprika roční zeleninová sladká, angl. bell pepper, sweet pepper). 3.1.2 Nároky na závlahu a hnojení Závlahová dávka paprik by měla být přibliţně 240 aţ 280 mm na vegetační období, vhodné je i pouţití kapkové závlahy, kdy je dávka vody 0,5 l na den na jednu rostlinu. Půda by měla být zásobena vodou z 60 80 % polní vodní kapacity, také relativní vlhkost vzduchu by měla být v rozmezí 60 80 %. (srov. Malý, 1998; Petříková, 2012). Paprika roční se řadí, stejně jako ostatní druhy plodové zeleniny, do I. trati vyţaduje hnojení chlévským hnojem v dávce 35 40 t ha -1. Jedna tuna papriky odebere z půdy přibliţně 2,70 kg N, 0,40 kg P, 3,0 kg K, 2,25 kg Ca a 0,25 kg Mg (srov. Malý, 1998, Hlušek, 2002). Pro přihnojování jsou doporučena hnojiva ledková a síranová, nikoliv chloridová, z důvodu citlivosti papriky na chlór. Paprika roční je z hlediska výţivy více náročná na obsah Ca, Fe, Mo, B a Mn (Csaba, 1997 in Petříková, 2012). 8
Při aplikaci hnojiv se nevychází pouze z poţadavků rostlinného druhu. Dávky jsou závislé také na obsahu ţivin v půdě, klimatických podmínkách a v neposlední řadě na druhu půdy (Malý, 1998; Petříková, 2012). Například vyšší teplota půdy (18 C) a vyšší intenzita slunečního záření mírně zvyšuje příjem fosforu (Hlušek, 2002). 3.1.3 Nároky na teplotu Optimální denní teploty při pěstování papriky jsou od 22 do 25 C, optimální noční teploty jsou 18 aţ 20 C. Kolísání teplot mezi dnem a nocí by nemělo být vyšší neţ o 7 C. Nevhodné jsou teploty pod 14 C nebo naopak vyšší neţ 30 C. Při takových teplotách můţe dojít k zastavení růstu, případně aţ ke sníţení výnosů (Petříková, 2006). Na teplotě závisí také klíčení a délka předpěstování sadby. Nejrychleji klíčí papriky při teplotách 25 30 C (do 8 dnů), poté by se měla teplota na týden sníţit k 17 C. Optimální teploty pro předpěstování se pohybují ve dne od 17 C do 20 C, v noci 12 aţ 14 C (Petříková, 2012). 3.1.4 Technologie pěstování Odrůdy pro polní pěstování se mnoţí z předpěstované sadby. Osivo se vysévá do sadbovačů (nejlépe do 20. února) do lehkého substrátu v mnoţství 0,8 1 kg ha -1. Sadbě je nutno zabezpečit vyrovnané hnojení (kapalnými hnojivy), zálivku a přiměřené mnoţství světla. Při hustém výsevu a nedostatku světla se sazenice vytahují (srov. Malý, 1998; Petříková, 2012). Před výsadbou se venkovní pozemek upraví vhodnými agrotechnickými zásahy (urovnání povrchu bránami či smyky, vyhnojení, pouţití herbicidů a další opatření). Předpěstované sazenice se obvykle alespoň týden otuţují, poté se vysazují na připravenou plochu od poloviny května, po dvou, do sponu 0,6 x 0,3 m. Po výsadbě se mohou nakrývat netkanou textilií (srov. Malý, 1998; Petříková, 2012). Při pěstování na venkovních plochách je důleţité věnovat pozornost agrotechnickým zásahům také v průběhu kultivace, protoţe rostliny papriky vyţadují vzdušnou bezplevelnou půdu. Neopomenutelná je důkladná závlaha a přihnojování v průběhu vegetace. Spotřební částí papriky je plod vysýchavá bobule zelené, ţluté, oranţové, červené či dokonce nafialovělé aţ černé barvy, která má nejrůznější tvar i velikost. 9
Pro konzumaci se plody sklízí v technické, případně v biologické zralosti (zejména plody pro semena a na výrobu koření). Sklizeň se provádí v závislosti na vyuţití plodů ručně nebo pomocí sklízecích plošin. Třídění plodů do jakostních tříd se doposud provádí dle dříve platné ČSN 46 3156 (paprika zeleninová). Výnos polních odrůd se pohybuje od 10 do 20 t ha -1. Zajištěním optimálních podmínek a dostatečné závlahy a přihnojování je moţné zvýšit produkci aţ na 50 60 t ha -1 (srov. Malý, 1998; Petříková, 2012). 3.1.5 Odrůdy Odrůdy papriky roční je moţné rozdělit do skupin dle několika hledisek: 1. zpracování a konzumace: a) zeleninové odrůdy plody jsou určeny ke konzumaci v čerstvém stavu nebo pro konzervárenský průmysl b) kořeninové odrůdy plody jsou sušeny a zpracovány jako koření (Tabulka 1) Tabulka 1: České odrůdy papriky roční zpracovávané jako koření (Ohanka, 2006a; Ohanka, 2006b; Paprika, 2010; Pokluda, 2003). Typ Sladká Pálivá Odrůdy Hodonínská sladká vzpřímená Drakula Karkulka Hektor Kolora Korál Progres Samara Ţitava 2. přítomnost alkaloidu kapsaicinu: a) sladké odrůdy bez obsahu kapsaicinu b) pálivé odrůdy s obsahem kapsaicinu (Kopec, 2010). 3. délka vegetační doby (3 základní skupiny): a) rané (cca 130 dnů) b) polopozdní c) pozdní (cca 200 dnů), (Tabulka 2) 10
Velmi rané Tabulka 2: Rozdělení českých odrůd papriky roční dle délky vegetace a obsahu kapsaicinu (srov. Menclová, 2010; Ohanka, 2006a; Ohanka, 2006b; Paprika, 2010; Pokluda 2003). Rané Středně rané Polorané Polopozdní Středně pozdní Pozdní Pro rychlení Amadea F1 Adam F1 Anka Alexander Damián Asteroid California- Afrodita Amálka Beatrix F1 Century F1 Beja F1 Ingrid Granova Wonder Alica F1 Amyka F1 Boneta Citrina Demetra F1 Kilián Karkulka Andrea Lungi F1 Dráky F1 Cornel Jalahot Kristián Kvadry F1 Artist Poseidon Lydia Cynthia F1 Korál Sonar F Fatima Rafaela F1 Rubinova Eva Ostry Theos Hamík Sharon Sandra Galga F1 Pálivec Zvoneček Patricie Slovakia Semaroh Gelby F1 Pyramid PCR Superamy Tamina Maryša Samurai F1 Samara Ţluťásek Yvona Paradise F1 Slovana Vlasta * sladké odrůdy * pálivé odrůdy V současné době je ve státní odrůdové knize zapsáno 165 odrůd papriky roční. Nejnovější odrůdy registrované v ČR jsou například Asteroid, Klubíčko, Milan (sladké odrůdy) nebo Foxta, Poseidon a Yvona (pálivé odrůdy). V registračním řízení je od prosince 2012 do ledna 2013 jiţ 17 nových odrůd. Českými drţiteli šlechtitelských práv některých odrůd jsou společnosti SEMO a.s. (odrůdy Amy a Lydia) a SEVA FLORA s.r.o. (odrůdy Diana, Nigra a Vlasta), (Databáze, 2013). 3.1.6 Obsahové složení a význam pro člověka Obsahové sloţení plodů papriky je z nutričního hlediska velmi cenné. Paprika obsahuje nejenom důleţité vitaminy (C, E, A), ale také vlákninu, rutin a další antioxidanty, které jsou cennou sloţkou potravy. Stejně jako nutriční hodnoty plodu jsou i organoleptické vlastnosti (chuť, aroma a barva) ovlivňovány jeho chemickým sloţením (Tabulka 3). To se liší v závislosti na zralosti plodů v době sklizně. Nejvýznamnější zastoupení v plodech papriky mají vitaminy, flavonoidy (kvercetin, kempferol) a karotenoidy (karoteny, xantofyly, lutein). Mnoţství flavonoidů se pohybuje v závislosti na zralosti plodu. Zralá červená paprika můţe obsahovat do 123 mg kg -1, se zráním obsah flavonoidů klesá (zelená paprika můţe mít aţ 205 mg kg -1. Flavonoidy působí na cévní systém, mají antisklerotické účinky a sniţují hladinu cholesterolu v krvi (Kopec, 2010). 11
Barviva zajišťují obrovskou škálu barevných variací plodu. V plodech papriky bylo popsáno více neţ 30 pigmentů, od zelených (chlorofyl) přes ţluté aţ po oranţové a červené (karotenoidy). Barviva mají antioxidační i antimikrobiální funkci. (Bosland, 2000). Tabulka 3: Obsahové složení plodů papriky roční (Kopec, 2010). Červené plody Zelené plody Červené plody Základní složky [g kg -1 ] Vitaminy [mg kg -1 ] Zelené plody Voda 920 933 A (karoten) 38,40 2,65 Sušina 80 67 B1 (thiamin) 0,48 0,40 Bílkoviny 12 8 B2 (riboflavin) 0,50 0,30 Lipidy 5,0 3,0 B6 (pyridoxin) 5,70 3,00 Sacharidy 52 26 PP (niacin) 13,00 2,00 Popeloviny 6,00 - B9 (kys. listová) 0,22 0,36 B12 (kys. Vláknina 16 19 pantotenová) 0,80 0,80 Minerální látky [mg kg -1 ] C (kys. askorbová) 2300,00 1600,00 Ca (vápník) 80,0 80,0 D (kalciferol) 0,00 0,00 Fe (ţelezo) 6,5 4,0 E (tokoferol) 8,00 8,00 Na (sodík) 20,0 40,0 P (a bioflavonoidy) 225,00 - Mg (hořčík) 130,0 100,0 S (methylmethionin) 38,70 - P (fosfor) 300,0 190,0 Cl (chlor) 115,0 100,0 K (draslík) 2120,0 1700,0 Zn (zinek) 3,7 1,0 J (jod) 0,027 0,010 Mn (mangan) 1,0 1,0 Se (selen) st* st* S (síra) 210,0 210,0 Cu (měď) 1,6 0,2 * stopové mnoţství Karotenoidy představují skupinu barviv ţluté aţ červeně oranţové barvy, která jsou nerozpustné ve vodě (rozpustné v tucích). Jejich chemická stavba je nestabilní, proto se mohou rozkládat vlivem světla, kyslíku nebo vysokými teplotami. Nejčastějšími karotenoidy v paprice jsou anteraxantin, -karoten, kapsantin, kapsorubin, lutein a violaxantin (Tabulka 4), (Bosland, 2000). Nezralé plody obsahují více luteinu (zelené papriky), zráním obsah luteinu klesá (plody oranţové aţ červené barvy). Lutein podporuje imunitní systém, zabraňuje degeneracím (ve smyslu stárnutí), přispívá 12
k ochraně zraku před chorobami (šedý zákal, šeroslepost) a škodlivým zářením z elektrospotřebičů, sniţuje cholesterol a riziko nádorových onemocnění. Doporučená účinná dávka luteinu pro dospělého člověka je 6 mg denně (Kopec, 2010). Mnoţství kapsantinu a kapsorubinu (červených barviv) se zvyšuje při dozrávání plodu. V plné zralosti můţe plod papriky obsahovat aţ 60 % kapsantinu (z celkového mnoţství karotenoidů), (Bosland, 2000). Tabulka 4: Přehled hlavních karotenoidů v paprice (De, 2003). Karotenoidy Barva při stanovení metodou TLC Karotenoidy Barva při stanovení metodou TLC Pytoen - Zeaxantin oranţová Fytofluen - Anteraxantin ţlutá -karoten ţlutá Violaxantin ţlutá -karoten ţlutá Mutatoxantin ţlutá -karoten ţlutá Luteoxantin ţlutá Hydroxy- karoten ţlutá Lutein oranţová Kryptoxantin - Neoxantin ţlutá Kapsolutein - Kryptocapsin - Kapsantin Kapsorubin červená červená Z minerálů je významný obsah K, P a Mg. Draslík má osmoregulační funkci, pozitivně ovlivňuje krevní oběh, činnost srdce a svalů (včetně hladkého svalstva) a povzbuzuje psychickou odolnost organismu. Fosfor je stavební prvek kostí, zubů a vysokoenergetických molekul ATP, ADP apod. Často se jeho obsah uvádí v poměru k Ca. Hořčík má zklidňující a spasmolytickou funkci, má podíl na struktuře kostí, vlasů a pokoţky (Kopec, 2010). Velký podíl plodu tvoří voda (920 933 g kg -1 ). Výzkumy dokazují, ţe její obsah je podmíněný typem papriky a stářím plodu. Zelené zralé plody mají asi 90 % vody, ale tato hodnota po sklizni výrazně klesá, čímţ se sniţuje čerstvost plodu (nutné propracované technologie skladování). Při výrobě koření je voda v plodech z důvodu přepravy a skladování neţádoucí, proto jsou plody dehydratovány na 15 20 % vlhkosti (Lownds, 1993 in Bosland, 2000). Pro významný obsah rozpuštěných ţivin v buňkách je voda z plodů papriky nutričně hodnotná, navíc ţiviny v ní jsou pro člověka lehce stravitelné (Kopec, 2010). 13
Zásadní význam v paprice mají sacharidy, zejména glukóza a vláknina. Glukóza představuje asi 90 98 % všech cukrů v plodech, přičemţ největší obsah je v plodech červených a šťavnatých (Wall and Billes, 1993 in Bosland 2000). Zdrojem vlákniny je především slupka plodu obsahuje aţ 80 % vlákniny (z toho 77% podíl rozpustné vlákniny), (McKee, 1998a in Bosland, 2000). Bílkoviny (především aminokyseliny) jsou základní stavební jednotkou organismu, jsou tedy pro člověka velmi důleţité, a proto by je měl neustále přijímat formou potravy. Obsah bílkovin v plodu papriky je 8 12 g kg -1, největší mnoţství je soustředěno v semenech (18 %) a v oplodí (16 17 % z celkového mnoţství), (Bosland, 2000). I přesto, ţe paprika roční není příliš významným zdrojem bílkovin, je i toto zastoupení pro výţivu člověka podstatné (Kopec, 2010). Lipidy obsaţené v plodech mají mnoho funkcí. Mohou být zdrojem energie, stavebními a ochrannými prvky nebo rozpouštědly lipofilních barviv. Některé sloučeniny lipidů (nenasycené mastné kyseliny) mají nepostradatelnou úlohu v organismu stimulují mozkovou činnost. Jejich mnoţství v paprice se mírně liší dle odrůdy. V největším zastoupení je kyselina linolová, která představuje asi 70 % z celkového sloţení mastných kyselin. Rostliny s vyšším mnoţstvím nenasycených mastných kyselin jsou navíc, dle výzkumu, odolnější k nízkým teplotám a tedy i k poškození chladem (Bosland, 2000; Kopec, 2010). Z vitaminů je nejvíce zastoupen vitamin C, E ( - a - tokoferol), v zelených plodech vitamin P (bioflavonoid rutin) a v červených provitamin A (karotenoidy). Jejich koncentrace můţe být ovlivněna mnoha faktory: kultivarem, zralostí, pěstebními postupy, klimatem či skladováním a přepravou. Tyto vitaminy mají protiinfekční, antioxidační a antikarcinogenní význam. Vitamin P navíc příznivě působí na svalovou a nervovou soustavu a má antisklerotické účinky, stejně jako vitamin C. Provitamin A se účastní tvorby bílkovin či tuků a napomáhá správné funkci oční rohovky. Vitamin E podporuje činnost orgánů, nervové soustavy a červených krvinek (Kopec, 2010). Vitamin C je významný vitamin s antioxidačním účinkem, který je tvořen L-askorbovou a dehydroaskorbovou kyselinou. Jeho mnoţství v plodech se pohybuje mezi 1 600 a 2 300 mg kg -1 a zvyšuje se postupně během zrání. Je rozpustný ve vodě, proto je jeho obsah limitován také mnoţstvím vody (při dehydrataci se sniţuje také obsah vit. C). Snadno se rozkládá, například zvýšením teploty (tepelnou úpravou) a působením světla. K degradaci můţe dojít i při styku s prvky Fe, Zn a Cu 14
(pro zpracování se nedoporučuje pouţívání nástrojů, jeţ obsahují ve svém sloţení tyto prvky), (srov. Osuna-Garcia, 1996 in Bosland, 2000; Kopec, 2010; Ţamboch, 1996). Tento vitamin je jednou z látek, které člověk není schopen syntetizovat, a proto jej musí dodat do organismu formou potravy. Dospělý člověk by měl přijmout ve stravě přibliţně 60 80 mg denně, přičemţ těhotné a kojící ţeny aţ 95 mg (Ţamboch, 1996). Výrazný dlouhodobý nedostatek můţe způsobit skorbut (onemocnění s příznaky krvácivých dásní, únavy či srdečních potíţí). Naopak vyrovnaný přísun vitaminu C zvyšuje aktivitu mozku a obranyschopnost, sniţuje vliv škodlivých látek (zejména dusičnanů a nikotinu), povzbuzuje metabolismus, působí proti ateroskleróze a dokonce má i ochrannou funkci před nádorovým onemocněním. Účinky vitaminu C mohou být narušeny činností sedativ, hypnotik nebo antikoncepcí (Kopec, 1998; Kopec, 2010). Paprika roční patří k druhům zeleniny s nejvyšším obsahem vitaminu C. Dalšími druhy jsou naťová petrţel, růţičková kapusta nebo kopr (Ţamboch, 1996). Pálivost (ostrost), která je vnímána receptory sliznice při poţití plodů některých druhů paprik, je způsobena přítomností kapsaicinoidů skupina alkaloidů, jejichţ základem je kapsaicin (C 18 H 27 NO 3 ), (Tabulka 5). Tabulka 5: Zastoupení základních kapsaicinoidů v plodech papriky (De, 2003). Kapsaicinoidy po kontaktu se sliznicí nejdříve stimulují trojklané buňky (receptory) a současně podporují tvorbu endorfinů, později je znecitliví (čímţ se skryje jejich přítomnost v lidském těle). Nejvíce se syntetizují v placentě plodu, ale mohou se vyskytovat také v semenech. Jejich mnoţství v plodech je moţné navýšit vyvoláním 15
stresových podmínek, například několika dny se sníţenou závlahovou dávkou či působením velmi vysokých teplot. Stanovení přítomnosti kapsaicinoidů, intenzity ostrosti a dalších vlastností je moţné několika metodami: od organoleptického stanovení, TLC, GC (Gas Chromatography) aţ po HPLC (Bosland, 2000; De, 2003). Plody papriky navíc obsahují terpeny, éterické oleje, pryskyřice a fytoncidy (Kopec, 2010). Velké mnoţství jiţ zmíněných látek obsaţených v plodech papriky, se řadí mezi antioxidační sloţky tzv. antioxidanty. Antioxidanty jsou různorodé přírodní látky (vitaminy E, C, B8, -karoten), které chrání lidské tělo před škodlivým vlivem volných radikálů (Golková, 2010). Volné radikály jsou z fyzikálního hlediska látky, jejichţ molekuly obsahují nejméně jeden orbital s nepárovým elektronem. Nejčastějšími volnými radikály jsou reaktivní formy kyslíku a dusíku, které přirozeně vznikají v organismu. Za běţných podmínek pozitivně reagují v lidském těle s mastnými kyselinami, aminokyselinami, proteiny, lipidy, koenzymy, různými metabolity a dalšími sloţkami organismu. Zabezpečují přenos energie, jsou součástí signalizačních procesů buněčné regulace a významně se podílí také na ochraně imunity (Šípek, 2000). V některých případech však působí diametrálně dezinformačně a dokonce toxicky. Právě antioxidanty transformují volné radikály do méně reaktivních aţ nereaktivních forem a tím omezují jejich škodlivé působení (Kopřiva, 2011). Běţně jsou v zelenině desítky antioxidačních sloţek tzv. antioxidantů (Tabulka 6). Tabulka 6: Významné antioxidanty v plodové zelenině a jejich průměrné množství (Aujezdská, 2004). Vitamin C 1) [mg kg -1 ] Fenoly 2) [mg KG kg -1 ] Flavonoidy 3) [mg KT kg -1 ] Cuketa 17 224 43 45 15 Meloun vodní 36 225 7 59 6 Okurka salátová 14 295 11 51 8 Paprika červená 1 220 531 63 58 12 Paprika žlutá 1 096 934 84 57 10 Rajče 128 314 17 84 4 1) stanovení Tillmansovou titrací (standard kys. L-askorbová) 2) stanovení pomocí Folin-Ciocaltauového činidla (standard kyselina gallová KG) 3) stanovení pomocí hlinité soli a dusitanu (standard katechin KT) Hodnoty celkové antioxidační kapacity se mohou stanovovat různými metodami (Tabulka 7). 16
Tabulka 7: Přehled hodnot TAC u plodové zeleniny, stanovených čtyřmi různými metodami (Aujezdská, 2004). FRAP 1) LPX 2) DMPD 3) DPPH 4) Cuketa 134 39 11 2 Meloun vodní 656 76 66 9 613 18 234 4 Okurka salátová 265 20 162 7 34 3 141 1 Paprika červená 672 51 51 8 6 650 637 62 3 Paprika zelená 103 18 110 19 1 018 72 566 88 Rajče 666 136 2 154 85 3 430 24 151 3 1) FRAP = metoda zaloţená na redukci ţelezitých komplexů 2) LPX = lipidová peroxidace 3) DMPD = stanovení pomocí DMPD 4) DPPH = stanovení pomocí DPPH 3.1.7 Rozšíření a produkce Paprika roční pochází z Mexika, ale v současné době se pěstuje s vyuţitím pro konzumaci nebo koření ve většině států světa. Je jednou z velmi významných plodin, které tvoří velký podíl jak ve výţivě člověka, tak i v okrasném zahradnictví, průmyslu nebo lékařství (Bosland, 2012). Celková světová produkce paprik v roce 2011 byla 33 290 150 t (paprika zeleninová a kořeninová, včetně chilli) na 3 834 902 ha (Faostat, 2013). Největším světovým producentem zeleninové papriky je Čína, kořeninové papriky Indie. V Evropě jsou největšími producenty Španělsko a Nizozemí, kořeninové papriky se pěstují nejvíce na území Rumunska a Maďarska (Tabulky 8 a 9), (Bosland, 2012). Vývoz paprik z ČR je v současné době směřován do Německa, naopak dovoz čerstvých paprik je z velké části z Nizozemí a Španělska (Tabulky 10 a 11), (Buchtová, 2012). Trţní produkce papriky v České republice v posledních třech letech kolísá mezi 7 aţ 12 tis. tuny. Například v roce 2011 bylo vyprodukováno pro trh 10 614 t papriky na 244 hektarech (přičemţ trţní produkce tvoří 80 95 % z celkového pěstování), (Tabulka 12). Celková plocha rychlených paprik ve sklenících a fóliovnících zaujímá v ČR přibliţně 6 ha (Buchtová, 2012). Průměrná roční spotřeba papriky v ČR se od roku 2000 mírně zvýšila a pohybuje se od 5 do 6 kg na osobu (Tabulka 13). Její spotřeba ale výrazně klesla v roce 2011 díky výskytu infekce bakterií Escherichia coli a podezření na její šíření s čerstvou zeleninou. součet přesných dat i odhadů 17
Tabulka 8 a 9: Deset největších světových producentů papriky zeleninové (vlevo) a papriky zpracovávané jako koření (vpravo) v roce 2010, (Bosland, 2012). Stát Produkce [t] Stát Produkce [t] Čína 13 189 303 Indie 1 227 800 Mexiko 2 335 560 Čína 253 800 Turecko 1 986 700 Pákistán 191 800 Indonésie 1 332 360 Thajsko 158 883 USA 918 120 Etiopie 141 200 Španělsko 872 000 Myanmar (Barma) 111 400 Egypt 655 841 Bangladéš 109 350 Nigérie 500 000 Peru 106 800 Nizozemí 365 000 Vietnam 91 500 Alţírsko 317 500 Ghana 81 100 Tabulka 10: Vývoz čerstvé papriky zeleninové z ČR (Buchtová, 2012). Vývoz [t] Vývoz [v tis. Kč] 2009 2010 2011 2012 (leden - říjen) 2009 2010 2011 2012 (leden - říjen) 4 780 5 921 7 005 3 695 151 303 208 735 218 523 147 965 Tabulka 11: Dovoz čerstvé papriky zeleninové do ČR (Buchtová, 2012). Dovoz [t] Dovoz [v tis. Kč] 2009 2010 2011 2012 (leden - říjen) 2009 2010 2011 2012 (leden - říjen) 54 714 50 283 51 924 31 772 1 403 199 1 547 352 1 430 594 1 041 739 Tabulka 12: Tržní produkce * papriky v ČR, v letech 2009 2012 (Buchtová, 2012). Sklizňová plocha [ha] Produkce zeleniny [t] 2009 2010 2011 2012 (odhad) 2009 2010 2011 2012 (odhad) 269 249 244 233 11 661 7 619 10 614 9 320 * spotřeba v obchodní síti nebo zpracovatelském průmyslu, tvoří 80 aţ 95 % z celkové produkce Tabulka 13: Údaje průměrné roční spotřeby čerstvé papriky na jednoho obyvatele v ČR od roku 2000 (Buchtová, 2012). 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 [kg/osoba/rok] 4,0 4,3 5,1 4,8 4,6 5,1 5,4 4,8 4,9 6,1 5,5 Průměrná spotřebitelská cena papriky v ČR byla za rok 2009 51,80 Kč kg -1, ale průměrná cena zeleninové papriky od českých zemědělských producentů je 14 19 Kč kg -1 (Tabulka 14), (Buchtová, 2012). 18
Tabulka 14: Průměrná spotřebitelská cena papriky v Kč kg -1 v ČR (Buchtová, 2012). Rok Průměr [Kč kg -1 ] 2009 51,80 2010 62,49 2011 53,44 2012 (leden - říjen) 60,35 3.2 Reakce papriky na působení abiotických stresových faktorů Stresové faktory jsou definovány jako negativní vlivy okolního prostředí. Rostlina je během růstu a vývoje vystavena mnoha negativním vlivům, které se obvykle dělí do dvou skupin: 1) negativní vlivy biologické povahy (působení patogenu, škůdce) biotické stresové faktory, 2) negativní vlivy fyzikální, chemické či mechanické povahy abiotické stresové faktory. Mezi časté abiotické faktory se v současné době řadí působení větru, extrémních teplot, slunečního záření, nevhodná aplikace pesticidů nebo nedostatek vody, ţivin či kyslíku v půdě. Negativním vlivem abiotických stresových faktorů vznikají poškození rostlin, která jsou označována jako abionózy (Hrudová, 2011; Procházka, 1998). Paprika roční je kvůli svým poţadavkům velmi náročná na pěstební podmínky a je tudíţ velmi citlivá i na působení veškerých stresových faktorů. Pro dosaţení kvalitního růstu a vysoké produkce, je třeba zajistit optimální pěstební podmínky a co nejvíce zabránit působení negativních faktorů. 3.2.1 Nevyvážená výživa Jedním z aktuálně řešených abiotických stresových faktorů, které mohou výrazně působit na růst papriky, je nevyrovnaná výţiva. Paprika se řadí mezi zeleniny s vysokým nárokem na hnojení (statkovými i minerálními hnojivy). Vyţaduje velké mnoţství ţivin nejen v období plodnosti, ale během celé vegetace. Pokud má nedostatek přijatelných ţivin, vykazuje různé symptomy deficience prvků na listech nebo na plodech, špatným růstem a slabou násadou květů. Následkem nevyrovnané výţivy mohou být i nekvalitní plody z hlediska vývinu, barvy a nutriční hodnoty (Hlušek, 2002). Příjem prvků rostlinou, a s tím spojená výsledná produkce paprik, 19
je ovlivněn mnoţstvím, koncentrací a vzájemnými vztahy mezi jednotlivými prvky v půdě. Vhodným příkladem je růst papriky roční ve vztahu k obsahu přijatelného N v půdě. Dle výzkumu (Basoccu, 1993) mají jednoznačně různé dávky N rozdílný vliv na růst papriky. Se zvýšením N (ve formě NO - 3 ) se zvyšuje i mnoţství sušiny listů, stonků a kořenů papriky. Stejně tak se zvýšením N urychlí nástup do plodnosti a zvýší se na počátku sklizně i mnoţství plodů. Shodné výsledky publikuje Bar-Tal (2001), který navíc uvádí optimální koncentraci N pro vysoké a kvalitní výnosy: 9,3 8,3 mmol l -1. Značnou roli hraje forma dusíku. Nejvhodnější pro pěstování papriky je NO - 3, při vyšší koncentraci NH + 4 (nad 2 mmol l -1 ) dochází k blokaci Ca v listech a v plodech papriky, jak uvádí také Petříková (2006), viz níţe. Nedostatek dusíku má negativní vliv na tvorbu chlorofylů, karotenoidů a vitaminů v plodech. Z počátku na starších listech se objevují symptomy nedostatku N většinou chlorózy. Ty je ale moţné zaměnit s podobnými příznaky nedostatku Mn a S (Hlušek, 2002). Paprika vyţaduje ke svému růstu taktéţ velké mnoţství K. Jeho nedostatek má vliv na velikost plodů, na obsah cukrů a s tím spojenou ţivotnost plodů (velký vliv na skladování a přepravu), (Hlušek, 2002). Fosfor má důleţitou úlohu u klíčních rostlin a v době násady květů. S vyšším mnoţstvím přijatého fosforu v době plodnosti se zvyšuje násada a urychluje se zrání plodů. Nedostatek P se projevuje ztmavnutím pletiv listy mají tmavě zelený aţ purpurový nádech (typické u rajčat), (Hlušek, 2002). Podstatou zvýšení produktivity však není navýšení dávky jednoho prvku, ale zastoupení všech potřebných makro i mikroprvků v určitém poměru tak, aby se docílilo optimálních podmínek. Tato harmonizace představuje důleţitou součást v produktivitě paprik. V půdách s neúměrným obsahem vody nebo s nadbytkem N nebo K, můţe dojít k blokaci Ca v půdě a tím k deficienci Ca v rostlině. Symptomy nedostatku Ca se projevují na plodech hnědočernými vpadlými skvrnami a zahníváním květů, dochází ke sníţení kvality plodů (Petříková, 2006). Nedostatek Mo způsobuje deformace listů a sníţení intenzity fotosyntézy. Zatímco nedostatek Mn, stejně jako nadbytek N, sniţuje násadu květů a plodů nebo v době zralosti plodů způsobuje jejich špatné vybarvení a dozrávání. I přestoţe zelené odrůdy papriky snesou přehnojení N lépe, není doporučeno je bezúčelně přehnojovat. 20
Nevhodné je pro pěstování papriky vyšší zasolení půdy, stejně tak vyšší obsah chlóru (Hlušek, 2002). Všechny pochybení v oblasti výţivy se projevují ve výsledné produkci a mohou být příčinou významných ztrát. 3.2.2 Nevyvážená světelná intenzita Paprika vyţaduje dostatečné mnoţství světla po celou dobu růstu, zejména při kvetení. Pokud má paprika nedostatek světla (stejně tak i vody), dochází vlivem stresu ke zpomalení vývoje tvorbě nekvalitních květů, nebo k redukci květů a květních poupat. Citlivost papriky k opadu květů a malých plůdků je přímo závislá na odrůdě jednotlivé odrůdy se liší rozdílnou spotřebou asimilátů v rostlině za stresových podmínek (Bosland, 2012). Současně je příčinou nedostatku světla vytáhlý a slabý růst (Plantpro, 2013). Naopak při nadbytku slunečního záření se na plodech papriky mohou tvořit příznaky sluneční spály: vpadlé, zlatavé, nepravidelné léze. V případě silného úţehu se mohou objevit vodnaté skvrny, které následně nekrotizují. Plodová zelenina je skupina zelenin neobyčejně citlivých na sluneční úţeh (vedle papriky i rajče a meloun), (Hrudová, 2011; Petříková, 2012). Intenzita radiace úzce souvisí s teplotou vzduchu. Dle výzkumu maďarské a rumunské univerzity je pro optimální vývoj plodu za nízké světelné intenzity (100 W m -2 ) doporučena teplota 18 20 C. V případě, ţe je světelná intenzita vyšší (400 W m -2 ), teplota by měla být 24 26 C (pro pěstování papriky nejpříznivější) a podobně (Tabulka 15), (Taskovics, 2010). Tabulka 15: Vztah světelné intenzity a teploty na růst plodu papriky (Taskovics, 2010). Světelná intenzita [W m -2 ] Teplota [ C] Přírůstek plodu [mm na den] 100-200 200-300 300-400 nad 400 < 20-21 0,867 > 21 0,308 < 22-23 2,37 > 23 0,277 < 24-25 2,09 > 25 0,02 < 25-26 1,92 > 27 0,03 21
Univerzity ve výzkumu uvádí, ţe rychlost vývoje plodu za den je vyšší při radiaci 400 W m -2, v tomto případě roste plod papriky rychlostí od 0,4 do 2,37 mm za den. Růst plodu většinou závisí na světelné intenzitě a teplotě, ale rovněţ na maximální a minimální teplotě, případně na jejich kolísání (Taskovics, 2010). Světelná intenzita souvisí i s výţivou rostlin. Kupříkladu, jestliţe má rostlina vysoký příjem N za nízké sluneční intenzity, můţe dojít k hromadění nitrátů v plodech. Naproti tomu za zvýšené světelné intenzity můţe rostlina zvýšit příjem P (Hlušek, 2002). Vedle světelné intenzity je významná délka denního světla (resp. délka světelné periody). Paprika roční se řadí mezi rostliny fotoperiodicky neutrální její kvetení tedy není přímo závislé na délce světelné periody. Přesto můţe ovlivnit její růst a výslednou produkci. Optimální doba přisvětlování je 20 hodin, při této délce fotoperiody jsou podle provedeného pokusu nejvyšší výnosy (u přisvětlování 16 hodin nebo aţ 24 hodin jsou výnosy niţší), (Demers, 1998). 3.2.3 Extrémní teploty Optimální teplota vzduchu je pro růst papriky velmi důleţitá (22 25 C ve dne, 18 20 C v noci). Nejcitlivější fenofáze papriky na nevhodné teploty jsou: klíčení, opylování, kvetení a v průběhu tvorby plodů (Tabulka 16). Tabulka 16: Vliv teploty na opylování, kvetení a tvorbu plodů u papriky (LeBoeuf, 2004). Teplota (T) Projevy rostliny > 32 C tvorba sterilního pylu, sprchávání květů kolem 16 C optimální pro kvetení a tvorbu plodů denní T < 15,5 C nebo noční T > 24 C špatná násada plodů Pokles teploty pod 14 C nebo naopak zvýšení nad 30 C, způsobuje okamţité zastavení růstu rostliny (srov. Malý, 1998; Petříková, 2012). Klíčivost semen je minimální při teplotě niţší neţ 13 C nebo vyšší neţ 37 C. Poškození nízkými teplotami na paprikách můţe být způsobeno chladem, čili teplotami nad bodem mrazu (například teploty od 0 C do 10 C), nebo mrazem teplotami pod bodem mrazu (LeBoeuf, 2004). Účinek chladu vyvolává na rostlině poruchy vlivem negativních fyziologických změn, tj. například zpomalení fotosyntézy a s tím spojený niţší příjem vody a ţivin 22
(Obrázek 1). Tyto změny se projevují nejen zastavením růstu, ale také zvlněním a ţloutnutím listů, a vznikem vodnatých skvrn na vyvinutých květech nebo plodech. Obrázek 1: Reakce třicetidenní sazenice papriky na teplotu 8 C (zleva: kontrola, 1., 2. a 3. den v prostředí s teplotou 8 C), (Morad, 2012). Pokud jsou papriky po celou dobu kvetení vystavené příliš nízkým nočním teplotám (7 10 C), mohou být plody ve výsledku malé nebo deformované (LeBoeuf, 2004). Jestliţe chlad působí na rostliny ve fázi malých plůdků nebo během vývoje plodů, můţe se na pokoţce tvořit zkorkovatělé pletivo, které později síťovitě praská. Tím chlad nepřímo podněcuje i sekundární napadení houbovými chorobami (Hrudová, 2011; Plantpro, 2013). V našich klimatických podmínkách dochází často k teplotnímu poškození na rostlinách papriky vlivem mrazu. Tím se rozumí pokles teploty pod 0 C. Z tohoto hlediska se paprika roční řadí mezi plodiny citlivé na mráz (Peet, c2000). Papriky mohou být poškozeny teplotami uţ od 1 C (příp. 0 C), i kdyţ záleţí na odrůdě, fenologické fázi, genetických predispozicích i na ostatních abiotických faktorech (působení větru nebo sráţek), (Hrudová, 2011; LeBoeuf, 2004). V minulém vegetačním období způsobil mráz na porostech papriky několikrát závaţné abionózy (v dubnu a květnu roku 2012). Kvůli tomu byla sklizeň o několik dní aţ týdnů posunuta a v konečném výsledku byly i mírné ztráty výnosů (Buchtová, 2012). Mráz je příčinou narušení buněčného metabolismu. Jeho působením se zahušťuje obsah vakuoly a při silném působení se v buňkách tvoří krystaly, které mohou buňky mechanicky poranit. Toto se projevuje na rostlině vadnutím, nekrózami, usycháním a vodnatými skvrnami na květech a plodech, s jejich následným zahníváním (Obrázky 2 a 3), (Hrudová, 2011). 23
Obrázky 2 a 3: Symptomy poškození papriky chladem (vlevo) a mrazem (vpravo). Vlivem nízkých teplot můţe docházet i k celkovému sníţení odolnosti rostliny, čímţ se zvyšuje pravděpodobnost napadení chorobami. Dopady příliš vysokých teplot na růst papriky jsou podmíněny dobou působení nebo dokonce i konkrétní rostlinnou částí. V noci je paprika více citlivá na vysoké teploty neţ ve dne (Wien, 1997c in Peet, c2000). Nejvíce choulostivý je pyl jeho ţivotaschopnost a klíčení. S tím je spojené i zhoršené opylování a tvorba semen v plodech za vysokých teplot (teploty nad 35 C), jak je uvedeno jiţ v předchozí Tabulce 16. Klíčení pylu můţe být ale ovlivněno mnoha dalšími faktory (např. koncentrací CO 2 a nízkou relativní vzdušnou vlhkostí), (Aloni, 2001; Plantpro, 2013). Stejně nepříznivý vliv jako extrémní teploty má i náhodné kolísání teplot v širokém intervalu mezi dnem a nocí. To vyvolává u paprik předčasný opad plodů. Přesto můţe být reakce papriky na teplotní výkyvy ovlivněna mnoţstvím nejrůznějších okolností. Dokonce můţe být rozdíl mezi odrůdami s tenkou slupkou plodu a silnou, neboť plody se silnější slupkou jsou více citlivé na změny teploty (Plantpro, 2013). Obecně lze uvést, ţe výsledkem působení extrémních teplot jsou téměř vţdy sníţené výnosy nebo špatná kvalita plodů. Pro správný růst a vývoj papriky je důleţitá rovněţ teplota půdy, která navíc ovlivňuje i přijatelnost některých prvků (fosfor). Tento proces byl snáze pozorován na rostlinách rajčat, která přijaly větší mnoţství P při vyšší teplotě (18 C), (Hlušek, 2002). Nízké teploty půdy omezují vývoj kořenů a celkový růst papriky (LeBoeuf, 2004). 24
3.2.4 Nedostatek vody (sucho) V zahradnické praxi se často pouţívá termín sucho. Sucho je dle meteorologického slovníku definováno jako nedostatek vody v půdě, v rostlině nebo i v ovzduší (Sobíšek, 1993). Dělí se podle různých hledisek do několika skupin: 1) podle Thornthwaiteovi klasifikace: sucho stálé v nejsušších klimatických pásmech sucho sezónní v některých klim. pásmech a v monzunových oblastech sucho nahodilé důsledek nepravidelné a proměnlivé četnosti a intenzity sráţek, velmi nebezpečné období s nepravidelným výskytem, které můţe trvat týdny, měsíce aţ roky 2) podle dalších charakteristik: sucho meteorologické (atmosférické) vymezeno časovými a prostorovými sráţkovými poměry (výskyt na daném místě v určitou roční dobu) a podmíněno různými meteorologickými faktory (teplota a vlhkost vzduchu, rychlost vzduchu, rychlost větru, a další) sucho agronomické definováno jako nedostatek vody v půdě následkem meteorologického sucha sucho půdní definováno ve vztahu k půdám prostřednictvím půdních hydrolimitů sucho fyziologické definováno jako nedostatek vody ve vztahu k různým poţadavkům konkrétních druhů rostlin a další (Sobíšek, 1993; Roţnovský, 2012). V minulém vegetačním období (v roce 2012) bylo sucho pro zeleninu velkým limitujícím faktorem. Situační a výhledová zpráva udává, ţe závlahové dávky byly v ČR v tomto období nedostačující a vlivem stresu z vodního deficitu došlo k výrazným ztrátám (Buchtová, 2012). Podle výzkumů ČHMU je výskyt tzv. bezesráţkových období stále častější, stejně jako opakované výkyvy obsahu vody v půdě. A díky těmto vlivům jsou v současné době déletrvající půdní sucha častou příčinou sníţené zahradnické i zemědělské produktivity. V zahradnické praxi můţe sucho zapříčinit: sníţení výnosů, výskyt vodních erozí půdy, sníţení půdní úrodnosti, 25
sníţení kvality fyzikálních a chemických vlastností půdy (Buchtová, 2012; Procházka, 1998). Výnosy mohou být ovlivněny z hlediska příjmu vody mnoha faktory: časem aplikace zálivky, délka jednotlivé zálivky, intervaly mezi dávkami, případně mírou vodního stresu. Vedle klasického sucha (resp. nedostatku vody v půdě) můţe dojít taktéţ k tzv. fyziologickému suchu, kdy je voda v půdě sice přítomna, ale je silně vázána půdními částicemi. Rostlina ji tedy není schopna přijmout a uvadá (Hrudová, 2011). Nedostatek přijatelné vody v půdě, vyvolává u rostlin vodní stres doprovázený fyziologickými změnami. Symptomy nedostatku vody závisí na intenzitě vodního stresu. Zpočátku rostlina reaguje zvětšením kořenové biomasy, omezením růstu nadzemní části, uzavřením průduchů a zpomalením fotosyntetické aktivity. V této fázi dochází k reverzibilním fyziologickým změnám, kdy je paprika schopna po doplnění vody obnovit růst a pokračovat ve vývoji (Obrázek 4). Obrázek 4: Sadba papriky roční pod vlivem stresu z nedostatku vody (vlevo) oproti kontrole (vpravo), (Jezdinský, 2013) Při delším působení sniţuje turgescenci (tlak v pletivech), listy uvadají, ţloutnou a opadávají, stejně tak dochází i k abortaci květů. Tímto systémem rostlina sníţí transpiraci a udrţí více vody. Za déletrvajícího intenzivního sucha začínají odumírat růstové vrcholy i kořeny, a zcela se přestanou tvořit květy nebo plody. Je-li rostlina vystavena suchu během tvorby plodů, plody jsou malé, deformované a nekvalitní. Silný a dlouhodobý nedostatek vody je příčinou ireverzibilních (nevratných) fyziologických změn, které jsou příčinou letálního poškození rostliny (Hrudová, 2011; Procházka, 1998). 26
Jiţ v letech 1989 aţ 1991 byly realizovány experimenty, jejichţ cílem bylo zjistit vhodné závlahové reţimy na co nejvyšší produktivitu paprik. Paprika roční Pico byla pěstována v půdě s VVK 1 hodnotami od 10 do 75 %. Sníţením závlahové dávky (VVK 10 aţ 15 %) se sníţil počet plodů na rostlinu, s tím klesly i celkové výnosy (pod hodnotu 45 % VVK je rostlina vystavena stresu z vodního deficitu). Vyšší závlahová dávka (VVK 55 %) byla příčinou zvýšení obsahu sušiny (včetně rozpustné) a sacharidů, kyselosti i ph hodnoty plodu. Zvýšením obsahu vody v půdě se zvýšila vyuţitelná vodní kapacita plodů (Pellitero, 1993). Katerji (1993) testoval reakce papriky na stres vlivem sucha v různých fenologických fázích: vegetativní růst, kvetení, násada a vývoj plodů. Citlivost jednotlivých fenofází papriky na vodní stres byla hodnocena stanovením čerstvé hmotnosti, sušiny, velikosti a mnoţstvím plodů. Za nejcitlivější fázi papriky označil počátek násady plodů. Ferrara, na University of Basilicata v Itálii, sledoval reakce papriky na vodní stres, kterému byly vystaveny ve vegetativní nebo generativní fázi růstu (kvetení a tvorbu plodů). Při působení stresu na rostlinu během vegetativní fáze, došlo později k průkaznému sníţení počtu květů na rostlinu (10,7) vůči kontrole 30,9 (zavlaţované rostliny během celého vývoje). Násada květů nebyla ovlivněna, jestliţe byla rostlina vystavena vodnímu stresu během celého vývoje (ve vegetativní i generativní fázi). Celkové výnosy plodů byly nejvyšší u kontroly (5 644 g m -2 ), niţší při působení stresu na vegetativní fázi (2 040 g m -2 ) a nejniţší při působení stresu na generativní fázi rostliny (875 g m -2 ). Vlivem působení vodního stresu byla u všech stresovaných variant sníţená fotosyntetická aktivita. Z výzkumu vyplývá, ţe paprika roční je vysoce citlivá na vodní stres, s čímţ souvisí význam kvalitní závlahy nejenom v generativní fázi, ale i po celou dobu jejího vývoje (Ferrara, 2011). Sezónní spotřebou vody a vlivem vodního stresu u papriky pálivé (Capsicum frutencens) se zabývali také Owusu-Sekyere a kol. (2010). Provedli výzkum na paprikách v různých vývojových fázích, které rozdělili do 4 skupin, podle objemu závlahové dávky: 1) 100 % závlahové dávky podle průměrné spotřeby papriky (T1), 2) 80 % závlahové dávky (T2) 3) 60 % závlahové dávky (T3) 1 VVK vyuţitelná vodní kapacita 27
4) 40 % závlahové dávky (T4). Podle výzkumu stanovili optimální závlahovou dávku pro papriku 587,48 mm za celé vegetační období (129 dní). V závislosti na příjmu vody sledovali i příjem ţivin, zejména N, P a K. Příjem těchto ţivin je vázaný na obsah dostupné vody v půdě. Z dosaţených výsledků je patrný nejvyšší příjem N, stejně jako K, u skupiny rostlin s nejniţší závlahou (T4). Nejvyšší příjem P je naopak při nejvyšším obsahu vody v půdě (T1 a T2), (Graf 1), (Owusu-Sekyere, 2010). Graf 1: Příjem fosforu paprikou v různých vývojových fázích v závislosti na obsahu vody v půdě (T1 nejvíce, T4 nejméně), (Owusu-Sekyere, 2010). Odběr vody rostlinou je velmi individuální a stejně jako reakce rostliny na vodní stres je závislá na vnitřních (vývojová fáze, rostlinný druh, adaptace) i vnějších faktorech (relativní vlhkost vzduchu a půdy, teplota, mnoţství CO 2 ). Schopnost rostliny k vytvoření tolerance vůči stresu z vodního deficitu podléhá různým biochemickým procesům, které usnadní příjem nebo zadrţení vody v rostlině. Během těchto procesů dochází k syntéze tzv. osmoticky aktivních látek a specifických proteinů, které řídí systém iontů a vodní reţim rostliny, popř. detoxikují kyslíkové radikály (K +, aminokyseliny prolin, proteiny osmotin, karotenoidy, antokyany a další). Potenciální vodní stres u konkrétních rostlin je moţné stanovit pomocí vodního sytostního deficitu, který definuje mnoţství vody v rostlině (Bohnert, 1996; Procházka, 1998). 28
3.3 Arbuskulární mykorhiza (AM) Jak jsem jiţ uvedla ve své bakalářské práci (Bělíková, 2011), mykorhizní symbióza je vzájemná koexistence vyšších rostlin a mykorhizních hub. Jejím nejvíce rozšířeným typem je arbuskulární mykorhiza (dříve téţ vezikulo-arbuskulární mykorhiza). Vyskytuje se u 95 % vyšších cévnatých rostlin, včetně obdělávaných polních a zeleninových plodin. Ve většině případů je AM prospěšná pro oba symbionty 2. Hostitelská rostlina dodává mykorhizní houbě uhlík ve formě sacharidů, houba podporuje rostlinu vyšším přísunem vody a ţivin (zejména P a N), a navíc je schopná pomoci rostlině při vyrovnávání organismu za stresových podmínek (Gryndler, 2004). 3.3.1 Základní podmínky pro vznik AM symbiózy Obecně se uvádí, ţe AM houby jsou vzhledem ke schopnosti symbiózy s rostlinami nejméně specifické a mohou tvořit symbiózu s mnoha různými rody a druhy. Přesto je tvorba symbiózy mezi rostlinou a mykorhizní houbou podmíněna: 1) genetickou dispozicí rostliny ve schopnosti kooperovat s AM houbami následkem genetických poruch vlivem mutací se mohou vyčlenit druhy, které nejsou schopny AM symbiózy (např. u Lycopersicon lycopersicum, Pisum sativum), (Gryndler, 2004). Podobně tomu můţe být u záměrně vyšlechtěných genotypů. Sensoy testoval vliv inokulace houbami Glomus intraradices a Gigaspora margarita na 8 různých genotypech papriky. Z celkového počtu reagovalo 5 genotypů pozitivně a 3 negativně (Graf 2), (Sensoy, 2007). 2) čeledí hostitelské rostliny (zeleninové druhy z čeledí Amarathaceae, Brassicaceae, Chenopodiaceae a další netvoří myk. symbiózu) schopnost rostlin tvořit mykorhizní symbiózu s houbami se neliší pouze v rámci rostlinných čeledí, ale i v rámci druhů. Ze zeleninových druhů se mykorhizní symbióza nejčastěji vyskytuje na mrkvi obecné (Daucus carota), hrachu setém (Pisum sativum), póru pravém (Allium porrum), fazolu obecném (Phaseolus vulgaris), paprice roční (Capsicum annuum), a dalších (Mehrotra, 2005). 2 symbiont účastník mykorhizní symbiózy (rostlina fytobiont, houba mykobiont) 29
Graf 2: Vyjádření relativní mykorhizní závislosti (RMD) na různých genotypech papriky inokulovaných houbami Glomus intraradices (Gi) a Gigaspora margarita (Gm),(Sensoy, 2007). 3) schopností symbiontů dokončit celý životní cyklus i bez symbiózy rostliny mohou být fakultativně či obligátně mykotrofní 3, houby fakultativně či obligátně biotrofní 4. Většina mykorhizních hub je obligátně biotrofních a bez hostitele přeţívají v půdě ve formě klidových stádií spor, mycelií (Gryndler, 2004; Mehrotra, 2005). 4) rozsahem možných hostitelů pro konkrétní druhy mykorhizních hub 5) množstvím různých druhů mykorhizních hub pro konkrétní hostitelské rostliny 6) ekologickými faktory vlivem biotických a abiotických faktorů (strukturou půdy, ph reakcí, teplotou, obsahem vody a CO 2, mnoţstvím minerálních a organických látek v půdě), (Mehrotra, 2005). 7) další faktory schopnost tvorby mykorhizní symbiózy mezi oběma symbionty je závislá na mnoha dalších faktorech (objem kořenového systému, klíčivost spor, ţivotaschopnost spor, období dormance apod.) kaţdý z nich můţe negativně i pozitivně ovlivnit průběh vývoje symbiózy nebo zcela zabránit jejímu vzniku (Smith, 1997). Největší koncentrace mykorhizních hub je v blízkosti kořenů vyšších rostlin, přesto v půdě nejsou rovnoměrně rozptýleny, ale nachází se v místech s optimálními podmínkami pro jejich vývoj (Gryndler, 2004). 3 fakultativně mykotrofní rostliny nejsou ţivotně závislé na mykorhizní symbióze; obligátně mykotrofní rostliny neukončí ţivotní cyklus bez mykorhizní symbiózy 4 obligátně biotrofní houby potřebují C od hostitelské rostliny na růst, vývoj a dokončení celého ţivotního cuklu 30
3.3.2 Průběh kolonizace Arbuskulární mykorhiza patří do skupiny endomykorhizních symbióz, které jsou charakteristické pronikáním houbových struktur do intra- a také intercelulárních 5 prostor. Aby mohly být kořeny rostlin kolonizovány AM houbami, musí být v půdě přítomny propagule 6, tj. mycelium, spory nebo inokulované fragmenty kořenů (Gryndler, 2004; Smith, 2008). Spory se před klíčením většinou musí vystavit tzv. klidovému období (období dormance), během kterého se aktivují biochemické látky podněcující klíčení a růst klíční hyfy. Narůstáním hyf vzniká presymbiotické mycelium, které kolonizuje kořeny hostitelské rostliny. Stejně můţe kolonizovat kořeny rostlin také symbiotické (vegetativní) mycelium, které je po přechodnou dobu volně v půdě bez hostitele. Na povrchu kořene rostliny hyfa vytvoří apresorium, z nějţ vrůstají nové hyfy do primární kůry kořene. V primární kůře se vyvíjí hlavní strukturální rysy arbuskulární mykorhizy: hyfy (resp. kořenové mycelium), arbuskuly, případně vezikuly (Obrázek 5). Arbuskuly jsou stromečkovité útvary, které zabezpečují veškerý přenos látek mezi AM houbou a rostlinou. Vezikuly jsou kulovité, déle trvající útvary, vyvíjí se jen u některých druhů a mají zřejmě zásobní funkci (Gryndler, 2004; Hrouda, 2010). Ve volné přírodě se mohou kolonizovat rostliny mezi sebou i díky přenosu různých částí mykorhizních kořenů pomocí makroedafonu (mravenci, hlodavci), (Smith, 2008). Obrázek 5: Strukturální rysy arbuskulární mykorhizy: 1)hyfy, 2)arbuskuly, 3)vezikula (Marschner, 2012). 5 intracelulární nitrobuněčný (uvnitř buňky); intercelulární mezibuněčný 6 části organismu, které slouţí k reprodukci 31
3.3.3 Zástupci arbuskulárních hub Druhy arbuskulárních hub se nejčastěji řadí do oddělení Glomeromycota. Pro tuto diplomovou práci mají největší význam druhy obsaţeny v přípravku Symbivit, který byl pouţit v experimentu (Obrázek 6). Obrázek 6: Taxonomický přehled základních druhů arbuskulárních hub (druhy červeně označené jsou součástí přípravku Symbivit, který byl použit v experimentu), (Gryndler, 2004). řád: Archaeosporales čel.: Archaeosporaceae Archaeospora čel.: Acaulosporaceae Acaulospora A. laevis odd.: Glomeromycota řád: Diversisporales čel.: Diversisporaceae čel.: Gigasporaceae Glomus Gigaspora Scutellospora G. etunicatum G. gigantea S. calospora S. reticulata G. claroideum G. geosporum Glomus G. intraradices řád: Glomales čel.: Glomaceae G. microagregatum G. mosseae řád: Paraglomales čel.: Paraglomaceae Sclerocystis Paraglomus S. rubiformis Při pouţití AM hub (popř. přípravku) v daném experimentu je vhodné předem znát vzájemné korelace mezi konkrétní mikroskopickou houbou a hostitelskou rostlinou. Vedle vzájemných vztahů mezi hostitelem a mykorhizní houbou je důleţité zaměřit se i na ekologické nároky konkrétních AM hub. To je v některých případech velmi sloţité, zejména pokud se jedná o méně známý druh mykorhizní houby. Není nutností, aby mykorhizní symbióza vytvořená mezi dvěma konkrétními symbionty v experimentálních podmínkách musela vzniknout i ve volné půdě (Smith, 1997). Podle ústního sdělení RNDr. Jany Rydlové, Dr. (Ústav mykorhizních symbióz AV ČR v Průhonicích) dne 19. 4. 2013 mohou mít různé izoláty téhož druhu mykorhizní houby zcela odlišné ekologické nároky. Nelze tedy předem přesně upravit ekologické 32
podmínky podle nároků AM houby, pouze je doporučeno vycházet z jiţ provedených experimentů. Obecně je moţné říci, ţe VA houby se častěji vyskytují na minerálních půdách, a v oblastech s vysokou druhovou biodiverzitou, protoţe představují pro houby potenciální zdroj výţivy. Mohou to být půdy velmi vlhké, suché, poničené nebo chudé na ţiviny (Smith, 1997). 3.4 Vliv AM symbiózy na výživu a vodní systém plodové zeleniny Jak jsem uvedla v předchozí podkapitole (3.2.4 Nedostatek vody), závaţným limitujícím faktorem v ČR je především sucho. Průměrné roční sráţky v ČR klesají a časté výskyty sucha nebo nevyrovnané sráţky jsou příčinou nestabilní produkce. S těmito problémy se potýká zvláště oblast Jiţní Moravy (Příloha 2). S postupným vývojem klimatu se předpokládá zvýšení průměrné roční teploty a sníţení průměrných ročních sráţek, tedy i stále častější výskyt sucha (Příloha 3), (Roţnovský, 2012). Proto by se měla zaměřit pozornost právě na řešení situace v této oblasti zvýšení odolnosti rostlin vůči suchu, případně zamezení vzniku poškození rostlin vodním deficitem. Těmito postupy lze předcházet eventuálnímu sníţení výnosů. Arbuskulární mykorhizní symbióza působí na vodní systém v rostlině i v půdě. Rostliny, které se podílí na mykorhizní symbióze, projevují vyšší vodní dynamiku a hydraulickou vodivost kořene a jsou obvykle díky myceliu dobře zásobeny vodou v závislosti na vodním potenciálu půdy a kořene rostliny, resp. na obsahu vody v půdě (rostlina přijímá vodu, jestliţe je potenciál půdy vyšší, neţ potenciál rostliny). Extraradikální mycelium zvětšuje kořenový systém rostliny, rozrůstá se napříč půdním profilem, tím je schopno zajistit rostlině vodu v půdě i v období sucha. Určitým způsobem tak chrání rostliny proti stresu z vodního deficitu. Na základě tohoto systému, můţe docházet díky vyššímu odběru vody z půdy mykorhizou i k rychlejšímu vysychání půdy (Chandra, 2006; Gryndler, 2004). Často je úloha AM v odolnosti rostlin vůči suchu spojována také s dobrým zásobením hostitelské rostliny ţivinami (P, N). Schopnost rostlin odolávat stresu vlivem nedostatku vody můţe být dána vyšším příjmem obou prvků jak fosforu, tak i dusíku. Toto potvrzuje například výzkum na rostlinách rajčete. Mykorhizní symbióza zpřístupnila rostlině rajčete aţ 40 % N z půdy, v podmínkách mírného sucha (Subramanian, 1999 in Rai 2009). U rajčat inokulovaných houbou Glomus intraradices se současně s vyšší odolností vůči suchu projevil zvýšený příjem P i N. Obsah fosforu 33
byl prokazatelně vyšší o 30 40 % oproti nekolonizovaným rostlinám (Subramanian, 2006 in Rai, 2009). Naproti tomu, studie na rostlinách papriky (Davies, 1993) předpokládá, ţe odolnost rostlin vůči suchu je způsobena zvýšením celkové fyziologické výkonnosti. Dle studie není důleţité mnoţství přijatého P v pletivech rostlin, ale schopnost jeho vyuţití rostlinou. Čímţ tedy nepotvrzuje přímo úměrnou souvislost mezi odolností rostlin k suchu a obsahem P v jejich pletivech. V experimentu byly papriky rozděleny do dvou variant: 1) inokulované houbou AM houbou Glomus deserticola (VAM) 2) neinokulované AM houbou (NVAM), které byly později přihnojeny P, aby obě skupiny rostlin měly podobný obsah P v pletivech. Tyto varianty byly vystaveny dvou typů prostředí: 1) se sníţeným mnoţstvím vody v půdě (stresované rostliny z nedostatku vody), (DA) 2) s optimálním mnoţstvím vody v půdě (NDA) U stresované varianty bylo působení sucha na rostliny navozeno v cyklu: 1. optimální mnoţství vody 2. iniciace stresu vlivem nedostatku vody 3. zvýšení intenzity stresu 4. návrat do optima Tento cyklus se čtyřikrát opakoval. Plocha listů a obsah sušiny nadzemních částí se ve výsledku mezi variantami téměř nelišily. Vyšší nárůst kořenové hmoty byl pozorován u rostlin NVAM-NDA. Během působení stresu vykazovaly rostliny VAM-DA (inokulované a stresované nedostatkem vody) vyšší fotosyntetickou aktivitu, koncentraci P v pletivech, vodivost průduchů i vyšší turgor v listech. Zajímavý byl rozdíl mezi obsahem P v pletivech pozorovaných rostlin a jeho vyuţití rostlinou. V konečné fázi experimentu byla zjištěna nejvyšší koncentrace P v pletivech u rostlin NVAM-NDA (5,4 mg g -1 ) proti VAM-DA (1,7 mg g -1 ). Ale efektivita vyuţití P během fotosyntézy na jednotku plochy listu byla naopak největší u VAM-DA rostlin a nejmenší u NVAM-NDA. Navíc se vlivem sucha u VAM-DA rostlin zvýšil obsahu škrobu na rozdíl od ostatních variant (Davies, 1993). Podporu růstu rostlin mykorhizními houbami za nedostatku vody potvrzuje experiment na rostlinách rajčete (Dell Amico, 2002). Rostliny byly kolonizovány houbou Glomus clarum a vystaveny stresu z nedostatku vody v cyklu: 72 hodin bez závlahy, následně 120 hodin pod závlahou. Ačkoliv G. clarum celkový růst rajčete 34
podpořil, mykorhizní kolonizace byla pod vlivem vodního stresu menší, a stejně tak nárůst nadzemní části byl větší neţ nárůst kořenů. Vlivem sníţení vodního potenciálu půdy došlo k osmotickým změnám v rostlině: sníţil se vodní potenciál v listech a turgor. Ve fázi opětovného zavlaţování se opět turgor i vodní potenciál v listech vrátily do optima. Díky účinkům mykorhizní symbiózy se u rajčat zvýšila fotosyntetická aktivita, vodivost průduchů a hydraulická vodivost kořenů, která podnítila zvýšený příjem vody během sucha (Dell Amico, 2002). Subramanian a kol. (2006) hodnotili působení Glomus intraradices na produkci květů a plodů u rostlin rajčete (Lycopersicon lycopersicum PKM-1 ) v polních podmínkách za sníţeného mnoţství vody. Inokulované rostliny (M+) byly společně s neinokulovanými (M-) vystaveny střídavým periodám sucha. Inokulované rostliny měly nejenom prokazatelně vyšší obsah P a N, ale také obsah sušiny, mnoţství květů a plodů a dokonce vyšší obsah vitaminu C. V závislosti na intenzitě stresového působení byly celkové výnosy M+ rostlin vyšší o: 24, 7 % (při vysoké intenzitě sucha), 23,1 % (při střední), 16,2 % (při mírné) a o 12,3 % (při slabé intenzitě). Tyto výsledky ukazují na pozitivní činnost mykorhizní symbiózy ve vodním systému rostliny, produkci a nutriční hodnotě plodů (Subramanian, 2006). Potenciální účinnost AM hub v odolnosti papriky (Capsicum annuum San Luis ) vůči suchu uvádí studie z roku 2002. Papriky byly ve dvou typech substrátu: s obsahem AM hub (AMF) a bez obsahu AM hub (Non-AMF). Pro inokulaci byly pouţity Glomus fasciculatum a směs hub Glomus albidium, Gl. claroides a Gl. diaphanum (označeny jako ZAC-19). Rozdíl mezi nimi je v jejich původu směs ZAC-19 byla izolována v suchých oblastech Mexika a Gl. fasciculatum ve vlhkých oblastech severozápadu USA. Rostliny prodělaly 20-ti denní cyklus sucha. Non-AMF byly přihnojeny hnojivem s vyšším obsahem P, z důvodu vyrovnání P v rostlině u obou variant. Vlivem sucha se takřka u všech rostlin sníţil vodní potenciál listů, relativní obsah vody v pletivech, vodivost průduchů i transpirace vyjma rostlin ZAC-19 (inokulované Glomus spp.), které měly vyšší vodní potenciál listů a projevovaly nejslabší symptomy vadnutí během intenzivní periody sucha. Taktéţ poměr nadzemní a podzemní části rostlin byl u ZAC- 19 vyšší, tak jako zvýšená tvorba mykorhizních struktur na kořenech (arbuskuly a hyfy), které signalizují aktivní symbiózu. Kolonizace G. fasciculatum byla niţší. Dle získaných výsledků autoři studie nepřikládají zásadní úlohu obsahu P v odolnosti proti suchu. Podle zjištěných dat, si houby obsaţené ve směsi nesou předpoklad pro zvýšení odolnosti vůči suchu, a tudíţ by se mohly pouţít pro podporu rostlin 35
Chlorofyly [ g g -1 ] [g] v odolnosti vůči suchu v zemědělských oblastech s nízkým obsahem vody v půdě (Davies, 2002). Výzkum s mykorhizní houbou Gl. fasciculatum a odrůdou Capsicum annuum San Luis byl realizován i o 4 roky později, v roce 2006. Tato studie byla zaměřena na hodnocení kvality plodů (velikost plodů a stopky, obsah karotenoidů a chlorofylů) u nekolonizovaných (NAMF) a kolonizovaných (AMF) rostlin za působení 26-ti denního cyklu sucha. AMF vykazovaly za působení sucha plody širší a delší (o 13 a 15 %) neţ NAMF, podobně i čerstvá hmotnost plodů, která byla o 25 % vyšší na rozdíl od NAMF rostlin (Graf 3). Graf 3: Hmotnost plodů u kolonizovaných (AMF) a nekolonizovaných (NAMF) rostlin papriky roční San Luis (Mena-Violante, 2006). 60 50 40 30 20 10 0 Hmotnost plodů AMF NAMF AMF NAMF sucho optimum Plody rostlin AMF vystavených suchu obsahovaly přibliţně stejné mnoţství chlorofylů jako NAMF, které byly v optimálním prostředí (Graf 4). Graf 4: Obsah chlorofylu v plodech kolonizovaných (AMF) a nekolonizovaných (NAMF) rostlin papriky roční San Luis (Mena-Violante, 2006). 200,0 Obsah chlorofylu 150,0 100,0 50,0 0,0 AMF NAMF AMF NAMF sucho optimum 36
Karotenoidy [ g g -1 ] Obsah karotenoidů AMF byl 1,4 krát vyšší oproti NAMF v optimu (Graf 5). Ze studie vyplývá, ţe G. fasciculatum vyvolal u stresovaných rostlin zlepšení kvality plodů papriky jak po stránce velikosti, tak z hlediska obsahových látek (Mena-Violante, 2006). Graf 5: Obsah karotenoidů v plodech kolonizovaných (AMF) a nekolonizovaných (NAMF) rostlin papriky roční San Luis (Mena-Violante, 2006). Obsah karotenoidů 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 AMF NAMF AMF NAMF sucho optimum Vliv arbuskulární mykorhizy na růst papriky v oblasti ekologického zemědělství hodnotili Montero a kol. v roce 2010. Cílem experimentu bylo sledovat působení AM hub Glomus hoi a Glomus mosseae na tvorbu květů a plodů papriky (Capsicum annuum Verano ) pod různými vodními reţimy. Na začátku kvetení, přesněji v době, kdy měly rostliny asi 20 % květů, se spustily dvě varianty zavlaţování (na vlhkost půdy 65% a 90% VVK). U rostlin pěstovaných v půdních podmínkách 65% VVK symbióza zvýšila výnos plodů (od 12 do 24 %), v úrovni 90% VVK byl výnos plodů inokulovaných rostlin taktéţ vyšší, ale jen o 10 aţ 20 % v porovnání s kontrolou (Montero, 2010). Na sazenicích okurky (Cucumis sativus Bitostar ) a melounu cukrového (Cucumis melo Vicar F1 ) byly taktéţ pozorovány pozitivní účinky mykorhizní symbiózy. Sazenice se pěstovaly v písčité půdě, doplněné směsí AM hub, přihnojené fosfátem (15,5 mg P 2 O 5 kg) a zavlaţované ve třech úrovních půdní vlhkosti: 70 %, 85 % a 100 % RVK 7. AM symbióza se vyvíjela společně s růstem sazenic u starších 7 RVK retenční vodní kapacita, udává maximální mnoţství kapilárně zavěšené vody v půdě (někdy označována jako PVK polní vodní kapacita). 37
sazenic byla více vyvinuta. Větší kolonizace byla u rostlin zavlaţovaných pod 85 % a 100 % RVK. Růst, výnos a obsah NPK v plodech byl vyšší u rostlin inokulovaných VA houbami a zavlaţovaných na 85 % RVK na rozdíl od kontroly (přihnojené rostliny fosfátem a zavlaţované na 100 % RVK). Inokulované rostliny melounu vykazovaly výnos 1,44 kg plodů na rostlinu (kontrola 1,00 kg plodů na rostlinu) tedy o 44 % vyšší, přestoţe hodnoty RVK byly niţší neţ u kontroly. Inokulované okurky měly výnos 4,1 kg plodů na rostlinu (kontrola 2,9 kg) a současně vyšší obsah NPK v plodech u obou zelenin asi o 7 %. Z tohoto výzkumu zřetelně vyplývá, ţe mykorhizní symbióza podporuje příjem vody i ţivin rostlinou (Abdelhafez, 2006). Úlohu AM symbiózy v odolnosti melounu (Cucumis melo) vůči suchu ověřoval Zhi Huang v severozápadní části Číny (2010). Tato oblast je charakteristická výskyty sucha a meloun cukrový je zde často pěstovanou komoditou. Výzkum byl zaloţený na porovnání mezi ošetřenými a neošetřenými rostlinami AM houbami pod optimální a sníţenou závlahou. Pro inokulaci byly pouţity 3 druhy hub rodu Glomus, z nichţ nejvýraznější účinky projevil Glomus mosseae. Mykorhiza byla prospěšná u inokulovaných rostlin se sníţenou závlahou z hlediska růstu, fyziologických i fotosyntetických parametrů. Oproti kontrole, zlepšila antioxidační a fotosyntetickou aktivitu, efektivitu vyuţití vody, transport sacharidů a produkci biomasy (Huang, 2010). Kaya (2003) testoval vodní meloun (Citrullus lanatus Crimson Sweet F1 ) stresovaný nedostatkem vody v polních podmínkách, který byl inokulovaný AM houbou Glomus clarum. Rostliny byly rozděleny do čtyř skupin: 1) mykorhizní rostliny s optimální závlahou (WW+M) 2) nemykorhizní rostliny s optimální závlahou (WW-M) 3) mykorhizní rostliny se sníţenou závlahou (WS+M) 4) nemykorhizní rostliny se sníţenou závlahou (WS-M) Stresované (WS+M) rostliny ukazovaly vyšší sušinu nadzemních i podzemních částí, výnosy plodů, efektivitu vyuţití vody, ale ne celkovou rozpustnou sušinu v plodech proti nestresovaným (WW+M). Mykorhizní rostliny měly signifikantně vyšší biomasu a výnosy plodů i vyšší hodnoty efektivity vyuţití vody proti nemykorhizním. Důkazem zmírnění vlivu vodního stresu bylo zvýšení obsahu ţivin v listech stresovaných mykorhizních rostlin (obsah byl srovnatelný k obsahu ţivin v nestresovaných, nemykorhizních rostlin),(tabulka 17), (Kaya, 2003). 38
Sacharidy [%] Chlorofyl [mg g -1 ] Tabulka 17: Obsah živin v listech rostlin melounu vodního Crimson Sweet F1 (Kaya, 2003). N [mg g -1 ] P [mg g -1 ] K [mg g -1 ] Ca [mg g -1 ] Mg [mg g -1 ] Fe [mg g -1 ] Mn [mg g -1 ] Zn [mg g -1 ] WW+M 48,9 4,3 49,8 28,7 8,7 198 216 41 WW-M 42,2 3,5 45,6 22,5 6,7 174 198 35 WS+M 40,2 3,1 42,4 19,8 6 154 176 30 WS-M 34,9 2,5 34,5 14,6 4,2 106 121 19 Hodnocení účinků arbuskulární houby Glomus intraradices na fyziologické charakteristiky papriky (Capsicum annuum Cetinel-150 ) zaznamenal Semra Demir v jedné z tureckých univerzit. U všech kolonizovaných rostlin bylo pozorováno zvýšení obsahu sušiny, chlorofylů (a, b) a některých sacharidů (fruktózy, -glukózy, -glukózy) vzhledem k nekolonizovaným rostlinám (Grafy 6 a 7). Graf 6: Obsah chlorofylů v listech papriky roční Cetinel-150 (Demir, 2004). 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Obsah chlorofylů Chlorofyl a Chlorofyl b Chlorofyl a+b Mykorhizní rostliny Nemykorhizní rostliny Graf 7: Obsah sacharidů v plodech papriky roční Cetinel-150 (Demir, 2004). 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Obsah sacharidů Mykorhizní rostliny Nemykorhizní rostliny 39
Míra mykorhizní kolonizace odpovídala 76,7 %. Nejvíce reagovala rostlina změnou fyziologických procesů pravděpodobně na zvýšený příjem P díky symbióze (Demir, 2004). Vliv arbuskulární mykorhizy na růst papriky roční ve stresových podmínkách se ověřoval jiţ v předešlých letech (2010 a 2011) na Zahradnické fakultě Mendelovy univerzity. Hodnocení experimentu bylo zaměřeno na pozorování fyziologických parametrů papriky (fotosyntetická aktivita, transpirační aktivita, vodivost průduchů a efektivita vyuţití vody v rostlině). Fotosyntetická aktivita byla prokazatelně vyšší v neošetřených rostlinách (6,5 mol m -2 s -1 ) oproti ošetřeným (5,9 mol m -2 s -1 ), (Graf 8). Ošetřené rostliny naopak vykazovaly nepatrně pozitivní vliv za stresujících podmínek (se sníţeným mnoţstvím vody), ale jen u některých sledovaných parametrů např. efektivita vyuţití vody v rostlině (Graf 9), (Příloha 4). (Jezdinský, 2012). Graf 8: Fotosyntetická aktivita listů papriky roční v experimentu ZF MENDELU v roce 2011 (Jezdinský, 2012). Graf 9: Efektivita využití vody (WUE) v listech papriky roční v experimentu ZF MENDELU v roce 2011 (Jezdinský, 2012). 40
3.5 Vliv komerčních AM přípravků na plodovou zeleninu Proto, aby se zvýšila potenciální kolonizace rostlin, skládají se mykorhizní přípravky spíše z více druhů mykorhizních hub. Mnohdy bývají ve sloţení přípravku i látky podporující tvorbu mykorhizní symbiózy jako jsou minerály, vitamíny nebo humáty. Díky sloţení na přírodní bázi se zvyšuje moţnost jejich pouţití. Mimo konvenční zahradnictví a zemědělství jsou doporučeny také pro pěstování rostlin v integrované a ekologické produkci. Jeden z několika výzkumů, které dokazují pozitivní efekt komerčních přípravků na růst plodové zeleniny, je výzkum na Výzkumné zahradnické stanici v Maďarsku. Zde byl testován přípravek Symbivit, který byl pouţit i v experimentální části této diplomové práce. Účinnost přípravku byla demonstrována na okurce seté (Cucumis sativus Perez ), v dávce 15 g na jednu rostlinu. Po 5 týdnech od aplikace přípravku měly rostliny průkazně větší kořenovou hmotu a vyšší výnosy o 10 % v porovnání s kontrolou (Grafy 10 a 11), (Symbivit, 2013). Grafy 10 a 11: Výnosy a hmotnost kořenů u Cucumis sativus Perez po aplikaci přípravku Symbivit (Symbivit, 2013). Další z přípravků pouţívaných na plodovou zeleninu je například Shubhodaya Mycorrhizal Biofertilizer (SMB), vyráběný indickou společností Cosme Biotech Private Ltd. (Goa, Indie). Tento přípravek obsahuje 3 druhy mykorhizních hub rodu Glomus. Karnataka z Univerzity zemědělských věd (Dharwad) uvádí studii, jejíţ cílem bylo zjištění účinků SMB v kombinaci s hnojivem NPK na růst pálivé papriky v polních podmínkách. Rostliny byly ošetřeny přípravkem dvakrát nejdříve semena, později i 30-ti denní sazenice. Sazenice se máčely před výsadbou do roztoku SMB s vodou (v poměru 250 g přípravku a 2 l vody) a přihnojeny NPK v různých dávkách (100%, 41
75%, 50% a 25%). Účinkem přípravku se průkazně zvětšila nadzemní část rostlin i celkové výnosy. Nejvyšší výnos byl zaznamenán při pouţití přípravku SMB společně s 50% dávkou NPK (612,23 kg ha -1 ), (Karnataka, 2011). Experimenty přípravku Mycosym Tri-ton (produkt švýcarské společnosti Mycosym International AG) taktéţ dokládají pozitivní účinek mykorhizní symbiózy, a to hned u několika druhů plodové zeleniny. Přípravek obsahuje AM houbu Glomus intraradices ve formě spor, hyf a inokulovaných úlomků kořenů. Rostliny papriky ošetřené přípravkem Mycosym Tri-ton při výsevu v dávce 1,2 kg na 100 l substrátu (0,2 g na rostlinu) vykazovaly o 16 % vyšší produkci (v 7 sklizních), přičemţ během prvního měsíce růstu nebyly sazenice ošetřovány ţádným hnojivem (Graf 12), (Mycosym, 2010). Graf 12: Výnosy [kg] plodů papriky ošetřené přípravkem Mycosym Tri-ton (Mycosym, 2010). Rostliny melounu cukrového (Cucumis melo Orange Flesh ) byly ošetřeny přípravkem Mycosym Tri-ton při výsevu v dávkách 80, 40, 20 a 0 (kontrola) spor na rostlinu. Sadba byla více vyrovnaná a s průměrně větším objemem kořenové hmoty. Nejvyšší kolonizace byla v dávce 40 spor na rostlinu (49 %), (Graf 13). Inokulované rostliny nebyly příliš ovlivněny působením negativního stresu, pravděpodobně díky zvýšení objemu kořenové hmoty. Vzhledem k tomuto zjištění je přípravek doporučen zvláště pro předpěstování sazenic určených k výsadbě ty s pomocí dobře vyvinutého kořenového systému lépe snáší tzv. šok z přesazování (Mycosym, 2010; Santander, 2012). 42
Graf 13: Míra mykorhizní kolonizace u sadby melounu cukrového Orange Flesh při různých dávkách přípravku Mycosym Tri-ton (Santander, 2012). Vedle hodnocení sadby se sledoval vliv přípravku i na výslednou produkci melounu. Velikost plodů byla více vyrovnaná a produkce vyšší (o 33 % více plodů a o 12 % těţší) v porovnání s kontrolní variantou. Celkové výnosy se zvýšily aţ o 50 % (Graf 14), (Mycosym, 2010). Podobně tomu bylo i u aplikace přípravku Mycosym Tri-ton na lilek vejcoplodý (Solanum melongena Crystal ), kdy se pouţilo při výsdabě sazenic 1,5 g přípravku na rostlinu. V celkem 12 sklizních se dosáhlo 10% zvýšení výnosů (nejvíce v prvních 4 sklizních). Navíc byla pozorována niţší spotřeba vody rostlinami (Mycosym, 2010). Graf 14: Výnosy plodů melounu cukrového Orange Flesh ošetřeného přípravkem Mycosym Tri-ton (Mycosym, 2010). 43