CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE

Transkrypt

1 ISSN EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE KRAKÓW Nr 22/2014, t. III

2 EPISTEME CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE Redakcja: Zdzisław Szczepanik (red. naczelny) Katarzyna Daraż-Duda (sekretarz redakcji) Piotr Walecki Grzegorz Chajko Krzysztof Duda Roman Turowski (red. techniczny) Rada Naukowa: Prof. dr hab. Dariusz Rott Prof. dr hab. Włodzimierz Sady Prof. dr hab. Michał Śliwa Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz Prof. dr hab. Bogdan Zemanek Ks. Prof. dr hab. Władysław Zuziak Prof. nadzw. dr hab. Wiesław Alejziak Prof. Ignatianum i UJ, dr hab. Józef Bremer SJ Prof. dr przew. kwal. II Paweł Taranczewski Prof. dr Olga E. Kosheleva Prof. dr Marko Jacov Prof. dr Aleksandr Lokshin Prof. dr Hans Jørgen Jensen Prof. dr Oleksandr Chyrkov Prof. dr Iryna Diachuk Prof. dr Luiza Arutinov Prof. dr hab. Michaił Pawłowicz Odesskij Prof. dr hab., dr. phil. Andrzej Wiercinski Prof. dr eng. Elena Horska Wydawca: Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury Episteme ul. Okólna 28/ Kraków Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury Episteme i Autorzy Pierwotną wersją czasopisma jest wersja papierowa

3 SPIS TREŚCI OGRODNICTWO I ZIELARSTWO Dorota Blatsios, Eliza Antkowiak, Honorata Bryłkowska, Anna Adamek, Marlena Banaś, Dominika Buchert, Renata Galek Wpływ 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny na mikrorozmnażanie rosiczki łyżeczkowatej (Drosera spatulata Labill.)...9 Joanna Bonio. Klaudia Duda ZANIECZYSZCZENIA MYKOLOGICZNE POWIETRZA W OGRODZIE BOTANICZNYM UNIWERSYTETU JAGIELLOŃSKIEGO W KRAKOWIE I ARBORETUM SZKOŁY GŁÓWNEJ GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO W ROGOWIE...17 Monika Czaja, Anna Kołton, Piotr Muras, Ewa Muszyńska Dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of selected urban trees during the growing season Maja Dobińska, Anna Witek, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko WPŁYW WARUNKÓW MIEJSKICH NA WYSTĘPOWANIE MSZYCY BZOWEJ (APHIS SAMBUCI L.) ORAZ OWADÓW DRAPIEŻNYCH NA BZIE CZARNYM (SAMBUCUS NIGRA L.)...33 Klaudia Duda, Joanna Bonio GRZYBY BUTUJĄCE NA MAGNOLII SOULANGE A (MAGNOLIA X SOULANGEANA SOUL.-BOD.) W OGRODZIE BOTANICZNYM UNIWERSYTETU JAGIELLOŃSKIEGO W KRAKOWIE...41 Marta Izajasz-Parchańska, Monika Białobrzeska Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa na podstawie wybranych wskaźników agroklimatycznych

4 4 Spis treści Katarzyna Jagiełło-Kubiec, Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) DIABLE D OR Mindia...59 Aleksandra Koźmińska, Ewa Muszyńska WPŁYW JONÓW OŁOWIU NA ALYSSUM MONTANUM W KULTURZE IN VITRO...67 Anna Konieczny, Iwona Kowalska Wpływ mikoryzy arbukularnej na zawartość składników pokarmowych w środowisku korzeniowym pomidora...75 Anna Krawczyk, Agnieszka Lis-Krzyścin ODCZYN GLEB MIEJSKICH ORAZ ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W ALEJACH TRZECH WIESZCZÓW W KRAKOWIE Ewelina Kwaśniewska In vitro culture establishment of selected historical roses...91 Marta Leśniak, Maria Pobożniak, Michał Pniak WPŁYW OLEJKU POMARAŃCZOWEGO ORAZ SYNTETYCZNEGO POMARAŃCZOWEGO AROMATU NA TETRANYCHUS URTICAE (KOCH.), APHIS PHOMI (DEG.) I ERIOSOMA LANIGERUM (HASM.) Gabriela Machaj MAPOWANIE REJONU GENOMU MARCHWI ISTOTNEGO DLA PROCESU UDOMOWIENIA Magdalena Malinowska ANALYTICAL METHODS IN THE IDENTIFICATION OF TRITERPENES ISOLATED FROM BIRCH BARK Ewa Muszyńska, Barbara Piwowarczyk, Anna Kołton, Monika Czaja Effect of nitric oxide and hydrogen peroxide on seed germination and enzymes activity in Avena fatua seedlings under cadmium stress Adriana Nowicka-Połeć, Katarzyna Kałużny, Anna Magdalena Ambroszczyk WPŁYW PREPARATÓW EMFARMA i LIGNOHUMAT NA PLONOWANIE I SKŁAD CHEMICZNY NASION I LIŚCI BOBU (VICIA FABA VAR. MAJOR) W OPÓŹNIONEJ UPRAWIE POLOWEJ...131

5 Spis treści Beata Ochał, Jan Błaszczyk WPŁYW PREPARATÓW ORGANICZNO-MINERALNYCH NA PLONOWANIE I JAKOŚĆ JABŁEK ODMIANY LIGOL Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł, Katarzyna Jagiełło-Kubiec Effect of Beta-Chikol on acclimatization to ex vitro conditions of common ninebark (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) Red Baron Julia Rochala, Diana Anna Musiał, Ewa Skutnik, Agata Jędrzejuk SENESCENCE IN CUT COSMOS BIPINNATUS FLOWERS: WATER RELATIONS AND MEMBRANE PERMEABILITY Joanna Śniegowska, Anita Biesiada Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna w wybranych gatunkach warzyw z rodziny Brassicaceae i Asteraceae Karolina Wietnik, Piotr Muras, Anna Kołton, Monika Czaja OCENA STANU FIZJOLOGICZNEGO APARATU FOTOSYNTETYCZNEGO TRZECH GATUNKÓW RÓŻANECZNIKÓW (RHODODENDRON SP.) W OKRESIE SPOCZYNKU Anna Witek, Maja Dobińska, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CZYNNIKAMI SIEDLISKOWYMI A LICZEBNOŚCIĄ I BOGACTWEM SKŁADU GATUNKOWEGO MUCHÓWEK NALEŻĄCYCH DO RODZINY SYRPHIDAE W OKOLICY OJCOWSKIEGO PARKU NARODOWEGO UPRAWA ROLI I ROŚLIN Marcin Andrzejewski, Anna Krzepiłko, Iwona Zych-Wężyk Zużycie oraz ceny nawozów mineralnych w Polsce w latach Ada Biela, Aleksander Owczarek WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW INDUKUJĄCYCH STRES SUSZY NA WZROST KALUSA PSZENICY JAREJ (Triticum L.)

6 Spis treści Barbara Biniaś, Janina Gospodarek, Milena Rusin WPŁYW WYBRANYCH WYCIĄGÓW ROŚLINNYCH NA ŻEROWANIE PCHEŁKI CHRZANOWEJ (PHYLLOTRETA ARMORACIAE KOCH) NA CHRZANIE (ARMORACIA RUSTICANA GAERTN) Roman Bezus, Anastasiia Cherniavska, Maciej Chowaniak, Dorota Gala, Andrzej Joniec, Marcin Niemiec WPŁYW NACHYLENIA STOKU, SYSTEMU UPRAWY I OKRYWY ROŚLINNEJ NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEBY Roman Bezus, Iuliia Amelina, Maciej Chowaniak INFORMATIZATION OF SOCIETY AS A GUARANTEE OF CONSUMPTION OF ORGANIC PRODUCTS Iwona Florczak, Sylwia Andrusiewicz, Jacek Słoma, Marek Klimkiewicz Wpływu procesu prasowania obierek ziemniaczanych na właściwości powstałych materiałów Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak WPŁYW NAWOŻENIA AZOTEM I APLIKACJI EFEKTYWNYCH MIKROORGANIZMÓW NA WYSTĘPOWANIE CHORÓB PODSUSZKOWYCH I CHORÓB LIŚCI W UPRAWIE PSZENICY JAREJ Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Andrzej Joniec WPŁYW NAWOŻENIA AZOTOWEGO NA WYSTĘPOWANIE SZKODNIKÓW W UPRAWIE PSZENICY JAREJ Andrzej Joniec, Dorota Gala, Maciej Chowaniak WYBRANE PARAMETRY FIZYCZNE GLEBY W TRADYCYJNEJ I UPROSZCZONEJ UPRAWIE BOBIKU Agnieszka Kalandyk, Piotr Waligórski, Franciszek Dubert ZASTOSOWANIE BIOSTYMULATORÓW W ŁAGODZENIU SKUTKÓW SUSZY I INNYCH STRESÓW ŚRODOWISKOWYCH U SOI ZWYCZAJNEJ (Glycine max L. Merr.) Anna Lehmann, Wiesław Wojciechowski, Adam Zych, Elżbieta Pytlarz, Martyna Szałata ROLA MIĘDZYPLONÓW ŚCIERNISKOWYCH W REGULACJI ZACHWASZCZENIA ŻYTA

7 Spis treści Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman ODDZIAŁYWANIA biotyczne między wybranymi izolatami Epicoccum nigrum a grzybami z rodzaju Fusarium Kalina Orłowska, Monika Mierzwa-Hersztek, Agnieszka Baran WPŁYW PRZEKOMPOSTOWANYCH ODPADÓW Z UBOJU I HODOWLI DROBIU NA WŁAŚCIWOŚCI WODNO-POWIETRZNE GLEBY Elżbieta Pytlarz, Danuta Parylak, Martyna Szałata, Anna Lehmann, Adam Zych Choroby podstawy źdźbła pszenicy jarej w monokulturze po zastosowaniu międzyplonu i biostymulatora Piotr Rezka, Wojciech Balcerzak BADANIA WSTĘPNE NAD PRODUKCJĄ K 2 SO 4 Z ODPADOWEGO ROZTWORU Z PRZEMYSŁU CYNKU Anna Romanowicz, Roman Prażak OCENA TOLERANCYJNOŚCI LINII MIESZAŃCOWYCH AEGILOPS KOTSCHYI BOISS. Z TRITICUM AESTIVUM L. NA STRES SOLNY Milena Rusin, Janina Gospodarek. Barbara Biniaś WPŁYW ZWIĄZKÓW ROPOPOCHODNYCH NA ENERGIĘ I ZDOLNOŚĆ KIEŁKOWANIA NASION BOBU ORAZ NA WYBRANE CECHY MORFOLOGICZNE ROŚLIN Ilona Świtajska, Sławomir Szymczyk, Angela Potasznik, Żaneta Banaszek, Cristina Timofte, Ireneusz Cymes WPŁYW UPRAWY WIERZBY NA CELE ENERGETYCZNEJ W WARUNKACH POLSKI PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ NA JAKOŚĆ WÓD GRUNTOWYCH Martyna Szałata, Wiesław Wojciechowski, Anna Lehmann, Elżbieta Pytlarz, Adam Zych Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego Paulina Topolińska, Magdalena Haak, Joanna Marć-Pieńkowska WPŁYW DAWEK NAWOZÓW AZOTOWYCH NA WYDAJNOŚĆ POKOSU ŁĄKOWEGO ORAZ PRODUKCJĘ BIOGAZU

8 Spis treści Karolina Trzyniec, Karolina Wietnik, Maria Szczuka, Andrzej Ochrem ROZMIESZCZENIE I OZNAKOWANIE URZĄDZEŃ SYGNALIZACYJNYCH I STEROWNICZYCH NA CIĄGNIKACH ROLNICZYCH, A ZALECENIA NORM EUROPEJSKICH Katarzyna Wajdzik ANALIZA KARIOLOGICZNA FESTUCA DURIUSCULA L. ZE SKOROCIC Katarzyna Wolny Koładka Występowanie alternariozy ziemniaka w Małopolsce i rola chrząszczy stonki ziemniaczanej w jej rozprzestrzenianiu badania wstępne Adam Zych, Anna Lehmann, Martyna, Szałata, Elżbieta, Pytlarz, Bartłomiej Glina Plonowanie buraka cukrowego w różnych systemach uprawy

9 Dorota Blatsios, Eliza Antkowiak Honorata Bryłkowska, Anna Adamek Marlena Banaś, Dominika Buchert Renata Galek EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Wpływ 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny na mikrorozmnażanie rosiczki łyżeczkowatej (Drosera spatulata Labill.) Influence of 6-(g,g-dimethylallylamino) purine on micropropagation spoon-leaved sundew (Drosera spatulata Labill.) Abstrakt. Rosiczka łyżeczkowta (Drosera spatulata Labill.) jest zaliczana do rodziny rosiczkowatych (Droseraceae Salisb.). Należą one do coraz popularniejszych roślin uprawianych metodami kultur in vitro ze względu na duże wykorzystanie w medycynie, a także walory ozdobne. Celem badań było określenie wpływu 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny (2iP) na efektywność mikrorozmnażania tego gatunku. Eksplantaty wtórne rosiczki łyżeczkowatej zostały wyłożone na pożywkę Murashige i Skoog (MS) zawierającą 3% sacharozy, 0,8% agaru o ph 5,7. Zastosowano dawki 2iP: 0,5 m mg l-1, 1,0 mg l-1, 10 mg l-1 oraz kombinację 15 mg l-1 2iP + 0,5 mg l-1 IAA. Doświadczenie założono w pięciu powtórzeniach, w każdym po 3 rośliny. Najlepszy rozwój zaobserwowano na pożywce z dodatkiem 1,0 mg l-1 2iP. Eksplantaty charakteryzowały się dobrze rozwiniętymi roślinami przybyszowymi, a także systemem korzeniowym. Słowa kluczowe: mikrorozmnażanie, roślina mięsożerna, pożywka MS, Drosera spatulata, 6-(g,g-dimethylallylamino) puryna (2iP) Summary. Spoon-leaved sundew (Drosera spatulata Labill.) belongs to the family Droseraceae Salisb. Planta of this species are wildly micropropagat by tissue culture because of the great importance in medicine and ornamental value. The aim of the study was to determine the effect of 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) purine (2iP) on the efficiency of micropropagation of this species. The secondary explants were placed on a Murashige and Skoog medium (MS) containing 3% sucrose, 0.8% agar, ph 5.7. Applied doses of 2iP ware 0.5 mg l-1 2iP, 1.0 mg l-1 2iP, 10 mg l-1 2iP and a combination of 15 mg l-1 2iP mg l-1 IAA. The experiment was established in five replications 3 plants each. Best growth was observed on medium supplemented with 1.0 mg l-1 2iP. The explants were characterized by well-developed adventitious plants and highly developed root system. Key words: micropropagation, carnivorous plant, MS medium, Drosera spatulata, 6-(g,g-dimethylallylamino) purine (2iP) 9

10 D. Blatsios, E. Antkowiak, H. Bryłkowska, A. Adamek, M. Banaś, D. Buchert, R. Galek WSTĘP Rosiczka łyżeczkowata (Drosera spatulata Labill.) należy do rodziny rosiczkowatych (Droseraceae Salisb.). Jest to grupa obejmująca około 150 gatunków roślin owadożernych jednorocznych oraz wieloletnich. Najliczniej występują one w rejonie Oceanii i Nowej Zelandii [Grevenstuk 2010], południowo-wschodniej Azji aż do obszaru Japonii i Indii [Kottapalli i Prasad 2007] oraz na obszarach południowej Afryki [Kawiak i in. 2003]. Rosną przede wszystkim w klimacie tropikalnym na glebach ubogich, kwaśnych, piaszczystych oraz bagiennych [Kottapalli i Prasad 2007]. W Europie większość naturalnych siedlisk to bagna i torfowiska. Niestety, wiele z nich uległo zniszczeniu, co doprowadziło do objęcia rosiczek ochroną [Wawrosch 2009]. Ostatnio wzrosło znaczenie rosiczki łyżeczkowatej w uprawie amatorskiej, a szczególnie zaczęto zwracać uwagę na jej walory dekoracyjne. Rośliny te mają także duże znaczenie w medycynie ze względu na zawartość wtórnych metabolitów, jakimi są flawonoidy oraz związki naftochinonowe, głównie plumbagina oraz ramentaceon [Juniper i in. 1989]. Cechuje je działania przeciwutleniające, przeciwnowotworowe, przeciwwirusowe, przeciwzapalne, przeciwbakteryjne, są także z powodzeniem stosowane m.in. przy leczeniu przedwczesnego starzenia, utraty pamięci, a także niepłodności [Asirvatham i in. 2013, Jayaram i Prasad 2005]. Chociaż istnieje możliwość rozmnażania rosiczek za pomocą nasion lub wegetatywnie przez sadzonki z liści, to jest to czaso- i pracochłonne [Lecoufle 1990]. Natomiast uprawa w warunkach in vitro pozwala na przezwyciężenie wielu barier, a także na uzyskanie większej ilości roślin z dużą zawartością flawonoidów i/lub związków naftochinonowych w krótszym czasie, co jest istotne przy pozyskiwaniu roślin do celów medycznych oraz w uprawie amatorskiej [Wawrosch i in. 2009]. Istotnym elementem uprawy rosiczek w warunkach in vitro stała się optymalizacja składu podłoży hodowlanych, w tym określenie wpływu regulatorów wzrostu roślin z uwzględnieniem efektywności mikrorozmnażania [Perica i Berljak 1996, Anthony 1992, Bobák i in.1995, Kawiak 2003, Kämäräinen 2003, Kukulczanka 1991]. Celem doświadczenia było określenie wpływu 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny (2iP) na rozwój rosiczki łyżeczkowatej (Drosera spatulata Labill.) w kulturze in vitro, gdyż w dotychczasowych protokołach nie ma na ten temat informacji, 10

11 Wpływ 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny na mikrorozmnażanie rosiczki łyżeczkowatej... MATERIAŁ I METODY Materiałem do doświadczeń były eksplantaty rosiczki łyżeczkowatej pobrane z kolekcji in vitro Katedry Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu. Doświadczenie zostało założone w pięciu powtórzeniach (jako powtórzenie traktowano jedno naczynie hodowlane), w każdym z nich umieszczono po 3 eksplantaty. Jako eksplantat wyjściowy potraktowano pojedynczą rozetę liściową zawierającą kilkanaście liści. Doświadczenie założono na standardowej pożywce Murashige i Skoog [Murashige i Skoog 1962] (MS) zawierającej 3% sacharozy i zestalonej 0,8% agarem o ph 5,7. Zastosowano regulator wzrostu z grupy cytokinin 2iP w dawkach: 0,5; 1,0; 10,0 mg l-1 2iP, a także w kombinacji z auksyną kwasem indolilo-3-octowym 15 mg l-1 2iP + 0,5 mg l-1 IAA. Kultury prowadzono przez dwanaście tygodni przy fotoperiodzie 16/8 dzień/noc oraz natężeniu światła 3000 [µmol kwantów m-2 s-1] zmierzonym za pomocą luxomierza. Po tym czasie wykonano pomiary: wielkość uzyskanej wieloroślinki (wysokość, szerokość i długość) (cm), ilość (szt.) i wysokość (cm) roślin przybyszowych, liczbę korzeni przybyszowych (szt.), długość najdłuższego korzenia przybyszowego (cm) oraz określono średnicę rozety eksplantatu wyjściowego (cm) wraz z podaniem ilości korzeni (szt.) i długości najdłuższego korzenia przy tej rozecie (cm). Określono również świeżą (g) i suchą (g) masę, procentową zawartość suchej masy (%) oraz procentową zawartość wody (%) z poszczególnych powtórzeń (tj. jedno powtórzenie to trzy całe rośliny) wraz z pędami przybyszowymi. Suchą masę oznaczono poprzez zważenie materiału roślinnego po 24 godzinach suszenia każdego powtórzenia w temperaturze 105 C. W celu zweryfikowania hipotezy zerowej o braku wpływu 6-(g,gdimetyloalkiloamino) puryny (2iP) na mikrorozmnażanie rosiczki przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji za pomocą programu Statistica W przypadku wystąpienia istotnych różnic wartości średnie pogrupowano testem Tukeya (P = 0,95, α = 0,05). WYNIKI I DYSKUSJA Przeprowadzona analiza wariancji wykazała istotny wpływ 2iP na rozwój dwunastotygodniowych eksplantatów rosiczki łyżeczkowatej 11

12 D. Blatsios, E. Antkowiak, H. Bryłkowska, A. Adamek, M. Banaś, D. Buchert, R. Galek w przypadku wszystkich analizowanych cech z wyjątkiem długości korzeni przybyszowych, średnicy rozety wyjściowej oraz długości korzeni przy tej rozecie. W tabeli 1a i 1b zamieszczono wyniki dotyczące rozwoju eksplantatów rosiczki po dwunastu tygodniach prowadzenia kultury. Tab. 1a. Średnie wartości analizowanych cech eksplantatów po dwunastu tygodniach kultury na pożywce MS z dodatkiem różnych dawek 2iP oraz IAA Pożywka i regulatory wzrostu [mg l-1]: Świeża masa [g] Sucha masa [g] Procentowa zawartość suchej masy [%] Procentowa zawartość wody [%] Długość [cm] Wieloroślinki Szerokość [cm] Wysokość [cm] MS 6,03 ab 5,04 ab 81,2 bc 18,8 bc 3,21 bc 2,52 ab 1,85 b MS+0,5 2iP 8,45 b 8,00 b 95,01 d 4,99 a 3,78 bc 2,79 b 2,51 bc MS+1,0 2iP 10,44 b 9,54 b 91,1 cd 8,9 ab 3,9 c 3,03 b 2,87 c MS+10 2iP 0,66 a 0,31 a 47,7 a 52,3 d 2,77 ab 2,12 ab 0,98 a MS+15 0,56 a 0,41 a 73,62 b 26,38 c 1,81 a 1,6 a 0,94 a 2iP+0,5 IAA Średnia ogólna 5,23 4,66 77,73 22,27 3,09 2,41 1,83 a,b,c... grupy jednorodne na podstawie testu Tukeya, błąd P = 0,95, α = 0,05 Tab. 1b. Średnie wartości analizowanych cech eksplantatów po dwunastu tygodniach kultury na pożywce MS z dodatkiem różnych dawek 2iP oraz IAA Pożywka i regulatory wzrostu [mg l-1]: Liczba roślin przyby-szowych [szt.] Wysokość roślin przyby-szowych [cm] Liczba korzeni przyby-szowych [szt.] Długość korzeni przyby-szowych [cm] Średnica [cm] Rozeta wyjściowa Długość korzeni [cm] Liczba korzeni [szt.] MS 9,67 ab 1,15 b 6,56 a 2,72 a 2,3 a 3,93 a 2,57 a MS+0,5 2iP 21,0 b 1,69 c 12,07 ab 2,47 a 1,81 a 2,54 a 3,93 ab MS+1,0 2iP 43,4 c 1,22 bc 18,87 b 2,48 a 2,09 a 2,76 a 6,0 b MS+10 2iP 5,54 a 0,3 a 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 MS+15 2iP+0,5 IAA 4,93 a 0,26 a 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Średnia ogólna 16,91 0,92 12,5 2,56 2,07 3,08 4,17 a,b,c... grupy jednorodne na podstawie testu Tukeya, błąd P = 0,95, α = 0,05 12

13 Wpływ 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny na mikrorozmnażanie rosiczki łyżeczkowatej... Najwyższe średnie wartości masy świeżej i suchej masy (Tabela 1a) zaobserwowano u eksplantatów rosiczki rosnących na pożywce MS + 1,0 mg l-1 2iP. Natomiast największą procentową zawartość suchej masy odnotowano na pożywkach MS + 0,5 mg l-1 2iP i 1,0 mg l-1 2iP, a największą procentową zawartość wody zaobserwowano na pożywce MS + 10 mg l-1 2iP (Tabela 1a). Wysokie wartości tych cech odnotowano też na pożywce podstawowej MS. Podobne rezultaty stwierdzili Kim i Jang [2004], analizując mikrorozmnażanie Drosera peltata na pożywce bez dodatku regulatorów wzrostu. Analizując wielkość wieloroślinki (wszystkich roślin przybyszowych wraz z rozetą wyjściową), zaobserwowano, że największe rozmiary osiągnęły rośliny rosiczki na pożywce MS + 1,0 mg l-1 2iP (Tabela 1a). Test Tukeya pozwolił na zakwalifikowanie uzyskanych średnich wartości eksplantatów rosnących na pożywce MS oraz MS + 0,5 mg l-1 2iP do tej samej grupy jednorodnej (Tabela 1a). Wraz ze wzrostem wielkości wieloroślinki zwiększała się liczba roślin przybyszowych formujących się na rozecie wyjściowej (Tabela 1b). Można zauważyć, że wzrost zawartości 2iP w pożywce (>1,0 mg l-1 2iP) przyczynił się do rozwoju mniejszej liczby pędów przybyszowych, a co za tym idzie mniejszych wieloroślinek. Podobny efekt można zauważyć w doświadczeniu dotyczącym mikrorozmnażania Drosera rotundifolia L., w którym zaobserwowano, że wraz ze wzrostem zawartości zeatyny w pożywce maleje liczba nowych roślin przybyszowych [Wawrosch i in. 2009]. Na wysokość roślin przybyszowych w niniejszym doświadczeniu korzystnie wpłynęła zarówno pożywka MS + 1,0 mg l-1 2iP, jak i MS + 0,5 mg l-1 2iP (Tabela 1b). Zwiększenie zawartości 2iP w pożywce (>1,0 mg l-1 2iP) spowodowało słabszy wzrost. Istotnym parametrem w produkcji roślin in vitro jest uzyskanie rozbudowanego systemu korzeniowego ułatwiającego roślinom aklimatyzację w warunkach szklarniowych [Czekalski 2010]. U roślin rosiczki zaobserwowano najkorzystniejszy wpływ pożywki MS + 0,5 mg l-1 2iP i MS + 1,0 mg l-1 2iP na powstawanie i wzrost korzeni (Tabela 1b). Na pożywce podstawowej MS również zaobserwowano korzystny rozwój korzeni. Jednak zwiększone stężenia 2iP (>1,0 mg l- 1 2iP) czy też dodatek IAA przyczynił się do zahamowania wzrostu korzeni. Badania dotyczące mikrorozmnażania Drosera indica L. pokazują również, że najintensywniejszy rozwój systemu korzeniowego 13

14 D. Blatsios, E. Antkowiak, H. Bryłkowska, A. Adamek, M. Banaś, D. Buchert, R. Galek obserwuje się na podstawowej pożywce MS bez dodatku regulatorów [Kottapalli i Prasad 2007]. Natomiast wyniki uzyskane w badaniu nad mikrorozmnażaniem Drosera intermedia pokazują, iż nie jest wymagany dodatek auksyn w celu zaindukowania ukorzeniania eksplantatów [Grevenstuk i in. 2010]. W przytoczonym doświadczeniu wysokie dawki 2iP w połączeniu z IAA spowodowały brak ukorzeniania się pędów przybyszowych i rozety wyjściowej. Średnica rozety wyjściowej wyniosła 2,07 cm, natomiast długość wykształconych korzeni 3,08 cm (Tabela 1b). Istotne statystycznie różnice zaobserwowano przy liczbie korzeni wyrastających z rozety wyjściowej. Najwięcej korzeni zauważono na pożywce MS + 0,5 mg l-1 2iP i MS + 1,0 mg l-1 2iP (Tabela 1b). Kim i Jang [2004] analizując mikrorozmnażanie Drosera peltasta, wykazali negatywny wpływ stężeń cytokinin (kinetyna i benzyloaminopuryna-ba) na rozety analizowanych roślin. Wraz ze wzrostem stężenia kinetyny i BA, rośliny wytwarzały mniej nowych pędów. Interesującym faktem w trakcie doświadczenia było zaobserwowanie tworzenia się pędów kwiatostanowych o barwie różowej na pożywce podstawowej MS. Uzyskane wyniki są porównywalne z badaniami dotyczącymi mikrorozmnażania innych gatunków rosiczek. Zaobserwowano, że Drosera rotundifolia i Drosera capensis również rozwijają najwięcej pędów kwiatostanowych na podłożu pozbawionym regulatorów wzrostu. W przypadku doświadczeń nad Drosera binata zauważono istotny wpływ benzyloaminopuryny (BA) i kwasu naftylo-1-octowego (NAA) na zainicjowanie kwitnienia [Anthony 1992]. WNIOSKI Uzyskane wyniki pokazują, że rośliny rosiczki łyżeczkowatej najlepiej rozwijały się na pożywce MS + 1,0 mg l-1 2iP, ponieważ takie stężenie 2iP spowodowało istotną stymulację rozwoju roślin przybyszowych i systemu korzeniowego. Zwiększenie stężenia 2iP (>1,0 mg l-1 2iP) i dodatek IAA w pożywkach wpłynęło hamująco na rozwój rozet wyjściowych użytych do doświadczenia, a także formowanie nowych roślin przybyszowych uzyskanych eksplantatów. Dodatek IAA w pożywce z 2iP przyczynił się do zahamowania wytwarzania korzeni u roślin rosiczki łyżeczkowatej. 14

15 Wpływ 6-(g,g-dimetyloalkiloamino) puryny na mikrorozmnażanie rosiczki łyżeczkowatej... Bibliografia: Anthony J. L In Vitro propagation of Drosera spp. HortScience 27 (7): 850. Asirvatham R. Josphin A. M. C. Murali A In Vitro antioxidant and anticancer activity studies on Drosera Indica L. (Droseraceae). Advanced Pharmaceutical Bulletin 3 (1): Bobák M, Blehová A, Krištín J, Oveck AM, Šamaj J.1995 Direct plant regeneration from leaf explants of Drosera rotundifolia cultured in vitro. Plant Cell, Tissue Organ Culture 43: Czekalski M Ogólna uprawa roślin ozdobnych. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Wrocław. Grevenstuk T. Coelho N. Goncalves S. Romano A In vitro propagation of Drosera intermedia in a single step. Bologia Plantarum 54 (2): Jayaram K. Prasad M. N. V Rapidly in vitro multiplied Drosera as reliable source for plumbagin bioprospection. Current Science 89 (3,10): Juniper B.E. Robins R.J. Joel D.M Phytochemical aspects. Carnivorous plants. Harcourt Brace Jovanovich, Academic Press, London Kawiak A. Królicka A. Lojkowska E Direct regeneration of Drosera from leaf explants and shoot tips. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 75: Kämäräinen T, Laine K, Hohtola A, Jalonen J Production of 7-methyljuglone in Drosera rotundifolia in vitro and ex vitro. Acta Horticuturae 616: Kim K. S. Jang G. W Micropropagation of Drosera peltata, a tuberous sundew, by shoot tip culture. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 77: Kottapalli J. Prasad M. N. V Rapid in vitro multiplication of Drosera indica L.: a vulnerable, medicinally important insectivorous plant. Plant Biotechnol Rep 1: Kukulczanka K Micropropagation and in vitro germplasm storage of Droseraceae. Botanic Gardens Micropropagation News 1: Lecoufle M Carnivorous plants: care and cultivation. London, Blandford Press. Murashige T. Skoog F A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 15: Perica M. C. Berljak J In Vitro Growth and regeneration of Drosera 15

16 D. Blatsios, E. Antkowiak, H. Bryłkowska, A. Adamek, M. Banaś, D. Buchert, R. Galek spatulata Labill. on various media. HortScience 31 (6): Wawrosch Ch. Benda E. Kopp B An improved 2-step liquid culture system for efficient in vitro shoot proliferation of sundew (Drosera rotundifolia L.) Scientia Pharmaceutica 77: Adres do korespondencji: mgr inż. Dorota Blatsios 1 dorota.blatsios@up.wroc.pl dr inż. hab. Renata Galek 1 renata.galek@up.wroc.pl Eliza Antkowiak 2 eliza.antkowiak1341@gmail.com Honorata Bryłkowska 2 honorata2230@op.pl Anna Adamek 2 anna.adamek1420@gmail.com Marlena Banaś 2 marlena0404@gmail.com Dominika Buchert 2 andiomene@wp.pl) 1 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydział Przyrodniczo Technologiczny, pl. Grunwaldzki 24 A, Wrocław 2 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydział Biologii i Hodowli Zwierząt ul. Chełmońskiego 38C, Wrocław Opiekun naukowy: dr hab. inż. Renata Galek 16

17 Joanna Bonio Klaudia Duda EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ZANIECZYSZCZENIA MYKOLOGICZNE POWIETRZA W OGRODZIE BOTANICZNYM UNIWERSYTETU JAGIELLOŃSKIEGO W KRAKOWIE I ARBORETUM SZKOŁY GŁÓWNEJ GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO W ROGOWIE MYCOLOGICAL AIR POLLUTION IN THE JAGIELLONIAN BOTANICAL GARDEN IN KRAKOW AND THE ROGOW ARBORETUM OF THE WARSAW UNIVERSITY OF LIFE SCIENCES Abstrakt. Celem badań było przedstawienie i porównanie wyników analiz mykologicznych powietrza w Ogrodzie Botanicznym UJ i Arboretum SGGW w Rogowie. Badania prowadzono w maju, lipcu i wrześniu 2012 r. Badania wykonano metodą sedymentacyjną Kocha na płytkę Petriego z pożywką PDA. Na terenie ogrodu i arboretum wyznaczono po 4 stanowiska badawcze. Oceny stopnia zanieczyszczenia powietrza zarodnikami grzybów dokonano poprzez określenie liczebności i składu gatunkowego grzybów. Grzyby występujące w powietrzu w postaci bioaerozoli należały do 39 gatunków, z których największą liczebność miały: Alternaria alternata, Epicoccum nigrum oraz grzyby rodzajów: Trichoderma (T. aureoviride, T. hamatum, T. harzianum, T. viride), Phoma (Ph. exigua, Ph. leveillei), Penicillium (P. citrinum, P. expansum), Gibberella (G. avenacea, G. pulicaris). Grzyby te mogą być przyczyną alergii. Stwierdzono porównywalny stopień zanieczyszczenia powietrza zarodnikami grzybów w ogrodzie botanicznym i arboretum. Słowa kluczowe: zanieczyszczenia mykologiczne, powietrze atmosferyczne, Arboretum SGGW, Ogród Botaniczny UJ Abstrakt. The aim of this study was the presentation and comparison of mycological analysis results of the air in the Jagiellonian University Botanical Garden and the Rogow Arboretum of the Warsaw University of Life Sci- 17

18 Joanna Bonio, Klaudia Duda ences. The investigations were conducted in May, July and September in Analyses were carried out by sedimentation of the Koch method on a Petri dish with a PDA medium. Four research stands were located in the botanical garden and arboretum. They were identified by the abundance and species composition of fungi and an assessment of the degree of air pollution by fungal spores. Fungi in the atmospheric air in the bioaerosols form contained 39 species with the following dominants: Alternaria alternata, Epicoccum nigrum and genus: Trichoderma (T. aureoviride, T. hamatum, T. harzianum, T. viride), Phoma (Ph. exigua, Ph. leveillei), Penicillium (P. citrinum, P. expansum), Gibberella (G. avenacea, G. pulicaris). These fungi may cause allergies. The atmospheric air in the botanical garden and arboretum was comparatively polluted by fungal spores. Keywords: mycological pollution, atmospheric air, Rogow Arboretum SGGW, UJ Botanical Garden Wstęp Powietrze atmosferyczne jest jednym z elementów środowiska decydującym o procesach życiowych ludzi, zwierząt i roślin, a także o ich jakości życia. W powietrzu atmosferycznym znajdują się różnorakie zanieczyszczenia, w tym mykologiczne [Ogórek i wsp. 2012]. Znaczną część bioaerozolu powietrznego stanowią jednostki koloniotwórcze grzybów. Są nimi głównie zarodniki, przetrwalniki, pojedyncze strzępki lub fragmenty grzybni [Ejdys 2009]. Mykobiota zanieczyszczające powietrze mogą wydzielać metabolity wtórne w postaci toksyn, które mogą być szkodliwe dla ludzi i zwierząt. Duża koncentracja zarodników w powietrzu atmosferycznym może być przyczyną wielu chorób skórnych i układu oddechowego [Pląskowska i wsp. 2011]. Ocena stopnia czystości mykologicznej powietrza obrazuje sezonowe wahania koncentracji zarodników grzybów w powietrzu w różnych warunkach geograficznych, klimatycznych i siedliskowych [Kasprzyk 2006, Frączek i Grzyb 2010, Pusz i Kita 2013]. Celem pracy była ocena stopnia zanieczyszczenia powietrza zarodnikami grzybów strzępkowych, dokonana poprzez określenie ich liczebności i składu gatunkowego w powietrzu atmosferycznym Ogrodu Botanicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie i Arboretum Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Rogowie. 18

19 Zanieczyszczenia mykologiczne powietrza w ogrodzie botanicznym uniwersytetu... Materiał i metody Badania dotyczące stopnia zanieczyszczenia mykologicznego powietrza przeprowadzono na terenie Ogrodu Botanicznego UJ w Krakowie i Arboretum SGGW w Rogowie. Ogród Botaniczny UJ zajmuje powierzchnię 9,6 ha, znajduje się na wysokości 220 m n.p.m. Arboretum SGGW położone jest na terenie woj. łódzkiego, w gminie Rogów. Zajmuje powierzchnię 53,76 ha, położone jest na wysokości od 146 do 223 m n.p.m. Monitoring mikrobiologiczny powietrza wykonano w cyklu rocznym w 2012r., w trzech terminach: , i Badania wykonano metodą sedymentacyjną Kocha polegającą na wykorzystaniu zjawiska swobodnego opadania drobnoustrojów na płytkę Petriego z 2% pożywką PDA. Na terenie ogrodu i arboretum wyznaczono po 4 stanowiska badawcze, znajdujące się w pobliżu roślin wrzosowatych Ericaceae. Na każdym stanowisku umieszczono po 1 płytce Petriego. Płytki umieszczono na wysokości 1 m. Czas ekspozycji otwartych płytek wynosił 10. Prace laboratoryjne wykonano wg standardowych metod stosowanych w mykologii. Grzyby oznaczono wg kluczy mykologicznych: Rifai [1969], Booth [1971]) oraz Domsch i współautorzy [1980]. Wyniki i dyskusja W przeprowadzonych badaniach mykologicznych powietrza atmosferycznego w Ogrodzie Botanicznym UJ w Krakowie i Arboretum SGGW w Rogowie wykryto jednostki koloniotwórcze, które wytworzyły na pożywce PDA 543 kolonie grzybów strzępkowych, należących do 39 gatunków (tab. 1). Wśród nich dominowały grzyby z rodzajów: Trichoderma (stanowiące 25,6% całości zbiorowiska grzybów), Alternaria (17,31%), Phoma (6,45%) oraz Penicillium (6,07%). W powietrzu atmosferycznym ogrodu i arboretum wykazano zróżnicowanie ilościowe i gatunkowe grzybów. Grzybem dominującym w powietrzu obydwu obiektów, w trzech terminach analiz był Alternaria alternata. W pierwszym terminie (25 maja) w powietrzu atmosferycznym ogrodu botanicznego dominowały zarodniki: Trichoderma hamatum, T. aureoviride, Paraconiothyrium sporulosum i Paraphoma chrysanthemicola, a w powietrzu arboretum: A. alternata, Trichoderma harzianum, Epicoccum nigrum i Isaria fumosorosea. 19

20 20 Joanna Bonio, Klaudia Duda W drugim terminie (25 lipiec) zarówno w arboretum, jak i w ogrodzie botanicznym dominującymi mykobiota były: A. alternata, Gibberella avenacea i T. aureoviride. W terminie trzecim (25 wrzesień) w ogrodzie botanicznym nastąpił spadek koncentracji zarodników A. alternata, natomiast wzrosła koncentracja spor grzybów z rodzajów: Penicillium, Mucor i Trichoderma. W powietrzu arboretum dominowały zarodniki A. alternata, Ph. leveillei, Boeremia exigua, E. nigrum i Penicillium citrinum. W tym terminie odnotowano znaczną koncentrację grzybów Cladosporium cladosporioides i Davidiella macrocarpa. Jak podają Stępalska i wsp. [1999], Ogórek i wsp. [2011] oraz Pusz i Kita [2013], A. alternata jest grzybem wszechobecnym w powietrzu. Grzyb ten ma z reguły największy udział procentowy pośród mykobiota znajdujących się w powietrzu (na stanowiskach zlokalizowanych w miastach i poza nimi, w obiektach budowlanych), a jego zarodniki osiągają najwyższe stężenie w okresie letnim [Nabrdalik 2007, Frączek i Grzyb 2010]. O roli A. alternata, powszechnie występującego aeroalergena piszą Ogórek i wsp. [2011], podając, że stwarza on duże zagrożenie dla zdrowia człowieka. Podczas monitoringu mikrobiologicznego grzyb ten dominował w powietrzu, a w lipcu stwierdzono jego największą koncentrację. Wielu autorów [Domsch i wsp. 1980, Kasprzyk 2006, Wang i wsp. 2010, Ogórek i Lejman 2013, Pusz i Kita 2013] podaje, że grzyby z rodzaju Cladosporium i Davidiella występują w powietrzu atmosferycznym w różnych rejonach świata, a ich koncentracja wzrasta pod koniec okresu wegetacji, czym tłumaczyć można wysokie stężenie zarodników C. cladosporioides i D. macrocarpa we wrześniu. W tym terminie odnotowano także znaczną koncentrację zarodników z rodzaju Penicillium i Phoma. O dużej koncentracji w powietrzu zarodników grzybów z rodzajów: Aspergillus, Penicillium i Cladosporium piszą Wiejak [2011] oraz Stępalska i wsp. [1999], upatrując w tym zjawisku przyczynę zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego w naturalnym środowisku i wewnątrz budowli. W pracach poświęconych wpływom bioaerozoli na zdrowie ludzi Kalogerakis i wsp. [2005] oraz Pląskowska [2010] wykazali, że obecność w powietrzu atmosferycznym grzybów wytwarzających mykotoksyny, szczególnie gatunków należących do rodzajów: Aspergillus, Penicillium, Cladosporium, Fusarium, Gibberella i Trichoderma, może skut-

21 Zanieczyszczenia mykologiczne powietrza w ogrodzie botanicznym uniwersytetu... Tab. 1. Grzyby w powietrzu atmosferycznym Ogrodu Botanicznego UJ w Krakowie i Arboretum SGGW w Rogowie Grzyb arboretum ogród botaniczny arboretum ogród botaniczny arboretum Ogród botaniczny Suma kolonii % udział Alternaria alternata ,94 Aspergillus brasiliensis 2 2 0,37 Aspergillus neoniveus 2 2 0,37 Boeremia exigua ,84 Chaetomium globosum 1 1 0,18 Cladosporium cladosporioides ,68 Coleophoma rhododendri ,58 Davidiella macrocarpa ,84 Epicoccum nigrum ,16 Fusarium culmorum 7 7 1,29 Fusarium oxysporum ,84 Fusarium sporotrichioides 4 4 0,74 Gibberella avenacea ,24 Gibberella pulicaris 8 8 1,47 Humicola fuscoatra ,95 Humicola grisea ,58 Isaria fumosorosea 7 7 1,29 Mortierella horticola ,66 Mortierella parvispora 3 3 0,55 Mucor circinelloides ,21 Paraconiothyrium sporulosum ,84 21

22 Joanna Bonio, Klaudia Duda Paraphoma chrysanthemicola 9 9 1,66 Penicillium citrinum ,68 Penicillium expansum 7 7 1,29 Penicillium verrucosum 6 6 1,10 Pestalotiopsis sydowiana 6 6 1,10 Phialophora asteris 3 3 0,55 Phialophora cyclaminis 5 5 0,92 Phoma exigua ,68 Phoma leveillei ,03 Phoma medicaginis 4 4 0,74 Sordaria fimicola 1 1 0,18 Trichoderma aureoviride ,97 Trichoderma hamatum ,13 Trichoderma harzianum ,95 Trichoderma polysporum ,21 Trichoderma pseudokoningii ,21 Trichoderma viride ,13 Umbelopsis isabellina ,84 Ogółem ,00 kować wystąpieniem chorób u osób z obniżoną odpornością immunologiczną oraz infekcjami skórnymi. Badania przeprowadzone przez Pląskowską [2010] dowodzą, że grzyby z rodzaju Fusarium i Gibberella najliczniej występują w okresie letnim, w szczególności w lata ciepłe i wilgotne. W niniejszych badaniach stwierdzono największą liczebność G. avenacea i F. oxysporum w lipcu. Gatunki te są patogenami roślin wrzosowatych, co podają publikacje z zakresu fitopatologii. Stwierdzono, że na zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego w 22

23 Zanieczyszczenia mykologiczne powietrza w ogrodzie botanicznym uniwersytetu... ogrodzie botanicznym w dużej mierze składały się grzyby z rodzaju Trichoderma (T. aureoviride, T. hamatum, T. harzianum, T. polysporum, T. pseudokoningi i T. viride), natomiast obecności grzybów tego rodzaju nie stwierdzono w arboretum. Zanieczyszczenia mykologiczne powietrza stanowiły także zarodniki grzybów występujące sporadycznie w jednym z terminów i z marginalnym udziałem procentowym, jak: Aspergillus niger, Chaetomium globosum, Aspergillus brasiliensis, A. neoniveus i Sordaria fimicola. W zdecydowanej większości są to nekrotrofy powodujące zamieranie tkanek wielu roślin uprawnych. O wysokiej koncentracji nekrotrofa E. nigrum, pisze Kasprzyk [2006], różnicując stężenie zarodników w cyklu dobowym, pomiędzy miastem a terenem wiejskim. Oceniając zanieczyszczenia mykologiczne powietrza w Ogrodzie Botanicznym UJ i Arboretum SGGW w Rogowie daje się zauważyć różnice dotyczące liczebności i składu gatunkowego grzybów. Wnioski Analiza mykologiczna powietrza atmosferycznego w Ogrodzie Botanicznym Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie i Arboretum Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Rogowie wskazała na bioróżnorodność występujących w nim gatunków grzybów oraz na znaczną liczebność jednostek tworzących kolonie. Grzybem o największej koncentracji zarodników w powietrzu był A. alternata, nieco niższą koncentrację stwierdzono dla E. nigrum oraz grzybów z rodzajów: Trichoderma, Phoma, Penicillium, Gibberella, Humicola i Fusarium, określanych jako alergeny grzybowe, co wiąże się z możliwością wywoływania chorób u ludzi. Stwierdzono porównywalny stopień zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego w ogrodzie botanicznym i arboretum, z tym, że najwięcej jednostek tworzących kolonie grzybów odnotowano we wrześniu w arboretum w Rogowie. Bibliografia Booth C The genus Fusarium. Comm. Mycol. Inst. Kew Surrey. Domsch K.H. Games W. Anderson T.H Compendium of Soil Fungi. Academic Press London. 23

24 24 Joanna Bonio, Klaudia Duda Ejdys E Wpływ powietrza atmosferycznego na jakość bioaerozolu pomieszczeń szkolnych w okresie wiosennym i jesiennym ocena mykologiczna. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 41: Frączek K., Grzyb J Badania nad rozprzestrzenianiem się aerozolu grzybowego na terenie Krakowa. Nauka Przyroda Technologie 4 (6): 1-3. Kalogerakis N. Paschali D. Lekadis V. Pantidu A. Elefheriadis K. Lazaridis M Indoor air quality bioaerosol measurements in domestic and office premises. Aerosol Science 36: Kasprzyk I Dobowe wahania koncentracji zarodników grzybów w powietrzu miasta i wsi. Acta Agrob. 59: Nabrdalik M Grzyby strzępkowe w obiektach budowlanych. Procedings of ECOpole 1 (1/2): Ogórek R. Pląskowska E. Kalinowska K Charakterystyka i taksonomia grzybów z rodzaju Alternaria. Mikologia Lekarska 18 (3): Ogórek R. Lejman A. Pląsowska E. Bartnicki M Fungi in the mountain trails of the Śnieżnik Massif. Mikologia Lekarska 19 (2): Ogórek R. Lejman A Analiza mikologiczna powietrza Jaskini Niedźwiedziej w Kletnie. Episteme 18: Pląskowska E Charakterystyka i taksonomia grzybów z rodzaju Fusarium. Mikologia Lekarska 17 (3): Pląskowska E. Korol M. Ogórek R Grzyby występujące w pomieszczeniach klimatyzowanych. Część 1. Miologia Lekarska 18 (4): Pusz W. Kita W The aeromycological studies on the occurrence of pathogenic fungal spores for plants in subalpine Karkonosze National Park. Prog. Plant. Prot. / Post. Ochr. Roślin 53(1): Rifai M. A A revision of the genus Trichoderma. Mycol. Papers 116: Stępalska D. Harmata K. Kasprzyk I. Myszkowska D. Stach A Occurrence of airborne Cladosporium and Alternaria spores in Southern and Central Poland in Aerobiologia 15: Wang W. Ma X. Ma Y. Mao L. Wu F. Ma X., An L. Feng H Seasonal dynamice of airborne fungi in different caves of the Mogao Grottoes, Dunhuang, China. International Biodeterioration & Biodegradation 64: Wiejak A Ocena stopnia skażenia powietrza zarodnikami grzybów pleśniowych jako istotny czynnik ekspertyzy mikologicznej. Prace ITB 3 (159): Adres do korespondencji: mgr inż. Joanna Bonio Katedra Ochrony Roślin, Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie joanna.bonio@gmail.com Opiekun naukowy prof. dr hab. inż. Maria Kowalik

25 Monika Czaja Anna Kołton Piotr Muras Ewa Muszyńska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of selected urban trees during the growing season Dynamika zmian związków azotu w liściach wybranych drzew miejskich w okresie wegetacji Abstrakt. Nitrogen plays a key role in many physiological processes. It is a component of many cellular structures being a part of amino acids, peptides, proteins, nucleotides, chlorophylls and other. In the vacuole also inorganic form like NO 3 - ions may be found. Due to the multitude of forms and processes in which the nitrogen is involved, it is a subject to many dynamic changes as reduction, transport etc. The aim of the experiment was to study the dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of urban trees over the entire growing season. Leaves of Acer platanoides Globosum and Robinia pseudoacacia Umbraculifera were collected every four weeks from April to November. The content of NO 3 - ions, free amino acids, proteins, and the amount of chlorophylls were analyzed. Concentration of free amino acids was high at the beginning of the growing season and increased at the end of season compared to the other terms, for both of the investigated species. Key words: Acer platanoides, Robinia pseudoacacia, nitrates, chlorophyll, aminoacids, proteins. Summary. Nitrogen plays a key role in the plant organism. It is a part of many structures, such as amino acids, peptides and proteins, which form a cell organelles. Significant amounts of nitrogen are also part of enzymes, vitamins and plant hormones. It is also found in inorganic forms of nitrogen such as NO 3 - ions that can be stored in the vacuole. Being an integral component of many cell structures, and participating many cellular processes, nitrogen is a very mobile element. It is moved between the tissues due to their activity, age and stage of plant development [Pallardy 2007]. At the end of the growing season nitrogen is retranslocated from aging organs such as 25

26 Monika Czaja, Anna Kołton, Piotr Muras, Ewa Muszyńska leaves to perennial ones. Such resorption is associated with metabolism of proteins, amino acids and other organic nitrogen compounds such as chlorophylls. The yield of this process can be up to 90%. During resorption, basic reaction is the degradation of proteins into amino acids, which can be transported to other organs or subject to further processes. Chloroplast proteins which represent more than 70% of all proteins contained in the leaf are considered the main source of nitrogen for its remobilization [Liu et al. 2008]. The aim of the experiment was to study the seasonal dynamics of changes of selected nitrogen compounds in the leaves of trees growing in an urban environment. MATERIAL AND METHODS The plant material was collected from the trees growing in the area of the Cracow University of Technology, along the Szlak street. Leaves for the analysis were collected from 9 trees of the Robinia pseudoacacia Umbraculifera and 9 trees of Acer platanoides Globosum. The material was collected once in a month from April to November 2011, two times in July. Leaves were obtained in the morning hours, from North-facing part of the crown, every time about from every species. Nitrate was extracted from plant material using a 0.02 M Al 2 (SO 4 ) 3. Determination of nitrate ions were carried out on ion selective ph meter Orion 920A+. Protein content was determined with Bradford reagent, the absorbance was measured on a spectrophotometer at a wavelength of 595 nm [Bradford 1976]. A calibration curve was performed using albumin. The content of free amino acids was determined using ninhydrin reagent [Sun et al. 2006, Wang 2012]. The calibration curve was made using glycine. The results were calculated into nitrogen content in glycine. The test samples content of chlorophylls in acetone extracts were also determined using models presented by Wellburn [1994]. All analysis were performed in four replications. The results were statistically analyzed, and tested parameters were compared for each specimen separately. Analysis of variance and Fisher LSD test were used to determine the difference between terms. Data were analyzed using Statistica (StatSoft) at a given level of significance α=0.05. Means marked at the figures and tables with the same letters did not differ significantly. 26

27 Dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of selected urban trees during... At the beginning of the growing season in April and beginning of May, the average weekly air temperature did not exceed 15 C, but did not lower below 7 C (Fig. 1). There had been a gradual increase in temperature from the beginning of May, and the highest values were recorded in August, July and June. From the end of August the temperature gradually decreased until November, when it reached the average weekly temperature close to 0 C. The values for solar radiation during the season showed a similar trend as the air temperature. After the decrease in the radiation intensity at the end of July, the values increased to similar level as achieved in May, but since then gradually decreased until November. Fig. 1. Distribution of air temperature and solar radiation, averaged for each week, measured from April to November. RESULTS A gradual, significant increase in the NO 3 - ions content was noted in the leaves of Acer platanoides, along the growing season (Fig.2). Lower values were recorded in April and early July, and higher in, September, October and August. The concentration of the tested ions in the leaves of R.pseudoacacia showed large fluctuations. In July, there was more than threefold decrease in the content of nitrate ions, and then four-fold increase in August in compare to previous months respectively. The lowest values were recorded in both terms of the July and October, and the highest in August. It should be emphasized that the NO 3 - ions content in the leaves of a Acer platanoides ranged from 81,83 to 153,30 mg kg -1 f.w., while in the leaves of Robinia pseudoacacia from 232,87 to 1111,06 mg kg -1 f.w. 27

28 Monika Czaja, Anna Kołton, Piotr Muras, Ewa Muszyńska Fig. 2. The content of NO 3 - ions in each term of analysis, in the leaves of Acer platanoides Globosum and Robinia pseudoacacia Umbraculifera. An increase of protein content in the leaves of Acer platanoides during the growing season was observed (Fig. 3). Lower values were recorded in April and May, and from June to October significantly higher values were observed. There was not observed a similar trend in the case of R.pseudoacacia leaves. The protein content at the beginning and at the end of the growing season did not differ significantly. Lower values were recorded in June and November, and the highest in July. The protein content in leaves of A.platanoides ranged from 5,76 10,69 mg g -1 f.w., when in R.pseudoacacia leaves it ranged from 0,34 1,05 mg g -1 f.w. Fig. 3. Protein content in each term of analysis, in the leaves of Acer platanoides Globosum and Robinia pseudoacacia Umbraculifera. In both of the tested species higher content of free amino acids was observed in the first and last term of the material collection, during the other months significantly lower values were found (Fig. 4). The lowest values were approximately 11 mg N 100g -1 f.w. for A.platanoides and for the R.pseudoacacia about 40 mg N 100g -1 f.w. 28

29 Dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of selected urban trees during... Fig. 4. Free amino acids content in each term of analysis, in the leaves of Acer platanoides Globosum and Robinia pseudoacacia Umbraculifera. Higher concentration of the chlorophyll sum in the A.platanoides leaves were observed during the first two months of the experiment, in July II and in August (Fig. 5). The lowest content of this pigments was determined in October, the last period of analysis. Content of this group of pigments was the lowest in June, while the highest value was recorded in September in the case of Robinia pseudoacacia leaves. Fig. 5. Chlorophyll sum content in each term of analysis, in the leaves of Acer platanoides Globosum and Robinia pseudoacacia Umbraculifera. DISCUSSION AND CONCLUSIONS Nitrates are one of the nitrogen sources for plants. It is assumed that the increase in the nitrate content has an impact on the regulation of genes involved in the nutrient remobilization processes [Igarashi et al., 2009]. As reported by Jongebloed et al. [2004] during aging activity of nitrate reductase is decreasing. This would explain the high content of nitrates in the leaves of A.platanoides in the last terms of analysis. In the case of R.pseudoacacia much larger fluctuations in the 29

30 Monika Czaja, Anna Kołton, Piotr Muras, Ewa Muszyńska content of nitrate ions were recorded. At the beginning of July when high air temperatures and radiation were noted, there was observed a low concentration of NO 3 - ions. High radiation can stimulate nitrate reductase activity which cause change of nitrates into organic compounds. High air temperatures and drought could also limit the nitrates uptake [Lillo 2004]. In July II there was still low concentration of nitrates as a consequence of previous weather conditions, but during this time the weather change was observed. Air temperature decreased, radiation was limited with precipitation and then the uptake of nitrates increased which could be caused by those changes [Kaiser et al. 2004]. The nitrates concentration was the highest in August. It has been shown that an abiotic stress may influence the reduction of nitrate ion concentration in leaves [Debouba et al. 2007]. When the senescence is initiated, the degradation of chlorophylls, proteins, lipids, nucleic acids and others begins. The collapse of these structures results in the availability of particles which can be more easily transported and stored [Guo 2012]. The experiment showed a decrease in protein content in the leaves of Robinia psudoacacia in November, and in the same time an increase in the free amino acids content. This phenomenon was caused by the protein hydrolysis and loss of activity of enzymes involved in leaf metabolism [Hörtensteiner and Feller, 2002]. The experiment demonstrated the dynamics of nitrogen transformation during the growing season. Course of the dynamics depends both on changes in weather conditions as well as the test species. ACKNOWLEDGMENTS Authors are grateful to Grażyna Sierant for excellent technical support. FUNDING This study was supported by the Ministry of Science and Higher Education - DS

31 Dynamics of nitrogen compounds changes in the leaves of selected urban trees during... REFERENCES Bradford M. M A rapid and sensitive method for the quantification of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding. Analytical Biochemistry 72(1-2): Debouba M. Maâroufi-Dghmi H. Suzuki A. Habib Ghorbel M. Gouia H Changes in Growth Activity of Enzymes Involved in Nitrate Reduction and Ammonium Assimilation in Tomato Seedlings in Response to NaCl Stress. Annals of Botany 99: Guo Y Towards Systems Biological Understanding of Leaf Senescence. Plant molecular biology 82(6): Hörtensteiner S. Feller U Nitrogen metabolism and remobilization during senescence. Journal of Experimental Botany, Vol. 53, No. 370, pp Igarashi D. Izumi Y. Dokiya Y. Totsuka K. Fukusaki E. Ohsumi C Reproductive organs regulate leaf nitrogen metabolism mediated by cytokinin signal. Planta 229: Jongebloed U. Szederkényi J. Hartig K. Schobert C. and Komor E Sequence of Morphological and Physiological Events During Natural Ageing and Senescence of a Castor Bean Leaf: Sieve Tube Occlusion and Carbohydrate Back-up Precede Chlorophyll Degradation. Physiologia plantarum 120(2): Kaiser W. M. Planchet E. Stoimenova M. Sonoda M Modulation of nitrate reduction environmental and internal factors involved in Nitrogen Acquisition and Assimilation in Higher Plants Eds: Sara Amâncio and Ineke Stulen. Kluwer Academic Publishers: Lillo C Light regulation of nitrate uptake, assimilation and metabolism in Nitrogen Acquisition and Assimilation in Higher Plants Eds: Sara Amâncio and Ineke Stulen. Kluwer Academic Publishers: Liu J. Wu Y. H. Jang J.J. Liu Y.D. Shen F.F Protein Degradation and Nitrogen Remobilization during Leaf Senescence. Journal of Plant Biology 51(1): Pallardy S. G Nitrogen Metabolism in Physiology of Woody Plants. Elsevier: Sun S.W., Lin Y.C. Weng Y.M. Chen M.J Efficiency improvements on ninhydrin method for amino acid quantification. J Food Comp. Anal. 19: Wang N. S Amino acid assay by ninhydrin colorimetric method. Available on Cite on 17 Oct Wellburn A. R The spectral determination of chlorophylls a and b, as 31

32 Monika Czaja, Anna Kołton, Piotr Muras, Ewa Muszyńska well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology, 144: Address for correspondence: M.Sc. Monika Czaja, D.Sc. Piotr Muras Department of Dendrology and Landscape Architecture Faculty of Horticulture University of Agriculture in Krakow Al. 29 Listopada 54, Krakow M. Sc. Ewa Muszyńska, Ph. D. Anna Kołton Institute of Plant Biology and Biotechnology Department of Botany and Plant Physiology Faculty of Horticulture University of Agriculture in Krakow Al. 29 Listopada 54, Krakow Supervisor: D.Sc. Piotr Muras 32

33 Maja Dobińska Anna Witek Elżbieta Wojciechowicz-Żytko EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW WARUNKÓW MIEJSKICH NA WYSTĘPOWANIE MSZYCY BZOWEJ (APHIS SAMBUCI L.) ORAZ OWADÓW DRAPIEŻNYCH NA BZIE CZARNYM (SAMBUCUS NIGRA L.) THE IMPACT OF URBAN CONDITIONS ON THE OCCURRENCE OF APHIS SAMBUCI L. AND PREDATORY INSECTS ON SAMBUCUS NIGRA L. Abstrakt. Obserwacje nad określeniem wpływu warunków miejskich na dynamikę populacji mszycy bzowej Aphis sambuci oraz ustalenie roli owadów drapieżnych (bzygowatych, biedronkowatych, złotooków) w ograniczeniu populacji tej mszycy prowadzono w Krakowie na 5 stanowiskach zróżnicowanych pod względem natężenia ruchu ulicznego oraz nasłonecznienia. Najliczniejsze kolonie mszyc, liczące od 200 do 300 osobników, stwierdzono w trzeciej dekadzie maja na stanowiskach przy ruchliwych ciągach komunikacyjnych. W koloniach mszycy bzowej stwierdzono 7 gatunków bzygowatych, wśród których dominowały Syrphus virtipennis (Meig.) i Episrophe eligans (Harris). Skład gatunkowy i udział procentowy zebranych bzygowatych był podobny na wszystkich stanowiskach. Odnotowano występowania tylko jednego gatunku biedronek (Adalia bipunctata) w koloniach A. sambuci, co wskazuje na niekorzystny wpływ tej mszycy, jako pokarmu dla niektórych gatunków Coccinellidae. Słowa kluczowe: bez czarny, mszyca bzowa, bzygowate, biedronkowate, klimat miasta Summary. Observations on the influence of urban conditions on population dynamics of the Aphis sambuci and the role of predators (Syrphidae, Coccineliidae, Chrysopidae) in reducing the aphid population was carried out in Krakow on 5 different locations diverse by the intensity of traffic and insolation. The most abundant aphid colonies from 200 to 300 specimens were found in the third decade of May in locations by busy traffic routes. In the colonies of Aphis sambuci 7 species of hoverflies were found, among which Syrphus virti- 33

34 Maja Dobińska, Anna Witek, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko pennis (Meig.) and Episrophe eligans (Harris) were dominated. Species composition and percentage presence of collected hoverflies was similar at all locations. The presence of only one species of ladybird (Adalia bipunctata) in the colonies A. sambuci have been noted and that indicate the negative impact of those aphids as a food for certain species of Coccinellidae. Key words: Sambucus nigra, Aphis sambuci, Syrphidae, Coccinellidae, urban conditions Wstęp Klimat miasta charakteryzuje wiele czynników, które mają negatywny wpływ na organizmy żyjące w środowisku miejskim. Należą do nich głównie: przesuszenie powietrza, wzrost temperatury, silne zanieczyszczenie powietrza toksycznymi gazami oraz metalami ciężkimi, alkalizacja lub zakwaszenie podłoża i zasolenie gleby. Dlatego też warunki do egzystencji, jakie stawia miasto dla organizmów roślinnych i zwierzęcych są często za trudne do przeżycia. Istnieją jednak gatunki, które w większym lub mniejszym stopniu przystosowały się do specyfiki środowiska miejskiego. Wśród nich znajduje się bez czarny, który, według Łukasiewicza [2011], zaliczany jest do grupy drzew i krzewów najmniej wrażliwych na niekorzystne warunki środowiska [Frazik Adamczyk 2006, Łukasiewicz 2011]. Bez czarny występuje na terenie całej Europy, w Polsce jest pospolity. Jest gatunkiem ekspansywnym, często występuje w zbiorowiskach ruderalnych, w lasach, zaroślach i na zrębach. Preferuje gleby bogate w wapń i azot [Dolatowski i Seneta 2009]. Warunki miejskie sprzyjają rozwojowi niektórych grup owadów, dotyczy to głównie owadów o kłująco-ssącym aparacie gębowym [Cichocka i Goszczyński 2008]. Wśród nich znajduje się mszyca bzowa Aphis sambuci Linnaeus będąca ważnym szkodnikiem bzu czarnego. Jest to gatunek dwudomny, żerujący na bzie od końca kwietnia do lipca. Mszyce występują w górnych partiach krzewów zasiedlając głównie młode pędy i kwiatostany. Ich żerowanie prowadzi do osłabienia wzrostu krzewu i zmniejszenie jego walorów dekoracyjnych. W lipcu uskrzydlone formy przelatują na rośliny zielne, takie jak: goździk Dianthus, firletka Lychnis, lepnica Silene, bniec Melandrium, 34

35 Wpływ warunków miejskich na występowanie mszycy bzowej (aphis sambuci l.)... skalnica Saxifraga, szczaw Rumex [Goszczyński i Osak 2007, Depa 2010, Alford 2012]. Bytujące w koloniach mszyc owady drapieżne (bzygowate, biedronkowate, złotookowate i pryszczarkowate), parazytoidy oraz organizmy chorobotwórcze są sprzymierzeńcami człowieka w walce ze szkodnikami roślin. Niejednokrotnie zależności troficzne między organizmami wykorzystywane są w biologicznej ochronie roślin [Lipa 1978, Wiech 1997, Olszak i in. 2009]. Celem pracy było określenie wpływu warunków miejskich na dynamikę populacji mszycy bzowej Aphis sambuci oraz ustalenie roli owadów drapieżnych (bzygowatych, biedronkowatych, złotooków) w ograniczeniu populacji tej mszycy. Materiał i metody Obserwacje prowadzono od kwietnia do czerwca 2012 r. na pięciu stanowiskach bzu czarnego w Krakowie, w dzielnicy Zwierzyniec. Stanowiska zlokalizowane były w sąsiedztwie ruchliwych ulic bądź też w osiedlowych enklawach; zarówno w miejscach nasłonecznionych jak i zacienionych. Dwa stanowiska charakteryzowały się dużym natężeniem ruchu oraz silnym nasłonecznieniem oznaczono je numerami 1 i 2. Dwa inne stanowiska zlokalizowane były w miejscach zacienionych, o średnim natężeniu ruchu (nr 3 i 4) i ostatnie słabo nasłonecznione, o dużym natężeniu ruchu (nr 5). Na każdym z krzewów wyznaczono po pięć pędów, na których w odstępach tygodniowych szacowano liczbę mszyc, a także notowano występowanie drapieżnych bzygowatych (Syrphidae), biedronkowatych (Coccinellidae), złotooków (Chrysopidae) (postaci dorosłe i larwy). W celu ustalenia składu gatunkowego bzygowatych, larwy i poczwarki zbierano i hodowano w szalkach Petriego do uzyskania postaci dorosłych, a następnie oznaczano do gatunku według kluczy Bańkowskiej [1963] i Van Veena [2004]. Wyniki i dyskusja Pierwsze kolonie mszyc liczące osobników na pęd obserwowano na bzie czarnym pod koniec kwietnia na stanowisku nr 1 i 2 (nasło- 35

36 Maja Dobińska, Anna Witek, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko necznione i o dużym natężeniu ruchu ulicznego). Na pozostałych stanowiskach mszyce pojawiły się w drugiej połowie maja (Ryc. 1). Podobne informacje można znaleźć w pracy Alforda [2012], który notował występowanie mszycy bzowej na bzie czarnym od końca kwietnia do lipca. Według tego samego autora mszyca bzowa jest najczęściej spotykana na terenach podmiejskich. Goszczyński i Osak [2007] notowali pierwsze kolonie A. sambuci w trzeciej dekadzie kwietnia. W okresie maksymalnej liczebności, w trzeciej dekadzie maja, mszyce występowały na wszystkich stanowiskach, a ich kolonie liczyły od 200 do 300 osobników na pęd (Ryc 1). Podczas całego okresu obserwacji największą liczbę mszyc odnotowano na stanowiskach słonecznych (nr 1, 2), przy ruchliwych ulicach. Cichocka i Goszczyński [2008] zauważają, iż w terenach miejskich zwiększa się liczebność owadów o kłująco-ssącym aparacie gębowym, natomiast na terenach z mniejszym zanieczyszczeniem powietrza i z większą liczbą różnych gatunków roślin, owady te występują rzadziej. Wyniki te świadczą o przystosowaniu się mszyc do życia w warunkach miejskich. Można również wnioskować, iż Aphis sambuci w warunkach miejskich wykorzystuje osłabienie rośliny do liczniejszego jej zasiedlenia. Ryc. 1. Dynamika populacji mszycy Aphis sambuci, na poszczególnych stanowiskach W pierwszej dekadzie czerwca, na wszystkich stanowiskach, zaobserwowano stopniowy spadek liczebności mszyc, co było związane z działalnością drapieżców i przelotami mszyc na żywicieli letnich. Owady drapieżne, pojawiały się najliczniej na stanowiskach nasłonecznionych, przy ruchliwych ulicach (nr 1, 2), czyli tam, gdzie kolonie 36

37 Wpływ warunków miejskich na występowanie mszycy bzowej (aphis sambuci l.)... mszyc były najliczniejsze. Wyniki te są zgodne z informacjami, jakie podaje Lipa [1978]. Autor stwierdza, że liczebność drapieżców wzrasta proporcjonalnie do zagęszczenia populacji szkodników, a najintensywniejszy wzrost występuje w okresie masowych pojawów szkodników. W przypadku niniejszych badań dane te dotyczą głównie drapieżnych bzygowatych oraz biedronkowatych, gdyż były one najczęściej spotykanymi drapieżcami mszycy bzowej. Owady drapieżne pojawiały się w koloniach mszycy bzowej z pewnym opóźnieniem względem ich ofiar. W miarę wzrostu liczebności kolonii mszyc, wzrastała również liczba drapieżców i zwiększała się ich efektywność. Z kolonii A. sambuci zebrano larwy bzygowatych należące do 7 gatunków. Dorosłe bzygowate oraz ich larwy wystąpiły najliczniej pod koniec maja na stanowiskach 1 i 2 (silnie nasłonecznione i o dużym natężeniu ruchu). W koloniach mszycy bzowej najczęściej spotykane były gatunki: Syrphus vitripennis i Epistrophe eligans, które stanowiły 46% ogółu wyhodowanych bzygów. Skład gatunkowy i udział procentowy zebranych bzygowatych był podobny na wszystkich stanowiskach (Tab. 1, Ryc. 2). Bańkowska [1980], zauważa, iż środowisko miejskie wpływa niekorzystnie na liczebność bzygów, oraz powoduje wyodrębnienie się kilku dominujących gatunków. Ryc. 2. Skład gatunkowy bzygowatych występujących w koloniach A. sambuci Porównując liczbę żerujących w koloniach mszyc larw bzygów do liczby mszyc stwierdzono maksimum liczebności larw w okresie występowania najliczniejszych kolonii mszyc. Według Jaśkiewicz [1997] 37

38 Maja Dobińska, Anna Witek, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko bzygowate są bardzo płodne, co skutkuje ich wysoką efektywnością jako drapieżców mszyc. Ponadto, w przypadku dużej ilości pokarmu larwy bzygów tylko częściowo wysysają mszyce, a następnie atakują inne osobniki, dzięki czemu skuteczniej niszczą populacje szkodnika [Wojciechowicz Żytko 2007]. Biedronki najliczniej wystąpiły na stanowisku 1 - silnie nasłonecznionym i o dużym natężeniu ruchu - największą liczbę jaj odnotowano w połowie maja, larwy natomiast najliczniej występowały na początku czerwca, wówczas, gdy liczba mszyc spadała. Stwierdzono występowanie tylko jednego gatunku biedronek - Adalia bipunctata (Tab. 1). Według wielu autorów [Nielsen i in. 2002; Nedvĕd, Salvucci 2008] substancje kumulujące się w mszycach podczas ich żerowania na bzie czarnym (np. sambunigryna) są toksyczne dla biedronek, zwłaszcza dla biedronki siedmiokropki (Coccinella septempunctata). Owad drapieżny/ stanowisko Tab. 1. Występowanie owadów drapieżnych na poszczególnych stanowiskach Syrphidae Coccinellidae Inne Podczas obserwacji, w trzeciej dekadzie maja odnotowano liczne mumie mszyc, które świadczą o występowaniu parazytoidów. Natomiast nieliczne złotooki obserwowano dopiero w drugiej dekadzie czerwca. W tym okresie liczba mszyc na krzewach była stosunkowo mała. Wnioski Mszyca bzowa (Aphis sambuci L.) częściej atakowała krzewy znajdujące się na stanowiskach nasłonecznionych, o dużym natężeniu ruchu ulicznego. Można stwierdzić, że mszyce przystosowały się do miejskich warunków i wykorzystują ogólne osłabienie mechanizmów obronnych rośliny, będące wynikiem trudnych warunków wzrostu w rejonie miasta. 38

39 Wpływ warunków miejskich na występowanie mszycy bzowej (aphis sambuci l.)... W koloniach mszycy bzowej Aphis sambuci na bzie czarnym występowały drapieżne bzygowate ograniczające liczebność tej mszycy. Może to świadczyć o tym, że tolerują one warunki miejskie. Jednocześnie, skład gatunkowy bzygowatych zebranych podczas obserwacji był niezróżnicowany, co może być wynikiem negatywnego wpływ warunków miejskich na różnorodność gatunkową owadów z tej rodziny, jednak aby to potwierdzić konieczne są kolejne badania. Odnotowanie występowania tylko jednego gatunku biedronek (Adalia bipunctata) w koloniach A. sambuci wskazuje na niekorzystny wpływ tej mszycy, jako pokarmu dla niektórych gatunków Coccinellidae. Literatura: Alford D. V Pests of ornamental trees, shrubs and flowers. Manson Publishing Ltd. London: Bańkowska R Syrphidae, W: Klucze do oznaczania owadów Polski, Państwowe Wydawnictwo Naukowe: 236ss Bańkowska R Fly communities of the family Syrphidae in natural and anthropogenic habitats of Poland. Polish Academy of Sciences, Istitut of Zoology. Memorabilia Zoologica, 33. Cichocka E., Goszczyński W The impact of urban pressure of species composition and number of Arthropoda on trees in city on the ex ample of Warsaw. Aphid and Other Hemipterous Insect, 14: Depa Ł., Possibility of overwintering of Aphis sambuci Linnaeus, 1758 (Hemiptera, Aphididae) on secondary host in climate conditions of Poland. Aphids and Other Hemipterous Insects, 16: Dolatowski J., Seneta W Dendrologia. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa: Frazik Adamczyk M Charakterystyka zagrożeń zieleni miejskiej, ze szczególnym uwzględnieniem zieleni w ciągach komunikacyjnych. Opracowanie wykonane dla Urzędu miasta Krakowa, Wydział Gospodarki Komunalnej i Ochrony Środowiska. Kraków: 3-4. Goszczyński W., Osak M., Sambucus nigra L. in Lublin area landscape and its aphid fauna. Aphids and Other Hemipterous Insects, 13: Jaśkiewicz B Skład gatunkowy i dynamika pojawu mszyc na wybranych krzewach ozdobnych w latach Seria Wydawnicza Rozprawy Naukowe. Wydawnictwo Akademii Rolniczej. Lublin: Lipa J. J Ekologiczne podstawy zwalczania szkodników [w]: Biologiczne metody walki ze szkodnikami roślin. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa:

40 Maja Dobińska, Anna Witek, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko Łukasiewicz S Drzewa i krzewy polecane do obsadzeń ulicznych w miastach. [w:] Rośliny do zadań specjalnych. Wydawnictw Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej. Sulechów: Nedvĕd O., Salvucci S., Ladybird Coccinella septempunctata (Coleoptera: Coccinellidae) prefers a toxic prey in laboratory choice experiment. Eur. J. Entomol. 105: Nielsen F.H., Hauge M.S., Toft S., The influence of mixed aphid diets on larval performance of Coccinella septempunctata (Col., Coccinellidae). Journal of Applied Entomology, 126, 4: Olszak R., Sobiczewski P., Cieślińska M Ekologiczne wzmocnienie odporności upraw sadowniczych przeciwko szkodnikom. Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin, 49 (3): van Veen M.P Hoverflies of Northwest Europe. Identyfication keys of to the Syrphidae. KNNV Publishing. Utrecht: 247ss. Wiech K Pożyteczne owady i inne zwierzęta. Wydawnictwo Medix Plus Kraków. Wojciechowicz Żytko E Rola bzygowatych (Diptera, Syrphidae) i innych drapieżców w regulacji populacji mszycy wiśniowej Myzus cerasi (Homoptera, Aphidodea). Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, 443, (321). Biogram autorów: mgr inż. Maja Dobińska Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Ogrodniczy m.dobinska@gmail.com mgr inż. Anna Witek Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Ogrodniczy aniawitek89@gmail.com dr hab. inż. Elzbieta Wojciechowicz-Żytko Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Ogrodniczy ewojcie@ogr.ar.krakow.pl 40

41 Klaudia Duda Joanna Bonio EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN GRZYBY BUTUJĄCE NA MAGNOLII SOULANGE A (MAGNOLIA X SOULANGEANA SOUL.-BOD.) W OGRODZIE BOTANICZNYM UNIWERSYTETU JAGIELLOŃSKIEGO W KRAKOWIE FUNGI INHABITING SAUCER MAGNOLIA (MAGNOLIA X SOULANGEANA SOUL.-BOD.) IN JAGIELLONIAN UNIWERSITY BOTANICAL GARDEN IN KRAKOW Abstrakt. Badania przeprowadzono w Ogrodzie Botanicznym Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie na trzech odmianach magnolii Soulange a: Alexandrina, Amabilis oraz Rustica Rubra. Materiałem do badań mykologicznych były łuski, płatki kwiatowe oraz liście magnolii z widocznymi przebarwieniami, plamistościami i nekrozą. Z zebranych organów roślinnych wyodrębniono liczne kolonie grzybów strzępkowych, a wśród nich: Alternaria alternata, Phomopsis archeri, Boeremia exigua i Coleophoma rhododendri. Najwięcej kolonii i gatunków grzybów wyizolowano z porażonych tkanek odmiany Amabilis. Grzyby zasiedlały badane rośliny z różną częstością, wywołując symptomy chorób w niejednakowym nasileniu, co sugerowałoby odmienną podatność badanych odmian na patogeny. Objawy porażenia przez grzyby bytujące na magnoliach, widoczne na kwiatach, łuskach i liściach znacznie obniżały ich walory dekoracyjne. Słowa kluczowe: magnolia Soulange a, Ogród Botaniczny UJ, grzyby, kwiaty, liście Summary. The study were carried out on three different saucer magnolia cultivars: Alexandrina, Amabilis and Rustica Rubra, in the Jagiellonian University Botanical Garden. The sources of the research material were magnolias bud scales, petals and leaves with visible discoloration, spots and necrosis. Many filamentous fungi colonies, including: Alternaria alternata, Phomopsis archeri, Boeremia exigua and Coleophoma rhododendri were isolated from collected plant organs. The most numerous fungi colonies and species were isolated from the Amabilis cultivar. Fungi inhabiting test plants with different frequencies induced symptoms of disease in a non-uniform intensity, which would suggest a different susceptibility test of cultivars for pathogens. Symptoms of fungi infection visible on magnolia flowers, scales and leaves considerably decreased the decorative values of the plants. Key words: saucer magnolia, UJ Botanical Garden, fungi, flowers, leaves 41

42 Klaudia Duda, Joanna Bonio Wstęp Magnolia Soulange a jest jedną z najpiękniejszych i najczęściej uprawianych w Polsce, a niezwykłą dekoracyjnością cechują się krzewy i drzewa odmian: Alexandrina, Amabilis oraz Rustica Rubra. Oprócz kolekcji w ogrodach botanicznych i arboretach, magnolie są także popularne w ogrodach przydomowych i w terenach zieleni miejskiej [Czekalski 2007, Latocha 2010]. Magnolie narażone są na choroby infekcyjne, w tym na mykozy, które powodują obniżenie ich walorów dekoracyjnych. Objawy porażenia widoczne są w największym nasileniu na pąkach kwiatowych, płatkach kwiatowych oraz na liściach [Przybył 2002, Czekalski 2007, Pląskowska 2010]. Celem badań było określenie składu gatunkowego grzybów, bytujących na pąkach, kwiatach i liściach trzech odmian magnolii Soulange a, powodujących pogorszenie kondycji zdrowotnej tych roślin. Materiał i metody Badania mykologiczne przeprowadzono w roku 2013 w kolekcji Ogrodu Botanicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Źródłem materiału badawczego były krzewy magnolii Soulange a odmiany Alexandrina, Amabilis i Rustica Rubra. Reprezentatywny materiał badawczy stanowiły łuski pąków kwiatowych zebrane w kwietniu, płatki kwiatowe zebrane w maju oraz liście zebrane we wrześniu. Na materiale roślinnym widoczne były plamistości i nekroza. Do badań laboratoryjnych przeznaczono po 40 fragmentów łusek, płatków i liści z każdej odmiany, co dało ogółem 360 fragmentów. Fragmenty tkanek pobrano z pogranicza tkanki zdrowej i z symptomami chorób. Izolację i hodowlę grzybów przeprowadzono zgodnie ze standardowymi metodami stosowanymi w mykologii. Grzyby oznaczono w oparciu o klucze mykologiczne: Domsch i in. [1980], Sutton [1980] oraz Ellis i Ellis [1987]. W zestawieniach tabelarycznych uwzględniono ich aktualny status taksonomiczny wg Index Fungorum [2014]. Wyniki Z porażonego materiału roślinnego z objawami plamistości i nekrozy wyizolowano 295 kolonii grzybów należących do 25 gatunków, w ob- 42

43 Grzyby butujące na magnolii soulange a (magnolia x soulangeana soul.-bod.)... rębie 19 rodzajów. Najwięcej kolonii grzybów bytowało na odmianie Amabilis, z której wyodrębniono 123 kolonie (tab. 1), o 40 więcej niż z odmiany Alexandrina (tab. 2) i o 34 więcej od Rustica Rubra (tab. 3). Dominującym grzybem na łuskach pąków kwiatowych, płatkach Tab. 1. Grzyby wyizolowane z organów Magnolia x soulangeana Amabilis Grzyb Liczba kolonii Suma % łuski płatki liście kolonii udział Alternaria alternata ,89 Aspergillus brasiliensis ,06 Boeremia exigua ,32 Chaetomium globosum ,44 Coleophoma rhododendri ,88 Davidiella macrocarpa ,63 Elsinoë magnoliae ,88 Epicoccum nigrum ,63 Fusarium sporotrichioides ,63 Gyrothrix circinata ,06 Mortierella alpina ,44 Passalora magnoliae ,81 Penicillium expansum ,44 Phomopsis archeri ,63 Phomopsis magnoliicola ,63 Rhizomucor pusillus ,63 Ogółem ,00 Tab. 2. Grzyby wyizolowane z organów Magnolia x soulangeana Alexandrina Grzyb Liczba kolonii Suma łuski płatki liście kolonii % udział Alternaria alternata ,00 Aspergillus brasiliensis ,20 Chaetomium bostrychodes ,20 Coleophoma rhododendri ,61 Epicoccum nigrum ,82 Mortierella parvispora ,41 Penicillium citrinum ,61 Penicillium expansum ,71 Penicillium hirsutum ,61 Penicillium jensenii ,20 Phoma medicaginis ,41 Phyllosticta magnoliae ,41 Ogółem ,00 43

44 Klaudia Duda, Joanna Bonio Tab. 3. Grzyby wyizolowane z organów Magnolia x soulangeana Rustica Rubra Grzyb Liczba kolonii Suma % łuski płatki liście kolonii udział Alternaria alternata ,06 Cladosporium herbarum ,25 Elsinoë magnoliae ,12 Epicoccum nigrum ,97 Mortierella parvispora ,37 Passalora magnoliae ,12 Penicillium citrinum ,12 Penicillium expansum ,37 Phomopsis magnoliicola ,12 Phyllosticta magnoliae ,12 Tetracoccosporium paxianum ,37 Ogółem ,00 kwiatowych i liściach trzech odmian magnolii był Alternaria alternata. Dużą liczebnością charakteryzowały się także: Boeremia exigua, Coleophoma rhododendri, Epicoccum nigrum i Phomopsis archeri. Na płatkach kwiatowych bytowało 15 gatunków grzybów, nieco mniej na łuskach (13 gat.), a najmniej na liściach (6 gat.). Z łusek i płatków odmiany Rustica Rubra wyizolowano najmniej kolonii grzybów, jednocześnie na liściach tej odmiany bytowało najwięcej kolonii grzybów. Porównując liczbę kolonii grzybów bytujących na porażonych organach stwierdzono, że liście magnolii były najczęściej zasiedlane. Wyodrębnione z nich kolonie grzybów stanowiły 48,5% ogółu zbiorowiska grzybów bytujących na magnolii. Nieco mniej kolonii grzybów bytowało na płatkach kwiatowych (39,3%), a najmniej na łuskach (ryc. 1). 44 Ryc. 1. Procentowy udział grzybów wyizolowanych z porażonych organów magnolii

45 Grzyby butujące na magnolii soulange a (magnolia x soulangeana soul.-bod.)... Dyskusja Według Czekalskiego [2007] i Latochy [2010] magnolie rzadko są porażane przez grzyby. Autorzy uważają, że najgroźniejszą chorobą magnolii jest bakteryjna plamistość liści powodowana przez Pseudomonas syringae. Narastający problem utraty dekoracyjności magnolii powodowanej przez choroby grzybowe stwierdziła Pląskowska [2010], jednocześnie wskazując na częste błędy diagnostyczne. W literaturze wymieniane są takie choroby magnolii, jak: zgnilizna sadzonek, szara pleśń, zamieranie pędów, plamistości liści, antraknoza, parch i rak pędów [Łabanowski i in. 2000, Łabanowski i Wojdyła 2003, Czekalski 2007, Łabanowski i in. 2009, Latocha 2010, Pląskowska 2010]. Jako sprawcy tych chorób podawane są grzyby: A. alternata, Cercospora magnoliae (syn. Passalora magnoliae) Botrytis cinerea, Phyllosticta cookei, Elsinoë magnoliae, Nectria cinnabarina, Glomerella cingulata (syn. Colletotrichum gloeosporioides), Fusarium spp. oraz organizm grzybopodobny Pythium ultimum. W wyniku analizy mykologicznej przeprowadzonej na łuskach pąków kwiatowych, płatkach kwiatowych i liściach magnolii Soulange a określono gatunki grzybów bytujących na tych organach i wywołujących plamistości oraz nekrozę. Z porażonego materiału wyodrębniono 25 gatunków grzybów potencjalnie patogenicznych i saprotroficznych, w tym podawanych w literaturze jako sprawcy chorób: A. alternata, P. magnoliae, E. magnoliae, Phomopsis magnoliicola oraz Phyllosticta magnoliae. Wykazano, że magnolie są najczęściej zasiedlane przez Alternaria alternata, co jest potwierdzeniem wyników Pląskowskiej [2010]. Wyodrębnienie z płatków i liści magnolii Epicoccum nigrum świadczy, że grzyb ten zasiedla tkanki wielu roślin ozdobnych [Domsch i in. 1980, Kowalik i Duda 2014], natomiast brak groźnego dla magnolii polifaga B. cinerea, wywołującego szarą pleśń na wielu roślinach ozdobnych [Łabanowski i in. 2009, Pląskowska 2010] sugeruje, że grzyb ten w warunkach klimatycznych panujących w okresie wegetacyjnym w 2013 roku w Ogrodzie Botanicznym UJ nie znalazł korzystnych warunków rozwoju. Wyizolowanie monofagów bytujących na magnolii Soulange a, takich, jak: E. magnoliae, P. magnoliae, Ph. magnoliicola i Ph. magnoliae wskazuje na zagrożenie chorobotwórcze wobec innych gatunków magnolii. 45

46 Klaudia Duda, Joanna Bonio Porównując liczebność grzybów bytujących na magnoliach: Alexandrina, Amabilis i Rustica Rubra, stwierdzono, że grzyby zasiedlały badane odmiany z różną częstością, wywołując symptomy chorób w niejednakowym nasileniu, co sugerowałoby odmienną podatność badanych odmian na patogeny. Wnioski Dominującym grzybem zasiedlającym kwiaty i liście trzech odmian magnolii Soulange a był A. alternata. Grzyb ten bytował w nieznacznej liczbie kolonii na łuskach pąków kwiatowych, przerastał na płatki kwiatowe, a następnie na liście powodując symptomy przebarwień i nekrozę. Najwięcej kolonii i gatunków grzybów bytowało na odmianie Amabilis wywołując symptomy nekrozy, co wskazuje na jej znaczną podatność na porażenie przez grzyby. Objawy porażenia przez grzyby bytujące na magnoliach, widoczne na kwiatach, łuskach i liściach znacznie obniżały ich walory dekoracyjne. Bibliografia Czekalski M Magnolie. Plantpress. Kraków. Domsch K.H., Gams W., Anderson T.H Compendium of Soil Fungi. Academic Press. London, New York, Toronto, Sydney, San Francisco. Ellis M.B., Ellis J.P Microfungi on Land Plants: An Identification Handbook. Croom Helm, London & Sydney. Kowalik M., Duda K Przyczyny zamierania liści powojnika (Clematis L.). Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin [w druku]. Latocha P Magnolie. Działkowiec. Warszawa: 4, Łabanowski G., Orlikowski L., Soika G Vademecum ochrony drzew i krzewów ozdobnych. Plantpress. Kraków: 88. Łabanowski G., Orlikowski L., Soika G., Wojdyła A Ochrona ozdobnych krzewów liściastych. Plantpress. Kraków: Łabanowski G., Wojdyła G Ochrona roślin ozdobnych. Działkowiec. Warszawa: Pląskowska E. (red.) Zagrożenia spowodowane przez Colletotrichum spp. i inne grzyby występujące na roślinach z rodziny Magnoliaceae [w:] Miejskie tereny zielone zagrożenia. Monografia CV. UP we Wrocławiu:

47 Grzyby butujące na magnolii soulange a (magnolia x soulangeana soul.-bod.)... Przybył K Ważniejsze choroby grzybowe i bakteryjne niektórych drzew i krzewów parkowych. Biuletyn Ogrodów Botanicznych 11: Sutton B.C The Coelomycetes. Fungi Imperfect with Pycnidia, Acervuli and Stroma. Common. Mycol. Instit. Kew, Surrey, England. Index Fungorum Internet: [dostęp ] Adres do korespondencji: mgr inż. Klaudia Duda, mgr inż. Joanna Bonio Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie klaudia.duda89@gmail.com Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Maria Kowalik 47

48

49 Marta Izajasz-Parchańska Monika Białobrzeska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa na podstawie wybranych wskaźników agroklimatycznych The possibility of wine-growing in the vicinity of Kraków according to selected agro-climatic indicators Abstrakt. Celem badań była charakterystyka okolic Krakowa, pod kątem ogólnej przydatności regionu do uprawy winorośli i doboru odpowiednich odmian, przy pomocy wybranych wskaźników agroklimatycznych (SAT, GDD, LTI). Analizę wykonano dla okresu 10 lat ( ). Dane dla stacji synoptycznej w Krakowie-Balicach pozyskano z ogólnodostępnej bazy Ogimet. Wykorzystano również dane ze stacji meteorologicznej zlokalizowanej na terenie Winnicy Srebrna Góra w Krakowie (2012). W badanym okresie średnia wartość SAT w Krakowie wyniosła 2858 C, GDD 1146 C a LTI 196. Na terenie winnicy wskaźnik SAT kształtował się na poziomie 3162 o C i był wyższy o 160 C, niż w tym samym okresie w Krakowie-Balicach. Wybrane wskaźniki agroklimatyczne, zgodnie z przyjętą klasyfikacją, pokazały, że w kolejnych latach warunki dla rozwoju winorośli w okolicach Krakowa były w zakresie od umiarkowanie dogodnych do dobrych, dla winorośli dojrzewających w porze od średnio-wczesnej do późnej oraz wskazały na prawidłowy dobór odmian w badanej winnicy. Słowa kluczowe: SAT, GDD, LTI, winorośl, strefa A uprawy winorośli Summary. The aim of the study was to characterize the Kraków area, in terms of the overall suitability for the wine-growing and the selection of grapevine cultivars according to selected agro-climatic indices (SAT, GDD, LTI) calculated for 10 years ( ). Data for the synoptic station in Kraków-Balice obtained from a public database Ogimet was used as well as from weather station located inside Silver Mountain Vineyard in Kraków (for year 2012). In the analysed period, the average value of the SAT in Kraków was 2858 C, GDD 1146 C and LTI 196. SAT from the vineyard with value of 3162 C was higher than in the same period in Kraków-Balice 49

50 Marta Izajasz-Parchańska, Monika Białobrzeska (160 C). Selected agro-climatic indices pointed to a moderately good and good conditions for the development of the vines in the vicinity of Kraków, in analyzed period, from medium-early to late season fruit ripening and the proper selection of grapevine cultivars in the test vineyard. Key words: SAT, GDD, LTI, vine, zone A for wine-growing WSTĘP W ostatnich kilkunastu latach obserwujemy znaczny wzrost zainteresowania uprawą winorośli w Polsce, co związane jest m.in. ze zmianami klimatycznymi i możliwością uprawy lepiej przystosowanych do polskich warunków odmian winorośli, tzw. mieszańców złożonych. W Polsce przyrost temperatury od początku XX wieku szacuje się na 0,6 0,8 C na 100 lat, przy czym najwyższe tempo wzrostu wykazuje temperatura minimalna. Wyraźny wzrost średniej rocznej temperatury powietrza zaobserwowano pod koniec XX wieku wynoszący ok. 0,3 C na dekadę. Lata 1998 i 2000 były najcieplejszymi rocznikami, a XXI wiek zaczął się również bardzo ciepłym rokiem 2002 [Lorenc 2005]. Ponadto obserwuje się wydłużanie i wcześniejsze rozpoczynanie ciepłych pór roku oraz łagodniejszy przebieg okresów zimowych, co stwarza możliwość ponownego wprowadzenia upraw winorośli, szczególnie w najcieplejszych regionach Polski [Żmudzka 2001, Myśliwiec 2006]. Warunki atmosferyczne (szczególnie temperatura powietrza) w bardzo silny sposób determinują tempo dojrzewania oraz jakość owoców winorośli. Optimum w tym kluczowym dla winiarstwa okresie mieści się w zakresie C [Jackson 2008]. Zakładanie winnicy jest opłacalne, jeśli średnia roczna temperatura powietrza przekracza 8 C, w okresie wegetacyjnym (przyjętym od 01 kwietnia do 30 października) wynosi minimum 14 C, a w najcieplejszym miesiącu kształtuje się na poziomie ok. 17 C [Myśliwiec 2006]. Należy również brać pod uwagę szereg innych czynników mających wpływ na plonowanie, wzrost i dojrzewanie owoców winorośli, m. in. minimalne temperatury w okresie zimowym, miąższość lub brak pokrywy śnieżnej, długość okresu bezprzymrozkowego, daty pojawiania się ostatnich wiosennych przymrozków i inne; jednak te czynniki nie były brane pod uwagę w niniejszym opracowaniu. W okresie letnim tereny położone między Krakowem a Tarnowem stanowią obok Dolnego Śląska jeden z najcieplejszych regionów Polski. 50

51 Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa... Tradycje upraw winorośli i wytwarzania wina w Krakowie i okolicach sięgają X wieku. W 2008 roku u stóp klasztoru O.O. Kamedułów na Bielanach, w dolinie rzeki Wisły, powstała Winnica Srebrna Góra Sp. z o.o. (12 ha), położona na wzgórzu ( m n.p.m) o ekspozycji pd-zach i nachyleniu zbocza w zakresie 10-15%. Celem opracowania, oprócz oceny okolic Krakowa pod względem przydatności do uprawy winorośli, przy pomocy wskaźników agroklimatycznych takich jak SAT (suma aktywnych temperatur), GDD (suma efektywnych temperatur) oraz LTI (latitude temperature index), było porównanie warunków i ocena prawidłowości doboru odmian winorośli w przykładowej winnicy. MATERIAŁ I METODY Dane dla stacji synoptycznej w Krakowie-Balicach (reprezentującej okolice Krakowa) pozyskano poprzez ogólnodostępną bazę OGIMET [ Na podstawie dobowych zapisów temperatury powietrza (minimum, maksimum, średnia) obliczono średnie miesięczne, a następnie wartości dla sezonu wegetacji winorośli (przyjętego od 01 kwietnia do 31 października) w poszczególnych latach oraz dla całej dekady ( ). Dane dla Winnicy Srebrna Góra otrzymano przy pomocy zamontowanej na jej terenie stacji meteorologicznej DAVIS Vanatage Pro2 i oprogramowaniu WeatherLink Pomiary rejestrowane przez stację z częstotliwością co 10 minut, były pozyskiwane celem obliczenia dobowych temperatur powietrza (minimum, maksimum i średnia), a następnie średnich miesięcznych oraz dla sezonu wegetacji Na podstawie danych cząstkowych dokonano obliczeń: SAT, GDD i LTI dla Krakowa Balic ( ) oraz w winnicy (2012). Wskaźniki obliczono zgodnie ze wzorami [Winkler i in. 1974, Jackson i Cherry 1988, Jones i Davis 2000, Gustafsson i Martensson 2005,], dla C, dla LTI = MTWM *(60- φ), gdzie MTWM średnia temperatura najcieplejszego miesiąca φ stopień szerokości geograficznej 51

52 Marta Izajasz-Parchańska, Monika Białobrzeska Oceny warunków w okolicy Krakowa i na terenie winnicy oraz prawidłowości doboru odmian winorośli, dokonano według klasyfikacji ujętych w tab. 1, 2 i 3. Tab. 1. Wielkości SAT i możliwości dojrzewania grup odmian winorośli (opracowano na podstawie, Myśliwiec 2006, Lisek 2011). * Odmiany uprawiane w Winnicy Srebrna Góra. SAT [ C] Klasyfikacja Przykładowe odmiany uprawiane w Polsce Bardzo wczesne Solaris*, Milia, Siegerrebe* Wczesne Rondo*, Aurora, Cascade, Jutrzenka*, Acolon*, Pinot Noir Precoce* Regent*, Cabernet Cortis*, Bacchus, Dornfelder, Marechal Foch, Leon Millot, Muskat Odeski, Müller Thurgau, Bianca Średnio wczesne Średnio późne > 2900 Późne Hibernal*, Seyval Blanc*, Johanniter*, Sibera, Traminer*, Silvaner, Pinot Gris*, Auxerrois* Pinot Noir*, Zweigelt*, Riesling*, Chardonnay*, Pinot Blanc Tab.2. Zmodyfikowana skala Winklera - GDD dla chłodnych regionów winiarskich [Report Agriculture Canada 1984] Klasa GDD [ C] Warunki 1 > 1390 Najbardziej dogodne (bardzo dobre) Dogodne (dobre) Umiarkowanie dogodne (wystarczające) 4 < 945 Wątpliwe Tab. 3. Sugerowane odmiany Vitis vinifera w związku z przynależnością do grup wg LTI [Gustafsson i Martensson 2005] Grupa / LTI A / LTI < 190 B / LTI C / LTI D / LTI > 380 Odmiany winorośli Auxerrois Blanc (green), Bacchus (green), Blauer Zweigelt (blue), Chardonnay (green), Chasselas, Faber, Gewürztraminer, Kerner, Madeleine Angevine (blue), Müller Thurgau (green), Perle, Pinot Blanc, Pinot Gris, Pinot Meunier, Reichensteiner, Riesling, Scheurebe, Schönburger, Triomphe d`alsace Pinot Noir, Riesling Cabernet Sauvignon, Cabernet Franc, Malbec, Merlot, Sauvignon Blanc, Semillon Carignan, Cinsaut, Grenache, Shiraz, Zinfandel 52

53 WYNIKI I DYSKUSJA Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa... W celu dokonania wyboru konkretnej odmiany winorośli do uprawy na danym terenie potrzebna jest znajomość wartości SAT - sum średnich dobowych temperatur równych lub powyżej 10 C w okresie intensywnej wegetacji winorośli. Aby zapewnić regularne dojrzewanie winogron należy przyjąć, że wieloletnia, średnia wartość tego wskaźnika powinna być o 100 C wyższa od wymaganej dla konkretnej odmiany. W latach średnia wartość sumy aktywnych temperatur w Krakowie- -Balicach kształtowała się na poziomie 2858 C i była o 208 C wyższa, w porównaniu do wyliczeń wykonanych przez Bosaka [2006] dla lat Inne badania tego wskaźnika dla Krakowa, wskazują na wartość 2341 C w wieloleciu i 2440 C w korzystniejszej termicznie dekadzie [Kopeć 2009]. Dla porównania, wieloletnia średnia wartość SAT dla Skierniewic (centralna Polska), w latach , była na poziomie niespełna 2500 o C, w roku 2003 przekroczyła 2700 o C, a w rekordowo ciepłym 2006 roku wynosiła aż 2900 o C [Lisek 2008]. Analizując warunki na terenie winnicy, w roku 2012 badany wskaźnik osiągnął wartość 3162 C, czyli był o 160 C wyższy, niż w tym samym okresie w Krakowie-Balicach. Wpływ na to mogło mieć korzystne usytuowanie winnicy na pd i pd-zach stoku, ograniczenie ze strony Lasu Wolskiego, będącego naturalną zaporą zimnego powietrza, a także warunki glebowe. Na podstawie dokonanych obliczeń, biorąc pod uwagę wartość 2500 C jako minimalną dla rejonów intensywnej uprawy winorośli i posługując się przy tym klasyfikacją (tab. 1), stwierdza się, że w obrębie Krakowa, w chłodniejszych termicznie okresach można było uprawiać odmiany winorośli o średnio wczesnej porze dojrzewania, a w cieplejszych sezonach, z osiągnięciem pełnej dojrzałości nie powinny były mieć problemu odmiany późne. Wskaźnik GDD zwany sumą temperatur efektywnych lub stopniodniami okresu wegetacji, pozwala na charakterystykę określonych obszarów pod kątem uprawy winorośli (Jones i Davis 2000). Winkler (1974) w badaniach nad francuskimi i niemieckimi odmianami, uznał zgromadzone 1390 C za najbardziej dogodne do uprawy winorośli na większą skalę, podając przy tym 945 C za najniższą akceptowalną wartość w dolinie Renu w Niemczech. Według klasyfikacji stworzonej specjalnie dla krajów należących do tzw. strefy cool climate uprawy winorośli, Kraków ze średnią 1146 C wykazywał w ostatnich latach 53

54 54 Marta Izajasz-Parchańska, Monika Białobrzeska umiarkowanie dogodne warunki do jej rozwoju (klasa 3), a w niektórych, cieplejszych okresach (2003, 2006 i 2012) nawet dobre (klasa 2). W podobnym okresie ( ) aż 85% obszaru Dolnego Śląska, pod względem SAT i GDD znajdowało się w tym samym zakresie, co okolice Krakowa (umiarkowanie dogodne warunki do uprawy odmian od średnio wczesnej do późnej pory dojrzewania) [Szymanowski i in. 2007]. Warto zaznaczyć, że wg badań Białobrzeskiej i in. [2010], nawet w chłodniejszym 2004 roku wg parametru GDD, rejon Krakowa stwarza wystarczająco dogodne warunki do uprawy, nawet późno dojrzewających odmian winorośli, a w najcieplejszym roku 2006 plasuje się o jedną klasę wyżej. Inny parametr, LTI to wartość ukazująca potencjał dojrzewania winogron z uwzględnieniem specyfiki położenia danego regionu względem równika oraz średniej temperatury najcieplejszego miesiąca w okresie wegetacji. Przy porównaniu regionów położonych na różnych szerokościach geograficznych, wartość SAT często zawodzi, gdyż w miejscach położonych bliżej równika winogrona lepiej dojrzewają, nawet jeżeli nie wiąże się to ze wzrostem temperatury i wyższą wartością SAT. Przykładowo regiony Cantenburry (43 30 szer. pd.) i Wilamette Valley (44 20 szer. pn.) wykazują SAT rzędu 2800 C, porównywalnie z terenami nad dolną Wisłoką (ok. 50 szer. pn.), a pomimo tego, w regionach tych z powodzeniem uprawia się tak późne i wymagające względem warunków termicznych odmiany jak Cabernet Sauvignon, Merlot czy Semillon [Jackson i Cherry 1988]. W Krakowie średnia wartość LTI z badanego 10-lecia wynosi 194, przy czym w 70% przewyższa wartość graniczną W porównaniu do badań Kopeć (2009), średnia wartość tego wskaźnika jest wyższa, niż w wieloleciu (187) i tym bardziej we wcześniejszych latach (178). W Winnicy Srebrna Góra zdecydowano się posadzić odmiany Pinot Noir i Riesling charakterystyczne dla grupy B, zgodnie z przyjętą klasyfikacją, co przy ciągłym wzroście LTI potwierdza słuszność tego wyboru. Jak wykazują obliczenia (tab. 4), w analizowanej dekadzie najcieplejszym sezonem w uprawie winorośli był rok 2012, a miesiącem lipiec 19,4 C. Analizując dla Krakowa 20-letnią termiczną klasyfikację tego miesiąca, od roku , aż 15 lat określono jako lekko do ekstremalnie ciepłych, gdy tymczasem w latach przeważały lata normalne i aż 10 od lekko do bardzo chłodnych [IMGW-PIB]. W niniej-

55 Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa... szych badaniach w każdym roku (oprócz 2010), średnia temp. z całego okresu wegetacyjnego, a także najcieplejszego miesiąca, przekracza minimalną wartość (14 C i 17 C). Na terenie winnicy wszystkie średnie wartości w poszczególnych miesiącach i wskaźniki agroklimatyczne były wyższe, niż obliczone w analogicznym okresie, dla oddalonej o ok. 5 km stacji synoptycznej w Krakowie-Balicach. W winnicy szczególnie ważne są, co wykazały szczegółowe obliczenia, wyższe minimalne temperatury dobowe (81% przypadków), średnio o 1,5 C. Tab. 4 Wyniki dla Kraków-Balice ( ) i WSG - Winnica Srebrna Góra (2012). Wskaźnik WSG 2012 Kraków - Balice SAT GDD LTI Średnie temperatury [ C] IV 7,8 9,5 9,6 9,1 9,5 9,0 11,3 8,7 10,3 9,6 9,4 10,5 V 16,4 12,7 14,3 13,1 15,2 13,6 13,5 12,6 13,5 15,0 14,0 15,3 VI 19,0 16,8 16,3 17,3 18,4 18,4 15,9 17,2 18,1 17,7 17,5 18,1 VII 19,3 18,2 19,6 21,5 19,3 18,7 19,8 20,3 17,5 20,1 19,4 20,5 VIII 19,9 18,8 17,5 16,9 19,0 18,1 18,6 18,2 18,8 18,7 18,5 19,5 IX 14,1 13,6 14,2 15,4 12,3 12,6 15,1 12,0 15,1 14,4 13,9 15,3 X 5,9 10,2 9,0 10,2 7,3 9,8 7,7 5,2 8,1 8,5 8,2 9,7 IV-X 14,6 14,3 14,4 14,8 14,4 14,3 14,6 13,5 14,5 14,9 14,4 15,6 WNIOSKI Obliczone wskaźniki agroklimatyczne: SAT, GDD i LTI wykazały, że w okolicach Krakowa, w analizowanym przedziale czasowym, warunki do uprawy winorośli były w zakresie od umiarkowanie dogodnych do dobrych i pozwalały osiągnąć dojrzałość odmianą od średnio-wczesnej do późnej pory dojrzewania. 55

56 Marta Izajasz-Parchańska, Monika Białobrzeska Wartości wskaźników i średnich temperatur w badanej winnicy, potwierdzają prawidłowy dobór odmian winorośli na jej terenie. BIBLIOGRAFIA Białobrzeska M., Kryzia M., Szymanowski M., Thermal suitability of Poland for wine-growing in extreme years in comparison to other central European countries. Acta Agrophys. Agrometeorology Research, 6, Bosak W., Winorośl i wino w małym gospodarstwie w Małopolsce. Wyd. MARR, Kraków. Gustafsson J.G., Martensson A., Potential for extending Scandinavian wine cultivation. Acta Agr. Scan. B-S P, 55, IMGW-PIB, dane ze strony internetowej Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Jackson D.I., Cherry N.J., Prediction of a district s grape-ripening capacity using a latitude-temperature index (LTI), Am. J. Enol. Viticult., 39, 1, Jackson R.S., Wine Science. Elsevier Inc. Academic Press, Netherlands, Amsterdam. Jones G.V., Davis R.E., Climate influences on grapevine phenology, grape composition and wine production and quality for Bordeaux, France. Am. J. Enol. Viticult., 51, 3, Kopeć B., Uwarunkowania termiczne wegetacji winorośli na obszarze południowo-wschodniej Polski. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 4, Lisek J., Climatic Factors Affecting Development and Yielding of Grapevine in Central Poland. J. Fruit Ornam. Plant Res. Vol. 16, Lisek J., Winorośl w uprawie przydomowej i towarowej. Wyd. Hortpress, Warszawa. Lorenc H., Atlas klimatu Polski. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Warszawa. Myśliwiec R., 2006, Winorośl i wino, PWRiL, Warszawa. Report Agliculture Canada, Atlas of suitable grape growing location in the Okanagen and Similkameen Valleys of British Columbia. Kelowna. Szymanowski M., Kryza M., Smaza M., A GIS approach to spatialize selected climatological parameters for wine-growing in Lower Silesia, Poland, Proc. Bioclimatology and Natural Hazards, Zvolen-Polana, IX

57 Możliwość uprawy winorośli w okolicach Krakowa... Winkler A.J., Cook J., Kliewer W., Lider L., General viticulture. University of California Press, Berkeley. Żmudzka E., Tło klimatyczne produkcji rolniczej w drugiej połowie XX w. Acta Agrophys., 3(2), ( ) Adres do korespondencji: mgr inż. Marta Izajasz-Parchańska Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie mizajasz@tlen.pl mgr Monika Białobrzeska Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego, Zakład Klimatologii i Ochrony Atmosfery Uniwersytet Wrocławski monikabialobrzeska@gmail.com 57

58

59 Katarzyna Jagiełło-Kubiec 1 Agnieszka Ilczuk 2 Petelewicz Paweł 3 EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) DIABLE D OR Mindia Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) DIABLE D OR Mindia Abstract. Common ninebark is an ornamental deciduous shrub tolerant to harsh environmental conditions, often planted in urban areas. Conventional methods of its propagation are not always successful as the species has low rooting abilities. Micropropagation seems to be a good alternative, as it is commonly used to propagate woody plants. Rooting is a pivotal moment that determines its success. The effects of medium composition, water type, auxin type and its concentration and etiolation of microcuttings on rhizogenesis in vitro of common ninebark were evaluated. The best rooting was observed on the MS medium with ¼ and ½ composition of macronutrients, enriched with 1 mg dm -3 IBA. The best for rooting was water coming from the reverse osmosis filter. Etiolation of microcuttings had a positive impact on the degree of their root proliferation. Key words: etiolation, IBA, macronutrients, NAA, rhizogenesis, water type, woody plants. Summary. Woody plants are a very important group of ornamental plants. They are essential components of the natural landscape and for public and private recreation areas. Common ninebark is an ornamental shrub that is often used due to its tolerance for adverse environmental conditions, decorative foliage color [Kimberley 2010] as well as the phytoremediation abilities [Popek et al. 2011]. Colorful cultivars of common ninebark are traditionally propagated by cuttings. This method, however, not always gives desired results, because cuttings of Physocarpus sp. are considered as a difficult-to-root in conventional softwood or hardwood cutting propagation [Pacholczak and Szydło 2008]. For this reason, producers are looking for alternative ways of propagation. There has been an increased interest in the in vitro culture method, due to which a 59

60 Katarzyna Jagiełło-Kubiec, Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł large quantity of homogeneous material can be obtained. The success and profitability of micropropagation process is largely based on a percentage of rooted cuttings and their acclimatization to the field conditions [Martin 2003]. Therefore, the rooting of plant material in vitro is a very important step. The quality of the root system is determined by the number of roots on microcutting, their length and lack of callus [Sharma et al. 2005]. Different factors may have important impact on rhizogenesis, therefore scientists try experimentally to establish the best conditions for rooting. The aim of this study was to examine factors such as auxin type and its concentration, composition of macronutrients, type of water in the medium and etiolation of microcuttings on the process of rhizogenesis in ninebark. Materials and methods Plant material and culture conditions The starting material were 2 cm long stem parts taken from plantlets of P. opulifolius DIABLE D OR cultured in vitro on the MS medium [Murashige and Skoog 1962] supplemented with 1 mg dm -3 benzyladenine (BA) and 0.1 mg dm -3 naphtyl-1-acetic acid (NAA). All media, except for experiment 3, were made on the basis of distilled water. To test the effect of auxin on rooting, the explants were placed on the MS medium with 0; 0.1; 0.5; 1; 2; or 3 mg dm -3 IBA or NAA. The best concentration of auxin was used to further experiments. For determining the influence of medium composition on rooting, microcuttings were placed on media with different concentration of MS macronutrients: ¼, ½ and full concentration. In experiment examining the effect of water type in the MS media distilled water and water from the reverse osmosis filter were used. To test the influence of etiolation of microcuttings on rooting, plantlets were placed in the dark for the first 7 days of culture, and after that period they were transferred to growth chamber. All media were supplemented with 30 g dm -3 sorbitol, solidified with 8 g dm -3 Bacto-Agar. The media were autoclaved at 121 C under 0.1 MPa for 20 minutes. Their ph was established as 5.8 before sterilization. The culture was conducted in a growth chamber at 24 C with a 16- hour day provided by light with a quantum irradiance of 24 µmol m -2 s -1. Each treatment consisted of 75 plants (25 in single repetition; 3 repetitions were provided). 60

61 Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings... Percentages of rooted microcuttings and the degree of rooting were determined after 8 weeks from the establishment of the experiment. The degree of rooting was evaluated on a 5-point scale rating the development of the root ball (tab. 1). Tab. 1. Evaluation scale of the root development Score Root characteristics 1 No visible roots on a cutting 2 A few (1-3) short roots roots, some of them branched, no root ball formed Medium sized root system composed of 6-10 branched roots 4 forming a root ball Well formed, branched root system forming a root ball (over 10 5 roots) Statistical analysis The results were statistically analyzed in IBM SPSS Statistics 21, using a one- factorial analysis of variance. Means given as a percentage were transformed according to Bliss. For means comparison Duncan s test was used at significance level α = 0.05 [Wójcik and Landański 1989]. Results and discussion Rhizogenesis in vitro depends on the type and concentration of auxins. They stimulate growth and cell division, and are responsible for the formation of adventitious roots. The most common auxins are: NAA, IBA and IAA. Studies have shown that the IBA is the appropriate regulator of growth in Syringa vulgaris L. culture at a concentration of 5 mg dm -3 [Nesterowicz et al. 2005], and Prunus salicyna Lindl mg dm -3 [Zou 2010]. In contrast, microplantlets of Morus alba L. formed more roots on a medium supplemented with 1 mg dm -3 NAA (80% of microplantlets formed approximately 5 roots per explant) [Anis et al. 2003]. Also in case of Cornus mas L. Macrocarpa a much higher percentage of rooted microplantlets were obtained on medium with addition of NAA than IBA. This is due to species differences and different nutritional requirements [Ďurkovič 2008]. This studies have shown that the highest percentage and degree of root proliferation of microcuttings was obtained on medium supplemented with 1 mg dm -3 of IBA (tab. 2). 61

62 Katarzyna Jagiełło-Kubiec, Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł Tab. 2. Influence of concentration and type of auxin on rooting of microcuttings of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia The concentration of % of rooted microcuttings* Degree of rooting auxin [mg dm -3 ] IBA NAA IBA NAA 0 16 a** 16 a 1.16 a 1.16 a a 20 a 1.16 a 1.2 a ab 40 ab 2.44 ab 2.56 b 1 88 d 72 c 4.0 c 2.2 b 2 64 bc 48 b 2.36 ab 2.48 ab 3 20 a 28 ab 1.2 a 1.36 ab * 100% = 75 microcuttings ** Means followed by the same letter do not differ significantly at α = 0.05 Other factor that stimulates root growth is the content of macronutrients in the medium. Swietania macrophylla grown on medium with 2 mg dm -3 IBA produced more roots when the concentration of mineral salts in the medium was reduced by half [Mona and Amin 2012]. Microplantlets of Acacia nilotica rooted the best on MS medium with the full content of macronutrients [Abbas et al. 2010]. In the case of common ninebark DIABLE D OR percentage of rooted shoots was unrelated to the content of macronutrients, but better developed root system was formed by microplantlets on medium with ¼ and ½ MS (tab. 3). Roots on this media were stiffer and thicker than those from the full MS medium. Growth of the root system in media with reduced mineral salt content can probably be explained by the search for nutrients by the roots in the medium. Tab. 3. Influence of MS concentration on rooting of microcuttings of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia Treatment % of rooted microcuttings* Degree of rooting 1/4 MS 92 ab** 4.12 b 1/2 MS 92 ab 4.16 b MS 88 a 3.84 a * 100% = 75 microcuttings ** Means followed by the same letter do not differ significantly at α =

63 Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings... Distillation is the most popular method of water purification. Thus obtained water is extremely pure and it is also virtually mineral free. This is a good method when water is needed in small amounts. When large quantities of water are required then reverse osmosis is used for purification. This method reduces the levels of inorganic and organic contaminants, but do not remove all low molecular weight chemicals. It may affect the growth of plants [Bonga and von Aderkas 1992]. Results show that for in vitro rooting of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia more suitable source of water in the medium was that from the reverse osmosis filter. All plants grown on medium based on this water formed significantly better root balls in comparison to the plants from medium with distilled water (tab. 4). Tab. 4. Influence of type of water on rooting of microcuttings of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia Treatment % of rooted microcuttingseration Degree of root prolif- Distilled water 92 a 3.44 a Water from reverse osmosis filter 100 b 4.16 b * 100% = 75 microcuttings ** Means followed by the same letter do not differ significantly at α = 0.05 Etiolation of microcuttings has a positive impact on their rooting. Short etiolation at the beginning of rooting process improved rooting of pedunculate oak (Quercus robur) [Chalupa 2000] and northern red oak (Q. rubra) [Vengadesan and Pijut 2009]. Similar results were obtained by Sanchez et al. [1996]: a five-day period of etiolation improved rooting, but also resulted in the quality deterioration of micropropagated oaks. Studies on rooting of common ninebark did not confirm this data. There was no effect of etiolation on the percentage of rooted microcuttings (tab. 5), but significant differences were observed in the development of the root system between treatments. A 7-day period of darkness significantly improved the degree of rooting, both on medium lacking growth regulators and in the presence of IBA. Shoots propagated in the presence of IBA and subjected to etiolation developed significantly better root system (4.8 degree) than other treatments ( degree). 63

64 Katarzyna Jagiełło-Kubiec, Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł Tab. 5. Influence of etiolation on rooting of microcuttings of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia Treatment % of rooted microcuttings* Degree of rooting Without etiolation Etiolation Without etiolation Etiolation Control 76 a** 88 ab 3.0 a 3.6 b IBA 92 b 96 b 4.2 b 4.8 c * 100% = 75 microcuttings ** Means followed by the same letter do not differ significantly at α = 0.05 Conclusions Medium supplemented with 1 mg dm -3 of IBA is the best for rooting microcuttings of Physocarpus opulifolius DIABLE D OR Mindia. Lower concentrations of macronutrients in the medium contribute to improving rooting of microcuttings. Water from reverse osmosis filter is significantly better for rotting of common ninebark DIABLE D OR Mindia than distilled water. Etiolation of microcuttings has a positive impact on a degree of rooting of common ninebark but not for % of rooted microcuttings. Bibliography Abbas H. Quaiser M. Naqvi B Rapid in vitro multiplication of Acacaia nilotica subsp. hemisperica, a critically endangered endemic taxon. Pakistan Journal of Botany 42 (6): Anis M. Mohammad Faisal M. Singh S. K Micropropagation of mulberry (Morus alba L.) through in vitro culture of shoot tip and nodal explants. Plant Tissue Culture 13 (1): Bonga J. M. von Aderkas P In vitro culture of trees. Kluwer Academic Publishers: 6-7. Chalupa V In vitro propagation of mature trees of pedunculate oak (Quercus robur L.). Journal of Forest Science 46: Ďurkovič J Micropropagation of mature Cornus mas Macrocarpa. Trees 22: Kimberley M Physocarpus. Horticulture Week, 18 June: Martin K. P Rapid in vitro multiplication and ex vitro rooting of Rotula 64

65 Effect of selected factors on rooting of ninebark microcuttings... aquatica Lour., a rare rhoeophytic woody medicinal plant. Plant Cell Reports. 21: Mona Amin A In vitro propagation of Swietenia macrophylla King. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences 8(2): Murashige T. Skoog F A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum 15: Nesterowicz S. Kulpa D. Moder K., Kurek J Micropropagation of an old specimen of common lilac (Syringa vulgaris L.) from the dendrological garden at Przelewice. Acta Scientiarum Polonorum. Hortorum Cultus 5(1): Pacholczak A. Szydło W Effect of ammonium zinc acetate on rooting of stem cuttings in Physocarpus opulifolius. Annals of Warsaw University of Life Sciences SGGW. Horticulture and Landscape Architecture No 29: Popek R. Gawrońska H. Gawroński S.W Zdolność krzewów do akumulacji mikropyłów z powietrza. Nauka Przyroda Technologie p. 5, 6, 124. Sanchez M.C. San-Jose M.C. Ballester A. Vieitez A.M Requirements for in vitro rooting of Quercus robur and Q. rubra shoots derived from mature trees. Tree Physiology 16: Sharma A.R. Trigiano R.N. White W.T. Schwar O.J In vitro adventitious rooting of Cornus florida microshoots. Scientia Horticulturae 103, Vengadesan G. Pijut P In vitro propagation of northern red oak (Quercus rubra). In Vitro Cellular & Developmental Biology Plant 45: Wójcik A. R. Landański Z Planowanie i wnioskowanie statystyczne w doświadczalnictwie [Statistical planning and concluding in experimental works]. PWN. Warszawa: 130. (in Polish) Zou Y. N Micropropagation of chinese plum (Prunus salicina Lindl.) using mature stem segments. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici. Cluj-Napoca 38 (3): Adres do korespondencji: mgr inż. Katarzyna Jagiełło-Kubiec Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences, katarzyna_jagiello_kubiec@sggw.pl, jagiello.kubiec@gmail.com 65

66 Katarzyna Jagiełło-Kubiec, Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł dr inż. Agnieszka Ilczuk Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences mgr inż. Paweł Petelewicz Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences Faculty of Horticulture Biotechnology and Landscape Architecture Department of Ornamental Plants ul. Nowoursynowska 166, Warszawa Research supervisor: prof. dr hab. inż. Aleksandra Łukaszewska 66

67 Aleksandra Koźmińska Ewa Muszyńska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW JONÓW OŁOWIU NA ALYSSUM MONTANUM W KULTURZE IN VITRO THE EFFECT OF LEAD IONS ON ALYSSUM MONTANUM CULTURED IN VITRO Abstrakt. Celem przeprowadzonych badań było zbadanie wpływu jonów ołowiu na galmanowy ekotyp Alyssum montanum w warunkach kultury in vitro. Zastosowano dodatek 0,1; 0,5 i 1 µm azotanu ołowiu do pożywki namnożeniowej. W trakcie trwania kultury określono współczynnik namnażania, współczynnik powierzchni blaszki liściowej, dokonano pomiarów biometrycznych oraz pomiarów masy zregenerowanych pędów i korzeni przybyszowych. Badany ekotyp można efektywnie rozmnażać wegetatywnie w obecności jonów ołowiu w podłożu hodowlanym, jednak poszczególne stężenia Pb(NO 3 ) 2 w różny sposób oddziałały na oceniane cechy morfometryczne kultur. Wyższe wartości pomiarów uzyskano w kulturach prowadzonych na pożywkach wzbogaconych w azotan ołowiu, aniżeli na pożywkach kontrolnych bez dodatku Pb(NO 3 ) 2. Największą masę pędów wynoszącą ponad 8 mg uzyskano w trakcie kultywacji badanego gatunku na zmodyfikowanej pożywce WPM wzbogaconej w 0,1µM Pb(NO 3 ) 2, natomiast największą liczbę pędów potomnych na pożywce wzbogaconej w 0,5µM tej soli. Słowa kluczowe: smagliczka, ołów, ekotyp galmanowy, test in vitro Summary. The aim of this study was determine lead ions impact on calamine ecotype of Alyssum montanum using in vitro culture. The following concentrations 0,1; 05 and 1 µm of lead nitrate were applied to the propagation medium. During cultivation propagation coefficient, leaf blade surface coefficient, biometric features, and mass measurements were evaluated. Studied ecotype can be propagated in vitro on media supplemented with lead ions, however individual Pb(NO 3 ) 2 concentrations differentially affected on evaluated morphometric traits. Higher values were obtained on media supplemented with lead nitrate in comparison to control media without any addition of Pb(NO 3 ) 2. The highest shoot mass was, above 8 mg, was obtained on modified WPM medium supplemented with 0,1µM Pb(NO 3 ) 2, whereas the highest number of regenerated shoots was obtained on the same medium supplemented with 0,5µM of this salt. Key words: alysson, lead, calamine ecotype, test in vitro 67

68 Aleksandra Koźmińska, Ewa Muszyńska Wstęp Badania dotyczące wpływu poszczególnych substancji wywołujących zanieczyszczenie środowiska na materiał roślinny umożliwiają poszerzenie doboru gatunków przydatnych do praktycznego wykorzystania w oczyszczaniu środowiska z wszelakich zanieczyszczeń, w tym z metali ciężkich [Mengoni i in. 2009; Mierek-Adamska i in. 2009; Hanus- -Fajerska i in. 2011, 2013]. W prezentowanej pracy określano wpływ jonów ołowiu na Alyssum montanum, gatunek należący do rodzaju znanego z licznych hiperakumulatorów metali ciężkich [Mengoni i in. 2009; Abou-Shanab i in. 2010; Hanus-Fajerska i in. 2012]. Kultury pędowe naturalnej populacji galmanowej A. montanum pobranej z terenu posłużyły jako materiał wyjściowy do przeprowadzenia w warunkach in vitro oceny reakcji na zróżnicowaną zawartość pierwiastka balastowego w podłożu. Z tego względu w pożywce zastosowano wzrastające dawki jonów ołowiu, aplikowanych w formie azotanu ołowiu, gdyż perspektywicznym celem podjętych badań jest wyselekcjonowanie linii o wysokim stopniu odporności na ołów. Materiał i metody Materiał roślinny stanowił jeden z gatunków należący do rodzaju Alyssum, klasyfikowany do rodziny kapustowatych (Brassicaceae Burnett, synon. krzyżowe, Cruciferae Juss.). Do badań wybrano smagliczkę pagórkową (Alyssum montanum L). Zajmowano się ekotypem galmanowym tego gatunku. Próby nasion pozyskano ze stanowisk zlokalizowanych w okolicy Olkusza. Pilotażowy etap podjętych prac stanowiło uzyskanie sterylnej kultury w celu namnażania roślin w warunkach in vitro. Uzyskane ze sterylnych siewek, apikalne fragmenty pędów umieszczono pionowo w pożywce inicjacyjnej [E. Muszyńska, dane nie publikowane]. W celu założenia doświadczenia zdrowe, witalne pędy o długości mm przeniesiono na zestaloną pożywkę o ph 5,8, opartą na składzie WPM [Lloyd and McCown. 1980] z modyfikacją podaną w tab. 1. W trakcie sporządzania pożywek do poszczególnych objętości dodano odpowiednie stężenie azotanu ołowiu (0,1; 0,5 bądź 1 µm,) co oznaczono w zestawieniu tabelarycznym I, II, III (tab. 1). Pożywka kontrolna o analogicznym składzie nie zawierała Pb(NO 3 ) 2. Naczynia do wzrostu kultur stanowiły kolby Erlenmayera o pojem- 68

69 Wpływ jonów ołowiu na alyssum montanum w kulturze in vitro Tab. 1 Skład pożywek namnożeniowych zastosowanych w kulturze Alyssum montanum Pożywka Makroelementy [mg dm -3 ] Mikroelementy [mg dm -3 ] Witaminy/reg.wzrostu [mg dm -3 ] Inne składniki [g dm -3 ] kontrolna 400 NH 4 NO 3 96 CaCl 2 2H 2 O 370 MgSO 4 7H KH 2 PO Ca(NO 3 ) 2 4H K 2 SO 4 27,8 FeSO 4 7H 2 O 37,3 Na 2 EDTA 2H 2 O 6,2 H 3 BO 3 29,43 MnSO 4 4H 2 O 8,6 ZnSO 4 7H 2 O 0,25 NaMoO 4 2H 2 O 0,25 CuSO 4 5H 2 O 0,1 tiamina 0,5 pirydoksyna 0,5 kwas nikotynowy 100 mezoinozytol 1,0 glicyna 2,5 2iP; 1 NAA 20 Sacharoza 8 Difco Agar 0,6 Węgiel aktywowany 0,5 PVP 0,65mg glukonian wapnia I 400 NH 4 NO 3 96 CaCl 2 2H 2 O 370 MgSO 4 7H KH 2 PO Ca(NO 3 ) 2 4H K 2 SO 4 27,8 FeSO 4 7H 2 O 37,3 Na 2 EDTA 2H 2 O 6,2 H 3 BO 3 29,43 MnSO 4 4H 2 O 8,6 ZnSO 4 7H 2 O 0,25 NaMoO 4 2H 2 O 0,25 CuSO 4 5H 2 O 0,1 tiamina 0,5 pirydoksyna 0,5 kwas nikotynowy 100 mezoinozytol 1 glicyna 2,5 2iP; 1 NAA 20 Sacharoza 8 Difco Agar 0,6 Węgiel aktywowany 0,5 PVP 0,65mg glukonian wapnia 0,1 μm Pb(NO 3 ) 2 II III 400 NH 4 NO 3 96 CaCl 2 2H 2 O 370 MgSO 4 7H KH 2 PO Ca(NO 3 ) 2 4H K 2 SO NH 4 NO 3 96 CaCl 2 2H 2 O 370 MgSO 4 7H KH 2 PO Ca(NO 3 ) 2 4H K 2 SO 4 27,8 FeSO 4 7H 2 O 37,3 Na 2 EDTA 2H 2 O 6,2 H 3 BO 3 29,43 MnSO 4 4H 2 O 8,6 ZnSO 4 7H 2 O 0,25 NaMoO 4 2H 2 O 0,25 CuSO 4 5H 2 O 27,8 FeSO 4 7H 2 O 37,3 Na 2 EDTA 2H 2 O 6,2 H 3 BO 3 29,43 MnSO 4 4H 2 O 8,6 ZnSO 4 7H 2 O 0,25 NaMoO 4 2H 2 O 0,25 CuSO 4 5H 2 O 0,1 tiamina 0,5 pirydoksyna 0,5 kwas nikotynowy 100 mezoinozytol 1 glicyna 2,5 2iP; 1 NAA 0,1 tiamina 0,5 pirydoksyna 0,5 kwas nikotynowy 100 mezoinozytol 1 glicyna 2,5 2iP; 1 NAA 20 Sacharoza 8 Difco Agar 0,6 Węgiel aktywowany 0,5 PVP 0,65mg glukonian wapnia 0,5 μm Pb(NO 3 ) 2 20 Sacharoza 8 Difco Agar 0,6 Węgiel aktywowany 0,5 PVP 0,65mg glukonian wapnia 1μM Pb(NO 3 ) 2 69

70 Aleksandra Koźmińska, Ewa Muszyńska ności 250 cm 3, zawierające 20 cm3 pożywki. Kultury prowadzone były w komorze wegetacyjnej z regulowaną temperaturą i wilgotnością powietrza, naświetlanej światłem białym z zachowaniem fotoperiodu 16/8h. Wszystkie etapy eksperymentu prowadzono w temperaturze 24 C ± 2 C, przy użyciu światła białego o natężeniu promieniowania kwantowego 80 µmol m-2s-1 (PAR). Eksperyment prowadzono w trzech powtórzeniach dla każdego stężenia + 3 traktowania kontrolne. Za powtórzenie uznano naczynie hodowlane zawierające 10 eksplantatów, przy czym cały układ eksperymentalny przeprowadzono dwukrotnie. Po upływie sześciu tygodni od momentu założenia doświadczenia dokonywano pomiarów biometrycznych: liczono oraz mierzono długość zregenerowanych pędów i korzeni przybyszowych, określano współczynnik namnażania kultur (proporcja liczby uzyskanych pędów do liczby eksplantatów), liczbę międzywęźli, współczynnik powierzchni blaszki liściowej (iloczyn długości i szerokości), określono świeżą i suchą masę pędów oraz korzeni metodą wagowo-suszarkową. Suchą masę uzyskano przez ogrzewanie tkanek w temperaturze 105 C do uzyskania stałej masy. Dane liczbowe poddano analizie statystycznej wykorzystując program komputerowy STATISTICA 10 firmy StatSoft. Do określenia istotności różnic pomiędzy średnimi wartościami określonych pomiarów wyznaczono grupy jednorodne przy zastosowaniu testu Tukeya i przy poziomie istotności α 0,05. Wyniki Badany ekotyp Alyssum montanum bez trudności rozmnażano wegetatywnie in vitro. Pędy tego gatunku były zdolne do wzrostu na pożywkach z dodatkiem jonów ołowiu, jednak zastosowane w doświadczeniu stężenia azotanu ołowiu w zróżnicowany sposób oddziałały na kultury. Uzyskana wartość współczynnika namnażania na pożywkach wzbogaconych w jony ołowiu wynosiła w poszczególnych przypadkach od 2,1 do 2, 4 i była wyższa w porównaniu do kontroli gdzie wynosiła 1,9 (tab. 2). Po upływie sześciu tygodni od momentu założenia doświadczenia długość pędów była wyraźnie zróżnicowana i dla poszczególnych stężeń Pb 2+ zawierała się w przedziale od 1,7 do 2,5 70

71 Wpływ jonów ołowiu na alyssum montanum w kulturze in vitro cm (tab. 2). Najwyższą średnią liczbę 78 pędów potomnych otrzymano na pożywce wzbogaconej o 0,5µM Pb(NO 3 ) 2, natomiast najniższą, wynoszącą 54, na pożywce kontrolnej. Nie stwierdzono jednoznacznej zależności pomiędzy liczbą zregenerowanych pędów potomnych, a ich długością odnośnie grup jednorodnych. Najwyższy współczynnik powierzchni blaszki liściowej (25,3 mm) osiągnęły pędy kultywowane na pożywce zawierającej 0,1µM Pb(NO 3 ) 2 (tab.2). Większość liści powstałych w trakcie kultywacji była rozwinięta w prawidłowy sposób. Sporadycznie na blaszkach liściowych kultur prowadzonych na pożywce z dodatkiem 1µM Pb(NO 3 ) 2 zaobserwowano brunatne bądź chlorotyczne plamki, co może być traktowane jako objaw toksyczności jonów ołowiu. Z kolei liczba międzywęźli pędów potomnych była stosunkowo wyrównana dla wszystkich zastosowanych stężeń azotanu ołowiu. Kolejne etapy ryzogenezy zachodziły analogicznie we wszystkich Tab. 2. Wartości średnie parametrów morfometrycznych kultur Alyssum montanum prowadzonych na pożywkach wzbogaconych w różne stężenia Pb 2+ stężenie Pb(NO 3 ) 2 [µm] liczba pędów potomnych * [szt.] współczynnik namnażania długość pędów [cm] liczba międzywęźli [szt.] liczba korzeni [szt.] długość korzeni [cm] współcz pow. liści 0,1 72, 8 c** 2,4 b 2,5 c 3,8 ab 17,7 a 2,5 b 25, 3 a 0,5 78, 9 d 2,6 b 1,9 a 3,9 b 18,3 ab 2,2 a 16, 7 b 1,0 63, 2 ab 2,1 a 2,2 b 4,1 b 16,6 a 2,4 ab 16, 6 b Kontrola 57, 4 a 1,9 a 1,7 a 3, 5 a 17,4 a 1,7 a 13,9 b *z 3 powtórzeń, n = 60; ** średnie oznaczone takimi samymi literami nie różnią się istotnie przy a = 0,05 Tab. 3. Średnie wartości świeżej i suchej masy pędów oraz korzeni Alyssum montanum na pożywkach wzbogaconych w różne stężenia Pb2+ stężenie Pb(NO 3 ) 2 [µm] świeża masa pędów [mg] sucha masa pędów [mg] świeża masa korzeni [mg] sucha masa korzeni [mg] 0,1 µm Pb(NO 3 ) 2 8,1 1,0 0,6 0,1 0,5 µm Pb(NO 3 ) 2 4,0 0,5 0,6 0,1 1,0 µm Pb(NO 3 ) 2 4,4 0,9 0,5 0,1 kontrola 2,6 0,3 0,3 0,01 71

72 Aleksandra Koźmińska, Ewa Muszyńska wariantach doświadczenia. Liczba korzeni oraz długość korzeni były wyrównane (tab. 2). Nie zaobserwowano także wyraźnych zależności pomiędzy liczbą uzyskanych korzeni, a ich długością. W odniesieniu do masy pędów i korzeni zaobserwowano zależność spadku zarówno świeżej jak i suchej masy pędów wraz ze wzrostem stężenia Pb(NO3)2. (tab. 3 ). Dyskusja Reakcja różnych gatunków roślin na jony ołowiu jest przedmiotem badań kilku zespołów naukowych, choć badania te zwykle prowadzono w warunkach in vivo [Porębska i Gworek 1999]. Zastosowanie technik in vitro w odniesieniu do gatunków reprezentujących florę galmanową daje możliwość uzyskania cennego materiału roślinnego w niezwykle szybkim czasie. Mikrorozmnażanie umożliwia podwyższenie współczynnika namnażania w porównaniu do efektu, który można uzyskać w warunkach naturalnych [Rybczyński i Mikuła 2006], co więcej opracowanie skutecznych technik umożliwia zachowanie cennych genotypów tolerujących liczne czynniki stresowe oraz stwarza nowe możliwości badawcze [Kopyra i Gwóźdź 2004, Hanus-Fajerska 2011]. W chwili obecnej zalecana jest weryfikacja w doświadczeniu polowym przydatności badanego ekotypu Alyssum montanum do fitoremediacji ołowiu. Na podstawie wyników prezentowanych eksperymentów, a także zgodnie z danymi literaturowymi [Olko 2008] wyniki mogą być obiecujące. Tak sprecyzowany cel przyszłych prac badawczych będzie miał aspekt aplikacyjny, bowiem w przyszłości istnieje szansa wykorzystania wyselekcjonowanych klonów Alyssum montanum do oczyszczania terenów skażonych ołowiem Wnioski Galmanowy ekotyp Alyssum montanum można efektywnie rozmnażać wegetatywnie w warunkach in vitro z dodatkiem azotanu ołowiu. Stężenia 0,1; 0,5 i 1 µm Pb(NO 3 ) 2 zastosowane w pożywce namnożeniowej oddziałały w zróżnicowany sposób na cechy morfometryczne badanego ekotypu A.montanum. 72

73 Wpływ jonów ołowiu na alyssum montanum w kulturze in vitro Ekotyp Alyssum montanum porastający hałdy galmanowe wykazał w teście in vitro przystosowanie do podwyższonych zawartości ołowiu w podłożu. LITERATURA Abou-Shanab R.A.I., van Berkum P., Angle J.S., Delorme T.A., Chaney R.L., Ghozlan H.A., Ghanem K., Moawad H Characterization of Ni-resistant bacteria in the rizosphere of the hyperaccumulatoralyssum murale by 16S gene sequence analysis. World J. Microb. Biotechnol. 26: Hanus-Fajerska E., Augustynowicz J., Muszyńska E., Koźmińska A Organizmy przydatne w oczyszczaniu środowiska z nadmiernych stężeń pierwiastków metalicznych. Ochr. Środ. Zas. Nat. 50: Hanus-Fajerska E Opracowanie metodyki mikrorozmnażania wybranych metalofitów w celu remediacji podłoży zanieczyszczonych kadmem, ołowiem i cynkiem. Zesz. Naukowe UR, 471, Rozprawy, Zesz 348: ss.89. Hanus-Fajerska E., Wiszniewska A., Muszyńska E In vitro multiplication and acclimatization of Biscutella laevigata (Brassicaceae) to cultivation in greenhouse conditions. BioTechnologia 93(2): Hanus-Fajerska E., Muszyńska E., Ciarkowska K., Czech T., Gajewski Z Wkład nauki polskiej w badanie przydatności roślin do rekultywacji terenów zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Episteme 20(1): Kopyra M., Gwóźdź E.A The role of nitric oxide in plant growth regulation and responses to abiotic stresses. Act. Physiol. Plant. 26(4): Lloyd, G., and B. Mc Cown Commercially-feasible micropropagation of mountain laurel, Kalmia latifolia by use shoot-tip culture. Int. Plant Prop. Soc. Proc. 30: Mengoni A., Pini F., Huang L.N, Shu W.S., Bazzicalupo M Plant-byplant variation of bacterial communities associated with leaves of the nickel hyperaccumulator Alyssum bertolonii Desv. Microb. Ecol. 58: Mierek-Adamska A., Dąbrowska G., Goc A Rośliny modyfikowane genetycznie a strategie oczyszczania gleb z metali ciężkich. Post. Biol. Kom. 36: Olko A Fizjologiczne aspekty tolerancji roślin na metale ciężkie. Kosmos, Prob. Nauk Biol. 58: Porębska G., Gworek B Ocena przydatności roślin w remediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi. Ochr. Środ. Zas. Nat. 17:

74 Aleksandra Koźmińska, Ewa Muszyńska Rybczyński J.J., Mikuła A Engagement of biotechnology in the protection of threatened plant species in Poland. Biodiv. Res. Conserv. 3-4: Adres do korespondencji: mgr inż. Aleksandra Koźmińska mgr inż. Ewa Muszyńska Zakład Botaniki i Fizjologii Roślin Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Al. 29 Listopada 54, Kraków ola.kozminska.88@gmail.com; emuszynska@ogr.ur.krakow.pl Opiekun naukowy dr hab. inż. Ewa Hanus Fajerska 74

75 Anna Konieczny Iwona Kowalska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Wpływ mikoryzy arbukularnej na zawartość składników pokarmowych w środowisku korzeniowym pomidora The effect of arbuscular mycorrhiza on content of nutrients in the root zone of tomato plant Abstrakt. Celem badań było określenie wpływu mikoryzacji roślin na zawartość składników pokarmowych w środowisku korzeniowym i wodach drenarskich. Rośliny uprawiano na dwóch rodzajach podłoży tj. wełnie mineralnej i matach kokosowych. Do fertygacji stosowano pożywkę o zróżnicowanej zawartości fosforu tj. 50 i 15 mg dm -3. Próby pożywek pobierano w dwóch terminach z kapilar, wód drenarskich oraz wyciągu z maty wełny mineralnej. W materiale oznaczano odczyn, EC oraz zawartość makroelementów. W obu terminach analiz wykazano zatężanie pożywek w matach uprawowych i wodach drenarskich. Niższą zawartość makroskładników oraz wartość EC oznaczono w wodach drenarskich pochodzących z podłoży, na których rosły rośliny zamikoryzowane i otrzymujące pożywkę o obniżonej zawartości fosforu. Słowa kluczowe: wełna mineralna, maty kokosowe, wody drenarskie Summary. The objective of the study was to determine the effect of inoculation of plants with arbuscular mycorrhizal fungi on content of nutrients in the root zone and drainage waters. Plants were grown on two types of growing media i.e. coconut and rockwool. Nutrient solution with varying phosphorus content i.e. 50 i 15 mg dm -3 was used for fertigation. The samples of nutrient solution from capillaries, drainage waters and extracts from the rockwool were collected in two terms. ph, EC and content of macroelements were estimated. In both terms of analyzes, the solution in the root zone and drainage waters was richer in nutrients than the solution supplied to the plants (capillary). Lower EC and content of macroelements were determined in drainage waters from growing medium with inoculated plants, received nutrient solution with lower concentration of P. Key words: rockwool, coconut, drainage waters 75

76 Anna Konieczny, Iwona Kowalska Wstęp W uprawach bezglebowych z otwartym systemem fertygacyjnym dużym problemem są wody drenarskie, które w krajach bez wdrożonych systemów prawnych w tym zakresie, najczęściej uwalniane są do środowiska naturalnego. Duże ilości wód drenarskich powstają zwłaszcza w uprawach roślin na wełnie mineralnej, gdzie wielkość drenażu stanowi od 20 do 40%, a w dni upalne nawet do 50% objętości w stosunku do pożywki podawanej roślinom. Z wodami drenarskimi do gleby wprowadzane są kationy oraz aniony, które powodują zmiany właściwości chemicznych gleb oraz pogorszenie jakości wód gruntowych [Breś 2012]. Arbuskularne grzyby mikoryzowe (AGM) tworzą związek mikoryzowy z około 90% gatunków roślin. Symbioza ta, zlokalizowana w korzeniach lub strukturach pełniących rolę korzeni, przyczynia się do zwiększenia ich powierzchni chłonnej, co powoduje wzrost efektywności pobierania wody i składników pokarmowych [Głuszek i in. 2008]. Lepsze wykorzystanie składników pokarmowych przez rośliny żyjące w symbiozie z AGM może umożliwić obniżenie ich stężenia w pożywce, a tym samym ograniczyć obciążenie środowiska naturalnego składnikami pochodzącymi z wód drenarskich. Celem badań było określenie wpływu inokulacji roślin szczepionką zawierającą arbuskularne grzyby mikoryzowe na zawartość składników pokarmowych w środowisku korzeniowym roślin i wodach drenarskich w uprawie pomidora na wełnie mineralnej i matach kokosowych oraz przy zróżnicowanym poziomie fosforu w pożywce. Materiał i metody Doświadczenie przeprowadzono w sezonie wiosenno letnim 2012 roku w Uniwersytecie Rolniczym w Krakowie. Pomidora zwyczajnego (Lycopersicon esculentum Mill.) Admiro F 1 uprawiano w tunelu foliowym wyposażonym w rynny uprawowe, w systemie otwartym tj. bez recyrkulacji pożywki, na dwóch rodzajach podłoży: matach kokosowych i wełnie mineralnej. Czynnikami doświadczenia były: stężenie fosforu w pożywce (15 lub 50 mg dm -3 ), inokulacja arbuskularnymi grzybami mikoryzowymi lub jej brak (+AGM lub AGM) oraz rodzaj podłoża (wełna mineralna lub maty kokosowe). Rośliny rosły w dwóch nieza- 76

77 Wpływ mikoryzy arbukularnej na zawartość składników pokarmowych... leżnych zestawach uprawowych (zestaw I i II), które zarazem stanowiły podbloki doświadczenia. Każdy z podbloków zasilano pożywką o zróżnicowanej zawartości fosforu (pierwszy czynnik). W obrębie podbloków zastosowano dwa podłoża (drugi czynnik), które poddano inokulacji arbuskularnymi grzybami mikoryzowymi (+AGM) lub nie (-AGM) (trzeci czynnik). Każda kombinacja doświadczalna (8 obiektów, tj. dwa poziomy P x dwa podłoża x inokulacja AGM lub brak) znajdowała się w trzech powtórzeniach. Powtórzenie obejmowało 15 roślin. Inokulacji podłoży dokonano szczepionką zawierającą grzyby z rodzaju Glomus (m.in. G. mosseae, G. intraradices), które są gatunkami specyficznymi dla pomidora (Tahat i in. 2008). Pierwszy zabieg inokulacji wykonano w momencie sadzenia roślin na miejsce stałe tj. do mat uprawowych, a następnie powtarzano go dwukrotnie w odstępach dwutygodniowych. Zabieg inokulacji AGM wykonano poprzez wymieszanie szczepionki z podłożem (mata kokosowa) lub rozłożenie jej w miejscu ustawienia rozsady pomidora. Kolejne zabiegi inokulacji przeprowadzono poprzez wprowadzenie szczepionki do położy za pomocą strzykawki. Rośliny zasilano pożywką o tym samym odczynie i jednakowej, z wyjątkiem fosforu, zawartości składników pokarmowych dostosowanej do fazy wzrostu roślin (Adamicki i in. 2005). Częstotliwość podawania pożywki była regulowana automatycznie i zależała od wielkości radiacji słonecznej i wilgotności mat. Próbki pożywek oddzielnie z kapilar, wód drenarskich i wyciągu z maty wełny mineralnej, z każdego obiektu były pobierane w dwóch terminach: I termin - faza dojrzałości owoców na pierwszym gronie oraz II termin faza dojrzałości owoców na siódmym gronie. Nie pobierano wyciągu z mat kokosowych. Próby pobierano z sześciu punktów w każdym obiekcie a następnie mieszano. Wyciągi z maty pobierano strzykawką z miejsc w połowie wysokości maty oraz w połowie odległości między roślinami. W pobranym materiale oznaczano: odczyn metodą potencjometryczną oraz przewodność elektrolityczną (EC) metodą konduktometryczną (Sady i in.1994). Zawartość azotanów oznaczano metodą analizy przepływowej FIA [PN EN ISO 13395:2001], natomiast makroelementów, z wyjątkiem fosforu, metodą ICP-OES. Zawartość fosforu oznaczano metodą wanado molibdenianową (Ostrowska i in. 1991). Do opracowania wyników wykorzystano program Microsoft Office Excel

78 Wyniki i dyskusja 78 Anna Konieczny, Iwona Kowalska W tabelach 1 i 2 przedstawiono zawartość makroelementów oraz odczyn i przewodność elektrolityczną w próbach pobranych z kapilary, wyciągu z maty i wód drenarskich. W obu zestawach koncentracja makroskładników w wodach drenarskich z maty kokosowej i wełny mineralnej oraz wyciągu z maty wełny mineralnej była wyższa w stosunku do zawartości makroskładników w pożywce dostarczanej roślinom (kapilara). Wzrost koncentracji kationów i anionów w wodach drenarskich i podłożu jest zjawiskiem powszechnym i związany jest zazwyczaj z pobieraniem większej ilości wody niż składników pokarmowych przez rośliny (Breś 2009, Kleiber 2012). W zestawie z niższą koncentracją fosforu w pożywce (15 mg P dm -3 ; zestaw I), w obu terminach analiz oznaczono niższą zawartość makroskładników w wyciągu pobranym z mat wełny mineralnej oraz wodach drenarskich z mat kokosowych i wełny mineralnej, na których rosły rośliny mikoryzowane (+AGM) w porównaniu do prób pochodzących z obiektów z roślinami niemikoryzowanymi (-AGM). Natomiast w zestawie II (50 mg P dm -3 ), w I terminie analiz, zanotowano odwrotną zależność. Niższą zawartość makroskładników oznaczono w próbkach pożywek pobranych spod roślin uprawianych bez udziału AGM (-AGM) w porównaniu do prób pożywek pobranych spod roślin inokulowanych. Wyjątek stanowiły potas i magnez w drenażu pobranym z wełny mineralnej. Natomiast w II terminie analiz, wyższą zawartość wszystkich makroskładników oznaczono w próbach pobranych z wód drenarskich pochodzących z mat kokosowych oraz N-NO 3 i P w próbach pochodzących z wód drenarskich i wyciągu z maty wełny mineralnej. Koncentracja pozostałych makroskładników tj. Ca, K, Mg w próbach pobranych z wyciągu oraz wód drenarskich z wełny mineralnej, na której uprawiano rośliny poddane mikoryzacji (+AGM), była niższa w porównaniu do prób pochodzących z obiektów niemikoryzowanych (-AGM). Powyższe różnice mogły wynikać ze stopnia kolonizacji korzeni roślin przez AGM, który zależy m.in. od zawartości fosforu w środowisku korzeniowym. W przeprowadzonym doświadczeniu frekwencja mikoryzowa w zestawie roślin zasilanych pożywką z niższą zawartością fosforu była o 23% wyższa w porównaniu do zestawu II, tj. z roślinami otrzymującymi pożywkę ze standardową zawartością P (wyniki niepublikowane). Niejednokrotnie wykazano, że wysokie stężenie

79 Wpływ mikoryzy arbukularnej na zawartość składników pokarmowych... Tab.1. Zawartość makroskładników (mg dm -3 ) w pożywkach pobranych z kapilary, wód drenarskich z mat kokosowych i wełny mineralnej oraz wyciągu z maty wełny mineralnej w uprawie pomidora. 15 mg P dm -3 (zestaw I) I termin analiz II termin analiz Miejsce pobrania pożywki N-NO 3 P K Ca Mg N-NO 3 P K Ca Mg Kapilara 144,9 12,7 167,3 123,5 33,2 147,4 16,4 234,1 133,9 40,6 Drenaż kokos -AGM 703,2 21,2 707,9 503,0 253,6 369,8 13,1 542,1 268,4 114,9 Drenaż kokos +AGM 675,5 14,4 703,1 399,3 175,9 337,8 9,4 504,6 288,3 89,2 Drenaż wełna -AGM 709,6 13,3 681,2 486,2 200,1 461,8 16,1 656,3 503,0 175,3 Drenaż wełna +AGM 171,1 6,6 212,3 165,0 46,1 239,0 6,6 225,1 164,6 45,8 Wyciąg mata -AGM 554,4 16,2 624,0 407,6 193,8 313,1 16,6 558,1 371,0 115,7 Wyciąg mata +AGM 483,5 15,6 556,9 401,8 184,0 282,5 12,6 450,3 278,8 84,0 50 mg P dm -3 (zestaw II) I termin analiz II termin analiz Miejsce pobrania pożywki N-NO 3 P K Ca Mg N-NO 3 P K Ca Mg Kapilara 135,4 27,1 161,6 120,9 30,8 167,3 40,7 226,4 129,4 39,8 Drenaż kokos -AGM 282,7 15,4 419,5 277,0 88,7 282,8 14,2 548,1 286,6 101,9 Drenaż kokos +AGM 375,0 16,8 620,3 341,2 134,2 374,9 21,2 666,5 273,0 105,5 Drenaż wełna -AGM 416,1 29,5 368,1 334,1 129,0 311,0 11,6 567,9 265,0 101,9 Drenaż wełna +AGM 532,0 20,5 229,6 500,7 80,5 376,2 11,9 417,0 177,6 59,4 Wyciąg mata -AGM 434,6 21,2 393,6 379,7 146,2 341,7 21,4 586,7 306,9 132,2 Wyciąg mata +AGM 561,7 19,1 530,6 420,6 155,3 347,9 14,4 420,2 195,2 69,8 79

80 Anna Konieczny, Iwona Kowalska Tab.2. Odczyn (ph) i EC (ms cm -1 ) pożywek pobranych z kapilary, wód drenarskich z mat kokosowych i wełny mineralnej oraz wyciągu z maty wełny mineralnej w uprawie pomidora. 15 mg P dm -3 (zestaw I) 50 mg P dm -3 (zestaw II) I termin analiz II termin analiz I termin analiz II termin analiz Miejsce pobrania pożywki ph EC ph EC Miejsce pobrania pożywki ph EC ph EC Kapilara 5,86 1,59 5,76 1,90 Kapilara 6,185 1,5137 6,07 2,00 Drenaż kokos -AGM 7,95 6,91 8,11 4,24 Drenaż kok -AGM 7,62 3,32 8,42 3,76 Drenaż kokos +AGM 7,32 2,10 8,18 3,00 Drenaż kok +AGM 8,09 4,04 8,21 3,67 Drenaż wełna -AGM 7,42 5,955 7,90 5,76 Drenaż weł -AGM 7,06 3,969 7,91 3,91 Drenaż wełna +AGM 7,57 5,611 8,00 3,59 Drenaż weł +AGM 6,99 6,074 7,98 3,06 Wyciąg mata -AGM 7,28 5,845 7,26 4,60 Wyciąg mata -AGM 7,02 4,378 7,56 4,68 Wyciąg mata +AGM 7,34 5,35 7,52 3,42 Wyciąg mata +AGM 7,11 4,93 7,72 3,14 fosforu w glebie lub pożywce ogranicza kolonizację korzeni roślin przez arbuskularne grzyby mikoryzowe (Cwala i in. 2010, Schmitt i in. 2010). Niski stopień kolonizacji powoduje, znaczne obniżenie korzyści z mikoryzy, w tym zwiększonej efektywności pobierania składników pokarmowych. W zestawie z obniżoną zawartością fosforu w pożywce zaznaczyła się tendencja do wyższej zawartości składników pokarmowych w drenażu z mat kokosowych w porównaniu do wełny mineralnej. W zestawie II wpływ podłoża na zatężanie składników pokarmowych w wodach drenarskich był zróżnicowany. W obu terminach analiz, w zestawie I (15 mg P dm -3 ) EC pożywki pobranej z maty oraz wód drenarskich z wełny mineralnej i kokosu spod roślin inokulowanych (+AGM) było niższe w porównaniu do pożywki pobranej spod roślin nieinokulowanych AGM (-AGM). Podobną zależność wykazano w II terminie analiz w zestawie II. Natomiast w I terminie, EC pożywek we wszystkich obiektach nieinokulowanych (-AGM) było niższe w porównaniu do inoku- 80

81 Wpływ mikoryzy arbukularnej na zawartość składników pokarmowych... lowanych (+AGM). Odmienne wyniki uzyskali Dasgan i i in. [2008], którzy wykazali brak wpływu mikoryzy na wielkość EC i odczyn wód drenarskich w uprawie pomidora w perlicie, w systemie bez recyrkulacji pożywki. Wnioski 1. Bez względu na poziom fosforu w pożywce, rodzaj podłoża oraz stosowanie inokulacji roślin szczepionką mikoryzową wykazano zatężanie pożywki w matach uprawowych i wodach drenarskich. 2. Mikoryza arbuskularna na korzeniach pomidora miała wpływ na wielkość EC, zawartość makroskładników w wodach drenarskich i wyciągu z mat wełny mineralnej oraz lepsze wykorzystanie przez rośliny składników pokarmowych z pożywki. Literatura Adamicki F., Dyśko J., Nawrocka B., Ślusarki Cz., Wysocka Owczarek M Metodyka integrowanej produkcji pomidorów pod osłonami. PI- ORIN. Warszawa. Breś W Estimation of nutrient losses from open fertigation systems to soil during horticultural plant cultivation. Polish Journal of Environmental Studies 18(3): Breś W Uprawy bezglebowe. [w:] Komosa A. (red.) Żywienie Roślin Ogrodniczych. Podstawy i perspektywy, PWRiL, Poznań, Cwala Y., Laubscher C.P., Ndakidemi P.A., Meyer A.H Mycorrhizal root colonization and the subsequent host plant response of soil less grown tomato plants in the presence and absence of the mycorrhizal stimulant, Mycotech. African Journal of Microbiology Research 5: Dasgan H.Y., Kusvuran S., Ortas I Responses on soilless grown tomato plants to arbuscular mycorrhizal fungal (Glomus fasciculatum) colonization in re cycling and open systems. African Journal of Biotechnology 7(20): Głuszek S., Sas - Paszt L., Sumorok B., Derkowska E Wpływ mikoryzy na wzrost i plonowanie roślin ogrodniczych. Postępy Nauk Rolniczych 6: Kleiber T Pollution of the natural environment in intensive cultures under greenhouses. Archives of environmental protection 38(2):

82 Anna Konieczny, Iwona Kowalska Ostrowska A., Gawaliński S., Szczubiałkowska Z Metody analiz i oceny właściwości gleb i podłoży katalog. Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa. PN EN ISO 13395:2001. Jakość wody. Oznaczanie azotu azotynowego i azotanowego oraz ich sumy metodą analizy przepływowej (CFA i FIA) z detekcją spektrofotometryczną. Sady W., Domagała I., Kowalska I., Lis Krzyścin A., Ostrowska J Przewodnik do ćwiczeń z uprawy roli i nawożenia roślin ogrodniczych. Akademia Rolnicza im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Kraków. Schmidt B., Domonkos M., Sumalan R., Biro B Suppression of arbuscular mycorrhiza s development by high concentrations of phosphorus at Tagetes patula L. Research Journal of Agricultural Science 42(4): Tahat M.M., Kamaruzaman S., Radziach O., Kadir J., Masdek H.N Response of (Lycopersicon esculentum Mill.) to different arbuscular mycorrhizal fungi species. Asian Journal of Plant Sciences 7(5): Adres do korespondencji: mgr inż. Anna Konieczny Zakład Żywienia Roślin Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii, Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie ania.konieczny@wp.pl dr hab. Iwona Kowalska Zakład Żywienia Roślin Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii, Wydział Ogrodniczy Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Doświadczenie zrealizowano w ramach projektu badawczego z Narodowego Centrum Nauki nr N N Opiekun naukowy: dr hab. Iwona Kowalska 82

83 Anna Krawczyk Agnieszka Lis-Krzyścin EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ODCZYN GLEB MIEJSKICH ORAZ ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W ALEJACH TRZECH WIESZCZÓW W KRAKOWIE SOIL ACIDITY AND HEAVY METALS CONTENT IN URBAN ROADSIDE SOILS IN CRACOW Streszczenie. Próbki gleby pobierano wiosną i jesienią w odległości 50, 100 i 150 cm od jezdni, z miejsc usytuowanych w środkowym pasie zieleni jednego z głównych ciągów komunikacyjnych Krakowa. W glebach oznaczono odczyn oraz zawartość rozpuszczalnych form metali ciężkich w ekstrakcie 0,03 mol dm -3 kwasu octowego oraz 1 mol dm -3 HCl. Odczyn gleby był obojętny lub lekko zasadowy i utrzymywał się w zakresie ph 7,5-7,8 w okresie wiosennym oraz ph 7,0-7,8 jesienią. Analiza zawartości rozpuszczalnych w 0,03 mol dm -3 CH 3 COOH form metali ciężkich w pobranych próbkach gleb wykazała istotnie wyższą zawartość ołowiu, niklu oraz chromu wiosną. Stężenie dostępnych form Pb rosło wraz z odległością od pasa jezdni natomiast zawartość Ni rosła wraz z odległością ale tylko w okresie wiosny. Stężenie kadmu było istotnie wyższe w okresie jesiennym przy dystansie 150 cm niż w okresie wiosny. Zawartość rozpuszczalnych form metali oznaczona w 1 mol dm -3 HCl mieściła się w zakresach: 60,3-90,3 mg Pb, 0,69-0,80 mg Cd, 3,94-6,16 mg Ni i 2,08-3,17 mg Cr. Przydatność do ekstrakcji pierwiastków śladowych z gleb miejskich kwasu octowego jest ograniczona z uwagi na niskie stężenia metali w glebach. Słowa kluczowe: gleby miejskie, odczyn, metale ciężkie Abstract. Soil samples were collected in spring and autumn at 50, 100 and 150 cm from the roadway. Samples were taken from sites situated in the central green belt of one of the major communication route in Cracow. The ph of the soil was determined and the content of soluble forms extract heavy metals in 0.03 mol dm -3 acetic acid and 1 mol dm - 3 HCl. Soil ph was neutral or slightly alkaline and remained in the ph range in the spring and ph in autumn. Analysis of soluble in 0,03 mol dm -3 CH 3 COOH forms of heavy metals in soil samples showed a significantly higher content 83

84 Anna Krawczyk, Agnieszka Lis-Krzyścin of lead, nickel and chromium in the spring. The concentration of available forms of Pb has grown with distance from the lane while the Ni content increased with distance but only during the spring. The concentration of cadmium was, significantly higher in the autumn at a distance of 150 cm than in the spring. The soluble forms of metals determined in 1 mol dm -3 HCl was in the range : 60,3-90,3 mg Pb 0,69-0,80 mg Cd, Ni 3,94-6,16 mg and 2,08-3,17 mg Cr. Suitability for the extraction of trace elements from urban soils of acetic acid is limited due to low metal concentrations in soils. Key words: urban soils, soil reaction, heavy metal Wstęp Największy wpływ na prawidłowy wzrost i rozwój roślin w miastach mają warunki glebowe, które wyraźnie różnią się od tych w siedliskach naturalnych [Sady i Lis-Krzyścin 2005]. Wprowadzony przez Craula [1985] termin gleb miejskich, obejmuje utwory nieużytkowane rolniczo, zlokalizowane w obrębie miast i przedmieść. Ich specyficzną cechą jest antropogeniczne przekształcenie wierzchniej warstwy o miąższości minimum 50 cm. Badania przeprowadzone na Florydzie [Dobbs 2009, Hagan i in. 2010] wykazały dużą zmienność właściwości gleb miejskich, wynikającą w dużym stopniu ze strefowości miast oraz natężenia ruchu pojazdów [Cekstere i Osvalde 2012]. Gleby miejskie w wyniku wietrzenia zalegających w nich odpadów budowlanych, gruzu, itp. mają przeważnie odczyn zasadowy [Sady i Lis-Krzyścin 2005]. Działalność człowieka, w szczególności zanieczyszczenia przemysłowe, transport i używanie soli do odladzania ulic, wywołuje obecność w nich szkodliwych substancji dla roślin [Cekstere i Osvalde 2012]. Czynniki te modyfikują zarówno właściwości fizyczne, jak i chemiczne gleb [Borowski 2008]. Stały monitoring i ochrona gleb przed wprowadzeniem substancji antropogenicznych jest niezbędna. Celem pracy było określenie odczynu i stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi gleb w jednym z ciągów komunikacyjnych Krakowa. Ponadto porównano dwa roztwory do ekstrakcji dostępnych dla roślin form metali ciężkich: 0,03 mol dm -3 CH 3 COOH oraz 1 mol dm -3 HCl. 84

85 Odczyn gleb miejskich oraz zawartość metali ciężkich w alejach trzech wieszczów... Materiał i metody Ocenę właściwości chemicznych gleby przeprowadzono w środkowym pasie zieleni w Alejach Trzech Wieszczów w Krakowie. Glebę z czterech stanowisk pobierano w latach : wiosną (po rozmarznięciu podłoża i rozpoczęciu wegetacji przez rośliny) oraz jesienią (październik). Analizowano próbki z głębokości 0-20 cm oraz z odległości 50, 100 i 150 cm od brzegu jezdni. Oznaczono następujące właściwości chemiczne gleb: odczyn (ph metodą potencjometryczną) w roztworze gleba:woda w stosunku 1:2, zawartość metali ciężkich w wyciągu 0,03 mol dm -3 CH 3 COOH [Sady i in. 1994] oraz w 1 mol dm -3 HCl metoda Rinkisa [Korzeniowska i Stanisławska-Głubiak 2008]. Składniki po ekstrakcji oznaczono techniką ICP-OES przy użyciu spektrometru Prodigy Teledyne (Leeman Labs). Względnie silny roztwór ekstrakcyjny w metodzie Rinkisa przeprowadza rozpuszczalne, wymienne i słabo adsorbowane przez glebę formy metali (więcej niż przyswajalne dla roślin formy składnika). W Polsce poleca się tę procedurę, jako pierwszy poziom skanowania skażenia gleby metalami ciężkimi [Korzeniowska i Stanisławska-Głubiak 2008]. Roztwór słabego kwasu octowego stosowany do ekstrakcji makroelementów w glebach (metoda uniwersalna) pozwala natomiast oznaczyć pierwiastki znajdujące się w bezpośrednio roztworze glebowym, zatem dostępne dla korzeni roślin. Obliczenia statystyczne uzyskanych wyników wykonano przy użyciu modułu ANOVA dla układu dwuczynnikowego w programie Statistica 10 PL dla p<0,05. Istotność różnic pomiędzy średnimi oznaczono przy użyciu testu Fishera. Wyniki i dyskusja Odczyn gleby jest jednym z ważniejszych czynników wpływających na przebieg procesów biologicznych i fizykochemicznych w glebie [Brusseau i in. 2004]. Zarówno zbyt wysokie, jak i zbyt niskie wartości ph zaburzają procesy pobierania makro- i mikroelementów przez rośliny [Łukasiewicz i Łukasiewicz 2006, Brusseau i in. 2004]. Odczyn gleby w większości próbek był zasadowy, na poziomie ph 7,0 7,8, niezależnie od terminu (tab. 1). Był on statystycznie najwyższy wiosną i jesienią przy odległościach 50 cm od jezdni (tj. 7,5-7,8) oraz wiosną przy

86 Anna Krawczyk, Agnieszka Lis-Krzyścin cm, w stosunku do jesieni przy największym oddaleniu od pasa ruchu. Również Bach [2011] podaje, że aż 73% analizowanych próbek glebowych z Krakowa charakteryzowało się odczynem zasadowym, a 21% odczynem obojętnym. Zbliżone wyniki uzyskały Cekstere i Osvalde [2012] dla gleb w Rydze. Dzierżanowski i Gawroński [2011] twierdzą, że podwyższenie odczynu wynika ze zwiększającego się stężenia kationów sodu i/lub wapnia w glebie wskutek zimowego odladzania ulic. Odczyn zasadowy może przyczyniać się do unieruchamiania w glebie składników (m.in. metali ciężkich) głównie poprzez powstawanie węglanów i fosforanów, co zmniejsza ich szkodliwość dla roślin [Brusseau i in. 2004]. Toksyczne działanie metali ciężkich na rośliny zależy od ich zawartości w glebie i jej właściwości oraz od gatunku [Hagan i in. 2010]. Szczególnie narażone na podwyższone stężenie metali ciężkich są gleby, które sąsiadują z ruchliwymi arteriami komunikacyjnymi. Największą kumulację metali ciężkich odnotowuje się w poziomach przypowierzchniowych gleby, gdyż ich przemieszczanie w głąb profilu przebiega powoli [Dzierżanowski i Gawroński 2011, Brusseau i in. 2004]. Oznaczone w roztworze 0,03 mol dm -3 CH 3 COOH stężenie dostępnych form Pb wzrastało wraz z odległością od pasa jezdni, natomiast zawartość Ni zwiększała się wraz z odległością ale tylko w okresie wiosny (tab.1). Najwyższą zawartość kadmu stwierdzono w okresie jesiennym przy dystansie 150 cm. Stężenie ołowiu i chromu w glebie w okresie jesiennym było poniżej limitu detekcji spektrometru ICP-OES. Tab. 1. Odczyn oraz zawartość rozpuszczalnych form (0,03 mol dm -3 CH 3 COOH) pierwiastków śladowych (µg dm -3 ) w pobranych w dwóch terminach próbkach gleby z odległości 50, 100 i 150 cm od jezdni Odległość Termin ph Pb Cd Ni Cr wiosna 7,8 b 1,93 b 1,15 a 10,25 bc 1,13 b jesień 7,8 b 0 a 1,60 a 6,58 ab 0 a wiosna 7,5 b 4,63 c 0,75 a 12,08 cd 1,18 b jesień 7,4 ab 0 a 1,95 ab 5,28 a 0 a wiosna 7,5 ab 6,83 d 1,10 a 16,20 d 1,10 b jesień 7,0 a 0. a 2,27 b 6,10 ab 0 a 86

87 Odczyn gleb miejskich oraz zawartość metali ciężkich w alejach trzech wieszczów... Odległość Termin 50 7,8 A 0,96 A 1,37 A 8,41 A 0,56 A 100 7,5 A 2,31 B 1,35 A 8,68 A 0,59 A 150 7,8 A 3,41 B 1,68 A 11,15 A 0,55 A wiosna 7,6 A 4,46 B 1,00 A 12,84 B 1,10 B jesień 7,4 A 0 A 1,94 A 5,98 A 0 A Duże litery oznaczają istotność różnic pomiędzy średnimi dla efektów głównych: odległość (A), termin (B), małe litery oznaczają istotność różnic pomiędzy średnimi dla współdziałania czynników (AxB), 0- zawartość poniżej limitu detekcji spektrometru ICP-OES Zawartości w glebie rozpuszczalnych form (1mol dm -3 HCl) metali ciężkich (tab.2) można uszeregować w kolejności Pb>Ni>Cr Cd. Kolejność ta różni się od wyników podanych przez Cekstere i Osvalde [2012] dla gleb Rygi, gdzie koncentracja chromu jest wyższa niż niklu. Dopuszczalna ogólna zawartość kadmu, niklu i chromu w powierzchniowej warstwie gleby z terenów komunikacyjnych [Dz.U. Nr 165, poz. 1359] wynosi odpowiednio 3 mg, 75 mg, oraz 150 mg w 1 kg powietrznie suchej gleby. Stwierdzona w badaniach zawartość rozpuszczalnych form (1 mol dm -3 HCl) tych składników wynosiła średnio odpowiednio: 0,78 mg Cd, 4,95 mg Ni i 2,63 mg Cr kg -1 (tab. 2). W Rozporządzeniu Ministra Środowiska [Dz.U. Nr 165, poz. 1359] za zawartość naturalną ołowiu przyjmuje się do 70 mg kg -1 gleby. Według Kabaty-Pendias [2010] w polskich warunkach gleby niezanieczyszczone najczęściej charakteryzują się ogólną zawartością ołowiu w zakresie od mg Pb kg -1, w Europie środkowo-wschodniej mg Pb kg -1. Koncentracja ołowiu w roztworze glebowym jest relatywnie niska, tj. <1-60 µg dm -3 i zależy od metody ekstrakcji [Kabata-Pendias 2010]. Oznaczone stężenie rozpuszczalnych form ołowiu (1mol dm -3 HCl) w badanych próbach wynosiła średnio 80,5 mg Pb kg -1. W próbach gleb z Rygi [Cekstere i Osvalde 2012] stwierdzono 18,4-118,3 mg ołowiu ogólnego w 1 kg gleby. Wykazany stopień zanieczyszczenia analizowanych gleb jest również zbieżny z wynikami badań Borowskiego [2008] dla gleb terenów komunikacyjnych Warszawy. Jednakże większość polskich badań [m.in. Biernacka i in. 2006, Kabała i in. 2009] i amerykańskich [Hagan i in. 2010] wskazują na wysokie zanieczyszczenie gleb miejskich metalami ciężkimi. 87

88 Anna Krawczyk, Agnieszka Lis-Krzyścin Tab. 2. Zawartość rozpuszczalnych form (1 mol dm -3 HCl) pierwiastków śladowych (mg kg -1 ) w glebach pobranych z czterech stanowisk z Al. Trzech Wieszczów Stanowisko Pb Cd Ni Cr 1 85,1 0,69 3,94 2, ,3 0,79 6,16 2, ,3 0,77 4,63 2, ,3 0,80 5,07 3,17 Średnia 80,5 0,78 4,95 2,63 Minimum 60,3 0,69 3,94 2,08 Maksimum 90,3 0,80 6,16 3,17 odch. stand. 13,6 0,05 0,97 0,46 Wnioski Gleby miejskie o wartości ph przekraczającej 7,0 nie są optymalne z punktu widzenia uprawy większości roślin, dlatego istnieje konieczność dokładnego doboru gatunkowego pod kątem istniejących warunków siedliskowych. Oznaczone stężenia form rozpuszczalnych chromu, kadmu oraz niklu były niskie, natomiast zawartość ołowiu była podwyższona w stosunku do zawartości naturalnej [Dz.U. Nr 165, poz. 1359]. Przydatność do ekstrakcji pierwiastków śladowych z gleb miejskich kwasu octowego jest ograniczona z uwagi na niskie stężenia metali w okresie jesieni, szczególnie ołowiu i chromu. Metoda Rinkisa (1 mol dm -3 HCl) jest bardziej odpowiednia do szacowania przyswajalnych dla roślin stężeń pierwiastków śladowych w glebie. Bibliografia Bach A Przeprowadzenie badań zanieczyszczenia metalami ciężkimi gleb terenów zieleni przylegających do ciągów komunikacyjnych i ocena stopnia zasolenia. Opracowanie wg stanu na 1 X 2011 wykonane dla Gminy Miejskiej z siedzibą w Krakowie: 13, 37. Biernacka E., Borowski J., Małuszyńska I., Małuszyński M.J Chrom, nikiel, ołów w wierzchniej warstwie gleb aglomeracji warszawskiej. Pr- 88

89 Odczyn gleb miejskich oraz zawartość metali ciężkich w alejach trzech wieszczów... zed. Nauk. Inż. Kształt. Środ. 15, 2 (34): Borowski J Wzrost rodzimych gatunków drzew przy ulicach Warszawy. Rozprawy Naukowe i Monografie. Wydawnictwo SGGW, Warszawa: 15, 115. Brusseau M.L., Famisan G.B., Artiola J.F Chemical contaminants. [w:] Artiola J.F., Pepper I.L., Brusseau M.L. Environmental Monitoring and Characterization. Elsevier Inc Cekstere G., Osvalde A A study of chemical characteristics of soil in relation to street status in Riga (Latvia). Urban Forestry & Urban Greening.12: Craul P.J A Description of urban Soils and Their Desires Characteristics. Journal of Arboriculture, 11: 330,339. Dobbs C An Index of Gainesville s Urban Forest Ecosystem Services and Goods. University of Florida MS Thesis. Dz.U. Nr 165 poz Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. Dzierżanowski K., Gawroński S.W Analiza zawartości metali ciężkich w glebie i liściach mniszka lekarskiego w sąsiedztwie ruchliwej ulicy miejskiej przy użyciu przenośnego spektrometru XRF. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych.50:209. Hagan D., Escobedo F., Toor G., Dobbs C., Andreu M Key physical and chemical properties of tampa s urban soils. University of Florida-IFAS, EDIS SL 324. Kabała C., Chodak T., Szerszeń L., Karczewska A., Szopka K., Frątczak U Factors influencing the concentration of heavy metals in soils of allotment gardens in the city of Wroclaw, Poland. Fresenius Env. Bull. 18 (7): Kabata-Pendias A Trace Elements in Soils and Plants. Fourth Edition. USA: Taylor & Francis: Korzeniowska J., Stanisławska-Głubiak E Przydatność roztworu 1 mol HCl dm-3 do oceny skażeń gleby miedzią, cynkiem i niklem. X Sympozjum Trace Elements In the Environment, Koszalin-Mielno maja 2008, Book of Abstracts: Łukasiewicz A., Łukasiewicz Sz Rola i kształtowanie zieleni miejskiej. Wyd. Naukowe UAM, Poznań: 66, 68. Sady W., Domagała I., Kowalska I., Lis-Krzyścin A., Ostrowska J Przewodnik do ćwiczeń z Uprawy roli i nawożenia roślin ogrodniczych. Skrypt AR, Kraków: 42, 75. Sady W., Lis-Krzyścin A Gleba w terenach miejskich jako miejsce ro- 89

90 Anna Krawczyk, Agnieszka Lis-Krzyścin zwoju roślin. [w:] Wiech K., Śliwa P. (red.). Pielęgnacja i ochrona zieleni miejskiej. Oficyna Wydawnicza TEXT, Kraków: 37-38, 40. Adres do korespondencji: Mgr. inż. Anna Krawczyk Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii, Zakład Żywienia Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie anna_krawczyk@onet.pl dr hab. inż. Agnieszka Lis-Krzyścin Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii, Zakład Żywienia Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie a.lis@ogr.ar.krakow.pl Opiekun naukowy: dr hab. inż. Iwona Domagała-Świątkiewicz 90

91 Ewelina Kwaśniewska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Inicjacja i stabilizacja kultur in vitro wybranych róż historycznych In vitro culture establishment of selected historical roses Abstrakt. Róże historyczne, które dały początek nowym odmianom, są obecnie bardzo cenione, chętnie sadzone i odgrywają ważną rolę w kształtowaniu terenów zieleni. Ta zróżnicowana grupa roślin obejmuje odmiany powstałe przed 1867 rokiem, a także późniejsze, jeśli mają istotne cechy róż starych. W niniejszej pracy podjęto działania mające na celu stabilizację kultur in vitro dwóch róż historycznych Rosa alba Maxima i Rosa gallica Cardinal de Richelie. Materiałem wyjściowym były pąki zimowe pobierane z jednorocznych pędów krzewów rosnących w Narodowej Kolekcji Róż w Ogrodzie Botanicznym - Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej Polskiej Akademii Nauk w Powsinie (Warszawa). Po dezynfekcji powierzchniowej, z pąków izolowano merystemy, które umieszczano na pożywce o składzie podstawowym Murashige i Skoog a (1962), zawierającej BA (5 µm) i GA 3 (0-1,5 µm). Oceniano efektywność dezynfekcji powierzchniowej oraz regenerację (formowanie kalusa i pędów). Słowa kluczowe: róża francuska Cardinal de Richelie, róża biała Maxima, dezynfekcja powierzchniowa, wierzchołki wzrostu Abstract. The historical roses which have given rise to new varieties, are now highly valued, willingly planted and have an important role in landscaping. This diverse group of plants includes varieties occurring before 1867, and later, if they have the essential characteristics of the old roses. Among historical roses French and White roses are ones of the most important. In this study, establishing of in vitro Rosa alba Maxima and Rosa gallica Cardinal de Richelie cultures were obtained. Initial material was taken from the winter buds of one-year-shoots of shrubs growing in the National Collection of Roses in the Botanical Garden - Center for Biological Diversity Conservation Polish Academy of Sciences in Powsin (Warsaw). After surface disinfection of buds, shoot tips were isolated and were placed on the 91

92 Ewelina Kwaśniewska primary Murashige and Skoog (1962) medium containing BA (5 µm) and GA 3 (0-1.5 µm). The effectiveness of surface disinfection and regeneration (formation of callus and shoots) were evaluated. Key words: Rosa alba Maxima, Rosa gallica Cardinal de Richelie, surface disinfection, shoot tips Wstęp Róże są jednymi z najważniejszych roślin ozdobnych na świecie. Mają ogromne znaczenie gospodarcze, produkowane są na kwiaty cięte, jako rośliny doniczkowe, krzewy ogrodowe i pnącza. Róże historyczne, które dały początek nowym odmianom, są obecnie bardzo cenione, chętnie sadzone w ogrodach i w terenach zieleni, a także odgrywają ważną rolę w kształtowaniu krajobrazu. Ponadto wykorzystywane są w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i w medycynie. Miano róż historycznych posiadają wszystkie odmiany, które powstały przed 1867 rokiem, a także późniejsze, jeśli mają istotne cechy róż starych. Należą do nich m.in.: róża francuska, róża biała, róże damasceńskie, róże portlandzkie, róże stulistne, róże piżmowe [Quest Ritson 2003]. Jedną z najstarszych znanych róż historycznych jest Rosa alba Maxima (syn. Great Double White, Jacobite Rose ), której odkrycie datuje się na XV w. Przypuszczalnie róża ta była znana już w Starożytnym Rzymie, a pierwsze doniesienia na temat jej występowania w naszych rejonach przypadają na XVI w. Prawdopodobnie powstała z róży dzikiej (R. canina) i francuskiej (R. gallica). Odmiana ta bardzo często kojarzona jest z Matką Boską i można ją spotkać na starych religijnych obrazach [Schultheis 2003, Quest Ritson 2003, Monder 2008]. Rosa gallica Cardinal de Richelieu (syn. Rose van Sian ) jest różą nieznanego pochodzenia odnalezioną w 1840 r. przez francuskiego hodowcę Laffay. Róża francuska jest jedną z najważniejszych róż historycznych, ponieważ jej geny występują u prawie wszystkich nowoczesnych odmian. Jest też jednym z gatunków wyjściowych, dla róż stulistnych i damasceńskich [Schultheis 2003, Popek 2002, Quest Ritson 2003, Monder 2008]. Z powodu intensywnej gospodarki w rejonach rolniczych wiele naturalnych stanowisk na terenie Polski dziś już nie istnieje i gatunek ten jest silnie narażony na wyginięcie [Popek 2002]. 92

93 In vitro culture establishment of selected historical roses Pierwsze badania nad mikrorozmnażaniem róż były prowadzone przez Elliota w 1970 r. [Jacobs i in. 1970], potem prowadziło je wielu badaczy m.in. Kim i in. [2003] na Rosa hybrida, Murali i Sindhu [2011] na Rosa bourboniana. Opracowania metody somatycznej embriogenezy dla róży chińskiej podjęli się Vergne i in. [2010]. Wyniki licznych badań nad rozmnażaniem róż techniką in vitro zebrano w przeglądowej pracy Pati i in. [2006]. Celem przeprowadzonych badań była stabilizacja kultur in vitro dwóch odmian róż historycznych: Rosa alba Maxima i Rosa gallica Cardinal de Richelie. Materiał i metody Do założenia kultur in vitro wykorzystano dwa gatunki róż historycznych: Rosa alba Maxima i Rosa gallica Cardinal de Richelie rosnące w Narodowej Kolekcji Róż w Ogrodzie Botanicznym - Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie - Powsinie. Eksplantatami wyjściowymi były wierzchołki wzrostu wyizolowane z zimowych pąków bocznych, pobranych z jednorocznych pędów róż, w październiku 2013 roku. Pąki pobierano ze środkowej części pędów, odrzucając położone najwyżej oraz te z dolnej części pędu. Przed izolacją przeprowadzono podwójną dezynfekcję powierzchniową oczek z pąkami bocznymi w roztworze 15% Domestosu. Procedura odkażania przebiegała następująco: w pierwszej kolejności oczka płukano pod bieżącą wodą z kilkoma kroplami detergentu. Następnie zostały zanurzone w 96% alkoholu na 30 sekund, po czym przełożono je do roztworu odkażającego zawierającego 15% Domestos (z dodatkiem detergentu). Dezynfekcję prowadzono na mieszadle elektromagnetycznym przez 15 minut. Potem trzykrotnie płukano pąki w wodzie destylowanej. Ostatnim etapem było zanurzenie oczek na czas 15 sekund w 1,5% roztworze Domestosu z kroplą detergentu. Wyizolowane merystemy wraz z 2-3 primordiami, o wielkości 0,1 0,2 mm, odcinano z fragmentem pędu i umieszczano pojedynczo w probówkach na pożywkach do inicjacji kultur, o składzie podstawowym wg Murashige i Skoog a (1962) (MS), zawierających sacharozę 30g dm -3 oraz dodatkowe żelazo w formie EDDHA 20 mg dm -3, o ph 5,7. Testowano dwie pożywki: jedna z 93

94 Ewelina Kwaśniewska nich zawierała 5 µm BA i 1,5 µm GA 3, drugą wzbogacono w 5 µm BA. Doświadczenie założono w 5 powtórzeniach, po 5 ekpslantatów w każdym. Eksplantaty umieszczono w fitotronie, w temperaturze 23/25ºC (noc/dzień), wilgotności względnej 80%, przy 16-godzinnym dniu, natężeniu światła PPFD 10 µmol m -2 s -1 na okres 8 tygodni. W pierwszych tygodniach prowadzono obserwacje, sprawdzając skuteczność dezynfekcji powierzchniowej, a po 8 tygodniach obserwowano regenerację eksplantatów. Policzono: procent eksplantatów żywych, procent eksplantatów na których rozwijały się pędy oraz eksplantatów formujących kalus. Dokonano też pomiarów wysokości rozety liściowej oraz obliczono współczynnik namnażania (liczba pędów na 1 formujący pędy eksplantat). W dalszym etapie uzyskane pędy boczne wyłożono po 6 sztuk do słoików o pojemności 0,3 dm 3 zawierających 25 ml pożywki i przeznaczono do dalszych doświadczeń. Otrzymane wyniki obserwacji poddano analizie statystycznej programem Statistica 9.0 (StatSoft) w oparciu o analizę wariancji (ANOVA), określając istotność różnic testem Duncana na poziomie istotności α = 0,05. Wyniki i dyskusja Wprowadzenie róż historycznych do warunków in vitro pozwala na otrzymanie wysokiej jakości, elitarnego materiału rozmnożeniowego, wolnego od patogenów i jednolitego genetycznie [Bach i Pawłowska 2009]. Metody in vitro dają możliwość masowego rozmnażania ginących gatunków i przywrócenia ich do środowiska naturalnego. Mają duże znaczenie w ochronie roślin ex situ, poprzez tworzenie banków genów w laboratoriach dzięki zdolności do długoterminowego przechowywania roślin w szkle [Engelmann 2011]. Ostatnie badania Le Bras i in. [2014] prowadzone na róży chińskiej oraz Pawłowskiej i Szewczyk-Taranek [2014] na różach dzikich potwierdzają możliwość wykorzystania kultur in vitro do skutecznej krioprezerwacji róż, czyli tworzenia banków genów z zastosowaniem ciekłego azotu. Powszechnie uważa się, iż rośliny rosnące w gruncie mają większą skłonność do zakażeń [Horn 1992]. Metoda podwójnego odkażania eksplantatów w 15% roztworze Domestosu zastosowana w doświadczeniu okazała się skuteczna w 100% (tab. 1). Nie było konieczne 94

95 In vitro culture establishment of selected historical roses zastosowanie HgCl 2 jak miało to miejsce w przypadku badań przeprowadzonych przez Kucharską i in. [2001], ani antybiotyków [Salehi i Khosh-Khui 1997]. Posługując się tą samą metodą podwójnego odkażania Pawłowska i in. [2009] przy inicjowaniu kultur z róż dziko rosnących w Polsce uzyskała podobnie zadowalające wyniki (91-100%). W przeprowadzonych badaniach użyto pożywkę o składzie podstawowym makro- i mikroelementów wg Murashige i Skoog a [1962]. Taki sam skład mineralny do namnażania róż stosowali Khosh Khai i Teixeira da Silva [2006], Nak Udom i in. [2009], Vergne i in. [2010] oraz Murali i Sindhu [2011]. Ważnym składnikiem pożywek przy rozmnażaniu roślin drzewiastych jest obecność żelaza. W pożywce MS występuje w formie fotolabilnej FeEDTA, co powoduje szybkie uwalnianie się Fe, przez co staje się dla roślin niedostępne. Zalecane jest więc dodanie do pożywek zawierających już chelat FeEDTA fotostabilnego chelatu FeEDDHA, albo całkowite zastąpienie FeEDTA taką samą ilością fotostabilnego FeEDDHA. Ta postać żelaza jest znacznie lepiej i wydajniej pobierana przez roślinę, dzięki czemu lepsza jest ich kondycja fizjologiczna oraz większa zdolność do namnażania i ukorzeniania [Orlikowska i Zawadzka 2009]. W przeprowadzonym doświadczeniu wyłożone na pożywki wierzchołki wzrostu róż regenerowały na wysokim poziomie 92-94% (tab. 1, ryc. 1), nie stwierdzono istotnej różnicy w regeneracji R. alba Maxima i R. gallica Cardinal de Richelie. Podobnie u obu badanych gatunków obserwowano intensywne formowanie kalusa, 90-92% eksplantatów (tab. 1, ryc. 1). Za tworzenie się kalusa na eksplantatach odpowiedzialne są auksyny. Do zastosowanej w doświadczeniu pożywki nie dodano regulatorów wzrostu z tej grupy, a pojawianie się kalusa na eksplantatach świadczyć może o wysokim stężeniu auksyn endogennych. Regeneracja poprzez kalus nie jest korzystna z uwagi na jego dużą zmienność genetyczną. Metoda ta jest częściej praktykowana w celu otrzymywania roślin transgenicznych [Orlikowska i in. 2000]. W kulturach róż najczęściej prowadzona jest organogeneza bezpośrednia, czyli z pominięciem stadium rozwoju tkanki kalusowej [Pati i in 2006]. Pożywki zastosowane w doświadczeniu zawierały cytokininę BA oraz giberelinę GA 3.W kulturach in vitro obecność cytokinin odpowiedzialna jest za hamowanie tworzenia się korzeni oraz stymulację wzrostu pąków bocznych. Najczęściej dodawana jest do składu pożywek w 95

96 96 Ewelina Kwaśniewska celu namnażania pędów z pąków bocznych [Kopcewicz i Lewak 2002]. Regenerowanie pędów róż w przeprowadzonych doświadczeniach istotnie zależało od gatunku (tab. 1). Znacznie lepiej regenerowała R. alba Maxima (90% eksplantatów formujących pędy), w porównaniu do R. gallica Cardinal de Richelie (58%). Pawłowska [2012] do inicjacji kultur in vitro z pąków bocznych róż dzikich zastosowała pożywkę, w skład której również wchodziły BA i GA 3. Podstawową funkcję stosowanych w in vitro giberelin jest wydłużanie międzywęźli pędów. Dodawana jest również do pożywek inicjalnych dla przyspieszenia wzrostu merystemów [Jankiewicz 1997]. Otrzymane w czasie etapu stabilizacji kultur in vitro róż pędy charakteryzowały się rozetowym wzrostem, każda roślina zawierała od 2 do 9 liści, a ich średnia wysokość wynosiła od 3,3 4,6 mm (tab. 2). W przeprowadzanych badaniach dodatek gibereliny do pożywki działała stymulująco na wydłużanie pędów R. alba Maxima (tab. 2). Tab. 1. Procent zdezynfekowanych i regenerujących róż historycznych w zależności od gatunku, niezależnie od pożywki Eksplantaty zdezynfekowane (%) Eksplantaty żywe (%) Eksplantaty formujące pędy (%) Eksplantaty formujące kalus (%) Rosa alba Maxima 100a * 94a 90a 90a Rosa gallica Cardinal de Richelie 100a 92a 58b 92a *a b średnie dla badanych cech oznaczone tymi samymi literami nie różnią się między sobą istotnie. Tab. 2. Współczynnik namnażania i długość pędów róż historycznych w zależności od gatunku i zastosowanej pożywki, po 6 tygodniach od inicjacji kultur Badana cecha Współczynnik namnażania Wysokość rozety liściowej (mm) Skład regulatorów wzrostu w pożywce (µm) 5 BA + 1,5 GA 3 5 BA 5 BA + 1,5 GA 3 5 BA Rosa alba Maxima 1,3 a * 1,3 a 5,0 b 4,1ab Rosa gallica Cardinal de Richelie 1,4 a 1,0 a 3,3 a 3,3 a *a b średnie dla badanych cech oznaczone tymi samymi literami nie różnią się między sobą istotnie.

97 In vitro culture establishment of selected historical roses % regenerujących a* 92 a 92 a 92 a 92 a 88 a 64 b 52 b 92 a 92 a 88 a 92 a Rosa alba 'Maxima' Rosa gallica 'Cardinal de Richelie' 0 5 BA 1,5 GA3 5BA 5 BA1,5 GA3 5BA 5 BA1,5 GA3 5BA żywe pędy kalusujące Regenerujące Ryc. 2. Regeneracja róż historycznych w zależności od gatunku i zastosowanej pożywki *a,b średnie dla badanych cech oznaczone tymi samymi literami nie różnią się między sobą istotnie. Wnioski Pobranie pąków bocznych dwóch gatunków róż historycznych Rosa alba Maxima i Rosa gallica Cardinal de Richelie z Narodowej Kolekcji Róż w Ogrodzie Botanicznym - Centrum Zachowania Różnorodności Biologicznej Polskiej Akademii Nauk w Powsinie, jesienią 2013 roku, pozwoliło na uzyskanie i ustabilizowanie kultur in vitro. Zastosowana metoda podwójnej dezynfekcji powierzchniowej 15% roztworem Domestosu była skuteczna w 100%. 92% i 94% wyłożonych na pożywkę wierzchołków wzrostu przeżyło, 92% i 90% z nich regenerowało kalus, 58% i 90% formowało pędy boczne (odpowiednio dla R. gallica Cardinal de Richelie i R. alba Maxima ). Otrzymane pędy charakteryzowały się rozetowym wzrostem, każda roślina zawierała od 2 do 9 liści, a ich średnia wysokość wynosiła 3,3 4,6 mm. Badania zostały dofinansowane z dotacji na naukę przez MNiSW, prowadzone w ramach tematu 2/3500/KRO/2014 Bibliografia Bach A. Pawłowska B Procesy rozwojowe w kulturze in vitro. Typy kultury, [w:] Malepszy S. Biotechnologia roślin, Wydawnictwo Naukowe PWN. Engelmann F Use of biotechnologies for the conservation of plant 97

98 98 Ewelina Kwaśniewska biodiversity. In Vitro Cell. Dev.-Pl. 47, Horn W.A.H Micropropagation of Rose. W Bajaj Y.P.S. (red.), Biotechnology in Agroculture and Forestry, 20: High-Tech and Micropropagation IV. Springer- Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, Hong Kong, Barcelona, Budapest: Jacobs G. Allan P. Bornman Ch Tissue culture studies on rose: use of shoot tip explants II. Agroplantae 2. Jankiewicz L Regulatory wzrostu i rozwoju roślin 2. Zastosowanie w ogrodnictwie, rolnictwie, leśnictwie i w kulturach tkankowych. [w:] Regulatory roślinne w kulturach in vitro. Red. Orlikowska T. ISiKW, Skierniewice, PWN, Warszawa: Khosh Khui M. Teixeira da Silva J.A In Vitro Culture of the Rose Species. [w:] Floriculture, ornamental and plant biotechnology. Global Science Books, London, Kim C.K. Oh J.Y. Jee S.O. Chung J.D In vitro mitropropagation of Rosa hybrida L. Jurnal of Plant Biotechnology 5: Kopcewicz J. Lewak S Fizjologie roslin. PWN, Warszawa: Kucharska D. Wiśniewska Grzeszkiewicz H. Orlikowska T Mikrorozmnażanie podkładki Rosa india Major. Biotechnologia 3(54): Le Bras C. Le Besnerais P.H. Hamama L. Grapin A Cryopreservation of ex-vitro-grown Rosa chinesis Old Blush buds Rusing droplet-vitrification and encapsulation-dehydration. Plant Cell Tiss Organ Cult, 116: Monder M.J Katalog róż polecanych przez Związek Szkółkarzy Polskich. Agencja Promocji Zieleni. Murali R. Sindhu K In vitro multiplication of rose (Rosa bourboniana). Int. J. Current Research 4, Murashige T. Skoog F A revised medium for rapid growth and biomasy with tabacco tissue cultures. Plant. 15: Nak Udom N. Kanchanapoom K. Kanchanapoom K Micropropagation from cultured nodal explants of rose (Rosa hybryda L. cv. Perfume Delight ). Songklanakarin Journal of Science and Technology 31(6): Orlikowska T. Wach I. Kucharska D Zastosowanie kultur in vitro i inżynierii genetycznej w hodowli róż. Biotechnologie 4 (51): Orlikowska T. Zawadzka M Rola żelaza w kulturach roślin in vitro, Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych 2009 z. 534: , Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa, Skierniewice. Pati P.K. Rath S.P. Sharma M. Sood A. Ahuja P.S In vitro propagation

99 In vitro culture establishment of selected historical roses of rose a review. Biotechnology Advances, 24: Pawłowska B. Bach A. Popek R Wykorzystanie kultur in vitro rodzimych gatunków róż do ochrony zasobów genowych. Zeszyty problemowe postępów nauk rolniczych, 534: Pawłowska B Krioprezerwacja rodzimych gatunków róż dla zachowania biologicznej różnorodności (Rozprawa habilitacyjna). Zeszyty Naukowe UR w Krakowie 498, Seria rozprawy, zeszyt 375. Pawłowska B. Szewczyk-Taranek B Droplet vitrification cryopreservation of Rosa canina and Rosa rubiginosa using shoot tips from in situ plants. Scientia Horticuturae 168: Popek R Róże dziko rosnące Polski. Klucz atlas. Plantpress, Kraków: 112ss. Salehi H. Khosh-Khui M Effect of explants length and diameter on in vitro shoot growth and proliferation rate of miniature rose The Faiy. Orissa J. Hortic. 25: Schultheis H Róże w ogrodzie pielęgnacja i odmiany. Świat Książki, Warszawa: Quest Ritson C. Ritson B Encyclopedia of roses. DK. London, New York, Munich, Melbourne, Delhi: 8-15, 22, 162. Vergne P. Maene M. Gabant G. Chauvet A. Debener T. Bendahmane M Somatic embryogenesis of and transformation of the diploid Rosa chinensis cv Old Blush. Plant Cell Tiss Organ Cult 100: Promotor: dr hab. inż. Bożena Pawłowska 99

100 100

101 Marta Leśniak 1 Maria Pobożniak Michał Pniak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW OLEJKU POMARAŃCZOWEGO ORAZ SYNTETYCZNEGO POMARAŃCZOWEGO AROMATU NA TETRANYCHUS URTICAE (KOCH.), APHIS PHOMI (DEG.) I ERIOSOMA LANIGERUM (HASM.) THE INFLUENCE OF ORANGE OIL AND ORANGE SYNTHETIC AROMA ON TETRANYCHUS URTICAE (KOCH.), APHIS PHOMI (DEG.) AND ERIOSOMA LANIGERUM (HASM.) Streszczenie. W doświadczeniu zbadano wpływ olejku pomarańczowego (PREV-B2) oraz syntetycznego pomarańczowego aromatu na trzy gatunki fitofagów: T. urticae, A. phomi i E. lanigerum. Badania prowadzono w laboratorium Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono procent śmiertelności oraz współczynnik efektywności wg wzoru Hendersona Tiltona. Najwyższą śmiertelność wszystkich testowanych organizmów powodował PREV-B2. Śmiertelność A. phomi, E. lanigerum i T. urticae już w 1 dniu po aplikacji wyniosła odpowiednio 99,6 %, 93,7 % i 95,5 %. Również najwyższy współczynnik efektywności uzyskano po zastosowaniu PREV- -B2. Dla A. phomi i T. urticae już po 1 dniu wynosił 95,5 %. Dla E. lanigerum w 1 dniu wynosił 35,8 % jednak już po 3 dniu wzrósł do 97,4 %. Słowa kluczowe: olejek pomarańczowy, aktywność owadobójcza Abstract. In this study, laboratory tests of the influence of orange oil (PREV- -B2) and a synthetic orange aroma on phytophages (T. urticae, A. phomi, E. lanigerum) were conducted. The study was conducted under laboratory condition in University of Agriculture in Krakow. Based on the results obtained, the efficiency coefficient was, as well as the mortality percentage. The highest mortality rate of all the organisms tested was caused by PREV-B2. Mortalities of A. phomi, E. lanigerum and T. urticae were respectively 99.6 %, 93.7 % and 95.5 % as early as 1 day after the application. Furthermore, the highest efficiency coefficient was obtained for PREV-B2. For A. phomi and T. urticae the figure was 95.5 % (after one day). For E. lanigerum the value was 35.8 % after one day, but after 3 days it increased to 97.4 %. Keywords: orange oil, activity insecticide 101

102 Marta Leśniak, Maria Pobożniak, Michał Pniak Wstęp Rośliny uprawne każdego roku narażone są na masowe ataki agrofagów. Podstawowym sposobem walki z nimi jest chemiczna ochrona, która w ramach Integrowanej Ochrony powinna być zastępowana proekologicznymi metodami. Obecnie wzrasta zainteresowanie preparatami pochodzenia roślinnego, w tym olejkami eterycznymi, które pozyskiwane są z różnych gatunków roślin. Znajdują one dzisiaj zastosowanie jako naturalne insektycydy, repelenty lub jako antyfidanty, które ograniczają rozwój szkodników [Burgieł i in. 2008]. Niektóre z nich charakteryzują się również działaniem bakterio i grzybobójczym. Zaletą tych środków jest to, że są przyjazne dla środowiska, nie kumulują się w nim oraz ulegają relatywnie szybkiej biodegradacji [Górski i Piątek 2008]. Materiał i metody Badania zostały przeprowadzone w laboratorium Katedry Ochrony Roślin UR w Krakowie w 2012 roku. W doświadczeniu porównano skuteczność działania olejku pomarańczowego o handlowej nazwie PREV-B2 oraz syntetycznego aromatu pomarańczowego na mszycę jabłoniową - Aphis phomi, bawełnicę korówkę - Eriosoma lanigerum oraz przędziorka chmielowca - Teranychus urticae. PREV-B2 jest środkiem o działaniu kontaktowym, zawierającym tłoczony na zimno olejek pomarańczowy (CAS No ), 4,2%), alkohol etoksylenowy (8,1 %) oraz bor (2,1%). W skład syntetycznego aromatu pomarańczowego wchodzą: środki aromatyzujące, woda oraz emulgatory (guma arabska E 414, ksantanowa E 415), kwas mlekowy (E 270), benzoesan sodu (E 211 < 0,1% m/m), barwniki (żółcień chinolinowa E 104, żółcień pomarańczowa E 110), BHA (E 320). Osobniki A. phomi i E. lanigerum wraz z materiałem roślinnym, na którym żerowały zostały pobrane z ekologicznego sadu jabłoniowego z rejonu Sandomierza. W przypadku tych fitofagów były to odpowiednio liście i pędy odmiany Ligol. Natomiast T. urticae wraz liśćmi róży i bakłażana pochodził z uprawy szklarniowej UR. Materiał roślinny w postaci pojedynczych liści rozkładano na zdezynfekowane płytki Petriego, które wyłożono podwójną warstwą bibuły filtracyjnej. W celu utrzymania odpowiedniej wilgotności oraz turgoru, ogonki liści umieszczano dodatkowo w plastikowych koreczkach wyścielo- 102

103 Wpływ olejku pomarańczowego oraz syntetycznego pomarańczowego aromatu nych watą celulozową, uprzednio zwilżoną wodą destylowaną. Z kolei około 15 cm pędy jabłoni wstawiano do fiolek, które umieszczano w izolatorach. Dla A. phomi i E. lanigerum doświadczenie przeprowadzono w 12, a dla T. urticae w 10 powtórzeniach. W doświadczeniu uwzględniono również kontrolę, w której fitofagi nie były traktowane żadnym preparatem. Testowane środki zaaplikowano jednokrotnie za pomocą atomizera w postaci wodnego roztworu w stężeniu 0,4%. Ich działanie na fitofagi sprawdzano w 1, 3 i 5 dniu po aplikacji. Na podstawie uzyskanych wyników obliczono procent śmiertelności fitofagów oraz współczynnik efektywności preparatów wg wzoru Hendersona Tiltona [Henderson i Tilton 1955]. Wyniki poddane zostały analizie statystycznej przy zastosowaniu testu Duncana na poziomie istotności α = 0,05 (Statistica 10.0, Anova). Wyniki i dyskusja Preparat PREV-B2 w wysokim procencie ograniczał liczebność populacji mszycy jabłoniowej we wszystkich terminach obserwacji. Średnia wartość efektywności tego preparatu w pierwszym, trzecim i piątym dniu po jego aplikacji nie różniła się statystycznie i wahała się od 99,7 do 100 % (Tab. 1). Niższą skutecznością działania charakteryzował się syntetyczny aromat pomarańczowy. Średnia wartość jego efektywności oscylowała ok. 56 % we wszystkich trzech terminach po aplikacji. Po zastosowaniu PREV-B2 śmiertelność mszyc w pierwszym i trzecim dniu wynosiła 99,7 %, a w piątym dniu osiągnęła wartość maksymalną tj. 100 %. Z kolei syntetyczny aromat pomarańczowy spowodował śmiertelność na poziomie 66,4 % w pierwszym dniu po jego zastosowaniu. W kolejnych terminach śmiertelność wzrastała osiągając wartość 80,4% w piątym dniu po aplikacji. W kontroli maksymalną śmiertelność stwierdzono w piątym dniu obserwacji i wynosiła ona 45,6 % (Tab. 1). Podobne wyniki uzyskali Górski i Kania [2010], którzy sprawdzali wpływ olejku kolendrowego oraz olejku z liści pomarańczy (Petitgrain) na śmiertelność mszycy ziemniaczanej występującej na tytoniu. Testowane olejki charakteryzowały się zbliżonym działaniem do olejku pomarańczowego (PREV-B2). W zwalczaniu Aulacorthum solani (Kalt.) występującej na tytoniu szlachetnym, równie skuteczne okazały się: olejek geraniowy, lawendowy oraz tymiankowy [Górski i Piątek 2009]. 103

104 Marta Leśniak, Maria Pobożniak, Michał Pniak Z kolei Górski i Tomczak [2010] wykazali 100 % śmiertelność A. solani na oberżynie po zastosowaniu olejków: cytronelowego, paczulowego i jałowcowego. W ograniczeniu liczebności Dysaphis plantaginea (Pass.) występującej na jabłoni, skuteczny okazał się olejek otrzymany z konopi siewnej [Górski i in. 2009]. W walce z Myzus persicae (Sulzer) znaczący wpływ olejku rozmarynowego wykazał Masatoshi [1998]. Tab. 1. Skuteczność działania naturalnego olejku pomarańczowego (PREV-B2) oraz syntetycznego aromatu pomarańczowego w zwalczaniu Aphis phomi (Deg.) Preparat Kontrola PREV-B2 Aromat pomarańczowy Śmiertelność [ % ] (średnia ± SE) Po 1 Po 3 dniu dniu Po 5 dniu 12,3 ± 22,9 ± 45,6 ± 6,6 c* 7,3 c 3,9 c 99,7 ± 99,7 ± 100,0 ± 0,2 a 0,2 a 0,0 a 66,4 ± 5,9 b 69,0 ± 4,6 b 80,4 ± 4,2 b Efektywność (średnia ± SE) Po 1 dniu Po 3 dniu Po 5 dniu ,6 ± 0,2 a 56,6 ± 7,3 b 99,7 ± 0,2 a 54,1 ± 8,6 b 100,0 ± 0,0 a 58,4 ± 8,3 b *Średnie wartości oznaczone różnymi literami w kolumnach różnią się istotnie przy α 0,05 Wyższą skuteczność w zwalczaniu bawełnicy korówki wykazał preparat PREV-B2 w porównaniu do syntetycznego aromatu pomarańczowego. Po pierwszym dniu średnia efektywność działania PREV- -B2 wynosiła 35,8 %, jednak w kolejnych dniach obserwacji znacznie wzrosła, uzyskując po trzecim i piątym dniu wartości: 97,4 % i 97,1 % (Tab. 2). Najwyższą efektywność działania aromatu pomarańczowego stwierdzono w pierwszym i piątym dniu obserwacji i wynosiła ona około 35 %. Śmiertelność E. lanigerum już w pierwszym dniu po aplikacji PREV-B2 wynosiła 93,9 %, a w piątym dniu wzrosła aż do 96,9 %. Aromat pomarańczowy w pierwszym dniu po aplikacji spowodował śmiertelność 30,2 % bawełnicy korówki, która w piątym dniu wzrosła do 64,5 %. Śmiertelność E. lanigerum w kontroli była bardzo niska i nie przekraczała 4,6% (Tab. 2). PREV-B2 wykazywał również wysoką efektywność działania w stosunku do przędziorka chmielowca. W kolejnych trzech terminach obserwacji wynosiła ona odpowiednio: 95,5 %, 95,6 % i 95,4 %. Pre- 104

105 Wpływ olejku pomarańczowego oraz syntetycznego pomarańczowego aromatu parat ten powodował śmiertelność tego fitofaga w granicach od 95,5 % w pierwszym dniu do 97,1 % w piątym dniu po aplikacji (Tab. 3). Z kolei śmiertelność T. urticae w piątym dniu po zastosowaniu aromatu pomarańczowego była niższa o 32,1 % w porównaniu z PREV- -B2 i wyższa o 48,3 % w porównaniu do kontroli (Tab. 3). Podobnie kształtowała się efektywność działania aromatu pomarańczowego, która w pierwszym i trzecim dniu po aplikacji była o ok. 31 %, a w piątym dniu o 44,6 % mniejsza w porównaniu do efektywności działania PREV-B2 (Tab. 3). Tab. 2. Skuteczność działania naturalnego olejku pomarańczowego (PREV-B2) oraz syntetycznego aromatu pomarańczowego w zwalczaniu Eriosoma lanigerum (Hasm.) Preparat Kontrola PREV-B2 Aromat pomarańczowy *opis tab. 1. Śmiertelność [ % ] (średnia ± SE) Po 1 Po 3 Po 5 dniu dniu dniu 2,8 ± 4,6 ± 2,9 ± 1,9 c* 2,4 c 2,0 c 93,9 ± 97,3 ± 96,9 ± 3,1 a 1,9 a 2,1 a 30,2 ± 6,0 b 32,8 ± 6,8 b 64,5 ± 7,8 b Efektywność (średnia ± SE) Po 1 dniu Po 3 dniu Po 5 dniu ,8 ± 5,6 a 35,7 ± 5,6 a 97,4 ± 1,9 a 29,9 ± 7,1 b 97,1 ± 2,0 a 35,5 ± 7,8 b Tab. 3. Skuteczność działania naturalnego olejku pomarańczowego (PREV-B2) oraz syntetycznego aromatu pomarańczowego w zwalczaniu Teranychus urticae (Koch.) Preparat Kontrola PREV-B2 Aromat pomarańczowy *opis tab. 1. Śmiertelność [ % ] (średnia ± SE) Po 1 Po 3 Po 5 dniu dniu dniu 0,0 ± 6,8 ± 20,7 ± 0,0* c 3,1 c 4,7 c 95,5 ± 95,7 ± 97,1 ± 2,2 a 2,5 a 1,7 a 65,8 ± 5,8 b 71,1 ± 7,8 b 69,0 ± 4,7 b Efektywność (średnia ± SE) Po 1 dniu Po 3 dniu Po 5 dniu ,5 ± 2,2 a 64,1 ± 6,0 b 95,6 ± 2,5 a 64,4 ± 6,5 b 95,4 ± 2,8 a 50,8 ± 8,1 b 105

106 Marta Leśniak, Maria Pobożniak, Michał Pniak W badaniach przeprowadzonych przez Górskiego i Piątek [2008], śmiertelność T. urticae po zastosowaniu olejków eterycznych: miętowego, geraniowego, tymiankowego oraz lawendowego wynosiła 100 %. W porównaniu z uzyskanymi przez nasz zespół wynikami można stwierdzić, że olejek pomarańczowy działa na przędziorka chmielowca równie skutecznie, co olejki wymienione w badaniach powyżej cytowanych autorów. Wnioski Preparat PREV-B2, zawierający naturalny olejek pomarańczowy, w odniesieniu do kontroli wykazał wysoką efektywność w zwalczaniu mszycy jabłoniowej, bawełnicy korówki oraz przędziorka chmielowca. Syntetyczny aromat pomarańczowy w odniesieniu do kontroli wykazał niską efektywność w zwalczaniu bawełnicy korówki, nieco wyższą w stosunku do mszycy jabłoniowej, a najwyższą w stosunku do przędziorków. Bibliografia Burgieł Z. Tomaszkiewicz Potępa A. Vogt O. Burgieł M Fungistatyczne własności ekstraktów z nasion wybranych roślin należących do rodziny Apiaceae. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 48 (2): Górski R. Piątek H Skuteczność działania naturalnych olejków eterycznych w zwalczaniu przędziorka chmielowca Tetranychus urticae (Koch.) występującego na fasoli karłowej. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 48 (4): Górski R. Piątek H Wpływ naturalnych olejków eterycznych na śmiertelność mszycy ziemniaczanej Aulacorthum solani (Kalt.) występującej na tytoniu szlachetnym. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 49 (4): Górski R. Kania A Wpływ olejków kolendrowego i petitgrain na śmiertelność mszycy ziemniaczanej Aulacorthum solani (Kalt.) występującej na tytoniu. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 50 (3): Górski R. Szklarz M. Kaniewski R Skuteczność olejku eterycznego z konopi siewnej w zwalczaniu mszycy jabłoniowo-babkowej Dysaphis 106

107 Wpływ olejku pomarańczowego oraz syntetycznego pomarańczowego aromatu plantaginea (Pass.) występującej na jabłoni. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 49 (4): Górski R. Tomczak M Przydatność naturalnych olejków eterycznych w zwalczaniu mszycy ziemniaczanej Aulacorthum solani (Kalt.) występującej na oberżynie. Ecological Chemistry and Engineering, 17 (3): Henderson C.F. Tilton E.W Tests with acaricides against the brow wheat mite, J. Econ. Entomol. 48: Hołdaj M. Olszak R. Gorzka D Badanie skuteczności najczęściej stosowanych aficydów w walce z mszycą jabłoniową (Aphis pomi De Geer, Aphididae, Homoptera) w uprawach jabłoni na terenie Polski. Progress in Plant Protection / Postępy w Ochronie Roślin, 52 (2): Masatoshi H Repellency of rosemary oil against Myzus persicae in a laboratory and in a screen house. J. Chem. Ecology, 24: Adres do korespondencji: mgr inż. Marta Leśniak dr hab.inż. Maria Pobożniak dr inż. Michał Pniak Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, m_lesniak@poczta.fm Marta Leśniak ul. Fabryczna 3/ Kraków Tel Opiekun pracy: dr hab. inż. Maria Pobożniak 107

108 108

109 Gabriela Machaj EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN MAPOWANIE REJONU GENOMU MARCHWI ISTOTNEGO DLA PROCESU UDOMOWIENIA LOCAL MAPPING OF A CARROT GENOMIC REGION INVOLVED IN DOMESTICATION Streszczenie. Marchew uprawna (Daucus carota subsp. sativus Hofmm.) jest jednym z najważniejszych warzyw korzeniowych uprawianych na świecie. Może swobodnie krzyżować się z powszechnie występującą marchwią dziką. Niedawno opisano polimorficzne miejsce zlokalizowane na chromosomie 2, które z dużą dokładnością różnicuje marchew dziką i uprawną. Region genomu (CULT) otaczający to polimorficzne miejsce prawdopodobnie bierze udział w warunkowaniu cech związanych z udomowieniem marchwi. Populację mapującą F2 wyprowadzono przez skrzyżowanie marchwi dzikiej (Daucus carota L. subsp. commutatus) z marchwią uprawną (linia 2874B). Mapę genetyczną sporządzono w oparciu o wyniki genotypowania 32 loci u 169 roślin populacji F2. Dwadzieścia osiem loci zlokalizowanych było w rejonie CULT, spośród nich, 27 weryfikowało insercję transpozonów MITE. Posłużyły one do skonstruowania lokalnej mapy chromosomu 2 oraz porównania dystansu fizycznego i genetycznego markerów. Słowa kluczowe: CULT, mapowanie, marchew, MITE, udomowienie Abstract. Cultivated carrot (Daucus carota subsp. sativus Hofmm.) is one of the most important vegetables grown in the world. Cultivated and wild carrots are widespread all over the world and can easily hybridize. Recently, researchers described a polymorphic site localized on chromosome 2, which with high accuracy differentiated cultivated and wild carrots. The genomic region named CULT, surrounding the polymorphic site, is very likely to be involved in carrot domestication. We derived F2 population from a cross- -pollination of a wild carrot (Daucus carota L. subsp. commutatus) with a cultivated carrot (line 2874B). We genotyped 32 loci in 169 individuals. Twenty eight of them where located in the CULT region and of those 27 were MITE insertion polymorphisms. Polymorphic sites were used to construct a local map of chromosome 2 to compare genetic and physical distances. Key words: carrot, CULT, domestication, local mapping, MITE 109

110 Wstęp 110 Gabriela Machaj Marchew uprawna (Daucus carota subsp. sativus) jest najważniejszym pod względem ekonomicznym warzywem korzeniowym uprawianym na terenie Unii Europejskiej. Marchew uprawna może swobodnie krzyżować się z marchwią dziką, występującą powszechnie we wszystkich regionach świata o klimacie umiarkowanym [Rong i in. 2013]. Swobodny przepływ genów spowodował, że mimo relatywnie małego rozmiaru genomu (ok. 480 Mb) [Simon i in. 1997] zmienność genetyczna obu typów marchwi kształtuje się na bardzo wysokim poziomie [Bradeen i in. 2002]. Poznanie struktury zmienności oraz możliwość rozróżnienia form dzikich i uprawnych marchwi są bardzo ważnymi zagadnieniami dla rozwoju nowoczesnej hodowli tego warzywa [Macko-Podgórni i in. 2013]. Grzebelus i in. [2013] donieśli o wykorzystaniu platformy DArT (Diversity Array Technology) do identyfikacji markerów udomowienia. Badając osobniki reprezentujące odmiany dzikie oraz uprawne ze wschodniej i zachodniej puli genowej, zidentyfikowali 27 markerów wykazujących związek z procesem domestykacji. Marker crpt , zmapowany do chromosomu 2, cechował się najwyższym współczynnikiem determinacji i z dużą dokładnością różnicował marchew dziką i uprawną [Grzebelus i in. 2013]. Został on następnie przekonwertowany w kodominujący, wydajny i łatwy do amplifikacji marker CULT (ang. cultivated) typu CAPS (ang. cleaved amplified polymorphic site). Marker ten jest zlokalizowany na chromosomie 2, w pierwszym intronie genu kodującego hipotetyczne białko wiążące się z DNA. Marker CULT może być z łatwością implementowany do screeningu dzikich i uprawnych marchwi pod kątem ich mieszańcowego charakteru [Macko-Podgórni i in. 2013]. Inny powszechnie stosowany system markerowy bazuje na polimorfizmie insercji ruchomych elementów genetycznych (transpozonów). Przykładowo do badania zmienności populacji i mapowania genomu marchwi wykorzystano wysokowydajny system Transposon Display oparty na polimorfizmie insercji transpozonów MITE [Macko i Grzebelus 2008, Grzebelus i Simon 2009]. Transpozony MITE (ang. minature inverted-repeat transposable elements) należą do klasy II transopozonów DNA. Opisano je jako małe (do 600 pz), nieautonomiczne ruchome ele-

111 Mapowanie rejonu genomu marchwi istotnego dla procesu udomowienia menty genetyczne, nieposiadające funkcji kodujących. Występują one powszechnie w dużej liczbie kopii w genomach eukariotycznych do kilkudziesięciu tysięcy kopii na genom haploidalny [Grzebelus i in. 2009, Yaakov i in. 2012]. Celem niniejszej pracy było lokalne mapowanie chromosomu 2 marchwi, zawierającego czynnik genetyczny odpowiedzialny za udomowienie marchwi [Grzebelus i in. 2013]. W tym celu wykorzystano opracowany przez Macko-Podgórni i in. [2013] marker CULT-CAPS oraz zestaw markerów insercji transpozonów MITE. Przeprowadzone doświadczenia pozwoliły na ocenę siły sprzężenia oraz porównanie dystansu genetycznego i fizycznego analizowanych markerów. Materiał i metody Populacja mapująca obejmowała 169 roślin pokolenia F2. Została ona wyprowadzona przez samozapylenie jednej z roślin F1 mieszańca marchwi dzikiej (Daucus carota L. subsp. commutatus) z marchwią uprawną (linia 2874B). DNA izolowano z liści według zmodyfikowanej metody CTAB. DNA amplifikowano przy użyciu 32 par starterów (tab. 1, dane niepublikowane). Mieszanina reakcyjna zawierała 20 ng genomowego DNA, 0,5 µm startera forward, 0,5 µm startera reverse, 0,25 mm dntpów, 1U polimerazy DreamTaq (Thermo Scientific) oraz bufor 1 DreamTaq Green. PCR prowadzono według profilu: 94 C (2min), 30 cykli: 94 C (30s), 56 C (markery MITE) lub 57 C (marker CULT) (30s), 68 C (1 min), końcowa elongacja: 68 C (6 min). Produkty amplifikacji markera CULT (CAPS) trawiono w 37 C przez 30 min za pomocą 5U enzymu PstI (Thermo Scientific) w obecności buforu 1 Fast Digest Green Buffer. Produkty PCR i trawienia restrykcyjnego rozdzielano w 1% żelu agarozowym z dodatkiem bromku etydyny a następnie wizualizowano w świetle UV. Do mapowania posłużyły wyniki amplifikacji starterów wykazujących polimorfizm (tab. 1). Mapowanie chromosomu 2 przeprowadzono przy użyciu programu JoinMap. Dystans fizyczny określono na podstawie danych sekwencyjnych (dane niepublikowane). 111

112 Gabriela Machaj Tab. 1. Wykaz par starterów generujących produkty polimorficzne Sekwencja Sekwencja Nr Nazwa startera Nr Nazwa startera 5 à3 5 à3 CULTex1i1F TGGATGGAAGAGAGGGAATG cl69dh.1-f GGCACCAACTTACACACCAA 1 6 CULTex1i1R TCCTGCCGAAGTATTCATCC cl69dh.1-r GGGATGGTGAGGTTGAGAGA 112 cl64dh.1-f GGAGATGAGCATGCATTTTG cl82dh.1-f TGTTGCTGCAAGGAAACAAG 7 cl64dh.1-r TGTTGGCAACTTTCTTCCAA cl82dh.1-r TCTTTTTCGATTCTACTGAAACCA cl64dh.3-f ATTTGCATCAGAGCGAGTCC cl82dh.2-f TTTTGGGATTAGCTGGGTTG 8 cl64dh.3-r CCAGCAGTTAATGCACAACG cl82dh.2-r GGTACACCACTTTATTGCCAGA cl64dh.7-f AAACGGTCAACAACTAGCGATT cl82dh.4-f AGGACCCGCGGTATTAAGAT 9 cl64dh.7-r GGACTTAGTTGGGACAAAGGTG cl82dh.4-r CCATAACCTTTTCCGGTTTC cl67dh.4-f AAAGCTTAAAGCGAAGGCAAT cl82dh.5-f CAAAGTGCAAAGCAAAAGCA 10 cl67dh.4-r AATCATGATGCGGCAGTACA cl82dh.5-r ATGTGGCGGTCCTTGTTAAA Wyniki i Dyskusja Dziesięć z analizowanych loci generowało polimorficzne produkty (tab. 1). Marker CULT (ryc. 1) zróżnicował analizowaną populację na rośliny posiadające wariant dziki (47), uprawny (33) i o profilu heterozygotycznym (89). Stosunek wyróżnionych genotypów był w przybliżeniu równy 1:2:1. Potwierdza to opisaną przez Grzebelusa i in. [2013] oraz Macko-Podgórni i in. [2013] wysoką skuteczność markera CULT. Wyniki uzyskane dla markera CULT wraz z wynikami dla dziewięciu markerów insercji transpozonów MITE posłużyły do skonstruowania lokalnej mapy chromosomu 2. Długość genetyczna zmapowanego odcinka wyniosła 5,5 cm, natomiast odległość fizyczna najbardziej oddalonych loci ok. 1,36 Mb (ryc. 2). Wyliczono, iż na analizowanym od-

113 Mapowanie rejonu genomu marchwi istotnego dla procesu udomowienia Ryc. 1. Wynik genotypowania roślin populacji mapującej marchwi (W10-1 W10-16) markerem CULT; a wariant uprawny, b wariant dziki, h heterozygota, M wzorzec wielkości fragmentów DNA cinku na 1cM dystansu genetycznego przypada ok. 0,25 Mb. Jednak częstość rekombinacji w obrębie analizowanego rejonu nie jest stała (ryc. 2). Na odcinku pomiędzy loci CL64.3 a CL69.1 mamy do czynienia z wysoką częstością rekombinacji na 1 cm przypada ok. 0,14 Mb. Natomiast pomiędzy kolejnymi loci: CL69.1, CL82.1, CL67.4, CULT oraz CL82.2, nie stwierdzono rekombinacji. Odległość fizyczna (0,25 Mb) pomiędzy skrajnymi loci tej grupy jest zbliżona do odległości pomiędzy loci CL64.3 i CL69.1. W przypadku kolejnych odcinków pomiędzy loci: CL82.2 i CL82.5, CL82.5 i CL64.7, CL64.7 i CL82.4 oraz CL82,4 i CL64.1 na jednostkę odległości genetycznej (1cM) przypada odpowiednio: 1,18 Mb, 0,35 Mb, 0,13 Mb i 0,22 Mb. Brak rekombinacji loci w sąsiedztwie markera CULT sugeruje brak homologii tego regionu w genotypach rodzicielskich (marchew dzika i uprawna). Lokalizacja markera CULT w pierwszym intronie genu kodującego białko, którego prawdopodobna funkcja związana jest z regulacją transkrypcji lub procesem organizowania chromatyny, wskazuje na jego związek z procesem udomowienia marchwi [Macko-Podgórni i in. 2013]. Ponadto pomiary proporcji szerokości ramienia korzenia marchwi do szerokości głowy korzeni roślin populacji mapującej (dane niepublikowane) wskazują na wyższy stosunek mierzonych parametrów u roślin z wariantem uprawnym (genotypowanie CULT-CAPS) niż u roślin posiadających wariant dziki. Wskazuje to na możliwy udział czynników genetycznych sprzężonych z markerem CULT w procesie przyrostu korzeni na grubość. Przeprowadzone analizy stanowią bazę do dalszych analiz genetycznych chromosomu 2 marchwi i potwierdzają wytypowanie genu, 113

114 Gabriela Machaj w obrębie którego znajduje się marker CULT jako genu kandydującego, biorącego udział w kształtowaniu cechy (cech) typowych dla marchwi uprawnej. Ryc. 2. Wykres zależności odległości genetycznej i fizycznej markerów zmapowanych do chromosomu 2 marchwi Wnioski Mapowanie genetyczne rejonu CULT wykazało brak rekombinacji pomiędzy loci CL.69.1, CL82.1, CL67.4, CULT oraz CL82.2 na odcinku o długości ok. 0,25 Mb. Wskazuje to na brak homologii tego regionu u marchwi uprawnej (linia2874b) i marchwi dzikiej (Daucus carota L. subsp. commutatus). Bibliografia Bradeen JM. Bach IC. Briard M. le Clerc V. Grzebelus D. Senalik DA. Simon PW Molecular diversity analysis of cultivated carrot (Daucus carota L.) and wild Daucus populations reveals a genetically nonstructured composition. J Am Soc Hort Sci, 127: Grzebelus D. Simon PW Diversity of DcMaster-like elements of the 114

115 Mapowanie rejonu genomu marchwi istotnego dla procesu udomowienia PIF/Harbinger superfamily in the carrot genome. Genetica, 135: Grzebelus D. Gładysz M. Macko-Podgórni A. Gambin T. Golis B. Rakoczy R. Gambin A Population dynamics of miniature inverted-repeat transposable elements (MITEs) in Medicago truncatula. Gene, 448: Grzebeus D. Iorizzo M. Senalik D. Ellison S. Cavagnaro P. Macko-Podgorni A. Heller-Uszynska K. Kilian A. Nothnagel T. Simon PW. Baranski R Diversity, genetic mapping, and signatures of domestication in the carrot (Daucus carota L.) genome, as revealed by Diversity Array Technology (DArT) markers. Mol Breeding, 33: Macko A. Grzebelus D DcMaster transposon display markers as a tool for diversity evaluation of carrot breeding materials and for hybrid seed purity testing. J Appl Genet, 49: Macko-Podgórni A. Iorizzo M. Smółka K. Simson PW. Grzebelus D Conversion of a Diversity Array Technology marker differentiating wild and cultivated carrots to a codominant Cleaved Amplified Polymorphic Site marker. Acta Biochim Pol, (zgłoszony do druku). Rong J. Xu S. Meirmans PG. Vrieling K Dissimilarity of contemporary and historical gene flow in a wild carrot (Daucus carota) metapopulation under contrasting levels of human disturbance: implications for risk assessment and management of transgene introgression. Ann Bot, 112: Simon PW. Rubatzky VE. Bassett MJ. Strandberg JO. White JM B7262, Purple carrot inbred. Hort Sci, 32: Yaakov B. Ceylan E. Domb K. Kashkush K Marker utility of miniature inverted-repeat transposable elements for wheat biodiversity and evolution. Theor Appl Genet, 124: Badania realizowane w ramach projektu nr. 2012/05/B/NZ9/03401 finansowanego go przez Narodowe Centrum Nauki. Adres do korespondencji: mgr inż. Gabriela Machaj Instytut Biologii i Biotechnologii Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie gabrielamachaj@gmail.com Opiekun naukowy dr hab. inż. Dariusz Grzebelus, prof. UR 115

116 116

117 Magdalena Malinowska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ANALYTICAL METHODS IN THE IDENTIFICATION OF TRITERPENES ISOLATED FROM BIRCH BARK Abstract. Birch is one of the most popular trees in our geographical region. Its resistance to difficult conditions and fast growth make it a perfect tree for our climate. The white-coloured birch bark contains high concentration of pentacyclic triterpenes. Due to the presence of triterpenes, birch bark is used for the treatment of skin diseases, infections and inflammations. The biological activity of the triterpenes is very diversified and many studies have already confirmed the following therapeutic effects: anti-inflammatory, antimicrobial, antiviral, antifungial, immunomodulatory, and hepatoprotective. The active compounds are obtained by the extraction of birch bark using various, mainly organic, solvents. The article presents methods for a lupeol, one of the extracted triterpene alcohol, identification. Obtained results show effective way of analyzing lupeol concentration and its purity in birch bark extracts. Key words: birch bark, extraction, triterpenes, lupeol, Thin Layer Chromatography, UV/VIS, IR, 1 H NMR 117

118 Magdalena Malinowska Introduction The white birch is widespread in the northern latitudes of the world, it represents an abundant and currently under-utilized natural resource, but the use of its bark is limited. It is only used as a low-value fuel source in solid wood product industries [Hytonen & Issakainen 2001]. On the other hand, birch bark contains high concentration of triterpenes pentacyclic compounds which are the products of plant metabolism (Fig. 1). The amount of triterpene compounds in dry extract of birch bark is up to 80% (m/m) [Abyshev et al. 2007]. H 3 C CH 2 H 3 C CH 2 H 3 C CH 2 H 3 C CH 3 H H CH3 CH 3 CH 3 CH 3 CH3 CH 3 H CH 3 OH CH 2 CH 3 CH 3 H CH 3 C O OH CH 3 CH 3 H CH 3 H C O OH HO H H 3 C CH 3 HO H H 3 C CH 3 HO H H 3 C CH 3 HO H H 3 C CH 3 lupeol betulin betulinic acid oleanolic acid Fig. 1. Structures of main triterpenes contained in birch bark There is a growing interest in natural triterpene compounds, due to their wide spectrum of biological activities. They have antioxidant [Wang et al. 2010], anticancer [Laszczyk 2009], antibacterial [Copp & Pearce 2007; Fontanay et al. 2008], antivirus [Gong et al. 2004], [Fotie et al. 2006] and hepatoprotective [Szuster-Ciesielska et al. 2011] activity. Triterpenes can be obtained from birch bark mainly by extraction [Qi-he et al. 2009]. Although the isolation and identification of various triterpenes from birch bark have been described by several studies [St-Pierre et al. 2003; Diouf et al. 2009]. Moreover, few quantification protocols have been described so far [Abyshew et al. 2007]. To date, some analytical methods have been reported on the analysis of the various bioactive ingredients in the birch bark, including betulin, betulinic acid, lupeol and oleanolic acid [Zhao et al. 2007]. The aim of this study was to develop a method for the simultaneous determination of lupeol, one of the main triterpene obtained from birch bark using Thin Layer Chromatography (TLC), UV, IR and 1 H NMR detection. 118

119 Analytical methods in the identification of triterpenes isolated from birch bark Material and methods The analysed samples were prepared by dissolving 1 mg of lupeol (Natchem s.c.) in 1 ml of dichloromethane (POCH S.A.). The purity of lupeol was determined using Thin Layer Chromatography (TLC) method. Before development, TLC plates (Polygram Sil G/UV 254, Macherey Nagel) were sprayed with 50% water solution of phosphoric acid (Chempur) with addition of 10% isopropanol solution of vanillin (Sigma Aldrich) (10:1 v/v). The mobile phase for TLC plate were composed of chloroform (Chempur) and ethyl acetate (POCH S.A.) (10:1 v/v). Triterpenes become visible after heating the plate in 100 C for 2-3 minutes. TLC plates were integrated with TLSee Demo program version 2.0. The melting point of crystalic lupeol was measured at room temperature by Stuart SMP10. UV/VIS spectrum was obtained using Macherey Nagel Nanocolor UV/VIS Spectrophotometer. The applied concentration of lupeol amounted to 2 mg/cm 3 ; methanol was used as a solvent and as a blank. The structure of lupeol was confirmed using apparatus Mercury- -VX 300 MHz, Varian. The samples were dissolved in CDCl 3. Moreover, IR spectrum has was measured for lupeol solution in chloroform. Results and discussion TLC plates gave a clear chromatogram showing pure lupeol with the retention time of No impurities have been observed after integration of the plate with TLSee Demo 2.0. (Fig. 2). Fig. 2. TLC plate integration using TLSee Demo

120 120 Magdalena Malinowska The melting point of lupeol was C and the absorbance maximum was 210 nm, which is compatible with the literature data [Jain & Bari 2010]. The structure of the triterpene was confirmed by 1 H NMR and IR spectrum. The results are presented in Table 1. Spectroscopic method UV max. absorption λ IR: (CHCl 3 ) 1 H NMR: (CDCl 3 ) Tab. 1. Spectroscopic data of lupeol Result data 210 nm 3311, 2943, 2872, 1638, 1452, 1467, 1189, 1043, 993, 746, 688 cm -1 δ4.68(s, 1H, H-29) δ4.56(s, 1H, H-27) δ2.36(m, 1H H-19) δ1.90(m, 1H, H-21) δ1.68(s, 3H, H-30) δ1.61(t, 1H, H-13) δ1.50(d, 1H, H-11) δ1.46(d, 1H, H-14) δ1.38(q, 1H, H-6) δ1.35(s, 1H, H-21) δ1.32(q, 1H, H-12) δ1.27(s, 1H, H-9) δ1.02(s, 1H, H-23) δ0.98(s, 3H, H-23) δ0.96(s, 3H, H-27) δ0.93(t, 1H, H-18) δ0.84(s, 3H, H-25) δ0.78(s, 3H, H-28) The IR spectrum shows very intensive broad band at 3311 cm -1 and less intense band at 1189 and 688 cm -1, which is characteristic for the O-H bond vibrations of hydroxyl group. Moreover, we can observe C-H vibrations of the unsaturated bond at 993 cm -1. The corresponding C=C vibrations were shown around 1638 cm -1 as low-intense band. The stretching and bending vibrations of methyl part were noticed by the intense band 2950 cm -1 and medium intense band at 1467 cm -1. The vibration of the methyl groups was shown by the bands at 2843 cm -1 and at 1452 cm -1. The moderately intense band at 746 cm -1 was attributed to the rocking movement of the methyl groups. The corresponding C-C vibration was shown as weak band at 1043 cm -1. In l H-NMR spectrum of lupeol H-29 and H-27 olefinic protons are showed as multiplets at δ 4.68 and δ 4.56, respectively. H-19 proton is showed at δ 2.36 as multiplet, H-21 proton appears also as multiplet at δ H-30 proton is visible at δ 1.68, H-13 proton is showed as triplet at δ H-11 and H-12 protons appear as dublets at δ 1.50 and δ 1.46 respectively. We can also see H-6 proton at δ 1.38 and H-12 proton at δ 1.32, both as multiplets. H-21, H-25 and H-28 protons are visible as singlets at δ 1.35, δ 0.84 and δ 0.78 respectively. Methyl protons also appear at δ 1.27, δ 1.02, δ 0.98, δ 0.96 and δ 0.93 (3H

121 Analytical methods in the identification of triterpenes isolated from birch bark each, s, CH 3 ). These assignments are compatible with the literature data for the structure of lupeol [Imam et al. 2007]. Conclusion TLC is an efficient method for determining triterpenes purity. Melting point and the maximum absorbance of the compounds are an additional information about their identity, but they have to be compared to the literature data. The structure of the triterpenes can be confirmed using IR and NMR spectroscopy. All of the applied analysis methods can be used to determine quantity and quality of triterpene compounds obtained from birch bark. Ackowledgements The research (work) was supported by the European Union through the European Social Fund within Cracow University of Technology development program top quality teaching for the prospective Polish engineers; University of the 21st century project (contract no. UDA-POKL /10-00). Bibliography Abyshev A. Z., Agaev E.M., Guseinov A.B Studies of the chemical composition of birch bark extracts (Cortex betula) from the Betulaceae family. Pharmaceutical Chemistry Journal, 41(8): Co M., Zettersten C., Nyholm L., Sjöberg P.J.R., Turner C Degradation effects in the extraction of antioxidants from birch bark using water at elevated temperature and pressure. Analytica Chimica Acta, 716: Copp B.R., Pearce A.N Natural product growth inhibitors of Mycobacterium tuberculosi. Natural Products Report, 24: Diouf P.N., Stevanovic T., Boutin Y The effect of extraction process on polyphenol content, triterpene composition and bioactivity of yellow birch (Betula alleghaniensis Britton) extracts. Industrial Crops and Products, 30: Fontanay S., Grare M., Mayer J., Finance Ch, Duval R.E Ursolic, oleanolic and betulinic acids: Antibacterial spectra and selectivity indexes. Journal of Ethnopharmacology, 120(2): Fotie J., Scott Bohle D., Leimanis L.M., Georges E., Rukunga G., Nkengfack A.E Lupeol Long-Chain Fatty Acid Esters with Antimalarial Activity from Holarrhena floribunda, Journal of Natural Products, 69(1):

122 Magdalena Malinowska Gong Y., Raj K.M., Luscombe C.A., Gadawski I., Tam T., Chu J., Gibson D., Carlson R., Sacks S.L The Synergistic Effects of Betulin with Acyclovir against herpes simplex viruses. Antiviral Research, 64(2): Hytonen J., Issakainen J Effect of repeated harvesting on biomass production and sprouting of Betula pubescens. Biomass and Bioenergy, 20: Laszczyk M.N Pentacyclic triterpenes of the lupane, oleanane and ursane group as tools in cancer therapy. Planta Medica, 75: Imam S., Azhar I., Hasan M.M., Ali M.S., Ahmed S.W Two triterpenes lupanone and lupeol isolated and identified from Tamarindus indica linn. Pakistan Journal of Pharmaceutical Sciences, 20: Jain P.S., Bari S.B Isolation of Lupeol, Stigmasterol and Campesterol from Petroleum Ether Extract of Woody Stem of Wrightia tinctoria. Asian Journal of plant Sciences, 9(3): Qi-he C., Ming-liang F., Jin L., Hai-feng Z., Guo-qing H., Hui R Optimization of ultrasonic-assisted extraction (UAE) of betulin from white birch bark using response surface methodology. Ultrasonics Sonochemistry, 16: St-Pierre F., Achim A., Stevanovic T Composition of ethanolic extracts of wood and bark from Acer saccharum and Betula alleghaniensis trees of different vigor classes. Industrial Crops & Products, 41: Szuster-Ciesielska A., Plewka K., Daniluk J., Kandefer-Szersze M Betulin and betulinic acid attenuate ethanol-induced liver stellate cell activation by inhibiting reactive oxygen species (ROS), cytokine (TNF-, TGF-) production and by influencing intracellular signaling, Toxicology, 280: Wang X., Ye X., Liu R., Chen H.L., Bai H., Liang X., Zhang X.D., Wang Z., Li W., Hai C.X Antioxidant activities of oleanolic acid in vitro: possible role of Nrf2 and MAP kinases, Chemico-Biological Interactions, 184: Zhao G., Yan W., Cao D Simultaneous determination of betulin and betulinic acid in white birch bark using RP HPLC. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 43: Adres do korespondencji: mgr inż. Magdalena Malinowska Institute of Organic Chemistry and Technology Chemical Technology and Engineering Department Cracow University of Technology Supervisors: dr inż. Elżbieta Sikora, prof. dr hab. inż. Jan Ogonowski 122

123 Ewa Muszyńska Barbara Piwowarczyk Anna Kołton Monika Czaja EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Effect of nitric oxide and hydrogen peroxide on seed germination and enzymes activity in Avena fatua seedlings under cadmium stress Abstrakt. The aim of this study was (1) to evaluate the exogenous NO and H 2 O 2 application on the Avena fatua seed germination, and (2) to determine the effect of examined compounds on the activity of antioxidant enzymes performing protective functions under cadmium stress. Although the treatment of A. fatua seeds with SNP (a donor NO) and H 2 O 2 did not influence significantly on their germination, the multiple increase in the catalase and peroxidase activity after 48h and 72h were observed. In contrast, the activity of superoxide dismutase decreased about half after this time in comparison to activity determined after 24 h. Key words: NO, SNP, H 2 O 2, CAT, POD, SOD, seed germination, cadmium ions 123

124 Ewa Muszyńska, Barbara Piwowarczyk, Anna Kołton, Monika Czaja INTRODUCTION Nitric oxide (NO) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) as molecules of high biological activity are involved in the regulation of a number of metabolic processes. These molecules influence on dormancy and seeds germination [Gniazdowska and Bogatek 2007, Barba-Espin et al. 2010]. Both, NO and H 2 O 2 play also an important role in the response of plants to abiotic stress. They have many positive functions at low concentrations. In turn, their high concentration observed during a sudden production of reactive oxygen species (ROS) results in a number of cell damages [Krasuska et al. 2011, Olko and Kujawska 2011, Shi et al. 2012]. Numerous of various stressors, including heavy metal ions, lead to rapid production and accumulation of ROS in the cells [Karuppanapandian et al. 2011]. Plants, in the response to emerging oxidative stress, trigger a series of metabolic reactions that prevent the negative effects caused by increased levels of ROS. One of the protection mechanisms is intensified activity of antioxidant enzymes such as catalase (CAT), peroxidase (POD) and superoxide dismutase (SOD). For this reason, the aim of this study was to evaluate germination capacity and to analyze antioxidant enzymes activity in germinating seeds of Avena fatua treated with NO and H 2 O 2 under cadmium stress. MATERIAL AND METHODS Certified seeds of common wild oat (Avena fatua) from Polan company were used as the experimental material. Seeds were soaked for 24 hours in distilled water (control), solution of sodium nitroprusside (SNP, NO donor) at a concentration of 20 mm or solution of hydrogen peroxide at a concentration of 0.2 mm. Then, 25 seeds from each treatment were sown in Petri dishes lined with two layers of filter paper moistened with 5 ml of (1) distilled water (control), (2) 50 M cadmium chloride (described as Cd1) or (3) 500 μm cadmium chloride (Cd2). The experiment was conducted in six replicates per treatment. After 24, 48 and 72 h antioxidant enzymes activity was determined in seeds and young seedlings. Catalase activity (CAT) was analyzed according to the Bartosz methods (2006). The decomposition of H2O2 by CAT was followed by the decline in absorbance at 240 nm. Peroxidase activity (POD) was determined using the Lück methods (1962) by measuring 124

125 Effect of nitric oxide and hydrogen peroxide on seed germination and enzymes activity... the amount of the oxidation products of p-phenylenediamine (ppd) in the presence of H2O2. Spectrophotometric measurement of absorbance was performed at 485 nm. The activity of superoxide dismutase (SOD) was quantified by measuring the inhibition in the photochemical reduction of nitroblue tetrazolium. One enzyme unit (U) was defined as the amount of enzyme required to cause 50% inhibition of the rate of nitroblue tetrazolium reduction measured at 560 nm (Hwang et al. 1999). Multi-ways analysis of variance (ANOVA) test was used for all data to evaluate statistical validity of the results and means were compared according to the Fisher s test at a= RESULTS AND DISCUSSION Heavy metals, with their negative impact on a number of metabolic processes occurring in plants, are particularly noteworthy groups of pollutants in the environment. Numerous studies have shown that metal ions affect plant growth and development including decrease of seed viability and reduction of seed germination [Peralta et al. 2001, Izmaiłow and Biskup 2003]. Simultaneously, some experiments proved stimulating and protective effects of NO and H2O2 on seed germination [Krasuska et al. 2011]. Kopyra and Gwóźdź [2003] have shown lower sensitivity of Lupinus luteus seeds and seedlings treated with NO to the presence of zinc and cadmium ions. For this reason, in presented study substances stimulating seed germination under cadmium stress were used. However, cadmium chloride at a concentration of 500μM (Cd2) reduced seed germination regardless of pre-sawing treatments (Table 1). Oat caryopsis germinated in the range from 26.6 to 44%. Tab. 1. Germination of A. fatua seeds treated with H2O2 and SNP under cadmium stress. Seed germination [%] Substratum H 2 O 24h treatment H 2 O 2 SNP H 2 O 41,4 b* 44,0 b 34,3 ab Cd1 40,8 b 43,6 b 37,0 ab Cd2 28,7 a 27,5 a 26,6 a * different letters indicate statistically significant differences at a=

126 Ewa Muszyńska, Barbara Piwowarczyk, Anna Kołton, Monika Czaja Evaluation of activity of antioxidant enzymes Susceptibility of plants to environmental stresses are associated with their antioxidative ability. A major protective mechanism against oxidative stress includes enzymes such as SOD, POD and CAT, that catalyze conversion and decomposition of free radicals [Hwang et al. 1999]. In presented experiment, antioxidant enzyme activity measurements indicated significant increase in CAT activity after 24 h treatment with H2O2 solution, and decrease in seeds treated with SNP solution in relation to the control (seeds soaked in water) (Fig. 1). A similar relationship was observed after 48 h of germination. Treatment of H2O2 caused significant increase and SNP-treatment slight decrease of CAT activity in tested material. Significant increase of CAT activity was also noted in caryopses not treated with chemicals and germinating on Cd2 after 48 h. Whereas, after 72 h material treated before sowing with H2O2 and SNP had lower CAT activity during germination in the presence of Cd ions and higher in the control in comparison to seedlings of seeds soaked in water (Fig. 1). Fig. 1. The activity of catalase in A. fatua caryopses treated before sowing with H2O2 and SNP (different letters indicate statistically significant differences at a= 0.05 for each time of analysis). 24-hour treatment of oat seeds with solutions of the tested compounds had no significant effect on the activity of POD. In turn, POD activity was the highest in caryopses treated with H2O2 and the lowest in ones soaked in SNP after 48 h. Cd stress caused a significant increase of the enzyme activity in material untreated chemically and the decrease in material treated with H2O2 and NO before sowing 126

127 Effect of nitric oxide and hydrogen peroxide on seed germination and enzymes activity... (Fig. 2). While, after 72 h activity of POD increased significantly in material from H2O2 treatment and decreased in one from SNP treatment under Cd2 stress. Fig. 2. Peroxidase activity in the A. fatua caryopses treated before sowing with H2O2 and SNP (different letters indicate statistically significant differences at a= 0.05 for each time of analysis). Similarly to POD activity, chemical treatment did not exert a significant influence on the activity of SOD in 24 h (Fig. 3). However, after 48 hours caryopses soaked with H2O2 and SNP had significantly higher SOD activity as compared to control, especially during germination on Cd2. In turn, after 72 h inverse relationship was observed - SOD activity in these caryopses clearly decreased, with the exception of caryopses treated with H2O2 on Cd2 (Fig. 3). Fig. 3. The activity of superoxide dismutase of the caryopses A. fatua treated before sowing H2O2 and SNP (different letters indicate statistically significant differences at a = 0.05 for each time of analysis). 127

128 Ewa Muszyńska, Barbara Piwowarczyk, Anna Kołton, Monika Czaja Enzyme activity measurements of A. fatua showed that presowing treatment of the caryopses with NO solution in most cases decreases the most the activity of CAT, POD and SOD compared to other treatments. The role of this compound is mainly based on the ability to maintain the oxidation-reduction balance and regulation of harmful ROS concentration. NO rapidly captures superoxide radicals generated under stress, making proxynitrile ion that does not have toxic effects [Grzegorzewska et al. 2009, Lin et al. 2012, Gill et al. 2013]. This may be the reason for not intensified activity of antioxidant enzymes in this experiment. On the other hand, treatment of oat seed with H2O2 stimulated enzyme activity what can indicate on the dual role of this compound in the plant response to stress factors. Firstly, the accumulation of H2O2 in plants, due to the high reactivity of this molecule contributesto the damage caused by elevated ROS presence [Olko and Kujawska 2011]. On the other hand, it leads to metabolic adaptations to the currently prevailing conditions, that in our studies was displayed by an increase antioxidant enzyme activities in oats seeds germinating under cadmium stress. CONCLUSIONS Exogenous treatment of A. fatua seeds with NO and H2O2 did not affect significantly their germination in the presence of cadmium ions. However, it contributed to the subsequent changes in the antioxidant enzymes activity. Our experiment showed that although the impact of the two molecules on the activity of CAT, POD, SOD was diverse, both NO and H2O2 are involved in alleviating the negative effects caused by cadmium stress. This work was supported by Department of Botany and Plant Physiology, University of Agriculture in Krakow, DS 3500/WO/2013. REFERENCES Barba-Espin G., Diaz-Vivancos P., Clemente-Moreno M.J., Albacete A., Faize L., Faize M Interaction between hydrogen peroxide and plant hormones during germination and the early growth of pea seedlings. Plant, Cell and Environment, 33:

129 Effect of nitric oxide and hydrogen peroxide on seed germination and enzymes activity... Bartosz G Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. (in Polish) Gill S.S, Hasanuzzaman M., Nahar K., Macovei A., Tuteja N Importance of nitric oxide in cadmium stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 63: Gniazdowska A., Bogatek R. Regulacyjna rola tlenku azotu w kiełkowaniu nasion. Postępy Biologii Komórki, 34 (3): (in Polish) Grzegorzewska W., Jaworski K., Szmidt-Jaworska A Rola tlenku azotu w odpowiedzi roślin na stres abiotyczny. Postępy Biologii Komórki, 36 (4): (in Polish) Hwang S-Y., Lin H-W., Chern R-H., Lo H-F., Li L Reduced susceptibility to waterlogging together with high-light stress is related to increases in superoxide dismutase and catalase activities in sweet potato. Plant Growth Regulation, 27: Izmaiłow R., Biskup A Reproduction of Echium vulgare L. (Boraginaceae) at contaminated sites. Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica, 45: Karuppanapandian T., Moon J.-C., Kim C., Manoharan K., Kim W Reactive oxygen species in plants: their generation, signal transduction, and scavenging mechanisms. Australian Journal of Crop Science, 5(6): Kopyra M., Gwóźdź E Nitric oxide stimulates seed germination and counteracts the inhibitory effect of heavy metals and salinity on root growth of Lupinus luteus. Plant Physiology and Biochemistry. 41: Krasuska U., Gniazdowska A., Bogatek R Rola ROS w fizjologii nasion. Kosmos, 60 (1-2): (in Polish) Lin Y., Liu Z., Shi Q.,Wang X., Wei M., Yang F Exogenous nitric oxide (NO) increased antioxidant capacity of cucumber hypocotyl and radicle under salt stress. Scientia Horticulturae, 142: Lück H Methoden der enzymatischen Analyse, Weinheim; Verlag Chemie GmbH. Olko A., Kujawska M Podwójna rola H2O2 w odpowiedzi roślin na działanie warunków stresowych. Kosmos, 60 (1-2): Peralta J. R., Gardea-Torresdey J. L., Tiemann K. J., Gomez E., Arteaga S., Rascon S., Parsons J. G Uptake and effects of five heavy metals on seed germination and plant growth in alfalfa (Medicago sativa L.). Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 66: Shi H.T., Li R.J., Cai W., Liu W., Fu Z.W., Lu Y.T In vivo role of nitric oxide in plant response to abiotic and biotic stress. Plant Signal. Behav. 7:

130 Ewa Muszyńska, Barbara Piwowarczyk, Anna Kołton, Monika Czaja AUTHORS M. Sc. Ewa Muszyńska, Ph. D. Barbara Piwowarczyk, Ph. D. Anna Kolton Institute of Plant Biology and Biotechnology Department of Botany and Plant Physiology Faculty of Horticulture University of Agriculture in Krakow Al. 29 Listopada 54, Krakow Supervisor: D. Sc. Ewa Hanus-Fajerska M. Sc. Monika Czaja Department of Dendrology and Landscape Architecture Faculty of Horticulture University of Agriculture in Krakow Al. 29 Listopada 54, Krakow Supervisor: D. Sc. Piotr Muras 130

131 Adriana Nowicka-Połeć Katarzyna Kałużny Anna Magdalena Ambroszczyk EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW PREPARATÓW EMFARMA i LIGNOHUMAT NA PLONOWANIE I SKŁAD CHEMICZNY NASION I LIŚCI BOBU (VICIA FABA VAR. MAJOR) W OPÓŹNIONEJ UPRAWIE POLOWEJ THE INFLUENECE OF PREPARATIONS EMFARMA AND LIGNOHUMAT ON YIELDING AND CHEMICAL COMPOSITION OF SEEDS AND BROAD BEAN (VICIA FABA VAR. MAJOR) LEAVES IN DELAYED FIELD CULTIVATION Streszczenie. Bób jest wartościową rośliną strączkową i cennym źródłem odżywczego białka. Zgodnie z zaleceniami bób wysiewa się w marcu, ale możliwa jest uprawa opóźniona. Doświadczenie polowe założono w Warzywniczej Stacji Doświadczalnej w Krakowie-Mydlnikach w maju 2013 roku. W trakcie wegetacji, rośliny bobu odmiany Top Bob podlewano dwukrotnie, odpowiednio 30 i 60 dni po wysadzeniu 0,02% roztworem preparatu LI- GNOhumat i 3% roztworem preparatu EM Farma. LIGNOhumat zawiera 90% związków huminowych. EM Farma to kompozycja pożytecznych naturalnych mikroorganizmów. Wykazano, że LIGNOhumat stosowany dwukrotnie zwiększył istotnie plon handlowy oraz zawartość skrobi w nasionach bobu. Pojedyncza aplikacja obu preparatów miała lepszy wpływ niż podwójna na zawartość chlorofilu a, chlorofilu b i karotenoidów w liściach. Słowa kluczowe: bobowate, Fabaceae, efektywne mikroorganizmy, substancje huminowe Abstract. Broad bean is a grain legume and source of valuable protein. Broad bean is sown commonly in march but delayed cultivation is also possible. The study was conducted in May 2013 at the experimental station of the University of Agriculture in Mydlniki, Krakow. Broad bean Top Bob was used. During vegetation period plants were treated two times, after 30 and 60 days with 0,02% solution of LIGNOhumat and 3% solution of EM Farma TM. LIGNOhumat contains up to 90 % humic acid particles. EM 131

132 Adriana Nowicka-Połeć, Katarzyna Kałużny, Anna Magdalena Ambroszczyk Farma TM contains mixed culture of beneficial microorganisms. It was stated that LIGNOhumat applied twice increased significant marketable yield and content of starch in broad bean seeds. Single application of both preparation gave better results than double on contents of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids in leaves. Key words: Leguminosae, Fabaceae, Effective Microorganisms, humic acid Wstęp Bób (Vicia faba L.) jest rośliną strączkową, należącą do rodziny bobowatych (Fabaceae). Zielone nasiona, zbierane w fazie niepełnej dojrzałości są cennym źródłem wartościowego białka, węglowodanów, błonnika, minerałów oraz witamin [Duc 1997]. Rośliny bobu mają niewielkie wymagania klimatyczne i tolerują spadki temperatury, dlatego termin siewu bobu przypada w Polsce na koniec marca. Podejmowane są również próby uprawy opóźnionej, aby wydłużyć dostępność bobu na rynku warzyw świeżych. Uprawa opóźniona jest niestety silnie skorelowana z występowaniem niekorzystnych warunków atmosferycznych (wysoka temperatura) i obniżeniem plonu nawet o 50% [Czerwińska-Nowak 2010]. Użyty w badaniach preparat LIGNOhumat jest zarejestrowany w Polsce jako środek polepszający właściwości gleby. Zawiera ultraczysty koncentrat nawozu huminowego z dodatkiem mikroelementów w postaci chelatów. Preparat EM Farma to bogata kompozycja pożytecznych, naturalnych mikroorganizmów: bakterii kwasu mlekowego, bakterii fotosyntetyzujących, drożdży, promieniowców i grzybów fermentujących, wzbogacona o mikroelementy [Źródło internetowe: Celem przeprowadzonego doświadczenia było zbadanie wpływu preparatów: LIGNOhumat oraz EM Farma, zastosowanych jednorazowo i dwukrotnie na wielkość i jakość plonu roślin bobu w uprawie opóźnionej. Materiał i metody Jednoczynnikowe doświadczenie polowe założono w maju 2013 roku w Warzywniczej Stacji Doświadczalnej w Mydlnikach koło Krakowa, 132

133 Wpływ preparatów emfarma i lignohumat na plonowanie i skład chemiczny nasion... metodą losowanych bloków w trzech powtórzeniach z wykorzystaniem wczesnej odmiany bobu Top Bob firmy Floraland. Badanym czynnikiem doświadczenia był sposób traktowania roślin: odpowiednio jedno- i dwukrotne podlewanie roślin bobu preparatami: LIGNOhumat oraz EM Farma. Kontrolę stanowiły rośliny uprawiane bez aplikacji preparatów. Wysiewu nasion wprost do gruntu dokonano w trzeciej dekadzie maja, w rozstawie cm. Doświadczenie obejmowało 5 obiektów x 3 powtórzenia po 10 roślin. Preparat LI- GNOhumat w stężeniu 0,02% oraz preparat EM Farma w stężeniu 3% aplikowano doglebowo jedno- i dwukrotnie: odpowiednio 30 i 60 dni po wysiewie nasion do gleby. Jednorazowe zbiory przeprowadzono w pierwszej dekadzie sierpnia. Po zbiorze zmierzono plon strąków i plon nasion, wyznaczając plon handlowy i plon poza wyborem, nienadający się do handlu (rozporządzenie komisji WE nr 150/2007). Przeprowadzone analizy laboratoryjne obejmowały: wyznaczenie zawartości suchej masy [metoda suszarkowo-wagowa w temp. 70 C], skrobi i cukrów rozpuszczalnych w nasionach metodą antronową [Yem i Wills 1954] oraz barwników: chlorofilu a, chlorofilu b i karotenoidów [metoda Lichtenthaler a i Wellburn a 1983] w liściach, zebranych z roślin tuż po zbiorze nasion (próba reprezentacyjna z całej rośliny, ze wszystkich powtórzeń). Analizę statystyczną wyników wykonano z użyciem programu Statistica 10.0 PL. Przeprowadzono jednoczynnikową analizę wariancji, a grupy jednorodne przeanalizowano testem Fishera na poziomie istotności p = 0,05. Wyniki i dyskusja Plon strąków i nasion różnił się statystycznie w poszczególnych obiektach doświadczenia (tab. 1). Najniższy plon strąków uzyskano z roślin kontrolnych (0,61 kg m -2 ), najwyższy natomiast z roślin podlanych jednokrotnie preparatem EM Farma (0,93 kg m -2 ). Najwyższy plon ogólny nasion uzyskano z roślin podlanych dwukrotnie LIGNOhumatem (0,23 kg m -2 ) i był on wyższy o 43,75% w porównaniu do kontroli (0,16 kg m -2 ). W przypadku preparatu LIGNOhumat zaobserwowano tendencję do zwiększania plonu wraz ze wzrostem liczby aplikacji, w przypadku preparatu EM Farma wykazano natomiast tendencję odwrotną. Podobne zależności zaobserwowano w plonie handlowym 133

134 134 Adriana Nowicka-Połeć, Katarzyna Kałużny, Anna Magdalena Ambroszczyk nasion bobu, gdzie rośliny dwukrotnie podlewane LIGNOhumatem wykształciły aż o 50% wyższy plon w stosunku do roślin kontrolnych. Ponadto wykazano, że najlepszy jakościowo plon uzyskano z roślin poddanych działaniu preparatu LIGNOhumat podawanego dwukrotnie, notując bardzo niski plon nasion poza wyborem (0,01 kg m -2 ). Najwyższy plon niehandlowy zanotowano u roślin podlewanych EM Farma ( średnio 0,035 kg m -2 ). Najkorzystniejszą strukturę plonu ogólnego (tab. 1) uzyskano z roślin podlanych jednokrotnie preparatem LIGNOhumat (95% plon handlowy i 5% plon poza wyborem). Tab. 1. Plonowanie bobu [kg m -2 ] w zależności od aplikacji preparatów Obiekt Plon strąków [kg m -2 ] Plon ogólny [kg m -2 ] Plon handlowy [kg m -2 ] Plon poza wyborem [kg m -2 ] Struktura plonu ogólnego [%] Plon Plon handlowy poza wyborem Kontrola 0,61 a 0,16 a 0,14 a 0,02 a 87,5 12,5 EM FARMA I podlewanie EM FARMA II podlewania LIGNOhumat I podlewanie LIGNOhumat II podlewania 0,93 c 0,21 bc 0,17 ab 0,04 b 80,95 19,05 0,79 bc 0,18 ab 0,15 ab 0,03 ab 83,33 16,67 0,70 ab 0,20 abc 0,19 bc 0,01 a 95,00 5,00 0,80 bc 0,23 c 0,21 c 0,01 a 91,30 8,70 Średnie w poszczególnych kolumnach oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie przy poziomie p<0,05 (test NIR Fishera) Korzystny wpływ preparatu LIGNOhumat zaobserwowali również Matysiak i in. [2010], którzy stwierdzili, że substancje huminowe i kwasy fulwowe wpływają korzystnie na ph gleby, zwiększanie pojemności buforowej, a także zapobiegają wypłukiwaniu składników pokarmowych, pozwalając na ich lepszą przyswajalność, co umożliwia uzyskanie wyższego plonu. Pozytywny wpływ preparatu EM Farma na plon strąków, który nie został potwierdzony w plonie nasion oraz wysoki plon niehandlowy jak sugerują Martyniuk i Księżak [2011], mogą być spowodowane kontrowersyjną efektywnością i jakością preparatów. W swoim doświadczeniu nie wykazali oni istotnego

135 Wpływ preparatów emfarma i lignohumat na plonowanie i skład chemiczny nasion... wpływu biopreparatów opartych na efektywnych mikroorganizmach na plonowanie kukurydzy. Przeprowadzone analizy laboratoryjne nasion bobu wykazały istotne statystycznie różnice w zawartości suchej masy, cukrów rozpuszczalnych i skrobi (tab. 2). Najwyższą zawartość suchej masy oznaczono w nasionach roślin bobu, podlewanych jednokrotnie preparatem LIGNOhumat (29,78% św.m.) w porównaniu do kontroli 29,55% św.m. Najniższą zawartość suchej masy zaobserwowano w nasionach roślin podlewanych dwukrotnie preparatem EM Farma 24,73% św.m. Zwiększenie liczby aplikacji preparatów wpływało negatywnie na zawartość suchej masy. Tab. 2. Średnia zawartość suchej masy, cukrów rozpuszczalnych i skrobi w nasionach bobu [% św.m.] Obiekt Średnia zawartość suchej masy [% ś.m.] Średnia zawartość cukrów rozpuszczalnych [% ś.m.] Średnia zawartość skrobi [% ś.m.] Kontrola 29,55 bc 3,21 a 4,67 a EM FARMA I podlewanie 26,50 ab 4,13 bc 7,08 bc EM FARMA II podlewania 24,73 a 4,27 c 4,60 a LIGNOhumat I podlewanie 29,78 c 4,13 bc 6,14 ab LIGNOhumat II podlewania 27,18 abc 3,98 b 8,47 c Średnie w poszczególnych kolumnach oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie przy poziomie p<0,05 (test NIR Fishera) Zauważono również korzystny wpływ stosowania obydwu preparatów na zawartość cukrów rozpuszczalnych w nasionach bobu w porównaniu do kontroli. Różnice między obiektami a kontrolą pod względem zawartości cukrów były istotne. Rośliny podlane dwukrotnie LIGNOhumat i jednokrotnie EM Farma zawierały najwięcej skrobi, odpowiednio 8,47 i 7,08% św.m. Zbliżone wyniki uzyskał Dobrzański [2008], który stosując podobny preparat (Humiplant - kwasy huminowe + fulwowe) w uprawie marchwi wykazał, że nie wpływał on na zawartość suchej masy, ale powodował wzrost zawartości cukrów w korzeniach. W doświadczeniu Nowickiej-Połeć i in. [2013], podwójna 135

136 136 Adriana Nowicka-Połeć, Katarzyna Kałużny, Anna Magdalena Ambroszczyk aplikacja preparatu LIGNOhumat obniżyła średnią zawartość suchej masy, a największą zawartość cukrów i skrobi uzyskano w nasionach bobu roślin kontrolnych. Wykazano również istotne statystycznie różnice w zawartości barwników w liściach roślin bobu (tab. 3). Zaobserwowano niższy poziom badanych barwników fotosyntetycznie czynnych w liściach roślin dwukrotnie podlewanych badanymi preparatami. Prawidłowość tę odnotowano również badając stosunek chlorofilu a do chlorofilu b. Jednakże zastosowanie w uprawie LIGNOhumatu i EM Farmy wpłynęło korzystnie na stosunek chlorofilu a do chlorofilu b w liściach bobu w porównaniu do liści z roślin kontrolnych. Korzystny wpływ EM Farmy na zawartość barwników w liściach roślin bobu nie został potwierdzony przez Kowalską i Remlein-Starostę [2013], które w dwuletnim doświadczeniu nie stwierdziły znacznego wpływu zabiegów z użyciem efektywnych mikroorganizmów na zawartość chlorofilu a i b w liściach roślin truskawek. W badaniach Wierzbickiej i Hallman [2013] zastosowanie efektywnych mikroorganizmów wpłynęło istotnie na zwiększenie zawartości karotenoidów ogółem i luteiny w bulwach ziemniaka. Matysiak i in. [2010] w uprawie rzepaku, po zastosowaniu preparatu Humiplant, nie wykazali istotnych różnic w zawartości chlorofilu, podobnie Nowicka-Połeć i in. [2013] we wcześniejszym doświadczeniu, gdzie zwiększenie ilości oprysków LIGNOhumatem obniżyło zawartość barwników fotosyntetycznych w liściach. Tab. 3. Średnia zawartość chlorofilu a, chlorofilu b, karotenoidów [mg100g - 1 św.m] oraz stosunek chlorofilu a do chlorofilu b w liściach roślin bobu Średnia zawartość Średnia zawar- Średnia zawar- Stosu- Obiekt chlorofilu a tość chlorofilu tość karotenonek [mg 100g- b [mg 100g- idów [mg 100g- chl a:chl -1św.m.] -1św.m.] -1św.m.] b Kontrola 1,16 ab 0,45 bc 0,32 a 2,61 a EM FARMA I podlewanie 1,59 d 0,49 c 0,41 b 3,22 c EM FARMA II podlewania 1,23 bc 0,40 ab 0,32 a 3,11 c LIGNOhumat I podlewanie 1,38 c 0,44 bc 0,39 b 3,12 c LIGNOhumat II podlewania 1,02 a 0,35 a 0,29 a 2,88 b

137 Wpływ preparatów emfarma i lignohumat na plonowanie i skład chemiczny nasion... Średnie w poszczególnych kolumnach oznaczone tą samą literą nie różnią się istotnie przy poziomie p<0,05 (test NIR Fishera) Wnioski Dwukrotne zastosowanie preparatu LIGNOhumat miało pozytywny wpływ na plon ogólny świeżych nasion 0,23 kg m -2 w porównaniu do kontroli 0,16 kg m -2. Zwiększenie ilości aplikacji poszczególnymi preparatami wpłynęło negatywnie na zawartość wszystkich badanych barwników w liściach bobu. Stwierdzono również korzystny wpływ stosowania obydwu preparatów na zawartość cukrów rozpuszczalnych w nasionach bobu. Bibliografia Czerwińska-Nowak A Bób od wiosny do jesieni. Plantpress Warszawa. Warzywa 4: Dobrzański A., Anyszka Z., Elkner K Response of carrots to application of natural extracts from seaweed (Sargassum Sp.)-Algaminoplant and from leonardite - Humiplant. J. Res. Appl. Agric. Engng. 53: Duc G Faba bean( Vicia faba L.). Field Crops Res. 53: Kowalska J., Remlein-Starosta D Zastosowanie efektywnych mikroorganizmów (EM) w uprawie truskawki. Zagadnienia doradztwa rolniczego. Poznań. 3: Lichtenthaler H.K., Wellburn A.R Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents. Biochem. Soc. Trans. 603: Martyniuk S., Księżak J Ocena pseudomikrobiologicznych biopreparatów stosowanych w uprawie roślin. Polish Journal of Agronomy. 6: Matysiak K., Kaczmarek S., Kierzek R., Kardasz P Ocena działania ekstraktów z alg morskich oraz mieszaniny kwasów huminowych i fulwowych na kiełkowanie i początkowy wzrost rzepaku ozimego (Brassica napus L.). J. Res. Appl. Agric. Engng. 55: Nowicka-Połeć A., Kałużny K., Ambroszczyk A.M., Szumlańska M Wpływ preparatu LIGNOhumat na cechy biometryczne roślin i jakość nasion bobu (Vicia faba var. major) w doświadczeniu wazonowym. Prace naukowe 2. Ster II-Strategia-Taktyka-Ekonomia-Rozwój. Instytut 137

138 Adriana Nowicka-Połeć, Katarzyna Kałużny, Anna Magdalena Ambroszczyk Ekonomiczno-Przyrodniczy MarGo. Karpacz Wierzbicka A., Hallmann E Zawartość karotenoidów w bulwach ziemniaka uprawianego systemem ekologicznym. J. Res. Appl. Agric. Engng. 58: Yemm E.W., Wills A.J The estimation of carbohydrates in plant extracts by anthrone. Biochem. J. 57: Źródło internetowe: Adres do korespondencji: mgr inż. Adriana Nowicka-Połeć dr inż. Anna Magdalena Ambroszczyk Katedra Roślin Warzywnych i Zielarskich Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Al. 29 Listopada 54, Kraków Opiekun naukowy: dr hab. Edward Kunicki, prof. UR 138

139 Beata Ochał Jan Błaszczyk EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW PREPARATÓW ORGANICZNO- MINERALNYCH NA PLONOWANIE I JAKOŚĆ JABŁEK ODMIANY LIGOL INFLUENCE OF DIFFERENT ORGANIC-MINERAL FERTILIZERS ON TOTAL YIELD AND QUALITY OF LIGOL APPLE Streszczenie. Badania prowadzono w roku 2013 na jabłkach odmiany Ligol zbieranychz drzew rosnących na podkładce M.9, które pochodziły z prywatnego sadu zlokalizowanego w Olszanie koło Łącka. Celem badań było porównanie skuteczności dwóch preparatów organiczno-mineralnych, stosowanych w celu poprawienie jakości owoców. W badaniach wykorzystano preparaty dystrybuowane przez firmę Arysta LifeScience Polska takie jak: Goëmar BM 86 (3,0 dm 3 ha -1 ) oraz Biozyme (0,25 dm 3 ha -1, 0,5 dm 3 ha -1, 1,0 dm 3 ha -1 ). Preparaty stosowano trzykrotnie, wykonując opryskiwanie drzew: w fazie zielonego pąka, w pełni kwitnienia oraz pod koniec kwitnienia. Po zbiorze oceniono następujące parametry: plon handlowy, masę i średnicę owoców, jędrność miąższu oraz zawartość ekstraktu. Na podstawie uzyskanych wyników nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic w przypadku jędrności miąższu oraz średnicy owoców. Natomiast najwyższy plon oraz największą zawartość ekstraktu uzyskano po zastosowaniu preparatu Biozyme 1,0 dm 3 ha -1. Słowa kluczowe: jabłka, biopreparaty, jędrność miąższu, ekstrakt, plon handlowy Abstract. The experiment was carried out in the 2013 year in the orchard located in Olszana near Łącko on apple Ligol cultivar. Trees were grafted on M.9 rootstock. The aim of this research was to compare of efficiency two organic-mineral fertilizers which were used to improve quality of fruit. Goëmar BM 86 (3.0 dm 3 ha -1 ) and Biozyme (0.25 dm 3 ha -1, 0.5 dm 3 ha -1 and 1.0 dm 3 ha -1 ) were used in this study. These products were distributed by Arysta LifeScience Poland firm. Trees were sprayed three times: during green bud stage, at the full bloom and ending at the full bloom. After ha- 139

140 Beata Ochał, Jan Błaszczyk rvest the following parameters were determined: total yield, mean weight and diameter of fruit, flesh firmness and soluble solid content. No statistically significant differences were found for flesh firmness and diameter of fruit. However, the highest: soluble solid content and total yield of fruit were obtained for apple treated with Biozyme 1.0 dm 3 ha -1. Key words: apple, biofertilizer, flesh firmness, soluble solid content, total yield WSTĘP Wysokie wymagania konsumentów i duża konkurencja na rynku owoców zmuszają producentów do dostarczania produktów wysokiej jakości [Tomala i in. 2006] W związku z tym w produkcji sadowniczej powszechnie stosuje się preparaty poprawiające jakość owoców. W ostatnich latach, wraz z rozwojem rolnictwa ekologicznego, wzrosło zainteresowanie preparatami pochodzenia naturalnego, które są przyjazne bądź neutralne dla środowiska. Obecnie w sadownictwie popularnie stosowane są ekstrakty z alg takich jak: Ascophyllum nodusum, Ecklonia maxima, czy niektóre gatunki z rodzaju Laminaria o właściwościach stymulujących wzrost i rozwój roślin [Howard 2006]. Preparaty te zawierają poliaminy [Biasi i in. 1988, Norie i Keathley 2006], fitohormony oraz makro- i mikroelementy [Tay i in. 1987, Lapin 2008]. Związki te poprawiają efektywność zapłodnienia i zawiązywania zawiązków przyczyniając się do zwiększenia plonu [Broquedis i in. 1995, Kloareg i in. 1996]. Przedstawicielem tej grupy biopreparatów jest obecny na polskim rynku Goëmar BM 86. Badania wykazały pozytywny wpływ tego środka na wielkość owoców [Wrona i Misiura 2008], poprawę jędrności miąższu, zawartość ekstraktu i lepsze wybarwienie owoców [Szwonek 2003]. Liczne doświadczenie potwierdziły pozytywny wpływ preparatu Goëmar BM 86 na jakość jabłek [Wrona i Misiura 2008, Błaszczyk i Gąstoł 2009, Marjańska Cichoń i Sapieha Waszkiewicz 2012], gruszek [Błaszczyk 2008], truskawek [Masny i in. 2004] oraz winorośli [Norrie i in. 2002; Norie i Keathley 2006]. W uprawach warzyw pozytywny wpływ na jakość i wielkość plonu wykazano po zastosowaniu preparatu Biozyme [Manna i in. 2012, Ramteke i Shirgave 2012, Manna i in. 2013, Ramteke i in. 2013]. 140

141 Wpływ preparatów organiczno-mineralnych na plonowanie i jakość jabłek odmiany ligol Celem prowadzonych badań było porównanie wpływu preparatu Goëmar BM 86 i stosowanego w różnych stężeniach preparatu Biozyme na plonowanie i jakość jabłek odmiany Ligol. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie przeprowadzono w roku 2013 w prywatnym sadzie zlokalizowanym w Olszanie koło Łącka. Sad założony był na glebie gliniastej klasy III b. Przedmiotem badań były 10-letnie jabłonie odmiany Ligol szczepione na podkładce M.9. Doświadczenie składało się z 5 kombinacji, a każda kombinacja z 4 powtórzeń. Powtórzenie stanowiło 7 drzew o wyrównanej sile wzrostu. W ocenie uwzględniano jedynie pięć drzew z każdego powtórzenia (nie oceniano drzew rosnących na początku i na końcu poletka). W czasie trwania doświadczenia drzewa opryskiwano następującymi preparatami: Goëmar BM 86 o stężeniu 3,0 dm 3 ha -1 oraz Biozyme w trzech stężeniach - 0,25 dm 3 ha -1, 0,5 dm 3 ha -1, 1,0 dm 3 ha -1. Kontrolę stanowiły drzewa opryskiwane wodą. Dawka cieczy roboczej wynosiła 500 dm 3 ha -1. Preparaty stosowano trzykrotnie wykonując opryskiwanie drzew: w fazie zielonego pąka, w pełni kwitnienia oraz pod koniec kwitnienia. Goëmar BM 86 i Biozyme należą do grupy dolistnych preparatów organiczno-mineralnych. Goëmar BM 86 jest preparatem opartym na bazie ekstraktu z alg A. nodusum zawierającym makro- i mikroelementy (4% N, 4,8% Mg, 2% B, 0,02% Mo), który stymuluje kwitnienie, poprawia efektywność zapłodnienia i zawiązywania zawiązków, zwiększa szybkość podziałów komórkowych wpływając tym samym na wielkość owoców [Arysta Lifescience 2006]. Biozyme jest preparatem organicznym, którego 75% składu stanowią ekstrakty z wyciągów roślinnych. Po zbiorze oceniono takie parametry jak: plon handlowy, masę i średnicę owoców, jędrność miąższu oraz zawartość ekstraktu. W celu zarejestrowania plonu handlowego skalibrowano owoce, a następnie zsumowano masę jabłek o średnicy powyżej 66 mm. Wartość plonu podano w kg drzewo -1. Średnią masę owoców [g] oszacowano na podstawie stosunku plonu z drzewa do liczby owoców. W ocenie plonu handlowego oraz średniej masy jabłek pod uwagę brano jedynie owoce z trzech najbardziej wyrównanych drzew w każdym powtórzeniu. 141

142 Beata Ochał, Jan Błaszczyk Średnicę owoców [mm] oszacowano porównując po 25 owoców w każdym powtórzeniu. Jędrność miąższu [N] oznaczono jędrnościomierzem Instron 500, pomiaru dokonano na 25 owocach z każdego powtórzenia. Zawartość ekstraktu [%] oznaczono w soku z jabłek za pomocą refraktometru Atago PR-101. Uzyskane wyniki opracowano statystycznie w programie STA- TISTICA 10 metodą analizy wariancji z zastosowaniem testu NIR Fishera przy poziomie istotności α = 0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Zastosowanie biopreparatów wpłynęło korzystnie na zwiększenie plonu handlowego (tab. 1). U drzew traktowanych preparatem Biozyme o stężeniu 1,0 dm 3 ha -1 odnotowano plonowanie wyższe nawet o 42,2% w stosunku do kontroli. Potwierdzają to wyniki uzyskane wcześniej przez Wronę i Misiurę [2008], Błaszczyka i Gąstoła [2009] oraz Marjańską Cichoń i Sapiehę Waszkiewicz [2012], którzy również stosowali preparaty na bazie wyciągów z alg. Analizując średnią masę owoców wykazano istotny wpływ zastosowanych preparatów na jej wzrost (tab. 1). Podobne wyniki otrzymali: dla jabłek odmiany Šampion [Wrona i Misiura 2008], [Błaszczyk i Gąstoł 2009], dla jabłek odmiany Šampion, Elise i Novamac [Marjańska Cichoń i Sapieha Waszkiewicz 2012], a także dla gruszek odmiany Konferencja opryskiwanych preparatem Goëmar BM 86 oraz Fruton [Błaszczyk 2008]. Z kolei oceniając średnicę owoców nie wykazano wpływu zastosowanych preparatów na wielkość jabłek (tab. 1). Natomiast wyniki uzyskane przez Szwonka [2003], Tomalę i in. [2006] oraz Basaka [2008] wskazują dodatni wpływ preparatu Goëmar BM 86 na wartość tej cechy. Wzrost średnicy owoców odnotowano również u gruszek odmiany Konferencja [Błaszczyk 2008]. Opryskiwanie drzew biopreparatami nie miało wpływu na jędrność miąższu owoców (tab. 1). Natomiast Błaszczyk i Gąstoł [2009] wykazali, że traktowanie preparatem Goëmar BM 86 ma korzystny wpływ na ten parametr jakościowy. Rozpatrując oddziaływanie biopreparatów na zawartość ekstraktu w owocach stwierdzono, że ich wpływ zależał zarówno od rodzaju preparatu, jak również w przypadku preparatu Biozyme, od zastosowanego stężenia (tab. 1). Szczególnie istotny wzrost zawar- 142

143 Wpływ preparatów organiczno-mineralnych na plonowanie i jakość jabłek odmiany ligol tości ekstraktu w jabłkach odnotowano u owoców traktowanych preparatem Biozyme o stężeniach 0,25 dm 3 ha -1 oraz 1,0 dm 3 ha -1, gdzie wzrost wynosił odpowiednio 2,6% oraz 3,5% w stosunku do kontroli. Wyniki licznych badań przedstawiają jednak różny efekt działania biopreparatów na wartość omawianej cechy w jabłkach [Wrona i Misiura 2008, Błaszczyk i Gąstoł 2009, Marjańska Cichoń i Sapieha Waszkiewicz 2012], gruszkach [Błaszczyk 2008], truskawkach [Marjańska Cichoń i Sapieha Waszkiewicz 2011], malinach [Krok i Wieniarska 2008] oraz winogronach [Colapietra i Alexander 2006]. Tab. 1. Wpływ różnych preparatów na wielkość plonu, średnią masę i średnicę owoców, jędrność miąższu oraz zawartość ekstraktu jabłek odmiany Ligol. Kombinacja Kontrola Biozyme 0.25 Biozyme 0.5 Biozyme 1.0 Goëmar BM 86 Plon handlowy [kg drzewo -1 ] 21,54 a* 26,32 bc 23,13 ab 30,63 d 26,88 c Średnia masa owocu [g] 126 a 149 b 148 b 144 b 153 b Średnica owocu [mm] 69,88 a 70,23 a 71,15 a 70,90 a 71,79 a Jędrność miąższu [N] 64,7 a 63,8 a 64,2 a 65,1 a 64,3 a Ekstrakt [%] 11,4 a 11,7 bc 11,2 a 11,8 c 11,5 ab * średnie oznaczone tymi samymi literami w kolumnach nie różnią się istotnie przy poziomie istotności α = 0,05. WNIOSKI Stosowanie nawozów organiczno-mineralnych miało korzystny wpływ na wielkość plonu handlowego oraz średnią masę owoców. Najwyższy plon handlowy oraz najwyższą zawartość ekstraktu w jabłkach odnotowano po zastosowaniu preparatu Biozyme o stężeniu 1.0 dm 3 ha -1. Zastosowanie biopreparatów Goëmar BM 86 oraz Biozyme w podanych stężeniach nie miało wpływu na średnicę owoców i jędrność miąższu. Na ogół wykazano pozytywny wpływ zastosowanych nawozów organiczno-mineralnych na plonowanie oraz wybrane cechy jakościowe owoców. Najlepsze rezultaty osiągnięto opryskując drzewa biopreparatem Biozyme o stężeniu 1,0 dm 3 ha

144 BIBLIOGRAFIA 144 Beata Ochał, Jan Błaszczyk Arysta Lifescience Ochrona roślin sadowniczych Basak A Effect of preharvest treatment with seaweed products, Kelpak and Goëmar BM 86, on fruit quality in apple. Int. J. Fruit Sci. 8 (1 2): Biasi R., Bagni N., Costa G Endogenous polyamines in apple and their relationship to fruit set and growth. Physiologia Plantarum. 73: Błaszczyk J Quality of Conference pears as affected by Goëmar BM 86 and Fructon. Bioregulators in modern agriculture. Sadowski A. (Ed.) Fruit Crops. Editorial House Wieś Jutra, Ldt., Warsaw: Błaszczyk J., Gąstoł M Quality and storage properties of Šampion apples as affected by different biofertilizers. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. 536: Broquedis M., Lespy-Labaylette P., Bourand J Effect of cryocrashed seaweed cream sprays on the composition of polyamines in vine flower bunches at flowering. Phytom. 474: Colapietra M., Alexander A Effect of foliar fertilization on yield and quality of table grapes. Acta Hortic. 721: Howard J A natural partner: Using biostimulants in increase your yield. TurfNews [TPI] 30 (2): Kloareg B., Broquedis M., Joubert J.M Fruit development. Elicioter effects of biostimulants. Arboriculture Fruitiere 498: Krok K., Wieniarska J Effect of Goëmar BM 86 application on development and quality of primocane raspberry fruits. p In: Monographs Series: Biostimulators in Modern Agriculture, Fruit Crops (A. Sadowski, ed.). Wieś Jutra, Warszawa, 106 pp. Lapin R Preparaty zawierające wyciągi z glonów morskich w nowoczesnej produkcji sadowniczej. s W: 4. Międzynarodowe Targi Agrotechniki Sadowniczej. Warszawa, , 190 ss. Manna D., Sarkar A., Maity T. K Impact of Biozyme on growth, yield and quality of chilli [Capsicum annuum L.]. Journal of Crop and Weed. 8 (1): Manna D., Sarkar A., Maity T. K Influence of Biozyme on growth, yield, and quality of onion (Allium cepa L.) cv. Sukhsagar. The Bioscan. 8(4): Marjańska-Cichoń B., Sapieha-Waszkiewicz A Efekty stosowania kilku biostymulatorów w uprawie truskawki odmiany Salut. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 51 (2): Marjańska Cichoń B., Sapieha Waszkiewicz A Wpływ preparatu Goëmar BM 86 na plonowanie trzech odmian jabłoni i wybrane cechy

145 Wpływ preparatów organiczno-mineralnych na plonowanie i jakość jabłek odmiany ligol jakościowe jabłek. Postępy w ochronie roślin. 52 (4): , ISSN Masny A., Basak A., Żurawicz E Effects of foliar applications of Kelpak SL and Goëmar BM 86 preparations on yield and fruit quality in two strawberry cultivars. J. Fruit Ornam. Plant Res. 12: Norrie J., Branson T., Keathley P.E Marine plant extracts impact on grape yield and quality. Acta Hort. 594: Norrie J., Keathley J.P Benefits of Ascophyllum nodusum marineplant extract application to Thompson Seedless grape production. Acta Hort. (ISHS) 727: Ramteke, A.A., Shirgave, P.D Study the effect of common fertilizers on plant growth parameters of some vegetable plants. J. Natur. Prod. and Plant Res. 2 (2): Ramteke, A.A., Narwade, M.L., Gurav, A.B., Chavan, S.P., Wandre, A.G Study of germination effect of fertilizers like urea NPK and biozyme on some vegetable plants. Der Chemica Sinica. 4 (3): Szwonek E Goëmar BM 86. Wyciąg nawozowy z alg morskich. Owoce, Warzywa, Kwiaty. 7: 18. Tay S.A.B., Palni L.M.S., McLeod J.K Identification of cytokinin glucosides in a seaweed extracts. J. Plant Growth Regulation 5 (3): Tomala K., Andziak E., Badowski P., Szczepaniak M Jakość jabłek z punktu widzenia sadownika i konsumenta. s W: Materiały 44. Ogólnopolskiej Konferencji Sadowniczej. ISiK, Skierniewice, , 103 ss. Wrona D., Misiura M Effect of Goëmar BM 86 on yield and quality of Šampion apples. Bioregulators in modern agriculture. Sadowski A. (Ed.) Fruit Crops. Editorial House Wieś Jutra, Ldt., Warsaw: Adres do korespondencji: mgr Beata Ochał Katedra Sadownictwa i Pszczelnictwa Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie beata.ochal@interia.pl Opiekun naukowy: dr hab. inż. Jan Błaszczyk 145

146 146

147 Agnieszka Ilczuk 1 Petelewicz Paweł 2 Katarzyna Jagiełło-Kubiec 3 EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Effect of Beta-Chikol on acclimatization to ex vitro conditions of common ninebark (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) Red Baron Abstract. Common ninebark is a decorative deciduous shrub often planted in the public and private green areas. Nurserymen reproduce it by softwood or semi lignified stem cuttings, but also more effective propagation methods are used, such as micropropagation. Plants growing in vitro adapt to the specific conditions prevailing in the glass, i.e. low light intensity and high relative air humidity. Therefore, during acclimatization to the greenhouse conditions, they are exposed to biotic and abiotic stresses. Stresses can be alleviated by the use of Beta-Chikol, a biostimulant having chitosan in its composition. Foliar application of this biostimulant at a concentration of 0.25% had a positive impact on the growth and development of ninebark plants ex vitro. However, there was a significant reduction in the level of chlorophyll a, b, a+b, carotenoids and RWC in their leaf blades. Key words: biostimulant, chitosan, chlorophyll, carotenoids, in vitro, stress 147

148 Introduction Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł, Katarzyna Jagiełło-Kubiec In recent years a growing number of ornamental trees and shrubs are propagated in vitro, including cultivars of common ninebark (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.). Conventional methods of propagation are not very efficient, therefore nurserymen decide to purchase material from the in vitro production. However, at the stage of plant acclimation to the ex vitro conditions, important losses occur due to the low survival rate of regenerants compared to the high production costs [Ilczuk et al. 2013]. Adaptation of plants to modified environmental conditions is the most difficult stage of micropropagation. After leaving the sterile conditions microcuttings are exposed to acclimatization stress resulting from a small amount of epicuticular waxes emerged on the leaves and poorly developed cuticle, malfunctioning stomata and an insufficient photosynthesis rate [Hazarika 2006, Mišalová et al. 2009]. These abnormalities can lead to physiological disorders, especially in transpiration, which is the main cause of low surviving percentage of microcuttings after their transfer to the ex vitro conditions [Ziv 1995]. One of the methods to counteract the stressors may be the use of biostimulants. In the available literature there are only a few reports on the efficacy of biostimulants during the acclimatization of plants to the in vivo conditions. One of them may be chitosan (poly-d-glucosamine) obtained from the exoskeletons of marine crustaceans. Dissolved in a mixture of lactic acid and succinic acids at a concentration of 20 g dm -3, this is the active substance of Beta-Chikol provided by Poli-farm (formerly Biochikol 020 PC), which is positively affecting the overall condition of the plants and supporting their natural immunity [Jacygrad and Pacholczak 2010] also preventing fungal diseases [Wojdyła 2004]. The aim of this study was to determine the effect of Beta-Chikol preparation on acclimatization of common ninebark (Physocarpus opulifolius (L.) Maxim.) Red Baron to ex vitro conditions. Also changes in morphological, physiological and biochemical parameters that occurred in acclimatized plants were investigated. 148

149 Effect of beta-chikol on acclimatization to ex vitro conditions of common ninebark... Materials and methods Plant material and culture conditions Plant material was obtained from established Physocarpus opulifolius Red Baron in vitro cultures propagated on MS medium [Murashige and Skoog 1962] with 1 mg dm -3 BA and 0.1 mg dm -3 NAA. Microshoots (2 cm length) were rooted on MS medium supplemented with 2 mg dm -3 NAA. After 3 months of culture the rooted plants were taken for further analysis. All media were supplemented with 30 g dm -3 sorbitol, solidified with 8 g dm -3 Bacto-Agar. Before autoclaving ph was adjusted to 5.8. Decontamination was performed for 20 min in an autoclave at 121 C under an overpressure of 0.1 MPa. The culture was conducted in a growth chamber at 24 C with a 16-hour day provided by light with a quantum irradiance of 24 µmol m -2 s -1. Plant acclimatization Rooted plants were taken out from the containers and the agar medium was removed by thoroughly rinsing the root system in distilled water. Plants were potted into P9 containers filled with sterile substrate composed of peat mixed with perlite in the ratio 2:1. Afterwards plants were sprayed with Proplant 722 SL at concentration 0.1%, and then with Beta-Chikol at the following concentrations: 0.25%, 0.5%, 1%, 2% (three treatments at weekly intervals). Control plants were sprayed with fungicide and distilled water. Plants were putted into plastic, transparent boxes covered with glass and placed for 2 months in a growth chamber at 24 C with a 16-hour day provided by light with a quantum irradiance of 24 µmol m -2 s -1. After this time they were removed from the boxes and transferred to the greenhouse at 24/17 C with a quantum irradiance of 180 µmol m -2 s -1. Six months after potting percentage of plants acclimatized to ex vitro conditions, the height and number of internodes were examined. Each treatment consisted of 36 plants (12 in single repetition; 3 repetitions were provided). For control and plants treated with 0.25% solution of Beta-Chikol the leaf area measurements were executed using the AREA METER AM100 planimeter provided by ADC Bioscientific LTD. The relative water content (RWC) determination was performed according to Barrs [1968], dry weight of leaves by the method of Strzelecka et al. [1982] and chlorophyll a, b, a+b and total carotenoids contents were 149

150 Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł, Katarzyna Jagiełło-Kubiec measured using spectrophotometric method according to Lichtenthaler and Welburn [1983]. Plant material for analysis were leaves located between 2 and 4 node, starting from the top of the shoot. Statistical analysis The results were statistically analyzed in IBM SPSS Statistics 21, using one- factorial analysis of variance. Means given as a percentage were transformed according to Bliss. For means comparison Duncan s test was used at significance level α = 0.05 [Wójcik and Landański 1989]. Results Beta-Chikol significantly affected acclimatization of Physocarpus opulifolius Red Baron plants to ex vitro conditions (tab 1). One hundred percent survival was obtained in treatment with 0.25% solution of biostimulant. With the increase of the concentration of Beta-Chikol a number of plants acclimated decreased. Foliar application of 1% and 2% solution of biostimulant resulted in only 60% acclimatized individuals, but this value was about 10% higher comparing to the control (tab 1). Tab. 1. Effect of Beta-Chikol on survival, height, number of internodes and of Physocarpus opulifolius Red Baron plants under in vivo conditions. 150 Treatment Acclimatized plants (%)* Height (cm) Number of internodes / plant Control 50.0 a ** 20.6 ab ** 13.8 a ** 0.25% d 19.5ab 14.0 a 0.5% 80.6 c 24.5 c 24.5 b 1% 61.1 b 23.5 c 13.6 a 2% 61.1 b 21.9 c 13.0 a * 100% = 36 plants ** Means followed by the same letter do not differ significantly at α = A significant effect of 0.5-2% concentration of Beta-Chikol on plant height has been demonstrated (tab. 1). Shoots from these treatments were on the average 23 cm high, significantly higher than control plants and those treated with the lowest biostimulant con-

151 Effect of beta-chikol on acclimatization to ex vitro conditions of common ninebark... centration. Significantly more internodes (tab. 1) were produced by plants treated with 0.5% Beta-Chikol solution (tab. 1). There was no significant impact of Beta-Chikol in concentration 0.25% on the leaf surface (tab. 2) nor the dry matter content (tab. 2). Plants treated with the biostimulant had a lower water content than control plants. Relative to control plants there was a significant decrease in chlorophyll a, b, a+b and total carotenoids contents in leaves of acclimatized common ninebark Red Baron plants after 0.25% Beta-Chikol treatment (tab. 2). Tab. 2. Effect of Beta-Chikol on physiological parameters and photosynthetic pigments contents in Physocarpusopulifolius Red Baron plants. Treatment Photosynthetic pigments (mg g -1 Dry f.m.) Leaf blade matter RWC Chlo- surface (g Chloro- (%) Chlorophyll a phyll noids ro- Carote- (mm 2 ) d.m. g -1 phylla- f.m.) +b b Control a * 86.7 b * 0.3 a * 14.0 b * 4.7 b * 21.2 b * 16.2 b * 0.25% Beta- Chikol a 84.3 a 0.3 a 12.3 a 3.8 a 16.6 a 14.6 a * Means followed by the same letter do not differ significantly at α = Discussion Adaptation to the ex vitro conditions is the last and also the most difficult stage of the in vitro propagation of woody plants. Changes in the environmental conditions involve a strong acclimation stress. Therefore, at this stage of propagation use of biostimulants may be very helpful [Ertani et al. 2013]. Ilczuk et al. [2012] showed that a foliar application of Beta-Chikol at concentration 0.1% on Begonia rex Fairy resulted in acclimatization of 100% plants to ex vitro. However, there was no effect of the biostimulant on the height of the plants. Similar results were observed in common ninebark Red Baron, except that the plants sprayed with 0.5% Beta-Chikol were characterized by intense shoot growth. It can be assumed that biostimulants contributed to the development of the root ball, a better nutrient uptake and hence more intense elongation. Jacygrad and Pacholczak [2010] on Physocarpus opulifolius Diabolo 151

152 152 Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł, Katarzyna Jagiełło-Kubiec showed that foliar application of Beta-Chikol could replace a treatment with Rhizopon AA, a commercial rooting powder containing IBA. Durability of plant leaves transferred to ex vitro conditions depends on the species and intensity of stressors. Some species shed leaves in a few days after moving to in vivo [Fabberi et al. 1986]. This effect was not observed in common ninebark Red Baron. Under in vivo conditions plants produced new leaves but leaves from in vitro conditions increased their size. It can be assumed that biostimulants contributed to reduction of transpiration and caused an increase in epidermal resistance to adverse growth conditions. The study did not show clear differences in water management in studied plants. Relative water content indicator (RWC) in tissues was within the range of 84-86%. Less saturated with water were leaves of plants treated with Beta-Chikol. The observed changes in the intensity of physiological parameters under study may be the result of both: stress and recovery mechanisms [Starck 2002]. During dehydration, modifications in the structure of proteins and lipids and high accumulation of ions in both: the vacuole and in the cytoplasm can occur. Water stress causes denaturation of proteins located in the membrane, therefore the membrane permeability is increased, causing uncontrolled leakage of electrolytes, especially potassium ions [Starck et al. 1995]. According to Ertani et al. [2013] biostimulants are increasing the efficiency of the photosynthetic apparatus and the intensity of photosynthesis. Studies conducted by Jacygrad and Pacholczak [2010] on Physocarpus opulifolius Dart s Gold plants indicated that after applying 2% solution of Biochikol 020PC (Beta-Chikol), content of chlorophyll a+b tripled. This experiment demonstrated a reduction in photosynthetic pigments in common ninebark Red Baron plants treated with Beta-Chikol. In turn, Jacygrad and Pacholczak [2010] proved that Biochikol 020PC (Beta-Chikol) used during the rooting of common ninebark Dart s Gold and Diabolo cuttings, increased levels of chlorophyll, polyphenol and free amino acids. Conclusions Beta-Chikol at 0,25% concentration positively affected acclimatization of Physocarpus opulifolius Red Baron. Foliar application of Beta-Chikol decreased contents of photosynthetic pigments and RWC in leaves.

153 Effect of beta-chikol on acclimatization to ex vitro conditions of common ninebark... Bibliography Barrs H.D Determination of water deficits in plant tissues. In: (Eds.) Kozłowski T. Water Deficits and Plant Growth. Vol. I: Development, Control and Measurement. Academic Press. New York, 394: Ertani A., Nardi S., Altissimo A Review: Long-term research activity on the biostimulant properties of natural orgin compounds. Proceedings of the First World Congress on the Use of Biostimulants in Agriculture. In: Saa Silva S., Brown P., Ponchet M. (Eds.) ActaHorticulturae 1009: Fabberi A. Sutter E. Dunston S.K Anatomical changes in persistent leaves of tissue cultured strawberry plants after removal from culture. ScientiaHorticulturae, 28: Hazarika B.N Morpho-physiological disorders in in vitro culture of plants. ScientiaHorticulturae, 108 (2): Ilczuk A. Jacygrad E. Jagiełło-Kubiec K. Pacholczak A Rozmnażaniein vitroroślindrzewiastych perspektywy i problemy [In vitro propagation of woody plants perspectives and problems] In: Conf. Mat.: Skutnik E. Rabiza-Świder J. (Eds.) Ogrodnictwo ozdobne sektorem gospodarki narodowej [Ornamentalhorticulture as a sector in the nationaleconomy], , Warszawa, (in Polish) Ilczuk A. Jagiełło-Kubiec K. Jacygrad E. Świtlaga P Effect of biostimulants: AlgaminoPlant and Biochikol 020 PC on acclimatization of microplantlets of Begonia rexputz. Fairy to ex vitro conditions. 1st World Congress on the use of Biostimulants in Agriculture, New Ag International, , Strasbourg, France: 28 Jacygrad E. Pacholczak A Effect of biopreparations Amino Total and Biochikol 020 PC on rhizogenesis in stem cuttings of Physocarpusopulifolius Dart s Gold and Diabolo. Annals of Warsaw University of Life Sciences SGGW Horticulture and Landscape Architecture 31: Lichtenthaler H.K. Welburn A.R Determinations of total carotenoids and chlorophylls a and b leaf extracts in different solvents. Biochemical Society Transaction, 603: Mišalová A. Ďurkovič J. Mamonova M. Prwitzer T. Langeyelova A. Hladka D. Lux A Changes in leaf organisation, photosynthetic performance and wood formation during ex vitro acclimatisation of black mulberry (Morusnigra L.). Plant Biology, 11 (5): Murashige T.Skoog F A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. PhysiologiaPlantarum, 15: Starck Z Mechanizmyintegracjiprocesówfotosyntezy i dystrybucjibiomasy w niekorzystnychwarunkachśrodowiska [Integration 153

154 Agnieszka Ilczuk, Petelewicz Paweł, Katarzyna Jagiełło-Kubiec mechanisms of photosynthesis and biomass distribution in adverse environmental conditions]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 481: (in Polish) Starck Z.Chołuj D. Niemyska B Fizjologiczne reakcje roślin na niekorzystne czynniki środowiska [Physiologicalresponses of plants to adverseenvironmentalfactors]. Wydawnictwo SGGW-AR, Warszawa: (in Polish) Strzelecka H. Kamińska J. Walewska E Chemiczne metody badania roślinnych surowców leczniczych [Chemicalmethods for the study of medicinal plant raw materials]. PZWL, Warszawa: (in Polish) Wojdyła A.T Chitosan (biochikol 020 PC) in the control of some ornamental foliage diseases. Communications in Agricultural and Applied Biological Sciences 69(4): Wójcik A.R.Landański Z Planowanie i wnioskowaniestatystyczne w doświadczalnictwie [Statistical planning and concluding in experimentalworks]. PWN, Warszawa: 130. (in Polish) Ziv M In vitro acclimatization. In: (Eds.) Aitken-Christie J.Kozai T. Smith M.L. Automation and environmental control in plant tissue culture. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht: Adres do korespondencji: Dr inż. Agnieszka Ilczuk Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences, agnieszka_ilczuk@sggw.pl Mgr inż. Paweł Petelewicz Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences paweł_petelewicz@sggw.pl, petelewicz@gmail.com Mgr inż. Katarzyna Jagiełło-Kubiec Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences katarzyna_jagiello_kubiec@sggw.pl, jagiello.kubiec@gmail.com Faculty of Horticulture, Biotechnology and Landscape Architecture Department of Ornamental Plants ul. Nowoursynowska 166, Warszawa Research supervisor: prof. dr hab. inż. Aleksandra Łukaszewska

155 Julia Rochala Diana Anna Musiał Ewa Skutnik Agata Jędrzejuk EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN SENESCENCE IN CUT COSMOS BIPINNATUS FLOWERS: WATER RELATIONS AND MEMBRANE PERMEABILITY Abstract. Petal senescence is a process which marks the final stage of flower life. Cosmos bipinnatus is a popular garden annual plant, which may also be used as cut flower in floral compositions. Longevity of cut cosmos Sonata Carmine in water was 3.5 days. The preservative composed of 8-HQC and 2% sucrose increased longevity to 6 days, and a similar effect was obtained in the solution of nanosilver with 2% sucrose 5.5 days, while Chrysal Professional 2 shortened longevity to 3.2 days. The permeability of cells changed with age what was demonstrated by an increase of ion leakage and changes in membrane properties as indicated by a higher ph of the cell sap and its higher electrical conductivity. The solutions 8-HQC with 2% sucrose and nanosilver with 2% sucrose decreased electrical conductivity relative to H 2 O, but did not affect the sap ph. Chrysal Prof.2 had no effect on membrane parameters, however it delayed a decrease in the relative water content in florets. Key words: longevity, cell sap ph, electrical conductivity, relative water content 155

156 Julia Rochala, Diana Anna Musiał, Ewa Skutnik, Agata Jędrzejuk 4 Introduction Senescence is a culmination of development for plant organs such as leaves, flower or fruits. In flowers it is a complex metabolic process under strict control by developmental and environmental signals. Visible as wilting and fading of floral organs, senescence is proceeded and accompanied by the extensive degradation of nucleic acids, proteins and membrane components. Petal senescence is a distinct factor affecting flower vase life, which is an important determinant of the quality of cut flowers, decisive not only for distributors but also consumers [Rubinstein 2000, van Doorn and Woltering 2008]. Increased membrane permeability is a characteristic attribute of senescing plant tissues [Simon 1974]. The physiological consequences of physical and chemicals changes in the membrane lipids include modifications in the membrane permeability, loss of membrane bound enzymatic activity and enhanced efflux of cellular constituents such as vacuolar pigments and sugars [Mazliak 1981]. Water potential of cut flowers declines with time and the same is true for water uptake and water conductivity in the flower stem. The decline in water conductivity is one of the main reasons for impaired water balance. Relative water content (RWC) represents a useful indicator of the state of plant water balance [Halevy 1976, Gonzalez and Gonzalez-Vilar, 2001]. The aim of study was to cheeked effect of post-harvest treatments of selected aspects of senescence of cut florets Cosmos bipinnathus. Material and methods Plants of Cosmos bipinnatus Sonata Carmine were grown in the fields of Department of Ornamental Plants of the Warsaw University of Life Sciences. The stems were harvested at the same stage of development, i.e. open flowers with no visible mechanical defects or symptoms of disease or insect pests and were immediately transferred to laboratory and trimmed to 40 cm. Shoots were placed in distilled water, the standard preservative composed of 200 mg dm -3 8-hydroxyquinoline citrate and 2% sucrose (8-HQC+2% S), the 5 mg dm -3 solution of nanosilver with 2% sucrose (Ag+2% S) and the commercial preservative Chrysal Professional 2 (product of Chrysal International). There were 90 shoots in each treatment, individually tagged and treated as individual 156

157 Senescence in cut cosmos bipinnatus flowers: water relations and membrane permeability replications. The experiments were conducted at 18 20ºC and a 12 h photoperiod, provided by luminescence light with a quantum irradiance of 25 µmol m -2 s -1. The relative air humidity was maintained at 60%. Ray florets from each treatment and terms when samples were collected were used to define the changes in membrane properties. From ligulate flowers picked from capitulum 10 discs of 10 mm diameter were taken and hydrated by floating and shaking on deionized water (10 ml) for 24 h. Electrical conductivity (EC) and the ph of cell sap were determined by the methods described by Whitlow et al. [1992] using the Microcomputer ph/conductivity meter CPC-551. To describe relative water content (RWC) ray florets were weighed (W) then the samples were immediately hydrated by floating on deionized water in a closed Petri dish to full turgidity for 24 h under normal room light and temperature. After hydration the samples were taken out of water, drained on a paper tissue and immediately weighed to obtain fully turgid weight (TW). Next they were dried at 105ºC for 24h and weighed to determine dry weight (DW). RWC was calculated as: RWC (%) = [(W-DW) / (TW-DW)] x 100 [Barrs and Weatherly 1962]. All results were statistically analyzed by ANOVA 2 by SPSS Statistics 21, followed by means separation using the Duncan s test at α=0.05. Results and discussion Field production of specialty cut flowers is increasing due to consumer and florist interest in new plants. Cut flower growers are always interested in new sizes, shapes and colors of flowers. C. bipinnatus is a very popular garden annual plant in Europe, but because of its beautiful flowers, this species may also provide cut flowers for floral compositions. It is used as such in the United States; the European flower market still lacks suitable cosmos cultivars and methods allowing to control their postharvest quality. This creates a broad opportunity for the European growers and breeders of ornamental plants. The results presented here provide an insight into postharvest physiology of this species. Positive influence of 8-HQC+2%S was observed on longevity of cut C. bipinnatus Sensation [Redman et al. 2002]. Longevity of cut 157

158 158 Julia Rochala, Diana Anna Musiał, Ewa Skutnik, Agata Jędrzejuk 4 C. bipinnatus Sonata Carmine used in this experiment depended on a treatment (Tab. 1). Vase life of flowers held in water was 3.6 days. The preservative 8-HQC+2%S increased longevity to 6 days, and a similar effect was obtained in stems kept in the solution of Ag+2%S 5.5 days, while Chrysal Professional 2 reduced vase life to 3.2 days. The latest result is not surprising as this preservative is not a flower food : it contains little sugar and is used by wholesalers and retailers to support flower life in a market supply chain. Tab. 1. Effect of different postharvest solutions on longevity of cut C. bipinnatus. Treatment Longevity (days): H 2 O (control) 3.6 a* 8-HQC+2% S** 6.1 b Ag+2% S** 5.5 b Chrysal Prof a * Means followed by the same letter do not differ significantly at α=0.05 ** Solution contains sucrose Membrane integrity is a prerequisite for enhanced flower longevity. Membrane condition can be evaluated by measuring parameters relating to the properties of cell sap such as ph and electrical conductivity [Shahri et al. 2011]. During senescence, chemical changes occur in the cells of petals. The flower color change is generally associated with a steady increase in the ph of cell sap [Borochov et al. 1976]. Tab. 2. Effect of treatments on changes in ph of cell sap in florets of C. bipinnatus. Treatment ph of cell sap on day: Mean for treatment H 2 O (control) 5.9 e* 5.4 c 6.4 g 5.9 c 8-HQC+2% S** 6.1 ef 5.0 b 6.0 ef 5.7 b Ag+2% S** 5.6 d 6.1 ef 6.4 g 6.0 d Chrysal Prof d 4.5 a 6.0 ef 5.4 a Mean for date 5.9 b 5.3 a 6.2 c * Means followed by the same letter do not differ significantly at α=0.05 ** Solution contains sucrose

159 Senescence in cut cosmos bipinnatus flowers: water relations and membrane permeability Generally, the ph of cell sap in cosmos increased during senescence (Tab. 2). The lowest mean ph was in senescing florets on stems kept in Chrysal Prof. 2. Durkin et al. [1991] showed that increase in ph of cell sap, the evolution of complex molecule hydrolysis (evaluated in terms of the increase in osmolarity of cell sap) and the increase in ionized forms (measured by the increased conductivity of cell sap) were all considerably slowed in cut roses kept in a preservative solution. A typical increase in membrane permeability as measured by the electrical conductivity of cell sap was observed in the control cosmos florets, where its value doubled on the 6 th day of vase life. Similar situation was observed after Chrysal Prof. 2 application. In senescing cosmos florets held in the solution 8-HQC+2%S EC was the highest (Tab. 3) what is an unexpected result in view of the longevity extension by the above preservative. The preservative containing silver significantly limited the increase in EC. A mechanism of action of both preservatives on cosmos cut flowers remains therefore to be elucidated. Tab. 3. Effect of treatments on changes in electrical conductivity of cell sap in florets of C. bipinnatus. Treatment Electrical conductivity of cell sap [m Mean for treatment H 2 O (control) 12.8 c* 13.1 c 25.7 e 17.1 c 8-HQC+2% S** 9.0 b 8.0 ab 30.0 f 15.7 b Ag+2% S** 8.0 ab 9.1 b 22.7 d 13.3 a Chrysal Prof a 13.4 c 26.5 e 15.5 b Mean for date 9.1 a 10.9 b 26.2 c * Means followed by the same letter do not differ significantly at α=0.05 ** Solution contains sucrose During water deprivation the RWC in the plants declines in stressed plants and cutting flowers is one of the important kind of stress which they have to cope with. Edrisi et al. [2012] suggested that the water potential relationships of the carnation petals change with age, resulting in a lower water holding capacity of the petals. After 6 days of vase life in the control cosmos florets on the stems held in water, the RWC level dropped by more than one third. All pre- 159

160 Julia Rochala, Diana Anna Musiał, Ewa Skutnik, Agata Jędrzejuk 4 servatives helped to keep the water content in petals on higher level relative to control (Tab. 4). Tab. 4. Effect of treatments on changes in RWC of florets of C. bipinnatus. Treatment RWC [%] on day: Mean for treatment H 2 O (control) 75 ef* 79 f 21 a 58 ab 8-HQC+2% S** 64 cd 81 f 36 b 60 ab Ag+2% S** 58 c 66 cd 39 b 54 a Chrysal Prof cd 81 f 45 b 64 c Mean for date b 77 c 35 a * Means followed by the same letter do not differ significantly at α=0.05 ** Solution contains sucrose Conclusions Treating cosmos cut flowers with solutions containing sucrose and antibacterial compounds extended the longevity by day. During flower senescence the values of the cell sap parameters increased while the tissue hydration decreased. Generally, no direct relationship was observed between cell sap parameters or RWC and the effects of preservatives on cosmos longevity. Referencesc Barrs, H. D. Weatherley P. E A re-examination of the relative turgidity technique for estimating water cleficits in leaves. Australian Journal of Biological Sciences, 15: Borochov A. Mayak S. Halevy A. H Combined effects of acid and sucrose on growth and senescence of rose flowers. Plant Physiology, 36: Durkin D. Barthe P. Vaillant V. Arene L Effect of preservative solutions on some indicators of senescence in cut rose flowers. Acta Horticulture, 298: Edrisi B. Sadrpoor A. Saffari V. R. Jiroft I Effects of chemicals on vase life of cut carnation (Dianthus caryophyllus L. Delphi ) and microorga- 160

161 Senescence in cut cosmos bipinnatus flowers: water relations and membrane permeability nisms population in solution. Journal of Ornamental and Horticultural Plants, 2(1): Gonzalez L. Gonzalez-Vilar M Determination of relative water content. In: M.J. Reigosa Roger (ed.). Handbook of plant ecophy- siology techniques. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, the Netherlands: Halevy A. H Treatments to improve water balance of cut flowers. Acta Horticulture, 64: Mazliak P Plant membrane lipids: changes and alternations during ageing and senescence. In: Postharvest physiology and crop preservation. Liberman M. (ed.). Plenum Press. London: Redman P. B. Dole J. M. Maness N. O. Anderson J. A Postharvest handling of nine specialty cut flower species. Scientica Horticulturae, 92(3): Rubinstein B Regulation of cell death in flower petals. Plant Molecular Biology, 44: Shahri W. Tahir I. Islam S. T. Bhat M. A Physiological and biochemical changes associated with flower development and senescence in so far unexplored Helleborus orientalis Lam. cv. Olympicus. Physiology and Molecular Biology of Plants, 17(1): Simon E. W Phospholipids and plant membrane permeability. New Phytology, 73: Whitlow T. H. Bassuk N. L. Ranney T. G. Reichert D. L An improved method for using electrolyte leakage to assess membrane competence in plant tissues. Plant Physiology, 98(1): Van Doorn W.G. Woltering E. J Physiology and molecular biology of petal senescence. Journal of Experimental Botany, 59(3): Adres do korespondencji: inż. mgr Julia Rochala Department of Ornamental Plants, Warsaw University of Life Sciences SGGW mgr inż. Diana Anna Musiał Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences SGGW, 161

162 Julia Rochala, Diana Anna Musiał, Ewa Skutnik, Agata Jędrzejuk 4 dr hab. Ewa Skutnik Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences SGGW ewa_skutnik@sggw.pl dr Agata Jędrzejuk Department of Ornamental Plants Warsaw University of Life Sciences SGGW agata_jedrzejuk@sggw.pl Faculty of Horticulture, Biotechnology and Landscape Architecture Department of Ornamental Plants ul. Nowoursynowska 166, Warszawa Research supervisor: dr hab. Ewa Skutnik 162

163 Joanna Śniegowska Anita Biesiada EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna w wybranych gatunkach warzyw z rodziny Brassicaceae i Asteraceae Biologically active compounds and antioxidant activity of some vegetables from Brassicaceae and Asteraceae family Streszczenie. Doświadczenie polowe przeprowadzono w 2010 roku w Katedrze Ogrodnictwa UPWr w celu oceny zawartości związków biologicznie czynnych i aktywności antyoksydacyjnej wybranych gatunków warzyw z rodziny Brassicaceae: kapusta głowiasta (biała, czerwona), kalafior (o białych, zielonych, fioletowych różach), jarmuż (zielono-, fioletowo-listny) i Asteraceae: sałata siewna (o zielonych i fioletowych liściach), cykoria sałatowa. Wyższą zawartość witaminy C stwierdzono u roślin z rodziny Brassicaceae niż Asteraceae, różnica ta wnosiła średnio 85 mg 100 g -1 ś.m. Największą zawartość chlorofilu a+b odnotowano w jarmużu (182 mg 100 g -1 ś.m.), a najmniej u kapusty głowiastej białej (2,5 mg 100 g -1 ś.m.). Spośród odmian o purpurowych liściach, największą zawartość antocyjanów miała kapusta głowiasta czerwona, podczas gdy najmniejszą jarmuż. Wysoką aktywność antyoksydacyjną wykazał kalafior o fioletowych (test DPPH) i zielonych (test ABTS) różach, oraz jarmuż o purpurowych liściach. Słowa kluczowe: warzywa kapustne, warzywa liściowe, związki biologicznie czynne, aktywność antyoksydacyjna Abstract. The field experiment was conducted in 2010 at the Wrocław University of Environmental and Life Sciences in order to assess the content of biologically active compounds and antioxidant activity of selected species of vegetables from Brassicaceae and Asteraceae : cabbage (white, red), cauliflower (white, green, violet florets heads), kale (green-,purple-leaf) likewise lettuce (with green, violet leaf), chicory radicchio. Chemical analyzes showed a higher content of vitamin C in plants of Brassicaceae than Asteraceae, 163

164 Joanna Śniegowska, Anita Biesiada the difference was over 85 mg 100 g -1 f.w. The highest chlorophyll a+b level was noticed in leaves of kale (182 mg 100g -1 f.w.), while the smallest one in white cabbage (2.5 mg 100g -1 f.w.). Among cultivars with the purple leaves, higher anthocyanins content had red cabbage, while the lowest one kale. High antioxidant activity were noticed in cauliflower with violet florets (DPPH test), and with green ones (by ABTS) likewise in purple leaf of kale. Key words: brassicace vegetables, leafy vegetables, biologically active compounds, antioxidant activity 1.Wstęp Związki biologicznie czynne występujące w warzywach i owocach stanowią znaczące ogniwo aparatu antyoksydacyjnego chroniącego organizm człowieka, poprzez wiązanie wolnych rodników, przed stresem oksydacyjnym przyczyniającym się do rozwoju chorób nowotworowych, udarów, zawałów serca oraz przyspieszenia starzenia się tkanek [Czechi Rusinek 2012, Biegańska-Marecik i Radziejewska- Kubzdela 2009]. Ważną grupą związków roślinnych o właściwościach antyoksydacyjnych są polifenole. Charakteryzują się one zdolnością do wiązania, zmiatania i dysmutacji wolnych rodników i wzmacniania działania innych antyoksydantów [Gawlik-Dziki 2004, Grajek 2004]. Do grupy związków o właściwościach przeciwutleniających należą również szeroko rozpowszechnione w świecie roślin barwniki. Chlorofil jest dla człowieka źródłem magnezu i wspomaga przemianę materii. Karotenoidy są związkami lipofilnymi odpowiadającymi za barwę roślin, od żółtej po czerwoną. Niektóre są prekursorami witaminy A, chronią skórę i oczy przed uszkodzeniami UV oraz jako przeciwutleniacze zapobiegają rozwojowi nowotworów. Antocyjany to barwniki rozpuszczalne w wodzie i w zależności od ph soku komórkowego odpowiadają za różne zabarwienie roślin: m.in. ich liści, kwiatów, owoców. Charakteryzują się działaniem antykancerogennym, preciwzapalnym oraz neuroprotekcyjnym [Bołonkowska i in. 2011]. Mniejsze właściwości przeciwutleniające niż niektóre związki fenolowe posiada witamina C [Szajdek i Borowska 2004]. Pełni ona jednak wiele dodatkowych funkcji, m. in. wspomaga wchłanianie żelaza niehemowego, bierze udział 164

165 Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna... w syntezie kolagenu i pozytywnie wpływa na odporność organizmu [Kunachowicz i in. 2005]. Celem badań była ocena zawartości związków biologicznie czynnych i aktywności antyoksydacyjnej u wybranych gatunków i odmian warzyw należących do rodziny Brassicaceae i Asteraceae. 2. Materiał i metody. Doświadczenie założono w 2010 roku w Stacji Badawczo- Dydaktycznej Katedry Ogrodnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Badaniem objęto następujące gatunki i odmiany użytkowe roślin z rodziny Brassicaceae i Asteraceae: kapusta głowiasta biała (Brassica oleracea var. capitata f. alba) Menza F1, kapusta głowiasta czerwona (Brassica oleracea var. capitata f. rubra) Langendijker, kalafior (Brassica oleracea var. botrytis) Rober, Noverde, Graffiti F1, jarmuż (Brassica oleracea var. acephala) Vitessa, Redbor F1 oraz sałata siewna (Lactuca sativa var. capitata) Lollo Bionda, Lollo Rosa i cykoria (Cichorium intybus var. foliosum) Indigo. Doświadczenie polowe założono na czarnej ziemi zdegradowanej należącej do klasy bonitacyjnej IIIa o ph 7,65 i zasoleniu 0,1 g NaCl l -1, zawierającej następujące ilości składników: N-NO 3 19 mg dm -3, Mg 106 mg dm -3, P 180 mg dm -3, Ca 1750 mg dm -3, K 200 mg dm -3. Rozsadę produkowano w wielodoniczkach wypełnionych substratem torfowym w ogrzewanej szklarni. Na 10 dni przed wysadzeniem na miejsce stałe rozsadę zahartowano w nieogrzewanym tunelu foliowym. Przed posadzeniem roślin pole nawieziono saletrą amonową w dawce 100 kg N ha -1. Rozstawa dla roślin kapustnych wynosiła 45 cm x 45 cm, dla sałaty i cykorii 25 cm x 25 cm. W czasie uprawy rośliny podlewano i odchwaszczano ręcznie. Zbiór warzyw przeprowadzono w fazie dojrzałości konsumpcyjnej. W świeżej masie części jadalnych badanych gatunków warzyw oznaczono zawartość cukrów redukujących i ogółem metodą Lane- -Eynona (PN-90/A-75101/07), witaminy C metodą Tillmansa (PN- -90/A-75101/11), antocyjanów metodą Fuleki i Francisa (Feluki, Francis 1968), polifenoli ogółem metodą Folina-Ciocalteu (Slinghart, Singleton 1977), karotenoidów oraz chlorofilu a i b metodą kolorymetryczną (Bielecki i in. 1997). Dodatkowo przeprowadzono analizę 165

166 Joanna Śniegowska, Anita Biesiada właściwości przeciwutleniających: całkowity potencjał przeciwutleniający metodą FRAP, aktywność antyoksydacyjną metodą ABTS (Re i in. 1999) i siłę zmiatania rodników 2,2- difenylo- 1- pikrylohydrozylowych DPPH (Yen and Chen 1995). 3. Wyniki i dyskusja Największą zawartością karotenoidów, polifenoli i witaminy C charakteryzował się jarmuż, co potwierdzają Łata i Wińska-Krysiak [2006] oraz Biegańska-Marecik i Radziejewska-Kubzdela [2009]. Czech i Rusinek [2012] badając zawartość związków przeciwutleniających wykazały zwiększoną zawartość witaminy C w warzywach o ciemnym zabarwieniu liści (Tab.1). Również w badaniach własnych przeprowadzonych na odmianach kalafiora, jarmużu i sałaty odnotowano podobną zależność, natomiast odmiany kapusty nie wykazały takiej zależności. Najmniejszą zawartość witaminy C stwierdzono w warzywach z rodziny Asteraceae, a szczególnie w sałacie masłowej Lollo Bionda (3,97 mg 100 g -1 ś.m.). Spośród odmian o barwnych liściach, największą zawartość antocyjanów odnotowano w kapuście czerwonej odmiany Langendijker - 93,34 mg 100 g -1 ś.m., wynik ten był jednak zdecydowanie niższy od średniej uzyskanej przez Biesiadę i in. [2010]. Odnotowano stosunkowo niską zawartość antocyjanów w jarmużu (14,45 mg 100 g -1 ś.m.) i sałacie (14,08 mg 100 g -1 ś.m.). Największą zawartość cukrów stwierdzono w kapuście głowiastej białej, w zakresie 3,5-3,8 % cukrów redukujących i 3,95-4,28 % cukrów ogółem, wykazując wartości wyższe niż Biesiada i in. [2010]. Wśród warzyw liściowych przeszło dwukrotnie większą zawartość cukrów odnotowano w cykorii sałatowej niż w sałacie masłowej. Wyniki Majkowskiej-Godamskiej i Wierzbickiej [2005] oraz Francke i Majkowskiej-Gadomskiej [2008], potwierdzają tę zależność. Podsędek [2007] w swojej pracy analizowała zawartość karotenoidów w warzywach kapustnych, wykazując ich zawartość w odmianach czerwonych kapusty głowiastej na poziomie 0,43 mg 100 g -1 ś.m., w białych 0,26 mg 100 g -1 ś.m. natomiast w jarmużu 39,55 mg 100 g -1 ś.m. Podobne rezultaty wykazujące śladową zawartość karotenoidów w główkach kapusty i wysoką w jarmużu uzyskano w badaniach własnych. Kaur i Kapoor [2002] wykazali ścisłą zależność pomiędzy zawartością po- 166

167 Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna... Tab.1. Związki biologicznie czynne w wybranych roślinach warzywnych (mg 100 g -1 ś.m.) Gatunek Odmiana botaniczna % Cukry redukujące %Cukry ogółem Witamina C Antocyjany Polifenole Karotenoidy Chlorofil a+b Kapusta głowiasta biała Menza F1 3,80 3,94 55,39-81,84 0,00 2,57 Kapusta głowiasta czerwona Kalafior Jarmuż Sałata siewna Langedijker 3,50 4,28 34,51 93,34 259,91 no* no* średnia 3,65 4,11 44,05-170, Rober 2,68 2,97 80,17-119,45 0,00 2,99 Noverde 2,14 2,24 146,75-244,31 0,88 10,31 Graffiti F1 3,05 3,18 104,83 47,30 225,62 0,03 3,61 średnia 2,62 2,79 110,58-206,46 0,30 5,64 Vitessa 1,25 1,58 119,94-342,16 18,28 169,01 Redbor F1 1,14 1,66 122,63 14,08 336,79 22,24 194,51 średnia 1,19 1,62 121,29-339,47 20,26 181,76 Lollo bionda 0,82 1,19 3,97-100,10 6,04 34,95 Lollo rosa 0,96 1,10 9,73 14,45 192,00 no* 30,03 średnia 0,89 1,14 6,85-96,05-32,49 Cykoria sałatowa Indigo 2,12 2,42 6,71 39,43 272,64 0,35 3,47 * nie oznaczono- śladowe ilości 167

168 168 Joanna Śniegowska, Anita Biesiada Tab.2. Właściwości przeciwutleniajace wybranych gatunków warzyw (µm Trolox g -1 ś.m.). Gatunek Odmiana botaniczna FRAP ABTS DPPH Kapusta głowiasta biała Menza F1 2,62 5,05 3,15 Kapusta głowiasta czerwona Langedijker 11,79 18,55 5,52 średnia 7,20 11,80 4,33 Rober 4,89 10,26 9,62 Kalafior Noverde 11,05 39,00 8,47 Graffiti F1 7,27 19,94 9,97 średnia 7,74 23,06 9,35 Jarmuż Vitessa 11,71 26,84 8,59 Redbor F1 13,86 31,31 9,49 średnia 12,78 29,07 9,04 Sałata siewna Lollo bionda 2,37 9,34 1,55 Lollo rosa 4,11 21,96 2,35 średnia 3,24 15,65 1,95 Cykoria sałatowa Indigo 5,06 19,81 8,43 Tab.3. Współczynnik korelacji pomiędzy zawartością polifenoli a aktywnością antyoksydacyjną. Korelacja Polifenole Kapusta Kalafior Jarmuż Sałata Cykoria FRAP -0, , , , , ABTS 0, , , , ,0907 DPPH 0, , ,9917 0, ,13859 lifenoli a właściwościami przeciwutleniającymi warzyw: im większa zawartość polifenoli tym wyższe właściwości przeciwutleniające. W badaniach własnych zależność ta została zaobserwowana, w korelacji z testem DPPH, w sałacie, kapuście i kalafiorze. Największą całkowitą aktywnością antyoksydacyjną odnotowano w jarmużu, średnia z odmian wyniosła 29,07 µm Trolox g -1 ś.m., według Biegańskiej- -Marecik i Radziejewska-Kubzdela [2009] wartość ta sięga 11,34 µm Trolox g -1 ś.m.

169 4. Wnioski Związki biologicznie czynne i aktywność antyoksydacyjna Rośliny z rodziny Brassicace a szczególnie jarmuż charakteryzowały się większą wartością odżywczą mierzoną poziomem cukrów, witaminy C, polifenoli, karotenoidów, chlorofilu a+b w porównaniu do przedstawicieli rodziny Asteraceae. 2. Większe właściwości antyoksydacyjne wykazywały odmiany roślin warzywnych o antocyjanowo wybarwionych częściach jadalnych. 3. Zaobserwowano pozytywny wpływ wzrostu zawartości polifenoli w warzywach kapustnych na ich aktywność antyoksydacyjną. Bibliografia Biegańska-Marecik R., Radziejewska- Kubzdela E Zmiany zawartości związków fenolowych i zdolności przeciwutleniającej w jarmużu o małym stopniu przetwarzania pakowanym w atmosferze modyfikowanej. Biomat.chem.toksykol. XLII, 3: Bielecki K., Demczuk A., Grzyś E., Skrabka H Skrypt- Ćwiczenia z fizjologii roślin. Wyd. Akademii Rolniczej we Wrocławiu. Biesiada A., Nawirska- Olszańska A., Kucharska A., Sokół- Łętowska A, Kędra K The effect of nitrogen fertilization on nutritive value and antioxidant activity of red cabbage. Acta Sci. Pol., Hortorum Cultus 9 (2): Bołonkowska O., Pietrosiuk A., Sykłowska-Baranek K Roślinne związki barwne i ich właściwości biologiczne oraz możliwości wytwarzania w kulturach in vitro. Biul. Wydz. Farm. WUM 1: Czech A., Rusinek E Zawartość związków przeciwutleniajacych w wybranych warzywach kapustnych. Biomat.chem. toksykol. XLV,1: Francke A., Majkowska- Gadomska J Effect of planting date and method on the chemical composition of radicchio heads. J. Elementol. 13 (2): Fuleki T., Francis F.J Quantitative Methods for Anthocyanins. 1. Extraction and Determination of Total Anthocyanin in Cranberries. J. Food Sci. 33: Gawlik- Dziki U Fenolokwasy jako bioaktywne składniki żywności. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 4(41)S, Grajek W Rola przeciwutleniaczy w zmniejszeniu ryzyka wystąpienia nowotworów i chorób układu krążenia. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 1:4. 169

170 Joanna Śniegowska, Anita Biesiada Kaur C., Kapoor H.C., Anti- oxidant activity and total phenolic content of some Asian vegetables. International Jurnal of Food Technology. 37: Kunachowicz K., Nadolna I., Iwanow K., Przygoda B Wartość odżywcza wybranych produktów spożywczych i typowych potraw. Wyd. lek. PZWL. Łata B., Wińska- Krysiak M Skład chemiczny jarmużu uprawianego na dwóch typach gleby. Acta Agrophysica 7 (3): Majkowska- Godamska J., Wierzbicka B Wpływ terminu uprawy i sorbentów na plon i zawartość wybranych składników pokarmowych w liściach sałaty. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu. 859 (515): Podsędek A Natural antioxidants and antioxidant capacity of Brassica vegetables: A review. Elsevier LWT 40: Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical Biology & Medicine, 26, Slinghart K., Singleton V. L., Total phenol analysis: automation and comparison with manual method. Am. J. Enol. Vitic., 28, Szajdek A., Borowska E.J Właściwości przeciwutleniające żywności pochodzenia roślinnego. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 41: Yen. G.C., Chen. H.Y., Antioxidant activity of various tea extracts in relation to their antimutagenicity. J. Agric. Food Chem., 43, Adres do korespondencji: mgr inż. Joanna Śniegowska Katedra Ogrodnictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu joanna.sniegowska@up.wroc.pl Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Anita Biesiada 170

171 Karolina Wietnik Piotr Muras Anna Kołton Monika Czaja EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN OCENA STANU FIZJOLOGICZNEGO APARATU FOTOSYNTETYCZNEGO TRZECH GATUNKÓW RÓŻANECZNIKÓW (RHODODENDRON SP.) W OKRESIE SPOCZYNKU PHOTOSYNTHETIC APPARATUS CONDITION OF THREE RHODODENDRON SPECIES (RHODODENDRON SP.) DURING THE DORMANCY PERIOD Streszczenie. Liście roślin zimozielonych narażone są na niekorzystne warunki środowiska w okresie zimy. Czynniki takie jak niska temperatura oraz jej wahania dobowe, wysuszające wiatry i pokrywa śnieżna uniemożliwiają pobieranie wody z zamarzniętej gleby oraz wywołują zjawisko suszy fizjologicznej. Uszkodzenia wywołane tymi czynnikami występują przede wszystkim w błonach biologicznych, a ich konswkwencją są zaburzenia procesów fizjologicznych w komórce. Fluorescencja chlorofilu a jest wykorzystywana jako bardzo precyzyjne narzędzie do określania reakcji aparatu fotosyntetycznego na warunki stresowe. W doświadczeniu wykonano pomiar fluorescencji chlorofilu a oraz analizę zawartości barwników asymilacyjnych w liściach trzech wschodnioazjatyckich gatunków różaneczników (Rhododendron sp.). Analizy wykonywano co 2 tygodnie, od października (2012) do marca (2013). Najlepiej niekorzystne warunki mrozowe znosił gatunek R. yakushimanum Koichiro Wada (RKW). Liście R. purdomii i R. brachycarpum charakteryzowały się niższym parametrem Fv/Fm niż RKW. Pomiar fluorescencji chlorofilu a w ocenie tolerancji tych roślin na mróz można uznać za w pełni przydatny. Słowa kluczowe: Rhododendron sp., fluorescencja chlorofilu a, rośliny zawsze zielone Abstract. Evergreen leaves are exposed to adverse environmental conditions during the winter. Factors such as: low temperature and its diurnal changes, drying winds and snow cover hinder the water uptake causing the phenomenon of physiological drought. The damage caused by these 171

172 Karolina Wietnik, Piotr Muras, Anna Kołton, Monika Czaja factors are mainly observed on biological membranes. As a consequence, physiological processes in the cell are changed. Chlorophyll a fluorescence is used as a very precise tool for determining the response of photosynthetic apparatus to stress conditions. Chlorophyll a fluorescence and content of assimilation pigment in the leaves were measured during the experiment. Three East-Asian species of Rhododendron were analyzed during the research. Plant samples were collected every 2 weeks, from October (2012) to March (2013). The best tolerance to frost showed. R. yakushimanum Koichiro Wada. The values of Fv/Fm parameter showed by R. purdomii and R. brachycarpum were lower than for R. yakushimanum Koichiro Wada. Keywords: Rhododendron sp, fluorescence of chlorophyll a, evergreen plants Wstęp Różaneczniki to rośliny zawsze zielone, a starzenie się i opadanie ich liści rozciąga się na cały rok. Rośliny z rodzaju Rhododendron odznaczają się ogromnym zróżnicowaniem pod względem mrozoodporności. Wrażliwość na mróz jest różna w zależności od części krzewów. Do najodporniejszych należy kora, mniej odporne są liście oraz ksylem (drewno), zaś najwrażliwszą częścią krzewów są pąki generatywne [Sakai i in. 1996]. Zimotrwałość różaneczników zależy od ich zdolności do uniknięcia odwodnienia komórek pędów i liści [Czekalski 1991]. Podczas zimy mrozoodporność krzewów ulega ciągłym zmianom. Różaneczniki wykazują największą odporność na mrozy od grudnia do końca lutego [Pellet i Holt 1981, Wagner 1996]. W zależności od przebiegu pogody i czasu trwania mrozu występują różne uszkodzenia u tych samych taksonów [Houghton 1995, Morsink 2000]. Odporność na niskie temperatury jest związana z dostosowaniem rytmiki rozwoju krzewów do warunków klimatycznych środkowej Europy [Wagner 1996, Tigersted 2002]. Według Wagner [1996], obiektywną metodą oceny mrozoodporności i zimotrwałości różaneczników jest ta, dokonana po mroźnej zimie w miejscu ich występowania. Obserwacje zmian morfologicznych powstałych w wyniku uszkodzeń mrozowych w warunkach polowych są jednak długotrwałe i kosztowne. Dlatego wykorzystuje się często metody laboratoryjne do oceny tolerancji mrozowej zimozielonych tkanek. 172

173 Ocena stanu fizjologicznego aparatu fotosyntetycznego trzech gatunków różaneczników... Celem prezentowanego doświadczenia była ocena stanu fizjologicznego aparatu fotosyntetycznego trzech gatunków różaneczników (Rhododendron sp.) w czasie trwania spoczynku zimowego. Materiał i metody Doświadczenie prowadzono od października 2012 do marca Obiektami badań były jednoroczne liście różaneczników, wykształcone w sezonie wegetacyjnym 2012 roku: R. yakushimanum Koichiro Wada (RKW) 2. R. purdomii (RP) 3. R. brachycarpum (RB) Materiał pobierano co dwa tygodnie w godzinach porannych. W każdym terminie ścinano losowo liści z części sferycznej korony krzewów. Fluorescencję chlorofilu a mierzono przy użyciu Fluorymetru Handy PEA firmy Hansatech, nie później niż 2 godziny od momentu pobrania liści. Do oceny reakcji roślin wybrano parametr Fv/Fm. Pomiary wykonywano po uprzednim zaadaptowaniu liści do ciemności. Zawartość barwników asymilacyjnych oznaczono spektrofotometrycznie w ekstrakcie acetonowym [Wellburn 1994]. Uzyskane dane opracowano statystycznie z wykorzystaniem testu ANOVA (Statistica wersja 9), a różnice oceniono testem NIR Fishera dla α=0,05. Grupy jednorodne wyznaczono w obrębie poszczególnych gatunków. 8 6,4 7,3 6 4,6 5,2 4,6 temperatura [ C] ,9-4,5-2,7-3,5 1,2 2,2-2,4-4,1-6,1 2,4-0,3-1,1-1,4 1,8 3, tydz. 44 tydz. 45 tydz. 46 tydz. 47 tydz. 48 tydz. 49 tydz. 50 tydz. 51 tydz. 52 tydz. 1 tydz. 2 tydz. 3 tydz. 4 tydz. 5 tydz. 6 tydz. 7 tydz. 8 tydz. 9 tydz. 10 tydz. 11 tydz. 12 tydz. -1,8 paź-12 lis-12 gru-12 sty-13 lut-13 mar-13 Ryc. 1. Rozkład średnich temperatur powietrza w kolejnych tygodniach od października 2012 do marca

174 Karolina Wietnik, Piotr Muras, Anna Kołton, Monika Czaja Pod koniec października oraz listopada (od 43 do 48 tygodnia roku) nie zanotowano znacznego spadku temperatur poniżej 0 C i przez większość dni średnie temperatury utrzymywały się powyżej 5 C. Utrzymujące się temperatury mrozowe zanotowano na początku grudnia (49 tydzień). Pod koniec grudnia zanotowano wzrost temperatury po czym pod koniec stycznia 2013 roku zaobserwowano wyraźne obniżenie się temperatur (średnia temperatura tygodniowa wynosiła -6.1 C). W kolejnych tygodniach średnie temperatury zawierały się w przedziale od -3 C do 3,1 C. Przy czym w ostatnim tygodniu zbioru materiału średnie temperatury tygodniowe były niższe od 0 C. Wyniki i dyskusja W przeprowadzonym doświadczeniu zaobserwowano, że wartość parametru fluorescencji Fv/Fm nie różni się istotnie dla RP i RKW w pierwszych trzech terminach analiz (ryc. 2). Natomiast wartość Fv/Fm była stała aż do początku stycznia u RKW. W przypadku RB wartość tego parametru zmieniła się już w drugim terminie pobierania materiału. Wraz z obniżeniem temperatury w styczniu obniżyła się wartość parametru fluorescencji Fv/Fm o 7%, utrzymując się do na podobnym poziomie u RKW. Pod koniec marca nastąpiło ponowne obniżenie parametru Fv/Fm u wszystkich gatunków. Analizując liście różaneczników RP i RB zaobserwowano, że wzrost i obniżenie się wartości fluorescencji chlorofilu a zależy od przebiegu pogody. Niskie wartości tego parametru dla RP i RB odnotowano w grudniu i styczniu. Wykazano również, około 50% spadek maksymalnej wydajności kwantowej PS II pod koniec marca RP i RB. RKW przyjmował najwyższą wartość Fv/Fm we wszystkich terminach analiz. Bjorkman i Demming ustalili, że dla zdrowych roślin naczyniowych prawidłowy stosunek Fv/Fm powinien wynosić 0,83 [Garstka 1999]. Najbliżej tej wartości są wyniki pomiarów fluorescencji różanecznika RKW 0,77 (średnio z całego doświadczenia). Obniżenie wartości parametru Fv/Fm świadczy o uszkodzeniach wywołanych przez czynniki stresowe w zimie [Kalaji i Łoboda 2009]. Takie obniżenie obserwowane było u RB i RP w trakcie zimy co świadczy o ich gorszej kondycji w tym trudnym okresie. Lundmark i in. [1998] także dowodzą, że wskutek zimowych przymrozków 174

175 d f f f f a a b b a a c d d e e e e f Ocena stanu fizjologicznego aparatu fotosyntetycznego trzech gatunków różaneczników... stosunek Fv/Fm zmniejsza się, a wahania dobowe temperatur silnie oddziałują na wartość parametru Fv/Fm. Oliveira i Peñuelas [2000], wykazali, że u roślin występujących w rejonie Morza Śródziemnomorskiego Quercus ilex i Cissus albidus, wystepuje obniżenie sprawności PSII wyrażone stosunkiem Fv/Fm w okresie zimowym, a szczególnie w chłodne dni. 0,900 0,800 ef def def b b cde b cd a bc bc 0,700 0,600 cd Fv/Fm 0,500 0,400 ab abc bcd bc cd 0,300 0,200 0,100 0,000 26/10/12 09/11/12 23/11/12 06/12/12 19/12/12 03/01/13 15/01/13 30/01/13 14/02/13 25/02/13 11/03/13 26/03/13 RP RB RKW Ryc. 2. Wartość parametru fluorescencji Fv/Fm liści trzech gatunków różaneczników. Litery oznaczają grupy jednorodne wyznaczone dla każdego gatunku oddzielnie, przy a=0,05 Najwyższą zawartość chlorofilu a w każdym z analizowanych terminów odnotowano u RKW (ryc. 3) spośród wszystkich badanych różaneczników. W przypadku różaneczników RKW najwyższą istotnie statystycznie zawartość chlorofilu a wykazano podczas analiz 3 stycznia Analizując zawartość barwnika u gatunków RP i RB obserwowano niewielkie wahania w czasie. Stres wywołany czynnikami abiotycznymi takimi jak susza glebowa czy ekstremalne temperatury powietrza wpływa na indukcję procesu starzenia. Podczas tego procesu zaburzona zostaje aktywność fotosyntetyczna, następuje rozpad wielu struktur komórkowych w tym chloroplastów oraz chlorofilu [Zhang i Zhou 2012]. Najlepszą tolerancją na niekorzystne warunki zimowe odznaczał się RKW o czym świadczy wysoka wartość parametru Fv/Fm oraz wysoka zawartość chlorofilu a. Obserwacje te ściśle połączone są z morfologiczną budową Rhododendron yakushimanum odmiany Koichiro Wada. Liście tego gatunku pokryte są grubą warstwą jasnobrunatnego kutneru, który stanowi naturalną ochronę przed niskimi temperaturami, także transpiracją [Czekalski 1991]. 175

176 Karolina Wietnik, Piotr Muras, Anna Kołton, Monika Czaja mg * gˉ1 śm.m. 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 0,800 0,600 0,400 0,200 0,000 fg gh b def fgh c ef defg b ba bcda ba g h c cdef efgh d cdef cdef b bcde ba b a bcd c bc bcd ba bcd a a ba bca ba 26/10/12 09/11/12 23/11/12 06/12/12 19/12/12 03/01/13 15/01/13 30/01/13 14/02/13 25/02/13 11/03/13 26/03/13 RP RB RKW Ryc. 3. Wartość parametru fluorescencji Fv/Fm liści trzech gatunków różaneczników. Litery oznaczają grupy jednorodne wyznaczone dla każdego gatunku oddzielnie, przy a=0,05 Bibliografia Czekalski M Różaneczniki. PWRiL, Warszawa. Garstka M Fotosynteza. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa: Houghton R.A ARS hardiness reporting criteria. J. Am. Rhod. Soc., 49 (3), 234. Kalaji M.H., Łoboda T Fluorescencja chlorofilu w badaniach stanu fizjologicznego roślin. Wydawnictwo SGGW, Warszawa: Lundmark T., Bergh J., Strand M., Koppel A Seasonal variation of maximum photochemical efficiency in boreal Norway spruce stands. Trees 13: Morsink W.A.G Estimating hardiness using cold duration and extent of shelter. J. Am. Rhod. Soc., 54 (2), Oliveira G., Peñuelas J Comparative photochemical and phenomorphological responses to winter stress of an evergreen (Quercus ilex L.) and a semi-deciduous (Cissus albidus L.) Mediterranean woody species. Acta Oecologica 21 (2), Pellet N.E., Holt M.A Comparison of flower bud cold hardiness of several cultivars of Rhododendron ssp. Hort. Science, 16 (5), Sakai A., Fuchigami L., Weiser C.J Cold hardiness in the genus Rhododendron. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 111 (2), Tigerstedt P.M.A Züchtung von Rhododendron für extreme Klimaverhältnisse. Rhododendron und immergrüne Laubgehölze, Jahrbuch, Wagner I Vergleichbarkeit von Literaturangaben zur Frosttoleranz 176

177 Ocena stanu fizjologicznego aparatu fotosyntetycznego trzech gatunków różaneczników... von Rhododendron. Rhododendron und immergrüne Laubgehölye, Jahrbuch, Wellburn A.R The spectral determination of chlorophylls a and b as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology, 144: Zhang H., Zhou C Signal transduction in leaf senescence. Plant molecular biology. 82 (6), Biogram autorów: mgr inż. Karolina Wietnik Katedra Dendrologii i Architektury Krajobrazu Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie karolina.wietnik@gmail.com dr hab. Prof. UR Piotr Muras Katedra Dendrologii i Architektury Krajobrazu Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie romuras@cyf-kr.edu.pl dr inż. Anna Kołton Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Instytut Biologii Roślin i Biotechnologii Zakład Botaniki i Fizjologii Roślin koltona@ogr.ar.krakow.pl mgr inż. Monika Czaja Katedra Dendrologii i Architektury Krajobrazu Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie mon.czaja@gmail.com Opiekun naukowy: dr hab. inż. Piotr Muras, Prof. UR 177

178 178

179 Anna Witek Maja Dobińska Elżbieta Wojciechowicz-Żytko EPISTEME 21/2013, t. II s ISSN ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY CZYNNIKAMI SIEDLISKOWYMI A LICZEBNOŚCIĄ I BOGACTWEM SKŁADU GATUNKOWEGO MUCHÓWEK NALEŻĄCYCH DO RODZINY SYRPHIDAE W OKOLICY OJCOWSKIEGO PARKU NARODOWEGO DEPENDENCIES BETWEEN HABITAT FACTORS AND THE ABUNDANCE AND RICHNESS OF SYRPHID SPECIES (DIPTERA, SYRPHIDAE) IN THE AREA OF OJCOWSKI NATIONAL PARK Abstrakt. Celem pracy było stwierdzenie zależności pomiędzy czynnikami siedliskowymi a liczebnością i bogactwem składu gatunkowego muchówek należących do rodziny Syrphidae. Z kwiatów występujących na badanych stanowiskach odłowiono łącznie 135 muchówek należących do rodziny Syrphidae, które przyporządkowano do 18 gatunków. Spośród wszystkich odłowionych gatunków wydzielono trzy grupy troficzne. Największą liczbę osobników i jednocześnie gatunków stanowiły gatunki drapieżne. Koprofagi i saprofagi wodne stanowiły niewielki procent ogólnej liczby odłowionych muchówek. Występowanie Syrphidae było zależne od czynników siedliskowych takich jak obecność zadrzewień, stopień nasłonecznienia i zanieczyszczenia oraz odległość od Ojcowskiego Parku Narodowego. Zanieczyszczenie środowiska zdaje się nie mieć znaczącego negatywnego wpływu na liczebność i skład gatunkowy Syrphidae. Słowa kluczowe: Ojcowski Park Narodowy, Syrphidae, skład gatunkowy, grupy troficzne, warunki siedliskowe. Summary. The aim of this study was to determine the relationship between habitat factors and abundance and richness of species composition Diptera in the family of Syrphidae. During the observations 135 specimens of Syrphidae belonging to the 18 species were collected. The greatest number of individuals and species were predatory Syrphids. Water s saprophags and coprophags constituted small amount of collected Diptera. The occurrence 179

180 Anna Witek, Maja Dobińska, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko of Syrphidae was dependent on habitat factors such as the presence of trees, degree of pollution, sunlight and the distance from the Ojcowski National Park. Environmental pollution does not seem to have a significant negative impact on the abundance and species composition of Syrphidae. Key words: Ojcowski National Park, Syrphidae, species composition, thropic groups, habitat factors Wstęp Biorąc pod uwagę istniejące dla środowiska naturalnego zagrożenia coraz większy nacisk kładzie się na prowadzenie stałego monitoringu tworzących go komponentów, w tym również entomofauny. Stale pozyskiwane informacje na temat jej przemian mogą stworzyć możliwość zdiagnozowania stanu środowiska i tempa zachodzących w nim zmian oraz prognozowania jego kolejnych przekształceń [Chudzicka i Skibińska 2000]. Jedną z grup owadów, która mogłyby posłużyć do biomonitoringu zmian środowiska, mogą być muchówki (Diptera), w tym stosunkowo dobrze poznana rodzina Syrphidae. Jak większość muchówek, tak i Syrphidae są wrażliwe na zmiany warunków atmosferycznych i siedliskowych. Zagrożeniem dla bzygowatych jest degradacja środowiska związana z działalnością człowieka. Chodzi tu w dużej mierze o zanieczyszczenie powietrza, wód i gleb na skutek emitowania do nich różnego rodzaju zanieczyszczeń [Krzemiński i in. 2000]. Celem opracowania było stwierdzenie zależności pomiędzy różnorodnymi czynnikami siedliskowymi a liczebnością i bogactwem składu gatunkowego muchówek należących do rodziny Syrphidae. Materiał i metody Badania prowadzono od maja do września 2012 roku na czterech stanowiskach zlokalizowanych w okolicy Ojcowskiego Parku Narodowego oraz chroniącej go otuliny (Sułoszowa, Skała, Czajowice, Modlnica). Stanowiska te były zróżnicowane między sobą pod kilkoma względami wynikającymi z wystawienia tych miejsc na działanie czynników o zróżnicowanych parametrach (Tab. 1). Oceny stopnia zanieczyszczenia dokonano na podstawie wizualnego oszacowania ilości oraz 180

181 Zależności pomiędzy czynnikami siedliskowymi a liczebnością... bliskości źródeł zanieczyszczeń (np. dróg) w pobliżu poszczególnych stanowisk. Nasłonecznienie zostało ocenione na podstawie stopnia zacienienia stanowisk. Tab. 1. Zróżnicowanie warunków siedliskowych na poszczególnych stanowiskach Czynnik Stanowisko Nasłonecznienie Zadrzewienia Zanieczyszczenie Odległość od OPN Sułoszowa ** Skała ** Czajowice * Modlnica *** + najmniejsze nasilenie czynnika ++ średnie nasilenie czynnika +++ największe nasilenie czynnika OPN Ojcowski Park Narodowy ( * <1 km, ** km *** >3 km) Stosowano metodę na upatrzonego z wykorzystaniem siatki entomologicznej, przy użyciu której odławiano muchówki siedzące na liściach i kwiatach roślin (m.in. krwawnik pospolity, rumian polny, wyka ptasia). Owady odławiano w odstępach dwutygodniowych (8 odłowów z każdego stanowiska), w godzinach popołudniowych, w zależności od przebiegu warunków pogodowych. Muchówki oznaczano do gatunku na podstawie klucza Bańkowskiej [1963], van Veena [2004] oraz Haarto i Kerppola [2007]. Udział procentowy poszczególnych gatunków wyliczono według wzoru podanego przez Szujeckiego [1980] i na tej podstawie ustalono dominację gatunków posługując się skalą zawartą w pracy Petryszaka [1982]. Częstotliwość występowania gatunków na poszczególnych stanowiskach obliczono według wzoru podanego przez Trojana [1975]. Wyniki i dyskusja Skład gatunkowy Syrphidae. Z kwiatów rosnących na badanych stanowiskach odłowiono 135 muchówek należących do 18 gatunków. Na poszczególnych stanowiskach liczebność bzygowatych, jak również 181

182 182 Anna Witek, Maja Dobińska, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko skład gatunkowy, były różne. Najliczniej występującymi gatunkami były Episyrphus balteatus i gatunki z rodzaju Sphaerophoria, które stanowiły 60% ogółu odłowionych muchówek i jednocześnie występowały na wszystkich stanowiskach (Tab. 3). Episyrphus balteatus był odławiany najczęściej na stanowiskach w Modlnicy i Skale (na obu stanowiskach jego frekwencja wynosiła 75%), a najrzadziej na stanowisku w Sułoszowej (37,5%). Częstotliwość występowania gatunku Sphaerophoria scripta kształtowała się jednakowo na stanowiskach w Sułoszowej i Czajowicach (87,5%), a w Modlnicy wyniosła jedynie 50% (Tab. 2). Tab. 2. Frekwencja najliczniej występujących gatunków Syrphidae na poszczególnych stanowiskach Sułoszowa Skała Czajowice Modlnica Sphaerophoria scripta 87,5 62,5 87,5 50,0 Sphaerophoria spp. 75,0 35,5 50,0 50,0 Episyrphus balteatus 37,5 75,0 50,0 75,0 Pozostałe gatunki występowały tylko na niektórych stanowiskach, a niektóre notowano stosunkowo rzadko, np. Platycheirus scutatus (Modlnica), Eupeodes spp. (Czajowice). Podobny skład gatunkowy, za wyjątkiem odłowionego poza granicami Parku gatunku Platycheirus scutatus, stwierdzili Klasa i Soszyński [2011] prowadzący badania w Ojcowskim Parku Narodowym. Autorzy odnotowali występowanie 174 gatunków Syrphidae. Dominacja gatunków bzygowatych była różna na poszczególnych stanowiskach. Do eudominantów (Ed) zaliczono Episyrphus balteatus i rodzaj Sphaerophoria, do dominantów (D): Platycheirus albimanus, Syrphus vitripennis i Syritta pipiens; subdominantami (Sd) były Syrphus ribesii, Eristalis arbustorum, Melanostoma mellinum i Myathropa florea. Pozostałe gatunki występowały w mniejszej liczbie i zaszeregowano je do recedentów (R) oraz subrecedentów (Sr) (Tab. 3). Grupy troficzne. Spośród wszystkich odłowionych gatunków wydzielono trzy grupy troficzne. Największą liczbę osobników i równocześnie gatunków stanowiły gatunki drapieżne (P) (od 82 do 93%), których występowanie odnotowano na obszarze wszystkich czterech stanowisk (Ryc.1). Na stanowisku mieszczącym się w Sułoszowej, w porównaniu z pozostałymi, zaobserwowano znacznie więcej koprofagów (C). Na stanowisku tym nie zaobserwowano występowania saprofagów wodnych (WS).

183 Zależności pomiędzy czynnikami siedliskowymi a liczebnością... Tab. 3. Skład gatunkowy i struktura dominacji Syrphidae Gatunek Sułoszowa Skała Sphaerophoria scripta (L.) Ed P Sphaerophoria spp.* Ed P Episyrphus balteatus (DE GEER) Ed P Syritta pipiens (L.) D C Platycheirus albimanus (F.) D P Myathropa florea (L.) Sd WS Syrphus vitripennis MEIG D P Helophilus trivittatus (F.) R WS Melangyna umellatarum (F.) R P Eupeodes luniger (MEIG.) R P Eupeodes latifasciatus (MACQ.) Sr P Eupeodes corollae (F.) Sr P Syrphus ribesii (L.) Sd P Eristalis arbustorum (L.) Sd WS Melanostoma mellinum (L.) Sd P Platycheirus scutatus (MEIG.) Sr P Platycheirus angustatus (ZETT.) R P Liczba osobników [szt.] Liczba gatunków [szt.] * Sphaerophoria taeniata (MEIG.), Sphaerophoria batava GOELDLIN W Skale odnotowano występowanie wszystkich trzech grup troficznych, w których znaczny udział miała grupa saprofagów wodnych. Koprofagi stanowiły niewielki procent wszystkich odłowionych na tym obszarze Syrphidae. Na stanowisku w Czajowicach nie zaobserwowano występowania koprofagów. Odnotowano natomiast występowanie saprofagów wodnych. W Modlnicy nie odnotowano występowania saprofagów wodnych. Stanowisko to charakteryzowało się największym spośród wszystkich stanowisk udziałem zoofagów. Odnotowano również występowanie koprofagów (Ryc. 1). Czajowice Modlnica Suma [szt.] % Klasa dominacji Grupa troficzna 183

184 Anna Witek, Maja Dobińska, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko Ryc. 1. Udział procentowy grup troficznych Syrphidae na poszczególnych stanowiskach Wpływ warunków siedliskowych na występowanie bzygowatych. Największym bogactwem gatunkowym, a jednocześnie największą liczebnością osobników, charakteryzowało się stanowisko w miejscowości Czajowice (Tab. 3). Było ono położone w niewielkiej odległości od Ojcowskiego Parku Narodowego i chroniącej go otuliny a jednocześnie blisko ulicy (duże natężenie ruchu i zanieczyszczenie powietrza). W swoich badaniach Kula [1997] wykazał, iż siedliska w najwyższym stopniu zdegradowane przez zanieczyszczenia są stanowiskami o najbogatszym składzie tych muchówek. Z miejsc tych, w porównaniu do stanowisk o niższym stopniu skażenia, autor odłowił największą liczbę osobników i gatunków Syrphidae. Cechą wyróżniającą stanowisko w Czajowicach było największe nasłonecznienie. Gilbertem [1985] i Wnuk [2005] stwierdzili, że występowanie muchówek z rodziny Syrphidae jest zależne od temperatury powietrza i natężenia światła. Według badań przeprowadzonych przez Gilberta [1985] ich liczebność jest większa w wyższych temperaturach. 184

185 Zależności pomiędzy czynnikami siedliskowymi a liczebnością... W Czajowicach, w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca prowadzenia odłowów, znajdowały się niezbyt gęste pasy zadrzewień, jednak zlokalizowany w pewnej odległości od stanowiska las mógł stanowić miejsce schronienia Syrphidae. Arrignon i in. [2005] podają, że szczególnie ważną rolę dla bzygowatych odgrywają zadrzewienia mieszczące się w pobliżu łąk porośniętych kwiatami, które w ciągu dnia stanowią bazę pokarmową dla tych muchówek. Pozytywny wpływ bliskiej obecności zadrzewień przedstawiają również Marcos-Garcia i in. [2011]. Stwierdzili oni największe bogactwo gatunkowe Syrphidae na terenach leśnych. Najmniejszą liczbę bzygowatych odłowiono na stanowisku w Modlnicy. Charakteryzowało się ono dużym zacienieniem wynikającym z gęstej zabudowy, niezbyt licznymi drzewami oraz niższym stopniem zanieczyszczenia. Znajdowało się jednak w największej odległości od otuliny Ojcowskiego Parku Narodowego (Tab. 1). W Sułoszowej i Skale odłowiono taką samą liczbę osobników, przy czym stanowisko drugie charakteryzowało się występowaniem większej liczby gatunków Syrphidae (Tab. 2). Stanowisko w Sułoszowej wyróżniało się obecnością największej liczby zadrzewień, średnią odległością od Ojcowskiego Parku Narodowego oraz umiarkowanym nasłonecznieniem. W Skale nie odnotowano aż tylu zadrzewień, jednak było to stanowisko bardziej zanieczyszczone (Tab. 1). Bowie i in. [2003] podają, iż z jednej strony żywopłoty i zadrzewienia stanowią cenną ostoję oraz źródło pożywienia, z drugiej jednak mogą utrudniać rozprzestrzenianie się i migrację owadów latających, w tym Syrphidae. Wnioski Interpretując uzyskane wyniki można stwierdzić, iż największy wpływ na występowanie muchówek z rodziny Syrphidae miały takie czynniki jak: obecność zadrzewień, nasłonecznienie, a także odległość od granic Ojcowskiego Parku Narodowego. Zanieczyszczenie środowiska zdaje się nie mieć znaczącego negatywnego wpływu na liczebność i skład gatunkowy Syrphidae. W celu zweryfikowania tej hipotezy konieczna jest kontynuacja badań. Bibliografia Arrignon F., Barreau G., Bouyjou B., Ouin A., Sarthou J Landscape parameters explain the distribution and abundance of Episyrphus baltea- 185

186 Anna Witek, Maja Dobińska, Elżbieta Wojciechowicz-Żytko tus (Diptera: Syrphidae). European Journal Entomology, 102: Bańkowska R Syrphidae, [w:] Klucze do oznaczania owadów Polski cz. XXVIII, Z. 34. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa. Bowie M.H., Evans A.M., Hickman J.M., Sedcole J.R., Tylianakis J.M., Wratten S.D Field boundaries as barriers to movement of hoverflies (Diptera: Syrphidae) in Cultivated Land. Oecologia, 134: Chudzicka E., Skibińska E Owady w monitoringu przyrodniczym. Wiadomości entomologiczne, 18 Supl. 2: Gilbert F.S Diurnal activity patterns in hoverflies (Diptera, Syrpidae). Ecological Entomology, 10: Haarto A., Kerppola S Finnish hoverflies and some species in adjacent countries. Otavan Kirjapaino. Klasa A., Soszyński B Bzygowate (Syrphidae; Diptera) Ojcowskiego Parku Narodowego. Parki Narodowe i Rezerwaty Przyrody, 30 (1-2): Kula E Hoverflies (Diptera: Syrphidae) of Spruce Forest in Different Health Condition. Entomophaga, 42 (1/2): Krzemiński W., Palaczyk A., Soszyński B Zagrożenia i perspektywy ochrony muchówek. Wiadomości entomologiczne, 18 Supl. 2: Marcos-Garcia M.A., Moreno C.E., Ricarte A Assessing the effects of vegetation type on hoverfly (Diptera: Syrphidae) diversity in a Mediterranean landscape: implications for conservation. Journal of Insect Conservation, 15: Petryszak B Ryjkowce (Curculionidae, Coleoptera) Beskidu Ślaskiego. UJ, Rozpr. Habilit., 68. Szujecki A Ekologia owadów leśnych. PWN, Warszawa. Trojan P Ekologia ogólna. PWN, Warszawa. Van Veen M.P Hoverflies of Northwest Europe. Identification keys to the Syrphidae. KNNV Publishing. Wnuk A Roślinność w łańcuchach pokarmowych dla mszycożernych bzygowatych (Diptera, Syrphidae). Ochrona środowiska naturalnego w XXI wieku nowe wyzwania i zagrożenia. Fundacja na Rzecz Wspierania Badań Naukowych Wydziału Ogrodniczego w Krakowie, Adres do korespondencji: mgr inż. Anna Witek Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie aniawitek89@gmail.com Opiekun naukowy: dr hab. inż. Elżbieta Wojciechowicz-Żytko 186

187 Marcin Andrzejewski Anna Krzepiłko Iwona Zych-Wężyk EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Zużycie oraz ceny nawozów mineralnych w Polsce w latach Consumption and prices of mineral fertilizers in Poland in the years Abstrakt. Nawożenie jest zabiegiem agrotechnicznym mającym na celu zwiększyć żyzność gleb przeznaczonych pod uprawę. Zasadniczym celem stosowania nawozów mineralnych jest uzyskanie przez rolnika plonu o dobrej jakości. Nawożenie jest obecnie jednym z najdroższych zabiegów w produkcji rolniczej. Celem niniejszego opracowania była analiza zużycia nawozów, kosztów ich zakupu oraz relacji między ceną płodów rolnych, a nawozami w latach Analiza danych pokazuje, że poziom zużycia nawozów mineralnych w Polce w analizowanym przedziale lat zmalał o 5,7 %, jakkolwiek w badanych latach występowały korzystne relacje cen wybranych grup nawozów do cen pszenicy. Słowa kluczowe: nawozy mineralne, ceny nawozów, relacje cenowe, zakwaszenie gleb Summary. Fertilization is an agro-technique procedure designed to increase the fertility of the soil used for cultivation. The main aim of mineral fertilizers is to obtain high quality crops. Fertilization is one of the most expensive treatments in agricultural production. Therefore, the aim of this study was to analyze the use of fertilizers, their cost and the relationship between the price of agricultural products and fertilizers for the period of The results showed that the use of the mineral fertilizers in Poland has decreased by 5.7% in the last five years. In the research period there were observed beneficial price relationships of the selected fertilizers to wheat prices. Key words: mineral fertilizers, prices of mineral fertilizers, price relations, acidification of soils 187

188 Marcin Andrzejewski, Anna Krzepiłko, Iwona Zych-Wężyk Wstęp Jednym ze wskaźników służących do oceny ekonomicznej w rolnictwie jest poziom zużycia nawozów mineralnych. Zużycie nawozów mineralnych w Polsce uzależnione jest od opłacalności produkcji rolniczej (czyli relacji cen nawozów do cen płodów rolnych) oraz zasobności finansowej gospodarstw rolnych. Rolnicy w ostatnich latach dostrzegają gwałtowny wzrost cen nawozów przy jednocześnie niskich cenach skupu płodów rolnych [Zalewski 2011]. Należy jednak zaznaczyć, że wielu polskich rolników nie oszczędza na aplikowaniu nawozów. Wynika to między innymi z potrzeby poprawienia zasobności gleb (głównie gleby lekkie) w składniki odżywcze. Ponadto opłacalność produkcji można znacznie zwiększyć przez osiągniecie wysokich plonów, co ściśle wiąże się z koniecznością zastosowania optymalnego nawożenia. W przeciwnym wypadku koszty stałe ponoszone przez rolników znacznie przekroczą ich przychody [Czubiński 2008]. Ważnym czynnikiem determinującym wzrost zużycia nawozów mineralnych w skali globalnej jest czynnik demograficzny. Przyrost liczby ludności wymusza na rolnictwie wzrost produkcji artykułów rolniczych, które zaspokoją potrzeby żywieniowe [Zalewski 2011]. Materiał i metody Celem pracy była analiza zużycia nawozów mineralnych w latach i ocena zmieniających się relacji cen wybranych grup nawozów do cen pszenicy. Podjęty w pracy problem opracowano w oparciu o dane opublikowane przez Główny Urząd Statystyczny oraz Instytut Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej. Zebrane dane zestawiono przy pomocy programu EXCEL 2007 Wyniki i dyskusja W roku 2008 zużycie nawozów NPK wynosiło 132,6 kg ha -1 UR, a w roku 2012 zużycie nawozów zmieniło się do poziomu 125,1 kg NPK ha -1 UR (tab.1). Poziom zużycia nawozów mineralnych w Polsce w analizowanym okresie zmalał o 5,7 %. W Polsce zaobserwowano regionalne zróżnicowanie stosowania nawozów mineralnym. Najmniejsze 188

189 Zużycie oraz ceny nawozów mineralnych w Polsce w latach zużycie nawozów stwierdzono w centralnej i wschodniej części kraju, natomiast największe odnotowano w zachodniej i północno-zachodniej Polsce [Piwowar 2010]. Tab. 1. Zużycie nawozów mineralnych w Polsce w poszczególnych grupach nawozowych w latach (w kg na ha UR w przeliczeniu na czysty składnik) Rok Nawozy azotowe (N) Nawozy fosforowe (P ) Nawozy potasowe (K 2 O) NPK Nawozy wapniowe (CaO) 2007/ ,7 28,6 33,3 132,6 38,5 2008/ ,3 26,6 117,9 32,9 2009/ ,3 27,7 25,6 119,6 38,2 2010/ ,7 26,4 29,5 126,6 36,8 2011/ ,7 24,6 27,8 125,1 33,7 średnio 69,68 26,12 28,56 124,36 36,02 Źródło: opracowanie własne na podstawie danych GUS Struktura zużycia poszczególnych nawozów mineralnych w omawianym okresie była bardzo zróżnicowana (tab.1). W polskim rolnictwie stosuje się głównie nawozy azotowe. Wynika to głównie z faktu, że azot jest pierwiastkiem plonotwórczym, który w pierwszej kolejności decyduje o jakości i ilości uzyskanego plonu. Najniższy poziom nawożenia nawozami azotowymi odnotowano w roku 2010 i wynosił 66,3 kg N ha -1 UR. Z danych przedstawionych w tabeli 1 wynika, że w okresie od 2008 do 2010 roku zużycie nawozów azotowych sukcesywnie malało, tj. z 70,7 do 66,3 kg N ha -1 UR. Tendencja ta w pozostałych latach została przerwana i od 2010 roku odnotowujemy wzrost zużycia tych nawozów. Stosowanie omawianej grupy nawozów w 2012 roku (72,7 kg N ha -1 UR) zwiększyło się o 2,8 % w porównaniu do roku 2008 (70,7 kg N ha -1 UR). Analizując poziom zużycia nawozów fosforowych i potasowych w badanym okresie stwierdzono tendencję spadkową. Zużycie w porównaniu do roku 2008 nawożenie fosforem i potasem zmalało odpowiednio o 4 i 5,5 kg K ha -1 UR. Średnie zużycie nawozów azotowych było około 2,5-krotnie większe od fosforowych i potasowych (Tab 1). W związku z tym stosunek N:P:K w nawożeniu ciągle zwiększa się na korzyść azotu. Taki stan prowadzi do zmniejszenia zasobności gleby 189

190 190 Marcin Andrzejewski, Anna Krzepiłko, Iwona Zych-Wężyk w przyswajany fosfor i potas, co w konsekwencji przyczynia się do spadku efektywności działania nawozów azotowych. Jest to zjawisko niekorzystne zarówno ze względów produkcyjnych jak i środowiskowych [Igras i in. 2010]. Niekorzystnym zjawiskiem obserwowanym w naszym kraju jest małe zużycie nawozów, które zmniejszają kwasowość odczynu gleby. Udział gleb kwaśnych w Polsce od wielu lat przekracza 50 % powierzchni użytków rolnych, co w porównaniu do innych krajów mających podobne warunki glebowe i klimatyczne wskazuje na konieczność stosowania nawozów alkalizujących [Kamionka 2010]. Odczyn gleb wpływa na przyswajalność składników pokarmowych zwłaszcza fosforu, co bezpośrednio wpływa na wzrost i plonowanie roślin i zmniejsza efektywność i opłacalność produkcji roślinnej [Igras i in 2010]. W pierwszej dekadzie lat 90 ubiegłego wieku stosowano średnio około 135 kg CaO ha -1 UR [Kamionka 2010]. Dla przykładu średnie zużycie CaO w latach wyniosło zaledwie 36 kg CaO ha -1 UR (tab.1) i było niższe o 74 % w porównaniu do lat 90. Spadek nawożenia CaO ha -1 UR w okresie 2011/2012 w stosunku do okresu 2007/2008 wynosił 12,5%. Przyczyną utrzymującej się tendencji zniżkowej zużycia CaO jest ograniczenie dotacji do produkcji wapna nawozowego od 2004 roku, jak również zaniedbania w zakresie szkoleń rolników. Należy zaznaczyć, że polscy rolnicy w roku 2011/2012 zużyli 3,5-krotnie mniej nawozów wapniowych w porównaniu do poziomu zużycia nawozów mineralnych NPK (tab.1). Według Zalewskiego [2011] wzrostowi cen surowców rolnych towarzyszy wzrost opłacalności produkcji rolnej. Zależność ta przyczynia się do rosnącego popytu na środki produkcji (głównie nawozów), co z kolei związane jest ze wzrostem ich cen. Dynamika wzrostu cen nawozów jest silnie skorelowana z kosztem surowców niezbędnych do ich produkcji. Na przykład ceny nawozów azotowych są w głównej mierze uzależnione od cen gazu ziemnego, który stanowi 90% kosztów produkcji amoniaku. Natomiast synteza amoniaku to 60% kosztów produkcji saletry. Ceny fosforytów wpływają na poziom cen nawozów fosforowych, a surowej soli potasowej na ceny nawozów potasowych. Stąd też koszt wydobycia, produkcji i importu surowców są ważnymi czynnikami, które decy-

191 Zużycie oraz ceny nawozów mineralnych w Polsce w latach dują o wysokości cen nawozów na świecie i w Polsce [Zalewski 2011; Bromberek 2010]. Porównując zmiany ceny detalicznych wybranych nawozów w latach stwierdzono wzrost ich cen (tab. 2). Największy odnotowano w przypadku soli potasowej (61%) saletry amonowej i polifoski (po 57%). Wyraźny wzrost cen w latach dotyczył również ceny superfosfatu granulowanego (20% P 2 O 5 ) o 43%, a wapna tlenkowego (60% CaO) o 44,3%. Wyraźny wzrost cen nawozów w omawianym przedziale lat odnotowano w 2009 roku. W tym czasie, polifoska zdrożała o 103 zł za 100 kg nawozu tj. o 72,6%, a sól potasowa o 74 zł (60%) w porównaniu z rokiem Istotny spadek cen nawozów (szczególnie polifoski o 68,7zł za 100 kg nawozu) odnotowano w 2010 roku. Tab. 2. Ceny detaliczne wybranych nawozów mineralnych w latach (zł za 100 kg) Wyszczególnienie Saletra amonowa 34% (N) Superfosfat granulowany - 20% (P 2 O 5 ) Polifoska 8% N, 24% P 2 O 5 i 24% K 2 O Sól potasowa 60% (K 2 O) wapno tlenkowe - 60% CaO 2008 luty 2009 luty 2010 luty 2011 luty 2012 luty 2012 grudzień średnio 94,1 121,8 102,0 119,1 145,1 147,0 121,5 73,2 127,0 104,6 94,2 99,7 105,0 100,6 142,6 246,2 177,5 185,8 217,0 224,2 198,9 124,0 198,0 185,8 172,8 197,8 200,0 179,7 60,4 71,7 78,2 80,5 70,7 76,6 73,0 Źródło: opracowanie własne na podstawie danych IERiGŻ [Zalewski, Zalewski 2009, 2010, 2011, 2012, 2013] Popyt na nawozy uzależniony jest od cen detalicznych nawozów oraz relacji między cenami płodów rolnych a ceną nawozów mineralnych [Piwowar 2011]. Ekonomiczną analizę zmian cen i opłacalności nawożenia przeprowadza się na podstawie relacji cen nawozów do cen ziarna zbóż. W niniejszej pracy taką analizę przeprowadzono w porównaniu do pszenicy. 191

192 Marcin Andrzejewski, Anna Krzepiłko, Iwona Zych-Wężyk W badanych latach nieznacznie polepszyły się relacje cen wybranych nawozów do cen pszenicy (tab. 3). Tab. 3. Cena 1 kg czystego składnika nawozu wyrażona w kg pszenicy Wyszczególnienie 2008 luty 2009 luty 2010 luty Pszenica 2011 luty 2012 luty 2012 grudzień średnia Saletra amonowa 34% (N) 5,2 6,9 5,0 3,8 5,4 4,3 5,1 Superfosfat granulowany 20% (P 2 O 5 ) 7,4 12,6 8,7 5,0 6,3 5,2 7,5 Polifoska 8% N, 24% P 2 O 5 i 24% K 2 O 5,5 8,2 5,2 3,6 4,9 3,9 5,2 Sól potasowa 60% (K 2 O) 4,2 7,2 4,9 3,1 4,2 3,3 4,5 wapno tlenkowe - 60% CaO 1,7 2,6 2,2 1,4 1,5 1,3 1,8 NPK 5,7 8,3 7,3 3,9 5,3 4,2 5,8 Źródło: opracowanie własne na podstawie danych IERiGŻ[Zalewski, Zalewski 2009, 2010, 2011, 2012, 2013] W roku 2008 na zakup 1 kg NPK należało przeznaczyć równoważność 5,7 kg pszenicy. Natomiast w 2012 (w grudniu) o 1,5 kg pszenicy mniej tj. 4,2 kg (tab. 3). Najgorsze relacje cenowe (z punku widzenia rolnika) kształtowały się na początku 2009 roku, za 1 kg czystego składnika superfosfatu granulowanego (20%P 2 O 5 ) należało zapłacić równoważność 12,6 kg pszenicy tj. o ponad 58% więcej w porównaniu do grudnia Relatywnie najtańszymi nawozami w latach było wapno tlenkowe i sól potasowa (tab. 3). Za 1 kg czystego składnika tych dwóch nawozów trzeba było średnio zapłacić równoważność: 1,8 kg i 4,5 kg pszenicy. Najdroższym nawozami okazały się superfosfat granulowany (średnio 7,5 kg pszenicy) oraz polifoska (średnio 5,2 kg pszenicy). Wnioski Zużycie nawozów mineralnych w Polce w latach zmniejszyło się w porównaniu do okresu o 5,7 %. W strukturze 192

193 Zużycie oraz ceny nawozów mineralnych w Polsce w latach zużycia nawozów mineralnych na polskim rynku dominują nawozy azotowe. W roku 2012 zużycie nawozów azotowych zwiększyło się o 2,8% w porównaniu do roku Analizując poziom zużycia nawozów fosforowych i potasowych w badanym okresie stwierdzono tendencję spadkową. Niekorzystnym zjawiskiem jest niskie zużycie nawozów odkwaszających glebę. W opisywanym okresie czasu stwierdzono wzrost cen detalicznych wybranych grup nawozów. Największy wzrost cen odnotowano w przypadku saletry amonowej, polifoski i soli potasowej. Rynek nawozów w Polsce jest rynkiem bardzo dynamicznym i trudno jest przewidzieć przyszłe relacje cen, a co za tym idzie opłacalność produkcji rolniczej. Bibliografia Bromberek J Nawozowa huśtawka. Top Agrar Polska, 12: Czubiński T Dramatyczne ceny nawozów. Top Agrar Polska, 8: Igras J., Kopiński J., Matyka M Ocena zużycia nawozów mineralnych w Polsce w układzie regionalnym. Wieś Jutra, 8(9): Kamionka J Analiza kosztów wapnowania gleb w Polsce. Problemy Inżynierii Rolniczej, 2: Piwowar A Zużycie i relacje cenowe wybranych nawozów mineralnych do ziarna pszenicy. Journal of Agrobusiness and Rural Development, 2(16): Piwowar A. 2011: Analiza cen nawozów mineralnych w latach Journal of Agrobusiness and Rural Development, 3(21): Zalewski A, Zalewski A Rynek środków produkcji dla rolnictwa. Rynek Rolny, 4(218): Zalewski A, Zalewski A Rynek środków produkcji dla rolnictwa. Rynek Rolny, 4(230): Zalewski A, Zalewski A Rynek środków produkcji dla rolnictwa. Rynek Rolny, 4(244): Zalewski A, Zalewski A Rynek środków produkcji dla rolnictwa. Rynek Rolny, 4(254): Zalewski A, Zalewski A Rynek środków produkcji dla rolnictwa. Rynek Rolny, 4(266): Zalewski A Światowy rynek nawozów mineralnych z uwzględnieniem zmian cen bezpośrednich nośników energii oraz surowców. Raport programu wieloletniego nr.16. IERiGŻ, Warszawa. 193

194 Marcin Andrzejewski, Anna Krzepiłko, Iwona Zych-Wężyk Adres do korespondencji: Mgr inż. Marcin Andrzejewski, dr hab. Anna Krzepiłko mgr Iwona Zych Wężyk Zakład Biochemii i Chemii Środowiskowej Wydział Nauk Rolniczych w Zamościu Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie marcin.andrzejewski.up@wp.pl Opiekun naukowy: dr hab. Anna Krzepiłko 194

195 Ada Biela Aleksander Owczarek EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW INDUKUJĄCYCH STRES SUSZY NA WZROST KALUSA PSZENICY JAREJ (Triticum L.) INFLUENCE OF SELECTED FACTORS INDUCING DROUGHT STRESS ON THE GROWTH OF SPRING WHEAT CALLUS (Triticum L.) Streszczenie. Hodowla nowych odmian tolerancyjnych na stresy abiotyczne takie jak susza, ma ogromne znacznie dla zwiększenia wydajności upraw. Jednym z głównych narzędzi pozwalających na szybką ocenę oraz selekcję genotypów charakteryzujących się odpornością na zadany czynnik stresowy jest zastosowanie technik kultur tkankowych. Indukcja stresu suszy w warunkach in vitro uzyskiwana jest przy użyciu różnych substancji zmniejszających potencjał osmotyczny. Celem pracy było porównanie reakcji kalusa pszenicy jarej w warunkach działania trzech wybranych substancji indukujących fizjologiczny stres suszy: glikolu polietylenowego (PEG-6000), mannitolu oraz chlorku sodu w stężeniach wyznaczających dwa poziomy potencjału osmotycznie czynnego -0,8 oraz -1,4 MPa. Materiałem testowym był kalus wyprowadzony z zarodków pszenicy jarej - odmiana Ostka Smolicka. Wpływ poszczególnych związków stresujących oceniany był na podstawie przyrostu masy kalusa, zawartości wody oraz suchej masy. Wyniki doświadczenia wykazują różnice w reakcji w zależności od bezpośredniego źródła stresu. Największy negatywny wpływ na wzrost kalusa miał chlorek sodu, natomiast na zawartość wody i suchej masy mannitol. Słowa kluczowe: stres suszy, pszenica jara, kalus, kultury in vitro Abstract. Development of new varieties that are more tolerant to abiotic stresses such as drought, are of immense importance to increase crop productivity. One of the main tools for quick assessment and selection of stress-tolerant plants is the use of tissue culture techniques. Drought stress in in vitro cultures may be induced by use of substances capable to decrease in osmotic potential. The aim of this study was to compare three osmotic 195

196 Ada Biela, Aleksander Owczarek agent: polyethylene glycol (PEG-6000), mannitol and sodium chloride in inducing drought stress at concentrations defining two levels of osmotic potential: -0,8 and 1,4 MPa. Experiment was conducted using callus obtained from Triticum aestivum cvs. Ostka Smolicka. Comparison was made on the basis of the informations about influence the drought stress on cell viability and cell growth. The experimental results show variations in the response, depending on the direct source of stress. The biggest negative impact on the growth of callus was sodium chloride, whereas the water content and dry weight was the most dependent on mannitol. Key words: drought stress, spring wheat, callus, in vitro cultures. Wstęp Szusza jest jednym z najczęściej występujących stresów abiotycznych limitujących plon zbóż na całym świecie. Tradycyjne metody hodowlane, pozwalające na wyprowadzanie odmian o zwiększonej tolerancji na stres suszy są bardzo czasochłonne oraz mało efektywne. Spowodowane jest to przede wszystkim brakiem ściśle określonych kryteriów selekcji i niespecyficznie przekazywanych genów podczas krzyżowań. Jedną z bardziej obiecujących metod wytwarzania stabilnych, tolerancyjnych na stres suszy genotypów jest wykorzystanie naturalnej różnorodności genetycznej oraz wariancji somaklonalnej [Rai i in. 2011, Soliman i Hendawy 2013]. Efektywna selekcja genotypów odpornych na stres suszy może być przeprowadzana w warunkach in vitro. Ponadto, kultury tkankowe działają również mutagennie, co dodatkowo zwiększa zmienność genetyczną, nawet w ramach jednej odmiany. Stosując te techniki poczyniono już znaczny postęp w hodowli takich roślin jak: kukurydza, ryż, pszenica i in. [Mahmood i in. 2012]. Celem niniejszej pracy jest porównanie działania trzech wybranych związków chemicznych indukujących fizjologiczny stres suszy: glikolu polietylenowego (PEG-6000), mannitolu oraz chlorku sodu w stężeniach wyznaczających dwa poziomy potencjału osmotycznie czynnego -0,8 oraz -1,4 MPa. Badania te mogą przyczynić się do optymalizacji procesu selekcji genotypów pszenicy jarej z wykorzystaniem 196

197 Wpływ wybranych czynników indukujących stres suszy na wzrost kalusa pszenicy jarej... technik in vitro, jak również do rozwoju narzędzi biotechnologicznych użytecznych w rozwiązywaniu krytycznych problemów hodowli zbóż. Materiał i metody Do badań wybrane zostały trzy związki chemiczne indukujące fizjologiczny stres suszy: chlorek sodu, mannitol oraz glikol polietylenowy (PEG-6000). Doświadczenie przeprowadzono na kalusie pszenicy jarej (odmiana - Ostka Smolicka) w dwóch powtórzeniach. W ramach jednego powtórzenia badano kalusy pochodzące z 10 ziarniaków. Kultury kalusa pszenicy wyprowadzano zgodnie z metodyką zaproponowaną przez Farshadfar i in. [2012]. Kalusy o określonej masie ( mg), wykładano na pożywkę Linsmaier a i Skoog a [Linsmaier i Skoog 1965], suplementowaną kwasem 2,4-dichlorofenoksyoctowym (2,4-D) w stężeniu 2mg l 1 oraz ph wynoszącym 5,7 przed autoklawowaniem. Stężenie testowanych związków dobrano tak, aby przybliżony potencjał osmotyczny pożywek wynosił odpowiednio -0,08 i -1,4 MPa. Dokładne stężenia stresorów wyznaczone zostały na podstawie danych literaturowych [Gopal i Iwama 2007, Lutts i in. 2004]. Po 30 dniach hodowli w ciemności, w temperaturze 25 C, kalusy ponownie ważono oraz, z pomocą wagosuszarki (model: RADWAG MA 60.3Y IR 160), oznaczano ich zawartość wody i suchej masy. Zebrane dane pozwoliły na wyliczenie następujących parametrów: przyrost masy kalusa (M) wyliczany na podstawie procentowego wzrostu masy kalusa w stosunku do masy początkowej ( ), zawartość wody (W) oraz sucha masa (S) kalusa wyliczane jako procent zawartości wody/suchej masy w stosunku do masy świeżego kalusa. Wyniki opracowano statystycznie, w celu weryfikacji hipotezy zerowej o braku wpływu zastosowanych substancji i ich stężeń (potencjału osmotycznego) na wzrost kalusa, zawartość wody i suchą masę, wykonując jednoczynnikową analizę wariancji. Grupy średnich jednorodnych wyznaczono przeprowadzając test Tukey a, przy poziomie istotności wynoszącym α=0,

198 Wyniki Ada Biela, Aleksander Owczarek Na podstawie przeprowadzonych obserwacji stwierdzono, że wszystkie testowane związki wywołujące stres suszy fizjologicznej działały niekorzystnie na wzrost kalusa, powodując jego przebarwienia, a w niektórych przypadkach nawet usychanie. Przeprowadzona analiza wariancji wykazała istotne statystycznie różnice pomiędzy rodzajami użytych stresorów oraz ich dawkami pod względem wszystkich testowanych parametrów (Tab. 1). Tab. 1 Średnie kwadraty oraz istotność zróżnicowania dla przyrostu masy, zawartości wody oraz suchej masy kalusa pszenicy jarej w warunkach suszy Źródło zmienności Czynnik stresujący w określonym stężeniu Liczba stopni swobody Przyrost masy kalusa (M) Zawartość wody (W) Zawartość suchej masy (S) ,86** 68,4** 68,434** Błąd ,08 1,2 1,216 **poziom istotności α = 0,05 Najbardziej agresywnym wobec kalusa pszenicy okazał się chlorek sodu. Jego obecność w pożywce powodowała najsilniejsze zahamowanie wzrostu tkanki, a przy stężeniu odpowiadającemu Ψπ = -1,4 MPa obserwowano całkowite jego zatrzymanie. Niemniej, spowodował on najmniejszy spadek zawartości wody oraz suchej masy w kalusie wraz ze wzrostem stężenia czynnika stresującego. Odmienna reakcja kalusa wystąpiła w obecności mannitolu. Przy niższym stężeniu czynnika stresującego działał on wręcz stymulująco na wzrost tkanki, powodując jednocześnie największy spadek zawartości wody oraz suchej masy, w stosunku do prób kontrolnych. Glikol polietylenowy w stosunku do pozostałych testowanych substancji wykazywał właściwości pośrednie. Zahamowanie wzrostu kalusa było porównywalne do zahamowania wywołanego przez mannitol, natomiast zawartość wody i suchej masy po 30-dniowym okresie stresu najbardziej zbliżona była do rezultatów uzyskanych przy zastosowaniu chlorku sodu. Graficzne zwizualizowanie wyników oraz grupy jednorodne potwierdzające podobieństwo poszczególnych średnich przedstawione zostały na Rys

199 Wpływ wybranych czynników indukujących stres suszy na wzrost kalusa pszenicy jarej... Rys. 1 Wykres procentowego przyrostu masy kalusa pszenicy (M) w zależności od rodzaju związku chemicznego wywołującego fizjologiczny stres suszy i ich stężeń (Ψπ); a, b, c, d grupy jednorodne wyznaczone przy pomocy testu Tukeya (α=0,05) Rys. 2 Wykres procentowej zawartości wody w kalusie pszenicy (W) w zależności od rodzaju związku chemicznego wywołującego fizjologiczny stres suszy i ich stężeń (Ψπ); a, b, c, d grupy jednorodne wyznaczone przy pomocy testu Tukeya (α=0,05) 199

200 Ada Biela, Aleksander Owczarek Rys. 3 Wykres procentowej zawartości suchej masy kalusa pszenicy (S) w zależności od rodzaju związku chemicznego wywołującego fizjologiczny stres suszy i ich stężeń (Ψπ); a, b, c, d grupy jednorodne wyznaczone przy pomocy testu Tukeya (α=0,05) Dyskusja i wnioski Uzyskane wyniki wskazują, że wystąpiła zróżnicowana reakcja wzrostu kalusa pszenicy jarej odmiana Ostka Smolicka w kulturze in vitro, w warunkach suszy indukowanej chlorku sodu, mannitolem oraz PEG-6000 przy stężeniach wywołujących potencjał osmotycznie czynny -0,8 oraz -1,4 MPa. Potwierdza to przypuszczenie przedstawiane przez innych autorów, że stopień odporności pszenicy na stres suszy, zależy przynajmniej częściowo, od istniejących mechanizmów odpornościowych na poziomie komórkowym [Bajji i in. 2000]. Istotne różnice pomiędzy efektami działania poszczególnych stresorów wynikają niewątpliwie z ich odmiennych właściwości chemicznych. Każda z użytych substancji posiada zdolność obniżania potencjału osmotycznego roztworu, uniemożliwiając optymalny pobór wody przez roślinę. Trzeba jednak zwrócić uwagę na odmienny mechanizm tego procesu w odniesieniu do właściwości zastosowanych związków chemicznych. Chlorek sodu (związek jonowy), oraz mannitol (związek niejonowy) są zdolne do wnikania wewnątrz tkanek roślinnych 200

201 Wpływ wybranych czynników indukujących stres suszy na wzrost kalusa pszenicy jarej... oddziałując na potencjał osmotyczny również wewnątrzkomórkowo. Natomiast glikol polietylenowy, ze względu na wielkość cząsteczek nie jest w stanie penetrować tkanek, limitując dostępność wody jedynie zewnątrzkomórkowo [Lutts i in. 2004, Almansouri i in. 2001]. Dlatego ryzyko wystąpienia dodatkowych efektów toksycznych w obecności NaCl czy mannitolu jest znacznie większe. Zaobserwowany stymulujący wpływ mannitolu na wzrost kalusa mógł być spowodowany tym, że związek ten występuje jako cukier prosty, podobnie jak sacharoza standardowo zawarta w pożywce i może również stanowić źródło węgla dla rozwijającego się kalusa. Dopiero jego wyższe stężenie wywołujące potencjał osmotycznie czynny -1,4 MPa staje się toksyczne dla kultury. Najmniejszy wpływ na zmianę zawartości wody w kalusie pszenicy miał chlorek sodu. Można zatem przypuszczać, że szkody wyrządzone stresem wynikały nie bezpośrednio ze zmniejszenia dostępności wody, ale raczej z toksycznego oddziaływania NaCl oraz jego wpływu na inne procesy komórkowe [Almansouri i in. 2001]. Potencjał osmotyczny na poziomie -0,8 oraz -1,4 MPa ustalony dla każdej z zastosowanych substancji wydaje się pomocny do wykorzystania w selekcji materiałów tolerancyjnych na stres suszy. Podobne obserwacje poczynili Mahmood i in. [2012] wykazując znaczący wpływ zbliżonych potencjałów osmotycznych na rozwój kalusa. Potencjał ten pozwala na selekcję genotypów mniej tolerancyjnych, jednocześnie umożliwiając przeżycie bardziej odpornych wariantów somaklonalnych. Nie można jednoznacznie określić, która z badanych substancji może być najbardziej użyteczna w selekcji genotypów tolerancyjnych. Chorek sodu najprawdopodobniej najmniej imituje susze w warunkach in vivo, co znajduje potwierdzenie w literaturze [Almansouri i in. 2001]. Na obecnym etapie badań działanie mannitolu i PEG-6000 wydaje się być zbliżone, jednakże aby móc ocenić, który z nich ma lepsze właściwości selekcyjne, konieczna jest kontynuacja doświadczenia regeneracja wyselekcjonowanych kalusów oraz testy w warunkach in vivo. Bibliografia Almansouri M. Kinet J.M. Lutts S Effect of salt and osmotic stresses on germination in durum wheat (Triticum durum Desf.). Plant and Soil, 231:

202 Ada Biela, Aleksander Owczarek Bajji M. Lutts S. Kinet J.M Physiological Changes after Exposure to and Recovery from Polyethylene Glycol-induced Water Deficit in Callus Cultures Issued from Durum Wheat (Triticum durum Desf.) Cultivars Differing in Drought Resistance. Journal of Plant Physiology, 156: Farshadfar E. Jamshidi B. Cheghamirza K. Teixeira da Silva J.A Evaluation of drought tolerance in bread wheat (Triticum aestivum L.) using in vivo and in vitro techniques. Annals of Biological Research, 3(1): Gopal J. Iwama K In vitro screening of potato against water-stress mediated through sorbitol and polyethylene glycol. Plant cell reports, 26: Linsmaier E.M. Skoog F Organic growth factor requirements of tobacco tissue cultures. Plant Physiology, 18: Lutts S. Almansouri M. Kinet J.M Salinity and water stress have contrasting effects on the relationship between growth and cell viability during and after stress exposure in durum wheat callus. Plant Science, 167: Mahmood I. Razzaq A. Ashraf M. Hafiz I.A. Kaleem S. Qayyum A. Ahmad M Interaction of callus selection media and stress duration for in vitro selection of drought tolerant callus of wheat. African Journal of Biotechnology: 11(17), Rai M.K. Kalia R.K. Singh R. Gangola M.P. Dhawan A.K Developing stress tolerant plants through in vitro selection - an overview of the recent progress. Environmental and Experimental Botany: 71(1), Soliman H.I.A. Hendawy M.H Selection for Drought Tolerance Genotypes in Durum Wheat (Triticum durum Desf.) Under In vitro Conditions. Middle-East Journal of Scientific Research: 14(1), Adres do korespondencji: mgr inż. Ada Biela mgr inż. Aleksander Owczarek Katedra Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa Zakład Genetyki i Biotechnologii Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu ada.biela@up.wroc.pl; aleksander.owczarek@up.wroc.pl Opiekun naukowy: dr hab. inż. Renata Galek 202

203 Barbara Biniaś Janina Gospodarek Milena Rusin EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW WYBRANYCH WYCIĄGÓW ROŚLINNYCH NA ŻEROWANIE PCHEŁKI CHRZANOWEJ (PHYLLOTRETA ARMORACIAE KOCH) NA CHRZANIE (ARMORACIA RUSTICANA GAERTN) EFFECT OF SELECTED PLANT EXTRACTS ON FEEDING PHYLLOTRETA ARMORACIAE KOCH ON HORSERADISH (ARMORACIA RUSTICANA GAERTN) Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu wyciągów z suszu pokrzywy zwyczajnej (Urtica dioica L.), bylicy piołunu (Artemisia absinthium L.) oraz skrzypu polnego (Equisetum arvense L.) w stężeniu 2% oraz ze świeżych części roślin pokrzywy i skrzypu (stężenia 10% i 30%) na żerowanie pchełki chrzanowej (Phyllotreta armoraciae Koch) na liściach chrzanu (Armoracia rusticana). Codziennie mierzono powierzchnię uszkodzeń liści chrzanu, w odniesieniu do całkowitej ich powierzchni, z użyciem programów komputerowych Quantum GIS oraz Auto CAD. Wodny wyciąg z suszu bylicy piołunu wykazuje silne działanie ograniczające żerowanie pchełki chrzanowej, co sugeruje możliwość wykorzystania go do zwalczania tych szkodników. Z pośród badanych wyciągów z pokrzywy, tylko 30% wyciąg ze świeżego materiału roślinnego wykazywał działanie hamujące żerowanie pchełki chrzanowej. Wyciągi wodne z suszu i świeżego skrzypu polnego nie ograniczały żerowania pchełki chrzanowej, jednak notowano podwyższoną śmiertelność szkodników po ich użyciu (wyciąg 30% z materiału świeżego i 2% z suszu). Słowa kluczowe: pchełka chrzanowa (Phyllotreta armoraciae Koch), chrzan pospolity (Armoracia rusticana), biologiczna ochrona roślin, wyciągi roślinne Summary. The aim of the study was to determine the effect of extracts of dried nettle (Urtica dioica L.), mugwort wormwood (Artemisia absinthium L.) and horsetail (Equisetum arvense L.) at concentrations of 2 % and fresh parts of plants of nettle and horsetail (concentration of 10 % and 30 %) for feeding horseradish flea (Phyllotreta armoraciae Koch) on the leaves of hor- 203

204 Barbara Biniaś, Janina Gospodarek, Milena Rusin seradish (Armoracia rusticana). Eaten area of horseradish leaves was measured daily with respect to their total surface area, using computer programs and GIS Quantum Auto CAD. Dried aqueous extract of mugwort wormwood (concentration 2%) shows a strong restrictive activity on feeding of horseradish flea beetles, suggesting the possibility of using it to control these pests. Among the tested extracts of nettle, only 30% of the extract of the fresh plant material shown to inhibit feeding of flea horseradish beetles. Aqueous extracts of dried and fresh horsetail not limited feeding of flea horseradish, however, increased mortality of pests after use (extract 30% of the fresh material and 2% of dried) was reported. Key words: Phyllotreta armoraciae Koch, horseradish (Armoracia rusticana Gaertn), biological control, plant extracts WSTĘP Chrzan pospolity (Armoracia rusticana) w polskich warunkach klimatycznych, ze względu na stosunkowo długi okres wegetacji (kilka miesięcy), narażony jest na szkodliwą działalność licznych gatunków owadów [Szwejda 2004]. Wśród nich jeden z najważniejszych to pchełka chrzanowa (Phyllotreta armoraciae Koch) [Horbowicz i in. 2004; Rogowska i Horbowicz 2004; Rogowska 2005]. Pchełki uszkadzają liście poprzez ich dziurawienie. Sporadycznie występuje minowanie liści. Tego typu silne uszkodzenia liści powodują ich przebarwienia, zmiany koloru (od żółtego do brunatnego) oraz więdnięcie i w ostateczności zasychanie liścia [Sandner 1990; Wnuk 1990]. Jedną z metod wykorzystywanych w biologicznej ochronie roślin do ograniczania żerowania szkodników, jest stosowanie wyciągów z roślin. Badania na ten temat są prowadzone od dawna i wskazują na ich różną skuteczność, zależnie od gatunku zwalczanego owada, rodzaju użytego wyciągu (wodny, alkoholowy, ze świeżego materiału, z suszu) i jego stężenia [Blaim 1965; Harmatha i Nawrot 1985; Achremowicz i Cież 1992; Achremowicz 1995; Achremowicz i Cież 1998; Dankowska i Kłosek 2008]. W dostępnej literaturze niewiele jest informacji na temat możliwości użycia wyciągów roślinnych do zwalczania szkodników chrzanu [Radziewicz i Lewandowski 2011]. Celem pracy było zbadanie oddziaływania wyciągów roślinnych z pokrzywy zwyczajnej, skrzypu polnego i bylicy piołunu na intensywność żerowania pchełki chrzanowej na liściach chrzanu. 204

205 Wpływ wybranych wyciągów roślinnych na żerowanie pchełki chrzanowej... MATERIAŁ I METODY W maju 2013 roku zebrano świeże liście chrzanu pospolitego. Wybrane fragmenty liści (przycięte do rozmiaru szalki), potraktowano następującymi wyciągami roślinnymi: z suszu oraz świeżych fragmentów pokrzywy zwyczajnej (Urtica dioica L.), z suszu bylicy piołunu (Artemisia absinthium L.) i z suszu oraz świeżych części skrzypu polnego (Equisetum arvense L.). W celu przygotowania wyciągów roślinnych, odpowiednio 2 g (zdefiniowane jako stężenie 2%), 10 g (stężenie 10%) i 30 g (stężenie 30%) materiału roślinnego (susz bądź świeże fragmenty roślin) zalewano 100 ml zimnej wody redestylowanej i odstawiano na okres 24 godzin w ciemności, w temperaturze pokojowej. Po upływie doby gotowe wyciągi przesączono przez sączek bibułowy i natychmiast użyto do przeprowadzenia doświadczeń laboratoryjnych. Wyciągi z suszu zostały sporządzone w stężeniu 2%, natomiast ze świeżych roślin przygotowano wyciągi 10% i 30%. Liście chrzanu zanurzano na 3 sekundy w roztworze odpowiednich wyciągów lub w wodzie destylowanej (kontrola), suszono w temperaturze pokojowej, po czym umieszczano w szalkach Petriego wyłożonych wilgotną bibułą. Następnie do każdej szalki wprowadzano po 2 osobniki pchełki chrzanowej. W odstępach 40 godzinnych, czterokrotnie mierzono powierzchnię uszkodzeń na tych samych fragmentach liści, w odniesieniu do całkowitej ich powierzchni, z użyciem programów komputerowych Quantum GIS oraz Auto CAD. Doświadczenie wykonano w 3 powtórzeniach. Analizę statystyczną otrzymanych wyników przeprowadzono przy użyciu programu Statistica 10.0.PL. Istotność różnic statystycznych między średnimi została zbadana przez przeprowadzenie analizy wariancji jednoczynnikowej, a średnie różnicowano testem NIR Fishera na poziomie istotności α = 0,05. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA W efekcie badań ustalono, iż wyciąg z piołunu (2%) (ryc. 2) miał najsilniejsze działanie ograniczające proces uszkadzania liści chrzanu przez chrząszcze (Phyllotreta armoraciae Koch). Widoczne zahamowanie uszkadzania liści nastąpiło po 80 godz. od rozpoczęcia obserwacji i utrzymywało się przez kolejne dni badania. Z pośród analizowanych wyciągów z pokrzywy tylko 30 % wyciąg ze świeżych 205

206 Barbara Biniaś, Janina Gospodarek, Milena Rusin części wykazywał działanie hamujące żerowanie szkodników. Różnice istotne statystycznie w odniesieniu do kontroli stwierdzono po 120 godzinach od momentu rozpoczęcia eksperymentu (ryc.1). Pomimo braku różnic w stopniu uszkadzania liści chrzanu zależnie od użycia pozostałych wyciągów z pokrzywy, odnotowano jednak negatywne działanie wszystkich wyciągów z pokrzywy przejawiające się ginięciem części osobników w trakcie trwania eksperymentu. Wodne wyciągi ze skrzypu polnego, zarówno z suszu jak i świeżego materiału roślinnego, niezależnie od stężenia nie wpłynęły istotnie na wielkość zjadanej powierzchni liści chrzanu (ryc. 3), przy czym zastosowanie 30% wyciągu ze skrzypu świeżego oraz 2% z suszu (odpowiednio po 80 i po 160 godz. obserwacji), spowodowało śmierć części osobników. W dostępnej literaturze bardzo mało jest informacji na temat możliwości zwalczania szkodników chrzanu z użyciem wyciągów roślinnych. Moczenie sadzonek chrzanu w ekologicznym roztworze z pokrzywy, bądź spryskiwanie roślin w momencie zawiązywania się pąków, jest wymieniane przez niektórych autorów jako sposób zwalczania m.in. pchełki Ryc. 1. Wpływ wyciągów wodnych z pokrzywy zwyczajnej na żerowanie pchełki chrzanowej (Phyllotreta armoraciae Koch) na liściach chrzanu, po 40, 80, 120 i 160 godzinach obserwacji. K - kontrola, pokrzywa świeża w stężeniu 10 % - P10, pokrzywa świeża w stężeniu 30% - P30, susz pokrzywy w stężeniu 2% - P2. Wartości oznaczone symbolem * odpowiednio dla danego terminu obserwacji różnią się istotnie w odniesieniu do obiektu kontrolnego przy α = 0,

207 Wpływ wybranych wyciągów roślinnych na żerowanie pchełki chrzanowej... Ryc. 2. Wpływ wyciągów wodnych z bylicy piołunu na żerowanie pchełki chrzanowej (Phyllotreta armoraciae Koch) na liściach chrzanu po 40, 80, 120 i 160 godzinach obserwacji. K - kontrola, susz bylicy piołunu w stężeniu 2% - PN2. Wartości oznaczone symbolem * odpowiednio dla danego terminu obserwacji różnią się istotnie w odniesieniu do obiektu kontrolnego przy α = 0,05. Ryc. 3. Wpływ wyciągów wodnych ze skrzypu polnego na żerowanie pchełki chrzanowej (Phyllotreta armoraciae Koch) na liściach chrzanu po 40, 80, 120 i 160 godzinach obserwacji. K - kontrola, skrzyp polny świeży w stężeniu 10 % - S10, skrzyp polny świeży w stężeniu 30% - S30, susz skrzypu polnego w stężeniu 2% - S2. Wartości oznaczone symbolem * odpowiednio dla danego terminu obserwacji różnią się istotnie w odniesieniu do obiektu kontrolnego przy α = 0,

208 Barbara Biniaś, Janina Gospodarek, Milena Rusin chrzanowej [Radziewicz i Lewandowski 2011]. Z kolei występowanie chrząszczy i larw pokrewnych gatunków, tj. pchełki smużkowanej (Phyllotreta nemorum L.) oraz czarnej (P. atra Fabr.), na wybranych roślinach kapustowatych (Brassica L.), znacznie zahamowano, stosując wodne wyciągi z aksamitki niskiej pełnej (T. patula nana) [Jankowska 2008]. Wysoką śmiertelność szkodników roślin (głównie mszyc) obserwowano w trakcie badania wpływu wyciągów m.in. z pokrzywy oraz piołunu [Achremowicz 1995]. Badania dowodzą, iż oddziaływanie owadobójcze wybranych wyciągów zależy w znacznej mierze od użytego rozpuszczalnika [Achremowicz i Cież 1988]. WNIOSKI 1. Wodny wyciąg z suszu bylicy piołunu (stężenie 2%) wykazuje silne działanie ograniczające żerowanie pchełki chrzanowej (Phyllotreta armoraciae Koch) na liściach chrzanu pospolitego (Armoracia rusticana), co sugeruje możliwość wykorzystania go do zwalczania tych uciążliwych szkodników. 2. Z pośród badanych wyciągów z pokrzywy, tylko 30% wyciąg ze świeżego materiału roślinnego hamował żerowanie pchełki chrzanowej. Odnotowano przy tym podwyższoną śmiertelność owadów w trakcie eksperymentu pod wpływem wszystkich rodzajów wyciągów z pokrzywy. 3. Wyciągi wodne z suszu i świeżego skrzypu polnego nie ograniczały żerowania pchełki chrzanowej, jednak notowano podwyższoną śmiertelność szkodników po ich użyciu (wyciąg 30% z materiału świeżego i 2% z suszu). BIBLIOGRAFIA Achremowicz J Badania nowych aficydów pochodzenia roślinnego. Pestycydy (4), Achremowicz J. Cież W Ekstrakty roślinne jako naturalne pestycydy do zwalczania mszyc. Materiały XXXII Sesji Naukowej IOR (II), Achremowicz J. Cież W Doświadczenia nad skutecznością działania wyciągów z roślin stosowanych jako aficydy. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 353:

209 Wpływ wybranych wyciągów roślinnych na żerowanie pchełki chrzanowej... Blaim K Swoiste substancje roślin uprawnych. PWRiL. Warszawa Dankowska E. Kłosek I Plant extracts, infusions and decoctions as factors limiting feeding activity of deroceras leave (O.F. Müller, 1774). (Gastropoda: Pulmonata: Agriolimacidae). Folia Malacologica. Poznań. (16/1), Harmatha J. Nawrot J Substancje roślinne wpływające na rozwój i zachowanie się owadów. Materiały XXV Sesji Naukowej IOR, Hiiesaar K. Kaasik R. Williams I. H. Svilponis E. Jogar K. Metspalu L. Mand M. Ploomi A. Luik A Cold hardiness of horseradish flea beetle (Phyllotreta armoraciae Koch). Zemdirbyste Agriculture. (99/2), Horbowicz M. Rogowska M. Szwejda J Relation between flavonols and isothiocyanates content in horseradish leaves and population of its main pests: flea beetles (Phyllotreta spp.), diamondback moth (Plutella xylostella L.) and turnip sawfly (Athalia rosae L.). Pol. J. Entomology. (73), Jankowska B Wpływ wodnego wyciągu z aksamitki (Tagetes patula nana) na występowanie szkodliwej entomofauny na kapuście białej. Progress in Plant Protection. (48/2), Radziewicz J. Lewandowski K Chrzan, roślina na zagospodarowanie nieużytków. Poradnik gospodarski. Rolniczy Magazyn Elektroniczny. Uprawa i nawożenie roślin. Centralna Biblioteka Rolnicza im. Michała Oczapowskiego. (1), Rogowska M Hasło Ogrodnicze. Warzywnictwo. Szkodniki lubią chrzan. cz. I. (4). Plantpress. Kraków. Rogowska M. Horbowicz M Różnice w zasiedlaniu dwóch typów chrzanu przez pchelki (Phyllotreta spp.), tantnisia krzyzowiaczka (Plutella xylostella L.) i gnatarza rzepakowca (Athalia rosae L.). Progress Plant Protection. (44/2), Sandner H Owady. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. (3), 452. Szwejda J Przegląd szkodników i ich wrogów naturalnych aktualnie występujących na warzywach kapustowatych w Polsce. Nowości Warzywnicze. Skierniewice, Wnuk A Entomologia dla rolników. Część I ogólna. Akademia Rolnicza im. H. Kołłątaja w Krakowie. Skrypty dla Szkół Wyższych. Kraków,

210 Barbara Biniaś, Janina Gospodarek, Milena Rusin Adres do korespondencji: mgr Barbara Biniaś, dr hab. inż. Janina Gospodarek mgr inż. Milena Rusin Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Rolniczo-Ekonomiczny Katedra Ochrony Środowiska Rolniczego Al. Mickiewicza 21, Kraków binias.barbara@gmail.com. 210

211 Roman Bezus Anastasiia Cherniavska Maciej Chowaniak, Dorota Gala Andrzej Joniec, Marcin Niemiec EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW NACHYLENIA STOKU, SYSTEMU UPRAWY I OKRYWY ROŚLINNEJ NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE GLEBY EFFECT OF SLOPE GRADIENT, TILLAGE SYSTEM AND CROP COVER ON SELECTED PHYSICAL PROPERTIES OF THE SOIL Summary. The experiment was conducted in years on a brown, loess-derived soil, at the Experimental Station in Cracow Mydlniki. The objective of the experiment was to determine the effect of slope gradient (9 and 16 %), soil tillage system (ploughing and direct drilling) and plant cover (faba beans, spring wheat and winter canola on capillary and aeral capacity of soil. In conducted research slope gradient has a significant effect on capillary capacity of soil. Also tillage system has significant effect on this soil parameter but only in 0-10 cm soil layer. On the objects with direct drilling capillary capacity was greater than in ploughing tillage while greater aeral capacity was observed on objects with ploughing tillage system. Key words: tillage systems, soil properties, slope gradient. Streszczenie. Doświadczenie przeprowadzono w latach na glebie brunatnej wytworzonej z lessu w Stacji Doświadczalnej w Krakowie Mydlnikach. Celem badań było określenie wpływu nachylenia stoku (9 i 16 %), systemu uprawy (płużny i siew bezpośredni), okrywy roślinnej (bobik, pszenica jara, rzepak ozimy) na pojemność kapilarną i aeracyjną gleby. W przeprowadzonym badaniu nachylenie stoku w istotny sposób wpływało na pojemność kapilarną gleby. Również system uprawy powodował istotne różnice dotyczące tego parametru gleby, ale tylko odnośnie warstwy 0 10 cm. Na obiektach z siewem bezpośrednim pojemność kapilarna była większa niż w uprawie płużnej. Natomiast większa pojemność aeracyjna została zaobserwowana na obiektach z systemem płużnym Słowa kluczowe: systemy uprawy, właściwości gleby, nachylenie stoku. 211

212 R. Bezus, A. Cherniavska, M. Chowaniak, D. Gala, A. Joniec, M. Niemiec Wstęp Stosowanie uproszczeń w uprawie wiąże się ze zmianami właściwości fizycznych gleby. Zmiany te dotyczą zwłaszcza stosunku porów kapilarnych małych do dużych, który w systemach uproszczonych w porównaniu do konwencjonalnego (płużnego) zmienia się na korzyść małych [Tebrügge i Wagner 1995]. Jednocześnie ze zmianą ilości porów i ich wielkości zmienia się zdolność gleby do gromadzenia wody co w dalszym etapie wpływa na plonowanie roślin, podatność gleby na erozję wodną przez ograniczenie zwiększenie przepuszczalności gleby. Celem pracy było określenie wpływu nachylenia stoku, systemu uprawy i okrywy roślinnej na porowatość kapilarną i aeracyjną gleby. Materiał i metody Badania przeprowadzono w Stacji Doświadczalnej Katedry Agrotechniki i Ekologii Rolniczej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie zlokalizowanej w Mydlnikach. Doświadczenie zostało zlokalizowane na stoku południowym, na glebie brunatnej wytworzonej z lessu. Trójczynnikowe płodozmianowe doświadczenie polowe zostało założone metodą losowanych podbloków w układzie zależnym w czterech powtórzeniach na poletkach o powierzchni 44 m 2. Pierwszym czynnikiem doświadczenia było nachylenie stoku, czynnik ten obejmował nachylenie 9% (strefa dolna stoku) i nachylenie 16% (strefa górna stoku). Drugim czynnikiem doświadczenia były dwa systemy uprawy roli: system orkowy i system siewu bezpośredniego. Trzeci czynnik stanowiła okrywa roślinna, którą reprezentowały rośliny uprawiane w następującym płodozmianie: bobik, pszenica jara, rzepak ozimy. Pojemność kapilarna oraz pojemność aeracyjna oznaczonoprzy pomocy stalowych cylindrów Kopecky ego o pojemności 100 cm 3. Próbki gleby pobierano na każdym poletku w dwóch powtórzeniach z warstw 0-10, i cm. Poboru próbek dokonywano w następujących terminach: dla bobiku w pełni stadium rozwoju liści i pędu (40 50 wg skali BBA) i po zbiorze roślin, dla pszenicy jarej: w pełni krzewienia (25 29 wg skali Zadoksa [Zadoks i in. 1974]) i po zbiorze roślin, dla rzepaku ozimego: w pełni stadium kwitnienia (64 69 wg skali BBA) i po zbiorze roślin. Do opracowania statystycznego uzyskanych wyników wykorzystano analizę wariancji. Istotność średnich różnic obiektowych testowano z wykorzystaniem 212

213 Wpływ nachylenia stoku, systemu uprawy i okrywy roślinnej na wybrane właściwości... procedury porównań wielokrotnych z wykorzystaniem testu Tukeya na poziomie istotności α = 0,05. Wyniki Na pojemność kapilarną gleby w warstwie 0 10 istotnie wpływało nachylenie stoku i system uprawy (tab. 1-3). Gleba z obiektów znajdujących się w strefie górnej stoku o nachyleniu 16% posiadała w warstwie 0 10 cm średnio o 1,76% mniejszą pojemność kapilarną niż (tab. 1). Z kolei system uprawy badany parametr gleby różnicował istotnie jedynie w wierzchniej warstwie gleby (0 10 cm) (tab. 1-3). W niższych badanych warstwach (10-20 i cm) zaobserwowano podobną tendencję, choć nie udowodnioną statystycznie. Spostrzeżenie to potwierdza analiza współdziałania czynników doświadczenia (tab. 1) z której wynika, iż wartości charakteryzujące pojemność kapilarną pochodzącą z uprawy bobiku i pszenicy jarej były niższe. Podobnie w badaniach Wojciechowskiego i Sowińskiego [2002] siew bezpośredni w porównaniu z uprawą tradycyjną, istotnie zwiększył pojemność kapilarną gleby. Z kolei w badaniach Idkowiak i Kordasa [2004] siew bezpośredni powodował zmniejszenie się pojemności kapilarnej gleby w odniesieniu do uprawy konwencjonalnej w wierzchniej warstwie gleby. W przypadku pojemności powietrznej jedynie system uprawy powodował istotne różnice w wierzchniej warstwie gleby (tab. 4-6). Zastosowanie siewu bezpośredniego wpłynęło na zmniejszenie pojemności powietrznej gleby w warstwie 0 10 cm, średnio o 20,7% w porównaniu do systemu płużnego. Podobne efekty uzyskali w swoich badaniach Lipiec i in. [2006] Natomiast Tavares Filho i Tessier [2009] nie stwierdzili istotnych różnic między pojemnością powietrzną a systemem uprawy roślin siewem bezpośrednim i systemem płużnym. W badaniach własnych analiza statystyczna nie wykazała istotnych różnic w głębszych warstwach gleby (10-20, cm). Podobnie nachylenie stoku nie wykazało istotnego wpływu na analizowaną właściwość fizyczną gleby. Jedynie zaobserwowano, że gleba w górnej strefie stoku o nachyleniu 16% odznaczała się wyższymi wartościami pojemności powietrznej Analogicznie w pierwszej i drugiej warstwie na obiektach z pszenicą jarą zaobserwowano nie udowodnioną statystycznie tendencję do zmniejszenia pojemności powietrznej i zwiększenia na obiektach z bobikiem. 213

214 R. Bezus, A. Cherniavska, M. Chowaniak, D. Gala, A. Joniec, M. Niemiec Tab. 1. Pojemność kapilarna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie 0-10 cm 9% Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio 16% średnio dla nachyl. Siew bezpośredni 0,3521 0,3499 0,3455 0,3492 System płużny 0,3418 0,3419 0,3438 0,3425 średnio 0,3470 0,3459 0,3447 0,3458 Siew bezpośredni 0,3451 0,3420 0,3446 0,3439 System płużny 0,3349 0,3362 0,3355 0,3355 średnio 0,3400 0,3391 0,3401 0,3397 9% 0,3458 średnio dla syst. uprawy Siew bezpośredni 0, % 0,3397 System płużny 0,3390 NRI 0,00534 NRI 0,00581 α = 0,05 α = 0,05 średnio dla roślin Bobik 0,3435 Pszenica jara 0,3425 Rzepak ozimy 0,3424 NRI r.n*. α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy 0,00795 dla współdziałania nachylenia z rośliną 0,00782 dla współdziałania systemu uprawy z rośliną r.n. dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin 0,01113 NRI α = 0,05 *r.n.-różnica nieistotna 214

215 Wpływ nachylenia stoku, systemu uprawy i okrywy roślinnej na wybrane właściwości... Tab. 2. Pojemność kapilarna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie cm 9% Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio 16% średnio dla nachyl. Siew bezpośredni 0,3434 0,3426 0,3429 0,3430 System płużny 0,3474 0,3408 0,3405 0,3429 średnio 0,3454 0,3417 0,3417 0,3429 Siew bezpośredni 0,3271 0,3408 0,3394 0,3358 System płużny 0,3282 0,3396 0,3316 0,3331 średnio 0,3277 0,3402 0,3355 0,3345 9% 0,3429 średnio dla syst. uprawy Siew bezpośredni 0, % 0,3345 System płużny 0,3380 NRI α = 0,05 0,00325 NRI α = 0,05 r.n. średnio dla roślin Bobik 0,3365 Pszenica jara 0,3410 Rzepak ozimy 0,3386 NRI r.n. α = 0,05 NRI dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy 0,00791 α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z rośliną r.n. dla współdziałania systemu uprawy z rośliną r.n. dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin 0,

216 R. Bezus, A. Cherniavska, M. Chowaniak, D. Gala, A. Joniec, M. Niemiec Tab. 3. Pojemność kapilarna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie cm 9% Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio 16% średnio dla nachyl. Siew bezpośredni 0,3569 0,3402 0,3586 0,3519 System płużny 0,3489 0,3467 0,3444 0,3467 średnio 0,3529 0,3435 0,3515 0,3493 Siew bezpośredni 0,3282 0,3396 0,3316 0,3331 System płużny 0,3471 0,3408 0,3494 0,3458 średnio 0,3377 0,3402 0,3405 0,3395 9% 0,3493 średnio dla syst. uprawy Siew bezpośredni 0, % 0,3395 System płużny 0,3462 NRI α = 0,05 0,00751 NRI α = 0,05 r.n. średnio dla roślin Bobik 0,3453 Pszenica jara 0,3418 Rzepak ozimy 0,3460 NRI r.n. α = 0,05 NRI dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy 0,00891 α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z rośliną 0,00964 dla współdziałania systemu uprawy z rośliną r.n. dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin 0,

217 Wpływ nachylenia stoku, systemu uprawy i okrywy roślinnej na wybrane właściwości... Tab. 4. Pojemność powietrzna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie 0-10 cm Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio Siew bezpośredni 0,0751 0,0760 0,0784 0,0765 9% System płużny 0,0901 0,0894 0,0938 0,0911 średnio 0,0826 0,0827 0,0861 0,0838 Siew bezpośredni 0,0834 0,0745 0,0818 0, % System płużny 0, ,0926 0,0961 0,0976 średnio 0,0938 0,0836 0,0890 0,0888 średnio dla 9% 0,0838 średnio dla Siew bezpośredni 0,0782 nach. 16% 0,0888 syst. uprawy System płużny 0,0944 NRI α = 0,05 r.n. NRI α = 0,05 0,01054 średnio dla roślin Bobik 0,0882 Pszenica jara 0,0831 Rzepak ozimy 0,0875 NRI α = 0,05 r.n. NRI α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy 0,01342 dla współdziałania nachylenia z rośliną r.n. dla współdziałania systemu uprawy z rośliną 0,01393 dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin 0,

218 R. Bezus, A. Cherniavska, M. Chowaniak, D. Gala, A. Joniec, M. Niemiec Tab. 5. Pojemność powietrzna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie cm 9% Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio 16% średnio dla nachyl. Siew bezpośredni 0,0746 0,0730 0,0775 0,0750 System płużny 0,0797 0,0796 0,0802 0,0798 średnio 0,0772 0,0763 0,0789 0,0774 Siew bezpośredni 0,0820 0,0838 0, ,0797 System płużny 0,0854 0,0816 0,0814 0,0828 średnio 0,0837 0,0777 0,0824 0,0813 9% 0,0774 średnio dla syst. uprawy Siew bezpośredni 0, % 0,0813 System płużny 0,0813 NRI α = 0,05 r.n. NRI α = 0,05 r.n. średnio dla roślin Bobik 0,0804 Pszenica jara 0,0770 Rzepak ozimy 0,0806 NRI r.n. α = 0,05 NRI α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy r.n. dla współdziałania nachylenia z rośliną 0,00622 dla współdziałania systemu uprawy z rośliną r.n. dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin r.n. 218

219 Wpływ nachylenia stoku, systemu uprawy i okrywy roślinnej na wybrane właściwości... Tab. 6. Pojemność powietrzna gleby [cm 3 cm -3 ] w warstwie cm 9% Nachylenie System uprawy Bobik Pszenica jara Rzepak ozimy średnio 16% Średnio dla nachyl. Siew bezpośredni 0,0599 0,0635 0,0617 0,0617 System płużny 0,0615 0,0624 0,0619 0,0619 średnio 0,0607 0,0630 0,0618 0,0618 Siew bezpośredni 0,0617 0,0626 0,0603 0,0615 System płużny 0,0670 0,0642 0,0628 0,0647 średnio 0,0644 0,0634 0,0616 0,0631 9% 0,0618 średnio dla Siew bezpośredni 0, % 0,0631 syst. uprawy System płużny 0,0633 NRI α= 0,05 r.n NRI α = 0,05 r.n. średnio dla roślin Bobik 0,0625 Pszenica jara 0,0632 Rzepak ozimy 0,0617 NRI α = 0,05 r.n. NRI dla współdziałania nachylenia z systemem uprawy r.n. α = 0,05 dla współdziałania nachylenia z rośliną r.n. dla współdziałania systemu uprawy z rośliną r.n. dla współdziałania nachylenia, systemu uprawy, roślin r.n. 219

220 Wnioski R. Bezus, A. Cherniavska, M. Chowaniak, D. Gala, A. Joniec, M. Niemiec Nachylenie stoku wpływało w istotny sposób na pojemność kapilarną gleby na głębokości od 0 do 30 cm. leba pochodząca ze stoku o nachyleniu 9 % odznaczała się istotnie większą pojemnością kapilarną niż z obiektów o nachyleniu 16%. Siew bezpośredni powodował w warstwie gleby 0-10 cm istotne zwiększenie pojemności kapilarnej i zmniejszenie pojemności aeracyjnej Uprawiane gatunki roślin nie wpływały w istotny sposób na zmiany badanych właściwości fizycznych gleby Literatura Idkowiak M., Kordas L Wpływ sposobu uprawy i nawożenia azotem na właściwości fizyczne gleby w uprawie pszenżyta ozimego. Annales UMCS, Sec. E., 59, 3, Lipiec J., Kuś J., Słowińska-Jurkiewicz A., Nosalewicz A Soil porosity and water infiltration as influenced by tillage methods. Soil & Tillage Research 89; Tavares Filho J., Tessier D Characterization of soil structure and porosity under long-term conventional tillage and no-tillage systems. R. Bras. Ci. Solo, 33; Tebrügge F., Wagner A Soil structure and trafficability after longterm application of no-tillage. Experience with the Applicability of Notillage Crop Production in the West-European countries. Proceedings of the Second Workshop, May, Silsoe, UK. Wissenschaftlicher Fachverlag, Giessen; Wojciechowski W., Sowiński J Kształtowanie się wybranych właściwości fizycznych gleby pod wpływem zróżnicowanego siewu pszenicy ozimej w monokulturze cz. i. ocena w fazie trzech liści. Acta Scientiarum Polonorum, Agricultura 1 (2); Zadoks J.C., Chang T.T., Konzak C.F. 1974: A decimal code for the growth stages of cereal. Weed Res., Oxford, 14, Adres do korespondencji: Roman Bezus, Dnipropetrovs k State Agrarian University, Ukraine Anastasiia Cherniavska National Metallurgical Academy of Ukraine Maciej Chowaniak, Dorota Gala, Andrzej Joniec, Marcin Niemiec University of Agriculture in Cracow maciejchowaniak@tlen.pl 220

221 Roman Bezus Iuliia Amelina Maciej Chowaniak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN INFORMATIZATION OF SOCIETY AS A GUARANTEE OF CONSUMPTION OF ORGANIC PRODUCTS ŚWIADOMOŚĆ SPOŁECZEŃSTWA GWARANCJĄ KONSUMPCJI PRODUKTÓW EKOLOGICZNYCH Streszczenie. Celem artykułu jest próba określenia poziomu świadomości oraz zainteresowania mieszkańców regionu, a także identyfikacja przyczyn, które mają wpływ na gotowość płacenia wyższych cen za tego rodzaju asortyment. Badanie przeprowadzono z zastosowaniem kwestionariusza ankietowego, który skierowany został do 850 respondentów. Na podstawie uzyskanych wyników wskazano, iż poziom świadomości nabywcy wywiera istotny wpływ na gotowość do płacenia wyższych cen za dostępne na rynku produkty ekologiczne. Do najważniejszych czynników warunkujących zakup żywności ekologicznej respondenci zaliczyli natomiast jej dostępność na lokalnym rynku zbytu oraz poziom dochodów osiągany przez członków badanych gospodarstw domowych. Słowa kluczowe: świadomość ekologiczna, ceny rynkowe, poziom dochodów, produkty ekologiczne. Summary. The aim of the article is an attempt to estimation of the awareness level and interest of citizens of Dnepropetrovsk region in organic products and also identification of causes, which have influence to readiness to pay more to buy this kind of products. Research was conducted with questionnaires addressed to 850 respondents. Based on the results was identified that the level of awareness of purchaser has a significant influence to readiness to pay higher prices for organic products. The most relevant factors determined purchasing organic food respondents pointed accessibility of this products on local sales market and level of incomes gained by members of the surveyed households. Key words: ecological awareness, market prices, level of incomes, organic products 221

222 Roman Bezus, Iuliia Amelina, Maciej Chowaniak INTRODUCTION Ukrainian organic farming has reached a territory about 300 thousand hectares. With the volumes of organic production still relatively low for such a big country as Ukraine. Organic production (certified) is about EUR 112 to 158 million, of which around EUR 30 to 40 million are exported to mainly EU countries. Another EUR 1 to 2 million is sold on the domestic market as organic, and the remainder is sold as conventional products [UNEP 2013]. That low level of sell in domestic market is related with many factors, social awareness, availability of products, incomes etc. The purpose of the article is to determine the level of awareness of residents of Dnipropetrovsk region about organic products and the readiness to buy it, and also identify causes why that people are ready to overpay for organic food. MATERIAL AND METHODS The study was conducted by collecting primary sociological information using methods of questioning and self-rating. Based on this empirical material different types of analysis have been used: structural, factor, cluster. Besides, statistical analysis of the data was carried out. The study was based on quantitative data collection methods - selective survey using questionnaires of residents of Dnipropetrovsk region (villages, towns, and cities with a population of 3,3 million people). Total number of respondents is 850 people. (Confidence probability - 95 %, confidence interval - 5%). To determine the general trend factor analysis was used and principal components method, whose main objective is to reduce the number of variables (data reduction) and determine the structure of relationship between variables, i.e. classification of variables [Shumetov 1999]. Until now Ukraine has never carried out the comprehensive study of public awareness of organic products. As a rule some aspects were analysed in different regions of Ukraine [Artysh 2006, Mylovanov 2009, Berlach 2010 Yatsenko and Zavadska 2010, Pidlisnyuk and Stefanovska 2008, Tchaika 2011]. RESULTS In first question respondents were asked to rate their awareness about organic products on ten point scale. 50,3% of respondents rated their 222

223 Informatization of society as a guarantee of consumption of organic products awareness level as above average. 12% of respondents believe that they are well-informed about organic food their awareness is rated at 10 points. 5,9% of respondents rated their awareness on this issue of 9 points, 8,2% - 8 points, 10,6% - 7 points, 13,6% - in 6 points, 16,5% - 5 points, 9,9% - 4 points, 9,3% - 3 points, 4,6% - 2 points, 6,1 % - 1 point that is noted that they are not well-informed. By contrast, in France 9% of residents consider themselves as very well -informed about organic products [Baromètre de , Organic market report 2013]. The study in the Dnepropetrovsk region shows that self-esteem increases together with the age concerning respondents awareness of what organic production is. So every second respondent aged over 75 years assessed his knowledge on the subject in 10 points out of 10. One in four respondents aged 45 to 49 years rated his knowledge in 10 points, 60 to 64 years, from 70 to 74 years and one in five aged 65 to 69 years. Among respondents who rated their knowledge as very good or good enough the largest proportion of respondents is aged 35 to 39, from 60 to 64 and from 45 to 49 years (62,7%, 59,1% and 55,3% respectively). Interesting is the fact that the age group of 70 years and over has never said the answer is not well-informed while determining the level of their awareness. Among those who has estimated the lowest level of awareness of organic products are most respondents in the age group of 65 to 69 years 16,7%, from 16 to 18 and from 19 to 21 years 15,4%, and from 45 to 4 49 years 14,9% (Fig.1). Source: own research. Fig. 1. Level of awareness about the organic products in different age groups 223

224 Roman Bezus, Iuliia Amelina, Maciej Chowaniak The highest percentage of those who rated their awareness in the highest point among respondents depends on their education: secondary education (14,4% of respondents), higher education(12,6% of respondents) and incomplete higher education (11,6% of respondents). A major part of those who rated their awareness in the lowest point according to education is the respondents with incomplete secondary education 12,5%). To one of the key questions in the questionnaire Do you wish to buy organic products almost 83 % of respondents affirmed their readiness to buy this products. This confirm the statement that a segment of consumers of organic products has already being formed in the Dnepropetrovsk region. The main factors that affect the willingness of the population of Dnepropetrovsk region to buy organic products desire to eat healthy food - 55%, the desire to feed their children and grandchildren with organic produce - 12%, the desire of new taste sensations - 9% and the desire to preserve the environment - 6%. 15% of respondents wouldn t tend to buy organic products as they fully meet the normal foodstuff (Fig. 2). Fig. 2. Structure of factors, which influence on the respondents willingness to buy organic or non-organic products. Source: own research. Thus, one could argue that people prefer to organic products in Dnepropetrovsk region as well as in France primarily because of concern about their own health and for their families [Organic market report 2013]. Interesting is the fact that according to the results of 224

225 Informatization of society as a guarantee of consumption of organic products research in the Dnepropetrovsk region the proportion of respondents willing to buy organic products with increasing income per family member per month is slightly reduced. For example, 85,6 % of respondents has expressed the wish to buy organic products among respondents with incomes up to 1,000 UAH per family member per month and 70,4 % of respondents has also expressed such a desire among respondents with incomes of more than 5001 USD. On the question Where would you like to buy organic production? almost half, namely 48% of respondents answered that in conventional food stores (supermarkets), 21% - would like to buy at specialized stores for organic products, 14% - at the market; 5% - directly from the producer (at farm), 2% - from online stores (home delivery), 6% - are undecided, 4% of users hasn t no written answers (Fig. 3). Fig. 3. The results of the answers to the question Where would you like to buy organic produce? Source: own research. The majority of residents of Dnipropetrovsk region are ready to pay extra for organic products. Only 19,1% of respondents are not ready to pay more for these products and about 13% can t answer. There are different levels of readiness to pay extra cost for organic products. It depends on the type of product (tab. 1). As a result of calculations using the software Statistical Package for the Social Sciences, we can conclude that the general trend shows that with increasing the amount of additional fees for organic 225

226 Roman Bezus, Iuliia Amelina, Maciej Chowaniak Tab. 1. Proportion of respondents willing to pay extra cost for organic products [%]. Cultured milk foods Fruits Vegetables Meat Fish Eggs Prepared food Tinned food Cereals Snacks Sweets Baked goods Water and drinks Juices Alcoholic beverages Overpay for organic products [%] 0% 15,2 16,0 15,8 14,6 15,8 17,6 22,1 21,4 19,3 29,8 19,9 18,2 19,8 17,9 22,4 1-10% 27,3 22,4 23,2 21,1 22,1 26,6 25,2 25,6 27,6 28,8 23,8 25,4 26,8 25,2 30, % 20,0 16,9 14,5 16,1 16,0 13,3 13,4 16,4 14,1 9,9 17,6 15,3 15,8 18,4 12, % 8,9 12,1 14,4 11,5 8,9 8,7 7,6 6,4 6,0 4,8 8,1 7,2 6,2 7,9 6, % 3,6 4,9 4,6 6,8 5,5 5,1 4,0 4,5 4,0 2,8 3,5 5,1 3,3 3,4 2, % 4,1 4,4 5,1 5,1 5,9 4,2 3,8 4,1 5,1 2,4 3,4 3,6 3,2 3,6 4, % 5,2 3,9 3,9 4,7 4,4 3,9 4,2 4,0 3,9 2,6 4,1 4,8 3,6 3,6 2, % 1,9 2,4 2,7 2,6 1,5 2,4 2,6 1,9 1,9 0,7 1,3 1,3 1,8 1,6 1, % 1,6 1,5 0,9 3,3 2,6 1,9 0,6 0,9 1,1 0,6 1,1 1,3 0,9 1,3 1, % 1,5 0,5 0,6 1,6 1,1 1,2 1,3 1,1 0,8 0,5 0,6 0,8 1,1 0,8 0, % 1,1 0,8 1,4 1,3 1,1 0,9 0,8 0,4 1,1 0,7 0,8 1,2 0,8 0,8 0, % 0,1 0,6 0,2 0,5 0,9 0,2 0,5 0,2 0,7 0,5 0,4 0,6 0,7 0,9 0,5 > 200% 0,9 0,9 1,2 0,8 0,9 0,9 0,8 0,7 1,2 1,1 0,8 0,8 0,7 0,9 1,3 No answer 8,5 12,7 11,6 10,0 13,3 13,1 13,1 12,5 13,3 14,9 14,6 14,4 15,3 13,5 13,6 Source: own research. 226

227 Informatization of society as a guarantee of consumption of organic products products the desire to buy organic products is reduced after 31% of respondents. Readiness to pay 10% for organic production dominates, followed by a sufficient sample of respondents, who are ready to overpay % for organic products. If we consider only the willingness to pay more for organic products, the number of people who are willing to buy organic products with a higher price than conventional products at 11-20% is at least twice than those who are willing to overpay up to 10%. Values from 0 to 10% is characterized by very high positive values of the factor variable equal to 2,3%, in terms of value of this factor it can be concluded that the most attractive price of organic products should not exceed 10% (tab. 1). This concerns some values of basic variables such as alcoholic beverages, snacks, cereals, cultured milk foods. A high positive value of factors implies approval of elementary variables, which is identically to strong willingness to pay more for organic products ranging from 0 to 10%. Foregoing shows that maximum demand of consumers is related with organic production which value does not exceed more than 30% of the cost of Fig. 4. Effect of awareness level of organic products and the level of income per 1 family member among the residents of Dnipropetrovsk region, who are ready to pay more for organic products. Source: own research. 227

228 Roman Bezus, Iuliia Amelina, Maciej Chowaniak conventional products. As the indicator of level of awareness among the population of Dnepropetrovsk region is differential indicating a rather strong informational disparity, it will be advisable to use cluster analysis, which allows integration of the respondents in the respective clusters by the closest values of awareness level. To calculate the distance between objects we use the square of the Euclidean distance. For the cluster analysis we use statistical package SPSS (Fig.4). CONCLUSION So, after factor analysis and clustering one could argue that the level of awareness of organic products has a positive effect on willingness to pay more for organic products. Overall readiness for the group is 27,1%. Willingness to pay more for organic products is confirmed by the relatively higher income per family member in the group - more than 2000 UAH per family member. As for the willingness to buy organic products by representatives of other clusters, as a whole, it depends on the level of awareness of organic products and is supported by income per family member. Taking into account the direct dependence between education level of respondents and level of awareness, it can be argued that formation of centers of natural farming in educational establishments promotes awareness and, consequently, willingness to pay extra buying organic products. REFERENCES Artysh V. I Management aspects of the production of environmentally friendly products in agriculture of Ukraine Scientific Journal of Nat. Agrarian Univ. - K., Baromètre de consommation et de perception des produits biologiques en France Edition Agence Bio Berlach N Analysis of motivational factors in terms of administrative and legal regulation in the development of organic agriculture in Ukraine Scientific Journal Legal Psychology and Pedagogy (8) - 7, Pidlisnyuk V. V Ecological (organic) agriculture is a part of sustainable agriculture. Environmental Security Mylovanov Y. V Organic agriculture: prospects for Ukraine Handbook 228

229 Informatization of society as a guarantee of consumption of organic products of Ukrainian Farmer: scientific-practical. collection Yatsenko O. M., Zavadska Y. S Formation of demand on organic products in the agro-food market. Ukrainian scientific-practical journal Innovative Economy Tchaika T. A Status of the market of Ukrainian organic production and its potential Journal of Ryazansk State Agrotechnical University named P. A. Kostycheva. 4 ( 12) Organic market report Soil Association 23. Shumetov V. G. Faktor analysis: Approach with Application computers Orel HTU, 88. United Nations Environment Programme (UNEP) org/ Adres do korespondencji: Roman Bezus Roman PhD, Iuliia Amelina Dnipropetrovs k State Agrarian University, Ukraine @ukr.net Maciej Chowaniak PhD University of Agriculture in Cracow maciejchowaniak@tlen.pl 229

230 230

231 Iwona Florczak Sylwia Andrusiewicz Jacek Słoma Marek Klimkiewicz EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Wpływu procesu prasowania obierek ziemniaczanych na właściwości powstałych materiałów Influence of potato peels compression on the properties of obtained materials Streszczenie. Obierki ziemniaczane mogą być surowcem do wytwarzania materiałów biodegradowalnych o dobrych właściwościach użytkowych. Obierki z trzech odmian ziemniaków (Melodia, Verona i Irga) prasowano w matrycy pod obciążeniem 10, 20 i 30 kn na maszynie wytrzymałościowej Instron. Scharakteryzowano takie cechy surowca, jak skład granulometryczny i jednostkową energię zagęszczania oraz gęstość pozorną wyprasek, co pozwoliło ocenić jakość i przydatność użytych surowców odpadowych. Wypraski osiągnęły gęstość pomiędzy 1,29 a 1,40 g cm -3. Wykazały dobrą podatność na proces zagęszczania. Przypuszczalnie, na spoistość wpłynąć mógł skład chemiczny obierek (zawartość skrobi, celulozy i białka) oraz skład granulometryczny cząstek, który charakteryzował się największą ilością cząstek o wymiarach 1,0-1,6 mm (22-36% dla wszystkich odmian). Otrzymane obrazy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wyprasek potwierdziły dobrą spoistość materiałów i wskazały na konieczność stosowania materiałów o zróżnicowanej wielkości cząstek. Słowa kluczowe: mikrostruktura, obierki ziemniaczane, prasowanie, wytrzymałość Abstract. Potato peels are wastes that could be used as compressed biodegradable materials with good strength properties. In the article potato peels from three varieties (Melodia, Verona, Igra) were shredded and compressed with the 10, 20 and 30 kn load on Instron machine. There were characterized such substrate features as granulometric distribution of particles, unit compression energy and density of material, what allowed to assess the quality and usefulness of substrates processed. The results show density between 1.29 and 1.40 g cm -3 and good susceptibility to compaction of substrates. It may be due to the chemical composition (starch, cellulose, protein content) and size distribution of particles that have the largest content in the range of 1,0-1,6 mm (22-36% for all varieties). Scanning electron microscopy (SEM) structure observations confirmed a good cohesion of the materials and indicated the need to use a material with diversified particle sizes. Key words: microstructure, potato peels, compression, strength 231

232 Iwona Florczak, Sylwia Andrusiewicz, Jacek Słoma, Marek Klimkiewicz Wstęp W 2012 roku zebrano 9,1 mln ton ziemniaków [Nosecka 2012], z czego 1,68 mln ton, czyli ponad 18% przeznaczono na przerób przemysłowy. Ziemniaki jako tani surowiec, o niskiej zawartości tłuszczu, będący dobrym źródłem węglowodanów, głównie skrobi, wysokiej jakości białka pochodzenia roślinnego, błonnika (celulozy) i witamin, odgrywają dużą rolę w żywieniu człowieka. Te naturalne składniki, występujące również w obierkach z ziemniaków, mogą być dobrym substratem, który w procesie prasowania mógłby przyczynić się do powstania materiałów biokompozytowych, nieszkodliwych dla środowiska naturalnego. Istotę procesu prasowania wyjaśnia m.in. praca Heima [2005]. W literaturze nie odnaleziono jednak szczegółowych badań dotyczących wytwarzania materiałów z tego typu surowców. Wykorzystaniem wycierki ziemniaczanej w procesie prasowania zajmował się Obidziński [2009]. Celem pracy było określenie przydatności obierek z trzech odmian ziemniaków do wytwarzania materiałów biodegradowalnych w procesie prasowania przy różnej sile nacisku. Materiał i metody W badaniach wykorzystano obierki z trzech odmian ziemniaków: Melodia, Verona i Irga. Materiał badawczy został uzyskany dzięki uprzejmości firmy wytwarzającej skrobię. Początkowa wilgotność obierek kształtowała się na poziomie 79%. Surowce wysuszono naturalnie w temperaturze 25 C, przy wilgotności względnej powietrza 35%, w ciągu 4 dni. Po wysuszeniu została zmierzona wilgotność, która wyniosła średnio 8%. Kolejnym etapem badań było rozdrobnienie surowca za pomocą rozdrabniacza nożowego. Czas rozdrabniania wynosił 12 s. Rozdrobniony surowiec poddano analizie sitowej wg normy DIN ISO (wytrząsarka laboratoryjna Multiserv typ LPzE-2e, wielkości sit [mm]: 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,5; 0,71; 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 3,55; 4,0; wielkość próbki: 100 g, amplituda: 60 mm, częstotliwość 2 Hz, czas 10 minut, 3 powtórzenia, waga analityczna o dokładności 10-3 g). Określono również gęstość nasypową poprzez pomiar masy i objętości niewstrząśniętego materiału, która wyniosła 0,48 g cm -3 dla odmiany Melodia, 0,40 g cm -3 Verona oraz 0,50 g cm -3 Irga. 232

233 Wpływu procesu prasowania obierek ziemniaczanych na właściwości powstałych materiałów Kolejno, odważano próbki o masie 0,15±0,01 g, zasypywano je do cylindrycznej matrycy o średnicy wewnętrznej 9 mm i prasowano jednoosiowo na maszynie wytrzymałościowej Instron 8802 z głowicą ściskającą (nacisk/ciśnienie: 10 kn/156,25 MPa, 20 kn/312,50 MPa, 30 kn/468,75 MPa). Proces prasowania przebiegał w następujący sposób: zadane naciski osiągano z prędkością narastania siły 20 kn min -1, po osiągnięciu zadanej siły przetrzymywano próbkę pod stałym ciśnieniem przez czas ściskania relaksacyjnego wynoszący 1,5 min, w temperaturze otoczenia 20ºC i wilgotności względnej otoczenia 33%. Dla każdej próby wykonano trzy powtórzenia. W trakcie eksperymentu rejestrowano jednostkową energię zagęszczania za pomocą programu Bluehill2. Następnie mierzono gęstość pozorną (nie uwzględniono znacznej porowatości) uzyskanych wyprasek poprzez pomiar ich masy (waga analityczna o dokładności 10-3 g) i objętości (mikrometr Topex o dokładności 10-2 mm). Pomiar powtórzono po 24 godzinach, po ustabilizowaniu się wymiarów. Próbki przechowywano w eksykatorze w temperaturze 20ºC. Obserwacje mikroskopowe powierzchni wyprasek prowadzono za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) FEI Quanta 200 ESEM, w trybie niskopróżniowym, ze względu na niską przewodność elektryczną materiałów, w celu uniknięcia skomplikowanej preparatyki (np. napylania złota). Uzyskane obrazy są efektem kompozycji sygnałów detektora elektronów wtórnych (SE) i elektronów rozproszonych wstecznie (BSE). Stosowano powiększenia od 50 do 400x. Ocenę statystyczną wyników wykonano w programie Microsoft Excel Obejmowała ona obliczenie średniej arytmetycznej oraz analizę wariancji, w której do weryfikacji istotności różnic między wartościami średnimi zastosowano test Tukey a, przy założonym poziomie istotności α = 0,05. Wyniki i dyskusja Analiza składu granulometrycznego cząstek badanych trzech odmian ziemniaków wykazała, że charakteryzuje się on rozkładem zbliżonym do normalnego (ryc. 1). Najwięcej cząstek zawierało się w przedziale 1,0-1,6 mm wielkości. Dla odmiany Verona i Melodia cząstek naj- 233

234 Iwona Florczak, Sylwia Andrusiewicz, Jacek Słoma, Marek Klimkiewicz mniejszych (<0,8 mm) i największych (>2,5 mm) było najmniej. Dla odmiany Irga ilość cząstek najmniejszych była porównywalna z ilością cząstek ze środkowego przedziału wielkości. Wielkość cząstek ma duży wpływ na spoistość sprasowanego materiału. Zbyt duże cząstki powodują odłamywanie się ich od powierzchni wypraski i powstawanie pęknięć. Cząstki mniejsze zapełniają wolne przestrzenie między większymi oraz lepiej się z nimi mieszają [Shinoj i in. 2011]. Ryc. 1. Procentowy udział frakcji rozdrobnionych obierek ziemniaczanych. Jednostkowa energia zagęszczania wzrasta wraz ze wzrostem sił nacisku głowicy (ryc. 2). Wykazano istotne różnice w jednostkowej energii zagęszczania dla prasowania obierek odmiany Irga w porównaniu z dwoma pozostałymi odmianami dla sił 10 i 20 kn. Wskazywać to może na lepszą podatność na prasowanie obierek odmiany Irga. Nie uzyskano wzrostu gęstości pozornej wyprasek wraz ze wzrostem siły nacisku (ryc. 3). Różnice w gęstości pozornej widoczne są natomiast między odmianą Irga i dwiema pozostałymi odmianami. Wypraski odmiany Igra uzyskały najmniejszą gęstość: 1,29 g cm -3 dla nacisku prasowania 10 kn i 1,32 g cm -3 dla nacisku prasowania 20 kn. Dużą gęstością pozorną charakteryzowały się wypraski odmiany Verona i Melodia 1,38-1,40 g cm -3 średnio dla wszystkich sił nacisku (różnice między nimi były nieistotne statystycznie). Zwiększanie siły nacisku ponad 10 kn nie ma znaczenia z punktu widzenia poprawy gęstości wyprasek. 234

235 Wpływu procesu prasowania obierek ziemniaczanych na właściwości powstałych materiałów Ryc. 2. Jednostkowa energia zagęszczania materiałów dla trzech sił nacisku (małymi literami zaznaczono różnice między średnimi jednakowe litery oznaczają brak istotnych różnic, różne występowanie istotnych różnic między wynikami). Ryc. 3. Gęstość pozorna wyprasek dla trzech sił nacisku (małymi literami zaznaczono różnice między średnimi jednakowe litery oznaczają brak istotnych różnic, różne występowanie istotnych różnic między wynikami). 235

236 Iwona Florczak, Sylwia Andrusiewicz, Jacek Słoma, Marek Klimkiewicz Ryc. 4. Przykładowe obrazy SEM sprasowanych skórek ziemniaczanych: a. przełom (50x), b. powierzchnia z widocznymi komórkami celulozy i skrobi (400x). Na ryc. 4a pokazano przykładowy elektrono-mikroskopowy obraz przełomu wypraski. Obecność większych cząstek (>1 mm) powodowała powstawanie pęknięć i odprysków. Cząstki mniejsze łączyły się dzięki obecności substancji takich, jak skrobia czy celuloza, widocznych na ryc. 4b [Lisińska i Gołubowska 2005]. Powyższe rozważania potwierdza Luo i in. [2011] - zwiększenie rozdrobnienia wpływa na poprawę gęstości, a dodatkowo zagęszczanie mniejszych cząstek eliminuje wewnętrzne przestrzenie w materiale. Struktury biologiczne np. białka, pod wpływem tarcia, wilgoci i czasu oddziaływania denaturują, łącząc cząstki, wpływając dodatnio na twardość i trwałość wyprasek. Podobnie skrobia wpływa adhezyjnie na wypraski poprzez żelifikowanie poprawia spójność cząstek. Podwyższona przez tarcie temperatura wpływa na plastyfikację substancji lignocelulozowych, zwiększa się gęstość, a wypraska staje się bardziej elastyczna [Carone i in. 2011]. Wnioski Przeprowadzone badania potwierdzają, że obierki ziemniaczane są surowcem przydatnym do wytwarzania prasowanych materiałów biodegradowalnych. Posiadają zróżnicowaną podatność na prasowanie w zależności od odmiany ziemniaków, z których pochodzą. Odmiana 236

237 Wpływu procesu prasowania obierek ziemniaczanych na właściwości powstałych materiałów Irga wykazała wyższą podatność (niższą energię zagęszczania) od pozostałych odmian. Zwiększenie siły nacisku powyżej 10 kn nie prowadziło do wzrostu gęstości, a jedynie do wzrostu jednostkowej energii prasowania. Otrzymane wypraski charakteryzowała dobra spoistość, co potwierdziły badania elektrono-mikroskopowe. Jednocześnie wykazały one, że zbyt duże cząstki powodowały powstawanie pęknięć, cząstki mniejsze wpływały na utrzymanie bardziej zwartej struktury. Wykorzystanie obierek ziemniaczanych do wytwarzania materiałów biokompozytowych jest obiecującym sposobem na zmniejszenie ilości odpadów składowanych na wysypiskach oraz w przyszłości może pozwolić na wprowadzenie technologii bezodpadowych w zakładach przemysłu ziemniaczanego. Bibliografia Carone M.T. Pantaleo A. Pellerano A Influence of process parameters and biomass characteristics on the durability of pellets from the pruning residues of Olea europaea L. Biomass and Bioenergy, 35: Heim A Zagadnienia procesowo-aparaturowe aglomeracji. Materiały VII Ogólnopolskiej Konferencji w problematyce inżynierii Środowiska pt. Kompleksowe i szczegółowe problemy inżynierii środowiska. Politechnika Koszalińska: Lisińska G. Gołubowska G Structural changes of potato tissue during French fries production. Food Chemistry, 93: Luo S. Liu C. Xiao B. Xiao L A novel pulverization technology. Renewable Energy, 36: Obidziński S Studies of potato pulp compaction. Acta Agrophysica, 14, 2: Nosecka B Rynek owoców i warzyw - stan i perspektywy. Raport nr 41. Wyd. Instytut Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej. Warszawa. Shinoj S. Visvanathan R. Panigrahi S. Kochubabu M Oil palm fiber (OPF) and its composites: A review. Industrial Crops and Products, 33 (1):

238 Iwona Florczak, Sylwia Andrusiewicz, Jacek Słoma, Marek Klimkiewicz Adres do korespondencji: mgr inż. Iwona Florczak Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Nowoursynowska 164, Warszawa iwona_florczak@sggw.pl inż. Sylwia Andrusiewicz Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie sylwiaa013@wp.pl dr inż. Jacek Słoma Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, jacek_sloma@sggw.pl dr hab. inż. Marek Klimkiewicz Katedra Organizacji i Inżynierii Produkcji Wydział Inżynierii Produkcji Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie marek_klimkiewicz@sggw.pl Promotor: dr hab. inż. Marek Klimkiewicz, prof. SGGW 238

239 Dorota Gala Anna Gorczyca Marek Kołodziejczyk Maciej Chowaniak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW NAWOŻENIA AZOTEM I APLIKACJI EFEKTYWNYCH MIKROORGANIZMÓW NA WYSTĘPOWANIE CHORÓB PODSUSZKOWYCH I CHORÓB LIŚCI W UPRAWIE PSZENICY JAREJ EFFECT OF NITROGEN FERTILIZATION AND APPLICATION OF EFFECTIVE MICROORGANISMS ON OCCURRENCE OF STEM-BASED DISEASES AND LEAVES DISEASES IN CULTIVATION OF SPRING WHEAT Abstrakt. Celem wykonanych badań było określenie wpływu zróżnicowanych dawek nawożenia azotem i aplikacji preparatu mikrobiologicznego Efektywne Mikroorganizmy na występowanie chorób podsuszkowych i chorób liści w uprawie pszenicy jarej. Dwuletnie doświadczenie polowe przeprowadzono w warunkach klimatyczno-glebowych wybranego rejonu Małopolski w Prusach k. Krakowa. W uprawie pszenicy jarej stwierdzono występowanie trzech chorób podsuszkowych fuzaryjnej zgorzeli podstawy źdźbła oraz, w śladowym nasileniu, zgorzeli podstawy źdźbła i ostrej plamistości oczkowej (rizoktoniozy zbóż). Na liściach pszenicy wystąpiły objawy rdzy żółtej zbóż i septoriozy plew. W przypadku wszystkich chorób nie stwierdzono istotnego zróżnicowania zdrowotności pomiędzy pszenicą uprawianą z wykorzystaniem lub bez Efektywnych Mikroorganizmów. Dla kompleksu chorób podstawy źdźbła i rdzy żółtej czynnikiem istotnie decydującym o nasileniu występowania były warunki agroklimatyczne roku uprawy. Słowa kluczowe: pszenica jara, nawożenie azotem, Efektywne Mikroorganizmy Summary. The aim of the carried out research was to estimate the influence of different doses of nitrogen fertilization and application of microbiological preparation Effective Microorganisms on occurrence of stem-based and leaves diseases in the cultivation of spring wheat. A two-year field experiment was conducted in climatic-soil conditions of selected region of Małopolska in Prusy near Kraków. In cultivation of spring wheat there were observed three stem-based diseases Fusarium foot rot and in mi- 239

240 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak nimum intensity take-all and sharp eyespot. On the leaves of wheat occurred symptoms of stripe (yellow) rust and septoria leaf blotch. In case of all diseases there were no significant differences of health between wheat cultivated with or without Effective Microorganisms. For the complex of stem-based diseases and yellow rust a major factor affecting on occurrence were the agroclimatic conditions of cultivation year. Key words: spring wheat, nitrogen fertilization, Effective Microorganisms WSTĘP Racjonalne nawożenie azotem, unikanie monokultur zbożowych, optymalny termin i gęstość siewu oraz stosowanie kwalifikowanego materiału siewnego należą do najważniejszych sposobów zapobiegania rozwojowi chorób, szkodników i chwastów w uprawie pszenicy [Rosada i in. 2010]. Optymalna dawka azotu niesie za sobą również wzrost plonu ziarna głównie poprzez zwiększenie obsady kłosów, a w mniejszym stopniu poprzez wzrost masy ziarniaków w kłosie [Kołodziejczyk i in. 2012]. Azot pozytywnie wpływa na jakość ziarna pszenicy powoduje m.in. wzrost zawartości substancji białkowych, w tym białek glutenowych, które decydują o wartości wypiekowej mąki pszennej [Cacak-Pietrzak i Sułek 2007]. W ciągu ostatnich kilkunastu lat, ze względu na postępującą degradację środowiska naturalnego oraz troskę o zdrowie człowieka, obserwowana jest wyraźna tendencja do stosowania w uprawach tzw. biopreparatów. Ich zadaniem jest poprawa zdrowotności roślin poprzez polepszenie struktury gleby i ułatwienie pobierania z niej składników pokarmowych, ale też stymulowanie odporności roślin na agrofagi. Wśród obecnie stosowanych środków biologicznych coraz większą popularność na świecie i w Polsce zdobywa preparat mikrobiologiczny Efektywne Mikroorganizmy (EM) [Piskier 2006; Janas 2009]. Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu zróżnicowanych dawek nawożenia azotem i stosowania preparatu mikrobiologicznego Efektywne Mikroorganizmy na występowanie chorób podsuszkowych i chorób liści w uprawie pszenicy jarej w warunkach klimatyczno-glebowych wybranego rejonu Małopolski. 240

241 Wpływ nawożenia azotem i aplikacji efektywnych mikroorganizmów... MATERIAŁ I METODY Warunki agronomiczne Doświadczenie polowe zostało przeprowadzone na terenie Stacji Doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie w miejscowości Prusy. Badania zdrowotności pszenicy jarej wykonano w latach Jako czynnik doświadczalny zastosowano pięć poziomów nawożenia azotem: 0, 40, 80, 120 i 160 kg ha -1, które stosowano z wykorzystaniem lub bez preparatu Efektywne Mikroorganizmy. Ocenianą odmianą pszenicy jarej była Bombona. Doświadczenie założono w układzie losowanych bloków w trzech powtórzeniach. Wielkość poletek do zbioru wynosiła 10 m 2. Pszenicę uprawiano na czarnoziemie zdegradowanym, zaliczanym do I klasy bonitacyjnej i 1. kompleksu przydatności rolniczej. Odczyn gleby był lekko kwaśny ph KCl 6,4. Przedplonem był ziemniak. Siew wykonano w pierwszej dekadzie kwietnia, zbiór w pierwszej lub drugiej dekadzie sierpnia. Badana odmiana została wysiana w obsadzie 450 szt. m -2 i rozstawie rzędów 12,5 cm. Azot na poletkach nawożonych dawkami 40 i 80 kg ha -1 zastosowano w całości przedsiewnie. W przypadku obiektów nawożonych dawkami wyższymi 80 kg N ha -1 podano przed siewem, natomiast pozostałą część w fazie strzelania w źdźbło (BBCH 32) i w fazie kłoszenia (BBCH 51). Nawożenie fosforowo-potasowe zostało zastosowane w ilości 50 kg P 2 O 5 ha -1 i 120 kg K 2 O ha -1. Preparat Efektywne Mikroorganizmy (Greenland Technology EM, Polska) aplikowano doglebowo: przedsiewnie przed wiosenną uprawą roli oraz pogłównie w fazie pierwszego kolanka (BBCH 31) w dawce 3 l ha -1. Zawiera on bakterie kwasu mlekowego (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis), bakterie fotosyntetyczne (Rhodobacter space, Rhodopseudomonas palustrus), drożdże (Candida utilis, Saccharomyces albus), promieniowce (Streptomyces albus, S. griseus) i pleśnie (Aspergillus oryzae, Mucom hiemalis). Ochrona fungicydowa objęła oprysk preparatem Tilt Plus 400 EC i Amistar 250 SC, a ochrona herbicydowa oprysk preparatem Lintur 70 WG. Warunki pogodowe Warunki pogodowe występujące podczas przeprowadzania badań można ocenić jako średnio korzystne dla wzrostu pszenicy jarej. Warunki sezonów badań w porównaniu do średnich wieloletnich przedstawia ryc. 1. Od kwietnia do lipca roku 2006 i 2007 zarejestro- 241

242 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak wano niższe sumy opadów atmosferycznych niż w odpowiadających miesiącach wielolecia. Szczególnie suchy był kwiecień 2007 r. oraz lipiec 2006 r. Jedynie sierpień obu sezonów wegetacyjnych obfitował w opady bardziej niż wielolecie. Okres kwiecień sierpień 2007 r. i lipiec 2006 r. cechowały się wyższą o 2 4 C średnią temperaturą powietrza [mm] IV V VI VII VIII IV V VI VII VIII 2006 r r. Opady sezon badań Opady dla wielolecia Temperatura w sezonie badań Temperatura dla wielolecia [ o C Ryc. 1. Warunki pogodowe sezonów badawczych na tle wielolecia w Stacji Doświadczalnej w Prusach Analizy zdrowotności Oceny porażenia podstawy źdźbła i liści pszenicy przez patogeny grzybowe dokonano makroskopowo. Podczas każdej analizy oceniono 10 losowo pobranych roślin z każdego wariantu doświadczalnego. Do tego celu wykorzystano ogólnie przyjętą metodykę skal graficznych, w której stopień porażenia wyznacza się na podstawie procentowego pokrycia ocenianej części rośliny przez zmiany chorobowe. Otrzymane w skali wyniki zostały przeliczone na procentowy indeks porażenia, według poniższego wzoru, który wskazuje na udział roślin porażonych w łanie w stopniu średnim. v n I p = 100 % [ 100%] i N gdzie: v stopień porażenia analizowanej części rośliny w obranej skali, n liczba roślin zaliczonych do danego stopnia porażenia, i najwyższy stopień porażenia w obranej skali, N całkowita liczba badanych roślin. 242

243 Wpływ nawożenia azotem i aplikacji efektywnych mikroorganizmów... Statystyczne opracowanie wyników Statystyczną analizę uzyskanych wyników wykonano z wykorzystaniem dwuczynnikowej analizy wariancji (sezon wegetacji i poziom nawożenia azotem z dodatkiem lub bez EM). Istotność zróżnicowania danych została zweryfikowana przy pomocy testu Duncana z transformacją Bliss`a na poziomie istotności α=0,05. WYNIKI I DYSKUSJA Analiza zdrowotności podstawy źdźbła pszenicy wykazała występowanie objawów kompleksu chorób podsuszkowych fuzaryjnej zgorzeli podstawy źdźbła i korzeni (sprawcy Fusarium spp.) oraz, w minimalnym nasileniu, zgorzeli podstawy źdźbła (sprawca Gaeumannomyces graminis) i ostrej plamistości oczkowej (rizoktoniozy zbóż; sprawca Rhizoctonia cerealis). Symptomy kompleksu chorób podsuszkowych zostały zaobserwowane w nasileniu od 10% do 36% (tab. 1). Sezon uprawy decydował w sposób istotny o wielkości porażenia. Istotnie wyższy Ip, wynoszący 23,94%, odnotowano w 2006 r. W kolejnym sezonie wegetacyjnym wyniósł on 14,87%. Nie stwierdzono istotnej różnicy pomiędzy porażeniem podstawy źdźbła pszenicy uprawianej z dodatkiem preparatu EM i bez dodatku. Najwyższe indeksy porażenia zostały odnotowane w przypadku dawki 80 kg N ha -1, zarówno przy stosowaniu środka mikrobiologicznego, jak i przy jego braku. Istotnie najniższe porażenie przez sprawców kompleksu chorób podsuszkowych 11,19% wystąpiło u pszenicy nienawożonej azotem i niewspomaganej biopreparatem. Brak wpływu Efektywnych Mikroorganizmów na zmniejszenie stopnia zainfekowania podstawy źdźbła pszenicy przez sprawców chorób podsuszkowych (łamliwości źdźbła i zgorzeli podstawy źdźbła) w swoich badaniach wykazały Boligłowa i Gleń (2008) (dawka całkowita 5 l ha -1, podzielona na 5 aplikacji po 1 l ha -1 ). Z kolei Stępień i Adamiak (2009) udowodnili wpływ preparatu EM na obniżenie porażenia podstawy źdźbła przez sprawców łamliwości źdźbła i fuzaryjnej zgorzeli podstawy źdźbła (oprysk doglebowy w ilości 5 l ha -1, podzielonej na dwie dawki pierwsza 3 l ha -1 tuż przed siewem, druga 2 l ha -1 podczas pielęgnacji). Również Majchrzak i in. (2005) wykazali, że zastosowanie preparatu EM w uprawie pszenżyta ogranicza występowanie chorób podsuszkowych. 243

244 244 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak Tab. 1. Indeks porażenia pszenicy przez grzyby Fusarium spp., Gaeumannomyces graminis i Rhizoctonia cerealis sprawców kompleksu chorób podsuszkowych (fuzaryjnej zgorzeli podstawy źdźbła, zgorzeli podstawy źdźbła i ostrej plamistości oczkowej) [%] Dawka azotu Sezon wegetacyjny [kg ha -1 ]/ EM [l ha -1 ] Średnia 0/0 10,49 ab* 11,91 ab 11,19 a** 40/0 27,86 abc 11,17 ab 18,79 ab 80/0 35,96 c 15,66 ab 25,12 b 120/0 27,41 abc 14,95 ab 20,84 ab 160/0 20,55 abc 19,96 abc 20,26 ab 0/3 19,88 abc 10,35 a 14,79 ab 40/3 21,98 abc 12,24 ab 16,83 ab 80/3 22,80 abc 27,78 abc 25,25 b 120/3 27,64 abc 13,76 ab 20,25 ab 160/3 28,24 bc 13,64 ab 20,45 ab Średnia 23,94 b* 14,87 a - * Średnie oznaczone tymi samymi literami w wierszu nie różnią się istotnie według testu Duncana (α=0,05) ** Średnie oznaczone tymi samymi literami w kolumnie nie różnią się istotnie według testu Duncana (α=0,05) Obok obserwacji mających na celu określenie zdrowotności podstawy źdźbła, wykonano również analizy porażenia liści przez patogeny. Stwierdzono występowanie objawów dwóch chorób liści rdzy żółtej zbóż i traw, powodowanej przez grzyba Puccinia striiformis oraz septoriozy plew na liściach, powodowanej przez grzyby Mycosphaerella graminicola, Leptosphaeria nodorum i Leptosphaeria avenaria f.sp. triticea. Kurt (2002) podaje, że spośród wielu chorób pszenicy rdza żółta i septorioza liści należą do najbardziej rozpowszechnionych. Według Korbasa i in. (2008) septoriozy (paskowana liści i plew) w uprawie pszenicy jarej są chorobami o dużym znaczeniu gospodarczym, natomiast znaczenie rdzy żółtej ma charakter lokalny. Grzyb Puccinia striiformis w przeprowadzanym doświadczeniu powodował porażenie od śladowego (średni Ip dla roku ,21%) do wynoszącego nieco ponad 20% (średni Ip dla roku ,50%)

245 Wpływ nawożenia azotem i aplikacji efektywnych mikroorganizmów... (tab. 2). Podobnie jak w przypadku kompleksu chorób podsuszkowych czynnikiem istotnie różnicującym porażenie były warunki pogodowe roku uprawy. Istotnie większe porażenie liści stwierdzono w 2007 r., mogło to być spowodowane stosunkowo wysoką temperaturą powietrza w całym okresie wegetacji wyższą w porównaniu do wielolecia. Nie stwierdzono wpływu aplikacji Efektywnych Mikroorganizmów na występowanie rdzy żółtej w uprawie pszenicy. Najwyższy średni indeks porażenia odnotowano dla pszenicy uprawianej bez preparatu mikrobiologicznego, nawożonej dawką 120 kg N ha -1, natomiast najniższy w kombinacji bez EM z dawką 160 kg N ha -1. Odmienne wyniki, świadczące o hamującym wpływie Efektywnych Mikroorganizmów na rozwój grzybów z rodzaju Puccinia (dokładnie P. recondita sprawcę rdzy brunatnej pszenicy) otrzymali Stępień i Adamiak (2009). Tab. 2. Indeks porażenia pszenicy przez grzyba Puccinia striiformis sprawcę rdzy żółtej zbóż i traw [%] Dawka azotu [kg ha -1 ]/ EM [l ha -1 ] Sezon wegetacyjny Średnia 0/0 0,37 a* 25,67 c 8,52 ab** 40/0 0,19 a 17,82 bc 5,63 ab 80/0 0,37 a 14,51 bc 5,02 ab 120/0 1,97 a 23,11 bc 9,96 b 160/0 0,00 a 10,43 b 2,68 a 0/3 0,00 a 29,16 c 7,92 ab 40/3 0,00 a 16,86 bc 4,41 ab 80/3 0,00 a 23,25 bc 6,20 ab 120/3 0,76 a 23,14 bc 8,42 ab 160/3 0,37 a 24,02 bc 8,00 ab Średnia 0,21 a* 20,50 b - *jak w Tab. 1 Septorioza plew na liściach w obu sezonach badawczych występowała w dużym nasileniu (tab. 3). Średnie indeksy porażenia nie były istotnie różne biorąc pod uwagę rok uprawy oraz dawkę nawożenia, 245

246 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak połączoną lub nie ze stosowaniem Efektywnych Mikroorganizmów. W roku 2006 średni Ip wyniósł 21,02%, natomiast w roku ,69%. Najwyższy (25,05%) średni indeks porażenia został stwierdzony w przypadku pszenicy nienawożonej azotem i niewspomaganej preparatem mikrobiologicznym. Najniższy (14,95%) odnotowano po zastosowaniu dawki 80 kg N ha -1 połączonej ze środkiem EM. Nie były to jednak różnice istotne statystycznie. Boligłowa i Gleń (2008) informują o skutecznym działaniu Efektywnych Mikroorganizmów przeciwko sprawcom septoriozy liści i brunatnej plamistości liści. Natomiast Stępień i Adamiak (2009) w swoich badaniach wykazali brak istotnego wpływu EM na obniżenie porażenia przez grzyby powodujące septoriozy na liściach. Tab. 3. Indeks porażenia pszenicy przez grzyby Mycosphaerella graminicola, Leptosphaeria nodorum i Leptosphaeria avenaria f.sp. triticea sprawców septoriozy plew na liściach [%] Dawka azotu Sezon wegetacyjny [kg ha -1 ]/ EM [l ha -1 ] Średnia 0/0 17,16 abc* 33,88 c 25,05 a** 40/0 21,36 abc 23,78 bc 22,56 a 80/0 17,53 abc 15,65 abc 16,58 a 120/0 21,56 abc 17,63 abc 19,56 a 160/0 18,30 abc 12,56 abc 15,32 a 0/3 21,22 abc 21,22 abc 21,22 a 40/3 20,96 abc 18,22 abc 19,57 a 80/3 22,19 abc 8,93 ab 14,95 a 120/3 21,15 abc 28,19 bc 24,59 a 160/3 29,61 bc 4,98 a 15,18 a Średnia 21,02 a* 17,69 a - *jak w Tab. 1 WNIOSKI Najwyższa, podana przedsiewnie, dawka azotu (80 kg ha -1 ) istotnie sprzyja porażeniu podstawy źdźbła przez sprawców kompleksu chorób podsuszkowych, natomiast brak nawożenia azotowego powoduje 246

247 Wpływ nawożenia azotem i aplikacji efektywnych mikroorganizmów... istotnie najniższe porażenie podstawy źdźbła przez patogeny badanej pszenicy jarej. Efektywne Mikroorganizmy w dawce 3 l ha -1 nie różnicują istotnie stopnia porażenia pszenicy jarej przez stwierdzane w sezonach badawczych grzyby chorobotwórcze. Czynnikiem istotnie wpływającym na występowanie kompleksu chorób podsuszkowych oraz rdzy żółtej zbóż są warunki agroklimatyczne sezonu wegetacyjnego. Septorioza plew na liściach występuje w dużym nasileniu, ale jej nasilenie na pszenicy jarej nie jest zależne od zastosowanych czynników badawczych. BIBLIOGRAFIA Boligłowa E., Gleń K Assessment of Effective Microorganism activity (EM) in winter wheat protection against fungal diseases. Ecol. Chem. Eng. A 15 (1 2): Cacak-Pietrzak G., Sułek A Wpływ poziomu nawożenia azotem na plonowanie i jakość technologiczną ziarna pszenicy jarej. Biuletyn IHAR 245: Janas R Możliwości wykorzystania Efektywnych Mikroorganizmów w ekologicznych systemach produkcji roślin uprawnych. Probl. Inż. Rol. 3 (65): Kołodziejczyk M., Szmigiel A., Kulig B Plonowanie pszenicy jarej w warunkach zróżnicowanego nawożenia azotem oraz stosowania mikrobiologicznych preparatów poprawiających właściwości gleby. Fragm. Agron. 29 (1): Korbas M., Mrówczyński M., Paradowski A., Horoszkiewicz-Janka J., Jajor E., Pruszyński G Ochrona roślin w integrowanej produkcji pszenicy. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 48 (4): Kurt S Screening of wheat cultivars for resistance to stripe rust and leaf blotch in Turkey. Crop Prot., 21 (6): Majchrzak B., Waleryś Z., Okorski A Wykorzystanie Efektywnych Mikroorganizmów (EM) w biologicznej ochronie pszenżyta przed chorobami podsuszkowymi. XLV Sesja Naukowa Instytutu Ochrony Roślin, Poznań, s Piskier T Reakcja pszenicy jarej na stosowanie biostymulatorów i absorbentów glebowych. J. Res. Appl. Agric. Eng. 51 (2): Rosada J., Dubas A., Bubniewicz P Perspektywy agrotechnicznych 247

248 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Maciej Chowaniak metod ochrony roślin. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 50 (3): Stępień A. Adamiak E Efektywne Mikroorganizmy (EM-1) i ich wpływ na występowanie chorób zbóż. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 49 (4): Adres do korespondencji: mgr inż. Dorota Gala* Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej d.gala@ur.krakow.pl dr inż. Anna Gorczyca Katedra Ochrony Środowiska Rolniczego rrgorczy@cyf-kr.edu.pl dr inż. Marek Kołodziejczyk Instytut Produkcji Roślinnej m.kolodziejczyk@ur.krakow.pl dr inż. Maciej Chowaniak Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej maciejchowaniak@tlen.pl Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza Kraków *Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Teresa Dąbkowska 248

249 Dorota Gala Anna Gorczyca Marek Kołodziejczyk Andrzej Joniec EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW NAWOŻENIA AZOTOWEGO NA WYSTĘPOWANIE SZKODNIKÓW W UPRAWIE PSZENICY JAREJ INFLUENCE OF NITROGEN FERTILIZATION ON OCCURRENCE OF PESTS IN CULTIVATION OF SPRING WHEAT Abstrakt. Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu zróżnicowanego nawożenia azotowego na występowanie szkodników owadzich w uprawie pszenicy jarej. Czynnikiem doświadczalnym było pięć poziomów nawożenia azotem: 0, 40, 80, 120 i 160 kg ha -1. Badania polowe przeprowadzono w Stacji Doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, w miejscowości Prusy w latach W uprawie pszenicy jarej obserwowano: muchówki z rodziny pryszczarkowatych (Cecidomyiidae) i niezmiarkowatych (Chloropidae) oraz skrzypionki (Oulema sp.). Największe uszkodzenia pszenicy powodował przedstawiciel rodziny pryszczarkowatych pryszczarek zbożowiec (Haplodiplosis equestris). Czynnikiem wpływającym na występowanie obu grup muchówek były warunki klimatyczne sezonu wegetacyjnego. Dawka azotu nie wpływała na występowanie badanych owadów. Słowa kluczowe: szkodniki, nawożenie azotem, dawka azotu, pszenica jara Summary. The aim of the study was to estimate the effect of different nitrogen fertilization on the occurrence of insect pests in the cultivation of spring wheat. The experimental factor was five level of nitrogen fertilization: 0, 40, 80, 120 and 160 kg ha -1. The field researches were conducted at the Experimental Station of Cracow University of Agriculture in Prusy in the years In the cultivation of spring wheat were observed: flies from gall gnats family (Cecidomyiidae) and frit flies family (Chloropidae) and leaf beetles (Oulema sp.). The biggest damages of wheat caused representative of gall gnats family Haplodiplosis equestris. A factor affecting on occurrence of flies were the climactic conditions of vegetation season. The nitrogen dose didn t effect on occurrence of examined group of pests. Key words: pests, nitrogen fertilization, dose of nitrogen, spring wheat 249

250 WSTĘP Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Andrzej Joniec Szkodnikami o dużym znaczeniu gospodarczym w uprawie pszenicy na terenie Polski są obecnie skrzypionki (Oulema sp.): zbożowa (O. melanopa) i błękitek (O. gallaeciana) oraz muchówki z rodziny pryszczarkowatych (Cecidomyiidae): pryszczarek pszeniczny (Sitodiplosis mosellana) i pryszczarek zbożowiec (Haplodiplosis equestris). Bardzo szkodliwą grupą owadów na polach z pszenicą są również mszyce: zbożowa (Sitobion avenae), czeremchowo-zbożowa (Rhopalosiphum padi) i różano-trawowa (Metopolophium dirhodum). Mniejsze, lokalne znaczenie mają m.in.: niezmiarka paskowana (Chlorops pumilionis), łokaś garbatek (Zabrus tenebroides), wciornastki (Thysanoptera), miniarkowate (Agromyzidae), ploniarka zbożówka (Oscinella frit) czy rolnice (Agrotinae) [Mrówczyński i in. 2007; Korbas i in. 2008; Korbas i Mrówczyński 2009; Horoszkiewicz-Janka i in. 2013]. Coraz większe zagrożenie upraw pszenicy przez szkodniki wynika ze zmian w technologii produkcji zbóż. Uproszczenia w strukturze zasiewów i agrotechnice, niezrównoważone nawożenie mineralne, stosowanie chemicznych środków ochrony roślin, a także zmiany klimatyczne należą do głównych czynników sprzyjających rozwojowi owadów szkodliwych [Pruszyński 1997; Korbas i Mrówczyński 2009]. Jako jeden ze sposobów ograniczania występowania szkodników o największym znaczeniu ekonomicznym w uprawach pszenicy wymienia się racjonalne nawożenie azotowe. Dobór dawek azotu powinien być dostosowany do założonego plonu, warunków siedliskowych (zawartości N min ) oraz przyjętego kierunku użytkowania [Korbas i in. 2008; Horoszkiewicz-Janka i in. 2013]. Owadami silnie reagującymi na dawkę nawożenia azotowego są szkodniki o aparacie gębowym kłująco-ssącym, przede wszystkim mszyce, które preferują uprawy, gdzie zastosowano wyższe dawki azotu. Mało rozpoznanym zagadnieniem jest wpływ nawożenia azotowego na występowanie szkodników gryzących. Celem realizowanych badań było określenie wpływu zróżnicowanych poziomów nawożenia azotem na występowanie i szkodliwość muchówek pryszczarkowatych i niezmiarkowatych oraz skrzypionek w uprawie pszenicy jarej odmiany Bombona na obszarze wybranego rejonu Małopolski. 250

251 Wpływ nawożenia azotowego na występowanie szkodników w uprawie pszenicy jarej MATERIAŁ I METODY Dwuletnie ( ) doświadczenie polowe przeprowadzono w warunkach klimatyczno-glebowych centralnej części Małopolski w miejscowości Prusy k. Krakowa (50 06 N, E). Badania realizowano na terenie Stacji Doświadczalnej Zakładu Szczegółowej Uprawy Roślin Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Czynnikiem eksperymentalnym było pięć poziomów nawożenia azotowego: 0, 40, 80, 120 i 160 kg ha -1. Dawki azotu 40 i 80 kg ha -1 zastosowano w całości przedsiewnie, natomiast większe w ilości 80 kg N ha -1 przedsiewnie, a pozostałą część pogłównie w fazie strzelania w źdźbło i kłoszenia (BBCH-32 i 51). Azot doglebowo stosowano w formie saletry amonowej, natomiast dolistnie w formie mocznika. Doświadczenie zostało założone w układzie losowanych bloków, w trzech powtórzeniach. Wielkość poletek do zbioru wynosiła 10 m 2. Badaną odmianą pszenicy jarej była Bombona (odmiana elitarna grupa E, zalecana do uprawy w województwie małopolskim; hodowca DANKO Hodowla Roślin). Pszenicę uprawiano na czarnoziemie zdegradowanym (I klasa bonitacyjna), wytworzonym z lessu. Warstwa orna gleby charakteryzowała się odczynem lekko kwaśnym (ph KCl 6,4), wysoką zasobnością w magnez i fosfor oraz średnią zasobnością w potas. Przedplonem był ziemniak. Nawożenie fosforowe zastosowano w dawce 50 kg P 2 O 5. ha -1 (superfosfat potrójny), potasowe w dawce 120 kg K 2 O. ha -1 (sól potasowa). Siew został wykonany w I dekadzie kwietnia, zbiór w I II dekadzie sierpnia, w zależności od sezonu wegetacyjnego. Gęstość siewu wynosiła 450 kiełkujących ziarniaków na 1 m 2, rozstawa rzędów 12,5 cm. Chemiczna ochrona roślin obejmowała aplikację herbicydu Lintur 70 WG oraz fungicydów Amistar 250 SC i Tilt Plus 400 EC. W obu latach uprawy, w których prowadzono badania występowały średnio korzystne dla wzrostu pszenicy jarej warunki pogodowe (tab. 1). Odnotowano mniejsze niż w wieloleciu sumy opadów atmosferycznych w okresie od kwietnia do lipca, jak i dla całych sezonów wegetacji pszenicy jarej. W analizowanych okresach stwierdzono również wyższą średnią temperaturę powietrza (poza majem i sierpniem 2006 r.). Ocena uszkodzeń roślin pszenicy jarej charakterystycznych dla poszczególnych grup owadów została wykonana makroskopowo. Z 251

252 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Andrzej Joniec Tab. 1. Charakterystyka warunków opadowo-termicznych w okresie badań Rok Miesiąc IV V VI VII VIII temperatura powietrza ( C) Średnia/ Suma ,2 13,2 17,4 21,6 17,7 15, ,4 15,8 18,1 19,6 19,4 16,7 Wielolecie 8,1 13,7 16,5 18,2 17,9 14,9 opady (mm) Wielolecie każdego obiektu doświadczalnego pobrano 10 losowo wybranych roślin. Wykorzystano ogólnie przyjętą metodykę skal graficznych (5-stopniową), w której 1. stopień oznacza całkowite zniszczenie badanej części rośliny przez szkodniki, natomiast 5. stopień brak oznak żerowania. Uzyskane wyniki przeliczono na procentowy indeks uszkodzenia, określający udział roślin zniszczonych przez owady w łanie w stopniu średnim. Przeliczenia zostały dokonane według poniższego wzoru: v n I u = 100 % [ 100%] i N v stopień uszkodzenia badanej części rośliny w obranej skali, n liczba roślin zaliczonych do danego stopnia uszkodzenia, i najwyższy stopień uszkodzenia w obranej skali, N całkowita liczba badanych roślin. Statystyczną analizę wyników przeprowadzono za pomocą dwuczynnikowej analizy wariancji (pierwszy czynnik dawka nawożenia azotem, drugi rok uprawy). Istotność zróżnicowania danych weryfikowano wykorzystując test Duncana z transformacją Bliss`a na poziomie α=0,

253 Wpływ nawożenia azotowego na występowanie szkodników w uprawie pszenicy jarej WYNIKI I DYSKUSJA W uprawie badanej odmiany pszenicy stwierdzono uszkodzenia powodowane przez chrząszcze z rodzaju Oulema (syn. Lema) oraz muchówki z rodziny pryszczarkowatych (Cecidomyiidae) i niezmiarkowatych (Chloropidae). Objawy żerowania dwóch gatunków skrzypionek zbożowej (O. melanopa) i błękitek (O. gallaeciana), widoczne w postaci podłużnych otworów wyjadanych w liściach, zostały zaobserwowane w śladowym nasileniu (tab. 2). Indeks uszkodzenia wahał się w przedziale od 0,30 do 3,83%. Nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic między uszkodzeniami blaszek liściowych w pierwszym i drugim roku uprawy. Nieco więcej uszkodzeń, w odniesieniu do pozostałych obiektów i kontroli, stwierdzono w przypadku roślin nawożonych dawką 80 i 120 kg N ha -1. Jednak obserwowane różnice nie okazały się istotne statystycznie. Mrówczyński i in. [2004] oraz Kaniuczak i in. [2011] podają, że rozwojowi skrzypionek sprzyjają ciepłe i suche warunki pogodowe, co nie potwierdziło się w badaniach własnych. Z kolei m.in. Korbas i Mrówczyński [2009] czy Horoszkiewicz-Janka i in. [2013] informują, że oprócz racjonalnego nawożenia azotem dużą rolę w ograniczaniu występowania Oulema sp. odgrywają również: starannie wykonane zabiegi uprawowe, izolacja przestrzenna od innych roślin zbożowych oraz opryskiwanie roślin (zwłaszcza na brzegach pola) selektywnymi insektycydami. Tab. 2. Indeks uszkodzenia pszenicy przez skrzypionki (Oulema sp.) Dawka azotu [kg ha -1 ] Rok uprawy Średnia 0 2,37 a* 0,45 a 1,22 a** 40 0,30 a 0,45 a 0,37 a 80 3,64 a 2,22 a 2,89 a 120 2,00 a 3,83 a 2,84 a 160 0,30 a 1,96 a 0,95 a Średnia 1,42 a* 1,54 a - * Średnie oznaczone tymi samymi literami w wierszu nie różnią się istotnie według testu Duncana (α=0,05) ** Średnie oznaczone tymi samymi literami w kolumnie nie różnią się istotnie według testu Duncana (α=0,05) 253

254 Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Andrzej Joniec Owadami, których żerowanie także zaobserwowano w uprawie pszenicy jarej były pryszczarki łodygowe, a dokładnie przedstawiciele gatunku pryszczarek zbożowiec (Haplodiplosis equestris). Larwy H. equestris żerują na źdźbłach pomiędzy drugim a piątym międzywęźlem, powodując powstawanie na nich siodełkowatych wyrośli. W przeprowadzonym doświadczeniu szkodliwość pryszczarków była największa spośród wszystkich analizowanych szkodników (tab. 3). Średnie indeksy uszkodzenia wyniosły od 8,28% do 55,38%. Stwierdzono istotne statystycznie zróżnicowanie między pierwszym (Iu 13,74%), a drugim (Iu 34,66%) sezonem badań. Najmniejsze uszkodzenia roślin zostały odnotowane w przypadku pszenicy nienawożonej azotem, natomiast największe po zastosowaniu dawki 80 kg ha -1, jednak nie były to ponownie różnice istotne statystycznie. Wystąpienie znaczenie większych uszkodzeń źdźbła w 2007 r., mogło być spowodowane sprzyjającymi dla rozwoju pryszczarków warunkami klimatycznymi. Kaniuczak i Bereś [2011] w swoich badaniach wykazali także większe nasilenie żerowania tej grupy owadów w latach z wyższymi średnimi temperaturami powietrza i wyższymi sumami opadów atmosferycznych. Jak podają Mrówczyński i in. [2007], podobnie jak w przypadku skrzypionek, ważnym elementem profilaktyki jest prawidłowa agrotechnika zrównoważone nawożenie, głęboka orka jesienna i unikanie uprawy zbóż po sobie. Tab. 3. Indeks uszkodzenia pszenicy przez pryszczarka zbożowca (Haplodiplosis equestris) Dawka azotu [kg ha -1 ] Rok uprawy Średnia 0 15,89 a* 21,76 ab 18,74 a** 40 24,56 ab 21,93 ab 23,23 a 80 13,89 a 55,38 b 32,87 a 120 8,28 a 35,57 ab 20,14 a 160 8,55 a 41,14 ab 22,69 a Średnia 13,74 a* 34,66 b - * jak w Tab

255 Wpływ nawożenia azotowego na występowanie szkodników w uprawie pszenicy jarej Szkodnikiem o znaczeniu lokalnym, którego występowanie obserwowano w realizowanych badaniach była niezmiarka paskowana (Chlorops pumilionis). Uszkodzenia charakterystyczne dla tego gatunku zostały stwierdzone jedynie w pierwszym roku uprawy (tab. 4). Efektem żeru larw pokolenia letniego (mającego znaczenie gospodarcze) jest skrócenie dokłosia, a często niewykłaszanie się roślin. Średni indeks uszkodzeń zawierał się w przedziale od 0% do 10,24%. Ze względu na brak oznak żerowania larw niezmiarki w drugim sezonie wegetacyjnym, uszkodzenia, które zostały stwierdzone w pierwszym roku badań były istotnie wyższe. Dla całości uzyskanych wyników, ze względu na brak objawów w 2007 r., nie wykazano statystycznie wpływu dawki nawożenia azotem na występowanie i szkodliwość Ch. pumilionis. Jednak w roku pojawu (2006) niezmiarki istotnie najbardziej uszkadzały obiekty z zastosowanym nawożeniem na najwyższym poziomie tj. 120 i 160 kg N. ha -1. Optymalną w tym przypadku (istotnie najmniej uszkodzeń) okazała się dawka azotu 80 kg. ha -1. Jak podaje Kaniuczak [2007] wilgotna pogoda nie sprzyja lotom i składaniu jaj przez niezmiarki, co potwierdziły wyniki badań własnych. Również Kaniuczak i Bereś [2011] w przeprowadzonym doświadczeniu udowodnili kluczowy wpływ warunków pogodowych na występowanie niezmiarki paskowanej. Tab. 4. Indeks uszkodzenia pszenicy przez niezmiarkę paskowaną (Chlorops pumilionis) Dawka azotu [kg ha -1 ] Rok uprawy Średnia 0 5,80 bc* 0,00 a 1,47 a** 40 5,54 bc 0,00 a 1,41 a 80 0,60 ab 0,00 a 0,15 a ,24 c 0,00 a 2,63 a 160 8,70 c 0,00 a 2,23 a Średnia 5,50 b* 0,00 a - * jak w Tab

256 WNIOSKI Dorota Gala, Anna Gorczyca, Marek Kołodziejczyk, Andrzej Joniec Największe nasilenie występowania, wśród analizowanych szkodników w uprawie pszenicy jarej, szczególnie w latach z dużą ilością opadów atmosferycznych i wysoką temperaturą powietrza, wykazują pryszczarki zbożowe. Ogólnie wysokość dawki azotu nie wpływa istotnie na żerowanie stwierdzonych grup szkodników w uprawie pszenicy jarej. Warunki pogodowe istotnie różnicują występowanie pryszczarka zbożowca i niezmiarki paskowanej, a nie różnicują występowania skrzypionek. BIBLIOGRAFIA Horoszkiewicz-Janka J., Korbas M., Mrówczyński M. (red.) Metodyka integrowanej ochrony pszenicy ozimej i jarej dla producentów. Wyd. IOR-PIB, Poznań, 50, Kaniuczak Z Efekty chemicznego zwalczania niezmiarki paskowanej (Chlorops pumilionis bjerk.) w pszenicy jarej na Podkarpaciu. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin, 47 (1): Kaniuczak Z., Bereś P. K., Kowalska J Skuteczność zwalczania larw skrzypionek (Oulema spp.) w pszenicy w gospodarstwie ekologicznym w latach J. Res. Appl. Agric. Eng. 56 (3): Kaniuczak Z., Bereś P. K Występowanie oraz szkodliwość ważnych gospodarczo szkodników zbóż w gospodarstwach ekologicznych na Podkarpaciu w latach J. Res. Appl. Agric. Eng. 56 (3): Korbas M., Mrówczyński M. (red.) Integrowana produkcja pszenicy ozimej i jarej. Wyd. IOR-PIB, Poznań, 137, 139. Korbas M., Mrówczyński M., Paradowski A., Horoszkiewicz-Janka J., Jajor E., Pruszyński G Ochrona roślin w integrowanej produkcji pszenicy. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 48 (4): Mrówczyński M., Boroń M., Wachowiak H., Zielińska W., Dryjańska M Atlas szkodników kukurydzy. Wyd. IOR, Poznań, Syngenta Crop Protection, Warszawa, Mrówczyński M., Kaniuczak Z., Bereś P. K., Pruszyński G., Bubniewicz P., Wachowicz H Podręczny atlas szkodników pszenicy. Wyd. Plantpress, Kraków, 6, Pruszyński S Znaczenie ochrony roślin w rozwoju rolniczych technologii produkcji. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 37 (1):

257 Wpływ nawożenia azotowego na występowanie szkodników w uprawie pszenicy jarej Adres do korespondencji: mgr inż. Dorota Gala* Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej d.gala@ur.krakow.pl dr inż. Anna Gorczyca Katedra Ochrony Środowiska Rolniczego rrgorczy@cyf-kr.edu.pl dr inż. Marek Kołodziejczyk Instytut Produkcji Roślinnej m.kolodziejczyk@ur.krakow.pl mgr inż. Andrzej Joniec Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej andrzejjoniec@gmail.com Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 21, Kraków *Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Teresa Dąbkowska 257

258 258

259 Andrzej Joniec Dorota Gala Maciej Chowaniak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WYBRANE PARAMETRY FIZYCZNE GLEBY W TRADYCYJNEJ I UPROSZCZONEJ UPRAWIE BOBIKU FORMATION OF SELECTED SOIL PHYSICAL PROPERTIES UNDER THE INFLUENCE OF CULTIVATION SYSTEM OF FABA BEAN Abstrakt. W latach w Stacji Doświadczalnej Katedry Agrotechniki i Ekologii Rolniczej w Krakowie - Mydlnikach prowadzono badania nad wybranymi właściwościami fizycznymi gleby. Doświadczenie założono na glebie brunatnej właściwej w czterech powtórzeniach. Czynnikiem doświadczenia były dwa systemy uprawy roli: tradycyjny - płużny i bezpłużny, gdzie pług zastąpiono kultywatorem podorywkowym. Uprawianą rośliną w dwóch systemach był bobik. Przed zbiorem bobiku pobrano glebę do głębokości 30 cm metodą Kopecky ego i oznaczono w niej: gęstość objętościową, wilgotność względną oraz kapilarną pojemność wodną gleby. Po zbiorze bobiku za pomocą sondy Penetrologger P1.52 firmy Eijkelkamp zbadano opór penetracji gleby w warstwach, co 1 cm do głębokości 30 cm. Pod wpływem uproszczeń w uprawie roli zwiększeniu uległa wilgotność gleby w całym badanym przekroju oraz stwierdzono mniejszą gęstość objętościową na głębokości cm. Oznaczona po zbiorze bobiku zwięzłość gleby była istotnie większa na obiektach z uprawą uproszczoną na głębokości cm. Słowa kluczowe: systemy uprawy roli, uprawa uproszczona, właściwości fizyczne gleby, bobik Summary. A field experiment was conducted in , at the agricultural experimental station of Agriculture University in Krakow. The aim of the study was to assess the effect of two soil tillage systems on selected soil physical properties. The experiment was established on the typical brown soil. The compared tillage systems were: ploughing - a traditional cultivation and ploughless - a reduced tillage system. Reduced tillage system resulted in significantly higher water content and penetration resistance and in a lower bulk density in relation to conventional tillage. Key words: physical properties of soil, tillage system, faba bean 259

260 Andrzej Joniec, Dorota Gala, Maciej Chowaniak WSTĘP Uprawa roli dzięki kształtowaniu jej właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych ma za zadanie zapewnić jak najlepsze warunki do wzrostu i rozwoju uprawianych roślin. Tradycyjna płużna uprawa roli, która niezmiennie dominuje w rolnictwie, coraz chętniej zastępowana jest alternatywnymi metodami uprawy. Wśród głównych przyczyn odejścia od tradycyjnej uprawy roli wymienia się mniejsze nakłady pracy i energii [Kordas 2009], ograniczenie procesu mineralizacji próchnicy [Davidson i Acerman 1993], czy zmniejszenie podatności gleby na erozję wodną i wietrzną [Holland 2004] w wyniku wprowadzanych uproszczeń. Oprócz pozytywnych efektów uprawa uproszczona może prowadzić do pogorszenia fizycznych właściwości gleby, tj. gęstość i zwięzłośc gleby [Blecharczyk i in. 2007] oraz może powodować wzrost zachwaszczenia [Weber i Hryńczuk 2005, Stupnicka- -Rodzynkiewicz i in. 2004]. Plony roślin uzyskiwane w uproszczonych systemach uprawy roli są bardzo zróżnicowane, a ich wielkość w dużej części zależy od takich czynników jak: warunki glebowe, klimatyczne, odpowiednie następstwo roślin, dobór pestycydów, czy rodzaj użytych maszyn do uprawy roli i siewu [Małecka i in. 2009]. Celem badań było określenie wpływu zastosowanych uproszczeń w uprawie bobiku na wybrane parametry fizyczne gleby. MATERIAŁ I METODY Doświadczenie polowe prowadzono w latach w Stacji Doświadczalnej Katedry Agrotechniki i Ekologii Rolniczej Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie - Mydlnikach. Badania, w układzie losowanych podbloków (split plot), prowadzono w czteropolowym płodozmianie: bobik - pszenica ozima - pszenica jara - jęczmień jary. Gleba pola doświadczalnego sklasyfikowana została jako gleba brunatno ziemna, typ płowa, podtyp gleba płowa opadowo glejowa, gatunek pył zwykły, rodzaj wytworzona z lessu. Gleba zaliczona została do kompleksu pszennego dobrego przydatności rolniczej, klasy bonitacyjnej II. W tradycyjnym - płużnym i uproszczonym bezpłużnym systemie uprawiano bobik odmiany Kasztelan. W uproszczonym systemie uprawy roli pług zastąpiono w uprawie pożniwnej i przedzimowej bobiku kultywatorem podorywkowym. Bezpośrednio przed siewem w obydwu wariantach glebę doprawiano agregatem uprawowym składającym się z kultywatora i wału strunowego. 260

261 Wybrane parametry fizyczne gleby w tradycyjnej i uproszczonej uprawie bobiku Przed zbiorem bobiku, w trzech warstwach: 0-10, i cm, pobierano próbki gleby w dwóch powtórzeniach do cylindrów o objętości 100 cm 3 wg metody Kopecky ego. W pobranym materiale oznaczono: gęstość objętościową stałej fazy gleby na sucho [Mg m -3 ], wilgotność względną gleby [% objętościowych], pojemność kapilarną gleby [% objętościowych] oraz porowatość gleby [% objętościowych]. Po zbiorze bobiku, w czterech powtórzeniach, za pomocą sondy Penetrologger P1.52 firmy Eijkelkamp zbadano zwięzłość gleby, dla przedziału 10 cm do głębokości 30 cm. Otrzymane wyniki oceniono statystycznie metodą analizy wariancji. Natomiast testowanie różnic między średnimi szacowano testem Tukey a na poziomie α=0,05. WYNIKI I DYSKUSJA W badaniach własnych uproszczenia w uprawie roli oddziaływały istotnie na takie parametry fizyczne gleby jak gęstość objętościowa, wilgotność oraz zwięzłość. Porównywana na głębokości 30 cm gęstość objętościowa uległa istotnemu zmniejszeniu w warstwie cm pod wpływem prowadzonej uprawy uproszczonej (bezpłużnej), a obserwowane zmniejszenie gęstości wyniosło ok. 5% (tab. 1). Średnie zmniejszenie gęstości obserwowane na obiektach z uprawą uproszczoną w całym badanym przekroju było na poziomie 3%. Tab. 1. Gęstość objętościowa gleby [Mg m -3 ] na głębokości 0 30 cm (średnia dla lat ) System uprawy (A) Głębokość pomiaru [cm] (B) tradycyjny uproszczony ,42 1,46 NIR 0,05 r.n ,47 1,40 NIR 0,05 0, ,48 1,39 NIR 0,05 0,063 Średnio dla systemu uprawy 1,45 1,41 NIR 0,05 0,030 r.n. różnica nieistotna Średnio 1,44 1,43 1,43 r.n. 261

262 Andrzej Joniec, Dorota Gala, Maciej Chowaniak W wierzchniej warstwie roli zauważalna była z kolei odwrotna tendencja do zwiększania się gęstości gleby pod wpływem wprowadzanych uproszczeń uprawowych. Pabin i in. [2008] pod wpływem wprowadzonej uproszczonej uprawy roli obserwowali największy wzrost gęstości objętościowej gleby na głębokości cm. Natomiast zmniejszenie gęstości gleby w wyniku uproszczeń w uprawie roli w swoich badaniach stwierdził Ball [1995]. W przypadku gęstości objętościowej gleby podobną do badań własnych zależność stwierdziła Małecka i in. [2012], która w wyniku uprawy uproszczonej stwierdziła zwiększenie gęstości objętościowej w warstwie 0-10 cm, a w głębszych warstwach obserwowano odwrotne relacje. Rezygnacja z pługa na rzecz kultywatora w uprawie roli prowadziła do zwiększenia wilgotności gleby w całym analizowanym profilu (tab. 2). Największy wzrost wilgotności, o ok. 12% odnotowano w wierzchniej warstwie gleby. Podobne zależności obserwował Pabin i in. [2008]. Najlepsze rezultaty w przypadku uprawy zerowej uzyskał z pozostawiania na powierzchni gleby mulczu. Również inni badacze wskazują na pozytywne oddziaływanie bezpłużnej uprawy roli na wzrost zawartości wody w górnych warstwach gleby [Biskupski i in. 2003, Schillinger 2001]. Tab. 2. Średnie wartości uwilgotnienia gleby [% obj.] (średnia dla lat ) System uprawy (A) Głębokość pomiaru [cm] (B) tradycyjny uproszczony ,7 27,6 NIR 0,05 0, ,1 25,6 NIR 0,05 1, ,5 25,1 NIR 0,05 r.n. Średnio dla systemu uprawy 24,4 26,1 NIR 0,05 0,62 r.n. różnica nieistotna Średnio 26,1 24,8 24,8 0,92 Kapilarna pojemność wodna badana w trakcie doświadczenia nie zmieniała się pod wpływem prowadzonej uprawy (tab. 3). 262

263 Wybrane parametry fizyczne gleby w tradycyjnej i uproszczonej uprawie bobiku Tab. 3. Kapilarna pojemność wodna gleby [% obj.] (średnia dla lat ) System uprawy (A) Głębokość pomiaru [cm] (B) tradycyjny uproszczony ,7 39,1 NIR 0,05 r.n ,8 40,9 NIR 0,05 r.n ,8 41,0 NIR 0,05 r.n. Średnio dla systemu uprawy 40,4 40,3 r.n. NIR 0,05 r.n. różnica nieistotna Średnio 39,4 40,8 40,9 0,82 Jednak niezależnie od systemu uprawy roli istotnie większą pojemność kapilarną stwierdzono w górnej warstwie profilu glebowego. Małecka i in. [2012] w uprawie grochu stwierdzili zwiększenie wilgotności oraz kapilarnej pojemności wodnej w wierzchniej warstwie gleby pod wpływem uproszczeń uprawowych, najbardziej w siewie bezpośrednim. W głębszej warstwie autorzy stwierdzili w przypadku kapilarnej pojemności wodnej odwrotną relację. Z kolei Kuc i Zimny [2004] nie obserwowali zmian w kapilarnej pojemności wodnej gleby pod wpływem uproszczeń w uprawie buraka. Tab. 4. Średnie wartości porowatości gleby [% obj.] w warstwie 0-30 cm (średnia dla lat ) System uprawy Głębokość pomiaru [cm] tradycyjny uproszczony ,3 44,8 NIR 0,05 r.n ,8 47,3 NIR 0,05 r.n ,9 47,5 NIR 0,05 r.n. Średnio dla systemu uprawy 47,0 46,5 NIR 0,05 r.n. r.n. różnica nieistotna Średnio 45,5 47,5 47,2 1,43 263

264 Andrzej Joniec, Dorota Gala, Maciej Chowaniak Porowatość gleby oznaczona w trakcie doświadczenia nie była istotnie modyfikowana przez porównywane systemy uprawy roli (tab. 4). Z racji powiązania objętości porówz gęstością objętościową gleby zauważalny jest spadek porowatości gleby w wierzchniej warstwie gleby i wzrost na głębokości cm na obiektach z bezpłużną uprawą roli. Podobnie jak w badaniach własnych również Kuc i Zimny [2004] nie stwierdzili zmian w porowatości gleby pod wpływem wprowadzonej uprawy uproszczonej w porównaniu do tradycyjnej metody uprawy buraka cukrowego. Jednym z ważniejszych parametrów opisujących glebę jest jej zwięzłość. Rezygnacja z płużnej uprawy roli i zastosowanie kultywatora podorywkowego jako głównego narzędzia uprawowego przyniosło istotne zwiększenie zwięzłości gleby (tab. 5). Różnica na głębokości cm pomiędzy uprawą tradycyjna a uproszczoną wynosiła 36%. W kolejnym badanym poziomie, zwięzłość gleby oznaczona na obiektach z uprawą tradycyjną była większa o 24%. Średnio zwięzłość gleby w trakcie trwania doświadczenia wzrosła o 20% na obiektach uprawianych bezpłużnie. Tab. 5. Średnie wartości zwięzłości gleby [MPa] w warstwie 0-30 cm (średnia dla lat ) Głębokość pomiaru [cm] System uprawy tradycyjny uproszczony Średnio ,7 2,7 r.n. NIR 0,05 2,7 NIR 0, ,6 4,9 0,42 4, ,1 5,1 NIR 0,05 0,84 4,6 Średnio dla systemu uprawy 3,5 4,2 0,40 NIR 0,05 0,27 r.n. różnica nieistotna Podobne zmiany zwięzłości zachodzące pod wpływem uproszczeń uprawowych potwierdzają również wyniki innych badań [Idkowiak i Kordas 2004, Cudzik i in 2012]. 264

265 Wybrane parametry fizyczne gleby w tradycyjnej i uproszczonej uprawie bobiku WNIOSKI Wprowadzone uproszczenia uprawy roli wpływały w zróżnicowany sposób na badane fizyczne właściwości gleby. Korzystne oddziaływanie uproszczeń w uprawie stwierdzone zostało w przypadku gęstości objętościowej gleby, która była istotnie niższa na obiektach uprawianych bezpłuznie. Zastosowanie uproszczeń w uprawie roli zwiększało zapas wody w glebie w porównaniu do obiektów uprawianych tradycyjnym systemem. Zwięzłość gleby uległa istotnemu zwiększeniu na głębokości cm pod wpływem uprawy uproszczonej. BIBLIOGRAFIA Ball B. C Soil response to tillage and their enviromental implication in Scotland. Experience with the applicability of no-tillage crop production in the West-European countries. Procedings of the EC Workshop 2: Biskupski A., Włodek S., Pabin J Sposoby uprawy roli a plonowanie i zmiany wilgotności gleby. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 493: Blecharczyk A., Małecka I., Sierpowski J Wpływ wieloletniego oddziaływania systemów uprawy roli na fizyko-chemiczne właściwości gleby. Fragm. Agron., 24 (1): Cudzik A., Białczyk W., Czarnecki J., Brennensthul M., Kaus A Ocena systemów uprawy w aspekcie zużycia paliwa, plonowania roślin i właściwości gleby. Inż. Rol., 2 (137) t. 2: Davidson E.A., Ackerman I.L Changes in soil carbon inventories following cultivation of previously untilled soils. Biogeochemistry, 20 (3): Holland J.M The environmental consequences of adopting conservation tillage in Europe: reviewing the evidence. Agric. Ecosys. Environ., 103: Kordas L Efektywność ekonomiczna różnych systemów uprawy roli w uprawie pszenicy ozimej po sobie. Fragm. Agron. 26(1): Kuc P., Zimny L Kształtowanie sie właściwości fizycznych gleby pod wpływem zróżnicowanych systemów uprawy buraka cukrowego. Annales UMCS, Sec. E., 59 (3): Małecka I., Blecharczyk A., Dobrzeniecki T Produkcyjne i środowiskowe skutki wieloletniego stosowania systemów bezorkowych w 265

266 Andrzej Joniec, Dorota Gala, Maciej Chowaniak uprawie grochu siewnego. Fragm. Agron., 26 (3): Małecka I., Swędrzyńska D., Blecharczyk A., Dytman-Hagedorn M Wpływ systemów uprawy roli pod groch na właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne gleby. Fragm. Agron. 29(4): Pabin J., Włodek S., Biskupski A Niektóre uwarunkowania środowiskowe i produkcyjne przy stosowaniu uproszczonych sposobów uprawy roli. Inż. Rol. 1 (99): Schillinger W.F Minimum and delayed conservation tillage for wheat fallow farming. Soil. Sci. Soc. Amer. J., 65: Stupnicka-Rodzynkiewicz E., Stępnik K., Lepiarczyk A Wpływ zmianowania, sposobu uprawy roli i herbicydów na bioróżnorodność zbiorowisk chwastów. Acta Sci. Pol., Agric., 3 (2): Weber R., Hryńczuk B Wpływ sposobu uprawy roli i przedplonu na zachwaszczenie pszenicy ozimej. Annales UMCS, Sec. E, 60: Adres do korespondencji: mgr inż. Andrzej Joniec Katedra Agrotechniki i Ekologii Rolniczej Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie andrzejjoniec@gmail.com Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Andrzej Lepiarczyk 266

267 Agnieszka Kalandyk Piotr Waligórski Franciszek Dubert EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ZASTOSOWANIE BIOSTYMULATORÓW W ŁAGODZENIU SKUTKÓW SUSZY I INNYCH STRESÓW ŚRODOWISKOWYCH U SOI ZWYCZAJNEJ (Glycine max L. Merr.) USE OF BIOSTIMULATORS IN MITIGATING THE EFFECTS OF DROUGHT AND OTHER ENVIRONMENTAL STRESSES IN SOYA BEAN (Glycine max L. Merr.) Streszczenie. Rośliny uprawne w trakcie wegetacji są poddawane stresom klimatycznym należącym do stresów abiotycznych, które stają się przyczyną utraty plonu. Celem badań było określenie efektywności wybranych substancji stymulujących w łagodzeniu skutków suszy w doświadczeniu tunelowym oraz stresów związanych z wegetacją w polu. Materiał roślinny stanowiła soja zwyczajna odmiany Augusta. Efektywność poszczególnych biostymulatorów określono na podstawie pomiarów parametrów charakteryzujących fazę generatywną (liczba kwiatów, strąków i stopień aborcji kwiatów) oraz parametrów plonu (liczba nasion na roślinę, liczba nasion w strąku, masa nasion na roślinę i masa 1000 nasion). Bardziej efektywnym stymulatorem w warunkach suszy okazał się SILVIT, który zwiększył liczbę strąków na roślinę o 20%, a liczbę nasion z rośliny o 27%. W doświadczeniu polowym na tle innych substancji wyróżnił się preparat OPTYSIL, przy użyciu którego liczba strąków zwiększyła się o ok. 14%, a masa nasion o 21% w stosunku do kontroli. Słowa kluczowe: soja zwyczajna (Glycine max L. Merr.), stres suszy, stresy polowe, stresy abiotyczne, biostymulatory Abstract. Plants during the growing season are subjected to the climate stresses, among them drought stress, which causes a loss in yield. The aim of the experiments was to determine the effectiveness of selected stimulants in mitigating the effects of drought on plant grown in the tunnel and sum of 267

268 Agnieszka Kalandyk, Piotr Waligórski, Franciszek Dubert the stresses in the field. The plant material was soya bean cultivar Augusta. The effectiveness of individual biostimulators was determined by measuring parameters that characterize the generative phase and yield parameters. Under drought conditions more effective stimulator was SILVIT, which increased the number of pods per plant by 20% and the number of seeds per plant by 27%. In the field study the OPTYSIL stimulant distinguished itself from other substances. It increased the number of pods almost by 14% and seed weight by 21% as compared to control (plants drought treated, but non treated with stimulators). Key words: soya bean (Glycine max L. Merr.), drought stress, field stresses, abiotic stresses, biostimulators WSTĘP Począwszy od końca XIX wieku klimat Polski wykazuje systematyczną tendencję wzrostu temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury poprawiają się w Polsce warunki klimatyczne do uprawy roślin ciepłolubnych, do których należy m.in. soja. Wzrost temperatury w okresie późnozimowym i wczesnowiosennym przyspiesza początek okresu wegetacyjnego i stwarza możliwość wcześniejszego rozpoczęcia prac polowych. Jednak zmienia się także struktura opadów, które stają się bardziej gwałtowne, krótkotrwałe, niszczycielskie, powodujące coraz częściej powodzie i podtopienia. Jednocześnie zanikają opady niewielkie (poniżej 1mm doba -1 ). Pogłębiający się niedobór wody jest czynnikiem powodującym stopniowe zmniejszanie się efektywności produkcji w rolnictwie. Obserwuje się występowanie dużych wahań plonów (lata urodzaju i nieurodzaju), tak więc niedobór wody, rzadziej jej nadmiar, stają się coraz częściej przyczyną niewykorzystania możliwości produkcyjnych, jakie stwarzają warunki termiczno-energetyczne środowiska przyrodniczego i nowoczesne technologie [Sadowski i Gworek 2013]. Nadmierne okresowe wahania temperatury oraz wahania zawartości wody glebowej to czynniki, które wywołują u roślin wspólne symptomy stresu oksydacyjnego, takie jak akumulacja reaktywnych form tlenu, które uszkadzają komórki na poziomie ich składników chemicznych. Przeciwdziałanie stresowi oksydacyjnemu na drodze klasycznej hodowli lub metodami inżynierii molekularnej, jest trudne, podobnie jak próba selekcji odporniejszych genotypów. Dlatego alternatywnym działaniem wydaje się traktowanie roślin stymulatorami, 268

269 Zastosowanie biostymulatorów w łagodzeniu skutków suszy... hormonami lub innymi substancjami łagodzącymi stres, podawanymi zwykle w postaci oprysku [Gawrońska i in. 2008, Przybysz i in. 2008]. Celem wykonanych prac było określenie efektywności preparatów OPTYSIL oraz SILVIT w łagodzeniu skutków stresu trzytygodniowej suszy glebowej, działającej w okresie kwitnienia roślin, w doświadczeniu wazonowym u soi uprawnej, oraz efektywności preparatów OPTYSIL, OPTYPLUS oraz GROW ON w łagodzeniu różnych stresów środowiskowych występujących w trakcie wegetacji roślin w warunkach polowych. MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono na roślinach soi uprawnej odmiany Augusta, której nasiona otrzymano z Katedry Genetyki i Hodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Doświadczenie w otwartym tunelu foliowym. Doświadczenie obejmowało 4 obiekty: kontrola (rośliny podlewane do 70% pojemności wodnej gleby, nieopryskiwane), susza (do 25% pojemności wodnej gleby od okresu pełni kwitnienia roślin przez 3 tygodnie), susza + OPTYSIL (0,25 %) oraz susza + SILVIT (0,25 %). Każdy obiekt składał się z 5 doniczek o śr. 25 cm i objętości ok. 8 dm 3. W każdej doniczce rosło po 5 roślin. Opryski biostymulatorami wykonano trzykrotnie w odstępach dwutygodniowych począwszy od fazy 6 liści. Do każdego oprysku użyto 60 cm 3 danego roztworu. Doświadczenie polowe. Doświadczenie polowe założono na terenie stacji doświadczalnej Uniwersytetu Rolniczego w Mydlnikach, metodą losowanych bloków. Obejmowało ono cztery obiekty: kontrolę oraz trzy traktowania (OPTYSIL, OPTYPLUS i GROW ON). Jeden obiekt składał się z ok. 120 roślin. Oprysk biostymulatorem OPTYSIL (0,25 %) wykonano trzykrotnie, co dwa tygodnie począwszy od fazy 6 liści, biostymulatorem OPTYPLUS (0,75 %) dwukrotnie począwszy od fazy 6 liści, biostymulatorem GROW ON (2,5 %) dwukrotnie, na początku oraz na końcu fazy kwitnienia. Do oprysku każdego poletka użyto 250 cm 3 roztworu. Poletko kontrolne zostało opryskane 250 cm 3 wody destylowanej. Okres wegetacji charakteryzował się bardzo wysoką temperaturą oraz niewielką ilością opadów, zwłaszcza w fazie kwitnienia roślin. 269

270 Agnieszka Kalandyk, Piotr Waligórski, Franciszek Dubert W celu oceny skutków działania suszy i innych czynników stresowych towarzyszących wegetacji w warunkach polowych przyjęto następujące parametry określane w czasie fazy generatywnej roślin: liczba kwiatów, liczba produkcyjnych strąków, stopień odrzucania kwiatów oraz parametry plonu: liczba nasion w strąku, liczba strąków oraz liczba i masa nasion z jednej rośliny, a także masa 1000 nasion. Dodatkowo w doświadczeniu polowym określono wysokość osadzenia pierwszego węzła generatywnego. WYNIKI I DYSKUSJA Doświadczenie wazonowe w otwartym tunelu foliowym: Tab. 1. Wpływ badanych preparatów na przebieg fazy generatywnej i elementy struktury plonowania soi w doświadczeniu wazonowym. OBIEKTY liczba kwiatów na roślinę [szt.] liczba strąków na roślinę [szt.] stopień aborcji kwiatów [%] liczba nasion na roślinę [szt.] masa nasion na roślinę [g] masa 1000 nasion [g] liczba nasion na strąk [szt.] KONTROLA 48,3 7,2 b 85,2 15,3 b 1,261 b 84,4 a 2,1 c SUSZA 46,0 3,4 a 92,5 6,3 a 0,593 a 94,2 b 1,8 ab susza + SILVIT 53,0 4,1 a 92,3 8,0 a 0,666 a 81,6 a 2,0 bc susza + OPTYSIL 52,5 4,0 a 92,3 6,9 a 0,561 a 82,7 a 1,7 a Różne litery wskazują statystycznie istotne różnice dla p< 0,05 wg testu Duncana. W trakcie wegetacji rośliny poddane stresowi suszy odrzuciły ponad 92% kwiatów i młodych strąków, podczas gdy rośliny nawadniane (kontrola) odrzuciły 85% kwiatów i młodych strąków. Zastosowane stymulatory nie zmniejszyły aborcji kwiatów, zwiększyły jednak liczbę strąków na roślinę (SILVIT o 20%, a OPTYSIL o 18%) w porównaniu z roślinami poddanymi działaniu suszy. Okresowa susza spowodowała znaczne zmniejszenie liczby i masy nasion na roślinę oraz redukcję liczby nasion w strąku w porównaniu z kontrolą, masa tysiąca nasion była o 10% większa w porównaniu do nasion kontroli. Preparat SILVIT zwiększył liczbę nasion na roślinę o 27%, liczbę nasion w strąku o 270

271 Zastosowanie biostymulatorów w łagodzeniu skutków suszy... 11%, a średnią masę nasion z rośliny o 12% w porównaniu z roślinami poddanymi działaniu suszy, a nietraktowanymi żadnym z preparatów. Jak podaje producent, OPTYSIL zawiera przyswajalny przez rośliny krzem, który oddziałuje korzystnie na ich rozwój i plonowanie. OPTYSIL ogranicza wpływ stresów, reguluje pobieranie makro- i mikroelementów, łagodzi negatywne skutki okresowego niedoboru wody, wysokiego zasolenia oraz aktywizuje naturalne mechanizmy odpornościowe roślin, a wzmacniając ściany komórkowe zmniejsza podatność roślin na uszkodzenia mechaniczne. SILVIT ogranicza fizyczną penetrację tkanek przez szkodniki, gdyż ściany komórkowe stają się bardziej odporne na enzymy produkowane przez patogeny (działanie fungistatyczne). Zwiększa tolerancję roślin na niskie temperatury, redukuje transpirację w okresie suszy, intensyfikuje fotosyntezę w warunkach słabego światła, ogranicza wpływ wysokiego zasolenia gleby na wzrost roślin, ogranicza wpływ niedoboru fosforu poprzez regulowanie jego pobierania i eliminuje toksyczne działanie glinu na wzrost korzenia. Doświadczenie polowe: Tab. 3. Wpływ badanych preparatów na przebieg fazy generatywnej i elementy struktury plonowania soi w doświadczeniu polowym. OBIEKTY liczba kwiatów na roślinę [szt.] liczba strąków na roślinę [szt.] stopień aborcji kwiatów [%] wysokość osadzenia pierwszego strąka [nr węzła] liczba nasion na roślinę [szt.] masa nasion na roślinę [g] masa 1000 nasion [g] liczba nasion na strąk [szt.] KONTROLA 47,5 6,3 b 86,8 3,9 13,7 bc 1,09 b 78,0 b 2,2 a GROW ON 48,8 6,4 b 86,9 4,2 12,4 b 1,05 b 85,2 a 2,0 b OPTYPLUS 45,0 3,5 a 92,3 5,6 6,3 a 0,42 a 67,8 c 1,8 c OPTYSIL 48,3 7,2 c 85,1 3,9 15,3 c 1,31 c 85,0 a 2,2 a Różne litery wskazują statystycznie istotne różnice dla p< 0,05 wg testu Duncana. W warunkach polowych na tle kontroli wyróżnił się preparat OPTYSIL, po użyciu którego zaobserwowano zwiększenie liczby strą- 271

272 272 Agnieszka Kalandyk, Piotr Waligórski, Franciszek Dubert ków o ok. 14% w stosunku do kontroli oraz 21% wzrost masy nasion na roślinę. Efektem aplikacji stymulatorów OPTYSIL oraz GROW ON było zwiększenie masy 1000 nasion o 9%. Ponadto OPTYSIL spowodował także wzrost liczby nasion z rośliny o 12%. Zastosowanie preparatu OPTYPLUS spowodowało zmniejszenie liczby strąków, liczby nasion i masy nasion na roślinę oraz liczby nasion na strąk w porównaniu z roślinami kontrolnymi. Zaobserwowano także zasychanie kwiatów na dolnych węzłach. GROW ON to preparat przeznaczony do szybkiego zaopatrzenia roślin w fosfor, zwłaszcza w warunkach ograniczonej dostępności tego składnika w glebie. Polecany szczególnie do stosowania dla upraw na glebach kwaśnych, zimnych, w okresach niskiej temperatury gleby oraz w czasie chłodów. OPTYPLUS jest preparatem mineralnym wspomagającym naturalne mechanizmy obronne roślin (produkcja fitoaleksyn) znacząco poprawia odporność roślin na porażenia przez patogeny grzybowe z gromady Oomycetes, dostarcza fosfor w formie, która wykorzystywana jest przez rośliny w dłuższym okresie czasu oraz jest źródłem łatwo przyswajalnego potasu. Gong i in. [2005] wykazali, że zastosowanie krzemu poprawiło stan uwodnienia roślin w warunkach suszy, zwiększyło aktywność niektórych enzymów antyoksydacyjnych (dysmutazy ponadtlenkowej, katalazy i reduktazy glutationowej) oraz zwiększyło zawartość nienasyconych kwasów tłuszczowych, barwników fotosyntetycznych i białka rozpuszczalnego. Ponadto aplikacja krzemu spowodowała intensyfikację fotosyntezy netto w czasie suszy. Autorzy sugerują, że korzystne działanie krzemu na rośliny w stresie suszy jest związane ze wzrostem zdolności antyoksydacyjnych komórek, zatem polega na łagodzeniu uszkodzeń wywołanych przez reaktywne formy tlenu. W badaniach Chen i in. [2011] aplikacja krzemu spowodowała znaczną poprawę podstawowych parametrów fotosyntezy u roślin ryżu w warunkach stresu suszy oraz przywróciła zakłóconą przez suszę równowagę we wchłanianiu składników mineralnych. W badaniach u Vigna aconitifolia Jacq. Marechal zastosowanie fosforu znacznie łagodziło negatywne skutki suszy obserwowane jako zmiany parametrów takich jak: potencjał wodny roślin, względna zawartość wody, wydajność fotosyntezy netto, zawartość chlorofilu,

273 Zastosowanie biostymulatorów w łagodzeniu skutków suszy... skrobi rozpuszczalnej i białek oraz aktywność reduktazy azotanowej [Garg i in. 2004]. Z kolei Abu-Romman i in. [2013] podają, że zwiększona zawartość fosforu w pożywce była skuteczna w łagodzeniu negatywnych skutków zasolenia w badaniach in vitro u ogórka. Zaskakujący był fakt, że obydwa preparaty zawierające fosfor wykazały przeciwny wpływ na plonowanie soi. Może to wskazywać, że fosfor zawarty w preparacie OPTYPLUS występował w formie trudniej przyswajalnej w porównaniu z preparatem GROW ON. WNIOSKI Bardziej efektywnym stymulatorem w warunkach suszy okazał się SILVIT, który spowodował zwiększenie liczby strąków, liczby nasion na roślinę, liczby nasion w strąku oraz średniej masy nasion z rośliny. Najefektywniejszym stymulatorem plonowania roślin w warunkach polowych był OPTYSIL, który działał przez zwiększenie liczby strąków oraz wzrost masy nasion z rośliny. Stymulator OPTYPLUS spowodował zmniejszenie liczby strąków, liczby nasion, masy nasion na roślinę i liczby nasion na strąk oraz zasychanie kwiatów na dolnych węzłach. Bibliografia Abu-Romman S., Suwwan M., AL-Dein Al-Ramamneh E Alleviation of Salt Stress by Phosphorus in Cucumber Microshoots Grown on Rooting Medium. World Applied Sciences Journal 22 (2): Chen W., Yao X., Cai K., Chen J Silicon Alleviates Drought Stress of Rice Plants by Improving Plant Water Status, Photosynthesis and Mineral Nutrient Absorption. Biological Trace Element Research, Volume 142, Issue 1: Garg B.K., Burman U., Kathju S The influence of phosphorus nutrition on the physiological response of moth bean genotypes to drought. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. Volume 167, Issue 4: Gawrońska, H., Przybysz, A., Szalacha, E., Słowiński, A., Physiological and molecular mode of action of Asahi SL biostymulator under optimal and stress conditions. p In: Biostimulators in Modern Agriculture. General Aspects (H. Gawrońska, ed.). Editorial House Wieś 273

274 Agnieszka Kalandyk, Piotr Waligórski, Franciszek Dubert Jutra, Warszawa:, 89. Gong H., Zhuc X., Chend K., Wangb S., Zhanga Ch. Silicon alleviates oxidative damage of wheat plants in pots under drought Plant Science Volume 169, Issue 2, Przybysz, A., Gawrońska, H., Słowiński, A., The effect of Asahi SL on growth, efficiency of photosynthetic apparatus and yield of field grown oil seed rape. Monographs series: Biostimulators In modern agriculture, Field Crops. Wieś Jutra, Warszawa:, Sadowski M., Gworek B Opracowanie i wdrożenie Strategicznego Planu Adaptacji dla sektorów i obszarów wrażliwych na zmiany klimatu Etap III 10. Adaptacja wrażliwych sektorów i obszarów Polski do zmian klimatu do roku 2070 Projekt. Instytut Ochrony Środowiska Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa. Badania przeprowadzono w ramach projektu Doctus - Małopolski fundusz stypendialny dla doktorantów, we współpracy z Przedsiębiorstwem INTERMAG Sp. z o.o. Adres do korespondencji: mgr Agnieszka Kalandyk dr Piotr Waligórski prof. dr hab. Franciszek Dubert Instytut Fizjologii Roślin im. Franciszka Górskiego Polskiej Akademii Nauk ul. Niezapominajek 2, Kraków e- mail: akalandyk@interia.pl Promotor: prof. dr hab. Franciszek Dubert 274

275 Anna Lehmann Wiesław Wojciechowski Adam Zych, Elżbieta Pytlarz Martyna Szałata EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ROLA MIĘDZYPLONÓW ŚCIERNISKOWYCH W REGULACJI ZACHWASZCZENIA ŻYTA THE ROLE OF COVER CATCH CROPS IN WEED INFESTATION CONTROL OF RYE Streszczenie. Rośliny międzyplonowe stanowią obecnie ważny element zmianowania, szczególnie w rolnictwie integrowanym. Celem podjętych badań była ocena wpływu dwóch rodzajów międzyplonów ścierniskowych na skład gatunkowy, liczbę oraz powietrznie suchą masę chwastów w łanie żyta. Jednoczynnikowe doświadczenie polowe zrealizowano w sezonie wegetacyjnym w RZD Swojec należącym do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Czynnikiem badawczym był rodzaj przyoranego jesienią, orką siewną pod żyto, międzyplonu ścierniskowego: A - obiekt kontrolny (bez międzyplonu), B - międzyplon z gorczycy białej, C - międzyplon z mieszanki roślin strączkowych (groch pastewny + łubin żółty). Stan zachwaszczenia oceniono w fazie kwitnienia (BBCH 65) metodą ilościowo- -wagową. Stwierdzono ograniczenie liczebności i suchej masy chwastów w uprawie badanej rośliny po zastosowaniu międzyplonów. Najskuteczniejsza pod tym względem okazała się mieszanka roślin strączkowych w porównaniu do gorczycy białej i obiektu bez udziału międzyplonu. Słowa kluczowe: międzyplon ścierniskowy, żyto zwyczajne, zachwaszczenie Abstract. Catch crops are now an important part of crop rotation, particularly in integrated agriculture. The aim of this study was to determine the effect of two types of catch crops on the species composition, number and dry weight of weeds in rye. The field experiment was conducted at the Agricultural Experimental Station Swojec at Wrocław University of Environmental and Life Sciences in One-factorial field experiment was designed as randomized block method with three replications. The factor was the type of ploughing down stubble catch crop during spring: A - control treatment (without catch crop), B white mustard catch crop, C - mixture catch crop (field pea + lupine). Weed infestation was assessed at the flowering stage (BBCH 65) using the method of weed number and their weight. The reduction in the number and dry mass of weeds was found in both crops after the use of catch crops. It was shown that the mixture of pulse crops was the most effective method. Key words: catch crops, rye, weed infestation 275

276 Anna Lehmann, Wiesław Wojciechowski, Adam Zych, Elżbieta Pytlarz, Martyna Szałata Wstęp Częsta rezygnacja z prawidłowego płodozmianu, zwłaszcza na rzecz monokultur, może doprowadzić do stopniowej degradacji gleby. Na skutek pogorszenia się jej właściwości fizycznych, biologicznych i chemicznych dochodzi do kompensacji uciążliwych chwastów [Gawęda 2009a]. Jednym z agrotechnicznych sposobów zapobiegania tym niekorzystnym zmianom jest uprawa międzyplonów. Rośliny te w bezpieczny i przyjazny dla środowiska sposób regulują zachwaszczenie, przez co stanowią ważny element zmianowania, zwłaszcza w rolnictwie integrowanym. Ponadto wykazano, iż oddziałują one na glebowy bank diaspor i zachwaszczenie łanu rośliny następczej [Acharya i in. 2002, Kwiatkowski 2004]. Tematyka wpływu międzyplonów na zachwaszczenie opisywana jest najczęściej w kontekście roślin zbożowych [Kwiatkowski 2004, Wojciechowski 2009, Gawęda i Kwiatkowski 2013]. Wynika to przede wszystkim z faktu, że udział wspomnianej grupy w strukturze zasiewów w Polsce przekracza 70% [Deryło 2006]. Niestety pomimo licznych danych literaturowych wpływ uprawy międzyplonów na zachwaszczenie zbóż nie został do końca jednoznacznie określony. Najczęściej obserwowanym efektem ich stosowania jest ograniczenie liczby i suchej masy chwastów, choć wielkość zachwaszczenia, którą modyfikuje wspomniany element zmianowania jest dość różna. O korzystnym działaniu roślin międzyplonowych w omawianym aspekcie donoszą m.in. Jaskulski i in. [2000], Kwiatkowski [2004], a także Płaza i Ceglarek [2007] oraz Gawęda [2009b]. Z kolei Woźniak [2005] oraz Rasmussen i in. [2006] w swoich badaniach nie stwierdzili znaczącego wpływu międzyplonów na biomasę chwastów, pomimo że zmniejszeniu uległa ich liczebność. Podobnego zdania są Kuraszkiewicz i Pałys [2003], Wojciechowski i Parylak [2004] oraz Gawęda [2009a]. Celem podjętego doświadczenia była ocena wpływu dwóch międzyplonów ścierniskowych uprawianych zgodnie z zasadami programu rolnośrodowiskowego na zachwaszczenie łanu żyta zwyczajnego. Materiał i metody Podstawą badań był eksperyment polowy zrealizowany w sezonie wegetacyjnym roku na terenie Rolniczego Zakładu Doświadczalnego Swojec należącym do Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. 276

277 Rola międzyplonów ścierniskowych w regulacji zachwaszczenia żyta Jednoczynnikowe doświadczenie założono metodą losowanych bloków w czterech powtórzeniach na glebie lekkiej klasy bonitacyjnej IVb, kompleksu żytniego słabego. Czynnikiem badawczym była uprawa międzyplonów ścierniskowych lub ich brak: 1) bez międzyplonu (obiekt kontrolny), 2) międzyplon z gorczycy białej, 3) międzyplon z mieszanki roślin strączkowych. Rośliny wysiano w pierwszej dekadzie sierpnia zgodnie z zasadami programu rolnośrodowiskowego, z ich wiosennym przyoraniem. Gorczycę białą odmiany Bardena wysiewano w ilości 20 kg Wyniki i dyskusja W literaturze brakuje jednoznacznej oceny międzyplonów w aspekcie ograniczania zachwaszczenia łanów roślin uprawnych. Niektórzy donoszą o ich ograniczającym wpływie na wspomniany element [Płaza i Ceglarek 2007, Gawęda 2009b], inni natomiast o braku oddziaływania tego elementu zmianowania na zachwaszczenie [Wojciechowski i Parylak 2004, Woźniak 2005 i Gawęda 2009a]. Taka rozbieżność może wynikać z gatunku rośliny, która była uprawiana jako międzyplon. Dowodem tego są badania Jaskulskiego i in. [2000], którzy dowiedli, że na ograniczenie zachwaszczenia roślin uprawnych wpływ wywiera rodzaj zastosowanej w międzyplonie rośliny. Podobnego zdania jest również Wojciechowski [2009]. W badaniach własnych wykazano korzystne oddziaływanie międzyplonów ścierniskowych na ograniczenie liczby chwastów w łanie żyta zwyczajnego. Lepsza pod tym względem okazała się mieszanka roślin strączkowych niż gorczyca biała co znajduje potwierdzenie w wynikach Wojciechowskiego [2009]. Po wiosennym przyoraniu mieszanki grochu i łubinu liczba chwastów w łanie żyta w trójpolowym zmianowaniu była istotnie o 47,9% mniejsza od określonej w uprawie bez międzyplonu i aż o 49,7% mniejsza niż po gorczycy (tab. 1). W dwupolówce żyta z ziemniakiem oraz żyta z owsem zauważono podobne tendencje. W pierwszym przypadku liczba chwastów po międzyplonie z mieszanki była o 4,5% mniejsza niż na obiekcie, na którym nie był on stosowany i aż o 55,7% mniejsza niż po gorczycy. W drugim ze zmianowań dwupolowych, liczba chwastów po grochu i łubinie była o 26,1% mniejsza niż stwierdzona dla obiektu bez międzyplonu. Międzyplony przyczyniły się również do redukcji suchej masy chwastów w łanie żyta. Analogicznie, jak w wypadku liczebności lepszą okazała się mieszanka strączkowa niż gorczyca. W zmianowaniu trójpolowym sucha masa chwastów po międzyplonie z roślin strączkowych była o 23,1% 277

278 Anna Lehmann, Wiesław Wojciechowski, Adam Zych, Elżbieta Pytlarz, Martyna Szałata 278 Tab. 1. Liczba [szt.m-2] i sucha masa chwastów [g m -2 ] Tab. 1. Number of weeds per 1 m2 and dry mass of weeds g m-2 Obiekt Treatment Liczba chwastów Number of weeds Sucha masa Dry mass of weeds z-o-ż 16,7 1,3 z-o-ż+gorczyca 17,3 1,7 z-o-ż+mieszanka 8,7 1,0 ż-z 13,3 6,4 ż-z+gorczyca 28,7 15,9 ż-z+mieszanka 12,7 7,7 ż-o 15,3 5,1 ż-o+gorczyca 21,7 5,9 ż-o+mieszanka 11,3 3,6 NIR (0,05) LSD (0.05) 6,3 3,9 Tab. 2. Gatunki chwastów występujące w łanie żyta zwyczajnego [szt. m-2] Tab. 2. Weed species in rye No. m -2 Obiekt Treatment Liczba chwastów Number of weeds [m -2 ] Liczba gatunków dominujących Number of dominant weeds Erodium cicutarium Equisetum arvense Viola arvensis Pozostałe Other z-o-ż 16,7 13,3 0,7-2,7 z-o-ż+gorczyca 17,3 8,0 4,7 1,3 3,3 z-o-ż+mieszanka 8,7 1,3 6,1-1,3 ż-z 13,3 8,0 2,0 1,3 2,0 ż-z+gorczyca 28,7 2,7 25,3 0,7 - ż-z+mieszanka 12,7-12,7 - - ż-o 15,3 6,6 4,7 2,7 1,3 ż-o+gorczyca 21,7 14,0 7,0-0,7 ż-o+mieszanka 11,3 1,3 8,6 0,7 0,7 NIR (0,05) LSD (0.05) 6,3 7,2 10,6 r.n. r.n. r.n. różnica nieistotna not significant difference Objaśnienie zastosowanych skrótów: z-o-ż zmianowanie trójpolowe (ziemiak-owies-żyto) ż-z zmianowanie dwupolowe (żyto-ziemniak) ż-o zmianowanie dwupolowe (żyto-owies)

279 Rola międzyplonów ścierniskowych w regulacji zachwaszczenia żyta mniejsza niż bez wspomnianego elementu i aż o 41,2% mniejsza niż po gorczycy (tab. 1). Podobne wyniki zaobserwowano w zmianowaniu dwupolowym żyta z owsem, w którym to liczba chwastów była o 29,4% mniejsza niż na obiekcie, na którym nie był on stosowany i o 39% mniejsza niż po gorczycy. Natomiast odwrotne wyniki uzyskano dla dwupolówki żyta z ziemniakiem, w którym mniejszą suchą masę chwastów odnotowano na obiekcie na którym nie stosowano międzyplonów. W fazie kwitnienia żyta, niezależnie od zmianowania, zaobserwowano dominujące występowanie trzech gatunków chwastów: skrzypu polnego (Equisetum arvense), iglicy pospolitej (Erodium cicutarium) oraz fiołka polnego (Viola arvensis) (tab. 2). Uprawa międzyplonów nie miała wpływu na skład gatunkowy chwastów. O dominującym występowaniu fioka polnego, zwłaszcza w zmianowaniach uproszczonych na glebie lekkiej donoszą również Wojciechowski i Zawieja [2007]. Wnioski 1. Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu żyta zależy od rodzaju zastosowanej rośliny międzyplonowej. 2. Mieszanka roślin strączkowych złożona z grochu pastewnego i łubinu żółtego miała lepszy wpływ na ograniczenie zarówno liczby, jak i suchej masy chwastów w łanie rośliny uprawnej niż gorczyca biała, po której każdorazowo odnotowano wzrost zachwaszczenia. 3. Chwastami dominującymi w uprawie żyta zwyczajnego były: iglica pospolita (Erodium cicutarium), skrzyp polny (Equisetum arvense) oraz fiołek polny (Viola arvensis). Bibliografia Acharya B.D., Khattri G.B., Chettri M.K., Srivastava S.C Effect of Brassica campestris var. Toria as a catch crop on Orobanche aegyptiaca seed bank. Crop Prot. 21: Deryło S Kształtowanie się zachwaszczenia żyta ozimego w płodozmianach i monokulturze zbożowej na glebie lekkiej. Pam. Puł., 142: Gawęda D. 2009a. Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie jęczmienia jarego uprawianego w monokulturze. Fragm. Agron., 26 (1): Gawęda D. 2009b. Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie pszenicy jarej uprawianej w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 64 (3):

280 Anna Lehmann, Wiesław Wojciechowski, Adam Zych, Elżbieta Pytlarz, Martyna Szałata Gawęda D., Kwiatkowski C Plonowanie jęczmienia jarego uprawianego w krótkotrwałej monokulturze w zależności od międzyplonu i sposobu odchwaszczania. Fragm. Agron., 30 (1): Jaskulski D., Tomalak S., Rudnicki F Regeneracja stanowiska po pszenicy ozimej dla jęczmienia jarego przez rośliny międzyplonu ścierniskowego. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., 470: Kuraszkiewicz R., Pałys E Wpływ wsiewek międzyplonowych na zachwaszczenie łanu roślin ochronnych na glebie lekkiej. Ann. UMCS, Sect. E, 58: Kwiatkowski C Wpływ międzyplonu na plonowanie i zachwaszczenie jęczmienia jarego uprawianego w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 59 (2): Płaza A., Ceglarek F Rola międzyplonów w regulacji zachwaszczenia pszenżyta ozimego uprawianego w drugim roku po ich zastosowaniu. Prog. Plant Protection/ Post. Ochr. Roślin, 47 (3): Rasmussen I.A., Askegaard M., Olesen J.E., Kristensen K Effects on weeds of management in newly converted organic crop rotations in Denmark. Agric. Ecosyst. Environ., 113: Wojciechowski W Znaczenie międzyplonów ścierniskowych w optymalizacji nawożenia azotem jakościowej pszenicy jarej. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu: ss Wojciechowski W., Parylak D Oddziaływanie międzyplonów ścierniskowych na plonowanie żyta ozimego w płodozmianach uproszczonych na glebie lekkiej. Pam. Puł., 142: Wojciechowski W., Zawieja J Oddziaływanie płodozmianów specjalistycznych na dynamikę zachwaszczenia pól. Pam. Puł., 145: Woźniak A Wpływ wsiewek międzyplonowych i nawożenia organicznego na plon i zachwaszczenie pszenicy jarej uprawianej w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 60: Adres do korespondencji: Mgr inż. Anna Lehmann, dr hab. inż.wiesław Wojciechowski, mgr inż. Adam Zych, mgr inż. Elżbieta Pytlarz, mgr inż. Martyna Szałata Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu anialeh@wp.pl Opiekun naukowy: dr hab. inż. Wiesław Wojciechowski, prof. dr hab. inż. Lesław Zimny, prof. dr hab. inż. Danuta Parylak 280

281 Rafał Ogórek Agnieszka Lejman EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ODDZIAŁYWANIA biotyczne między wybranymi izolatami Epicoccum nigrum a grzybami z rodzaju Fusarium Biotic efects between selected isolates of Epicoccum nigrum and fungi of the genus Fusarium Strszczenie. Zbadano in vitro szczepy Epicoccum nigrum jako biologiczne czynniki mogące potencjalnie ograniczać wzrost Fusarium culmorum, F. graminearum, F. oxysporum, F. poae i F. reticulatum. Indywidualny i ogólny efekt biotyczny 18 izolatów E. nigrum dla różnych grzybów z rodzaju Fusarium był określany przy użyciu metody szeregów biotycznych. Wyniki badań wykazały, że tylko 7 szczepów E. nigrum wykazało dodatni ogólny efekt biotyczny a najwyższy miał izolat 12. Najwyższy dodatni efekt biotyczny dla Fusarium culmorum, F. graminearum i F. oxysporum był powodowany przez izolat 17 E. nigrum, z kolei dla F. reticulatum przez izolat 12. Słowa kluczowe: Epicoccum nigrum, efekt biotyczny, Fusarium spp. Abstract. Epicoccum nigrum strains were evaluated in vitro as potential biological agents for control of the growth of Fusarium culmorum, F. graminearum, F. oxysporum, F. poae and F. reticulatum. Individual and general biotic effects of 18 strains of E. nigrum on the various fungi from Fusarium genus were determined using the biotic series method. Research results show that only 7 strains of E. nigrum had a positive general biotic effect and the highest had isolate 12. The highest individual biotic effect on Fusarium culmorum, F. graminearum and F. oxysporum was caused by isolate 17 of E. nigrum, on F. reticulatum by isolate 12. Key words: Epicoccum nigrum, biotic effect, Fusarium spp. 281

282 Wstęp 282 Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman Epicoccum nigrum Link jest gatunkiem grzyba, który został opisany już w roku 1816 [Pasqualetti i in. 2005]. W przeszłości badacze nadawali mu różne nawy ze względu na dużą zmienność fenotypową w obrębie tego gatunku i słabą zdolność do wytwarzania zarodników, dzięki którym m.in. można ten gatunek oznaczyć metodą mikroskopową. Najbardziej znanym synonimem nazwy tego gatunku jest E. purpurascens Ehrenb. ex Schlecht. Gatunek ten należy do grzybów kosmopolitycznych i można go izolować z ziemi, roślin i powietrza [Mallea i in. 1991, Ogórek 2012]. Jest zdolny do wydzielania różnych metabolitów wtórnych takich jak: barwniki (ß i y-karoten, rhodoxanthin, torularhodin, epicocconone) [Foppen i Gribanovski-Sassu 1968, Choi i in. 2006] i antybiotyki (epicorazine A i B, flavipin) [Tuttobello i in. 1969, Deffieux i in. 1976, Baute i in. 1978]. W literaturze E. nigrum jest opisywany jako grzyb antagonistyczny wobec patogenów grzybowych roślin m.in. Leucostoma cincta, Sclerotinia sclerotiorum, Colletotrichum gloeosporioides, C. kahawae, Botrytis cinerea, Monilinia laxa i Fusarium spp. [Biggs i Alm 1991, Peng i Sutton 1991, Pandey i in. 1993, Pieckenstain i in. 2001, Larena i in. 2004, Guerra-Guimarães i in. 2007, Ogórek i Pląskowska 2011]. Grzyby z rodzaju Fusarium są najczęściej izolowanymi gatunkami ze zbóż i mogą być również przyczyną zakażeń oportunistycznych u ludzi [Guarro i Gené 1995]. U zbóż są przyczyną szczególnie groźnej fuzariozy kłosów [Champeil i in. 2004] i mogą produkować mikotoksyny m.in. trichoteceny, fumonizyny, zearalenon oraz moniliformine [Selwet 2010]. Fusarioza kłosów jest ważną chorobą występującą na zbożach uprawianych na całym świecie. Najważniejszym gatunkiem grzyba z rodzaju Fusarium przyczyniającym się do wywoływania tej choroby jest F. graminearum. Mniejszą rolę odgrywają tutaj inne gatunki takie jak F. avenaceum, F. culmorum oraz F. poae [Stenglein 2009]. Fusarium graminearum dominuje w Europie środkowej i południowo-wschodniej, podczas gdy w chłodniejszym klimacie morskim występują głównie F. culmorum, F. avenaceum i F. poae [Osborn i Stein 2007]. Rozwojowi tych patogenów szczególnie sprzyja wilgotna i umiarkowana temperatura powietrza [Rosewich Gale i in. 2002]. Metoda szeregów biotycznych została opracowana przez Karola Mańkę [Mańka 1974]. Metoda ta pozwala określić potencjalne relacje

283 Oddziaływania biotyczne między wybranymi izolatami epicoccum nigrum... między grzybami, jakie mogą występować w środowisku. W szczególności metoda ta jest przydatna w badaniach wstępnych w biologicznej ochronie roślin. Materiały i metody Grzyby użyte w doświadczeniu zostały wyizolowane z ziarniaków zbóż i pochodzą z kolekcji Zakładu Fitopatologii i Mikologii, Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Charakterystykę izolatów użytych w doświadczeniu zawarto w tabeli 1. Tab. 1. Charakterystyka izolatów grzybów wykorzystanych w badaniach. Gatunek grzyba Izolacja Data Gatunek rośliny Odmiana rośliny 1 13.XI.2009 Żyto Stach 2 13.XI.2009 Żyto Konto 3 13.XI.2009 Żyto Konto 4 13.XI.2009 Żyto Stach 5 25.XI.2009 Żyto Picasso 6 25.XI.2009 Żyto Picasso 7 30.XI.2009 Żyto Dańkowskie 8 13.XI.2009 Żyto Konto 9 25.XI.2009 Żyto Picasso XI.2009 Żyto Picasso XI.2009 Żyto Dańkowskie XI.2009 Żyto Dańkowskie I.2010 Pszenica ozima Levis XI.2009 Żyto Picasso X.2010 Pszenica ozima Bogatka XI.2009 Żyto Picasso X.2010 Pszenica ozima Combin X.2010 Pszenica ozima Combin Fusarium culmorum 11.X.2011 Pszenica ozima Combin Fusarium graminearum 11.X.2011 Pszenica ozima Bogatka Fusarium oxysporum 11.X.2011 Pszenica ozima Bogatka Fusarium poae 11.X.2011 Pszenica ozima Combin Fusarium reticulatum 10.V.2012 Kukurydza Jawor Izolaty Epicoccum nigrum 283

284 Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman Interakcje między grzybami testowymi (E. nigrum) i testowanymi (Fusarium spp.) określano metodą szeregów biotycznych według Mańki [1974] oraz Mańki i Mańki [1992]. W centrum płytki Petriego z pożywką PDA wyszczepiano inokulum grzyba testowego i w odległości 2 cm inokulum grzyba testowanego (4 powtórzenia). W kombinacjach kontrolnych wyszczepiano inokulum każdego grzyba osobno (2 powtórzenia). Po 10 dniach inkubacji w ciemności i temperaturze pokojowej (22 o C), oceniano każdą kombinację uwzględniając trzy parametry: stopień otoczenia kolonii jednego grzyba przez drugiego, strefę inhibicji i zmniejszenie kolonii w stosunku do kontroli. W przypadku dominacji grzyba testowego przyznawano znak + (efekt pozytywny), natomiast grzyba testowanego znak - (efekt negatywny). W przypadku braku przewagi jednej z kolonii nad drugą przyznawano ocenę 0. Uzyskane oceny dawały łącznie indywidualny efekt biotyczny (obrazujący wpływ danego izolatu E. nigrum na wzrost danego izolatu z rodzaju Fusarium) lub ogólny efekt biotyczny (obrazując wpływ danego izolatu E. nigrum na wzrost wszystkich izolatów z rodzaju Fusarium). Uzyskane wyniki poddano analizie wariancji (ANOVA), przy użyciu standardowych metod statystycznych (pakiet,,statistica 9.0 ). Średnie porównano za pomocą testu Fishera na poziomie istotności (LSD), α 0,01. Wyniki i dyskusja W doświadczenie wykorzystano 18 izolatów grzyba testowego (E. nigrum) i 5 gatunków testowanych z rodzaju Fusarium. Spośród grzybów testowych tylko 7 wykazało dodatni ogólny efekt biotyczny (izolat 3, 7, 10, 12, 14, 17) wobec grzybów testowanych i były to głownie izolaty z 2009 roku uzyskane z żyta ryc. 1, tab. 1. Natomiast u pozostałych izolatów zaobserwowano ujemną wartość ogólnego efektu biotycznego. Potwierdza to doniesienie Ogórka i Pląskowskiej [2010], którzy badali oddziaływania biotyczne izolatów E. nigrum wobec grzybów z rodzaju Fusarium i Botrytis. Stwierdzili oni, że grzyb E. nigrum poza dodatnim ogólnym efektem biotycznym, może wykazywać także zróżnicowane oddziaływanie biotyczne w zależności od rośliny żywicielskiej z której był on izolowany. 284

285 Oddziaływania biotyczne między wybranymi izolatami epicoccum nigrum ogólny efekt biotyczny Izolaty E. nigrum Ryc. 1. Ogólny efekt biotyczny między izolatami E. nigrum i grzybami z rodzaju Fusarium obserwowany w doświadczeniu. Indywidualny efekt biotyczny między badanymi grzybami był zróżnicowany i w wielu przypadkach istotny statystycznie tab. 2. Najwyższą jego wartość izolaty E. nigrum wykazywały wobec Fusarium oxysporum, a najniższą wobec F. poae. Potwierdza to doniesienie Ogórka i Pląskowskiej [2010], że izolaty F. oxysporum są najbardziej wrażliwe na oddziaływania grzybów z gatunku E. nigrum. Inni badacze donoszą, że wzrost gatunku F. oxysporum jest także ograniczany w testach biotycznych przez inne grzyby takie jak Rizoctonia solani, Helminthosporium solani [Kurzawińska 2006] oraz Trichoderma hamatum i T. harzianum [Piegza i in. 2009]. Gatunki z rodzaju Trichoderma są od wielu lat wykorzystywane, jako biofungicydy wobec patogenów glebowych. Najwyższy indywidualny efekt biotyczny dla F. culmorum, F. graminearum i F. oxysporum był powodowany przez izolat 17 E. nigrum, dla F. reticulatum przez izolat 12 a dla F. poae przez izolat 1 i 12. Izolat 17 E. nigrum oddziaływał najmocniej aż na 3 z 5 użytych w doświadczeniu gatunków z rodzaju Fusarium. Jako jedyny, ze wszystkich izolatów E. nigrum wykazujących dodatni ogólny efekt biotyczny izolowany był z pszenicy (tab. 1, 2). Machowicz-Stefaniak i in. [2008] donoszą że E. nigrum wykazuje także dodatni efekt biotyczny wobec innych nieużytych w doświadczeniu grzybów np. Septoria carvi. 285

286 Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman Tab. 2. Indywidualny efekt biotyczny między izolatami E. nigrum i izolatami grzybów z rodzaju Fusarium obserwowany w doświadczeniu. Grzyby testowe Grzyby testowane izolaty Fusarium spp. F. culmorum F. graminearum F. oxysporum F. poae F. reticulatum bcd bc 1 0,00 0,50 AB abcd def 2 0,50-1,00 AB bcd bc 3 0,25 0,50 C bcd bcd 4-0,25 0,00 C abcd bcd 5 0,50 0,00 A bcde bcd 6-0,50 0,00 A ab ab 7 2,00 1,00 A ef bcd 8-3,00 0,00 AB def a 9-2,00 2,00 C ab bcd 10 1,25 0,00 AB ab def 11 2,00-1,00 A abc bcd 12 1,00 0,25 B g f 13-6,00-2,00 C ab bcd 14 2,00 0,25 A fg bcd 15-4,00 0,00 B cdef cde 16-1,50-0,50 C a a 17 3,00 2,25 B ef ef 18-3,00-1,50 B AB 1,00 bc AB 1,00 bc BC 1,25 bc BC 0,50 c AB 1,50 bc A 0,50 c A 3,00 ab A 0,00 c A 1,00 bc B 2,00 bc BC 0,00 c C 4,50 a A 0,00 a A -3,00 cde AB -0,88 ab AB -3,13 cde A -1,50 abc A -2,25 bcd A -3,50 de A -4,38 ef AB -2,00 bcd A -2,50 bcd BC -3,50 de A 0,00 a AB -1,00 efgb B -3,25 ib D 1,50 ba D 1,00 bca BC -2,00 ghc B -3,00 hib B 1,00 bca B -0,50 defa C -2,00 ghc C 1,25 bab D 1,25 bab C 4,25 aa Izolaty Epicoccum nigrum B 1,00 bc AB 2,00 bc A 2,00 bc BC 1,50 bc B 4,75 a A -6,00 f A -1,50 abc A -2,75 cde A -3,50 de A -0,75 ab C -6,00 jc B 0,00 cdeb B -5,00 jb D 0,50 bcdab C -1,25 fgc -3,50 B ib * Wartości oznaczone tą samą literą nie różnią się statystycznie. Małe litery oznaczają efekt biotyczny izolatów E. nigrum w obrębie danego grzyba testowanego (Fusarium) wzdłuż kolumn. Duże litery oznaczają efekt biotyczny grzybów testowanych (Fusarium) w obrębie danego izolatu E. nigrum wzdłuż wierszy. Test Fishera poziom istotności (LSD), α 0,01. AB 0,75 c A -2,00 bcd 286

287 Oddziaływania biotyczne między wybranymi izolatami epicoccum nigrum... W badaniach własnych F. poae był jedynym gatunkiem patogena wobec którego izolaty E. nigrum nie wykazywały dodatniego efektu biotycznego. W porównaniu do F. graminearum i F. culmorum, F. poae jest patogen słabiej porażającym roślin, jednakże wytwarza on dużą liczbę mikotoksyn m.in. trichoteceny typu A i B [Stenglein 2009]. Ogórek i Pląskowska donoszą, że ujemny efekt biotyczny E. nigrum wykazuje także wobec Botrytis cinerea. Wnioski 1. W puli zastosowanych 90 międzygatunkowych oddziaływań biotycznych stwierdzono w 12 przypadkach ich brak, w 39 dodatnie i 39 ujemne oddziaływania izolatów E. nigrum wobec grzybów z rodzaju Fusarium. 2. Obserwowane oddziaływania biotyczne były zależne od zastosowanego izolatu grzyba testowego i testowanego. 3. Niektóre badane izolaty Epicoccum nigrum okazały się skutecznym antagonistą in vitro wobec Fusarium culmorum, F. graminearum, F. oxysporum i F. reticulatum. 4. Wszystkie izolaty E. nigrum wykorzystane w doświadczeniu nie wykazywały dodatniego efektu biotycznego wobec gatunku F. poae. 5. Potencjalne praktyczne wykorzystanie izolatów E. nigrum jako antagonistów Fusarium wymaga szczegółowej oceny warunkach in vitro i in vivo. Bibliografia Baute M.A., Deffieux G., Baute R., Neveu A New antibiotics from the fungus Epicoccum nigrum. I. Fermentation, isolation and antibacterial properties. Journal of Antibiotics, 31(11): Biggs A.R., Alm G.R Response of peach bark tissues to inoculation with epiphytic fungi alone and in combination with Leucostoma cincta. Canadian Journal of Botany, 70: Champeil A., Fourbet J.F., Doré T., Rossignol L Influence of cropping system on Fusarium head blight and mycotoxin levels in winter wheat. Crop Protection, 23: Choi H.Y., Veal D.A, Karuso P Epicocconone, a new cell-permeable long stokes shift fluorescent stain for live cell imaging and multiple- 287

288 288 Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman xing. Journal of Fluorescence, 16(4): Deffieux G, Baute M.A., Baute R., Filleau M.J New antibiotics from the fungus Epicoccum nigrum. II. Epicorazine A: Structure elucidation and absolute configuration. Journal of Antibiotics, XXXI(11): Foppen F.H., Gribanovski-Sassu O Lipids Produced by Epicoccum nigrum in Submerged Culture. Biochemical Journal, 106: Guarro J, Gené J Opportunistic fusarial infections in humans. European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases., (14): Guerra-Guimarães L., Azinheira H.G., Martins A.C., Silva M.C., Gichuru E.K., Varzea V., Bertrand B Antagonistic interaction between Epicoccum nigrum and Colletotrichum kahawae, the Causal Agent of Coffee Berry Disease. 21st International Conference on Coffee Science, Montpellier (France 2006), Kurzawińska H An interaction of potato crop fungi population on fungi responsible for tuber superficial diseases. Journal of Plant Protection Research, 46(4): Larena I., De Cal A., Melgarejo P Solid substrate production of Epicoccum nigrum conidia for biological control of brown rot on stone fruits. International Journal of Food Microbiology, 94: Machowicz-Stefaniak Z., Zalewska E., Król E Biotic effect of caraway phyllosphere fungi on the pathogenic fungus Septoria carvi Syd. Herba Polonica, 54(3): Mallea M., Pesando D., Bernard P., Khoulalene B Comparison between antifungal and antibacterial activities of several strains of Epicoccum purpurascens from the Mediterranean area. Mycopathologia, 115: Mańka K, Mańka M A new method for evaluating interaction between soil inhabiting fungi and plant pathogens. IOBC/WPRS Bull., 15(1):73 5. Mańka K Zbiorowiska grzybów jako kryterium oceny wpływu środowiska glebowego na choroby roślin. Zeszyty Problemowe Postępu Nauk Rolniczych, 160:9 23. Ogórek R Fungi in the mountain trails of Czarna Góra Massif. Preliminary study. Mikologia Lekarska, 19(4): Ogórek R., Pląskowska E Epicoccum nigrum for biocontrol agents in vitro of plant fungal pathogens. Communications in agricultural and applied biological sciences, Ghent University, 76(4), Osborne L.E., Stein J.M. Epidemiology of Fusarium head blight on small-

289 Oddziaływania biotyczne między wybranymi izolatami epicoccum nigrum... grain cereals. International Journal of Food Microbiology, 119 (1-2), , Pandey R.R, Arora D.K, Dubey R.C Antagonistic interactions between fungal pathogens and phylloplane fungi of guava. Mycopathologia, 124: Pasqualetti M., Rambelli A., Mulas B., Tempesta S Identification key and description of Mediterranean maquis litter microfungi. Bocconea 18, 55. Peng G., Sutton J.C Evaluation of microorganisms for biocontrol of Botrytis cinerea in strawberry. Canadian Journal of Plant Pathology, 13: Pieckenstain F.L., Bazzalo M.E., Roberts A.M.I. Ugalde R.A Epicoccum purpurascens for biocontrol of Sclerotinia head rot of sunfower. Mycology Reseaurch, 105 (1): Piegza M., Stolaś J., Kancelista A., Witkowska D Influence of Trichoderma strains of the growth of pathogenic moulds in biotic test on untypical karbon sources. Acta Scientiarum Polonorum, Biotechnologia, 8(1):3 14. Rosewich Gale L., Chen L.F., Hernick C.A., Takamura K., Kistler H.C Population analysis of Fusarium graminearum from Wheat fields in Eastern China. Phytopathology, 12(92): Selwet M Negatywne aspekty występowania wybranych mikotoksyn w paszach. Wiadomości Zootechniczne, R. XLVIII, (1): Stenglein S.A Offered review Fusarium poae: A pathogen that needs more attention. Journal of Plant Pathology, 91(1), Tuttobello L., Foppen F.H., Carilli A Growth and Pigmentation of Epicoccum nigrum in Submerged Culture. Applied Microbiology, 17(6): Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego 289

290 Rafał Ogórek, Agnieszka Lejman Adres do korespondencji: mgr inż. Rafał Ogórek Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Plac Grunwaldzki 24a, Wrocław mgr inż. Agnieszka Lejman Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Plac Grunwaldzki 24a, Wrocław agnieszka.lejman@up.wroc.pl Opiekun naukowy: dr hab. Krzysztof Matkowski, dr hab. Piotr Sobkowicz prof. nadzw. 290

291 Kalina Orłowska Monika Mierzwa-Hersztek Agnieszka Baran EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW PRZEKOMPOSTOWANYCH ODPADÓW Z UBOJU I HODOWLI DROBIU NA WŁAŚCIWOŚCI WODNO-POWIETRZNE GLEBY INFLUENCE OF POULTRY WASTE COMPOSTON THE PHYSICAL PROPERTIES OF THE SOIL Strszczenie. Od wielu lat w Polsce obserwuje się wzrost spożycia drobiu. Ze względów ekonomicznych zwiększenie produkcji drobiu wpływa korzystnie na jej opłacalność, jednak powoduje to także zwiększenie ilości wytwarzanych odpadów. Jednym ze sposobów utylizacji tego typu odpadów jest ich kompostowanie i użycie w rolnictwie, jako nawozu organicznego. Celem pracy była analiza zmian wybranych właściwości fizycznych gleby po zastosowaniu kompostów otrzymanych z odpadów z produkcji drobiu. Badania zostały przeprowadzone w oparciu o doświadczenie polowe. Wprowadzenie do gleby przekompostowanych odpadów spowodowało zmniejszenie porowatości ogólnej gleby, pomimo zwiększenia porowatości powietrznej. Zmniejszeniu uległy polowa pojemność wodna, retencja wody użytecznej oraz wilgotność trwałego więdnięcia. Słowa kluczowe: odpady przemysłu drobiarskiego, kompost, właściwości fizyczne gleby Abstract. From many years in Poland the consumption of the poultry is growing. The economic reasons for increasing of poultry branch its profitability, however it is a cause of increasing amount of produced waste. A way of disposing of such waste is its composting and their use as an agricultural fertilizer. The aim of this study was to analyze changes in the physical properties of the oil after application of compost from of poultry. Studies were conducted in the field experiment. The introduction of waste composted to soil reduced the total porosity of the soil even though air porosity increased. The water field capacity, water retention and of permanent wilting point were reduced. Key words: waste of the poultry industry, compost, physical properties of the soil 291

292 Kalina Orłowska, Monika Mierzwa-Hersztek, Agnieszka Baran Wstęp Od wielu lat podejmuje się starania mające na celu poprawę właściwości gleby poprzez zastosowanie materiałów zasobnych w materię organiczną, jednak nie zawsze prowadzi to do uzyskania zadowalających efektów [Drzymała i in. 2007]. Wprowadzenie znacznych uproszczeń w uprawie roślin np. w zakresie zmianowania (szczególnie na glebach lekkich) powoduje niekorzystne zmiany właściwości fizykochemicznych gleby i w konsekwencji zmniejszenie jej żyzności [Wojciechowski 2004]. Doglebowa aplikacja materii organicznej ma udział w kształtowaniu właściwości fizycznych gleby. Dodatkowo, wprowadzana materia organiczna powoduje powstanie związków próchnicznych gleby, które wraz z wydzielinami bakterii są lepiszczem drobnych cząstek glebowych, co skutkuje tworzeniem i utrwalaniem struktury agregatowej gleby [Wacławowicz i Parylak 2004]. W Polsce od wielu lat obserwuje się wzrost spożycia mięsa drobiowego. Przyczynia się to do zwiększenia ilości wytwarzanych odpadów [Myszograj i Puchalska 2012]. Odpady z uboju drobiu oraz pomiot kurzy są dobrym źródłem substancji organicznej, wykorzystywanym do poprawy właściwości fizycznych gleby. Dodatkowo, materiały te zawierają znaczną ilość składników pokarmowych [Spychaj-Fabisiak i in. 2007]. Celem badań było określenie wpływu przekompostowanych odpadów po produkcji drobiu na wybrane właściwości wodno- -powietrzne gleby: porowatość ogólną, gęstość gleby, porowatość powietrzną, polową pojemność wodną, retencję wody użytecznej dla roślin i wilgotność trwałego więdnięcia. Materiał i metody Do przeprowadzania doświadczenia wybrano trzy rodzaje odpadów: dwa po produkcji drobiu (mieszaninę tłuszczu i pierza oraz pulpę tłuszczu, krwi i tkanek zwierzęcych) i pomiot kurzy pochodzący z fermy. Wybrane odpady zostały poddane procesowi kompostowania przez okres 100 dni w pojemnikach o wymiarach 1,2x1,0x0,8m, przy zachowaniu cyklicznego napowietrzania oraz utrzymania wilgotności na poziomie 50%. Dla prawidłowego przebiegu procesu kompostowania słomę kukurydzianą zmieszano z odpadami w stosunku uwarunkowanym zawartością suchej masy odpadu: pulpa tłuszczu, krwi i 292

293 Wpływ przekompostowanych odpadów z uboju i hodowli drobiu... tkanek zwierzęcych 1:0,12, pomiot kurzy 1:1,27, mieszanina tłuszczu i pierza 1:0,40. Procesowi kompostowania poddano również samą słomę, która stanowiła jeden z obiektów kontrolnych. W kwietniu 2013 r. założono doświadczenie mikropoletkowe metodą losowych bloków z 6 obiektami w 3 powtórzeniach: A - kontrola, B - nawożenie NPK, C - przekompostowana słoma kukurydzy, D - przekompostowana pulpa tłuszczu, krwi i tkanek zwierzęcych, E przekompostowany pomiot kurzy, F - przekompostowana mieszanina tłuszczu i pierza. Ilość zastosowanego kompostu oraz poziom nawożenia mineralnego (obiekt B) ustalono w oparciu o zawartość N ogólnego w przekompostowanych materiałach. Doświadczenie założono na glebie o poziomie próchniczym Ap (0-33cm) o uziarnieniu gliny lekkiej, o strukturze średniotrwałej średniej gruzełkowej (s2gr). Rośliną testową była życica trwała odmiany Nira. Materiał glebowy pobrano po zakończeniu okresu wegetacyjnego. Gęstość objętościową gleby suchej (GG) oznaczono w cylindrach o objętości 100 cm 3, a gęstość stałej fazy gleby metodą piknometryczną. Porowatość ogólną (PO) obliczono z gęstości stałej fazy gleby i GG. Pojemność wodną (PPW) i wilgotność trwałego więdnięcia (WTW) wyznaczono metodą płyt porowatych w komorach ciśnieniowych. Retencję wody użytecznej dla roślin (RWU) obliczono z różnicy PPW - WTW, a porowatość powietrzną (PP) z różnicy PO PPW. Węgiel organiczny oznaczono metodą Tiurina. Wyniki i dyskusja Wprowadzenie do gleby przekompostowanych odpadów po produkcji drobiu, oraz zastosowanie nawożenia mineralnego spowodowało zwiększenie zawartości węgla organicznego w stosunku do gleby obiektu kontrolnego. Największą zawartością węgla organicznego (o 36% większą niż w glebie obiektu kontrolnego) charakteryzowała się gleba nawożona przekompostowanym pomiotem (obiekt E) (tab. 1). Użycie dodatku przekompostowanych odpadów zawierających pióra w znacznym stopniu wpływa na wzrost zawartości C w glebie, co potwierdzają badania Spychaj-Fabisiak i in. [2007] powołując się na Bohacz i Korniłowicz-Kowalską [2005]. Korzystny wpływ na porowatość ogólną miało zastosowanie przekompostowanej pulpy tłuszczu, krwi i tkanek zwierzęcych (obiekt D). 293

294 Kalina Orłowska, Monika Mierzwa-Hersztek, Agnieszka Baran Nawożenie mineralne oraz zastosowanie pozostałych odpadów spowodowało zmniejszenie porowatości ogólnej w stosunku do obiektu kontrolnego (obiekt A) (tab.1). Na porowatość ogólną mają wpływ skład mineralny i granulometryczny gleby, zawartość materii organicznej, struktura glebowa oraz zabiegi agrotechniczne [Paluszek 2011]. Paluszek [2011] wyznaczył zakres liczb granicznych dla oceny porowatości ogólnej poziomów Ap gleb o składzie granulometrycznym glin. Określono, że gleby obiektów B, F charakteryzowały się małą porowatością ogólną, gdyż znajdowały się w zakresie 0,261-0,390 m 3 m -3, natomiast gleby obiektów A,C,D,E średnią (liczby graniczne 0,391-0,420 m 3 m -3 ). Tab. 1. Zawartość węgla organicznego i wybrane właściwości fizyczne gleb po zastosowaniu kompostów. Właściwości C org. PO PPW RWU PP WTW g kg -1 3 m -3 m Obiekt A* B C D E F 7,06 ±0,33** 0,410 ±0,02 0,198 ±0,02 0,140 ±0,03 0,212 ±0,00 0,058 ±0,00 9,27 ±0,17 0,390 ±0,01 0,156 ±0,04 0,111 ±0,04 0,234 ±0,05 0,045 ±0,00 8,68 ±1,32 0,398 ±0,02 0,170 ±0,01 0,117 ±0,01 0,228 ±0,02 0,053 ±0,00 9,31 ±0,79 0,416 ±0,02 0,179 ±0,01 0,124 ±0,01 0,237 ±0,02 0,055 ±0,00 9,61 ±0,15 0,392 ±0,01 0,152 ±0,03 0,106 ±0,03 0,240 ±0,02 0,046 ±0,00 8,25 ±0,74 0,369 ±0,02 0,179 ±0,01 0,129 ±0,01 0,190 ±0,03 0,050 ±0,00 GG Mg m -3 1,487 ±0,05 1,539 ±0,03 1,518 ±0,06 1,473 ±0,04 1,532 ±0,03 1,590 ±0,04 * jak w metodyce; **± odchylenie standardowe Polową pojemność wodną (PPW) określa się przy potencjale wody glebowej -15,5 kpa (pf 2,2). Na jej wartość ma wpływ ilość mezoporów i mikroporów glebowych. Materia organiczna w sposób pośredni wpływa na ten wskaźnik poprzez polepszenie agregacji gleby, zapobieganie 294

295 Wpływ przekompostowanych odpadów z uboju i hodowli drobiu... nadmiernemu zagęszczaniu masy glebowej [Walczak i in. 2002, Paluszek 2011]. Każda z zastosowanych form nawożenia spowodowała zmniejszenie wartości PPW w stosunku do gleby obiektu A. Najmniejszą polową pojemnością wodną charakteryzowała się gleba obiektu E (tab.1). Opierając się na liczbach granicznych PPW gleby obiektów B, C, E charakteryzowały się bardzo małą PPW (zakres liczb granicznych 170 m 3 m -3 ), natomiast gleby obiektów A, D, F małą PPW (zakres liczb granicznych 0,171-0,230 m 3 m -3 ) [Paluszek 2011]. Retencja wody użytecznej (RWU) dla roślin w głównej mierze uzależniona jest od składu granulometrycznego, zawartości materii organicznej, zagęszczenia oraz wielkości i wodoodporności agregatów glebowych. Jest ona ważnym kryterium oceny jakości stanu fizycznego gleby [Paluszek 2011]. Zastosowanie nawożenia mineralnego, jak i przekompostowanych odpadów spowodowało zmniejszenie RWU w stosunku do obiektu kontrolnego (tab.1.). Gleby o RWU znajdującej się w zakresie 0,081-0,120 m 3 m -3 określane są jako gleby o małej retencji, zaś w zakresie 0, m 3 m -3 jako gleby o średniej retencji. Opierając się na wyznaczonych wartościach granicznych gleby obiektów B, C, E charakteryzowały się małą, natomiast gleby obiektów A, D, F średnią retencją RWU [Walczak i in,. 2002, Paluszek 2011]. Porowatość powietrzna (PP) badanych gleb mieściła się w zakresie 0,19-0,24 cm 3 cm -3. Zmniejszenie wartości PP nastąpiło po zastosowaniu przekompostowanej mieszaniny tłuszczu i pierza (obiekt F). Zastosowanie dodatku przekompostowanej słomy kukurydzianej, pulpy tłuszczu, krwi i tkanek zwierzęcych, odchodów zwierząt do gleby oraz nawożenia mineralnego spowodowało zwiększenie PP. Wilgotność trwałego więdnięcia (WTW) określana jest przy potencjale kpa (pf 4,2). Gleby z wszystkich obiektów charakteryzowały się bardzo małą WTW [Walczak i in. 2002, Paluszek 2011]. Zastosowane nawożenie spowodowało zmniejszenie wartości WTW w stosunku do obiektu nienawożonego (A). Najmniejszą wartością charakteryzowała się gleba z obiektu B (nawożenie mineralne) i E (przekompostowany pomiot) (tab.1). Wartość gęstości objętościowej gleby (GG) mieściła się w zakresie 1,473-1,590 Mg m -3 (tab.1) i można ją zakwalifikować do gęstości gleby średniej [Paluszek 2011]. Biorąc pod uwagę fakt, że badana gleba miała uziarnienie gliny lekkiej gleby z obiektów A i D charakteryzują 295

296 Kalina Orłowska, Monika Mierzwa-Hersztek, Agnieszka Baran się małą gęstością (zakres liczb granicznych 1,41-1,50 Mg m -3 ), a gleby obiektów B, C, E, F średnią (zakres liczb granicznych 1,51-1,6 Mg m -3 ). W stosunku do obiektu kontrolnego, tylko w przypadku gleby obiektu D zanotowano zmniejszenie GG, a w innych obiektach zanotowano wyraźne jej zwiększenie na skutek zastosowanego nawożenia [Ślusarczyk 1979, Pabin 1999] Wnioski Dodatek przekompostowanych odpadów po produkcji drobiu oraz nawożenia mineralnego wpłynęło na zwiększenie na zawartości węgla organicznego w glebie. Zastosowanie dodatku przekompostowanej pulpy tłuszczu, krwi i tkanek zwierzęcych spowodowało zwiększenie się porowatości ogólnej gleby, oraz zmniejszenie gęstości gleby Wprowadzanie do gleby przekompostowanych odpadów po produkcji drobiu powoduje zmniejszenie polowej pojemności wodnej, retencji wody użytecznej dla roślin oraz wilgotności trwałego więdnięcia Na zwiększenie się porowatości powietrznej gleby ma wpływ zastosowanie dodatku przekompostowanych odpadów z wyjątkiem dodatku przekompostowanej mieszaniny tłuszczu i pierza. Bibliografia Bohacz J., Korniłowicz-Kowalska T., 2005 Wpływ kompostów keratynowokorowych i keratynowo-koro-słowmowych na właściwości wybranych gleb. Właściwości chemiczne. Zesz. Probl. Post. Nauko Rol s: Drzymała S., Spychalski W., Rosada J Wpływ preparatu ekolator II na właściwości fizyko-chemiczne gleb w strefie oddziaływania emisji HM Głogów. Progress in Plant Protection (Postępy w Ochronie Roślin). 47(4). s: Myszograj S., Puchalska E Odpady z chowu i uboju drobiu- zagrożenie dla środowiska czy surowiec do produkcji energii. Medycyna Środowiskowa. 15(3). s: Pabin J., Wpływ stanu fizycznego gleby w warstwie ornej i podornej na wegetację i plonowanie roślin. Acta Agrophysica. 23. s: Paluszek J Kryteria oceny Jakości Fizycznej Gleb Uprawnych Polski. 296

297 Wpływ przekompostowanych odpadów z uboju i hodowli drobiu... ACTA AGROPHYSICA. 191(2). ss: 139 Spychaj-Fabisiak E., Kozera W., Majcherczak E., Ralcewicz M., Knapowski T Oddziaływanie odpadów organicznych i obornika na żyzność gleby lekkiej. Acta Sci., Agricultura 6(3). s: Ślusarczyk E., An empirical model of the optimal physical properties of soil for the requirements of field crops. Zesz. Probl. Post Nauk Rol., 220. s: Wacławowicz R., Parylak D Zmiany wybranych właściwości gleby średniej pod wpływem różnych systemów nawożenia organiczno-mineralnego. Annales UMCS, Sec. E.59,3. s: Walczak R., Ostrowski J., Witkowska-Walczak B., Sławiński C., Hydrofizyczne charakterystyki mineralnych gleb ornych Polski. Acta Agrophysica, 79. s: Wojciechowski W Kształtowanie właściwości fizycznych gleby lekkiej w płodozmianach uproszczonych z różnym udziałem ziemniaka. Annales UMCS, Sec. E 59,3. s: Adres do korespondencji: mgr inż. Kalina Orłowskai okaja1@wp.pl mgr inż. Monika Mierzwa-Herszteki monika6_mierzwa@wp.pl dr inż. Agnieszka Barani agnieszka.baran@ur.krakow.pl Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Opiekun naukowy: prof. dr. hab. inż. Michał Kopeć 297

298

299 Elżbieta Pytlarz Danuta Parylak Martyna Szałata Anna Lehmann, Adam Zych EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Choroby podstawy źdźbła pszenicy jarej w monokulturze po zastosowaniu międzyplonu i biostymulatora Stem base diseases of spring wheat in continuous cropping after the use of stubble crop and biostimulator Streszczenie. Celem badań była ocena skuteczności różnych zabiegów regeneracyjnych w ograniczaniu występowania chorób podstwy źdźbła na pszenicy jarej uprawianej w monokulturze w warunkach tradycyjnej lub uproszczonej uprawy pożniwnej i przedsiewnej. Jednoczynnikowe doświadczenie polowe zrealizowano w sezonie Czynnikiem badawczym był system uprawy pszenicy jarej, na który złożyło się następstwo roślin, zróżnicowanie uprawy pożniwnej i przedsiewnej oraz różne warianty zabiegów regeneracyjnych przyorywanie międzyplonu ścierniskowego z gorczycy białej, zaprawianie ziarna biostymulatorem Nano-Gro bądź ich łączne stosowanie. Oceny porażenia roślin przez agrofagi, wywołujące choroby podsuszkowe, dokonano w fazie dojrzałości mleczno-woskowej. Wykazano istotnie większe porażenie roślin w monokulturze niż w płodozmianie oraz zróżnicowaną skuteczność biostymulatora i międzyplonu w ograniczaniu występowania chorób podstawy źdźbła. Słowa kluczowe: pszenica jara, monokultura, biostymulator, międzyplon, choroby podstawy źdźbła Summary. The objective of the studies was to evaluate the effectiveness of varying regenerative practices in reducing the stem base diseases occurence for spring wheat growing in continuous crop under traditional or reduced post-harvest and pre-sowing tillage. One-factorial field experiment was conducted in The factor was a system of cultivation of spring wheat, including a crop succession, varying post-harvest and pre-sowing tillage and different variants of regenerative practices - stubble catch crop of white mustard, seed-dressing with of biostimulator Nano-Gro or their comprehensive application. The assessment of plant infection by pathogens, 299

300 Elżbieta Pytlarz, Danuta Parylak, Martyna Szałata, Anna Lehmann, Adam Zych triggered stem base diseases off, was made at the maturity milky wax stage. The significantly higher infection of plants was observed in monoculture than in crop rotation. Both the effectiveness of biostimulator and stubble catch crop were varying in the reduction of stem base diseases occurence. Key words: spring wheat, continuous crop, biostimulator, catch crop, stem base diseases Wstęp Uprawa zbóż po sobie wpływa na wzrost stopnia porażenia roślin przez patogeny, szczególnie wywołujące choroby podstawy źdźbła, a w konsekwencji na spadek plonu [Kurowski 2002, Żółtańska 2005, Wojtala-Łozowska 2012]. Dodatkowo względy ekonomiczne przemawiają za redukcją kosztownej uprawy [Tebrügge i Düring 1999]. Jednak w warunkach uproszczonej uprawy roli może wystąpić zwiększone ryzyko zainfekowania źdźbeł pszenicy przez patogeny wywołujące choroby podsuszkowe [Mróz i in. 1990]. W tej sytuacji konieczne jest poszukiwanie nowych, skuteczniejszych rozwiązań agrotechnicznych w uprawie pszenicy w monokulturze, pozwalających uzyskać wysoki i dobrej jakości plon ziarna. Jednym z takich sposobów może być uprawa międzyplonów na przyoranie, które powodują korzystne zmiany w siedlisku, pozwalając ograniczyć spadek plonów zbóż z dużym ich udziałem oraz w stanowisku po sobie. Alternatywnym rozwiązaniem jest wykorzystanie biostymulatorów, zwiększających zdaniem producenta odporność roślin na warunki stresowe. Celem badań była ocena skuteczności różnych zabiegów regeneracyjnych w ograniczaniu występowania chorób podstwy źdźbła na pszenicy jarej uprawianej w monokulturze w warunkach tradycyjnej lub uproszczonej uprawy pożniwnej i przedsiewnej. Materiał i metody Jednoczynnikowe doświadczenie polowe zrealizowano w sezonie wegetacyjnym w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Eksperyment założono metodą losowanych bloków w trzech powtórzeniach na poletkach o powierzchni 300

301 Choroby podstawy źdźbła pszenicy jarej w monokulturze po zastosowaniu międzyplonu m 2 na glebie kompleksu żytniego dobrego (klasa IVa). Czynnikiem badawczym był system uprawy pszenicy jarej odmiany Tybalt, na który złożyło się następstwo roślin, zróżnicowanie uprawy pożniwnej i przedsiewnej oraz różne warianty zabiegów regeneracyjnych przyorywanie międzyplonu ścierniskowego z gorczycy białej, zaprawianie ziarna biostymulatorem Nano-Gro bądź łączne stosowanie zabiegów. W przypadku pszenicy nie zaprawianej preparatem Nano-Gro stosowano standardową zaprawę nasienną Raxil Gel 206 GF. Po zbiorze przedplonu wykonywano podorywkę na głębokość ok. 10 cm albo kultywatorowanie (10 cm) połączone z bronowaniem pielęgnacyjnym. Uprawę przedsiewną realizowano wykonując orkę siewną na głębokość 20 cm lub upraszczano ją stosując agregat uprawowy. Obiektem kontrolnym była pszenica uprawiana w płodozmianie (rzepak ozimy pszenica ozima jęczmień jary), a w przypadku monokultury - z zastosowaniem płużnej uprawy roli bez zabiegu regeneracyjnego. Zainfekowanie korzeni i podstawy źdźbeł pszenicy jarej przez patogeny wywołujące kompleks chorób podsuszkowych określono na 30 losowo wybranych roślinach z poletka w fazie dojrzałości mleczno- -woskowej. Wydzielono pięć klas porażenia korzeni, gdzie 0 - zdrowe, % korzeni porażonych, % korzeni zaatakowanych, % korzeni zainfekowanych, 4- powyżej 61% korzeni z widocznymi objawami chorób. Dla podstawy źdźbła zastosowano cztery klasy porażenia: 0- zdrowe, 1- infekcja na odcinku do 1. kolanka, mniej niż ½ obwodu źdźbła zainfekowana, 2 - zakażenie na odcinku do 1. kolanka, ponad ½ obwodu źdźbła zainfekowana, 3 - porażenie wchodzi w kolejne międzywęźle. Indeks porażenia obliczono metodą Townsenda-Heubergera [1943]. Uzyskane wyniki badań poddano analizie wariancji przy poziomie istotności 0,05. Do określenia związku pomiędzy stopniem porażenia roślin a plonem ziarna zastosowano analizę korelacji prostej. Istotność współczynników korelacji testowano na poziomie p < 0,05. Wyniki Następstwo roślin istotnie wpłynęło na stopień porażenia podstawy źdźbła pszenicy jarej przez kompleks grzybów wywołujących choroby podsuszkowe (tab. 1). Uprawa pszenicy w monokulturze doprowadziła 301

302 Elżbieta Pytlarz, Danuta Parylak, Martyna Szałata, Anna Lehmann, Adam Zych do potwierdzonej statystycznie niemal 2,5-krotnej zwyżki zainfekowania dolnej części źdźbła względem uprawy w płodozmianie. Wykazano również istotne różnice w porażeniu podstawy źdźbła w zależności od zastosowanego systemu uprawy pszenicy w monokulturze. W systemie płużnym istotny wzrost porażenia źdźbła (o 10,6%) stwierdzono na poletkach z zastosowanym biostymulatorem w porównaniu z monokulturą bez zabiegów regeneracyjnych. Uproszczenia w uprawie roli spowodowały ograniczenie fitosanitarnej skuteczności wyłącznie międzyplonu. Porażenie podstawy źdźbła po corocznym wprowadzaniu do gleby gorczycy białej było istotnie większe (o 9,8%) w systemie uproszczonej uprawy roli w stosunku do tradycyjnej. Rezygnacja ze zmianowania wywołała także istotny wzrost zainfekowania korzeni pszenicy jarej (tab. 1). W przypadku bezpośredniej uprawy pszenicy po sobie porażenie korzeni było 2,5-krotnie większe w porównaniu z płodozmianem. Również w monokulturze udowodniono statystycznie wpływ systemu uprawy na zdrowotność korzeni. Wykorzystanie biostymulatora w warunkach płużnej uprawy spowodowało wzrost o 21,1% zainfekowania korzeni w stosunku do poletek pozbawionych zabiegów regeneracyjnych. Nie udowodniono istotnego wpływu uproszczeń w uprawie roli na stan fitosanitarny korzeni. Największe porażenie korzeni w warunkach zredukowanej uprawy odnotowano po użyciu biostymulatora i było ono istotnie większe względem roślin rosnących po wprowadzanym corocznie do gleby międzyplonie ścierniskowym o 20,1%. Stwierdzono istotną korelację między zdrowotnością podstawy źdźbła a plonem ziarna pszenicy uprawianej w monokulturze (rys. 1). Plon był ujemnie skorelowany ze stopniem porażenia podstawy źdźbła. Wzrostowi wartości indeksu porażenia podstawy źdźbła o 1% towarzyszył spadek plonu o 0,08 t ha -1. Nie wykazano natomiast istotnej korelacji między stopniem porażenia korzeni a plonem ziarna (R 2 =0,2358). Dyskusja Wzrost porażenia zbóż przez choroby podsuszkowe pod wpływem zaniechania płodozmianu potwierdzają inni autorzy [Parylak i Kordas 2001, Woźniak 2001, Kurowski 2002]. Adamiak i in. [2005] stwierdzili 302

303 Choroby podstawy źdźbła pszenicy jarej w monokulturze po zastosowaniu międzyplonu... Tab. 1. Indeks porażenia pszenicy jarej przez grzyby powodujące choroby podsuszkowe [%] Następstwo roślin System uprawy uprawa pożniwna czynnik regeneracyjny uprawa przedsiewna Źdźbła Korzenie Płodozmian* orka - orka 32,1 24,7 orka - orka 76,6 61,7 orka międzyplon orka 77,4 63,0 orka biostymulator orka 84,7 74,7 Monokultura orka międzyplon + biostymulator orka 79,5 66,7 gruberowanie międzyplon uprawa agregatem 85,0 60,3 gruberowanie biostymulator uprawa agregatem 82,0 72,4 gruberowanie międzyplon + biostymulator uprawa agregatem 78,0 69,0 NIR 0,05 6,2 11,7 *rzepak ozimy pszenica ozima jęczmień jary; 303

304 Elżbieta Pytlarz, Danuta Parylak, Martyna Szałata, Anna Lehmann, Adam Zych Ryc. 1. Korelacja pomiędzy indeksem porażenia źdźbeł a plonem ziarna pszenicy jarej natomiast, że następstwo roślin nie wpływa istotnie na ich zdrowotność. W badaniach własnych stwierdzono ujemną korelację między indeksem porażenia podstawy źdźbła a plonem ziarna. Z kolei Wojtala i Parylak [2009] wykazały korelację dodatnią między stopniem porażenia źdźbeł a masą ziarna pszenicy ozimej. Stwierdzono korzystny wpływ przyorywania międzyplonu ścierniskowego na zdrowotność systemu korzeniowego pszenicy jarej. Terapeutyczną funkcję międzyplonu potwierdza Kwiatkowski [2008], który wykazał, że wymieszana z glebą biomasa gorczycy znacząco poprawia zdrowotność uprawianego po nim jęczmienia jarego. Wojciechowski [2009] również wykazał obniżkę porażenia przez choroby podsuszkowe pszenicy jarej po przyoraniu międzyplonu ścierniskowego. Panasiewicz i in. [2008] odnotowali jednak znaczącą poprawę zdrowotności pszenicy twardej po zastosowaniu Asahi SL. Natomiast w badaniach własnych biostymulator Nano-Gro wpłynął na wzrost porażenia roślin. System uprawy roli w monokulturze wpłynął w różnym stopniu na zdrowotność pszenicy. W badaniach własnych stwierdzono większe porażenie podstawy źdźbła pszenicy na poletkach z uproszczeniami niż w uprawie tradycyjnej. Zainfekowanie korzeni nie było natomiast zróżnicowane przez sposób uprawy. Łacicowa [1979] uważa, że ograniczenie uprawek pożniwnych i przedsiewnych może spowodować nagromadzenie się chorobotwórczych grzybów w glebie, w szczególności 304

305 Choroby podstawy źdźbła pszenicy jarej w monokulturze po zastosowaniu międzyplonu... tych, które infekują korzenie, a następnie degradują tkanki podstawy źdźbła pszenicy. Natomiast badania Pląskowskiej i in. [2002] wykazują, że nawet znaczne ograniczenie zabiegów uprawowych w pszenicy względem uprawy tradycyjnej nie wpływa na wzrost stopnia porażenia przez patogeniczne grzyby glebowe. Wnioski Porażenie pszenicy jarej odmiany Tybalt uprawianej w monokulturze przez grzyby powodujące kompleks chorób podstawy źdźbła było istotnie wyższe niż w płodozmianie. W warunkach tradycyjnej uprawy roli nie stwierdzono korzystnego wpływu zabiegów regeneracyjnych na ograniczenie zainfekowania korzeni i podstawy źdźbła w porównaniu z monokulturą, w której takich zabiegów nie stosowano. Po uproszczeniu uprawy roli najmniejsze porażenie podstawy źdźbła stwierdzono po łącznym stosowaniu Nano-Gro i wprowadzeniu do gleby biomasy międzyplonu z gorczycy białej, natomiast korzeni - po uprawie międzyplonu. Plon ziarna pszenicy jarej uprawianej w monokulturze był ujemnie skorelowany tylko ze stopniem porażenia podstawy źdźbła. Bibliografia Adamiak E., Adamiak J., Balicki T Wpływ wieloletniej monokultury na występowanie chorób podstawy źdźbła w czterech zbożach. Frag. Agron. 22 (2): Kurowski T Studia nad chorobami podsuszkowymi zbóż uprawianych w wieloletnich monokulturach. Wyd. UWM Olsztyn, Rozpr. Monog. 56, 86 ss. Kwiatkowski C Architektura łanu i zdrowotność jęczmienia jarego uprawianego w monokulturze w zależności od regeneracyjnego wpływu międzyplonów. Fragm. Agron. 25(1): Łacicowa B Choroby korzeni i podstawy źdźbła pszenicy powodowane przez grzyby z rodzaju Fusarium. Post. Nauk Rol. 230: Mróz A., Jelinowski S., Kuś J Wpływ zmianowania na porażenie pszenicy ozimej przez G. graminis oraz Pseudocerosporella herpotrichoides. Pam. Puł. 97: Panasiewicz K., Sulewska H., Koziara W Efficacy of biological and 305

306 Elżbieta Pytlarz, Danuta Parylak, Martyna Szałata, Anna Lehmann, Adam Zych chemical active compounds in protection of T. durum against fungal diseases. J. Res. Appl. Agric. Eng 53(4): Parylak D., Kordas L Wpływ czynników agrotechnicznych na porażenie pszenicy ozimej przez zgorzel podstawy źdźbła (G. graminis). Prog. Plant Prot./ Post. Ochr. Roślin 41: Pląskowska E., Matkowski K., Moszczyńska E., Kordas L Zdrowotność podstawy źdźbła pszenicy jarej w uprawie tradycyjnej i siewie bezpośrednim przy dwóch poziomach nawożenia azotem. Agricultura 1: Tebrügge F., Düring R.A Reducing tillage intensity a review of results from a long-term study in Germany. Soil Till. Res. 53(1): Townsend G., Heuberger J Methods for estimating losses caused by diseases in fungicide exeperiments. Plant Dis. Rep. 27: Wojciechowski W Znaczenie międzyplonów ścierniskowych w optymalizacji nawożenia azotem jakościowej pszenicy jarej, Rozpr. Monog. 76, UP we Wrocławiu, 122 ss. Wojtala L., Parylak D Skuteczność zapraw nasiennych, międzyplonu i poziomu nawożenia azotowego w ograniczaniu porażenia pszenicy ozimej przez patogeny podstawy źdźbła. Prog. Plant Prot./Post. Ochr. Roślin 49 (2): Wojtala-Łozowska L Wpływ wybranych proekologicznych zabiegów agrotechnicznych na poprawę produkcyjności pszenicy ozimej uprawianej po sobie. Rozprawa doktorska, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Woźniak A., Zachwaszczenie jęczmienia jarego uprawianego w płodozmianie i monokulturze. Ann. UMCS, Agricultura 3: Żółtańska E The effect of previous crop and weather conditions on the incidence of stem base diseases in winter wheat. J. Plant Prot. Res. 45(1): Adres do korespondencji: mgr inż. Elżbieta Pytlarz, prof. dr hab. Danuta Parylak, mgr inż. Martyna Szałata, mgr inż. Anna Lehmann, mgr inż. Adam Zych Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu elzbieta.pytlarz@up.wroc.pl Opiekun naukowy: prof. dr hab. Danuta Parylak 1, dr hab. Wiesław Wojciechowski 2, prof. dr hab. Lesław Zimny 3 306

307 Piotr Rezka Wojciech Balcerzak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN BADANIA WSTĘPNE NAD PRODUKCJĄ K 2 SO 4 Z ODPADOWEGO ROZTWORU Z PRZEMYSŁU CYNKU PRELIMINARY STUDY ON THE PRODUCTION OF K 2 SO 4 FROM WASTE SOLUTION FROM ZINC INDUSTRY Streszczenie. Artykuł prezentuje wyniki badań nad otrzymywaniem siarczanu potasu z odpadowego roztworu pochodzącego z przemysłu cynkowego. Przedstawiono wyniki części doświadczeń przeprowadzonych w celu oceny możliwości wykorzystania roztworu powstającego podczas otrzymywania cynku metodą elektrolizy. Przedstawiono dyfraktogramy potwierdzające otrzymanie siarczanu potasu na drodze krystalizacji. Wskazano powody obecności domieszek w końcowym produkcie oraz przedstawiono kierunek planowanych zmian na etapie strącania, które powinny skutkować większą czystością otrzymanego poprzez krystalizację siarczanu potasu. Słowa kluczowe: siarczan potasu, odpad, nawozy sztuczne Abstract. The article presents results of the research on obtaining potassium sulphate from waste solution from zinc industry. Part of experiments conducted in order to assess the possibilities of using a solution which is formed during the preparation of zinc by electrolysis is described. The RTG diffraction patters confirming the obtaining of potassium sulphate by crystallization are presented. The reasons for the presence of impurities in the final product are indicated as well as the direction of planned changes in the precipitation stage, which should result in higher purity of potassium sulphate obtained by crystallization. Key words: Potassium sulphate, waste, fertilizers 307

308 Piotr Rezka, Wojciech Balcerzak WSTĘP Zarówno względy ekonomiczne, jak i ekologiczne nakazują minimalizację ilości odpadów powstających w procesach technologicznych. Przykładem uciążliwego odpadu powstającego w procesie hydrometalurgicznego otrzymywania cynku jest odpadowy roztwór poelektrolityczny [Cabała 2010]. Koncentracja metali ciężkich i duża kwasowość roztworu uniemożliwia jego składowanie na zwykłych składowiskach jak np. odpady poflotacyjne. Większość prac dotyczących wykorzystania nadmiarowego roztworu dotyczyła głównie odzysku związków cynku [PL Patent 1973,1980,1983,1985] i magnezu [Pawłowska-Kozińska i Mazanek 1998]. Obecnie roztwór ten jest poddawany procesom odzysku cynku i magnezu, czego efektem jest produkcja siarczanu sodu [PL Patent 2007], którego zagospodarowanie może być problemem. Z tego powodu rozważono wykorzystanie takiego roztworu do produkcji siarczanu potasu na drodze jednoetapowej konwersji z chlorkiem potasu [Grzmil i Kic 2005]. Otrzymanie siarczanu potasu metodą jednoetapową byłoby przesłanką do podjęcia prac nad zastosowaniem metody dwuetapowej z produktem pośrednim w formie glazerytu, cechującej się wyższą wydajnością w stosunku do metody jednoetapowej [Konigsberger i Erikkson 1999], [Grzmil i in. 2004]. W przypadku spełnienia wymogów jakościowych, siarczan potasu mógłby zostać wykorzystany do celów nawozowych. Celem pracy była wstępna ocena możliwości wykorzystania roztworu poelektrolitycznego z produkcji cynku do otrzymywania siarczanu potasu. MATERIAŁ I METODY Przedmiotem badań był odpadowy roztwór, powstający w procesie elektrolitycznego otrzymywania cynku. W celu wykonania analizy jakościowej i ilościowej, odważono 5g roztworu, przeniesiono go ilościowo do kolby miarowej o obj. 250cm 3 i dopełniono wodą destylowaną. Tak przygotowana próbka poddana została analizie metodą spektrometrii mas ze wzbudzeniem w indukcyjnie sprzężonej plazmie (ICP-MS) (tab. 1). Ilościowe oznaczenie jonów SO 4 2- metodą wagową wykazało ich zawartość na poziomie 24,3 % mas. 308

309 Badania wstępne nad produkcją k 2 so 4 z odpadowego roztworu z przemysłu cynku Tab 1. Skład roztworu wyjściowego Składnik Zawartość [% mas ] Zn 2+ 6,490 % Mg 2+ 0,982 % Mn 2+ 0,538 % Fe 3+ 0,0011 % W przeliczeniu na sole siarczanowe i wolny kwas siarkowy otrzymany roztwór zawierał 16,02% ZnSO 4, 4,86% MgSO 4, 1,48% MnSO 4 oraz 10,18% H 2 SO 4. Dla uproszczenia obliczeń pominięto znikomą zawartość jonów Fe 3+. Zawartość wody w roztworze wyniosła 67,46 % mas. Do badań przygotowano 100g roztworu odpadowego. Jako czynnik strącający zastosowano Na 2 CO 3, którego ilość potrzebna do pierwszego i drugiego etapu strącania została obliczona na podstawie zawartości ZnSO 4, MgSO 4, MnSO 4 oraz wolnego H 2 SO 4. W tab. 2 przedstawiono obliczone ilości węglanu sodu do każdego z dwóch etapów strącania. Tab 2. Wyniki obliczeń ilości węglanu sodu wymaganej do strącania Składnik Zawartość w 100g roztworu [g] Masa molowa [g mol -1 ] Ilość moli w 100g roztworu [mol] Ilość moli Na 2 CO 3 [mol] Pierwszy etap strącania ZnSO 4 16,02 161,4 0,0993 0,0993 H 2 SO 4 10,18 98,0 0,1039 0,1039 Suma 26,2-0,2032 0,2032 Drugi etap strącania MgSO 4 4,86 120,3 0,0404 0,0404 MnSO 4 1,48 150,9 0,0098 0,0098 Suma 6,34-0,0502 0,0502 Na podstawie obliczeń teoretycznych obliczono ilość Na 2 CO 3, potrzebną do przeprowadzenia strącania. Przy założeniu, że nie dojdzie do wytrącenia soli sodowych podczas strącania związków cynku, magnezu oraz manganu, ilość moli Na 2 SO 4 obecnych w roztworze wynosić będzie 0,2534 mola. Punkt docelowy składu układu stanowi punkt P 0 [Scherzberg i Schmitz 1994]. W układzie tym zawartość składników (wyrażona 309

310 Piotr Rezka, Wojciech Balcerzak w % molowych) wynosi: 25% 2Na +, 75% 2K +, 25% SO 4 2-, 75% 2Cl -. Ze składu układu wynika, iż należy do roztworu zawierającego 0,2534 mola Na 2 SO 4 dodać 0,7602 mola (113,42g) K 2 Cl 2. Do przygotowanego w zlewce roztworu odpadowego dozowano kroplami wodny roztwór węglanu sodu cały czas intensywnie mieszając. Po dodaniu całej porcji mieszaninę pozostawiono pod działającym mieszadłem w celu odpędzenia CO 2. Po 30 min odłączono mieszadło i oddzielono osad od roztworu na lejku Buchnera podłączonego do kolby ssawkowej. Następnie fazę stałą wysuszono, zmielono i poddano analizie rentgenograficznej (PSZ 3.1). Przesącz w kolbie przelano do zlewki, zainstalowano pod mieszadłem i intensywnie mieszając dozowano kroplami roztwór węglanu sodu. Po dodaniu całej porcji mieszano przez 30 min, po czym odłączono mieszadło a mieszaninę rozdzielono na osad i roztwór na lejku Buchnera. Wysuszony i zmielony osad poddano analizie rentgenograficznej (PSZ 3.2). Do krystalizatora z przesączem dodano obliczoną ilość chlorku potasu w postaci wodnego roztworu ciągle mieszając. Uzyskaną mieszaninę ogrzewano i odparowano do ściśle określonej zawartości wody, po czym schłodzono i pozostawiono pod przykryciem do następnego dnia. Wytrącone kryształy oddzielono od roztworu na lejku Buchnera. Fazę stałą wysuszono, zmielono i poddano analizie rentgenowskiej (próbka PSZ 3.3). WYNIKI Zidentyfikowane fazy stałe zawarte w uzyskanych próbkach przedstawione zostały w tab. 3, natomiast ich dyfraktogramy zaprezentowano na ryc Tab. 3. Wyniki analizy rentgenograficznej doświadczenia PSZ 3 Próbka PSZ 3.1 PSZ 3.2 PSZ 3.3 Legenda: A Na 2 Zn 3 (CO 3 ) 4 (OH) 6 3 H 2 O; B Na 2 SO 4 ; C Na 2 Zn(SO 4 ) 2 4 H 2 O; D MgCO 3 3 H 2 O; E K 2 SO 4 ; F K 3 Na(SO 4 ) 2 ; G - KCl Wynik analizy rentgenograficznej A, B i C B i domieszka D E i domieszki F i G 310

311 Badania wstępne nad produkcją k 2 so 4 z odpadowego roztworu z przemysłu cynku C B A B C B A A A A B A C B C A C Ryc. 1. Dyfraktogram próbki PSZ 3.1 B D B D B D D B D B Ryc. 2. Dyfraktogram próbki PSZ 3.2 E F E G E Ryc. 3. Dyfraktogram próbki PSZ

312 Piotr Rezka, Wojciech Balcerzak Na podstawie wyników analizy rentgenograficznej stwierdzono, iż w wyniku pierwszego etapu strącania uzyskano fazę stałą zawierającą mieszaninę podwójnych soli sodowo cynkowych oraz siarczanu sodu (PSZ 3.1). W wyniku drugiego etapu strącania otrzymano siarczan sodu z dodatkiem węglanu magnezu (PSZ 3.2). Analiza próbki ostatniego etapu potwierdziła otrzymanie K 2 SO 4 z domieszkami innych soli (PSZ 3.3). Na podstawie analizy otrzymanych osadów można stwierdzić, iż rzeczywista zawartość siarczanu sodu w przesączu po wykonaniu 2 etapów strącania jest niższa niż zakładana, co spowodowało przesunięcie punktu składu układu na prostej Na 2 SO 4-2KCl z punktu P 0 bliżej punktu 2KCl. Niektóre piki dyfraktogramów próbek PSZ 3.1 i PSZ 3.2 zostały podpisane wielokrotnie ze względu na nakładanie się ich sygnałów na siebie. Taka duplikacja sygnału znacząco utrudnia jednoznaczne przypisanie danego piku konkretnej fazie stałej. WNIOSKI Odpadowy roztwór z produkcji cynku, będący obiektem badań, może być wykorzystany do produkcji siarczanu potasu. Warunkiem powodzenia jest uprzednie usunięcie jonów cynku i magnezu. Brak dodatkowych jonów pozwala w większym stopniu na kontrolowanie składu roztworu w oparciu o układ 2Na + 2K + 2- SO 4 2Cl - H 2 O [Scherzberg i Schmitz 1994]. Spodziewanym skutkiem poprawy skuteczności strącania jonów cynku i magnezu powinno być zmniejszenie zawartości domieszek w produkcie końcowym. BIBLIOGRAFIA Cabała J Cynk w technosferze, Górnictwo i geologia, Tom 5 (2), Zeszyt 4, Grzmil B. U. Kic B Single-Stage Process for Manufacturing of Potassium Sulphate from Sodium Sulphate, Chemical Papers, 59 (6b), Grzmil B. U. Kic B. Zienkiewicz M Utilization of waste sodium sulphate to produce potassium sulphate, Polish Journal Chemical Technology, Tom 6, Nr 1, Konigsberger E. Erikkson G Simulation of Industrial Processes In- 312

313 Badania wstępne nad produkcją k 2 so 4 z odpadowego roztworu z przemysłu cynku volving concentrated Aqueous Solutions, Journal of Solution Chemistry, Vol. 28, No. 6, Pawłowska Kozińska D. Mazanek C Problematyka racjonalnego wykorzystania roztworów odpadowych z elektrolitycznego wydzielania cynku, III Międzynarodowa Konferencja Ochrony Środowiska w Przemyśle Węglowym i Metali Nieżelaznych PL Patent PL Patent PL Patent PL Patent PL Patent PL Patent Scherzberg H. Schmitz R Potassium Sulphate, Duisburg s alternative to Mannheim, Phosphorus & Potassium No. 192, July-August Biogram autorów: mgr inż. Piotr Rezka rezkapiotr@gmail.com dr hab. Wojciech Balcerzak wb@vistula.wis.pk.edu.pl Katedra Technologii Środowiskowych Instytut Zaopatrzenia w Wodę i Ochrony Środowiska Wydział Inżynierii Środowiska Politechnika Krakowska ul. Warszawska 24, Kraków Opiekun naukowy: dr hab. Wojciech Balcerzak 313

314 314

315 Anna Romanowicz Roman Prażak EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN OCENA TOLERANCYJNOŚCI LINII MIESZAŃCOWYCH AEGILOPS KOTSCHYI BOISS. Z TRITICUM AESTIVUM L. NA STRES SOLNY EVALUATION OF SALT STRESS TOLERANCE IN AEGILOPS KOTSCHYI BOISS. WITH TRITICUM AESTIVUM L. HYBRID LINES Abstrakt. Badano wpływ soli NaCl na kiełkowanie i wzrost siewek pięciu linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. i ich pszenicznych komponentów rodzicielskich (odmiany Begra, Monopol, Piko, Rusałka, Turnia). Ziarniaki kiełkowano na bibule, w szalkach Petriego uzupełnionych pełną pożywką Hoaglanda z dodatkiem soli NaCl w stężeniach 0 (kontrola), 50, 100, 150, 200 mm. Określono energię i zdolność kiełkowania ziarniaków, liczbę i maksymalną długość korzeni oraz maksymalną długość liści siewek. Na podstawie pomiarów długości liści 8-dniowych siewek wyznaczono indeks tolerancji 200 mm soli NaCl według wzoru: (średnia długość liści siewek na pożywce z NaCl/ średnia długość liści siewek kontrolnych) x 100%. Wysokie stężenia soli NaCl nie wpływały negatywnie na energię i zdolność kiełkowania, natomiast istotnie ograniczały wzrost korzeni i liści siewek u wszystkich badanych form. Z przeprowadzonych badań wynika, że analizowane linie mieszańcowe Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. charakteryzowały się wyższym indeksem tolerancji soli NaCl od pszenicznych komponentów rodzicielskich. Najwyższą tolerancyjnością na zasolenie charakteryzowały się linie [(Rusałka x Ae. kotschyi Boiss.) x Rusałka] x Piko i [(Ae. kotschyi Boiss. x Rusałka) x Begra] x Piko. Najmniej tolerancyjne okazały się siewki pszenicy odmian Turnia i Begra. Słowa kluczowe: Aegilops, mieszańce, kiełkowanie, pszenica, tolerancyjność na zasolenie Summary. This research investigated the influence of NaCl salt concentrations on seed germination and seedling growth of five Aegilops kotschyi Boiss. with Triticum aestivum L. hybrid lines. Responses of selected hybrid lines to NaCl were compared with reactions of wheat parental components. Seeds were germinated on filter paper in Petri dishes, and moistened in 315

316 Anna Romanowicz, Roman Prażak Hoagland medium containing different concentrations of NaCl (0, 50, 100, 150, 200 mm). Percentage of germinated seeds and number and maximal length of roots and maximal length of leaves were assessed after eight days of growing. The tolerance index to 200 mm NaCl salt treatment was calculated on the basis of the following formula: (mean leaves length of treated seedlings/mean leaves length of control) x 100%. High salt concentrations did not have negative influence on seed germination but led to inhibition of root and leaf elongation Ae. kotschyi Boiss. with T. aestivum L. hybrid lines were characterized with higher tolerance index to NaCl salt than their wheat parental components. Among five hybrid lines [(Rusałka x Ae. kotschyi Boiss.) x Rusałka] x Piko and [(Ae. kotschyi Boiss. x Rusałka) x Begra] x Piko were characterized by higher tolerance index to 200 mm NaCl salt than their wheat parental cultivars. Two wheat cultivars Turnia and Begra were characterized by the lowest NaCl salt tolerance. Key words: Aegilops, hybrids, germination, wheat, salt tolerance WSTĘP Stres solny jest jednym z głównych czynników ograniczających produkcję roślinną [Munns i James 2003, Mguis i in. 2008]. Dzikie gatunki z rodzaju Aegilops L. mogą być cennym źródłem wielu korzystnych genów tolerancyjności na stresy abiotyczne, w tym na suszę i zasolenie dla pszenicy zwyczajnej [Farooq i in. 1990, 1992, Colmer i in. 2006]. Shimshi i in. [1982] oraz Kimber i Feldman [1987] szczególnie wyróżniają gatunek Aegilops kotschyi Boiss. jako najbardziej odporny na suszę, wysokie temperatury i zasolenie. Gatunek ten występuje w południowo-wschodnim rejonie Basenu Morza Śródziemnego, m.in. w Libii, Tunezji, Egipcie, na Bliskim Wschodzie, Azji Mniejszej i Azji Środkowej, często na terenach zdegradowanych, półpustynnych [Kimber i Feldman 1987]. Celem przeprowadzonych badań była ocena tolerancyjności siewek linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. na stres wywołany przez sól NaCl. MATERIAŁ I METODY Obiektem badań było pięć linii mieszańcowych (KRR, KRRM, KRRT, KRBP, RKRP) otrzymanych w wyniku krzyżowania Aegilops kotschyi 316

317 Ocena tolerancyjności linii mieszańcowych aegilops kotschyi... Boiss. (genomy UUSS) z odmianami pszenicy ozimej Triticum aestivum L. (AABBDD) - Begra, Monopol, Piko, Rusałka i Turnia oraz ich pszeniczne komponenty rodzicielskie. Mieszańce uzyskano na Wydziale Nauk Rolniczych, Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie (tab. 1). Ziarniaki badanych form kiełkowano na bibule, w szalkach Petriego (10 nasion na szalkę) uzupełnionych pożywką Hoaglanda z dodatkiem soli NaCl w stężeniach: 0 (kontrola), 50, 100, 150, 200 mm. Od momentu wysiewu do 8-dniowej siewki, kultury prowadzono w termostacie, w temperaturze 20 o C. W każdej kombinacji wykonano po trzy powtórzenia. Zbadano wpływ soli NaCl na energię kiełkowania (po 4 dniach) i zdolność kiełkowania ziarna (po 8 dniach). Określono również liczbę i maksymalną długości korzeni oraz maksymalną długość liści siewek. Wyniki opracowano statystycznie i przedstawiono w tabeli nr 1. Istotność różnic oceniono za pomocą testu Tukeya przy p 0,05. Wzrost części nadziemnej roślin w środowisku zasolonym jest ogólnie silniej hamowany niż wzrost korzeni (w porównaniu do kontroli) [Kuiper i in. 1990]. Stąd na podstawie zahamowania wzrost części nadziemnej siewek w roztworze soli NaCl w stosunku do kontroli wyliczono również indeks tolerancji 200 mm NaCl (rys. 1) wg wzoru: (średnia długość liści siewek na pożywce z NaCl/ średnia długość liści siewek kontrolnych) x 100% [Prażak 2003]. WYNIKI I DYSKUSJA Przeprowadzone badania nie wykazały istotnego wpływu soli NaCl w stężeniach mm na energię i zdolność kiełkowania linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. oraz ich pszenicznych komponentów rodzicielskich. Podobnie jak w badaniach Prażaka [2003] nad mieszańcami pszenicy z Ae. ventricosa Tausch. i Ae. juvenalis Thell. (Eig.). W badaniach Abdelsalama [2012] poziom zasolenia wpływał bardziej na kiełkowanie odmian pszenicy zwyczajnej niż gatunków Aegilops L. - Ae. ventricosa Tausch. i Ae. kotschyi Boiss. Pszenica odmiany Sids 1 (bardziej tolerancyjna na zasolenie) i gatunki Aegilops L. wytworzyły w kombinacjach z solą NaCl więcej korzeni niż w kontroli, natomiast odmiana Gemmeiza 9 (wrażliwa) - mniej niż w kontroli. Autor odnotował znacznie mniejsze zahamowanie wzrostu korzeni i liści siewek gatunków Aegilops L. niż pszenic. 317

318 Anna Romanowicz, Roman Prażak Tab. 1. Wpływ soli NaCl na długość korzeni i liści 8-dniowych siewek linii mieszańcowych Aegilops L. z Triticum L. oraz ich pszenicznych komponentów rodzicielskich Analizowane formy Długość korzeni (mm) Rooths length (mm) Długość liści (mm) Leaves length (mm) Forms analysed NaCl (mm) NaCl (mm) NIR p=0,05 1. (Ae. kotschyi x Rusałka) x 86,1 81,9 64,0 51,4 * 22,5 * 128,0 71,0 70,7 59,1 * 31,0 * Rusałka - KRR 2. [(Ae. kotschyi x Rusałka) x 51,9 45,1 25,6 * 24,4 * 12,6 * 127,3 124,5 84,0 72,3 * 36,4 * Rusałka] x Monopol - KRRM 3. [(Ae. kotschyi x Rusałka) x 95,8 78,5 63,6 52,4 * 28,4 * 133,6 101,5 95,4 77,4 * 36,1 * Rusałka] x Turnia - KRRT 4. [(Ae. kotschyi x Rusałka) x 58,1 36,3 34,5 * 34,1 * 24,2 * 117,5 109,7 93,2 84,3 43,3 * Begra] x Piko - KRBP 5. [(Rusałka x Ae. kotschyi) x 91,3 63,8 42,2 * 37,4 * 27,2 * 159,8 116,6 105,3 89,8 * 64,2 * Rusałka] x Piko - RKRP 6. Begra 102,4 79,3 71,9 45,0 * 25,0 * 173,3 123,9 119,5 58,4 * 30,8 * 7. Monopol 58,5 52,9 52,1 42,4 37,3 * 159,0 100,9 83,0 51,8 * 40,2 * 8. Piko 79,0 73,0 48,0 33,7 * 27,0 * 136,0 119,3 91,0 62,3 * 28,0 * 9. Rusałka 110,9 95,4 86,1 80,3 57,6 * 139,5 110,6 94,8 76,1 * 27,2 * 10. Turnia 91,5 73,0 55,7 44,1 * 27,6 * 135,3 101,6 94,8 76,1 * 24,8 * NIR p 0,05 22,09 33,32 23,25 15,95 11,00 33,04 33,54 32,50 25,95 17,20 * - wynik istotnie różny od kontroli (0 mm NaCl) 318

319 Ocena tolerancyjności linii mieszańcowych aegilops kotschyi... U linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. oraz odmian pszenicy zwyczajnej Rusałka i Piko liczba korzeni w kontroli wynosiła 3-6, natomiast w kombinacjach z solą NaCl 3-7. W liniach KRR i RKRP oraz odmianach Begra, Monopol i Turnia odnotowano podobną liczbę 3-6 korzeni zarówno w kombinacjach z solą NaCl jak i w kontroli. Większa tolerancyjność na zasolenie badanych linii mieszańcowych i odmian pszenicy nie zawsze wiązała się z większą liczbą wytworzonych korzeni w kombinacjach z solą NaCl. W wysokich stężeniach sól NaCl silnie ogranicza rozwój systemu korzeniowego i części nadziemnej siewek pszenicy [Munns i James 2003, Mguis i in. 2008, Shavruckov i in. 2009]. W badaniach własnych korzenie i części nadziemne siewek w kombinacjach z wysokimi stężeniami soli mm NaCl, były istotnie krótsze od kontroli (tab. 1). Według Gorhama i in. [1985] tolerancyjność na stres solny w plemieniu Triticeae jest prawdopodobnie związana z możliwością preferencyjnego pobierania kationów potasu kosztem sodu nawet jeśli jony sodu występowałyby w nadmiarze w środowisku zewnętrznym korzeni. Cecha ta jest w wysokim stopniu skorelowana z tolerancyjnością na zasolenie [Shavruckov i in. 2009]. Według Gorhama [1990a,b] system ten występuje u pszenic diploidalnych i heksaploidalnych oraz u gatunków Aegilops L. System preferencyjnego pobierania kationów % KRR KRRM KRRT KRBP RKRP Begra Monopol Piko Rusałka Ryc. 1. Indeks tolerancji 200 mm NaCl 8-dniowych siewek linii mieszańcowych Aegilops kotschyi Boiss. z Triticum aestivum L. oraz ich pszenicznych komponentów rodzicielskich 319

320 Anna Romanowicz, Roman Prażak potasu kosztem sodu odkryty u Ae. squarrosa L. (D) jest obecny u większości gatunków Aegilops L. zawierających genom D, a także M, U i T [Gorham 1990a]. Wśród badanych linii najwyższą wartością indeksu tolerancji charakteryzowały się linie [(Rusałka x Ae. kotschyi Boiss.) x Rusałka] x Piko RKRP i [(Ae. kotschyi Boiss. x Rusałka) x Begra] x Piko KRBP, a wśród odmian pszenicy - Monopol i Piko (rys. 1). Ponieważ kozieńce jako formy mateczne są dawcami cytoplazmy, może to świadczyć o większym wpływie genów jądrowych niż cytoplazmatycznych na tolerancyjność roślin na stres solny. WNIOSKI Wysokie stężenia soli NaCl silnie ograniczały wzrost siewek pszenicy i linii mieszańcowych Ae. kotschyi Boiss. z T. aestivum L. Natomiast nie zaobserwowano istotnego wpływu badanych stężeń soli NaCl na kiełkowanie nasion. Linie mieszańcowe Ae. kotschyi Boiss. z T. aestivum L. wykazały się wyższą wartością indeksu tolerancji 200 mm soli NaCl, a tym samym wyższą tolerancyjnością, od pszenicznych komponentów rodzicielskich. LITERATURA Abdelsalam N. R., Screening for salt tolerance in common and relatives wheat via multiple parameters. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 8(1): Colmer T.D., Flowers T.J., Munns R., Use of wild relatives to improve salt tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany, 57 (5): Farooq S., Shah T.M., Iqbal N Variation in crossability among intergeneric hybrids of wheat and salt tolerant accessions of three Aegilops species. Cer. Res. Comm., 18/4: Farooq S., Iqbal N., Asghar M., Shah T. M Intergeneric hybridization for wheat improvement IV. Expression of salt tolerance gene (s) of Aegilops cylindrica in hybrids with hexaploid wheat. Cer. Res. Comm., 20/1-2: Gorham J. 1990a. Salt Tolerance in the Triticeae : K / Na discrimination in Aegilops species. J. Exp. Bot., 41/226:

321 Ocena tolerancyjności linii mieszańcowych aegilops kotschyi... Gorham J. 1990b. Salt Tolerance in the Triticeae : K / Na discrimination in synthetic hexaploid wheats. J. Exp. Bot., 41/226: Gorham J., Wyn Jones R.G., McDonnell E Some mechanisms of salt tolerance in crop plants. Plant and Soil, 89: Kimber G., Feldman M Wild wheat: an introduction. College of Agriculture, University of Missouri, Columbia, Special Report, 353: Kuiper D., Suit J., Kuiper P.J.C Actual cytokinin concentrations in plant tissue as an indicator for salt resistance in cereals. Plant and Soil, 123: Mguis K., Ben Brahim N., Albouchi A., Yakkoubi-Tej M., Mahjoub A., Zeineb Ouerghi Z Phenotypic responses of the wild wheat relative Aegilops geniculata Roth and wheat (Triticum durum Desf.) to experimentally imposed salt stress. Genet. Resour. Crop Evol. 55: DOI /s Munns R., James R. A Screening methods for salinity tolerance: a case study with tetraploid wheat. Plant and Soil, 253: Prażak R Ocena tolerancyjności mieszańców międzygatunkowych pszenicy (Triticum sp.) na stres solny. Biul. IHAR 230: Cechy morfologiczne i płodność mieszańców niektórych gatunków rodzaj Aegilops sp. Z pszenicą haksaploidalną Triticum aestivum L. Biul. IHAR, 263: Shavrukov Y., Langridge P., Tester M., Salinity tolerance and sodium exclusion in genus Triticum. Breeding Science, 59: Shimshi D., Mayoral M. L., Atsmon D Response to water stress in wheat and related wild species. Crop Sci., 22: Adres do korespondencji: mgr inż. Anna Romanowicz dr hab. Roman Prażak Opiekun naukowy: dr hab. Roman Prażak Zakład Biologii Roślin Wydział Nauk Rolniczych Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie Szczebrzeska 102, Zamość anna.romanowicz.86@gmail.com 321

322 322

323 Milena Rusin Janina Gospodarek Barbara Biniaś EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW ZWIĄZKÓW ROPOPOCHODNYCH NA ENERGIĘ I ZDOLNOŚĆ KIEŁKOWANIA NASION BOBU ORAZ NA WYBRANE CECHY MORFOLOGICZNE ROŚLIN EFFECT OF OIL DERIVATIVES ON ENERGY AND GERMINATION CAPACITY OF BROAD BEAN SEEDS AND ON SELECTED MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF PLANTS Streszczenie: Celem przeprowadzonych badań było określenie oddziaływania substancji ropopochodnych na energię i zdolność kiełkowania nasion bobu, odmiany Windsor Biały oraz na wybrane cechy morfologiczne kiełkujących siewek. Do analiz wykorzystano nasiona pochodzące z roślin rosnących na terenach sztucznie zanieczyszczonych benzyną, olejem napędowym i przepracowanym olejem silnikowym, z których połowa została poddana procesowi bioremediacji. Stwierdzono, że najbardziej niekorzystnie na energię kiełkowania oddziaływał olej napędowy. Wszystkie zastosowane substancje nie miały wpływu na zdolność kiełkowania nasion i cechy morfologiczne siewek. Zastosowana bioremediacja w większości przypadków nie miała wpływu na analizowane cechy. Słowa kluczowe: związki ropopochodne, zdolność kiełkowania, energia kiełkowania, cechy morfologiczne. Summary: The aim of this study was to determine the effect of oil derivatives on energy and germination capacity of broad bean seeds ( Windsor Biały variety) and on selected morphological characteristics of seedlings. The seeds derived from plants growing on areas artificially contaminated with petrol, used diesel oil and engine oil were used to analyses and half of them have undergone a process of bioremediation. The results of the experiment showed that diesel oil affected germination energy the most adversely. All of substances used in the experiment demonstrated no effect on the germination of seeds and morphological characteristics of seedlings. In most cases applied bioremediation had no effect on any analyzed characteristics. Key words: oil derivatives, germination capacity, germination energy, morphological characteristics. 323

324 Milena Rusin, Janina Gospodarek. Barbara Biniaś Wstęp Bób jest rośliną bogatą w składniki pokarmowe, a w swych nasionach zawiera: do 7% pełnowartościowego białka, 14% węglowodanów, znaczne ilości witamin z grupy B i C oraz wiele soli mineralnych (żelaza, fosforu, wapnia) [Borowska i in. 1999]. Można go użytkować w fazie niepełnej dojrzałości na suche nasiona lub jako warzywo. Ponadto po zbiorze pozostaje około 80% nadziemnych części roślin w postaci liści, strączyn i łodyg, które mogą być wykorzystywane jako wysokowartościowa domieszka do paszy dla zwierząt [Łabuda i Łabuda 1990]. Jest on także ceniony jako przedplon, ponieważ zostawia po sobie stanowisko o dobrej strukturze, bogate w azot i materię organiczną, wolne od chwastów, z dużą aktywnością drobnoustrojów glebowych [Łabuda 2000]. Ponadto, podobnie jak inne motylkowe, bób zdolny jest do wiązania azotu atmosferycznego i stanowi bardzo ważny element płodozmianu [Jensen 1996, Hauggaard-Nielsen i Andersen 2000]. Jest on także rośliną przydatną do zmniejszenia deficytu w produkcji białka paszowego [Jensen i in. 2010]. Celem przeprowadzonych badań było określenie następczego oddziaływania związków ropopochodnych takich jak: benzyna, przepracowany olej silnikowy i olej napędowy na energię i zdolność kiełkowania nasion bobu oraz na określone cechy morfologiczne roślin takie jak: długość części nadziemnej, długość korzeni i liczbę korzeni bocznych dłuższych od 2 mm. Zbadano także wpływ zastosowanej bioremediacji na wyżej wymienione cechy. Materiał i metody Nasiona wykorzystane do analizy pochodziły z roślin rosnących na poletkach znajdujących się na obszarze stacji doświadczalenej Uniwersytetu Rolniczego w Mydlnikach, położonych niedaleko Krakowa. Jest to obszar, który w 2010 roku został sztucznie zanieczyszczony następującymi substancjami ropopochodnymi: benzyną, olejem napędowym i przepracowanym olejem silnikowym (6000 mg substancji ropopochodnej na 1kg s.m. gleby). Znajdowały się tam również poletka kontrolne, które nie zostały zanieczyszczone. Połowa z obiektów została poddana procesowi bioremediacji przez dodatek biopreparatu, zawierającego w swym składzie wyselekcjonowane organizmy prokariotyczne [Gospodarek i in. 2013]. 324

325 Wpływ związków ropopochodnych na energię i zdolność kiełkowania nasion bobu... Analizy zostały przeprowadzone na nasionach bobu, odmiany Windsor Biały, otrzymanych z roślin, uprawianych na glebie zanieczyszczonej odpowiednimi substancjami ropopochodnymi oraz na glebie kontrolnej po upływie 3 lat od momentu skażenia. Ocena energii i zdolności kiełkowania nasion została przeprowadzona w warunkach laboratoryjnych, zgodnie z ogólnie przyjętymi normami. Test przeprowadzono w szalkach Petriego, a jako podłoże wykorzystano bibułę. Użyto nasion zdrowych i nieuszkodzonych przez strąkowca bobowego. Energię kiełkowania określono po sześciu dniach, z kolei zdolność kiełkowania po dwóch tygodniach. Przy drugiej obserwacji zmierzono także długość części nadziemnej każdego z nasion, długość korzeni oraz policzono liczbę korzeni bocznych, których długość była większa niż 2 mm. Analizę statystyczną otrzymanych wyników przeprowadzono przy użyciu programu Statistica Istotność różnic między średnimi została zbadana przez przeprowadzenie analizy wariancji dwuczynnikowej, a średnie różnicowano testem NIR Fishera na poziomie istotności α = 0,05. Wyniki Najwyższą energią kiełkowania charakteryzowały się nasiona pochodzące z roślin rosnących na glebie kontrolnej bez zastosowania prosesu bioremediacji (ryc.1). Najbardziej niekorzystnie na tą cechę oddziaływał olej napędowy - różnice w odniesieniu do kontroli były istotne statystycznie, a energia kiełkowania była prawie trzykrotnie niższa niż w obiekcie kontrolnym. Zastosowana bioremediacja we wszystkich przypadkach oddziaływała niekorzystnie na energię kiełkowania. Różnice istotne statystycznie odnotowano jednak jedynie w obiekcie kontrolnym, w którym użycie biopreparatu spowodowało zmniejszenie wartości badanej cechy ponad dwukrotnie. Spośród zastosowanych substancji najbardziej niekorzystnie na zdolność kiełkowania nasion bobu oddziaływała benzyna, jednak w żadnym obiekcie różnice w odniesieniu do kontroli nie były istotne statystycznie, a analizowana cecha kształtowała się na poziomie około 80% (ryc.2). 325

326 Milena Rusin, Janina Gospodarek. Barbara Biniaś Ryc. 1. Energia kiełkowania nasion bobu pochodzących z roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. K kontrola, OS gleba skażona olejem silnikowym, ON gleba skażona olejem napędowym, B gleba skażona benzyną, OR - bez bioremediacji, R z bioremediacją. Wartości oznaczone różnymi literami odpowiednio dla danej cechy różnią się od siebie istotnie przy α = 0,05. Ryc. 2. Zdolność kiełkowania nasion bobu pochodzących z roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. Oznaczenia jak na rycinie 1. Wartości oznaczone różnymi literami odpowiednio dla danej cechy różnią się od siebie istotnie przy α = 0,

327 Wpływ związków ropopochodnych na energię i zdolność kiełkowania nasion bobu... Proces bioremediacji w większości przypadków niekorzystnie oddziaływał na zdolność kiełkowania i tylko w przypadku gleby skażonej olejem silnikowym odnotowano niewielki wzrost wartości badanej cechy, jednak różnice także nie były udowodnione statystycznie. Cechy morfologiczne kiełkujących roślin we wszystkich przypadkach kształtowały się na podobnym poziomie (ryc.3, ryc.4). Średnia długość części nadziemnej w obiektach bez zastosowania biopreparatu wahała się od 0,96 cm w obiekcie zanieczyszczonym olejem silnikowym do 1,46 cm w obiekcie zanieczyszczonym benzyną, z kolei części podziemnej od 6,02 cm do 7,51 cm w tych samych obiektach, które zostały wymienione wcześniej. Średnia liczba korzeni bocznych, których długość była większa niż 2 mm, najwyższa była w obiekcie zanieczyszczonym benzyną, a najniższa przy zanieczyszczeniu gleby olejem napędowym jednak różnice w odniesieniu do kontroli nie były istotne statystycznie. Ryc. 3. Średnia długość części nadziemnej i podziemnej kiełkujących nasion pochodzących z roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. Oznaczenia jak na rycinie 1. Wartości oznaczone różnymi literami odpowiednio dla danej cechy różnią się od siebie istotnie przy α = 0,05. Zastosowany biopreparat w większości przypadków przyczynił się do skrócenia zarówno części nadziemnej jak i podziemnej roślin i tylko w obiekcie skażonym olejem silnikowym doprowadził do zwiększenia długości badanych części roślin, które to różnice jednak nie były udowodnione statystycznie. W przypadku liczby korzeni bocznych zasto- 327

328 Milena Rusin, Janina Gospodarek. Barbara Biniaś sowany proces bioremediacji we wszystkich przypadkach oddziaływał niekorzystnie na analizowaną cechę, ale różnice istotne statystycznie odnotowano jedynie w obiekcie zanieczyszczonym benzyną, w którym zastosowanie biopreparatu przyczyniło się do zmniejszenia liczby wytwarzanych korzeni bocznych ponad trzykrotnie. Ryc. 4. Średnia liczba korzeni bocznych u kiełkujących nasion pochodzących z roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. Oznaczenia jak na rycinie 1. Wartości oznaczone różnymi literami różnią się od siebie istotnie przy α = 0,05. Dyskusja Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że najbardziej niekorzystnie na energię kiełkowania nasion bobu oddziaływał olej napędowy. Do podobnych wniosków, tyle że w odniesieniu do innej rośliny, doszła Przybulewska [2005], która stwierdziła, że wysokie stężenie tej substancji może doprowadzić do całkowitego zahamowania kiełkowania ziarniaków jęczmienia. W tym samym doświadczeniu autorka dowiodła, że benzyna nie wykazuje istotnie negatywnego wpływu na kiełkowanie siewek, co również pokrywa się z wynikami niniejszej pracy. Podobnie wyniki otrzymali Rytelewski i in. [1981], którzy zauważyli, że ziemniaki rosnące na glebie zanieczyszczonej olejem napędowym najczęściej wcale nie wschodziły. Adam i Duncan [2002] również stwierdzili, że olej napędowy powodował opóźnienie lub całkowite zahamowanie kiełkowania roślin, przy czym ich wrażliwość była zależna od gatunku, a nawet podgatunku. 328

329 Wpływ związków ropopochodnych na energię i zdolność kiełkowania nasion bobu... Nie stwierdzono negatywnego wpływu związków ropopochodnych na cechy morfologiczne kiełkujących siewek. Inaczej było w badaniach prowadzonych przez Małachowską-Jutsz i Mikscha [2004], którzy badali wpływ zużytego oleju silnikowego na żyto, koniczynę czerwoną i gorczycę białą w początkowym okresie wzrostu. Autorzy dowiedli, że zastosowana substancja w istotnym stopniu przyczyniła się do zahamowania przyrostu masy korzeni i łodyg. Podobnie było w badaniach Wyszkowskiego i in. [2004], którzy stwierdzili, że olej napędowy oddziałuje niekorzystnie na nadziemne części łubinu żółtego. Liste i Felgentreu [2006] także stwierdzili, że substancje ropopochodne mogą powodować zmniejszenie suchej masy zarówno korzeni jak i łodyg nawet o ponad 50%. Rozbieżności mogą wynikać z innych gatunków roślin zastosowanych we wszystkich wymienionych doświadczeniach, ale również z faktu, że w niniejszym doświadczeniu analizowano wpływ następczy ropopochodnych (tj. po upływie 3 lat do momentu zanieczyszczenia) oraz analizowano go pośrednio, tzn. poprzez wpływ na roślinę mateczną, a nie bezpośrednio na kiełkujące nasiona. W badaniach dotyczących wpływu związków ropopochodnych na rośliny, należy pamiętać, że duży wpływ na reakcję poszczególnych roślin mają: stężenie zastosowanej substancji, właściwości gleby, ph, wilgotność, zawartość materii organicznej, nawożenie oraz gatunek rośliny [Ziółkowska, Wyszkowski 2010]. Wnioski Zanieczyszczenie gleby olejem napędowym, po 3 latach od jego przeprowadzenia, przyczyniło się do zmniejszenia energii kiełkowania nasion bobu, pozyskanych z roślin uprawianych na glebie zanieczyszczonej. Wszystkie zastosowane polutanty nie miały istotnego wpływu na zdolnosć kiełkowania i cechy morfologiczne kiełkujacych roślin. Zastosowany proces bioremediacji najczęściej nie wpływał na analizowane cechy, jedynie w obiekcie zanieczyszczonym benzyną spowodował zmniejszenie ilości wytwarzanych korzeni bocznych, a w obiekcie kontrolnym zmniejszenie energii kiełkowania nasion. Praca finansowana ze środków w ramach Działalności Statutowej Katedry. 329

330 Bibliografia Milena Rusin, Janina Gospodarek. Barbara Biniaś Adam G., Duncan H Influence of diesel fuel on seed germination. Environmental Pollution, 120(2), ; Borowska J., Zadernowski R., Markiewicz K., Wierzbicka B Zmiany zawartości składników mineralnych podczas dojrzewania nasion bobu. Biuletyn Magnezologiczny, 4(1), 27-31; Gospodarek J., Kołoczek H., Pietryszak P., Rusin M Effect of bioremediation of oil derivatives in soil on Pterostichus sp. (Coleoptera, Carabidae) occurrence. Ecological Chemistry and Engineering A, 20(4-5), ; Hauggaard-Nielsen H., Andersen M.K Intercropping grain legumes and cereal in organic cropping system. Grain legumes, 30, 18-19; Jensen E.S Grain yield, symbiotic N 2 fixation and interspecific competition for inorganic N in pea-barley intercrops. Plant Soil, 182, 25-38; Jensen E.S., Peoples M.B., Hauggaard-Nielsen H Faba bean in cropping systems. Field Crops Research, 115(3), ; Liste H., Felgentreu D Crop growth, culturable bacteria and degradation of petrol hydrocarbons (PHCs) in a long-term contaminated field soil. Applied Soil Ecology, 31, 43-52; Łabuda S., Łabuda H Chemical composition of faba bean plants at early green and green seed stages. FABIS Newsletter, 27, 20-23; Łabuda H Uprawa bobu. Hasło Ogrodnicze, ; Małachowska-Jutsz A., Miksch K Influence of used oil on same plant species. Archives of Environmental Protection, 30(2), ; Przybulewska K Wpływ zanieczyszczenia gleby pestycydami i związkami ropopochodnymi na wzrost i rozwój siewek jęczmienia jarego. Roczniki Gleboznawcze, LVI (1-2), ; Rytelewski J., Przedwojski R., Maćkiewicz J Porównanie niektórych metod rekultywacji gleb skażonych ropą naftową. Zeszyty Naukowe ART Olsztyn, Rolnictwo, 31, 33-39; Wyszkowski M., Wyszkowska J., Ziółkowska A Effect of soil contaminated with diesel oil on yellow lupine yoeld and macroelements content. Plant Soil Environment, 51(8), ; Ziółkowska A., Wyszkowski M Toxicity of petroleum substances to microorganism and plants. Ecological Chemistry and Engineering S, 17(1), 73-82; Adres do korespondencji: Mgr inż. Milena Rusin, Dr hab. inż. Janina Gospodarek, Mgr Barbara Biniaś Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie milena_rusin@wp.pl 330

331 Ilona Świtajska, Sławomir Szymczyk Angela Potasznik, Żaneta Banaszek Cristina Timofte, Ireneusz Cymes EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW UPRAWY WIERZBY NA CELE ENERGETYCZNEJ W WARUNKACH POLSKI PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ NA JAKOŚĆ WÓD GRUNTOWYCH INFLUENCE OF CULTIVATION OF THE WILLOW TO DESTINATIONS ENERGY IN CONDITIONS OF NORTH- EAST POLAND TO THE QUALITY OF GROUNDWATERS Streszczenie. Celem badań było określenie wpływu uprawy wierzby krzewiastej (Salix viminalis L.) na cele energetyczne w pierwszym roku uprawy na właściwości chemiczne wód gruntowych z uwzględnieniem sezonu wegetacyjnego i poza wegetacyjnego. Systematycznie raz w miesiącu (2011 rok) w wodach gruntowych oznaczono: ChZT, węglany, chlorki, siarczany. Stwierdzono, że na jakość wód gruntowych terenów pofałdowanych wpływa głębokość położenia wód gruntowych. Zasadnicze znaczenie ma także sposób zagospodarowania terenu oraz warunki meteorologiczne. Wykazano również, że w zbliżonych warunkach dostępności wody dla roślin plantacja wierzby spowodowała ponad 3-krotne zmniejszenie stężenia chlorków w wodzie gruntowej, ale praktycznie nie wpłynęła na zmiany zawartości w nich wodorowęglanów, siarczanów i substancji organicznej (wartość ChZT). Słowa kluczowe: wierzba energetyczna, wody gruntowe, ChZT, węglany, chlorki, siarczany, Summary. The aim of the study was to determine the effect of growing willow (Salix viminalis L.) for energy purposes in the first year of cultivation on the chemical properties of groundwater, taking into account the growing season and out of the vegetation. Systematically once a month (2011) in groundwater were determined: COD, carbonates, chlorides, sulfates. It was found that the quality of groundwater wrinkled areas affected by depth to the groundwater. It is also crucial land use and meteorological conditions. It was also shown that in similar conditions of water availability to plants willow plantation caused more than 3-fold reduction in chloride concentration in the groundwater, but practically had no effect on their content change carbonates, sulphates and organic matter (COD value). Key words: willow (Salix viminalis), groundwater, COD, carbonates, chlorides, sulphates 331

332 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes Wstęp Tereny rolnicze stanowią istotne zagrożenie zanieczyszczeniami wód gruntowych oraz powierzchniowych. Zanieczyszczenia obszarowe nie tylko wynikają z produkcji zwierzęcej, ale również roślinnej. Sposób użytkowania terenu posiada zasadnicze znaczenie w kształtowaniu jakości wód gruntowych (Świtajska i in. 2013a). Interesujący pod względem ograniczenia zanieczyszczenia wód gruntowych wydaje się fakt wprowadzania upraw wierzby na cele energetyczne. Wysoka wydajność wierzby z 1 ha oraz produktywność z 1 karpy kwalifikuje ją jako atrakcyjnie finansowo rozwiązanie oraz stanowi alternatywę dla dotychczasowych upraw rolniczych dając nowe możliwości zagospodarowania terenów niewykorzystanych (Dubas i in. 2004). Dodatkowo wydajność uzależniona jest od roku zbioru biomasy. Najbardziej atrakcyjnym ze względu na przyrost biomasy jest zbiór w systemie trzyletnim (Dubas i in. 2004). Uprawa wierzby energetycznej wymaga określonych warunków meteorologicznych, takich jak: opady atmosferyczne, temperatura oraz nasłonecznienie. Do najbardziej optymalnych należą równomiernie rozłożone w okresie wegetacji opady atmosferyczne na poziomie 600 mm rocznie (Dreszer i in. 2003) oraz umiarkowanie wysoka temperatura w tym okresie. Susza negatywnie wpływa na plonowanie, obniżając wydajność z jednostki powierzchni nawet o 50% (Szczukowski i in. 2004). Na uprawę ma również wpływ rodzaj gleb (III-IV klasy bonitacyjnej) oraz rzeźba terenu. Optymalny poziom wód gruntowych dla wierzby energetycznej to 1-1,5 m (Dreszer i in 2003). Celem pracy była ocena wpływu wierzby energetycznej w I roku uprawy na właściwości chemiczne wód gruntowych. Materiał i metody Wieloletnia plantacja wierzby uprawianej w celu pozyskania materiału energetycznego została założona na terenie województwa Warmińsko- -Mazurskiego (Polska północno-wschodnia) w III dekadzie kwietnia 2010 roku. Obiekt badawczy położony jest na gruntach wsi Samławki (teren Stacji Dydaktyczno-Badawczej UWM w Olsztynie z siedzibą w Łężanach), zlokalizowanej ok. 80 km na północny-wschód od Olsztyna. Plantacja utworzona została na gruntach, których gleby charak- 332

333 Wpływ uprawy wierzby na cele energetycznej w warunkach polski północno-wschodniej... teryzowały się małą przydatnością do tradycyjnej produkcji rolniczej pod uprawy konsumpcyjne. Zawartość substancji organicznej w glebie wynosiła 2,98%. Przedplon plantacji stanowiło pszenżyto uprawiane w płodozmianie. Wierzbę krzewiastą posadzono w zagęszczeniu 11,11 tys. sztuk roślin/ha. Na plantacji zastosowano nawożenie mineralne w ilościach: N 90 kg ha -1, P 2 O 5 30 kg ha -1, K 2 O 60 kg ha -1. W tym samym roku, jesienią założono na niej punkty pomiarowo-kontrolne (piezometry) oddalone od siebie o: 30 m (pomiędzy punktem nr 1 i nr 2 oraz nr 2 i nr 3). Odległość pomiędzy transektem piezometrów na plantacji wierzby, a punktem pomiarowym nr 4 wynosiła ok. 200 m, zaś pomiędzy punktem nr 5, a transektem leśnym ok m. Jednocześnie w celach porównawczych piezometry założono również na sąsiednich gruntach ornych i w lesie. Na gruntach ornych uprawiano pszenicę ozimą dla której zastosowano nawożenie N 150 kg ha -1, P 2 O 5 60 kg ha -1, K 2 O 110 kg ha -1.. Przedplonem był rzepak ozimy. Las 51-letni o typie siedliskowym LŚW (las świeży) z przewagą jaworu (JW). Las pełni funkcję gospodarczą. W pracy przedstawiono analizę zmienność jakości wód gruntowych w pierwszym okresie badawczym, który był realizowany od stycznia do grudnia 2011 roku. Obszar badań reprezentuje tereny pojezierne, charakteryzujące się zróżnicowaną rzeźbą. Na plantacji wierzby i obiektach porównawczych łącznie założono 6 punktów badawczych, których lokalizacja uwzględniała zarówno ukształtowanie, jak i sposób użytkowania terenu. Trzy z nich umieszczono na plantacji wierzby: wierzchowina (nr 1 3,90 m), stok (nr 2 3,25 m głębokości) oraz obniżenie terenu (nr 3 1,62 m głębokości). Pozostałe punkty zlokalizowano: na gruncie ornym (nr 4 3,07 m głębokości) w pobliżu plantacji, jako przykład wpływu intensywnego użytkowania gleb oraz w lesie jako odzwierciedlenie terenu seminaturalnego z uwzględnieniem dostępności wody: wzniesienie (nr 5-6,06 m głębokości) oraz obniżenie terenu (nr 6-3,45 m). Próby wód gruntowych do analiz chemicznych pobierano systematycznie raz w miesiącu przy pomocy pompy zanurzeniowej typu GIGANT. Analizy chemiczne obejmujące: ChZT, HCO 3-, Cl -, SO 4 2-, wykonano w laboratorium Katedry Melioracji i Kształtowania Środowiska. Stany wód gruntowych zmierzono za pomocą gwizdka hydrologicznego. Wyniki badań omówiono z uwzględnieniem okresu wegetacyjnego (półrocze letnie obejmowało miesiące: IV-IX) i poza 333

334 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes wegetacyjnego (półrocze zimowe obejmowało miesiące: I-III oraz X- -XII) oraz uwzględniono średnie dla całego roku. Wyniki i dyskusja W okresie badań średnia miesięczna temperatura powietrza morzona w najbliżej położonej stacji meteorologicznej w Kętrzynie wahała się od -6,6 C w lutym do 18,5 C w lipcu 2011 roku (średnio w roku 8,4 C). W tym okresie roczna suma opadów atmosferycznych wyniosła 570 mm (źródło: Wody gruntowe na plantacji wierzby krzewiastej w okresie miały ph średnio od 6,79 (wierzchowina) do 7,17 (obniżenie terenu). Najmniejsze wartości ph w okresie wegetacyjnym w badanych wodach w latach stwierdzono w obniżeniu terenu w lesie (średnio 6,35), co związane było z intensywniejszym pobraniem kationów zasadowych w lepszych warunkach dostępności wody niż na wzniesieniu terenu. Średnia wartość ph wód gruntowych pod gruntem ornym wynosiła ponad 6,0 nie przekraczając ph=6,5 (Świtajska i in. 2013b). Nieco większe wartości ph wód pod gruntem ornym zapewne wynikało ze stosowania nawożenia mineralnego oraz okresowego wapnowania gleb. Wykazano, że w zależności od aktualnych warunków meteorologicznych oraz sposobu ukształtowania i zagospodarowania terenu poziom wód gruntowych wahał się od 134 cm poniżej powierzchni terenu (p.p.t.) w sezonie wegetacyjnym w obniżeniu pod plantacją wierzby do 568 cm p.p.t. w sezonie poza wegetacyjnym w lesie na wierzchowinie. W całym okresie najwyżej położone zwierciadło wód gruntowych pod plantacją wierzby występowało w obniżeniu (średnio 137cm p.p.t.), zaś najniższy stan obejmował wierzchowinę (357 cm p.p.t ). Zaś na obiektach porównawczych najwyższe stany wód średnio 138 cm p.p.t. występował pod gruntami ornymi, a najniższe średnio 559 cm p.p.t. pod lasem na wierzchowinie i w jego obniżeniu średnio 269 cm p.p.t. Takie zależności nie odbiegały zasadniczo od średnich dla lat (Świtajska i in. 2013). Poziom wód gruntowych statystycznie istotnie wpływa na przyrosty wierzby energetycznej. Jak wskazują Juliszewski i in największe przyrosty wystąpiły u roślin dla których średni poziom wód gruntowych wynosił 156,3 cm, zaś przy głębokości 198,9 cm był on najmniej korzystny. 334

335 Wpływ uprawy wierzby na cele energetycznej w warunkach polski północno-wschodniej... Wykazano, że w badanych wodach gruntowych większe stężenia wodorowęglanów występowały pod plantacją wierzby niż pod obiektami porównawczymi (tab. 1). Pod plantacją wierzby największe ich stężenie (średnio 275 mg dm -3 ) występowało w wodach gruntowych na wierzchowinie, a najmniejsze w obniżeniu terenu. W zbliżonych warunkach wilgotnościowych jak w obniżeniu terenu pod wierzbą (podobne stany i dynamika poziomu wód gruntowych) nieznacznie mniejsze stężenie wodorowęglanów (średnio o 4,4%) stwierdzono pod gruntami ornymi. Najmniejsze zawartości węglowodanów występowały w wodzie gruntowej w obniżeniu terenu pod lasem (średnio 41 mg dm -3 ). W obydwu rozpatrywanych sezonach stężenie w badanych wodach gruntowych kształtowało się na względnie stałym poziomie. Niemniej stwierdzono, że większą zawartością wodorowęglanów w sezonie wegetacyjnym odznaczały się wody gruntowe pod plantacją wierzby na stoku i w obniżeniu oraz pod gruntem ornym, zaś odwrotną tendencję obserwowano w wodach gruntowych pod plantacją stoku oraz pod lasem. Stanowisko Tab. 1. Zmienność stężenia wodorowęglanów w wodach gruntowych w okresie od stycznia do grudnia 2011 roku (mghco 3 dm -3 ) Sezon wegetacyjny Min-Max Średnia Sezon poza wegetacyjny Min-Max Średnia Średnia Styczeń-Grudzień 2011 Odchylenie standardowe S Współczynnik Zmienności V [%] Plantacja wierzby Obiekty porównawcze Oznaczenia: 1 - Wierzchowina; 2 - Stok; 3 - Obniżenie; 4 - Grunt orny w sąsiedztwie wierzby; 5 - Las wierzchowina; 6 - Las obniżenie Najmniejsze odchylenie wartości od średniego stężenia wodorowęglanów stwierdzono na obiektach porównawczych w wodach Rozstęp R 335

336 336 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes gruntowych pod lasem na wierzchowinie (S=10 mg HCO 3 dm -3 ) oraz w obniżeniu (S=12 mghco 3 dm -3 ). Na plantacji wierzby podobną zależność wykazały wody gruntowe na wierzchowinie (S=14 mghco 3 dm -3 ) i stoku (S=19 mghco 3 dm -3 ), co wskazuje na względnie stały poziom zawartości wodorowęglanów i niewielkie zróżnicowanie ich stężeń w okresie roku. Największe odchylenie standardowe stężenia wodorowęglanów stwierdzono w wodach gruntowych w obniżeniu terenu (S=67 mghco 3 dm -3 ) pod plantacją wierzby oraz pod gruntem ornym (S=38 mghco 3 dm -3 ), co wskazuje na dużą dynamikę roczną wynikającą zapewne z intensywniejszego przemieszczania się składników w profilu glebowym oraz z większego pobrania składników pokarmowych przez rośliny w sezonie wegetacyjnym, co zapewniała lepsza dostępność wody (wyższe stany wód gruntowych). Zatem może mieć to związek z obiegiem wody na stoku, a szczególnie płytkim krążeniem wody zarówno pod plantacją wierzby w obniżeniu jak i pod gruntami ornymi. Analogicznie wnioski można wysnuć analizując rozstęp uzyskanych wyników. Największe jego wartości stwierdzono w wodach gruntowych w obniżeniu terenu (R=202 mghco 3 dm -3 ) pod plantacją wierzby oraz pod gruntem ornym (R= 127 mghco 3 dm -3 ). Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) należące do wskaźników jakości wody decyduje o ilość tlenu, jaka potrzebna jest do utlenienia zawartych w niej związków organicznych i nieorganicznych. Badania wykazały, że było ono uzależnione od sposobu zagospodarowania terenu oraz głębokości zalegania wód gruntowych, ściśle związanego zarówno z aktualnymi warunkami meteorologicznymi jak i rzeźbą terenu. W wodzie gruntowej pod plantacją wierzby zwiększało się ono wraz z obniżeniem terenu, osiągając średnio 11,7 mgo 2 dm -3 w obniżeniu terenu. Mogło to wynikać z większej zawartości w glebie materii organicznej, która w skutek rozkładu łatwiej migrowała do płytko położonych wód gruntowych (tab. 2). Uruchomienie większych ilości substancji organicznych w okresie po zakończeniu wegetacji potwierdza wystąpienie w tym czasie większych wartości ChZT w wodzie gruntowej (od 8,8 mg O 2 dm -3 na wierzchowinie plantacji do 30,5 mg O 2 dm -3 na wierzchowinie w lesie), co zapewne wynikało z wymywania substancji organicznej w głąb profilu glebowego podczas odnawiania się zasobów wód gruntowych. W wodach gruntowych pod lasem zwiększenie się wartości ChZT było

337 Wpływ uprawy wierzby na cele energetycznej w warunkach polski północno-wschodniej... Tab. 2. Zmienność wartości ChZT na tlen w wodach gruntowych w okresie od stycznia do grudnia 2011 roku (mgo 2 dm -3 ) Stanowisko Sezon wegetacyjny Min-Max Średnia Sezon poza wegetacyjny Min-Max Średnia Średnia Styczeń-Grudzień 2011 Odchylenie standardowe S Współczynnik Zmienności V [%] Plantacja wierzby 1 4,5-6,3 5,7 0,8-24,0 8,8 7,2 7, ,2 2 4,8-17,6 11,8 0,8-11,3 6,5 9,2 4, ,8 3 3,2-20,4 11,8 5,0-18,8 11,7 11,7 5, ,2 Obiekty porównawcze 4 3,6-19,2 11,6 4,0-25,2 12,1 11,9 6, ,6 5 5,2-79,2 26,1 8,0-67,0 30,5 27,7 27, ,0 6 3,6-17,6 11,1 5,0-17,1 11,7 11,3 4, ,0 Oznaczenia: 1 - Wierzchowina; 2 - Stok; 3 - Obniżenie; 4 - Grunt orny w sąsiedztwie wierzby; 5 - Las wierzchowina; 6 - Las obniżenie Rozstęp R bardziej widoczne na wierzchowinie (od 26,1 mg O 2 dm -3 w sezonie wegetacyjnym do 30,5 mg O 2 dm -3 w sezonie poza wegetacyjnym), niż w obniżeniu terenu. Związane było to z niskim poziomem wód gruntowych występujących na wierzchowinie na dużej głębokości. Na plantacji wierzby zależność ta, była odwrotna, ponieważ w przypadku stoku i obniżenia terenu wartość ChZT wynosiła średni od 11,8 mg O 2 dm -3 w sezonie wegetacyjnym, a w sezonie poza wegetacyjnym 6,5 mg O 2 dm -3 na stoku i 11,7 mg O 2 dm -3 w obniżeniu. Wynikało to zarówno z większej zawartości substancji organicznej w glebie jak również z intensywniejszego podnoszenia się ich poziomu. Największą roczną dynamikę ChZT stwierdzono w wodach gruntowych pod lasem na wierzchowinie (S=27,5 mgo 2 dm -3 ), przy jednocześnie wysokim współczynniku zmienności (V=99,1). Pozostałe wody były bardziej skupione wokół średniej od 4,6 (nr 6) do 7,8 (nr 1). Zróżnicowanie pod kątem ChZT wskazywały wody gruntowe pod plantacją wierzby na wierzchowinie (V=107,4%), przy jednocześnie największym rozstępie (R=23,2 mgo 2 dm -3 ), wskazuje to na duże jego zróżnicowanie. 337

338 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes Było to zapewne związane z niskim poziomem wód gruntowych, czyli mało dogodnymi warunkami w przesuszonym profilu glebowym do intensywnych procesów mikrobiologicznych, w wyniku których powinna być mineralizowana substancja organiczna, która była częściowo wymywana do wód gruntowych w okresie odnawiania się ich zasobów. Stężenie siarczanów w badanych wodach gruntowych pod plantacją wierzby było nieco większe w sezonie wegetacyjnym i wahało się w granicach od 24,6 mg dm -3 w obniżeniu terenu do 219,4 mg dm -3 na stoku. W obydwu sezonach największe ich stężenia, średnio ponad 2-krotnie w porównaniu do wierzchowiny i obniżenia terenu, było również na stoku (tab. 3). Stwierdzono, że były one zbliżone do stężeń siarczanów w wodzie gruntowej pod gruntem ornym. Można zatem stwierdzić, że w zbliżonych warunkach wilgotnościowych w porównaniu do wierzby uprawianej na cele energetyczne (obniżenie terenu) w wodzie pod gruntem ornym występowało ponad 2-krotnie większe stężenie siarczanów. Jednak największe stężenie siarczanów (360,7 mg dm -3 ) stwierdzono w sezonie poza wegetacyjnym w wodzie gruntowej na wierzchowinie pod lasem. Tab. 3. Zmienność stężenia siarczanów w wodach gruntowych w okresie od stycznia 2011 do października 2011 roku (mg dm -3 ) Sezon wegetacyjny Sezon poza wegetacyjny Styczeń-Grudzień 2011 Stanowisko Min-Max Średnia Min-Max Średnia Średnia Odchylenie standardowe S Współczynnik zmienności V [%] Rozstęp R Plantacja wierzby 1 26,3-176,4 97,0 10,3-73,3 42,1 68,5 54, ,2 2 90,7-219,4 136,2 45,9-186,2 114,8 125,5 53, ,5 3 24,6-107,7 53,2 45,9-56,1 51,0 52,0 20, ,2 Obiekty porównawcze 4 80,4-214,7 132,0 44,8-201,3 112,5 122,2 57, ,8 5 81,4-217,9 154,1 46,4-360,7 203,5 168,2 96, ,3 6 25,4-54,6 36,3 21,5-81,9 61,91 49,1 22, ,4 Oznaczenia: 1 - Wierzchowina; 2 - Stok; 3 - Obniżenie; 4 - Grunt orny w sąsiedztwie wierzby; 5 - Las wierzchowina; 6 - Las obniżenie 338

339 Wpływ uprawy wierzby na cele energetycznej w warunkach polski północno-wschodniej... W sezonie poza wegetacyjnym w stosunku do sezonu wegetacyjnego w wodach gruntowych pod plantacją wierzby stwierdzono obniżenie stężenia siarczanów od 4 % w obniżeniu terenu do 57% na wierzchowinie. Było to zapewne związane z odpływem gruntowym siarczanów wraz z wodami zgodnie ze spadkiem terenu oraz ze znacznie większym ich rozcieńczeniem w wodzie gruntowej na wierzchowinie w wyniku większego podniesienia ich niż w obniżeniu terenu, gdzie amplituda wahań poziomu wody w gruncie była mniejsza. Wpłynęło to na znacznie większą zmienność stężeń siarczanów w wodzie gruntowej na wierzchowinie (V=79 %; S=54,3; R=166,20), niż w obniżeniu terenu (V=38 %; S=20,0; R=83,2). Podobna tendencja występowała w wodzie gruntowej pod lasem. Stężenie chlorków w badanych wodach gruntowych było również uzależnione od ukształtowania i sposobu użytkowania terenu, ale zmienność ich stężeń w roku była znacznie mniejsza niż w przypadku wodorowęglanów ChZT, czy siarczanów. W wodzie gruntowej pod plantacją wierzby stężenie chlorków zmieniało się w zakresie od 4 mgcl dm -3 w obniżeniu terenu w sezonie wegetacyjnym do 31 mgcl dm -3 na wierzchowinie i stoku w sezonie poza wegetacyjnym (tab. 4). Tab. 4. Zmienność stężenia chlorków w wodach gruntowych w okresie od stycznia 2011 do października 2011 roku (mg dm -3 ) Sezon wegetacyjny Sezon poza wegetacyjny Styczeń-Grudzień 2011 Stanowisko Min-Max Średnia Min-Max Średnia Średnia Odchylenie standardowe S Współczynnik zmienności V [%] Rozstęp R Plantacja wierzby Obiekty porównawcze Oznaczenia: 1 - Wierzchowina; 2 - Stok; 3 - Obniżenie; 4 - Grunt orny w sąsiedztwie wierzby; 5 - Las wierzchowina; 6 - Las obniżenie 339

340 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes W wodach gruntowych pod plantacją wierzby większe stężenia chlorków (średnio od 55% do 64 %) występowały w głębiej zalegających wodach gruntowych. Największe stężenie chlorków w 2011 roku stwierdzono w wodach pod gruntem ornym (średnio 34 mgcl dm -3 ), były one ponad 3-krotnie większe niż w obniżeniu pod plantacją wierzby (średnio 10 mgcl dm -3 ) i ponad 6-krotnie większe niż w wodzie w obniżeniu pod lasem (średnio 6 mgcl dm -3 ). Pod wpływem zmiennych warunków meteorologicznych wpływających na intensywność przemieszczania oraz możliwość bioakumulacji składników w rozpatrywanym okresie najmniejsze zróżnicowanie stężeń chlorków (V=9 %; S=2; R=9) wykazywało w wodzie gruntowej pod plantacją wierzby na stoku, zaś największe (S=7; R=18) pod gruntami ornymi oraz (S=7; R=28) pod plantacją wierzby na wierzchowinie, lecz największą zmiennością stężeń chlorków (V=54 %), pomimo najmniejszych stężeń, charakteryzowała się woda gruntowa w obniżeniu terenu pod lasem. Mogło być to związane głownie z atmosferycznym pochodzeniem chlorków oraz ze stosunkowo dużymi wahaniami poziomu wody pod lasem. WNIOSKI Zawartość wodorowęglanów, siarczanów i chlorków oraz wartość ChZT w badanych wodach gruntowych była uzależniona ukształtowania i sposobu zagospodarowania terenu oraz warunków meteorologicznych (opady i temperatura) modyfikujących intensywność procesów fizykochemicznych i biologicznych oraz ruch wody i substancji w środowisku glebowym, a także bioakumulację składników. Zmiana sposobu użytkowania gleb, z gruntów ornych na uprawę wierzby krzewiastej na cele energetyczne w zbliżonych warunkach dostępności wody gruntowej dla roślin spowodowała ponad 3-krotne zmniejszenie stężenia chlorków w wodzie gruntowej, ale praktycznie nie wpłynęła na zmiany zawartości w nich wodorowęglanów, siarczanów i substancji organicznej (wartość ChZT). O jakości wód gruntowych na terenach pofałdowanych decyduje głębokość położenia wód gruntowych. Na terenie seminaturalnym (las) wraz ze zwiększaniem dostępności wody gruntowej dla roślin (wyższe stany wód gruntowych w obniżeniu terenu) następowało 340

341 Wpływ uprawy wierzby na cele energetycznej w warunkach polski północno-wschodniej... zmniejszenie w nich stężeń wodorowęglanów, siarczanów i chlorków oraz wartości ChZT, a pod uprawą wierzby: wodorowęglanów, siarczanów i chlorków oraz zwiększenie wartości ChZT. LITERATURA Dreszer K., Michałek R., Roszkowski A Energia odnawialna możliwości jej pozyskiwania i wykorzystania w rolnictwie. Wyd. PTIR Kraków-Lublin-Warszawa. Dubas J. W. Grzybek A. Kotowski W. Tomczyk A Wierzba energetyczna uprawa i technologie przetwarzania. Wyższa Szkoła Ekonomii i Administracji w Bytomiu. s. 35 Szczukowski S., Tworkowski J., Stolarski M. J Wierzba energetyczna. Wydawnictwo Plantpress. Kraków. Świtajska I., Szymczyk S., Koc J. 2013a. Wpływ sposobu użytkowania terenu na jakość wód gruntowych. Proceedings of Ecopole 7(1): Świtajska I., Szymczyk S., Potasznik A., Banaszek Ż. 2013b. Wpływ uprawy wierzby na cele energetyczne na jakość wód gruntowych. EPISTEME. Kraków, Nr. 18, t. III: Tadeusz Juliszewski, Dariusz Kwaśniewski, Dariusz Bara Wpływ wybranych czynników na przyrosty wierzby energetycznej. Inżynieria Rolnicza Nr 12: Portal internetowy przedstawiające aktualne warunki meteorologiczne Opisane badania były finansowane z budżetu Zadania Badawczego nr 4 pt. Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych w ramach strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych pt.: Zaawansowane technologie pozyskiwania energii realizowanego ze środków NCBiR i ENERGA S.A. 341

342 I. Świtajska, S. Szymczyk, A. Potasznik, Ż. Banaszek, C. Timofte, I. Cymes Adres do korespondencji: mgr. inż. Ilona Świtajska dr hab. inż. Sławomir Szymczyk mgr. inż. Angela Potasznik mgr. inż. arch. kraj. Żaneta Banaszek mgr. inż. Cristina Timofte dr inż. Ireneusz Cymes Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa Uniwersytet Warmińsko Mazurski w Olsztynie Pl. Łódzki Olsztyn Opiekun naukowy: dr hab. inż. Sławomir Szymczyk 342

343 Martyna Szałata Wiesław Wojciechowski Anna Lehmann Elżbieta Pytlarz Adam Zych EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego The effect of stubble catch crops on weed infestation of spring oats and winter rye Streszczenie. Badania przeprowadzono w sezonie wegetacyjnym Czynnikiem badań był brak lub udział międzyplonu ścierniskowego w uprawie przedsiewnej owsa jarego i żyta ozimego: A1) bez międzyplonów ścierniskowych, A2) międzyplon z gorczycy białej, A3) międzyplon z mieszanki roślin strączkowych. Badaniami objęte zostały dwa zboża - owies jary i żyto ozime, uprawiane w dwóch zmianowaniach: trójpolówce ziemniaka owsa i żyta oraz w dwupolówce owsa i żyta. Celem badań było określenie oddziaływania międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie owsa jarego i żyta ozimego. W fazie kwitnienia owsa jarego międzyplony istotnie zmniejszyły liczbę chwastów od wykazanych w uprawie bez tego elementu zmianowania. Uprawa międzyplonu z mieszanki roślin strączkowych zmniejszyła zachwaszczenie o 89,0% w stosunku do uprawy bez międzyplonu. Nie udowodniono statystycznie wpływu międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie żyta ozimego. Słowa kluczowe: owies jary, żyto ozime, międzyplony ścierniskowe, zachwaszczenie łanu Summary. One-factorial field experiment was conducted in The factor was the lack or the presence of stubble catch crop in the pre-sowing cultivation of spring oats and winter rye: A1) without stubble catch crop, A2) white mustard catch crop, A3) stubble catch crop as a mixture of pulse crops. The purpose of this study was to determine the impact of stubble catch crops on weed infestation of spring oats and winter rye. It was noted that at the flowering stage of spring oats the stubble catch crops significantly reduced the number of weeds in comparison with plots with no stubble 343

344 Martyna Szałata, Wiesław Wojciechowski, Anna Lehmann, Elżbieta Pytlarz, Adam Zych catch crop. The mixture of pulse crops as the stubble catch crop decreased weed infestation by 89.0%. There was no significant effect of stubble catch crops on weed infestation of winter rye. The number of weeds in the crop succesion oats-rye after ploughing down white mustard was lower by 65.6% in comparison to plots without stubble catch crop. Key words: spring oats, winter rye, catch crops, weed infestation Wstęp Po wstąpieniu do Unii Europejskiej w polskim rolnictwie większego znaczenia nabrało gospodarowanie zgodnie z zasadami Kodeksu Dobrej Praktyki Rolniczej. Celem takiego gospodarowania jest zmniejszenie deficytu składników mineralnych w glebie. Sytuacja taka może zostać ograniczona poprzez uprawę międzyplonów ścierniskowych, ponieważ pobierają one i gromadzą w biomasie składniki, które są dostępne w glebie. W ten sposób można zmniejszyć utratę składników mineralnych [Wilczewski 2007]. Gospodarstwa rolne, w których uprawiane są międzyplony ścierniskowe w ramach programów rolnośrodowiskowych mogą korzystać z dopłat, co powoduje zwiększenie udziału roślin regenerujących w strukturze zasiewów [Wojciechowski 2008]. Integrowana produkcja rolnicza jest kierunkiem rozwoju rolnictwa konwencjonalnego [Skrzypczak i Pudełko 2003]. Jednym z elementów agrotechnicznej metody regulacji zachwaszczenia w integrowanej produkcji rolniczej jest stosowanie międzyplonów [Brant i in. 2006]. Międzyplony ścierniskowe najczęściej powodują ograniczenie zachwaszczenia roślin uprawnych [Dworakowski 1998, Płaza i Ceglarek 2007, Wojciechowski 2009, Gawęda 2009a, Gawęda 2009b]. Woźniak [2005] uważa jednak, że przyorana masa wsiewki międzyplonowej dwukrotnie zwiększyła liczbę i powietrznie suchą masę chwastów występującą w monokulturze pszenicy w porównaniu z obiektem kontrolnym. Niektóre gatunki roślin międzyplonowych, a w szczególności z rodziny krzyżowych posiadają właściwości allelopatyczne, dzięki czemu mogą hamować kiełkowanie chwastów [Piechota 2011]. Celem pracy było określenie oddziaływania międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie owsa jarego i żyta ozimego. Badania zostały wykonane ze względu na brak jednoznacznych doniesień 344

345 Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego odnośnie wpływu uprawy międzyplonów ścierniskowych na liczbę chwastów w łanie roślin uprawnych. Materiał i metody Badania przeprowadzono w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym Swojec Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu w sezonie wegetacyjnym Eksperyment wykonano w oparciu o jednoczynnikowe doświadczenie polowe założone metoda losowanych bloków w trzech powtórzeniach. Czynnikiem badań był brak lub udział międzyplonu ścierniskowego w uprawie przedsiewnej żyta ozimego i owsa jarego: A1) bez międzyplonu ścierniskowego, A2) międzyplon z gorczycy białej, A3) międzyplon z mieszanki roślin strączkowych. Gorczycę białą w międzyplonie wysiano w ilości 20 kg ha -1, a mieszankę w składzie: groch pastewny (100 kg ha -1 ) + łubin żółty (100 kg ha -1 ). Badaniami objęte zostały dwa zboża - owies jary i żyto ozime, uprawiane w dwóch zmianowaniach: trójpolówce ziemniaka, owsa i żyta oraz w dwupolówce owsa i żyta. Międzyplony ścierniskowe uprawiane przed owsem jarym uprawiane były zgodnie z zasadami programu rolnośrodowiskowego, z wiosennym ich przyoraniem, natomiast przed żytem przyorane zostały jesienną orką siewną. Międzyplon ścierniskowy z gorczycy białej odmiana Rotha zasiano 16 sierpnia 2010 roku. Również 16 sierpnia wysiano międzyplon z mieszanki roślin strączkowych: łubin żółty odmiana Dukat oraz groch pastewny odmiana Roch. Żyto ozime odmiana Dańkowskie Złote zostało zasiane 11 października 2010 roku. Owies jary odmiana Rajtar zasiano w kwietniu 2011 roku. Doświadczenie z udziałem owsa jarego i żyta ozimego założono na madzie rzecznej właściwej, wytworzonej z piasku gliniastego lekkiego, podścielonego piaskiem luźnym, zaliczanej do kompleksu żytniego słabego, VI klasy bonitacyjnej. Zachwaszczenie w życie ozimym i owsie jarym zostało określone w fazie od pełni do końca kwitnienia (BBCH 65-69) metodą ilościowo- -wagową. W obydwu roślinach na powierzchni 1 m 2 została oceniona liczba chwastów i ich powietrznie sucha masa. Analizę statystyczną otrzymanych wyników przeprowadzono w programie AVA. 345

346 Martyna Szałata, Wiesław Wojciechowski, Anna Lehmann, Elżbieta Pytlarz, Adam Zych Wyniki Wykazano istotne różnice w liczbie chwastów w owsie jarym (tab. 1). Międzyplony ścierniskowe w zmianowaniu trójpolowym ziemniaka, owsa i żyta zmniejszyły zachwaszczenie w porównaniu do uprawy bez tego elementu zmianowania. Uprawa międzyplonu z gorczycy białej zredukowała liczbę chwastów o 85,0%, a z mieszanki roślin strączkowych o 89,0% w porównaniu do uprawy bez międzyplonu. W zmianowaniu dwupolowym różnice wyniosły odpowiednio: 26,3% i 22,9%. 346 Tab. 1. Zachwaszczenie owsa w fazie kwitnienia Obiekty Liczba chwastów [szt. m -2 ] Powietrznie sucha masa chwastów [g m -2 ] Ziemniak-owies-żyto 22,0 14,5 Ziemniak-owies-żyto+gorczyca biała 3,3 4,9 Ziemniak-owies-żyto+mieszanka roślin strączkowych 2,3 1,3 Owies-żyto 38,0 8,8 Owies-żyto+gorczyca biała 28,0 15,4 Owies-żyto+mieszanka roślin strączkowych 29,3 5,1 NIR 0,05 18,6 8,6 Zauważono korzystne ograniczające działanie międzyplonów ścierniskowych na powietrznie suchą masę chwastów. W trójpolówce (ziemniak-owies-żyto) przyoranie gorczycy spowodowało zmniejszenie powietrznie suchej masy chwastów o 66,2%, a mieszanki aż o 91,0% w porównaniu do uprawy bez międzyplonu. Różnice te były statystycznie istotne. Także w monokulturze zbożowej korzystniej na redukcję powietrznie suchej masy chwastów wpłynęła mieszanka strączkowa (o 42,0%), natomiast uprawa gorczycy nieznacznie ją zwiększyła. Nie wykazano istotnego wpływu międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie żyta ozimego (tab. 2). Zauważono, że w zmianowaniu ziemniak-owies-żyto większą redukcję zachwaszczenia w uprawie żyta spowodowało przyoranie gorczycy niż mieszanki strączkowej. Również w monokulturze zbożowej gorczyca ograniczyła liczbę chwastów o 65,6% w porównaniu do uprawy bez międzyplonu.

347 Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego Tab. 2. Zachwaszczenie żyta w fazie kwitnienia Obiekty Liczba chwastów [szt. m -2 ] Powietrznie sucha masa chwastów [g m -2 ] Ziemniak-owies-żyto 10,7 1,4 Ziemniak-owies-żyto+gorczyca biała 21,3 4,3 Ziemniak-owies-żyto+mieszanka roślin strączkowych 35,3 3,7 Owies-żyto 25,3 2,2 Owies-żyto+gorczyca biała 8,7 1,3 Owies-żyto+mieszanka roślin strączkowych 33,3 1,9 NIR 0,05 r.n r.n Objaśnienia: r.n. różnice nieistotne Uprawa międzyplonów ścierniskowych z gorczycy i mieszanki strączkowej nie wpłynęło istotnie na powietrznie suchą masę chwastów w życie ozimym. W trójpolówce masa chwastów po uprawie mieszanki strączkowej była mniejsza o 13,9% niż po międzyplonie z gorczycy białej. Z kolei w dwupolówce owsa i żyta, gorczyca ograniczyła suchą masę chwastów o 40,9%, a mieszanka o 14,6% w porównaniu do uprawy bez międzyplonu. Dyskusja W badaniach własnych udowodniono, że wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego zależy od gatunku rośliny międzyplonowej. W fazie kwitnienia w zmianowaniu trójpolowym większe oddziaływanie na zmniejszenie liczby chwastów miała mieszanka roślin strączkowych. Natomiast w zmianowaniu owsa i żyta lepsze wyniki dała gorczyca. Dworakowski [1998] wykazał zmniejszenie liczby chwastów po przyoraniu gorczycy o około 20%. Gawęda [2010] zaobserwowała, że najgorzej na ograniczenie zachwaszczenia wpływa przyoranie roślin strączkowych. Badania własne zaprzeczają temu pokazując, że przyoranie tych roślin ograniczyło zachwaszczenie. Powietrznie sucha masa chwastów w owsie, niezależnie od zmianowania, w którym uczestniczył, została zredukowana 347

348 Martyna Szałata, Wiesław Wojciechowski, Anna Lehmann, Elżbieta Pytlarz, Adam Zych poprzez uprawę mieszanki roślin strączkowych, natomiast gorczyca nie zawsze dawała jednoznaczne wyniki. Jednak Gawęda [2010] stwierdziła, że przyoranie gorczycy białej zmniejsza masę chwastów. Nie wykazano istotnych zmian w zachwaszczeniu żyta w fazie kwitnienia po przyoraniu międzyplonu z roślin strączkowych. Zauważono natomiast wyraźne zmniejszenie liczby chwastów po przyoraniu gorczycy białej, co uwidoczniło się szczególnie w monokulturze zbożowej owsa i żyta. Biorąc pod uwagę powietrznie suchą masę chwastów odnotowano, że przyoranie międzyplonów korzystniej działało w zmianowaniu dwupolowym owsa i żyta niż trójpolowym ziemniaka, owsa i żyta. Kwiatkowski [2004] wykazał, że przyoranie międzyplonów powoduje zawsze ograniczenie zachwaszczenia, a gorczyca w większym stopniu zmniejsza liczbę chwastów niż mieszanka roślin strączkowych. Oba międzyplony w badaniach tego autora redukowały masę chwastów. Również Wojciechowski i Parylak [2004] udowodnili w badaniach, że gorczyca biała uprawiana w międzyplonie ścierniskowym spowodowała ograniczyła zachwaszczenia żyta ozimego. Wnioski Gatunek rośliny międzyplonowej i następstwo roślin w zmianowaniu różnicowało zachwaszczenie łanu żyta i owsa. Najwyższe ograniczenie zachwaszczenia w owsie w fazie kwitnienia uzyskano w zmianowaniu trójpolowym, po przyoraniu zarówno międzyplonu z gorczycy białej, jak i z mieszanki strączkowej. Zachwaszczenie żyta w fazie kwitnienia w uprawie dwupolowej było mniejsze po przyoraniu gorczycy białej niż mieszanki strączkowej i bez międzyplonu. W zmianowaniu dwupolowym gorczyca biała ograniczyła masę chwastów o 40,9%, a mieszanka o 14,6%. Bibliografia Brant V., Neckář K., Fuksa P., Pivec J., Venclová V Entwicklung der Verunkrautung in verschiedenen Beständen von Sommerzwischenfrüchten. Journal of Plant Diseases and Protection, 20: Dworakowski T Działanie międzyplonu ścierniskowego w ogniwie 348

349 Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie łanu owsa jarego i żyta ozimego zmianowania zboża ozime zboża jare. Fragm. Agron., 15 (3): Gawęda D. 2009a. Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie jęczmienia jarego uprawianego w monokulturze. Fragm. Agron., 26 (1): Gawęda D. 2009b. Wpływ międzyplonów ścierniskowych na zachwaszczenie pszenicy jarej uprawianej w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 64 (3): Gawęda D Zachwaszczenie owsa uprawianego w monokulturze w zależności od międzyplonów ścierniskowych. Ann. UMCS, Sect. EE, 65 (4): Kwiatkowski C Wpływ międzyplonu na plonowanie i zachwaszczenie jęczmienia jarego uprawianego w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 59 (2): Piechota T Wpływ międzyplonu na zachwaszczenie kukurydzy w różnych systemach uprawy roli. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin, 51 (1): Płaza A., Ceglarek F Rola międzyplonów w regulacji zachwaszczenia pszenżyta ozimego uprawianego w drugim roku po ich zastosowaniu. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin, 47 (3): Skrzypczak G., Pudełko J Chwasty i ich zwalczanie aspekty integrowanej ochrony roślin i zrównoważonego rolnictwa. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 490: Wilczewski E Wartość wybranych roślin motylkowatych uprawianych w międzyplonie ścierniskowym na glebie lekkiej. Cz. II. Skład chemiczny i akumulacja makroskładników. Acta Sci. Pol., Agric., 6 (1): Wojciechowski W Następczy wpływ międzyplonów ścierniskowych na zdrowotność pszenicy uprawianej w krótkotrwałej monokulturze. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin, 48 (1): Wojciechowski W Znaczenie międzyplonów ścierniskowych w optymalizacji nawożenia azotem jakościowej pszenicy jarej. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, ss Wojciechowski W., Parylak D Znaczenie międzyplonów w regulowaniu zachwaszczenia żyta ozimego w płodozmianach specjalistycznych. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin, 44 (2): Woźniak A Wpływ wsiewek międzyplonowych i nawożenia organicznego na plon i zachwaszczenie pszenicy jarej uprawianej w monokulturze. Ann. UMCS, Sect. E, 60,

350 Martyna Szałata, Wiesław Wojciechowski, Anna Lehmann, Elżbieta Pytlarz, Adam Zych Adres do korespondencji: Mgr inż. Martyna Szałata, dr hab. inż. Wiesław Wojciechowski, mgr inż. Anna Lehmann, mgr inż. Elżbieta Pytlarz, mgr inż. Adam Zych Katedra Kształtowania Agroekosystemów i Terenów Zieleni Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu martyna.szalata@up.wroc.pl Opiekunowie naukowi: dr hab. Wiesław Wojciechowski, prof. dr hab. Danuta Parylak, prof. dr hab. Lesław Zimny 350

351 Paulina Topolińska Magdalena Haak Joanna Marć-Pieńkowska EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN WPŁYW DAWEK NAWOZÓW AZOTOWYCH NA WYDAJNOŚĆ POKOSU ŁĄKOWEGO ORAZ PRODUKCJĘ BIOGAZU EFFECT OF NITROGEN FERTILIZER OF DOSES ON YIELD SWATH MEADOW AND BIOGAS PRODUCTION Abstrakt. Biogaz składa się z mieszaniny różnych gazów, wśród których głównym składnikiem jest metan (CH 4 ) i dwutlenek węgla (CO 2 ). Do produkcji biogazu można wykorzystać biomasę różnego pochodzenia np. odpady komunalne, gnojowicę, obornik oraz biomasę z celowo zakładanych upraw polowych. Podstawowym kryterium doboru roślin jest wydajność suchej masy z jednostki powierzchni, zawartość łatwo fermentujących składników, łatwość magazynowania po zbiorze oraz stosunek C/N. W wyniku mikrobiologicznego rozkładu materii organicznej, azot uwalnia się w postaci amonowej (NH 4+ ) oraz azotanowej (NO 3- ) i staje się dostępny dla roślin, jako nawóz. Przede wszystkim, ważne jest, aby stosować nawóz pod najbardziej odpowiednie dla danego typu uprawy w optymalnym terminie. Celem doświadczenia było zbadanie wpływu nawożenia azotem na plonowanie mieszanki traw: kostrzewy łąkowej (Festuca pratensis Huds), wiechliny łąkowej (Poa pratensis L) i lucerny (Medicago L) oraz określenie ich przydatności do produkcji biogazu. Słowa klucze: biogaz, nawożenie azotowe, efektywność biogazu, mieszanki traw Summary. Biogas comprises of a mixture of different gases, of which the main constituent is methane (CH 4 ) and carbon dioxide (CO 2 ). For the production of biogas can be used biomass of various origins such as municipal waste, slurry, manure and biomass of deliberately assumed field crops. The primary criterion for the selection of plant dry matter is the performance per unit area, the contents of easily fermentable ingredients and C / N ratio. As a result of the microbiological decomposition of organic matter, nitrogen is released in the form of ammonium (NH 4+ ) and nitrate (NO 3- ) and becomes available to plants as a fertilizer. First of all it is important to use the most suitable fertilizer for the type of fertilizer for growing them in the optimal 351

352 Paulina Topolińska, Magdalena Haak, Joanna Marć-Pieńkowska time. The aim of the experiment was to investigate the effect of nitrogen fertilization on the yield of grasses: fescue (Festuca pratensis Huds), Kentucky bluegrass (Poa pratensis L) and lucerne (Medicago L) and to determine their susceptibility to the production of biogas. Key words: biogas, nitrogen fertilizers, efficiency of biogas, swath of meadow Wstęp Odnawialne źródła energii są jednym z elementów europejskiego planu ograniczania niekorzystnych zmian klimatu i mają przyczynić się do wzrostu gospodarczego, zwiększenia zatrudnienia oraz zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego. Produkcja biogazu postrzegana jest jako jedno z istotniejszych źródeł energii odnawialnej, które dodatkowo dostarcza korzyści środowiskowe i może zwiększyć dochody rolników [Oslaj i in. 2010]. W warunkach Polski rozwój biogazowni rolniczych został zarysowany w dokumencie pt. Kierunki rozwoju biogazowi rolniczych w Polsce w latach [Ministerstwo Gospodarki 2010]. W rolnictwie polskim stosunkowo łatwo można znaleźć produkty (pochodzące z zamierzonej działalności lub te będące pozostałościami po produkcji rolniczej lub leśnej), które mogą być wykorzystane, jako odnawialne źródła energii, w szczególności do produkcji biogazu [Głaszczka i in. 2010]. Celem doświadczenia było zbadanie wpływu nawożenia azotem na plonowanie mieszanki traw: kostrzewy łąkowej (Festuca pratensis Huds), wiechliny łąkowej (Poa pratensis L) i lucerny (Medicago L) oraz określenie ich przydatności do produkcji biogazu. Materiały i metody Doświadczenia polowe: materiał roślinny wykorzystywany do przygotowania kiszonek pozyskano z doświadczenia polowego zlokalizowanego na terenie Ogrodu Botanicznego w Bydgoszczy (53º12 N, 18º01 E) założonego na glebie lekkiej w układzie podbloków losowanych split-plot w 4 powtórzeniach. Doświadczenie wykonano w latach z uwzględnieniem warunków pogodowych (tab. 1). Tab. 1. Charakterystyka warunków klimatycznych występujących podczas prowadzenia doświadczenia 352

353 Wpływ dawek nawozów azotowych na wydajność pokosu łąkowego oraz produkcję biogazu Rok Miesiące III IV V VI VII VIII IX III-IX Opady (mm) Suma Średnia Temperatura (ºC) , ,6 21, ,5 16,7 18,5 17,8 20,8 14, Źródło: wyniki własne. W schemacie doświadczenia czynnikiem był poziom nawożenia azotem (kg ha -1 ): N 0-0; N 1-50; N 2-100; N 3-150, N Doświadczenie założono na poletkach o wymiarach 20m 2. Zawartość przyswajalnego fosforu w glebie wynosiła 14, 9 mg ; potasu 15, 1 mg ; magnezu 2, 5 mg na 100 g gleby. Zawartość próchnicy w glebie wynosiła 1, 6%, a ph 5,6. Stosowano nawożenie mineralne 80 kg ha -1 fosforu i 100 kg ha -1 potasu. Siew nasion w ilości 30 kg/ ha wykonano 5 i 12 maja. Istotne różnice wpływu nawożenia azotem na obserwowane cechy oceniano za pomocą analizy wariancji, wyznaczając półprzedziały ufności testem NIR na poziomie istotności α = 0,05. Analizy statystyczne zostały wykonane z użyciem programu Statistica 10. W badaniach do analizy biogazodochodowości wykorzystano, jako substrat kiszonki z traw z 2012 roku, których skład był następujący: kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis Huds), wiechlina łąkowa (Poa pratensis L.) oraz lucerna (Medicago L.). Inokulum stanowił osad pofermentacyjny pochodzący z Biogazowni Rypin Sp. z o.o. W oparciu o wyniki ze wstępnych badań kiszonek pod kątem suchej masy, suchej masy organicznej i zawartości pierwiastków: węgla (C) i azotu (N) dobierano początkowe obciążenie fermentora (tab. 2). Na początku fermentacji zawartość bioreaktora, analizowano pod kątem: suchej masy, suchej masy organicznej, wg PN-75 C-04616/01. Do badań, jako inokulum zastosowano przegłodzony i nieprzystosowany osad beztlenowy otrzymany z pracującego w systemie quasi-ciągłym bioreaktora o pojemności 100 dm 3. Podstawą metodyczną była niemiecka norma DIN S8. Odważoną porcję kiszonki (100g) wraz z osadem beztlenowym umieszczano w szczelnie zamkniętym naczyniu fermentacyjnym o pojemności roboczej 1 dm 3. Całkowita 353

354 Paulina Topolińska, Magdalena Haak, Joanna Marć-Pieńkowska Tab. 2. Właściwości fizykochemiczne kiszonek z doświadczenia polowego w Bydgoszczy Substrat s.m. (%) s.m.o-.(%s.m.) C:N N (% s.m.) C (% s.m.) Kiszonka z traw bez nawozu Kiszonka z traw 50N Kiszonka z traw 100N Kiszonka z traw 150N Kiszonka z traw 200N Źródło: wyniki własne. 16,80 82,3 30,75 1,33 45,12 19,38 83,4 31,2 1,35 45,22 21,42 84,6 33,4 1,44 44,90 32,30 87,8 33,7 1,58 45,25 37,21 89,9 38,4 1,67 45,82 pojemność pojedynczego reaktora, których łącznie wykonano 10, wynosiła 900ml. Następnie fermentory umieszczano w łaźni wodnej z termostatem utrzymującym temperaturę 36,5 C. Aparatura laboratoryjna do określania właściwości wytwarzanego gazu w procesie fermentacji mokrej składa się z rurki eudiometrycznej o objętości 1200 ml, stopniowanej od góry do dołu (podziałka 5 ml). Rurka eudiometryczna postawiona jest na butelkę o pojemności 1000 ml. Z dna rurki eudiometrycznej wychodzi rurka łącząca butelkę z rurką eudiometryczną. Płyn znajdujący się w eudiometrze jest z niego wypychany, aby zrównoważyć różnicę ciśnień na skutek zwiększenia się objętości gazu w całym układzie pomiarowym- co pozwala na pomiar jego objętości. Pomiaru objętości biogazu mierzono, co 24 h i odczytywano jego poziom na eudiometrze. Okresowo analizowano skład biogazu przy użyciu analizatora składu biogazu Multi-tec 450. Proces fermentacji beztlenowej prowadzony był przez 21 dni do momentu, w którym nie stwierdzano istotnych przyrostów objętości biogazu. Wyniki i dyskusja W strefie klimatu umiarkowanego, temperatura powietrza i opady są tymi czynnikami pogody, które wykazują duże zróżnicowanie 354

355 Wpływ dawek nawozów azotowych na wydajność pokosu łąkowego oraz produkcję biogazu pomiędzy latami prowadzenia obserwacji [Bac i in. 1993]. Według [Sosnowskiego i Jankowskiego 2010], wysokość plonu runi łąkowej zależy nie tylko od ilości składników dostarczanych w nawozach, ale również od przebiegu warunków atmosferycznych. W tab. 3 przedstawiono porównanie zdolności produkcyjnej traw łąkowych w zależności od warunków klimatycznych w latach Tab. 3. Porównanie produktywności traw w zależności od warunków klimatycznych w latach Substrat Rok Średnia Plon zielonej masy [dt ha -1 ] 76,5** 46,6** 61,6 trawy: kostrzewa Plon suchej masy [t ha łąkowa, wiechlina -1 ] 28,6** 17,8** 23,2 łąkowa, lucerna Udział suchej masy % 37,4* 32,1 * 34,7 Plon kiszonki [t ha -1 ] 1 57,4** 35,0** 46,2 Źródło: wyniki własne. *wartości nie różnią się istotnie na poziomie p<0,05 **wartości różnią się istotnie na poziomie p<0,05 1 plon kiszonki określany w oparciu o normatywy (plon zielonki 0,75) Uzyskane wyniki wskazują, że plonowanie łąk w zasadniczy sposób uzależnione jest od przebiegu warunków atmosferycznych, w tym głównie ilości i rozkładu opadów. W 2012 roku odnotowano wyższą sumę opadów niż w 2013 r., a ich korzystny rozkład spowodował, że plon zielonej masy był istotnie statystycznie wyższy niż w 2013 roku. Znacznym zróżnicowaniem cechuje się również plon suchej masy. Istotnie większe plony suchej masy traw zaobserwowano w 2012 roku niż w 2013 roku. Wielkość zebranych plonów okazała się w większym stopniu zbieżna z sumą opadów obserwowanych miesiącach maj i czerwiec. Istotnie większy plon kiszonki z traw odnotowano w roku 2012, który wynosił 57, 4 t ha -1. Natomiast plon kiszonki w 2013 roku kształtował się na poziomie 35 t ha -1.W badaniach nad reakcją użytków zielonych na warunki pogodowe często stwierdza się silniejszy wpływ opadów na wzrost i plonowanie roślin niż temperatury [Chmura i in. 2009]. Zmienność warunków pogodowych znalazła odzwierciedlenie w plonowaniu badanych gatunków traw jak i w skutkach nawożenia azotem [Jankowski i Nowak 2001]. Plon świeżej masy zielonki z traw w zależności od poziomu nawożenia wahał się od 80 do 226 dt ha -1. (Rys. 1). Analiza statystyczna otrzymanych rezultatów badań wykazała (F = 0,29; p = 0,91), że naj- 355

356 Paulina Topolińska, Magdalena Haak, Joanna Marć-Pieńkowska Źródło: wyniki własne. Rys. 1. Zmiany plonu świeżej masy badanych gatunków roślin w zależności od poziomu nawożenia. większy plon świeżej masy traw uzyskano w warunkach nawożenia azotem na poziomie 200 kg ha -1.Uzyskane wyniki wykazały, że zwiększenie dawki nawożenia azotem z 50 do 100 kg ha -1 nie miało istotnego wpływu na plonowanie traw, co potwierdziła wykonana analiza statystyczna. Plony świeżej masy gatunku trawy mozgi trzcinowatej, uprawianej na glebie V kompleksu przydatności rolniczej, przedstawione przez [Księżaka i Fabera 2007], były zbliżone do uzyskanych w badaniach własnych i wynosiły średnio 146 dt/ha. O wykorzystaniu traw do produkcji biogazu decyduje jednostkowa wydajności metanu oraz plon biomasy. Jak podają Lemmer i Oechsner [2001], w odniesieniu do 1 kg suchej masy, produkcja metanu z biomasy pochodzącej ze zbiorowisk trawiastych zlokalizowanych na obszarach chronionego krajobrazu wynosi 0,08 m 3, z kiszonki z runi łąkowej w warunkach ekstensywnego użytkowania 0,22 m 3, runi trawnikowej 0,26 m 3, kiszonki z kukurydzy 0,30 m 3, a kiszonki z traw w uprawie polowej 0,39 m 3. Wyniki badań wskazują, że do produkcji biogazu najlepiej nadaje się ruń z intensywnie użytkowanych czterokośnych łąk oraz zasiewów traw na gruntach ornych [Benke 2006; Gröblinghoff i Lütke Entrup 2006; Gröblinghoff i in. 2007]. W tab. 4 zestawiono uzyskane wyniki dotyczące wydajności oraz efektywności biogazu dla traw o różnym stopniu nawożenia. 356

357 Wpływ dawek nawozów azotowych na wydajność pokosu łąkowego oraz produkcję biogazu Tab. 4. Wydajność i efektywność produkcji biogazu dla traw o różnym stopniu nawożenia Substrat Biogaz [dm 3 ] Wydajność biogazu [Nm 3 ] ha -1 Wydajność metanu [Nm 3 ] ha -1 Efektywność metanu [N/m 3 ] ha -1 /kgn Kiszonka z traw 50N 1, ,8 725,9 14,51 Kiszonka z traw 100N 2, ,4 915,2 9,14 Kiszonka z traw 150N 2,3 2251,7 1352,1 9,14 Kiszonka z traw 200N 3,1 3035,1 1608,6 8,04 Źródło: wyniki własne. Znacznym zróżnicowaniem cechuje się produktywność metanu. Wydajność metanu dla dawki 50 N azotu kształtowała się na poziomie 725,9 [N-m 3 ] ha -1, natomiast dla dawki 200 N wynosiła 1608,6 9 [N-m 3 ] ha -1. Według [Gröblingoffa i in.2007] produkcja metanu z ha była większa niż w badaniach własnych i wynosiła 3000 [N-m 3 ] ha -1.Zgodnie z oczekiwaniami zwiększone nawożenie azotem z 50 do 200 kg ha -1 przyczyniło się do wzrostu plonowania. Zależności te nie potwierdziły się jednak w odniesieniu do efektywności metanu. Okazało się, że zbiór pokosu łąkowego w optymalnym terminie zwiększył produkcję biogazu, natomiast wzrost dawki azotu był istotnym czynnikiem zmniejszającym jego efektywność (tab. 4).Na tej podstawie można stwierdzić, że efektywną produkcję metanu z użytków zielonych można uzyskać w warunkach niskich dawek nawożenia azotem. Największą efektywnością metanu cechowała się kiszonka z traw nawożona azotem w dawce 50 kg ha -1 i wynosiła 14,51 [N-m 3 ] ha -1 / kg N (tab.4). Najmniejszą efektywnością metanu na poziomie 8,04 51 [N-m 3 ] ha -1 /kg N cechował się substrat nawożony największa dawką (200 kg ha -1 ) azotu. Podobne wyniki uzyskano przy nawożeniu azotem zarówno w dawce 100 jak i 150 kg ha -1. Efektywność metanu stanowiła średnio 9,14 [N-m 3 ] ha -1 /kg N na 1kg azotu (tab.4). W badaniach Kacprzak i in. [2012] najmniejszą efektywnością metanu odznaczała się również kiszonka z traw -mozgi trzcinowatej, nawożona azotem w dawce 120 kg ha

358 Wnioski Paulina Topolińska, Magdalena Haak, Joanna Marć-Pieńkowska Większy plon świeżej i suchej masy pokosu łąkowego wynoszący odpowiednio 76, 6 dt ha -1 i 28,6 t ha -1 uzyskano w 2012 roku niż w kolejnych latach. Uzyskane rezultaty badań wskazują, że w warunkach gleb lekkich, czynnikiem decydującym o możliwości efektywnego wykorzystania traw określonego gatunku do celów energetycznych, będzie układ warunków pogodowych, które w istotnym stopniu wpływają na poziom plonowania traw. Największy plon świeżej masy traw stanowiący odpowiednio 226 dt ha -1 otrzymano w warunkach nawożenia azotem w dawce 200 kg N ha -1. Pomimo tego, że produktywność metanu zwiększała się wraz z dawką nawożenia azotowego i wynosiła od 725,9 do 1608,6, [N-m 3 ] ha -1 /kg N nie odnotowano zwiększenia efektywności metanu wraz ze wzrostem dawki azotu. Zanotowano tendencję do zmniejszenia efektywności metanu z kiszonki z traw pod wpływem zwiększenia nawożenia azotem z do 8,04 [N-m 3 ] ha -1 /kg N gdy dawka azotu wynosiła 200 kg N ha -1.Efektywniejszą produkcję metanu z ha kiszonek z traw zapewniło nawożenie najmniejszą dawką azotu 50 kg N ha -1 niż nawożenie dawką 200 kg N ha -1. Bibliografia Bac S. Koźmiński C. Rojek M Agrometeorologia. PWN. Warszawa. Benke M Erste Ergebnisse zum Anbau von Ackerfuttergräsern zur Biogaserzeugung.GFP Workshop Futterpflanzen Perspektiven für die energetische Nutzung,Freising, Chmura K. Chylińska E. Dmowski Z. Nowak L Rola czynnika wodnego w kształtowaniu plonu wybranych roślin polowych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. PAN Kraków, 9: Głaszczka A. Wardal W. J.Romaniuk W. Domasiewicz T Biogazownie rolnicze. Wydawnictwo. Multico. Warszawa. Gröblinghoff F.F. Lütke Entrup N Gräser in Biogasanlagen erste Ergebnisse aus Nordrhein Westfalen. GFP Workshop Futterpflanzen Perspektiven für die energetische Nutzung, Freising, bayern.de/ipz/gruenland/ Gröblinghoff F.F Lütke Entrup N.Berendonik C. Clemens J Biogaserzeugung mit kurzlebigen und ausdauernden Gräsern. Mitteilungen der AGGF, 8:

359 Wpływ dawek nawozów azotowych na wydajność pokosu łąkowego oraz produkcję biogazu Jankowski K. Nowak M Wpływ zróżnicowanych dawek azotu stosowanych dolistnie i doglebowo na wysokość plonowania łąki oraz zawartość składników organicznych. Pamiętniki Puławskie, 125: Kacsprzak A. Mtyka M. Krzystek L.Ledakowicz S Evaulation of biogas colletion from reed canary Grass, depening on nitrogen fertilization levels.chemical and Process Enginering, 33: Księżak J. Faber A Ocena możliwości pozyskania biomasy z mozgi trzcinowatej na cele energetyczne. Łąkarstwo w Polsce,10: Lemmer A. Oechsner H Einsatz von Mähgut landwirtschaftlich nach genutzten Flächen als Kosubstrat in landwirtschaftlichen Biogasanlagen. Tagungsband zur 5. Internationalen Tagung Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung, Hohenheim, Ministerstwo Gospodarki Kierunki rozwoju biogazowni rolniczych w Polsce w latach Warszawa. Oslaj M. Mursec B. Vindis P Biogas production from maize hybrids. Biomass and Bioenergy, 34: Sosnowski J. Jankowski K Wpływ użyźniacza glebowego na skład florystyczny i plonowanie mieszanek Festololium braunii z koniczyną łąkową i lucerną mieszańcową. Wydawnictwo Łąkarstwo Polskie, 13: Adres do korespondencji: mgr inż. Paulina Topolińska Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt Zakład Żywienia Zwierząt i Gospodarki Paszowej Uniwersytet Technologiczny Przyrodniczy w Bydgoszczy ul. Mazowiecka 28, Bydgoszcz topolinskap@wp.pl Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Jan Mikołajczak 359

360 360

361 Karolina Trzyniec Karolina Wietnik Maria Szczuka Andrzej Ochrem EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ROZMIESZCZENIE I OZNAKOWANIE URZĄDZEŃ SYGNALIZACYJNYCH I STEROWNICZYCH NA CIĄGNIKACH ROLNICZYCH, A ZALECENIA NORM EUROPEJSKICH THE LOCATION AND MARKING THE SIGNALING AND CONTROL DEVICES OF FARM TRACTORS IN RELATION TO EUROPEAN STANDARDS Streszczenie. Artykuł prezentuje problem niedostosowania rozmieszczenia i oznakowania urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych na ciągnikach rolniczych, do zaleceń zawartych w normach europejskich. Analizę przeprowadzono na przykładach urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych czterech ciągników rolniczych marki Massey Ferguson, wykorzystując treści zawarte w dostępnych normach europejskich: PN-EN 894-1:1997, PN-EN A1:2010P, PN-EN :2006P, PN-EN ISO :2008E, PN-EN ISO 12100:2012P. Normy te, w różnym stopniu, definiują zasady ergonomicznego projektowania funkcji i symboli stosowanych na urządzeniach. Takie projektowanie pozwala zmniejszyć ryzyko popełnienia błędu przez operatora. Słowa kluczowe: ciągnik rolniczy, urządzenia sygnalizacyjne i sterownicze Abstract. The article presents the unadjustedness problem of location and marking the signaling and control devices of farm tractors to the recommendations contained in the European Standards. The analysis was performed on the examples of the signaling and control devices of four farm tractors (produced by Massey Ferguson). There were used rules contained in the available european standard: PN-EN 894-1:1997, PN-EN A1:2010P, PN-EN :2006P, PN-EN ISO :2008E, PN-EN ISO 12100:2012P. This standards, in different extend, define the rules of function or symbol ergonomic designing. This ergonomic designing allows to decrease the risk of operator s mistake. Key words: farm tractors, signaling and control devices 361

362 Karolina Trzyniec, Karolina Wietnik, Maria Szczuka, Andrzej Ochrem Wstęp Sterowanie wszystkich nowoczesnych ciągników rolniczych opiera się na sprawnej obsłudze urządzeń sterujących i przyrządów kontrolnych (w tym także komputerów pokładowych) wchodzących w skład kabiny pojazdu. Aby obsługa ta przebiegała sprawnie i bezbłędnie, niezbędne jest zaprojektowanie wyglądu i rozmieszczenia wszystkich urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych zgodnie z kryteriami projektowania ergonomicznego. Ergonomicznie zaprojektowane systemy pracy zwiększają bezpieczeństwo, polepszają warunki pracy ludzi oraz przeciwdziałają niekorzystnym wpływom na ich zdrowie [PN-EN A1: 2009E]. Ponad to prawidłowo zaprojektowane stanowisko robocze (za które uznać można również kabinę ciągnika rolniczego) pozwala na szybką i intuicyjną obsługę, dzięki której zmniejsza się prawdopodobieństwo wystąpienia u operatora nadmiernego wysiłku psychicznego, spowodowanego nadmiarem informacji lub stopniem ich zmienności i złożoności. Aby ułatwić prawidłowe projektowanie urządzeń, maszyn i pojazdów, opracowano normy europejskie, dotyczące głównie jednorodności w projektowaniu i stosowaniu symboli graficznych, jednoznaczności w rozumieniu informacji przekazywanych operatorowi przez urządzenia sygnalizacyjne oraz uwzględniania stereotypów obsługi podobnych urządzeń, jakie wykształciły się podczas długotrwałej pracy [Trzyniec i in. 2014]. Celem artykułu była analiza losowo wybranych przykładów symboli stosowanych w kokpitach ciągników rolniczych marki Massey Ferguson oraz skonfrontowanie ich z zaleceniami zawartymi w normach europejskich. Materiał i metody Do analizy wybrano przykłady symboli zastosowanych w kokpitach sterowniczych następujących ciągników rolniczych: -Massey Ferguson serii 4400 (dotyczy modeli ) -Massey Ferguson serii 5400 Dyna-4 (dotyczy modeli Dyna-4) -Massey Ferguson serii 6400 (dotyczy modeli Dyna-6) -Massey Ferguson serii 8400 (dotyczy modeli ). 362

363 Rozmieszczenie i oznakowanie urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych... Poszczególne modele wybranych serii różnią się przede wszystkim mocami maksymalnymi. Wszystkie dane pozyskane zostały z instrukcji obsługi wybranych ciągników rolniczych. Zakres pracy obejmował analizę następujących norm europejskich: - PN-EN 894-1:1997 Bezpieczeństwo maszyn -- Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania wskaźników i elementów sterowniczych -- Część 1: Ogólne zasady interakcji między człowiekiem a wskaźnikami i elementami sterowniczymi - PN-EN :2006P Podstawowe zasady dotyczące symboli graficznych stosowanych na urządzeniach -- Część 1: Opracowywanie oryginałów symboli - PN-EN ISO :2008E Ergonomia interakcji człowieka i systemu -- Część 171: Wytyczne dotyczące przystępności oprogramowania - PN-EN A1:2010P Bezpieczeństwo maszyn -- Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania wskaźników i elementów sterowniczych -- Część 2: Wskaźniki - PN-EN ISO 12100:2012P Bezpieczeństwo maszyn -- Ogólne zasady projektowania -- Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka. Wyniki i dyskusja Przeanalizowano wybrane symbole sygnalizujące poszczególne funkcje ciągnika. Poniżej zaprezentowano przykłady niedostosowania oznaczeń tych funkcji do zaleceń zawartych w normach europejskich. Rycina pierwsza przedstawia sposób sygnalizowania awarii w ciągnikach Massey Ferguson serii 4400 i Oznaczenia użyte na lampkach kontrolnych znacząco się różnią, nie są spójne i jednoznaczne. Nie uwzględniają również stereotypu obsługi wypracowanego u operatora jednej z tych maszyn, tak więc przeczą zaleceniom norm PN-EN 894-1:1997 oraz PN-EN :2006P. Kontrolka oznaczona na rycinie drugiej numerem 3 odpowiada za sygnalizację niedrożności filtra olejowego wysokiego ciśnienia w ciągniku Massey Ferguson serii W jednej z poprzednich serii tego ciągnika 6400, zastosowano to samo oznaczenie na kontrol- 363

364 Karolina Trzyniec, Karolina Wietnik, Maria Szczuka, Andrzej Ochrem [źródło: opracowanie własne, na podstawie instrukcji obsługi] Ryc.1. Różne rodzaje oznaczeń lampek kontrolnych odpowiadających za sygnalizację awarii [źródło: opracowanie własne, na podstawie instrukcji obsługi] Ryc.2. Różnice w zastosowaniu oznaczenia jednej z lampek kontrolnych w dwóch różnych modelach ciągników rolniczych 364

365 Rozmieszczenie i oznakowanie urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych... ce, która nie jest w tym ciągniku używana. Zgodnie z normą PN-EN ISO 12100:2012P, opracowanej na podstawie norm: PN-EN 614-1, PN-EN 13861, IEC , wszystkie oznaczenia powinny być nie tylko łatwo zauważalne, ale również jednoznaczne i umożliwiające współdziałanie między operatorem i maszyną. W sytuacji, w której zamontowana kontrolka nie ma żadnego zastosowania, powinno się unikać stosowania na niej jakichkolwiek symboli, w celu ograniczenia możliwości powstawania błędów sterowniczych. [źródło: opracowanie własne, na podstawie instrukcji obsługi] Ryc.3. Fragment kokpitu sterowniczego odpowiedzialnego za ruch pojazdu Przycisk oznaczony numerem 12 (ryc. 3) odpowiada za regulację jazdy. Jednak skrót literowy zastosowany na przycisku ESC, kojarzony jest jednoznacznie z procedurą wyjścia z danej funkcji (na wielu różnych urządzeniach). Zastosowanie takiego oznaczenia przeczy zaleceniom Normy PN-EN ISO :2008E o projektowaniu symboli i oznaczeń jednoznacznie zrozumiałych dla operatorów. Podsumowanie i wnioski Nowoczesne ciągniki rolnicze powinny być obsługiwane z zapewnieniem bezpieczeństwa oraz wyeliminowaniem możliwości strat czasu [PN-EN ISO 12100:2012P]. Możliwe jest to tylko i wyłącznie wówczas, gdy obsługa różnych pojazdów i maszyn rolniczych umożliwiać będzie postępowanie operatora zgodne z wyuczonymi przez niego 365

366 Karolina Trzyniec, Karolina Wietnik, Maria Szczuka, Andrzej Ochrem stereotypami [Juliszewski i in. 2012]. W przeciwnym razie, operator narażony będzie na zmęczenie psychiczne objawiające się wyczerpaniem zasobów energetycznych, zaburzeniami czynności percepcyjnych czy zmniejszeniem koncentracji uwagi, a w konsekwencji prowadzące do spadku jego (tj. operatora) zdolności do pracy [Wykowska 2009]. Analiza rozmieszczenia urządzeń sterowniczych wykazała zgodność z Normą PN-EN A1:2010P większość istotnych urządzeń znajduje się w zakresie widzenia dokładnego [Wykowska 1994]. Jednak wykazane w artykule różnice w oznaczeniach, a co za tym idzie, w procedurach obsługi urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych w ciągnikach rolniczych tego samego producenta powodują problem niekompatybilności (umowne kody przekazu informacji są różne) w układzie człowiek - urządzenie techniczne. Niekompatybilność tego układu powoduje problem wydłużania się czasu obsługi oraz zwiększenia liczby popełnianych błędów. Zaleca się zatem stosowanie wskazówek i instrukcji zawartych w normach europejskich, w projektowaniu wszystkich składowych urządzeń wchodzących w skład kabiny każdego ciągnika rolniczego. Bibliografia: Juliszewski T., Kiełbasa P., Trzyniec K Procedury obsługi urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych wybranych maszyn rolniczych. Inżynieria Rolnicza. Nr 4 (139). s PN-EN 894-1:1997. Bezpieczeństwo maszyn -- Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania wskaźników i elementów sterowniczych -- Część 1: Ogólne zasady interakcji między człowiekiem a wskaźnikami i elementami sterowniczymi. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN :2006P. Podstawowe zasady dotyczące symboli graficznych stosowanych na urządzeniach -- Część 1: Opracowywanie oryginałów symboli. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN ISO :2008E. Ergonomia interakcji człowieka i systemu -- Część 171: Wytyczne dotyczące przystępności oprogramowania. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN A1: 2009E. Bezpieczeństwo maszyn -- Ergonomiczne zasady projektowania -- Część 1: Terminologia i wytyczne ogólne. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN A1:2010P. Bezpieczeństwo maszyn -- Ergonomiczne zasady 366

367 Rozmieszczenie i oznakowanie urządzeń sygnalizacyjnych i sterowniczych... projektowania -- Część 2: Interakcje między projektowaniem maszyn a zadaniami roboczymi. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN A1:2010P. Bezpieczeństwo maszyn -- Wymagania ergonomiczne dotyczące projektowania wskaźników i elementów sterowniczych -- Część 2: Wskaźniki. Polski Komitet Normalizacyjny PN-EN ISO 12100:2012P. Bezpieczeństwo maszyn -- Ogólne zasady projektowania -- Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka. Polski Komitet Normalizacyjny Wykowska M Ergonomia. Wydawnictwa AGH. Kraków. s Wykowska M Ergonomia jako nauka stosowana. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne. Kraków. s Trzyniec K., Juliszewski T., Kowalewski A Symbols of encoding information on signaling and control devices of tractors and agricultural machinery. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering. przyjęte do druku 367

368 Karolina Trzyniec, Karolina Wietnik, Maria Szczuka, Andrzej Ochrem Adres do korespondencji: Karolina Trzyniec Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Instytut Eksploatacji Maszyn, Ergonomii i Procesów Produkcyjnych ul. Balicka 116B Kraków karolina.trzyniec@gmail.com Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Tadeusz Juliszewski Karolina Wietnik Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Ogrodniczy Katedra Dendrologii i Architektury Krajobrazu karolina.wietnik@gmail.com Maria Szczuka Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki szczuka.marysia@gmail.com Andrzej Ochrem Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt Katedra Hodowli Bydła a.ochrem@ur.krakow.pl 368

369 Katarzyna Wajdzik EPISTEME 22/2014, t. III s ISSN ANALIZA KARIOLOGICZNA FESTUCA DURIUSCULA L. ZE SKOROCIC THE KARYOTYPE ANALYSIS OF FESTUCA DURIUSCULA L. FROM SKOROCICE Streszczenie. Okazy Festuca duriuscula pochodziły z obszaru skalno-stepowego Skorocice k. Buska Zdroju, z trzech siedlisk: łąka, murawa kserotermiczna i skała gipsowa. Analizę kariologiczną wykonano w oparciu o metodę Feulgena i barwienie C-prążków. U badanego gatunku stwierdzono występowanie 3 liczb chromosomów: 2n=14, 2n=21 i 2n=28. Diploidalna liczba 2n=14 występowała u roślin zebranych ze wszystkich 3 siedlisk. Liczba triploidalna 2n=21 charakterystyczna była dla roślin zebranych z murawy i skały gipsowej, nie odnotowano jej u roślin łąkowych. Z kolei liczbę tetraploidalną 2n=28 zaobserwowano tylko u roślin zebranych z łąki i murawy. Zmiana w obrębie kariotypu może być związana z przystosowaniem do różnych, zmiennych warunków środowiska, kształtowanych zarówno przez czynniki biotyczne jak i abiotyczne. Uwzględniając charakterystykę kariotypu należy zastanowić się nad filogenetyczną drogą prowadzącą do powstania zróżnicowania liczb chromosomów w obrębie tego gatunku. Słowa kluczowe: Festuca duriuscula L., kariotyp, genom, Skorocice, C-prążki Abstract. The species of Festuca duriuscula L. from the reserve rock and steppe Skorocice near Busko Zdrój (Poland) were studied. Plants came from three habitats: meadow, turf grasslands and rock gypsum. The analysis of karyotype was conducted by using Feulgens and C-banding methods. Three karyological chromosome numbers were found: 2n=14, 2n=21 and 2n=28. Diploid chromosome number 2n=14 was observed in plants collected from all three habitats. Triploid chromosome number 2n=21 was typical for plants collected from turf xerothermic and gypsum rock, but not for herbage. On the other hand, the somatic tetraploid chromosome number 2n=28 occured in meadow plants and turf, but no in rock plants. The rearrangements within the karyotype could be associated with adaptation to changing environmental conditions caused by various biotic and abiotic factors. Based on karyotype characteristic, it is worthly to consider the path leading to the diversity in chromosome numbers within F. duriuscula L. Key words: Festuca duriuscula L., karyotype, genome, C-banding, Skorocice 369

370 Wstęp 370 Katarzyna Wajdzik Trawy (Poaceae) z rodzaju Festuca (Kostrzewa) od dawna cieszą się sporym zainteresowaniem w śród badaczy, ponieważ rodzaj ten charakteryzuje się dużą zmiennością morfologiczną (450 gatunków) i zmiennością występowania [Falkowski 1982, Markgraf Dannenberg 1980, Frey 1973, Zwierzykowski i Naganowska 1996]. Falkowski [1982] klasyfikuje rośliny z rodzaju Festuca na trzy sekcje o charakterze podrodzaju: Bovinae, Montanae oraz Ovinae. Analizowany w tej pracy gatunek należy do podsekcji Ovinae. Festuca duriuscula stanowi jeden z nielicznych gatunków traw Polski, u których stwierdzono zmienną liczbę chromosomów. Identyfikacja danego taksonu oraz ewentualnego bliskiego pokrewieństwa z innym gatunkiem, czy wykazanie polimorfizmu kariotypu, możliwe jest dzięki wnikliwej analizie morfologicznej, anatomicznej i cytologicznej [Frey 1973, Joachimiak i Kula 2007]. Większość gatunków z rodzaju Festuca, posiada podstawową liczbę chromosomów x=7, do rzadkości należą gatunki o liczbie x=5, 6 lub 11 [Markgraf-Dannenberg 1980; Falkowski 1982; Sheidai i in. 2007]. Według wymienionych źródeł liczba chromosomów waha się od 2n=14 do 2n=70. Stwierdzono występowanie gatunków diploidalnych o liczbie 2n=2x=14, tetraploidalnych 2n=4x=28 [Prokudin 1977], heksaploidalnych 2n=6x=42 [Bolkhovskikh 1969.; Moore 1973; Auquier i Rammeloo 1973], oktoploidalnych 2n=8x=56 oraz dekaploidalnych 2n=10x=70 [Frey 1973; Falkowski 1982; Mizianty i Pawlus 1984, Zwierzykowski i Naganowska 1996; Sheidai i in. 2007]. Z terenów Europy zidentyfikowano także rośliny o liczbie 2n=21, 2n=49 [Watson 1956], a nawet 2n=170 [Bolkhovskikh 1969]. W Dolinie Nidy Festuca duriuscula jest trawą o charakterze kserotermicznym, spotyka się ją głownie na wzgórkach gipsowych i wapiennych, głównie w rezerwatach: Skowronno Dolne, Skorocice, Stawiany, Prześlin, Winary Zagojskie, Winiary i Wymysłów [Łuszczyńska 1998, 2001]. Urozmaicona rzeźba terenu wpływa na zróżnicowanie siedlisk i zbiorowisk roślinnych [Medwecka-Kornaś 1959]. Badane okazy na łące tworzą liczne, duże kępy roślin. Mają dorodniejsze liście i łodygi. Murawa kserotermiczna porośnięta jest nielicznymi kępami F. duriuscula L., ale trawa rośnie w skupiskach. W stosunku do roślin z łąki okazy te są średniej wielkości. Na skale gipsowej towarzyszą małe, drobne rośliny, które zawsze występują pojedynczo.

371 Analiza kariologiczna festuca duriuscula l. Ze skorocic W oparciu o analizę kariologiczną podjęto próbę ustalenia liczby chromosomów, lokalizację heterochromatyny oraz powiązania liczb chromosomów z odpowiednim siedliskiem i wykazanie ewentualnego polimorfizmu kariotypu. Materiał i metody Przedmiotem badań były rośliny z gatunku Festuca duriuscula L. z rezerwatu skalno-stepowego Skorocice, pochodzące z 3 siedlisk: łąka, murawa kserotermiczna i skała gipsowa. Ustalenie somatycznej liczby chromosomów i struktury kariotypu dokonano na podstawie analizy płytek metafazowych sporządzonych z merystemów wierzchołkowych korzeni roślin rosnących w doniczkach. Materiał barwiono metodą Feulgena z odczynnikiem Schiff a w celu ustalenia liczby i morfologii chromosomów, uwzględniając długość całkowitą chromosomu, indeks ramion, długość chromosomu w %. Metoda C-prążków z odczynnikiem Giemsy uwidacznia heterochromatynę konstytutywną [Joachimiak i Kula 2007, Olszewska 2012]. Budowę kariotypu oraz obrazy graficzne chromosomów przedstawiono przy użyciu programu Mr Karyo wer Wyniki Metoda Feulgena wykazała występowanie zróżnicowanej liczby chromosomów w analizowanych okazach Festuca duriuscula zebranych w Skorocicach (ryc.1). Diploidalną liczbę chromosomów 2n=14 odnotowano w płytkach metafazowych roślin zebranych ze wszystkich trzech siedlisk. W tym garniturze chromosomowym wyróżniono 6 par chromosomów prawie metacentrycznych (nomenklatura za Levan i in. 1964; Olszewska 2012) oraz 1 parę chromosomów SAT (z przewężeniem wtórnym). Liczba 2n=21 obecna była u roślin z murawy naskalnej oraz skały gipsowej. W oparciu o dokładną analizę kariologiczną wyróżniono 7 par (14 chromosomów) o identycznej morfologii jak w płytkach 2n=14. Pozostałe 7 chromosomów nie miało swoich homologów - oznaczono je numerami 1-7, przy czym 1 chromosom był metacentryczny (M), a pozostałe 6 prawie metacentryczne (m). W tym zespole nie zidentyfikowano chromosomów SAT (ryc.3b). 371

372 Katarzyna Wajdzik Dla roślin zebranych z łąki i murawy kserotermicznej ustalono liczbę chromosomów 2n=28 identyfikując 13 par chromosomów jako prawie metacentrycznych i 1 parę-sat (ryc. 3b, 3ab). Barwienie różnicujące C-prążków heterochromatynowych na chromosomach z płytek metafazowych roślin zebranych ze wszystkich siedlisk, pozwoliło na wyróżnienie dwóch grup chromosomów (genomy D i E) różniących się wzorami prążkowymi (ryc.2). Każda z grup zawierała 14 chromosomów (7 par) z prawie identyczną dystrybucją heterochromatyny w każdej parze. W obu genomach zidentyfikowano heterochromatynę telomeryczną, centromeryczną i interkalarną. Niemniej polimorfizm dotyczył jedynie zawartości heterochromatyny (ryc. 3 i 4). Grupa chromosomów (typ 1-7) określana jako genom D, charakterystyczna była zarówno dla roślin o diploidalnej liczbie 2n=14, jak również 2n=21 jak i 2n=28 (ryc.3, tab.1 ). Grupę chromosomów, z układem prążków oznaczonym jako typ 1-7 określono jako genom E. Był on charakterystyczny tylko dla roślin o liczbie 2n=21 (ryc.4 c,4d) i 2n=28 (ryc. 4 a,4b). U okazów o kariotypie 2n=28 chromosomy stanowiące genom E tworzyły 7 par, natomiast u roślin o liczbie 2n=21 chromosomy te występowały pojedynczo bez swoich homologów. Ryc. 1 Festuca duriuscula L.-płytki metafazowe barwione metodą Feulgena: a) 2n=14 (DD); łąka; b) 2n=21 (DDE); skała; c) 2n=28 (DDEE); murwa Ryc. 2. Festuca duriuscula L.-płytki metafazowe barwione metodą C-prążków : a) 2n=14 (DD); łaka; b) 2n=21(DDE); murwa c) 2n=21 (DDE); skała; d) 2n=28 (DDEE); murwawa 372