KVALITA OSIVA VE VÝZKUMU A V PRAXI

Seed quality in research and practice

Václav Hosnedl

Česká zemědělská univerzita v Praze

Abstract

Quality of seed is important element for productivity of crop canopy and for stability of stored seed germination. Vigour is a serious symbol of the seed quality. Vigour and seed deterioration is two factors together depending one on the other. Relation of seed quality and environmental conditions influences germination, field emergence and seed storage. Seed quality significantly participate on the crops yields. The relation “seeds : water” is the main element of seed germination. Sensitivity of germinated seeds for swelling damage and sensitivity for oxygen deficiency depends on this relation.

seed, vigour, water sensitivity, oxygen, germination, crop yield

Souhrn

Kvalita osiva je významným prvkem produktivity porostů a stability klíčivosti při uskladnění. Důležitým znakem kvality je vitalita osiva. Vitalita a stárnutí osiva jsou dva faktory vzájemně se podmiňující. Vztah vitality semen a podmínek prostředí ovlivňuje klíčení, vzcházení a skladovatelnost osiv. Kvalita osiva se významně podílí na výnosech založených porostů. K nejvýznamnějším prvkům klíčení náleží vztah “semeno : voda”. Od tohoto vztahu se odvozuje poškozování z bobtnání a citlivost na nedostatek kyslíku při klíčení.

Význam kvality osiva

Velký počet registrovaných odrůd poskytuje zemědělci možnost kvalifikovaného výběru odrůd pro konkrétní pěstební podmínky a intenzitu hospodaření i výběr podle kvalitativních znaků, potřebných k realizaci produkce. Výběr vhodné odrůdy však ještě nezaručí dosažení rentability produkce.

Důležitým předpokladem rentability rostlinné produkce je kvalita založených porostů. Špatně vzešlé, nevyrovnané a mezerovité porosty vyžadují dodatečné “opravné” agrotechnické a agrochemické zásahy během vegetace. Jejich účinnost je omezená a závislá na charakteru tvorby hospodářského výnosu plodiny, případně odrůdy. Dodatečné agrotechnické vklady do špatně vzešlého a nevyrovnaného porostu vedou ke zvyšování variabilních nákladů, ale pokud nejsou realizovány je rentabilita plodiny snížena v důsledku malého výnosu a často i horší kvality produkce. K tomu, abychom získali kvalitní porosty nepostačí jen kvalitní předseťová příprava půdy a kvalitní setí, ale také kvalitní osivo.

Co pozitivně ovlivňuje kvalitu osiva? Především jsou to podmínky množení - přírodní a agrotechnické, zejména počasí v období tvorby, zrání a sklizně semen, dobrý zdravotní stav množitelského porostu, šetrná sklizeň vyrovnaně zralého porostu a šetrné posklizňové ošetření.

Základní kvalitu garantuje certifikace osiv a sadby. Význam druhové a odrůdové čistoty odůvodněně narůstá z pohledu realizace produkce. Významnými semenářskými znaky dále jsou hmotnost 1000 semen (HTS) a zdravotní stav osiva. Rozdíly ve velikosti semen (HTS) dané proveniencí a ročníkem pěstování lze eliminovat úpravou výsevku. Příliš nízká HTS, neodpovídající běžné velikosti semen určité odrůdy však není vizitkou kvality, semena mají méně zásobních látek a zpravidla i menší embryo a navíc byla vyprodukována za určitých extrémních podmínek (sucho, příliš vysoké teploty, choroby, polehnutí). Ochranou proti řadě chorob, zejména proti patogenům přenosných osivem je moření. Této oblasti je věnován celý blok dalších příspěvků.

Přestože k nejdůležitějším semenářským znakům kvality osiva náleží vysoká klíčivost, pro pěstitele má praktický význam polní vzcházivost a vyrovnanost vzcházení. Kvalita založeného porostu je odezvou vztahu vnitřní kvality semen a kvality podmínek prostředí. Problémy spočívají v tom, že definice vnitřní kvality semen je obtížná a predikce podmínek prostředí po výsevu osiva je omezená. Z faktorů prostředí se jedná o fyzikální (zejména vzdušný a vodní režim) a agrochemické vlastnosti půdy a podmínky mikrobiální. Komplexně působí agrotechnické faktory, související s přípravou půdy a formou setí anebo se střídáním plodin. Z vnitřních vlastností osiva má rozhodující význam vitalita semen.

Vitalita má podle Hamptona a Colbeara (1990) zásadní význam v těchto případech:

· u plodin s malou autoregulační a kompenzační schopností, kde pro dobré využití výnosového potenciálu odrůdy je nezbytný přesně vymezený počet rostlin na jednotce plochy. Příkladem mohou být luskoviny a kukuřice. Dosažení požadované hustoty porostu je důležité i ekonomicky, neboť ve vzájemné vazbě je cena osiva a změna výnosového efektu při odchylce populace od optimální hustoty,

· u plodin vysévaných na přesnou vzdálenost - nebezpečí mezerovitosti při špatné vzcházivosti osiva přímo limituje pěstební technologie s omezením nebo vyloučením ruční práce,

· u plodin, kde je důležité synchronní vzcházení pro získání porostu vyrovnaného a stejnoměrně dozrávajícího.

Obecně lze konstatovat, že každá partie osiva obsahuje semena z biologického hlediska heterogenní, neživá a klíčivá o různé vitalitě. Rozhodujícím faktorem redukce rostlin při vzcházení za méně příznivých podmínek je zpravidla podíl klíčivých semen se sníženou vitalitou.

K citelnému negativnímu projevu snížené vitality osiva může docházet běžně u jařin, vyžadujících včasné setí anebo při zvýšených nárocích některých plodin na teplotu při vzcházení. Pěstitel pak stojí před rozhodnutím: “použít méně kvalitní osivo s rizikem špatné a nevyrovnané vzcházivosti (riziko řídkého a nevyrovnaného porostu) anebo nedodržet agrotechnický termín pro výsev a přijmout riziko redukce výnosu v důsledku pozdního setí”. Charakteristickým projevem snížené vitality osiva je nejen delší doba vzcházení, ale také horší vyrovnanost ve vzcházení. Přitom rychlé a vyrovnané vzcházení ovlivňuje uniformitu rostlin v porostu, jejich vzájemnou konkurenceschopnost a následně až výnos. Zvláštní význam vyrovnanosti rostlin v porostu je u plodin sklízených během vegetativního růstu, jakými jsou např. některé zeleniny. Běžně lze u později vzešlých rostlin počítat s pomalejším vývinem (vyplývá zpravidla ze snížené vitality semen). Takové rostliny budou v porostu méně konkurenceschopné vůči rostlinám okolním v příjmu vody a živin i ve využití slunečního záření. Úpravou výsevku můžeme do značné míry regulovat hustotu porostu, avšak nevyrovnanost vzcházení způsobenou kvalitou osiva takto ovlivnit nelze.

Vitalita osiva se výrazně projeví zejména v extrémních podmínkách. Kromě uvedeného časného výsevu jařin do vlhčích a chladnějších půd to např. dále může být větší hloubka setí anebo naopak pozdní jarní setí.

Semenárský výzkum

Semenářský výzkum prochází v posledních letech významným pokrokem, zejména v oblasti genetiky, fyziologie a biochemie. Dokladem jsou četné publikace věnované biochemii a fyziologii semen (Bewley a Black, 1994, Basra et.al., 1995, McDonald, 1998). Přesto stále zůstává mnoho neobjasněných otázek, vyplývajících jak z rozmanitosti botanických druhů, tak ze vzájemných vztahů kvality semen a podmínek prostředí. Dobrá znalost fyziologie semen je nezbytná nejen pro výzkumné účely, ale též pro praktické semenářství, včetně semenářské kontroly.

Vitalita semen je již akceptována semenářskou praxí jako důležitá součást kvality osiva. Vzájemné vztahy kvality osiv (vitality a zdravotního stavu) a podmínek prostředí mají bezprostřední význam jak pro pěstitele (otázka založení kvalitního a vyrovnaného porostu), tak pro množitele a semenářskou kontrolu. Semenářský výzkum hledá objektivnější metody k vyjádření kvality osiva, které budou mít vysokou korelaci s polní vzcházivostí. Přes značné úsilí ISTA a AOSA je pokrok ve vývinu rutinně použitelných testů v semenářské kontrole značně pomalý.

Semenářský výzkum musí především vycházet ze vztahu kvality semen a kvality prostředí. Ten je velmi široký a zasahuje jak do formování kvality osiva (v období zrání), tak do uchování kvality při uskladnění a zejména ovlivňuje klíčení a vzcházení. Uvedený vztah prostředí a kvality semen se prakticky podílí i na výsledcích některých semenářských testů, především značně komplikuje standardizaci a vývoj nových objektivních metodik hodnocení kvality osiva. Semenářský výzkum zpravidla končí objasňováním vztahů určitých laboratorních výsledků k polní vzcházivosti. Pokračování až do produkční hodnoty osiva je již značně komplikované, neboť do procesu vstupuje mnoho dalších faktorů ovlivňujících vlastní tvorbu výnosu. Jsou to opět faktory prostředí a agrotechniky a dále výskyt chorob a škůdců.

Výzkum klíčení semen souvisí s výzkumem dormance, stárnutí a vitality semen. Význam poznatků o dormanci semen platí nejen pro semenářství, ale též pro potravinářský průmysl. Jedná se především o požadavky sladoven na ječmeny anebo požadavky pekáren na kvalitu obilovin (předpokládaná souvislost se skrytou porůstavostí vyjadřovanou číslem poklesu). Stárnutí osiva a vitalita semen představují dvě navzájem podmiňované semenářské veličiny. Snížená vitalita vede k rychlejšímu stárnutí a projevem stárnutí je pokles vitality.

Při klíčení semen sehrává dominantní úlohu vztah ”semeno : voda”. Z něj vyplývá citlivost semen na vodní stresy a to jak z nedostatku, tak z nadbytku vody. Stresové situace v interakci ”semeno : voda” se běžně vyskytují v polních podmínkách, např. sucho, kdy nedostatek vody brání v dokončení klíčení, nebo naopak případy tzv. ”zamazání osiva” při setí. Často však nejde pouze o přímý vliv vody na semena, ale o omezení přístupu vzduchu ke klíčícím semenům.

Dobré poznání vztahů “semeno : voda” se týká nejen mechanismu příjmu vody a jejího vlivu na fyziologii semen, ale celého komplexu fyzikálních pochodů hydratace a dehydratace semen. Semena jsou citlivá na rychlé bobtnání, chlad a nedostatek kyslíku. První stádia příjmu vody suchými semeny jsou kritickým obdobím klíčení (McDonald, 1994). Rychlost příjmu vody je dána gradientem vodního potenciálu mezi semenem a prostředím. Suchá semena mají velmi nízký osmotický a matriční vodní potenciál. Příjmem vody se zvyšuje vodní potenciál semene a následkem je zpomalování tohoto pochodu. Velký význam při stanovení permeability má morfologie semenných obalů.

Semenářské firmy využívají pro účely zlepšení vyrovnanosti a rychlosti klíčení různých principů speciálních úprav osiva. Známé jsou různé formy prehydratační úpravy osiv zelenin. I zde voda sehrává významnou úlohu jak při vlastní úpravě, tak v následném procesu vysušování stimulovaných semen. Příjem vody aktivuje řadu základních fyziologických pochodů klíčení (McDonald, 1994) a následné vysušení po první fázi bobtnání by nemělo mít negativní dopady na klíčivost. Naopak se předpokládá vyrovnanější a rychlejší klíčení a vzcházení. Na tomto principu je založeno ošetření osiv primingem nebo prehydratací. I v těchto případech výsledky závisí jak na vitalitě ošetřovaného osiva, tak na technologických podmínkách (význam hydratace a dehydratace, dostupnost kyslíku pro semena).

Jedná se při poškozování životaschopnosti semen na počátku klíčení o citlivost na vodu nebo spíše o citlivost k nedostatku kyslíku? Zvýšená vlhkost prostředí při klíčení může být příčinou blokování přístupu kyslíku k semenům. Otázkám významu kyslíku při klíčení nebyla zatím věnována odpovídající pozornost. Lze rozlišit druhy plodin tolerantní a netolerantní k k anaerobním podmínkám (anoxie). Tolerantní druhy reagují na anaerobní podmínky během anoxie snížením anaerobní respirace a produkcí laktátu a etanolu k vyvážení kyslíkového dluhu. Druhy netolerantní se naopak vyznačují velkou anaerobní respirací a vysokou hladinou etanolu. Normální obsah kyslíku v půdním vzduchu neklesá pod 19 %, ale může se snížit až pod 1 %, např. při půdním škraloupu. Strukturní půdy mají dobrou aerobní atmosféru do 10 - 15 cm. Je-li však půda silně saturována vodou, je výměna vzduchu ztížena. V našich výzkumech vychází značná citlivost na anoxii u obilek jarního ječmene v porovnání s malou citlivostí obilek pšenice.

Z testů vitality publikovaných ISTA již v roce 1981 nacházejí širší uplatnění (výzkumné, případně i rutinní v semenářské kontrole):

· test laboratorní vzcházivosti - klíčení v substrátu cihlové drti nebo písku v hloubce odpovídající hloubce setí poskytuje velmi dobré výsledky u obilnin

· chladový test - speciální metodika laboratorního testu v extrémních teplotách

· konduktometrický test vodivosti výluhu - nepřímá metoda hodnocení vitality s nejlépe propracovaným vědeckým zdůvodněním

· testy urychleného stárnutí (TUS) - problémy s jejich standardizací je řadí k velmi diskutovaným, ale perspektivním testům vitality

Rozdílné korelace výsledků jednotlivých testů s polní vzcházivosti jsou obrazem toho, že vitalita semen je mnohorozměrná vlastnost semen.

Agronomicky významné projevy osiva se sníženou vitalitou lze shrnout do těchto bodů:

· Narůstá citlivost semen na podmínky prostředí při klíčení, vzcházení a při skladování. Zvyšuje se význam vody a kyslíku při klíčení a vliv teploty a vlhkosti při uskladnění osiva.

· Redukce polní vzcházivosti, delší doba vzcházení a nevyrovnané vzcházení jsou příčinou nevyrovnaných porostů. Redukci vzcházivosti lze za předpokladu možnosti její predikce kompenzovat úpravou výsevku, nevyrovnané vzcházení ovlivněné nízkou vitalitou osiva anebo podmínkami prostředí eliminovat nelze. Podmínkou predikce vzcházivosti je znalost vitality osiva.

· Diferencovaný vliv na výnosovou schopnost porostu podle charakteru tvorby výnosu plodiny a odrůdy. Kompenzační schopnost výnosových prvků nedokáže ani u obilnin plně eliminovat horší kvalitu založeného porostu.

· Rychlejší průběh stárnutí při uskladnění vede ke snižování životaschopnosti osiva. Pro přeskladňování osiv nejsou vhodné málo vitální partie osiva.

· Vitalita osiva je významným faktorem při speciálních úpravách osiv.

Produkcní hodnota osiva

Výsledky výzkumu produkční hodnoty osiva nejsou jednotné a logicky odpovídají podmínkám prostředí ve zkouškách výkonu. Na tvorbu výnosu má vliv délka období působení podmínek prostředí, agrotechnika a autoregulační schopnost plodiny. Redukce výnosů plodin může být v nepřímém vztahu se sníženou vitalitou osiva za podmínek, kdy populace nedosahuje určité kritické úrovně. Z porovnání populací o stejné hustotě vyplývá, že vitalita semen ovlivňuje především vegetativní růst a má vztah k výnosu zejména u plodin, které jsou sklízeny za vegetace anebo v ranných fázích reprodukčního vývinu. Přesto využívání vysoce vitálního osiva u všech plodin je důležité pro zajištění potřebné populace rostlin za všech půdních podmínek.

Pro obilniny se obecně uvádí, že výnos porostu může být ovlivněn kvalitou osiva o 0,1 - 0,5 t.ha-1. Kovář (1987) pokládá v některých případech biologickou hodnotu osiva pšenice za důležitější než výkonnost odrůdy. Prokázal pokles výnosů ozimé pšenice při výsevu málo vitálního osiva v průměru o 7,7 % (max. diference 21,1 %) a na příkladech dalších autorů uvádí diference produkční schopnosti porostů zapříčiněné osivem v rozmezí 5 - 30 %.

Odezva výnosu porostu na kvalitu osiva závisí především na tom, zda porost po vzejití dosahuje, či nedosahuje určitých limitních hodnot počtu jedinců na jednotce plochy a dále na výskytu dalších negativních faktorů, ke kterým např. náleží pozdní založení porostu a nevyrovnané vzcházení. Pro obilniny je za takovou kritickou hodnotu různými autory považováno 200 rostlin na 1m2. Dalším faktorem je rychlost a vyrovnanost vzcházení, které přispívají ke zvyšování variability v produktivitě jednotlivých rostlin v porostu.

Také z našich dlouholetých zkoušek výkonu osiva pšenice ozimé a jarního ječmene vyplynulo, že přes značnou kompenzační schopnost porostů se kvalita osiva projeví ve variabilitě výnosů. U každého prvku výnosu dochází ke změnám, které při vyjádření prostřednictvím koeficientů variability směřují k dílčímu vyrovnávání výnosů (tabulka 1). Ve zkouškách výkonu partií osiva určité odrůdy jsou koeficienty variability výnosů nižší než koeficienty variability hustoty porostu.

Každý polní pokus se vyznačoval výnosovými diferenciacemi mezi porosty založenými různým osivem. V extrémních případech může při nízké kvalitě osiva docházet k redukci výnosů o 15 - 26 % v porovnání s nejvýnosnější porovnávanou partií osiva. Obecně jsou při hodnocení partií osiva maximální diference ve výnosech porostů v rozmezí 4 - 12 %.

Literatura:

Basra, A. S. et al. (1995): Seed quality: Basic Mechanisms and Agricultural Implications. The Haworth Press, N.Y., 389 pp.

Bewley, J. D., Black, M. (1994): Seeds. Physiology of Development and Germination (2.eddition). Plenum Press, New York.

Hampton, J. G.-Coolbear, P. (1990): Potential versus actual seed performance - can vigour testing provide an answer? Seed Sci.Technol., 18 : 215-228.

Kovář, M. (1987) : Vitalita zrna pšenice. Sb.ÚVTIZ Genetika a šlechtění, 23 : 289-297.

McDonald, M. B. (1994): Seed Germination and Seedling Establishment. In: Physiology and Development of Crop Yield (ed. Boote,K.J., Bennett,J.M., Sinclair,T.R., Paulsen,G.M.) Am.Soc.of Agronomy, Crop Sci.Soc. of America, Madison, pp. 37-60.

McDonald, M. B. (1998): Seed quality assessment. Seed Science Research, 8: 265-275.

TeKrony, D. M., Egli, D. B. (1991): Relationship of Seed Vigor to Crop Yield: A Review. Crop Science, 31: 816-822.

Tabulka 1: Zkoušky výkonu osiva jarního ječmene a ozimé pšenice - variabilita a kompenzace prvků výnosu (pokusná stanice AF ČZU v Červeném Újezdu)