Setzk Dávid 1 Veres Szilvi 2 Mkleit Péter 3 Rjni fürtös ubork (Cucumis stivus L.) hibrid produkció vizsgált eltérő dgú nitrogéntáplálásnál Investigtion of plnt production in the cse of cucumber (Cucumis stivus L. cv Rjni fürtös) under different nitrogen supply conditions szveres@gr.unideb.hu 1Debreceni Egyetem, MÉK, hllgtó 2 Debreceni Egyetem, MÉK, egyetemi docens 3 Debreceni Egyetem, MÉK, egyetemi djunktus Bevezetés Npjinkbn mezőgzdságnk igen nehéz feldt vn. Úgy kell élelemmel ellátni Föld növekvő népességét, hogy z elé támsztott egyre szigorúbb élelmezésbiztonsági, környezet- és természetvédelmi kritériumoknk megfeleljen. A sikeres növénytermesztés szempontjából tljok termékenységének fenntrtás kulcsfontosságú, ezért tápnyg utánpótlás z egyik legfontosbb grotechniki művelet, mely számos tényezőre vn kihtássl. Az intenzív tápnyg visszpótlás különösen igz kertészeti kultúrákr, hiszen viszonylg kevés földterületen ngy értéket kell előállítni, évente kár több növénykultúr termesztésével. M már kertészeti növénytermesztés minőség jegyében zjlik, melynek meghtározó eleme z optimális tápnyg ellátás. A nitrogén műtrágyázás növényi produkció növelésének egyik legfontosbb eszköze, viszont zöldségfélék esetében vele kell legkörültekintőbben eljárnunk. Az ubork, pprik, levél- és gyökérzöldségek különösen hjlmosk nitrát felhlmozásár, mely ngy mennyiségben csecsemők szervezetében oxigénhiányos állpotot okoz, mely fulldáshoz is vezethet. Másrészt e mkro elem ngy mobilitás mitt könnyen tlj- és felszíni vizekbe mosódht, környezetvédelmi problémákt okozv. Ezért fontos, hogy nitrogénből z optimálisnál többet ne juttssunk tljb. A műtrágyázás csökkentésének másik eszköze z olyn genotípusok kiválsztás, melyek kisebb tápnygszintnél is ugynzt termést produkálják. Kísérleteink célj ez utóbbi gondolton lpszik. Anyg és módszer Munkánk során Rjni fürtös ubork hibrid (Cucumis stivus L.) néhány fotoszintetikus prméterét htároztuk meg eltérő nitrogén (N) táplálás mellett (optimális, nnk 1/10-ed, ½ -ed része és ötszöröse, illetve teljes nitrogén hiány). Az ubork mgvkt nedves szűrőppír között csíráztttuk, úgy hogy csirnövények geotrópos viselkedésüknek megfelelő pozícióbn legyenek. Ezzel kezeléssel egyenes növekedésű hjtásokt és gyökereket kptunk, mi megkönnyítette további munkáltokt. Kísérletünket hidropónikus körülmények között végeztük. Az edények, melyekben négy növényt neveltünk, 1,7 l űrtrtlmúk. Az edények trtlmát két npont cseréltük és folymtosn levegőztettük. Három ismétléssel dolgoztunk. A tápoldt összetétele: 2,0 mm C(NO 3 ) 2, 0,7 37
mm K 2 SO 4, 0,5 mm MgSO 4, 0,1 mm KH 2 PO 4, 0,1 mm KCl, 10 µm H 3 BO 3, 1 µm MnSO 4, 1 µm ZnSO 4, 0,25 µm CuSO 4, 0,01 µm (NH 4 ) Mo 7 O 24. A növények vst 10-4 M FeEDTA formábn kpták. Méréseinket 24 npos korú növényeken végeztük. A nevelés körülményei, zz klímszob (Debreceni Egyetem, MÉK, Növénytudományi Intézet, Mezőgzdsági Növénytni, Növényélettni és Biotechnológii Tnszék klímszobáj) környezeti feltételei szbályozottk voltk. A fényintenzitás: 200-250 µmol m -2 s -1, hőmérséklet periodicitás: 25/20 C (nppl/éjjel), megvilágítás/sötét periódus: 1 h/8 h, reltív pártrtlom: 5-75% volt. A reltív klorofill trtlom mérését (Spd-index) SPAD-502 (Minolt, Jpán) reltív klorofill mérővel végeztük. A műszer reltív klorofill trtlomról d információt. Méréseinket legidősebb és legfitlbb kifejlett lombleveleken végeztük, kezelésenként z időseken és fitlokon 30-30 méréssel. A fotoszintézis ktivitásánk megállpításához klorofill fluoreszcenci indukció módszert lklmztuk (Schreiber et l., 1994). Az eltérő korú levelekben z in vivo klorofill fluoreszcenciát, klorofill fluoreszcenci indukció gyors és lssú szkszánk prmétereit PAM-2001 típusú fluorométerrel (WALZ Gmbh, Németország) végeztük. A mérések előtt növényi mintát 20 percig sötétdptáltuk. A mérés során előbb sötétdptált mintát gyenge mérőfénnyel világítottuk meg, és mértük z lp fluoreszcenci (F o) szintjét, mjd telítési fényimpulzus (000 µmol m -2 s -1 ) lklmzás után műszer detektált mximális fluoreszcenciát (F m). Az F m sötétben kb. 20s elteltével z F o szintre esik vissz. Az F m és F o különbsége változó flureszcenci (F v). Az F v/f m rányt PSII mximális (potenciális) fotokémii htékonyság jellemzésére hsználtuk fel. A növényi részek, zz hjtás és gyökérzet szárznyg tömegét termogrvimetriás módszerrel mértük. A hjtásokt és gyökereket 5 o C-os szárítószekrénybe helyeztük el és tömegállndóságig szárítottuk, mjd lehűlést követően négy tizedes jegy pontossággl mértük meg tömegüket. A mérésekhez OHAUS Explorer (Svájc) típusú nlitiki mérleget hsználtunk. A fotoszintetikus pigmentek, zz klorofill-, -b és krotinoid trtlom meghtározását fitl és idős leveleken is elvégeztük. A friss levelekről vett levélkorongokból Morn és Porth (1989) módszere szerint vontuk ki fotoszintetikus pigmenteket. A levélmintákr 5 ml N,N-dimetil-formmidot helyeztünk és hűtve tároltuk 72 óráig. A fotoszintetikus pigmentek mennyiségét Wellburne (1994) képlete lpján számoltuk miután mintákt METERTEK SP-830 típusú spektrofotométerrel 480, 47 és 4 nm-en mértük. Ebben munkábn bemuttott hibrid esetében teljes N-hiány növények pusztulásához vezetett kísérlet 10. npján, így ennek kezelésnek htás z eredmények között nem szerepel. Az dtok feldolgozásához és z eredmények értékeléséhez Microsoft Excel 2010 és Sigm Plot 10.0 progrmokt hsználtunk. Eredmények és értékelésük A fotoszintetikus htékonyság lpját fotoszintetikus pigmentek mennyiségi és minőségi jellemzői htározzák meg. Ezek közül is kiemelten fontos klorofill molekulák mennyiségi jelenléte, melyet kísérletünkben reltív klorofill trtlomként mértünk, Spd-indexként jellemezzük. A Spd-index értékek pozitívn korrelálnk klorofill-trtlomml és megbízhtó becslést nyújtnk klorofill szintről is. A klorofill-trtlom változás és 38
kpcsolt klorofill koncentráció és Spd-index között fontos muttó, mi változik növény korávl is. Ezért kísérleteink során kezelések mellett különböző korú levelek reltív klorofill trtlmát is meghtároztuk (1. ábr). 70 70 Reltív klorofill trtlom (Spd-index) 5 0 55 50 45 40 35 30 25 fitl levél 5 0 55 50 45 40 35 30 25 20 kezelések 20 1. ábr A reltív klorofill trtlom (Spd-index) értékének változás eltérő nitrogén (N) táplálás htásár (kontroll, 5x-, 1/2x- és 1/10x) idős és fitl leveleknél (n= 30± s.e.) (kontrollhoz képest N kezelés htás p<0.05, p<0.001) Eredményeink szerint z optimális nitrogén ellátás mellett növények idősebb leveleinek Spd-indexe 50,817 (± 8,031), fitloké 43,883 (± 2,311). Ötszörös nitrogéntáplálásnál ez z érték idős levelekben z optimálisnál 1,17 %-kl, fitlokbn 10,5 %-kl ngyobb. Az ½-szeres ellátás mellett z érték 12,3 %-kl, illetve 1,82 %- kl többnek, míg 1/10-szeres nitrogén dgnál 17,5 %-kl és 28,48 %-l kevesebbnek bizonyult z optimálishoz képest. Tehát reltív klorofill trtlom ½-szeres nitrogén kezelésnél kisebb, ötszörösnél ngyobb mértékben nőtt, z 1/10-szeresnél viszont jelentősen csökkent. Eredményeink szerint z ½-szeres nitrogén ellátásnál reltív klorofill trtlom nem csökkent, hnem kis mértékben nőtt. A klorofill fluoreszcenci indukció módszerrel in vivo és in situ mérni tudjuk elsősorbn 2-es fotokémii rendszer htékonyságát jellemző prmétereket, így például potenciális (mximális) fotokémii htékonyságot jellemző Fv/Fm értéket. Az Fv/Fm z optimális fejlődési körülmények között élő, mgsbb rendű növényekre becsült értéke 0.832 (± 0.004) (Björkmnn és Demmig-Adms, 1987). Méréseink szerint vizsgált ubork hibrid Fv/Fm értéke optimális ellátás mellett z idős és fitl levelekben 0,834 (± 0,015) és 0,819 (± 0,005) (2. ábr). 39 39
0,900 0,900 0,875 fitl levél 0,875 0,850 0,850 Fv/Fm 0,825 0,800 0,825 0,800 0,775 0,775 0,750 0,750 0,725 0,725 0,700 kezelések 0,700 2. ábr: A potenciális fotokémii htékonyság (Fv/Fm) eltérő N táplálásnál (kontroll, 5x-, 1/2x- és 1/10x) idős és fitl levelek esetében (n=3 ± s.e.) (kontrollhoz képest N kezelés htás idős leveleknél p<0.05, fitl leveleknél p<0.05 ) Ötszörös nitrogén táplálásnál z érték z optimális ellátáshoz viszonyítv idős leveleknél 1,12 %-kl több, fitlok esetében 1,2 %-kl kevesebb. ½-es nitrogén dgnál ez időseknél 0,9 %-kl több, míg fitloknál 0,41 %-kl kevesebb kontroll kezeléshez képest. Az 1/10-szeres kezelésnél már mindkét korú levél Fv/Fm értéke jelentősen, 3,72 %-kl, illetve 2,77 %-kl csökkent z optimális ellátáshoz képest. Elmondhtjuk tehát, hogy z ½-szeres és ötszörös kezelés esetében ennél z ubork hibridnél nem okozott szignifikáns változást z optimális fotokémii htékonyság értékében z 1/10-szeres kezeléssel szemben. Kísérleteink végén mértük különböző nitrogén kezelések szárz tömeg felhlmozódását befolyásoló htását hjtás és gyökér esetében is (3. ábr) 370
1, 1, hjtás szárz tömeg (g) 1,4 1,2 1,0 0,8 0, 0,4 0,2 hjtás 1,4 1,2 1,0 0,8 0, 0,4 0,2 0,0 0,0 gyökér szárz tömeg (g) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 c gyökér 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,00 kezelés 3. ábr: A hjtás és gyökér szárz tömegének (g) változás különböző N ellátás htásár (kontroll, 5x-, 1/2x- és 1/10x) (n=9 ± s.e.) (kontrollhoz képest N kezelés htás hjtásnál p<0.001, gyökérnél p<0.001 c ) A kontroll hjtásánk szárz tömege 0,972 g (± 0,21 g), gyökéré 0,133 g (± 0,04 g). Ennek függvényében hjtás szárz tömege ötszörös kezelésnél 4 %-kl, z ½-szeresnél 12,85 %-kl nőtt, míg z 1/10-szeres ellátásnál 38,91 %-kl csökkent. A gyökér szárz tömege ötszörös N-nél 9,57 %-kl csökkent, viszont z ½- szeres és 1/10-szeres kezelésnél 18,54 %-kl, illetve 58,91 %-kl nőtt kontroll kezeléshez képest. A szárz hjtás/gyökér rány kontroll kezelésnél 7,725 (± 1,793), ehhez viszonyítv z érték ötszörös kezelésnél 17,27 %-kl ngyobb, 1/10- és ½-szeresnél 85,37 %-kl és 1,28 %-kl kevesebb. A szárz nyg mennyiségi változás mögötti fotoszintetikus pigmentek mennyiségi ismeretén túl Spdindexen keresztül, zok minőségi ismerete is fontos. Kísérleteink során meghtároztuk klorofill-, -b és krotinoidok mennyiségét is kezelések htásár (4. ábr) 371 371
1 1 14 fitl levél 14 klorofill- (mg g -1 ) 12 10 12 10 8 8 7 fitl levél 7 klorofill-b (mg g -1 ) 5 4 3 2 5 4 3 2 1 1 0 0 3,75 fitl levél 3,75 krotinoid (mg g -1 ) 3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 3,50 3,25 3,00 2,75 2,50 2,25 2,25 2,00 kezelések 2,00 4. ábr: Az idős és fitl levelek klorofill-, klorofill-b és krotinoid trtlmánk (mg g -1 ) változás eltérő N táplálásnál (kontroll, 5x-, 1/2x- és 1/10x) (n=3 ± s.e.) (kontrollhoz képest N kezelés htás idős leveleknél p<0.05, p<0.001, fitl leveleknél p<0.05 ) A klorofill-, -b és krotinoidok mennyisége z idős és fitl levelekben eltérő mértékben változott kezelések során. A klorofill- mennyisége kontroll kezeléshez képest ½-szeres és ötszörös nitrogén dgnál fitl levelekben 55-0 %-kl, z idősekben csupán %-kl nőtt. 1/10-szeres nitrogénnél fitl levelekben 7,5 %-kl, idősekben 2, %-kl csökkent z optimálishoz képest. A levelek klorofill- b- és krotinoid-trtlm klorofill- -nk csupán körülbelül fele, illetve 1/3-, kezelések viszonyábn klorofill--nál tpsztlt mennyiségbeli növekedés és csökkenés kisebb mértékű. Ötszörös és ½-szeres nitrogén dgnál z idős levelek klorofill-b trtlm 11,5 %-kl, illetve 10,53 %-kl nőtt, fitloké 2,77 %-kl és 14,7 %-kl csökkent kontrollhoz képest. Az érték 1/10-szeresnél 29,05 %-kl és 59,93 %-kl csökkent kontrollhoz viszonyítv. A 372
krotinoid trtlom ötszörös és ½-szeres nitrogén dgnál z idős leveleknél 14,1 %-kl és 5,79 %-kl nőtt, fitloknál szintén növekedés figyelhető meg, mely 28,18 és 2,18 %-os. 1/10-szeres kezelésnél z idős és fitl levelek krotinoid trtlm 21,5 %-kl és 19,54 %-kl csökkent normál nitrogén kezeléshez képest. Eredményeink zt muttják, hogy z ötszörös és ½-szeres kezeléseknél növények bszolút klorofill trtlm közel zonos, és kontroll kezelés ezen értékét legtöbb esetben meghldják. Összefogllás Eddigi eredményeink szerint megállpíthtjuk, hogy felére csökkentett nitrogén táplálás is kedvező eredményeket produkált vizsgált ubork hibrid esetében. Az 50%-os nitrogén megvonás vizsgált fejlődési stádiumbn nem csökkentette szignifikánsn sem reltív klorofill-trtlmt (Spd-index), sem z optimális fotokémii htékonyságot (Fv/Fm), sem pedig klorofill-, -b és krotinoidok mennyiségét normál nitrogén ellátáshoz képest. Irodlomjegyzék Björkmn, O., Demmig-Adms, B. (1987): Photon yield of O 2 evolution nd chlorophyll fluorescence chrcteristics t 77K mong vsculr plnts of diverse origins. Plnt, 170: 489-504 Morn, A., Porth, M. (1980): Chlorophyll determintion in intct tissues using N,N-dimethylformmide. Plnt Physiol, 5(3):478-479 Schreiber, U., Bilger, W., Neubuer, C. (1994): Chlorophyll fluorescence s nonintrusive indictor for rpid ssessment of in vivo photosynthesis. In: Ecophysiology of Photosynthesis. Schulze, E.D., Cldwell, M.M (szerk) 49-70. Springer-Verlg, Berlin Wellburn, A.R. (1994): The spectrl determintion of chlorophylls nd b, s well s totl crotenoids, using vrious solvents with spectrophotometers of different resolution. Journl of Plnt Physiology, 144(3): 307-313 373 373