EFFECT OF IODINE FORM ON THE EFFICIENCY OF ITS UPTAKE, YIELD AND NITROGEN METABOLISM OF TOMATO PLANTS CULTIVATED IN NFT SYSTEM

Transkrypt

1 Joanna Wierzbińska Sylwester Smoleń Włodzimierz Sady EPISTEME 12/2011, t I s ISSN EFFECT OF IODINE FORM ON THE EFFICIENCY OF ITS UPTAKE, YIELD AND NITROGEN METABOLISM OF TOMATO PLANTS CULTIVATED IN NFT SYSTEM Abstrakt: Celem badań było określenie wpływu oddziaływania jodu, aplikowanego w formie I i IO 3, na efektywność pobierania tego pierwiastka (przez owoce i liście), plonowanie oraz gospodarkę azotem roślin pomidora (Lycopersicon esculentum Mill) Rambozo F 1 Pomidora uprawiano w 2010 roku, w szklarni, w systemie hydroponicznym cienkowarstwowych kultur przepływowych (CKP) Obiektami badań były: 1 Kontrola; 2 1 mg I dm 3 pożywki w formie KI; 3 1 mg I dm 3 pożywki w formie KIO 3 W liściach i ogonkach liściowych pomidora nawożonych KI stwierdzono odpowiednio 8,1 i 4,7 razy więcej jodu niż traktowanych KIO 3 Najniższą zawartość azotu ogółem w owocach stwierdzono w obiekcie kontrolnym, zaś azotanów(v) w obiekcie z pożywką wzbogaconą w jod w formie KIO 3 Pomimo braku istotnych różnic statystycznych należy wspomnieć, że zawartość jodu w owocach traktowanych tym pierwiastkiem w formie KI i KIO 3 była wyższa niż w kontroli, odpowiednio o 116,2% i 10,5% Słowa kluczowe: jod, biofortyfikacja, azot, azotany(v), pomidor Summary: The aim of the study was to evaluate the effect of iodine applied in the form of I and IO 3 on it uptake (by fruits and leaves), yield and nitrogen metabolism of tomato (Lycopersicon esculentum Mill) Rambozo F 1 cv Tomato plants were cultivated in 2010 in the nutrientfilm technique system (NFT) located in a glasshouse In the experiment, the following combinations were included: 1 control; 2 1 mg I dm 3 in nutrient medium in the form of KI; 3 1 mg I dm 3 in nutrient medium in the form of KIO 3 In leaves and leaf petioles of tomato fertilized with KI, a 81 and 47times increase in iodine accumulation was respectively observed when compared to KIO 3 treatment The lowest content of total nitrogen in fruits was noted for the control combination, while the smallest accumulation of nitrates(v) in plants grown on nutrient solution with iodine applied in the form of KIO 3 Despite the lack of statistically significant differences, it should be mentioned that I content in tomato fruits from plants treated with KI and KIO 3 was higher than in the control plants by 1162% and 105%, respectively Key words: iodine, biofortification, nitrogen, nitrates(v), tomato 359

2 WSTĘP Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Włodzimierz Sady Biofortyfikacja roślin w jod (lub inne pierwiastki biogenne) polega na takim zwiększeniu stężenia danego pierwiastka np Fe, Zn, Ca, Mg, Cu, I czy Se w jadalnej części plonu danej rośliny, aby móc skutecznie wpłynąć na polepszenie stanu zdrowia konsumenta Ten proces może stać się alternatywą dla obecnie obowiązującej w wielu krajach profilaktyki jodowej, polegającej na jodowaniu soli kuchennej [Strzetelski 2005], [White, Broadley 2005, 2009], [Yang i in 2007], [Zhao, McGrath 2009] Choć jod nie jest uznawany za mikroskładnik pokarmowy niezbędny dla roślin, to jednak w niskich stężeniach może wpływać pozytywnie na plonowanie [Kabata Pendias, Mukherjee 2007] Przyczyny tego zjawiska nie zostały dotychczas wyjaśnione Wpływ jodu na wzrost, plonowanie i gospodarkę mineralną roślin nie został w wystarczającym stopniu zdiagnozowany Celem niniejszej pracy było określenie wpływu formy jodu na efektywność biofortyfikacji owoców w ten pierwiastek, plonowanie oraz gospodarkę azotem roślin pomidora uprawianych w systemie hydroponicznym cienkowarstwowych kultur przepływowych (CKP) z zamkniętym obiegiem pożywki MATERIAŁ I METODY Rośliny pomidora (Lycopersicon esculentum Mill) odmiany Rambozo F 1 uprawiano w szklarni w systemie hydroponicznym CKP z recyrkulacją pożywki Badania przeprowadzone w 2010 roku w szklarni Wydziału Ogrodniczego UR w Krakowie obejmowały następujące kombinacje: 1 Kontrola standardowa pożywka bez jodu; 2 Pożywka standardowa wzbogacona w jod w stężeniu 1 mg I dm 3 w formie KI; 3 Pożywka standardowa wzbogacona w jod w stężeniu 1 mg I dm 3 w formie KIO 3 Doświadczenie prowadzone było w czterech powtórzeniach jedno powtórzenie stanowiło 15 roślin pomidora Rośliny były prowadzone do szóstego grona, po czym zostały ogłowione Analizy chemiczne wykonywano w dojrzałych owocach z trzeciego grona oraz w liściach i ogonkach liściowych z pierwszego liścia pod trzecim gronem pobieranych podczas zbioru owoców Wielkość plonu owoców określono poprzez ustalenie masy owoców zbieranych systematycznie ze wszystkich sześciu gron w miarę ich stopniowego dojrzewania Zawartość jodu w owcach pomidora, liściach pierzastych oraz ogonkach liściowych oznaczono metodą ICPOES po inkubacji prób TMAH [pren R2P5F01] Zawartości azotanów(v) i formy amonowej azotu w owocach i liściach oznaczono metodą FIA po ekstrakcji świeżego materiału roślinnego 2% kwasem octowym Zawartość azotu ogólnego w powietrznie suchym materiale roślinnym oznaczono metodą Kjeldahla Obliczenia statystyczne uzyskanych wyników wykonywano przy użyciu modułu ANOVA programu STATISTICA 81 PL dla P < 0,05 Istotność różnic między obiektami oceniono za pomocą testu Duncana 360

3 WNIOSKI Effect of iodine from on the efficiency of its uptake Wzbogacenie pożywki w jod zarówno w formie I jak i IO 3 nie miało istotnego wpływu na plon ogólny owoców pomidora W liściach i ogonkach liściowych pomidora nawożonych KI stwierdzono odpowiednio 8,1 i 4,7 razy więcej jodu niż traktowanych KIO 3 Aplikacja KI spowodowała podwyższenie zawartości azotanów(v) w owocach w stosunku do nawożenia KIO 3, co nie ma jednak większego znaczenia jeśli chodzi o jakość biologiczną plonu owoców pomidora Niezależnie od zastosowanej formy jodu nie stwierdzono istotnych różnic w zawartości tego pierwiastka w owocach pomidora, jednakże zawartość jodu w owocach traktowanych tym pierwiastkiem w formie KI i KIO 3 była wyższa niż w kontroli, odpowiednio o 116,2% i 10,5% WYNIKI I DYSKUSJA Wpływ jodu na wzrost oraz na plon roślin zależy między innymi od formy i wielkości dawki tego pierwiastka, jak również od różnic gatunkowych w reakcji roślin na jod [BorstPauwels 1961], [Dai i in 2006], [Maćkowiak, Grossl 1999], [Zhu i in 2003] W badaniach Hagemana i in [1942] wraz ze zwiększeniem dawki jodu (0, 4, 16, 36, 64 i 100 ppm I) aplikowanego doglebowo w formie KI odnotowano zmniejszenie wielkości plonu owoców oraz zamieranie roślin pomidora W naszych badaniach nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu obydwu form jodu w pożywkach na wielkość plonu owoców (Ryc 1) Rośliny lepiej pobierały jod w formie I niż IO 3 (Tab 1) W liściach i ogonkach liściowych pomidora nawożonych KI stwierdzono bowiem odpowiednio 8,1 i 4,7 razy więcej jodu niż w analogicznych organach roślin traktowanych KIO 3 Podobne wyniki uzyskali Bai i in [2007] w uprawie hydroponicznej dwóch odmian sałaty Redfire i Rakuten rośliny traktowane KI zawierały więcej jodu w porównaniu do traktowanych KIO 3 Nie stwierdzono statystycznie istotnego wpływu form jodu w pożywkach na zawartość tego pierwiastka w owocach pomidora (Tab 1) Może to wynikać z faktu, że najwięcej tego pierwiastka akumulują liście starsze, następnie liście młodsze, natomiast najmniej owoce i nasiona [Muramatsu i in 1985, 1989] Zdecydowanie niższą akumulację jodu w owocach, a zwłaszcza w nasionach tłumaczy się tym, że organy te zasilane są w niezbędne związki organiczne i mineralne poprzez aktywny transport floemem Transport jodu w roślinach odbywa się natomiast poprzez wiązki naczyniowe [Maćkowiak, Grossl 1999], [Bannai, Muramatsu 2003] Pomimo braku istotnych różnic należy wspomnieć, że zawartość jodu w owocach traktowanych tym pierwiastkiem w formie KI i KIO 3 była wyższa niż w kontroli, odpowiednio o 116,2% i 10,5% Najniższą zawartość azotu ogółem w owocach stwierdzono w kontroli, zaś azotanów(v) w obiekcie z pożywką wzbogaconą w jod w formie KIO 3 (Tab 1) Aplikacja KI spowodowała podwyższenie zawartości azotanów(v) w owocach oraz obniżenie zawartości jonów amonowych w liściach w porównaniu do kontroli i 361

4 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Włodzimierz Sady nawożenia KIO 3 Smoleń i in [2009b] w badaniach wazonowych z uprawą marchwi odnotowali zwiększenie zawartości jonów amonowych w korzeniach spichrzowych w wyniku doglebowego nawożenia roślin jodem w formie KIO 3 Natomiast uzyskane wyniki mówiące o podwyższeniu zawartości azotanów(v) spowodowanej aplikacją KI nie znajdują potwierdzenia w zależności na jaką wskazują wyniki badań Hunga i in [2005], Smolenia i in [2009b] oraz wstępne wyniki badań uzyskane przez Ledwożyw i in [2010] świadczące o tym, że aplikacja jodu w formie IO 3 powoduje zwiększenie poziomu akumulacji azotanów(v) w roślinach Ryc 1 Sumaryczny plon owoców pomidora Tab 1 Wpływ nawożenia KI i KIO 3 na zawartość azotanów(v), jonów amonowych, Nogółem oraz na zawartość jodu w owocach, liściach i ogonkach liściowych roślin pomidora Analizowane próby Owoce Obiekt (mg kg 1 śwm) NO 3 NH 4 + N % sm I (mg kg 1 sm) 1 Kontrola 11,83 ab 5,12 2,15 a 2,28 2 KI 20,24 b 6,39 2,50 b 4,93 3 KIO 3 8,63 a 5,17 2,33 b 2,52 Test F dla owoców * * Liście pierzaste Ogonki liściowe 1 Kontrola 4713,22 27,96 b 4,36 2,25 a 2 KI 5235,96 21,73 a 4,27 449,56 c 3 KIO ,58 26,40 b 4,33 55,06 b Test F dla liści * * 1 Kontrola 2,38 2,85 a 2 KI 2,41 308,25 c 3 KIO 3 2,38 65,21 b Test F dla ogonków * Test F : * istotne różnice, brak istotnego zróżnicowania między obiektami Średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie dla P 0,05 362

5 Effect of iodine from on the efficiency of its uptake W porównaniu z kontrolą żadna z badanych kombinacji nie powodowała statystycznie istotnego zwiększenia bądź obniżenia zawartości jonów amonowych w owocach pomidora oraz azotanów(v) w liściach a także azotu ogólnego w liściach i ogonkach liściowych roślin pomidora (Tab 1) Podobne wyniki uzyskali Smoleń i in [2009a] wykazując, że formy związków jodu KI i KIO 3 aplikowanego doglebowo nie powodowały istotnych zmian zawartości azotu ogólnego w liściach marchwi LITERATURA Bai G, Nakahara T, Murase H, Ueno D, Akao S, Someya T, Inoue K 2007 Marking by introducing iodine into lettuce grown in hydroponics to certify the provenance J Sci High Technol Agric, 19 (3): Bannai T, Muramatsu Y 2003 Transfer factors of radioiodine from volcanicash soil (andosol) to crops J Radiat Res, 44: 2330 BorstPauwels, GWFH, 1961 Iodine as a micronutrient for plants Plant Soil, 14 (4): Dai, JL, Zhu, YG, Huang, YZ, Zhang, M, Song, JL, 2006 Availability of iodide and iodate to spinach (Spinacia oleracea L) in retention to total iodine in soil solution Plant Soil, 286: Hageman RH, Hodge ES, McHargue JS 1942 Effect of potassium iodide on the ascorbic acid content and growth of tomato plants Plant Physiol, 17: Hung CC, Wong GTF, Dunstan WM 2005 Iodate reduction activity in nitrate reductase extracts from marine phytoplankton Bull Mar Sci, 76 (1): 6172 KabataPendias A, Mukherjee AB 2007 Trace elements from soil to human Springer Ledwożyw I, i in 2010 Wpływ dokarmiania dolistnego sałaty gruntowej Lactuca sativa L jodem na aktywność reduktazy azotanowej i azotynowej w liściach (badania wstępne) w druku Maćkowiak, CL, Grossl, PR, 1999 Iodate and iodine effects on iodine uptake and partitioning in rice (Oryza sativa L) grown in solution culture Plant Soil, 212: Muramatsu YS, Uchida Y, Sumiya Y, Ohmomo Y 1985 Iodine separation procedure for the determination of 129 I and 127 I in soil by neutron activatin analysis J Radioanalyt Nucl Chem, 94: Muramatsu YS, Uchida Y, Sumiya Y, Ohmomo Y, Obata H 1989 Tracer experiments on transfer of radioiodine in the soilrice plant system, Water Air Soil Poll, 45: pren 15111: R2P5F (E) Artykuły żywnościowe Oznaczanie pierwiastków śladowych Oznaczanie zawartości iodine metodą ICP MS (spektrometria masowa z plazmą wzbudzoną indukcyjnie) Smoleń S, Ledwożyw I, Strzetelski P, Sady W, Rożek S 2009a Wpływ nawożenia jodem i azotem na efektywność biofortyfikacji w jod oraz na jakość biologiczną marchwi Ochr Środ i Zasob Natur, 40:

6 Joanna Wierzbińska, Sylwester Smoleń, Włodzimierz Sady Smoleń S, Sady W, Strzetelski P, Rożek S, Ledwożyw I 2009b Wpływ nawożenia jodem i azotem na wielkość i jakość plonu marchwi Ochr Środ i Zasob Natur, 40: Strzetelski P 2005 Występowanie i przemieszczanie jodu w systemie glebaroślina Post Nauk Roln, 6: White PJ, Broadley MR 2005 Biofortifying crops with essential mineral elements Trends Plant Sci, 10 (12): White PJ, Broadley MR 2009 Biofortification of crops with seven mineral elements often lacking in human diets iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine New Phytol, 182 (1): 4984 Yang XE, Chen WR, Feng Y 2007 Improving human micronutrient nutrition through biofortification in the soilplant system: China as a case study Environ Geochem Heath, 29 (5): Zhao FJ, McGrath SP 2009 Biofortification and phytoremediation Curr Opin Plant Biol, 12: Zhu, YG, Huang, YZ, Hu, Y, Liu, YX, 2003 Iodine uptake by spinach (Spinacia oleracea L) plants grown in solution culture: effects of iodine species and solution concentrations Environ Int, 29: 3337 Adres do korespondencji Joanna Wierzbińska Wydział Ogrodniczy, Katedra Roślin Ozdobnych Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Al 29 Listopada 54, Kraków jwierzbinska@ogrurkrakowpl Opiekun naukowy: Prof dr hab inż Włodzimierz Sady Praca finansowana z grantu pt Efektywność biofortyfikacji pomidora w jod w uprawie hydroponicznej z recyrkulacją pożywki (projekt nr N N ) 364