STÁRNUTÍ A VITALITA OSIVA

Deterioration and vigour of seeds

Doc. Ing.Václav Hosnedl, CSc.

Katedra rostlinné výroby, ČZU v Praze

Abstract

The contribution summarises the knowledge of the study about seed deterioration. The main manifestation of seed deterioration (low vigour) appears to be in less uniform germination and increase in the sensitivity of seeds during germination and emergence on the environmental conditions, mainly water sensitivity or oxygen deficiency resp. The deterioration process depends on botanical species (seed composition) but at the some time it can be caused by properties of a variety. The significant vigour factor are the environmental conditions during seed development (the influence of the provenience and year) and the physiological seed condition.

The content of total polyphenols is increasing in the seeds during their deterioration. The inhibitory effect of micromycetes on seeds and their metabolites on the development and result of germination and emergence is characterised.

The published methods of accelerating ageing test are usable in standard conditions but can be not recommended for all crops. Problems, mainly in small seeds are caused mainly by steam condensaion on the seed and the development of micromycetes.

seed, deterioration, tests, environment, germination, water sensitivity, micromycetes, germination inhibition

Přestože studium fyziologie semen je ve světě vědy předmětem značného zájmu, poskytují souhrnně publikované poznatky (BEWLEY, BLACK, 1994, KIGEL, GALILI, 1995) i jednotlivá vědecká sdělení stále mnoho neobjasněných teoretických i praktických otázek.

Fyziologický průběh klíčení a vzcházení orthodoxních semen, rychlost a vyrovnanost tohoto procesu a deformace klíčních rostlin jsou závislé na vzájemné interakci kvality semen a podmínek prostředí. Ačkoliv semena většiny kulturních druhů získávají schopnost klíčit již od časných fází svého vývinu, klíčivost partií osiva je zpravidla redukována. Snížená klíčivost je obecně přisuzována výskytu semen dormantních a semen neživotaschopných. Podíl obou kategorií je proměnlivý v závislosti na mnoha faktorech. Heterogenita osiva vyplývá nejen z výskytu těchto kategorií semen v osivu, ale zejména ji ovlivňuje výskyt semen o rozdílné vitalitě. Ta se vyznačují rozdílnou reakcí na podmínky prostředí při klíčení. Všechna semena podléhají procesu stárnutí, doprovázenému snižováním semenářské hodnoty, označované v anglické terminologii “deteriorace”. Její průběh závisí na látkovém složení semen (na botanickém druhu), na odrůdě (KOVÁŘ, 1987), na vnitřní hodnotě semen (vitalitě) a na podmínkách prostředí.

Hlavními faktory prostředí, které ovlivňují proces stárnutí a klíčení semen jsou teplota a vlhkostní podmínky, významně deterioraci může ovlivnit mikroflóra na (v) semenech. Otázkám ztráty životaschopnosti je věnována značná pozornost výzkumu. např. ELLIS (1991) a BRADFORD et all. (1993). Hledání odpovědi na podstatu snižování vitality a následnou ztrátu životaschopnosti je značně komplikované s ohledem na značné rozdíly mezi semeny jednotlivých botanických druhů rostlin a malou znalost biochemických a fyziologických pochodů. Mezi příčiny lze zařadit produkci anebo indukci produkce řady fytotoxických látek, jakými jsou např. polyfenolické sloučeniny. Pro semenářskou praxi je významné zjištění, že některé látky jsou uvolňovány při klíčení z kořenů do půdy a mohou tak inhibovat klíčení a růst rostlin sousedních. Je známo, že změny v obsahu těchto látek se objevují po příjmu vody semeny, což naopak může podporovat hypotézu o jejich významu v ochranném systému semen. Výskyt mikroflóry na semenech je zpravidla zkoumán z hlediska jejich škodlivosti při přenosu na novou rostlinu. Méně je známo o vlivu sekundárních metabolitů mikroflóry na vlastní průběh klíčení. Nejde vždy pouze o vlivy toxické, ale též inhibiční.

K nejvýznamnějším známých faktorům klíčení náleží vztah “semeno : voda” který lze vyjádřit citlivostí na vodní stresy z nedostatku i nadbytku vody. Semenářské firmy využívají pro účely zlešení vyrovnanosti a rychlosti klíčení různých principů speciálních úprav osiva. Známé jsou různé formy prehydratační úpravy osiv zelenin. A zde významnou úlohu sehrává opět voda jak při vlastní úpravě, tak v následném procesu vysušování stimulovaných semen. Stresové situace v interakci “semeno : voda” se však běžně vyskytují i v polních podmínkách (např. sucho, kdy nedostatek vody brání v dokončení klíčení, nebo případy tzv. “zamazání osiva” při setí). V řadě těchto případů se však nejedná jen přímý vliv vody na semena, ale o omezení přístupu vzduchu ke klíčícím semenům.

McDonald (1994), který stejně jako řada dalších autorů považuje vodu za rozhodující faktor klíčení, pokládá otázky, které vyžadují poznání. Týkají se tvrdosemennosti, mechanismu příjmu vody a jejího vlivu na fyziologii semen a celého komplexu pochodů hydratace a dehydratace semen.

Vzájemné vztahy kvality osiv (vitality a zdravotního stavu) a podmínek prostředí mají bezprostřední význam nejen pro pěstitele (otázka založení kvalitního a vyrovnaného porostu), ale i pro množitele a semenářskou kontrolu. Semenářský výzkum hledá stále objektivnější metody k vyjádření kvality osiva, která bude mít co největší korelaci s polní vzcházivostí. Přes značné úsilí ISTA a AOSA je pokrok ve vývinu rutinně použitelných testů v semenářské kontrole, zejména k vyjadřování vitality osiva, značně pomalý. K nejdiskutovanějším testům náleží např. testy urychleného stárnutí a jejich standardizace. Zpravidla jsou porovnávány fyziologické rozdíly s přirozeným stárnutím, často s nejednotnými závěry. Ukazuje se, že např. i polní vzcházivost deteriorovaného osiva silně závisí na metodě použité pro stárnutí osiva.

Metodické postupy

Na studium vztahu změněné vitality osiva a podmínek prostředí při klíčení byl orientován projekt GAČR. Komplexnost výzkumu vycházela z jednotného schématu při získávání výchozího osivového materiálu u nosných modelových plodin, jarního ječmene a hrachu. Základem pro zkoumání vlastností semen a obilek byl vliv odrůdy (min. 3), prostředí množení (min. 4 lokality) a ročníkem (3 roky: 1995 - 1997).

Principem byla úprava osiva řízenou rychlou deteriorací ve dvou výzkumem a semenářskou kontrolou uplatňovaných variantách, s vysušením semen po expozici podmínek teploty a vlhkosti (TUS) a bez vysušení semen před biologickými testy (TUSM - dle TeKrony, 1995). Byl respektován kontrolní mechanizmus průběhu deteriorace v podobě výsledné vlhkosti semen na závěr působení teploty a vlhkosti. Metodiky úpravy osiva jsou uvedeny v dalších příspěvcích tohoto sborníku.

Takto uspořádané rozdělení úpravy osiv umožňovalo vzájemné porovnání vlivu samotné deteriorace na jedné straně a vlhkosti semen (významu rozdílů vodního potenciálu na počátku klíčení, tj. při bobtnání) na straně druhé.

Klíčení a vzcházení osiva bylo studováno jako faktor kvality obilek a jejich vlhkosti (varianty deteriorace) a podmínek prostředí (voda, teplota, vzduch - kyslík). Základní schéma porovnává klíčení osiva v optimálních teplotních a vlhkostních podmínkách s klíčením v podmínkách vysoké vlhkosti lůžka (varianty s omezeným přístupem vzduchu - zálivka vodou a varianty s dosycováním prostředí kyslíkem - zavlažení slabým roztokem peroxidu vodíku). V testech laboratorní vzcházivosti (lůžko jemný písek, nad obilkami písek hrubý) byla hodnocena odezva průběhu vzcházení na teplotu. Praktickými ověřovacími testy byly přesné polní výsevy k vyjádření polní vzcházivosti.

Deteriorace osiva byla dále studována u olejnatých plodin (řepka) a po hydratační úpravě osiva zelenin (salát). Fytopatologické hodnocení bylo orientováno na studium osivem přenosných mikromycetů a na inhibiční a toxický vliv vybraných mikromycetů a jejich metabolitů na klíčení. Výzkum byl v teoretické rovině doplněn chemickými rozbory na studium změn polyfenolických látek.

Výsledky

Výsledky tohoto výzkumu jsou prezentovány v navazujících příspěvcích. V souhrnu je lze definovat takto:

Klíčení - vztah kvality osiva a podmínek prostředí

· Existuje druhová odlišnost v citlivosti osiva na vodu (na nedostatek kyslíku na počátku klíčení) - osivo ječmene průkazně snižuje klíčivost, semena hrachu jsou méně citlivá.

· Procento klíčivosti osiva je velmi variabilní u hrachu, se silnou závislostí na ročníku, lokalitě i odrůdě a na sklizni a posklizňovém ošetření (zralost, poškození mechanické a termické, rozvoj mikroflóry).

· Významná může být odrůdová odlišnost v citlivosti osiva na vodu (na nedostatek kyslíku) - byla prokázána u ječmene.

· Zvýšený obsah celkových polyfenolů v obilkách odrůdy ječmene s vysokými hodnotami klíčivosti i za vysoké vlhkosti prostředí podporuje hypotézu o významu těchto látek v ochranném mechanizmu semen (zda je to jeden ze znaků odrůdové kvality osiva vyžaduje cílený výzkum).

· Provenience osiva (komplex podmínek množení a zejména zrání) je důležitým kritériem zejména pro stabilitu vysoké vitality osiva.

· Povětrnostní podmínky roku množení ovlivňují vitalitu a rozvoj mikromycetů na semenech a obilkách.

· Vlhkost semen na počátku klíčení nebo vzcházení náleží k nejvýraznějším kvalitativním znakům osiva - vliv rozdílů vodních potenciálů semen a vody je tak velký, že překrývá vliv jiných faktorů, včetně deteriorace. Konduktometrickými testy u osiva hrachu bylo potvrzeno, že při vlhkostech semen nad 24 % (McDONALD, 1998) nedochází již k poškozování buněčných membrán v důsledku příjmu vody a tím k vyluhování exsudátů ze semen do vody a to ani u osiva deteriorovaného.

· Na klíčivost a vzcházivost a na inhibici růstu klíčních rostlin, zejména kořenů a kořenových krčků mají vliv mikromycety osidlující semena a obilky (např. Fusarium oxysporum, Fusarium lateritium a Alternaria tenuissima) i sekundární metabolity těchto a dalších zkoumaných hub (Fusarium sambucinum, Aspergillus niger, Rhizopus nigricans,Epicoccum purpurascens). Významnější vliv na růst kořínku je obdobným fyziologickým projevem inhibičního vlivu hub a jejich metabolitů jako přímý projev snížené vitality osiva, uváděné např. McDonaldem (1998).

Životní projevy deteriorovaného osiva

· Deteriorované osivo má nižší vitalitu a mění se jeho citlivost na podmínky prostředí při klíčení a vzcházení.

· Změny klíčivosti deteriorovaného osiva závisí na botanickém druhu. Zatímco u ječmene zpravidla nedosahují průkazných rozdílů (tab. 1), deteriorovaná semena hrachu reagovala vysokým poklesem procenta klíčivosti.

· Základním projevem deteriorace semen a obilek je delší průměrná doba a horší vyrovnanost klíčení (nárůst střední doby klíčení - MTG).

· Existují odrůdové rozdíly v poklesu vitality semen při deterioraci (význam šlechtění).

· Na rychlejší stárnutí semen má vliv fyziologický a biochemický stav semene (stupeň naklíčení), ovlivněný např. hydratační předseťovou úpravou nebo porůstáním.

· Projevem deteriorace osiva je zvyšování obsahu polyfenolických látek v suchých semenech ječmene a zejména u hrachu.

Tab.1: Klíčení osiva hrachu a ječmene - vliv testu urychleného stárnutí a podmínek prostředí

(Hosnedl, Horáková, Honsová)

Zkratky:

N - neošetřená varianta osiva

TUS - hodnocení suchého osiva po TUS

TUSM - hodnocení vlhkého osiva po TUS

K 60 - standardní klíčivost při 60 % zavlažení lůžka

K 100 - klíčivost při zavlažení lůžka vodou na 100 % vodní jímavosti

K 100PER - klíčivost při zavlažení lůžka 0,75 % roztokem peroxidu na 100 % vodní jímavosti

MTG - střední doba klíčení

ISTA - konduktometrická hodnota výluhu exsudátu (uS/g)

Sign.l - statistická průkaznost na hladině významnosti alfa

a,b,c,d- průkaznost rozdílů při odlišném označení tímto indexem

Využití testů vitality a doplňkových testů klíčivosti při hodnocení osiv

· Při řízené rychlé deterioraci osiva metodami TUS a TUS M (působením vysoké vlhkosti a teploty) vzniká řada problémů, které omezují využitelnost této metody, zejména u malosemenných nebo olejnatých plodin (rozvoj mikromycetů na semenech během testu, kondenzace vodní páry na semenech). Je zapotřebí uvažovat o využití modifikovaných metod, např. metod, kdy faktorem stárnutí je pouze teplota při standardní vlhkosti (metody využívané v SRN - prof. Steiner). Jiným principem TUS, uváděným v literatuře je náhrada vody při testu nasyceným roztokem, který sníží relativní vlhkost a omezí vlhnutí semen při testu.

· Konduktometrickými testy osiva hrachu lze zjistit rozdíly ve vitalitě deteriorovaných semen. Výsledky hodnocení závisí na vlhkosti semen na počátku bobtnání (vysoký rozdíl vodního potenciálu má vliv na rychlost příjmu vody semeny a tím na stupeň poškození z bobtnání).

· Velmi rychlým a málo náročným testem klíčivosti obilek ječmene (4 dny) je zkouška v 0,75 % roztoku peroxidu vodíku, vykazující vysoký koeficient korelace s laboratorní vzcházivostí při 15 oC.

Závery

Stárnutí a vitalita osiva jsou dva navzájem podmiňované semenářské pojmy. Snížená vitalita vede k rychlejšímu stárnutí a projevem stárnutí je pokles vitality. To znamená, že vitalita ovlivňuje skladovatelnost osiva, při požadavku na zachování jeho kvality. K hlavním projevům stárnutí osiva (nízké vitality) náleží pomalejší a méně vyrovnané klíčení a zvyšování citlivosti semen při klíčení a vzcházení na podmínky prostředí, zejména narůstá citlivost na vodu, respektive na nedostatek kyslíku. Proces stárnutí je závislý na botanickém druhu (na složení semen), ale zároveň může být odrůdovou vlastností. Významným faktorem vitality jsou podmínky prostředí při vývinu semen (vliv provenience a ročníku) a fyziologický stav semene.

Publikované metodiky testů urychleného stárnutí jsou za standardních podmínek využitelné, nelze je však doporučit pro všechny plodiny. Problémy, zejména u malých semen, působí kondenzace vodní páry na semenech a rozvoj mikromycetů.

Literatura

Beewley, J. D. - Black, M., 1994: Seeds. Physiology of Development and Germination. Plenum Press, New York

Bradford, K. J. - Tarquis, A. M., - Duran, J. M., 1993: A Population Based Treshold Model Describing the Relationship between Germination and Seed Deterioration. J.Exp.Bot., 44: 1225-1234

Hosnedl, V. a kol., 1999: Podíl deteorace semen a patogenů na změnách životních projevů osiva. Závěrečná zpráva projektu GAČR 521-96-0616

McDonald, 1994: Seed lot potential: viability, vigour and field performance. Seed Sci.and technol., 22 : 421-425.

McDonald, 1998: Seed quality asessment. Seed Science Research, 8: 265-275

Kigel, J. - Galili, G. et all., 1995: Seed Development and Germination. M.Decker, New York

Kovář, M., 1987: Vitalita zrna pšenice. Genetika a šlechtění. 23, 4: 289-297

TeKrony, D. M.,1995: Accelerated ageing. pp. 53-72 in H.A.van de Venter (ed.) ISTA vigour test seminar. Copenhagen, ISTA.

Příspěvek čerpá se závěrů projektu GAČR 521-96-0616

Poděkování spolupracovníkům na tomto projektu z kateder rostlinné výroby, ochrany rostlin a chemie, jmenovitě Ing. Horákové, Ing. Honsové, Ing. Pazderovi, Ing. Prokinové a Doc. Lachmanovi.

PROJEVY NÍZKÉ VITALITY OSIVA