SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

FAKULTET AGROBIOTEHNIČKIH ZNANOSTI OSIJEK

Lucija Prebeg

Preddiplomski sveučilišni studij Poljoprivreda

Smjer Hortikultura

Biofortifikacija lisnatog povrća kondicioniranjem medija za

uzgoj

Završni rad

Osijek, 2018.

SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

FAKULTET AGROBIOTEHNIČKIH ZNANOSTI OSIJEK

Lucija Prebeg

Preddiplomski sveučilišni studij Poljoprivreda

Smjer Hortikultura

Biofortifikacija lisnatog povrća kondicioniranjem medija za

uzgoj

Završni rad

Povjerenstvo za ocjenu završnog rada:

1. Prof. dr. sc. Zdenko Lončarić

2. Izv. prof. dr.sc. Tomislav Vinković

3. Doc. dr. sc. Vladimir Ivezić

Osijek, 2018.

TEMELJNA DOKUMENTACIJSKA KARTICA

Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku Završni rad

Fakultet agrobiotehničkih znanosti Osijek

Preddiplomski sveučilišni studij Poljoprivreda, studij Hortikultura

Lucija Prebeg

Biofortifikacija lisnatog povrća kondicioniranjem medija za uzgoj

Sažetak: Lisnato povrće dio je svakodnevne prehrane ljudi i uzgaja se u gotovo svim državama svijeta.

Istovremeno, u svijetu postoji pothranjenost ljudi mikroelementima zbog osiromašenosti pojedinih tala

mikroelementima, a među njima i selenom. Problem pothranjenosti moguće je riješiti biofortifikacijom,

agrotehničkom mjerom gnojidbe tla i/ili usjeva mikroelementima, biljka usvaja i skladišti u jestivom dijelu

povećane koncentracije dodanih mikroelemenata, a konzumacijom biofortificiranih biljaka u prehrambeni

lanac unosimo veće količine elemente koji su bili u deficitu. Cilj ovog istraživanja bio je, dodavanjem Se u

medij za uzgoj, istražiti utjecaj biofortifikacije matovilca (Valerianella locusta L.) na koncentracije selena u

listu. Pokus je proveden upotrebom tri različita medija za uzgoj. Utvrđeno je da dodani selen nije utjecao na

prinos matovilca, ali da različiti mediji za uzgoj (komercijalni supstrat, vermikompost i njihova smjesa u

omjeru 1:1) imaju utjecaja na visinu prinosa. Pri tome je smjesa komercijalnog susptrata i vermikomposta u

omjeru 1:1 rezultirala prinosom matovilca u rangu prinosa na komercijalnom supstratu, što znači da upotreba

vermikomposta može značajno reducirati potrošnju supstrata. Koncentracija selena u listu povećana je

biofortifikacijom 173 puta u odnosu na kontrolni tretman bez dodatka selena. Dakle, biofortifikacija matovilca

selenom ima veliki potencijal smanjiti pothranjenost ljudi selenom jer je za potreban dnevni unos selena od 55

µg dovoljno konzumirati 48,9 g svježeg lista biofortificiranog matovilca.

Ključne riječi: selen, biofortifikacija, lisnato povrće, matovilac

24 stranice, 4 tablice, 10 slika i grafikona, 17 literaturnih navoda

Završni rad je pohranjen: u knjižnici Fakulteta agrobiotehničkih znanosti Osijek i u digitalnom repozitoriju

završnih i diplomskih radova Fakulteta agrobiotehničkih znanosti Osijek

BASIC DOCUMENTATION CARD

Josip Juraj Strossmayer University of Osijek BSc Thesis

Faculty of Agrobiotechnical Sciences Osijek

Undergraduate university study Agriculture, course Horticulture

Biofortification of leafy vegetables by conditioning the growing media

Summary: Leafy vegetables are part of the daily human diet and are grown in almost all countries of the world.

At the same time, there is in the world human malnutrition of microelements because of the impoverishment

of certain soil with microelements, including selenium. The problem of malnutrition can be solved by

biofortification as an agrotechnical measure of fertilization with microelements which crop will uptake and

accumulate in the edible part in increased concentration. Finally, by consuming biofortified food, we consume

more quantities of the deficit elements. The aim of this study was to investigate the effect of biofortification of

the lamb's lettuce (Valerianella locusta L.) by adding the selenium to the growing medium. The experiment

was carried out using three different growing media. It was found that the added selenium had no effect on the

yield of lamb's lettuce, but that different growing media (commercial substrate, vermicomposte and their’s

mixtures in 1:1 ratio) had an influence on the yield. In this way, the mixture of commercial supstrate and

vermicompound in a 1:1 ratio resulted in the yield of lamb's lettuce in the same range as the commercial

substrate, meaning that the use of vermicomposte may significantly reduce the consumption of substrate. The

concentration of selenium in the leaves was increased by biofortifying 173 times compared to the control

without the addition of selenium. Therefore, biofortification with selenium has a great potential to reduce the

human malnutrition with selenium because the required daily intake of 55 μg selenium could be achieved by

simple consumption of 48.9 grams of fresh leaf of biofortified lamb's lettuce.

Keywords: selenium, biofortification, leafy vegetables, lamb's lettuce

24 pages, 4 tables, 10 figures, 17 references

BSc Thesis is archived in Library of Faculty of Agrobiotechnical Sciences Osijek and in digital repository of

Faculty of Agrobiotechnical Sciences Osijek.

Sadržaj

1. UVOD ........................................................................................................................................ 1

1.1. Pregled literature ................................................................................................................ 4

1.2. Cilj istraživanja .................................................................................................................. 7

2. MATERIJAL I METODE .............................................................................................................. 8

2.1. Izbor i priprema medija za uzgoj ............................................................................................. 8

2.2. Postavljanje pokusa i uzgoj matovilca (Valerianella locusta L.) ............................................ 9

2.3. Uzorkovanje matovilca i medija za uzgoj ............................................................................. 13

2.4. Analize medija za uzgoj presadnica ...................................................................................... 13

2.4.1. Određivanje pH vrijednosti ............................................................................................ 13

2.4.2. Određivanje električnog konduktiviteta ......................................................................... 13

2.4.3. Određivanje sadržaja organske tvari i pepela ................................................................. 14

2.4.4. Određivanje sadržaja organskog C, ukupnog N i C/N odnosa ....................................... 14

2.4.6. Određivanje koncentracije ukupnih teških metala ......................................................... 15

2.5. Analiza biljnog materijala ..................................................................................................... 15

2.5.1. Određivanje koncentracije ukupnog Se u listu matovilca .............................................. 15

2.6. Statistička obrada podataka ................................................................................................... 16

3. Rezultati i rasprava ....................................................................................................................... 17

3.1. Osnovna svojstva medija za uzgoj presadnica ...................................................................... 17

3.2. Ukupne koncentracije mikroelemenata i štetnih teških metala ............................................. 17

3.3. Prinosi matovilca ................................................................................................................... 18

3.4. Koncentracija Se (selena) u listu matovilca .......................................................................... 21

4. ZAKLJUČAK .............................................................................................................................. 22

5. POPIS LITERATURE ................................................................................................................. 23

1

1. UVOD

Proizvodnja lisnatog povrća je vrlo rasprostranjena. Lisnato povrće uzgaja se u gotovo

cijelom svijetu zbog svojih malih zahtjeva za uvjetima rasta, a poglavito kod uzgoja salata.

Salata (lat. Lactuca sativa) je zastupljena u prehrani ljudi i nalazi se na svakodnevnom

jelovniku mnogih kućanstava jer sadrži puno vlakana, 10 mg C vitamina na 100 g zelene

mase, 0,90 mg provitamina A (karotin), 0,08 mg tiamina (vitamin B1), 0,06 mg riboflavina

(vitamin B2) i drugih vitamina (Parađiković, 2008.). Najveći prosječni prinosi salate, prema

FAO, ostavreni su u Kini s čak 23,9 t/ha u 2016. godini. Hrvatska je iste godine imala prinos

19,8 t/ha. Prema Državnom zavodu za statistiku Republike Hrvatske za 2016. godinu salata

je zauzimala 283 hektara, ukupne proizvodnje 5.602 tona, dok je proizvodnja za tržište bila

4.573 t odnosno 16,2 t/ha (Statistički ljetopis, 2017.). Tema ovog završnog rada je matovilac

(lat. Valerianella locusta) i njegova biofortifikacija selenom kondicioniranjem različitih

medija za uzgoj. Matovilac sadrži mikro i makro elemente kao što su K, P, Mg, Ca, S, Fe,

Mn, Cu i drugi, a oni su različitih koncentracija u svježoj zelenoj masi. Za normalan rast i

razvoj biljke nisu neophodni korisni elementi kao što je selen koji je, međutim, neophodan

za životinje i čovjeka. Selen je polumetal (metaloid) male gustoće, približno oko 4,790 g cm-

3 i kemijski je sličan sumporu. U tlu se javlja u različitim oksidacijskim stupnjevima kao što

su Se2+, SeO32- i kao SeO4

2-, a biljke ga usvajaju u obliku aniona kao selenat (SeO42-) ili

selenit (SeO32-). Najprikladniji pH za pristupačnost selena je od 6-6,5, a povećanjem pH

raste i mobilnost selena. Ako je velika raspoloživost selena u tlu jako je smanjeno usvajanje

sulfatnih aniona i tada selen zamjenjuje sumpor u cisteinu i metioninu te enzimima koji

sadrže sumpor kao što je ATP sulfurilaza. Biljke rado nakupljaju selen, a dopuštena

koncentracija u suhoj tvari iznosi 1-5 mg/kg za animalnu hranidbu i ljudsku prehranu jer uz

veće koncentracije može doći do sljepila i paralize (Vukadinović i Vukadinović, 2011.).

Koncentracija selena u mlađem lišću veća je nego u starom. Kod biljaka hiperakumulatora

koncentracije Se mogu biti iznad 1.000 mg/kg, dok biljke koje nisu hiperakumulatori

akumuliraju Se u koncentracijama manje od 100 mg/kg. Selen kao beneficijalni element za

biljku ipak ima svoje uloge u metabolizmu biljke. Istraživanja su dokazala da selen u malim

koncentracijama štiti biljku od abiotskog stresa kod niskih temperatura, suše, isušivanja i

stresa uzrokovanim teškim metalima (Gupta i Gupta, 2017.) Selen u graničnim vrijednostima

u čovjeka ima značajne uloge jer upravlja radom hormona štitnjače koja ima niz funkcija u

ljudskom organizmu i pojačava rad imunosnog sustava. Ako u prehrani nema dovoljna

2

selena dolazi do povećanja rizika od kancerogenih oboljenja i smrti, povećava se rizik od

poremećaja u mozgu, raste i rizik od oboljenja na kostima i kardiovaskularnom sustavu.

Koncentracija selena u tlima diljem svijeta je ispod graničnih vrijednosti (0,1-2 μg/g Se) dok

je najčešća koncentracija u tlima 0,2-0,4 μg/g, dok je u tlima Republike Hrvatske

koncentracija selena, preciznije u istočnoj Hrvatskoj, u vrijednostima od 0,090 μg/g do 0,520

μg/g. Selen u tlima širom svijeta je porijeklom iz vulkanskih stijena, rjeđe iz sedimentnih

stijena.

Preporučena dnevna doza selena u prehrani odraslog čovjeka je 55 μg. Provedena su

istraživanja u različitim dijelovima svijeta te je utvrđen deficit selena u ljudskom organizmu,

a vrijednosti u krvi odraslog čovjeka su se kretale od 70 do 100 ng/ml. U istočnoj Hrvatskoj

unosi se 27,3 μg Se dnevno, a u krvi Hrvata utvrđena je koncentracija Se 69 ng/ml

(Manojlović i Lončarić, 2017.).

Namirnice bogate selenom su lukovi, meso, riba, sjemenke suncokreta i druge. Kako

je u tlima veliki nedostatak selena tako je i u biljkama mala koncentracija te je i prehrana

ljudi siromašna selenom čiji deficit možemo nadomjestiti posebnom agrotehničkom mjerom

- biofortifikacijom. Biofortifikacija je definirana kao proces povećanja koncentracije

bioraspoloživih esencijalnih elemenata u jestivim dijelovima biljke putem agrotehničkih

mjera ili oplemenjivanjem bilja (White i Broadley, 2005.) Strategija bioraspoloživosti

pokušava iskoristiti konzistentu dnevnu potrošnju velikih količina hrane svih članova

obitelji, uključujući žene i djecu kao skupinu najizloženiju riziku od pothranjenosti

mikronutrijentima. Kao posljedica prevlasti nad hranom, siromašni ljudi, niske zarade

kućanstva su najrizičnija skupina našega društva. Jednokratnim ulaganjima može se riješiti

pitanje sjemena gdje bi se sorta širila među pukom i dijelila jer uzgoj biljaka kroz vrijeme i

udaljenost čini to ulaganje ekonomično i djelotvorno. Na jednom mjestu, proizvodnja i

potrošnja nutritivno poboljšanih kultivara je visok i održiv način borbe protiv pothranjenosti

ljudi mikronutrijentima. Biofortifikacija osigurava izvodljiv način dostizanja pothranjenih

populacija u relativno udaljenim ruralnim područjima, isporukom prirodno biofortificirane

hrane za ljude koji imaju limitirani pristup komercijalnim marketima prehrane obogaćene

mikronutrijentima. Biofortifikacija i komercijalna fortifikacija su visoko komplementarne.

Dobra prehrana ovisi o adekvatnom unosu doza određenih nutrijenata ili spojeva. Najbolje

rješenje za eliminaciju pothranjenosti kao globalnog problema u zemljama u razvoju je

povećati potrošnju hrane koja nije domaća. Potrebno je također educirati tamošnje

stanovništvo, osvijestiti vladu, investitore u poljoprivredi i druge dionike uključene u razvoj

3

gospodarstva. Nutricionisti trebaju također biti specifično informirani o pothranjenosti ljudi,

koji su mikronutrijenti nedostatni u prehrani u određenom podneblju. Poljoprivredne

proizvođače treba educirati o načinima biofortifikacije i utjecaju na povećanje nutrirtivne

vrijednosti proizvoda. Također, treba osvijestiti oplemenjivače bilja da je moguće

oplemenjivanjem podići razinu mikronutrijenata u biljkama (Bouis i Welch, 2010.).

Predmet istraživanja u ovom radu je bioforticikacija matovilca selenom kondicioniranjem

različitih medija za uzgoj.

4

1.1. Pregled literature

Ljudska prehrana zahtjeva različiti broj i količinu mineralnih komponenti. Jedan od

neophodnih elemenata je selen jer je njegova uloga nepobitno važna za normalan razvoj i

funkciju čovjekovog organizma. Selen je esencijalan u jodovom metabolizmu u štitnoj

žlijezdi, također, selen optimizira biološku funkcionalnost cinka i željeza u čovjeka. Biljni

korijen selen može usvajati u obliku selenata, selenita ili kao organski selen koji je u

spojevima kao što su selenocistein (SeCys) i selenometionin (SeMet). Selen se ne može

usvajati kao koloidno-elementari selen ili kao metalni selenid. Selenat se prenosi preko

plazmatske membrane stanica korijena visokoučinkovitim sulfatnim i fosfatnim

transporterima. Selenit se brzo pretvara u organski oblik selena u korijenu, a selenat se

isporučuje ksilemom i prebacuje se u izbojke gdje je asimiliran u organske oblike selena i

preraspodijeljen analogno distribuciji sumpora. Enzimi Se/S asimilacijskog puta su kodirani

opsežnim genskim obiteljima čiji su produkti usmjereni na različite intercelularne odjeljke.

Smatra se da je selenat aktiviran adenozin trifosfat sulfurilazom te da se dobije adenozin 5'-

fosfoselenat (APSe) koji se zatim reducira na selenit pomoću adenozin 5'-fosfosulfat (APS)

reduktaze. Aktivnost APS reduktaze pokazuje glavni učinak na tok kroz asimilaciju Se/S.

Selenit se tada reducira na selenid pomoću sulfit reduktaze koja se nalazi u kloroplastu

(White i Broadley, 2005.). Selenocistein se sintetizira iz serina i selenida pomoću cistein

sintaze, enzimskog kompleksa koji sadrži i serin acetil transferazu i O-acetilserin (thiol)liase

podjedinicu. Djelovanje cistein sintaze regulirano je dinamički koncentracijom O-

acetilserina. Selenometionin sintetiziran je iz selenocisteina i O-fosfosomoserina (OPHS)

kroz sekvencijalne akcije cistationin alfa sintaze, koji proizvodi selenocistationin, cistationin

beta-liozu, koja proizvodi homoselenocistein i metionin sintetaze. Valja napomenuti da je

OPHS pretača treoninu i povećanje koncentracije S-adenozil metionina (SAM), koji je

sintetiziran iz metionina SAM sintetaze, ubrzava pretvorbu OPHS u treonin, radije nego u

metionin, alosteričkom aktivacijom treonin sintaze (White i Broadley, 2005.).

Prehrana ljudi siromašna je selenom i zahtjeva određene mjere povećanja unosa selena

u prehrambeni lanac. Svakodnevna konzumacija selena je ispod graničnih vrijednosti te za

istočnu Hrvatsku prosječno iznosi 27,3 μg dok je utvrđena potrebna dnevna doza unosa 55

μg Se. Sam unos selena prehranom ovisi o geografskom području, kemijskim svojstvima tla

i prehrambenim navikama. Hranidba stoke suplementima na bazi selena pokazuje i

povećanje selena u ljudskoj prehrani dok su najosjetljivija skupina vegetarijanci i vegani s

najmanjom dozom selena u takvoj vrsti prehrane (Manojlović i Lončarić, 2017.).

5

Broj i složenost bioloških funkcija selena je vrlo velika. Vrlo je važan unos selena u

organizam jer je bolje bolesti spriječiti prije nastajanja. Prije svega, potrebno je ustanoviti

adekvatnu dozu selena za ljudski organizam jer u pretjeranoj dozi ima ozbiljne negativne

posljedice. Beneficijalni učinak na ljudsko zdravlje ima unos selena kako bi saturirali

selenoenzime što bi dovelo do blagotvornog djelovanja. Finska je riješila problem

pothranjenosti ljudske populacije selenom tako što su od 1984. godine počeli koristiti

gnojiva koja sadrže selen. Smatra se da je unos selena od 15 μg/kg tjelesne težine dnevno

dovoljan kako bi se dugotrajno utjecalo na zdravlje ljudi. Također, ima autora koji smatraju

da bi dnevna doza unosa selena trebala biti 400-450 μg (Rayman, M. P., 2000.).

Biofortifikacija je agrotehnička mjera kojom ciljano povećavamo mikronutrijente u

jestivim dijelovima biljke koji su inače u deficitu. Biofortifikacija selenom znatno povećava

sadržaj selena u poljoprivrednim proizvodima, pomaže ublažiti pothranjenost tim

elementom kod milijardu ljudi u svijetu. Znanstvenici diljem svijeta pokušavaju razviti

bogate namirinice selenom kako bi minimizirali bolesti i poremećaje uzrokovane

nedostatkom istog. Fertilizacija selenom izražava se u većoj sintezi amino kiselina, proteina

i fenolskih komponenti. Rajčica biofortificirana selenom u plodovima ima veliki sadržaj

flavonoida, a lišće je s većim udjelom fenolnih spojeva.

Biofotrifikacija selenom utječe na sintezu glukozinolata (GLS), S-sekundarnih spojeva

koji u procesu hidrolize prelaze u izotiocianate. Izotiocianati imaju antikancerogena

svojstva. Bogat izvor GLS spojeva su biljke iz porodice Brassicaece. S druge strane, velike

doze GLS spojeva mogu imati i toksičan učinak na ljude i životinje.

Biljke imaju različiti stupanj akumulacije selena, stoga je važan korak odabrati biljnu

vrstu pogodnu za biofortifikaciju. Najpogodnije biljke su vrste srednjeg stupnja usvajanja i

akumulacije selena u jestive dijelove. Najveću moć usvajanja selena imaju kupusnjače, zatim

grah i na posljetku žitarice.

Folijarna aplikacija selena se pokazala boljom opcijom od gnojidbe tla selenom.

Siromašna tla selenom obogaćujemo gnojidbom, ali dugoročno, moguće je narušavanje

ekosustava, potrebno je biofortifikaciju provoditi s posebnom pažnjom kako bi izbjegli

eventualan toksični učinak.

Povećanje učinkovitosti biofortifikacijske implementacije selena može se postići

korištenjem organskih kiselina, organskih spojeva selena ili mikrobima te na taj način

omogućiti bolju bioraspoloživost selena za biljku. Biofortifikaciju poljoprivrednih

6

proizvoda selenom možemo provoditi i genetičkim inžinjeringom koji se oslanja na

manipulaciju enzima povezanih sa selenom i njegovim usvajanjem, asimilacijom i

volatizacijom.

Pšenica učinkovitije akumulira selen od ostalih vrsta žitarica. Po intenzitetu usvajanje

Se prva je pšenica, zatim riža, kukuruz, ječam te zob. U žitaricama prevladava organska

forma selena, selenometionin. Druga po važnosti je riža, glavna hrana više od polovine

stanovništav svijeta te je ona važan izvor selena na tim područjima. Posebno uspješna mjera

biofortifikacije riže selenom je folijarna gnojidba koja se manifestira akumulacijom selena

u zrno riže (Gupta i Gupta, 2017.).

Biofortifikacija lisnatog povrća nema veliki istraživački opseg u znanosti kao

biofortifikacija pšenice ili riže. Prema Rios i sur. (2013.), biofortifikacija salate (Lactuca

sativa L.) selenom u različitim oblicima i dozama, utječe na nutritivna svojstva biljke. Se u

obliku selenita ima jači učinak na nutritivne karakteristike biljke te smanjuje koncentracije

N, P, Mg, S, Zn i B ako je u pitanju veća doza apliciranog selenita. Ovaj učinak, pojačane

doze selenita u biljkama, može ozbiljno naštetiti razvoju biljke te utjecati na nutritivni sastav.

Kada je primijenjen selenat, jedina negativna interakcija bila je sa Cu i Ca. Rios i sur. (2013.)

uočavaju sinergiju između sumpora i selenata, taj način aplikacije selena može pridonijeti

boljem razvoju biljke u dozama manjim od 60 µM selena u obliku selenata.

Što se tiče biofortifikacije matovilca selenom, Hawrylak-Nowak i sur. (2018.),

zaključili su da biofortifikacija matovilca selenom u obliku selenata ublažava fiziološke i

morfološke deformacije izazvane stresnim uvjetima uslijed visokih temperatura. U

istraživanjima su zaključili da indikacijom selena biljka bolje aktivira svoj antioksidativni

proces smanjivanja koncentracija vodikovog peroksida (H2O2). Zamijetili su da folijarna

aplikacija selena ima veći učinak od aplikacije selena u tlo zbog toga što je folijarnom

aplikacijom selen brže pristupačan te je smanjena koncentracija selena u izbojcima što može

inducirati i povećati toleranciju na visoke temperature i rezultirati ekonomski opravdanijim

uzgojem matovilca.

Zaključno, biofortifikacija selenom ima veliki potencijal postati glavnom mjerom

proizvodnje funkcionalne hrane sa selenom povećane nutritivne vrijednosti.

7

1.2. Cilj istraživanja

Cilj ovog istraživanja bio je istražiti utjecaj biofortifikacija matovilca selenom na

različitim medijima za uzgoj i utvrditi utjecaj vrste medija i dodatka Se na prinos matovilca

i koncentraciju Se u listu matovilca.

8

2. MATERIJAL I METODE

2.1. Izbor i priprema medija za uzgoj

U ovom istraživanju korištene su tri vrste medija za uzgoj, a to su vermikompost,

konvencionalni supstrat za uzgoj presadnica i smjesa vermikomposta i konvencionalnog

supstrata u omjeru 1:1. Upotrebljena su tri različita medija za uzgoj s ciljem utvrđivanja

učinka supstrata na uspješnost biofotifikacije matovilca selenom.

Vermikompost (lumbripost, biohumus, orbig) je organsko gnojivo proizvedeno

biološkom razgradnjom organske tvari (najčešće stajskog gnojiva) kroz probavni trakt

kalifornijske gujavice (Eisenia foetida). Na taj način se nepovoljna svojstva (visok pH,

visoka biološka potreba za kisikom, fitotoksični spojevi) stajskog gnojiva neutraliziraju

procesom vermistabilizacije. Vermikompostiranje je vrlo korisno jer se u kratkom

vremenskom razdoblju proizvodi organsko gnojivo bogato humificiranim tvarima. Sam

postupak vermikompostiranja provode kalifornijske gujavice u nekoliko faza:

1. omekšavanje ostataka slinom u ustima kolutičavca

2. neutralizacija kalcijem u jednjaku

3. mljevnje čestica mišićima želuca

4. digestija organske tvari proteolitičkim enzimima želuca

5. razgradnja pulpe smjesom enzima (proteaze, lipaze, amilaze)

6. izlučivanje vermikomposta.

Nakon toga slijedi sazrijevanje vermikomposta do 6 mjeseci tijekom kojih se povećava

sadržaj humificiranih spojeva i postiže stabilizacija organske tvari (Lončarić i sur., 2015.).

U ovom istraživanju, vermikompost je proizveden od komunalnog otpada nastalog

uređivanjem javnih zelenih površina (ostaci od košenja trave, rezanja živica i grana itd.) u

okviru aktivnosti UNIKOM d.o.o. Osijek.

Konvencionalni supstrat za uzgoj presadnica karakteriziran je sljedećim svojstvima:

pHH2O 6,3, EC 0,42 dS/m, specifična gustoća 180 kg/m3 uz ukupni porozitet 85 % volumena.

Smjesa vermikomposta i komercijalnog supstrata u omjeru 1:1 pripremljena je

odvagivanjem 10 kg vermikomposta i 10 kg komercijalnog supstrata uz homogeniziranje

miješanjem u plastičnoj posudi.

9

2.2. Postavljanje pokusa i uzgoj matovilca (Valerianella locusta L.)

U biofortifikacijskom pokusu korišten je matovilac (Valerianella locusta L.), sorte

Verte de cambrai, uz naznačenu klijavost 84% i čistoću sjemena 95 % (slika 1.). Sjetva

matovilca obavljena je 2. svibnja. 2018. godine, u stiropornim kontejnerima sa 60 sjetvenih

mjesta rasporeda 10 × 6 (slika 2.) uz zapreminu svakog sjetvenog mjesta 52 ml. Sjetvena su

mjesta ispunjena medijima za uzgoj, a u svako je sjetveno mjesto ručno usijano po tri

sjemenke do dubine oko 1 cm.

Slika 1. Prednja i stražnja strana pakiranja sjemena matovilca s općim informacijama

10

Slika 2. Stiroporni kontejner sa 60 sjetvenih mjesta

Kontejneri su nakon sjetve preneseni u komoru za uzgoj (slika 3.) sve do kraja pokusa, tj.

uzorkovanja matovilca. Tijekom pokusa kontrolirani su temperatura (dnevna 24 C, a noćna

20 C), dužina dana (16 sati dana, 8 sati noći) i relativna vlaga zraka (45 %). Također je

održavana konstantna vlažnost sjetvenog supstrata svakodnevnim jutarnjim (između 07:45 i

08:45) dodavanjem vode (oko 2,8 ml po sjetvenom mjestu). Prvo nicanje biljaka

evidentirano je 8. svibnja 2018. (slika 4.), a prorjeđivanje na jednu biljku po sjetvenom

mjestu je provedeno 22. svibnja 2018. (slika 5.). Prva prihrana s otopinom kristalonskog

kompleksnog gnojiva provedena je 5. lipnja 2018. dodavanjem po 15 ml otopine po biljci.

Biofortifikacija pokusa provedena je 12. lipnja 2018. godine (40 dana nakon sjetve)

dodavanjem 15 ml 40 µM otopine Na2SeO4 (slika 7.).

11

Slika 3. Komora za uzgoj biljaka s kontejnerima

Slika 4. Prvo nicanje matovilca u komori za uzgoj biljaka

12

Slika 5. Prorjeđivanje biljaka matovilca

Slika 6. Dodavanje otopine Na2SeO4 u sjetvene supstrate

13

2.3. Uzorkovanje matovilca i medija za uzgoj

Sve tri vrste medija za uzgoj uzorkovane su u okviru priprema za postavljanje pokusa.

Uzorci su pripremljeni za analize fizikalnih i kemijskih svojstava medija za uzgoj matovilca.

Uzorci za analize biljaka matovilca prikupljeni su ubiranjem matovilca 21. lipnja

2018., što je, posljedično, datum završetka pokusa. Pri tome je za laboratorijske analize

pripremljeno 5-6 g matovilca za svaki tretman i ponavljanje pokusa. Uz uzorkovanja su

provedena mjerenja mase jedne biljke matovilca, visine biljke i broja listova.

2.4. Analize medija za uzgoj presadnica

Uzorci vermikomposta, komercijalnog supstrata za uzgoj presadnica i smjesa

vermikomposta i komercijalnog supstrata u omjeru 1:1 su analizirali s ciljem mjerenja

sljedećih parametara: pH, konduktivitet, sadržaj organske tvari i pepela, koncentracija makro

elemenata (N, P, K) i ukupna koncentracija selena.

2.4.1. Određivanje pH vrijednosti

Elektrometrijsko mjerenje reakcije (pH vrijednosti) provodi se pH-metrima koji mjere

razliku u električnom potencijalu. Elektromeerijsko određivanje pH vermikomposta

provedeno je prema europskoj normi EN 13037:2011 (EN, 2011.a) u suspenziji 60 ml

svježeg uzorka u 300 ml deionizirane vode, tj. u volumnom omjeru 1:5 (uzorak:voda), a

nakon miješanja treskalicom tijekom 60 minuta.

2.4.2. Određivanje električnog konduktiviteta

Električni konduktivitet izmjeren je prema europskoj normi EN 13038:2009 (EN,

2009.) također u suspenziji 60 ml svježeg uzorka mućkanog na treskalici 60 minuta u 300

ml deionizirane vode, tj. u volumnom omjeru 1:5 (uzorak:voda). Električni konduktivitet (tj.

provodljivost) je pokazatelj udjela elektrolita topivih u vodi u analiziranom uzorku.

14

2.4.3. Određivanje sadržaja organske tvari i pepela

Ukupni sadržaj organske tvari i pepela određeni su sušenjem 5 g uzorka na 103±2 °C

tijekom najmanje 4 sata, te sukcesivnim žarenjem uzorka na 450±10 °C tijekom najmanje 6

sati (EN, 2011.b). Uzorak je žaren u peći za žarenje uz prvo vaganje mase uzorka nakon 6

sati, a zatim nakon svakog dodatnog sata žarenja do konstantne mase, tj. kada je razlika dva

uzastopna vaganja < 0,01 g.

Postotni udio pepela i organske tvari izraženi se kao postotni udio u masi suhe tvari

uzorak, a izračunati su na sljedeći način:

pepeo (%) = [(m2-m0)/(m1-m0)] × 100

organska tvar (%) = [(m1-m2)/(m1-m0)] × 100,

pri čemu je:

m0 = masa posude za žarenje (u g)

m1 = masa posude i uzorka nakon sušenja na (103±2) °C u g

m2 = masa posude i uzorka nakon žarenja na (450±10) °C u g.

2.4.4. Određivanje sadržaja organskog C, ukupnog N i C/N odnosa

Sadržaj organskog ugljika odrađuje se razaranjem mokrim postupkom pri čemu je 50

mg suhog uzorka odvagano u kivete za razaranje, preliveno s 5 ml 0.27 mol dm-3 K2Cr2O7 i

7,5 ml koncentrirane H2SO4 te razarano 30 minuta u bloku za razaranje na 135 °C. Nakon

razaranja uzorak je kvantitativno prenesen u odmjerne tikvice, dopunjen do 100 ml

deioniziranom vodom, prenesen u epruvete za centrifugiranje, centrifugiran 10 minuta na

2000 G i filtriran. U bistrim uzorcima i seriji standardnih otopina glukoze spektrofotometrom

su izmjerene vrijednosti transmisije na 585 nm te je sadržaj (koncnetracija) organskog

ugljika izražen u %.

Određivanje dušika temelji se na pripremi osnovne otopine uzorka razaranjem uzorka

pomoću smjesa kiselina. U izmjereni volumen matične otopine uzoraka dodaje se otopina

NaOH te se N predestilira kao amonijak u predložak s kiselinom poznate koncentracije. Iz

utroška kiseline izračuna se količina dušika u analiziranom uzorku (EN, 2003).

15

C/N odnos dobiven je pomoću podataka ukupnog ugljika u suhoj tvari i ukupnog

dušika u svježoj tvari prema formulama:

% C u svježoj tvari = (% C u suhoj tvari × % suhe tvari) ÷ 100

C/N = % C u svježoj tvari ÷ % N u svježoj tvari.

2.4.6. Određivanje koncentracije ukupnih teških metala

Za određivanje koncentracije teških metala (Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Mo, Co, Cr, Cd, Hg

i Pb) korištena je osnovna otopina koja je pripremljena razaranjem suhog uzorka digestijom

zlatotopkom (Thompson, 2001.). Koncentracije teških metala određene su mjerenjem u

osnovnoj otopini pomoću induktivno spregnute plazme optičkom emisijskom

spektrometrijom (ICP-OES). Koncentracije navedenih elemenata izražene su u mg/kg suhe

tvari uzorka.

2.5. Analiza biljnog materijala

U uzorcima lista matovilca izmjerene su ukupne koncentracije selena.

2.5.1. Određivanje koncentracije ukupnog Se u listu matovilca

Svježa biljna tvar nadzemne mase matovilca osušena je u sušioniku do konstantne

mase, te je izračunat udio suhe tvari u svježim uzorcima.

Suha biljna tvar samljevena je u posebnom mlinu bez rezidua teških metala i razorena

mokrim postupkom mikrovalnom tehnikom. U teflonsku posudu odvagano je 0,5 g suhog

uzorka i preliveno s 9 ml 65 % HNO3 i 2 ml 30 % H2O2. Nakon postupka digestije uz

kontrolirani pritisak i temperaturu u mikrovalnoj pećnici, otopina je profiltrirana u

odmjerene posude. Prije određivanje koncentracije, provedena je redukcija selena u

uzorcima. Za postupak preredukcije selena, 20 mL uzorka je prenijeto u čiste kivete

volumena 125 mL uz postupno dolijevanje 20 mL HCl. Otopina je potom prenesena u

polipropilensku kiveticu od 50 mL i dopunjena do oznake deioniziranom vodom.

Koncentracije selena u otopinama izmjerene su pomoću ICP-OES tehnike. Koncentracije su

zatim preračunate na µg/kg suhe tvari.

16

2.6. Statistička obrada podataka

Rezultati istraživanja (prinos matovilca, koncentracije selena) statistički su obrađeni

analizom varijance (ANOVA) uz test najmanje značajne razlike (LSD). Korišteni su

softverski paketi MS Excel i SAS for Windows 9.1.3. (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA).

17

3. Rezultati i rasprava

3.1. Osnovna svojstva medija za uzgoj presadnica

Iz rezultata analiza medija za uzgoj razvidna su različita svojstva medija.

Konvencionalni supstrat karakterizira blago kisela reakcija uz pH u vodi u rasponu 5,5 do

6,6 (prosječna izmjerena vrijednost 6,34), a konduktivitet je oko 40,0 mS/m (prosječno

42,1). Utvrđen je vrlo širok C/N odnos (180) uz mali udio ukupnog dušika (2,2 g/kg).

Vermikompost ima mali udio organske tvari (12,6 %), veliki udio pepela (87,4 %),

alkalnu reakciju uz pH vrijednost u rasponu 8,5- 9,5 (prosječna izmjerena vrijednost 9,23),

nešto veći konduktivitet (67,9 mS/m), koncentraciju ukupnog dušika 5,4 g/kg i C:N odnos

23,3 (tablica 1.) C:N odnos upućuje na visoku razinu zrelosti vermikomposta (Lončarić i

sur., 2015.) Bioraspoloživost Se je veća pri višim pH vrijednostima (Eich-Greatorex i sur.,

2007.), tako da je reakcija (pH vrijednost) vermikomposta pogodnija za mobilnost i

usvajanje Se.

U smjesi konvencionalnog supstrata i vermikomposta su, očekivano, utvrđene

vrijednosti analiziranih parametara u rangu prosjeka izmjerenih vrijednosti vermikomposta

i konvencionalnog supstrata (tablica 1).

Tablica 1. Osnovna svojstva analiziranih medija za uzgoj presadnica

Medij za uzgoj % organske

tvari

%

pepela

pHH2O EC

(mS/m)

ukupni N

(g/kg)

C/N

odnos

Konvencionalni supstrat 39,60 51,40 6,34 42,1 2,20 180:1

Vermikompost 12,60 87,40 9,23 67,9 5,40 23,3:1

Smjesa 1:1 22,40 78,60 7,55 59,5 3,10 72,3:1

3.2. Ukupne koncentracije mikroelemenata i štetnih teških metala

Utvrđene su veće koncentracije mikroelemenata (Zn, Cu, Mo i Ni) u vermikompostu

nego u konvencionalnom supstratu (tablica 2). Također, u vermikompostu su utvrđene veće

koncentracije štetnih elemenata Cr, Hg i As nego u konvencionalnom supstratu, ali su

istovremeno u vermikompostu manje koncentracije Cd i Pb. Međutim, sve su koncentracije

teških metala, kako u vermikompostu, tako i u konvencionalnom supstratu, manje od

maksimalno dopuštenih koncentracija propisanih pravilnicima: Pravilnik o zaštiti

18

poljoprivrednog zemljišta od onečišćenja (NN, 2014.a) i Pravilnik o nusproizvodima i

ukidanju statusa otpada (NN, 2014.b). Dakle, istraživani vermikompost u potpunosti

ispunjava uvjete za kompost klase I propisane Pravilnikom o nusproizvodima i ukidanju

statusa otpada (NN, 2014.b) te se bez ograničenja može koristiti izravno kao supstrat, kao

organsko gnojivo i kao sastavnica za proizvodnju supstrata u poljoprivrednoj proizvodnji,

što je propisano Pravilnikom o zaštiti poljoprivrednog zemljišta od onečišćenja (NN,

2014.a).

Tablica 2. Ukupne koncentracije mikroelemenata (Zn, Cu, Mo, Ni) i štetnih teških metala i

metaloida (Cd, Pb, Cr, Hg i As)

Medij za uzgoj Zn Cu Cd Pb Mo Ni Cr Hg As

Konvencionalni supstrat 60,2 16,9 0,64 20,1 0,098 7,1 4,6 <0,01 0,012

Vermikompost 106,0 34,0 0,49 18,9 0,720 23,0 30,0 0,063 5,570

Smjesa 1:1 77,0 23,4 0,54 19,3 0,411 17,1 19,4 0,041 3,213

3.3. Prinosi matovilca

Uzgojem matovilca dobiven je prosječni prinos od 1,49 g svježe tvari, tj. 128 mg suhe

tvari po biljci (tablica 3) uz prosječno 9,07 % suhe tvari. Utvrđena je statistički značajna

razlika mase svježe tvari (P=0,0002) i mase suhe tvari (P=0,0406) biljke matovilca pri

uzgoju u ispitivanim medijima. Najveća masa matovilca ostvarena je uzgojem na

konvencionalnom supstratu i smjesi supstrata i vermikomposta u omjeru 1:1, a značajno

manja masa ostvarena je uzgojem na čistom vermikompostu (grafikoni 1, 2, 3 i 4). Tretman

aplikacije selena nije utjecao na prinos svježe (P=0,9274) i suhe tvari (P=0,5650) matovilca

(tablica 3).

Tablica 3. Utjecaj medija za uzgoj i tretmana selenom na prinos matovilca (g/biljka)

Medij za uzgoj Svježa tvar

g/biljka

Suha tvar

g/biljka

Tretman Svježa tvar

g/biljka

Suha tvar

g/biljka

Konvencionalni supstrat 1,857 a 0,152 a Kontrola 1,475 0,136

Vermikompost 0,805 b 0,087 b Se 1,506 0,121

Smjesa 1:1 1,810 a 0,146 a

LSD0,05 0,378 0,053 ns ns

Prosjek 1,490 0,128 Prosjek 1,490 0,128

19

Grafikon 1. Utjecaj medija za uzgoj na prinos svježe tvari matovilca

a,b Različite slovne oznake predstavljaju statistički značajne razlike pri α=0,05.

Grafikon 2. Utjecaj medija za uzgoj na masu suhe tvari matovilca

a,b Različite slovne oznake predstavljaju statistički značajne razlike pri α=0,05.

20

Grafikon 3. Utjecaj biofortifikacije selenom na prinos svježe tvari matovilca

(n.s.-nema statistički značajne razlike)

Grafikon 4. Utjecaj biofortifikacije selenom na masu suhe tvari matovilca

(n.s. -nema statistički značajne razlike)

21

3.4. Koncentracija Se (selena) u listu matovilca

Aplikacija selena rezultirala je značajnim razlikama u koncentracijama selena u

svježoj (P=0,0021) i suhoj tvari (P=0,0002) matovilca (tablica 4). Statistički značajne razlike

postoje između kontrole i tretmana biofortifikacije.

Različiti mediji za uzgoj nisu statistički značajno utjecali na koncentracije selena u

svježoj (P=0,6330) i suhoj (P=0,8413) tvari matovilca. Iako nema statistički značajne

razlike, biljke uzgajane u vermikompostu imaju veću koncentraciju selena u listu, što može

biti posljedica visoke pH vrijednosti na raspoloživost selena u vermikompostu i veće

usvajanje.

Utvrđeno je da je biofortifikacija matovilca selenom bila uspješna jer je statistički

značajna razlika između koncentracija Se u kontrolnom tretmanu i tretmanu obogaćivanja

supstrata selenom. Iz navedenih rezultata vidljivo je da konzumiranjem biofortificiranog

matovilca selenom povećavamo unos selena čak 173 puta u odnosu na konzumiranje

matovilca bez biofortifikacije. Tako bi za dnevni unos preporučenih 55 μg Se (Puccinelli i

sur., 2017.) bilo dostatno konzumirati 48,9 g svježeg matovilca biofortificiranog na način

kao u provedenom pokusu, dok je za istu količinu Se (55 μg) potrebno čak 8.461,5 g

matovilca bez biofortifikacije.

Tablica 4. Utjecaj medija za uzgoj i tretmana selenom na koncentracije Se u listu matovilca

(u µg kg-1 svježe i suhe tvari)

Medij za uzgoj µg Se kg-1

svježe tvari

µg Se kg-1

suhe tvari

Tretman µg Se kg-1

svježe tvari

µg Se kg-1

suhe tvari

Konvencionalni supstrat 532,8 6.721 Kontrola 6,5 b 69,1 b

Vermikompost 848,1 7.466 Se 1.123,6 a 12.261,6 a

Smjesa 1:1 314,2 4.310

LSD0,05 ns ns 606,2 4.672,1

Prosjek 565,1 6.165 Prosjek 565,1 6.165,3

22

4. ZAKLJUČAK

Cilj ovog istraživanja bio je proučiti utjecaj biofortifikacije matovilca selenom na

prinos matovilca i koncentracije selena u svježoj i suhoj tvari matovilca. Biofortifikacija

selenom provedena je dodavanjem otopine Na2SeO4 (natrijevog selenata) u različite medije

za uzgoj.

Utvrđeno je da komercijalni supstrat, vermikompost i njihova smjesa u omjeru 1:1

ispunjavaju pravilnicima propisane uvjete za uporabu kao mediji za uzgoj matovilca.

Istraživani mediji za uzgoj značajno su utjecali na prinos matovilca, a dobiveni

rezultati dokazuju da se vermikompost može uspješno koristiti za pripremu smjese s

komercijalnim supstratom za uzgoj presadnica u omjeru 1:1 jer rezultira prinosom matovilca

u rangu uzgoja na komercijalnom supstratu. Međutim, samostalna upotreba vermikomposta

kao medija za uzgoj rezultira značajnim padom prinosa.

Istovremeno, različiti mediji za uzgoj nisu rezultirali značajnim razlikama u

koncentracijama Se u matovilcu.

Biofortifikacija matovilca selenom učinkovit je postupak povećanja koncentracije Se

u matovilcu bez obzira na korišteni medij za uzgoj jer je ostvarena 173 puta veća

koncentracija selena. Biofortifikacijom je uzgojen matovilac koji u masi od samo 48,9 g

svježeg matovilca sadrži dovoljno selena za preporučeni dnevni unos u prehrani ljudi, što

predstavlja značajan potencijal za rješavanje pothranjenosti selenom.

23

5. POPIS LITERATURE

1. Bouis, H.E., Welch, R.M. (2010.): Biofortification - A Sustainable Agricultural Strategy

for Reducing Micronutrient Malnutrition in the Global South. Crop Science 50: 20-21.

2. Eich-Greatores, S., Sogn, T.A., Falk Øgaard, A., Aasenn, I. (2007.): Plant availability of

anorganic and organic selenium fertiliser as influenced by soil organic matter content

and pH. Nutrient Cycling in Agroecosystems 79(3): 221-231.

3. Gupta, M., Gupta, S. (2016.): An Overview of Selenium Uptake, Metabolism, and

Toxicity in Plants. Frontiers in Plant Science 7: 2074.

4. Hawrylak-Nowak, B., Dresler, S., Rubinowska, K., Matraszek-Gawron, R., Woch, W.,

Hasanuzzaman, M. (2018.): Selenium biofortification enhances the growth and alters the

physiological response of lamb's lettuce grown under high temperature stress. Plant

Physiology and Biochemistry 127: 446-456.

5. Lončarić, Z., Parađiković, N., Popović, B., Lončarić, R., Kanisek, J. (2015.): Gnojidba

povrća, organska gnojiva i kompostiranje. Poljoprivredni fakultet u Osijeku, Osijek,

Hrvatska.

6. Lucas, R.E., Davis, J.F. (1961.): Relationships Between pH Values of Organic Soils and

Availabilities of 12 Plant Nutrients. Soil Science 92(3): 177-182.

7. Manojlović, M., Lončarić, Z. (2017.): Selenium deficiency in regional soils affecting

animal and human health in Balkan and other European countries. U: Singh, B:R.,

McLaughin, M.J., Brevik, E.C. (ur.): The Nexus of Soils, Plants, Animals and Human

Health. Catena Soil Sciences, Stuttgart, Njemačka.

8. NN (2014.a): Pravilnik o zaštiti poljoprivrednog zemljišta od onečišćenja. Narodne

novine 9/2014. Narodne novine d.d., Zagreb.

9. NN (2014.b): Pravilnik o nusproizvodima i ukidanju statusa otpada. Narodne novine

117/2014. Narodne novine d.d., Zagreb

10. Parađiković, N. (2008.): Opće i specijalno povrćarstvo. Poljoprivredni fakultet u

Osijeku, Osijek, Hrvatska.

11. Rayman, M. P. (2000.): The importance of selenium to human health. The Lancet 356:

233-241.

12. Rios, J.J., Blasco, B., Leyva, R., Sanchez-Rodriguez, E., Rubio-Wilhelmi, M.M.,

Romero, L., Ruiz, J.M. (2013.): Nutritional balance changes in lettuce plant grown under

different doses and forms of selenium. Journal of Plant Nutrition 36: 1344-1354.

24

13. Santos, J., Oliva-Teles, M.T., DelureMatos, C., Oliveira, M.B.P.P. (2014.): Multi-

elemental analysis of ready-to-eat ‘‘baby leaf’’ vegetables using microwave digestion

and high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry. Food Chemistry

151: 311-316.

14. Sonneveld, C., Voogt, W. (2009.): Fertilizers and Soil Improvers. Springer LLC,

Nizozemska.

15. Vukadinović, V., Vukadinović, V. (2011.): Ishrana bilja. Poljoprivredni fakultet u

Osijeku, Osijek, Hrvatska.

16. White, P.J., Broadley, M.R. (2005.): Biofortifying crops with essential mineral elements.

Trends in Plant Science 10 (12): 586-593.

17. White, P.J., Broadley, M.R. (2008.): Biofortification of crops with seven mineral

elements often lacking in human diets – iron, zinc, copper, calcium, magnesium,

selenium and iodine. New Phytologist 182: 49-84.