ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2008 z. 525: 375-382 WPŁYW MIEJSCA UPRAWY I CHITOZANU O RÓśNYM CIĘśARZE CZĄSTECZKOWYM NA WZROST I PLONOWANIE FREZJI ODMIANY Lisa 1 CZĘŚĆ II PLON I ZDROWOTNOŚĆ BULW Piotr Salachna 1, Artur Bartkowiak 2, Maria Kamińska 3, Kinga Mazurkiewicz- Zapałowicz 4 1 Katedra Roślin Ozdobnych, Akademia Rolnicza w Szczecinie 2 Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów, Akademia Rolnicza w Szczecinie 3 Pracownia Wirusologii, Zakład Ochrony Roślin Sadowniczych, Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach 4 Zakład Hydrobiologii, Akademia Rolnicza w Szczecinie Wstęp W produkcji towarowej frezję (Freesia ECKL. EX KLATT) uprawia się z bulw, które na potrzeby rynku krajowego importuje się z Holandii, albo pozyskuje się równolegle z uprawą na kwiaty cięte [MYNETT, STARTEK 2002]. Zapotrzebowanie na zdrowy, wysokiej jakości materiał rozmnoŝeniowy frezji wymusza konieczność stałego doskonalenia metod reprodukcji bulw [BACH 1992; STARTEK i in. 2002; STARTEK i in. 2005]. Czynniki wzbudzające odporność roślin określane są mianem induktorów lub elicitorów odporności [POSPIESZNY 1997]. W wielu badaniach jako elicitor odporności roślin na patogeny wykorzystywany jest chitozan [ARUL i in. 1994; WOJDYŁA, ORLIKOWSKI 1997; SANIEWSKA 2001]. Chitozan posiada właściwości tworzenia na traktowanym obiekcie otoczki, przez co moŝe być wykorzystywany do zaprawiania nasion i bulw [POSPIESZNY i in. 1996]. Jak podaje literatura [OHTA i in. 2004; HASEGAWA, KANECHIKA 2005], stosowanie chitozanu w uprawie roślin ozdobnych moŝe korzystnie wpływać na wielkość i jakość ich plonu. O właściwościach chitozanu decydują trzy podstawowe parametry: struktura morfologiczna (stopień krystaliczności), stopień deacetylacji (stopień konwersji chityny do chitozanu) i stopień polimeryzacji (cięŝar cząsteczkowy). Niektóre z wymienionych właściwości chitozanu mogą w sposób specyficzny stymulować reakcje roślin i oddziaływanie na mikroorganizmy, a cięŝar cząsteczkowy wydaje się jednym z waŝniejszych czynników wpływających na aktywność biologiczną tego związku [BARTKOWIAK 2001]. 1 Badania dofinansowane przez Komitet Badań Naukowych. Projekt nr 2PO6R07227.
376 P. Salachna i inni Celem badań było sprawdzenie wpływu chitozanu o róŝnym cięŝarze cząsteczkowym na przyrost i zdrowotność bulw potomnych frezji odmiany Lisa, uprawianej w ogrzewanym tunelu foliowym i w komorze klimatyzowanej. Materiał i metody Dwuczynnikowe doświadczenie przeprowadzono od 10 sierpnia 2004 roku do 12 maja 2005 roku. Do badań uŝyto bulw frezji Lisa, o obwodzie 5-7 cm, które przed sadzeniem przechowywano przez 14 tygodni w temperaturze 28-30 C i wilgotności względnej powietrza 85%. Pierwszym czynnikiem był róŝny cięŝar cząsteczkowy chitozanu: 2500, 3500, 6500, 50 000, 124 000 i 970 000 g mol -1. Jako drugi czynnik przyjęto miejsce uprawy: ogrzewany tunel foliowy i komorę klimatyzowaną. Bulwy przed sadzeniem moczono przez 20 minut w 0,2% roztworze chitozanu o róŝnym cięŝarze cząsteczkowym otrzymanym na drodze kontrolowanej degradacji wolnorodnikowej [BARTKOWIAK 2001]. Układ i przebieg doświadczenia podano w I części pracy [SALACHNA, BARTKOWIAK 2008]. Po zakończeniu uprawy wykopane bulwy potomne, po lekkim przesuszeniu, policzono i zwaŝono w celu obliczenia współczynników przyrostu liczby bulw i masy bulw. Uzyskane wartości zweryfikowano statystycznie metodą analizy wariancji, a istotność róŝnic miedzy średnimi oceniono testem Tukeya przy poziomie istotności α = 0,05. Na wykopanych bulwach, dla kaŝdej kombinacji, przeprowadzono w 2 powtórzeniach testy na występowanie wirusa mozaiki frezji (FMV) przy pomocy metody serologicznej DAS-ELISA [CLARK, ADAMS 1977], uŝywając zestawu γ-globulin i koniugatów γ-globulin z alkaliczną fosfatazą [KAMIŃSKA 1991]. Próbki bulw homogenizowano z buforem ekstrakcyjnym w stosunku 1 : 10. Wyniki reakcji określono spektrofotometrycznie (filtr 405 nm) przy pomocy czytnika Multiscan. Za pozytywny uznawano wynik, gdy wartość absorbancji (A 405 ) była dwukrotnie wyŝsza od średniej wartości A 405 dla negatywnej kontroli [CLARK i in. 1988]. Losowo pobrane bulwy potomne frezji z kaŝdej kombinacji doświadczenia poddano analizie mikologicznej według metody opisanej w pracy STARTEK i in. [2005]. PrzynaleŜność taksonomiczną grzybów oznaczono wg kluczy DOMSCHA i in. [1980] oraz KWAŚNEJ i in. [1991]. Wyniki i dyskusja Wielkość współczynników przyrostu liczby i masy bulw potomnych frezji Lisa zaleŝała od cięŝaru cząsteczkowego chitozanu i miejsca uprawy (tab. 1, 2). NiezaleŜnie od miejsca uprawy największy współczynnik przyrostu liczby bulw miały rośliny uzyskane z bulw moczonych w roztworze chitozanu o cięŝarze cząsteczkowym 3500, 50 000 i 970 000 g mol -1. Najmniej bulw potomnych stwierdzono w obiekcie, w którym nie stosowano chitozanu (tab. 1). Tabela 1; Table 1 Wpływ chitozanu i miejsca uprawy na współczynnik przyrostu liczby bulw frezji Lisa Effects of chitosan and growing place on coefficient of corm number increase of Lisa freesia CięŜar cząsteczkowy chitozanu Miejsce upraw; Growing place Średnia; Mean
WPŁYW MIEJSCA UPRAWY I CHITOZANU O RÓśNYM CIĘśARZE... CZ. II... 377 (g mol -1 ); Molecular weight of chitosan (g mol -1 ) (A) (B) (A) ogrzewany tunel foliowy heated foil tunnel komora klimatyzowana climatic chamber Kontrola; Control 2500 3500 6500 50 000 124 000 970 000 Średnia; Mean (B) 2,37 3,45 3,73 3,44 4,11 3,49 4,11 3,53 6,35 7,50 9,67 6,92 9,12 7,55 9,37 8,07 4,36 5,47 6,70 5,18 6,61 5,52 6,74 - NIR 0,05; LSD 0.05 A = 1,08; B = 0,38; A(B) = 1,53; B(A) = 1,00 Moczenie bulw przed sadzeniem w roztworze chitozanu o cięŝarze cząsteczkowym 50 000 i 970 000 g mol -1 istotnie zwiększyło przyrost liczby bulw frezji Lisa w obu miejscach uprawy. Dodatkowo, w warunkach kontrolowanych, korzystnie na liczbę bulw potomnych wpłynął chitozan o cięŝarze cząsteczkowym 3500 g mol -1 (tab. 1). Tabela 2; Table 2 Wpływ chitozanu i miejsca uprawy na współczynnik przyrostu masy bulw frezji Lisa Effects of chitosan and growing place on coefficient of corm weight increase of Lisa freesia CięŜar cząsteczkowy chitozanu (g mol -1 ) Molecular weight of chitosan (g mol -1 ) (A) Miejsce uprawy; Growing place (B) Średnia; Mean (A) ogrzewany tunel foliowy heated foil tunnel komora klimatyzowana climatic chamber Kontrola; Control 2500 3500 6500 50 000 124 000 970 000 Średnia; Mean (B) 1,80 2,00 2,13 2,26 2,53 2,06 2,39 2,17 3,53 5,90 6,24 5,30 9,32 6,09 6,21 6,09 2,67 3,95 4,18 3,78 5,93 4,08 4,30 NIR 0,05; LSD 0.05 A = 0,62; B = 0,22; A(B) = 0,88; B(A) = 0,58 Stosując chitozan o cięŝarze cząsteczkowym 50 000 g mol -1, uzyskano średnio największy przyrost masy bulw potomnych frezji. U roślin kontrolnych analizowana wartość była najmniejsza (tab. 2). Stwierdzono, Ŝe przyrost masy bulw w obrębie kombinacji był róŝny. Istotne róŝnice miedzy obiektami uzyskano tylko w komorze klimatyzowanej, w której największy przyrost masy bulw potomnych miały rośliny traktowane chitozanem o cięŝarze cząsteczkowym 50 000 g mol -1, a najmniejszy -
378 P. Salachna i inni rośliny w obiekcie kontrolnym. RównieŜ w tunelu foliowym zaobserwowano tę samą zaleŝność, ale róŝnice współczynników przyrostu masy bulw miedzy obiektami nie zostały potwierdzone statystyczne (tab. 2). Rozpatrując przyrost liczby i masy bulw potomnych frezji Lisa w zaleŝności od miejsca uprawy stwierdzono, Ŝe średnie współczynniki rozmnaŝania były istotnie większe u roślin uprawianych w komorze klimatyzowanej, niŝ w ogrzewanym tunelu foliowym (tab. 1, 2). Uzyskane wyniki są częściowo zbieŝne z obserwacjami STARTEK i in. [2005], w których testowano opatentowaną metodę otoczkowania bulw frezji z wykorzystaniem chitozanu [BARTKOWIAK i in. 2004]. W doświadczeniach tych otoczkowanie bulw korzystnie wpłynęło na przyrost masy i liczby bulw potomnych frezji z grupy Easy Pot. Zwiększenie wielkości bulw, a tym samym plonu pod wpływem chitozanu wykazali równieŝ HASEGAWA i KANECHIKA [2005] w uprawie Arisaema sikokianum i Arisaema ternatipartitum. Tabela 3; Table 3 Wartości absorbancji A 405 dla FMV w teście DAS-ELISA dla bulw frezji Lisa A 405 value for FMV in DAS-ELISA test for corms of Lisa freesia CięŜar cząsteczkowy chitozanu (g mol -1 ) Molecular weight of chitosan (g mol -1 ) Kontrola; Control 2500 3500 6500 50 000 124 000 970 000 ogrzewany tunel foliowy heated foil tunnel 1,19 0,95 1,02 1,01 1,03 1,04 1,26 Miejsce uprawy Growing place komora klimatyzowana climatic chamber 0,38 0,42 0,62 0,36 0,32 0,57 0,55 Kontrola negatywna Negative control 0,08 0,07 Chitozan moŝe wykazywać aktywność przeciwwirusową u roślin w zaleŝności od gatunku i warunków środowiska [POSPIESZNY, ATABEKOV 1989; POSPIESZNY 1997]. W niniejszej pracy badania serologiczne przeprowadzone na bulwach potomnych frezji Lisa dały wyniki dodatnie dla wirusa FMV we wszystkich obiektach doświadczalnych (tab. 3). Wyraźnie niŝsze odczyty A 405 zaobserwowano u roślin uprawianych w komorze klimatyzowanej. Prawdopodobnie róŝnice te wynikają z niekontrolowanych warunków panujących w ogrzewanym tunelu foliowym. DERKS i in. [1981] wykazali, Ŝe przy wysokiej temperaturze i wilgotności objawy silnej nekrozy liści frezji występowały w większym nasileniu, niŝ w przypadku uprawy w warunkach zbliŝonych do optymalnych. Tabela 4; Table 4 Grzyby wyizolowane z bulw frezji Lisa Fungi isolated from Lisa freesia corms
WPŁYW MIEJSCA UPRAWY I CHITOZANU O RÓśNYM CIĘśARZE... CZ. II... 379 CięŜar cząsteczkowy chitozanu (g mol -1 ) Molecular weight of chitosan (g mol -1 ) Miejsce uprawy Growing place ogrzewany tunel foliowy heated foil tunnel komora klimatyzowana climatic chamber Kontrola; Control Fusarium oxysporum Fusarium oxysporum Penicillium cyclopium 2500 Fusarium oxysporum Fusarium oxysporum 3500 Fusarium oxysporum Fusarium oxysporum Penicillium cyclopium 6500 Fusarium oxysporum - 50 000 Fusarium oxysporum Penicillium cyclopium Fusarium oxysporum Penicillium cyclopium 124 000 Fusarium oxysporum - 970 000 - Penicillium cyclopium PoraŜenie bulw potomnych Lisa przez grzyby chorobotwórcze było zróŝnicowane w poszczególnych obiektach (tab. 4). U frezji uprawianej w tunelu foliowym bulwy poraŝone Fusarium oxysporum obserwowano we wszystkich obiektach doświadczalnych z wyjątkiem obiektu, w którym uŝyto chitozan o największym cięŝarze cząsteczkowym, tj. 970 000 g mol -1. W przypadku roślin uprawianych w komorze klimatyzowanej stwierdzono, Ŝe nieporaŝone Fusarium oxysporum były bulwy frezji z obiektu, w którym zastosowano chitozan o cięŝarze cząsteczkowym 6500 g mol -1 oraz chitozan o dwóch kolejno największych cięŝarach cząsteczkowych: 124 000 i 970 000 g mol -1. Z doniesień wielu autorów wynika, Ŝe oddziaływanie chitozanu na grzyby zaleŝy w duŝym stopniu od jego formy, stęŝenia i sposobu traktowania materiału roślinnego [WOJDYŁA, ORLIKOWSKI 1997; ORLIKOWSKI i in. 1998; SANIEWSKA 2001; FIEMA, PISKORZ-BIŃCZYCKA 2002]. Wnioski 1. Moczenie bulw frezji przed sadzeniem w roztworze chitozanu wpłynęło stymulująco na plon bulw potomnych w zaleŝności od cięŝaru cząsteczkowego związku. 2. NiezaleŜnie od miejsca uprawy największy przyrost liczby bulw frezji uzyskano pod wpływem chitozanu o cięŝarze cząsteczkowym 3500, 50 000 i 970 000 g mol -1. 3. Na przyrost masy bulw najkorzystniej działał chitozan o cięŝarze cząsteczkowym 50 000 g mol -1. 4. Frezje uprawiane w komorze klimatyzowanej charakteryzowały się większym plonem bulw oraz były słabiej zawirusowane.
380 P. Salachna i inni 5. ZróŜnicowane poraŝenie bulw potomnych przez Fusarium oxysporum i Penicillium cyclopium w zaleŝności od miejsca uprawy i cięŝaru cząsteczkowego chitozanu wskazuje na konieczność prowadzenia dalszych badań w tym kierunku. Literatura ARUL J. 1994. Potential of induced resistance to control postharvest diseases of fruits and vegetables. Plant Dis. 78: 837-844. BACH A. 1992. Induction of somatic embryogenesis and regeneration of plants in Freesia hybrida cultures. Folia Hortic. 1: 11-12. BARTKOWIAK A. 2001. Binary polyelectrolyte microcapsules based on natural polysaccharides. Wyd. Uczeln. Polit. Szczec., Szczecin: 102 ss. BARTKOWIAK A., STARTEK L., śurawik P., SALACHNA P. 2004. Sposób wytwarzania otoczek hydroŝelowych na powierzchni organów roślinnych. Biuletyn Urzędu Patentowego 22(805): 4. CLARK M.F., ADAMS A.N. 1977. Characteristics of the microplate methods of enzymelinked immunosorbent assay for the detection of plant viruses. J. Gen. Virol. 34: 475-483. CLARK M.F., LISTER R.M., BAR-JOSEPH M. 1988. ELISA techniques, w: Methods for plant molecular biology. Wissbaum A., Wissabaum H. Acad. Press: 527. DERKS A.F.L.M., VINK VAN DEN ABEELE J.L., MULLER P.J. 1981. Boneschrpmozaiekvirus bij freesia. Vakblad voor de Bloemisterij 22: 24-27. DOMSCH K.H., GAMS W., ANDERSON T. 1980. Compendium of soil fungi. Academic Press, London. Vol I: 859 ss., Vol II: 405 ss. FIEMA J., PISKORZ-BIŃCZYCKA. 2002. Działanie róŝnych form chitozanu na grzybnię Aspergillus giganteus mut. alba Zurz. Zesz. Probl. Post. Nauk. Rol. 481: 633-639. HASEGAWA A., KANECHIKA R. 2005. Effect of low temperature and chitosan on dormancy breaking and growth of young corms of three Arisaema species. Acta Hortic. 673: 603-609. KAMINSKA M. 1991. Preparation and testing antiserum to freesia mosaic virus (FMV). Phytopathol. Polonica XII: 5-7. KWAŚNA H., CHEŁKOWSKI J., ZAJKOWSKI P. 1991. Grzyby (Mycota) t. XXII. Inst. Bot. PAN, Warszawa, Kraków: 137 ss. MYNETT K., STARTEK L. 2002. Wpływ metod uprawy na plon bulw frezji ogrodowej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 483: 149-160. OHTA K., MORISHITA S., SUDA K., KOBAYASHI N., HOSOKI T. 2004. Effects of chitosan soil mixture treatment in the seedling stage on the growth and flowering of several ornamental plants. J. Jpn. Soc. Hortic. Sci. 73: 66-68. ORLIKOWSKI L., SKRZYPCZAK C., WOJDYŁA A. 1998. Mikrokrystaliczny chitozan - mechanizm oddziaływania na grzyby chorobotwórcze oraz skuteczność w ochronie roślin ozdobnych. Zesz. Nauk. Akad. Rol. Krak. 333: 729-733. POSPIESZNY H. 1997. Niektóre aspekty stosowania chitozanu w ochronie roślin. Progress Plant Protect. 37(1): 306-309.
WPŁYW MIEJSCA UPRAWY I CHITOZANU O RÓśNYM CIĘśARZE... CZ. II... 381 POSPIESZNY H., ATABEKOV J.G. 1989. Effect of chitosan on the hypersensitive reaction of bean alfalfa mosaic virus (ALMV). Plant Sci. 62: 29-31. POSPIESZNY H., MAĆKOWIAK A., śołobowska L. 1996. Z badań nad moŝliwością zastosowania pochodnych chityny do zwalczania mokrej zgnilizny (Erwinia carotovora ssp. Carotovora). Progress Plant Protec. 36(1): 250-253. SALACHNA P., BARTKOWIAK A. 2008. Wpływ miejsca uprawy i chitozanu o róŝnym cię- Ŝarze cząsteczkowym na wzrost i plonowanie frezji odmiany Lisa. Cz. I. Cechy morfologiczne i kwitnienie. Zesz. Probl. Post. Nauk. Rol. 525: 367-374. SANIEWSKA A. 2001. The effect of chitosan on limitation of growth and development of some pathogenic fungi for ornamental plants. Acta Agrobot. 54(1): 17-29. STARTEK L., BARTKOWIAK A., SALACHNA P., KAMIŃSKA M., MAZURKIEWICZ-ZAPAŁOWICZ K. 2005. The influence of new methods of corm coating on Freesia growth, development and health. Acta Hortic. 573: 611-616. STARTEK L. MYNETT K. śurawik P. 2002. The effect of the method of cultivation on the development of Freesia (Freesia Eckl. ex Klatt). Acta Hortic. 570: 377-384. WOJDYŁA A., ORLIKOWSKI L. 1997. Chitozan w zwalczaniu grzybów doglebowych i nalistnych. Progress Plant Protect. 37(1): 300-305. Słowa kluczowe: frezja, miejsce uprawy, chitozan, plon bulw, zdrowotność bulw Streszczenie Oceniano wpływ miejsca uprawy i chitozanu na plon i zdrowotność bulw potomnych frezji Lisa. Przed sadzeniem bulwy moczono przez 20 minut w 0,2% roztworach chitozanu o cięŝarach cząsteczkowych: 2500, 3500, 6500, 50 000, 124 000 i 970 000 g mol -1. Kontrolę stanowiły bulwy moczone w wodzie. Rośliny uprawiano w ogrzewanym tunelu foliowym i w komorze klimatyzowanej. Plon bulw roślin uprawianych w komorze klimatyzowanej był większy, niŝ w ogrzewanym tunelu foliowym. NiezaleŜnie od miejsca uprawy, największy przyrost liczby bulw uzyskano, gdy stosowano chitozan o cięŝarach cząsteczkowym 3 500, 50 000 i 970 000 g mol -1. Na przyrost masy bulw najkorzystniej wpłynął chitozan o cięŝarze cząsteczkowym 50 000 g mol -1. Analiza mikologiczna wykazała występowanie na bulwach Fusarium oxysporum i Penicillium cyclopium w zaleŝności od miejsca uprawy i cięŝaru cząsteczkowego chitozanu. Test serologiczny DAS ELISA wykazał silniejsze zawirusowanie bulw frezji wirusem FMV, gdy rośliny uprawiano w ogrzewanym tunelu foliowym. EFFECTS OF GROWING PLACE AND CHITOSAN OF DIFFERENT MOLECULAR WEIGHT ON THE GROWTH AND YIELDING OF Lisa FREESIA PART II CORM YIELD AND HEALTH Piotr Salachna 1, Artur Bartkowiak 2, Maria Kamińska 3, Kinga Mazurkiewicz-Zapałowicz 4 1 Department of Ornamental Plants, Agricultural University, Szczecin
382 P. Salachna i inni 2 Chair of Food Packaging and Biopolymers, Agricultural University, Szczecin 3 Department of Plant Protection, Research Institute of Pomology and Floriculture, Skieniewice 4 Department of Hydrobiology, Agricultural University, Szczecin Key words: freesia, place of growing, chitosan, corm yield, corm health state Summary The effects of growing place and chitosan application on the yield and health of 'Lisa' freesia cormlets were studied. Prior to planting, the experimental corms were soaked for 20 minutes in 0.2% chitosan solution of molecular weight: 2500, 3500, 6500, 50 000, 124 000 and 970 000 g mol -1, whereas the control ones in water. The plants were grown in a heated plastic tunnel and climatic chamber. The corm yield of plants from climatic chamber was higher than that one from plastic tunnel. Irrespective of the growing place, the greatest number of corms were obtained after application of chitosan of molecular weight 3500, 50 000 and 970 000 g mol -1. The chitosan of molecular weight 50 000 g mol -1 had the most favourable effect on the corm weight increase. Mycological analysis revealed the occurrence of Fusarium oxysporum and Penicillium cyclopium on the corms, depending on the growing place and chitosan molecular weight. Serological test DAS-ELISA indicated stronger FMV infection of the corms from heated plastic tunnel. Dr inŝ. Piotr Salachna Katedra Roślin Ozdobnych Akademia Rolnicza ul. Janosika 8 71-424 SZCZECIN e-mail: salachnap@agro.ar.szczecin.pl