HYDRATAČNÍ ÚPRAVY OSIV ZELENIN

14.02.2001 | Odborné konference

Hydration treatments of vegetable seeds

J. Pazdera

Česká zemědělská univerzita v Praze

Abstract

Seed hydration is treatment for improve seed parameters, especially for faster and uniform germination and emergence, under broader range of environments. Seeds are hydrated using various methods at a moisture level sufficient to activate seed metabolism, but not sufficient to permit radicle protrusion. After hydration seeds must be redried to allow routine handling.

Four approaches to hydration have been developed: prehydration, osmotic priming, solid matrix priming and controlled hydration.

seed, vegetable, hydration treatments

Souhrn

Hydratační úpravy jsou nadstandardním ošetřením osiv. Cílem ošetření je zlepšit semenářské parametry osiva, s důrazem na dosažení rychlejšího a vyrovnanějšího klíčení a vzcházení. Úprava osiva zahrnuje částečné nebo úplné nabobtnání semen. Principem hydratačního ošetření je nechat semeno přijmou vodu, v množství, které je dostatečné pro aktivaci metabolických procesů, ale již nepostačující k proražení kořínku. Existují čtyři základní způsoby hydratace: prehydratace, osmotický priming, priming v pevné fázi a kontrolovaná hydratace.

Hydratační úpravy osiv jsou nadstandardním ošetřením, které má za cíl zlepšit semenářské parametry osiva, s důrazem na dosažení rychlejšího a vyrovnanějšího klíčení a vzcházení, při současném rozšíření variability podmínek prostředí, ve kterých semena mohou klíčit. Podle zkušeností některých zahraničních firem, které již hydratačně upravená osiva nabízejí, je toto ošetření speciální úpravou osiv, která si postupně získává zájemce z řad producentů zeleniny.

Princip hydratace

Hydratační ošetření osiva zahrnuje částečné nebo úplné nabobtnání semen. Principem hydratačního ošetření je nechat semeno přijmou vodu, v množství, které je dostatečné pro aktivaci metabolických procesů, ale již nepostačující k proražení kořínku.

Pro usnadnění pozdější manipulace, skladování a setí při použití klasického zemědělského nářadí je nutno semena opětovně vysušit. Zvolený způsob sušení může výrazně ovlivnit efekt získaný při hydrataci. Jsou používány různé metody: vysoušení volně na filtračním papíru při teplotě místnosti, v sušárně s přirozeným nebo s nuceným oběhem vzduchu, vakuové sušení. Cantliffe et al. (1981) uvádějí, že při rychlejším vysoušení v sušárně dochází k většímu poškozování semen. Negativní vliv dehydratace na klíčivost po primingu zkoumal i Allen (1997, cit. Taylor et al., 1998). Ozbingol et al. (1998) naopak zjistili, že u rajčat stimulační efekt primingu po zpětném vysušení přetrvává.

Podle Vilierse a Edgecumba (1975) se v průběhu hydratační fáze klíčení aktivují v semeni opravné mechanismy a mohou tak být částečně opravena poškození metabolických procesů nahromaděná během stárnutí. Osborne (1982, cit. Van Piljen, 1995) a Roberts (1988, cit. Van Piljen, 1995) uvádějí po nabobtnání semen i možnost částečné opravy genomu. Kritická vlhkost semen potřebná pro aktivaci těchto opravných procesů se liší u jednotlivých plodin, od 15% u salátu (Ibrahim et al. 1983) do 30% u pšenice tvrdé (Petruzelli, 1986, cit Van Piljen, 1995).

Coolbear (1995) tvrdí, že aktivní opravný mechanismus se může v semenech uplatnit, jestliže poskytneme semenům čas pro efektivní působení opravných procesů. Některé zestárlé materiály tak mohou obnovit svou schopnost produkovat normální rostliny.

Prínos hydratacních úprav

Kromě dosažení rychlejšího a vyrovnanějšího klíčení a vzcházení snižuje hydratační ošetření také poškození z bobtnání při výsevu semen do chladné půdy (Copeland a McDonald, 1995). Projevuje se též v nižší sekundární dormanci semen. U salátu je tak možno překonat termodormanci prostřednictvím rozšíření rozsahu teplot, při kterých budou semena klíčit (Cantliffe et al., 1984; Valdes a Bradford, 1987). Cantliffe a ElBalla (1994) doporučují pro lepší založení porostů mrkve v teplejší části vegetačního období používání osiv upravených primingem. Ozbingol et al. (1998) u rajčat tvrdí, že hydratace v roztoku polyethylenglykolu nemění hodnoty teplotního optima a maxima pro klíčení, ale snižuje minimální teplotu klíčení přibližně o 6° C.

Suzuki et al. (1993) uvádějí možnost snížení citlivosti semen k vodnímu stresu při klíčení prostřednictvím hydratačního ošetření. Ozbingol et al. (1998) zjistili po použití osmotického primingu snížení citlivosti semen k nedostatku kyslíku při klíčení.

Rudrapal a Nakamura (1988) uvádějí hydratační ošetření jako možnost zlepšení životnosti semen. Příčinou zlepšení podle nich může být snížení poškození buněčných součástí oxidačními procesy a volnými radikály.

Mechanismus působení hydratace na vitalitu a životnost osiva dosud není plně objasněn. Za možné příčiny zlepšení vitality osiva pomocí hydratačních úprav považuje Basu (1995):

odstranění toxických metabolitů,

redukci příjmu vody u upravených semen,

nastartování klíčení a zvětšení embrya,

enzymatické opravy biochemických lézí pomocí buněčného opravného systému.

Metody hydratace

Metody předseťové hydratace mohou být rozděleny do dvou kategorií, podle toho je-li příjem vody semenem řízen nebo ne. Rozlišujeme tedy prehydrataci (neřízený příjem vody) a priming (řízený příjem vody).

Prehydratace

Nekontrolovaný příjem vody zahrnuje způsoby hydratace, kde voda je pro semeno volně dostupná a není nijak regulována prostředím. Příjem vody je tedy ovlivňován jen afinitou pletiv semene k vodě. Semena jsou bobtnána volně uložená na vlhčeném savém papíru nebo přímo namáčena ve vodě. Protože příjem vody není nijak limitován, semena mohou případně i vyklíčit, za předpokladu, že nejsou dormantní a mají zajištěny všechny podmínky pro klíčení. Proces neřízené hydratace musí být tedy po určité době přerušen, aby bylo zabráněno přechodu klíčícího semene do III. fáze klíčení (Taylor et al., 1998).

Tarquis a Bradford (1992) uvádějí, že prováděli prehydrataci osiva salátu po dobu 0.5, 1, 2, 4, 6, 8 a 10 hodin, na savém papíru v destilované deionizované vodě, s následným dvouhodinovým vysušením v sušárně s aktivní ventilací při 25° C. Podle nich krátká doba prehydratace (do 1 hodiny) neposkytuje žádný efekt ve srovnání s kontrolou. Delší doby prehydratace (2 - 10 h) zkracují průměrný čas klíčení.

Fujikura et al. (1993) namáčeli osivo květáku v čisté vodě, 5 hodin při 23° C, s následným uložením nabobtnalého, povrchově osušeného osiva v uzavřeném kontejneru se 100 % relativní vlhkostí vzduchu po dobu 3 dnů. Souběžně prováděli osmopriming v roztoku PEG o vodním potenciálu -1,5 MPa při 20° C po dobu 7 dnů. U obou úprav následně osivo vysušili při 20° C po 2 dny na vlhkost 6 %. Podle jejich výsledků prehydratace i osmopriming zvyšují rychlost klíčení květáku. Prehydratace má větší efekt při 10° C a v prvních třech dnech na počátku klíčení při 23° C ve srovnání s osmoprimingem.

Peňaloza a Eira (1993) prováděli prehydrataci u osiva rajčat, po dobu 12, 24 a 48 hodin, na filtračním papíru vlhčeném destilovanou vodou, při pokojové teplotě. Ve výsledcích konstatují, že prehydratace je možností, jak zvýšit výkonnost osiv se střední fyziologickou kvalitou, ale u osiv vysoce vitálních nemá prehydratace význam.

Priming

Při řízení příjmu vody je množství vody dostupné pro semena omezené nebo je pomocí vodního potenciálu prostředí obklopujícího semena regulován tok vody do semene.

Taylor et al. (1998) uvádí tři způsoby řízeného příjmu vody: priming v roztoku (osmotic priming), priming v pevné fázi (solid matrix priming) a kontrolovaná hydratace.

Priming v roztoku

Termín priming v roztoku popisuje bobtnání semen v provzdušňovaném roztoku osmotika s nízkým vodním potenciálem. Khan et al., (1978) používají pro tuto metodu termín osmokondicionování.

Jako osmotikum se používají různé sloučeniny, například soli KNO3, K3PO4, MgSO4, Ca(NO3)2, NaCl nebo organické sloučeniny jako polyethylenglykol (PEG), glycerol a mannitol. Výhodou použití solí je, že ionty solí rovněž mohou být semeny přijaty a mohou tak zabezpečit dusík a další prvky pro semena, nevýhodou je jich možná toxicita pro semena (Copeland a McDonald, 1995).

V současné době se nejvíce dává přednost PEG. Jedná se o vysokomolekulární látku (6000 - 8000 daltonů) inertního složení, které vysoká molekulová hmotnost brání v průniku do semene a tím ve vytváření toxického vlivu. Velkou nevýhodou PEG je, že rozpustnost kyslíku v roztoku je nepřímo úměrná jeho koncentraci. Pro zajištění dostatečného příjmu kyslíku semenem je proto nutné roztok provzdušňovat (Akers, 1990, cit. Copeland a McDonald, 1995). Gray et al (1992) porovnávali dva způsoby dodatečného provzdušňování roztoku PEGu při primingu. Uvádějí, že při použití “probublávání” sloupce roztoku osmotika je možno dosáhnout většího množství rozpuštěného O2 než u roztoku míchaného. Současně je u prvního systému provzdušňování menší nebezpečí poškození semen následkem otěru.

Goobkin (1989) porovnával efektivitu osmotického primingu semen červené řepy, mrkve a cibule v roztoku směsi solí KNO3+K3PO4.7H2O s primingem v PEGu 6000 a zjistil, že roztok směsi solí má větší efekt než PEG.

Van der Toorn (1990) prováděl výzkum metod zlepšení kvality osiva celeru. Porovnával klíčivosti semen z různých okolíků u tří odrůd upravených osmotickým primingem a uvádí, že priming vede ke zkrácení doby dosažení 50% klíčivosti (T50) až o 66% nezávisle na odrůdě či partii osiva.

Drew a Dearman (1993) zjišťovali vliv osmotického primingu na klíčivost a dobu klíčení u celeru. Konstatují, že žádná varianta primingu nemá vliv na procento klíčivosti, ale dochází ke zkrácení střední doby klíčení (MTG) až o 40%. Trvání primingu nad 10 dnů dále nezvyšuje výsledný efekt. K podobným závěrům dospěli i Pérez-García et al. (1995), kteří sledovali vliv různých solí používaných jako osmotikum na klíčení osiva celeru. Zjistili, že úprava primingem neovlivňuje konečnou klíčivost, ale má vliv na zkrácení doby dosažení 50% klíčivosti (T50).

U osiva rajčete zvyšuje klíčivost osmopriming v PEG i v roztoku KNO3+K3PO4 (vodní potenciál -0.7 MPa), při vodním potenciálu -1.1 MPa vzrůstá klíčivost pouze u primingu v roztoku solí. Osmopriming dále průkazně zkracuje MTG (Mauromicale a Cavallaro, 1995).

Skladovatelností osiv po primingu se zabývali Dearman et al. (1986). Osivo cibule skladované při 10° C mělo vyšší rychlost klíčení než osivo neupravené a po dobu 18 měsíců skladování nebyl zaznamenán pokles vitality semen. Autoři tvrdí, že priming snižuje ztrátu vitality během stárnutí.

Argerich et al. (1989) zjistili, že semena rajčat upravená primingem skladovaná při 4° C si uchovají svou životnost po dobu jednoho roku, ale při 30° C je životnost a vitalita osiva výrazně redukována po 6 měsících skladování.

Vliv primingu na skladovatelnost osiva studovali také Oluoch a Welbaum (1996). Podle nich po 9 letech skladování ) u melounu cukrového neupravená semena klíčí při 30° C lépe než semena upravená, ovšem vzcházivost v půdě s vlhkostí 17% je u neupravených semen nižší. Repriming po skladování zkracuje u neupravených semen střední dobu klíčení, u upravených ji prodlužuje.

Priming v pevné fázi

Jinou metodou řízené hydratace osiva je použití pevného nosiče s nízkým matričním potenciálem, které je známé jako priming v pevné fázi (solid matrix priming - SMP) nebo také matrikondicionování (Kubik et al., 1988, cit. Copeland, McDonald, 1995).

Jako nosič se používají přírodní látky, například vermikulit, rašeliník nebo písek. Existují i komerčně vyráběné nosiče, například Celite, Micro-Cel (syntetický křemičitan vápenatý) a Zonolite (vermikulit).

Při tomto způsobu primingu jsou semena smíchána se zvlhčeným nosičem, ze kterého přijímají vodu. Po skončení je pevný nosič odstraněn prosetím. Použití vermikulitu nebo jemně mleté břidlice umožňuje dodat semenům více vzduchu než při použití osmotika, protože nosič není nikdy plně nasycen a semeno je tak v aerobním prostředí.

Khan et al. (1992) zjišťovali některé fyzikální vlastnosti nosičů Micro-Cel E a expandovaného vermikulitu # 5 a jejich efektivnost jako médií pro hydrataci. Podle nich jsou vlastnosti nosiče pro priming v pevné fázi následující:

1. nedetekovatelná rozpustnost ve vodě nebo neměřitelný osmotický potenciál

2. nízká elektrická vodivost (0.48 - 0.04 mmho/cm)

3. vysoká vodní kapacita (450% - 600%)

4. rozpětí pH od 7.0 do 8.4

5. velký povrch

6. schopnost efektivně řídit hydrataci semen

Na základě jejich výzkumu byl také stanoven optimální poměr osiva, pevného nosiče a množství vody v rozmezí 1:0.3-0.5:1-2 (hmotnostně).

Dawidowicz - Gregorzewska a Maguire (1992) zjišťovali cytologické změny v semenech mrkve při primingu v pevné fázi. Uvádějí, že v embryonální ose dochází k degradaci přítomných proteinů a lipidů a k zvýšení počtu glyoxysomů a ostatních organel, podobně jako v katabolické fázi klíčení (fáze II) u plně nabobtnalého semene. Dále bylo zjištěno zeslabení stěn buněk endospermu v okolí kořenové špičky stimulované pravděpodobně metabolicky aktivním embryem.

Shodně byly cytologické změny prokázány i u semen okurky (neendospermické semeno) při dalším výzkumu (Dawidowicz - Gregorzewska, 1997).

Možnost zlepšení klíčivosti celeru při vysokých teplotách pomocí SMP testovali Parera et al. (1993) a tvrdí, že SMP průkazně redukuje negativní efekt vysokých teplot na klíčení.

Jett et al. (1996) porovnávali vliv primingu v pevné fázi a osmoprimingu na klíčení osiva brokolice. Ve výsledcích uvádí, že priming v pevné fázi má větší vliv na klíčivost a růst kořenů při teplotách od 15° C do 30° C. Oba způsoby primingu zkracují střední dobu klíčení o více než 35%.

Yamamoto et al. (1997) sledovali vzcházivost travních semen po matrix primingu. Úpravou bylo dosaženo snížení času potřebného pro vzejití a zvýšení konečné vzcházivosti. Úspěšnost úpravy je rozdílná podle druhu a odrůdy a závisí také na podmínkách prostředí při vzcházení.

Kontrolovaná hydratace

Při kontrolované hydrataci, tak jak ji uvádí Taylor et al. (1998) je k osivu přidáno jen přesně určené množství vody pro dosažení požadované vlhkosti semen. Hmotnost potřebné vody lze vypočítat podle vztahu:

Wtw = Wti (MCf - MCi)/(100 - MCf), (3)

kde Wtw je hmotnost vody, kterou je nutno přidat k počátečnímu množství suchých semen (Wti), MCi je počáteční vlhkost semen a MCf je konečná vlhkost semen po hydrataci. Existují dva způsoby aplikace potřebného množství vody.

Rowse (1996) na základě kalibrace v první fázi zjišťuje přesné množství vody potřebné k hydrataci, ve druhé fázi je přesně definované množství vody najednou přidáno k osivu v míchacím bubnu a osivo je ponecháno vlhké v uzavřeném kontejneru (obvykle 14 dnů). Následně je přidaná voda zpětně odsušena na úroveň vlhkosti, jakou mělo osivo před hydratací.

Jiným přístupem je postupné cyklické přidávání vody až do dosažení požadované vlhkosti tak, aby nikdy v systému nezůstávala volná neabsorbovaná voda. Po přidání vody je osivo stejně jako v prvním případě ponecháno po určitou dobu vlhké a pak je zpětně vysušeno (Warren a Bennett, 1997).

Efektivita hydratacních úprav

Efektivita hydratačních úprav závisí na druhu semen a jejich vitalitě v době hydratace. Hydratace je úspěšná pro takové plodiny jako jsou rajče, mrkev, cibule, paprika, celer, petržel, čirok, jílek, lipnice, méně u pšenice a ječmene. Obecně je hydratace úspěšnější u malosemenných plodin. U velkosemenných plodin (sója, kukuřice cukrová) je uplatnitelná už méně (Copeland a McDonald, 1995, v citacích jiných autorů).

Peňaloza a Eira (1993) uvádějí, že prehydratace má význam pouze u osiv se střední vitalitou, neboť umožňuje zvýšit výkonnost těchto osiv, ale u osiv vysoce vitálních je hydratační ošetření ošetřením nadbytečným. V podobném duchu se vyjadřuje i Basu (1995), podle něho na semena s vysokou vitalitou nemá hydratační ošetření vliv.

Naopak Tanne a Cantliffe (1989) a Cantliffe a ElBalla (1994) doporučují používat pro priming pouze vysoce kvalitní osivo.