AUTOREFERAT. osiągnięcia naukowego i dorobku

Transkrypt

1 ZAŁĄCZNIK II Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu Katedra Żywienia Roślin AUTOREFERAT osiągnięcia naukowego i dorobku Poznań, 2015

2 Imię i nazwisko: Tomasz Kleiber 1. Posiadane dyplomy i stopnie naukowe 2001 rok tytuł magistra inżyniera ogrodnictwa; Praca magisterska pt. Ocena stanu odżywienia anturium w uprawach produkcyjnych. Opiekun: prof. dr hab. Andrzej Komosa, Wydział Ogrodniczy, Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu. Praca nagrodzona i uznana za szczególnie przydatną dla praktyki ogrodniczej przez Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Ogrodnictwa w Poznaniu ( ) rok stopień doktora nauk rolniczych w zakresie ogrodnictwa; Rozprawa doktorska pt. Zawartości wskaźnikowe składników pokarmowych dla anturium (Anthurium cultorum Schott) uprawianego w keramzycie. Promotor prof. dr hab. Andrzej Komosa, Wydział Ogrodniczy, Akademia Rolnicza im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu. Recenzenci: prof. dr hab. Marek Jerzy (AR w Poznaniu); prof. dr hab. Jerzy Hetman (UP w Lublinie). Praca wyróżniona przez Radę Wydziału Ogrodniczego AR w Poznaniu. list gratulacyjny od JM Rektora Akademii Rolniczej w Poznaniu ( ). 2. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu Od 2007 adiunkt w Katedrze Żywienia Roślin (dawna Katedra Nawożenia Roślin Ogrodniczych) Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu asystent ze stopniem doktora, Katedra Nawożenia Roślin Ogrodniczych, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu specjalista ds. agrotechniki i nasiennictwa w firmie Terra Trading z Poznania (zatrudnienie po uzyskaniu stopnia doktora). 3. Opis osiągnięcia naukowego będącego podstawą do złożenia wniosku o wszczęcie postępowania habilitacyjnego Zgodnie z art. 16 ust. 2 ustawy z dn r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 z późniejszymi zmianami) przedkładam osiągnięcie naukowe pt.: Reakcja pomidora (Lycopersicon esculentum Mill.) i sałaty (Lactuca sativa L.) uprawianych w wełnie mineralnej na zróżnicowane zawartości manganu w pożywkach udokumentowane cyklem 10 publikacji naukowych, w których jestem jedynym (6 prac) lub pierwszym autorem (4 prace), w tym: 6 publikacji z Impact Factor. Łączna suma punktów tych prac (wyliczona w oparciu o listy MNiSzW), zgodnie z rokiem opublikowania wynosi 126, a sumaryczny IF 3,906. 2

3 Wykaz publikacji stanowiących osiągnięcie naukowe będące podstawą do ubiegania się o stopień naukowy doktora habilitowanego: H-1. Kleiber T. (2014): Studies on increasing manganese nutrition effect of tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) on differentiation of rhizosphere chemical composition. Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, 2: (5 pkt). H-2. Kleiber T. (2015): Effect of manganese on nutrient content in tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) leaves. Journal of Elementology, 20(1): (15 pkt; IF ,69). H-3. Kleiber T. (2014): Wpływ manganu na plonowanie pomidora (Lycopersicon esculentum Mill.) uprawianego w wełnie mineralnej. Nauka Przyroda Technologie, 8, 2, #14 (6 pkt). H-4. Kleiber T., Borowiak K., Budka A., Kayzer D. (2014): Relations between Mn concentration and yield, nutrient, water status, and gas exchange parameters of tomato. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 56(2): (20 pkt; IF ,73). H-5. Kleiber T. (2014): Changes of nutrient contents in tomato fruits under the influence of increasing intensity of manganese nutrition. Ecological Chemistry and Engineering S, 21(2): (15 pkt; IF ,553). H-6. Kleiber T., Szablewski T., Stuper-Szablewska K., Cegielska-Radziejewska R., Określenie zależności pomiędzy zawartością manganu w pożywce a stężeniem pierwiastków śladowych w owocach pomidorów (Lycopersicon esculentum Mill.). Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 6(97): (15 pkt). H-7. Kleiber T., Bosiacki M., Breś W The effect of ch-osa application on tomato grown under increasing manganese stress. Journal of Elementology, 20(4): (15 pkt; IF ,69). H-8. Kleiber T. (2014): Effect of manganese nutrition on content of nutrient and yield of lettuce (Lactuca sativa L.) in hydroponic. Ecological Chemistry and Engineering S, 21(3): (15 pkt; IF ,553). H-9 Kleiber T. (2014): The effect of choline-stabilized orthosilicic acid application under Mn excessive nutrition on yielding of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L.). Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, 3: (5 pkt). H-10. Kleiber T., Krzesiński W., Przygocka-Cyna K., Spiżewski T. (2015): The response of hydroponically grown lettuce under Mn stress to differentiated application of silica sol. Journal of Elementology, 20(3): (15 pkt; IF ,69). Oświadczenia współautorów ww. prac dotyczące ich indywidualnego wkładu w powstanie publikacji zamieszczono w załączniku VI. Żadna z ww. prac nie była częścią monotematycznego cyklu prac w innym postępowaniu habilitacyjnym. 3

4 Omówienie celu naukowego i osiągniętych wyników ww. prac Rola fizjologiczna manganu. Mangan, tak jak żelazo, cynk, miedź i nikiel, jest metalem ciężkim (masa atomowa = 54,93), a jednocześnie mikroskładnikiem metalicznym. Jego rola w żywieniu roślin została po raz pierwszy opisana przez Jamesa Spencera McHargue a w 1922 roku [McHargue 1922]. Składnik ten, podobnie jak żelazo, może występować w tkankach roślinnych w zawartościach większych, niż niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Mangan pełni wiele funkcji fizjologicznych, jest między innymi składnikiem szeregu enzymów: Mnkatalazy, dehydrogenaz, jest aktywatorem dekarboksylaz i hydroksylaz, kwaśnej fosfatazy i dysmutazy np. SOD. Występuje ponadto w ligninach, flawonoidach, a także w kompleksie PS IIbiałko. Ważny jest jego udział w reakcjach rozszczepienia wody w fazie jasnej fotosyntezy. Ponadto składnik ten uczestniczy w połączeniach ATP z kompleksami fosfokinaz i fosfotransferaz [Ducic i Polle 2005, Humphries i in. 2007, Kozłowska i in. 2007, Kozik i Komosa 2012]. Mangan jest aktywatorem enzymów kwasu cytrynowego, redukcji azotanów oraz metabolizmu białek, cukrowców i lipidów, uczestniczy także w utlenianiu kwasu indolilo-3-octowego (IAA) [Kozłowska i in. 2007]. Składnik ten kontroluje pośrednio poziom NADPH, a jego skrajny niedobór może powodować dysfunkcje błony tylakoidów. Uczestniczy także w cyklu kwasów trójkarboksylowych, w syntezie chlorofilu (kwas fosfatydowy), w usuwaniu powstających w chloroplastach wolnych rodników. Mangan pobierany jest przez rośliny jako kation Mn 2+ i transportowany przez błonę komórkową biernie, zgodnie z gradientem elektrochemicznym [Kozik i Komosa 2012]. W roślinie przemieszcza się głównie w ksylemie; należy do składników słabo-reutylizowanych, dlatego pierwsze objawy jego niedoboru widoczne są na wierzchołkowych częściach roślin, przede wszystkim w postaci chlorozy międzyżyłkowej młodych liści [Kozik i Komosa 2012]. Wizualne objawy toksyczności manganu mają postać brązowych plam na powierzchni starszych liści, chloroz, nekroz, wysuszenia oraz defoliacji liści, a także brązowienia systemów korzeniowych roślin prawdopodobnie kolor plam pochodzi od utlenionych związków polifenolowych. Nadmierne odżywienie manganem powodować może uszkodzenie aparatu fotosyntetycznego, a w konsekwencji prowadzić do zmniejszenia zawartości chlorofilu i plonowania roślin [Shenker i in. 2004, Maksimović i in. 2007, Savvas i in. 2009]. Tolerancja roślin na mangan jest uzależniona od ich genomu. Żywienie tym składnikiem, podobnie jak innymi, oddziaływać może na zawartość pozostałych makro- i mikroskładników w roślinach [Ducic i Polle 2005, Humphries i in. 2007, Kozłowska i in. 2007, Kozik i in. 2008, Kozik i Komosa 2012], między innymi na pobieranie i translokację takich składników jak: fosfor, potas, wapń, magnez, żelazo, cynk czy miedź. 4

5 Skażenie środowiska. Problemem w rejonach o intensywnie rozwiniętym ogrodnictwie jest zanieczyszczenie wód stosowanych do podlewania roślin oraz przygotowywania pożywek. Dotyczy ono także wzrostu zawartości manganu. Stężenie hydroponiczne to taka zawartość składnika w pożywce, przy której osiągane plony roślin są optymalne ilościowo i jakościowo. Dla badanych gatunków, będących przedmiotem niniejszego osiągnięcia, jest ono zbliżone i wynosi 0,55-0,65 mg Mn dm -3 dla pomidora [Wysocka-Owczarek 2001, Jarosz i in. 2011, Kowalczyk i Gajc-Wolska 2011] i 0,50-0,65 mg Mn dm -3 dla sałaty [Imai 1987, Commetti i in. 2013]. Brak jest jednak danych naukowych określających zakres nadmierny i toksyczny manganu w pożywce do fertygacji dla wspomnianych gatunków roślin. Przeważająca część wód gruntowych, do głębokości 100 m, zawiera do 0,5 mg Mn dm -3, są więc one odpowiednie do przygotowywania tych pożywek. Szacunkowo około 5% wód, obejmujących również rejony intensywnie rozwiniętego ogrodnictwa, zawierać może nawet 20- krotnie więcej tego mikroskładnika [Sawiniak 1990, Breś i in. 2010, Kowalczyk i in. 2010]. Problem zanieczyszczenia wód manganem dotyczy również ujęć wody pitnej, dla których normy jakościowe są jednak znacznie bardziej restrykcyjne (0,05 mg Mn dm -3 ). Nadmierne zawartości manganu w wodzie, pożywce lub podłożu powodują istotne zmniejszenie plonowania roślin. A ponadto, z uwagi na zdolność warzyw do kumulowania tego składnika w ich częściach jadalnych, stanowią one potencjalne niebezpieczeństwo dla konsumentów. Mangan w diecie człowieka. Mangan jest niezbędnym mikroskładnikiem, który musi być dostarczany wraz z dietą. Odgrywa on ważną rolę w wielu procesach fizjologicznych, jest potrzebny między innymi do regulacji poziomu cukru, wzrostu kości i reprodukcji, czy też prawidłowego funkcjonowania układu immunologicznego [Aschner i Aschner 2005]. Jednakże brak jest norm regulujących zawartość manganu w żywności. Opracowana przez The National Academies Institute of Medicine polecana dzienna dawka (Adequate intake; AI) tego mikroskładnika wynosi dla kobiet 1,8 mg, a dla mężczyzn 2,3 mg (DRI 2002). Dzienne spożycie, bez objawów toksyczności (Tolerable Upper Intake Level; UL) wynosi aż 11 mg dzień -1. W Polsce przyjmuje się jako odpowiednie i bezpieczne pobranie (ESAI) na poziomie 2,5-5,0 mg Mn dzień -1 [Marzec i in. 2004]. Europejskie normy żywieniowe określają jako optymalną dawkę 1-15 mg Mn dzień -1 [Nutrition Working Group 1990]. Jednak dobowe wystarczające spożycie manganu dla niemowląt do 1 roku życia wynosi tylko 0,6 mg dzień -1 [Jędrzejczak 2004]. Szacuje się, że wraz z sokami, deserami, zupami i daniami obiadowymi dzieci przeciętnie spożywają 0,63 mg Mn, co stanowi 105% wystarczającego spożycia [Marzec i Marzec 2011]. U osób normalnie odżywiających się (free living subject), nie występują objawy niedoboru Mn [Marzec i in. 2004], a racjonalne 5

6 żywienie w pełni pokrywa dzienne zapotrzebowanie na ten składnik [Kłos i in. 2011]. Znaczącym źródłem manganu w diecie człowieka są między innymi śniadaniowe produkty zbożowe, np. 100 gramów musli pokrywa nawet w ponad 80% zapotrzebowanie na mangan bez uwzględnienia pozostałych jego źródeł w spożywanej diecie [Zaręba i Krzysiak 2004]. Warzywa mają zdolność do istotnej kumulacji tego składnika wraz ze wzrostem stężenia manganu w pożywce stosowanej do fertygacji w badaniach będących przedmiotem niniejszego osiągnięcia, zostało to udowodnione w przypadku pomidora i sałaty. Potencjalnie niebezpieczne dla konsumentów może być zaburzenie relacji żelaza do manganu w żywności, w tym w okresowo częściej spożywanych warzywach. Mikroskładniki te konkurują o to samo białko w surowicy (transferynę) i układy transportu tzw. białko nośnikowe DMT 1 (divalent metal transporter) [Roth i Garrick 2003]. Dzienne pobranie żelaza z racjami pokarmowymi jest wystarczające dla mężczyzn, ale bardzo często nie pokrywa poziomu bezpiecznego zalecanego dla kobiet [Marzec i in. 2004]. Dodatkowo wiadomo, że kumulowanie manganu w organizmie człowieka w przypadku którego spożywana dieta jest jedną z dróg absorpcji tego mikroskładnika może być szkodliwe, doprowadzając do zmian m.in. w ośrodkowym układzie nerwowym. Szczegółowy mechanizm neurotoksyczności manganu jest jednak stosunkowo słabo poznany [Dobson i in. 2004, Aschner i Aschner 2005]. Łagodzenie stresu manganowego roślin. Dotychczasowe badania wskazują na istotną rolę krzemu jako pierwiastka wywierającego łagodzący wpływ na toksyczne działanie manganu [Horiguchi 1988, Iwasaki i in. 2002, Maksimović i in. 2007, Liang i in. 2007, Zanão Júnior i in. 2010]. Wcześniejsze badania w tym zakresie dotyczyły różnych gatunków, między innymi fasoli, jęczmienia, ogórka, ryżu czy wspięgi wężowatej. Reakcja sałaty na odżywianie krzemem jest słabsza, niż innych gatunków roślin [Voogt i Sonneveld 2001]. Krzem zaliczany jest ponadto do pierwiastków korzystnych, stymulujących plonowanie i odporność na choroby niektórych roślin [Epstein 1999, Datnoff i Rodrigues 2005, Fauteux i in. 2005]. Do żywienia roślin mogą być stosowane różne formy krzemu, takie jak: kwas ortokrzemowy [Maksimović i in. 2007], krzemian potasu [Lee i in. 2000, Iwasaki i in. 2002], krzemiany: wapnia i amonu [Górecki, Danielski-Busch 2009], krzemian sodu [Rogalla i Römheld 2002] lub zol krzemianowy [Jarosz 2013]. Do badań będących podstawą prezentowanego osiągnięcia naukowego wybrano gatunki o różnych częściach jadalnych: liściach (sałata) oraz owocach (pomidor). Przedstawiono wieloaspektową reakcję pomidora, jako gatunku o największym udziale w strukturze produkcji oraz spożycia w Polsce, na wzrastające stężenia manganu w pożywkach, od zakresu niedostatecznego do 6

7 nadmiernego/toksycznego. Udokumentowano zmiany chemiczne zachodzące w strefie korzeniowej roślin, w liściach ze szczególną uwagą na parametry aktywności fotosyntetycznej, a także osiągane plony owoców i ich jakość, określoną na podstawie zawartości składników pokarmowych oraz pierwiastków śladowych. Przeprowadzone badania wskazują na zakres stężeń manganu w pożywkach do fertygacji pomidora, przy którym rośliny wykazują objawy toksyczności tego mikroskładnika. W rezultacie prowadzonych badań zweryfikowano naukowo stężenia hydroponiczne manganu dla pomidora uprawianego w wełnie mineralnej, wskazując jednocześnie co stanowi ważny i nowatorski aspekt praktyczny na możliwe różnice odmianowe w tym zakresie. W doświadczeniach z sałatą określono wpływ wzrastających stężeń manganu w pożywkach na reakcję fizjologiczną określoną na podstawie plonowania roślin oraz zawartości składników pokarmowych w liściach. Przedstawiono również możliwość zastosowania różnych źródeł krzemu (kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną oraz zolu krzemianowego) w łagodzeniu stresu manganowego badanych gatunków roślin. Doświadczenia z pomidorem Badania przeprowadzono w uprawie pomidora (Lycopersicon esculentum Mill.) cv. Alboney F 1 (Enza Żaden) i cv. Emotion F 1 (S&G). We wszystkich badanych kombinacjach zastosowano pożywkę standardową zawierającą (w mg dm -3 ): N-NH 4 2,2, N-NO 3 230, P 50, K 430, Ca 145, Mg 65, Cl 35, S-SO 4 120, Fe 2,48, Zn 0,50, Cu 0,07; ph 5,50, EC 3,00 ms cm -1, ze zróżnicowaną zawartością manganu: - doświadczenie I: kontrola (0,06, zawartość rodzima w wodzie); 0,3; 0,6; 1,2 mg dm -3 (prace H-1, H-2, H-3, H-4, H-5, H-6), - doświadczenie II: 2,4; 4,8; 9,6; 19,2 mg dm -3 (prace H-1, H-2, H-3, H-4, H-5, H-6), - doświadczenie III: 9,6; 19,2 mg dm -3 (praca H-7). Celem doświadczeń I i II było określenie wpływu manganu na: zmiany składu chemicznego pożywek pobranych ze strefy korzeniowej pomidora, zawartość makro- i mikroskładników w częściach wskaźnikowych pomidora, plonowanie pomidora oraz parametry aktywności fotosyntetycznej roślin, a także określenie relacji pomiędzy nimi, a plonowaniem i zawartością składników w częściach wskaźnikowych, wartość odżywczą owoców pomidora wyrażoną zawartością makro- i mikroskładników oraz pierwiastków śladowych. 7

8 Celem doświadczenia III było określenie możliwości zastosowania w pożywce kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (ch-osa) do łagodzenia stresu manganowego pomidora, przez określenie jego wpływu na plonowanie oraz skład chemiczny części wskaźnikowych i owoców. Wpływ wzrastających stężeń manganu w pożywce na skład chemiczny strefy korzeniowej pomidora (H-1) W strefie korzeniowej pomidora uprawianego w wełnie mineralnej zachodzi szereg zmian chemicznych, spowodowanych między innymi przewagą pobierania wody nad pobieraniem składników pokarmowych. Zwykle, na skutek zatężania składników o charakterze alkalicznym (wapnia, magnezu, potasu i sodu), dochodzi do wzrostu ph względem pożywki aplikowanej roślinom. Celem podjętych badań była ocena wpływu stosowania wzrastających stężeń manganu na skład chemiczny pożywek pobranych ze strefy korzeniowej wybranych odmian pomidora uprawianego w wełnie mineralnej. Wzrastające stężenia manganu w pożywce aplikowanej roślinom istotnie modyfikowały skład chemiczny strefy korzeniowej. W zakresie zawartości manganu w pożywce do 1,2 mg dm -3 stwierdzono istotny wzrost zawartości: azotu azotanowego, wapnia, magnezu, siarki i cynku (za wyjątkiem Mn-1,2), sodu, chlorków; ph (alkalizacja) i EC, przy równoczesnym obniżeniu zawartości: potasu (poza kontrolą), żelaza i manganu. Zmiany zawartości fosforu i miedzi były wielokierunkowe. W zakresie zawartości manganu w pożywce od 2,4 to 19,2 mg dm -3 stwierdzono istotny wzrost zawartości: wapnia, miedzi, sodu, ph (alkalizacja) oraz EC (dla odmiany Emotion F 1 ), przy równoczesnym obniżeniu zawartości: azotu azotanowego, fosforu, potasu, żelaza i manganu w strefie korzeniowej roślin, w stosunku do pożywki stosowanej do fertygacji. Zmiany zawartości magnezu, siarki siarczanowej, cynku, chlorków i EC (dla odmiany Alboney F 1 ) były wielokierunkowe. W zakresie stężeń hydroponicznych, zawartości manganu w strefie korzeniowej ulegały istotnemu obniżeniu względem pożywki aplikowanej roślinom, a reakcja była istotnie zróżnicowana odmianowo. W podsumowaniu można stwierdzić, że wzrastające stężenia manganu w pożywce stosowanej do fertygacji pomidora istotnie modyfikowały skład chemiczny strefy korzeniowej roślin, a w wielu przypadkach oznaczone zmiany zawartości były istotnie zróżnicowane odmianowo. 8

9 Wpływ wzrastającego żywienia manganem na zawartość makro- i mikroskładników w częściach wskaźnikowych pomidora (H-2) Mangan jest mikroskładnikiem metalicznym, który w nadmiernych stężeniach może oddziaływać toksycznie na rośliny, zarówno przez jego akumulację, jak również na skutek wpływu na odżywienie innymi składnikami pokarmowymi. W dotychczasowych badaniach innych autorów, z różnymi gatunkami roślin, wykazano wpływ tego mikroskładnika na absorpcję i translokację: fosforu, potasu, wapnia, magnezu, żelaza, cynku i miedzi. Celem podjętych badań była ocena wpływu zróżnicowanych stężeń manganu w pożywce na zawartość makro- i mikroskładników w częściach wskaźnikowych wybranych odmian pomidora. W następstwie zmian składu chemicznego pożywki w strefie korzeniowej (praca H-1), wykazano istotny wpływ manganu na zawartość makro- i mikroskładników w liściach pomidora. W kombinacji kontrolnej stwierdzono zmniejszenie zawartości azotu, fosforu, potasu, wapnia, magnezu i manganu, z równoczesnym zwiększeniem zawartości żelaza, cynku i miedzi, podczas gdy w przypadku kombinacji Mn-1,2 stwierdzono zmniejszenie zawartości azotu, magnezu, żelaza i cynku wraz ze wzrostem zawartości fosforu, potasu, wapnia i manganu w stosunku do kombinacji o optymalnym plonowaniu (prace H-3, H-4). W zakresie stężeń hydroponicznych manganu (określonych w pracach H-3, H-4) jego zawartości w częściach wskaźnikowych wynosiły średnio dla odmiany Alboney F 1 175,3-260,7 mg kg -1 s.m., a dla Emotion F 1 263,8 mg kg -1 s.m., a przy stosowaniu największego stężenia manganu wzrastały odpowiednio do 471,4 i 489,5 mg kg -1 s.m. (co stanowi wzrost 2,6 i 1,8-krotny). W zakresie zawartość manganu w pożywce od 4,8 do 19,2 mg dm -3 stwierdzono w liściach mniejsze zawartości azotu, potasu, magnezu, żelaza, cynku i miedzi oraz równocześnie wysokie (powyżej optymalnych) zawartości fosforu i manganu. W zakresie stężeń hydroponicznych średni stosunek Fe : Mn w liściach wynosił 1,00 : 1,11 (1,64), przy Mn-1,2 1,00 : 2,36, a dla Mn-19,2 aż 1,00 : 8,60 co wskazuje na wyraźne obniżenie względnej zawartości żelaza w liściach w stosunku do zawartości manganu. Było to związane ze wzrostem zawartości Mn w pożywce stosowanej do fertygacji roślin. Wykazano istotne zróżnicowanie między badanymi odmianami dla następujących składników pokarmowych: azotu (dla Mn-9,6 i Mn-19,2), fosforu (Mn-1,2 i Mn-2,4), potasu (Mn-4,8, Mn-9,6), wapnia (Mn-0, Mn-1,2, Mn-9,6), magnezu (Mn-0 i Mn-0,6), żelaza (Mn-0, Mn-0,3, Mn-9,6), manganu (Mn-0,3, Mn-1,2, Mn-2,4, Mn-19,2), cynku (Mn-0,6, Mn-1,2, Mn-2,4, Mn-9,6) i miedzi (Mn-2,4, Mn-4,8, Mn-9,6, Mn-19,2). 9

10 Reasumując, zarówno niedostateczne, jak również nadmierne odżywienie pomidora manganem, modyfikuje istotnie skład chemiczny części wskaźnikowych roślin, co bezpośrednio może wpływać na plonowanie roślin. Wpływ manganu na morfologię części nadziemnych oraz strukturę plonowania roślin (H-3) Kolejnym etapem podjętych badań było określenie wpływu manganu na morfologię nadziemnych części pomidora oraz jakościowe kształtowanie się plonu handlowego owoców. Objawy toksycznego oddziaływania manganu w postaci brązowienia nerwów głównych i bocznych w listkach liścia złożonego, a następnie nekroz liści złożonych oraz wierzchołków roślin i zamierania kwiatostanów, zaobserwowano przy największym stężeniu tego składnika (Mn-19,2) - po 6 tygodniach uprawy, a w przypadku Mn-9,6 po 10 tygodniach ekspozycji na działanie pożywki. Początkowe morfologiczne objawy toksyczności przy Mn-4,8 stwierdzono po 12 tygodniach stosowania pożywki o tym stężeniu. We wspomnianych kombinacjach wykazano istotne zmniejszenie aktywności fotosyntetycznej roślin (praca H-4). W przypadku kombinacji kontrolnej objawy niedoboru manganu na liściach zaobserwowano po 3 tygodniach od posadzenia roślin na miejsce stałe. W zakresie do Mn-1,2 stwierdzono istotny wpływ manganu na plon owoców klasy I, III, IV i VI. Średni plon owoców klasy I i V był zróżnicowany w zależności od odmiany. Największy plon handlowy owoców podobnie jak plon ogólny (praca H-4) odmiany Alboney F 1 uzyskano w zakresie zawartości manganu 0,3-0,6 mg dm -3 pożywki. W przypadku odmiany Emotion F 1 plon w zakresie do Mn-0,3 był istotnie mniejszy niż przy Mn-0,6. Zawartość manganu w pożywce wynosząca 1,2 mg dm -3 była nadmierna i przyczyniała się do istotnego pogorszenia plonowania, przy jednoczesnym braku morfologicznych objawów toksyczności na roślinach. W zakresie stężeń nadmiernych i toksycznych (doświadczenie II) mangan istotnie oddziaływał na plon klasy II-VI, a odmiana różnicowała plon klasy I, III, IV-VI. Obniżenie plonowania roślin wynikające ze stosowania nadmiernych jego stężeń w pożywce do fertygacji było istotnie zróżnicowane odmianowo. W podsumowaniu można stwierdzić, że w badanym zakresie zawartości manganu w pożywce stosowanej do fertygacji, w kombinacji kontrolnej obserwowano na roślinach objawy niedostatecznego odżywienia tym składnikiem, a w przypadku zawartości manganu 4,8 mg dm -3 pożywki objawy jego toksyczności. Związane z tym były istotne zmiany plonowania roślin. Największy plon ogólny odmiany Alboney F 1 uzyskano w zakresie zawartości manganu 0,3-0,6 mg dm -3 pożywki, a w przypadku odmiany Emotion F 1 przy stosowaniu 0,6 mg Mn dm -3 pożywki. 10

11 Relacje między odżywianiem manganem, zawartością składników pokarmowych i względną zawartością wody (RWC) w liściach oraz plonowaniem roślin, a parametrami aktywności fotosyntetycznej (H-4) Celem podjętych badań, przeprowadzonych we współpracy z Katedrą Ekologii i Ochrony Środowiska oraz Katedrą Metod Matematycznych i Statystycznych Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, było określenie wpływu odżywienia manganem na plon ogólny roślin oraz parametry aktywności fotosyntetycznej roślin (P N - fotosyntezę netto, C i - międzykomórkowe stężenie CO 2, g s - przewodność szparkową, E - transpirację). Określono ponadto relacje pomiędzy nimi, a plonowaniem i odżywieniem pomidora. We wnioskowaniu zastosowano zaawansowane metody analiz danych statystycznych (analizy głównych składowych PCA oraz wieloczynnikową analizę kanoniczną). Odżywianie manganem istotnie wpływało na zawartość makro- i mikroskładników w częściach wskaźnikowych (praca H-2). W analizie statystycznej wykazano jednak, że zmienność zawartości mikroskładników była większa niż makroskładników. Zawartość manganu, fosforu i potasu w liściach badanych odmian pomidora zwiększała się, a żelaza, cynku i miedzi obniżała się wraz ze wzrostem stężenia manganu w pożywce do 1,2 mg dm -3. Rezultaty analiz przedstawiono graficznie w przestrzeni zmiennych kanonicznych kierunek i położenie punktów obrazujących wyniki zawartości makro- i mikroskładników w liściach względem pierwszej współrzędnej kanonicznej (wyjaśniła 93% zmienności) była zgodna ze wzrastającym zawartościami manganu i malejącymi żelaza w liściach (doświadczenie I). W doświadczeniu II analiza statystyczna wyjaśniła 78,8% zmienności. Analiza głównych składowych przeprowadzona została pomiędzy odmianami a oznaczanymi parametrami oddzielnie. Relacje liniowe dla obu odmian zostały stwierdzone dla P N, g s i E, wraz z takimi składnikami jak magnez, potas, azot, miedź, cynk i żelazo i plonem ogólnym. Parametry te wykazały pozytywne relacje w doświadczeniu I (do Mn-1,2), ale negatywne z C i, SLA (specyficzną powierzchnią liściową), wapniem, fosforem i manganem przy nadmiernej/toksycznej zawartości Mn w pożywce (doświadczenie II). Obydwie odmiany reagowały podobnie, za wyjątkiem względnej zawartości wody (RWC): Alboney F 1 wykazywała relację liniową RWC przy niskich stężeniach manganu, przy braku wyraźnej tendencji u odmiany Emotion F 1. Plon ogólny owoców był istotnie zróżnicowany w zależności od odmiany optymalne stężenie manganu dla odmiany Alboney F 1 wynosiło 0,3-0,6 mg Mn dm -3, a przypadku Emotion F 1 0,3 mg Mn dm -3 pożywki. Zarówno niedostateczne, jak i nadmierne lub toksyczne odżywienie manganem istotnie obniżało plon ogólny. Nadmierne odżywienie manganem wywołuje efekt 11

12 toksyczny, który obserwowany jest morfologicznie na roślinach przy stężeniu manganu w pożywce 4,8 mg dm -3 (praca H-3), jednakże już od stężenia manganu w pożywce wynoszącego 1,2 mg dm -3 stwierdzono zmiany ich aktywności fotosyntetycznej. Obniżenie aktywności fotosyntezy netto (P N ) było pierwszym symptomem nadmiernego odżywienia roślin manganem, mimo iż ich plonowanie było wizualnie podobne do uzyskiwanego przy stężeniach hydroponicznych dla odmian (szczegółowe badania wykazały już jego obniżenie). Wraz ze wzrostem intensywności żywienia roślin manganem wartość P N (fotosynteza netto) i g s (przewodność szparkowa) wzrastały (do 0,6 mg Mn dm -3 ), co wskazuje na prawidłowy poziom zużycia CO 2 w procesie asymilacji. Stwierdzono, że wartość badanych parametrów aktywności fotosyntetycznej była istotnie zróżnicowana w zależności od odmiany, co potwierdza istotne zróżnicowanie odmianowe względem żywienia manganem. Pomiar aktywności fotosyntetycznej roślin okazał się wartościowym narzędziem w diagnozowaniu reakcji roślin na wzrastające żywienie badanym mikroskładnikiem. Podsumowując wyniki wskazać można na istotny wpływ manganu na zmienność zawartości pozostałych składników pokarmowych w liściach, parametry aktywności fotosyntetycznej roślin, jak również uzyskiwany plon ogólny owoców. Pierwszym symptomem nadmiernego odżywienia roślin manganem, pomimo braku objawów morfologicznych, było obniżenie aktywności fotosyntezy netto (P N ). Wpływ manganu na zawartość makro- i mikroskładników w owocach (H-5) Ważne znaczenie dietetyczne dla człowieka ma zawartość składników pokarmowych w pożywieniu, zwłaszcza w spożywanych okresowo w większej ilości warzywach. Celem podjętych badań była ocena wpływu żywienia roślin manganem na wartość odżywczą owoców pomidora, wyrażoną zawartością w nich makro- i mikroskładników. Wartość odżywcza owoców pomidora istotnie zmieniała się pod wpływem badanego mikroskładnika. Wykazano istotne obniżenie zawartości fosforu (Mn-0,06 Mn-19,2), potasu (Mn- 2,4 Mn-19,2), wapnia i magnezu (Mn-0,06 Mn-19,2) oraz pozostałych mikroskładników metalicznych (żelaza, cynku i miedzi) w owocach. Istotnie zróżnicowanie, w zależności od odmiany, wykazano dla: azotu (poza Mn-2,4, Mn-4,8, Mn-9,6), potasu (eksperyment II, poza Mn-4,8), wapnia (poza Mn-0,6, Mn-2,4), magnezu (poza Mn-0,3 i Mn-2,4), żelaza (poza Mn-1,2), manganu i cynku (poza kontrolą) oraz miedzi (poza Mn 0,6 i Mn-1,2). Największą zawartość azotu, wapnia i magnezu w owocach stwierdzono w 12

13 kombinacji kontrolnej, natomiast fosforu i potasu przy 0,3 mg Mn dm -3, a najmniejsze zawartości składników (poza azotem) w przypadku Mn-19,2. W zakresie stężeń hydroponicznych zawartości manganu w owocach wynosiły dla Alboney F 1 10,7-19,3 mg kg -1 s.m., a dla Emotion F 1 17,7 mg kg -1 s.m.. Przy największym badanym stężeniu manganu wynosiły one odpowiednio dla tych odmian 103,8 i 132,6 mg Mn kg -1 s.m.. Średnie stosunki Fe:Mn w owocach uzyskane przy stosowaniu stężeń hydroponicznych wynosiły 1,00 : 0,15-0,22, natomiast gdy przy stosowaniu 19,2 mg Mn dm -3 ulegały rozszerzeniu do 1,00 : 3,20, a przy zastosowaniu pożywki Mn-1,2 relacje te wynosiły 1,00 : 0,40. Wskazuje to na wyraźne i niekorzystne obniżenie względnej zawartości żelaza. Przy zawartości manganu w pożywce równej 1,2 mg dm -3 nie obserwowano jeszcze morfologicznych objawów toksyczności tego mikroskładnika (praca H-3). W podsumowaniu można stwierdzić, że wraz ze wzrostem zawartości manganu w pożywkach istotnie zwiększała się zawartość tego mikroskładnika w owocach pomidora. Towarzyszyła temu generalna tendencja do obniżenia zawartości pozostałych makro, jaki i mikroskładników w owocach. Biorąc pod uwagę polecane dzienne dawki spożycia manganu przez człowieka, wydaje się potencjalnie niekorzystne spożywanie owoców pomidora z roślin nadmiernie lub toksycznie odżywianych tym składnikiem. Wpływ manganu na zawartość pierwiastków śladowych w owocach (H-6) Kontynuacją podjętych badań nad jakościowym aspektem plonowania pomidora była ocena wpływu wzrastających stężeń manganu stosowanych w pożywkach na zawartość pierwiastków metalicznych: Al, Ba, Cd, Co, Cr, Ni i Pb w owocach. Badania przeprowadzono we współpracy z Katedrą Zarządzania Jakością Żywności oraz Katedrą Chemii Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Pierwiastki te są metalami ciężkimi, jednakże ich rola i znaczenie są bardzo zróżnicowane. Nikiel (Ni) jest mikroskładnikiem, który wchodzi w skład ureazy. Glin (Al) zaliczany jest do pierwiastków korzystnych dla niektórych roślin, ale jego funkcje fizjologiczne nie są jeszcze dokładnie poznane. Składnik ten jest antagonistą w stosunku do manganu. Kobalt (Co) jest źródłem kobalaminy (witaminy B 12 ), a chrom (Cr) w diecie człowieka wzmaga działanie insuliny oraz obniża poziom cholesterolu we krwi. Kadm (Cd) i ołów (Pb) nie są składnikami pokarmowymi i należą do pierwiastków toksycznych dla roślin. Stosowanie wzrastających stężeń manganu w pożywkach istotnie modyfikowało zawartość glinu, baru, niklu, kobaltu i ołowiu nie wpływając jednocześnie na zawartość chromu i kadmu w 13

14 owocach. Utworzono szereg zawartości metali ciężkich w owocach pomidora (wyrażone w mg kg -1 s.m.), w zakresie stężeń hydroponicznych manganu (0,3-0,6 mg dm -3 ): Ba 4,340-6,180 > Ni 4,746-5,198 > Co 1,014-1,064 > Pb 0,854-0,887 > Cd 0,379-0,395 > Cr 0,120 > Al 0,066-0,081. W zakresie stężeń hydroponicznych zawartości badanych pierwiastków śladowych generalnie nie były istotnie zróżnicowane w zależności od odmiany. Co jest ważne z punktu widzenia dietetycznego, uogólniając uzyskane wyniki można podkreślić, że przy optymalnej zawartości składników pokarmowych w pożywce, owoce pomidora uprawianego w wełnie mineralnej są cennym źródłem niklu, kobaltu i chromu, nie stanowiąc jednocześnie zagrożenia pod względem zawartości w nich kadmu i ołowiu. Możliwość zastosowania w pożywce kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (ch-osa) w łagodzeniu stresu manganowego pomidora (H-7) Stężenia manganu w pożywce wynoszące 9,6 i 19,2 mg dm -3 powodowały silny stres manganowy pomidora, wpływając zarówno na skład chemiczny części wskaźnikowych (praca H-2), parametry aktywności fotosyntetycznej (praca H-4) oraz plonowanie roślin (prace H-3, H-4) i skład chemiczny owoców (prace H-5, H-6). Wcześniejsze badaniach innych autorów dokumentowały pozytywny wpływ krzemu, jako pierwiastka łagodzącego stres manganowy, u fasoli, jęczmienia, ogórka i ryżu. Jednym z dostępnych na rynku form krzemu, która może być stosowana do fertygacji, jest kwas ortokrzemowy stabilizowany choliną (ch-osa). Ch-OSA ma również zastosowanie w medycynie, między innymi w leczeniu skojarzonym ch-osa/witamina D 3 jako preparat oddziałujący na kolagen kości w leczeniu osteoporozy. Celem podjętych badań było określenie wpływu fertygacji kwasem ortokrzemowym stabilizowanym choliną (w stężeniu przeliczeniowym 0,3 mg Si dm -3 ) na plonowanie oraz skład chemiczny części wskaźnikowych i owoców pomidora przy wzrastającym stresie manganowym (9,6 i 19,2 mg Mn dm -3 pożywki). Zastosowanie badanego związku biodostępnego krzemu wpływało na poprawę plonowania roślin. W przypadku mniejszego stężenia manganu (9,6 mg dm -3 ) zwiększenie plonu ogólnego było zróżnicowane odmianowo i wynosiło: + 8,2% dla odmiany Alboney F 1 i 16,8% dla odmiany Emotion F 1, co było udowodnione statystycznie. Pozytywnego wpływu stosowania ch-osa nie wykazano dla wyższego badanego stężenia manganu. Wszystkie badane czynniki: (i) zawartość manganu w pożywce, (ii) zastosowanie kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną oraz (iii) odmiana istotnie wpływały na skład chemiczny części wskaźnikowych i owoców pomidora. Skład chemiczny liści był zróżnicowany (dla średniej z 14

15 badanych kombinacji) w zależności od: poziomu Mn w pożywce (dla K, Na), ch-osa (dla N, Mg, Na) oraz odmiany (dla P, K, Ca, Na). W przypadku owoców istotne różnice wykazano dla: poziomu manganu (N, P, Ca, Mg), zastosowania ch-osa (N, Mg, Na) oraz odmiany (N, P). Pomimo poprawy plonowania roślin przy poziomie Mn-9,6, objawy toksyczności manganu (opisane w pracy H-4) wystąpiły na obydwu badanych stężeniach manganu. W podsumowaniu można stwierdzić, że czynnikami istotnie decydującymi o wpływie kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną jako źródła krzemu, w łagodzeniu stresu manganowego pomidora są odmiana oraz stężenie manganu w pożywce. Doświadczenia z sałatą Badania przeprowadzono z uprawą sałaty siewnej (Lactuca sativa L.) odmiany Sunny (Nickerson Zwaan). Zawartość składników w pożywkach stosowanych do fertygacji była następująca (w mg dm -3 ): N-NH 4 <10, N-NO 3 150, P-PO 4 50, K 150, Ca 150, Mg 50, Fe 3,00, Zn 0,44, Cu 0,03, B 0,011; ph 5,50, EC 1,8 ms cm -1. W doświadczeniu I badano wpływ wzrastających stężeń manganu w pożywkach wynoszących: 0,5; 4,8; 9,6; 19,2 mg dm -3 na plonowanie roślin (praca H-8), celem określenia stężeń wywołujących stres manganowy. Największe obniżenie plonowania sałaty stwierdzono przy zawartości 19,2 mg Mn dm -3 pożywki, które następnie zastosowano w badaniach nad możliwością łagodzenia stresu manganowego różnymi związkami krzemu (doświadczenia II i III, prace: H-9, H-10). Celem przeprowadzonych badań było określenie: wpływu manganu na plonowanie sałaty oraz zawartości makro- i mikroskładników w liściach, możliwości zastosowania wybranych związków krzemu w łagodzeniu stresu manganowego przy aplikacji: - wzrastających stężeń kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (ch-osa) w pożywce, - wzrastających stężeń zolu krzemianowego w pożywce oraz żywienia dolistnego roślin tym związkiem. 15

16 Reakcja sałaty na wzrastające odżywianie manganem (H-8) Wzrastające odżywianie roślin manganem może powodować stres oksydacyjny, skutkujący istotnymi zmianami składu chemicznego roślin oraz ich plonowania, a także parametrów aktywności fotosyntetycznej, co zostało wcześniej stwierdzone na przykładzie pomidora (prace H-2 H-6). W niniejszych badaniach wykazano istotny wpływ wzrastających stężeń manganu w pożywkach stosowanych do fertygacji na obniżenie zawartość w liściach sałaty większości składników pokarmowych: azotu i potasu (dla 19,2 mg Mn dm -3 ); fosforu, żelaza i miedzi (dla 9,6 i 19,2 mg Mn dm -3 ); magnezu i cynku (dla 4,8 i 19,2 mg Mn dm -3 ). Istotnych różnic nie stwierdzono tylko dla wapnia i sodu. Wzrastające stężenia manganu w żywieniu roślin wpływały na istotne kumulowanie tego mikroskładnika w liściach sałaty. W przypadku stężenia hydroponicznego manganu wynoszącego 0,5 mg dm -3 pożywki stosunek Fe : Mn wynosił 1,00 : 1,95, a przy zawartości 19,2 mg dm -3 pożywki rozszerzał się do 1,00 : 3,35. Żywienie manganem istotnie wpływało na indeks zieloności liści SPAD (obniżenie dla 19,2 mg dm -3 ) oraz plonowanie roślin (obniżenie dla 4,8 19,2 mg Mn dm -3 w porównaniu do 0,5 mg Mn dm -3 ). W badaniach z sałatą wykazano istotną korelację (R 2 0,85-0,92) pomiędzy wartością SPAD a zawartością chlorofilu w tkankach [Leon i in. 2007]. Można przypuszczać, że obniżona wartość SPAD przy poziomie Mn-19,2 może wskazywać na uszkodzenie aparatu fotosyntetycznego. Doświadczenie miało na celu określenie nadmiernego poziomu manganu w pożywce stosowanej do fertygacji sałaty. Najmniejsze plonowanie roślin (obniżenie o 13,1% w stosunku do kontroli) stwierdzono przy poziomie Mn-19,2, który był następnie zastosowany w kolejnych doświadczeniach (II i III) nad łagodzeniem stresu manganowego sałaty różnymi związkami krzemu (prace H-9, H-10). Możliwość zastosowania w pożywce kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (ch-osa) w łagodzeniu stresu manganowego sałaty (H-9) Wcześniejsze badania, będące częścią prezentowanego osiągnięcia, wykazały pozytywny wpływ kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (ch-osa) jako źródła krzemu (w dawce przeliczeniowo 0,3 mg Si dm -3 pożywki) na łagodzenie stresu manganowego (wzrost plonowania) 16

17 w uprawie pomidora przy stosowaniu pożywki o zawartości manganu 9,6 mg dm -3, jednocześnie wskazując na brak takiej reakcji przy 2-krotnie większym stężeniu manganu (praca H-7). Celem podjętych badań była ocena wpływu stosowania w pożywkach wzrastających stężeń kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną, w warunkach nadmiernego odżywienia manganem (19,2 mg dm -3 pożywki) na plonowanie i skład chemiczny liści sałaty uprawianej w wełnie mineralnej. Badano następujące stężenia kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną w pożywkach (w mg dm -3 ): 35, 70 i 105, co odpowiada następującym stężeniom krzemu: 0,21, 0,42 i 0,63 mg Si dm -3 pożywki. Kontrolę stanowiła kombinacja bez stosowania ch-osa. Wzrastające stężenia ch-osa w pożywkach wpływały istotnie na zawartość składników pokarmowych w liściach sałaty: obniżenie zawartości azotu (0,21 i 0,63 mg Si dm -3 ), natomiast wzrost zawartości fosforu (0,42 i 0,63 mg Si dm -3 ), potasu (0,21 i 0,42 mg Si dm -3 ), wapnia (0,21-0,63 mg Si dm -3 ) i magnezu (0,21 mg Si dm -3 ) w porównaniu z kombinacją kontrolną. W przypadku mikroskładników, zastosowanie kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną istotnie obniżało zawartość cynku (0,63 mg Si dm -3 ) i żelaza (wszystkie badane kombinacje), przy braku istotnego wpływu na zawartość miedzi i sodu. Wraz ze wzrostem stężeń ch-osa w pożywkach nie wykazano istotnych zmian zawartości manganu w liściach sałaty. W kombinacji kontrolnej stosunek Fe : Mn w liściach wynosił 1,00 : 4,32, a przy największym stężeniu ch-osa rozszerzał się do 1,00 : 6,03. Podsumowując można stwierdzić, że kwas ortokrzemowy stabilizowany choliną łagodził stres manganowy sałaty, na co wskazywała istotna poprawa plonowania roślin, jednakże reakcja była zróżnicowana w zależności od jego stężenia w pożywce maksymalny wzrost plonowania roślin, w przypadku największego stężenia ch-osa, wynosił 19,4% w stosunku do kombinacji kontrolnej. Możliwość zastosowania zolu krzemianowego w pożywce oraz w żywieniu dolistnym w łagodzeniu stresu manganowego sałaty (H-10) We współpracy z Katedrą Chemii Rolnej i Biogeochemii Środowiska oraz Katedrą Warzywnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu zbadano wpływ stosowania wzrastających stężeń krzemu w pożywkach (kontrola; 15,5; 23,25 i 31,0 mg Si dm -3 ) aplikowanego w formie zolu krzemianowego oraz żywienia dolistnego tym preparatem (10 cm 3 0,1% roztworu Si roślina -1 ) w uprawie sałaty w warunkach stresu manganowego (19,2 mg dm -3 ). Rośliny kontrolne opryskiwano wodą destylowaną. Stosowanie wzrastających stężeń krzemu w pożywkach wpływało istotnie na zawartość składników pokarmowych oraz krzemu w liściach sałaty, łagodząc jednocześnie stres oksydacyjny 17

18 wywołany nadmiarem manganu w pożywce. Wskazuje na to podobnie jak dla kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (praca H-9) istotny wzrost plonów części nadziemnej roślin (w kombinacji o największym stężeniu krzemu o 59,3% w relacji do kombinacji kontrolnej). Towarzyszył temu wzrost względnej zawartości wody (RWC) w liściach, a także zwiększenie liczby liści na roślinie, przy równoczesnym zmniejszeniu zawartości suchej masy. Podobnie jak w przypadku kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną (praca H-9) nie stwierdzono istotnego wpływu krzemu na zawartość manganu w suchej masie liści. Wykazano natomiast istotny wzrost zawartości azotu, fosforu, sodu, żelaza i krzemu, przy równoczesnym istotnym zmniejszeniu zawartości cynku i miedzi w liściach. Największe względne pobranie makro- i mikroskładników (za wyjątkiem miedzi) stwierdzono w przypadku kombinacji o największym stężeniu krzemu w pożywce. Pobranie makroskładników oraz żelaza i manganu w badanym zakresie zawartości krzemu w pożywce było większe, niż w kontroli. Żywienie dolistne zolem krzemianowym generalnie nie wpływało istotnie na plonowanie roślin, zawartość makro- i mikroskładników w liściach, modyfikując jednakże względną zawartość wody (RWC) oraz koncentrację miedzi i sodu w liściach. Stosowanie zolu krzemianowego w pożywce wyraźnie zawężało odmiennie niż w przypadku kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną stosunek Fe : Mn w liściach od 1,00 : 4,97 (w kombinacji kontrolnej) do 1,00 : 3,49 (w przypadku 31,0 mg Si mg dm -3 pożywki). Również zastosowanie opryskiwania roślin badanym źródłem krzemu zawężało ten stosunek do 1,00 : 3,63. Podsumowanie najważniejszych wyników dokumentujących osiągnięcie naukowe, stanowiące podstawę wniosku do ubiegania się o stopień doktora habilitowanego: 1. Wzrastające stężenia manganu w pożywkach do fertygacji pomidora oddziaływały istotnie i wielokierunkowo na skład chemiczny strefy korzeniowej roślin. Odmiana różnicowała zawartość manganu w środowisku korzeniowym. 2. Stężenie manganu oraz odmiana istotnie różnicowały skład chemiczny części wskaźnikowych pomidora. Zawartość manganu w liściach była istotnie związana z zawartością tego składnika w pożywce stosowanej do fertygacji roślin. Wraz ze wzrostem żywienia manganem większej zmienności podlegała zawartość mikro- niż makroskładników. 3. Po raz pierwszy w Polsce zweryfikowano naukowo stężenia hydroponiczne manganu dla fertygacji pomidora, wskazując jednocześnie co stanowi nowość w stosunku do dotychczasowych zaleceń na możliwe istotne różnice odmianowe. 18

19 4. Odmiany pomidora mogą istotnie różnić się pod względem zapotrzebowania i tolerancji na stężenia manganu w pożywkach stosowanych do fertygacji. 5. Ważne znaczenie poznawcze i aplikacyjne ma określenie stężeń nadmiernych i toksycznych manganu w pożywce do fertygacji pomidora ( 4,8 mg dm -3 ), przy stosowaniu których wystąpić mogą objawy toksyczności manganu na roślinach. Tempo wystąpienia tych objawów było zróżnicowane w zależności od stężenia manganu w pożywce. 6. Poziom odżywienia manganem oraz odmiana pomidora istotnie różnicowały parametry aktywności fotosyntetycznej roślin. Początkowym symptomem stosowania nadmiernych stężeń manganu w pożywkach co jest ważne z punktu widzenia diagnostyki upraw było istotne obniżenie aktywności fotosyntezy netto. 7. Pomiar parametrów aktywności fotosyntetycznej roślin uznać należy za cenne narzędzie diagnostyczne w badaniach nad żywieniem roślin mikroskładnikami. 8. W badanym zakresie żywienia manganem istotnym zmianom podlegały zawartości makro- i mikroskładników w owocach pomidora, w tym relacja Fe : Mn. W wielu przypadkach odmiana była czynnikiem różnicującym zawartość składników. 9. W zakresie stężeń hydroponicznych manganu owoce pomidora uprawianego w wełnie mineralnej są cennym źródłem niklu, kobaltu i chromu w diecie człowieka, nie stanowiąc jednocześnie zagrożenia pod względem zawartości w nich kadmu i ołowiu. 10. Wpływ kwasu ortokrzemowego stabilizowanego choliną w pożywce stosowanej do fertygacji w łagodzeniu stresu manganowego pomidora był istotnie zróżnicowany w zależności od odmiany oraz stężenia manganu. Badany związek krzemu wpływał na zawartość składników pokarmowych w liściach i owocach. 11. Wzrastające odżywienie roślin manganem istotnie wpływało na zawartości składników pokarmowych, w tym stosunki ilościowe Fe : Mn, w liściach sałaty. Powodowało ponadto istotne obniżenie plonowania roślin. 12. Zastosowanie wzrastających stężeń kwasu ortokorzemowego stabilizowanego choliną oraz zolu krzemianowego w pożywkach do fertygacji sałaty wpływało istotnie na łagodzenie stresu manganowego, modyfikując jednocześnie zawartość składników w liściach. Plonowanie roślin istotnie wzrastało wraz ze wzrostem stężenia krzemu w pożywce. 13. Żywienie dolistne zolem krzemianowym nie wpływało na plonowanie sałaty oraz zawartość składników w liściach (za wyjątkiem miedzi i sodu). 14. Badane związki krzemu stosowane w pożywkach wykazały zróżnicowany wpływ na stosunki Fe : Mn w liściach sałaty: w przypadku ch-osa wzrastały one (z 1,00 : 4,32 w kombinacji kontrolnej do 1,00 : 6,03 przy największym stężeniu krzemu), a zolu krzemianowego zawężały 19

20 się z 1,00 : 4,97 (w kombinacji kontrolnej) do 1,00 : 3,49 (przy największym stężeniu krzemu). Stosunek Fe : Mn w liściach sałaty zmniejszał się również pod wpływem opryskiwania roślin roztworem zolu krzemianowego. 15. Pomidora można zaliczyć do roślin średnio tolerancyjnych, a sałatę do bardzo tolerancyjnych na wysokie stężenia manganu w pożywce. 16. Z uwagi na toksyczność manganu, a także jego niekorzystne oddziaływanie na wartość odżywczą pomidora i sałaty, konieczne jest w praktyce ogrodniczej przestrzeganie jego stężeń hydroponicznych, jako maksymalnych dopuszczalnych zawartości tego składnika w wodach stosowanych do sporządzania pożywek. Literatura Aschner J.L., Aschner M. (2005): Nutritional aspects of manganese homeostasis. Molecular aspects of Medicine, 26(4), Breś W., Kleiber T., Trelka T. (2010): Quality of water used for drip irrigation and fertigation of horticultural plants. Folia Hort. 22(2): Cometti N.N., Bremenkamp D.M., Galon K., Hell L.R., Zanotelli M.F. (2013): Cooling and concentration of nutrient solution in hydroponic lettuce crop. Hort. Brasil. 31: Datnoff L.E., Rodrigues, F.A. (2005): The role of silicon in suppressing rice diseases. APSnet Features. Rice Diseases.aspx Dobson A.W., Erikson K.M., Aschner M. (2004): Manganese neurotoxicity. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1012: DRI Dietary references intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium and zinc. (dostęp: / /html). Ducic T., Polle A. (2005): Transport and detoxification of manganese and copper in plants. Braz. J. Plant Physiol. 17: Epstein E. (1999): Silicon. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50, Fauteux F., Remus-Borel W., Menzies J.G., Belanger R.R. (2005): Silicon and plant disease resistance against pathogenic fungi. FEMS Microbiol.Lett., 249, 1-6. Górecki R.S., Danielski-Busch W. (2009): Effect of silicate fertilizers on yielding of greenhouse cucumber (Cucumis sativus L.) in container cultivation. J. Elem., 14(1): Górski J. (1981): Kształtowanie się jakości wód podziemnych utworów czwartorzędowych w warunkach naturalnych oraz wymuszonych eksploatacją. IKŚ, Warszawa. Horiguchi T. (1988): Mechanism of manganese toxicity and tolerance of plants IV. Effects of silicon on alleviation of manganese toxicity of rice plants. Soil Sci. Plant Nutr., 34 (1): Humphries J. M., Stangoulis J.C.R., Graham R.D. (2007): Manganese w: Handbook of Plant Nutrition (red.) A.V. Barker, D.J. Pilbeam; Taylor & Francis Group: Imai H. (1987): Non-circulating hydroponics system. w: Proc. Symp. on Hort. Prod. Under Structures , Tai-Chung, Taiwan, R.O.C. Iwasaki K., Maier P., Fecht M., Horst W.J. (2002): Effects of silicon supply on apoplastic manganese concentrations in leaves and their relation to manganese tolerance in cowpea (Vigna unguiculata (L.)Walp.). Plant Soil 238: Jarosz Z., Michałojć Z., Dzida K. (2011): Changes in the chemical composition of the rhizosphere of tomato grown on inert substrates in a prolonged cycle. J. Elem: Jarosz Z. (2013): The effect of silicon application and type of substrate on yield and chemical composition of leaves and fruit of cucumber. J. Elem. 3: Jędrzejczak R. (2004): Żelazo i mangan w żywności. Roczniki PZH, 55(supl.):

21 Kłos A., Bertrandt J., Stężycka E., Szymańska W. (2011): Zawartość miedzi, cynku, magnezu i manganu w całodziennej racji pokarmowej stosowanej w żywieniu studentów Szkoły Głównej Służby Pożarniczej w Warszawie. Bromat. Chem. Toksykol. XLIV, 3, Kozik E., Komosa A. (2012). Wpływ makro- i mikroskładników na wielkość i jakość plonu, W: Komosa A. (red.), Breś W., Golcz A., Kozik E. (2012): Żywienie roślin ogrodniczych. Podstawy i perspektywy. PWRiL, Kowalczyk W., Dyśko J., Felczyńska A. (2010): Ocena stopnia zanieczyszczenia składnikami nawozowymi wody z ujęć głębinowych na terenach o skoncentrowanej produkcji szklarniowej. Nowości Warzywnicze 51,3, Kowalczyk K., Gajc-Wolska J. (2011): Effect of the kind of growing medium and transplant grafting on the cherry tomato yielding. Acta Sci. Pol. Hortorum Cultus 10(1): Kozik E., Tyksiński W., Komosa A. (2008): Effect of chelated and mineral forms of micronutrients on their content in leaves and the yield of lettuce. Part I. Manganese. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 7(1), Kozłowska M., Bandurska H., Floryszak-Wieczorek J., Politycka B. (2007): Fizjologia roślin. PWRiL. Lee J. S., Park J.H., Suk Han K. (2000): Effects of potassium silicate on growth, photosynthesis and inorganic ion absorption in cucumber hydroponics. J. Kor. Soc. Hort. Sci. 45(5): León A., Viña S., Frezza D., Chaves A., Chiesa A. (2007): Estimation of chlorophyll contents by correlations between SPAD-502 meter and chroma meter in butterhead lettuce. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 38, 19-20: Liang Y., Wanchun S., Yong-Guan Zhu, Christie P. (2007): Mechanisms of silicon-mediated alleviation of abiotic stresses in higher plants: a review. Environmental Pollution, 147, 2: Maksimović D.J., Bogdanović J., Maksimović V., Nikolić M. (2007): Silicon modulates the metabolism and utilization of phenolic compounds in cucumber (Cucumis sativus L.) grown at excess manganese. J. Plant Nutr. Soil Sci. 170: Marzec Z., Marzec A., Zaręba S. (2004): Całobowe racje pokarmowe źródłem żelaza i manganu dla osób dorosłych. Roczniki PZH. Supplement Marzec A., Marzec Z. (2011): Badania zawartości cynku, miedzi, żelaza i manganu w wybranych produktach przeznaczonych do żywienia niemowląt i dzieci. Probl. Hig. Epidemiol., 92(3): McHargue J. S. (1922): The role of manganese in plants. J. Amer. Chem. Soc. 44: Nutrition Working Group of International Life Sciences Institute Europe (1990): Recommended daily amounts of vitamins and minerals in Europe. Nutrition abstracts and Reviews (Series A), 60, Rogalla H., Römheld V. (2002): Role of leaf apoplast in silicon-mediated manganese tolerance of Cucumis sativus L. Plant Cell Environ 25(4): Roth A.J., Garrick M.D. (2003): Iron interactions and biological interactions mediating the physiological ant toxic actions of manganese. Biochem Pharmocology 66, Savvas D., Papastavrou D., Ntatsi G., Ropokis A., Olympios C. (2009): Interactive effects of grafting and manganese supply on growth, yield, and nutrient uptake by tomato. HortScience 44, 7: Sawiniak W. (1990): Badania nad zastosowaniem wodorotlenku żelazowego do usuwania dużych ilości żelaza i manganu z wód podziemnych. Zesz. Nauk. Polit. Śląskiej 1053, Gliwice. Shenker M., Plessner O.E., Tel-Or E. (2004): Manganese nutrition effects on tomato growth, chlorophyll concentration, and superoxide dismutase activity. J. Plant Physiol., 161: Voogt W., Sonneveld C. (2001): Silicon in horticultural crops grown in soilless culture. Studies in Plant sciences, 8, w: L.E. Datnoff, G.H. Snyder, G.H. Korndörfer (eds.). Silicon in agriculture. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands. Wysocka-Owczarek M. (2001): Zaburzenia wzrostu i rozwoju pomidora. Plantpress, Kraków: 25, 41. Zanão Júnior L.A., Ferreira Fontes R.L., Lima Neves J.C., Korndörfer G. H., Vinícius Tavares de Ávila V. (2010): Rice grown in nutrient solution with doses of manganese and silicon. R. Bras. Ci. Solo, 34: Zaręba S., Krzysiak K. (2004): Mangan w śniadaniowych produktach zbożowych i czipsach ziemniaczanych. Roczniki PZH, supl. 55,