Stanovenie ťažkých kovov v listoch viniča hroznorodého
ABSTRAKT: V rámci projektu ECOWIN SK-AT "Ochrana prírody ekologizáciou vinohradníctva" boli sledované tri vinohrady na výskyt hubových ochorení a stanovili sa ťažké kovy v listoch viniča hroznorodého, ktoré boli odobrané zo sledovaných vinohradov v roku 2012. Vzorky boli označené ako listy I-III. Rozbory rôznych častí rastlín ukázali, že všeobecne najviac kovov obsahujú korene, potom listy a stonky a najmenej semená, plody, hľuzy a buľvy. Poznanie obsahu ťažkých kovov v rastlinách je dôležité najmä z hľadiska kontaminácie potravového reťazca, avšak intenzitu kontaminácie rastlín ťažkými kovmi je nevyhnutné posudzovať v závislosti od druhu rastlín (Durža, 2003).
ABSTRACT: In the frame of ECOWIN SK-AT project three vineyards was monitored for occurrence of fungal diseases and heavy metals was specified in grapevine leaves sampled from these vineyards in 2012. Samples were labelled as leaves I-III. Analyses of various plant parts showed that generally the highest content of metals is located in roots, lower in leaves and stems and lowest in seeds, fruits, bulbs and orbs. The knowledge of content of heavy metals in plants is important from the point of food cycle contamination but intensity of plant contamination by heavy metals is necessary to critize depending up plant species (Durža, 2003).
Úvod
Vzhľadom ku kontaktnému pôsobeniu postrekov, využívajú sa predovšetkým na preventívnu ochranu. Mechanizmus účinku sa objasňuje ako ovplyvňovanie bunkovej plazmy pomocou ťažkého kovu. Vznikajú komplexné zlúčeniny rozpustné vo vode, ktoré vplyvom exkrétov húb, biogénnych a atmosférických faktorov ireverzibilne menia bielkoviny protoplazmy patogéna a tie potom nie sú schopné vykonávať fyziologické funkcie.
V pôde vinohradov je obyčajne dostatok medi. Jej nedostatok sa prakticky nevyskytuje, pretože vinič sa už dlhodobo, niekoľko desaťročí, ošetruje meďnatými prípravkami. Dlhodobé používanie meďnatých fungicídov pri ochrane vinohradov môže občas zapríčiniť aj nadbytok medi (Vanek, 2012). Rastliny ju potrebujú v minimálnych až stopových množstvách, pretože je súčasťou enzýmov, má špecifickú stabilizačnú funkciu vo vzťahu k chlorofylu a zúčastňuje sa na redukcii nitrátov. Aj keď je biogénnym prvkom, vysoký obsah je pre vinič toxický. (Šebánek a kol., 1983). Vyššia koncentrácia medi sa zistila v koreňoch, potom v letorastoch a listoch, čo naznačuje veľmi obmedzenú translokáciu medi z koreňov do nadzemných častí (Juang, 2012). Ťažké kovy sa môžu do rastlín dostať z pôdy, z imisií môžu do rastlín vstupovať aj cez prieduchy a ich prienik ovplyvňuje niekoľko pôdnoekologických podmienok, akými sú pôdne typy, pH pôd, koncentrácia a forma ťažkých kovov, obsah humusu v pôde, oxidačno-redukčné podmienky v okolí koreňovej sústavy spojené s mikrobiálnymi procesmi rozkladu organických látok, vlhkosť, teplota, uľahnutosť pôdy, použité hnojivá a prípravky na ochranu rastlín.
Ťažké kovy pôsobia na rastliny ako stresový faktor, vyvolávajú zmeny až zániky spoločenstiev. Na druhej strane existujú rastliny, ktoré dokážu rásť i na takých pôdach, kde je koncentrácia ťažkých kovov vysoká (Durža 2003; Hronec 1996). Niektoré ťažké kovy sú pre normálny rast rastlín biologicky esenciálne a ďalšie neesenciálne. Esenciálne prvky pre rastliny sú Cu, Mn, Fe a Zn alebo Mo a ich nedostatok môže vyvolať porušenie rastu, väčšina z nich je dôležitou súčasťou enzýmov a proteínov, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v metabolických procesoch. Pri niektorých z týchto neesenciálnych prvkoch, ako sú Sb, Bi, Cd, Pb, Hg, Ni, Ag, Tl, Th, Sn, U, Te a V boli dokázané pozitívne vplyvy, no v prípade ich nedostatku nevyvolávajú chorobné zmeny. Prvky ako As, Cd, Hg, Sb, Tl a U môžu pôsobiť toxicky pri prekročení ich tolerančných koncentrácií, ale nespôsobujú negatívne prejavy pri ich nedostatku (Alloway a Ayres 1993).
Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú množstvo absorbovaného kovu rastlinou patria koncentrácia a forma výskytu kovu v pôdnom roztoku; pohyb kovu z pôdy na povrch koreňového systému; transport kovu z povrchových častí do vnútorných častí koreňov a translokácia kovu z koreňa do výhonkov. Príjem mobilných iónov prítomných v pôdnom roztoku rastlinou je podmienený celkovým obsahom iónu v pôde, avšak v prípade silne sorbovaných iónov ich príjem závisí aj od hustoty koreňového systému. Po absorbovaní iónov cez koreňový systém alebo listy dochádza k ich premiestňovaniu po celej rastline. Rýchlosť a rozsah prenosu v rámci rastliny sú závislé od kovu, rastlinného orgánu a veku rastliny. Chaney a Giordano (1977 v Alloway 1990; Durža 2003) klasifikovali Mn, Zn, Cd, Mo a Se ako schopné ľahkej translokácie až do vrcholkov rastlín, Ni, Co a Cu na menšie vzdialenosti a Cr, Pb a Hg sú prenášané najmenej. Interakcie chemických prvkov sú veľmi dôležité vzhľadom na deficit a toxicitu vo fyziológii rastlín. Môžu mať antagonistický alebo synergický charakter a ich reakcie môžu ovplyvniť skutočný stres v rastlinách. Tieto interakcie môžu ovplyvňovať schopnosť jedného prvku brániť, alebo stimulovať absorbciu iného prvku do prvku. Ca, P a Mg sú hlavnými antagonistickými prvkami pôsobiacimi proti absorpcii a metabolizmu niekoľkých stopových prvkov (napr. Al, B, Be, Cd, Cu, Zn, Fe,). Antagonizmus sa najčastejšie vyskytuje dvoma spôsobmi, ako makrovýživový prvok, ktorý môže brániť sorpcii stopového prvku alebo naopak, ako stopový prvok, ktorý môže brániť sorpcii makrovýživového prvku (Kabata-Pendias a Pendias 1992).
Jedným z ukazovateľov hygienicko-toxikologickej akosti potravín je aj obsah toxických minerálnych látok (Velíšek, 2002). Zinok, ako jeden z esenciálnych prvkov pre rastliny, je dôležitý pre správny rast a vývoj rastlinných pletív. Rastliny ho prijímajú vo forme zinočnatej soli a je aktivátorom a stabilizátorom mnohých enzýmov. Podieľa sa aj na biosyntéze bielkovín, vplýva na kumuláciu a transport sacharidov a ovplyvňuje tvorbu tryptofánu. Ak dôjde k jeho zvýšenej koncentrácii, stáva sa toxickým. Vysoké obsahy zinku v rastlinných pletivách inhibujú funkciu proteínov, obsahujúcich iné kovy, ktoré sú substituované zinkom (Broadley a kol., 2007). Za toxickú hladinu sa pokladá koncentrácia 150 - 200 mg Zn/kg sušiny rastlinného materiálu (Sauerbeck, 1989, Musilová a kol., 2009), Durža (2003) vo svojom článku uvádza 100-400 mg Zn/kg.
V sledovaných vinohradoch boli použité prípravky pre integrovanú produkciu. Kocide 2000 má vďaka veľkému povrchu aktívnych častíc medi celkovú dávku o 25-50% nižšiu, pri zachovaní porovnateľnej biologickej účinnosti s inými meďnatými fungicídmi. Z toho dôvodu je šetrný pre životné prostredie. Okrem tohto prípravku bolo použité aj Thiovit Jet, ide o sírny prípravok proti múčnatke, s vedľajším účinkom proti erinóze a akarinóze. Prev-B2 je kvapalné listové hnojivo s obsahom bóru, Biamit je tiež tekuté listové hnojivo s obsahom organických kyselín, vitamínov a stopových prvkov, Biobit XL je bakteriálny prípravok proti húseniciam obaľovačov a Alginure je výluh z morských rias, obsahujúci rastlinné aminokyseliny, algináty a fosfonáty. Spomenuté prípravky neobsahujú ťažké kovy a nemajú tak vplyv na ich hromadenie v pôde a vo viniči.
Materiály a metódy
Vzorky listov sa odobrali z dvoch slovenských vinohradov pochádzajúcich z Malokarpatskej a Nitrianskej vinohradníckej oblasti a z jedného rakúskeho vinohradu. Vzorky listov boli usušené a pripravila sa reprezentatívna vzorka na mineralizáciu. Mineralizovalo sa 0,5 g listov so 7 ml 60 % HNO3 a 1 ml 30 % H202 pri 200 °C v dvoch krokoch po 10 min. Mineralizáty boli kvantitatívne prenesené do 50 ml odmernej banky, doplnené destilovanou vodou po rysku a použili sa na stanovenie ťažkých kovov pomocou indukčne viazanej plazmy (ICP).
Hodnotenie výskytu hubových chorôb (múčnatka, perenospóra, botrytída) sa robilo metódou podľa Townsenda a Heubergera (1943) a podľa Abbota (1925).
DS(%)=(suma(nv)/NV)*100,
kde n je stupeň infekcie podľa stupnice; v - počet listov na kategóriu; V - celkový počet hodnotených listov; N - najvyšší stupeň infekcie
Ef.(%)=(X-Y/X)*100,
kde X je napadnutie v kontrole, Y - napadnutie po ošetrení
Výsledky a diskusia
Stanovili sa koncentrácie esenciálnych prvkov ako je meď, mangán a zinok a neesenciálny prvok olovo v listoch viniča hroznorodého pochádzajúcich z dvoch slovenských a jednej rakúskej oblasti. Porovnaním tabuliek 1 - 2 možno povedať, že koncentrácie Zn a Mn stanovené vo všetkých vzorkách listov viniča sú v rozsahu danom pre rastliny uvádzaného podľa Bowena (1979). Ako esenciálne prvky pre rastliny môžu pri nedostatku vyvolať porušenie rastu a sú dôležitou súčasťou enzýmov a proteínov, ktoré zohrávajú významnú úlohu v metabolických procesoch.
Množstvo olova bolo stanovené v rozsahu uvádzanom pre rastliny (Bowen, 1979) len vo vzorke III (20 mg/kg). Vo vzorkách I a II bolo množstvo Pb vo zvýšenej koncentrácii (25-26 mg/kg), avšak nedosiahlo kritický rozsah ( 30-300 mg/kg) daný podľa Kabata-Pendiasa a Pendiasa (1992).
Vo vzorkách I a III bola meď prítomná v rozsahu 10-15 mg/kg, čo je v normálnom rozsahu pre rastliny (5-20 mg/kg), danom podľa uvedenej literatúry, avšak vo vzorke II bola stanovená koncentrácia Cu až 64 mg/kg, čo je už hodnota v kritickom rozsahu (20-100 mg/kg), avšak nepôsobí toxicky.
Tab. 1: Koncentrácie ťažkých kovov v rastlinách podľa literatúry (mg/kg)
|
|||||||||||||||||||||
Tab. 2: Koncentrácie ťažkých kovov stanovených vo vzorkách listov viniča (mg/kg)
|
|||||||||||||||||||||||||
Zistilo sa veľmi nízke až nulové percento napadnutia hubovými chorobami v sledovaných slovenských vinohradoch a to v rozsahu 0-2 %, ako zobrazujú obr. 1 - 2.
| Obr. 1: Vyhodnotenie hubových chorôb viniča v lokalite I (0 - 1 % napadnutia (ostro zelená farba), 1 - 2 % napadnutia (bledo modrá farba)) |
| Obr. 2: Vyhodnotenie hubových chorôb viniča v lokalite II (0 - 1 % napadnutia (ostro zelená farba), 1 - 2 % napadnutia (bledo modrá farba)) |
Záver
Napriek obmedzenému použitiu chemických prípravkov neboli na uvedených lokalitách zaznamenané vážnejšie škody spôsobené hubovými ochoreniami na listoch a plodoch, čo však mohlo byť spôsobené aj celkovo klimaticky priaznivým ročníkom 2012, a tým zníženou náročnosťou ochrany voči hubovým chorobám.
Väčšina koncentrácií sledovaných ťažkých kovov bola v literatúrou uvádzaných rozsahoch prijateľných pre rastliny. Pre zvýšené množstvo medi vo vzorke listov II sa stanoví Cu aj v hrozne a jej koncentrácia bude stanovovaná aj počas fermentácie.
Poďakovanie:
Tento projekt bol spolufinancovaný Programom cezhraničnej spolupráce Slovenská republika - Rakúsko 2007-2013, financovaným z prostriedkov EFRR a MPRV SR, číslo projektu N00120.
Literatúra:
ALLOWAY B. J., 1990. (Ed.): Heavy Metal in Soils. Blackie and Son Ltd., Glasgow and London, 1 - 339
ALLOWAY B. J., AYRES D. C., 1993. Chemical Principles of Environmental Pollution. In. Blackie Academic and Professional, 1 - 291
BROADLEY M., WHITE P. J., HAMMOND J. P., ZELKO I., LUX A., 2007. Zinc in plants. In. New Phytology, 173 (4), 677-702
DURŽA O., 2003. Využitie pôdnej magnetometrie v environmentálnej geochémii ťažkých kovov. In. Acta Geologica Universitatis Comenianae, 58, 29-55
HRONEC, O., 1996. Ťažké kovy a ich pohyb v pôdach a rastlinách. In. Ťažké kovy v ekosystéme. BIJO Slovensko Prešov, 41 - 49
KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H., 1992. Trace Elements in Soils and Plants. In. CRC Press Florida, 1 - 365
MUSILOVÁ J., POLÁKOVÁ Z., TÓTH T., 2009. Zinok - rizikový alebo prospešný mikroelement v zemiakoch?. In. Potravinárstvo, 4 (3), 51-54
VELÍŠEK J., 2002. Chemie potravin III. Vyd. OSSIS -Tábor., 368
VANEK G., 2012. Vizuálne posúdenie nedostatkov a nadbytkov živín - Časť II. Vinič a víno, 12 (3), 77-81
ŠEBÁNEK J. a kol., 1983. Fyziologie rostlin. 1. vyd., Státní zemědelské nakladatelství, Praha, 560 s.
JUANG K. W., LEE Y. I., LAI H. L., WANG Ch. H., CHEN B-CH., 2012. Copper accumulation, translocation, and toxic effects in grapevine cuttings. Environ. Sci. Pollut. Res., 19, 1315-1322
http://www.galati.sk/index.php?page=2010/06/01, 18.6.2013
TOWNSEND, G. R., HEUBERGER, J.V. 1943. Methods for estimating losses caused by diseases in fungicide experiments. Plant Disease Report, 340-343
ABBOTT W.S. 1925. A method of computing the effectiveness of an insecticide. Journal of Economic Entomology.- 1925, vol. 18, p. 265-267
Vystavené 3.4.2014
