Caviplazmovaná voda jako fungicidní adjuvans v ochraně rostlin

19. 08. 2024 Bc. Simona Rodopská; Mendelova univerzita v Brně Ochrana obecně Zobrazeno 276x

V současné době, kdy se zemědělci stále více potýkají s narůstajícími výzvami v oblasti ochrany rostlin a udržitelnosti, roste důležitost hledání efektivních a šetrných metod péče o rostliny. Jedním z inovativních přístupů, který nabízí naději na řešení těchto problémů, je využití plazmou aktivované vody (PAW - plasma activated water). Tato nová technologie přináší široké spektrum využití v zemědělství ať už v oblasti ochrany rostlin, či ovlivňování růstu plodin. S touto revoluční technologií se tak může zásadně změnit přístup k řešení problémů v zemědělství.

Fungicidní adjuvanty

Fungicidní adjuvanty jsou látky, které se přidávají k fungicidům za účelem zlepšení jejich účinnosti nebo fyzikálně-chemických vlastností. Adjuvanty mohou pomoci proniknout přípravku skrze voskový povrch rostliny, zajistit rovnoměrné rozptýlení na povrchu rostliny, zlepšit uchycení přípravku na rostlinu a lépe se do ní vstřebat. Adjuvanty mohou mít i synergický účinek, při kterém dochází, že fungicid bude mít vyšší účinek po přidání adjuvantu (Janků et al., 2012).

Plazmou aktivovaná voda

Plazmou aktivovaná voda, známá také jako caviplazmovaná voda, je technologie, která využívá elektrického výboje k aktivaci a ionizaci vody, čímž tvoří výkonný nástroj s antimikrobiálními vlastnostmi (Herianto, Arcega, Hou, & al., 2023). Tento proces vytváří vodu obohacenou o reaktivní formy kyslíku (ROS) a dusíku (RNS), společně nazývané (RONS), které stojí za výjimečnými vlastnostmi této vody. Mezi RONS řadíme radikály (OH•, NO•, NO₂•), ionty (H⁺, OH^-) nebo oxidy dusíku (N₂O₅, N₂O). Vzájemnými interakcemi mezi těmito částicemi vznikají stabilní produkty, mezi které řadíme peroxid vodíku, dusičnany a dusitany nebo ozón (Herianto, Arcega, Hou, & al., 2023).

PAW se může vyrábět z různých typů vod (deionizovaná, destilovaná či kohoutková) a různými způsoby výroby, proto nelze snadno formulovat její přesné chemické složení a fyzikálně chemické vlastnosti (Kozáková, 2006).

Využití PAW v zemědělství

Využití PAW v zemědělství nabízí řadu potenciálních výhod. Jednou z nich je možnost snížení nebo úplné eliminace použití tradičních chemických pesticidů, což může přispět k ochraně životního prostředí a zdraví lidí. PAW může fungovat jako fungicid zabíjející patogeny na povrchu rostlin nebo může stimulovat obranu rostlin proti chorobám (Guo et al., 2021).

PAW může zlepšit růst rostlin. Za jejím účinkem je spojení několika faktorů. Dusičnany obsažené v PAW jsou přijímány rostlinou a využity jako živiny (Takaki & al., 2013). ROS, zejména peroxid vodíku, posiluje mechanizmus tolerance rostlin a udržuje standardní fyziologickou a metabolickou aktivitu rostlin (İşeri & al., 2013). RONS mohou ovlivňovat hladinu rostlinných hormonů, a tím podpořit růst rostlin (Zhou et al., 2019; Zhour et al., 2020).

PAW zvyšuje klíčivost osiva díky třem aspektům. Za prvé, ROS mohou způsobovat narušení osemení, což urychluje klíčení díky lepšímu vstřebávání živin a vody (Dobrin & al., 2015). Druhým aspektem je, že RNS mohou sloužit jako živiny pro semeno (Duermeyer, 2018). RONS, zejména peroxid vodíku a dusičnany, mohou podporovat klíčení semen (Barba-Espín, Hernández, & Diaz-Vivancos, 2012).

Pokusy

Cílem experimentů bylo zjistit jaký vliv má ošetření PAW na napadené rostliny salátu setého patogenem Botrytis cinerea. Cíl vychází z hypotézy, která praví, že PAW může díky svému obsahu kyslíkových radikálů sloužit jako fungicidní adjuvans, a tudíž umožní snižovat dávky účinné látky.

Locika setá (Lactuca sativa L.), známá jako salát setý, z čeledi hvězdnicovité (Asteraceae) je jednoletá až dvouletá lysá bylina s tenkým kůlovým kořenem (Slavík et al., 2004). K experimentům byla použita odrůda salátu setého Pražan. Mezi nejvýznamnější choroby salátu setého patří šedá hniloba salátu (Rostlinolékařský portál, 2024).

Původcem šedé hniloby salátu je patogen Botrytis cinerea, který se obvykle vyskytuje ve své anamorfní formě. Teleomorfa nese název Botryotinia fuckeliana. Synonymy názvu jsou botrytida a plíseň šedá. Dle taxonomického řazení patří Botrytis cinerea do říše houby (Fungi) a oddělení Ascomycota. Houba se neobjevuje pouze na salátu, ale má velmi široký okruh hostitelských rostlin, tudíž ji řadíme mezi polyfágní organizmy (Rostlinolékařský portál, 2024).

Založení pokusu

Byly připraveny černé kelímky se substrátem pro výsev a množení, do kterých byl zaset salát setý. Tyto kelímky byly seskupeny po čtyřech do průhledných krabiček, které byly označeny variantou a opakováním. Poté byly umístěny na černé tácy a rozmístěny na stanoviště, kde byly zavlažovány a hnojeny podle variant.

Stanoviště byla čtyři, přičemž inokulované varianty a neinokulované varianty byly odděleny do dvou laboratoří, aby se zabránilo infekci (obr. 1). Po inokulaci salátů Botrytis cinerea byly použity na přikrytí stejné průhledné krabičky s vyvrtanými dírkami, aby měly rostliny přístup k vzduchu. Inokulace se uskutečnila ve fázi, kdy měly saláty 2–3 pravé listy. Fungicidní ošetření bylo provedeno jedenkrát.

Od pátého dne pokusu byla zapnuta světla s modrým světlem, která ovlivňují kvalitu růstu, množství listů a odnožování. Tyto světla byla používána do 22. dne pokusu, kdy byla přepnuto na červená světla, která podporují fotosyntézu a růst rostlin  (Kukliš & Mokríčková, 2011).

Obr. 1: Stanoviště s neinokulovanými variantami

Varianty a stanoviště

Bylo zvoleno devět variant, přičemž u sedmi z nich se pozoroval vliv PAW v oblasti ochrany rostlin (tab. 1) a u dvou variant se pozoroval vliv PAW v oblasti výživy rostlin (tab. 2). V rámci jednoho pokusu běžela tři opakování, která byla značena počtem písmen, varianta byla označena číslem.

Tab. 1: Varianty ochrany rostlin

Tab. 2: Varianty výživy rostlin

Příprava roztoků

Při přípravě speciálního roztok (SR) byl namíchán roztok s poměrem 1:10 mezi hnojivem a PAW. K práci bylo použito hnojivo Kristalon Gold. Roztoky fungicidů (F) byly připravené podle návodu. K práci byl použit fungicid PROTI moniliové spále (Signum), který je registrovaný i proti šedé hnilobě salátu setého. PAW byla připravena z deionizované vody, a obsahovala 153 mg/l peroxidu vodíku.

Příprava inokula Botrytis cinerea probíhala homogenizováním mycelia a fruktifikačních orgánů v destilované vodě a následném přefiltrováním přes sterilní gázu. Zřeďováním se dosáhlo počtu konidií 3,1±0,1×10⁶ v 1 ml inokula. Inokulum bylo přelito do rozprašovače, který sloužil k inokulaci.

Měření indukované fluorescence chlorofylu

Měření fluorescence chlorofylu poskytuje informace o fotosyntetické aktivitě rostlin. To je užitečné pro monitorování efektivity fotosyntézy, hodnocení zdraví rostlin, studiu stresových podmínek a zkoumání různých faktorů ovlivňujících fotosyntézu. K měření byla použita fluorescenční kamera Handy FluorCam FC 1000-H, kterou lze využít při práci v terénu (obr. 2).

Měřený parametr byl maximální kvantový výtěžek, což je poměr variabilní a maximální fluorescence, a je to ukazatel stresu u rostliny. U zdravých rostlin dosahuje maximální hodnoty 0,83.

Obr. 2: Handy FluorCam FC 1000-H

Výsledky

Bylo provedeno celkem pět měření indukované fluorescence chlorofylu, do tohoto článku uvádím výsledky z posledního měření, kde jsou nejlépe vidět rozdíly mezi variantami.

Na obrázku 3 lze vidět dvě kontroly a variantu, která byla po inokulaci ošetřena PAW. U varianty A1 se dá všimnout, že u ní probíhala fotosyntéza standardně, na rozdíl od A2, kde v některých částech listu fotosyntéza neprobíhala vůbec, anebo probíhala s obtížemi. Varianta A2 byla po inokulaci ošetřena pouze vodou. Ačkoliv nebyla varianta A3 ošetřena fungicidně a byla ošetřena pouze PAW, lze vidět, že u rostlin probíhala fotosyntéza účinněji než u kontroly A1.

Cílem práce bylo porovnat fungicidně ošetřené varianty s kontrolami. K prvnímu porovnání došlo mezi kontrolami a variantami, které byly ošetřeny roztokem vody nebo PAW s plnou dávkou fungicidu (obr. 4). Na první pohled si lze všimnout, že roztok fungicidu s PAW potlačil patogen, dokonce podpořil fotosyntézu v rostlině. Průběh fotosyntézy u A5, která byla ošetřena roztokem fungicidu a vody, je srovnatelný s kontrolou A1.

Zajímavější výsledky přineslo porovnání kontrol s variantami, kde byla do roztoku vody či PAW použita poloviční dávka fungicidu (obr. 5). Výsledná neúčinnost ošetření u A7 byla předpokládaná. Excelentní výsledky přineslo fungicidní ošetření u A6, na které byl použit roztok PAW s poloviční dávkou fungicidu. Nejenže měl tento roztok účinnost stejnou jako roztok s plnou dávkou fungicidu, nýbrž stimuloval probíhající fotosyntézu. Taktéž si lze všimnout, že fotosyntéza probíhala lépe u A6 než A1.

K porovnání došlo i mezi neinokulovanou kontrolou a variantami výživy rostlin (obr. 6). Lze říct, že u obou hnojených variant probíhala fotosyntéza lépe než u A1. Mezi variantou B1, která byla zavlažována každý den speciálním roztokem a jedenkrát za týden roztokem hnojiva a PAW, a variantou B2, která byla zavlažována vodou a jedenkrát týdně roztokem hnojiva s vodou, nejsou viditelné rozdíly. Tento výsledek se dá připsat délce pokusu. Předpokladem je, že kdyby pokus probíhal déle, mohly být získány odlišné výsledky.

Obr. 3: Porovnání variant

Obr. 4: Porovnání kontrol a variant s plnými dávkami fungicidů

Obr. 5: Porovnání kontrol a variant s polovičními dávkami fungicidů

Obr. 6: Porovnání kontroly a variant výživy rostlin

Závěr

Realizované experimenty potvrdily hypotézu, že PAW je schopna potencovat účinnou látku fungicidu, a tedy sloužit jako adjuvans. Zvolená rostlina salát setý se ukázala jako citlivá rostlina pro nakažení Botrytis cinerea.

Experimenty ukázaly velký potenciál tohoto inovativního způsobu ošetření, který by mohl v budoucnosti šetřit množství používaných fungicidů, a tím pádem šetřit finanční prostředky a životní prostředí. Přestože PAW nabízí mnoho slibných vlastností, stále je potřeba provést další výzkumy a testování, aby byla potvrzena jejich účinnost a použitelnost v praxi. V tomto bádání bych chtěla pokračovat v navazujícím magisterském studiu.

Plné znění citací a podrobné výsledky práce jsou k dispozici v bakalářské práci, která je k dispozici u autora, školitele a v elektronické podobě na internetu.

Autorka děkuje za možnost pracovat v laboratořích Botanického ústavu AV ČR v.v.i., a využívat přístroje na Oddělení experimentální fykologie a ekotoxikologie, a především děkuje za toto téma, konzultace přípravy a realizace experimentů Ing. Elišce Maršálkové, Ph.D. a Prof. Ing. Blahoslavovi Maršálkovi, CSc.

Vytvořeno na základě bakalářské práce pod vedením Ing. Jany Víchové, Ph.D.