Kvalita semien je kritickým aspektom v poľnohospodárstve. Keďže potenciálna životaschopnosť semien a kvalita založených porastov závisí predovšetkým od kvality dopestovaného biologického materiálu, pestovatelia osiva musia aplikovať čo možno najlepšie manažérske postupy založené na biologických poznatkoch, ktoré prispievajú k produkcii vysokokvalitného osivárskeho materiálu počas množenia a v následných procesoch pozberového spracovania osiva.
Z biologického hľadiska sa kvalita osiva vo všeobecnosti vzťahuje na výkonnosť konkrétnej vzorky osiva v širokom rozsahu podmienok prostredia. Nedá sa definovať úplne presne a líši sa v závislosti od druhu plodiny. Najbežnejšie je kvalita definovaná z hľadiska efektívnej životaschopnosti meranej ako percento semien klíčiacich vo vhodnom kontrolovanom prostredí. Pre pestovateľov sú však rovnako dôležité aj ďalšie atribúty kvality semien, ako sú genetická jednotnosť, čistota osiva, zdravotný stav, vitalita, obsah vody v osive a ďalšie vlastnosti definované pre osivársky priemysel. Aj keď kritickou fázou je skladovanie osiva, je zrejmé, že všetky výhody dobrého skladovacieho systému sa prejavia iba vtedy, keď semená pripravené na skladovanie budú mať vysokú počiatočnú vitalitu a životaschopnosť, budú bez škodcov a chorôb a budú geneticky zodpovedať definovanej odrode alebo hybridu.
Faktory ovplyvňujúce počiatočnú kvalitu osiva
1.Výber lokality pestovania a zakladanie porastu
Pre produkciu semien dobrej kvality je nevyhnutné, aby sa plodina pestovala v optimálnych poľných podmienkach. Výber vhodných plôch a polí z hľadiska textúry pôdy, pH a stavu úrodnosti sú teda dôležitými faktormi. Vo všeobecnosti by pôdy mali byť homogénne, dobre odvodnené a hlboké s dobrou schopnosťou zadržiavať vodu. Treba sa vyhnúť poliam, na ktorých sa v minulosti vyskytli problémové patogénne organizmy alebo iný typ problémov, ako je zasolenosť pôdy, zamokrenie atď. Osivárske plochy popri stromoch môžu byť vystavené tieňu a obmedzenému pohybu vetra, čo ovplyvňuje teplotu a vlhkosť, dva faktory prostredia, ktoré môžu mať veľký vplyv na vývoj kvality semien. Rovnako je dobré sa vyhnúť nízko položeným oblastiam s problémami s odtokom vody, ktoré sú chladné a vlhké, pretože podporujú výskyt chorôb a vo vlhkých rokoch je možné očakávať aj zlý vývoj porastu následkom zamokrenia. Dôležitým aspektom sú aj spôsoby obrábania pôdy. Napríklad postupy bez obrábania a minimálneho obrábania znižujú straty vody a eróziu pôdy, ale môžu podporiť prežitie významných rastlinných patogénov v rastlinných zvyškoch, ktoré poskytujú zdroje inokula pre choroby. Preto sú tieto technológie z biologického pohľadu menej vhodné pre semenárske využitie.
Kritickým elementom je striedanie plodín, keďže sejba rovnakej plodiny na rovnakom poli viac rokov po sebe môže umožniť nahromadenie škodlivého hmyzu, háďatiek, hubových, prípadne vírusových chorôb na danom poli. Obzvlášť pre cudzoopelivé odrody platí, že by sa malo pred množením zabrániť postupnosti plodín s rovnakou alebo príbuznou plodinou počas predchádzajúceho roka, aby sa znížilo riziko nežiaduceho opelenia medzi pestovaným genotypom a rastlinami, ktoré vyklíčili ako dôsledok zberových strát z predchádzajúcej plodiny. Najbežnejším prístupom je striedanie plodín podľa druhov, napr. striedanie obilnín s krmovinami.
Samotný výber lokalít, ale aj pozemkov môže byť kriticky dôležitý. Pôdy s nižšou úrodnosťou alebo pôdy s nedostatkom živín by produkovali menej silné rastliny. Okrem makroživín je kľúčový aj obsah mikroelementov. Nedostatok živín, ako sú vápnik, bór, mangán a zinok spôsobuje charakteristické poškodenie a znižuje kvalitu osiva. Preto je pred samotným množením vhodné chemickým rozborom určiť nutričný stav pôdy, aby sa určila optimálna aplikácia hnojív.
Je však treba podotknúť, že pre niektoré druhy plodín sa neodporúčajú ani veľmi úrodné pôdy s vysokým obsahom dusíka, keďže hrozí nadmerný vegetatívny rast a následné poliehanie. To môže pri kvitnutí ovplyvniť opelenie a násadu semien a tiež kvalitu a zdravotný stav semien.
2. Stresové faktory a kvalita osiva
Klimatické podmienky pri tvorbe semien výrazne ovplyvňujú ich počiatočnú kvalitu. Pri pestovaní osiva je kľúčový dostatok vody, keďže platí, že vodný stres počas vývoja semien prerušuje vývoj semien, čo vedie k produkcii semien zníženej kvality. Negatívnym faktorom však môže byť aj vysoká vlhkosť, ktorá podmieňuje vznik mnohých chorôb, najmä hubových. Mierne sucho je preto často priaznivejšie ako nadbytok vody, keďže to môže viesť k priaznivejšej mikroklíme, zníženiu výskytu škodcov a chorôb, čo vedie k zlepšeniu kvality osiva.
Osobitnou kapitolou sú podmienky počas dozrievania. Tu nízke zrážky a nízka relatívna vlhkosť počas dozrievania semien podporujú produkciu vysokokvalitných semien, pretože výskyt škodcov a chorôb bude za týchto podmienok nízky a je možné dosiahnuť optimálnu zberovú vlhkosť.
Medzi biotické faktory patrí aj konkurencia rastlín. Vnútrodruhovú konkurenciu môžeme regulovať hustotou porastu, teda veľkosťou výsevku. Hustá výsadba má za následok stres na jednotlivých rastlinách, ktorý je výsledkom súťaženia o vodu a živiny. Stres počas reprodukčného rastu môže obmedziť schopnosť semien správne sa vyvíjať. Husté porasty tiež znižujú pohyb vzduchu a podporujú choroby listov a býľ, čo v konečnom dôsledku ovplyvňuje vývin semien.
Samozrejme, ešte závažnejším biotickým faktorom sú buriny. Dlhodobý výskum potvrdil, že konkurencia burín môže ovplyvniť nielen produkciu, ale aj následnú vitalitu semien. Vytrvalé buriny tiež slúžia ako alternatívni hostitelia a rezervoáre pre mnohé rastlinné patogény, najmä vírusy. Preto je nevyhnutná úplná kontrola buriny počas celého regeneračného cyklu.
Podobne ako choroby, aj hmyz je súčasťou celkového environmentálneho modelu ovplyvňujúceho kvalitu semien. Poškodenie hmyzom môže pôsobiť priamo na osivo, no okrem priamych škôd poskytuje otvory pre následnú inváziu hubových patogénov, čím priamo narúša kvalitu osiva. Samozrejme, nemenej dôležité sú aj nepriame vplyvy, kde negatívne pôsobenie na úrovni vegetatívnych orgánov (koreň, stonka, list) vedie k narušeniu zásobovania vyvíjajúcich sa semien, a tým je zhoršená vitalita osiva.
3. Zber osiva
V ideálnom prípade by sa semená mali zberať, keď je ich kvalita najvyššia. Vo všeobecnosti je známe, že nezrelé semená sa počas skladovania rýchlo kazia a oneskorený zber po optimálnej zrelosti vedie k zvetrávaniu a strate kvality.
Z biologického hľadiska bola definovaná fyziologická zrelosť semien, ktorá predstavuje štádium, keď semená počas vývinu dosahujú maximálnu suchú hmotnosť, pričom po tomto štádiu osivá začínajú starnúť, s klesajúcou vitalitou. Pri niektorých plodinách (napr. pšenica, jačmeň) to nie je až taký problém, keďže kvalita semien sa naďalej udržiava aj po fyziologickej zrelosti a semená dosahujú maximálnu potenciálnu životnosť približne 1 – 3 týždne po skončení obdobia plnenia. Sú však aj plodiny, pri ktorých je presne načasovaný zber kľúčovým faktorom pre dosiahnutie kvality osiva. Čas zberu je tak náročným manažérskym rozhodnutím. Obzvlášť to platí pri druhoch plodín s neurčitým kvitnutím a postupnou zrelosťou.
4. Pozberové spracovanie
Kvalitu osiva a následnú životnosť ovplyvňuje množstvo faktorov, vrátane spôsobu zberu, sušenia a manipulácie so semenami. Semená sa preto vo všeobecnosti nechajú sušiť na rastline, kým nedosiahnu zberovú zrelosť, t. j. obsah vlhkosti, pri ktorej sa dajú bezpečne zozberať a mechanicky vymlátiť. Pre každú plodinu je definovaná horná hranica vlhkosti, ktorá definuje skladovateľnosť osiva. Nižšia vlhkosť pri zbere je pre pestovateľa výhodná, keďže znižuje náklady na následné sušenie osiva. Pri mnohých plodinách pri suchom počasí v období zberu sa však vlhkosť môže dostať až na úroveň, pri ktorej sa plody a semená stávajú krehkými, čo sa prejavuje poškodením pri zbere, ako je praskanie a odštepovanie, čo je obzvlášť typické pre semená strukovín. Rozsah a závažnosť poranení výrazne závisí od vlhkosti a techniky zberu. Pritom platí, že mechanické vplyvy môžu byť málo viditeľné, prejavujúce sa až na úrovni bunkových membrán. Boli zaznamenané prípady, keď mechanické poškodenie osiva pri nadmernom vysušení dosahovalo takmer 100 %.
Mechanické poranenia počas zberu a čistenia vystavujú semená aj mikrobiálnemu napadnutiu, čo môže urýchliť stratu kvality osiva pri skladovaní v nie optimálnych podmienkach. Semená rôznych druhov sa značne líšia v rozsahu aj intenzite poškodenia. Semená, ktoré sú guľovité, sú lepšie chránené pred mechanickým poškodením ako semená, ktoré sú predĺžené alebo nepravidelného tvaru. Strukoviny s veľkými semenami sú kvôli väčšej ploche obzvlášť náchylné na zranenia, ktoré znižujú životaschopnosť. Pri ciroku a kukurici spodná časť klíčka presahuje obrys semena a výsledkom je často poškodenie korienkov. Prirodzené vyčnievanie špičky koreňa pri niektorých semenách vedie k zrýchlenému zhoršovaniu a strate životaschopnosti. Semená s vlasovými prasklinami a inými podobnými mikroskopickými poškodeniami zvyčajne unikajú separácii počas čistenia a spracovania a ovplyvňujú celkovú kvalitu semien.
Veľmi podstatným krokom je tiež dosúšanie osiva. Platí, že aj sušenie, ktoré na prvý ohľad nemá žiadny vplyv na klíčenie semien, ak sa toto testuje bezprostredne po sušení, môže stále významne ovplyvniť životnosť počas následného skladovania. Tu teda platí, že so zvyšujúcou sa teplotou sušenia klesá životnosť osiva. Teploty bezpečné pre sušenie v princípe závisia od vlhkosti osiva. Rýchle sušenie na veľmi nízky obsah vlhkosti môže spôsobiť problémy, ako je tvrdnutie alebo štiepenie obalu semien (napr. sója, strukoviny). Dvojstupňové sušenie, začínajúce pozvoľnou fázou môže takýmto problémom predísť.
Osobitná pozornosť sa musí venovať patogénom prenášaným semenami, pretože infekcia má dôsledky na životnosť semien pri skladovaní.
Zlepšovanie biologickej aktivity osiva pred klíčením
Popri produkcii kvalitného osiva, jeho pozberovom ošetrení a uskladnení sa v súčasnosti venuje pozornosť aj možnostiam zvyšovania biologickej aktivity osiva osobitnými zásahmi, súhrne nazvanými ako priming (primovanie, kondicionovanie) osiva. Predstavuje napr. kontrolnú hydratáciu semien vo vode alebo v roztoku s nízkym osmotickým potenciálom určenú na spustenie metabolizmu klíčenia, ktorá je však prerušená skôr, než sa spustí rast primárneho korienka semien. K vyššiemu, rýchlejšiemu a synchronizovanému klíčeniu aktivovaných semien dochádza vo veľkej miere v dôsledku aktivácie enzýmov, skráteného času napučiavania semien, metabolických opráv počas príjmu vody, nahromadenia metabolitov podporujúcich klíčenie a osmotickej úpravy. Okrem toho, rastliny vzchádzajúce z aktivovaných semien vykazujú rýchlejšiu aktiváciu bunkových obranných systémov, ktoré spúšťajú toleranciu voči následnému vystaveniu environmentálnym stresom v prirodzených podmienkach.
Rozoznávame niekoľko foriem primingu semien:
- Hydropriming – základná metóda s využitím čistej vody. Po hydroprimingu nasleduje povrchové sušenie alebo presušenie semien na pôvodnú hmotnosť.
- Halopriming – zahŕňa namáčanie semien v prevzdušnených roztokoch anorganických solí (dusičnan draselný, chlorid sodný, síran vápenatý a chlorid vápenatý) rôznej koncentrácie. Pri viacerých plodinách vykázal lepšie výsledky ako klasický priming.
- Osmopriming – semená sa namáčajú v prevzdušnenom roztoku cukrov (sorbitol, manitol atď.) alebo polyetylénglykole (PEG), po čom nasleduje povrchové sušenie alebo presušenie na pôvodnú hmotnosť. Podporuje lepšie zakladanie porastov v podmienkach stresu.
- Priming spojený s obaľovaním osiva – spája priming so štandardným obaľovaním osiva, pridáva napr. na osivo vodu absorbujúcu vrstvu.
- Biopriming – predstavuje spojenie primingu s aplikáciou užitočných mikroorganizmov, teda s inokuláciou.
- Nutripriming – spojenie primingu s aplikáciou vybraných mikroživín.
- Priming regulátormi rastu – zvyšovanie účinku primingu cieľavedomým pridávaním fytohormónov alebo iných látok s regulačným účinkom, ako sú brassinosteroidy, kyselina salicylová, kyselina abscisová a podobne. Boli preukázané významné účinky vo zvyšovaní tolerancie k environmentálnym stresom, ako sú sucho a zasolenie, ale aj odolnosť k biotickým faktorom.
- Priming semien prostredníctvom nanočastíc – aplikácia nanočastíc s veľkosťou menšou ako 100 nm. Výhodou nanočastíc je ich lepšie prenikanie do pletív, pričom je možné aplikovať nanočastice s ochrannými účinkami (napr. častice na báze striebra a medi) alebo takzvané nanohnojivá. Využitie nanočastíc podporuje aj príjem vody do semien.
- Priming semien prostredníctvom fyzikálnych činidiel – využíva fyzikálne javy, ako sú magnetické pole, UV žiarenie, gama žiarenie, röntgenové lúče a mikrovlny, ktoré sa používajú na aktiváciu semien. Vhodne aplikované fyzikálne účinky spôsobujú biologické zmeny, ktoré aktivujú biochemické a fyziologické procesy v klíčiacich semenách.
V súčasnosti sú techniky primingu testované a skúmané veľkým počtom výskumných tímov, pričom publikované výsledky ukazujú veľmi významné efekty v stimulácii antioxidačného systému klíčiacej rastliny, spúšťaní obranných mechanizmov proti škodlivým činiteľom, zvýšení odolnosti voči nepriaznivým podmienkam prostredia, ale aj voči hubovým chorobám a škodcom. Vzhľadom na technicky zvládnuteľný postup je predpoklad, že vybrané formy primingu budú zaradené ako rutinné operácie v rámci semenárskych technológií.
Autor: doc. Ing. Marek Živčák, PhD., Ústav rastlinných a environmentálnych vied, SPU v Nitre
