C.257 (CZ) Nechemické metody ošetření osiva - Využití nízkoteplotního plazmatu a biologického ošetření osiva u řepky ozimé

20. 08. 2018 Prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D. a kol. 

K velmi diskutovaným otázkám v pěstování rostlin patří v současné době zavedení integrované ochrany rostlin, snižování množství pesticidů a prosazování technik a postupů šetrných k životnímu prostředí.

Snižování rizik a omezování vlivu používání pesticidů na lidské zdraví a životní prostředí je legislativně ukotveno v rámcové směrnici Evropského parlamentu a Rady 2009/128/ES, a je i cílem „Národního akčního plánu”. Jednou ze zásad ve vyhlášce č. 205/2012 Sb., o obecných zásadách integrované ochrany rostlin je upřednostnění biologických, fyzikálních a jiných nechemických metod ochrany rostlin, pokud poskytují dostatečnou úroveň ochrany před škodlivými činiteli.

Ošetření osiva

V semenářství je pak velmi diskutovanou otázkou zákaz používání některých účinných látek v mořidlech a aktuální potřeba alternativních způsobů ošetření osiva tak, aby byl zachován zdravotní stav osiva a ochrana vzcházejících rostlin. Kvalitní osivo o vysoké semenářské a biologické hodnotě je zásadním předpokladem úspěšného pěstování.

V rámci standardních semenářských technologií je osivo mořeno fungicidně a insekticidně. Vhodně připravené osivo je považováno za jeden z velmi významných faktorů ovlivňujících zdravotní stav porostu a výnos. Moření samo o sobě však biologickou kvalitu osiva nezvýší. I když je v současné době neopomíjeným úkonem při přípravě, je nutné ho brát pouze jako pojistku při ošetření relativně zdravého osiva, které prošlo polním kontrolním procesem.

Moderní nanotechnologie a biotechnologie mohou nabídnout nové techniky a postupy použitelné pro ošetřování osiva vedoucí ke zvýšení jeho kvality a biologické hodnoty. Mezi takové metody patří využití nízkoteplotního plazmatu jako způsobu fyzikálního ošetření a stimulace osiva (nanotechnologie) nebo kombinace tohoto procesu s následným nanesením vhodného biologického preparátu (biotechnologie). Nicméně ošetření nízkoteplotním plazmatem lze využít i v kombinaci s klasickým chemickým mořením.

Využití nízkoteplotního plazmatu

Technologie využití nízkoteplotního plazmatu je používána již dlouhou řadu let především v chemickém průmyslu pro modifikaci fyzikálních a fyzikálně-chemických vlastností ošetřovaných látek v pevném nebo kapalném skupenství či ve formě mikročástic. Často se také využívá ve zdravotnictví ke sterilizaci nástrojů nebo k likvidaci nebezpečných biologických látek.

V poslední době nachází uplatnění také v rostlinné biologii, ekologii a zemědělství. Jedna z prvních aplikací u rostlin se týkala přerušení dormance semen různých plevelů. Byla publikována řada vědeckých článků, kde byla technika plazmového ošetření semen využita u různých významných zemědělských plodin, např. u pšenice, kukuřice, luskovin či olejnin.

Obecně je uváděn především její pozitivní vliv na klíčení semen, ale v některých případech byly zaznamenány také kladné účinky na růst rostlin v polních podmínkách, kdy byly ovlivněny znaky jako rychlost růstu, výška rostlin, délka kořene nebo čerstvá hmotnost. Ošetření plazmatem ovlivnilo také odolnost semenáčků a rostlin řepky olejky vůči stresu suchem. Některé studie poukázaly i na ovlivnění mikrostruktury povrchu semen nebo eliminaci patogenů přenosných osivem. Nicméně většina dostupných a publikovaných dat se týká laboratorních pokusů či orientačních a maloparcelkových polních pokusů.

Fyzikální plazmové ošetření osiva je možné kombinovat se standardním chemickým mořením či biopreparáty nebo biostimulátory, které mají v systémech integrované ochrany rostlin významné postavení. Primární efekt plazmového ošetření osiva spočívá v povrchové sterilizaci, modifikaci mikrostruktury povrchu semene vedoucí k lepší smáčivosti, příjmu vody, a tím k urychlení klíčení. Plazmovým ošetřením ale není zajištěna ochrana vzešlých rostlin. Tady se pak může projevit efekt biopreparátů na bázi entomopatogenních nebo mykoparazitických hub, které jsou cíleně introdukovány do půdy pomocí biologicky namořeného osiva. Vnesené vláknité houby mají nejen přímý ochranný účinek spočívající v eliminaci půdních škůdců nebo původců onemocnění rostlin, ale mají i pozitivní vliv na růst a vývoj rostlin v důsledku zvýšení dostupnosti živin. Navíc zvyšují supresivitu půdy a mohou i aktivovat obranné mechanizmy rostlin.

V této oblasti nechemických metod regulace škůdců a potlačení vývoje a šíření původců onemocnění rostlin je jen velmi málo praktických poznatků o využívání plazmatu a různých druhů entomopatogenních a mykoparazitických hub, zejména pak v polních podmínkách. Přičemž za paradoxní lze označit tu skutečnost, že jak entomopatogenní, tak i mykoparazitické houby patří ve světě mezi nejstudovanější mikroorganizmy využitelné v biologické ochraně rostlin.

Plazmový výboj typu Gliding Arc pro ošetření semen při atmosférickém tlaku

Mikrovlnný plazmový výboj slouží k ošetření semen při nízkém tlaku

Míchací zařízení pro ošetření osiva řepky je součástí vakuového recipientu

Pokusy

Na pracovišti Zemědělské fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích se dlouhodobě věnujeme praktickému využití autochtonních kmenů entomopatogenních a mykoparazitických hub v biologické ochraně rostlin. Účinnost kmenů vláknitých hub je testována na řadě hmyzích hostitelů nebo houbových patogenech rostlin a zároveň je sledován vliv hub na zvyšování biologické aktivity půdy.

Stejná pozornost je věnována technologiím nízkoteplotního plazmatu a možnosti ošetřování osiva. Pro fyzikálně biologické ošetření osiva byly vyvinuty laboratorní aparatury, které umožňují ošetřování malých vzorků semen. Celý technologický postup je ověřován v maloparcelkových pokusech u modelových plodin (řepka ozimá, ječmen jarní a mák).

Poloprovozní a provozní pokusy - řepka ozimá

U řepky ozimé je pak technologie plazmového či duálního ošetření osiva ověřována i v poloprovozních a provozních pokusech ve spolupráci se šlechtitelskými a semenářskými firmami a zemědělskými podniky. Naše pracoviště se jako jedno z prvních zabývá pěstováním plodin z ošetřených semen v polních podmínkách, což představuje významnou aplikaci plazmových technologií v zemědělství i v mezinárodním kontextu.

V rámci našich pokusů byla provedena poloprovozní a provozní aplikace plazmového a duálního ošetření u osiva řepky ozimé. Experimenty byly realizovány v letech 2015–2017 ve spolupráci se Zemědělským obchodním družstvem „Blata“ v Sedleci.

V poloprovozním pokusu bylo testováno celkem 6 variant - pesticid, ošetření plazmatem, mykoparazitická houba Trichoderma virens (Tvi), entomopatogenní houba Metarhizium anisopliae (Man) a duální ošetření osiva plazma + Tvi a plazma + Man. Každá varianta byla vyseta na ploše cca 3000 m². Provozní pokus byl realizován v roce 2016/17 pouze se dvěma variantami - pesticidně mořené osivo a osivo ošetřené plazmatem, každé na cca 10 ha plochy. Veškeré polní operace, jako je setí, hnojení, aplikaci pesticidů a sklizeň, zajišťovalo v průběhu vegetace Zemědělské obchodní družstvo „Blata”.

Klíčivost osiva řepky ozimé ošetřeného nízkotlakým mikrovlnným plazmovým výbojem

Porost řepky ozimé z neošetřeného (levá část snímku) a osiva ošetřeného nízkotlakým mikrovlnným plazmovým výbojem (pravá část snímku); porost z ošetřeného osiva je rychlejší ve vývoji - již ve fázi odkvětu

Letecký snímek pole řepky ozimé s poloprovozním a provozním pokusem (pořízeno pomocí dronu)

Výsledky

Fyzikálně biologické ošetření mělo pozitivní vliv na energii klíčení semen, rychlost počátečního vývoje a růstu rostlin, přezimování, tvorbu větví na jedné rostlině, počet a délku šešulí. U ošetřených variant docházelo k časnějšímu nástupu do květu, a také k dřívějšímu zrání. Pozitivní efekt se projevil nejen v dobrém vývoji porostu, ale ve finále i ve vyšším výnosu.

Dosažené výnosy poloprovozního pokusu jsou přehledně shrnuty v tabulce a grafu. V provozním pokusu bylo u varianty plazma dosaženo výnosu 3,19 t/ha a u pesticidní varianty 2,82 t/ha, tj. plazmové ošetření navýšilo výnos semen o 13 %.

Graf: Procentické rozdíly ve výnosu řepky ozimé z ošetřených semen plazmou a mykoparazitickou houbou T. virens vztažené k pesticidní variantě (%)

Tab.: Výnos semen řepky ozimé ve sklizňových letech 2015–2017

V čem tedy spočívá vlastní efekt plazmatu při ošetření osiva?

• Nízkoteplotní plazma představuje proud iontů a radikálů, který při kontaktu s povrchem semene vyvolá oxidační procesy vedoucí k povrchové „sterilizaci“, ke změnám povrchové struktury a mikropoškození osemení.
• Dochází k eliminaci spor hub na povrchu semene, ke změně smáčivosti povrchu ošetřeného semene a rychlejšímu pronikání vody do semene. Tyto procesy vedou k urychlení klíčivosti nebo zvýšení procenta klíčivosti, rychlejšímu vzcházení a počátečnímu růstu rostlin.

Závěr

Fyzikální, resp. fyzikálně biologické ošetření osiva má vysoký potenciál při pěstování řepky ozimé. Zejména ve stresových podmínkách dochází nejen ke stimulaci klíčení a vzcházení rostlin, ale projevuje se i pozitivní efekt na navýšení výnosu semen. Ošetření osiv fyzikálními a biologickými postupy se jeví jako účinná alternativní metoda, která může být využita v rámci integrované ochrany rostlin.

Podrobná data a literatura použitá k vypracování tohoto příspěvku je dostupná u autorů.

Prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D., Ing. Andrea Bohatá, Ph.D., Mgr. Pavel Olšan, Mgr. Zbyněk Havelka, Ing. Monika Strejčková, RNDr. Pavel Kříž, Ph.D., Doc. RNDr. Petr Bartoš, Ph.D., Prof. RNDr. Petr Špatenka, CSc.; Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Ing. Jiří Beran; Oseva Seeds s.r.o., Horažďovice