Postepy nauk rolniczych - Instytucja PAN

Postepynaukrolniczych

˛

3/2010

Polska Akademia NaukWydział NaukRolniczych, Leśnychi Weterynaryjnych

Kwartalniknr 343 rok 62

Advances in Agricultural Sciences

Rada RedakcyjnaA. Grzywacz (przewodnicz¹cy),J. Haman, T. Krzymowski, J.J. LipaA. Rutkowski, F. Tomczak, M. Truszczyñski, J. Wilkin

RedakcjaA. Horuba³a (redaktor naczelny),J. Buliñski, A. Gawroñska-Kulesza, W. Józwiak, J. Zimny, T. ¯ebrowska,R. Suska (sekretarz redakcji)

Adres Redakcji00-901 Warszawa, Pa³ac Kultury i Nauki, pokój 2102tel. 22 620 33 71, 22 656 64 66e-mail: [email protected]

Wydanie publikacji dofinansowane przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego.

Opracowanie redakcyjne, korekta i sk³ad — Danuta Borecka

PL ISSN 0032-5547

Nak³ad 200 egz. Ark. wyd. 11,5. Ark. druk. 9,75.Sk³ad — DABOR, tel. 600 372 929Druk — Warszawska Drukarnia Naukowa PAN,00-656 Warszawa, ul. Œniadeckich 8, tel./faks 22 628 87 77

Mo¿liwoœci wykorzystania znacznikówmolekularnych w hodowli zbó¿ o zwiêkszonej

tolerancyjnoœci na toksyczne dzia³anie jonów glinu

Agnieszka Fiuk, Andrzej Anio³Zak³ad Biochemii i Fizjologii Roœlin,

Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roœlin,

Radzików 05-870 B³onie

email: [email protected]

S³owa kluczowe: markery molekularne, tolerancja na glin

Wstêp

Presja ekonomiczna wymuszaj¹ca obni¿anie kosztów produkcji w rolnictwiepowoduje coraz powszechniejsze upraszczanie lub wrêcz rezygnacjê ze stosowaniap³odozmianu, co w konsekwencji prowadzi do ponad 70% udzia³u zbó¿ w strukturzezasiewów. Ponadto wzrost specjalizacji gospodarstw rolnych w produkcji okreœlo-nych gatunków roœlin ma wp³yw na ograniczenie lub eliminacjê nawo¿enia organicz-nego oraz zwiêkszenie nawo¿enia mineralnego. Wymienione czynniki stymuluj¹procesy prowadz¹ce do wzrostu zakwaszenia gleb. W Polsce oko³o 58% gleb ma pHponi¿ej 5,0. Wraz ze wzrostem zakwaszenia gleby wzrasta rozpuszczalnoœæ komplek-sów glinu w wodzie, a co za tym idzie jego toksycznoœæ dla roœlin. Pojawiaj¹ siêwówczas formy jonowe Al(OH)2

+, Al(OH)2+ i Al3+, które bez przeszkód mog¹ byæpobierane przez korzenie. Ograniczenie negatywnych skutków toksycznoœci glinupoprzez neutralizacjê gleby wapnem gaszonym czy palonym jest rozwi¹zaniem ma³oefektywnym, gdy¿ ze wzglêdu na nisk¹ ruchliwoœæ Ca(OH)2 oraz CaO w wodziepo¿¹dane dzia³anie tych zwi¹zków ogranicza siê do warstwy ornej. Nagl¹c¹ staje siêpotrzeba poznania nowych oraz wykorzystania znanych mechanizmów obronnychszeregu gatunków odpornych na toksyczne dzia³anie jonów glinu celem efektywnegowytwarzania nowych odmian zbó¿ o zwiêkszonej tolerancyjnoœci.

W niniejszej pracy zostanie omówione dzia³anie glinu na roœliny oraz znanemechanizmy tolerancyjnoœci na glin. W ramach poszczególnych gatunków roœlinzbo¿owych przedstawione zostan¹ molekularne aspekty zagadnienia, takie jak: lokali-zacja genów tolerancyjnoœci, markery molekularne tych genów oraz ich wykorzystaniew pracach hodowlanych czy te¿ prace dotycz¹ce modyfikacji roœlin.

Postêpy Nauk Rolniczych nr 3/2010: 3–17

Wp³yw glinu na wzrost roœlinoraz mechanizmy jego detoksyfikacji

Najbardziej znacz¹cym symptomem toksycznoœci glinu u roœlin jest zahamo-wanie wzrostu korzeni, a tak¿e redukcja korzeni bocznych i w³oœników, czegonastêpstwem jest spadek wielkoœci plonu. Toksyczne dzia³anie glinu polega nazak³óceniu podzia³ów komórkowych w czapeczce korzeniowej i korzeniach bocz-nych. Jest to spowodowane podwy¿szeniem zwiêz³oœci œciany komórkowej orazusztywnieniem podwójnej helisy DNA prowadz¹cym do zaburzeñ replikacji [22].

Zbo¿a wykazuj¹ zró¿nicowanie pod wzglêdem tolerancyjnoœci na glin. Najwiêk-sz¹ charakteryzuje siê ¿yto, mniejsz¹ owies, pszen¿yto, pszenica, a najmniejsz¹jêczmieñ. Tolerancyjnoœæ roœlin na toksyczne dzia³anie glinu jest uwarunkowanagenetycznie. Poznano dwa rodzaje mechanizmów, które chroni¹ roœliny przed tok-sycznym dzia³aniem tego pierwiastka. Pierwszy polega na neutralizacji kationowychpostaci glinu, zanim zostan¹ one pobrane przez korzenie – mechanizm tolerancjizewn¹trzkomórkowej, natomiast drugi na unieruchomieniu i detoksykacji glinuwewn¹trz komórek – tolerancyjnoœæ w³aœciwa.

Podstawow¹ rolê w obu wymienionych mechanizmach pe³ni¹ kwasy organicznemaj¹ce zdolnoœci chelatowania jonów glinu. Pojawienie siê Al3+ w glebie powodujepodwy¿szenie stê¿enia kwasów organicznych w cytoplazmie oraz wydzielanie ich nazewn¹trz komórek i gromadzenie na powierzchni wierzcho³ków wzrostu korzeni.W zale¿noœci od gatunku w ochronie roœlin uczestnicz¹: szczawiany (Fagopyrum

esculentum, Colocasia esculenta, Spinacia oleracea), jab³czany (Triticum aestivum)lub cytryniany (Phaseolus vulgaris, Zea mays, Hordeum vulgare, Glycine max).Niektóre gatunki i odmiany roœlin syntetyzuj¹ jednoczeœnie kwas jab³kowy i cytryno-wy (Triticale, Brassica napus, Raphanus sativus, Secale cerale). Inne zwi¹zki che-miczne o podobnych w³aœciwoœciach bior¹ce udzia³ w detoksyfikacji jonów glinu topolisacharydy, substancje fenolowe oraz œluz. Znana jest tak¿e reakcja unikania stresuprzez roœliny poprzez podwy¿szenie pH rizosfery oraz zwiêkszenie selektywnejprzepuszczalnoœci b³ony komórkowej dla jonów glinu [33].

Testy fizjologicznepozwalaj¹ce na ocenê tolerancyjnoœci roœlin na glin

Opracowano szereg testów fizjologicznych pozwalaj¹cych na ocenê tolerancyj-noœci roœlin na glin. Do najpowszechniej stosowanych nale¿¹ te, które opieraj¹ siê napomiarach ró¿nic d³ugoœci korzeni przed i po zastosowaniu stresu glinowego [21]oraz barwieniu korzeni za pomoc¹ substancji wi¹¿¹cych siê z jonami tego pierwiastka[4, 54]. Najczêœciej stosowanymi barwnikami s¹ hematoksylina [8, 54, 86] i erio-chromocyjanina R [4, 40, 80]. Barwniki te pozwalaj¹ na ocenê stopnia tolerancyjnoœci

4 A. Fiuk, A. Anio³

na podstawie obecnoœci lub braku zabarwienia wierzcho³ków wzrostu zwi¹zanegoz nagromadzeniem siê glinu (hematoksylina) oraz d³ugoœci odrostu korzeniowego pookreœlonym czasie od przeniesienia roœlin do pod³o¿a pozbawionego jonów tegopierwiastka (eriochromocyjanina R). Istnieje równie¿ mo¿liwoœæ oceny tolerancyj-noœci z wykorzystaniem pomiaru fluorescencji chlorofilu bêd¹cej jednym z para-metrów wydajnoœci fotosyntezy [51]. Rzadziej stosuje siê analizê UL (ultra-weakluminescence) [32], redukcjê NBT (nitro blue tetrazolium) [42] oraz pomiar zmianstosunku œwie¿ej masy korzeni do pêdów [38].

Testy fizjologiczne, mimo ¿e s¹ stosunkowo tanie, maj¹ jednak szereg wad. S¹ oneczêsto pracoch³onne i czasoch³onne. Wiadomo równie¿, ¿e nawet niewielkie zmianypH po¿ywki, temperatury, czasu przebywania roœlin w warunkach stresu, stê¿eniajonów glinu, czy formy w jakiej podawane s¹ mikro- i makroelementy mog¹ w istotnysposób wp³yn¹æ na wynik testu [80]. Z punktu widzenia hodowcy podstawowymograniczeniem testów fizjologicznych jest brak mo¿liwoœci odró¿nienia homozygotod heterozygot wœród testowanych roœlin bez wyprowadzania kolejnych potomstw,co znacz¹co wyd³u¿a proces tworzenia nowej odmiany.

Genetyczne mechanizmy tolerancyjnoœci na glin u zbó¿

Poznanie systemu dziedziczenia danej cechy oraz identyfikacja genów za ni¹odpowiedzialnych decyduj¹ o strategii, jak¹ przyjmuje siê w danym programiehodowlanym. Wiele cech wa¿nych u¿ytkowo determinowanych jest przez wiêcej ni¿jeden locus. Efekty poszczególnych loci mog¹ siê sumowaæ powoduj¹c okreœlonenasilenie cechy [75]. Nie wszystkie geny maj¹ jednakowy wp³yw na ekspresjê cechyiloœciowej, jednak¿e w wiêkszoœci przypadków mo¿na zidentyfikowaæ jeden lubkilka genów g³ównych. Znalezienie takich genów jest kluczowym elementem umo¿-liwiaj¹cym bezpoœredni¹ selekcjê z pomoc¹ ró¿nego rodzaju markerów molekular-nych sprzê¿onych z locus cechy iloœciowej (QTL – Quantitative Trait Loci). Zastoso-wanie markerów molekularnych w hodowli pozwala na szybk¹ i wiarygodn¹ ocenêdu¿ej liczby osobników pod k¹tem obecnoœci lub braku fragmentu genomu, w którymmo¿e znajdowaæ siê QTL cechy. Metoda pozwala równie¿ na rozró¿nienie homo-zygot od heterozygot. Selekcja wsparta markerami molekularnymi (MAS – MarkerAssisted Selection) jest stosowana z powodzeniem dla wielu wa¿nych u¿ytkowo cechi gatunków, zarówno roœlin jak i zwierz¹t [12, 74].

Lokalizacja genów zwi¹zanych z tolerancyjnoœci¹ na glin u zbó¿

Jêczmieñ. Wœród zbó¿ jêczmieñ jest gatunkiem najbardziej podatnym na uszko-dzenia przez wysokie stê¿enie jonów glinu w glebie. Dotychczas wytypowano kilkaodmian wzglêdnie tolerancyjnych, takich jak: ‘Brindabella’, ‘Yambla’ czy ‘Tulla’,które wykorzystywane s¹ w badaniach dotycz¹cych tej cechy. Uwa¿a siê, ¿e odmianyszeœciorzêdowe, oplewione i ozime wykazuj¹ wy¿sz¹ tolerancyjnoœæ ni¿ 2 i 4-rzêdo-

Mo¿liwoœci wykorzystania znaczników molekularnych … 5

we, nieoplewione oraz jare [49, 84]. Tolerancyjnoœæ jêczmienia na glin warunkowanajest jednym genem, który zosta³ zlokalizowany na chromosomie 4HL w regioniecentromeru [50]. Tak¹ sam¹ lokalizacjê chromosomow¹ okreœlono w odrêbnychbadaniach dla czterech loci: Pht [71], Alp [50], Alp3 [57] i Alt [55]. Nie wiadomojednak, czy loci te s¹ alleliczne. O jednogenowym uwarunkowaniu tolerancyjnoœciœwiadczy³y stosunki rozszczepieñ otrzymane w pokoleniach F2 roœlin uzyskanychw wyniku krzy¿owania odmian tolerancyjnych i podatnych [56, 57, 77, 81]. Wyniki tezosta³y potwierdzone przez mapowanie za pomoc¹ markerów RFLP (RestrictionFragments Length Polymorphism) [77], AFLP (Amplified Fragment Length Poly-morphism) [56] i SSR (Short Sequence Repeats) [55]. Znana jest jednak praca,w której autorzy identyfikuj¹ kilka QTL zwi¹zanych ze wzrostem roœlin w warunkachstresu glinowego na chromosomach 3H, 4H, 5H i 6H [60]. Nie zawsze te¿ otrzymy-wano rozszczepienia zgodne z przyjêtym za³o¿eniem o jednogenowym dziedziczeniutej cechy [50].

¯yto. Badania dotycz¹ce tolerancyjnoœci ¿yta na glin prowadzone by³y dotych-czas na populacjach mapuj¹cych F2 M39A-1-6 (+) x M77A-1(–) [11, 45, 47, 48] orazAilés (+) × Riodeva (–) lub ich liniach wsobnych [6, 20, 44]. W celu okreœlenialokalizacji genów poszukiwanej cechy stosowano pszeniczno-¿ytnie disomiczne linieaddycyjne Chinese Spring-Imperial (CS-I), w których chromosom pszeniczny za-st¹piono pojedynczym homologicznym chromosomem ¿ytnim i ditelosomiczne linieaddycyjne, maj¹ce pary telocentrycznych chromosomów pozbawione jednego z ra-mion [20, 43, 44]. Opisano cztery niezale¿ne loci kontroluj¹ce tolerancyjnoœæ na glinu ¿yta: Alt1, Alt2, Alt3 i Alt4. Trzy pierwsze zlokalizowano kolejno na chromosomach6RS, 3R i 4RL [2], natomiast czwarte na chromosomie 7RS [44]. Anio³ [1] uwa¿a, ¿edominuj¹c¹ rolê mo¿e pe³niæ gen znajduj¹cy siê na krótkim ramieniu chromosomu3R, co zosta³o potwierdzone w pracy Ma i in. [39]. Gallego i Benito [25] wskazuj¹ naistnienie przynajmniej 2 loci na chromosomie 6R powi¹zanych z genem Alt1. Ostatniebadania sugeruj¹ jednak dominuj¹c¹ rolê genu Alt4 w kontrolowaniu tolerancyjnoœcina glin u ¿yta [20, 44]

Pszenica. Ze wzglêdu na bardziej z³o¿ony genom pszenica wykazuje du¿ezró¿nicowanie wewn¹trzgatunkowe jeœli chodzi o tolerancyjnoœæ na glin [28, 54, 59].Po przetestowaniu za pomoc¹ markerów SSR 57 odmian pszenic pod k¹tem omawia-nej cechy, otrzymano drzewo genealogiczne wykazuj¹ce wyraŸny podzia³ testowa-nych materia³ów na cztery grupy: US-Fultz, Polyssu, Mexican i Chinese, w obrêbiektórych znalaz³y siê genotypy o wspólnym rodowodzie i pochodzeniu geograficznym[31]. Na podstawie tego doœwiadczenia stwierdzono, ¿e odmianami nios¹cymi tole-rancyjnoœæ na glin u pszenicy s¹ te, które pochodz¹ od ‘Polyssu’ i jej brazylijskichprzodków (np. odmiany ‘BH 1146’ i ‘Atlas 66’).

Próby ustalenia podstaw genetycznych takiego zró¿nicowania da³y sprzecznewyniki prawdopodobnie na skutek zastosowania ró¿nych testów fizjologicznych dooceny roœlin. Niektórzy autorzy proponuj¹ model jednogenowy [36, 67, 85], a inni


postuluj¹ istnienie dwóch lub wiêkszej liczby genów warunkuj¹cych omawian¹ cechê[2, 78]. Analiza linii ditelosomicznych i nullisomiczno-tetrasomicznych pszenicy‘Chinese Spring’ wykaza³a obecnoœæ kilku loci tolerancyjnoœci, które zosta³y lokali-zowane na chromosomach 5AS, 6AL, 7AS, 4BS, 2DL, 3DL, 4DL i 7DL [2, 3].Badania prowadzone w obrêbie linii bliskoizogenicznych odmiany ‘Atlas66’ tak¿ewskazuj¹ na obecnoœæ wiêkszej liczby loci powi¹zanych z tolerancyjnoœci¹ na glin[10, 78]. Rozszczepienia cechy otrzymane w populacjach F2 otrzymanych po skrzy-¿owaniu odmiany ‘Atlas66’ z kilkoma odmianami wra¿liwymi œwiadczy³y o wp³ywiedwóch dominuj¹cych genów [7, 9]. Wielu autorów wskazuje na obecnoœæ allelutolerancyjnoœci na chromosomie 3BL [8, 52, 86], jakkolwiek jego ekspresja jestwyciszana przez gen zlokalizowany na chromosomie 4DL. Trzy QTL zwi¹zanez tolerancyjnoœci¹ na glin zosta³y zmapowane na chromosomach 4DL, 3BL i 2A, przyczym dwa pierwsze by³y dominuj¹ce i wykazywa³y efekt addytywny [8]. Dominuj¹c¹rolê genu zlokalizowanego na chromosomie 4DL w kontrolowaniu tolerancyjnoœciroœlin na glin potwierdza praca Ramana i in. [61]. Odkryto, ¿e mechanizm dzia³aniatego genu jest zwi¹zany z wydzielaniem z korzeni anionów jab³czanowych [17, 65].Ostatnie badania wskazuj¹ równie¿ na istnienie innego wa¿nego mechanizmu tole-rancyjnoœci u niektórych odmian pszenicy zwi¹zanego z wydzielaniem cytrynianów[66]. Sekrecjê cytrynianów aktywowan¹ przez jony Al3+ obserwowano u pszenicybrazylijskiej odmiany ‘Carazinho’ [72]. Po przetestowaniu ponad dwustu odmianpszenicy potwierdzono, ¿e odmiana ‘Carazinho’ oraz ‘Maringa’, ‘Toropi’ i ‘Trinte-cinco’ wykazuj¹ podwy¿szon¹ aktywnoœæ wydzielania cytrynianów w odpowiedzi nastres glinowy [66]. QTL zwi¹zany z wydzielaniem cytrynianów zmapowano nachromosomie 4BL.

Pszen¿yto. Heksaploidalne pszen¿yto jest mieszañcem ¿yta i pszenicy z³o¿onymz dwóch genomów pszenicznych (AABB) i genomu ¿yta (RR). Odpornoœæ pszen¿ytana toksyczne dzia³anie jonów glinu mo¿e wiêc byæ funkcj¹ wspó³dzia³ania genówpszenicy i ¿yta wykorzystanych do krzy¿owania [72]. Nale¿y jednak podkreœliæ, ¿e dogenomu pszen¿yta heksaploidalnego nie wchodzi genom D pszenicy, na którymzidentyfikowano gen g³ówny zwi¹zany z tolerancyjnoœci¹ na glin. Jednak¿e niektóreodmiany pszenicy s¹ zdolne do podwy¿szonego wydzielania cytrynianów pod wp³y-wem dzia³ania jonów Al3+ uwarunkowanego obecnoœci¹ innego genu na chromo-somie 4BL. Mo¿na zatem przypuszczaæ, ¿e takie odmiany mog³yby stanowiæ Ÿród³otolerancyjnoœci na glin u pszen¿yta. Dotychczasowe badania wskazuj¹ jednak, ¿ewysoki stopieñ tolerancyjnoœci na glin u heksaploidalnego pszen¿yta dziedziczonyjest g³ównie od ¿yta [39, Fiuk i in. nie publikowane]. Locus zwi¹zany z toleran-cyjnoœci¹ na glin u pszen¿yta zidentyfikowano w odmianie ‘Currency’ na chromo-somie 3RS [39] oraz u trzech populacji F2 odmiany ‘Bogo’na chromosomie 7R [Fiuki in. nie publikowane]. W przypadku pszen¿yta oktoploidalnego uzyskanego w wyni-ku krzy¿owania czterech odmian pszenicy i dwóch odmian ¿yta ró¿ni¹cych siê podwzglêdem tolerancyjnoœci udowodniono jednak, ¿e wysoki stopieñ tolerancyjnoœcizwi¹zany jest z obecnoœci¹ genomu pszenicy [72].


Owies. Niewiele jest prac dotycz¹cych identyfikacji genów tolerancyjnoœci naglin u owsa. Gatunek ten nie ma tak du¿ego znaczenia gospodarczego jak pozosta³ezbo¿a, wykazuje jednak wysok¹ tolerancyjnoœæ na glin. Dotychczas na podstawiekrzy¿owania dziewiêciu heksaploidalnych gatunków owsa stwierdzono, ¿e istniejejeden gen odpowiedzialny za tolerancyjnoœæ na glin u tego gatunku [68]. Wagner [79]wskaza³ na obecnoœæ 1 lub 2 genów tolerancyjnoœci po skrzy¿owaniu trzech heksa-ploidalnych gatunków owsa, przy czym geny te wykazywa³y efekt epistatyczny.W innej pracy zidentyfikowano 4 loci cech iloœciowych zwi¹zane z tolerancyjnoœci¹na glin w populacji wsobnej linii rekombinacyjnej (LAG-211) uzyskanej po krzy¿o-waniu linii tolerancyjnej i wra¿liwej Avena strigosa [83].

Geny tolerancyjnoœci na glin u zbó¿ oraz ich markery

Dotychczas poznano ponad 20 genów indukowanych stresem glinowym u ró¿-nych gatunków roœlin [19]. Ekspresja wiêkszoœci tych genów mo¿e równie¿ ujawniæsiê pod wp³ywem szeregu innych czynników, takich jak: stres oksydacyjny, infekcjapatogenów, niedobór fosforu, szok cieplny, czy traktowanie regulatorami wzrostu.Analiza transkrypcyjna dwóch bliskoizogenicznych linii pszenicy ró¿ni¹cych siêtolerancyjnoœci¹ na glin (Chisholm-T i Chisholm-S) w warunkach stresu glinowegowykaza³a podwy¿szon¹ ekspresjê 28 genów u linii tolerancyjnej. By³y to miêdzyinnymi geny koduj¹ce transporter jab³czanowy aktywowany jonami glinu, oksydazêkwasu ent-kaurenowego, �-glukozydazê, lektynê, kinazê histydynow¹ i karboksylazêfosfoenolopirogronianu [29]. Stwierdzono, ¿e wartoœæ przyrostu korzeni u roœlinrosn¹cych w warunkach stresu glinowego oraz sekrecja kwasów organicznych kore-luj¹ z tolerancyjnoœci¹ na glin i sugeruj¹, ¿e cecha mo¿e mieæ zarówno jedno- jaki wielogenowe pod³o¿e [59, 66]. Poznano dwie rodziny genów zwi¹zane z wydziela-niem kwasów organicznych: ALMT (aluminium-activated malate transporter) odpo-wiedzialne za wydzielanie jab³czanów i MATE (multidrug and toxin efflux), którychekspresja zwi¹zana jest z wydzielaniem cytrynianów.

Sekwencja genu TaALMT (Triticum aestivum aluminium-activated malate trans-porter) pszenicy zosta³a okreœlona w 2004 roku [70]. Autorzy wykorzystali cDNAtolerancyjnej pszenicy ‘ET8’, która charakteryzuje siê obecnoœci¹ pojedynczego lo-cus tolerancyjnoœci Alt1 oraz wra¿liwej ‘ES8’. Wczeœniejsze badania prowadzone naliniach bliskoizogenicznych tych odmian wskazywa³y na obecnoœæ kana³u aniono-wego w komórkach korzeni aktywowanego przez Al3+ i wspomagaj¹cego intensyw-niejszy wyp³yw jab³czanów u roœlin tolerancyjnych [67, 85]. Wysuniêto hipotezê, ¿etolerancyjnoœæ jest wynikiem obecnoœci bia³ka kana³owego lub bia³ka kontroluj¹cegoaktywnoœæ tego kana³u [15, 64]. Wyizolowany przez Sasaki i in. [70] fragment cDNAd³ugoœci 1517 par zasad jest odpowiedzialny za kodowanie bia³ka hydrofobowegoo masie 49,7 kDa sk³adaj¹cego siê z 459 reszt aminokwasowych. Jego budowa jestcharakterystyczna dla bia³ek wchodz¹cych w sk³ad b³on komórkowych. Gen ma dwieformy alleliczne: ALMT1-1 wystêpuj¹c¹ w linii tolerancyjnej ‘ET8’ i ALMT1-2


wystêpuj¹c¹ w linii wra¿liwej ‘ES8’, bêd¹ce wynikiem mutacji punktowych w obrê-bie sekwencji czwartego egzonu tego genu. W kolejnych doœwiadczeniach potwier-dzono wystêpowanie pierwszej formy allelicznej u roœlin odmiany tolerancyjnej ‘At-las 66’ oraz drugiej formy u roœlin odmiany wra¿liwej ‘Scout 66’. Jednak¿e odmiana‘Chinese Spring’, która uwa¿ana jest za umiarkowanie tolerancyjn¹, ma formêalleliczn¹ ALMT1-2, a poziom ekspresji genu jest poœredni miêdzy ‘ET8’ i ‘ES8’.Sugeruje to, ¿e tolerancyjnoœæ na glin zapewniana przez ALMT1 u ró¿nych odmianpszenicy jest zwi¹zana z poziomem ekspresji obu alleli, a nie wynika z ró¿nicw sekwencji aminokwasów istniej¹cej miedzy nimi. Zosta³o to potwierdzone przezRamana i in. [58], którzy testowali kilkanaœcie odmian pszenicy za pomoc¹ markerówCAPS opracowanych na bazie opisanych polimorfizmów. Zarówno allel 1 jak i 2pojawia³ siê w odmianach tolerancyjnych. Dostêpnoœæ markerów dla egzonu 4 [70],intronu 3 [58] i regionu promotora [69] da³a mo¿liwoœæ oceny genetycznych zale¿-noœci w obrêbie genu TaALMT1 u ró¿nych genotypów pszenic [59]. Przebadano podtym k¹tem 179 odmian powszechnie bêd¹cych w u¿yciu oraz 278 odmian lokalnychpochodz¹cych z Europy, Œrodkowego Wschodu i Azji w tym 28 Ÿróde³ Triticum

aestivum (ssp. spelta, vavilovii, compactum, macha i sphaerococcum). Potwierdzono,¿e obecnoœæ alleli ALMT1-1 i ALMT1-2 nie jest œciœle skorelowana z tolerancyjnoœci¹na glin. Nie obserwowano równie¿ zwi¹zku z tolerancyjnoœci¹ na glin w obrêbiemarkerów insercyjno-delecyjnych identyfikuj¹cych obecnoœæ lub brak allelu dlafragmentu insercyjnego wielkoœci 14bp w intronie 3. U wiêkszoœci odmianwra¿liwych pojawi³ siê marker SSR wielkoœci 235 bp lub 225 bp, przy czym ten drugiidentyfikowano równie¿ w roœlinach tolerancyjnych. Markery promotorowe LPF(long promotor fragment) i SPF (short promotor fragment) identyfikowa³y 6 alleli,podobnie jak wczeœniej opisywa³ Sasaki i in. [69].

¯aden z markerów opisanych przez Ramana i in. [58] stosowany pojedynczo nieumo¿liwia³ identyfikacji roœlin tolerancyjnych. Na podstawie sygna³ów otrzymanychpo jednoczesnym zastosowaniu czterech typów markerów wytypowano 22 haplotypywœród odmian pszenicy. Okreœlono, na jakiej zasadzie dosz³o do wyodrêbnieniakolejnych haplotypów (w jakich regionach dosz³o do mutacji, np. haplotyp 5 i 17powsta³ w wyniku rekombinacji miêdzy promotorem i regionem SSR haplotypów 1i 18 lub odwrotnie). Wyodrêbniono równie¿ siedem typów promotorów. Zaobserwo-wano, ¿e haplotyp 18 ma promotor typu V, który jest najbardziej powszechnyw odmianach tolerancyjnych (np. brazylijskich ‘Fronteira’i ‘Frontana’). Haplotypy 8,10, 11, 13, 19 i 20 s¹ charakterystyczne dla odmian tolerancyjnych, ale wystêpuj¹raczej rzadko. Haplotyp 1 jest za to bardzo powszechny w odmianach uprawnychwra¿liwych, jakkolwiek maj¹ go równie¿ tolerancyjne odmiany nepalskie.

Zastosowany w innej pracy marker promotorowy Xups4 segregowa³ z locustolerancyjnoœci zlokalizowanym na chromosomie 4DL w populacji wsobnych liniibliskoizogenicznych FSW × ND35 [8].

Powy¿sze badania dotycz¹ markerów zaprojektowanych na bazie znanej sekwen-cji genu i zwi¹zanych z locus Alt1. Dostêpne s¹ równie¿ markery do wykrywania


innych QTL w materia³ach pszenicznych, aczkolwiek ich skutecznoœæ dotyczy tylkobadanych populacji [37, 58, 61]. Cai i in. [8] otrzymali markery Xbarc 164 i Xbarc 344sprze¿one z QTL zlokalizowanym na chromosomie 3BL oraz markery Xgwm 515i Xgwm 249 sprzê¿one z QTL na chromosomie 2A.

Za pomoc¹ primerów powielaj¹cych znane fragmenty genu TaALMT1 [70]sklonowano i zsekwencjonowano gen ¿ytni ScALMT1 [20]. Gen zlokalizowany nachromosomie 7RS wykazywa³ 86% podobieñstwa sekwencji aminokwasowej doTaALMT1. Znane s¹ markery RAPD i SCIM (Secale cerale inter-microsatelite) tegolocus tolerancyjnoœci [44]. Wykazano, ¿e marker SCIM811 segreguje w trzechbadanych populacjach F2 ‘Ailes’ × ‘Riodeva’, natomiast markery SCIM812 i OPQ4w dwóch z nich. Zidentyfikowano równie¿ trzy markery AFLP sprzê¿one z locus Alt3

przy czym dwa z nich znalaz³y siê w odleg³oœci 0,4 i 0,7 cM od genu [48]. Jako markerkotwicz¹cy wykorzystano BCD1230, który kosegreguje z genem Alt3. Marker ten jestgenerowany przez parê primerów zaprojektowan¹ na bazie klonu cDNA pocho-dz¹cego z jêczmienia. Klon BCD1230 jest czêœci¹ genu epimerazy 5-fosforanurybulozy (RPE – ribulose phosphate epimerase) i jak wykazano jest powi¹zanyrównie¿ z locus tolerancyjnoœci na glin u jêczmienia i pszenicy [63, 77]. Stwierdzono,¿e d³ugie ramiona chromosomów 4H, 4D i 4R wykazuj¹ wysoki poziom syntenii, a coza tym idzie loci tolerancyjnoœci na glin umiejscowione na nich prawdopodobnie s¹ortologami [46]. Na podstawie podobieñstwa zbo¿owych chromosomów 4 do chro-mosomu 3 ry¿u skonstruowano mapê regionu chromosomu ¿ytniego zawieraj¹cegolocus tolerancyjnoœci na glin z wykorzystaniem markerów B1 i B4 zaprojektowanychna bazie ry¿owych klonów BAC (bacterial artificial chromosome) [46]. Markery teznalaz³y siê w odleg³oœci 0,4 cM od locus Alt3 i z powodzeniem pozwoli³y nawytypowanie roœlin tolerancyjnych i wra¿liwych w testowanej populacji F2. Abywysyciæ fragment chromosomu pomiêdzy B1 i B4 zaprojektowano primery RFLP nabazie ry¿owego regionu BAC otaczaj¹cego gen RPE [45]. Dwa markery B6 i B11zmapowano w regionie genu Alt3. Marker B6 zlokalizowano w odleg³oœci 0,05 cM odtego genu i wraz innym ry¿owym markerem RFLP o nazwie RZ981 bêd¹cym czêœci¹genu RPE kosegregowa³ z genem Alt3 w populacji F6 ¿ytnich rekombinacyjnych liniiwsobnych. Benito i in. [6] wykorzystali pszeniczno-¿ytnie addycyjne linie diteloso-miczne i ditelocentryczne w celu potwierdzenia lokalizacji markerów B1, B11, B26,B4 i BCD1230 opisanych w pracach Miftahudina i in. [45, 46, 47, 48]. Markery B1i BCD1230 zlokalizowano jednak na chromosomie 7RS a nie 4RL. Pozosta³e markerynie wykaza³y ró¿nicy miêdzy genomem ¿yta i pszenicy, natomiast prawie wszystkie,z wyj¹tkiem B11, mapowano w testowanej populacji F2. Na podstawie wynikówbadañ i danych literaturowych dotycz¹cych homologii chromosomów stwierdzono,¿e locus Alt3 opisany przez Miftahudina i in. [45] to faktycznie locus Alt4 nachromosomie 7R [6, 12]. W celu dok³adniejszego wysycenia chromosomu 7R anali-zowano dodatkowo 16 znanych markerów mikrosatelitarnych przypisanych do tegochromosomu [6]. Markery REMS 1012, REMS 1018, REMS 1112, SCM 40, SCM 86,


SCM 92 i Xgwm269 by³y sprzê¿one z locus Alt4, natomiast REMS 1197 i REMS1253 pozostawa³y w znacznej odleg³oœci od genu tolerancyjnoœci na glin tworz¹c inn¹grupê sprzê¿eñ [6]. Badania potwierdzi³y jednak bezpoœredni¹ bliskoœæ markerów B1i B4 w s¹siedztwie locus Alt4, co mo¿e kwalifikowaæ je jako kandydatów w MAS.

Opracowano równie¿ markery do pozosta³ych znanych genów tolerancyjnoœci naglin u ¿yta. Gallego i Benito [25] wskazuj¹ na marker RAPD (OPS14705), któregodystans do genu Alt3 wynosi 23,5 cM. Marker ten przekszta³cony w SCAR (Sequen-ce-Characterised Amplified Region) lokalizowano na d³ugim ramieniu chromosomu4R [6]. Z genem Alt1 ulokowanym na krótkim ramieniu chromosomu 6R sprzê¿one s¹dwa markery SCAR: ScR01600 i ScB15790 w odleg³oœci odpowiednio 2,1 i 5,5 cM[26, 27]. Matos i in. [43] testowali 21 par primerów EST–SSR zaprojektowanych napodstawie dostêpnych sekwencji cDNA otrzymanych z mRNA izolowanego z korze-ni ¿yta odmiany ‘Blanco’ po stresie glinowym. Znaleziono cztery polimorficzne,kodominuj¹ce markery: SCM8561, SCM 6255, SCM6689, SCM6813, które zosta³yzlokalizowane kolejno na chromosomach 3R, 4RL, 4R i 5R. Markery SCM6689i SCM6813 stosowali ju¿ wczeœniej w swych pracach Hackauf i Wehling [30] pod na-zwami SCM116 i SCM113. Czternaœcie z testowanych primerów wykazywa³o ponad55% homologiê do genów o znanych funkcjach w ry¿u, rzodkiewniku i pszenicy.

Dotychczas poznano sekwencje homologicznych genów rodziny ALMT u wieluinnych gatunków roœlin tj. Arabidopsis thaliana, Brassica napus, Oryza sativa, Zea

mays, Medicago truncatula [13].Kolejna rodzina genów zwi¹zana z tolerancyjnoœci¹ roœlin na glin (MATE)

kontroluje wydzielanie cytrynianów w korzeniach jêczmienia oraz niektórych odmianpszenicy. Gen HvAACT1 nale¿¹cy do tej rodziny zosta³ zidentyfikowany poprzezporównanie mikromacierzy wykonanych dla odmiany tolerancyjnej jêczmienia ‘Mu-rasakimochi’ i wra¿liwej ‘Morex’ poddanych stresowi glinowemu [24]. MarkeryCAPS zaprojektowane do uzyskanej sekwencji genu pozwala³y na ró¿nicowanieroœlin tolerancyjnych i wra¿liwych. Poniewa¿ wydaje siê, ¿e cecha tolerancyjnoœci naglin u jêczmienia jest jednogenowa uda³o siê uzyskaæ kilka markerów doskonalesprawdzaj¹cych siê w selekcji roœlin tolerancyjnych u tego gatunku. Markery HVM3,HVM77, Bmac310 i HVRCABG lokalizowano dotychczas blisko centromeru 4H namapach sprzê¿eñ dla populacji jêczmienia uzyskanych w wyniku krzy¿owania od-mian: ‘Steptoe’ × ‘Morex’, ‘Irgi’ × ‘Franka’, ‘Lina’ × ‘Canada Park’ i ‘Yambla’ ×‘WB229’ [35, 53, 56, 62]. Markery Bmac310 i HVRCABG zosta³y u¿yte do ocenytolerancyjnoœci roœlin w populacjach mapuj¹cych otrzymanych dla ‘Harrington’ ×‘Brindabella’ [57], ‘Ohichi’ × ‘F6ant28B48-16’ [60] i ‘F6ant28B48-16’ × ‘Honan’[81]. Markery Bmag490 i Bmac310 wykorzystano do selekcji rekombinantów otrzy-manych po krzy¿owaniu ‘Dayton’ × ‘Zhepi 2’ [82], a na mapie sprzê¿eñ otrzymanejdla tych roœlin blisko locus tolerancyjnoœci znalaz³y siê: Bmag353, Bmac310,Xgwm165, XABG715 i XHvGABP. Pierwszy z nich lokalizowa³ siê równie¿ blisko(1,6 cM) genu na mapie sprzê¿eñ dla populacji ‘Yambla’× ‘WB229’oraz ‘WB229’×


‘Mimosa’ i zosta³ wprowadzony do rutynowej selekcji [56]. Marker Bmag353wyjaœnia³ tak¿e 51,3% zmiennoœci genotypowej zwi¹zanej z wydzielaniem kwasucytrynianowego w populacji uzyskanej w wyniku krzy¿owania odmian ‘Marasa-kimochi’ × ‘Morex’ [38].

Na podstawie przytoczonych wyników badañ wydaje siê, ¿e selekcja zbó¿ w kie-runku zwiêkszenia tolerancyjnoœci na glin z zastosowaniem markerów molekular-nych jest zadaniem trudnym, ale mo¿liwym do wykonania. Szczególnie obiecuj¹cewydaj¹ siê byæ wyniki otrzymane dla populacji mapuj¹cych jêczmienia, w którymposzukiwana cecha jest jednogenowa lub, byæ mo¿e, jeden gen w znacznym stopniudominuje nad pozosta³ymi. U ¿yta potwierdzono bezpoœredni¹ bliskoœæ markerów B1i B4 do locus Alt4, co równie¿ kwalifikuje je jako kandydatów w selekcji wspoma-ganej markerami (MAS). Z³o¿ony genom pszenicy utrudnia znalezienie odpowied-niego markera, jednak¿e szczegó³owe prace badawcze dla tego gatunku pozwoli³y naklasyfikacje wielu odmian pszenicy na bazie ró¿nic w obszarze genomu koduj¹cymgeny zwi¹zane z tolerancyjnoœci¹ na glin. Jednak nale¿y podkreœliæ, ¿e wytypowanemarkery molekularne najczêœciej umo¿liwiaj¹ selekcjê w kierunku cechy tylko naokreœlonej populacji mapuj¹cej, dla której by³y identyfikowane i dlatego ich przydat-noœæ w programach hodowlanych jest ograniczona. Wa¿nym aspektem dotychcza-sowych badañ jest okreœlenie udzia³u i znaczenia poszczególnych genów w fizjo-logicznej ekspresji cechy oraz lokalizacji poszczególnych QTL na chromosomachzbó¿.

In¿ynieria genetycznaw poprawie tolerancyjnoœci roœlin na glin

Podjêto liczne próby poprawienia tolerancyjnoœci roœlin na toksyczne dzia³aniejonów glinu na drodze transgenezy. Wydawa³o siê, ¿e zwiêkszenie poziomu kwasóworganicznych poprzez podwy¿szenie ekspresji genów koduj¹cych enzymy szlakówmetabolicznych cytrynianów i jab³czanów mo¿e przynieœæ oczekiwany rezultat [76].Jednak¿e ekspozycja roœlin tolerancyjnych i wra¿liwych na szkodliwe dzia³anie glinunajczêœciej nie wywo³ywa³a ró¿nic w aktywnoœci tych enzymów [34]. U ¿ytapoddawanego stresowi glinowemu ros³a jedynie aktywnoœæ syntazy cytrynianowej(CS), podczas gdy aktywnoœæ karboksylazy fosfoenolopirogronianu (PEPC),dehydrogenazy jab³czanowej (MS) i dehydrogenazy izocytrynianowej (NAD-ICDH)nie ulega³a zmianom [34]. Gen syntazy cytrynianowej (CS) wprowadzono na drodzetransformacji do tytoniu i papai [23] otrzymuj¹c korzystny efekt, którego jednak niepotwierdzono w kolejnych eksperymentach [14]. Udane wyniki transformacji kon-struktem nios¹cym gen CS uzyskano dla kukurydzy i lucerny [5, 73]. W tolerancyj-nych odmianach soi obserwowano podwy¿szon¹ ekspresjê PEPC [18]. Transfor-macja Arabidopsis thaliana cDNAwyizolowanym z soi pozwoli³a na uzyskanie kilku


roœlin o podwy¿szonej tolerancyjnoœci na glin. Na podstawie dotychczasowych badañzauwa¿ono, ¿e nawet jeœli nast¹pi zwiêkszenie zawartoœci bia³ek enzymatycznychszlaku cytrynianów, b¹dŸ jab³czanów w komórkach, nie oznacza to, ¿e zwi¹zki tebêd¹ wydzielane przez korzenie [41]. Ma³o zadowalaj¹ce wyniki, uzyskane przywykorzystaniu do transformacji genów szlaków metabolicznych sugerowa³y, ¿eró¿nice w tolerancyjnoœci zwi¹zane s¹ raczej z transportem kwasów organicznych ni¿z ich syntez¹ i mog¹ wynikaæ ze zmiennej iloœci bia³ek kana³owych w b³onachkomórkowych, ich przepuszczalnoœci dla anionów organicznych oraz aktywacjiprzez Al3+ [41]. Otrzymanie sekwencji genu TaALMT1 [70] pozwoli³o na zaprojekto-wanie wektora plazmidowego odpowiedniego do transformacji roœlin, w wynikuktórej móg³by zostaæ poprawiony system transportu i wydzielania jab³czanów. Dotransformacji wykorzystano oba allele genu: ALMT1-1 i ALMT1-2 (pierwszy charak-terystyczny dla roœlin tolerancyjnych, a drugi dla wra¿liwych) uzyskuj¹c trans-geniczne roœliny ry¿u, jêczmienia i tytoniu oraz oocyty Xenopus laevis [70]. Glinaktywowa³ wydzielanie kwasu jab³kowego w piêciu transgenicznych liniach ry¿u.Udowodniono, ¿e inne trójwartoœciowe jony takie jak La3+ i Fe3+ nie maj¹ wp³ywu nawydzielanie jab³czanów. Uzyskano równie¿ podwy¿szon¹ tolerancyjnoœæ na glinw zawiesinie komórkowej tytoniu, w roœlinach jêczmienia i oocytach Xenopus laevis.

Kolejnym krokiem by³a transformacja za pomoc¹ tego samego konstruktu wra¿li-wej na glin odmiany jêczmienia ‘Golden Promise’ [16]. Uzyskano roœliny, którecharakteryzowa³y siê brakiem zahamowania wzrostu korzeni w obecnoœci jonówAl3+. Stymulacjê wydzielania kwasów organicznych przez glin potwierdzono stosu-j¹c kwas niflumowy, który blokuje kana³y anionowe, a wiêc i wydzielanie jab³czanóworaz stosuj¹c jony erbu (Er), które stymuluj¹ wyp³yw jab³czanów. W innej pracy dotransformacji wykorzystano gen HvAACT1 zwi¹zany z wydzielaniem cytrynianówu jêczmienia. Doprowadzono do 70% nadekspresji tego genu w transgenicznychroœlinach tytoniu [24].

Wydaje siê, ¿e wprowadzenie genów z rodziny ALMT i MATE do ró¿nychgatunków roœlin ma obiecuj¹c¹ przysz³oœæ i mo¿e w znacznym stopniu przyczyniæ siêdo uzyskania odmian o podwy¿szonej tolerancyjnoœci na glin, szczególnie w gatun-kach, w których brak zminnoœci pod wzglêdem tej cechy.

Literatura

[1] Anio³ A. 2004. Chromosomal location of aluminium tolerance genes in rye. Plant Breed. 123: 132–136.

[2] Anio³ A., Gustafson J.P. 1984. Chromosome location of genes controlling aluminium tolerance in wheat, rye,and triticale. Can. J. of Genet. Cytol. 26: 701–705.

[3] Anio³ A. 1990. Genetics of tolerance to aluminium in wheat (Triticum aestivum L.). Plant Soil 123: 223–227.

[4] Anio³ A. 1995. Physiological aspects of aluminium tolerance associated with the long arm of chromosome 2D ofthe wheat (Triticum aestivum L.) genome. Theor. Appl. Genet. 91: 510–516.

[5] Barone P., Rosellini D., Lafayette P., Bouton J., Veronesi F., Parrott W. 2008. Bacterial citrate synthaseexpression and soil aluminium tolerance in transgenic alfalfa. Plant Cell Rep. 27: 893–901.


[6] Benito C., Silva-Navas J., Fontecha G., Hernández-Riquer M.V., Eguren M., Salvador N., Gallego F.J. 2009.From the rye Alt3 and Alt4 aluminum tolerance loci to orthologous genes in other cereals. Plant Soil 327(1–2):107–120 DOI 10.1007/s11104-009-0035-9.

[7] Berzonsky W.A. 1992. The genomic inheritance of aluminium tolerance in ‘Atlas 66’ wheat. Genome 35:689–693.

[8] Cai S., Bai G.-H., Zhang D. 2008. Quantitative trait loci for aluminum resistance in Chinese wheat landraceFSW. Theor. Appl. Genet. 117: 49–56.

[9] Camargo C.E.O. 1981. Wheat improvement. I. The heritability of tolerance to aluminium toxicity. Bragantia40: 33–45

[10] Carver B.F., Whitmore W.E., Smith E.L., Bona L. 1993. Registration of four aluminium-tolerant winter wheatgermplasms two susceptible near-isolines. Crop Sci. 33: 1113–1114.

[11] Collins N.C., Shirley N.J., Saeed M., Pallotta M., Gustafson J.P. 2008. An ALMT1 gene gluster controllingaluminum tolerance at the Alt4 locus of rye (Secale cereale L.). Genetics 179: 669–682.

[12] Collins N.C., Tardieu F., Tuberosa R. 2008. Quantitative trait loci and crop performance under abiotic stress:where do we stand? Plant Physiol. 147: 469–486.

[13] Delhaize E., Gruber B.D., Ryan P.R. 2007. The roles of organic anion permeases in aluminium resistance andmineral nutrition. FEBS Lett. 581: 2255–2262.

[14] Delhaize E., Hebb D.M., Ryan P.R. 2001. Expression of a Pseudomonas aeruginosa citrate synthase gene intobacco is not associated with either enhanced citrate accumulation or efflux. Plant Physiol. 125/4:2059–2067.

[15] Delhaize E., Ryan P.R. 1995. Aluminium toxicity and tolerance in plants. Plant Physiol. 107: 315–321.[16] Delhaize E., Ryan P.R., Hebb D.M., Yamamoto Y., Sasaki T. 2004. Engineering high-level aluminium

tolerance in barley with the ALMT1 gene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101: 15249–15254.[17] Delhaize E., Ryan P.R., Randall P.J. 1993. Aluminium tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) II.

Aluminium-stimulated excretion of malic-acid from root apices. Plant Physiol. 103: 695–702.[18] Ermolayev V., Weschke W., Manteuffel R. 2003. Comparison of Al-induced gene expression in sensitive and

tolerant soybean cultivars. J. Exp. Bot. 54/ 393: 2745–2756.[19] Ezaki B., Katsuhara M., Kawamura M., Matsumoto H. 2001. Different mechanisms of four aluminum

(Al)-resistant transgenes for Al Toxicity in Arabidopsis. Plant Physiol. 127/3: 918–927.[20] Fontecha G., Silva-Navas J., Benito C., Mestres M.A., Espino F.J., Hernández-Ríquer V., Mestres M.A.,

Gallego F.J. 2007. Candidate gene identifcation of an aluminum-activated organic acid transporter gene at theAlt4 locus for aluminum tolerance in rye (Secale cereale L.). Theor. Appl. Genet. 114: 249–260.

[21] Foy C.D. 1996. Tolerance of barley cultivars to an acid, aluminium-toxic subsoil related to mineral elementconcentrations in their shoots. J. Plant Nutr. 19: 1361–1380.

[22] Foy C.D. 1992. Soil chemical factors limiting plant root growth. W: Advances in soil science: limitation to plantroot growth. New York: Springer-Verlag. Pod redakcj¹: Hatfield J.L., Stewart B.A. Vol. 19.: 97–149.

[23] Fuente J.M., Ramírez-Rodríguez V., Cabrera-Ponce J.L., Herrera-Estrella L. 1997. Aluminum tolerance intransgenic plants by alteration of citrate synthesis. Science 276/5318: 1566–1568.

[24] Furukawa J., Yamaji N., Wang H., Mitani N., Murata Y. 2007. An aluminum-activated citrate transporter inbarley. Plant Cell Physiol. 48: 1081–1091.

[25] Gallego F.J., Benito C. 1997. Genetic control of aluminium tolerance in rye (Secale cereale L.). Theor. Appl.Genet. 95: 393–399.

[26] Gallego F.J., Calles B., Benito C. 1998. Molecular markers linked to the aluminium tolerance gene Alt1 in rye(Secale cereale L.). Theor. Appl. Genet. 97: 1104–1109.

[27] Gallego F.J., Lopez-Solanilla E., Figueiras A.M., Benito C. 1998. Chromosomal location of PCR fragments asa source of DNA markers linked to aluminium tolerance genes in rye. Theor. Appl. Genet. 96: 426–434.

[28] Garvin D.F., Carver B.F. 2003. The role of the genotype in tolerance to acidity and aluminium toxicity.W: Handbook of Soil Acidity, Rengel Z. (red.) New York, Marcel Dekker: 387–406.

[29] Guo P., Bai G., Carver B., Li R., Bernardo A., Baum M. 2007. Transcriptional analysis between two wheatnear-isogenic lines contrasting in aluminum tolerance under aluminum stress. Mol. Genet. Genomics 277: 1–12.

[30] Hackauf B., Wehling P. 2002. Identification of microsatellite polymorphisms in an expressed portion of the ryegenome. Plant Breed. 121: 17–25.

[31] Hu S. W., Bai G.-H., Carver B. F., Zhang D. 2008. Diverse origins of aluminum-resistance sources in wheat.Theor. Appl. Genet. 118: 29–41.

[32] Hu X.M., Pan J.W., Chen H., Zhu M.Y. 2002. Aluminum-induced ultraweak luminescence changes in root-tipcells of barley. J. Zhejiang Univ. Sci. 18: 383–386.


[33] Kochian L.V. 1995. Cellular mechanisms of aluminium toxicity and resistance in plants. Annu. Rev. PlantPhysiol. Plant Mol. Biol. 46: 237–260.

[34] Li X.F., Ma J.F., Matsumoto H. 2000. Pattern of aluminum-induced secretion of organic acids differs betweenrye and wheat. Plant Physiol. 123/4: 1537–1543.

[35] Liu Z.W., Biyashev R.M., Saghai-Maroof M.A. 1996. Development of simple sequence repeat DNA markersand their integration into a barley linkage map. Theor. Appl. Genet. 93: 869–876.

[36] Luo M.C., Dvoøák J. 1996. Molecular mapping of an aluminum tolerance locus on chromosome 4D of ChineseSpring wheat. Euphytica 91: 31–35.

[37] Ma H.X., Bai G.H., Carver B.F., Zhou L.L. 2005. Molecular mapping of a quantitative trait locus for aluminumtolerance in wheat cultivar Atlas 66. Theor. Appl. Genet. 112: 51–57.

[38] Ma J.F., Nagao S., Sato K., Ito H., Furukawa J., Tekeda K. 2004. Molecular mapping of a gene responsible forAl-activated secretion of citrate in barley. J. Exp. Bot. 55: 1335–1341.

[39] Ma J.F., Taketa S., Yang Z.M. 2000. Aluminium tolerance genes on the short arm of chromosome 3R are linkedto organic acid release in triticale. Plant Physiol. 122: 687–694.

[40] Ma J.F., Zheng J.S., Li X.F., Takeda K., Matsumoto H. 1997. A rapid hydroponic screening for aluminiumtolerance in barley. Plant Soil. 191/1: 133–137.

[41] Ma X.F., Wanous M.K., Houchins K., Milla M.A.R., Goicoechea P.G. 2001. Molecular linkage mapping in rye(Secale cereale L.). Theor. Appl. Genet. 102: 517–523.

[42] Maltais K., Houde M. 2002. A new biochemical markers for aluminium tolerance in plants. Physiol. Plant.115/1: 81–87.

[43] Matos M., Pérez-Flores V., Camacho M.V., Pernaute B., Pinto- Carnide O., Benito C. 2007. Detection andmapping of SSRs in rye ESTs from aluminium-stressed roots. Mol. Breeding 20: 103–115.

[44] Matos M., Camacho M.V., Pérez-Flores V., Pernaute B., Pinto-Carnide O. 2005. A new aluminium tolerancegene located on rye chromosome arm 7RS. Theor. Appl. Genet. 111: 360–369.

[45] Miftahudin T., Chikmawati T., Ross K., Scoles G.J., Gustafson J.P. 2005. Targeting the aluminium tolerancegene Alt3 region in rye, using rice/rye micro-colinearity. Theor. Appl. Genet. 110: 906–913.

[46] Miftahudin T., Scoles G.J., Gustafson J.P. 2004. Development of PCR-based codominant markers flanking theAlt3 gene in rye. Genome 47: 231–238.

[47] Miftahudin T., Rodriguez Milla M.A., Ross K., Gustafson J.P. 2003. Mapping aluminium tolerance in cerealsusing rice/rye syntheny. W: Proceedings of International Congress „In the wake of double helix: From the greenrevolution to the gene revolution”, Tuberosa R., Philips R.L., Gale M. (red.), 27–31 May 2003, Bologna, Italy:207–215.

[48] Miftahudin T., Scoles G.J., Gustafson J.P. 2002. AFLP markers tightly linked to the aluminium-tolerance geneAlt3 in rye (Secale cereale L.). Theor. Appl. Genet. 104: 626–631.

[49] Minella E., Sorrells M.E. 1992. Aluminum tolerance in barley: genetic relationships among genotypes ofdiverse origin. Crop Sci. 32: 593–598.

[50] Minella E., Sorrells M.E. 1997. Inheritance and chromosome location of Alp, a gene controlling aluminiumtolerance in ‘Dayton’ barley. Plant Breed. 116: 465–469.

[51] Moustakas M., Ouzounidou G., Lannoye R. 1993. Rapid screening for aluminium tolerance in cereals by use ofthe chlorophyll fluorescence test. Plant Breed. 111: 343–346.

[52] Navakode S., Weidner A., Lohwasser U., Röder M. S., Börner A. 2009. Molecular mapping of quantitative traitloci (QTLs) controlling aluminium tolerance in bread wheat. Euphytica 166: 283–290.

[53] Perovic D., Smilde W.D., Haluskova J., Waugh R., Sasaki T., Graner A. 2000. Update of the Igri/Frankamolecular marker map. Barley Genomics Newsl. 30: 15–19.

[54] Polle E., Konzak C.F., Kittrick A.J. 1978. Visual detection of aluminium tolerance levels in wheat byhematoxylin staining of seedling roots. Crop Sci. 18: 823–827.

[55] Raman H., Karakousis A., Moroni J.S., Raman R., Read B.J., Garvin D.F., Kochian L.V., Sorrells M.E. 2003.Development and allele diversity of microsatellite markers linked to the aluminium tolerance gene Alp inbarley. Aust. J. Agric. Res. 54: 1315–1321.

[56] Raman H., Moroni J.S., Sato K., Read B.J., Scott B.J. 2002. Identification of AFLP and microsatellite markerslinked with an aluminium tolerance gene in barley (Hordeum vulgare L.). Theor. Appl. Genet. 105: 458–464.

[57] Raman H., Moroni S., Raman R., Karakousis A., Read B., Sato K., Scott B.J. 2001. A genomic region associatedwith aluminium tolerance in barley. Proceedings of the 10th Australian Barley Technical Symposium.Canberra, 16–20 September. Http://www.regional.org.au/au/abts/2001/t3/raman.htm


[58] Raman H., Raman R., Wood R., Martin P. 2006. Repetitive indel markers within the ALMT1 gene conditioningaluminium tolerance in wheat (Triticum aestivum L.). Mol. Breed 18: 171–183.

[59] Raman H., Ryan P.R., Raman R., Stodart B.J., Zhang K., Martin P., Wood R., Sasaki T., Yamamoto Y., MackayM., Hebb D.M., Delhaize E. 2008. Analysis of TaALMT1 traces the transmission of aluminum resistance incultivated common wheat (Triticum aestivum L.). Theor. Appl. Genet. 116: 343–354.

[60] Raman H., Wang J.P., Read B., Zhou M.X., Venkataganappa S., Moroni J.S., O’ Bree B., Mendham N. 2005.Molecular mapping of resistance to aluminium toxicity in barley. Proceedings of Plant and Animal GenomeXIII Conference, January 15–19, San Diego, pp154. Http://www.intl-ag.org/13/abstracts/PAG13_P328.htm

[61] Raman H., Zhang K., Cakir M., Appels R., Garvin D.F. , Maron L.G., Kochian L.V., Moroni J.S., Raman R.,Imtiaz M., Drake-Brockman F., Waters I., Martin P., Sasaki T., Yamamoto Y., Matsumoto H., Hebb D.M.,Delhaize E., Ryan P.R. 2005. Molecular characterization and mapping of ALMT1, the aluminium-tolerancegene of bread wheat (Triticum aestivum L.). Genome 48: 781–791.

[62] Ramsay L., Macaulay M., Degli Ivanissevich S., Maclean K., Cardle L., Fuller J., Edwards K.J., Tuveson S.,Morgante M., Massari A., Maestri E., Marmiroli N., Sjakste T., Ganal M., Powell W., Waugh R. 2000. A simplesequence repeat based linkage map of barley. Genetics 156: 1997–2005.

[63] Riede C.R., Anderson J.A. 1996. Linkage of RFLP markers to an aluminum tolerance gene in wheat. Crop Sci.36: 905–909.

[64] Ryan P.R., Delhaize E., Jones D.L. 2001. Function and mechanism of organic anion exudation from plant roots.Annu Rev. Plant Physiol Plant Mol. Biol. 52: 527–560.

[65] Ryan P.R., Delhaize E., Randall P.J. 1995. Characterisation of Al-stimulated efflux of malate from the apices ofAl-tolerant wheat roots. Planta 196/1: 103–111

[66] Ryan P.R., Raman H., Gupta S., Horst W.J., Delhaize E. 2009. A second mechanism for aluminum resistance inwheat relies on the constitutive efflux of citrate from roots. Plant Physiol. 149: 340–351.

[67] Ryan P.R., Skerrett M., Findlay G.P., Delhaize E., Tyerman S. 1997. Aluminum activates an anion channel inthe apical cells of wheat roots. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94: 6547–6552.

[68] Sánchez-Chacón C.D., Federizzi L.C., Milach S.C.K., Pacheco M.T. 2000. Variabilidade genética e herança datolerância á toxicidade do alumínio em aveia. Pesq. Agropec. Bras. 35: 1797–1808.

[69] Sasaki T., Ryan P.R., Delhaize E., Hebb D.M., Ogihara Y., Kawaura K., Noda K., Kojima T., Toyoda A.,Matsumoto H., Yamamoto Y. 2006. Sequence upstream of the wheat (Triticum aestivum L.) ALMT1 gene andits relationship to aluminum resistance. Plant Cell Physiol. 47: 1343–1354.

[70] Sasaki T., Yamamoto Y., Ezaki B., Katsuhara M., Ahn S.J. 2004. A wheat gene encoding an aluminium-activatedmalate transporter. Plant J. 37: 645–653.

[71] StLen O., Anderson S. 1978. Inheritance of tolerance to low soil pH in barley. Hereditas 88: 101–105.

[72] Stass A., Smit I., Eticha D., Oettler G., Horst J.H. 2008. The significance of organic-anion exudation for thealuminium resistance of primary triticale derived from wheat and rye parents differing in aluminium resistance.Journal of Plant Nutrition and Soil Science 171/4: 634–642.

[73] Stival Da Silva A.L., Becke D., Lörz H. 2001. Production of citrate-overproducing transgenic maize.Biomedical and Life Sciences 92: 46–47.

[74] Sztuba-Soliñska J. 2005. Systemy markerów molekularnych i ich zastosowanie w hodowli roœlin. Kosmos54/2–3: 227–239.

[75] Szyp-Borowska I. 2005. Mapowanie cech iloœciowych jako nowe narzêdzie w hodowli selekcyjnej drzewleœnych. Leœne Prace Badawcze 1: 99–107.

[76] Takita E., Koyama H., Hara T. 1999. Organic acid metabolism in aluminum-phosphate utilizing cells of carrot(Daucus carota). Plant Cell Physiol. 10: 57–93.

[77] Tang Y., Sorrells M.E., Kochian L.V., Garvin D.F. 2000. Identification of RFLP markers linked to the barleyaluminium tolerance gene Alp. Crop Sci. 40: 778–782.

[78] Tang Y., Garvin D.F., Kochian L.V., Sorrells M.E., Carver B.F. 2002. Physiological genetics of aluminumtolerance in the wheat cultivar Atlas 66. Crop Science 42: 1541–1546.

[79] Wagner C.M., Milach S.C.K., Federizzi L.C. 2001. Genetic inheritance of aluminium tolerance in oat. CropBreeding Appl. Biotechnol. 1: 22–26.

[80] Wang J.P., Raman H., Read B., Zhou M.X., Mendham N., Venkatanagappa S. 2006. Validation of an Alt locusfor aluminium tolerance scored with eriochrome cyanine R staining method in barley cultivar Honen (Hordeumvulgare L.). Aust. J. Agric. Res. 57: 113–118.

[81] Wang J.P., Raman H., Zhang G.P., Mendham N., Zhou M.X. 2006. Aluminium tolerance in barley (Hordeumvulgare L.): physiological mechanisms, genetics and screening methods. J. Zhejiang Univ. Sci. 7/10: 769–787.


[82] Wang J.P., Raman H., Zhou M.X., Ryan P.R., Delhaize E. 2007. High-resolution mapping of the Alp locus andidentification of a candidate gene HvMATE controlling aluminium tolerance in barley (Hordeum vulgare L.).Theor. Appl. Genet. 115: 265–276.

[83] Wight C.P., Kibite S., Tinker N.A., Molnar S.J. 2006. Identification of molecular markers for aluminiumtolerance in diploid oat through comparative mapping and QTL analysis. Theor. Appl. Genet. 112: 222–231.

[84] Xu A.B., Dang B.Y., Zhu M.Y., Yuan M.B., Huang C.N., Yu J.J., Huang Q., Wu Y.L., Ni Z.Y. 1991. Screeningbarley varieties for tolerance of acidic aluminium. Crop Genet. Res. 3: 17–19.

[85] Zhang W.-H., Ryan P.R., Tyerman S. 2001. Malate-permeable channels and cation channels activated byaluminum in the apical cells of wheat roots. Plant Physiol. 125: 1459–1472.

[86] Zhou L.-L., Bai G.-H., Ma H.-X., Carver B. F. 2007. Quantitative trait loci for aluminum resistance in wheat.Mol. Breeding 19: 153–161.

Possibility of using molecular markersin breeding cereals plants with increasd tolerance

to aluminium toxicity

Key words: molecular markers, aluminium tolerance

Summary

One of the important problems in crop cultivation and breeding in Poland andmany other parts of World is to maintain and improve plant production on acid soils. Itis assumed that at least 40% of agriculturally used area is affected by low pH, mostlydue to farming and development of modern industry. Aluminium tolerance is an im-portant trait that allows plant growth on acid, mineral soils. Genes associated with alu-minium tolerance were located on chromosomes of major cereals: barley, rye andwheat. Although some molecular markers linked to the genes are available, they arehardly useful for marker assisted selection (MAS) because linked to some fragmentsof Al-tolerance mechanism. The newest data on mechanisms of aluminium toleranceare presented in the paper. Within these scope molecular aspects of aluminium toler-ance such as: location of aluminium tolerance genes, their molecular markers and pos-sibility of transgenesis with using genes are discussed.


Wykorzystanie allomonów roœlinnychdo ochrony plantacji roœlin uprawnych

przed szkodliwymi owadami

Agnieszka Buczkowska, Ma³gorzata Rochalska

Katedra Fizjologii Roœlin, Wydzia³ Rolnictwa i Biologii,

Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa

e-mail: [email protected]

S³owa kluczowe: naturalne insektycydy, uprawa wspó³rzêdna, hodowlaodpornoœciowa, allelozwi¹zki, wtórne metabolity, allomony,

antyfidanty, repelenty, trucizny

Wstêp

Rozwój rolnictwa niew¹tpliwie przyczyni³ siê do zintensyfikowania poszukiwañœrodków zabezpieczaj¹cych roœliny uprawne przed atakami szkodników. Efektemtych poszukiwañ by³o zastosowanie pierwszych pestycydów syntetycznych. Dosyæszybko okaza³o siê, ¿e powszechnie u¿ywane do zwalczania szkodników chlorowco-pochodne wêglowodorów aromatycznych (DDT, lindan) s¹ zwi¹zkami, które w nie-zmienionej formie pozostaj¹ przez d³ugi czas w œrodowisku oraz kumuluj¹ siê w orga-nizmach ¿ywych. Syntetyczne pestycydy s¹ skuteczne, jednak nios¹ ze sob¹ wiele za-gro¿eñ. Nadmierne i jednostronne stosowanie chemicznych œrodków ochrony roœlinzaburza równowagê biocenotyczn¹, a tak¿e powoduje uodpornienia szkodników. Z oba-wy przed niekorzystnym dzia³aniem syntetycznych pestycydów rozpoczêto poszuki-wania nowych, bezpieczniejszych preparatów oraz alternatywnych metod zwalczaniaagrofagów. Du¿¹ rolê w ograniczeniu iloœci stosowanych pestycydów mia³ równie¿wzrost œwiadomoœci konsumentów i ich obawy przed ska¿eniem produktów ¿yw-noœciowych pozosta³oœciami i produktami rozk³adu œrodków ochrony roœlin.

Racjonalna ochrona roœlin przed szkodliwymi owadami jest bardzo wa¿na.¯eruj¹ce agrofagi uszkadzaj¹ i zniekszta³caj¹ ró¿ne czêœci roœlin, przenosz¹ czynnikichorobotwórcze, takie jak wirusy, bakterie lub grzyby. W konsekwencji prowadzi toczêsto do znacznego obni¿enia plonu. W ostatnich dziesiêcioleciach, w wyniku


osi¹gniêæ in¿ynierii genetycznej i biotechnologii, zintensyfikowano badania nadidentyfikacj¹ substancji odpowiedzialnych za odpornoœæ roœlin. Stworzy³o to mo¿li-woœæ opracowania alternatywnych programów ochrony roœlin uprawnych. Do celuochrony plantacji mog¹ byæ wykorzystane wystêpuj¹ce w roœlinach naturalne zwi¹zki,które modyfikuj¹ zachowanie, wzrost i rozwój roœlino¿ernych owadów. Mog¹ ones³u¿yæ, jako wzorce do produkcji syntetycznych insektycydów. Istnieje równie¿mo¿liwoœæ wykorzystania genotypów roœlin odpornych, wytwarzaj¹cych allelo-zwi¹zki, jako potencjalnych materia³ów wyjœciowych do hodowli odpornych odmianroœlin uprawnych.

Roœlinne allelozwi¹zki

Pierwotnie uwa¿ano, ¿e metabolity wtórne s¹ substancjami odpadowymi meta-bolizmu podstawowego lub produktami procesu wewn¹trzkomórkowej detoksykacji.Obecnie uwa¿a siê, ¿e metabolizm wtórny jest efektem biochemicznej adaptacjiroœlin do otaczaj¹cego œrodowiska, oraz istotnym elementem systemu regulacjirozwoju roœlin [25].

W latach 70. XX wieku zaproponowano, aby metabolity wtórne, które odgrywaj¹rolê we wzajemnych powi¹zaniach miêdzy organizmami (w tym wypadku miêdzyroœlinami i szkodnikami) nazwaæ allelomonami (inne okreœlenia to allelochemikaliaczy allelozwi¹zki). Allelozwi¹zki to substancje, które s¹ wytwarzane przez okreœlonygatunek i wp³ywaj¹ na wzrost, stan fizjologiczny, zachowanie siê lub inne parametrypopulacji drugiego gatunku. Nie odgrywaj¹ jednak roli w jego od¿ywianiu. W po-wi¹zaniach miêdzy roœlinami a szkodnikami dominuj¹ dwie grupy allelozwi¹zków:� allomony – korzystne dla roœliny ¿ywicielskiej (repelenty, antyfidanty, trucizny),� kairomony – korzystne dla szkodnika (atraktanty, arestanty, fagostymulanty) [14].

W ochronie roœlin uprawnych zastosowanie znajduj¹ wszystkie wy¿ej wymie-nione grupy. Mo¿liwoœci wykorzystania allomonów s¹ nastêpujace.

Repelenty (z ang. repellent – odstraszaj¹cy, odpychaj¹cy) to najczêœciej lotne,wonne substancje (olejki eteryczne), które odstraszaj¹ fitofagi lub drapie¿niki [34].Olejki eteryczne s¹ spotykane u wszystkich roœlin i syntetyzowane w ró¿nych ichczêœciach (korzeniach, k³¹czach, cebulach, liœciach, kwiatach, owocach, nasionach).W najwiêkszych iloœciach wystêpuj¹ u roœlin z rodzin selerowatych (Apiaceae),astrowatych (Asteraceae), rutowatych (Rutaceae), bodziszkowatych (Geraniaceae),jasnotowatych (Lamiaceae), skalnicowatych (Saxifragaceae), imbirowatych (Zingi-

beraceae), a tak¿e w szyszkach i ig³ach roœlin iglastych (Pinopsida) [25]. Zwi¹zkizapachowe, emitowane przez roœliny dra¿ni¹ chemoreceptory i wywo³uj¹ specyficz-ne reakcje owadów ju¿ podczas poszukiwania roœliny ¿ywicielskiej oraz na etapiesiadania na roœlinie [26, 30]. Istnieje wiele doniesieñ o roœlinach wytwarzaj¹cychzwi¹zki o repelentnym dzia³aniu na owady [2, 3, 4, 13, 18, 21, 22, 35, 36, 43, 44, 47].

20 A. Buczkowska, M. Rochalska

Antyfidanty (z ang. anti – przeciw feed – ¿erowaæ) s¹ to substancje roœlinne, którehamuj¹ ¿erowanie fitofagów oraz zniechêcaj¹ je do sk³adania jaj. Dzia³anie tychsubstancji ujawnia siê dopiero w momencie zasiedlenia roœliny przez szkodnika.Antyfidanty przez niektórych autorów nazywane s¹ równie¿ fagorepelentami [4].Zazwyczaj nie s¹ one toksyczne dla owadów, b¹dŸ ich toksycznoœæ jest niewielka.Antyfidanty nie dzia³aj¹ odstraszaj¹co, ale hamuj¹ ¿erowanie. W efekcie tego owadginie œmierci¹ g³odow¹. Charakterystyczn¹ cech¹ antyfidantów jest selektywnoœædzia³ania, gdy¿ nie reaguj¹ na nie paso¿yty, drapie¿ni wrogowie szkodników orazzapylacze [4, 38]. Do tej grupy zwi¹zków nale¿¹ terpenoidy, alkaloidy, zwi¹zkifenolowe i glikozydy [4, 9, 25, 53].

�ród³em szczególnie silnych antyfidantów s¹ roœliny tropikalne, które aby prze-¿yæ, musia³y wykszta³ciæ mechanizmy obronne [4]. Równie¿ w strefie klimatu umiar-kowanego istnieje wiele roœlin wykazuj¹cych w³aœciwoœci antyfidantne w stosunkudo ró¿nych gatunków owadów. Substancje o najsilniejszym dzia³aniu produkuj¹roœliny z rodzin: meliowatych (Meliaceae), astrowatych (Asteraceae), werbenowa-tych (Verbenaceae), jasnotowatych (Lamiaceae), psiankowatych (Solanaceae). Dzia-³aj¹ one na g¹sienice motyli, chrz¹szcze, pluskwiaki ró¿noskrzyd³e i prostoskrzyd³e[8, 54]. Jednym z najwczeœniej poznanych, a zarazem najbardziej aktywnych anty-fidantów jest azadirachtyna znajduj¹ca siê w miodli indyjskiej (Azadirachta indica

JUSS.), drzewie pospolitym w Indiach i wielu rejonach Afryki. Triterpen azadirach-tyna nale¿y do grupy zwi¹zków limonidowych [33]. Ma szerokie spektrum dzia³ania(hamuje ¿erowanie, obni¿a p³odnoœæ, zaburza wzrost i rozwój) wobec wielu gatun-ków owadów, roztoczy, nicieni i mikroorganizmów. Dzia³a na ponad 60 gatunkówowadów miêdzy innymi: szarañczê wêdrown¹ (Locusta migratoria L.), szarañczêpustynn¹ (Schistocerca gregaria L.), stonkê ziemniaczan¹ (Leptinotarsa decemli-

neata SAY.), g¹siennice motyli z rodziny sówkowatych (Noctuidae), omacnicowatych(Pyralidae), np. omacnica prosowianka – Ostrinia nubilalis HÜBN., bielinkowatych(Pieridae), np. bielinek kapustnik – Pieris brassicae L., tantnisiowatych (Plutellidae),np. tantniœ krzy¿owiaczek – Plutella maculipennis CURT., niedŸwiedziówkowatych(Arctiidae), a tak¿e wciornastki, pluskwiaki, miniarki, niektóre gatunki b³onkóweki muchówek [4, 22, 39, 47]. W literaturze mo¿na znaleŸæ wiele innych przyk³adówzwi¹zków o dzia³aniu antyfidantnym [10, 27, 28, 40, 41]. Antyfidanty i repelentywp³ywaj¹ na zachowanie owadów, lecz zwykle nie s¹ dla nich toksyczne.

Trucizny zaœ powoduj¹ zaburzenia zachowania, pora¿enie lub œmieræ owadów.Ich dzia³anie zale¿y od dawki, stadium rozwojowego, typu ¿erowania owada i sposo-bu wydalania trucizny [22]. Najbardziej znan¹ grup¹ toksyn roœlinnych s¹ alkaloidy.Zalicza siê do nich nikotynê, nornikotynê i anabazynê. Nikotyna wystêpuje nie tylkow tytoniu szlachetnym (Nicotiana tabacum L.) i tytoniu bakun (Nicotiana rustica L.)od których wziê³a nazwê, ale tak¿e w pituri (Duboisia hopwoodii MUELL), tojeœciamerykañskiej (Asclepias syriaca L.) i innych roœlinach z rodziny psiankowatych(Solanaceae) [29]. Jej skutecznoœæ wynika z tego, ¿e jako analog acetylocholiny ³¹czy

Wykorzystanie allomonów roœlinnych … 21

siê z receptorami acetylocholinowymi b³on komórkowych powoduj¹c blokadê prze-wodzenia impulsów nerwowych i zaburzaj¹c pracê miêœni co prowadzi do dysfunkcjiuk³adu motorycznego [31]. Nikotyna jest toksyczna dla wielu szkodliwych owadówm.in. dla stonki ziemniaczanej, mszyc, miodówkowatych, wciornastków, zwójek,tantnisia krzy¿owiaczka, gnatarza rzepakowca, œmietki kapuœcianej [32]. Innymprzyk³adem allomonu o truj¹cym dzia³aniu jest pyretryna, wytwarzana w kwiatachz³ocienia dalmatyñskiego (Chrysanthemum cinerariaefolium L.) Roœlina ta pro-dukuje równie¿ inne neurotoksyczne estry takie jak: cinerinê I, cinerinê II i jasmolinyI i II. Pyretryny s¹ szczególnie aktywne przeciw mszycom, bielinkowi kapustnikowii rzepnikowi, omacnicy byliczance, owocówce jab³kóweczce i chrz¹szczom. Natural-ne pyretryny wystêpuj¹ równie¿ u wielu innych z³ocieni [1,15, 29, 32, 36]i: z³ocieniakaukaskiego (Chrysanthemum roseum WEB.), z³ocienia ró¿owego (Chrysanthemum

coccineum L.), z³ocienia marszalskiego (Chrysanthemum marschalli ASCHERS), z³o-cienia polnego (Chrysanthemum segetum L.). Znaleziono je tak¿e w bertramielekarskim (Anacyclus officinarum HAYNE), aksamitce wzniesionej (Tagetes erecta L.)i aksamitce drobnej (Tagetes minuta L.).

Naturalne insektycydy

Ochrona roœlin to jeden z podstawowych czynników wp³ywaj¹cych na iloœæi jakoœæ uzyskiwanych plonów. Szkodniki owadzie zwalcza siê g³ównie za pomoc¹insektycydów. Jednak wprowadzenie ogromnych iloœci pestycydów powoduje nieod-wracalne zmiany œrodowiska naturalnego, stanowi zagro¿enie dla zwierz¹t i ludzioraz sprzyja powstawaniu odpornych ras owadów. Niska selektywnoœæ dzia³aniaprzyczynia siê do wyniszczenia po¿ytecznej entomofauny, w tym naturalnych wro-gów szkodników. Gatunki owadów, które nie stanowi³y do niedawna zagro¿enia dlaroœlin uprawnych staj¹ siê problemem. Dlatego zaczêto poszukiwaæ wystêpuj¹cychw roœlinach naturalnych zwi¹zków, które modyfikuj¹ zachowanie, wzrost i rozwójroœlino¿ernych owadów [7, 20]. Preparaty uzyskiwane z roœlin wytwarzaj¹cych takiesubstancje z powodzeniem mog¹ zastêpowaæ chemiczne insektycydy. Na skutecz-noœæ zabiegów wykonywanych preparatami roœlinnymi wp³ywa sposób ich przygoto-wania oraz jakoœæ surowca [7].

Przeprowadzono wiele badañ nad wykorzystaniem preparatów roœlinnych w ochro-nie roœlin. Alkoholowe i wodne wyci¹gi z nagietka lekarskiego (Calendula officinalis

L.) wykazuj¹ antyfidantne dzia³anie w stosunku do g¹sienic bielinka kapustnika,zaburzaj¹c ich metabolizm i powoduj¹c wysok¹ œmiertelnoœæ larw. Podobnie dzia³aj¹wyci¹gi z bodziszka cuchn¹cego (Geranium robertianum L.), ruty zwyczajnej (Ruta

graveolens L.) i rdestu powojowego (Fallopia convolvulus L.). Bardzo silnymdzia³aniem deterentnym charakteryzuj¹ siê wyci¹gi alkoholowe z tytoniu szlachetne-go, psianki s³odkogórz (Solanum dulcamara L.), lubczyku ogrodowego (Levisticum

officinale L.), d¹brówki roz³ogowej (Ajuga reptans L.) oraz wyci¹g wodny z machor-


ki czyli tytoniu bakun. Rozwój g¹sienic bielinka kapustnika najsilniej ograniczaj¹wyci¹gi z arcydziêgla litwora (Archangelica officinalis L.) i kolendry siewnej (Co-

riandrum sativum L.). Wodne wyci¹gi z roœlin selerowatych (Apiaceae), psiankowa-tych (Solanaceae), rdestowatych (Polygonaceae), ruty zwyczajnej, chabra b³awatka(Centurea cyanus L.), kocanek piaskowych (Helichrysum arenarium L.), nagietkalekarskiego (Calendula officinalis L.) i bylicy pio³unu (Artemisia absinthium L.),chroni¹ roœliny uprawne przed sk³adaniem jaj przez motyle bielinka [47].

Preparaty roœlinne mo¿na stosowaæ do ochrony ziemniaków przed stonk¹ ziem-niaczan¹. Wodne wyci¹gi z k³¹cza rdestu wê¿ownika (Polygonum bistorta L.) i zielardestu plamistego (Polygonum persicaria L.) silnie ograniczaj¹ liczebnoœæ chrz¹sz-czy zimuj¹cych oraz liczebnoœæ z³ó¿ jaj stonki [55]. Preparaty czosnkowe wykazuj¹owadobójcze dzia³anie dla larw stonki ziemniaczanej [52]. Pokrycie roœlin ziemniakawodnym wyci¹giem z d¹brówki roz³ogowej ogranicza liczebnoœæ chrz¹szczy zimu-j¹cych oraz sk³adanie jaj o ok. 50%. Wyci¹g wodny z nagietka lekarskiego ogranicza¿erowanie chrz¹szczy i powoduje zaburzenia w przyswajaniu pokarmu przez larwy.Wyci¹gi z bazylii pospolitej (Ocimum basilicum L.), majeranku pospolitego (Majora-

na hortensis L.), mydlnicy lekarskiej (Saponaria officinalis L.), tymianku pospoli-tego (Thymus vulgaris L.), chmielu zwyczajnego (Humulus lupulus L.), tatarakuzwyczajnego (Acorus calamus L.), bylicy pio³un (Artemisia absinthium L.) i rutyzwyczajnej (Ruta graveolens L.) silnie ograniczaj¹ ¿erowanie chrz¹szczy stonkii istotnie obni¿aj¹ liczebnoœæ wylêgaj¹cych siê larw [48, 54]. Natomiast wyci¹gz miodli indyjskiej (Azadirachta indica JUSS) powoduje wyraŸny spadek p³odnoœci,a nawet sterylnoœæ samic tego owada [23].

Preparaty roœlinne u¿ywane s¹ równie¿ do walki ze szkodnikami magazynowymi.Przechowywane produkty roœlinne mo¿na mieszaæ z wysuszonym zielem lub ca³ymiroœlinami wytwarzaj¹cymi repelenty. W Indiach od wieków liœcie i nasiona miodliindyjskiej s³u¿¹ do ochrony ¿ywnoœci przed szkodnikami magazynowymi [1].

Jednym z najwa¿niejszych szkodników magazynowych klimatu umiarkowanegojest wo³ek zbo¿owy (Sitophilus granarius L.). Mo¿e on powodowaæ znaczne stratyprzechowywanego ziarna zbó¿. Syntetyczne zwi¹zki chemiczne s³u¿¹ce do jegozwalczania s¹ toksyczne dla ludzi i zwierz¹t domowych. Poza tym w ¿ywnoœcipozostaj¹ martwe szkodniki, a ich usuniêcie wymaga du¿ych nak³adów pracy. Najsil-niejsze dzia³anie antyfidantne dla wo³ka zbo¿owego maj¹ wyci¹gi z chabra pannoñ-skiego (Centaurea pannonica HEUFF.), chabra perukowego (Centaurea pseudophry-

gia C.A.MEY.), chabra karpackiego (Centaurea carpatica L.) i z³ocienia balsamicz-nego (Balsamita major DESF.). Najskuteczniej odstraszaj¹cymi owady repelentami s¹olejki eteryczne: kminkowy, ja³owcowy i wrotyczowy [34]. Podobnie dzia³aj¹ prosz-ki z k³¹czy tataraku zwyczajnego, pêdów i liœci bagna zwyczajnego (Ledum palustre

L.), liœci i kwiatostanów wrotycza pospolitego (Tanacetum vulgare L.), pêdów miêtypolnej (Mentha arvensis L.), nostrzyka ¿ó³tego (Melilotus officinalis LINDL.), kwiato-stanów krwawnika pospolitego (Achillea millefolium L.). Dodatkowo obni¿aj¹ onep³odnoœæ szkodnika [1, 24].


Lista roœlin stosowanych w postaci wyci¹gów, wywarów, naparów czy proszkówdo zwalczania szkodliwych owadów obejmuje oko³o 40 gatunków nale¿¹cych do 17rodzin [46]. S¹ wœród nich tytoñ szlachetny, z³ocieñ dalmatyñski, pietruszka zwy-czajna (Petroselinum sativum L.), herbata chiñska (Camelia sinensis. L. KUNTZ.) czypasternak zwyczajny (Pastinaca sativa L.).

Jednym z najlepszych Ÿróde³ naturalnych insektycydów jest miodla indyjska(Azadirachta indica JUSS.). Alkoholowe, acetonowe i wodne ekstrakty z owoców,nasion i liœci, oleje otrzymane z nasion i tzw. neem cake (resztki nasion po wyciœniêciuoleju) hamuj¹ wzrost i zak³ócaj¹ rozwój owadów. W Indiach wyci¹gi z suszonych na-sion i liœci skutecznie chroni¹ uprawy przed szarañcz¹. Alkoholowe wyci¹gi odstra-szaj¹ motyle Crocidolomia binotalis ZELLER od ¿erowania na kapuœcie, a s³onecznicêorê¿ówkê (Helicoverpa armigera HÜBNER) od ¿erowania na kukurydzy [23].

Szerokie zastosowanie w walce ze szkodnikami owadzimi znalaz³ tytoñ szlachet-ny. Jego wodne ekstrakty chroni¹ roœliny przed atakiem mszyc. Proszki nikotynowechroni¹ roœliny kapustne miêdzy innymi przed pche³kami czy œmietk¹ kapuœcian¹[29]. Jednak wysoka toksycznoœæ tego alkaloidu dla organizmów sta³ocieplnych,a tak¿e trudne technicznie przygotowanie cieczy u¿ytkowej sprawi³y, ¿e obecniepreparaty tytoniowe s¹ stosowane sporadycznie [7].

Zastosowanie w ochronie roœlin znalaz³o pyretrum proszek otrzymywany z drob-no zmielonych koszyczków kwiatowych z³ocienia dalmatyñskiego (proszek dalma-tyñski), z³ocienia ró¿owego (proszek perski), z³ocienia kaukaskiego (proszek kau-kaski), z³ocienia marszalskiego, z³ocienia polnego. Sproszkowane koszyczki szybkotrac¹ swe w³aœciwoœci, dlatego sporz¹dza siê naftowe lub alkoholowe ekstraktykwiatów i nasyca nimi noœniki (np. talk). Wodne emulsje pyretryn stosuje siê doochrony plantacji warzyw przeciw mszycom, omacnicy byliczance, bielinkowi ka-pustnikowi i chrz¹szczom [29].

W obrocie handlowym znajduje siê szereg gotowych preparatów roœlinnych.Przyk³adem jest Bioczos BR w postaci kostek, preparat zawieraj¹cy miazgê czosnku(Allium sativum L.). Odstrasza takie szkodniki jak pche³ki i œmietki, po³yœnicêmarchwiankê i ró¿ne gatunki mszyc od upraw buraka æwik³owego, bobu i kopru.Spruzit 04 EC oraz Spruzit DP s¹ preparatami zawieraj¹cymi pyretrynê roœlinnegopochodzenia. Preparat Spruzit 04 EC zalecany jest do stosowania w uprawachamatorskich do zwalczania miêdzy innymi mszyc, wciorniastków, g¹sienic zjada-j¹cych liœcie, kwieciaka jab³kowca (Anthonomus pomorum L.), kwieciaka malinowca(Anthonomus rubi L.), kistnika malinowca (Byturus tomentosus DE GEER). Spruzit DPs³u¿y do zwalczania szkodników warzyw. Margosan to preparat, którego g³ównymsk³adnikiem jest ekstrakt z miodli indyjskiej [55].

Podstawow¹ zalet¹ biopreparatów jest ich wysoka selektywnoœæ, brak okresukarencji i prewencji. Dzia³aj¹ wolniej ni¿ syntetyczne insektycydy, ale owady trudniejsiê na nie uodparniaj¹. Naturalne insektycydy szybko rozk³adaj¹ siê w œrodowisku,zatem mog¹ byæ u¿ywane na krótki czas przed zbiorem plonu. Konieczne jest jednak


dok³adne przestrzeganie instrukcji stosowania. Niestety biopreparaty maj¹ tak¿ewady: s¹ mniej trwa³e, rozk³adaj¹ siê pod wp³ywem œwiat³a s³onecznego (UV)i ciep³a, a tak¿e dzia³aj¹ wolniej ni¿ insektycydy syntetyczne. Poza tym ich dostêp-noœæ jest czêsto ograniczona. Roœliny, z których s¹ pozyskiwane nie rosn¹ przez ca³yrok. Istnieje równie¿ ograniczenie ich stosowania na szersz¹ skalê – substancjeczynne wystêpuj¹ w roœlinach w niewielkich iloœciach. Nie uœmiercaj¹ szkodnikównatychmiast, dlatego roœliny mog¹ byæ jeszcze przez pewien czas uszkadzane. Je¿elikonieczne jest dzia³anie natychmiastowe w przypadku masowej inwazji szkodnika,ochrona mo¿e okazaæ siê niewystarczaj¹ca. Dlatego te¿ zalecane jest naprzemiennestosowanie biopreparatu i œrodka chemicznego. Pozwala to ograniczyæ efekty ubocz-ne stosowania chemii i jednoczeœnie uzyskaæ wiêksz¹ skutecznoœæ ochrony ni¿ przyzastosowaniu samego biopreparatu [36, 38].

Naturalne, owadobójcze, substancje roœlinne mog¹ s³u¿yæ, jako wzorce dla pro-dukcji syntetycznych insektycydów. S¹ one bardziej toksyczne, trwalsze, odporniej-sze na œwiat³o i ciep³o, ni¿ naturalne insektycydy [7, 36]. W wielu krajach produko-wane s¹ syntetyczne insektycydy zawieraj¹ce azadirachtynê lub jej pochodne (np.Neemazal, Wellgre, Neemix, Neemcure, Azatin, NeemAzal-T/S) oraz zawieraj¹cepochodne nikotyny, np. 5-metylonornikotynê (m.in. Imidacloprid, Thiacloprid, Nitempiran, Acetamiprid czy Thiamethoxan). Pyretryna równie¿ pos³u¿y³a za wzorzec dosyntezy syntetycznych pochodnych [23, 36] i obecnie znanych jest wiele preparatów,w których substancjami czynnymi s¹ pochodne pyretryny (Pyramina, Neo-Pyramin,Synthin, Bioallethrin, Sumitrin, Pydrin, Tribute, Bellmark, Ambush, Astro, Dragmet,Flee, Prelude, Torpedo, Capture, Tradlex, Allethrin).

Wiêkszoœæ wyci¹gów czy proszków roœlinnych stosowanych, jako naturalneinsektycydy to mieszaniny, czasem wielu, ró¿nych zwi¹zków chemicznych. Prepa-raty roœlinne zawieraj¹, poza g³ówn¹ substancj¹ czynn¹, tak¿e inne zwi¹zki che-miczne, wspomagaj¹ce jej dzia³anie. Dlatego skuteczniej chroni¹ roœliny przedowadami ni¿ poszczególne zwi¹zki chemiczne [51]. Naturalne insektycydy stanowi¹znakomite uzupe³nienie dla takich sposobów walki za szkodnikami, jak wyko-rzystanie ich naturalnych wrogów czy pu³apek feromonowych [36].

Uprawa wspó³rzêdna

Uprawa na tym samym polu i w tym samym sezonie wegetacyjnym, dwóch lubwiêcej gatunków roœlin nazywa siê upraw¹ wspó³rzêdn¹. Koncepcja uprawy wspó³rzêd-nej powsta³a w wyniku braku wystarczaj¹cej powierzchni gruntów uprawnych [50].Uprawa taka ma wiele zalet. Oprócz lepszego wykorzystania powierzchni, odpo-wiedni dobór roœlin zapewnia ochronê gleby przed erozj¹ oraz nadmiernym parowa-niem wody [49]. Odpowiednio dobrane uk³ady roœlin mog¹ przyczyniæ siê doos³abienia dzia³ania szkodliwych fitofagów [37]. W wielu przypadkach przyczyniaj¹siê tak¿e do zwiêkszenia plonu i poprawy jego jakoœci [49].


W uprawie wspó³rzêdnej mo¿na wysiewaæ gatunki uprawne jak równie¿ roœlinyktórych obecnoœæ odstrasza szkodliwe owady [43, 50]. Wykorzystane zostaje zjawis-ko bezpoœredniego oddzia³ywania roœlin na owady polegaj¹ce na odstraszaniu fitofa-gów, zaburzeniu odnajdywania przez nie w³aœciwej roœliny ¿ywicielskiej lub przywa-bianiu entomofagów. Istniej¹ pewne ograniczenia stosowania upraw wspó³rzêdnych,bowiem nie wszystkie roœliny znosz¹ swoje s¹siedztwo. Dlatego w planowaniu takichupraw niezwykle wa¿ny jest dobór odpowiednich roœlin. Nie powinny one nale¿eæ dojednej rodziny, poniewa¿ czêsto s¹ atakowane przez tego samego szkodnika i roœlinaodstraszaj¹ca nie spe³nia swojej roli. Poza tym nale¿y uwzglêdniæ brak wzajemnego,ujemnego allelopatycznego oddzia³ywania oraz zró¿nicowanie systemu korzeniowe-go, które ogranicza konkurencjê o sk³adniki pokarmowe i wodê. Wa¿ne jest byw trakcie uprawy roœliny nie zacienia³y siê wzajemnie, dlatego te¿ nale¿y uwzglêdniæich wzrost i tempo rozwoju [50]. Zasada uprawy wspó³rzêdnej jest prosta: nale¿y takdobraæ gatunki, aby maksymalnie ograniczyæ konkurencjê i maksymalnie wykorzys-taæ efekt ochronny. W praktyce stosowane s¹ ró¿ne kombinacje, które wypracowanoprzez wiele lat metod¹ „prób i b³êdów”. Równie¿ wiele czasu poœwiêcono nawybranie odpowiednich zestawieñ roœlin, które pomagaj¹ ograniczaæ liczebnoœæszkodliwych owadów.

Do ochrony upraw kapustnych przed atakami szkodników stosowanych jest wielegatunków roœlin. Olejki gorczyczne wydzielane przez roœliny kapustne s¹ atraktantemdla motyli tantnisia krzy¿owiaczka (Plutella maculipennis CURT.). Wprowadzenie dowspólnej uprawy roœlin wydzielaj¹cych inne zwi¹zki zapachowe, mo¿e znacznieos³abiæ zdolnoœci poszukiwawcze tych motyli [50]. Na przyk³ad w uprawie z pomido-rem (Lycopersicon esculentum MILL.) kapusta jest s³abiej uszkadzana przez g¹sienicetantnisia krzy¿owiaczka i chrz¹szcze pche³ki krzy¿owej (Phyllotreta cruciferae

CURT.) [45]. Kapustê mog¹ chroniæ równie¿ zio³a np. sza³wia (Salvia officinalis L.)i tymianek (Thymus vulgaris L.). które zmniejszaj¹ uszkodzenia powodowane przeztantnisia krzy¿owiaczka [16]. Jako podsiew w miêdzyrzêdzia plantacji kapustymo¿na stosowaæ koniczynê bia³¹ (Trifolium repens L.) lub sporka polnego (Spergula

arvensis L.). Jest to skuteczny sposób ograniczania liczebnoœci szkodników takichjak: mszyca kapuœciana (Brevicoryne brassicae L.), pche³ki i piêtnówka kapustnica(Mamestra brassicae L.). Podsiew koniczyny ogranicza te¿ wystêpowanie wcior-nastka tytoniowego (Thrips tabaci LIND.) w uprawie kapusty i pora [50]. Marchewogrodowa (Daucus carota HOFFM.) i komosa bia³a (Chenopodium album L.) znacznieograniczaj¹ liczbê jaj œmietki kapuœcianej (Delia brassicae MEIG.) na kapuœcieuprawianej w ich s¹siedztwie [19]. Z kolei zapach ambrozji bylicolistnej (Ambrosia

artemisifolia L.) os³abia inwazjê chrz¹szcza pche³ki krzy¿owej [37].Mo¿na wymieniæ wiele innych przyk³adów skutecznych upraw wspó³rzêdnych.

Cebula (Allium cepa L.), uprawiana w rzêdach na przemian z marchwi¹, chroni j¹przed po³yœnic¹ marchwiank¹ (Chamaepsila rosae FABRICIUS), marchew zaœ ograni-cza wystêpowanie œmietki cebulanki (Delia antiqua MEIG). Takie s¹siedztwo zwiêk-


sza plon marchwi, jednak cebula plonuje s³abiej [49]. Liczebnoœæ wciornastków naroœlinach pora (Allium porrum L.) uprawianych w monokulturze jest znacznie wiêk-sza ni¿ na roœlinach uprawianych wspó³rzêdnie z koniczyn¹ bia³¹ (Trifolium repens

L.), marchwi¹ czy fasol¹ (Phaseolus vulgaris L.) [43]. Olejek lawendy w¹skolistnej(Lavandula angustifolia L.) skutecznie chroni uprawy rzepaku przed chowaczempodobnikiem (Centorhynchus assimilis PAYK), chowaczem czterozêbnym (Cento-

rhynchus quadridens MARSCH.) i chowaczem brukwiaczkiem (Centorhynchus napi

GYLL) [17]. Fasolê najskuteczniej chroni¹ koper ogrodowy (Anethum graveolens L.),sza³wia lekarska i aksamitka wzniesiona [44]. Ta ostania odstrasza tak¿e stonkêziemniaczan¹ od roœlin ziemniaka [43].

Przedstawione przyk³ady stanowi¹ jedn¹ z mo¿liwoœci ograniczania liczebnoœciagrofagów w uprawach roœlin, bez potrzeby stosowania w tym celu œrodków synte-tycznych. Jednak, mimo wielu zalet, rzadko stosuje siê ten sposób ochrony roœlinw wielkoobszarowych uprawach produkcyjnych. Uprawa wspó³rzêdna, na przemianrzêdowa czy podsiew wykorzystywane s¹ g³ównie w gospodarstwach ekologicznychoraz ogródkach przydomowych czy dzia³kowych. Jednak¿e, wraz ze wzrostem œwia-domoœci ekologicznej, nastêpuje dynamiczny rozwój rolnictwa zrównowa¿onego,zgodnego z zasadami dobrej praktyki ochrony roœlin. D¹¿y siê do ograniczenia sto-sowania chemicznych metod ochrony i iloœci u¿ywanych agrochemikaliów. Wyko-rzystanie uprawy wspó³rzêdnej jest jednym ze sposobów realizacji tych za³o¿eñ [50].

Hodowla odpornoœciowajako alternatywa dla chemicznej ochrony roœlin

Odpornoœæ na uszkodzenia powodowane ¿erowaniem owadów zosta³a stwier-dzona u wielu dzikich gatunków, a tak¿e odmian roœlin uprawnych. W œrodowiskunaturalnym szansê prze¿ycia maj¹ tylko genotypy odporne. Geny odpornoœci wy-selekcjonowane w wyniku d³ugotrwa³ej adaptacji do okreœlonych warunków siedlis-kowych mog¹ byæ cennym materia³em wyjœciowym do hodowli roœlin uprawnych[26]. Metoda ta mo¿e byæ równie¿ alternatywnym, wobec metod chemicznych i agro-technicznych, sposobem walki ze szkodliwymi owadami [42]. Uprawa odmianodpornych ogranicza nak³ady i podnosi efektywnoœæ produkcji rolnej. Stanowi jed-nak tylko jedno z ogniw integrowanego systemu zwalczania szkodników [11]. Nie-stety w pracach hodowlanych odpornoœæ na owady uwzglêdniana jest rzadko, zwykledopiero wtedy, gdy szkodnik powoduje znacz¹ce zmniejszenie plonu roœliny [5].

Podstaw¹ hodowli musi byæ znalezienie Ÿród³a odpornoœci. Odmiany lucernysiewnej (Medicago sativa L.) o wysokiej zawartoœæ saponin (np. ‘Ladak’), stanowi¹Ÿród³o odpornoœci na mszycê grochow¹ (Acyrthosiphon pisum HARRIS). Mimo ¿emszyca ta rzadko powoduje straty wiêksze ni¿ 5% plonu, jest jednak wa¿nym wekto-rem wirusów. Mszyce ¿eruj¹ce na odmianie odpornej tworz¹ tylko nieliczne kolonie,a œmiertelnoœæ owadów jest wysoka [4].


Krzy¿uj¹c odmiany uprawne z gatunkami dzikimi mo¿na przenieœæ geny odpor-noœci do odmian uprawnych [5]. Dzikie odmiany ziemniaka odporne na stonkê ziem-niaczan¹ zawieraj¹ antyfidantne alkaloidy – demissynê, leptyny [21, 22]. W wynikukrzy¿owania ziemniaka pospolitego z tymi gatunkami powstaj¹ roœliny, na którychrozwijaj¹ siê niep³odne samice stonki [12]. Niestety tego typu odpornoœci nie mo¿nawykorzystaæ w praktyce hodowlanej, poniewa¿ alkaloidy pozostaj¹ce w bulwach s¹toksyczne dla cz³owieka i zwierz¹t [21].

Przyk³adem skutecznego krzy¿owania oddalonego – miêdzyodmianowego jestuzyskanie ogórka odpornego na przêdziorka chmielowca (Tetranychus urcicae KOCH)[4]. Celem znalezienia Ÿród³a odpornoœci przebadano 800 odmian pochodz¹cychz ca³ego œwiata. Tylko 9 z nich wytwarza³o gorzkie kukurbitacyny daj¹ce odpornoœæna tego szkodnika. Po skrzy¿owaniu z odmianami uprawnymi uzyskano odmianyw pewnym stopniu odporne, bowiem odpornoœæ warunkowana jest poligenicznie.Dziêki wyhodowaniu tych odmian mo¿na by³o ograniczyæ (o 1/2–2/3) liczbê koniecz-nych zabiegów ochrony chemicznej. Uprawa nowych odmian w szklarniach okaza³asiê znacznie bardziej op³acalna od uprawy z zastosowaniem powszechnie znanejochrony biologicznej (zwalczania przêdziorka przez jego naturalnego wroga dobro-czynka szklarniowego – Phytoseiulus pesimilis LIND).

W hodowli roœlin odpornych na owady bardzo ceniona jest antybioza zwi¹zanaz obecnoœci¹ substancji toksycznych [21]. Zjawisko to zosta³o wykorzystane w ho-dowli odmian ziemniaka odpornych na m¹twika ziemniaczanego (Heterodera rosto-

chiensis WOLL.). Larwy inwazyjne tego szkodnika wnikaj¹ do korzeni odmianodpornych, ale dalszy ich rozwój zostaje zahamowany i gin¹ nie osi¹gn¹wszydojrza³oœci p³ciowej. Liczba cyst zmniejsza siê o oko³o 90% [32].

W ostatnich latach trwaj¹ prace nad wyhodowaniem odmian charakteryzuj¹cychsiê odpornoœci¹ na kilka gatunków szkodników. Klasyczne metody hodowlane wy-magaj¹ jednak d³ugiego czasu oraz prowadzenia testów polowych w ró¿nych warun-kach [42]. Nowoczesn¹ metod¹ pozyskiwania odpornych genotypów jest transforma-cja genetyczna. Jest to jedna z metod in¿ynierii genetycznej polegaj¹ca na identyfika-cji i izolacji genów warunkuj¹cych odpornoœæ oraz wprowadzaniu ich do genomuroœlin o cennych cechach u¿ytkowych. Wykorzystanie transformacji do wprowadza-nia do komórek roœlinnych, genów odpornoœci na owady, sta³o siê jednym z pierwszychzastosowañ biotechnologii w hodowli roœlin uprawnych [42]. In¿ynieria genetycznapozwala na znacznie szybsze ni¿ tradycyjna hodowla uzyskiwanie odmian odpor-nych. Uzyskuje siê roœliny, które „broni¹ siê same” przed szkodnikami produkuj¹cantyfidanty, repelenty i toksyny [6]. W transformacjach prowadz¹cych do odpornoœcina szkodniki mog¹ znaleŸæ zastosowanie geny warunkuj¹ce syntezê inhibitorówproteaz (fenole, taniny), neurotoksyn oraz hormonów [26]. Mo¿liwoœci w tymzakresie s¹ du¿e [4].

Uprawa odmian odpornych jest jedn¹ najnowoczeœniejszych metod walki zeszkodnikami. Cechuje siê selektywnoœci¹ (zapewnia ochronê przed szkodliwymi


agrofagami bez ujemnego wp³ywu na organizmy po¿yteczne), kumulatywnoœci¹(ogranicza liczebnoœæ populacji szkodnika tak¿e w nastêpnych pokoleniach), ca³ko-wit¹ nieszkodliwoœci¹ dla œrodowiska, ludzi i zwierz¹t. Jest to metoda tania i ³atwaw u¿yciu, niewymagaj¹ca dodatkowych nak³adów i stosowania odrêbnej technologii.Jeœli nie jest wystarczaj¹co skuteczna mo¿na j¹ ³¹czyæ z innymi metodami ochronyroœlin [4].

Uzyskanie odmian odpornych jest tym szybsze, im dok³adniejsza jest wiedza, jakizwi¹zek chemiczny odpowiedzialny jest za dany rodzaj odpornoœci [12].

Podsumowanie

Przedstawione w pracy dzia³anie naturalnych substancji roœlinnych na owadystanowi zaledwie niewielk¹ czêœæ tego zagadnienia. Liczba tych zwi¹zków siêga ty-siêcy, zatem niemo¿liwe jest zbadanie ich dzia³ania w stosunku do równie licznej gru-py szkodliwych owadów. Dlatego te¿ wiadomoœci o ich dzia³aniu s¹ fragmentaryczne.

Naturalne insektycydy stosowane w ochronie roœlin uprawnych maj¹ wiele zalet.Niestety dotychczas znalaz³y one zastosowanie tylko w ma³ych gospodarstwach. Zewzglêdu na niedu¿¹ trwa³oœæ w œrodowisku i ograniczon¹ mo¿liwoœæ produkcji, którawymaga odpowiedniego przerobu surowca roœlinnego, u¿ycie ich na szerok¹ skalêjest trudne. Mog¹ jedynie s³u¿yæ, jako uzupe³nienie metod chemicznych. Postêpw dziedzinie chemii umo¿liwi³ syntezê pochodnych naturalnych zwi¹zków i ichprodukcjê w ¿¹danych przez odbiorców iloœciach, co mo¿e przyczyniæ siê do wzrostupopularnoœci tej metody ochrony.

W przypadku wielkoobszarowych upraw produkcyjnych, uprawa wspó³rzêdna,pomimo wielu zalet, jest metod¹ równie¿ rzadko stosowan¹. Wykorzystywana jestg³ównie w gospodarstwach ekologicznych. Jednak dynamiczny rozwój rolnictwazrównowa¿onego, w którym d¹¿y siê do ograniczenia stosowania metod ochronychemicznej i iloœci u¿ywanych agrochemikaliów stwarza mo¿liwoœæ rozpowszech-nienia tej metody uprawy.

Wydaje siê, ¿e hodowla odpornoœciowa roœlin z u¿yciem allelozwi¹zków mo¿ebyæ równie¿ alternatywnym sposobem walki ze szkodnikami roœlin uprawnychwobec metod chemicznych i agrotechnicznych. Jest ona niestety trudna, poniewa¿odpornoœæ typu antybiozy czy antyksenozy jest warunkowana poligenicznie.

Z pewnoœci¹, w najbli¿szej przysz³oœci, zostan¹ znalezione, wyizolowane i zba-dane nowe zwi¹zki o nieznanym dot¹d dzia³aniu. Badanie roœlinnych zwi¹zkówowadobójczych jest konieczne ze wzglêdu na wci¹¿ rosn¹c¹ potrzebê stosowanianaturalnych metod ochrony roœlin. Odkrycie nowych zwi¹zków wykazuj¹cych w³aœci-woœci antyfidantne, repelentne lub toksyczne mo¿e wp³ywaæ na udoskonalenie tychmetod. Ka¿da nowa substancja czy metoda zmniejszaj¹ca niebezpieczeñstwo ska¿e-nia œrodowiska pestycydami to kolejny sukces w praktyce zwalczania szkodników.


Literatura

[1] Banasik K., Ignatowicz S. 1995. Zastosowanie proszków roœlinnych w ochronieproduktów magazynowychprzed szkodnikami. Mat. XXXV Sesji Nauk. IOR. 16–17 lutego, Poznañ, cz. I – Referaty: 160–163.

[2] Becerra J.X., Venable D.L. 1990. Rapid-Terpene-Bath and „Squirt-Gun” Defense in Bursera schlechtendaliiand the Counterploy of Chrysomelid Beetles. Biotropica (3): 320–323.

[3] Becerra J.X., Venable D.L., Evans P.H., Bowers W.S. 2001. Interactions between chemical and mechanicaldefenses in the plant genus Bursera and their implications for herbivores. American Zoologist (4): 865–876.

[4] Boczek J. 1992. Niechemiczne metody zwalczania szkodników roœlin. Wydawnictwo SGGW: 72–77, 90,113–115, 128.

[5] Boczek J. 1995. Nauka o szkodnikach roœlin uprawnych. Wydawnictwo SGGW: 61–62.[6] Boczek J. 1997. Wykorzystanie in¿ynierii genetycznej dla zwalczania szkodników. Postêpy w Ochronie Roœlin

37(1): 281.[7] Burgie³ Z.J. 2008. Czy preparaty roœlinne zast¹pi¹ syntetyczne pestycydy?. VIII Polskie Sympozjum: Proekolo-

giczne Pestycydy. 16 – 20 czerwca, Suche k. Poronina: 117, 123.[8] Ciepielewska D., Nietupski M. 2003. Ochrona ekosystemów przed szkodnikami. Wydawnictwo Uniwersytetu

Warmiñsko-Mazurskiego, Olsztyn: 82–84.[9] Czerwiñski W. 1977. Fizjologia roœlin. PWN Warszawa: 256–277.[10] Daniewski W.M., Gomu³ka M., Anczewski W., Truszewska D., B³oszyk E., Dró¿d¿ B. 1996. Constituents of

some Meliaceae plants and their antifeedant activity. Pol. J. Chem. (70): 1265.[11] D¹browski Z.T. 1970. Wybór roœlin ¿ywicielskich przez owady i zwi¹zana z tym hodowla odpornych odmian

roœlin uprawnych. Post. Nauk Rol. 4: 61.[12] D¹browski Z.T. 1970. Biochemiczne podstawy antybiotycznoœci roœlin uprawnych na owady. Post. Nauk Rol.

5(31): 45–47.[13] D¹browski Z.T. 1973. Cechy roœlin decyduj¹ce o ich atrakcyjnoœci lub repelentnoœci dla roœlino¿ernych

roztoczy i owadów. Wiadomoœci Ekologiczne XIX (3): 266.[14] D¹browski Z.T. 1988. Podstawy odpornoœci roœlin na szkodniki. PWRiL, Warszawa: 76–78.[15] Dêbski B., Waœk K. 2003. Pyretryny – naturalne insektycydy – ich pochodzenie, charakterystyka i mo¿liwoœci

u¿ytkowania. Biologiczna Medycyna Weterynaryjna (3–4); 85–88.[16] Dover J.W. 1986. The effect of labiate herbs and white clover on Plutella xylostellaovi. Ent. Exp. Appl. (42):

243–247.[17] Duda M., Dubert F. 2007. Efektywnoœæ zastosowania roœlin lawendy w¹skolistnej (Lavandula angustifolia L.)

do ograniczania liczebnoœci szkodliwych owadów w uprawach rzepaku ozimego (Brassica napus L.)”. Postêpyw Ochronie Roœlin (4): 128–130.

[18] Finch S., Billiald H., Collier R.H. 2003. Companion planting – do aromatic plants disrupt host – plant finding bythe cabbage root fly and the onion fly more effectively than non-aromatic plants. Entomologia Experimentalis etApplicata (109): 183–195.

[19] Finch S., Collier R.H. 2000. Host-plant selection by insects a theory based on ‘appropriate/’inappropriatelanding by pest insects of cruciferous plants. Entomol. Exp. Appl. (96): 91–100.

[20] Gabryœ B., Dancewicz K., Ratuœ B., Boratyñski F., Wawrzeñczyk C. 2008. Wp³yw laktonów terpenoidowychna zachowanie mszycy brzoskwiniowej Myzus persicae (SULZ.) podczas zasiedlania roœlin. VIII PolskieSympozjum: Proekologiczne Pestycydy. 16 – 20 czerwca, Suche k/Poronina: 14.

[21] Grzesiuk S., Koczowska I., Górecki R.J. 1999. Fizjologiczne podstawy odpornoœci roœlin na choroby.Wydawnictwo ART: 255, 262, 265.

[22] Harborne J.B. 1993. Introduction to Ecological Biochemistry. Academic Press, London: 94: 169–180.[23] Ignatowicz S. 1995. Insektycydy otrzymane z miodli indyjskiej (Azadirachta indica A. JUSS), ich aktywnoœæ

owadobójcza oraz skutki uboczne stosowania. Pestycydy (3): 37–44.[24] Ignatowicz S. 1997. Odstraszaj¹ce oddzia³ywanie proszków z nostrzyka bia³ego i ¿ó³tego na wo³ka zbo¿owego

i ry¿owego. Postêpy w Ochronie Roœlin (2): 46–49.[25] Koz³owska M. 2007. Fizjologia roœlin. PWRiL, Poznañ: 266–273, 282–283.[26] Koz³owska M., Konieczny G. 2003. Biologia odpornoœci roœlin na patogeny i szkodniki. Wydawnictwo AR,

Poznañ: 89–90, 117, 152–153.[27] Kubo I., Lee Y., Pettei M., Pilkiewicz F., Nakanishi K. 1976. Potent Army Worm Antifeedants from the East

African Warburgia Plants. J.Chem. Soc. Chem. Commun.: 1013–1014.


[28] Leszczyñski B. 1996. Kurs praktyczny w zakresie chemicznych interakcji owady – roœliny na przyk³adziemszyc (Aphidoidea). WSRP– Siedlce: 30–40.

[29] Lipa J.J. 1962. Insektycydy pochodzenia roœlinnego. Post. Nauk Rol. (6): 99–107.

[30] £uczak I. 1998. Biologiczne podstawy odpornoœci buraka cukrowego na œmietkê– Pegomyia betae CURT.i mszycê burakow¹ – Aphis fabae SCOP.”. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie: 10–13.

[31] Maienfisch P., Kobel W., Rindlisbacher A., Senn R. 1998. Nicotine insecticides and the nicotinoid acetylocholinereceptors. J. Casida, I.Yamamoto (red.). Verlag Tokyo: 99–128.

[32] Miêtkiewski R. (red.) 1994. Zarys nauki o szkodnikach roœlin. Cz. I WSRP– Siedlce: 108, 172–177.

[33] Mordue A.J. 1998. Azadirachtin – a review of its mode of action in insects. Proc. Practice Oriented ResultsVIII: 1–4.

[34] Nawrot J. 1983. Podstawy do zwalczania wo³ka zbo¿owego (Sitophilus granarius L.) (Coleoptera:Curculionidae) przy u¿yciu naturalnych zwi¹zków chemicznych wp³ywaj¹cych na zachowanie siê chrz¹szczy.Prace Naukowe IOR Poznañ XXIV (2): 172–193.

[35] Oprycha³owa J. 1994. Wybrane dzia³y ekologii owadów z uwzglêdnieniem tematyki dotycz¹cej ochronyœrodowiska rolniczego. Wydawnictwo Uniw. Opolskiego, Opole: 107–108.

[36] Orzeszko-Rywka A., Rochalska M. 2006. Naturalne œrodki ochrony roœlin. Naturalne insektycydy. Post. NaukRol. (4): 3–14.

[37] Ostroumow S.A. 1992. Wprowadzenie do ekologii biochemicznej. PWN, Warszawa: 82–83.

[38] Paruch E. 2001. Naturalne i syntetyczne antyfidanty owadów. Czêœæ I. Wiadomoœci Chemiczne 55(1–2): 96–98.

[39] Paruch E. 2001. Naturalne i syntetyczne antyfidanty owadów. Czêœæ II. Wiadomoœci Chemiczne 55(1–2):128–129.

[40] Rees S.B., Harborne J.B. 1985. The role of sesquiterpene lactones and phenolics in the chemical defence of thechicory plant. Phytochemistry (24): 2225.

[41] Schmutz E., Warren B. 1999. Natural Insect Control. Brooklyn Garden Inc. Brooklyn: 19–32.

[42] Simlat M. 2005. Biochemiczne i molekularne podstawy odpornoœci roœlin na szkodniki. Monografia OchronaŒrodowiska Naturalnego w XXI wieku – nowe wyzwania i zagro¿enia: 7–14.

[43] Stawicka J., Szymczak-Pi¹tek M., Wieczorek J. 2006. Wybrane zagadnienia ekologiczne. Wyd. SGGWWarszawa: 108–116.

[44] Szafirowska A., Ko³osowski S. 2008. Wykorzystanie allelopatycznych w³aœciwoœci roœlin w uprawie warzyw.Problemy In¿ynierii Rolniczej (1): 120–121.

[45] Talekar N.S., Lee S.T., Huang S.W. 1986. Intercropping and modification of irrigation method for the control ofdiamondback moth. Diamondback Moth Management: Proceedings of the First International Workshop.Shanhua, Taiwan, AVRDC: 145–155.

[46] Wasina A. 1987. Wykorzystanie roœlin do zwalczania szkodników w sadach i ogrodach. PWRiL. Warszawa:1–78.

[47] Wawrzyniak M. 1996. Ocena dzia³ania wybranych ekstraktów roœlinnych na bielinka kapustnika (Pierisbrassicae L., Lepidoptera, Pieridae). ATR w Bydgoszczy. Rozprawy (70): 8, 47–53.

[48] Wawrzyniak M., Lamparski R. 2007. Ocena dzia³ania wyci¹gów z wybranych roœlin zielarskich na ¿erowaniei rozwój stonki ziemniaczanej (Leptinotarsa decemlineata SAY.). Postêpy w Ochronie Roœlin (4): 255–258.

[49] Wiech K. 2000. Uprawa wspó³rzêdna w integrowanej produkcji warzyw. Ochrona Roœlin (9): 33–34

[50] Wiech K., Ka³muk J. 2005. Uprawy wspó³rzêdne sposobem na urozmaicenie agrocenoz i zmniejszenie zu¿yciapestycydów. Monografia Ochrona Œrodowiska Naturalnego w XXI wieku – nowe wyzwania i zagro¿enia:126–137.

[51] Wiesbrook M.L. 2000. Are natural insecticides safer and better than conventional insecticides. Pesticide Review(17): 1–9.

[52] Witkowski W. 1972. Badania nad owadobójczym dzia³aniem czosnku (Allium sativum L.) przeciwko stonceziemniaczanej (Leptinotarsa decemlineata SAY.). Biuletyn Instytutu Ochrony Roœlin (54): 365–368.

[53] Wyrostkiewicz K. 1984. Antyfidanty – substancje hamuj¹ce ¿erowanie owadów – szkodników roœlin. Wszech-œwiat (7–8): 166–167.

[54] Wyrostkiewicz K. 1992. Wp³yw wyci¹gów z wybranych roœlin na ¿erowanie i rozwój stonki ziemniaczanej –Leptinotarsa decemlineata SAY. (Coleoptera, Chrysomelidae). ATR w Bydgoszczy. Rozprawy (53): 42–47.

[55] Wyrostkiewicz K. 1995. Mo¿liwoœæ zastosowania wyci¹gów roœlinnych do ochrony ziemniaków przed stonk¹ziemniaczan¹ (Lepinotarsa decemlineata SAY.). Pestycydy (3): 17–21.


Using of plant allomones to protectionof cultivated crops from harmful insects

Key words: natural insecticides, inter-cropping, resistance breeding,allelopathic substances, secondary metabolite, allomones,

antifeedant, repellents, poisons

Summary

Plants produce specific chemical substances against the pests. This compoundscould be an alternative to synthetic chemicals used for protection of cultivated plants.Plants produce allelopathic substances which might be also used as potential sourcefor breeding of resistant plants. Presented paper illustrates the possibility of usingchemical compounds produced by plant for protection of cultivated plants from theharmful insects.


Alkaloidy i ich znaczenie u ³ubinów

Katarzyna Machowina, Wojciech K. Œwiêcicki

Instytut Genetyki Roœlin Polskiej Akademii Nauk

60-479 Poznañ, ul. Strzeszyñska 34


S³owa kluczowe: Lupinus, alkaloidy

Wstêp

Alkaloidy s¹ zwi¹zkami organicznymi pochodzenia roœlinnego, zawieraj¹cymiuk³ady heterocykliczne z co najmniej jednym atomem azotu w pierœcieniu, którynadaje im charakter zasadowy. Wystêpuj¹ one w ró¿nych gatunkach roœlin, ale czêœæz nich otrzymuje siê tak¿e syntetycznie. Istniej¹ równie¿ zwi¹zki, które zaliczane s¹do alkaloidów, a nie spe³niaj¹ wszystkich warunków ogólnej definicji (np. kolchicynai kapsaicyna – nie zawieraj¹ azotu w uk³adzie heterocyklicznym i nie maj¹ charakteruzasadowego, a salamandryna jest pochodzenia zwierzêcego – wystêpuje u Salaman-

dra maculosa L.) [7].Alkaloidy wystêpuj¹ g³ównie w roœlinach wy¿szych w postaci soli kwasów

organicznych, na przyk³ad kwasu cytrynowego, jab³kowego lub szczawiowego.Rzadziej wystêpuj¹ w postaci soli z kwasami nieorganicznymi. Alkaloidy w postacisoli rozpuszczaj¹ siê w soku komórkowym. W nielicznych roœlinach s¹ one po³¹czonez cukrami lub garbnikami (glikoalkaloidy, garbnikany alkaloidów). Najliczniej wy-stêpuj¹ u roœlin z rodzin: Apocynaceae, Papaveraceae, Ranunculaceae i Solanaceae.Wystêpowanie alkaloidów stwierdzono tak¿e u grzybów (np. Claviceps purpurea),paprotników z rodzaju Lycopodium i u nagozal¹¿kowych w rodzajach: Taxus, Ephedra

i w rodzinie Cephalotaxaceae [7].Alkaloidy gromadzone s¹ w okreœlonych czêœciach roœliny, na przyk³ad chinina

wystêpuje w korze, kokaina w liœciach, strychnina i brucyna w nasionach, a morfinaw ³odygach i owocach (makówkach). Nasiona maku nie zawieraj¹ alkaloidów, s¹ wiêcbezpiecznym surowcem spo¿ywczym. Rzadko spotyka siê alkaloidy w drewnie. Zwyk-le zwi¹zki te nie wystêpuj¹ w du¿ych stê¿eniach – czêœci roœlin zawieraj¹ce powy¿ej 1%zwi¹zku uwa¿ane s¹ za dobre ich Ÿród³o. Wyj¹tkowo zdarza siê, ¿e stê¿enie alkaloidubywa wiêksze, na przyk³ad zawartoœæ chininy w korze niekiedy przekracza 10% suchej


masy. Wiêkszoœæ alkaloidów wystêpuje jednak na znacznie ni¿szym poziomie –rzêdu u³amka procenta. Zawartoœæ alkaloidów w obrêbie gatunku zale¿y od rejonu,klimatu, pory roku, dnia, stopnia dojrza³oœci, a tak¿e od odmiany [15].

Wiêkszoœæ alkaloidów to substancje krystaliczne, bezbarwne i nielotne. Tylkonieliczne z nich maj¹ konsystencjê p³ynn¹, np. pilokarpina, czy arekolina [7]. Alka-loidy trudno rozpuszczaj¹ siê w wodzie, natomiast bardzo dobrze w rozpuszczal-nikach organicznych. Alkaloidy w postaci soli znacznie ³atwiej rozpuszczaj¹ siêw wodzie. Wiele z nich wykazuje czynnoœæ optyczn¹. Dominuj¹c¹ form¹ jest postaælewoskrêtna, która wp³ywa na zwiêkszenie aktywnoœci fizjologicznej tych zwi¹zkóww porównaniu z form¹ prawoskrêtn¹ i mieszanin¹ racemiczn¹ [7, 23].

Podzia³ alkaloidów i ich biosynteza

Alkaloidy w³aœciwe maj¹ atom azotu w pierœcieniu heterocyklicznym. Ich prekur-sorami s¹ aminokwasy lub aminy biogenne. Przyk³adem tego typu alkaloidu jestpapaweryna. Zwi¹zki te stanowi¹ najwiêksz¹ grupê alkaloidów.

Protoalkaloidy maj¹ atom azotu w ³añcuchu bocznym. Powstaj¹ tak¿e z amino-kwasów lub amin biogennych. Do tej grupy zalicza siê np. efedrynê i meskalinê.

Pseudoalkaloidy s¹ zasadami roœlinnymi, których azot nie pochodzi od amino-kwasów, lecz zosta³ wbudowany w trakcie biosyntezy do istniej¹cego ju¿ szkieletu.Ich prekursorami s¹ np. irydoidy, sterydy i terpeny. Alkaloidem z tej grupy jestkolchicyna [7, 22].

Ogromny rozwój metod i technik analitycznych pozwoli³ na szersze mo¿liwoœciwyodrêbnienia substancji naturalnych z roœlin. W latach 50 XX wieku znano 2233alkaloidy wyizolowane z 3761 gatunków roœlin, natomiast 20 lat póŸniej znano ju¿ponad 5000 alkaloidów obecnych w 7000 gatunkach roœlin. Do koñca lat 90. ubieg³e-go wieku wykryto i poznano ponad 15 000 zwi¹zków zaliczanych do tej grupy [15].Tak du¿a ich liczba wymaga³a zastosowania precyzyjnej klasyfikacji. Alkaloidymo¿na sklasyfikowaæ wed³ug pochodzenia (np. alkaloid tojadu, alkaloid opium) lubbudowy chemicznej [8].

Podzia³ alkaloidów ze wzglêdu na budowê chemiczn¹

Alkaloidy zawieraj¹ce atom azotu w pierœcieniu heterocyklicznym:� alkaloidy tropanowe – estry alkoholi tropanowych z kwasami aromatycznymi lub

alifatycznymi,� alkaloidy chinolinowe – zawieraj¹ w cz¹steczce uk³ad chinoliny,� alkaloidy izochinolinowe – zawieraj¹ w cz¹steczce uk³ad izochinoliny,� alkaloidy chinolizydynowe – zawieraj¹ w cz¹steczce uk³ad chinolizydyny,� alkaloidy indolowe – zawieraj¹ w cz¹steczce azot w uk³adzie heterocyklicznym

piêciocz³onowym (pochodne indolu i dihydroindolu),� alkaloidy pochodne ergoliny,

34 K. Machowina, W.K. Œwiêcicki

� alkaloidy pirolizydynowe – estry aminoalkoholi zawieraj¹cych uk³ad pirolizydy-ny z kwasami alifatycznymi,

� alkaloidy purynowe – pochodne puryny,� alkaloidy imidazolowe – zawieraj¹ uk³ad imidazolu,� alkaloidy pirydynowe – zawieraj¹ uk³ad pirydyny,� alkaloidy piperydynowe – zawieraj¹ uk³ad piperydyny,� alkaloidy terpenowe – zasady terpenowe, zawieraj¹ce azot w pierœcieniu,� alkaloidy steroidowe – zawieraj¹ uk³ad steroidowy z dodatkowym pierœcieniem

z azotem.

Alkaloidy zawieraj¹ce atom azotu poza uk³adem cyklicznym:� pochodne tropolonu,� aminy aromatyczne,� miny alifatyczne,� pochodne guanidyny,� alkaloidy terpenowe zawieraj¹ce azot poza uk³adem cyklicznym [9].

Prekursorami do biosyntezy alkaloidów s¹ aminokwasy (tab. 1). W przypadkualkaloidów chinolizydynowych, które zwane s¹ tak¿e „alkaloidami ³ubinowymi”(g³ównym Ÿród³em s¹ ³ubiny o wysokiej ich zawartoœci, tzw. „gorzkie”), prekursoremjest lizyna.

Tabela 1. Przyk³ady prekursorów alkaloidów [22]

Aminokwas Grupa alkaloidów

lizyna chinolizydynowe, piperydynowe, indolizydynowe

ornityna tropanowe, pirolidynowe, pirolizydynowe

tyrozyna izochinolinowe, benzyloizochinolinowe

tryptofan indolowe, chinolinowe

histydyna imidazolowe

Podstaw¹ syntezy alkaloidów chinolizydynowych (rys. 1) jest konwersja lizyny (1)do kadaweryny (2). Wed³ug najnowszych danych eksperymentalnych konwersja jestosi¹gniêta za pomoc¹ fosforanu pirydoksalu, podczas dekarboksylacji lizyny. Kadawe-ryna przekszta³ca siê nastêpnie w zasadê Schiffa – �1-piperydeinê (3) przy udzialeoksydazy diaminowej. Zachodz¹ tak¿e cztery podrzêdne reakcje: reakcja typu aldolo-wego, hydroliza iminy do aldehydo-aminy, utleniaj¹ca deaminacja i znowu tworzeniezasady Schiffa. Podczas tego etapu z �1-piperydeiny jest syntetyzowana lupinina, alka-loid bicykliczny (4). G³ówn¹ drog¹ syntezy alkaloidów chinolizydynowych jest two-rzenie kolejnej zasady Schiffa, do czego jest potrzebna druga cz¹steczka kadawerynylub �1-piperydeiny. Na tym etapie ze sprzê¿onej cz¹steczki zawieraj¹cej kation naatomie azotu (5), która powsta³a z po³¹czenia dwóch cz¹steczek �1-piperydeiny, tworz¹siê alkaloidy tetracykliczne. Zwi¹zek nr 5 jest przekszta³cany nastêpnie w dwóchkierunkach. Tworzy siê sparteina (6) i lupanina (7) – dwa podstawowe alkaloidy

Alkaloidy i ich znaczenie u ³ubinów 35


NH2 CO2H

NH2NH2

NH2

1 2

tworzenie zasady Schiffa

N+

CHOH

N

OH

H

3 4

tworzenie zasady Schiffa

N+

N+H

5

N

N

H

H

N

N

H

H

O

N

O

NH CH2

H

H

6 7 9

N

O

NH

N

N

H

H

O

OHH

N

N

O

H

H

8 11 10

Rysunek 1. Biosynteza alkaloidów chinolizydynowych [1].Rysunek 1. Biosynteza alkaloidów chinolizydynowych [1]

chinolizydynowe. Sparteina mo¿e byæ przekszta³cona w tricykliczny alkaloid – cyty-zynê (8), przez odszczepienie czterech atomów wêgla. Z lupaniny, w dalszych eta-pach syntezy, mog¹ siê tworzyæ: angustifolina (9), �-izolupanina (10) i 13� (OH)lu-panina (11).

Ta droga syntezy pokazuje, ¿e pierwszym alkaloidem chinolizydynowym, jaki siêtworzy jest lupinina, a nastêpnie powstaje lupanina i sparteina. Wczeœniejsze daneliteraturowe podawa³y, ¿e pierwszymi syntetyzowanymi zwi¹zkami by³y alkaloidytetracykliczne: sparteina i lupanina [1].

Udzia³ oksydazy diaminowej w konwersji kadaweryny jest bardziej prawdopo-dobny, ni¿ udzia³ syntazy oksosparteinowej, o której by³a mowa we wczeœniejszejliteraturze [1]. Biosynteza alkaloidów zachodzi w zielonych czêœciach roœlin. G³ów-nym miejscem syntezy s¹ liœcie, a dok³adniej stroma chloroplastów, sk¹d utworzonealkaloidy s¹ nastêpnie transportowane do pozosta³ych czêœci roœliny [4, 17, 29].

Znaczenie alkaloidów i ich rola w œwiecie roœlin

Alkaloidy wykazuj¹ silne dzia³anie fizjologiczne na organizmy ludzkie i zwie-rzêce. Charakterystyczne dla tych zwi¹zków pod wzglêdem dzia³ania na organizmzwierzêcy jest to, ¿e przewa¿nie w ma³ych iloœciach wykazuj¹ dzia³anie lecznicze,natomiast w wiêkszych stê¿eniach s¹ silnymi truciznami. Przyk³adem mo¿e byæstrychnina, która jest siln¹ trucizn¹. Atakuje ona uk³ad nerwowy, powoduje silne i bar-dzo bolesne skurcze wszystkich miêœni, poczynaj¹c od miêœni szyi i twarzy, a na-stêpnie pora¿ane s¹ kolejno nogi i ramiona. Œmieræ nastêpuje wskutek uduszeniawywo³anego skurczem miêœni oddechowych. Dawka œmiertelna wynosi od 30 do100 mg. W ma³ych dawkach (2–3 mg) strychnina wykazuje pozytywne dzia³anie,gdy¿ zwiêksza percepcjê wra¿eñ zmys³owych – wyostrza wzrok, s³uch, polepszapoczucie smaku, wêchu, uczula na dotyk, poprawia samopoczucie, uaktywnia fi-zycznie i psychicznie [10].

Nastêpuj¹ce alkaloidy wykazuj¹ dzia³anie lecznicze:� Efedryna dzia³a pobudzaj¹co, powoduje wzrost ciœnienia krwi, przyspiesza czyn-

noœæ serca, zwê¿a obwodowe naczynia krwionoœne i rozszerza oskrzela. Stosowa-na jest zapobiegawczo w dychawicy oskrzelowej i w bloku przedsionkowo-komo-rowym.

� Kofeina dzia³a pobudzaj¹co na oœrodkowy uk³ad nerwowy, polepsza procesykojarzeniowe, zmniejsza zmêczenie, sennoœæ, rozszerza naczynia mózgowe i wieñ-cowe. Stosowana jest w lecznictwie do wzmocnienia akcji serca, w migrenach,stanach zmêczenia, w zatruciach narkotykami i alkoholem. W wiêkszych dawkach(pow. 0,5 g) powoduje podniecenie, przyspieszone bicie serca, a nawet skurczetê¿cowe. Przy zatruciu powoduj¹cym hamowanie czynnoœci oœrodka oddechowe-go stosuje siê iniekcje zawieraj¹ce kofeinê w dawce 100–250 mg.


� Atropina wykazuje dzia³anie rozkurczowe na miêœnie g³adkie, rozszerza Ÿrenicêoka, hamuje wydzielanie potu, œliny, œluzu.

� Ergotamina wywo³uje skurcze miêœni g³adkich naczyñ, a tak¿e skurcze miêœnig³adkich macicy, co wykorzystywane by³o niegdyœ do u³atwiania porodów.

� Ajmalina przywraca w³aœciwy rytm serca,� Rezerpina obni¿a ciœnienie krwi oraz dzia³a uspokajaj¹co,� Sparteina wykazuje zdolnoœæ do pobudzania oœrodka oddechowego, zwalniania

czynnoœci serca, zmniejszania wra¿liwoœci miêœni na impulsy. Stosowana jestw leczeniu nerwicy serca, zaburzeñ miarowoœci serca, niep³odnoœci kobiet.

Dzia³anie toksyczne na organizm ludzki wykazuj¹ nastêpuj¹ce alkaloidy:� Nikotyna – ostre zatrucie powoduje przejœciowy wzrost ciœnienia krwi i przy-

spieszenie oddechu, a nastêpnie dochodzi do spadku ciœnienia i bezdechu.� Tubokuraryna powoduje pora¿enie miêœni zewnêtrznych oka, twarzy, szyi,

brzucha, koñczyn, miêœni miêdzy¿ebrowych i przepony.� Koniina jest bardzo siln¹ trucizn¹, wch³ania siê przez skórê i b³ony œluzowe

powoduje parali¿ nerwów ruchu (pora¿a miêœnie szkieletowe), w wiêkszychdawkach powoduje œmieræ wskutek parali¿u oœrodka oddechowego [10, 11].

� Anagiryna (g³ówny alkaloid u Lupinus latifolius) to silna trucizna. Wykazujeefekt mutagenny i teratogenny. Stwierdzono tak¿e toksyczny wp³yw anagiryny naorganizm ludzki. We wrzeœniu 1980 roku w pó³nocno-zachodniej Kaliforniiurodzi³o siê niemowlê, u którego wyst¹pi³ szereg deformacji charakteryzuj¹cychsiê skrzywieniem koœci ³okciowych, brakiem kciuków oraz p³etwiastymi palcamiu r¹k. Prawdopodobn¹ przyczyn¹ wyst¹pienia tych deformacji by³o wystawieniemacicy na dzia³anie anagiryny znajduj¹cej siê w diecie matki, wynikaj¹ce z przyj-mowania przez ni¹ koziego mleka. Zwierzêta te pas³y siê na obszarze, gdziewystêpowa³y stanowiska L. latifolius. Wysoka zawartoœæ anagiryny u tego gatun-ku (86% ca³kowitej zawartoœci alkaloidów) jest szczególnie niebezpieczna zewzglêdu na jej du¿¹ toksycznoœæ [20]. Spo¿ywanie przez krowy i owce pokarmuzawieraj¹cego ten toksyczny alkaloid (szczególnie pomiêdzy 40, a 70 dniemci¹¿y) powoduje wyst¹pienie zniekszta³ceñ u potomstwa, tzw. „crooked calf dis-ease”. Objawy charakterystyczne dla tego schorzenia to skrêcone lub wygiêtekoñczyny, skrzywienie krêgos³upa, rozszczepienie podniebienia [18]. Dawkaw zakresie od 2 do 30 mg · kg–1 powoduje wyst¹pienie wy¿ej wspomnianychzniekszta³ceñ w stopniu umiarkowanym do ciê¿kiego [4].

� Gramina (mo¿e wystêpowaæ u L. luteus) powoduje zmiany w uk³adzie nerwo-wym, kr¹¿enia i oddychania [21].

� Cytyzyna ma w³aœciwoœci halucynogenne [30].� Ammodendryna – alkaloid teratogenny przy wysokich stê¿eniach [18].

Dla porównania toksycznoœci niektórych alkaloidów:� dawka œmiertelna cytyzyny dla kotów wynosi 3 mg · kg–1 wagi cia³a,


� dawka œmiertelna lupaniny dla ró¿nych gatunków zwierz¹t wynosi 75–110 mg · kg–1

wagi cia³a,� dawka œmiertelna sparteiny wynosi 51–100 mg · kg–1 wagi cia³a,� dawka œmiertelna 13 (OH) lupaniny dla œwinki morskiej wynosi 456 mg · kg–1

wagi cia³a [6].

Alkaloidy wystêpuj¹ce indywidualnie s¹ bardziej toksyczne od ich mieszaniny.Œwiadczy to o tym, ¿e ³ubiny zawieraj¹ inne substancje, które hamuj¹ toksycznoœæalkaloidów lub alkaloidy hamuj¹ siê wzajemnie, kiedy wystêpuj¹ w po³¹czeniu.Ogólne objawy zatrucia alkaloidami chinolizydynowymi u ludzi to z³e samopoczucie,nudnoœci, wymioty, rozszerzenie Ÿrenic, zatrzymanie oddechu, zaburzenia widzenia,bezw³ad, obfite pocenie siê, postêpuj¹ce os³abienie, œpi¹czka [27].

Na przestrzeni wielu lat badañ dotycz¹cych tej klasy zwi¹zków powsta³y licznehipotezy próbuj¹ce wyjaœniæ celowoœæ syntetyzowania alkaloidów przez roœliny. Naprzyk³ad uznawano je za fizjologiczne zwi¹zki wtórne, czyli „odpady” biochemicznychreakcji zachodz¹cych w roœlinach. Hipoteza ta w ostatnich latach jest jednak mocnokrytykowana. Zak³ada siê obecnie, ¿e synteza alkaloidów jest celowa. Za potwierdzenietej hipotezy uwa¿a siê fakt, i¿ do wytworzenia alkaloidów roœliny zu¿ywaj¹ du¿oenergii. Tak wiêc, jeœli substancje te by³yby jedynie substancjami „odpadowymi”,roœliny w toku ewolucji nie trwoni³yby asymilowanej energii na rzecz wytwarzaniabezu¿ytecznych produktów reakcji. Kolejnym potwierdzeniem tej hipotezy jest fakt, ¿ewiele gatunków roœlin, które wykazuj¹ zdolnoœæ syntezy alkaloidów, roœnie na glebachubogich w azot. Tak wiêc azot, który roœlina zdo³a pobraæ z gleby, wykorzystywany jestdo syntezy aminokwasów, a co za tym idzie alkaloidów [9].

Na podstawie wielu eksperymentów stwierdzono, ¿e alkaloidy spe³niaj¹ w roœli-nie rolê swoistego „sygna³u chemicznego” i „broni chemicznej” roœliny. Alkaloidychinolizydynowe uczestnicz¹ w nastêpuj¹cych wspó³dzia³aniach:� Roœlina-roœlina – okreœlanych jako funkcje allelopatyczne, czyli oddzia³ywania

jednej roœliny na drug¹ przez zwi¹zki chemiczne wytwarzane i wydzielane doœrodowiska (np. poprzez korzenie do gleby) w celu uniemo¿liwienia rozwoju innejroœlinie w bezpoœrednim s¹siedztwie. Alkaloidy chinolizydynowe hamuj¹ kie³ko-wanie nasion trawy i sa³aty.

� Roœlina-bakteria – okreœlanych jako funkcja bakteriostatyczna, np. w infekcjibakteryjnej ³ubinu obserwujemy w miejscu zaka¿enia wielokrotny wzrost stê¿eniatoksycznych alkaloidów. Alkaloidy inhibuj¹ wzrost bakterii, a tak¿e grzybów.

� Roœlina-konsument – okreœlanych jako funkcja herbiworalna, polegaj¹ca na samo-obronie roœliny przed konsumpcj¹ w wyniku wyprodukowania substancji, któreswoimi w³aœciwoœciami (np. gorzki smak alkaloidów) odstraszaj¹ potencjalnegokonsumenta [14].Alkaloidy pe³ni¹ równie¿ w roœlinie funkcjê uzupe³niaj¹c¹, poniewa¿ stanowi¹

dodatkowe Ÿród³o azotu. Pe³ni¹ tak¿e funkcjê transportuj¹c¹, rozprowadzaj¹c tendodatkowy azot do ró¿nych czêœci roœliny.


Alkaloidy w ³ubinach

W ³ubinach wystêpuj¹ alkaloidy z kilku grup:� alkaloidy chinolizydynowe (Quinilizidine Alkaloids – QAs lub QA),� alkaloidy dipiperydynowe,� alkaloidy indolowe [28].

Alkaloidy chinolizydynowe stanowi¹ najwiêksz¹ grupê. Okreœlane s¹ bardzoczêsto, jako ³ubinowe, poniewa¿ „gorzkie” formy licznych gatunków tego rodzaju s¹g³ównym ich Ÿród³em. Zwi¹zki te stanowi¹ oko³o 2% z 7 tys. poznanych alkaloidówroœlinnych. Wykazuj¹ znaczne zró¿nicowanie form, a ich uk³adem podstawowym jestcz¹steczka chinolizydyny [30]. G³ównymi alkaloidami chinolizydynowymi w nasio-nach ³ubinu s¹: lupanina, sparteina, angustifolina oraz 13 (OH) lupanina.

Pod wzglêdem budowy QAs mo¿na podzieliæ na [14]:� alkaloidy dwupierœcieniowe typu lupininy, zawieraj¹ce uk³ad chinolizydyny;� alkaloidy trójpierœcieniowe typu cytyzyny, angustifoliny, albiny, tetrahydrorombi-

foliny, zawieraj¹ce uk³ad chinolizydyny skondensowany z pierœcieniem pirydyny;� alkaloidy czteropierœcieniowe, które dalej podzieliæ mo¿na na zwi¹zki typu spar-

teiny, lupaniny, matryny, multifloriny, anagiryny, afyliny.

Oprócz alkaloidów chinolizydynowych obecne s¹ w ³ubinach: ammodendryna,zaliczana do grupy alkaloidów dipiperydynowych, oraz gramina, alkaliod indolowy,którego wystêpowanie stwierdzono w ostatnich latach w ³ubinie ¿ó³tym.

Zawartoœæ alkaloidów zmienia siê wraz ze wzrostem i rozwojem roœliny. Przedkwitnieniem najwiêksze stê¿enie QAs wystêpuje w liœciach jako g³ównym miejscusyntezy tych zwi¹zków. Ca³kowita, procentowa zawartoœæ alkaloidów w ³odydzeobni¿a siê wraz z osi¹ganiem dojrza³oœci przez roœlinê podczas, gdy stê¿enie w liœ-ciach spada znacz¹co dopiero po wytworzeniu str¹ków. Obni¿enie zawartoœci alkaloi-dów we wszystkich wegetatywnych czêœciach roœliny jest zwi¹zane z ich transportemdo str¹ków i nasion. Floem (czêœæ sitowa wi¹zki przewodz¹cej) stanowi g³ówn¹ drogêtransportu alkaloidów chinolizydynowych, natomiast w ksylemie stwierdzono tylkoœladowe ich iloœci [33].

U ka¿dego gatunku ³ubinu wystêpuj¹ tak zwane alkaloidy g³ówne oraz w œlado-wych iloœciach tak zwane podrzêdne alkaloidy. G³ówny alkaloid jednego gatunku, np.sparteina w ³ubinie ¿ó³tym, mo¿e byæ podrzêdnym alkaloidem innego, np. w ³ubiniew¹skolistnym. Poni¿ej przedstawiono g³ówne alkaloidy i ich procentow¹ zawartoœæw nasionach uprawnych gatunków ³ubinu:� £ubin bia³y (L. albus L.) – wed³ug literatury g³ównymi alkaloidami s¹ lupanina

(oko³o 90%), 13 (OH)lupanina (1,5–12%). Natomiast alkaloidem podrzêdnymjest angustifolina.

� £ubin ¿ó³ty (L. luteus L.) – g³ówne alkaloidy to: gramina – tylko w niektórychodmianach (82%), lupinina (7,3%), sparteina (6,5%) lub: gramina (35%), spartei-na (29%), lupinina (26%). Alkaloidy podrzêdne: epilupinina, ammodendryna.


� £ubin w¹skolistny (L. angustifolius L.) – g³ówne alkaloidy: u odmian „gorzkich”:13 (OH)lupanina (38%), lupanina (32%), angustifolina (20%), u odmian „s³odkich”:lupanina (54%) i 13 (OH)lupanina (38%). Alkaloidem podrzêdnym w obu przy-padkach jest izolupanina oraz angustifolina u odmian „s³odkich”.

� £ubin andyjski (L. mutabilis L.) [6] zawiera 1–4% alkaloidów chinolizydyno-wych. G³ówne alkaloidy: lupanina (57,5%), 13 (OH)lupanina (14,9%), 4-hydro-ksylupanina (8,7%), sparteina (7,4%). Alkaloidy podrzêdne: tetrahydrorombifoli-na (3,5%), 4,13-dihydroksylupanina (2,12%), 13-(angeloyloxy)-lupanina (1,57%),angustifolina (0,6%), �-izolupanina (0,3%), multifloryna (0,14%), ammoden-dryna (0,2%), anagiryna (0,03%), estry lupaniny. Z alkaloidów �-pirydynowychcharakteryzuj¹cych siê du¿¹ toksycznoœci¹ tylko anagiryna wystêpuje w ³ubinieandyjskim, lecz jej procentowy udzia³ w ca³kowitej zawartoœci alkaloidów jestbardzo niski (0,03%).

W liœciach stwierdzono wystêpowanie dodatkowych alkaloidów, nieobecnychw nasionach. Podczas kie³kowania alkaloidy obecne w nasionach ulegaj¹ przemia-nom w inne zwi¹zki, g³ównie wskutek estryfikacji. Tworz¹ siê miêdzy innymi takiezwi¹zki, jak: 13-tigloyloxylupanina, 13-benzoyloxylupanina, 13-angeloyloxylupa-nina, 13-izovaleryloxylupanina, 13-izobutyryloxylupanina [17].

Dlaczego alkaloidy ³ubinowe s¹ gorzkie?

Jednym z najciekawszych osi¹gniêæ biochemicznych ostatnich lat jest ustaleniekorelacji miêdzy budow¹ cz¹steczki zwi¹zku, a jego funkcjami smakowymi. Jest totak zwana chemorecepcja, czyli zespó³ zjawisk fizycznych i chemicznych zacho-dz¹cych podczas oddzia³ywania miêdzy zwi¹zkiem smakowym i odpowiednim re-ceptorem, wywo³uj¹cym w efekcie konkretne odczucie smaku w mózgu cz³owieka.U podstawy tego zjawiska le¿y po³¹czenie typu „goœæ – gospodarz”, substancjichemicznej (goœæ) z receptorem odpowiedniego smaku (gospodarz) [31].

W celu dalszych badañ utworzono topologiczny model receptora smaku gorz-kiego. Jako zwi¹zki modelowe do kszta³towania mapy receptora smaku gorzkiegozastosowano nastêpuj¹ce agonisty (zwi¹zki o smaku gorzkim): metatoilomocznik,tetrajodosacharynê, chininê oraz kelinê. Rozmiar krytyczny receptora wzd³u¿ jednejosi wyznaczono przez na³o¿enie powy¿szych zwi¹zków na siebie wraz z ich promie-niami Van der Waalsa. Wywo³anie siatek potencja³owych (równych promieniom Vander Waalsa) wszystkich zwi¹zków modelowych, na³o¿enie ich na siebie, a nastêpnieusuniêcie ich struktur, doprowadzi³o do powstania formy topologicznej, zwanejmatryc¹ molekularn¹ receptora smaku gorzkiego. Orientacjê przestrzenn¹ agonistów,uzyskano przez ustawienie ich odpowiednimi, hydrofilowymi centrami (elektro-filowo – nukleofilowymi) komplementarnych centrów, które umieszczone s¹ w re-ceptorze. Wstêpnie wyznaczono geometriê receptora i dla ³atwiejszego opisu podzie-lono na nastêpuj¹ce czêœci:� obszar w p³aszczyŸnie y, stanowi¹cy hydrofilow¹ czêœæ matrycy;


� sektory A B i C – oddzia³ywania receptora z agonistem, realizowane si³amihydrofobowymi;

� pogranicze sektorów B i C – oddzia³ywania hydrofobowe, w obszarze tymaromatyczne pierœcienie agonistów podstawione grupami elektronoakceptorowy-mi oddzia³uj¹ na miejsce receptora bogate w elektrony π;

� œciana matrycy w sektorze A – wp³yw na intensywnoœæ smaku gorzkiego;� otwarta przestrzeñ w sektorze D, pozwalaj¹ca wnikn¹æ w receptor agonistom

o du¿ej cz¹steczce [12, 31].Dobrymi modelami do badañ chemorecepcji smaku gorzkiego okaza³y siê alka-

loidy ³ubinowe. Wyjaœnienie, które alkaloidy ³ubinowe s¹ odpowiedzialne za smakgorzki, mo¿na dokonaæ jedynie na drodze analizy zjawiska chemorecepcji tychzwi¹zków [31].

Alkaloidy ³ubinowe mog¹ wystêpowaæ w ró¿nych konformacjach, a g³ównym ichprzedstawicielem jest sparteina, stanowi¹ca szkielet dla innych alkaloidów ³ubinów.Alkaloidy chinolizydynowe o szkielecie sparteiny (rys. 2) mog¹ wystêpowaæ w for-mie pe³nokrzes³owej (1B) i w konformacji z ³odziowym pierœcieniem C (1A). W cielesta³ym równowaga przesuniêta jest w stronê jednej z form, natomiast w roztworachaprotonowych mo¿na zauwa¿yæ wspó³istnienie obu form [32]. Na równowagê kon-formacyjn¹ ma wp³yw wiele czynników, miêdzy innymi: wolna para elektronowa naatomie azotu, oddzia³ywania zwi¹zane z naprê¿eniem szkieletu, rodzaj podstaw-ników, jak i równie¿ oddzia³ywania miêdzycz¹steczkowe [12]. Okaza³o siê, ¿ekonformery z ³odziowym pierœcieniem C wpasowuj¹ siê w matrycê bardzo dobrze,szczególnie w sektor A, który jest odpowiedzialny za intensywne odczucie smakugorzkiego, natomiast konformery krzes³owe – bardzo Ÿle. Im wiêkszy udzia³ konfor-macji ³odziowej w danym alkaloidzie, tym wiêkszy jest stopieñ gorzkoœci badanegozwi¹zku [32].

Obok laboratoryjnych metod okreœlania wskaŸników jakoœciowych substancjichemicznych, wa¿n¹ rolê spe³niaj¹ badania organoleptyczne, dokonywane za pomoc¹ludzkich zmys³ów. Jednym z podstawowych warunków zapewniaj¹cych poprawnoœæi dok³adnoœæ wyników ocen sensorycznych jest pos³ugiwanie siê zespo³em ludzio znanej, odpowiednio wysokiej wra¿liwoœci, zapewniaj¹cym du¿¹ powtarzalnoœæ


Rysunek 2. Konformer sparteiny z ³odziowym pierœcieniem C (1A) i w formie pe³nokrzes³owej(1B) [12]

Tabela 2. Procentowy indeks stopnia gorzkoœci agonistów w odniesieniu do chininy [12, 13, 24]

Zwi¹zek Struktura Konformacja[% formy ³odziowej]

Indeks gorzkoœci[%]

1)

chinina (wzorzec) — 100

sparteina ~100 97

lupanina 90 85

13á-hydroksylupanina 85–93 70

13-oxolupanina 55,6 65

5,6-didehydromultifloryna 0 15

afylina 4,7–5,3 11

multifloryna 75 5

11,12-seco-12,13-dehydro-multifloryna 0 0

woda rozpuszczalnik — 0

1)Indeks gorzkoœci okreœla procentow¹ intensywnoœæ smaku gorzkiego w stosunku do wzorca

tego smaku – chininy.


N

N

H

H

N

N

H

H

O

N

N

H

H

O

OHH

N

N

O

O

H

H

N

N

H

O

N

N

O

H

H

N

NO

H

H

N

N

CH2

OH

wyników. W celu ustalenia wra¿liwoœci sensorycznej w zakresie zmys³u smaku gorz-kiego do badañ wybrano grupê 30 osób, z których wy³oniono w³aœciw¹ grupê, czylizespó³ 10–12 osób charakteryzuj¹cych siê dobr¹ sta³oœci¹ ocen i pamiêci¹, mog¹cychdokonaæ w³aœciw¹ ocenê sensoryczn¹ wybranych alkaloidów ³ubinowych. Uzyskanewyniki dla wybranych alkaloidów ³ubinowych, po pogrupowaniu, uœrednieniu i uszere-gowaniu da³y skalê graficzn¹, opisuj¹c¹ efekt smaku gorzkiego i pos³u¿y³y do podanianowej systematyki tych zwi¹zków ze wzglêdu na ich smak [32] (tab. 2).

Dla sparteiny, dla której udzia³ konformacji ³odziowej wynosi 95%, na podstawieanalizy sensorycznej okreœlono indeks gorzkoœci na 97%. Tak¹ logiczn¹ korelacjêuzyskano tak¿e dla lupaniny, 13 (OH)lupaniny oraz 13-oxolupaniny. Nie uzyskanojedynie tak prostej korelacji „konformacyjno-smakowej” w przypadku multiflorynyi 5,6-didehydromultifloryny. Brak korelacji miêdzy indeksem gorzkoœci, a udzia³emkonformacji ³odziowej mo¿na t³umaczyæ jako wp³yw grup funkcjonalnych w cz¹s-teczce danego alkaloidu na jego oddzia³ywania hydrofobowej czêœci matrycy.

W przypadku multifloryny znacz¹ce ró¿nice w wartoœciach ³adunków cz¹stko-wych uniemo¿liwiaj¹ wyst¹pienie zjawiska rozpoznania cz¹steczkowego miêdzyagonistem, jakim jest multifloryna, a hydrofobow¹ czêœci¹ receptora, opisywanejprzez sektor B matrycy molekularnej tego receptora. Multifloryna, nie mog¹c efek-tywnie wpasowaæ siê i oddzia³ywaæ na receptor, nie bêdzie stymulowa³a smaku, tzn.bêdzie zwi¹zkiem pozbawionym smaku, co jednoznacznie potwierdza wyznaczonyindeks gorzkoœci. 5,6-didehydromultifloryna wystêpuje tylko w konformacji krzes³o-wej, dlatego udzia³ konformacji ³odziowej wynosi 0. Natomiast wyznaczony indeksgorzkoœci wynosi 15%, co odbiega od regu³y [12].

Badania sensoryczne potwierdzi³y wp³yw konformacji na stopieñ gorzkoœcialkaloidu. Im wiêkszy udzia³ konformeru ³odziowego, tym alkaloid ³ubinowy jestbardziej gorzki. Z badañ wynika, ¿e najbardziej gorzki smak wywo³uje sparteina,nieco mniej gorzkim jest lupanina i jej pochodne, a najmniej gorzkie s¹ afylina orazmultifloryna i jej pochodne.

Lupanina i 13 (OH)lupanina to alkaloidy wystêpuj¹ce w zdecydowanej wiêkszoœciw ³ubinie bia³ym i w¹skolistnym (~97%), sparteina natomiast w ³ubinie ¿ó³tym.Wyznaczony indeks gorzkoœci alkaloidów ³ubinowych wskazuje, które alkaloidypowinny zostaæ usuniête w celu uzyskania „s³odkich” ³ubinów [32].

Wp³yw niektórych czynników œrodowiskowychna biosyntezê alkaloidów ³ubinowych

Zawartoœæ alkaloidów w ³ubinach jest uwarunkowana genetycznie, ale niektóreczynniki œrodowiska maj¹ poœredni lub bezpoœredni wp³yw na aktywnoœæ biosyntezyalkaloidów ³ubinowych [19]. Do takich czynników nale¿¹ przede wszystkim œwiat³o,kwasowoœæ gleby i wilgotnoœæ, temperatura i zawartoœæ sk³adników pokarmowychw glebie.


Pod wp³ywem œwiat³a w roœlinie zwiêksza siê ca³kowita zawartoœæ alkaloidów.Stwierdzono tak¿e, ¿e œwiat³o powoduje zmianê proporcji syntetyzowanych alka-loidów. Oznacza to, i¿ ta sama roœlina w ró¿nych warunkach œwietlnych biotopu mo¿emieæ ró¿n¹ zawartoœæ alkaloidów [2]. Tak¿e kwasowoœæ oraz wilgotnoœæ gleby maj¹wp³yw na zawartoœæ alkaloidów w roœlinie [2]. Ekstremalne temperatury (poni¿ej 10°Ci powy¿ej 30°C) podczas wzrostu ³ubinu podwy¿szaj¹ zawartoœæ tych zwi¹zków [2].

Podobny wp³yw ma tak¿e nadmiar lub niedobór sk³adników pokarmowychw glebie. Pod wp³ywem wysokiej dawki azotu mo¿na znacznie zwiêkszyæ ogóln¹zawartoœæ alkaloidów w ³ubinie. Dotyczy to równie¿ podwy¿szonego nawo¿eniapotasem i fosforem. Niedobór fosforu obni¿a ca³kowit¹ zawartoœæ alkaloidóww „s³odkich” odmianach ³ubinu. Natomiast niedobór potasu powoduje wzrost za-wartoœci tych zwi¹zków w „s³odkich” ³ubinach. Stwierdzono tak¿e, ¿e zarównoniedobór fosforu, jak i niedobór potasu nie maj¹ ¿adnego wp³ywu na zawartoœæalkaloidów w „gorzkich” odmianach ³ubinu. Takie mikroelementy jak B, Cu, Mo, Mnmaj¹ negatywny wp³yw na wzrost zawartoœci alkaloidów. Pojawienie siê w bioce-nozie ³ubinowej toksyn lub pierwiastków toksycznych (glin i metale ciê¿kie) wp³ywana wzrost zawartoœci alkaloidów [5].

Genetyczne uwarunkowania niskiej zawartoœci alkaloidów

Warunkiem wykorzystania ³ubinów w ¿ywieniu ludzi i zwierz¹t by³o wyhodowa-nie odmian o obni¿onej zawartoœci alkaloidów. Pierwsze formy, bêd¹ce przez wielelat Ÿród³em niskiej zawartoœci alkaloidów w hodowli ³ubinu ¿ó³tego i w¹skolistnegowyselekcjonowano na podstawie oceny smakowej w Niemczech w latach 30.W Polsce uznaje siê odmianê jako niskoalkaloidow¹, gdy ich zawartoœæ wynosiponi¿ej 0,1% suchej masy nasion. Norma przyjêta w Australii jest ostrzejsza – poni¿ej0,02%. Obecnie wykorzystuje siê chromatografiê gazow¹ do oceny zarówno ogólnejzawartoœci alkaloidów, jak i sk³adu jakoœciowego. Okaza³o siê, ¿e w dotychczasowejselekcji hodowlanej na obni¿on¹, ogóln¹ zawartoœæ alkaloidów dosz³o do niekontro-lowanych zmian sk³adu jakoœciowego. Na przyk³ad u odmian niskoalkaloidowych³ubinu w¹skolistnego wyraŸnie zmniejszy³a siê zawartoœæ angustifoliny, natomiastw niektórych odmianach ³ubinu ¿ó³tego pojawi³a siê gramina. Sugeruje to koniecz-noœæ badañ nad dziedziczeniem zawartoœci poszczególnych alkaloidów oraz w³¹cze-nia oceny sk³adu jakoœciowego do selekcji hodowlanej.

Nasiona odmian wysokoalkaloidowych wykorzystywane s¹ nadal, ale w nie-wielkim zakresie i tylko u ³ubinu w¹skolistnego (samopylny) – jako pokarm dla ryblub jako zielony nawóz na przyoranie do zasiewu s¹siaduj¹cych z lasami pól nara¿o-nych na zniszczenie przez zwierzynê. Zapotrzebowanie na nasiona dla tego kierunkuu¿ytkowania dwu odmian „gorzkich” (‘Karo’, ‘Mirela’) wynosi oko³o 10% ogólnejprodukcji nasiennej gatunku. Tu idea³em by³oby wyhodowanie odmian o wysokiejzawartoœci alkaloidów w zielonej masie, ale o niskoalkaloidowych nasionach.


Sugerowano tak¿e uprawê ³ubinów „gorzkich” dla ekstrakcji alkaloidów i ichwykorzystania do produkcji leków lub w rolnictwie, jako stymulatora wzrostui rozwoju roœlin. Poekstrakcyjn¹ œrutê mo¿na by wykorzystaæ w ¿ywieniu zwierz¹t.Jednak przez ponad 20 minionych lat nie stwierdzono zainteresowania tym kierun-kiem u¿ytkowania.

Dotychczasowe badania nad dziedziczeniem zawartoœci alkaloidów prowadzonoprzy wykorzystaniu prostych metod chemicznych, wykrywaj¹cych tylko obecnoœæalkaloidów lub ich ogóln¹ zawartoœæ. Badania te u uprawnych ³ubinów doprowadzi³ydo wykrycia pojedynczych genów, kontroluj¹cych nisk¹ zawartoœæ alkaloidów. Poni¿ejprzedstawiono, opisane w literaturze geny wraz z obni¿on¹ zawartoœci¹ alkaloidóww nasionach linii – dawcy genu [16, 25, 26]. Ze wzglêdu na ró¿ne lata badañ, oœrodkii linie bêd¹ce ich nosicielami oraz brak badañ nad allelizmem/identycznoœci¹ loci,niewiele wiadomo o wzajemnych zale¿noœciach i ewentualnym efekcie wspó³dzia³aniagenów ró¿nych loci.

£ubin w¹skolistny:� iuc (iucundus) – w linii 411 – 0,049% alkaloidów w suchej masie (s.m.) nasion,� es (esculentus) – w linii 415 – 0,106% alkaloidów w s.m. nasion,� dep (depressus) – w linii 14 – 0,01% alkaloidów w s.m. nasion.

£ubin ¿ó³ty:� dul (dulcis) – w linii 8 – 0,05% alkaloidów w s.m. nasion,� am (amoenus) – w linii 80 – 0,013% alkaloidów w s.m. nasion,� lib (liber) – w linii 102 – 0,01% alkaloidów w s.m. nasion,� obni¿ona zawartoœæ alkaloidów w linii V-351.

£ubin bia³y:� mit (mitis) – w linii 19,� pau (pauper) – w odmianach: ‘Kraffquell’, ‘Gela’, ‘Ultra’ – 0,02–0,05% alkaloi-

dów w s.m. nasion,� nut (nutricius) – w odmianie ‘Nahrquell’ – 0,1% alkaloidów w s.m. nasion,� red (reductus) – wystêpuje wœród gorzkich form ³ubinu bia³ego, pochodz¹cych

z basenu Morza Œródziemnego,� sua (suavis) – w linii pochodz¹cej z Palestyny,� exi (exiguus) – w linii pochodz¹cej z Wêgier,� tert (tertius) – w odmianie ‘Bia³y III’,� prim (primus) – w odmianie ‘Bia³y I’,� q (quintus) – w odmianie ‘Bia³y V’.

W najnowszych badaniach nad loci cech iloœciowych u ³ubinu w¹skolistnegozidentyfikowano przy wykorzystaniu markerów molekularnych kilka regionów ge-nomu warunkuj¹cych zawartoœæ alkaloidów [3]. W jednym z nich, oprócz g³ównegogenu iucundus, odpowiedzialnego za ogólny poziom zawartoœci alkaloidów wystêpu-j¹ najprawdopodobniej geny zwi¹zane z syntez¹ poszczególnych alkaloidów.


Literatura

[1] Aniszewski T. 2007. Alkaloid chemistry. W: Alkaloids – Secrets of Life. Alkaloid Chemistry, BiologicalSignificance, Applications and Ecological Role. Elsevier: 88–89, 98–99.

[2] Aniszewski T. 1995. Ekologiczna rola alkaloidów ³ubinowych. W: Postêpy w badaniach ³ubinu. PolskieTowarzystwo £ubinowe, Instytut Chemii Bioorganicznej, Poznañ: 9–31.

[3] Chudy M. 2010. Lokalizacja markerów zdefiniowanych sekwencyjnie i loci cech iloœciowych oraz mapowanieporównawcze genomu ³ubinu w¹skolistnego (Lupinus angustifolius L.). Praca doktorska wykonana w IGRPAN w Poznaniu.

[4] de Cortes Sánchez M., Altares P., Pedrosa M., Burbano C., Cuadrado C., Goyoaga C., Muzquiz M.,Jiménez-Martínez C., Dávila-Ortiz G. 2005. Alkaloid variation during germination in different lupin species.Food Chem. 90: 347–355.

[5] Gremigni P., Hamblin J., Harris D., Cowling W.A. 2003. The interaction of phosphorus and potassium withseed alkaloid concentrations, yield and mineral content in narrow-leafed lupin (L. angustifolius L.). Plant andSoil 253: 413–427.

[6] Hatzhold T., Elmadfa I., Gross R., Wink M., Hartmann T., Witte L. 1983. Quinolizidine alkaloids in seeds ofLupinus mutabilis. J. Agric. Food Chem. 31: 934–938.

[7] http://farmakognozja.farmacja.pl

[8] http://medycyna.linia.pl/alkaloid.html

[9] http://pl.wikipedia.org/wiki/alkaloidy

[10] http://vmc.org.pl/articles

[11] http://www.terrarium.com.pl/zobacz/alkaloidy-889.html

[12] Jasiczak J., Wysocka W., Skolik A. 1999. Matryca molekularna receptorów smaku gorzkiego w badaniachstruktury alkaloidów bis-chinolizydynowych. W: Na pograniczu chemii i biologii. Wyd. Naukowe UAM, tomIII: 503–527.

[13] Jasiczak J., Wysocka W., Skolik A. 2005. Reason of the bitter taste of lupin alkaloids. Polish J. of CommoditySci. (1)2, 13: 169–177.

[14] Jasiewicz B., Boczoñ W. 2003. Alkaloidy Bis-chinolizydynowe – struktura i w³aœciwoœci. W: Na pograniczuchemii i biologii. Wyd. Naukowe UAM, tom VIII: 199–206.

[15] Ko³odziejczyk A. 2003. Alkaloidy. W: Naturalne zwi¹zki organiczne. PWN: 360–361.

[16] Kurlovich B.L. 2002. Genetics of lupins. W: Lupinus – geography, classification, genetic resources andbreeding. Publishing house ,,Intan” St. Petersburg: 313–329.

[17] Lee M.J., Pate J.S., Harris D.J., Atkins C.A. 2007. Synthesis, transport and accumulation of quinolizidinealkaloids in Lupinus albus L. and Lupinus angustifolius L. J. of Exp. Bot. 58(5): 935–946.

[18] Lee S.T., Cook D., Panter K.E., Gardner D.L., Ralphs M.H., Motteram E.S., Pfister J.A., Gay C.C. 2007. Lupineinduced „crooked calf disease” in Washington and Oregon: identification of the alkaloid profiles in Lupinussulfureus, Lupinus leucophyllus, and Lupinus sericeus. J. Agric. Food Chem. 55: 10649–10655.

[19] Lubowicki R., Kotlarz A., Jaskowska I. 2005. Effect of cultivar and harvest year on the composition of yellowlupine seeds. J. of Animal and Feed Sci. 14(1): 373–376.

[20] Meeker J.E., Kilgore W.W. 1987. Identification and quantitation of the alkaloids of Lupinus latifolius. J. Agric.Food Chem. 35: 431–433.

[21] Muzquiz M., Burbano C. 2005. Bioactive compounds in Lupinus spp.: implications for nutrition and health.Proceedings of the 11th International Lupin Conference, Guadalajara, Jalisco, Mexico: 327–340.

[22] Rajnikant, Dinesh, Kamni. 2005. Weak C-H…O hydrogen bonds in alkaloids: An overview. Bull. Mater. Sci.28(3): 187–198.

[23] Señczuk W. 2005. Substancje toksyczne pochodzenia roœlinnego. W: Toksykologia wspó³czesna. Wydaw-nictwo Lekarskie PZWL, Warszawa: 809.

[24] Skolik A., Przyby³ A.K., Wysocka W. 2004. Relation between molecular structure and bitter taste intensity ofmultiflorine and its derivatives. Annals of the Polish Chemical Society 3(4): 107–110.

[25] Œwiêcicki W., Œwiêcicki W.K. 1995. Domestication and breeding improvement of narrow-leafed lupin(L.angustifolius L.). J. App.Genet. 36(2): 155–167.

[26] Œwiêcicki W., Rybczyñski J., Œwiêcicki W.K. 2000. Domestication and genetics of the yellow lupin (Lupinusluteus L.) and the biotechnological improvement of lupins. J.Appl. Genet. 41(1): 11–34.


[27] Technical report No.3. 2001. Lupin alkaloids in food. A Toxicological Review and Risk Assessment. AustraliaNew Zealand Food Authority: 3–20.

[28] Tei A., Wink M. 1999. Isolation and identification of quinolizidine alkaloids in lupinus by GLC-MS.Proceedings of the 9th International Lupin Conference, Klink/Müritz: 273–277.

[29] Wink M. 2005. Health promotinag activities of non-nutritional factors in lupins. Proceedings of the 11thInternational Lupin Conference, Guadalajara, Jalisco, Mexico: 308–319.

[30] Wink M. 1987. Quinolizidine alkaloids: biochemistry, metabolism and function in plants and cell suspensioncultures. Planta Medica 53(6):509–514.

[31] Wysocka W., W³odarczak J. 2003. Pochodne 13�-hydroksylupaniny jako agonisty do modelowania matrycymolekularnej receptora smaku gorzkiego. W: Na pograniczu chemii i biologii, tom IX: 19–27.

[32] Wysocka W., Skolik A. 2003. Indeks gorzkoœci alkaloidów ³ubinowych. W: Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 495:445–451.

[33] Zamora-Natera F., García-López P., Ruiz-López M., Herrera J.M., Rodríguez-Macias R., Pedrosa M.,Muizquiz M. 2008. Composition and alkaloid profile of Lupinus exaltatus ZUUC. during its development.Proceedings of 12th International Lupin Conference, Fremantle, Western Australia: 185–187.

Alkaloids and their importance in lupins

Key words: Lupinus, alkaloids

Summary

Alkaloids are organic compounds of plant origin. They are present in higher plants,mostly in species from Apocynaceae, Papaveraceae, Ranunculaceae and Solanaceae

families. They were detected also in fungi, Pteriodophyta and Gymnospermae. Over15000 alkaloids were revealed and described up to the end of XX c.

Alkaloids show a strong physiologic influence on human and animal organism.Their characteristic feature is that a low quantity gives medicinal effect but in higherconcentrations are strong poisons. In crops used as food or fodder are considered as socalled antinutritional compounds. Introduction of the lupin crops to diet depends ondecrease of alkaloid content in their cultivars due to their harmfulness and bitter taste.Quinolizidine alkaloids are the most numerous in lupins, but also dipiperidine andindolyl compounds are present. So called major and minor alkaloids are characteristicfor different lupin species. For example major alkaloids of narrow leafed lupin are13-hydroxylupanine, lupanine and sometimes angustifoline, whereas lupinine,sparteine and sometimes gramine are present in yellow lupin seeds.

Alkaloid content in lupins is genetically controlled but some environmental fac-tors (light, soil pH and moisture content, temperature or mineral compounds) also in-fluence their biosynthesis. Alkaloid content in seeds of wild lupins can reach severalper cent of dry matter, but in cultivars their content was decreased below 0.005%.Such a decrease was possible thanks to a progress in analytical techniques and reveal-ing genes responsible for a low content of these compounds.


Zastosowanie oceny cyklu ¿yciaw badaniach zwi¹zanych z produkcj¹ biomasy

na cele energetyczne

Magdalena Borzêcka-Walker

Instytut Uprawy Nawo¿enia i Gleboznawstwa – Pañstwowy Instytut Badawczy w Pu³awach

Czartoryskich 8, 24-100 Pu³awy

[email protected]

S³owa kluczowe: Ocena Cyklu ¯ycia (LCA), biomasa, roœliny energetyczne

Wstêp

Zast¹pienie paliw kopalnych biomas¹ podczas wytwarzania energii jest wa¿n¹strategi¹ promowan¹ przez Uniê Europejsk¹ maj¹c¹ na celu zmniejszenie efektucieplarnianego oraz zwiêkszenie bezpieczeñstwa dostaw i zró¿nicowanie Ÿróde³energii [12, 13]. Ze wzglêdu na wci¹¿ tocz¹c¹ siê w œwiecie nauki dyskusjê na tematpozytywnego i negatywnego wp³ywu biomasy na œrodowisko coraz wiêkszym zainte-resowaniem cieszy siê wykorzystanie analizy cyklu ¿ycia (Life Cycle Assessment,LCA) w badaniach dotycz¹cych biopaliw. Ceniony autorytet, laureat nagrody Nobla,profesor Paul J. Crutzen [6] wskaza³, ¿e ocenê skutków œrodowiskowych produkcjii wykorzystania biopaliw mo¿na uzyskaæ jedynie poprzez zastosowanie analizy cyklu¿ycia. Postulat ten zosta³ uwzglêdniony w prawodawstwie stanowionym przez Parla-ment Europejski, który w dyrektywie o promocji stosowania energii z odnawialnychŸróde³ (2009/28/EC) nak³ada obowi¹zek przeprowadzenia oceny cyklu ¿ycia dlabiopaliw p³ynnych.

Biomasa to najstarsze, naturalne dla œrodowiska, i najszerzej wspó³czeœnie wyko-rzystywane odnawialne Ÿród³o energii. Jej najwiêksz¹ zalet¹ jest ujemny bilans emisjiekwiwalentu dwutlenku wêgla (CO2), uwalnianego podczas spalania biomasy, a tak¿eni¿sza ni¿ w przypadku paliw kopalnych emisja dwutlenku siarki (SO2), tlenkówazotu (NOx) i tlenku wêgla (CO) [12, 13]. Paliwa produkowane z biomasy mog¹ byæwykorzystywane do produkcji ciep³a, energii elektrycznej lub do produkcji paliwtransportowych. W Unii Europejskiej 92% pozyskiwanej biomasy wykorzystywanejest do produkcji ciep³a, 7% do produkcji energii elektrycznej, a tylko 1% do


wytwarzania paliw transportowych [16]. Za wykorzystaniem biomasy jako odna-wialnego Ÿród³a energii przemawiaj¹ aspekty ekologiczne – g³ównie zamkniêty obiegCO2 w porównaniu z paliwami kopalnymi.

Ocena cyklu ¿ycia jest narzêdziem zarz¹dzania wykorzystywanym do komplek-sowych ocen oddzia³ywañ na œrodowisko, obejmuj¹c wszystkie etapy zwi¹zanez procesem produkcji. Wskazówki oraz zasady przeprowadzania analiz LCA zawartes¹ w standardach zarz¹dzania jakoœci¹ i œrodowiskiem (ISO 14040) wprowadzanychprzez Miêdzynarodow¹ Komisjê Normalizacyjn¹ (ISO). W krajach Europy Zachodniejbadania LCA prowadzone s¹ w du¿ym zakresie, natomiast w Polsce na niewielk¹ skalêi jak na razie nie by³y stosowane w naukach rolniczych. Do wiod¹cych europejskichoœrodków naukowych stosuj¹cych analizy LCA do oceny biomasy jako Ÿród³a energiinale¿¹: Szwajcarska Stacja Doœwiadczalna Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART)«http://www.agroscope.admin.ch/aktuell/index.html?lang=en», Centrum Badañ Ko-misji Europejskiej (JRC) «http://ec.europa.eu/dgs/jrc/index.cfm», austriackie Joan-neum Research «http://www.joanneum.at/», jak równie¿ firmy konsultingowe, takie jakESU-services Ltd. «http://www.esu-services.ch/cms/index.php».

Narzêdzia oraz bazy danych

Istnieje wiele programów komputerowych wykorzystywanych do analiz LCA[7].Programy te s¹ aktualizowane na podstawie wyników badañ naukowych. Do najpo-pularniejszych nale¿¹: GaBi, GEMIS, GREET oraz SimaPro7.0. Aby szybko tworzyæi analizowaæ modele produkcji opracowano przejrzyste, wysokiej jakoœci, powszech-nie akceptowane bazy danych dla wiêkszoœci popularnie stosowanych materia³ówi procesów.

Najwiêksz¹ baz¹ danych jest Ecoinvent. Baza ta, w aktualnie dystrybuowanejwersji (v.2.1), zawiera spójne cykle ¿ycia dla ponad 4000 procesów produkcji z dzie-dziny rolnictwa. Do najwa¿niejszych nale¿¹: zaopatrzenie w energiê, transport, bio-paliwa, biomateria³y, materia³y budowlane i chemiczne, technologie teleinformatycz-ne, jak równie¿ przetwarzanie odpadów. Baza danych tworzona jest w Ecoinvent Cen-tre przy wspó³pracy specjalistów z poszczególnych dziedzin nauki. Dane agrotech-niczne wykorzystywane w szacunkach LCA opracowuje Szwajcarska Stacja Do-œwiadczalna Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART) i ESU-services Ltd. Stacja ARTtworzy w³asn¹ bazê danych Swiss Agricultural Life Cycle Assessment – SALCA,która dostêpna jest równie¿ jako komponent bazy Ecoivent v2.1. SALCAzawieraj¹c¹ponad 1000 procesów produkcji dotycz¹cych uprawy roœlin. ESU-services Ltd.tworzy bazê danych (esu-services database) dotycz¹cych miêdzy innymi produkcjibiopaliw.

50 M. Borzêcka-Walker

Podstawowe za³o¿enia

Mimo ¿e nie ma jednej œciœle okreœlonej metodyki prowadzenia analiz LCA dlabiopaliw, pe³na analiza powinna obejmowaæ cztery fazy zgodnie z zasadami ujêtymiw ISO PN-EN 14040:� definicja celu i zakresu, okreœlenie zasad i struktury – PN-EN ISO 14041 (Goal and

Scope Definition):� analiza zbioru wejœæ i wyjœæ – PN-EN ISO 14041 (LCI – Life Cycle Inventory);� ocena wp³ywu cyklu ¿ycia – PN-EN ISO 14042 (LCIA – Life Cycle Impact

Assessment);� interpretacja wyników – PN-EN ISO 14043 (Life Cycle Interpretation) [16].

Wed³ug metodyki opracowanej przez Society of Environmental Toxicology andChemistry (SETAC), podczas LCAuwzglêdnia siê 14 kategorii wp³ywu na œrodowis-ko, z czego w badaniach nad wykorzystaniem roœlin w produkcji biopaliw najczêœciejanalizuje siê:� Efekt cieplarniany, czyli atmosferyczn¹ absorpcjê promieniowania prowa-

dz¹c¹ do wzrostu globalnej temperatury [1, 17], u¿ywany do wyra¿enia wp³y-wu emisji GHG z u¿ytków rolnych [4] wyra¿any w ekwiwalencie CO2.

� Zakwaszenie, które jest szacowane poprzez sumowanie zanieczyszczeñ powietrzaw postaci dwutlenku siarki (SO2), tlenku azotu, chlorowodoru (HCL) oraz amo-niaku (NH3) [1, 17], wyra¿ane w ekwiwalencie SO2.

� Eutrofizacjê, która jest procesem wzbogacania œrodowiska w substancje pokar-mowe (biogeny) g³ównie zwi¹zkami fosforu i azotu powoduj¹c zmniejszenieiloœci tlenu w wodzie lub glebie [1, 17].

� Wykorzystanie terenu (land use), które zaliczane jest do kategorii maj¹cej naj-wiêkszy wp³yw na ca³kowity cykl produkcji biopaliw. Emisje zwi¹zane z wyko-rzystaniem powierzchni nie tylko dotycz¹ zajmowanego area³u, ale g³ówniekosztów emisyjnych zwi¹zanych z jego przekszta³ceniem [1, 4]. Za przyk³ad mo¿es³u¿yæ proces przekszta³cenia terenów lesistych na u¿ytki orne, który powodujeemisjê wêgla rzêdu 0,6 t C ha–1 r–1 czy te¿ przekszta³cenie terenów zielonych nau¿ytki orne – emisja wêgla od 1 do 1,7 t C ha–1 r–1 [11].

Zmiennoœæ wyników

Metoda Oceny Cyklu ¯ycia stworzona zosta³a dla przemys³u, gdzie iloœæ procesówjest ograniczona i przebieg ich mo¿na kontrolowaæ; nie jest to mo¿liwe w badaniachbiologicznych (œrodowiskowych). Ze wzglêdu na brak uszczegó³owienia procedurpostêpowañ analitycznych publikowane rezultaty badañ s¹ bardzo zró¿nicowane,zw³aszcza pod wzglêdem ogólno metodycznym. Ró¿nice te wynikaj¹ z zmiennychza³o¿eñ dotycz¹cych efektywnoœci procesów, inwentaryzacji danych [8], jak równie¿

Zastosowanie oceny cyklu ¿ycia … 51

metod szacowania emisji gazów cieplarnianych z produkcji nawozów oraz z za³o¿eñdo obróbki produktów ubocznych w fazie konwersji [23]. Wiele cykli ¿ycia jestniekompletnych, pomijaj¹ one pewne komponenty ³añcucha produkcji, które to s¹istotne dla przeprowadzenia rzetelnej oceny zrównowa¿enia biopaliw [8]. BadaniaLCA zazwyczaj uwzglêdniaj¹ emisje bezpoœrednie (uprawa roœlin, transport) nato-miast emisje poœrednie, wynikaj¹ce np. z przekszta³cenia systemu u¿ytkowaniagruntów, s¹ czêsto pomijane ze wzglêdu na brak danych [25]. Dlatego te¿ podczasinterpretacji wyników ró¿nych analiz dotycz¹cych jednego produktu, wystêpuj¹problemy przy porównywaniu poszczególnych kategorii, np. efektu cieplarnianego,zakwaszenia (mno¿niki, analizy porównawcze) czy oddzia³ywania na zdrowie cz³o-wieka [3]. Przegl¹d oko³o 60 analiz LCA przeprowadzonych przez: Miêdzynarodow¹Agencjê Energii (IEA – International Energy Agency) oraz Program ŒrodowiskowyOrganizacji Narodów Zjednoczonych (UNEP – United Nations EnvironmentProgramme) potwierdza szerok¹ rozbie¿noœæ bilansu GHG dla wielu rodzajówbiopaliw [23]. Rozbie¿noœci te prezentowane s¹ równie¿ w Raporcie OECD [9] gdzieautorzy podaj¹, ¿e etanol wyprodukowany z ziarna mo¿e przyczyniæ siê do oszczêd-noœci GHG w ekwiwalencie CO2 rzêdu 30–60% natomiast z kukurydzy rzêdu20–50%. W przypadku biodisla z oleju roœlinnego bilans GHG waha siê w granicach40–55%. Dodatkowy problem mo¿e stanowiæ ró¿norodnoœæ jednostek miary stoso-wanych do opisywania energii oraz bilansu GHG, co znacz¹co utrudnia porówny-wanie wyników, a nawet mo¿e to uniemo¿liwiæ [8].

Analiza zbioru wejœæ i wyjœæ – inwentaryzacja danych

Analiza zbioru wejœæ i wyjœæ jest drug¹ faz¹ LCA. Obejmuje ona proces groma-dzenia danych i analizê zbioru wejœæ (wejœcia ze œrodowiska, technosfery) i wyjœæ(odpady, emisje) [19, 25]. Faza inwentaryzacji przy ocenie cyklu ¿ycia biopaliwobejmuje ca³y proces produkcji biomasy, czyli uprawê roœlin, ich zbiór, transport,procesy przemian przemys³owych oraz emisje z koñcowego spalania p³ynnegopaliwa, w zwi¹zku z tym analiza ta jest bardzo z³o¿ona i pracoch³onna.

Ocena wp³ywu cyklu ¿ycia na œrodowisko

Badania wskazuj¹, ¿e w przypadku wiêkszoœci biopaliw mo¿na osi¹gn¹æ kompro-mis miêdzy minimalizacj¹ emisji gazów cieplarnianych (GHG), a uzyskaniem pozy-tywnej równowagi ekologicznej. Emisja gazów cieplarnianych mo¿e byæ zmniej-szona o wiêcej ni¿ 30% w przypadku niektórych biopaliw. Z analizy LCA przepro-wadzonej dla uprawy wierzby przeznaczonej na produkcjê elektrycznoœci wewspó³spalaniu z wêglem czy te¿ u¿ywanej jako podstawowe Ÿród³o energii wynika, ¿eu¿ycie biomasy prowadzi do znacznego obni¿enia niekorzystnego wp³ywu na œro-


dowisko w porównaniu z tradycyjnymi elektrowniami [12]. Jungbluth i in. [17]wykazali pozytywny wp³yw wiêkszoœci stosowanych biopaliw na œrodowisko. Ana-lizy LCA udowodni³y równie¿, ¿e w niektórych przypadkach produkcja energiiz biomasy jest bardziej uci¹¿liwa dla œrodowiska ni¿ jej produkcja metodami konwen-cjonalnymi z paliw kopalnych [25].

Kolejnym wa¿nym aspektem produkcji energii z biomasy rolniczej jest redukcjaemisji niemetanowych lotnych zwi¹zków organicznych (NMVOC) poprzez wybra-nie korzystnych rodzajów zasobów biomasy do produkcji biopaliw [17].

Zapotrzebowanie na paliwo p³ynne zaczyna przewy¿szaæ mo¿liwoœci jego dostar-czania ze Ÿróde³ kopalnych i dlatego rosn¹cym zainteresowaniem ciesz¹ siê biopaliwap³ynne takie jak etanol oraz biodisel produkowane z biomasy roœlinnej [14]. Biomasaroœlinna jako Ÿród³o p³ynnego paliwa wykorzystywanego w transporcie jest na du¿¹skalê propagowana jako droga do niezale¿noœci energetycznej. Jest równie¿postrzegana jako czynnik pozytywnie wp³ywaj¹cy na ograniczenie zmian klimatycz-nych [24]. Jednak ten pozytywny efekt jest redukowany przez du¿e zu¿ycie nawozówsztucznych oraz stosowanie „ciê¿kich” maszyn przy uprawie i zbiorze [1, 22].Istotnym czynnikiem mog¹cym ograniczyæ negatywny wp³yw uprawy zbó¿ na ocie-plenie klimatu jest termin oraz iloœæ stosowanych nawozów ukierunkowanych nazwiêkszenie zawartoœci bia³ka w ziarnie. Zbo¿a o mniejszej zawartoœci bia³ka w ziar-nie, a wiêkszej cukrów, s¹ po¿¹dane ze wzglêdu na wy¿sz¹ efektywnoœæ przetwa-rzania w procesach przemys³owych [22]. Brentrup i in. [4] podaj¹, ¿e w przypadkuuprawy pszenicy efekt cieplarniany powodowany przez tonê ziarna wzrasta prawieliniowo wraz ze wzrostem nawo¿enia azotem. W przypadku produkcji roœlin nabiomasê u¿ycie nawozów jest ni¿sze, a co za tym idzie wp³yw na potencja³ ociepleniaklimatu jest mniejszy.

W Polsce zakwaszenie gleb jest od kilkudziesiêciu lat jednym z najpowa¿niej-szych problemów rolnictwa. Zgodnie z indeksem ¿yznoœci gleby czynnik ten najbar-dziej ogranicza produkcjê rolnicz¹ [10]. Wa¿na jest wiêc dba³oœæ o niestwarzaniedodatkowych zagro¿eñ i próba wyboru upraw roœlin maj¹cych ma³y wp³yw na têcechê gleby. Zaobserwowano, ¿e emisja NO2 i NH4 z gleby oraz produkcji nawozówsztucznych maj¹ bardzo istotny wp³yw na zakwaszenie [2]. Wraz ze wzrostemintensyfikacji uprawy pszenicy wzrasta udzia³ emisji NH3 w ca³kowitym zakwa-szeniu, a zmniejsza siê znaczenie SO2 i NOx [4]. U¿ycie bioetanolu jako paliwa domaszyn wykorzystanych w uprawie roœlin, mo¿e obni¿yæ zakwaszenie œrodowiskao 1–2% [2].

Intensyfikacja i rozwój rolnictwa, a tak¿e jego chemizacja, w du¿ym stopniuwp³ywa na eutrofizacjê wód. Produkcja etanolu z ziarna zbó¿ ma niekorzystny wp³ywna eutrofizacjê wód, ze wzglêdu na stosowanie du¿ej iloœci nawo¿enia [1]. Bernessoni in. [2] podaj¹, ¿e najwiêkszy wp³yw na eutrofizacjê mia³y emisje z gleby (ponad 70%),istotny wp³yw ma równie¿ u¿ycie maszyn, jak równie¿ produkcja nawozów sztucz-nych. U¿ycie bioetanolu w uprawie roœlin, dodatkowo obni¿a eutrofizacjê o 1–2%.


Podsumowanie

Z badañ LCA wynika, ¿e aby uzyskaæ energiê bardziej przyjazn¹ œrodowiskunale¿y rozwijaæ zagadnienia zwi¹zane z rolnictwem precyzyjnym, stosowaæ nawo-¿enie zgodnie z wymaganiami roœlin w celu zmniejszenia wyp³ukiwania NO3,,stosowaæ wolno rozk³adaj¹ce siê nawozy azotowe w celu zmniejszenia zakwaszeniai eutrofizacji, jak równie¿ udoskonaliæ technologie produkcji nawozów w celuzmniejszenia emisji N2O powoduj¹cych ocieplenie klimatu. Badania nad mo¿liwoœ-ci¹ wykorzystania biomasy w Polsce s¹ coraz bardziej popularne [5, 15, 20, 21], doœædobrze poznane s¹ mo¿liwoœci oraz techniki uprawy. Jednak¿e odczuwalne s¹ brakiw badaniach nad wp³ywem uprawy oraz przetwarzania roœlin energetycznych na œro-dowisko. Wa¿ne jest wiêc zintensyfikowanie badañ nad zastosowaniem LCAw bada-niach rolniczych. Nale¿y równie¿ pamiêtaæ o wymaganiach stawianych przez UniêEuropejsk¹ (Dyrektywa 2009/28/EC).

Litertura

[1] Auer S., Haulio m., Lekawska L., Sonnleitner M. 2006. Ethanol vs. Biogas used as car fuels. LCA study in1N1800 Life Cycle Assessment (pdf).«http://www.infra.kth.se/fms/utbildning/lca/proects%202006/Group%2010%20(Biofuels%20in%20cars).pdf».

[2] Bernesson S., Nilsson D., Hansson P. 2006. A limited LCA comparing large- and small-scale production ofethanol for heavy engines under Swedish conditions. Biomass bioenergy 30: 46–57.

[3] Blottnitz H., Curran M.A. 2007. A review of assessment conducted on bio-ethanol as a transportation fuel froma net energy, greenhouse gas, and environmental life cycle perspective. J. of Cleaner Production 15: 607–619.

[4] Brentrup F., Küsters J., Lammela J., Barraclough P,. Kuhlmann H. 2004: Environmental impact assessment ofagricultural production systems using the life cycle assessment (LCA) methodology II. The application to Nfertilizer use in winter wheat production systems. Europ. J. Agronomy 20: 265–279.

[5] Budzyñski W., Szczukowski S., Tworkowski J. 2009. Wybrane problemy z zakresu produkcji roœlinnej na celeenergetyczne I Kongres Nauk Rolniczych. Nauka Praktyce. Pu³awy: 77–88.

[6] Crutzen P. J., Mosier A. R., Smith K. A., Winiwarter W. 2007. N2O release from agrofuel production negatesglobal warming reduction by replacing fossil fuels. Atmos. Chem. Phys. 7: 11191–11205.

[7] Curran 2008. Life Cycle Assessment 101.«http://www.epa.gov/osw/rcc/resources/meetings/rcc-2008/sessions/plenary/life/curran.pdf».

[8] Davis S. C., Anderson-Teixeira K.J., DeLucia E.H. 2009. Life-cycle analysis and ecology of biofuels. Trends inPlant Science 14; 3: 140–146.

[9] Economic Assessment of Biofuel Support Policies. Summary of OECD Report Directorate for Trade andAgriculture Press Conference, Paris, 16 July, 2008 «http://www.oecd.org/dataoecd/54/10/40990370.pdf».

[10] Filipek T., Fotyma M., Lipiñski W. 2006. Stan, przyczyny i skutki zakwaszenia gleb ornych w Polsce. Nawozyi Nawo¿enie 2(27): 7–38.

[11] Freibauer A., Rounsevell M.D.A., Smith P., Verhagen J. 2004. Carbon sequestration in the agricultural soils ofEurope. Geoderma 122: 1–23.

[12] Heller M.C., Keoleian G.A., Mann M.K., Volk T.A. 2004. Life cycle energy and environmental benefits ofgenerating electricity from willow biomass. Biomass and Bioenergy 29: 1023–1042.

[13] Heller M.C., Keoleian G.A., Volk T. A. 2003. Life cycle assessment of willow bioenergy cropping system.Biomass and Bioenergy 25: 147–165.

[14] International Energy Agency. Paris: IEA/OECD, 2003 Energy Policies of IEA Countries. IEA statistics-renewableinformation. Review. «http://www.iea.org/texbase/nppdf/free/2000/compemdium_2003.pdf».

[15] Jadczyszyn J., Faber A., Zaliwski A., 2008: Wyznaczanie obszarów potencjalnie przydatnych do uprawywierzby i œlazowca pensylwañskiego na cele energetyczne w Polsce. Studia i Raporty IUNG-PIB 11: 55–65.


[16] Janowicz L. 2006. Biomasa w Polsce. Energetyka 8: 601–604.[17] Jungbluth N., Frischknecht R., Faist Emmenegger M., Steiner R., Tuchschmid M., Schmutz S. 2007. Life Cycle

Assessment of BTL-fuel production: Final Report. Deliverable: D 5.2.15., ESU-services Ltd., Uster.«http://www.esuservices.ch/fileadmin/download/jungbluth-2007-Del_5_2_15-LCA-FinalReport.pdf».

[18] Kalstschmitt M., Reinhardt G.A., Stelzer T. 1997. Life Cycle Analisis of biofuels under different environmentalaspects. Biomass and Bienergy 12: 121–137

[19] Kowalski Z., Kulczycka J., Góralczyk M. 2007. Ekologiczna ocena cyklu ¿ycia procesów wytwórczych (LCA).Wydawnictwo Naukowe PWN: 143 ss.

[20] Kuœ J., Faber A., 2009: Produkcja roœlinna na cele energetyczne a racjonalne wykorzystanie rolniczejprzestrzeni produkcyjnej Polski. I Kongres Nauk Rolniczych . Nauka Praktyce. Pu³awy: 63–75.

[21] Kuœ J., Faber A., 2007: Alternatywne kierunki rozwoju produkcji rolniczej. Studia i Raporty IUNG-PIB 7:139–149.

[22] Rosenberger A., Kaul H.-P., Seen T., Aufhammer W. 2001. Improving the energy balance of bioethanolproduction from winter cereals: the effect of crop production intensity. Applied Energy 68: 51–67.

[23] Sims T., Taylor M., Saddler J., Mabee W. 2008. From 1st to 2nd generation biofuel technologies. IEABioenergy. <http://www.ftconferencs.com/userfiles/file/Berndes%20Goran_2nd_generation_Biofuels.pdf».

[24] The Royal Society 2008. Sustainable biofuels: Prospects and Challenges. The clyvedon Press W:«http://royalsociety.org/displaypagedoc.asp?id=28914».

[25] Zah R., Böni H., Gauch M., Hischier R., Lehmann M. Wäger P., 2007. Life Cycle Assessment of energy production:environmental assessment biofuels. Materials Science and Technology. Federal Office for Energy (BFE), Bern«http://www.bfe.admin.ch/dokumentation/energieforschung/index.html?lang=en&publication=9146».

Life cycle assessment applicationin biomass production for energy purposes

Key words: Life Cycle Assessment, biomass, biocrops

Summary

Life cycle assessment is a new technique in assessing environmental risks associ-ated with production. LCA can be used to estimate the impact of bioenergy crops onthe environment. The main goal of the LCAmethod is to demonstrate all the factors as-sociated with the product that can have an impact on the environment. LCA researchshows that in order to obtain more environmentally-friendly energy there has to bea development of certain procedures, and these include fertilizer use in accordance tothe requirements of plants in order to reduce NO3 leaching. There may also be the de-ployment of nitrogen applications to reduce acidification and eutrophication as well asimproved technology in the production of fertilizers to reduce N2O emissions thatcause global warming.


Zagadnienia ugniatania glebyw œwietle XVIII konferencji Miêdzynarodowej

Organizacji Badañ Uprawy Gleby (ISTRO)w Turcji (15–19 VI 2009 r.)

Jerzy Buliñski1, Zbigniew Majewski

2

1Katedra Maszyn Rolniczych i Leœnych, Wydzia³ In¿ynierii Produkcji

2Katedra Organizacji i In¿ynierii Produkcji, Wydzia³ In¿ynierii Produkcji

Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego

ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa

e-mail:

S³owa kluczowe: technologie uprawy, ugniatanie gleby, konferencja ISTRO

Wstêp

XVIII Konferencja naukowa zatytu³owana „Zrównowa¿one rolnictwo” pod pa-tronatem Miêdzynarodowej Organizacji Badañ Uprawy Gleby (International SoilTillage Research Organization – ISTRO) zorganizowana przez Katedrê MaszynRolniczych Wydzia³u Rolniczego Uniwersytetu Ege w Izmirze (Turcja) odby³a siêw dniach 15–19 czerwca 2009 roku. W konferencji wziêli udzia³ naukowcy i przed-stawiciele instytucji naukowo-badawczych z ca³ego œwiata. Zg³oszone na Konfe-rencjê materia³y przedstawiono w formie referatów i posterów. Materia³y podzielonona 8 sekcji tematycznych:T1 – Uprawa konserwuj¹ca, siew bezpoœredni i zastosowania systemu bezuprawowego;T2 – Zrównowa¿one gospodarowanie lasem;T3 – Rekultywacja terenów zdegradowanych;T4 – Ugniatanie gleby: przyczyny, skutki i ograniczanie;T5 – Dynamika gleby i w³aœciwoœci trakcyjne;T6 – Gospodarowanie gleb¹ jako narzêdzie ograniczania erozji, wymywania sk³adni-

ków pokarmowych i emisji gazów cieplarnianych;T7 – Produkcja biopaliw;T8 – Jakoœæ biologiczna i stan gleby.

Udzia³ tematów w poszczególnych sekcjach przedstawia rysunek 1.


Porównuj¹c przedstawione na rysunku liczbowe udzia³y wyst¹pieñ w poszcze-gólnych sekcjach mo¿na zauwa¿yæ, ¿e prawie 90% poruszanych tematów by³opoœwiêconych zagadnieniom dba³oœci o stan gleby, jako oœrodka wzrostu i rozwojuroœlin. Szczególne zainteresowanie wœród zg³oszonych tematów budzi³y problemyuprawy bezorkowej i ugniatania gleby. Zagadnienia te w pewnym stopniu siê prze-nikaj¹, albowiem jedna z koncepcji zmniejszenia skutków ugniecenia gleby dotyczytechnologii uwzglêdniaj¹cej zmniejszenia udzia³u zabiegów uprawowych, w tymca³kowite wyeliminowanie orki. Przyjmuj¹c pewne uogólnienia, prezentowan¹ tema-tykê referatów mo¿na podzieliæ na 4 zakresy problemowe:� zmiany w³aœciwoœci gleby pod wp³ywem ugniatania;� wp³yw systemów uprawy, zabiegów technologii prac polowych na w³aœciwoœci

gleby i warunki rozwoju roœlin;� wp³yw parametrów techniczno-eksploatacyjnych agregatów ci¹gnikowych na

ugniatanie gleby;� metody okreœlania i prognozowania zmian stanu gleby.

Zmiany w³aœciwoœci gleby pod wp³ywem ugniatania

Wp³yw intensywnych zabiegów w zmechanizowanych technologiach prac polo-wych na degradacjê gleby jest uznawany za problem o ogólnoœwiatowym zasiêgu.Waga tego problemu roœnie wraz ze wzrostem masy poruszaj¹cych siê po poluagregatów rolniczych i du¿¹ czêstotliwoœci¹ wykonywanych przejazdów, zw³aszczaw niekorzystnych warunkach glebowych.

58 J. Buliñski, Z. Majewski

7 9 107

2016

63

36

0

10

20

30

40

50

60

70

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

Sekcje tematyczne

Liczbareferatów

Rysunek 1. Zestawienie liczby wyst¹pieñ w poszczególnych sekcjach konferencji [Ÿród³o: opr.w³asne na podst. mat. konf.]

Du¿e znaczenie dla zakresu zmian zachodz¹cych w glebie, ma czas oddzia³y-wania naprê¿eñ na rozpatrywan¹ warstwê gleby. Badania Reicherta i in. [19] doty-cz¹ce zmian mechanicznych w³aœciwoœci 3 ró¿nych gleb, o ró¿nym systemie u¿ytko-wania, poddanych testom obci¹¿enia zró¿nicowanym pod wzglêdem czasu trwania(600 i 7200 s) w 4 poziomach warstwy uprawowej pola (0,0–0,07 m, 0,10–0,15 m,0,25–0,30 m i 0,40–0,45 m) wykaza³y, ¿e gleby gliniaste s¹ bardziej podatne naugniatanie i zmiany w³aœciwoœci strukturalnych. Stwierdzono, ¿e przewodnoœæ hy-drauliczna gleby by³a parametrem najbardziej podatnym na zmiany wynikaj¹cez pogorszenia siê struktury gleby pod wp³ywem ugniatania, natomiast przepusz-czalnoœæ powietrzna, porowatoœæ i gêstoœæ gleby zmienia³y siê w stopniu statys-tycznie nieistotnym. Stwierdzono, ¿e na glebach o wiêkszej zawartoœci piasku,trwa³oœæ struktury w warunkach d³ugookresowego braku zabiegów uprawowychw stosowanych technologiach by³a zbli¿ona do stanu typowego dla u¿ytków zielo-nych z wypasem byd³a.

Nowoczesne zmechanizowane rolnictwo charakteryzuje siê du¿ymi nak³adamienergii mechanicznej przekazywanej do gleby podczas przejazdów agregatów rolni-czych i w trakcie wykonywania prac polowych. Mo¿e to znaleŸæ odzwierciedleniew postaci niekorzystnych zmian struktury gleby i jej oddzia³ywaniu na warunkirozwoju roœlin [4]. Prowadzone w tym zakresie badania na piasku gliniastym mia³y nacelu porównanie w³aœciwoœci gleby na obiektach: ugniatanym, spulchnianym przyu¿yciu maszyny rotacyjnej i obiekcie kontrolnym, bez zabiegów. Oddzia³ywaniemechaniczne by³o zwi¹zane z zabiegami nawo¿enia mineralnego lub organicznego.W³aœciwoœci gleby na poletkach badawczych okreœlano poprzez pomiary zawartoœciwêgla organicznego, masy mikrobiologicznej, retencji wodnej, przepuszczalnoœcipowietrznej, dyfuzji gazu. Stwierdzono, ¿e nawo¿enie organiczne zwiêksza³o poziomwêgla organicznego w glebie i biomasy mikrobiologicznej. Gleba na obiektachnawo¿onych organicznie charakteryzowa³a siê wiêksz¹ porowatoœci¹, ni¿ na obiek-tach z nawo¿eniem mineralnym. Dzia³ania ugniataj¹ce usuwa³y te ró¿nice, zmniej-sza³y pojemnoœæ porów powietrznych przepuszczaj¹cych powietrze na zasadziekonwekcji lub dyfuzji. Dzia³ania z u¿yciem maszyny rotacyjnej powodowa³y, ¿epoziom mierzonych parametrów by³ zbli¿ony do uzyskiwanego na obiekcie bezupra-wowym. Wed³ug Penga i in. [18] mechaniczne naprê¿enia pochodz¹ce od kó³ci¹gnika oraz narzêdzi i maszyn rolniczych nie zmieniaj¹ objêtoœci porów najmniej-szych, elastycznych, lecz efekt ich dzia³ania dotyczy g³ównie makroporów, o sztyw-nej budowie. W glebach pêczniej¹cych, objêtoœæ porów elastycznych nie zale¿y odmechanicznych naprê¿eñ powstaj¹cych w wyniku nawil¿ania, podczas gdy czêœæmakroporów o sztywnej budowie, o œrednicy odpowiadaj¹cej potencja³owi wodnemupowy¿ej 30 kPa ulega zagêszczeniu.

Stosowane systemy uprawy powinny uwzglêdniaæ poprawê w³aœciwoœci gleby,poprzez utrzymanie na odpowiednim poziomie wa¿nych ze wzglêdów ekologicznychparametrów, zwi¹zanych z przemieszczaniem siê powietrza i wody w glebie.

Zagadnienia ugniatania gleby … 59

Systemy wykonywania zabiegów polowych powinny uwzglêdniaæ równie¿ miej-scowe uwarunkowania terenu. Wzrost powierzchni uprawy i zwi¹zanych z tym zabie-gów mechanicznych w coraz wiêkszym stopniu dotyczy równie¿ terenów pagórko-watych o ró¿nym stopniu nachylenia sk³onu. Przeprowadzone badania [23] nad wp³y-wem uprawy wykonywanej na terenie o nachyleniu 8% i na p³askim na niektórew³aœciwoœci fizyczne gleby wykaza³y, ¿e na sk³onach o nachyleniu 8% uzyskano istotnepogorszenie w³aœciwoœci warstwy uprawnej pod wzglêdem zawartoœci wêgla organicz-nego, struktury gruboziarnistej, stabilnoœci agregatów, gêstoœci i zwiêz³oœci gleby.Pogorszenie w³aœciwoœci fizycznych gleby niekorzystnie wp³ywa³o na jej funkcje,pogarszaj¹c stosunki powietrzno-wodne. Najwiêksze ró¿nice stwierdzono w miêdzy-rzêdziach roœlin w warstwach podpowierzchniowych (0–10 i 10–30 cm).

Zawartoœæ wody w glebie mo¿e istotnie wp³ywaæ na przenoszenie naprê¿eñ w g³¹bwarstw profilu. W badaniach Lamandé i Schjønninga [10] dotycz¹cych zmian piono-wych naprê¿eñ powstaj¹cych pod ko³em (800/50R34) obci¹¿onym si³¹ 60 kN (ciœnieniew oponie 100 kPa), przeprowadzonych na glebie o zawartoœci gliny 20%, wykorzystanoczujniki nacisku, które umieszczono na g³êbokoœci 0,3, 0,6 i 0,9 m pod miejscem prze-jazdu ko³a. Stwierdzono, ¿e wraz ze wzrostem zawartoœci wody w glebie powiêksza³asiê powierzchnia styku opony z pod³o¿em i zmniejsza³a siê wartoœæ naprê¿eñ powsta-j¹cych na powierzchni styku opony z gleb¹, jak równie¿ wartoœci maksymalnychnaprê¿eñ odnotowanych na g³êbokoœciach 0,3 i 0,6 m. Wzrost zawartoœci wody w gle-bie prowadzi³ do zmniejszenia wartoœci naprê¿eñ na mniejszych g³êbokoœciach. Po-twierdza to opiniê o t³umi¹cym dzia³aniu wody wype³niaj¹cej pory glebowe.

Istotnym zjawiskiem ze wzglêdu na niekorzystne nastêpstwa jest osiadanieœwie¿o uprawionej gleby w wyniku intensywnych opadów, prowadz¹ce do jej ponow-nego znacznego zagêszczenia. Proces ten mo¿e zachodziæ bez oddzia³ywania zew-nêtrznych obci¹¿eñ i na ró¿nych typach gleb mo¿e charakteryzowaæ siê ró¿n¹intensywnoœci¹ oraz zakresem wp³ywu na zmiany w³aœciwoœci gleby. W celu okreœle-nia zakresu i charakteru zmian zachodz¹cych w glebie pod wp³ywem nawil¿ania, Haoi in. [8] wykonali badania na glebie piaszczystej zaoranej na g³êbokoœæ 20 lub 40 cmz powierzchni¹ p³ask¹ i z utworzonymi grzbietami i bruzdami. Obiekty by³y na-wil¿ane w zbli¿onej dawce w sposób naturalny (opady) lub zalewowo. Badaczestwierdzili, ¿e w obydwu rodzajach nawil¿ania obiektów nastêpowa³ silny wzrostgêstoœci gleby, szczególnie w warstwie do g³êbokoœci 20 cm. Stwierdzono równie¿, ¿ew wyniku silnego nawil¿ania nastêpowa³o przemieszczanie siê cz¹stek piasku w kie-runku dna bruzdy, prowadz¹c do zasklepiania siê powierzchni pola; obserwowanoobni¿enie siê powierzchni od 2 do 5 cm, co z kolei sprzyja³o wzrostowi naciskóww g³êbszych warstwach rozpatrywanego profilu gleby. Badacze oceniaj¹, ¿e zjawiskoosiadania gleby zale¿y od jej rodzaju, klimatu i warunków wykonania zabiegówuprawowych.

Wielu badaczy wskazuje, ¿e ka¿da gleba ma swoisty uk³ad parametrów fizycz-nych i mechanicznych, przy których zachodz¹ najkorzystniejsze warunki do jej


uprawy. Badania podjête w tym zakresie przez Gülsera i in. [7], uwzglêdniaj¹ce takieparametry gleby jak: pojemnoœæ wodna, gêstoœæ objêtoœciowa, stan nasycenia wod¹,granica Atterberga, wskaŸnik konsystencji, dostêpnoœæ wody, opór penetracji, po-zwoli³y okreœliæ korelacje zachodz¹ce miêdzy niektórymi parametrami oraz zakreswilgotnoœci gleby, w którym mo¿na wykonywaæ zabiegi uprawowe bez zagro¿eniadeformacjami struktury gleby. Badaniami polowymi zmian struktury gleby zagêsz-czanej w ró¿ny sposób, jej funkcjonalnych powi¹zañ z uk³adem i aktywnoœci¹ orga-nizmów glebowych, zajmowali siê Weisskopf i in. [26]. Rozpatrywano trzy systemyzagêszczania powierzchni gleby: pojedyncze zagêszczenie na pocz¹tku badañ, co-rocznie powtarzane zagêszczenie wraz z naturaln¹ regeneracj¹ warstwy uprawnej,pojedyncze zagêszczenie gleby na pocz¹tku eksperymentu wraz ze spulchniaj¹c¹upraw¹ p³u¿n¹. Strukturê gleby charakteryzowano okreœlaj¹c w nienaruszonychpróbkach objêtoœæ makroporów, porowatoœæ ca³kowit¹, jak równie¿ przepuszczal-noœæ powietrzn¹. Œrodowisko glebowe charakteryzowano przez objêtoœciow¹ zawar-toœæ wody i stê¿enie CO2 w powietrzu glebowym. Wyniki analizy potwierdzi³y, ¿eprzyjête sposoby ugniataj¹cego oddzia³ywania na glebê prowadzi³y do pogorszeniaw³aœciwoœci warstwy powierzchniowej gleby nie tylko pod wzglêdem iloœciowym,lecz tak¿e jakoœciowym. £agodzenie skutków powierzchniowego ugniecenia glebyw sposób naturalny prowadzi³o do oczywistych ró¿nic w strukturze gleby w porówna-niu z ³agodzeniem skutków poprzez uprawê. Efektem wizualnym by³o tworzenie siêszczelin miêdzy bry³ami zagêszczonej gleby, odmienne ni¿ relacje pomiêdzy objêtoœ-ci¹ makroporów i przepuszczalnoœci¹ powietrzn¹. Oddzia³ywanie ró¿nych uk³adówstruktury gleby na œrodowisko by³o silnie zale¿ne od warunków wilgotnoœciowych.Zagêszczenie gleby zmniejsza³o powietrzn¹ porowatoœæ gleby i objawia³o siê wyraŸ-nym zmniejszeniem koncentracji CO2 w powietrzu glebowym. Warunki powietrznew próbkach glebowych pola poddanego ugnieceniu wyraŸnie ró¿ni³y siê od próbekz odcinków kontrolnych nie poddanych naciskom. Badania Margrafa i in. [13] wska-zuj¹ te¿, ¿e odpowiednie nawo¿enia mineralne, zwiêkszenie zawartoœci substancjiorganicznej [2] w d³ugoterminowej ocenie mo¿e mieæ tak¿e istotny wp³yw na zmianyfizycznych i mechanicznych w³aœciwoœci gleb i poprawiæ jej jakoœæ.

Wp³yw zabiegów polowych na w³aœciwoœci glebyi warunki rozwoju roœlin

Prawid³owa uprawa u¿ytków zielonych jest wa¿nym zagadnieniem z wieluwzglêdów. Powierzchnia zajmowana przez ten sposób u¿ytkowania gleby zajmujeponad po³owê gleb u¿ytkowanych rolniczo na œwiecie. U¿ytki zielone zapewniaj¹cpodstawowe Ÿród³o pokarmu dla zwierz¹t, spe³niaj¹ te¿ wa¿n¹ rolê w gospodarcewodnej gleb, a tak¿e w gospodarce dwutlenkiem wêgla, zmniejszaj¹c jego iloœædostaj¹c¹ siê do atmosfery. Dla prawid³owego rozwoju roœlin w tym systemie uprawy,


du¿e znaczenie ma odpowiednia iloœæ porów w glebie oraz ich struktura i uk³adw strefie rozwoju korzeni roœlin. Zagadnienia wp³ywu systemów uprawy u¿ytkówzielonych na strukturê porów glebowych by³y obiektem badañ [12], w którychporównywano dwa systemy uprawy – tradycyjny (orka) i uprawa pionowa (g³êbosz)o jednakowej g³êbokoœci pracy (0,25 m) z systemem bezuprawowym. Stwierdzono,¿e sposób uprawy wp³ywa³ na wielkoœæ i kszta³t porów. Tradycyjny system orkowyz wykorzystaniem korpusu p³u¿nego powodowa³ mniejsze uszkadzanie strukturygleby, co znajdowa³o odzwierciedlenie w wiêkszej zawartoœci porów i lepszej ichstrukturze prowadz¹c do lepszej cyrkulacji wody w glebie. Uprawa gleby g³êboszemprowadzi³a do zmniejszenia iloœci porów w trzech rozpatrywanych przekrojachœrednic, tj. poni¿ej 2 mm2, od 0,1 do 2 mm2 i poni¿ej 0,02 mm2.

Problemem oceny oddzia³ywania uprawy konwencjonalnej na jakoœæ paramet-rów gleby zajmowa³ siê Gajda [6]. Wychodz¹c z za³o¿enia, ¿e zawartoœæ biomasy orazcz¹stek organicznych w glebie jest dobrym wskaŸnikiem zmian jej jakoœci, autorprowadzi³ d³ugotrwa³e badania polowe na glebach ciê¿kich, w których porównywanorozwój pszenicy ozimej uprawianej w systemie uprawy tradycyjnej (orka) z syste-mem uprawy uproszczonej z zastosowaniem kultywatora o zêbach sztywnych. Sys-tem uproszczonej uprawy, w warunkach prowadzonych pomiarów, okaza³ siê bardziejprzyjazny dla œrodowiska, prowadz¹c do istotnie wiêkszej zawartoœci mikrobiolo-gicznej biomasy w warstwach 0–15 cm i 15–30 cm i do wzrostu mikrobiologicznejaktywnoœci badanych gleb. Szybkoœæ wydzielania siê CO2 i aktywnoœæ dehydro-genazy by³a najwiêksza w systemie uprawy uproszczonej. W okresie trzech lat trwa-nia badañ stwierdzono zmniejszenie siê frakcji organicznej w systemie orkowym,natomiast nie stwierdzono statystycznie istotnych ró¿nic na obiektach z systememuprawy uproszczonej.

Jedn¹ z metod ograniczaj¹cych wielkoœæ powierzchni ugniatanej ko³ami jesttechnologia ze œcie¿kami przejazdowymi, sprowadzaj¹cymi ruch agregatów rolni-czych do œciœle wytycznych pasów na powierzchni pola. Zagadnieniem tym zajmo-wali siê Mouazen i Palmqvist [14] okreœlaj¹c wp³yw oddzia³ywania systemu „œcie¿-kowego” na warunki prowadzenia gospodarstw rolnych. Autorzy wykazali, ¿e systemten wnosi wymierne korzyœci dla œrodowiska w postaci ograniczenia ugniecenia gleby(o 24%), zmniejszenia zapotrzebowania na energiê do uprawy gleby (10%), zwiêk-szenia zró¿nicowania biologicznego gleby (7%), opanowania procesów erozyjnych(6%), ochrony materii organicznej (6%), poprawy wykorzystania nawozów mineral-nych (3%) i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych (3%). Autorzy zalecaj¹stosowanie systemu œcie¿ek w gospodarstwach rolnych wszêdzie tam, gdzie tomo¿liwe, a spodziewane korzyœci mo¿na prognozowaæ przy uwzglêdnieniu paramet-rów gleby, warunków topograficznych, rodzaju stosowanych maszyn. W prognozo-waniu nale¿y równie¿ uwzglêdniæ rodzaj uprawianych roœlin. Badania Reintama i in.[20], prowadzone na u¿ytkach zielonych z trzema gatunkami traw, zagêszczanychprzejazdami trzytonowej przyczepy (œlad obok œladu) wykaza³y, ¿e tylko jeden


z gatunków badanych traw wyraŸnie reagowa³ zmniejszeniem objêtoœci masy korze-niowej w rozpatrywanej warstwie profilu glebowego. Odnosz¹c siê do literaturybadacze podaj¹, ¿e przy stosowanej zwiêz³oœci gleby przekraczaj¹cej 2 MPa, w wy-padku wiêkszoœci roœlin uprawnych warunki te powodowa³y, ¿e korzenie by³y krótszei cieñsze. Szczególnie w uprawie buraków cukrowych opór penetracji bêd¹cy wskaŸ-nikiem zwiêz³oœci gleby jest wa¿nym wskaŸnikiem fizycznych w³aœciwoœci glebyistotnych dla stworzenia prawid³owych warunków rozwoju tych roœlin [3]. Prawid³o-wy rozwój masy korzeniowej roœlin prowadzi z kolei do stabilizacji struktury gleby[25]. Korzenie roœlin swoj¹ powierzchni¹ oddzia³uj¹ na gruze³kowatoœæ gleby two-rz¹c sieæ powi¹zañ stabilizuj¹c¹ i wzmacniaj¹c¹ strukturê roli. Wed³ug badaczy towzmacniaj¹ce dzia³anie korzeni zale¿y od cech charakteryzuj¹cych system korze-niowy, np. liczba i typ korzeni, wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie. Badania prowadzone nau¿ytkach zielonych wykaza³y, ¿e takie parametry systemu korzeniowego jak d³ugoœæczy zagêszczenie zmniejsza³y siê liniowo wraz ze wzrostem zagêszczenia gleby,a wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie zmniejsza³a siê statystycznie istotnie wraz ze wzros-tem ich œrednicy.

W przewa¿aj¹cej liczbie publikacji z zakresu ugniatania gleby jako g³ówn¹przyczynê tego stanu rzeczy wymienia siê oddzia³ywanie uk³adów jezdnych pojaz-dów rolniczych wykonuj¹cych prace polowe. Znaczne szkody zwi¹zane z uszkodze-niem struktury gleby, zw³aszcza na u¿ytkach zielonych przeznaczonych pod wypas,mog¹ powodowaæ zwierzêta pogarszaj¹c mechaniczn¹ wytrzyma³oœæ gleby. BadaniaReszkowskiej i in. [21] prowadzone na terenie Mongolii wykaza³y, ¿e cykliczne,wielokrotne obci¹¿enia powierzchni gleby kopytami owiec i kóz prowadzi³y m.in. dozmian w funkcjonowaniu porów glebowych, czego wynikiem by³y zmiany w³aœci-woœci wodnych gleby.

Wp³yw parametrów techniczno-eksploatacyjnychagregatów ci¹gnikowych na ugniatanie gleby

W wiêkszoœci publikowanych prac zwi¹zanych z ugniataniem wskazuje siê, ¿eg³ówn¹ przyczyn¹ prowadz¹c¹ do nadmiernego zagêszczenia gleb rolniczych s¹zmiany w technologiach zmechanizowanych prac polowych. Zmiany te wynikaj¹z ekonomicznych uwarunkowañ wymuszaj¹cych stosowanie wysokowydajnychagregatów napêdzanych ciê¿kimi ci¹gnikami du¿ej mocy. Z tego wzglêdu wskazujesiê, ¿e wa¿n¹ rolê w intensywnoœci dzia³ania kó³ pojazdów rolniczych na glebê maj¹wartoœci parametrów charakteryzuj¹cych pojazd, w tym rozk³ad masy na poszcze-gólne osie, rodzaj i wielkoœæ opon, ciœnienie w ogumieniu, prawid³owoœæ zestawieniaagregatów pod wzglêdem szerokoœci roboczych wykonuj¹cych poszczególne zabiegiitp. Badania i analizy wykonane przez Buliñskiego i Majewskiego [1] dla 149wybranych gospodarstw województwa podlaskiego uwzglêdnia³y stosowane agre-


gaty i technologie uprawy zbó¿. Autorzy zró¿nicowali technologie ze wzglêdu naszerokoœci robocze agregatów i wartoœci obci¹¿eñ kó³, sposób wykonywania przejaz-dów po polu. Wykonano analizê rozk³adu i wartoœci nacisków kó³ na powierzchnipola agregatów ci¹gnikowych stosowanych w rozpatrywanych technologiach. Bada-nia i analizy wykaza³y, ¿e najwiêksz¹ powierzchniê pola pokryt¹ œladami (61%)pozostawia³y po sobie agregaty o ma³ej szerokoœci roboczej, przyczepiane do ci¹gni-ka i poruszaj¹ce siê po polu systemem tradycyjnym. Najkorzystniejszy rozk³adœladów i strukturê nacisków otrzymano dla wariantu technologii opartego na œcie¿-kach przejazdowych zak³adanych od momentu wykonywania zabiegów uprawyprzedsiewnej. Autorzy stwierdzaj¹, ¿e stosowanie takich technologii wymaga u¿yciasatelitarnego systemu prowadzenia agregatu po polu (DGPS) od przygotowania polado siewu do momentu wzejœcia roœlin, wskazuj¹cych miejsca za³o¿onych œcie¿ek.Stosowanie œcie¿ek zmniejsza wielkoœæ powierzchni ugniecenia pola, co jest wa¿neponiewa¿ ju¿ pojedynczy przejazd ko³a mo¿e prowadziæ do wytwarzania szkodli-wych wartoœci naprê¿eñ w ca³ej warstwie ornej [27]. Wœród metod ograniczanianaprê¿eñ powstaj¹cych w glebie pod kolein¹ przejazdu ko³a wymienia siê m.in.zmniejszenie ciœnienia w ogumieniu i obci¹¿enia osi. Czynniki te maj¹ du¿y wp³yw nawartoœci jednostkowych nacisków powstaj¹cych na powierzchni styku ko³a z pod³o-¿em. Potwierdzaj¹ to doœwiadczenia Mouazena i Godwina [15] przeprowadzone nadwóch typach gleb (piasek gliniasty i glina piaszczysta) z zastosowaniem opondiagonalnych i radialnych obci¹¿anych mas¹ 4500 kg przy ciœnieniach w oponie1,2–1,6–2,2 bar. Zmniejszenie ciœnienia w ogumieniu ogranicza³o zasiêg i wartoœæugniecenia gleby wyra¿onego jej gêstoœci¹ oraz zwiêz³oœci¹

Metody okreœlania i prognozowania zmian stanu gleby

Jednym z wa¿nych zagadnieñ podnoszonych w licznych publikacjach i wyst¹pie-niach konferencyjnych zwi¹zanych z niekorzystnymi nastêpstwami dzia³ania kó³agregatów na glebê jest optymalizacja, obejmuj¹ca zagadnienia: techniczne i eksplo-atacyjne agregatów rolniczych, a tak¿e technologii zmechanizowanych prac polo-wych. Wa¿nym kryterium oceny, poza korzyœciami rolnika, powinna byæ mo¿liwoœæprzywrócenia roli najkorzystniejszego stanu z punktu widzenia wymagañ roœlini niedopuszczenia do jej degradacji. W tym œwietle mo¿liwoœæ przewidywania zmianstanu gleby i znajomoœæ wp³ywu poszczególnych czynników na ekosystem ze wszyst-kimi jego elementami sk³adowymi ma szczególne znaczenie. Od wielu lat, wrazz rozwojem techniki i technologii wytwarzania, prowadzone s¹ wielokierunkoweeksperymenty zmierzaj¹ce do opracowania modeli obliczeniowych i metod progno-stycznych umo¿liwiaj¹cych otrzymanie wyników o dok³adnoœci na poziomie akcep-towalnym dla praktyki rolniczej. Niew¹tpliwie do tej grupy dzia³añ mo¿na zaliczyæprace Nugisa i Müüripeala [16] nad mo¿liwoœci¹ zastosowania metody satelitarnegowspomagania opartego na DGPS w ocenie ró¿nych niekorzystnych zmian stanu


gleby. Obiektem badañ w uprawie zbó¿ s¹ m.in. warunki wzrostu roœlin i w³aœciwoœcifizyczne gleby – elementy przydatne do prognozowania technologii prac polowych.Przy ocenie warunków rozwoju roœlin autorzy uwzglêdniaj¹ wp³yw czynnikównaturalnych i wynikaj¹cych z dzia³ania maszyn rolniczych.

Zagadnienia dopasowania parametrów technicznych agregatu ci¹gnikowegow celu ograniczenia podatnoœci gleby na uszkodzenia i poprawy jej przydatnoœcirolniczej by³y obiektem badañ Shahbaziego i in. [24] prowadzonych na obszarze4150 ha. Na podstawie 35 miejsc pomiaru parametrów morfologicznych, fizycznychi chemicznych gleby poddanej naciskom kó³ agregatów rolniczych uczestnicz¹cychw technologiach prac polowych, wykorzystuj¹c model obliczeniowy wyznaczonomapê obszarów o ró¿nej (w skali 5. stopniowej) podatnoœci na ugniatanie. Dla tychwarunków okreœlono wartoœæ obci¹¿eñ kó³ agregatu, optymaln¹ ze wzglêdu napodatnoœæ gleb na dzia³anie nacisków.

Prowadzone s¹ prace [17] nad zastosowaniem metody elementów skoñczonychw prognozowaniu ugniecenia gleby. Uzyskane wyniki symulacji zmian stanu glebypoddanej naprê¿eniom okaza³y siê jakoœciowo zgodne z wartoœciami eksperymental-nymi i mog¹ stanowiæ wskazówkê i do wyjaœnienia mechanizmu zmian zachodz¹cychw podglebiu. Autorzy podkreœlaj¹, ¿e dla uzyskania wiêkszej dok³adnoœci wynikówsymulacji, a tak¿e mo¿liwoœci rozszerzenia metody na ró¿ne typy gleb, potrzebne s¹dalsze badania.

Trzystopniow¹ metodê identyfikacji obszaru zagro¿onego degradacj¹ w wynikuugniecenia proponuj¹ Lebert i Marahrens [11]. Identyfikacja polega na okreœleniumechanicznej podatnoœci na ugniecenie, okreœleniu jakoœci struktury gleby, a nastêp-nie powi¹zaniu w³aœciwoœci gleby charakteryzuj¹cych jej jakoœæ z podatnoœci¹ nauszkodzenia. Autorzy podkreœlaj¹, ¿e prawie po³owa gleb na obszarze Niemiec jestwysoce podatnych na ugniecenie i zale¿noœæ ta zwi¹zana jest silnie z ich wilgotnoœci¹.Prowadzone s¹ równie¿ doœwiadczenia [5] zmierzaj¹ce do systemowego dzia³aniaw celu ograniczenia negatywnych skutków ugniecenia gleb rolniczych. Proponowanerozwi¹zania obejmuj¹ tworzenie map glebowych, typowych dla rolnictwa precyzyj-nego, ukazuj¹cych podatnoœæ gleby na ugniecenie, stanowi¹ce pomocne narzêdzieprzy planowaniu sposobu u¿ytkowania gleb i doboru w³aœciwych zestawów maszy-nowych pod wzglêdem dzia³ania na glebê. W tym kierunku zmierza równie¿ programbadañ opracowany we Francji [22] zwi¹zany z ocen¹ zagro¿enia gleb ugnieceniem,w celu opracowania zasad ich ochrony. Program ten jest ukierunkowany na ocenêwp³ywu ugniecenia gleby na produkcjê rolnicz¹ i œrodowisko, stworzenie mapzagro¿enia ugnieceniem gleb we Francji, okreœlenie efektywnych narzêdzi i metodzapobiegania ugnieceniu gleb, mo¿liwych do zastosowania przez rolników. W podjê-tych pracach wykorzystywano ³¹czone modele biofizyczne i ekonomiczne w celuoceny czêstotliwoœci wystêpowania zagro¿eñ ugniecenia gleby i ich oddzia³ywaniana plonowanie roœlin, œrodowisko i efekty ekonomiczne gospodarstw w zale¿noœci odtypu gleby, warunków klimatycznych, stosowanych narzêdzi i maszyn. W prowadzo-


nych analizach rozwa¿ano m.in. takie zagadnienia jak: wp³yw warunków klimatycz-nych na wilgotnoœæ gleby podczas przejazdów, powi¹zanie zmian gêstoœci gleby pod-czas przejazdów z w³aœciwoœciami mechanicznymi gleby, wp³yw zagêszczenia glebypodczas siewu na warunki wzrostu roœlin, emisjê N2O, sp³ywy powierzchniowe.

W celu wyjaœniania zjawisk zwi¹zanych z reakcj¹ gleby na ugniecenie prowadzo-ne s¹ równie¿ badania laboratoryjne [9]. Uzyskiwane ró¿nice wartoœci parametrówwynikaj¹ g³ównie z odmiennych warunków wykonywania pomiarów. Wed³ug auto-rów, ocena wytrzyma³oœci gleby na naprê¿enia-odkszta³cenia w laboratoryjnymteœcie jednoosiowego œciskania nie daje takich samych rezultatów jak w warunkachpolowych. Autorzy dopatruj¹ siê przyczyn zwi¹zanych g³ównie z prêdkoœci¹ dzia³a-nia obci¹¿eñ, które w warunkach polowych s¹ kilka tysiêcy razy krótsze, ni¿ w warun-kach laboratoryjnych. Oznacza to, ¿e nie wszystkie reakcje gleby na obci¹¿enia daj¹siê prognozowaæ na podstawie badañ prowadzonych w warunkach znacznie odbie-gaj¹cych od naturalnych.

Podsumowanie

Przedstawione problemy badawcze obejmuj¹c szeroki zakres zagadnieñ zwi¹za-nych z ugnieceniem gleby ukierunkowane s¹ na znalezienie mo¿liwie uniwersalnychnarzêdzi i metod pozwalaj¹cych ograniczyæ niekorzystne nastêpstwa przejazdów kó³pojazdów rolniczych po polu. Z analizy prezentowanego na konferencji materia³uwynika, ¿e jednym z istotnych czynników utrudniaj¹cych te dzia³ania jest mnogoœæparametrów opisuj¹cych œrodowisko glebowe, a tak¿e ich nieustabilizowana zmien-noœæ w czasie, trudna do prognozowania. Dzia³ania te powinno charakteryzowaæ po-dejœcie systemowe, wykorzystuj¹ce nowoczesne metody badañ i analizy ukierunko-wane na hierarchizacjê czynników z kryterium oceny opartym na intensywnoœci ichwp³ywu na stan gleby. Doœwiadczenia praktyczne wskazuj¹ na koniecznoœæ intensyfi-kacji dzia³añ ochraniaj¹cych glebê przed destrukcyjnym wp³ywem technicznychœrodków produkcji. Powinny one uwzglêdniaæ zarówno potrzeby rolnika, jak i wyma-gania œrodowiska w zakresie ochrony gleby. Do tego konieczna jest szeroka wiedzaodnoœnie wszystkich czynników wp³ywaj¹cych na reakcjê gleby poddanej dzia³a-niom si³ zewnêtrznych w okreœlonych warunkach.

Literatura

Cytowane pozycje literatury to referaty wyg³oszone na konferencji naukowej: Interna-tional Soil Tillage Research Organization. 18th Triennial Conference „Sustainable Agricul-ture”. June 15–19 2009 Izmir, Turkey i zamieszczonych w materia³ach konferencyjnychw sekcji T4 „SOIL COMPACTION: CAUSES, EFFECTS & CONTROL”.

[1] Buliñski J., Majewski Z. Effect of technical and exploitation parameters of tractor outfits on wheel pressureloads on the field surface in family farms. T4.015: 1–6.


[2] Busscher W., Novak J., Ahmedna M. Biochar addition to a Southeastern USA coastal sand to decrease soilstrength and improve soil quality. T4.010: 1–4.

[3] Èervinka J., Pokorný E., Badalíková B. Penetration resistance during different kinds of soil cultivation whengrowing sugar beet. T4.029: 1–5.

[4] Eden M., Schjønning P., De Jonge L.W., Moldrup P. Effects of mechanical impact on soil pore characteristics insoils with different organic matter content. T4.012: 1–7.

[5] Fleige H., Horn R., Gebhardt S., Hartmann P., Zink A. Risk assessment of subsoil compaction for arable soils inNorthwest Germany at farm scale. T4.027: 1–13.

[6] Gajda A.M. Effect of conventional and alternative soil tillage system on microbial biomass and labile fraction oforganic matter content in soil under grown cereals. T4.017: 1–6.

[7] Gülser C., Selvi K.Ç., IÇ S. Some mechanical properties and workability of soils in a Karadeniz agriculturalresearch institute field. T4.016: 1–6.

[8] Hao H., Hartmann Ch., Richard G., Bruand A., Apichart J., Siwaporn S., Dexter A.R. Slumping dynamics oftilled sandy soils in north-east Thailand. T4.008. 1–7.

[9] Keller T., Arvidsson J., Rydberg T. In situ stress-strain behaviour during wheeling experiments as compared tostress-strain behaviour measured in uniaxial compression tests in the laboratory. T4.020. 1–9

[10] Lamandé. M, Schjønning P. Stress transmission in soil: effect of soil water content. T4.007: 1–6.

[11] Lebert M., Marahrens S. Risk area identification according to soil compaction of agricultural soils in Germany.T4.013: 1–8.

[12] López-Santos A., González-Cervantes G., Cadena-Zapata M., González-Barrios J.L., Arreola-Ávila J.G,Rodriguez-Lopez J.S. Changes in the soil porosity as a result of tillage in a grassland ecosystem. T4.003: 1–9.

[13] Markgraf W., Horn R., Watts Ch., Whalley R. Long-term effects of fertilizing systems on soil microstructure:rheological investigations of Rothamsted soils classifying stiffness degradation. T4.025: 1–8.

[14] Mouazen A.M., Palmqvist M. Evaluation of the environmental benefits of controlled traffic farming. T4.019:1–14.

[15] Mouazen A.M., Godwin D. Effect of tyre type and inflation pressure of pea harvester on soil compaction.T4.035: 1.

[16] Nugis E., Müüripeal M. Assessment of several damages at field and usability tests by DGPS. T4.002: 1–7.

[17] Okayasu T., Miyazaki T., Kamitsuji N., Mitsuoka M., Inoue E., Fukami K. Numerical soil compaction analysison structured soft ground. T4.011: 1–8.

[18] Peng X., Holden N., Horn R. Dynamics of soil structure as a function of mechanical and hydraulic stress.T4.033: 1–9.

[19] Reichert J.M., Brandt A.A., Horn R., Reinert D.J., Gubiani P.I. Mechanical properties and air and waterpermeability of three subtropical soils under different soil uses. T4.004: 1–8.

[20] Reintam E., Trükmann K., Kuht J., Krebstein K., Raave H., Astover A., Randoja D., Leeduks J. GrowingPhalaris arundinacea, Dactylic glomerata and Bromus inermis on compacted soil. T4.018: 1–6.

[21] Reszkowska A., Peth S., Horn R. Cyclic compressibility of grassland soils as affected by grazing in InnerMongolia. China. T4.024: 1–13.

[22] Richard G., Roger-Estrade J. A French research program for assessment of soil compaction risks. T4.034: 1–3.

[23] Seguel O., Farías E., Luzio W., Casanova M., Pino I., Parada A.M., Videla X., Nario A. Changes in soil physicalproperties on hillsides vineyard (Vitis vinifera). T4.006: 1–9.

[24] Shahbazi F., Jafarzadeh A.A., Shahbazi M.R. Agricultural soil compaction risk impact and land vulnerabilityevaluation of Souma Area (Iran), using engineering and technology prediction model of alcor. T4.005: 1–7.

[25] Trükmann K., Horn R., Reintam E. Impact of roots on soil stabilisation in grassland. T4.022: 1–17.

[26] Weisskopf P., Oberholzer H.-R., Rek J. Effect of different compaction impacts and varying subsequentmanagement practices on soil structure and soil air regime. T4.009: 1–7.

[27] Zink A., Fleige H., Horn R. Effect of wheel load, tire inflation pressure and tillage treatment on stressdistribution and soil physical properties under agricultural land use. T4.021: 1–13.


Problems of soil compaction in the light of 18thISTRO Conference in Turkey

Key words: tillage technologies, soil compaction, 18th ISTRO Conference

Summary

The papers presented during ISTRO Conference on “Sustainable Agriculture”, inthe section dealing with soil compaction, are discussed in the paper. Presented scien-tific problems within a wide range of topics related to soil compaction were focused onfinding the possibly universal tools and methods, enabling to reduce adverse effects ofagricultural vehicles’ traffic over the field. The papers covered 4 subject areas con-nected with: changes in soil properties under compaction, the effect of tillage systemsand field operations’ technologies on soil properties and plant growth conditions, theeffect of technical and operation parameters of tractor outfits on soil compaction, andthe methods for determination and prediction of changes in soil condition.


Przydatnoœæ istniej¹cych odmian truskawkido upraw ekologicznych

Lidia Sas Paszt, Edward ¯urawicz, S³awomir G³uszek

Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa im Szczepana Pieni¹¿ka

ul. Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice


S³owa kluczowe: truskawka, odmiany, ekologia

Wstêp

W œwiecie od wielu lat rozwijana jest produkcja ekologiczna owoców i warzyw,w tym truskawek. Niestety, jak dotychczas nie ma odmian truskawki specjalnieprzystosowanych do uprawy ekologicznej. Podjêcie przez hodowców prac badaw-czych nad wyhodowaniem takich odmian jest wyzwaniem bardzo intryguj¹cym, alejak na razie w podejmowanych próbach ekologicznej uprawy truskawki wykorzystujesiê odmiany, które zosta³y wyhodowane dla konwencjonalnych metod produkcjiowoców tego gatunku [10]. Prowadzi siê wiêc badania nad przydatnoœci¹ do uprawyekologicznej odmian truskawki dostêpnych na rynku. W krajach europejskich w ba-daniach tego typu przoduj¹ takie kraje, jak Niemcy, Austria, Dania, Belgia, Szwaj-caria, Finlandia, Francja, Norwegia czy W³ochy, czyli kraje, które od dawna rozwijaj¹produkcjê ekologiczn¹. Poza Europ¹ badania nad przydatnoœci¹ odmian do ekolo-gicznej produkcji truskawek prowadzi siê w USA, a nawet w Brazylii i Urugwaju.

Badania nad przydatnoœci¹ odmian truskawkido upraw ekologicznych

W Danii oceniano przydatnoœæ 20 odmian truskawki do produkcji ekologicznej napodstawie oceny takich cech roœlin, jak plon ca³kowity, plon handlowy, wielkoœæowoców oraz podatnoœæ owoców i roœlin na choroby – szar¹ pleœñ, m¹czniakaprawdziwego oraz bia³¹ i czerwon¹ plamistoœæ liœci. W tych badaniach niektóreodmiany, jak ‘Polka’, ‘Korona’ i ‘Dania’ by³y podatne na szar¹ pleœñ, a wiêc nie by³yprzydatne do uprawy ekologicznej. Odmiany ‘Tenira’i ‘Rafzusen’, chocia¿ wczeœniej


uznawane za przydatne do produkcji ekologicznej, by³y ma³o plenne i wra¿liwe nachoroby. Spoœród wszystkich odmian ocenianych w tym doœwiadczeniu najmniejpodatn¹ na szar¹ pleœñ okaza³a siê odmiana ‘Honeoye’. Bior¹c pod uwagê inne cechytej odmiany, w tym wczesnoœæ dojrzewania owoców, uznano, ¿e odmiana ta dobrzenadaje siê do organicznej produkcji truskawek. Spoœród odmian dojrzewaj¹cychw œredniej porze dojrzewania owoców ‘Kent’ i ‘Cortina’ plonowa³y obficie, a ichowoce by³y tylko umiarkowanie podatne na szar¹ pleœñ. W grupie odmian póŸnychwysokoplennymi okaza³y siê ‘Symphony’ i ‘Pandora’, chocia¿ obie te odmianyokaza³y siê podatne na plamistoœci liœci [6].

W Austrii oceniano przydatnoœæ do uprawy organicznej 12 odmian (‘Raurica’,‘Madeleine’, ‘Pavana’, ’Cavendish’, ‘Miranda’, ‘Jewel’, ‘Darselect’, ‘Valeta’, ‘Sym-phony’, ‘Mira’, ‘Kimberly’i ‘Polka’). Za odmiany standardowe w tym doœwiadczeniuprzyjêto wczesn¹ odmianê ‘Honeoye’ i odmianê o œrednio wczesnej porze dojrze-wania owoców – ‘Elsanta’. Oceniano nastêpuj¹ce cechy odmian: wigor roœlin, plon –ogólny i handlowy, jakoœæ owoców, podatnoœæ owoców na gnicie, podatnoœæ nam¹czniaka prawdziwego truskawki, bia³¹ i czerwona plamistoœæ liœci, kwieciakamalinowca i wciornastki. Oceniano tak¿e ró¿ne parametry jakoœci owoców, badano„shelf-life” owoców oraz wykonano sensoryczn¹ ocenê owoców. Stwierdzono, ¿espoœród ocenianej gamy odmian do produkcji organicznej w Austrii najbardziejprzydatne s¹ odmiany ‘Honeoye” i ‘Symphony’ [1].

W innym, bardzo szerokim austriackim doœwiadczeniu, wykonanym w 11 miej-scowoœciach, po³o¿onych w 5 regionach Austrii, oceniano 13 odmian, ‘Elsanta’ by³aprzyjêta za odmianê standardow¹. Oceniano podatnoœæ roœlin na wertyciliozê, choro-by liœci, szar¹ pleœñ owoców, wielkoœæ i jakoœæ plonowania oraz pora¿enie kwiato-stanów przez kwieciaka malinowca. Oceniono tak¿e wra¿liwoœæ roœlin na chlorozê.Stwierdzono, ¿e spoœród badanych odmian najwy¿sz¹ podatnoœæ na werticyliozêwykazywa³y roœliny odmiany ‘Elsanta’, podczas gdy ‘Salsa’ i ‘Daroyal’ by³y najbar-dziej tolerancyjne. Najsilniejszym wigorem odznacza³y siê roœliny odmian ‘Daroyal’,‘Queen Elisa’, ‘Eva’ and ‘Dora’. Stwierdzono te¿ znaczne ró¿nice w pora¿eniukwiatostanów przez kwieciaka malinowca; na odmianach ‘Dora’, ‘Eva’, Queen Elisa’i ‘Daroyal’ straty powodowane przez tego szkodnika by³y istotnie wy¿sze ni¿ naroœlinach odmiany ‘Alice’. Najwy¿szy handlowy plon owoców zebrano z póŸnychodmian, zw³aszcza ‘Salsa’ i ‘Sonata’. Z odmian dojrzewaj¹cych wczeœnie najwy¿szyplon zebrano z odmiany ‘Darselect’, a nastêpnie z odmian ‘Elsanta’, ‘Daroyal’i ‘Alba’. Na podstawie zebranych wyników badañ stwierdzono, ¿e spoœród przebada-nych odmian do uprawy organicznej w Austrii mog¹ byæ polecane: ‘Alba’, ‘Alice’,‘Darselect’ i ‘Salsa’. Odmiany ‘Elsanta’ i ‘Sonata’ wprawdzie wyda³y wysoki plonw warunkach uprawy organicznej, ale by³y silnie pora¿one przez Verticillium dahliae

KLEB., grzyb, który wywo³uje wertyciliozê, odglebow¹ chorobê systemu korzenio-wego. Natomiast odmiany ‘Salsa’, ‘Daroyal’, ‘Record’ i ‘Queen Elisa’, jako ma³owra¿liwe nadaj¹ siê do uprawy na glebach zainfekowanych przez Verticillium.

70 L. Sas Paszt, E. ¯urawicz, S. G³uszek

Alternatyw¹ dla uprawy odmiany ‘Elsanta’ mog¹ byæ wczesne odmiany, jak ‘Alba’,‘Clery’, ‘Daroyal’, i ‘Queen Elisa’. Dodaæ jednak trzeba, ¿e odmiany ‘Clery’ i ‘QueenElisa’ wyda³y w warunkach uprawy organicznej doœæ niski plon owoców, a ‘Alba’i ‘Clery’ s¹ tylko czêœciowo tolerancyjne na V. dahliae. Odmiany ‘Divine’ i ‘Dora’plonowa³y s³abo i by³y podatne na wertyciliozê, podczas gdy odmiana ‘Record’ jestpodatna na gnicie owoców powodowane przez szar¹ pleœñ. Te odmiany nie mog¹ byæpolecane do uprawy organicznej [27].

W Norwegii, spoœród trzech przebadanych odmian – ‘Korona’, ‘Nora’ i ‘Jansok’,uprawianych zgodnie z zasadami uprawy organicznej, najwy¿szy handlowy plonowoców zebrano z odmiany ‘Korona’, niezale¿nie od rodzaju zastosowanej œció³ki dowyk³adania miêdzyrzêdzi [4].

W Finlandii badano przydatnoœæ do uprawy organicznej odmian ‘Jonsok’i ‘Bounty’, przy zastosowaniu nawadniania tradycyjnego (zraszacze) i kroplowego.Odmiana ‘Bounty’okaza³a siê bardziej przydatna ni¿ odmiana ‘Jonsok’, poniewa¿ jejowoce by³y mniej podatne na szar¹ pleœñ i mia³y d³u¿szy „shelf-life”. W konkluzjiwyników tego doœwiadczenia stwierdzono, ¿e rezultat w organicznej produkcjitruskawek w wiêkszym stopniu zale¿y od przebiegu pogody w czasie zbioru owocówi od uprawianej odmiany ni¿ od metody nawadniania [21]. W pracy nad selekcj¹odmian do produkcji ekologicznej Häkkinen i Törrönen [8] w ekologicznych owo-cach truskawki odmiany ‘Jonsok’ stwierdzili zwiêkszon¹ produkcjê metabolitówwtórnych zwi¹zanych z mechanizmami odpornoœci na patogeny glebowe, w porów-naniu z owocami z upraw konwencjonalnych. Natomiast odmiany ‘Polka’ i ‘Honeoye’nie wykaza³y takiej zale¿noœci. Autorzy tej pracy zaobserwowali tak¿e ró¿nicew zawartoœci zwi¹zków fenolowych w zale¿noœci od miejsca prowadzonych upraw.Prowadzone s¹ tak¿e badania nad wp³ywem biopreparatów (ekstrakty z glonówmorskich, czosnku i kompostu, roztwór krzemionki oraz preparaty zawieraj¹cekultury grzybów Trichoderma oraz grzyba Gliocladium) na plonowanie i jakoœæowoców odmiany ‘Jonsok’oraz na wystêpowanie pora¿enia przez szar¹ pleœñ w upra-wach ekologicznych [22]. Autorzy Ci zaobserwowali, ¿e aplikacje preparatów niewp³ynê³y znacz¹co na wystêpowanie szarej pleœni, natomiast mia³y znacz¹cy wp³ywna wysokoœæ plonu. Wy¿sze plony uzyskano po zastosowaniu ekstraktu z glonówi grzyba Gliocladium sp., ni¿ grzyba Trichoderma sp. Prowadzone s¹ tak¿e prace nadotrzymaniem nowych odmian truskawki odpornych na niektóre choroby grzybowenp. m¹czniaka prawdziwego [9].

Badania przeprowadzone w Szwecji w latach 1995–1996 wykaza³y du¿¹ przydat-noœæ do uprawy ekologicznej w tamtych warunkach odmian: ‘Kent’, ‘Bounty’,‘Dania’, ‘Tenira’ i ‘Marmolada’. Natomiast ma³¹ przydatnoœæ do upraw ekologicz-nych wykaza³y nastêpuj¹ce odmiany: ‘Zefyr’, ‘Korona’ i ‘Lambada’ [za 2]. Innebadania wskazuj¹ na du¿¹ przydatnoœæ odmian ‘Honeoye’ i ‘Cavendish’ dla uprawekologicznych w warunkach szwedzkich, zwracaj¹c jednoczeœnie uwagê na w³aœci-wy dobór odmian z zale¿noœci od lokalizacji tych upraw [3].

Przydatnoœæ istniej¹cych odmian truskawki … 71

Na £otwie badano dziesiêæ najpowszechniej uprawianych odmian truskawkiw gospodarstwach tradycyjnych, w których na czas badañ zrezygnowano z chemicz-nej ochrony roœlin i nawozów sztucznych. W badaniach tych najlepsze rezultatyuzyskano dla odmian: ‘Induka’, ‘Jonsok’, ‘Dukat’ i ‘Korona’. W drugiej turze badañposadzono w certyfikowanych gospodarstwach ekologicznych szesnaœcie odmiantruskawki testowanych pod k¹tem odpornoœci na ch³ód, wielkoœci i jakoœci plonu,wielkoœci owoców oraz odpornoœci na najczêœciej wystêpuj¹ce choroby grzybowei szkodniki. Najwy¿szy plon handlowy uzyskano z odmian: ‘Polka’, ‘Bounty’, ‘Pan-dora’ i ‘Senga Sengana’. Natomiast najlepsz¹ jakoœci¹ owoców charakteryzowa³a siêodmiana ‘Honeoye’ [11].

Wiele badañ prowadzonych jest w Stanach Zjednoczonych, szczególnie w Kali-fornii bêd¹cej najwiêkszym na œwiecie oœrodkiem produkcji truskawek. Badania nadprzyjaznymi dla œrodowiska naturalnego metodami uprawy truskawki prowadzone s¹od wielu lat. Gliessman i in. [7] porównali konwencjonaln¹ i ekologiczn¹ uprawêtruskawki odmiany ‘Chandler’. Poszukiwano czynników wp³ywaj¹cych na zmniej-szenie plonów w okresie konwersji z uprawy tradycyjnej na ekologiczn¹. Roœlinytruskawki uprawiane metodami ekologicznymi da³y ni¿sze plony ni¿ plony z konwen-cjonalnej uprawy. Jednak¿e, pod wzglêdem dochodowoœci uprawa ekologiczna by³aporównywalna do upraw konwencjonalnych. W piêciu lokalizacjach CentralnejKalifornii Bull i in. badali przydatnoœæ trzynastu produkcyjnych odmian truskawkioraz dostêpnych na rynku inokulów mikoryzowych do ekologicznej uprawy tychroœlin. Siedem odmian: ‘Aromas’, ‘Diamante’, ‘Douglas’, ‘Pacific’, ‘Pajaro’, ‘Sea-scape’, ‘Selva’ badano we wszystkich piêciu lokalizacjach, a odmiany ‘Carlsbad’,‘Hecker’, ‘Sequoia’, ‘Chandler’, ‘Oso Grande’ i ‘Irvine’ testowano w kilku farmach.Badano m.in. wp³yw odmiany oraz mikoryzacji na plon, stopieñ od¿ywienia roœlinoraz stopieñ kolonizacji przez grzyby mikoryzowe. Najlepsze rezultaty uzyskano dlaodmian ‘Pacific’, ‘Aromas’ i ‘Seascape’, które charakteryzowa³y siê znacznie wiêk-szym plonem ogólnym i handlowym ni¿ odmiany ‘Diamante’ i ‘Selva’. Obiecuj¹c¹odmian¹ okaza³a siê odmiana ‘Irvine’, która jest w dalszych badaniach [5]. Papanjei in. [20] badali mo¿liwoœæ ekologicznej produkcji sadzonek truskawki odmiany‘Camarosa’ w niskonak³adowym gospodarstwie ekologicznym, w porównaniu dobardziej profesjonalnych metod produkcji materia³u szkó³karskiego.

W Brazylii badano przydatnoœæ uprawianych tam odmian – ‘Tudla’, ‘Tangi’,‘Camarosa’, ‘Toyonoca’ i ‘Seascape’ do uprawy ekologicznej, opieraj¹c siê naplonowaniu roœlin tych odmian i ich podatnoœci na choroby. Stwierdzono, ze wszyst-kie te odmiany s¹ przydatne do produkcji organicznej. Najbardziej produktywneokaza³y siê odmiany ‘Tudla’, ‘Tangi’ i ‘Camarosa’, najmniej podatnymi na chorobyliœci by³y ‘Tudla’ i ‘Tangi’[25].

W Urugwaju prowadzono badania hodowlane maj¹ce na celu otrzymanie nowychodmian, które bêd¹ lepiej przystosowane do lokalnych warunków ni¿ odmianyimportowane. W wyniku prac uzyskano kilka odmian, z których jedna, ‘INIAYvapitá’rekomendowana jest do uprawy ekologicznej w warunkach polowych [26].


W Polsce , w Instytucie Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach, w latach2003–2005 badano wp³yw zró¿nicowanego œció³kowania (substrat torfowy, koradrzewna, trociny, kompost, s³oma ¿ytnia, substrat mikoryzowy) na wzrost wegeta-tywny i wielkoœæ plonowania roœlin truskawki odmiany ‘Senga Sengana’ [23].Badania wykaza³y korzystny wp³yw mikoryzacji oraz œció³kowania substratem torfo-wym i kompostem na stan od¿ywienia oraz wzrost wegetatywny i plonowanie roœlintruskawki. Metoda ta mo¿e byæ stosowana powszechnie w uprawie truskawki. Wpro-wadzenie jej do praktyki sadowniczej wp³ynie na poprawê stanu od¿ywienia roœlinw sk³adniki mineralne oraz na wzrost i plonowanie, a w konsekwencji ochronê œrodo-wiska naturalnego i poprawê dochodowoœci gospodarstw sadowniczych. Dziêkikorzystnemu wp³ywowi mikoryzacji roœlin i œció³kowania na wzrost i plonowanieroœlin oraz braku destrukcyjnego wp³ywu na œrodowisko mo¿liwe jest ich powszech-ne stosowanie w organicznej, integrowanej i konwencjonalnej uprawie roœlin truskawki.

W Polsce roœnie zainteresowanie produkcj¹ ekologiczn¹ owoców i warzyw,w tym truskawek. Odmiany zagraniczne, testowane w omówionych wy¿ej doœwiad-czeniach, w wiêkszoœci nie nadaj¹ siê do uprawy komercyjnej w Polsce, z uwagi naich nisk¹ wytrzyma³oœæ na przemarzanie. Niestety w polskiej literaturze fachowejbrakuje informacji o badaniach nad przydatnoœci¹ odmian truskawki do uprawyekologicznej w warunkach klimatyczno-glebowych Polski. Jest wprawdzie opraco-wanie „Uprawa roœlin jagodowych metodami ekologicznymi” [24], oparte na pracyzbiorowej „Ekologiczne metody produkcji owoców” pod redakcj¹ E. ¯urawiczaz tego samego roku, ale w obu tych opracowaniach zalecenia odmian do uprawyekologicznej opieraj¹ siê na ogólnej wiedzy o ich wartoœci produkcyjnej, uzyskanejw standardowych, polowych doœwiadczeniach odmianowo-porównawczych, w Polscei za granic¹.

W Polsce doœwiadczenia takie prowadzi siê przede wszystkim w InstytucieSadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach, obejmuj¹ one zarówno nowe odmia-ny zagraniczne, jak i odmiany wyhodowane w Polsce. W doœwiadczeniach tych,oprócz stopnia przezimowania roœlin (podatnoœæ na niskie ujemne temperatury), si³ywzrostu roœlin, terminu dojrzewania owoców i plonowania od dawna szczegó³owoocenia siê u badanych odmian tak¿e podatnoœæ owoców na szar¹ pleœñ, a roœlin nachoroby liœci i wertyciliozê. Podatnoœæ roœlin na wertyciliozê ocenia siê nie tylkow doœwiadczeniach prowadzonych tradycyjnie, ale tak¿e poprzez wysadzanie roœlinna tzw. „polu œmierci”, na którym wystêpuje bardzo silne ska¿enie pola grzybem V.

dahliae, który powoduje tê chorobê. Tak prowadzona ocena pozwala na dok³adnepoznanie podatnoœci na choroby roœlin genotypów zagranicznych i polskich [12, 13,15, 16, 17, 19, 29, 30, 31]. W programie hodowli odmian truskawek, realizowanymw ISK odmianami zg³oszonymi do rejestru odmian staæ siê mog¹ tylko te genotypy,które maj¹ wysoki poziom odpornoœci na oceniane choroby.


Bior¹c pod uwagê wyniki badañ zagranicznych i polskich, przedstawionychw wy¿ej cytowanych publikacjach, w Polsce do uprawy ekologicznej mo¿na polecaænastêpuj¹ce odmiany truskawki:� odmiany wczesne i œredniowczesne: ‘Honeoye’, ‘Kent’ i ‘Salut’;� odmianyœrednie i œredniopóŸne: ‘Aga’, ‘Onebor’, ‘Dukat’, ‘Elkat’, ’Filon’ i ‘Pegasus’;� odmiany póŸne: ‘Vikat’, ‘Pandora’;� odmiany powtarzaj¹ce owocowanie: ‘Selva’ i ‘Albion’.

Dok³adna charakterystyka wymienionych odmian zawarta jest w dostêpnych napolskim rynku opracowaniach [14, 18, 28, 32, 33].

Podsumowanie

Wysoka wytrzyma³oœæ roœlin na niskie, ujemne temperatury i ma³a podatnoœæ nachoroby to podstawowe warunki przydatnoœci odmian do produkcji ekologicznej.Trzeba jednak podkreœliæ, ¿e wymienione cechy odmian nie warunkuj¹ sukcesuw ekologicznej uprawie truskawki. Inne warunki, które w podobnym stopniu decy-duj¹ o powodzeniu w ekologicznej produkcji truskawek to czynniki agrotechniczneZaliczamy do nich wybór i staranne przygotowanie stanowiska (p³odozmian i przed-plon, zwalczenie chwastów trwa³ych przed za³o¿eniem plantacji, ocena stanowiskapod wzglêdem zagro¿enia przez szkodniki glebowe i zasobnoœæ w sk³adniki pokar-mowe), a tak¿e zak³adanie plantacji ze zdrowego materia³u szkó³karskiego (nasadze-niowego), w³aœciwy system uprawy (termin sadzenia i rozstawa) i dobra pielêgnacjaplantacji (nawadnianie, œció³kowanie, niszczenie chwastów i usuwanie roz³ogów).

WPolsce do uprawy ekologicznej mo¿na polecaæ nastêpuj¹ce odmiany truskawki:� odmiany wczesne i œredniowczesne: ‘Honeoye’, ‘Kent’ i ‘Salut’;� odmianyœrednie i œredniopóŸne: ‘Aga’, ‘Onebor’, ‘Dukat’, ‘Elkat’, ’Filon’ i ‘Pegasus’;� odmiany póŸne: ‘Vikat’, ‘Pandora’;� Odmiany powtarzaj¹ce owocowanie: ‘Selva’ i ‘Albion’.

Literatura

[1] Barth U., Spornberger A., Steffek R., Blumel S., Altenburger J., Hausdorf H. 2002. Testing of new strawberryvarieties for organic production. 10th Intern. Conf. on Cultivation Technique and Phytopatological Problems inOrganic Fruit-Growing and Viticulture. Proceedings of a conference, Weinsberg, Germany, 4–7 Feb. 2002:212–216.

[2] Berglund R. 2003. Experiences from organic strawberry trials in Sweden. NJF Seminar No 352, Plant protectionin sustainable strawberry production. vol. 5–6 Nov. 2003: 30.

[3] Berglund R. 2007. Organic production of strawberries – focus on practical applications. Doctoral dissertation.ISSN 1652-6880, ISBN 978-91-576-7329-9.

[4] Birkeland L., Døving A., Sønsteby A. 2002. Yields and quality in relation to planting bed management oforganically grown strawberry cultivars. Acta Horticulturae 567: 519–522.

[5] Bull C.T., Muramoto J., Koike S.T., Leap J., Shennan C., Goldman P. 2005. Strawberry cultivars andmycorrhizal inoculants evaluated in California organic production fields. Crop management. PlantManagement Network. USDA, ARS: 10 ss. doi:10.1094/CM-2005-0527-02-RS.


[6] Daugaard H., Lindhard H. 2000. Strawberry cultivars for organic production. Gartenbauwissenschaft 65(5):213–217.

[7] Gliessman S.R., Werner M.R., Swezey S.L., Caswell E., Cochran J., Rosado-May F. 1996. Conversion toorganic strawberry management changes ecological processes. California Agriculture 50(1): 24–31.

[8] Häkkinen S.H., Törrönen A.R. 2000. Content of flavonols and selected phenolic acids in strawberries and Vacciniumspecies: influence of cultivar, cultivation site and technique. Food Research International 33: 517–524.

[9] Hietaranta T., Parikka P. 2009. ‘Suvetar’ and ‘Valotar’ – new strawberry cultivars from MTT breedingprogramme. Acta Horticulturae 842: 519–520.

[10] Jemieson A.R. 2006. Developing fruit cultivars for organic production systems: a review with examples fromapple and strawberry. Canadian Journal of Plant Science 86(5): 1369–1375.

[11] Laugale V., Bite A. 2009. Evaluation of strawberry cultivars for organic production in Latvia. Acta Horti-culturae 842: 373–376.

[12] Masny A., ¯urawicz E. 2005. Wartoœæ produkcyjna kilku deserowych klonów truskawki hodowli InstytutuSadownictwa i Kwiaciarstwa ocenianych w latach 2001–2004. W „Monografia – Zmiennoœæ genetyczna i jejwykorzystanie w hodowli roœlin ogrodniczych”, wyd. ISK: 339–344.

[13] Masny A., ¯urawicz E. 2005. Ocena wartoœci fenotypowej wybranych genotypów truskawki w kolekcji odmianInstytutu Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach. Zeszyty Naukowe ISK 13: 75–81.

[14] Masny A., ¯urawicz E. 2007. Deserowe odmiany truskawek. OWK 5: 24–26.[15] Masny A., ¯urawicz E. 2007. Wzrost i plonowanie póŸnych odmian truskawki w warunkach Polski centralnej.

Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu – CCCLXXXIII, Ogrodnictwo 41: 345–349.[16] Masny A., ¯urawicz E. 2008. Podatnoœæ nowych odmian deserowych truskawki na wertyciliozê w warunkach

polowych. Zeszyty Naukowe ISK 16: 249–255.[17] Masny A., ¯urawicz E. 2009. Pora¿enie wybranych odmian truskawki (Fragaria × ananassa) przez Verticil-

lium dahliae. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. (w druku).

[18] Masny A., ¯urawicz E. 2009. Uprawa truskawek w polu i pod os³onami. Wyd. Plantpress Sp. z o.o., Kraków.[19] Meszka B., Masny A., Bielenin A., ¯urawicz E. 2005. Podatnoœæ wybranych genotypów truskawki na

wertyciliozê (Verticillium dahliae KLEB.). W: „Monografia – Zmiennoœæ genetyczna i jej wykorzystaniew hodowli roœlin ogrodniczych”, Wyd. ISK: 327–332.

[20] Papanje A.V., Cantliffe D.J., Koenig R.L. 2004. Developing a system to produce organic plug transplants fororganic strawberry production. Proc. Fla. State Hort. Soc. 117: 276–282.

[21] Parrika P. 2006. The effect of irrigation method on the quality and shelf-life of strawberry fruit in organicproduction. Acta Horticulturae 708: 319–322.

[22] Prokkola S., Kivijärvi P. 2007. Effect of biological sprays on the incidence of grey mould, fruit yield and fruitquality in organic strawberry production. Agricultural and Food Science 16: 25–33.

[23] Sas Paszt L., ¯urawicz E., Pluta S., Lewandowski M. 2006. Oferta wdro¿eniowa. „Zastosowanie mikoryzacjiœció³kowania w uprawie truskawki”.

[24] Uprawa roœlin jagodowych metodami ekologicznymi. 2005. Praca zbiorowa pod red. Z.S. Grzyba. 2005. Wyd.Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie, Oddzia³ w Radomiu: 43 ss.

[25] Verona L.A.F., Nesi C.N., Scherer E.E., Gheller C., Grossi R. 2005. Strawberry cultivars for organic cultivationsystem. Agropecuaria Catarinese 18(2): 90–92.

[26] Vicente E., Giménez G., Manzzioni A., Vilaró F., González M., Cabot M. 2009. Strawberry breeding inUruguay. Acta Horticulturae 842: 411–414.

[27] Weissinger H., Spornberger A., Steffek R., Jezik K., Stich K. 2009. Evaluation of new strawberry cultivars fortheir potential use in organic farming and in Verticillium-infested soils. European Journal of HorticulturalScience 74: 1, 30–34.

[28] ¯urawicz E. 2005. Truskawka i poziomka (praca zbiorowa pod redakcj¹ E. ¯urawicza). Wyd. II, poprawionei uzupe³nione, PWRiL, Warszawa: 300 ss.

[29] ¯urawicz E., Bielenin A. 1995. Wyniki oceny podatnoœci na wertyciliozê najnowszych odmian truskawki. Mat. VOgólnopolskiego Zjazdu Hodowców Roœlin Ogrodniczych, Skierniewice, 23–24 lutego 1995, czêœæ II: 219–223.

[30] ¯urawicz E., Kruczyñska D., Masny A., Pierzga K. 2004. Field performance of selected domestic and foreignstrawberry cultivars grown at two sites of Poland. Acta Horticulturae 663: 919–922.

[31] ¯urawicz E., Kruczyñska D., Masny A. 2005. Wartoœæ produkcyjna najnowszych odmian truskawkiw warunkach Polski Centralnej. Zeszyty Naukowe ISK 13: 69–74.

[32] ¯urawicz E., Masny A. 2007. Deserowe odmiany truskawek – czêœæ I. Sad Nowoczesny 2: 39–42.[33] ¯urawicz E., Masny A. 2007. Deserowe odmiany truskawek – czêœæ II. Sad Nowoczesny 3: 60–62.


Suitability of existing strawberry cultivarsfor organic cultivation

Keywords: strawberry, cultivars, organic production

Summary

High resistance to low, below-zero temperatures and low susceptibility of plantsto diseases are the essential prerequisites of cultivar suitability for organic production.It must be emphasized, however, that these basic traits do not guarantee success in theecological cultivation of strawberry. Among other conditions, which to a similar ex-tent determine how successful organic production of strawberry may be, areagro-technical factors. They include the selection and careful preparation of the culti-vation site (crop rotation and forecrop, eradication of perennial weeds before settingup a plantation, evaluation of the location in terms of any threats that might be posedby soil pests, and determination of the levels of nutrients in the soil), and also the use ofhealthy nursery plant material (for plantings), the right cultivation system (plantingtime and spacing), and good maintenance of the plantation (irrigation, mulching, weedcontrol, removal of runners). The following strawberry cultivars can be recommendedfor organic cultivation in Poland:� early and medium-early cultivars: ‘Honeoye’, ‘Kent’ and ‘Salut’,� medium and medium-late cultivars: ‘Aga’, ‘Onebor’, ‘Dukat’, ‘Elkat’, ’Filon’ and

‘Pegasus’,� late cultivars: ‘Vikat’, ‘Pandora’,� repeat-fruiting cultivars: ‘Selva’ and ‘Albion’.


Charakterystyka fungicydówstrobilurynowych z uwzglêdnieniemproblemu odpornoœci fitopatogenów

Urszula WachowskaKatedra Fitopatologii i Entomologii, Uniwersytet Warmiñsko-Mazurski

10-720 Olsztyn ul. Prawocheñskiego 17


S³owa kluczowe: fungicydy strobilurynowe, mechanizm dzia³ania,odpornoœæ grzybów

Wstêp

W ostatnim dwudziestoleciu rozwój chemicznych metod ochrony roœlin przedpatogenami zdominowa³o pojawienie siê ca³kowicie nowej grupy zwi¹zków grzybo-bójczych – fungicydów strobilurynowych. Dominacja ta wynika³a przede wszystkimz odmiennych, czêsto unikatowych w³aœciwoœci tych fungicydów oraz doskona³ychwyników aplikacji na polach doœwiadczalnych i produkcyjnych. Ju¿ po czterechlatach od wprowadzenia na rynek pierwszych dwóch fungicydów strobilurynowych(azoksytrobiny i krezoksymu metylu) preparaty z tej grupy oraz zawieraj¹ce zwi¹zkio odmiennej budowie chemicznej, ale analogicznym mechanizmie dzia³ania stano-wi³y 10% globalnego rynku fungicydów [3, 4, 44].

Niestety ju¿ po kilku latach stosowania fungicydów strobilurynowych w popula-cjach wielu fitopatogenów pojawi³a siê odpornoœæ polowa i w konsekwencji odpor-noœæ praktyczna, co postawi³o pod znakiem zapytania zasadnoœæ stosowania fungicy-dów strobilurynowych w ochronie wielu gatunków roœlin uprawnych [44].

Celem niniejszego opracowania jest charakterystyka fungicydów strobilury-nowych, z uwzglêdnieniem ich budowy, mechanizmu dzia³ania na grzyby i roœlinychronione oraz próba wyjaœnienia mechanizmu powstawania odpornoœci fitopato-genów na te preparaty.


Historia i dzieñ dzisiejszy fungicydów strobilurynowych

Odkrycie i wprowadzenie na rynek fungicydów strobilurynowych by³o wynikiemwieloletniego zainteresowania zespo³ów badaczy grup¹ naturalnych zwi¹zków fungi-cydowych – pochodnych kwasu �-metoksyakrylowego. Zwi¹zki te produkowane s¹przez grzyby z gromady Basidiomycota, miêdzy innymi szyszkówkê gorzkaw¹(Strobilurus tenacellus (PERS.) SINGER) i monetkê bukow¹ (Oudemansiella mucida

(SCHRADER : FRIES) HÖHNEL), które rozk³adaj¹ drewno, ig³y i szyszki [3, 44]. GrzybS. tenacellus wytwarza strobilurynê Ai B, zwi¹zki te odkryto w drugiej po³owie lat 70.ubieg³ego wieku. Stwierdzono, ¿e wykazuj¹ one du¿¹ aktywnoœæ antybiotyczn¹wobec dro¿d¿y i grzybów strzêpkowych oraz komórek nowotworowych [1]. W 1979roku opisano oudemasynê produkowan¹ przez grzyb O. mucida. Zwi¹zek ten wyka-zuje analogiczn¹ aktywnoœæ jak wy¿ej wymienione strobiluryny [2]. Opisany rokpóŸniej myksotiazol, wytwarzany przez bakteriê Myxococcus fulvus (COHN) JAHN,jest aktywny g³ównie wobec grzybów strzêpkowych [23].

W roku 1992 uzyskano syntetyczne analogi strobiluryny A, azoksystrobinêi krezoksym metylu. Fungicydy zawieraj¹ce te zwi¹zki znalaz³y siê w sprzeda¿ycztery lata póŸniej [3, 30] – tab. 1. Charakterystyczn¹ cech¹ azoksystrobiny jestobecnoœæ reszty (grupy) metoksyakrylowej –O-C=C-C=O, która pe³ni funkcjê farma-koforu. To samo ugrupowanie jest fragmentem pikoksystrobiny [3, 20, 49]. Grupa tajest czêœci¹ (E)-metyl �-metoksyakrylatu; obecnego tak¿e w strobilurynie A i oude-masynie A [4]. W przypadku krezoksymu metylu rolê farmakoforu pe³ni resztametoksyiminowa –O-N=C-C=O, zawarta w (E)-metyl metoksyiminacetanie. To sa-mo ugrupowanie zawiera moleku³a trifloksystrobiny [53] i metominostrobiny.W przypadku pyraklostrobiny farmakoforem jest reszta N-metoksykarbaminianumetylu zawieraj¹ca fragment O-N-C=O [3, 20, 49].

Tabela 1. Fungicydy strobilurynowe (substancje aktywne) stosowane w ochronie roœlin upraw-nych [3, 13, 18, 44, 51]

Grupa chemiczna Nazwa substancjiaktywnej fungicydu

Koncern „odkrywca” Rok wprowadzeniana rynek

Metoksyakrylaty azoksystrobina ICI 1996

enestrobina SRICI w przysz³oœci

pikoksystrobina Syngenta 2002

Metoksykarbaminiany pyraklostrobina BASF 2002

Oksyiminoacetany krezoksym metylu BASF 1996

trifloksystrobina Bayer 1999

Oksyimionoacetamidy metominostrobina Shionogi 1999

dimoksystrobina BASF 2006

orysastrobina BASF w przysz³oœci

Dihydrodioksazyny fluoksastrobina Bayer 2005

78 U. Wachowska

W ochronie roœlin stosowanych jest obecnie dziewiêæ substancji aktywnychz grupy strobiluryn nale¿¹cych do piêciu grup chemicznych (tab. 1). W Polsce wed³ugdanych Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi dopuszczone s¹ do obrotu i stosowa-nia œrodki ochrony roœlin zawieraj¹ce siedem z wymienionych zwi¹zków. Preparaty teprzedstawiono w tabelach 2 i 3. Komitet FRAC (Fungicide Resistance ActionComitette), zajmuj¹cy siê odpornoœci¹ fitopatogenów na fungicydy, w odniesieniu dofungicydów strobilurynowych stosuje skrót QoI (Quinone Outsider Inhibitors) i przy-pisuje tej grupie liczbê 11, jako swoje oznaczenie kodowe, oraz symbol C3, jakooznaczenie docelowego miejsca dzia³ania fungicydu w komórce grzyba [18].

Tabela 2. Preparaty jednosk³adnikowe zawieraj¹ce substancje aktywne z grupy strobiluryndopuszczone do obrotu w Polsce (na podstawie danych MRiRW z wrzeœnia 2009)

Nazwa handlowa Sk³ad (substancjeaktywne)

Zawartoœæ substancjiaktywnej [g · l

–1lub kg

–1]

Producent

Amistar 250 SC azoksystrobina 250 Syngenta Limited – Wielka Brytania

Discus 500 WG krezoksym metylu 500 BASF AG – Niemcy

Ardent 500 SC krezoksym metylu 500 Makhteshim-Agan – Industries Ltd. –Izrael

Acanto 250 SC pikoksystrobina 250 Du Pont International Operations Sarl– Szwajcaria

Zato 50 WG trifloksystrobina 500 Bayer CropScience AG – Niemcy

Spektrum zwalczanych patogenów i zakres stosowaniafungicydów strobilurynowych

Fungicydy strobilurynowe s¹ aktywne wobec grzybów z gromad Ascomycota,Basidiomycota oraz organizmów grzybopodobnych z gromady Oomycota [3]. Daje tonowe mo¿liwoœci ochrony niektórych wa¿nych gospodarczo roœlin uprawnych przedszerokim spektrum patogenów, na przyk³ad powoduj¹cych m¹czniaka prawdziwegoi rzekomego [42]. Poszczególne fungicydy strobilurynowe ró¿ni¹ siê miêdzy sob¹aktywnoœci¹ wobec konkretnych patogenów. Do zwi¹zków o szerokim zastosowaniunale¿¹ azoksystrobina i pyraklostrobina, natomiast pikoksystrobina to typowy fungi-cyd zbo¿owy, a metominostrobina to zwi¹zek przeznaczony g³ównie do ochrony ry¿u[3, 44]. Dziêki szerokiemu spektrum dzia³ania fungicydy strobilurynowe znalaz³yw Polsce zastosowanie w ochronie gatunków roœlin uprawnych o kluczowym zna-czeniu ekonomicznym, takich jak zbo¿a, rzepak, jab³oñ, truskawka, warzywa (m.in.cebula, marchew, pomidor i kapusta) oraz roœliny ozdobne (etykiety–instrukcjestosowania œrodków Amistar 250 SC, Discus 500 WG i Zato 50 WG:«www.minrol.gov.pl/Informacje bran¿owe/Ochrona roœlin/»).

Charakterystyka fungicydów strobilurynowych … 79

Tabela 3. Preparaty z³o¿one zawieraj¹ce substancje aktywne z grupy strobiluryn dopusz-czone do obrotu w Polsce (na podstawie danych MRiRW z wrzeœnia 2009 roku)

Nazwa handlowa Sk³ad (substancje aktywne) Zawartoœæsubstancjiaktywnej[g · l

–1lub kg

–1]

Producent

Olympus 480 SC azoksystobina + chlorotalonil 80 + 400 Syngenta Limited – Wielka Brytania

Allegro 250 SC krezoksym metylu +epoksykonazol

125 + 125 BASF SE – Niemcy

Juwel TT 483 SE krezoksym metylu +fenpropimorf + epoksykonazol

83 + 317 + 83 BASF SE – Niemcy

Stratego 250 EC trifloksystrobina + propikonazol 125 + 125 Bayer CropScience AG – Niemcy

Sfera 267,5 EC trifloksystrobina + cyprokonazol 187,5 + 80 Bayer CropScience AG – Niemcy

Reveller 280 SC pikoksystrobina + cyprokonazol 200 + 80 Du Pont International operationsSarl – Szwajcaria

Opera 183 SE piraklostrobina + epoksykonazol 133 + 50 BASF AG – Niemcy

Opera Max 147,5 SE piraklostrobina + epoksykonazol 85 + 62,5 BASF AG – Niemcy

Signum 33 WG piraklostrobina + boskalid 67 + 257 BASF AG – Niemcy

Tercel 16 WG piraklostrobina + ditianon 40 + 120 BASF AG – Niemcy

Pictor 400 EC dimoksystrobina + boskalid 200 + 200 BASF SE – Niemcy

Swing Top 183 EC dimoksystrobina + boskalid 133 + 50 BASF SE – Niemcy

Fandango 200 EC fluoksastrobina + protiokonazol 100 + 100 Bayer CropScience AG – Niemcy

Scenic 080 FS fluoksastrobina + protiokonazol+ tebukonazol

37,5 + 37,5 + 5 Bayer CropScience AG – Niemcy

Mechanizm i sposób dzia³ania fungicydów strobilurynowych

W porównaniu do g³ównych grup fungicydów stosowanych na pocz¹tku lat 90.ubieg³ego wieku zwi¹zki strobilurynowe wyró¿niaj¹ siê nowatorskim mechanizmemdzia³ania. Polega on na hamowaniu przebiegu mitochondrialnego cyklu oddechowegow komórkach grzybów. Omawiane fungicydy blokuj¹ przenoszenie elektronów z ubi-chinolu na cytochrom c1, które odbywa siê poprzez kompleks III ³añcucha oddecho-wego [3, 4, 13, 14]. Mechanizm ten zwany, cyklem Q, zak³ada istnienie dwóchprzestrzennie oddzielonych miejsc wi¹zania ubichinolu (tutaj nastêpuje utlenienie)i ubichinonu (tutaj nastêpuje redukcja) [13, 51]. Moleku³a fungicydu strobilurynowegonie wi¹¿e siê z cytochromem b w miejscu identycznym jak ubichnol, jednak jejprzy³¹czenie powoduje na tyle du¿e zmiany w strukturze cytochromu, ¿e przeniesienieelektronu miêdzy cytochromem b a cytochromem c1 jest zablokowane [4, 6]. Przerwa-niu ulega cykl produkcji ATP, co prowadzi do niedoboru energii w komórce grzyba [3].Fragmentami moleku³ strobiluryn faktycznie odpowiadaj¹cymi za wy¿ej opisany efekts¹ farmakofory. Mechanizm ³¹czenia siê strobiluryn z bia³kiem cytochromu jest szcze-gó³owo zbadany i zilustrowany na rysunku 1 [3, 20, 22, 44, 50, 53].

Badania dotycz¹ce sposobu dzia³ania azoksystrobiny, krezoksymu metylu, tri-floksystrobiny i pyraklostrobiny wskazuj¹, ¿e kie³kowanie zarodników i uwalnianie

80 U. Wachowska

zoospor to fazy rozwojowe fitopatogenów szczególnie wra¿liwe na te zwi¹zki grzy-bobójcze [3, 30], poniewa¿ wówczas maj¹ one szczególnie du¿e zapotrzebowanie naenergiê. Fungicydy strobilurynowe wykazuj¹ dzia³anie zapobiegawcze i kuratywne.Natomiast dzia³anie wyniszczaj¹ce lub dzia³anie antysporulacyjne jest rzadko obser-wowane. Ten sposób dzia³ania fungicydów strobilurynowych wskazuje, ¿e optymal-ny termin ich aplikacji powinien wyprzedzaæ infekcjê lub obejmowaæ wczesne fazyrozwoju procesu chorobowego [3, 47].

Biokinetyka fungicydów strobilurynowych w roœlinie

Mobilnoœæ i redystrybucjê fungicydów strobilurynowych w roœlinie warunkujeich du¿e powinowactwo do powierzchni roœliny oraz absorpcja w warstwie wosków.Niektóre zwi¹zki z tej grupy charakteryzuj¹ siê tak¿e mobilnoœci¹ w ksylemie. Dziêkitemu wybrane fungicydy maj¹ w³aœciwoœci uk³adowe i dzia³aj¹ interwencyjnie i wy-niszczaj¹co. Fungicydy strobilurynowe maj¹ du¿¹ aktywnoœæ translaminarn¹. Cz¹s-teczka fungicydu lokalnie rozprzestrzenienia siê w obszarach miêdzykomórkowych


Rysunek 1. Trzeciorzêdowa struktura cytochromu bc1 blokowana przez azoksystrobinê (napodstawie [8]): A – pierœcieñ benzenowy ³¹cz¹cy siê z farmakoforem lub ugrupowanieC=C-w ³añcuchu u naturalnych strobiluryn wykazuje „powinowactwo” do glicyny w pozycji 143,B – ugrupowanie N-H (reszta amidowa) glutaminy w pozycji enzymu 272 lub proliny w pozycji271 mo¿e wi¹zaæ siê z atomem tlenu z reszty karbonylowej farmakoforu fungicydu, C – cz¹s-teczka wody ³¹czy farmakofor z tyrozyn¹ 274 i alanin¹ 128 enzymu

i przyk³adowo dociera z górnej na doln¹ stronê powierzchni liœcia. Niektóre fun-gicydy z tej grupy dyfunduj¹ w fazie gazowej na powierzchniê roœliny i przemiesz-czaj¹ siê do czêœci nietraktowanej, gdzie ulegaj¹ absorpcji. Ta ostatnia w³aœciwoœæ nieby³a dotychczas obserwowana wœród fungicydów stosowanych w ochronie roœlin [3,22, 44, 47, 52]. Okreœlana jest ona jako dzia³anie episystemiczne lub quasiuk³adowe,a w po³¹czeniu z przemieszczaniem translaminarnym jako dzia³anie mezosystemicz-ne [44]. Nie wszystkie fungicydy strobilurynowe maj¹ w równym stopniu wymienio-ne w³aœciwoœci (tab. 4). Jedynie u szeœciu stwierdzono dzia³anie uk³adowe. Metomi-nostrobina i orysastrobina mog¹ byæ pobierane przez korzenie roœlin.

Tabela 4. Podstawowe zdolnoœci redystrybucyjne fungicydów strobilurynowych [3, 44, 47]

Substancjaaktywna

W³aœciwoœciuk³adowe

W³aœciwoœciepisystemiczne

W³aœciwoœcitranslaminarne

Inne

Azoksystrobina tak nie tak

Pikoksystrobina tak tak tak

Pyraklostrobina nie nie s³abe

Krezoksym metylu nie tak s³abe

Trifloksystrobina nie tak s³abe

Metominostrobina tak ? ? pobieranie przezkorzenie

Dimoksystrobina tak ? ? pobieranie przezkorzenie

Orysastrobina tak ? ?

Fluoksastrobina tak nie tak

Pozytywne oddzia³ywanie fungicydów strobilurynowychna chronion¹ roœlinê

Oprócz bezpoœredniego dzia³ania grzybobójczego fungicydy strobilurynowe maj¹w³aœciwoœci, dziêki którym roœliny chronione znajduj¹ siê d³u¿ej w lepszej kondycjii wy¿ej plonuj¹. Efekt ten zosta³ doœæ dobrze zbadany u zbó¿, zw³aszcza u pszenicyi jêczmienia. Stosowanie fungicydów strobilurynowych, w porównaniu do programówochrony opartych na zwi¹zkach triazolowych, przy zbli¿onej skutecznoœci, pozwalauzyskaæ wyraŸnie wy¿szy plon ziarna. Na roœlinach traktowanych strobiluryn¹ d³u¿ejutrzymuje siê powierzchnia zielona (starzenie roœlin opóŸnia siê), co przek³ada siê nawyd³u¿enie okresu produktywnej asymilacji i wype³niania ziarna. Jest to tak zwanyefekt przed³u¿aj¹cej siê zielonoœci liœcia (ang. green effect) [3, 28, 30].

Innym wyjaœnieniem zjawiska lepszego plonowania roœlin po zastosowaniu fungi-cydów strobilurynowych jest hipoteza fizjologiczna. Zak³ada ona, ¿e fungicydy te od-dzia³uj¹ na kilka istotnych procesów fizjologicznych i stanów biochemicznych roœliny.Pod ich wp³ywem w procesie fotosyntezy nastêpuje przesuniêcie punktu kompensa-cyjnego CO2. Zmianom ulegaj¹ procesy transpiracji i biosyntezy etylenu oraz poziom

82 U. Wachowska

aktywnoœci niektórych enzymów, w tym reduktazy azotanowej, peroksydaz i syntazyACC [44]. U roœlin pszenicy traktowanych krezoksymem metylu stwierdzono miêdzyinnymi spadek poziomu kwasu 1-aminocyklopropano-1-karboksylowego (ACC) –prekursora etylenu i aktywnoœci syntazy ACC, co mia³o prze³o¿enie na ograniczeniewytwarzania etylenu i dalej na spowolnienie degradacji cytokinin. W konsekwencjiobserwowano wzrost produkcji chlorofilu i opóŸnienie starzenia siê roœlin [30, 52].

Przyczyn¹ efektu wyd³u¿enia zielonoœci liœci roœlin mo¿e byæ tak¿e zdolnoœæfungicydów strobilurynowych do hamowania kie³kowania zarodników nie tylkogrzybów fitopatogennych, ale i saprotrofów. Dziêki temu roœlina traci mniej energii(w domyœle asymilatów) na energoch³onne reakcje obronne wzbudzane przez dro-bnoustroje [5, 48].

Odpornoœæ fitopatogenów na fungicydy strobilurynowe

Kilka lat po wprowadzeniu do praktyki pierwszych fungicydów strobilurynowychzaobserwowano zjawisko spadku ich skutecznoœci. Problem ten dotyczy³ ochrony zbó¿przed m¹czniakiem prawdziwym. By³y to pierwsze sygna³y rozwoju zjawiska, którezmieni³o pogl¹d na rolê, jak¹ mog¹ pe³niæ fungicydy z tej grupy w ochronie roœlin.Aktualnie znana jest odpornoœæ polowa kilkunastu fitopatogenów na strobiluryny. W tejgrupie znajduj¹ siê najwa¿niejsze patogeny zbó¿ i roœlin sadowniczych (tab. 5).W wielu przypadkach odpornoœæ polowa niemal natychmiast przekszta³ci³a siê w od-pornoœæ praktyczn¹, co wymusi³o radykalne ograniczenie lub wycofanie fungicydówstrobilurynowych z programów ochrony niektórych roœlin uprawnych [9, 10, 14, 18].

Tabela 5. Odpornoœæ polowa na fungicydy strobilurynowe u patogenów roœlin uprawnychwystêpuj¹cych w strefie klimatycznej obejmuj¹cej Polskê [9, 16, 17, 25, 29, 31, 37, 47]

Choroba Patogen Rok stwierdzenia

M¹czniak prawdziwy pszenicy Blumeria graminis f.sp. tritici 1998 [9,16,31]

M¹czniak prawdziwy jêczmienia Blumeria graminis f.sp. hordei 1999 [31]

Septorioza paskowana liœci pszenicy Septoria tritici (Mycosphaerella graminicola) 2002 [17, 31]

Plamistoœæ siatkowa jêczmienia Pyrenophora teres 2003 [47]

Brunatna plamistoœæ liœci na pszenicy Pyrenophora tritici -repentis 2003 [45]

Parch jab³oni Venturia inequalis 1999 [29, 31]

Alternarioza ziemniaka Alternaria solani 2002 [31, 37]

M¹czniak rzekomy ogórka Pseudoperonospora cubensis 1999 [25, 31]

W Polsce problem odpornoœci na strobiluryny jest najlepiej poznany i jedno-czeœnie moniotorowany w sadach jab³oniowych, gdzie odporne formy V. inequalis

zidentyfikowano po raz pierwszy w 2003 roku [7, 8].


Mechanizmy powstawania odpornoœci fitopatogenówna fungicydy strobilurynowe

Przyczyny uodpornienia populacji fitopatogenów na pochodne strobiluryn s¹z³o¿one. Zjawisko to wystêpuje na poziomie informacji genetycznej (mutacje w geniekoduj¹cym cytochrom b), na poziomie biochemii komórki (alternatywna œcie¿kaoddychania) oraz na poziomie biokinetyki komórki (mechanizm aktywnego trans-portu z komórki poprzez zwi¹zane z b³on¹ bia³ka transportuj¹ce).

Mutacje genu koduj¹cego cytochrom b (CYTB) s¹ podstawowym mechanizmemwarunkuj¹cym odpornoœæ grzybów na strobiluryny. Mutacje genu CYTB zmieniaj¹cewra¿liwoœæ na fungicydy strobilurynowe stwierdzono w dwóch regionach korespon-duj¹cych z pozycjami koduj¹cymi aminokwasy 129–147 i 256–275 [21, 23, 40]. Dwiepunktowe mutacje genu CYTB odpowiedzialne s¹ za wiêkszoœæ przypadków odpor-noœci fitopatogenów, mutacja w kodonie 143, gdzie zamiast glicyny jest kodowanaalanina (G143A) oraz mutacja w pozycji 129 – zamiast fenyloalaniny kodowana jestleucyna (F129L) [20, 24, 25]. Znane s¹ tak¿e inne mutacje nios¹ce ze sob¹ zmianêwra¿liwoœci grzybów na strobiluryny [15], na przyk³ad kodowanie argininy zamiastglicyny w pozycji 137 (G137R) [45]. Jednak mutacja G143A jest najbardziej rozpo-wszechniona wœród fitopatogenów odpornych i wi¹¿e siê z ca³kowit¹ odpornoœci¹(wskaŸnik odpornoœci RF > 100), mutacja F129L wi¹¿e siê z czêœciow¹ odpornoœci¹populacji (RF od 10 do 50) i wystêpuje rzadziej [35]. U niektórych gatunkówwystêpuj¹ obie mutacje [35]. W tabeli 6 przedstawiono mutacje odpowiedzialne zaodpornoœæ u poszczególnych fitopatogenów.

Tabela 6. Uwarunkowanie genetyczne odpornoœci patogenów na strobiluryny wed³ug FRAC [33]

Choroba Patogen Rodzaj mutacjiodpowiedzialnej za odpornoœæ

M¹czniak prawdziwy pszenicy Blumeria graminis f.sp. tritici G143A

M¹czniak prawdziwy jêczmienia Blumeria graminis f.sp. hordei G143A

Septorioza paskowana pszenicy Septoria tritici (Mycosphaerellagraminicola)

G143A

Plamistoœæ siatkowa jêczmienia Pyrenophora teres F129L

Brunatna plamistoœæ liœci na pszenicy Pyrenophora tritici-repentis G143A; F129L; G137L

Parch jab³oni Venturia inequalis G143A

Alternarioza ziemniaka Alternaria solani F129L

Szara pleœñ na truskawce Botrytis cinerea G143A

M¹czniak prawdziwy ogórka Podosphaera fusca G143A

M¹czniak rzekomy ogórka Pseudoperonospora cubensis G143A

Bardzo istotnym faktem rzutuj¹cym na ca³okszta³t pod³o¿a genetycznej odpor-noœci fitopatogenów na strobiluryny jest fakt, ¿e gen cytochromu b jest czêœci¹mitochondrialnego DNA (mt DNA) [20]. Ta forma DNA podlega mutacjom conajmniej kilkakrotnie czêœciej ni¿ DNAj¹drowy. Zwi¹zane jest to z ma³o skutecznymsystemem naprawy uszkodzeñ DNA w mitochondriach, brakiem histonów oraz

84 U. Wachowska

obecnoœci¹ du¿ej iloœci wolnych rodników, wytwarzanych w procesie fosforylacjioksydacyjnej [27].

Innym mechanizmem powstawania form odpornych fitopatogenów na strobilu-ryny jest pojawianie siê alternatywnej œcie¿ki oddychania komórki grzyba. Specy-ficzn¹ cech¹ mitochondriów roœlin i mikroorganizmów jest obecnoœæ w mitochon-driach alternatywnych bia³ek przenosz¹cych elektrony i zwi¹zanych z tym niefosfo-rylacyjnych (nie tworzy siê ATP) dróg transportu elektronów. Jednym z tych bia³ekjest oksydaza alternatywna (AOX). AOX przenosi elektrony z ubichinolu wprost naO2 z pominiêciem kompleksów cytochormowych III i IV [49]. W populacjachpatogenów mog¹ byæ obecne formy grzyba odporne na fungicydy strobilurynowedziêki wzglêdnie wydajnemu mechanizmowi oddychania alternatywnego. Pewneznaczenie mechanizmu oddychania alternatywnego dla odpornoœci na fungicydystrobilurnowe opisywano m.in. w przypadku Venturia inequalis [38], Septoria tritici

[34, 56], Fusarium graminearum [26] i Magnaporthe gisea (Pyricularia oryzae) [32].Zwi¹zane z b³on¹ bia³ka chroni¹ komórki grzyba i innych mikroorganizmów

przed toksynami pochodzenia naturalnego i ksenobiotykami. Bia³ka te okreœlane jakotransportery czynne usuwaj¹ zwi¹zki toksyczne z wnêtrza komórki (pompa b³onowa,ang. efflux mechanism). S¹ one zale¿ne od energii pochodz¹cej z ATP lub z pompyprotonowej (PMF, ang. proton motive force) [46]. W ochronie komórki grzyba przedfungicydami do najwa¿niejszych bia³ek nale¿¹ bia³ka nadrodziny ABC i bia³ka MFS[11]. Fitopatogenem odpornym na strobiluryny, u którego stwierdzono nadekspresjêgenu MgMfs1 koduj¹cego transporter MFS by³ grzyb Septoria tritici, u form tegorodzaju stwierdzono jednak tak¿e mutacjê G143A, co sugeruje, i¿ znaczenie nadeks-presji wspominanego genu jest raczej drugorzêdne [43]. Bardziej przekonuj¹cydowód na udzia³ transporterów bia³kowych w mechanizmie odpornoœci na strobilu-ryny przynios³y badania nad odpornoœci¹ Pyrenophora tritici-repentis. W ekspery-mentach nad tym patogenem stwierdzono, ¿e inhibitor pomp b³onowych powodujeprzywrócenie wra¿liwoœci na strobiluryny u izolatów odpornych tego grzyba. Z koleizastosowanie niewielkich dawek fungicydu strobilurynowego prowadzi³o zarównow warunkach polowych, jak i laboratoryjnych do wzrostu aktywnoœci pompy b³ono-wej. Te poœrednie dowody wskazuj¹ na zaanga¿owanie jednego z mechanizmówtransportu w odpornoœæ patogenu [41].

Strategia antyodpornoœciowadla fungicydów strobilurynowych

Pojawienie siê problemu odpornoœci polowej i praktycznej na fungicydy strobilu-rynowe spotka³o siê z szerok¹ reakcj¹ œwiata nauki i organizacji doradczych wspie-ranych przez koncerny agrochemiczne. W zaleceniach dotycz¹cych ograniczeniaryzyka uodpornienia siê patogenów na strobiluryny kluczowymi elementami s¹:ograniczenie liczby zabiegów (w tym liczby aplikacji po sobie), stosowanie fungicy-


dów strobilurynowych w mieszaninach z w³aœciwie dobranymi zwi¹zkami grzybo-bójczymi oraz wybór terminu stosowania [31, 47].

Skuteczny program ochrony jest podstaw¹ opóŸnienia powstawania odpornoœciw populacjach patogenów. Fungicydy strobilurynowe nale¿y stosowaæ w dawkachi w odstêpach zalecanych przez producenta. Pochodne strobiluryny jako skutecznefungicydy zapobiegawcze hamuj¹ce kie³kowanie zarodników musz¹ byæ stosowanewe wczesnych fazach rozwoju chorób. Liczba wykonanych zabiegów fungicydamistrobilurynowymi, w tym w mieszaninach z innymi fungicydami musi, byæ ograni-czona do liczby zalecanej przez producenta. Szczegó³owe dane odnoœnie liczbyzabiegów samymi fungicydami strobilurynowymi i ich mieszaninami s¹ opracowanedla poszczególnych roœlin uprawnych. Fungicyd stosowany ³¹cznie ze strobiluryn¹powinien mieæ inny mechanizm dzia³ania, wykazywaæ dzia³anie kuratywne oraz samzapewniaæ dostateczny poziom zwalczania patogenów [40, 41].

Podsumowanie

Fungicydy strobilurynowe tworz¹ now¹ jakoœæ w chemicznej ochronie roœlin.W pracach nad t¹ grup¹ zwi¹zków czynnych po raz pierwszy wykorzystano naszerok¹ skalê potencja³ naukowy ukierunkowany na odwzorowanie naturalnychinterakcji pomiêdzy organizmami jako sposobu zwalczania agrofagów. Fungicydystrobilurynowe skutecznie zwalczaj¹ szerokie spektrum fitopatogenów, czêsto o bar-dzo du¿ym znaczeniu gospodarczym, a filogenetycznie bardzo odleg³ych. Preparatyte s¹ pierwsz¹ grup¹ zwi¹zków grzybobójczych, która w sposób bezpoœredni oddzia-³uje na fizjologiê i plonowanie roœliny chronionej. Paradoksalnie, fungicydy strobilu-rynowe stanowi¹ tak¿e now¹ jakoœæ w badaniach odpornoœci fitopatogenów, cozwi¹zane jest z czêsto stwierdzanym z³o¿onym mechanizmem powstawania tegozjawiska oraz cytoplazmatycznym dziedziczeniem genu cytochromu b odpowie-dzialnego za odpornoœæ.

Literatura

[1] Anke T, Oberwinkler F. 1977. The Strobilurins – new antifungal antibiotics from the BasidiomycetesStrobilurus tenacellus (PERS.ex FR.) SING. J. of Antibiot. 30(10): 806–810.

[2] Anke T., Hecht H.J., Schramm G., Steglich W. 1979. Antibiotics from Basidiomycetes IX. Oudemansin, anantifungal antibiotic from Oudemansiella. J. of Antibiot. 32(11): 1112–1117.

[3] Bartlett D.W., Clough J.M., Godwin J.R., Hall A.A., Hamer M., Parr-Dobrzanski B. 2002. Review Thestrobilurin fungicides. Pest Manag. Sci. 58(7): 649–662.

[4] Becker W.F., Jagow von G., Anke T., Steglich W. 1981. Oudemasin, Strobilurin A, Strobilurin B andMyxothiazol: new inhibitors of the bc1 segment of respiratory chain with an E-�-metoksyakrylate system ascommon structural element. FEBS Letter 132(2): 329–333.

[5] Bertelsen J.R., de Neergaard E., Smedegaard-Petersen V. 2001. Fungicidal effects of azoxystrobin andepoxiconazole on phyllosphere fungi, senescence and yield of winter wheat. Plant Pathol. 50: 190–205.

[6] Brandt U., Schägger H., Jagow von G. 1988. Characterisation of binding of the methoxyacrylate inhibitors tomitochondrial cytochrome c reductase. Eur. J. Biochem. 173: 499–506.

[7] Broniarek-Niemiec A., Bielenin A. 2005. Monitoring odpornoœci Venturia inequalis na fungicydystrobilurynowe i dodynowe. Zeszyty Nauk. ISiK 13: 143–150.

86 U. Wachowska

[8] Broniarek-Niemiec A., Bielenin A. 2007. Odpornoœæ Venturia inaequalis na fungicydy strobilurynowew sadach w Polsce. Progress in Plant Prot./ Post. w Ochr. Roœlin 47(2): 62–65.

[9] Chin K.M., Chavaillaz D., Käsbohrer M., Staub T., Felestein F.G. 2001. Characterising resistance risk ofErysiphe graminis sp. tritici to strobilurins. Crop Prot. 20(1): 87–96.

[10] Clark B. 2008. Fungicide resistance management in cereals. Fungicide Resistance Action Group (FRAG) UK.

[11] De Waard M.A., Andrade A.C., Hayashi K., Schoonbeek H., Stergiopoulos I., Zwiers L. 2006. Impact of fungaldrug transporters on fungicide sensitivity, multidrug resistance and virulence. Pest Manag. Sci. 62(3):195–207.

[12] Esser L., Gong X., Yang Sh., Yu L., Yu Ch-A., Xia D. 2006. Surface-modulated motion switch: capture andrelease of iron-sulfur protein in the cytochrome bc1 complex. PNAS 103(35): 13045–13050.

[13] Fernández-Ortuòo D., Tores J.A., Vicente de A., Perez-Garcia A. 2008. Mechanisms of resistance to QoIfungicides in phytopathogenic fungi. International Microbiology 11: 1–9.

[14] Fernández-Ortuòo D., Tores J.A., Vicente de A., Perez-Garcia A. 2008. Field resistance Podosphaera fusca toQoI fungicides is not supported by typical mutations in the mitochondrial cytchrome b gene. Pest Manag Sci.64(7): 694–702.

[15] Fisher N., Brown A.C., Sexton G., Cook A., Windass J., Meunier B. 2004. Modeling the Qo site of croppathogens in Saccharomyces cerevisiae cytochrome b. Eur. J. Biochem. 271: 2264–2271.

[16] Fraaije B.A., Butters J.A., Coelho J.M., Jones D.R., Hollomon D.W. 2002. Following the dynamics ofstrobilurin resistance in Blumeria graminis f.sp. tritici using quantitative allele-specific real-time PCRmeasurements with the fluorescent dye SYBR Green I. Plant Pathology 51: 45–54.

[17] Fraaije B.A., Cools H.J., Fountaine J., Lovell D.J., Motteram J., West J.S., Lucas J.A. 2004. Role of ascosporesin futher spread of QoI-resistant cytochrome b alleles (G143A) in field populations of Mycosphaerellagraminicola. Phytopathology 95: 933–941.

[18] FRAC 2009. FRAC Code list: Fungicide sorted by mode of action.

[19] Gerth K., Irschik H., Reichenbach H., Trowitzsch W. 1980. Myxothiazol, an antibiotic from Myxococcus fulvus(Myxobacerales) I. Cultivation, isolation, physico-chemical and biological properties. J. of Antibiot. 33(12):1474–1479.

[20] Gisi U., Sierotzki H., Cook A., McCaffery A. 2002. Mechanisms influencing the evolution of resistance to Qoinhibitor fungicides. Pest Manag Sci. 58(9): 859–867.

[21] Grasso V. Palermo S., Sierotzki H., Garibaldi A., Gisi U. 2006. Cytochrome b gene structure and consequencesfor resistance to Qo inhibitor fungicides in plant pathogens. Pest. Manag. Sci. 62(6): 465–472.

[22] Häuser-Hahn I., Baur P., Schmitt W. 2004. Fluoxastrobin (HEC5725) – biochemistry and chemodynamicbehaviour of a new leaf systemic strobilurin fungicide. Pflanzenschutz-Nachrichten Bayer 57(3):437–450.

[23] Hunte C., Palsdottir H., Trumpower B.L. 2003. Protonmotive pathways and mechanisms in the cytochrome bc1complex. FEBS Letters 544: 39–46.

[24] Ishii H., Fraaije B.A., Sugiyama T., Noguchi K., Nishimura K., Takeda T., Amano T., Hollomon D.W. 2001.Occurrence and molecular characterization of strobilurin resistance in cucumber powdery mildew and downymildew. Phytopathology 91: 1166–1171.

[25] Ishii H., Yano K., Date H., Furuta A., Sagehashi Y., Yamaguchi T., Sugiyama T., Nishimura K., Hasama W.2007. Molecular characterization and diagnosis of QoI resistance in cucumber and eggplant fungal pathogens.Phytopatology 97(11): 1458–1466.

[26] Kaneko I., Ishii H. 2009. Effect of azoxystrobin on activities of antioxidant enzymes and alternative oxidase inwheat head blight pathogens Fusarium graminearum and Microdochium nivale. J. Gen. Plant Pathol. 75:388–398.

[27] Knapik K., Jêdrzejczak M., Dybus A., 2006. Mitochondrialny gen cytochromu b (MTCYB). Medycyna Wet.62(11): 1229–1232.

[28] Köhle H., Grossmann K., Retzlaff G., Akers A. 1997. Physiologische Einflüsse des neuen GetreiefungizidesJuwel ® auf Ertragbildung. Gesunde Pflanzen 49(8): 267–271.

[29] Köller W., Parker D.M., Turechek W.W., Avila-Adame C. 2004. A two phase resistance response of Venturiainaequalis populations to the QoI fungicides kresoxim-methyl and trifloxystrobin. Plant Dis. 88(5): 537–544.

[30] Konradt M., Kappes E.M., Hiemer M., Petersen H.H. 1996. Amistar – ein Stroblurin zur Bekämpfung vonGetreidekrankheiten. Gesunde Pflanzen 48(4): 126–134.

[31] Kuck K-H., Mehl A. 2003. Trifloxystrobin: Resistance and resistance management. Pflanzenschutz-Nachrich-ten Bayer 56(2): 313–325.

[32] Leroux P., Fritz R., Debieu D., Albertini C., Lanen C., Bach J., Gredt M., Chapeland F. 2002. Mechanisms ofresistance to fungicides in field strain of Botrytis cinerea. Pest Manag. Sci. 58(9): 876–888.


[33] List of pathogens with field resistance towards QoI fungicides. (updated 02/12/08) «www.frac.info/frac/meeting/2008/Pathogens_with_field_resistance_towards_2008.pdf».

[34] Miguez M., Reeve Ch., Wood P.M., Hollomon D.W. 2003. Alternative oxidase reduces sensitivity ofMycospharella graminicola to QoI fungicides. Pest Manag Sci. 60(1): 3–7.

[35] Mutations associated with QoI resistance. QoI Working Group FRAC «www.frac.info/frac/meeting/2007/Mutations_associated_with_QoI_resistance.pdf».

[36] Olaya G., Koöller W. 1999. Diversity of kresoxim-metyl sensitivities in baseline populations of Venturiainaequalis. Pestic. Sci. 55(11): 1083–1088.

[37] Pasce J.S., Wharam C.M., Gudmestad N.C. 2004. Shift in sensitivity of Alternaria solani in response to QoIfungicides. Plant Dis. 88: 181–187.

[38] QoI working group of FRAC Minutes of a meeting on November 21–22nd 2001 Bad Homburg, Germany.«www.FRAC-QoI Working Group2001.htm».

[39] QoI working group of FRAC Minutes of the meeting crops: December 2nd and 3rd, 2008 Organised bySyngenta in Frankfurt, Germany. «www.frac.info/frac/meeting/qoi/FRAC_QoI_Minutes_2008.pdf».

[40] Rago J.P., Coppee J.Y., Colson A.M. 1989. Molecular basis for resistance to myxothiazol, mucidin (strobilurinA), and stigmatellin. The Journal of Biological Chemistry 264 (24): 14543–14548.

[41] Reimann S., Deising H.B. 2005. Inhibition of efflux transporter-mediated fungicide resistance in Pyrenophoratritici-repentis by a derivative of 4’-hydroxyflavone and enhancement of fungicide activity. App. Env.Micriobiol. 71(6): 3269–3275.

[42] Reuveni M. 2001. Activity of trifloxystrobin against powdery and downy mildew diseases of grapevines. Can.J. Plant Pathol. 23: 52–59.

[43] Roohparvar R., Mehrabi R., Van Nistelroy J.G.M., Zwiers L-H., De Waard M.A.2008. The drug transporterMgMfs1 can modulate sensitivity of field strains of the fungal wheat pathogen Mycosphaerella graminicola tothe strobilurin fungicide trifloxystrobin. Pest Manag. Sci., 64(7): 685-693.

[44] Sauter H. 2007. Strobilurins and other complex III inhibitors. Modern Crop Protection Compounds v. 2, KrämerW., Schirmer U. red., Wiley-VCH 457–495.

[45] Sierotzki H., Frey R., Wullschleger J., Palermo S., Karlin S., Godwin J., Gisi U. 2007. Cytochrome b genesequence and structure of Pyrenophora teres and P. tritici-repenitis and implication for QoI resistance. PestManag. Sci. 63(3): 225–233.

[46] Stefañska J. 2003. Opornoœæ gronkowców z³ocistych na œrodki przeciwbakteryjne. Biul. Wydz. Farm. AMW, 3.«www.farm.amwaw.edu.pl/~axzimni/biuletyn/».

[47] Vincelli P. 2002. QoI (Strobilurin) fungicides: Benefits and Risks. The Plant Health Instructor«www.apsnet.org/education/AdvacedPlantPath/Topics/Strobilurin»

[48] Wachowska U. 2008. Zmiany zachodz¹ce w zbiorowiskach drobnoustrojów zasiedlaj¹cych liœcie pszenicyozimej pod wp³ywem fungicydów i stymulatora odpornoœci roœlin. Rozprawy i monografie 135: 113 ss.

[49] Wood P.M., Hollomon D.W. 2003. A critical evaluation of the role of alternative oxidase in the performance ofstrobilurin and related fungicides acting at Qo site of complex III. Pest Manag. Sci. 59(5): 499–511.

[50] Xia D., Yu Ch-A., Kim H., Xia J-Z., Kachurin M., Zhang L., Yu L., Deisenhofer J.1997. Crystal structure of thecytochrome bc1 complex from bovine heart mitochondria. Science, 277: 60- 66.

[51] Yamaguchi I., Fujimura M. 2005. Recent topics on action mechanisms of fungicides. J. Pestic. Sci. 30(2):67–74.

[52] Ypema H.L., Gold R.E. 1999. Kresoxim-methyl – modification of naturally occurring compound to producea new fungicide. Plant Dis. 83(1): 4–19.

[53] Ziegler H., Benet-Buchholz J., Etzel W., Gayer H. 2003. Trifloxystrobin – a new strobilurin fungicide with anoutstanding biological activity. Pflanzenschutz-Nachrichten Bayer 56(2): 213–230.

[54] Ziogas B.N., Baldwin B.C., Young J.E. 1997. Alternative respiration: a biochemical mechanism of resistance toazoxystrobin (ICIA 5504) in Septoria tritici. Pestic. Sci. 50(1): 28–34.

88 U. Wachowska

Characterization of the strobilurin fungicidesin aspect of phytopathogen resistance

Key words: strobilurin fungicides, mechanism of action, fungal resistance tofungicides

Summary

Strobilurin fungicides contain eight active ingredients of the following chemicalgroups: methoxyacrylates, methoxycarbamates, oximino-acetates, oximino-acetami-des and dihydrodioxazines. The synthesis of the first strobilurin fungicides containingazoxystrobin and kresoxim methyl was carried out basing on strobilurin A, a naturalsubstance produced by the fungus Strobilurus tenacellus. Described chemicals areused to control fungi of the phyla Ascomycota and Basidiomycota as well as fun-gus-like organisms of the phylum Oomycota. In Poland they are applied to cereal andrape fields, fruit-trees, vegetable crops and ornamental plants. Strobilurin fungicidesare characterized by very good biokinetic properties, and the mechanism of their ac-tion on phytopathogens involves the inhibition of mitochondrial respiration in fungalcells. However, the effectiveness of the above fungicides decreases significantly afterseveral years of their use. Today, more than ten phytopathogens are known to be resis-tant to this group of chemicals. The mode of resistance development has been rela-tively well investigated, and its underlying cause are mutations in the gene encodingcytochrome b. Rational use of strobilurin fungicides, i.e. limiting the total number ofapplications per season and tank-mixing with other fungicides, may prevent the devel-opment of pathogen resistance.


Topinambur (Helianthus tuberosus L.)– bulwa o w³aœciwoœciach prozdrowotnych

Ewa Cieœlik, Agnieszka Gêbusia

Ma³opolskie Centrum Monitoringu i Atestacji ¯ywnoœci,

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Ko³³¹taja,

ul. Balicka 122, 30-149 Kraków


S³owa kluczowe: topinambur (Helianthus tuberosus L.), w³aœciwoœciprozdrowotne

Wprowadzenie

Upowszechnienie osi¹gniêæ postêpu technicznego w ostatnich kilkunastu latachw istotnym stopniu spowodowa³o zmiany stylu ¿ycia ludzi. Stosowane zabiegi tech-nologiczne wykorzystywane przy produkcji ¿ywnoœci znacz¹co mog¹ obni¿aæ jejwartoœæ od¿ywcz¹ oraz walory prozdrowotne. Jednoczeœnie mo¿emy zaobserwowaæwzrost œwiadomoœci ¿ywieniowej wœród konsumentów, którzy – w d¹¿eniu do utrzy-mania dobrego stanu zdrowia oraz spowolnienia procesów starzenia – poszukuj¹produktów o ukierunkowanym, pozytywnym oddzia³ywaniu na organizm cz³owieka,które oprócz zaspokajania g³odu, spe³niaj¹ dodatkowe funkcje fizjologiczno-¿ywie-niowe, wp³ywaj¹c na poprawê stanu zdrowia i zapobiegaj¹c przewlek³ym chorobomniezakaŸnym. Topinambur charakteryzuj¹cy siê licznymi w³aœciwoœciami prozdro-wotnymi, mo¿e stanowiæ odpowiedŸ na rosn¹ce potrzeby konsumentów [43].

Pochodzenie i charakterystyka botaniczna

Topinambur (Helianthus tuberosus L.) nale¿y do rodziny Asteraceae, jest bliskospokrewniony ze s³onecznikiem zwyczajnym. Jest roœlin¹ wci¹¿ jeszcze ma³o znan¹,mimo ¿e jako roœlina hodowlana ma d³ug¹ historiê. Nazwa topinambur pochodzi od In-dian z plemienia Tupinamba z Ameryki Pó³nocnej. Francuski podró¿nik Samuel deChamplain przywióz³ topinambur z Ameryki Pó³nocnej do Francji, sk¹d rozprzestrzeni³siê on w Europie Wschodniej, po czym w XVIII wieku zosta³ wyparty przez ziemniakai nies³usznie zapomniany. Powrót tej roœliny do ³ask nast¹pi³ w XX wieku, a naukowcyz coraz wiêkszym zainteresowaniem badaj¹ jego funkcjonalne w³aœciwoœci [4, 7].


Topinambur jest dekoracyjn¹ roœlin¹ z kwiatami podobnymi do s³onecznika, aledu¿o mniejszymi. Koszyki kwiatowe o œrednicy 4–8 cm wzniesione s¹ prosto,z zielonymi lancetowatymi listkami okrywy. £odyga prosta, dorasta do 3,5 metrawysokoœci. Ca³a jest szorstko ow³osiona z bujn¹ zielon¹ mas¹ liœci. Topinamburkwitnie od sierpnia do listopada (formy zdzicza³e w sierpniu, a biotopy uprawne wewrzeœniu lub w paŸdzierniku). Kwiaty wewnêtrzne to drobne kwiaty rurkowe, z któ-rych powstaj¹ nasiona.

W Polsce nasiona przewa¿nie nie dojrzewaj¹, roœlina rozmna¿a siê wegetatywniez podziemnych bulw pêdowych. Jedna roœlina mo¿e wytwarzaæ 30–40 bulw ró¿nychrozmiarów. Roœliny wy¿sze jako substancje zapasowe mog¹ gromadziæ skrobiê lubfruktany. Podobnie jak skrobia i sacharoza, fruktany s¹ naturalnie obecne w wieluroœlinach jako cukry zapasowe. Zwiêkszaj¹ one odpornoœæ roœlin na zimno i suszê [37].

Fruktany gromadzone s¹ wtedy, gdy zapotrzebowanie roœliny na sacharozê jestmniejsze ni¿ jej iloœæ powsta³a w nastêpstwie fotosyntezy. Gromadzeniu fruktanówsprzyja dobre nas³onecznienie i niska temperatura, a tak¿e ma³a zawartoœæ azotuw glebie, niedostateczna wilgotnoœæ, grzybicze choroby roœlin i czêœciowa utrata liœci,czyli takie warunki fizjologiczne i œrodowiskowe, które umo¿liwiaj¹ asymilacjê CO2,ale ograniczaj¹ wzrost roœliny. Bulwy pêdowe topinamburu zawieraj¹ oko³o 20%wêglowodanu inuliny i niewielk¹ zawartoœæ skrobi i innych cukrów prostych, codecyduje o ich walorach prozdrowotnych [4, 7, 9].

Sk³ad chemiczny bulw topinamburu

O wartoœci od¿ywczej produktów decyduje ich sk³ad chemiczny. Sk³ad bulwtopinamburu uzale¿niony jest od wielu czynników, wœród których najczêœciej wymie-nia siê odmianê, warunki uprawy, termin zbioru i czas przechowywania bulw w gle-bie, poniewa¿ zachodz¹ wówczas procesy fizyczne, biochemiczne i mikrobiolo-giczne zmieniaj¹ce sk³ad bulwy [10, 20]. Sucha masa stanowi 16,5–36,2% masybulwy topinamburu [10]. Inni autorzy podaj¹ zawartoœæ suchej masy mieszcz¹c¹ siêw przedziale 20,5–28,1% [17, 18, 20].

Cieœlik i in. [10] wykazali wysok¹ zawartoœæ bia³ka w bulwach topinamburu, którakszta³towa³a siê na poziomie 5,5–12,5 g · 100 g–1 suchej masy, œrednio 7,6 g · 100 g–1

suchej masy. Wartoœci z podanego przedzia³u podaj¹ równie¿ Florkiewicz i in. [18]. Jestto wy¿sza zawartoœæ badanego sk³adnika ni¿ w ziemniaku lub warzywach korzenio-wych, tj: marchwi, rzodkiewce, selerze [31]. Pod wzglêdem zawartoœci azotu bia³ko-wego topinambur jest warzywem zbli¿onym do ziemniaka, natomiast stwierdzono, ¿ebia³ko topinamburu odznacza siê wysok¹ wartoœci¹ biologiczn¹. Iloœæ bia³ka w œwie¿ejmasie bulwy kszta³tuje siê na poziomie 0,8–1,4 g · 100 g–1 [9]. Zawartoœæ bia³ka mala³awraz z dojrzewaniem roœliny (8,1 g · 100 g–1 w bulwach zbieranych we wrzeœniuw porównaniu do 7,4 g · 100 g–1 w bulwach zbieranych w paŸdzierniku). Natomiastw bulwach zbieranych po zimowym przechowywaniu w glebie zaobserwowanoponowny wzrost poziomu bia³ka (œrednio do 8,1 g · 100 g–1) [16].

92 E. Cieœlik, A. Gêbusia

W bulwie topinamburu stwierdzono zawartoœæ wszystkich aminokwasów egzo-gennych w bardzo korzystnych proporcjach oraz wysok¹, w porównaniu z ziemnia-kiem, zawartoœæ metioniny [9].

G³ównym sk³adnikiem suchej masy s¹ wêglowodany, a najwiêksz¹ jej czêœæstanowi¹ fruktany. W zale¿noœci od odmiany, terminu zbioru i miejsca uprawywykazano du¿e zró¿nicowanie w iloœci inuliny w bulwach topinamburu. Znacznieni¿sz¹ zawartoœci¹ cechowa³y siê bulwy zbierane wiosn¹ ni¿ zbierane jesieni¹.Gutmañski i Pikulnik [22] okreœlili zawartoœæ inuliny na poziomie 49–56% suchejmasy, co odpowiada zawartoœci 11,3–14,2 g · 100 g–1 œwie¿ej masy bulwy. Porów-nywalne zawartoœci inuliny stwierdzali równie¿ inni autorzy. Bulwy zbierane wiosn¹po zimowym przechowywaniu w glebie zawiera³y istotnie mniej inuliny. Kolejn¹rozpuszczaln¹ frakcj¹ b³onnika s¹ fruktooligosacharydy (pochodne inuliny), a ichsk³ad jest ró¿ny w zale¿noœci od odmiany i terminu zbioru. Florkiewicz i in. [18]podali zwartoœæ fruktanów w granicach 41,4–50,5 g · 100 g–1 suchej masy, równie¿zaznaczaj¹c istotn¹ statystycznie zale¿noœæ zawartoœci fruktanów od terminu zbioru.W bulwach zbieranych jesieni¹ œrednia zawartoœæ fruktanów wynosi³a 50,3 g · 100 g–1

suchej masy, a w bulwach zbieranych wiosn¹ po zimowym przechowywaniu w glebieœrednio 42,9 g · 100 g–1 suchej masy. Odnotowano tak¿e zmianê stopnia polimeryzacjiw trakcie zimowego przetrzymywania bulw w glebie. Stwierdzono, ¿e znaczna czêœæwielkocz¹steczkowej frakcji o stopniu spolimeryzowania DP > 10 zostaje prze-kszta³cona niskocz¹steczkow¹ frakcjê o stopniu spolimeryzowania DP = 3–5 [9].W trakcie zimowego przetrzymywania bulw w glebie nastêpuje dodatkowo wytwa-rzanie œrednio³añcuchowych fruktanów i sacharozy potrzebnej do regulacji ciœnieniaosmotycznego w komórce. Depolimeryzacja fruktanów zachodz¹ca pod wp³ywemniskiej temperatury, jaka panuje podczas zimowania bulw, jest analogiczna do indu-kowanej niskimi temperaturami konwersji skrobi do sacharozy podczas przecho-wywania ziemniaków [18]. Zawartoœæ fruktanów oznaczona przez Cieœlik i in. [11]w bulwach topinamburu zbieranych jesieni¹ i wiosn¹ (po zimowym przechowywaniuw glebie) by³a ni¿sza w bulwach zbieranych wiosn¹ œrednio o 15%.

Wysokiej zawartoœci fruktanów w bulwach topinamburu towarzyszy niskazawartoœæ cukrów prostych. W bulwach niedojrza³ych Cieœlik i Filipiak-Flor-kiewicz [9] stwierdzi³y ma³e iloœci fruktozy i glukozy oraz œladowe sacharozy,natomiast w dojrza³ych bulwach wykaza³y tych cukrów znacznie wiêcej –8,0–14,8% suchej masy. Zaobserwowano, ¿e bulwy zimuj¹ce w glebie ró¿ni¹ siêzawartoœci¹ glukozy a¿ o 30% w porównaniu z zawartoœci¹ oznaczon¹ w bulwachzbieranych jesieni¹ [9].

Oprócz wysokiej zawartoœci b³onnika rozpuszczalnego wykazano równie¿ zna-cz¹c¹ iloœæ w³ókna pokarmowego. Cieœlik i in. [10] podaj¹ zawartoœæ b³onnika napoziomie 11,4–20,8 g · 100 g–1 suchej masy. Wiêkszy poziom w³ókna pokarmowegostwierdzono w bulwach zbieranych w marcu po zimowym przetrzymywaniu w gle-bie. Podobne wnioski stawiaj¹ Cieœlik i in. [11]. Filipiak-Florkiewicz odnotowa³a

Topinambur (Helianthus tuberosus L.) … 93

systematyczny wzrost zawartoœci tego sk³adnika postêpuj¹cy wraz z dojrzewaniembulwy. Jako przyczynê wy¿szego poziomu w³ókna w bulwach z plonu wiosennegopoda³a wzrost aktywnoœci oddechowej bulw i zwiêkszon¹ produkcjê œcian komórko-wych oraz substancji polifenolowych, jako skutek stresu spowodowanego przez nisk¹temperaturê oraz czas ekspozycji na ten czynnik [16].

Bulwy topinamburu zawieraj¹ równie¿ witaminy, g³ównie witaminê C. Zawar-toœæ tego sk³adnika waha³a siê w przedziale 7,1–8,1 mg · 100 g–1, œrednio wynosi³a7,6 mg · 100 g–1. Stwierdzono istotne ró¿nice pod wzglêdem zawartoœci tej witaminyw zale¿noœci od odmiany i terminu zbioru. W 100 g bia³ych bulw odmiany ‘Albik’by³oto 8,1 mg · 100 g–1, a w czerwonych bulwach odmiany ‘Rubik’ 7,1 mg · 100 g–1.Niezale¿nie od odmiany bulwy zbierane jesieni¹ zawiera³y dwukrotnie wiêcej wita-miny C (10,2 mg · 100 g–1) [18].

Badania Florkiewicza [18] wykaza³y równie¿ wysoki poziom zwi¹zków fenolo-wych. Œrednia zawartoœæ tych zwi¹zków wynosi³a 221 mg · 100 g–1, przy czym jest towartoœæ znacznie wy¿sza ni¿ oznaczona w bulwie ziemniaka (26,6–123 mg · 100 g–1).Wy¿sz¹ zawartoœci¹ zwi¹zków fenolowych cechowa³a siê odmiana ‘Rubik’(225,9 mg · 100 g–1) ni¿ odmiana ‘Albik’ (218 mg · 100 g–1). Zauwa¿ono istotnezró¿nicowanie w zale¿noœci od terminu zbioru. W bulwach zbieranych wiosn¹oznaczono wiêcej tych zwi¹zków (237 mg · 100 g–1) ni¿ w bulwach zbieranychjesieni¹ (206,5 mg · 100 g–1) [18]. Wzrost poziomu zwi¹zków fenolowych w bulwachwywo³any by³ prawdopodobnie nisk¹ temperatur¹ przechowywania, a w rezultaciezwiêkszon¹ syntez¹ zwi¹zków polifenolowych, które zwiêkszy³y tolerancjê roœlinyna niekorzystne warunki œrodowiska.

Cieœlik i in. [10] stwierdzili zawartoœæ popio³u w granicach 3,4–8,4 g · 100 g–1

suchej masy. Wyniki mieszcz¹ce siê w tym zakresie podaje równie¿ Florkiewicz i in.[18]. Zauwa¿ono równie¿ zale¿noœæ dotycz¹c¹ zawartoœci popio³u od wielkoœcibulwy topinamburu. Okreœlono, ¿e zasobniejsze w popió³ by³y ma³e bulwy(5,6 g · 100 g–1 suchej masy) ni¿ du¿e (4,5 g · 100 g–1 suchej masy). Porównuj¹cœrednie zawartoœci popio³u w bulwach wykopywanych jesieni¹ i wiosn¹ nie stwier-dzono wp³ywu przechowywania zim¹ bulw w glebie na zawartoœæ popio³u [18].Zawartoœæ popio³u ca³kowitego na poziomie 1,1% œwie¿ej masy bulwy, co odpowiada4,5% suchej masy, wykaza³y Cieœlik i Filipiak-Florkiewicz [9]. Sk³ad popio³u bulwytopinamburu jest porównywalny do sk³adu bulwy ziemniaka, przy czym zaznacza siêwiêksz¹ zawartoœæ potasu w bulwie ziemniaka (60,1% popio³u) ni¿ w bulwie topi-namburu (47,7%) [9]. Cieœlik i Baranowski [8] wykazali zawartoœæ popio³u na pozio-mie 1,1% w tym zawartoœæ potasu w iloœci 719 mg · 100 g–1 œwie¿ej masy bulwy.Stwierdzili brak zró¿nicowania pomiêdzy badanymi odmianami pod wzglêdem za-wartoœci tych sk³adników.

Cieœlik i Filipiak-Florkiewicz [9] wykaza³y nastêpuj¹c¹ zawartoœæ sk³adnikówmineralnych: 1,4% magnezu, 1,1% wapnia, 0,13% sodu, 0,22% ¿elaza, 0,12% cynkui 0,012% miedzi. Podkreœlaj¹ trzykrotnie wy¿sz¹ zawartoœæ zwi¹zków ¿elaza w bul-


wach topinamburu w stosunku do ziemniaka oraz wy¿sz¹ zawartoœæ wszystkichoznaczonych mikroelementów (cynku, ¿elaza i miedzi) w stosunku do innych wa-rzyw korzeniowych. Bulwy topinamburu charakteryzuj¹ siê wysok¹ zawartoœci¹sk³adników mineralnych dzia³aj¹cych zasadotwórczo, g³ównie potasu. Florkiewicz[17] stwierdzi³ jego zawartoœæ w bulwie topinamburu w iloœci 55 g · 100 g–1 popio³u.

Prozdrowotne w³aœciwoœcitopinamburu (Helianthus tuberosus L.)

Wartoœæ od¿ywcz¹ tradycyjnej ¿ywnoœci charakteryzuje siê okreœlaj¹c jej wartoœæenergetyczn¹ oraz zawartoœæ podstawowych sk³adników pokarmowych z uwzglêd-nieniem ich biodostêpnoœci i wzajemnych proporcji, zapewniaj¹cych prawid³owefunkcjonowanie organizmu i zdrowie cz³owieka. Dziêki wysokiej zawartoœæ fruk-tanów oraz ich w³aœciwoœciom, spo¿ywanie bulw topinamburu wywo³uje korzystnywp³yw na organizm cz³owieka wykraczaj¹cy poza efekt od¿ywczy.

W³aœciwoœci prozdrowotne fruktanów s¹ rozleg³e i obejmuj¹:1) dzia³anie prebiotyczne,2) zapobieganie i leczenie cukrzycy,3) redukcjê poziomu cholesterolu w surowicy krwi,4) zwiêkszanie biodostêpnoœci sk³adników mineralnych,5) dzia³anie antykancerogenne,6) zapobieganie powstawaniu próchnicy,7) zapobieganie zaparciom,8) produkcjê czynników ¿ywieniowych,9) redukcjê toksycznych metabolitów.

W³aœciwoœci prebiotyczne

Fruktany s¹ oporne na dzia³anie enzymów trawiennych przewodu pokarmowego,poniewa¿ w organizmie cz³owieka nie ma enzymów hydrolizuj¹cych wi¹zanie �-2-1 gli-kozydowe. Maj¹ one zdolnoœæ selektywnego pobudzania wzrostu lub aktywnoœciwybranych szczepów bakterii jelitowych, dziêki czemu mog¹ wp³ywaæ na poprawêstanu zdrowia gospodarza [26]. Probiotyki to ¿ywe mikroorganizmy, które stosowanew odpowiedniej dawce wywo³uj¹ korzystne efekty zdrowotne w organizmie gospo-darza [14], poprzez poprawê równowagi mikroflory jelitowej i obronê przed pato-gennymi mikroorganizmami. Szczepy bakterii, które s¹ najczêœciej stosowane jakoprobiotyki nale¿¹ ogólnie do rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium.

Wœród bakterii jelitowych na uwagê zas³uguj¹ bakterie kwasu mlekowego (np.Lactobacillus) oraz Bifidobacterium ze wzglêdu na ich istotn¹ rolê w fizjologii jelita[39]. McBain i MacFarlane [33] wykazali, ¿e metabolizm inuliny jest zwi¹zany


z dziesiêciokrotn¹ stymulacj¹ populacji Lactobacillus. Bakterie te hamuj¹ rozwójniektórych drobnoustrojów, w tym równie¿ patogennych, przez stwarzanie nieko-rzystnych warunków œrodowiskowych (obni¿enie pH treœci jelitowej), konkurencjêz innymi drobnoustrojami o substraty oraz o miejsce adhezji na nab³onku jelitowym,a tak¿e wytwarzanie przez niektóre szczepy substancji antybiotycznych. Fizjologicz-na flora jelitowa wp³ywa korzystnie na rozwój i czynnoœæ systemu immunologiczne-go b³ony œluzowej jelita, dojrzewanie i obrót enterocytów, przep³yw krwi przez b³onêœluzow¹ oraz czynnoœæ uk³adu nerwowego jelita [39]. Choæ wiele Ÿróde³ wêgla mo¿ebyæ wykorzystanych przez bakterie bytuj¹ce w jelicie grubym jako substraty w pro-cesie fermentacji, to substancje te s¹ rozk³adane na drodze niewielu przemianbiochemicznych. Bakterie metabolizuj¹ fruktozê i fruktooligosacharydy do kwasuoctowego i mlekowego w proporcji (3 : 2), najbardziej korzystnej dla przewodupokarmowego cz³owieka [26]. Kleessen i in. [26] wykazali, ¿e wp³yw fruktanów napoziom krótko³añcuchowych kwasów t³uszczowych w k¹tnicy, okrê¿nicy i kalezale¿y od d³ugoœci ich ³añcucha. Dobieraj¹c odpowiednio sk³ad probiotyków i pre-biotyków mo¿na wp³ywaæ na iloœciowy i jakoœciowy sk³ad krótko³añcuchowychkwasów t³uszczowych powsta³ych w jelicie grubym w procesie fermentacji. Tez kolei s¹ w³¹czane w metabolizm ogólnoustrojowy (kwas octowy, propionowy) lubwykorzystywane do od¿ywiania kolonocytów [38]. Diety z dodatkiem inuliny b¹dŸoligofruktozy znacz¹co zwiêkszaj¹ stê¿enie maœlanów w k¹tnicy i okrê¿nicy szczu-rów (maœlany s¹ g³ównym Ÿród³em energii dla komórek nab³onkowych okrê¿nicy),co jest szczególnie interesuj¹ce ze wzglêdu na zapobieganie takim schorzeniom jaknowotwór czy wrzodziej¹ce zapalenie okrê¿nicy [26]. Kim i Milner [25] wykazali, ¿epodawanie fruktooligosacharydów w diecie w iloœci 15 g dziennie przez 15 dniznacz¹co zwiêksza poziom Bifidobacterium w kale, a jednoczeœnie obni¿y³o iloœæmikroorganizmów Bacteroides, Fusobacterium i Clostridium. Liczba bakterii z ro-dzaju Lactobacillus i pa³eczek E. coli nie zmieni³a siê. Inne badania wykaza³y, ¿e ju¿5 g FOS w dziennej diecie prowadzi³o do wzrostu liczby Bifidobacterium w jelitach[30]. Kolida i Gibson [27] podaj¹, ¿e spo¿ywanie zaledwie 5–8 g inuliny dzienniepozwala na stwierdzenie korzystnych zmian sk³adu mikroflory jelitowej. Jako bez-pieczn¹ dawkê inuliny w diecie okreœlaj¹ 20 g, twierdz¹c i¿ jest to iloœæ, przy którejnie powinny wyst¹piæ negatywne efekty (np. wzdêcia) [27].

Rozbie¿noœci dotycz¹ce sugerowanej dawki fruktanów podawanych z diet¹ w ba-daniach z udzia³em ochotników lub zwierz¹t laboratoryjnych mog¹ wynikaæ z ró¿ne-go Ÿród³a s³u¿¹cego do pozyskania tego sk³adnika. Wp³ywa to na d³ugoœæ ³añcuchafruktanów, a tym samym na zdolnoœæ do przechodzenia do koñcowego odcinkaprzewodu pokarmowego. Ponadto w przypadku doœwiadczeñ z udzia³em ludzi zna-cz¹cy wp³yw ma równie¿ ich wiek oraz indywidualny stan zdrowia.


W³aœciwoœci hipoglikemiczne

Fruktany wykazuj¹ ni¿sz¹ ni¿ sacharoza kalorycznoœæ (1,0–1,5 kcal · g–1 w po-równaniu do 4,0 kcal · g–1 w przypadku sacharozy) oraz mniejsz¹ ni¿ sacharozas³odkoœæ [30]. Brak mo¿liwoœci rozk³adu inuliny czy oligofruktozy do ich monosa-charydów przez systemy enzymów endogennych powoduje, ¿e nie zwiêkszaj¹ onepoziomu insuliny we krwi, co jest niezwykle wa¿ne dla diabetyków. Sama inulina jestproduktem niskoenergetycznym. W badaniach przeprowadzonych przez Kopeæi Cieœlik [28] oraz Cieœlik i Kopeæ [12] zaobserwowano statystycznie istotne obni¿e-nie poziomu glukozy w surowicy krwi zwierz¹t karmionych dietami z dodatkieminuliny oraz m¹czki z bulw topinamburu. Ponadto przeprowadzona analiza regresjiliniowej wykaza³a wp³yw iloœci FOS i inuliny w diecie na zawartoœæ glukozyw surowicy krwi szczurów laboratoryjnych. W badaniu trwaj¹cym 21 dni wykazano,¿e wraz ze wzrostem iloœci fruktooligosacharydów w diecie zmniejsza³ siê przyrostmasy cia³a w stosunku do grupy kontrolnej œrednio o 13%, 23% i 30% [29, 12].

W³aœciwoœci hipocholesterolemiczne

W redukcji poziomu cholesterolu w surowicy krwi podstawowym mechanizmemdzia³ania fruktanów jest wi¹zanie kwasów ¿ó³ciowych w jelicie cienkim, co zwiêkszaich iloœæ wydalan¹ w kale. Skutkiem tego jest zmniejszenie puli soli ¿ó³ciowych,mog¹cych wzi¹æ udzia³ w syntezie cholesterolu i zaburzenie tworzenia micelliw jelicie, a przez to utrudnienie wch³aniania lipidów. Cholesterol zostaje wykorzys-tany do syntezy kwasów ¿ó³ciowych, a nie do syntezy lipoprotein. Ponadto fruktanyulegaj¹c fermentacji w jelicie grubym wp³ywaj¹ na proporcje wytwarzanych krótko-³añcuchowych kwasów t³uszczowych w tym odcinku przewodu pokarmowego, przy-czyniaj¹ siê do zmniejszenia zawartoœci wytwarzanego kwasu octowego a zwiêksze-nia iloœci kwasu propionowego i mas³owego. Wykazuj¹ przez to korzystny wp³yw naorganizm, poniewa¿ octan dzia³a jako stymulator a propionian jako inhibitor syntezycholesterolu [19]. Hipolipidemiczne dzia³anie fruktanów wykazano w badaniachz udzia³em zwierz¹t laboratoryjnych, w których dziesiêcioprocentowy dodatek oligo-fruktanów do wysokowêglowodanowej diety szczurów spowodowa³ znacz¹ce obni-¿enie poziomu triglicerydów w surowicy krwi. Przyczynê obni¿enia poziomu trigli-cerydów autorzy t³umacz¹ spowolnieniem tempa syntezy zwi¹zków w w¹trobie,poprzez inaktywacjê niektórych enzymów w¹trobowych [15]. Wysoki poziom trigli-cerydów i cholesterolu w surowicy krwi prowadzi do rozwoju blaszek mia¿d¿y-cowych w œwietle naczyñ krwionoœnych. Trautwein i in. [45] przeprowadzaj¹cpiêciotygodniowe doœwiadczenie, w którym do diety chomików dodawano ró¿nepoziomy inuliny, stwierdzili 15–29% obni¿enie poziomu cholesterolu w organizmachzwierz¹t karmionych diet¹ zawieraj¹c¹ 8–16% inuliny. Zaobserwowano równie¿, ¿e12% i 16% dodatek inuliny w diecie wp³ywa redukuj¹co na poziom frakcji VLDLoraz


trójglicerydów, obni¿aj¹c ich poziom odpowiednio o 40 i 63%. Znacz¹cy wzroststê¿enia cholesterolu frakcji HDL wykazali Azorín-Ortuño i in. [1]. Brighenti [3]potwierdza korzystny wp³yw na zmiany w profilu lipidowym krwi zwierz¹t doœwiad-czalnych. Badania kliniczne przeprowadzone z udzia³em ludzi, spo¿ywaj¹cych dietêz dodatkiem fruktanów potwierdzi³y hipolipidemiczne dzia³anie tych zwi¹zków. Jack-son i in. [24] w oœmiotygodniowym doœwiadczeniu ¿ywieniowym z udzia³em 54 osóbwykazali, ¿e 10 g inuliny dodawanej do diety wolontariuszy obni¿a poziom choles-terolu ca³kowitego w surowicy krwi, natomiast nie stwierdzono zmian w iloœci triglice-rydów. Azorín-Ortuño i in. [1] wykazali znacz¹ce ró¿nice miêdzy skutecznoœci¹ dzia³a-nia fruktanów na organizm szczurów laboratoryjnych w porównaniu z ich dzia³aniemna organizm cz³owieka (lub brak widocznego efektu), a jako przyczynê podali znaczniemniejszy procentowy udzia³ fruktanów w diecie badanych osób. Podobny wniosek podtym wzglêdem wysun¹³ Beylot [2], dodaj¹c równie¿ i¿ rozbie¿noœci mog¹ wynikaæz ró¿nic w biodostepnoœci sk³adników od¿ywczych. Stwierdzi³ tak¿e, ¿e efekt jestbardziej widoczny u osób oty³ych lub cierpi¹cych na hipertriglicerydemiê (w porów-naniu z osobami ciesz¹cymi siê dobrym stanem zdrowia) [2].

Dane uzyskane w licznych badaniach pokazuj¹, ¿e inulina i oligofruktoza wp³y-waj¹ na procesy i parametry powi¹zane z metabolizmem lipidów, w ten sposóbwywieraj¹c korzystny efekt na choroby zwi¹zane z zaburzeniami lipidowymi takimijak mia¿d¿yca [1].

Wp³yw na biodostêpnoœæ sk³adników mineralnych

Fruktany wp³ywaj¹ korzystnie na absorbcjê sk³adników mineralnych z diety,stymuluj¹c wch³anianie niektórych z nich, w tym szczególnie wapnia, magnezui ¿elaza. Dziêki obni¿eniu pH w jelicie wzrasta stê¿enie sk³adników mineralnychw postaci jonowej oraz zostaje przyspieszona ich dyfuzja poprzez b³ony komórkowe.Z krótko³añcuchowymi kwasami t³uszczowymi, które powstaj¹ w wyniku fermen-tacji, tworz¹ siê tak¿e ³atwo rozpuszczalne sole. Skutkiem obecnoœci nietrawionychwêglowodanów jest przerost b³ony œluzowej jelita grubego, przez co zwiêksza siêjego zdolnoœæ do absorpcji sk³adników mineralnych [9, 19]. Topolska [44] wykaza³aistotnie wy¿sze stê¿enie wapnia zjonizowanego w obecnoœci inuliny w diecie szczu-rów z 75% deficytem wapnia – zarówno w iloœci 7,5%, jak i 10% powodowa³a onawzrost stê¿enia Ca2+ z 1,28 mmol · dm–3 w grupie kontrolnej do wartoœci1,40 mmol · dm–3. W badaniach Cieœlik i Topolska [44] wykaza³y, ¿e obecnoœæfruktanów w diecie, zarówno z 50% deficytem wapnia, jak i przy zaledwie 25%udziale tego pierwiastka w diecie, powodowa³a znacz¹cy wzrost zawartoœci sk³adni-ków mineralnych (odpowiednio Ca i Mg oraz Ca i P) w koœci udowej szczurów.Badania wykaza³y, ¿e fruktany zwiêksza³y biodostêpnoœæ takich pierwiastków jakwapñ, magnez, cynk czy ¿elazo [40]. Zarówno doœwiadczenia z udzia³em zwierz¹t jaki badania ¿ywieniowe z udzia³em ludzi wykaza³y wzrost przyswajalnoœci tych pier-


wiastków w obecnoœci fruktanóww diecie. Ju¿ dodatek10% inuliny lub oligofruktozypowodowa³ oko³o wzrost o 60% przyswajalnoœci wapnia, magnezu i ¿elaza w orga-nizmach szczurów [15]. Scholz-Ahrens i Schrezenmeir [41] w badaniach wp³ywufruktanów na absorpcjê wapnia, magnezu, miedzi, ¿elaza, cynku i fosforu wykazalisilniejsze dzia³anie inuliny lub mieszanki inuliny i oligruktofruktozy w porównaniuz dzia³aniem samej oligofruktozy. Azorín-Ortuño i in. [1] stwierdzili korzystnedzia³anie fruktanów o wysokim stopniu polimeryzacji (pochodz¹cych z karczocha) naprzyswajanie ¿elaza, wykazuj¹c równoczeœnie brak wp³ywu fruktanów pochodz¹cychz cykorii. Ikeda i in. [23] wskazuj¹ równie¿ na korzystny wp³yw spo¿ywania Natto,tradycyjnego produktu Japonii wytwarzanego z fermentowanych nasion soi, nagêstoœæ mineraln¹ koœci u kobiet w wieku postmanopauzalnym. Dodaje równie¿, ¿einne produkty sojowe nie wykazywa³y takiego wp³ywu [23]. Lobo i in. [32] badaliwp³yw dodatku fruktanów i oleju rybiego w diecie na przyswajanie wapnia, magnezu,miedzi, ¿elaza i cynku. Stwierdzili korzystny wp³yw fruktanów na absorpcjê wszyst-kich sk³adników mineralnych, a zastosowanie kompozycji oleju rybiego i sojowego(w stosunku 1 : 0,3) wspomaga³o ten efekt w przypadku wszystkich sk³adnikówz wyj¹tkiem magnezu [32].

W³aœciwoœci antykancerogenne

Prebiotyki s¹ to nieulegaj¹ce trawieniu sk³adniki pokarmowe, które korzystniewp³ywaj¹ na zdrowie gospodarza poprzez selektywne stymulowanie wzrostu i/lubaktywnoœci jednej lub ograniczonej liczby bakterii okrê¿nicy [5]. W procesie fermen-tacji fruktanów wytwarzany jest kwas mlekowy, który bêd¹c dobrym substratem dlanab³onka okrê¿nicy zapobiega jego przemianie w komórki rakowe. Ponadto zapobie-gaj¹c rozwojowi bakterii gnilnych, których enzymy maj¹ w³aœciwoœci promuj¹cerozrost nowotworowy i powstanie rakotwórczych nitrozoanim, fruktany bior¹ udzia³w hamowaniu powstawania wielu postaci nowotworów jelita grubego [19]. Dietyz dodatkiem inuliny b¹dŸ oligofruktozy znacz¹co zwiêkszaj¹ stê¿enie maœlanóww k¹tnicy i okrê¿nicy szczurów, co ma szczególne znaczenie w profilaktyce takichschorzeñ jak nowotwór lub wrzodziej¹ce zapalenie okrê¿nicy [6, 13, 19]. Podobnedzia³anie maœlanów oraz witaminy D i nienasyconych kwasów t³uszczowych w profi-laktyce raka okrê¿nicy podaj¹ Kim i Milner [25]. Istnieje ogromne zainteresowaniemo¿liwoœci¹ wp³ywania na mikroflorê jelitow¹ w celu zwiêkszenia liczby Bifido-

bacterium i Lactobacillus oraz jednoczeœnie stymulowania produkcji krótko³añcu-chowych kwasów t³uszczowych (SCFA) oraz mleczanu w okrê¿nicy [35]. Badaniaprzeprowadzone przez Stewart i in. [42] pokaza³y, ¿e stopieñ i proporcje wyproduko-wanych SCFA jest uzale¿niony od d³ugoœci ³añcucha fruktanów, FOS s¹ szybciejfermentowane, natomiast z inulin¹ zwi¹zana jest produkcja wiêkszych porcji maœla-nu. Liczne badania dowodz¹, ¿e niewielki dodatek fruktanów w diecie pozytywniewp³ywa na sk³ad mikroflory jelitowej [30, 27]. Obserwacje dotycz¹ce antynowotwo-


rowego oddzia³ywania inuliny poczynili Pool-Zobel i Sauer [36]. Dowiedziono, ¿emikroflora okrê¿nicy ma ogromny wp³yw na zdrowie. W rezultacie, istnieje wielkiezainteresowanie u¿yciem prebiotyków jako sk³adników ¿ywnoœci funkcjonalnej, abysteruj¹c sk³adem mikroflory okrê¿nicy uleg³o ono poprawie [46].

Inne w³aœciwoœci prozdrowotne

Zapobieganie powstawaniu próchnicy: zwi¹zane jest z tym, ¿e fruktany nie ule-gaj¹c rozk³adowi w jamie ustnej nie stanowi¹ po¿ywki dla obecnych na p³ytce na-zêbnej bakterii odpowiedzialnych z rozwój próchnicy [19].

Regulacja perystaltyki jelit: fruktany zwiêkszaj¹ masê wydalanego ka³u, wp³y-waj¹ reguluj¹co na perystaltykê jelit. Nale¿y jednak pamiêtaæ o umiarkowanymspo¿ywaniu fruktanów w diecie, poniewa¿ spo¿ywanie ich w iloœci 0,2–0,5 g · kg–1

masy cia³a mo¿e byæ przyczyn¹ biegunek [19]. Guarner [21] podaje korzystny wp³ywoligofruktozy na zapobieganie wystêpowania biegunki wywo³anej przez Clostridium

difficle u pacjentów hospitalizowanych. Zauwa¿a, ¿e biegunka wyst¹pi³a u ponadczterokrotnie mniejszej liczby pacjentów spo¿ywaj¹cych oligofruktozê [21].

Produkcja czynników ¿ywieniowych: zwi¹zana jest ze stymulacj¹ rozwoju bifi-dobakterii w przewodzie pokarmowym, przez co wp³ywa na wzbogacanie organizmucz³owieka w witaminy B1, B2, B6, kwas nikotynowy lub kwas foliowy, któreprodukowane s¹ przez bifidobakterie [19].

Redukcja toksycznych metabolitów i szkodliwych enzymów: to kolejny z pro-zdrowotnych efektów dzia³ania fruktanów na organizm cz³owieka. Ich spo¿ywanie po-woduje obni¿enie w kale iloœci toksycznych metabolitów i niebezpiecznych dla zdro-wia enzymów. Niska zawartoœæ toksycznych metabolitów wch³anianych z przewodupokarmowego to forma ochrony w¹troby przed koniecznoœci¹ ich detoksykacji [19].

Milala i in. [34] podaj¹ i¿ fruktany oprócz korzystnego wp³ywu na wch³anianiesk³adników mineralnych z po¿ywienia (zw³aszcza wapnia, magnezu i ¿elaza), popra-wiaj¹ równie¿ absorbcjê witamin przez organizm (g³ównie z grupy B).

Liczne w³aœciwoœci prozdrowotne fruktanów znalaz³y odzwierciedlenie w zasto-sowaniu m¹czki oraz soku z bulw topinamburu do wzbogacania ¿ywnoœci. Zewzglêdu na cenne w³aœciwoœci technologiczne fruktany mog¹ byæ wykorzystywanew wielu ga³êziach przemys³u spo¿ywczego, dlatego ciesz¹ siê stale rosn¹cym zain-teresowaniem. Ponadto dane literaturowe wskazuj¹ równie¿ na obecnoœæ innychzwi¹zków biologicznie czynnych zawartych w bulwach, których przyk³adem mog¹byæ polifenole. Dlatego aktywnoœæ antyoksydacyjna mo¿e wyznaczaæ nowy kierunekbadañ dotycz¹cych walorów prozdrowotnych bulwy topinamburu.


Literatura

[1] Azorín-Ortuño M., Urbán C., Cerów J.J., Tecles F., Allende A., Tomás-Barberán F.A., Espín J.C. 2009. Effectof low inulin doses with different polymerisation degree on lipid metabolism, mineral absorption, and intestinalmicrobiota in rats with fat-supplemented diet. Food Chemistry 113(4): 1058–1065.

[2] Beylot M. 2005. Effects of inulin-type fructans on lipid metabolism in man and in animal models. Brit. J. Nutr.93 Suppl. 1: 163–168.

[3] Brighenti F. 2007. Dietary fructans and serum triacylglycerols: a meta-analysis of randomized controlled trials.J. Nutr. 137(11), Suppl.: 2552–2556.

[4] Burdzenia O. 2001. Topinambur –- Ÿród³o zdrowia. Wiadomoœci Zielarskie 07–08: 16–18.

[5] Castro F.P., Cunha T.M., Ogliari P.J., Teofilo R.F., Ferreira M.M.C., Prudencio E.S. 2009. Influence ofdifferent content of cheese whey and oligofructose on the properties of fermented lactic beverages: Study usingresponse surface methodology. LWT–Food Science and Technology 42: 993–997.

[6] Cieœlik E. 2004. Cechy funkcjonalne ¿ywnoœci pochodzenia roœlinnego. Bromat. Chem. Toksykol. 37 Supl.: 79–86.

[7] Cieœlik E. 2006. Charakterystyka i mo¿liwoœci wykorzystania topinamburu (Helianthus tuberosus L.). ZeszytyNaukowe Wy¿szej Szko³y Ekologii 2: 41–45.

[8] Cieœlik E., Baranowski M.1997. Zawartoœæ sk³adników mineralnych i o³owiu w bulwach nowych odmiantopinamburu (Helianthus tuberosus L.). Bromat Chem Toksykol. 30 Supl.: 66–67.

[9] Cieœlik E., Filipiak-Florkiewicz A. 2000. Topinambur (Helianthus tuberosus L.) – mo¿liwoœci wykorzystaniado produkcji ¿ywnoœci funkcjonalnej. ¯ywnoœæ, Nauka, Technologia, Jakoœæ 1: 73–81.

[10] Cieœlik E., Filipiak-Florkiewicz A., Prostak A. 2000. Zawartoœæ sk³adników od¿ywczych w bulwach nowychodmian topinamburu (Helianthus tuberosus L.). Materia³y XXXI Sesji Naukowej Komitetu Technologiii Chemii ¯ywnoœci PAN. Poznañ, 14–15 wrzeœnia 2000: 346.

[11] Cieœlik E., Florkiewicz A., Filipiak-Florkiewicz A. 2003. Wp³yw terminu zbioru na zawartoœæ wêglowodanóww bulwach topinamburu (Helianthus tuberosus L.). ¯ywienie Cz³ow. Metabol. 3–4: 1076–1080.

[12] Cieœlik E., Kopeæ A. 2003. Wp³yw fruktanów dodawanych do diety na przyrosty masy cia³a szczurówdoœwiadczalnych. ¯ywienie Cz³ow. Metabol. 3–4: 1072–1075.

[13] Cieœlik E., Prostak A., Pisulewski P.M. 2001. Funkcjonalne w³aœciwoœci fruktanów. ¯ywnoœæ, Nauka, Techno-logia, Jakoœæ Supl.1: 5–13.

[14] Douglas L.C., Sanders M.E. 2008. Probiotics and prebiotics in dietetics practice. J Am. Diet. Assoc. 108(3):510–521.

[15] Delzenne N.M, Kok N.N. 1999. Biochemical basis of oligofructose-induced hypolipidemia in animal models. J.Nutr. 129, Suppl. 3: 1467–1470.

[16] Filipiak-Florkiewicz A. 2001. Wartoœæ od¿ywcza bulw nowych odmian topinamburu (Helianthus tuberosus L.)oraz mo¿liwoœci ich wykorzystania do produkcji chleba. Rozprawa Doktorska. AR Kraków: 45–57.

[17] Florkiewicz A. 2004. Próba wykorzystania bulw topinamburu (Helianthus tuberosus L.) do wzbogacanianapojów owocowych. Rozprawa Doktorska. AR Kraków: 49–57.

[18] Florkiewicz A., Cieœlik E., Filipiak-Florkiewicz A. 2007.Wp³yw odmiany i terminu zbioru na sk³ad chemicznybulw topinamburu (Helianthus tuberosus L.). ¯ywnoœæ, Nauka, Technologia, Jakoœæ 3: 71–81.

[19] Florowska A., Krygier K. 2004. Zastosowanie nietrawionych oligosacharydów w produktach spo¿ywczych.Przem Spo¿. 5: 44–47.

[20] Góral S. 1998. Zmiennoœæ morfologiczna i plonowanie wybranych klonów s³onecznika bulwiastego – topinam-buru (Helianthus tuberosus L.). Hodowla Roœlin i Nasiennictwo 2: 6–10.

[21] Guarner F. 2007. Studies with inulin-type fructans on intestinal infections, permeability, and inflammation. J.Nutr. 137(11), Suppl.: 2568–2571.

[22] Gutmañski J., Pikulnik R. 1994. Porównanie wartoœci u¿ytkowej kilku biotopów topinamburu. Biul IHAR 189:138–139.

[23] Ikeda Y., Iki M., Morita A., Kajita E., Kagamimori S., Kagawa Y., Yoneshima H. 2006. Intake of fermentedsoybeans, natto, is associated with reduced bone loss in postmenopausal women: Japanese population-basedosteoporosis (JPOS) study. J. Nutr. 136(5): 1323–1328.

[24] Jackson K., Taylor G., Clohessy A., Williams C. 1999. The effect of the daily intake of inulin on fasting lipid,insulin, and glucose concentrations in middle-aged men and women. Brit. J. Nutr. 82: 23–30.

[25] Kim Y.S., Milner J.A. 2007. Dietary modulation of colon cancer risk. J. Nutr. 137(11) Suppl.: 2576–2579.


[26] Kleessen B., Hartman L., Balut M. 2001. Oligofructose and long-chain inulin: influence on the gut microbialecology of rats associated with a human faecal flora. Brit. J. Nutr. 2: 291–300.

[27] Kolida S., Gibson G.R. 2007. Prebiotic capacity of inulin-type fructans. J. Nutr. 137(11) Suppl.: 2503–2506.[28] Kopeæ A., Cieœlik E. 2001. Wp³yw dodatku m¹czki z topinamburu na poziom glukozy w surowicy krwi

szczurów doœwiadczalnych. ¯ywienie Cz³ow. Metabol. Supl. XXVIII: 963–967.[29] Kopeæ A., Cieœlik E. 2005. Effect of fructans on glucose level in blood serum of rats – a short report. Pol. J. Food

Nutr. Sci. 14(55): 207–210.[30] Kubik C., Piasecka K., Anyszka A., Bielecki S. 2006. Polifruktany i fruktooligosacharydy [FOS] – wystêpo-

wanie, otrzymywanie, zastosowanie. Biotechnol. 2: 103–116.[31] Kunachowicz H., Nadolna I., Przygoda B., Iwanow K. 1998. Tabele wartoœci od¿ywczej produktów spo¿yw-

czych. I¯¯, Warszawa: 408–459.[32] Lobo A.R., Filho J.M., Alvares E.P., Cocato M.L., Colli C. 2009. Effects of dietary lipid composition and

inulin-type fructans on mineral bioavailability in growing rats. Nutr. 25: 216–225.[33] McBain A.J., Macfarlane G.T. 2001. Modulation of genotoxic enzyme activities by non-digestible oligo-

saccharide metabolism in in-vitro human gut bacterial ecosystems. J. Med. Microb. 9: 833–842.[34] Milala J., Grzelak K., Król B., Juœkiewicz J., Zduñczyk Z. 2009. Composition and properties of chicory extracts

rich in fructans and polyphenols. Pol. J. Food Nutr. Sci. 59(1): 35–43.[35] Pompei A., Cordisco L., Raimondi S., Amaretti A., Pagnoni U.M., Matteuzzi D., Rossi M. 2008. In vitro

comparison of the prebiotic effects of two inulin-type fructans. Anaerobe 14: 280–286.[36] Pool-Zobel B.L., Sauer J. 2007. Overview of experimental data on reduction of colorectal cancer risk by

inulin-type fructans. J. Nutr. 137(11) Suppl.: 2580–2584.[37] Ritsema T., Smeekens S. 2003. Fructans: beneficial for plants and humans. Curr. Opin. Plant Biol. 6(3): 223–230.[38] Roberfroid M.B. 2000. Concepts and strategy of functional food science: the European perspective. Am. J.

Clinic. Nutr. 71(6): 1660S–1664S.[39] Ry¿ko J. 2002. Zastosowanie probiotyków i prebiotyków w leczeniu nieswoistych zapaleñ jelit oraz zaburzeñ

czynnoœciowych jelita grubego. Pediatria wspó³czesna, Gastroenterologia, Hepatologia i ¯ywienie Dziecka4(1): 55–60.

[40] Scholz-Ahrens K.E., Ade P., Marten B., Weber P., Timm W., Ail Y., Glüer C.C., Schrezenmeir J. 2007.Prebiotics, probiotics, and synbiotics affect mineral absorption, bone mineral content, and bone structure. J.Nutr. 137(3) Suppl. II: 838–846.

[41] Scholz-Ahrens K.E., Schrezenmeir J. 2007. Inulin and oligofructose and mineral metabolism: The evidencefrom animal trials. J. Nutr. 137(11) Suppl.: 2513–2523.

[42] Stewart M.L., Timm D.A., Slavin J.L. 2008. Fructooligosaccharides exhibit more rapid fermentation thanlong-chain inulin in vitro fermentation system. Nutr. Res. 28: 329–334.

[43] Œwiderski F. (red). 2006. ¯ywnoœæ wygodna i ¿ywnoœæ funkcjonalna. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,Warszawa: 27–31.

[44] Topolska K. 2004. Poziom wybranych wskaŸników biochemicznych w organizmie szczurów laboratoryjnychw zale¿noœci od poziomu fruktanów i wapnia w diecie, Rozprawa doktorska, AR Kraków: 57 ss.

[45] Trautwein E.A., Rieckhoff D., Erbersdobler H.F. 1998. Dietary inulin lowers plasma cholesterol and triacyl-glycerol and alters biliary bile acid profile in hamster. J. Nutr. 128: 1937–1943.

[46] Wang Y. 2009. Prebiotics: Present and future in food science and technology. Food Res. Internat. 42: 8–12.


Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.)– tuber with pro-healthily nutritive properties

Key words: Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), nutritiveproperties

Summary

The Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a plant of Asteraceae family.The increasing interest to Jerusalem artichoke in recent years is a result of its usage inmanufacturing of food for special diet nutrition, mainly because this crop is an excel-lent source of both soluble and insoluble fibre. Fructans (the soluble fibre component)are currently considered as functional ingredients. Their regular consumption withina well-balanced diet has been correlated with the physiological benefits. Fructanshave been studied as prebiotics. By modulating the composition and metabolic activ-ity of the intestinal microbiota, fructans are able to favour the growth of bifidogenicbacteria rather than species considered to be pathogenic. Bacterial fermentation ofinulin and oligofructose in the large intestine enhances gastrointestinal mineral ab-sorption such as calcium, magnesium or iron which has been connected with the pro-tection against mineral deficiencies. The growth of bifidogenic bacteria is also relatedwith production of vitamin B1, B2, B6, PP and folic acid. It also has been shown thatfructans affect the serum triglyceride level, as well as the LDL-to-HDL ratio in rats.Jerusalem artichoke components may prevent various diseases: diabetes, arterioscle-rosis, hypertension, neoplastic diseases and dental caries.


Negatywne skutki stosowania antybiotyków

Joanna Biernasiak1, Katarzyna Œli¿ewska

2, Zdzis³awa Libudzisz

3

1Instytut Chemicznej Technologii ¯ywnoœci,

2Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii,


Wydzia³ Biotechnologii i Nauk o ¯ywnoœci, Politechnika £ódzka,

ul. Wólczañska 171/173, 90-924 £ódŸ;

e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

S³owa kluczowe: antybiotykowe stymulatory wzrostu, lekoopornoœæ bakterii

Wprowadzenie

Odkrycie przez Aleksandra Fleminga w 1929 roku penicyliny, by³o momentemprze³omowym i w zasadniczy sposób zrewolucjonizowa³o medycynê ludzk¹ i wete-rynaryjn¹. W drugiej po³owie lat czterdziestych XX wieku zaczêto dodawaæ do paszantybiotyki. Liczne badania przeprowadzone w USA i Wielkiej Brytanii w latachpiêædziesi¹tych i szeœædziesi¹tych XX wieku udokumentowa³y naukowy sens i celpodawania antybiotyków paszowych zwierzêtom. Zauwa¿ono nie tylko lepsze przyrostymasy cia³a, ale równie¿ poprawienie ogólnego stanu zdrowia zwierz¹t, zapobieganiewielu chorobom i lepsze wykorzystanie paszy przy opasie i odchowie ciel¹t oraz prosi¹t.

Jednak po pierwszej fascynacji efektywnoœci¹ antybiotyków, zaczê³y siê ujaw-niaæ tak¿e negatywne dzia³ania, np. szerzenie siê lekoopornoœci wœród drobnoustro-jów, dzia³anie alergenne i toksyczne. Te niepokoj¹ce zjawiska by³y impulsem doposzukiwañ nowych rozwi¹zañ w zwalczaniu lub eliminacji patogennej mikrofloryz organizmu zwierzêcia.

Cele podawania antybiotyków zwierzêtom

W odró¿nieniu od medycyny ludzkiej antybiotyki w medycynie weterynaryjnejby³y wykorzystywane w dwojako [47]: jako œrodki zapobiegaj¹ce i lecz¹ce infekcjebakteryjne oraz jako promotory wzrostu.

Zapobieganie i leczenie infekcji bakteryjnych osi¹gane by³o przez terapeutyczne,metafilaktyczne lub profilaktyczne aplikowanie antybiotyków. Terapeutyczne stoso-wanie antybiotyków mia³o na celu kontrolowanie istniej¹cych infekcji bakteryjnych.


Antybiotyk podawany by³ doustnie lub drog¹ poza jelitow¹ tylko osobnikom z obja-wami chorobowymi, a dawka leku dostosowana by³a do stanu zdrowia zwierzêcia.Takie leczenie by³o mo¿liwe w stadach zwierz¹t licz¹cych do 30 000 sztuk (brojlery)lub 100 sztuk (œwinie). W stadach wiêkszych, aby zapobiec rozprzestrzenianiu siêchoroby, podawano leki wraz z wod¹ lub w paszy ca³emu stadu w chwili wyst¹pieniaobjawów choroby u pojedynczych sztuk. Aplikowanie leków stadom licz¹cym pokilkaset sztuk zwierz¹t okreœlano, jako metafilaktyczne. Profilaktyczne podawanieantybiotyku mia³o wy³¹cznie zapobiegaæ mo¿liwym chorobom, na jakie nara¿one s¹zwierzêta w tak zwanych momentach kluczowych, tj. szczepienie, transport, odsa-dzanie prosi¹t, zasuszanie krów mlecznych lub ³¹czenie osobników pochodz¹cychz ró¿nych stad. W takich sytuacjach nie obserwuje siê jeszcze objawów choroby, leczwiadomo, ¿e pojawienie siê ich jest bardzo prawdopodobne. Profilaktyczne apliko-wanie antybiotyków obejmowa³o zarówno pojedyncze osobniki jak i ca³e grupyzwierz¹t [48, 33].

Stosowane w medycynie weterynaryjnej antybiotyki by³y czêsto takie same jakw leczeniu ludzi. Antybiotyki systematycznie aplikowane zwierzêtom w celu popra-wy ich wzrostu, lepszego wykorzystania paszy oraz zmniejszenia liczby upadkówokreœlono, jako antybiotykowe stymulatory wzrostu (ASW) i by³y to inne antybiotykini¿ stosowane w lecznictwie [8, 33, 62].

Rola ASW sprowadza³a siê przede wszystkim do regulacji mikroflory w obrêbieprzewodu pokarmowego zwierz¹t poprzez ograniczanie rozwoju niekorzystnych dlazwierzêcia mikroorganizmów i ich produktów (toksyn). Stosowanie ASW powodo-wa³o wy¿sze przyrosty masy cia³a (4–28%), lepsze wykorzystanie paszy (0,8–7,6%),mniejsz¹ emisjê metanu i amoniaku, lepsze wykorzystanie fosforu, zmniejszonezachorowania na dyzenteriê, toksoplazmozê u owiec, kokcydiozê u drobiu, ciel¹ti owiec [23, 41].

Stosowanie ASW w Unii Europejskiej zosta³o zatwierdzone przez DyrektywêEuropejskiej Wspólnoty Gospodarczej z dnia 23 listopada 1970 roku, dotycz¹c¹dodatków paszowych (70/524/EWG), w której stwierdzono, ¿e ¿ywienie zwierz¹tcoraz czêœciej wi¹¿e siê z zastosowaniem dodatków. W wymienionej dyrektywie„dodatki” zdefiniowano jako substancje, poprawiaj¹ce zarówno cechy pasz, doktórych s¹ dodawane, jak i wyniki produkcji zwierzêcej.

Zu¿ycie antybiotyków na œwiecie

W wiêkszoœci krajów europejskich, z wyj¹tkiem Danii, Szwecji i Finlandii, nieby³o obowi¹zku prawnego dotycz¹cego rejestracji danych ze sprzeda¿y antybioty-ków, dlatego trudno precyzyjnie oceniæ iloœæ stosowanych antybiotyków w Europie.W 1980 roku w Szwecji w medycynie ludzkiej wykorzystano 70 700 kg antybio-tyków, a w medycynie weterynaryjnej 41 270 kg [52]. W 1989 roku we Francji

106 J. Biernasiak, K. Œli¿ewska, Z. Libudzisz

w celach terapeutycznych zu¿yto ³¹cznie 50 000 kg antybiotyków �-laktamowych,57 100 kg aminoglikozydowyh, 99 600 kg chloramfenikoli, 116 800 kg tetracyklin,37 000 kg makrolidów, 138 600 kg sulfonamidów i 77 200 kg nitrofuranów [16].Wielkoœæ dawek antybiotyków stosowanych zarówno w lecznictwie jak i w ¿ywieniuzwierz¹t by³a zwi¹zana ze skutecznoœci¹ dzia³ania. W Holandii w 1990 zu¿ycieantybiotyków w medycynie weterynaryjnej wynosi³o 300 000 kg, przy czym wynikuwzglêdnia³ jedynie trzodê chlewn¹, drób i byd³o [63].

Dopiero w 1997 roku Europejska Federacja Zdrowia Zwierz¹t na polecenieKomisji Europejskiej sporz¹dzi³a raport dotycz¹cy aktualnego zu¿ycia antybiotykóww Unii Europejskiej ³¹cznie ze Szwajcari¹ [27]. Ogólnoœwiatowe zu¿ycie antybio-tyków w 1996 roku oszacowano na 27 000 ton, przy czym 25% z nich wykorzystanow Unii Europejskiej. Z tej iloœci 50% zastosowano w celach terapeutycznych, 25%jako stymulatory wzrostu, a pozosta³e 25% jako dodatki do pasz dla drobiu w celuochrony przed kokcydiami [7]. W 1997 roku zu¿ycie antybiotyków w medycynieludzkiej wynosi³o 5 460 000 kg, w medycynie weterynaryjnej 3 465 000 kg i jakostymulatory wzrostu 1 575 000 kg. Stosowane dawki antybiotyków w przeliczeniu namasê cia³a wynosi³y 241 mg · kg–1 w medycynie ludzkiej i 54 mg · kg–1 w medycynieweterynaryjnej. Wskazano jednak na du¿e zró¿nicowanie w wielkoœci dawek stoso-wanych farmaceutyków w poszczególnych krajach z intensywn¹ produkcj¹ zwierzê-c¹ i rodzaju substancji czynnej. W Austrii, Danii, Finlandii, Irlandii i Szwecji dawki tewynosi³y odpowiednio: 6, 24, 24, 12 i 24 mg · kg–1, natomiast w Hiszpanii, Grecjii Wielkiej Brytanii 103, 134, 148 mg · kg–1 [17, 59]. Dwa lata póŸniej (1999) w UniiEuropejskiej do u¿ycia wprowadzono ju¿ 13 tysiêcy ton antybiotyków, z czego 65%wykorzystano w medycynie ludzkiej, 29% w medycynie weterynaryjnej i 6% jakostymulatory wzrostu [18].

Skutki stosowaniaantybiotykowych stymulatorów wzrostu (ASW)

Stosowanie antybiotyków w paszach wywo³a³o wiele niekorzystnych zmian.Szczególnie niekorzystnie wp³ynê³o na: degradacjê œrodowiska i na rozwój antybio-tykoopornoœci bakterii.

Wp³yw na degradacjê œrodowiska. Zainteresowanie producentów ASW, farma-ceutów, producentów pasz dla zwierz¹t, jak i hodowców zwierz¹t koñczy³o siê naefektach ekonomicznych – dalszy los ASW, po ich pasa¿u przez przewód pokarmowyzwierz¹t, w mniejszym stopniu ich interesowa³. Van Gool [64] pisa³ wrêcz, ¿ew literaturze brak jest jakichkolwiek danych na temat wp³ywu poszczególnych grupASW na œrodowisko. PóŸniejszy o cztery lata raport rz¹du szwedzkiego [52] wymie-nia ju¿ cztery publikacje opisuj¹ce zmiany mikroflory glebowej pod wp³ywem ASW,dostaj¹cych siê wraz z odchodami zwierz¹t produkcyjnych do gleby. Mechanizm

Negatywne skutki stosowania antybiotyków 107

dzia³ania ASW na œrodowisko i jego skutki przedstawi³ Opaliñski [40] na podstawiewyników prac eksperymentalnych i wyników uzyskanych w ramach projektu badaw-czego KBN 6PO4605016 „Wp³yw antybiotyków paszowych i cytostatyków naœrodowisko. Badania polowe laboratoryjne”. Stwierdzono, ¿e ASW (ich pochodnei metabolity) obecne w naturalnym nawozie i dostaj¹ce siê do gleby i wód powierzch-niowych wywieraj¹ silny wp³yw na strukturê i funkcjonowanie biocenozy gleboweji wodnej, tj. na zespo³y mikroorganizmów glebowych (grzyby i bakterie), na strukturêtroficzn¹ mezofauny glebowej, na ró¿norodnoœæ biologiczn¹, na bilans ca³ej glebyi tempo rozk³adu materii organicznej w glebie i wodzie oraz na bilans energetycznymakrofauny wody. Wp³yw ten najsilniej manifestuje siê po up³ywie oko³o 3 tygodniod pojawienia siê ASW w œrodowisku, jednak zmiany wywo³ane dzia³aniem ASWwidoczne s¹ po 12, a nawet po 40 tygodniach, co oznacza, ¿e obejmuj¹ one nie tylkoca³y sezon wegetacyjny, ale praktycznie ca³y rok [40].

Dop³yw ASW do gleby nie by³ te¿ obojêtny dla ludzi. Ich obecnoœæ w œrodowiskuw dawkach znacznie ni¿szych od dawek terapeutycznych stosowanych w medycyniei weterynarii (efekt rozcieñczenia), indukowa³a powstawanie antybiotykoopornychszczepów bakterii, mog¹cych stanowiæ zagro¿enie dla ludzi i zwierz¹t [4, 5, 52].

Wp³yw na rozwój lekoopornoœci wœród bakterii. Antybiotykowa opornoœæmo¿e mieæ dwie formy: naturaln¹ i nabyt¹ [46]. Naturalna lub wrodzona opornoœæ naposzczególne antybiotyki lub grupy antybiotyków jest bardzo rozpowszechnionawœród bakterii, co jest odbiciem ewolucyjnego przystosowania bakterii do natural-nych toksyn wystêpuj¹cych w œrodowisku. Opornoœæ naturalna zwi¹zana jest najczêœ-ciej ze zmian¹ (inaktywacj¹) aktywnego leku w jego nieaktywn¹ formê pochodn¹,z udzia³em enzymów wytworzonych przez komórki oporne (np. hydroliza przez�-laktamazy; inaktywacja aminoglikozydów przez acetylo-, adenylo- i fosfotrans-ferazy; inaktywacja erytromycyny przez esterazê) [28]. Mo¿e byæ te¿ efektem aktyw-nego usuwania chemioterapeutyku z komórki bakteryjnej przez aktywne bia³kao w³aœciwoœciach pomp (ang. efflux protein pumps). Bia³ka te rozpoznaj¹ ró¿negotypu antybiotyki i usuwaj¹ je z cytoplazmy. Proces ten odgrywa g³ówn¹ rolê w opor-noœci na tetracyklinê, fluorochinolony, makrolidy i coraz czêœciej równie¿ �-laktamy[26]. Ponadto obserwuje siê równie¿ modyfikacjê miejsca w komórce bêd¹cej celemdzia³ania (miejscem uchwytu) leku (np. zmiany w bia³kach rybosomowych, bia³kachwi¹¿¹cych penicylinê, prekursorze mureiny, podjednostkach gyrazy) [32].

Opornoœæ nabyta oznacza, ¿e pocz¹tkowo (dziedzicznie) wra¿liwe bakterie staj¹siê oporne. Bakterie mog¹ nabyæ opornoœæ poprzez mutacjê w sekwencji nukleo-tydowej chromosomalnego DNA albo dziêki przyjêciu od innych bakterii genówdeterminuj¹cych opornoœæ. Geny te mog¹ zostaæ nabyte na drodze tak zwanegohoryzontalnego transferu genów, to jest wymiany DNAmiêdzy bakteriami. Wyró¿niasiê trzy rodzaje horyzontalnego transferu genów: pobranie wolnego DNA ze œrodo-wiska (transformacja), przekazywanie DNA za poœrednictwem bakteriofagów (trans-dukcja) i bezpoœrednie przekazywanie DNAz komórki do komórki (koniugacja) [2].


Liczne badania dotycz¹ce szerzenia siê lekoopornoœci wœród bakterii prowadzonow latach 90 ubieg³ego stulecia. Literatura dotycz¹ca opornoœci bakterii na ASW jestograniczona, co mo¿e wynikaæ z faktu, ¿e badania na temat farmaceutyków stosowa-nych jako promotory wzrostu nie by³y prowadzone regularnie [62].

W badaniach Linton i in. [31] wykazano, ¿e szczepy bakterii z rodzaju Entero-

coccus izolowane z odchodów œwiñ i drobiu by³y oporne na fosforan tylozyny i bacy-tracynê cynku. Nie stwierdzono jednak ich opornoœci na virginiamycynê. Wzrostopornoœci szczepów Escherichia coli na olaquindoks, z 0,004 do 6%, odnotowano potrzech latach od jego zastosowania jako ASW w ¿ywieniu trzody chlewnej, tj. od 1982roku. Podobn¹ sytuacjê obserwowano na farmach, gdzie olaquindoks nie by³ stoso-wany, co mog³o œwiadczyæ o rozprzestrzenianiu siê opornoœci wœród szczepówbakterii [30]. Mills i Kelly [38] opisali wzrost opornoœci E. coli izolowanych od œwiñ,z 37 do 61%, tak¿e na karbadoks. Nale¿y jednak podkreœliæ, ¿e karbadoks by³stosowany w ¿ywieniu trzody chlewnej wy³¹cznie w celach profilaktycznych (zapo-bieganie czerwonce) i terapeutycznych (zapobieganie salmonelozie) [20; 21].

Wzrost zainteresowania selektywn¹ opornoœci¹ bakterii na ASW, nast¹pi³ powzroœcie liczby bakterii z rodzaju Enterococcus opornych na wankomycynê izolowa-nych od chorych ludzi (z ang. vancomycin resistant enterococcus – VRE). Stwier-dzono wówczas, ¿e stosowanie awoparcyny jako ASW, w wiêkszoœci krajów UniiEuropejskiej, przyczyni³o siê do szerzenia VRE [6]. W krajach, gdzie awoparcynaby³a stosowana jako ASW, VRE izolowano nie tylko z ¿ywnoœci pochodz¹cej odzwierz¹t karmionych tym antybiotykiem, ale równie¿ od zdrowych ludzi i zwierz¹tdomowych [60]. Bakterie z rodzaju Enterococcus izolowane od zdrowych ludzii zwierz¹t w Norwegii, by³y oporne na antybiotyki z grupy MLS (makrolidy, linko-zamidy i streptograminy), takie jak erytromycyna i prystynamycyna (mieszaninadwóch cyklicznych antybiotyków peptydowych virginiamycyny i piostacyny), comog³o byæ wynikiem stosowaniem jako ASW fosforanu tylozyny (makrolidy) i vir-giniamycyny [61]. Podobnie jak w Norwegii, równie¿ w Danii w 1995 roku odnoto-wano wzrost opornoœci enterokoków izolowanych od œwiñ i drobiu w stosunku dowankomycyny (21 i 56%), erytromycyny (91 i 59%) i prystynamycyny (53 i 37%)[12]. W Finlandii, gdzie fosforan tylozyny stosowany by³ wy³¹cznie w celachprofilaktycznych, opornoœæ enterokoków na erytromycynê by³a ni¿sza i wynosi³aodpowiednio 18 i 9% [32]. W USA, gdzie awoparcyna nie by³a stosowana jako ASW,nie odnotowano wzrostu liczby VRE izolowanych z ka³u zwierz¹t i ludzi [11].

Wyselekcjonowane dzia³aniem chemioterapeutyków, podawanych w celach lecz-niczych, profilaktycznych lub w charakterze stymulatorów wzrostu, wystêpuj¹ceu zwierz¹t lekooporne bakterie, czêsto chorobotwórcze równie¿ dla cz³owieka, s¹przyczyn¹ narastaj¹cych trudnoœci w leczeniu chorób odzwierzêcych. Zw³aszczaistotne jest pojawienie siê u zwierz¹t szczepów bakteryjnych chorobotwórczych dlacz³owieka, które s¹ oporne równoczeœnie na kilka, a nawet kilkanaœcie chemio-terapetyków [37, 43].


Szczepy Salmonella Typhimurium wyizolowane od ludzi i zwierz¹t ze StanówZjednoczonych, w latach 1940–1948, by³y wra¿liwe na tetracykliny. Po masowymzastosowaniu tego leku zarówno w medycynie ludzkiej, weterynaryjnej i jako stymu-latory wzrostu, a¿ u 90% szczepów izolowanych z ró¿nych krajów stwierdzonoopornoœæ na antybiotyki z tej grupy [54]. Klasycznym przyk³adem na szerzenie siêantybiotykoopornoœci jest Salmonella Typhimurium tzw. fag 104 (DT 104). Szczepten pierwszy raz wyizolowano w 1980 roku w Wielkiej Brytanii, a póŸniej w USA,Kanadzie, Niemczech, Danii, Francji i Austrii [22]. Charakteryzowa³ siê on opornoœ-ci¹ na ampicylinê, chloramfenikol, streptomycynê, sulfonamidy, tetracykliny orazcyprofloksacynê. W badaniach prowadzonych w Wielkiej Brytanii i w Niemczechwykazano, ¿e opornoœæ DT104 na cyprofloksacynê zwi¹zana by³a z wprowadzeniemdo rolnictwa antybiotyków z grupy fluorochinolonów [57]. DT104 izolowano odbyd³a, œwiñ, gêsi, kurcz¹t, indyków, kotów, psów. Oporne bakterie z rodzaju Salmo-

nella s¹ przekazywane populacji ludzkiej przez zwierzêce produkty ¿ywnoœciowe,takie jak miêso, mleko i jaja. Rozprzestrzenianiu tych bakterii sprzyja równie¿masowa turystyka i swobodne przemieszczanie siê dzikich zwierz¹t, takich jak foki,mewy czy wróble [44]. Nale¿y równie¿ podkreœliæ, ¿e we wrzeœniu 1990 roku,w Niemczech odnotowano przypadek œmierci zdrowej kobiety po zatruciu wielora-koopornym (ang. multi-drug resistance) szczepem DT104 [3, 66]. Stwierdzono, ¿eszerzenie siê tej wielorakiej opornoœci DT104 zwi¹zane jest, m.in. z integronami.Scharakteryzowano dwa ró¿ne integrony i wykazano, ¿e ka¿dy oprócz, genówtypowych dla integronów sul1 i qacED1, transportuje pojedyncz¹ kasetê opornoœci.Przy czym jedna z nich koduje gen ant (3")-Ia odpowiedzialny za opornoœæ naspektynomycynê i streptomycynê (aminoglikozydy i aminocyklitole), natomiastdruga gen pse-1 warunkuj¹cy opornoœæ na �-laktamazy [44]. Opornoœæ na antybiotykiz grupy fluorochinolonów zwi¹zana jest z mutacj¹ w genie gyrA. Mutacja by³awynikiem substytucji Asp87�Asn, Asp87�Gly i Ser83�Phe. Zsekwencjonowaniegenu gyr A wykaza³o równie¿ wyst¹pienie dwóch dodatkowych mutacji, tj.Asp87�Tyr i Ser83�Tyr [44]. Wœród 50 wyizolowanych od byd³a, ludzi i z mielonejwo³owiny shigatoksycznych szczepów Escherichia coli (29 E. coli 0157:H7 STECi 21 E. coli inne ni¿ serotyp 0157:H7 STEC), 39 wykazywa³o opornoœæ w stosunku dodwóch lub wiêkszej liczby antybiotyków. Zarówno szczep E. coli 0157:H7 jakserotyp 0157:H7 STEC, by³y oporne na ampicilinê, tetracyklinê, kanamycynê, strep-tomycynê i sulfametoksazol. Natomiast opornoœci¹ na cefalotynê, chloramfenikoli kotrimoksazol charakteryzowa³y siê tylko E. coli inne ni¿ serotyp 0157:H7. Zampli-fikowano fragmenty integronów o wielkoœci 1kb i 2kb z E. coli 0157:H7 STECz u¿yciem specyficznych prajmerów i zdiagnozowano geny opornoœci jako aaadAi drfXII [34]. Szczepy Campylobacter jejuni i Campylobacter coli wyizolowanez odchodów brojlerów, œwiñ i ludzi w Hiszpanii w latach 1997 i 1998 by³y oporne nacyprofloksacynê i kwas nalidyksowy (chinolony/fluorochinolony). Przy czym opor-noœæ szczepów odzwierzêcych wynosi³a 99%, natomiast ludzkich 71%. Nale¿ypodkreœliæ, ¿e w Hiszpanii przed 1988 rokiem, opornoœæ Campylobacter na fluoro-


chinolony nie by³a notowana. Wœród szczepów Campylobacter coli izolowanych odœwiñ 80% by³o opornych na erytromycynê i 65% na ampicylinê. W porównaniuz trzod¹ chlewn¹, wœród ludzi stopieñ opornoœci na badane antybiotyki wynosi³odpowiednio 34% i 29% [49]. W 1988 roku wyizolowano pierwsze szczepy Listeria

monocytogenes oporne tylko na tetracyklinê, ale równie¿ wielorakooporne. Od tegomomentu szczepy Listeria sp. izolowane z ró¿nych œrodowisk wykazywa³y opornoœæna jeden lub kilka antybiotyków. Stwierdzono np., ¿e wœród 1100 izolatów pocho-dz¹cych z produktów ¿ywnoœciowych i 1040 ze œrodowiska oraz 60 z typowychklinicznych przypadków listeriozy, 61 szczepów by³o opornych na tetracyklinêi minocyklinê (tetracykliny), o czym œwiadczy³a obecnoœæ genów tetM (57 szczepów)i tetS (4 szczepy). Okaza³o siê równie¿, ¿e szczepy izolowane z ¿ywnoœci i œrodowiskawykazywa³y opornoœæ na trimetoprim, tj. antybiotyk z grupy sulfonamidów [10].W szerzeniu opornoœci wœród szczepów Listeria sp. bior¹ udzia³ plazmidy i transpo-zony koniugacyjne. Jeden z takich plazmidów pIP811 warunkuje opornoœæ na chlo-ramfenikol, erytromycynê, streptomycynê i tetracyklinê. Nale¿y podkreœliæ, ¿e plaz-mid pIP811 wykazuje wysoki stopieñ homologii do wystêpuj¹cego powszechnieplazmidu pAM�1 w szczepach bakterii z rodzaju Entrococcus i Streptococcus.W roku 1976 z odchodów œwiñ wyizolowano szczepy Clostridium perfringens opornena tetracyklinê (tetracykliny), erytomycynê (makrolidy), linkomycynê i klindamycy-nê (MLS) [45]. Opornoœæ na tetracykliny wœród szczepów Clostridium perfringens

jest najbardziej powszechnym typem opornoœci, ujawniaj¹cym siê fenotypowo. Pomasowym stosowaniu antybiotykowych stymulatorów wzrostu stwierdzono, ¿eszczepy C. perfringens izolowane w latach 1991 i 1992 z 95 ró¿nych obszarów by³yoporne na bambermycynê i flawomycynê, ale nadal wra¿liwe na awoparcynê, awila-mycynê i salinomycynê [14]. Wiele szczepów bakterii z rodzaju Staphylococcus

izolowanych od drobiu i ludzi wykazywa³o opornoœæ na erytromycynê z powoduobecnoœci genów ermA, ermB, ermC i msrA lub msrB. Stwierdzono, ¿e gen ermA jestwy³¹cznie chromosomalny, natomiast gen ermC zlokalizowany na plazmidzie. Ana-liza restrykcyjna genu ermA szczepów Staphylococcus wyizolowanych od drobiui cz³owieka wskazuje na wysoki stopieñ podobieñstwa strukury genu, co mo¿eœwiadczyæ o wspólnym pochodzeniu tego genu [39]. Wykazano ponadto wysok¹czêstotliwoœæ (4,5 × 10–3) transferu genu ermA i ermC z drobiu do ludzi. Mechanizmtransferu tych genów odbywa³ siê przez transformacjê lub transpozycjê [29].

Wycofywanie antybiotykowych stymulatorów wzrostujako dodatków paszowych

Krajem, który jako pierwszy ju¿ w 1986 roku zakaza³ stosowania wszystkichASW by³a Szwecja [67]. Dania i Niemcy zakaza³y u¿ywania na swoim terytoriumawoparcyny w paszach zwierzêcych, odpowiednio 20 maja 1995 i 19 stycznia 1996roku. Zgodnie z przepisami dyrektywy 70/524/EWG ka¿de z tych dwóch PañstwCz³onkowskich powiadomi³o inne Pañstwa Cz³onkowskie i Komisjê Europejsk¹


o przyczynach swojej decyzji. Na tej podstawie, 30 stycznia 1997 r., KomisjaEuropejska podjê³a decyzjê o zakazie stosowania awoparcyny jako dodatku do paszdla zwierz¹t od 1 kwietnia 1997 r. (European Commission 1997, Off J UE 5.2.L35.).W tym samym roku Œwiatowa Organizacja Zdrowia (WHO, 13–17.10.1997) po razpierwszy opublikowa³a raport dotycz¹cy medycznego wp³ywu antybiotyków doda-wanych do pasz. G³ówne zagro¿enia zosta³y sformu³owane jako:� wzrost szybkoœci rozprzestrzeniania siê opornych bakterii u zwierz¹t,� przenoszenie opornych patogenów na ludzi poprzez bezpoœredni kontakt ze

zwierzêtami albo przez konsumpcjê ska¿onej ¿ywnoœci lub wody,� wzrost liczby infekcji u ludzi wywo³anych przez oporne bakterie,� potencjalne niepowodzenia w leczeniu ludzi, zwierz¹t domowych i zwierz¹t na

farmach,� wysoki poziom opornoœci wœród rodzajów bakterii izolowanych od zwierz¹t, tj.

Salmonella, Campylobacter, Enterococcus i Escherichia coli.

W zwi¹zku z wci¹¿ wzrastaj¹c¹ liczb¹ opornych szczepów bakterii KomisjaEuropejska, 17 grudnia 1998 r., podjê³a decyzjê o wycofaniu od 1 stycznia 1999 r.kolejnych ASW stosowanych jako dodatki do pasz, tj. bakcytracyny cynku, spiramy-cyny, wirginiamycyny i fosforanu tylozyny (European Commission 1998, Off J EU29.12.L351). Natomiast 22 sierpnia 2003 r., Komisja Europejska zdecydowa³a o ca³ko-witym wycofaniu od 1 stycznia 2006 r. ASW jako dodatków paszowych stosowanychw ¿ywieniu zwierz¹t (European Commision 2003, Off J EU 18.10.L268).

Konsekwencje zakazu stosowania ASW w ¿ywieniu zwierz¹t

W nastêpstwie wycofania antybiotykowych stymulatorów wzrostu zwiêkszy³ysiê koszty produkcji zwierz¹t hodowlanych, np. w Danii wzrost ich wyniós³ najednego tucznika – w zwi¹zku ze zwiêkszon¹ œmiertelnoœci¹ – 0,40 euro, z wyd³u¿e-niem czasu tuczu – 0,30 euro, zwiêkszeniem interwencji weterynaryjnych i zastoso-wanych leków – 0,40 euro, wzrostem nak³adu pracy – 0,20 euro, co w sumie wynosi³o1,30 euro. Zu¿ycie antybiotyków stosowanych w celach leczniczych zwiêkszy³o siênatomiast z oko³o 60 ton w 1990 r. do prawie 120 ton w 2004 r. [1, 35, 36, 42].

Dane dotycz¹ce negatywnych dla produkcji konsekwencji wycofania antybioty-kowych stymulatorów wzrostu wskazuj¹ równie¿, ¿e wzrost padniêæ wyniós³ w Daniii Szwecji odpowiednio 0,6 i 1,2%. Wiek osi¹gania masy rzeŸnej 30 kg zwiêkszy³ siêw Danii o 2,7 dnia, a w Szwecji nieco wiêcej. Biegunki u warchlaków stwierdzonow Danii w 50% stad, a w Szwecji w 17,5% stad w porównaniu do dotychczasowychoko³o 3,5% [19, 51, 58].

Wed³ug danych z USA, zaprzestanie podawania œwiniom antybiotykowych sty-mulatorów wzrostu spowodowa³o pocz¹tkowo wzrost kosztów produkcji o 6,05 USDna zwierzê, który po 10 latach obni¿y³ siê do 5,24 USD. Przenios³o siê to na wy¿szeceny produktów z wieprzowiny dla konsumentów [13, 42].


Przeciwdzia³anie negatywnym dla produkcji konsekwencjom wycofania ASWjest wiêc du¿ym wyzwaniem dla hodowców, producentów pasz i dodatków paszo-wych, zootechników i lekarzy weterynarii oraz pracowników nauki. Wed³ug licznychautorów [23, 24, 25, 41, 50] kluczowym zadaniem jest zatem poprawa œrodowisko-wych warunków utrzymania zwierz¹t, ulepszone i udoskonalone programy profilak-tyczne, w tym i szczepieñ ochronnych, optymalizacja ¿ywienia, zw³aszcza w okresieci¹¿y i odchowu, stosowanie alternatywnych dodatków paszowych, a w ostatecznoœcistosowanie antybiotyków leczniczych.

Wd³ug Greli i Semeniuk [24] w zakresie ¿ywienia za istotne po wycofaniu ASWprzyj¹æ nale¿y nastêpuj¹ce rozwi¹zania:� zwiêkszenie strawnoœci i dostêpnoœci sk³adników pokarmowych z mieszanek

poprzez odpowiedni dobór materia³ów paszowych, zastosowanie zabiegów ter-moplastycznych, dodatek preparatów enzymatycznych lub nat³uszczanie pasz;

� optymalizacja poziomu sk³adników od¿ywczych, dopracowanie tzw. sk³adu bia³kaidealnego w zale¿noœci od gatunku, wieku lub stanu fizjologicznego zwierz¹t,z wykorzystaniem krystalicznych aminokwasów egzogennych;

� ograniczenie wystêpowania substancji antyod¿ywczych (ANFs) w poszczegól-nych œrodkach ¿ywienia zwierz¹t (hodowla nowych odmian zbó¿, nasion roœlinstr¹czkowych i oleistych, zastosowanie technologicznego uzdatniania pasz);

� baczniejsze zwrócenie uwagi na higienê wody, pasz i ¿ywienia, zw³aszcza mini-malizacjê wystêpowania i szkodliwego oddzia³ywania mikotoksyn, dioksyn itp.;

� dostarczanie zwierzêtom biodostêpnych witamin (stosowanie form czynnychi chronionych) i sk³adników mineralnych (chelaty lub inne po³¹czenia organicznesk³adników mineralnych);

� wykorzystanie alternatywnych, bezpiecznych dodatków paszowych.

Podsumowanie

Antybiotykowe stymulatory wzrostu by³y doœæ powszechnie stosowane jakododatki paszowe, daj¹ce dobre efekty produkcyjne oraz ograniczaj¹ce niektórechoroby zwi¹zane z przewodem pokarmowym [24]. By³y one, a w wielu krajach(USA, Argentyna, Chiny) dalej stanowi¹ jedn¹ z wa¿niejszych grup dodatkówpaszowych, które powoduj¹ wyraŸny wzrost efektów produkcyjnych, zw³aszczaw z³ych warunkach utrzymania zwierz¹t [24, 41].

ASW przyczyni³y siê tak¿e, a mo¿e przede wszystkim, do pojawienia siê corazwiêkszej liczby antybiotykoopornych szczepów bakterii. Z tego powodu konsek-wentnie ograniczano rodzaje antybiotyków dopuszczonych do stosowania w ¿ywie-niu zwierz¹t [34, 43]. Od 1 stycznia 2006 r. Unia Europejska wprowadzi³a ca³kowityzakaz stosowania antybiotykowych stymulatorów wzrostu w paszach dla zwierz¹tgospodarskich. Zakaz wprowadzono w tym samym terminie we wszystkich krajach


wspólnoty. Od tego czasu antybiotyki mog¹ byæ stosowane jedynie jako leki lubpodawane w paszach leczniczych lub dodatkach profilaktycznych. Aktualnie stoso-wane ASW zalicza siê g³ównie do jonoforów, a wiêc zwi¹zków nie przekraczaj¹cychbariery jelitowej.

Obecnie producenci leków i premiksów poszukuj¹ i opracowuj¹ nowe alter-natywy antybiotykowych stymulatorów wzrostu, zw³aszcza preparaty pochodzenianaturalnego i naturalne rozwi¹zania ¿ywieniowe. Ma to siê przyczyniæ do podniesie-nia bezpieczeñstwa i zdrowia ludzi i zwierz¹t.

Literatura

[1] Aarestrup F.M., Seyfarth A.M., Emborg H.D., Pedersen K., Hendriksen R.S., Bager F. 2001. Effect ofabolishment of the use of antimicrobial agents for growth promotion on occurrence of antimicrobial resistancein fecal enterococci from food animals in Denmark. Antimicrob. Agents Chemother. 45: 2054–2059.

[2] Alanis A.J. 2005. Resistance to antibiotics: Are we in the post-antibiotic era? Arch. Med. Res. 36: 697–705.[3] Baggesen D.L., Sandvang D., Aarestrup F.M. 2000. Characterization of Salmonella enterica serovar

Typhimurium DT 104 isolated from Denmark and comparison with isolates from Europe and the United States.J. Clin. Microb. 38(4): 1581–1586.

[4] Baquero F., Martinez J.L., Canton R. 2008. Antibiotics and antibiotic resistance in water environments. Curr.Opin. Biotechnol. 19: 260–265.

[5] Barlow R.S., Fegan N., Gobius K.S. 2008. A comparison of antibiotic resistance integrons in cattle fromseparate beef meat production systems at slaughter. J. Appl. Microbiol. 104: 651–658.

[6] Bates J., Jordens J.Z., Griffths D.T. 1994. Farm animals as a putative reservoir for vancomycin resistantenterococcal infection in man. J. Antimicrob.Chemother. 34: 507–516.

[7] Boatman M. 1998. Survey of antimicrobial usage in animal health in the European Union, Boatman consultingby order of FEDESA.

[8] Cabello F.C. 2006. Heavy use of prophylactic antibiotics in aquaculture: a growing problem for human andanimal health and for the environment. Environ. Microbiol. 8: 1137–1144.

[9] Casewell M.C., Marco F.E., McMullin P., Phillips I. 2003. The European ban on growth-promoting antibioticsand emerging consequences for human and animal health. J. Antimicrob. Chemother. 52: 159–161.

[10] Charpantier E., Gerbaud G., Jacquet C., Rocourt J., Courvalin P. 1995. Incidence of antibiotic resistance inListeria species. J. Infect. Dis. 172: 277–281.

[11] Coque T.M., Tomayko J.F., Ricke S.C., Okhyusen P.C., Murray B.E. 1996. Vancomycin resistant enterococcifrom nosocomial, community, and animal sources in the United States. Antimicrob. Agents Chemother. 40:2605–2609.

[12] DANMAP 1995. Consumption of antimicrobial agents and occurrence of antimicrobial resistance in bacteriafrom food animals, food and humans in Denmark. No. 1, 1997.

13] Deu S.B. 2005. Ograniczanie strat wywo³anych przez zaka¿enie Escherichia coli i Clostridium perfringensu œwiñ w sytuacji zakazu stosowania antybiotykowych stymulatorów wzrostu. ¯ycie Wet. 80: 769–771.

[14] Devriese L.A., Daube G., Hommez J., Haesebrouck F. 1993. In vitro susceptibility of Clostridium perfringensisolated from farm animals to growth-enhancing antibiotics. J. Appl.Bacteriol. 75: 55–57.

[15] European Commission 1997. Off J EU 5.2. L35.[16] Espinasse J. 1993. Responsible use of antimicrobials in veterinary medicine: perspectives in France. Vet.

Microbiol. 35: 289–301.[17] European Federation of Animal Health (FEDESA). 1997. Antibiotics and animals. FEDESA/FEFANA Press

release. 8 September. Brussels, Belgium.[18] European Federation of Animal Health (FEDESA). 2001. Antibiotic use in farm animals does not threaten

human health. FEDESA/FEFANA Press release. 13 July. Brussels, Belgium.[19] Evans M.C., Wegener H.C. 2003. Antimicrobial growth promoters and Salmonella spp. Campylobacter spp. in

poultry and swine. Emerg. Infect. Dis. 9: 489–492.[20] Fairbrother J.M. 2006. Neonatal Escherichia coli diarrhea. Diseases of Swine (9th edition): 641–649.


[21] Fairbrother J.M., Gyles C.L. 2006. Postweaning Escherichia coli diarrhea and edema disease. Diseases ofSwine (9th edition): 649-662.

[22] Glynn M.K., Bopp C., Dewitt W., Dabney P., Mokhtar M., Angulo F.J. 1998. Emergence of multidrug-resistantSalmonella enetrica serotype typhimurium DT 104 infections in the United States. N. Engl. J. Med. 338:1333–1338.

[23] Grela E.R. 2004. Optymalizacja ¿ywienia œwiñ z wykorzystaniem nowej generacji dodatków paszowych. Pracei Mat. Zoot. 15: 53–63.

[24] Grela E.R., Semeniuk V. 2006. Konsekwencje wycofania antybiotykowych stymulatorów wzrostu z ¿ywieniazwierz¹t. Medycyna Wet. 62(5): 502–507.

[25] Heinrichs A.J., Jones C.M., Heinrichs B.S. 2003. Effects of mannan oligosaccharide or antibiotics in neonataldiets on health and growth of dairy calves. J. Dairy Sci. 86: 4064–4069.

[26] Hooper D.C. 2005. Efflux pumps and noscominal antibiotic resistance: a primer for hospital epidemiologistic.Clin. Infect. Dis. 40: 1811–1817.

[27] «http://www.fedesa.be/eng/PublicSite/xtra/dossiers/doss9/».

[28] Jacoby G.A., Munoz-Price L.S. 2005. The new �-lactamases. N. Engl. J. Med. 352: 380–391.

[29] Khan S.A., Nawaz M.S., Khann A.A., Cerniglia C.E. 2000. Transfer of erythromycin resistance from poultry tohuman clinical strains of Staphylococcus aureus. J. Clin. Microbial. 38: 1832–1838.

[30] Linton A.H., Hedges A.J., Bennet P.M. 1988. Monitoring for the development of resistance during the use ofolaquindox as a feed additive on commercial pig farms. J. Appl. Bacteriol. 64: 311–327.

[31] Linton A.H., Hinton M.H., Al Chalaby Z.A.M. 1985. Monitoring for antibiotic resistance in enterococciconsequent upon feeding growth promoters active against gram-positive bacteria. J. Vet. Pharmacol. Ther. 8:62–70.

[32] Markiewicz Z., Kwiatkowski Z.A. 2001. Bakterie, antybiotyki, lekoopornoœæ. Wydawnictwo Naukowe PWN,Warszawa: 250 ss.

[33] Martinez J.L., Fajardo A., Garmendia L., Hernandez, A., Linares J.F., Martinez-Solano L., Sanchez, M.B. 2009.A global view of antibiotic resistance. FEMS Microbiol. Rev. 34: 44–65.

[34] Mc Ewen S.A., Fedorka-Cray P.J. 2002. Antimicrobial use and resistance in animals. Clin. Infect. Dis. 34:93–106.

[35] McEwen S.A. 2001. Improve antibiotic use in animals. Antibiotic Resistance: Syntheses of Recommendationsby Expert Policy Groups, WHO/CDS/CSR/DRS/2001. 10: 65–79.

[36] McEwen S.A., Fedorka-Cray P.J. 2002. Antimicrobial use and resistance in animals. Clin. Infect. Dis. 34:93–106.

[37] Migda³ W. 2007. Spo¿ycie miêsa a choroby ciwilizacyjne. ¯ywnoœæ Nauka Technologia Jakoœæ 6(55): 48–61.

[38] Mills K.W., Kelly B.L. 1986. Antibiotic susceptibilities of swine Salmonella isolates from 1979 to 1983. Am. J.Vet. Res. 47: 2349–2350.

[39] Nawaz M.S., Khan S.A., Khan A.A., Khambaty F.M., Cerniglia C.E. 2000. Comparative molecular analysis oferythromycin-resistance determinants in Staphylococcal isolates of poultry and human origin. Mol. Cell.Probes 14: 311–319.

[40] Opaliñski K. 2003. Potencjalne zagro¿enia dla œrodowiska zwi¹zane z wykorzystaniem w hodowli (chowie)zwierz¹t produktów paszowych oraz niezbêdne minimum badañ pozwalaj¹ce na stwierdzenie, czy ichstosowanie bêdzie wywiera³o na œrodowisko niekorzystny wp³yw. Centrum Badañ Ekologicznych PolskiejAkademii Nauk: 19–23.

[41] Page S.W. 2003. The role of enteric antibiotics in livestock production. Adv. Vet. Therapeutics, AvcareLimited, Canberra ACT 2003

[42] Pejsak Z., Truszczyñski M. 2006. Konsekwencje zakazu stosowania antybiotykowych stymulatorów wzrostuu œwiñ. ¯ycie Wet. 81(4): 236–238.

[43] Philips I., Casewell M., Cox T., de Groot B., Friis Ch., Jones R., Nightingale Ch., Preston R., Waddell J. 2003.Does the use of antibiotic in food animals pose a risk to human health? A critical review of published data. J.Antimicrob. Chemother. 53: 28–52.

[44] Ridley A., Threlfall E.J. 1998. Molecular epidemiology of antibiotic resistance genes in multiresistant epidemicSalmonella Typhimurium DT 104. Microb. Drug Resist. Mech. Epidemiol. Dis. 4: 113–118.

[45] Road J.I., Maher E.A., Somers B., Campos E., Duncan C.L. 1978. Isolation and characterization of multiplyantibiotic-resistant Clostridium perfringens strains from porcine feces. Antimicrob. Agents Chemother. 13:871–880.


[46] Salisbury J.G., Nicholls T.J., Lammerding A.M., Turnidge J., Nunn M.J. 2002. A risk analysis framework forthe long-term management of antibiotic resistance in food-producting animals. Int. J. Antimicrob. Agents 20:153–164.

[47] Schwarz S., Chaslus-Dancela E. 2001. Use of antimicrobials in veterinary medicine and mechanisms ofresistance. Vet. Res. 32: 201–225.

[48] Schwarz S., Kehrenberg C., Walsh T.R. 2001. Use of antimicrobial agents in veterinary medicine and foodanimal production. Int. J. Antimicrob. Agents 17: 431–437.

[49] Seanz Y., Zarazaga M., Lontero M., Gastanares M.J., Boquero F., Torres C. 2000. Antibiotic resistance inCampylobacter strains isolated from animals, foods and humans in Spain in 1997–1998. Antimicrob. AgentsChemother. 44: 267–271.

[50] Smiricky-Tjardes M.R., Grieshop C.M., Flickinger E.A., Bauer L.L., Fahey G.C. 2003. Dietary galactooligo-saccharides affect ileal and total-tract nutrient digestibility, ileal and fecal bacterial concentrations, and ilealfermentative characteristics of growing pigs. J. Anim. Sci. 81: 2535–2545.

[51] Stein H.H. 2000. Experience of feeding pigs with antibiotics. European perspective. Pork Industry Conferenceon Addressing Issues of Antibiotic Use in Livestock Production, University of Illinois, Urbana Il. 2000.

[52] Swedish Ministry of Agriculture, Government Official Reports 132 1997. Antimicrobial Feed Additives.Report from the Commission on Antimicrobial Feed Additives. Norsteedts Tryckeri, Stockholm.

[53] Tast E. 1997. Tylosin and spiramycin as feed additives, influence on the efficacy of therapeutic macrolides.Report of the Ministry of Agriculture and Forestry of Finland.

[54] Teuber M. 1999. Spread of antibiotic resistance with food-borne pathogens. Cell. Mol. Life Sci. 56: 755–763.[55] Teuber M. 2001. Veterinary use and antibiotic resistance. Curr. Opin. Microbiol. 4: 493–499.[56] Threlfall E.J., Amplo F.J., Wall P.G. 1998. Ciprofloxacin-resistant Salmonella Typhimurium DT104. Vet. Rec.

142: 255.[57] Threlfall E.J., Ward L.R., Rowe B. 1997. Increasing incidence of resistance to trimethoprim and ciprofloxacin

in epidemic Salmonella Typhimurium DT 104 in England and Wales. Eur. Surveil. 2: 81–84.[58] Truszczyñski M., Pejsak Z. 2007. Mo¿liwoœci przeciwdzia³ania ujemnym skutkom zakazu stosowania

antybiotykowych stymulatorów wzrostu u œwiñ. Medycyna Wet. 63(1): 10–13.[59] Ungemach F.R. 2000. Figures on quantities of antibacterials used for different purposes in the EU-countries and

interpretation. Acta Vet. Scand. 93: 89–98.[60] Van Belkun A., van den Braak N., Thomassen R., Verbrugh H., Endtz H. 1996. Vancomycin resistant

enterococci in dogs and cats. Lancet 348: 1038–1039.[61] Van den Bogaard A.E., Mertens P., London N.H., Stobberingh E.E. 1997. High prevalence of colonization with

vancomycin- and pristinamycin-resistant enterococci in healthy humans and pigs in the Netherlands. J.Antimicrob. Chemother. 40: 453–454.

[62] Van den Bogaard A.E., Stobberingh E.E. 2000. Epidemiology of resistance to antibiotics. Links betweenanimals and humans. Int. J. Antimicrob. Agents 14: 327–335.

[63] Van den Bogaard E. 1997. Antimicrobial resistance – relation to human and animal exposure to antibiotics. JAntimicrob Chemother. 40: 453–461.

[64] Van Gool S. 1993. Possible environmental effects of antibiotics residues in animal manure. Tijdschr.Diergeneeskd 118: 8–10.

[65] WHO 1997. The medical impact of the use of antimicrobials in food animals. Report of a WHO meeting, Berlin,Germany.

[66] WHO 1998. Outbreak of quinilone-resistant, multiresistant Salmonella Typhimurium DT104, Denmark.Weekly Epidemiol. Rec. 42: 327–328.

[67] Wierup M. 2001. The experience of reducing antibiotics used in animal production in the Nordic countries. Int.J. Antimicrob. Agents 18: 287–290.


Negative consequences of using the antibiotics

Key words: antibiotic growth promoters, antibiotic resistance of bacteria

Summary

Paper presented the relevant literature review on the applying of antibioticsgrowth stimulators in nutrition of animals. Advisability of the mechanisms of antibi-otic resistance of bacteria, including spontaneous mutation, gene transfer and selec-tion as well as the waste of antibiotics on the world was talked over also. Since the 1stof January 2006, European Union has established in all member states the ban for allantibiotics as feed growth promoters. Besides the positive effects of the earlier bans,negative consequences have also been observed, such as an increase of bacterial dis-eases and mortality in young poultry and weaners, higher expenses for veterinary in-terventions, a decrease of daily body gain and feed effectivity. The negative effectswere noticed particularly in farms with insufficient animal welfare and management.The manufacturers of medicines seek at present the new alternatives of antibioticgrowth promoters, especially the preparations of natural origin and natural nutritionalsolutions. It may contribute to elevation of the men and animals’ health safety.


Probiotyki w ¿ywieniu zwierz¹t

Joanna Biernasiak1, Katarzyna Œli¿ewska

2, Zdzis³awa Libudzisz

3

1Instytut Chemicznej Technologii ¯ywnoœci,



Wydzia³ Biotechnologii i Nauk o ¯ywnoœci, Politechnika £ódzka,

ul. Wólczañska 171/173, 90-924 £ódŸ;

e-mail: [email protected],

[email protected],

[email protected]

S³owa kluczowe: probiotyki, mechanizm dzia³ania, drób, œwinie, byd³o

Wprowadzenie

Antybiotyki stosowane przez szereg lat, jako stymulatory wzrostu, przyczyni³ysiê w stopniu znacz¹cym do poprawy efektów ekonomicznych w produkcji zwierz¹tgospodarskich, ale tak¿e do pojawienia siê coraz wiêkszej liczby antybiotyko-opornych szczepów bakterii [7]. Z tego powodu konsekwentnie ograniczano rodzajeantybiotyków dopuszczonych do stosowania w ¿ywieniu zwierz¹t [59]. Od 1 stycznia2006 r. Unia Europejska wprowadzi³a ca³kowity zakaz stosowania antybiotykowychstymulatorów wzrostu w paszach dla zwierz¹t. Antybiotyki mog¹ byæ stosowane,jako leki tylko w paszach leczniczych lub dodatkach profilaktycznych. Rozpo-rz¹dzeniem nr 1831/2003 EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 22 sierpnia2003 roku, w sprawie dodatków stosowanych w ¿ywieniu zwierz¹t, wymienionom.in. probiotyki, jako dodatki paszowe alternatywne dla antybiotykowych stymu-latorów wzrostu [3].

Definicja pojêcia „probiotyk”

Najprawdopodobniej Ferdinand Vergin wprowadzi³ do stosowania termin „pro-biotyk” w 1954 r., kiedy w artykule zatytu³owanym „Anti- und Probiotika” porówny-wa³ szkodliwe oddzia³ywania antybiotyków i innych substancji przeciwdrobno-ustrojowych z oddzia³ywaniami korzystnymi („Probiotika”) wywieranymi przez


po¿yteczne bakterie. Kilka lat póŸniej, w 1965 r., Lilly i Stillwell [47] opisaliprobiotyki, jako mikroorganizmy stymuluj¹ce wzrost innych mikroorganizmów.PóŸniej definicjê probiotyków rozszerzono, obejmuj¹c ni¹ koncepcjê „korzystnegowp³ywu na wzrost dziêki oddzia³ywaniu na zespó³ mikroorganizmów gospodarza”,definicja ta przedstawiona przez Fullera [28], by³a oparta na badaniach prowadzonychna zwierzêtach. Definicja probiotyku by³a wielokrotnie modyfikowana [64, 68].Obecnie stosowana zosta³a zaproponowana przez FAO/WHO w 2002 roku i okreœlaprobiotyki jako ¿ywe mikroorganizmy, które po podaniu w odpowiednich iloœciachzapewniaj¹ korzyœci zdrowotne gospodarzowi [25].

Wœród mikroorganizmów stosowanych w ¿ywieniu zwierz¹t w Unii Europejskiejwymienia siê g³ównie gramdodatnie bakterie nale¿¹ce do rodzaju Bacillus (B. cereus,B. licheniformis, B. subtilis), Enterococcus (E. faecium), Lactobacillus (L. acido-

philus, L. casei, L. farciminis, L. plantarum, L. rhamnosus), Pediococcus (P. acidilac-

tici), Streptococcus (S. infantarius) oraz dro¿d¿e z rodzaju Saccharomyces (S. cerevi-

siae i S. boulardii) [3]. Saccharomyces boulardii to niepatogenne dro¿d¿e, opisywanew literaturze klinicznej, jako czynnik bioterapeutyczny. Na podstawie badañ taksono-micznych dro¿d¿e S. boulardii uznawane s¹ za odmianê w obrêbie gatunku S. cere-

visiae i zgodnie z przyjêt¹ systematyk¹ powinny byæ okreœlane, jako S. cerevisiae var.boulardii [46, 55, 77]. W przeciwieñstwie do bakterii z rodzaju Bacillus i dro¿d¿yz rodzaju Saccharomyces, bakterie z rodzaju Lactobacillus i Enterococcus nale¿¹ dotypowej mikroflory jelitowej zwierz¹t i s¹ obecne w du¿ych iloœciach, tj. odpowiednio107–108 i 105–106 jtk · g–1 treœci [3].

Procedury oceny probiotyków w ¿ywieniu zwierz¹t

Zgodnie z opini¹ wydan¹ przez Komitet Naukowy ds. ¯ywienia Zwierz¹t (ang.Scientiffic Committee on Animal Nutrition) na podstawie Dyrektywy Komisji UniiEuropejskiej z dnia 17 wrzeœnia 2001 r. okreœlaj¹cej procedury oceny dodatków,w tym równie¿ probiotycznych stosowanych w ¿ywieniu zwierz¹t [23, 24] nale¿yprzedstawiæ wyniki dotycz¹ce g³ównie:� identyfikacji, charakterystyki, warunków stosowania i metod kontroli dodatku;� skutecznoœci dodatku;� badañ nad skutkami dla pasz;� skutków oddzia³ywania na zwierzêta;� badañ nad jakoœci¹ produktów pochodzenia zwierzêcego;� bezpieczeñstwa stosowania dodatku;� badañ na gatunkach, dla których dodatek jest przeznaczony;� toksykologii i mikrobiologii dodatku.

W Dyrektywie 2001/79/WE wprowadzono dodatkowe kryteria bezpieczeñstwadotycz¹ce:


� oceny ryzyka dla konsumenta, które mo¿e nast¹piæ w wyniku spo¿ycia ¿ywnoœcizawieraj¹cej pozosta³oœci dodatku lub jego metabolitów, tam gdzie stosowane,nale¿y na podstawie badañ pozosta³oœci, wyznaczyæ maksymalne poziomy pozo-sta³oœci (MRL) i okresy karencji;

� oceny ryzyka niekorzystnego wp³ywu dodatku na œrodowisko w sposób bez-poœredni lub w wyniku dzia³ania jego metabolitów, czy to bezpoœrednio, czyw postaci odchodów zwierz¹t do œrodowiska.

Badania nale¿y przeprowadziæ oraz sporz¹dziæ z nich raport wed³ug odpowied-nich standardów jakoœci (np. dobrej praktyki laboratoryjnej (DPL) na mocy dyrekty-wy Rady 87/18/EWG z dnia 18 grudnia 1986 r. w sprawie harmonizacji przepisówustawowych, wykonawczych i administracyjnych dotycz¹cych stosowania zasaddobrej praktyki laboratoryjnej oraz weryfikacji ich stosowania do badañ laboratoryj-nych na substancjach chemicznych. Przy czym dyrektywa 2001/79/ WE wprowadzi³aponadto obowi¹zek uzupe³nienia dokumentacji o krytyczn¹ ocenê niezale¿nej osobybêd¹cej uznanym ekspertem w tej dziedzinie, przy czym w ocenie tej podsumowaniefaktów nie jest wystarczaj¹ce.

W sekcji II dotycz¹cej identyfikacji, charakterystyki i warunków stosowania dodat-ku, dyrektywa okreœla m.in. wymagania stawiane mikroorganizmom probiotycznym:� nazwa i opis taksonomiczny zgodnie z miêdzynarodowym Kodem Nomenklatury;� nazwa i miejsce pozyskania szczepu;� miejsce zdeponowania szczepu i numer depozytu;� modyfikacja genetyczna oraz wszystkie w³aœciwe cechy dla jej identyfikacji;� pochodzenie;� liczba jednostek tworz¹cych kolonie (CFU, z ang. colony forming unit) na gram;� stabilnoœæ.

Mechanizmy dzia³ania mikroorganizmów probiotycznych

Mechanizm oddzia³ywania probiotyków na zwierzêta nie zosta³ w pe³ni wyjaœnio-ny i nadal pozostaje w fazie badañ. Z danych literaturowych wynika, ¿e proponowanemechanizmy dzia³ania szczepów probiotycznych s¹ nastêpuj¹ce [1, 11, 56]:

Utrzymanie równowagi mikrobiologicznej, tzw. eubiozy w przewodzie po-karmowym. Przewód pokarmowy zwierz¹t zaraz po narodzinach jest ja³owy i po-datny na kolonizacjê przez ró¿ne mikroorganizmy, w tym równie¿ patogenne, z grupycoli czy z rodzaju Salmonella. Szczepy probiotyczne konkuruj¹ z mikroorganizmamipatogennymi o adhezjê i kolonizacjê b³on biologicznych [56]. Probiotyczne bakterieadheruj¹c, tworz¹ trwa³e, cienkie warstwy zwane biofilmem. Biofilm tylko w nie-wielkiej czêœci z³o¿ony jest z bakterii. Pozosta³oœæ stanowi¹ egzopolimery tychbakterii, tworz¹ce tak zwan¹ macierz. W ich sk³ad wchodz¹: polisacharydy, bia³ka,kwasy nukleinowe, fosfolipidy. Wydzielanie tych zwi¹zków jest wynikiem adaptacji

Probiotyki w ¿ywieniu zwierz¹t 121

do otoczenia. Egzopolimery wp³ywaj¹ na biologiczne, fizyczne i chemiczne cechyb³ony biologicznej stanowi¹c jej zasadniczy element. Polisacharydowe egzopolimeryutrzymuj¹ biofilm w ca³oœci, gdy¿ wype³niaj¹ luki powsta³e pomiêdzy mikroorganiz-mami. W biofilmie jest ich czterokrotnie wiêcej ni¿ bia³ek. W pierwszych etapachtworzenia siê biofilmu, to w³aœnie polisacharydy wydzielane s¹ najintensywniej.Pomagaj¹ przyczepiaæ siê pierwszym komórkom do powierzchni. Innymi egzopo-limerami wydzielanymi przez komórki s¹ bia³ka. Pocz¹tkowo bia³ka gromadzone s¹na powierzchni komórek, a nastêpnie, gdy zostaj¹ uwolnione, asocjuj¹ siê na powierz-chni docelowej. W trakcie powstawania biofilmu nastêpuje wydzielenie bia³ek, conasila adhezjê oraz pomaga w utrzymaniu komórek przy powierzchni. Bia³ka s¹najczêœciej mieszanin¹ kolagenów i elastyny. Tworz¹ one zewn¹trzkomórkow¹macierz, do której przylegaj¹ mikroorganizmy [15, 80].

W badaniach prowadzonych przez Ma i in. [48] wykazano, ¿e bakterie z rodzajuLactobacillus sp. wykazywa³y lepsze w³aœciwoœci adhezyjne do œluzu jelitowegokurcz¹t ni¿ bakterie patogenne, tj. Salmonella i Escherichia coli. Ponadto stwier-dzono, ¿e adhezja bakterii Lactobacillus fermentum i L. acidophilus, zarówno ³¹czniejak i osobno, do œluzu jelitowego kurcz¹t, znacznie ogranicza³a mo¿liwoœci adhezyjnepatogenów.

W kontroli uk³adu mikroflory jelitowej ogromn¹ rolê odgrywaj¹ metabolitybakterii mlekowych o aktywnoœci antagonistycznej w stosunku do mikroorganizmówpatogennych. Wœród zwi¹zków hamuj¹cych ich rozwój za najistotniejsze uwa¿a siêkwasy organiczne, w tym szczególnie kwas mlekowy i octowy oraz nadtlenek wodorui bakteriocyny [52, 64].

Antybakteryjny wp³yw kwasów organicznych jest wynikiem szybkiego obni¿eniapoziomu pH œrodowiska poni¿ej optymalnych (6–7) wartoœci dla wzrostu wiêkszoœcimikroorganizmów, jak równie¿ inhibicjê aktywnoœci biochemicznej mikroorganizmówprzez niezdysocjowane cz¹steczki kwasu [16, 53]. Wp³yw kwasu mlekowego naprzepuszczalnoœæ œciany komórkowej Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Sal-

monella Typhimurium by³ badany przez Alakomi i in. [2]. Badacze ci zaobserwowali,¿e ju¿ 5 mM kwasu mlekowego (pH 4,0) powodowa³o istotne zwiêkszenie przepusz-czalnoœci œciany komórkowej u ka¿dego z badanych przez nich szczepów patogen-nych, a dzia³anie kwasu mlekowego by³o silniejsze nawet ni¿ dzia³anie EDTA lubHCl. Sta³a dysocjacji kwasu mlekowego wynosi 3,08 natomiast kwasu octowego4,87. Kwas octowy ze wzglêdu na wy¿sze pKa wykazuje silniejsz¹ aktywnoœæ anty-drobnoustrojow¹ ni¿ kwas mlekowy [12]. Wed³ug Eklund [18] obni¿enie wartoœci pHœrodowiska do 4,0 powoduje, ¿e forma niezdysocjowana kwasu octowego stanowi85% natomiast kwasu mlekowego tylko 11%. Kwas octowy jest silnym inhibitoremwzrostu bakterii, dro¿d¿y i pleœni [10]. Daeschel i Ray [16] wykazali, ¿e w œrodo-wisku o pH 5,0 w 1% roztworze kwasu octowego znajduje siê wystarczaj¹ca iloœæcz¹steczek niezdysocjowanych, do zahamowania wzrostu Gram-dodatniej i Gram-ujem-nej mikroflory, natomiast w 1% roztworze kwasu mlekowego znajduje siê liczba


cz¹steczek niezdysocjowanych wystarczaj¹ca do zahamowania wzrostu tylko mikro-flory Gram-ujemnej. Nale¿y jednak podkreœliæ, ¿e kwas mlekowy oprócz tego, ¿e ob-ni¿a pH, zwiêksza tak¿e przepuszczalnoœæ œciany komórkowej bakterii Gram-ujem-nych, a wiêc mo¿e zwiêkszaæ skutecznoœæ dzia³ania innych substancji antagonis-tycznych [2].

Nadtlenek wodoru jest znan¹ substancj¹ antybakteryjn¹. Aktywnoœæ H2O2 wy-nika z silnych w³aœciwoœci utleniaj¹cych. Nadtlenek wodoru mo¿e hamowaæ rozwójlub zabijaæ inne mikroorganizmy, które nie wykazuj¹ lub maj¹ niski poziom enzymówrozk³adaj¹cych H2O2, takich jak katalaza czy peroksydaza. Badania prowadzonew warunkach in vitro potwierdzaj¹ inhibicjê ró¿nych bakterii, takich jak: Staphylo-

coccus aureus, Salmonella Typhimurium, Escherichia coli, Clostridium perfringens,Clostridium butyricum i Pseudomonas sp. przez nadtlenek wodoru [17, 75].

Bakteriocyny dzia³aj¹ bakteriobójczo lub bakteriostatycznie. Atakuj¹ b³ony ko-mórkowe drobnoustrojów wykazuj¹cych zdolne do ich przy³¹czenia receptory. Re-ceptory te s³u¿¹ do translokacji bakteriocyn oraz innych zwi¹zków przez b³onêcytoplazmatyczn¹. Ich budowa i w³aœciwoœci nie s¹ jednak w pe³ni poznane. Bakte-riocyny mog¹: powodowaæ poracjê membrany cytoplazmatycznej bakterii, któraprowadzi do rozproszenia potencja³u transmembranowego oraz indukuje wyciekjonów K+, ATP i aminokwasów z cytoplazmy komórek; lizê komórek oraz zak³ócaælub hamowaæ syntezê DNA, RNA i bia³ek [33]. Drobnoustroje bakteriocynogenne s¹odporne na toksyczne dzia³anie wytwarzanych przez siebie bakteriocyn. Niektórebakteriocyny bakterii mlekowych s¹ aktywne w stosunku do patogenów, takich jaknp., Staphylococcus czy Listeria monocytogenes, inne hamuj¹ rozwój Gram-dodat-nich tlenowych i beztlenowych bakterii przetrwalnikuj¹cych z rodzajów Bacillus

i Clostridium [66].Dro¿d¿e z rodzaju Saccharomyces charakteryzuj¹ siê wysok¹ zawartoœci¹ gluka-

nu i mannanu w œcianie komórkowej, a zatem mog¹ wykazywaæ powinowactwo dospecyficznych adhezyn bakteryjnych. Mannany wykazuj¹ du¿e powinowactwo dostruktur fimbrialnych (lektyn) specyficznych dla wi¹zania mannoz typu 1 u bakteriipatogennych, jak E. coli i Salmonella sp. Podstawiaj¹ siê one w miejsce „zaczepu”, tj.w miejsce przylegania tych niepo¿¹danych mikroorganizmów do receptorów strukturnab³onkowych uk³adu trawiennego. Wówczas bakterie patogenne trac¹ mo¿liwoœæprzylegania do powierzchni nab³onkowej i tym samym, z uwagi na strukturê manna-nu, który jest nietrawiony przez uk³ad endoenzymatyczny zwierz¹t, s¹ wydalane z od-chodami [26]. Badania wykaza³y adherencjê E. coli do komórek S. cerevisiae ssp.boulardii, a aglutynacja by³a zbli¿ona do obserwowanej pomiêdzy E. coli i erytrocyta-mi, fagocytami oraz komórkami nab³onka [29]. Ponadto badania in vitro i in vivo wy-kaza³y hamuj¹ce oddzia³ywanie dro¿d¿y na Salmonella Typhi i Typhimurium, Staphy-

lococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Shigella sp., Escherichia coli, Clostridium

difficile, Klebsiella sp., Yersinia enterocolitica, Candida albicans, Candida pulcher-

rima, Candida kruzei, Candida pseudotropicalis, Torulopsis gropengiesseri [74, 77].


Detoksyfikacja mikotoksyn. Mikotoksyny s¹ toksycznymi metabolitami wtór-nymi grzybów i pleœni, nale¿¹cych przede wszystkim do rodzajów Aspergillus sp.,Penicillium sp. i Fusarium sp. Pod wzglêdem chemicznym zalicza siê je do wêglo-wodorów aromatycznych (niekiedy do alifatycznych) o niskiej masie cz¹steczkowej,co decyduje o ich opornoœci na czynniki œrodowiskowe oraz o braku lub s³abychw³aœciwoœciach immunogennych [29, 39]. Najwiêksze z punktu widzenia toksyko-logicznego oraz etiologii niektórych chorób zwierz¹t, maj¹: aflatoksyny (AFB1,AFB2, AFG1, AFG2), ochratoksyny (OTA i OTB), trichoteceny (DON, NIV, T-2,HT-2, DAS), zearalenon (F-2) i fumonizyny (FB1, FB2, FB3) [45, 81, 82].

Spoœród wielu drobnoustrojów wykazuj¹cych zdolnoœæ do detoksyfikacji miko-toksyn, szczególne zainteresowanie budz¹ bakterie fermentacji mlekowej i dro¿d¿e[60, 67, 69]. Pocz¹tkowe badania wykaza³y, ¿e ró¿ne szczepy bakterii fermentacjimlekowej mog¹ hamowaæ biosyntezê aflatoksyn [13]. Koncepcja wykorzystaniadro¿d¿y do usuwania mikotoksyn podczas procesów fermentacyjnych pojawi³a siêw badaniach Benneta i in. [6], którzy zastosowali zanieczyszczone zearalenonemzbo¿e jako substrat do produkcji alkoholu przy udziale dro¿d¿y z rodzaju Saccharo-

myces. Badania EL-Nezami i in. [19, 20, 21, 22] dowodz¹, ¿e zdolnoœæ detoksyfikacjimikotoksyn wykazuj¹ szczepy Lactobacillus rhamnosus (LBGG i LC705). Štyriakai in. [72] badali zdolnoœæ do biodegradacji deoksyniwalenolu, ochratoksyny Ai fumo-nizyny B1 przez szczepy dro¿d¿y nale¿¹ce do rodzaju Saccharomyces, Kluyvero-

myces i Rhodotorula. Jedynie szczep S. cerevisiae IS 1/1 okaza³ siê skutecznyw usuwaniu fumonizyny, powoduj¹c spadek jej stê¿enia o 45%. W przypadkuochratoksyny A zauwa¿aln¹ skutecznoœæ wykaza³y szczepy S. cerevisiae LF 1/1, 13i 73 (redukcja stê¿enia odpowiednio o 31%, 29% i 27%). Najskuteczniejszymidetoksyfikantami deoksyniwalenolu by³y szczepy S. cerevisiae 13, LF 1/1 i IS 1/1(odpowiednio o 37%, 23% i 20% zmniejszenie stê¿enia toksyny). Szczepy nale¿¹cedo rodzaju Kluyveromyces i Rhodotorula okaza³y siê nieskuteczne lub powodowa³yjedynie kilkuprocentow¹ redukcjê mikotoksyn.

Œli¿ewska i Biernasiak (dane nie publikowane) wykaza³y, ¿e nowy preparat probio-tyczny, sk³adaj¹cy siê z bakterii z rodzaju Lactobacillus oraz dro¿d¿y Saccharomyces

cerevisiae wykazywa³ w³aœciwoœci detoksyfikacji aflatoksyny B1 i ochratoksyny Aw badaniach in vitro oraz in vivo u kurcz¹t. Po szeœciu godzinach fermentacji medium(zmielone ziarna jêczmienia, pszenicy i kukurydzy zmieszane z wod¹) preparatemprobiotycznym iloœæ aflatoksyny B1 zmniejszy³a siê o 18–33% w stosunku do odnoto-wanego w próbie kontrolnej, w której nie zachodzi³ proces fermentacji, a ochratoksynyAo 29–49%. Obecnoœæ preparatu probiotycznego w paszy przyczyni³a siê do statystycz-nie istotnego zwiêkszenia iloœci aflatoksyny B1 i ochratoksyny A wydalanej z organiz-mu kurcz¹t z ka³omoczem. Stwierdzono równie¿, ¿e u kurcz¹t spo¿ywaj¹cych paszêska¿on¹ aflatoksyn¹ B1 oraz z dodatkiem preparatu probiotycznego stê¿enie toksynyw w¹trobie, nerkach oraz w surowicy krwi by³o ni¿sze o 50–70% w porównaniu z grup¹kurcz¹t ¿ywionych pasz¹ ska¿on¹ aflatoksyn¹ B1 bez dodatku probiotyku. U kurcz¹t


spo¿ywaj¹cych paszê ska¿on¹ ochratoksyn¹ A oraz z dodatkiem preparatu probio-tycznego, stê¿enie toksyny by³o ni¿sze o 25–48%.

Mechanizm usuwania mikotoksyn ze œrodowiska przez drobnoustroje nie zosta³dok³adnie wyjaœniony. Z danych literaturowych wynika, ¿e w przypadku bakteriifermentacji mlekowej i dro¿d¿y raczej nie jest to zwi¹zane z ich metabolizowaniem,ale z adhezj¹ do struktur œcian komórkowych, co potwierdza fakt, i¿ nawet martwekomórki zachowuj¹ tê aktywnoœæ [5]. Najwiêksz¹ rolê przypisuje siê mannano-oligo-sacharydom oraz beta-glukanom œciany komórkowej dro¿d¿y, natomiast w przypad-ku bakterii fermentacji mlekowej g³ówn¹ rolê odgrywa kwas tejchojowy, polisacha-rydy i peptydoglikan œciany komórkowej [69].

Zwiêkszenie aktywnoœci enzymów trawiennych i redukcja aktywnoœci enzymówbakteryjnych. W badaniach in vitro wykazano, ¿e bakterie fermentacji mlekowejz rodzaju Lactobacillus zdolne s¹ tak¿e do produkcji enzymów trawiennych. Ju¿w 1980 roku Szylit i in. [73] informowali, ¿e wœród piêciu szczepów bakterii z rodzajuLactobacillus wyizolowanych od kurcz¹t, dwa wykazywa³y aktywnoœæ �-amylazy.

W badaniach Jin i in. [41] wykazano, ¿e w grupie kurcz¹t (B) i (C) ¿ywionychodpowiednio pasz¹ z dodatkiem Lactobacillus acidophilus i pasz¹ z dodatkiemmieszaniny 12 szczepów bakterii z rodzaju Lactobacillus, tj.: L. acidophilus (2),L. fermentum (3), L. crispatus (1), L. brevis (6), odnotowano znacznie podwy¿szonypoziom amylazy (P < 0,05) w jelicie cienkim w porównaniu z grup¹ kontroln¹ (A)¿ywion¹ standardow¹ mieszank¹ paszow¹.

Bakterie kwasu mlekowego wykazuj¹ ponadto zdolnoœæ zmniejszania aktyw-noœci niektórych enzymów flory jelitowej, takich jak �-glukuronidaza, �-gluko-zydaza, azoreduktaza i nitroreduktaza, odpowiadaj¹cych za konwersjê substancjio w³aœciwoœciach prokancerogennych w kancerogenne. Efekt ten potwierdzonow badaniach na ró¿nych gatunkach zwierz¹t i ludziach [14, 32].

Dro¿d¿e S. cerevisiae sp. boulardii stymuluj¹ aktywnoœæ takich enzymów r¹bkaszczoteczkowego, jak laktaza, sacharaza, maltaza, �-glukozydaza i alkaliczna fosfa-taza, nie powoduj¹c jednoczeœnie zmian morfologicznych i morfometrycznych b³onyœluzowej jelit. Prawdopodobny mechanizm dzia³ania dro¿d¿y polega na uwalnianiupoliamin, które przyœpieszaj¹ dojrzewanie enterocytów, co skutkuje wzrostem eks-presji enzymów [42, 77].

Stymulacja systemu immunologicznego. Drobnoustroje mikroflory jelitowej s¹g³ównym czynnikiem stymuluj¹cym uk³ad immunologiczny, co jest warunkiem roz-woju struktur limfoidalnych tego uk³adu (zwierzêta laboratoryjne urodzone i przetrzy-mywane w warunkach sterylnych ich nie rozwijaj¹). Dzia³anie immunomodulacyjnemikroflory jelitowej, w tym i bakterii probiotycznych opiera siê na trzech z pozoruprzeciwstawnych zjawiskach [40, 62]: 1) indukowaniu i utrzymywaniu stanu tolerancjiimmunologicznej na antygeny œrodowiskowe (pokarmowe i wziewne), 2) indukcjii kontroli reakcji odpornoœciowych przeciwko patogenom pochodzenia bakteryjnegoi wirusowego, 3) hamowaniu reakcji autoagresyjnych i uczuleniowych.


W badaniach prowadzonych przez Haghighi i in. [37] wykazano, ¿e w treœci jelitkurcz¹t otrzymuj¹cych probiotyk (0,5 ml buforu PBS zawieraj¹cego 106 bakterii, tj.Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum i Enterococcus faecalis), w po-równaniu z grup¹ kontroln¹ (0,5 ml buforu PBS bez dodatków), wzrós³ poziomprzeciwcia³ IgA (P < 0,001), reaktywnych w stosunku do toksyny tê¿cowej (TT),alfa-toksyny Clostridium perfringns oraz albuminy wo³owej surowicy (BSA). Podob-ne zale¿noœci odnotowano w stosunku do przeciwcia³ IgG, ale reaktywnych tylkow stosunku do TT. W surowicy kurcz¹t otrzymuj¹cych probiotyk wzrós³ poziomprzeciwcia³ IgG (P � 0,05), ale aktywnych tylko w stosunku do TT i alfa-toksyny.Podobne zale¿noœci (P � 0,01) odnotowano w stosunku do przeciwcia³ IgM.

W przypadku dro¿d¿y stymulacja systemu immunologicznego zwi¹zana jestz obecnoœci¹ w ich œcianie komórkowej glukanów, zwi¹zków stymuluj¹cych odpo-wiedŸ uk³adu siateczkowo-œródb³onkowego [51]. S. cerevisiae sp. boulardii jestsilnym aktywatorem dope³niacza, powoduj¹cym uwalnianie biologicznie czynnychbia³ek C2, C3, C3a i C5a poprzez alternatywn¹ i klasyczn¹ drogê aktywacji. Stwier-dzono ponadto zwiêkszon¹ syntezê wydzielniczych immunoglobulin A [36].

Efekty stosowania probiotyków

Najwczeœniej i dotychczas powszechnie stosowan¹ form¹ probiotyku w ¿ywieniuzwierz¹t by³y kiszonki, których u¿ytecznoœæ zosta³a sprawdzona przez wieloletniestosowanie [35]. Nowoczesne preparaty probiotyczne musz¹ byæ poddawane wszech-stronnym badaniom zgodnie z Dyrektyw¹ Komisji Unii Europejskiej z dnia 17 wrzeœ-nia 2001 r. W Polsce stosowaæ mo¿na tylko zarejestrowane i dopuszczone do obrotuprzez Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi.

Wykazano przydatnoœæ stosowania probiotyków w ¿ywieniu m³odych œwiñ,jakkolwiek ze zmiennym skutkiem, zw³aszcza w odniesieniu do takich wskaŸnikówprodukcyjnych, jak wzrost i wykorzystanie paszy [63, 76]. Wyniki wiêkszoœci badañwskazuj¹ natomiast na korzystny wp³yw probiotyków na zdrowotnoœæ prosi¹t. Naj-czêœciej notowanym efektem jest zmniejszenie przypadków wystêpowania biegunki[58] i skrócenie czasu jej trwania oraz ograniczenie œmiertelnoœci prosi¹t w okresiedo- i oko³oodsadzeniowym [34, 54, 63, 70]. Wykazano, ¿e najlepsze efekty uzyskujesiê, gdy probiotyk podawany jest ju¿ w pierwszym, a najpóŸniej w drugim dniu ¿ycia.Dlatego prosiêtom po urodzeniu aplikuje siê je doustnie pod postaci¹ pasty, zapomoc¹ specjalnych dozowników [41].

Doniesienia literaturowe dotycz¹ce efektu stosowania probiotyków na kurczê-tach podobnie jak w przypadku trzody chlewnej s¹ zró¿nicowane. W badaniach pro-wadzonych przez Smulikowsk¹ i in. [71] wykazano, ¿e karmienie kurcz¹t brojlerówpasz¹ uzupe³nion¹ preparatem probiotycznym LABYuc-Probio� (zawieraj¹cym w 1 g:4,7×107 bakterii z rodzaju Lactobacillus, 2,0×103 dro¿d¿y Saccharomyces cerevisiae

oraz 50 mg ekstraktu z Yucca schidigera) nie powodowa³o statystycznie istotnych


zmian w przyrostach masy cia³a i wykorzystaniu paszy w porównaniu z grup¹ kurcz¹totrzymuj¹c¹ paszê z dodatkiem antybiotyku lub bez ¿adnych dodatków. Podobnezale¿noœci uzyskano w badaniach prowadzonych przez Watkins i Kratzer [79] orazMaiolino i in. [50]. Jednak w grupie kurcz¹t otrzymuj¹cych mieszankê uzupe³nion¹preparatem probiotycznym LABYuc-Probio� masa cia³a ptaków w poszczególnychokresach odchowu by³a najbardziej wyrównana o czym œwiadczy mniejsze odchy-lenie standardowe.

W badaniach Jin i in. [43] wykazano, ¿e dodatek L. acidophilus lub mieszaninybakterii z rodzaju Lactobacillus, tj. L. acidophilus (2), L. fermentum (3), L. crispatus

(1) i L. brevis (6), do diety kurcz¹t albo L. acidophilus lub mieszaniny bakteriiz rodzaju, Lactobacillus, tj. L. acidophilus (2), L. fermentum (3), L. crispatus (1)i L. brevis (6) do paszy dla kurcz¹t nie mia³ statystycznie istotnego wp³ywu na masêwoli, w¹troby, œledziony, dwunastnicy i jelita cienkiego w przeliczeniu na procentmasy cia³a kurcz¹t przed ubojem. Statystycznie istotne obni¿enie pH (P < 0,05),w porównaniu z grup¹ kontroln¹, odnotowano w grupach kurcz¹t otrzymuj¹cychpaszê z dodatkiem L. acidophilus lub mieszaniny bakterii z rodzaju Lactobacillus, aletylko w jelicie œlepym.

Biernasiak i in. [8] stwierdzili, ¿e uzupe³nienie paszy preparatem probiotycznymspowodowa³o statystycznie istotne zmniejszenie liczby bakterii z rodzaju Clostri-

dium, tj. od 1 do 3 rzêdów wielkoœci, w ka³omoczu kurcz¹t w poszczególnychtygodniach odchowu w porównaniu z grup¹ kurcz¹t otrzymuj¹cych paszê z dodat-kiem antybiotyku lub bez ¿adnych dodatków (tab. 1). Ponadto wp³ynê³o na ustabili-zowanie liczby bakterii z rodziny Enterobacteriaceae, w tym bakterii z grupy coli

(tab. 2). Kralik i in. [44] odnotowa³ obni¿enie liczby bakterii z rodziny Entero-

bacteriaceae i bakterii z grupy coli o oko³o 90%, w stosunku do próby kontrolnej, tj.1,39 × 106 i 2,72 × 105 jtk · g–1, po 42 dniach dodawania do wody probiotykuzawieraj¹cego 5 × 109 jtk · g–1 Enterococcus faecium M-74. Nie stwierdzili jednakstatystycznie istotnych ró¿nic w liczbie bakterii z rodzaju Staphylococcus sp., Bacil-

lus sp. i Clostridium sp.

Tabela 1. Liczba bakterii z rodzaju Clostridium w ka³omoczu kurcz¹t [8]

Dodatek Liczba bakterii z rodzaju Clostridium [log jtk · g–1

± SD]

II tydzieñ odchowu III tydzieñ odchowu IV tydzieñ odchowu

Probiotyk 4,08 ± 0,53 3,65 ± 0,64 4,46 ± 0,50

Antybiotyk 5,99 ± 1,12 5,93 ± 1,43 6,35 ± 1,17

Bez dodatków 5,02 ± 1,13 5,24 ± 1,07 5,37 ± 0,56

Tabela 2. Liczba bakterii z rodziny Enterobacteriaceae w ka³omoczu kurcz¹t [8]

Dodatek Liczba bakterii z rodziny Enterobacteriaceae [log jtk · g–1

± SD]

II tydzieñ odchowu III tydzieñ odchowu IV tydzieñ odchowu

Probiotyk 7,59 ± 0,24 7,17 ± 0,20 7,42 ± 0,19

Antybiotyk 8,12 ± 0,51 8,08 ± 0,44 7,18 ± 1,11

Bez dodatków 8,35 ± 0,22 8,35 ± 0,11 8,66 ± 0,72


Stosuj¹c preparat probiotyczny z³o¿ony z Bacillus subtillis CH201 i Bacillus

licheniformis CH200 w paszy dla kur niosek odnotowano statystycznie istotne(P < 0,05) obni¿enie zawartoœci cholesterolu i trójglicerydów w serum i ¿ó³tku jaja.Nie stwierdzili natomiast statystycznie istotnego zwiêkszenia wykorzystania paszy,produkcji jaj oraz wp³ywu na gruboœæ i twardoœæ skorupki [49]. Stosuj¹c natomiastEnterococcus faecium M-74 w paszy dla kur niosek uzyskano jaja o grubszeji odporniejszej na st³uczenie skorupce i intensywniejszej barwie ¿ó³tka [4].

Nale¿y podkreœliæ, ¿e przedstawione wy¿ej wyniki stanowi¹ tylko fragmentprowadzonych na ca³ym œwiecie badañ. Rozbie¿noœæ wyników w zaprezentowanychprzypadkach wskazuje na koniecznoœæ dalszych badañ i wyjaœnienia w¹tpliwychefektów stosowania probiotyków w ¿ywieniu zwierz¹t.

Podsumowanie

Przysz³oœæ probiotyków to d¹¿enie do pe³nego wyjaœnienia mechanizmów ichdzia³ania w powi¹zaniu ze wzajemnym oddzia³ywaniem mikroorganizm–zwierzêoraz poszukiwaniem nowych szczepów. Wytyczenie odpowiednich kierunków badañmo¿e mieæ du¿e znaczenie dla opracowania nowych zasad profilaktyki w chowiezwierz¹t bez stosowania antybiotykowych stymulatorów wzrostu [35]. Nale¿y jednakpodkreœliæ, ¿e pe³na ocena skutecznoœci preparatu probiotycznego jest mo¿liwa, je¿elibadania in vivo prowadzone bêd¹ zgodnie z procedur¹ opisan¹ w Dyrektywie KomisjiWspólnoty Europejskiej z dnia 17 wrzeœnia 2001 r. [23, 24].

Literatura

[1] Ahmad J. 2006. Effect of probiotics on broilers performance. Int. J. Poultry Sci. 5(6): 593–597.[2] Alakomi H.L., Skytta E., Saarela M., Mattila-Sandholm T., Latva-Kala K., Helander I.M. 2000. Lactic acid

permeabilizesgram-negativebacteriabydisrupting theoutermembrane.Appl.Environ.Microbiol.66(5):2001–2005.[3] Anadón A., Martinez-Larrañaga M.R., Martinez M.A. 2006. Probiotics for animal nutrition in the European

Union. Regulation and safety assessment. Regul. Toxicol. Pharmacol. 45: 91–95.[4] Angelowicova M. 1996. The effect of Streptococcus faecium M-74 based probiotic on the performance of

laying hens. Czech J. Anim. Sci. 41(9): 391–395.[5] Baptista A.S., Horii J., Calori-Domingeus M.A., da Gloria E.M., Salgado J.M., Vizioli M.R. 2004. The capacity

of mannooligosaccharides thermolysed yeast and active yeast to attenuate aflatoxicosis. World J. Microbiol.Biotechnol. 20: 475–481.

[6] Bennett G.A., Lagoda A.A., Shotwell O.L., Hesseltine C. M. 1981. Utilization of zearalenone-contaminatedcorn for ethanol production. J. Am. Oil Chem. Soc. 58: 974–976.

[7] Biernasiak J., Œli¿ewska K., Libudzisz Z. 2010. Negatywne skutki stosowania antybiotyków. Post. Nauk Rol. 3:105–117.

[8] Biernasiak J., Œli¿ewska K., Libudzisz Z., Smulikowska S. 2007. Effect of dietary probiotic containingLactobacillus bacteria, yeast and yucca extract on the performance and faecal microflora of broiler chickens.Pol. J. Food Nutr. Sci. 57(4): 19–25.

[9] Blom H., Mörtvedt C. 1991. Anti-microbial substances produced by food associated microorganisms. Biochem.Soc. Trans. 19: 694–L698.

[10] Caplice E., Fitzgerald G.F. 1999. Food fermentations: role of microorganisms in food production andpreservation. Int. J. Food Microbiol. 50: 131–149.


[11] Chaucheyras-Durand F., Durand H. 2010. Probiotics in animal nutrition and health. Beneficial Microbes 1: 3–9

[12] Cherrington C.A., Hinton M., Pearson G.R., Chopra I. 1991. Short-chain organic acids at pH 5,0 kill Escherichiacoli and Salmonella spp. without causing membrane perturbation. J. Appl. Bacteriol. 70(2): 161–165.

[13] Coallier-Ascah J., Idziak E.S. 1985. Interaction between Streptococcus lactis and Aspergillus flavus onproduction of aflatoxin. Appl. Environ. Microbiol. 49: 163–167.

[14] Collington G.K., Parker D.S., Armstrong D.G. 1990. The influence of inclusion of either on an antibiotic ora probiotic in the diet on the development of digestive enzyme activity in the pig. Br. J. Nutr. 64: 59–70.

[15] Czaczyk K. 2003. Tworzenie biofilmów bakteryjnych – istota zjawiska i mechanizmy oddzia³ywañ. Biotechnologia3: 180–192.

[16] Daeschel M., Ray B. 1992. Food biopreservatives of microbial origin. CRC Press, Floryda: 560 ss.

[17] Dembele T., Obdrzalek V., Votava M. 1998. Inhibition of bacterial pathogens by lactobacilli. Zentralbl.Bakteriol. 288(3): 395–401.

[18] Eklund T. 1983. The antimicrobial effect of dissociated and undissociated sorbic acid at different pH levels. J.Appl. Bact. 54: 383–389.

[19] El-Nezami H., Kankaanp P., Salminen S., Ahokas J. 1998. Ability of dairy strains of lactic acid bacteria to binda common food carcinogen, aflatoxin B1. Food Chem. Toxicol. 36: 321–332.

[20] El-Nezami H.S., Chrevatidis A., Auriola S., Salminen S., Mykkänen H. 2002. Removal of common Fusariumtoxins in vitro by strains of Lactobacillus and Propionibacterium. Food Addit. Contam. 19: 680–686.

[21] El-Nezami H.S., Polychronaki N., Salminen S., Mykkänen H. 2002. Binding rather than metabolism mayexplain the interaction of two food grade Lactobacillus strains with zearalenone and its derivative �-zearalenol.Appl. Environ. Microbiol. 68: 3545–3549.

[22] El-Nezami H.S., Salminen S., Ahokas J.T. 1996. Biologic control of food carcinogen using Lactobacillus GG.Nutr. Today 31: 41–43.

[23] European Commission 1994. Off J EU 22.7 L208/15

[24] European Commission 2001. Off J EU 6.10 L267/1

[25] FAO 2002. Guidelines for the evaluation of probiotics in food. Report of a Joint FAO/WHO Working Group onDrafting Guidelines for the Evaluation of Probiotics in Food, London Ontario, Canada, April 30 and May 1.

[26] Ferket P.R., Parks C.W., Grimes J.L. 2002. Benefits of dietary antibiotic and mannanoliposaccharide supplemen-tation for poultry. W: Proceedings of the multi-state poultry feeding and nutrition conference, Indianapolis: 5–24.

[27] Fethiere R., Miles R.D. 1987. Intestinal tract weight of chicks fed an antibiotic and probiotic. Nutr. Rep. Int. 36:1305–1309.

[28] Fuller R. (1989) Probiotics in man and animals. J. Appl. Bacteriol. 66(5): 365–378

[29] Gajêcki M. 2002. Mikotoksyny, jako czynnik anty¿ywieniowy w produkcji zwierzêcej. Hodowca Drobiu 9: 5–17.

[30] Gedek B.R. 1999. Adherence of Escherichia coli serogroup O 157 and the Salmonella typhimurium mutant DT104 to the surface of Saccharomyces boulardii. Mycoses 42: 261–264.

[31] Glynn M.K., Bopp C., Dewitt W., Dabney P., Mokhtar M., Angulo F.J. 1998. Emergence of multidrug-resistantSalmonella enetrica serotype typhimurium DT 104 infections in the United States. N. Engl. J. Med. 338:1333–1338

[32] Goldin B.R., Gorbach S.L. 1992. Probiotics, the scientific basis. Chapman and Hall Ltd, London: 860 ss.

[33] Grajek W., Sip A. 2004. Biologiczne utrwalanie ¿ywnoœci z wykorzystaniem metabolitów bakterii mlekowych.W: Bakterie fermentacji mlekowej Klasyfikacja, metabolizm, genetyka, wykorzystanie. Wydawnictwo P£,£ódŸ: 175–226.

[34] Grela E. 2004. Optymalizacja ¿ywienia œwiñ z wykorzystaniem nowej generacji dodatków paszowych. Pr. Mat.Zoot. 15: 53–63.

[35] Grzybowski R.A. 2004. Preparaty probiotyczne w ¿ywieniu zwierz¹t. W: Bakterie fermentacji mlekowejKlasyfikacja, metabolizm, genetyka, wykorzystanie. Wydawnictwo P£, £ódŸ: 227–239.

[36] Guslandi M., Giollo P., Testoni P.A. 2003. A pilot trial of Saccharomyces boulardii in ulcerative colitis. Eur. J.Gastroenterol. Hepatol. 15: 697-698.

[37] Haghighi H.R., Gong J., Gyles C.L., Hayes M.A., Zhou H., Sanei B., Chambers J.R., Sharif S. 2006. Probioticsstimulate production of natural antibodies in chickens. Clin. Vac. Immunol. 13(9): 975–980.

[38] Harms H.K., Bertele-Harms R.M., Bruer-Kleis D. 1987. Enzyme substitution therapy with the yeast Saccharo-myces cerevisiae in congenital sucrase-isomaltase deficiency. N. Engl. J. Med. 316: 1306–1309.

[39] Hussein H.S., Brasel J.M. 2001. Toxicity, metabolism and impact of mycotoxins on humans and animals.Toxicology 167: 101–134.


[40] Isolauri E., Sütas Y., Kankaanpää P., Arvilommi H., Salminen S. 2001. Probiotics: effects on immunity. Am. J.Clin. Nutr. 73: 444S–450S.

[41] Janik A., Kaska M., Paluch U., Pieszka M., Borowicz T. 2006. Probiotyki w ¿ywieniu prosi¹t. WiadomoœciZootechniczne R.XLIV: 1–39.

[42] Jin L.Z., Ho Y.W., Abdullah N., Ali M.A., Jalaludin S. 2000. Digestive and bacterial enzyme activities inbroilers fed diets supplemented with Lactobacillus cultures. Poult. Sci. 79: 67–71.

[43] Jin L.Z., Ho Y.W., Abdullah N., Ali M.A., Jalaludin S. 1998. Effects of adherent Lactobacillus cultures ongrowth, weight of organs and intestinal microflora and volatile fatty acids in broilers. Anim. Feed Sci. Technol.70: 197–209.

[44] Kralik G., Milakoviæ Z., Ivankoviæ S. 2004. Effect of probiotic supplementation on the performance and thecomposition of the intestinal microflora in broilers. Acta Agraria Kaposváriensis 8(2): 23–31.

[45] Kumar V., Basu M.S., Rajendran T.P. 2008. Mycotoxin research and mycoflora in some commerciallyimportant agricultural commodities. Crop Protection 27: 891–905.

[46] Kurtzman C.P. 2003. Phylogenetic circumscription of Saccharomyces, Kluyveromyces and other members ofthe Saccharomycetaceae, and the proposal of the new genera Lachancea, Nakaseomyces, Naumovia, Vander-waltozyma and Zygotorulaspora. FEMS Yeast Res. 4(3): 233–245.

[47] Lilly D.M., Stillwell R.H. 1965. Probiotics: Growth promoting factors produced by microorganisms. Science147: 747–748.

[48] Ma Y.L., Guo T., Xu Z.R., You P., Ma J.F. 2006. Effect of Lactobacillus isolates on the adhesion of pathogens tochicken intestinal mucus in vitro. Lett. App. Microbiol. 42: 369–374.

[49] Mahdari A.H., Rahmani H.R., Pourreza I. 2005. Effect of probiotic supplements on egg quality and laying hen’sperformance. Int. J. Poult. Sci. 4(7): 488–492.

[50] Maiolino R., Fioretii A., Menna L.F., Meo C. 1992. Research on the efficiency of probiotics in diets for broilerchickens. Nutr. Abstr. Rev. Series B 62: 482.

[51] Marteau P., Shanahan F. 2003. Basic aspects and pharmacology of probiotics: an overview of pharmaco-kinetics, mechanisms of action and side-effects. Best Pract. Res. Clin. Gastr. 17(5): 725–740.

[52] Mercenier A., Pavan S., Pot B. 2003. Probiotics as biotherapeutic agents: Present knowledge and futureprospects. Curr. Pharm. Design 9: 175–191.

[53] Messens W., de Vuyst L. 2002. Inhibitory substances produced by Lactobacilli isolated from sourdough –a review. Int. J. Food Microbiol. 72: 31–43.

[54] Miko³ajczak J., Jarzynowska A., El-Essa 2004. Wp³yw preparatu probiotycznego na tempo wzrostu i stanzdrowotny prosi¹t. Rocz. Nauk. Zoot. 20: 115–119.

[55] Mitterdorfer G., Mayer H.K., Kneifel W., Viernstein H. 2002. Clustering of Saccharomyces boulardii strainswithin the species S. cerevisiae using molecular typing techniques. J. Appl. Microbiol. 18: 521–530.

[56] Nousiainen J., Jaranainen P., Setala J., von Wright A. 2004. Lactic acid bacteria as animal probiotics. Food Sci.Technol. 139: 547–580.

[57] Oatley J.T., Rarick M.D., Ji G.E., Linz J.E. 2000. Binding of aflatoxin B1 to Bifidobacteria in vitro. J. FoodProt. 63(8): 1133–1136.

[58] Pejsak Z. 1996. Probiotyki, mechanizmy dzia³ania oraz przydatnoœæ w ochronie zdrowia œwiñ. Trz. Chl. 34:60–62.

[59] Philips I., Casewell M., Cox T., de Groot B., Friis Ch., Jones R., Nightingale Ch., Preston R., Waddell J. 2003.Does the use of antibiotic in food animals pose a risk to human health? A critical review of published data. J.Antimicrob. Chemother. 53: 28–52.

[60] Piotrowska M., ¯akowska Z. 1998. Badania nad mo¿liwoœci¹ wykorzystania bakterii fermentacji mlekowej dodetoksyfikacji mikotoksyn w ¿ywnoœci. Mat. konf. nauk. „Mikotoksyny w ¿ywnoœci i paszach”, Bydgoszcz,17–19 VI 1998: 126–131.

[61] Podkówka W., Podkówka Z. 1995. Dodatki paszowe dla œwiñ. Wydawca Instytut Fizjologii i ¯ywieniaZwierz¹t im. Jana Kielanowskiego PAN, Jab³onna: 105 ss.

[62] Ptak W., Ptak M., P³ytycz B. 2003. Co rozpoznaje uk³ad immunologiczny? Na drodze do nowego paradygmatu.Kosmos 52: 149–156.

[63] Rekiel A., Kulisiewicz J. 1996. Zastosowanie dodatków zakwaszaj¹cych i probiotycznych w wychowie prosi¹t.Med. Wet. 52: 266–269.

[64] Saarela M., Mogensen G., Fonden R., Matto J., Mattila-Sandholm T. 2000. Probiotic bacteria: safety, functionaland technological properties. J. Biotech. 84: 197–215.


[65] Salminen S., Ouwehand A., Benno Y., Lee Y.K. 1999. Probiotics: how should they be defined? Trends FoodSci. Technol. 10: 107–110.

[66] Schillinger R.G., Holzapfel W.H. 1996. Potential of antagonistic microorganisms and bacteriocins for thebiological preservation of food. Trends Food Sci. Technol. 7: 158–164.

[67] Schnürer J., Magnusson J. 2005. Antifungal lactic acid bacteria as biopreservatives. Trends Food Sci. Technol.16: 70–78.

[68] Schrezenmeir J., de Vrese M. 2001. Probiotics, prebiotics and synbiotics-approaching a definition. Am. J. Clin.Nutr. 73: 361S–364S.

[69] Shetty P.H., Jespersen L. 2006. Saccharomyces cerevisiae and lactic acid bacteria as potential mycotoxindecontaminating agents. Trends Food Sci. Technol. 17: 48–55.

[70] Siuta A., Kamiñski J., Migda³ W. 1999. Stymuluj¹ce dzia³anie probiotycznego dodatku na efekty odchowuprosi¹t. „Potrzeby pokarmowe wysoko wydajnych zwierz¹t fermowych”, Krynica, 9–10 IX 1999: 287–291.

[71] Smulikowska S., Œli¿ewska K., Biernasiak J., Mieczkowska A., Micha³owski P. 2005. The effect of probioticcomposed of Lactobacillus and yeast, and of flavomycin on the performance and faecal microflora of broilerchickens. J. Anim. Feed Sci. 14(1): 483–485.

[72] �tyriak I., Èonková E., Kmet V., Böhm J., Razzazi E. 2001. The use of yeast for microbial degradation of someselected mycotoxin. Mycotoxin Res. 174 (2): 24–27.

[73] Szylit O., Champ M., Ait-Abdelkader N., Raibaud P. 1980. Role of five Lactobacillus strains on carbohydratedegradation in monoxenic chickens. Reprod. Nutr. Devel. 20: 1701–1706.

[74] Tasteyre A., Barc M.C., Karjalainen T., Bourlioux P., Collignon A. 2002. Inhibition of in vitro cell adherence ofClostridium difficile by Saccharomyces boulardii. Microb. Pathogen. 32: 219–225.

[75] Tomas M.S., Otero C.M., Ocana V., Nader-Macias E.M. 2004. Production of antimicrobial substances by lacticacid bacteria I: Determination of hydrogen peroxide. Methods Mol. Biol. 268: 337–346.

[76] Turner J.L., Pas S., Dritz S., Minton J.E. 2002. Alternatives to conventional antimicrobials in swine diets. Prof.Anim. Sci. 17: 217–226.

[77] Van der Aa Kühle A., Skovgaard K., Jespersen L. 2005. In vitro screening of probiotic properties ofSaccharomyces cerevisiae var. boulardii and food-borne Saccharomyces cerevisiae strains. Int. J. FoodMicrobiol. 101: 29–39.

[78] Vergin F. 1954. Anti- und Probiotika. Hipokrates 25: 16–119.

[79] Watkins B.A., Kratzer F.H. 1983. Effect of oral dosing of Lactobacillus strains on gut colonization and liverbiotin in broiler chicks. Poult. Sci. 62: 2088–2094.

[80] Welman A.D., Maddox I.S. 2003. Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: perspectives and challenges.Trends Biotechnol. 21 (6): 269–274.

[81] Wertelecki T. 2005. Mikotoksyny (cz. II) wystêpowanie mikotoksynozy a zdrowotnoœæ i produkcyjnoœæ drobiu,bezpieczeñstwo w ³añcuchu troficznym. Hodowca drobiu 5: 4–21

[82] Yiannikouris A., Jouany J.P. 2002. Les mycotoxines dans les aliments des ruminants, leur devenir et leurs effetschez l’animal. INRA Prod. Anim. 15: 3–16.

Probiotics in animal feeding

Key words: probiotics, action, poultry, pigs, cattle

Summary

According to the definition accepted by FAO and WHO, probiotics are live micro-organisms which, when administered in adequate amount, confer a health benefit onthe host. Micro-organisms used in animal feed in the EU are mainly bacterial strains ofGram-positive bacteria belonging to the species Bacillus, Enterococcus, Lactoba-

cillus, Pediococcus, Streptococcus and strains of yeast belonging to the Saccha-


romyces. In this review the current legislation in the European Union on probioticsfeed additives including the requirements for the safety assessment for the target ani-mal species, consumers, workers and environment was described. There were demon-strated the basic mechanisms of probiotics action in animal feeding including: supportof microbiological balance in gastrointestinal tract by adhesion to the intestinalephitelium cell, production of toxic conditions and compounds (volatile fatty acids,low pH and bacteriocins); detoxification of mycotoxins; influence on feed conversionratio and stimulation of the immune system. Additional the effects of probiotics appli-cation in poultry and pigs feeding with regard to own investigation were presented.


Zastosowanie glicerolu i produkowanej z niegobiomasy dro¿d¿owej w ¿ywieniu zwierz¹t

Aleksandra WoŸnica1, Anna Czech

2

1Skotan S.A., ul. Uniwersytecka 13, 40-007 Katowice,


Katedra Biochemii i Toksykologii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie,

ul Akademicka 13, 20-950 Lublin,


S³owa kluczowe: glicerol surowy, dro¿d¿e paszowe, Yarrowia lipolytica,biomasa

Wstêp

Dyrektywa Unii Europejskiej 2003/30/EC z dnia 8 maja 2003 r. [9] wprowadzi³anakaz stosowania dodatku biokomponentów do paliw konwencjonalnych przez krajecz³onkowskie Unii Europejskiej w iloœci 5,75% do 2010 r. i 20% do 2020 r. Wskutektego zaczê³a siê dynamicznie rozwijaæ produkcja bioetanolu oraz estrów metylowychwy¿szych kwasów t³uszczowych (biodiesla). Konsekwencj¹ zwiêkszenia produkcjibiodiesla jest wzrost iloœci produktów ubocznych: wyt³oków rzepakowych i glicerolu.Problem zagospodarowania tych produktów ubocznych narasta, dlatego warto poœwiê-ciæ mu wiêcej uwagi. Dla przemys³u paszowego zarówno makuchy rzepakowe jakrównie¿ glicerol to Ÿród³o cennych surowców, które s¹ tañsze od surowców rolniczychprzeznaczonych na pasze, a jednoczeœnie maj¹ wysok¹ wartoœæ pokarmow¹. Ma toszczególne znaczenie ekologiczne. Powsta³e produkty uboczne s¹ zagospodarowywanei przerabiane na cenne produkty ¿ywieniowe, które mog¹ byæ Ÿród³em deficytowego narynku paszowym bia³ka oraz aminokwasów egzogennych.

Glicerol w ¿ywieniu zwierz¹t

Podczas produkcji biodiesla jako produkt uboczny powstaje tzw. frakcja glicery-nowa, która zawiera do 50% glicerolu. Resztê tej frakcji stanowi¹ kwasy t³uszczowe,estry, myd³a, lecytyny, bia³ka i peptydy, barwniki naturalne (chlorofil, antocyjany),witaminy rozpuszczalne w wodzie i emulgatory pochodzenia naturalnego [27].


Wed³ug najnowszych prognoz, w najbli¿szych latach w Polsce do produkcjibiodiesla zostanie wykorzystane rocznie oko³o 800 tys. ton rzepaku, w tym frakcjaglicerynowa stanowi od 10–20% tego surowca [27]. W Europie w najbli¿szej przy-sz³oœci bêdzie powstawa³o ok. 1 miliona ton glicerolu rocznie. Zagospodarowanietakiej iloœci glicerolu mo¿e sprawiæ wiele trudnoœci, dlatego szuka siê nowychsposobów na rozwi¹zanie tego problemu.

Glicerol, jako produkt uboczny, powstaj¹cy przy produkcji biopaliw, mo¿e byæu¿ywany miêdzy innymi, jako g³ówny sk³adnik pod³o¿y hodowlanych w procesachbiotechnologicznych. Mo¿e byæ równie¿ wykorzystywany, jako dodatek paszowyw ¿ywieniu zwierz¹t. Jest on zarejestrowanym dodatkiem paszowym (E 422) w ka-tegorii „dodatki technologiczne” i nie ma ograniczeñ zarówno iloœciowych, jakrównie¿ w odniesieniu do gatunku zwierz¹t [6]. W wyniku ci¹gle rosn¹cej produkcjibiopaliw a tym samym i glicerolu, zosta³ on wpisany w Niemczech na „pozytywn¹listê” materia³ów paszowych [28].

Przydatnoœæ glicerolu w ¿ywieniu zwierz¹t zosta³a potwierdzona w wielu bada-niach, które wykaza³y, ¿e jest on bardzo cennym Ÿród³em energii w mieszankach dlaœwiñ [19]. Wed³ug Maribo i Mikkelsen [21] dodatek glicerolu w iloœci 3% lub 6%w mieszankach dla prosi¹t o masie cia³a 7–30 kg przyczyni³ siê do istotnie wy¿szychprzyrostów dziennych. Najwy¿sze przyrosty dzienne (519 g) wykaza³y prosiêtaotrzymuj¹ce 6% glicerolu w dawce, natomiast przyrost zwierz¹t otrzymuj¹cych 3%glicerolu wynosi³ 503 g. Najni¿szym tempem wzrostu charakteryzowa³y siê prosiêtanie otrzymuj¹ce glicerolu w dawce ¿ywieniowe (496 g).

Bardzo obiecuj¹ce wydaje siê wykorzystanie glicerolu w ¿ywieniu krów wysoko-mlecznych, zw³aszcza po wycieleniu, kiedy trudno zaspokoiæ ich zapotrzebowanie naenergiê. W badaniach Fishera i in. [12] krowy, którym podawano glicerol w iloœci347 g dziennie, traci³y podczas pierwszych 8 tygodni na wadze mniej ni¿ krowy,którym podawano po³owê tej dawki, glikol propylenowy lub dawkê kontroln¹ opart¹na kukurydzy.

Badania Kijora i in. [17] przeprowadzone na œwiniach, którym podawano 5, 10, 20lub 30% glicerolu w miejsce œruty jêczmiennej pokaza³y, ¿e pasze zawieraj¹ceglicerol by³y chêtniej wyjadane, co autorzy t³umacz¹ s³odkim smakiem i lepsz¹struktur¹ mieszanki. Optymaln¹ iloœæ glicerolu w paszy oceniono na 10%.

Podsumowuj¹c omówione badania mo¿na stwierdziæ, ¿e pochodz¹cy z produkcjibiodiesla glicerol mo¿e byæ wykorzystany w ¿ywieniu zwierz¹t gospodarskich.Wiêkszoœæ danych literaturowych opisuj¹cych wykorzystanie glicerolu w ¿ywieniuzwierz¹t pochodzi sprzed kilku, a nawet kilkunastu lat, dlatego istnieje koniecznoœæich aktualizacji.

134 A. WoŸnica, A. Czech

Dro¿d¿e Yarrowia lipolytica i ich unikalne w³aœciwoœci

Innym alternatywnym i niekonwencjonalnym sposobem wykorzystania frakcjiglicerynowej pochodz¹cej z produkcji biopaliw jest przetworzenie jej w biomasêdro¿d¿ow¹ przy udziale dro¿d¿y z gatunku Yarrowia lipolytica [16]. Dro¿d¿e tewyró¿niaj¹ siê niezwyk³ymi w³aœciwoœciami fizjologicznymi i biochemicznymi,maj¹ du¿y potencja³ biotechnologiczny, który mo¿ne staæ siê ³¹cznikiem miêdzyproduktami ubocznymi po produkcji biopaliw a pasz¹ dla zwierz¹t. Yarrowia lipo-

lytica s¹ to dimorficzne dro¿d¿e tworz¹ce kremowe, nieregularne kolonie z licznymistrzêpkami [3]. Ich obecnoœæ stwierdzono w margarynie, roœlinach zbo¿owych,produktach miêsnych z wysok¹ zawartoœci¹ bia³ka, warzywach, mro¿onej ¿ywnoœci,winach, smole i ropie [25].

Barnett i in. [1] zajêli siê dok³adn¹ analiz¹ asymilowanych przez Yarrowia

lipolytica substratów. Odkryli oni, ¿e dro¿d¿e te, jako Ÿród³o wêgla wykorzystuj¹glukozê, alkohole, octany oraz substraty hydrofobowe jak: kwasy t³uszczowe lubalkany, natomiast nie wykorzystuj¹ sacharozy [1]. Dziêki unikalnym w³asnoœciom,dro¿d¿e Yarrowia lipolytica mog¹ byæ i s¹ wykorzystywane przede wszystkimw przemyœle spo¿ywczym. Od wielu lat szczep ten znalaz³ zastosowanie w przetwór-stwie mleczarskim oraz w innych dziedzinach przetwórstwa spo¿ywczego wymaga-j¹cych dzia³ania kultur dro¿d¿owych do prawid³owego dojrzewania produktów spo-¿ywczych. Znalaz³o to potwierdzenie w badaniach dotycz¹cych procesów dojrze-wania m.in. serów oraz kie³bas [11, 14].

Po³omska i in. [23] badali przydatnoœæ pod³o¿y s³odowych i serwatkowych doprodukcji biomasy przez kilka szczepów w tym Yarrowia lipolytica. Pod³o¿a teró¿ni³y siê zawartoœci¹ cukrów, zwi¹zków mineralnych oraz czynników wzrosto-wych. Szczep Yarrowia lipolytica JII1c charakteryzowa³ siê najwy¿szym stopniemprze¿ywalnoœci, powy¿ej 80% we wszystkich preparatach niezale¿nie od po¿ywkiwzrostowej i zastosowanego czynnika ochronnego [23]. Podobnie w badaniachprzeprowadzonych przez Czajguck¹ i in. [7] wykazano, ¿e proteazy szczepu Yarrowia

lipolytica JII1c charakteryzuj¹ siê najwy¿sz¹ aktywnoœci¹ wobec kazeiny, co mapozytywny wp³yw na proces dojrzewania serów.

Korzystne zastosowanie Yarrowia lipolytica wykazano równie¿ w produkcjisuchych kie³bas dojrzewaj¹cych, gdzie szczep ten okaza³ siê doskona³ym czynnikiemwp³ywaj¹cym na w³aœciwoœci smakowo-zapachowe, przy czym nie stwierdzono ichznacz¹cego wp³ywu na akumulacjê amin biogennych [14]. Gardini i in. [13] scharak-teryzowali szczepy Yarrowia lipolytica wystêpuj¹ce w tradycyjnych suchych kie³ba-sach po³udniowych W³och. Wykazali oni, ¿e dro¿d¿e Yarrowia lipolytica s¹ bez-pieczne dla konsumenta zarówno podczas stosowania tych kultur w przetwórstwieproduktów pochodzenia zwierzêcego, a tak¿e spo¿ywania produktów finalnych.

Zastosowanie glicerolu … 135

Produkcja biomasy dro¿d¿owejprzy udziale szczepu dro¿d¿yYarrowia lipolytica A-101

W roku 2006 zespó³ badawczy Rymowicza z Uniwersytetu Przyrodniczego weWroc³awiu opracowa³ unikaln¹ technologiê produkcji dro¿d¿y paszowych przy u¿y-ciu szczepu Yarrowia lipolytica A-101 [22]. Otrzymany produkt analizowano w ró¿-nych niezale¿nych laboratoriach w Polsce i zosta³ on wysoko oceniony pod wzglêdemprzydatnoœci ¿ywieniowej. Z badañ innych [22] oraz w³asnych wynika, ¿e dro¿d¿ez gatunku Yarrowia lipolytica charakteryzuj¹ siê wysok¹ zawartoœci¹ bia³ka ogólnego(ok. 45%), suchej masy (ok. 97%) oraz nisk¹ zawartoœci¹ popio³u surowego (ok. 5%).S¹ równie¿ cennym Ÿród³em witamin zw³aszcza z grupy B. Zawartoœæ witaminy B1

wynosi ok. 95 mg · kg–1 natomiast B2 ok. 16 mg · kg–1. Cechuj¹ siê one równie¿wysok¹ zawartoœci¹ fosforu, ¿elaza, sodu i cynku (tab. 1).

Tabela 1. Zawartoœæ sk³adników mineralnych w biomasie dro¿d¿y szczepu Yarrowia lipolytica

Sk³adniki mineralne Zawartoœæ

Wapñ [g · kg–1

s.m.] 1,54 ±0,03

Fosfor [g · kg–1

s.m.] 4,86 ±0,11

Sód [g · kg–1

s.m.] 10,30 ±0,69

Potas [g · kg–1

s.m.] 13,40 ±1,01

Magnez [g · kg–1

s.m.] 1,87 ±0,01

¯elazo [mg · kg–1

s.m.] 124,20 ±3,69

MiedŸ [mg · kg–1

s.m.] 6,78 ±0,65

Mangan [mg · kg–1

s.m.] 2,50 ±0,21

Cynk [mg · kg–1

s.m.] 72,10 ±2,32

Jod [mg · kg–1

s.m.] 0,41 ±0,002

Molibden [mg · kg–1

s.m.] 0,38 ±0,001

Biomasê do produkcji dro¿d¿y paszowych stanowi³y produkty uboczne po pro-dukcji estrów metylowych, takie jak woda glicerynowa, gliceryna – 88%, szlamypoprodukcyjne zawieraj¹ce nieprzereagowane kwasy t³uszczowe oraz gumy powsta-j¹ce w pierwszej fazie czyszczenia olejów surowych [16]. Przede wszystkim, dla tegoszczepu uda³o siê, w porównaniu z innymi testowanymi szczepami dro¿d¿y gatunkuYarrowia lipolytica, uzyskaæ wyj¹tkowo korzystn¹ wydajnoœæ produkcji biomasyoraz znaczn¹ tolerancjê na niekorzystne warunki procesu hodowli, takie jak wzrasta-j¹ce ciœnienie osmotyczne oraz niskie pH po¿ywki. Dziêki temu jego hodowla jestdu¿o prostsza, poniewa¿ istnieje ma³e ryzyko zanieczyszczenia przez inne mikro-organizmy. Jednoczeœnie uzyskiwana biomasa ma korzystne w³aœciwoœci od¿ywcze,takie jak wysoka zawartoœæ ³atwo przyswajalnego bia³ka i witamin, zw³aszcza z grupyB. Otrzymane w tej technologii dro¿d¿e paszowe mog¹ byæ stosowane, jako wysoko-wartoœciowy materia³ paszowy zw³aszcza, gdy wci¹¿ rosn¹ce zapotrzebowanie nabia³ko paszowe powoduje koniecznoœæ poszukiwania nowych dróg jego produkcji.

Bia³ko pochodz¹ce z dro¿d¿y paszowych, ma wysok¹ wartoœæ biologiczn¹ zewzglêdu na dobrze zbilansowany sk³ad aminokwasowy. Charakteryzuje siê równie¿dobr¹ przyswajalnoœci¹ przez zwierzêta. Carlton i in. [5] badali u odsadzonych prosi¹t


efektywnoœæ stosowania 5% dodatku ekstraktu dro¿d¿y w porównaniu do 5% dodatkususzonej rozpy³owo plazmy krwi. W doœwiadczeniu nie stwierdzono istotnych ró¿nicw przyrostach masy cia³a oraz wykorzystaniu paszy. Potwierdza to przydatnoœæbia³ka pochodz¹cego z dro¿d¿y w ¿ywieniu m³odych prosi¹t. Bia³ko dro¿d¿y charak-teryzuje siê wy¿sz¹ strawnoœci¹ ni¿ bia³ko zawarte w œrucie sojowej.

Charakterystyka pokarmowa i funkcjonalnadro¿d¿y paszowych

Wartoœæ pokarmowa dro¿d¿y zale¿na jest od sk³adu chemicznego, na który mawp³yw: technologia produkcji, rodzaj u¿ytych szczepów oraz jakoœæ pod³o¿a bê-d¹cego Ÿród³em substratów. Dro¿d¿e zawieraj¹ wiele cennych enzymów, du¿e iloœciwitamin z grupy B, choliny, biotyny, niacyny oraz innych zwi¹zków biologicznieczynnych. Zawartoœæ energii metabolicznej w dro¿d¿ach jest zró¿nicowana i wynosiod 11 do 25 MJ · kg–1, w zale¿noœci od iloœci t³uszczu, w³ókna i skrobi [8]. Bia³kodro¿d¿y jest szczególnie cenne ze wzglêdu na du¿¹ iloœæ lizyny (oko³o 8%), charakte-ryzuje siê równie¿ dobr¹ przyswajalnoœci¹ przez zwierzêta [8].

Dro¿d¿e paszowe poprawiaj¹ zdrowie zwierz¹t, eliminuj¹ mikotoksyny z paszyoraz patogenne bakterie z przewodu pokarmowego, jednoczeœnie podnosz¹ statusimmunologiczny organizmu. Wysoka zawartoœæ bia³ka i aminokwasów zwiêkszaefekty produkcyjne, poprawia kondycjê i rozród zwierz¹t [2].

W stosowanych w Polsce mieszankach dla trzody chlewnej udzia³ dro¿d¿y pa-szowych suszonych nie przekracza na ogó³ kilku procent, najczêœciej od 2 do 5% [26].Wed³ug niemieckich norm DLG [2008] zaleca siê ograniczenie iloœci dro¿d¿y do 5%w mieszankach pe³noporcjowych dla prosi¹t oraz 10% w mieszankach przeznaczo-nych dla loch i tuczników. Jurgens i in. [15] przeprowadzili badania, nad zastosowa-niem w ¿ywieniu loch i prosi¹t aktywnych dro¿d¿y S. cerevisiae w iloœciach do 3%(lochy karmi¹ce) oraz 4% (prosiêta). Dro¿d¿e te zawiera³y w 1 g minimum 15 × 109 jkt.Uzyskane wyniki wskazuj¹, na poprawê wartoœci od¿ywczych mleka loch w porów-naniu z grup¹ kontroln¹. Przejawia³o siê to wzrostem suchej masy, bia³ka i gammaglobulin. Okaza³o siê równie¿, ¿e dodatek aktywnych dro¿d¿y do mieszanek dla lochciê¿arnych i ich prosi¹t ss¹cych wp³yn¹³ korzystnie na przyrosty odsadzonych prosi¹toraz wykorzystanie paszy.

Dro¿d¿e paszowe wzbogacone w mikroelementy

Wraz z rozwojem nauk o ¿ywieniu zwierz¹t coraz wiêcej uwagi poœwiêca siêzbilansowaniu sk³adników diety z zapotrzebowaniem zwierz¹t, w tym dostarczeniewszystkich mikroelementów niezbêdnych do prawid³owego funkcjonowania orga-nizmów ¿ywych. W zwi¹zku z tym zwiêksza siê zainteresowanie producentów paszdro¿d¿ami wzbogaconymi w mikroelementy takie jak miedŸ, lit, selen, cynk, chrom,


magnez. Dro¿d¿e S. cerevisiae wi¹¿¹ ze œrodowiska jony metali, a nastêpnie trwale jew³¹czaj¹ w swoje struktury komórkowe. W ten sposób powstaj¹ trwa³e kompleksyz bia³kami okreœlane, jako biopleksy lub metalobia³ka [20].

Du¿e nadzieje wi¹¿e siê szczególnie z chromem, który jest pierwiastkiem œlado-wym, niezbêdnym do prawid³owego metabolizmu glukozy, insuliny, kwasów t³usz-czowych, bia³ek oraz wzrostu miêœni. Przypuszcza siê, ¿e jego odpowiednia poda¿mo¿e powodowaæ zmniejszanie ot³uszczenia tusz wieprzowych. Dro¿d¿e wzboga-cone w sk³adniki mineralne, tj. chrom czy selen, w organizmie zwierzêcia zachowuj¹siê jak chelaty. W wyniku skarmiania organicznych form mikrosk³adników ichprzyswajanie i wykorzystanie jest lepsze, co ma du¿e znaczenie fizjologiczne i eko-logiczne oraz wp³ywa na ograniczenia ska¿enia œrodowiska [2].

Biopierwiastkiem o szczególnym znaczeniu dla funkcjonowania organizmów¿ywych jest równie¿ magnez. Charakteryzuje siê on wielokierunkow¹ aktywnoœci¹biologiczn¹ zwi¹zan¹ z aktywacj¹ licznych enzymów, udzia³em w syntezie bia³ek,kwasów nukleinowych, metabolizmie lipidów oraz termoregulacji [4]. B³a¿ejak i in.[4] badali mo¿liwoœæ wi¹zania jonów Mg2+ przez szczep dro¿d¿y piwowarskichSaccharomyces cerevisiae w warunkach hodowli stacjonarnej. Hodowle dro¿d¿yprowadzono na pod³o¿u YPD wzbogaconym w sole magnezu. Badany szczep wyka-za³ zdolnoœæ trwa³ego i szybkiego wi¹zania jonów Mg2+ z pod³o¿y doœwiadczalnych.

Musia³ i in. [22] zajmowali siê produkcj¹ dro¿d¿y paszowych Yarrowia lipolytica

wzbogaconych w selen i chrom. Oceniali mo¿liwoœci akumulacji chromu i selenuoraz zakres stê¿eñ tych pierwiastków nie wp³ywaj¹cy hamuj¹co na wzrost dro¿d¿yYarrowia lipolytica A-101. Do produkcji biomasy dro¿d¿y w bioreaktorze zastoso-wali surowy olej rzepakowy oraz syrop glukozowy. Badania pokaza³y, ¿e dro¿d¿eYarrowia lipolytica A-101 bez wzglêdu na Ÿród³o wêgla charakteryzuj¹ siê dobr¹akumulacj¹ selenu i chromu w komórce. Otrzymane wyniki zachêcaj¹ do dalszychbadañ oraz pokazuj¹ jak olbrzymi potencja³ maj¹ dro¿d¿e tego gatunku.

Z badañ Fernandes i in. [10] wynika, ¿e dro¿d¿e paszowe powstaj¹ce przyprodukcji etanolu z trzciny cukrowej s¹ równie¿ zasobne w makro- i mikroelementy.Zawieraj¹ one szczególnie du¿o potasu i ¿elaza oraz sodu, cynku, rubidu, bromu,ceru i chromu. Nie jest jednak znana bioprzyswajalnoœæ tych pierwiastków u zwie-rz¹t gospodarskich.

W Polsce powsta³a równie¿ bezodpadowa technologia produkcji dro¿d¿y paszo-wych Biocer®, wzbogacanych w selen, cynk oraz chrom na bazie kultur Saccharo-

myces cerevisiae oraz melasy. Œrednia zawartoœæ selenu w tych dro¿d¿ach wynosi³a1534 ppm, cynku 8717 ppm, natomiast chromu 891 ppm [24]. Istotna jest du¿abioprzyswajalnoœæ tych pierwiastków u zwierz¹t. Badania na tucznikach, u którychw diecie zastosowano dro¿d¿e Biocer® pokaza³y, ¿e absorpcja pozorna wynosi³a dla:Zn ponad 68%, Se ponad 80%, a Cr ponad 43% i by³a wy¿sza ni¿ w grupie kontrolnej,której podawano mieszankê ze standardowym premiksem [18].


Podsumowanie

Produkt uboczny, jakim jest frakcja glicerynowa powstaj¹ca przy produkcjibiopaliw mo¿e stanowiæ cenne Ÿród³o surowców dla przemys³u paszowego – glice-rolu oraz biomasy dro¿d¿owej wytwarzanej przy u¿yciu dro¿d¿y szczepu Yarrowia

lipolytica. Biomasa tych dro¿d¿y jest cennym Ÿród³em bia³ka o dobrym sk³adzieaminokwasowym, Ÿród³em witamin oraz sk³adników mineralnych.

Krajowa produkcja bia³kowych surowców paszowych nie pokrywa zapotrzebo-wania, co stwarza potrzebê ich importu. Polski przemys³ paszowy wykorzystujedro¿d¿e pochodz¹ce z browarów i importowane dro¿d¿e Saccharomyces cerevisiae

wzbogacone w mikrosk³adniki, takie jak chrom, selen i ¿elazo. Unikalne w³aœciwoœcidro¿d¿y szczepu Yarrowia lipolytica mog¹ u³atwiæ zagospodarowanie produktówubocznych po produkcji biodiesla, a produkcja biomasy pozwoli na zmniejszeniedeficytu pasz bia³kowych na krajowym rynku paszowym.

Literatura

[1] Barnett J.A., Payne R.W., Yarrow D. 1990. Yeasts: Characteristics and identification. Cambridge UniversityPress: 683–684.

[2] Barowicz T. Dro¿d¿e w ¿ywieniu zwierz¹t. «http://www.wrp.pl/index.php?nr=14&id=1834».

[3] Barth G., Gaillardin C. 1997. Physiology and genetics of the dimorphic fungus Yarrowia lipolytica. FEMSMicrobiology Rev. 19: 219–237.

[4] B³a¿ejak S., Duszkiewicz-Reinhard W., Gniewosz M., Rostkowska-Demner E., Domarad E. 2002. Badaniezdolnoœci wi¹zania magnezu przez dro¿d¿e piwowarskie Saccharomyces cerevisiae w warunkach hodowlistacjonarnej. Techno. Alimentaria 1(2): 55–69.

[5] Carlton M.S., Veum T.L., Turk J.R. 205. Effects of yeast extract versus animal plasma in weaning pig diets ongrowth and intestinal morphology. J. Swine Health Prod. 3(4): 204–209.

[6] Community Register of feed additives pursuant to Regulation (EC) No 1831/2003, 38th ed.: publi. on 22 Dec. 2008.

[7] Czajgucka A., Chrzanowska J., Juszczyk P., Szo³tysik M., Wojtatowicz M. 2003. Aktywnoœæ proteolitycznaszczepów dro¿d¿y pochodz¹cych z serów Rokpol. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 2(1–2): 73–81.

[8] Dobrzañski Z., Doliñska B., Chojnacka K., Opaliñski S., Ryszka F. 2006. Znaczenie dro¿d¿y w ¿ywieniuzwierz¹t gospodarskich. Acta Sci. Pol. Medicina Vete. 5(2): 49–66.

[9] Dyrektywa Unii Europejskiej 2003/30/EC z dnia 8 maja 2003 r.

[10] Fernandes E.A.N., Nepomuceno N., Trevizam A.B., Amorim H.V. 1998. From potential to reality: Yeastsderived from ethanol for animal nutrition. J. Radioanalyt. Nuclear Chem. 234 (1–2): 113–118.

[11] FerreiraA.,ViljoenB.2003.Yeastasadjunct starters inManfredCheddarcheese. Int. J.ofFoodMicrob.86:131–140.

[12] Fisher L.J., Erfle J.D., Lodge G.A., Sauer F.D. 1973. Effects of propylene glycerol supplementation of the diet ofdairy cows on feed intake, milk yield and composition, and incidence of ketosis. Can. J. of Animal Sci. 53: 289–296.

[13] Gardini F., Suzzi G., Lombardi A. 2001. A survey of yeasts in traditional sausages of southern Italy. FEMS YeastRes. 1: 161–167.

[14] Iucci L., Patrignani F., Belletti N., Ndagijimana M., Guerzoni M., Gardini F., Lanciotti R. 2007. Role ofsurface-inoculated Debaryomyces hansenii and Yarrowia lipolytica strains in dried fermented sausagemanufacture. Evaluation of their effect on sensory quality and biogenic amine content. Meat Sci. 75: 669–675.

[15] Jurgens M.H., Rikabi R.A., Zimmerman D.R. 1997. The effect of dietary active dry yeast supplement onperformance of sows during gestation-lactation and their pigs. J. Anim. Sci. 75: 593–597.

[16] Juszczyk P., Rymowicz W. 2005. Fodder yeast production from raw glycerol. Symposium on RecentApplications in Bioprocess Engineering was sponsored by Fortum Foundation, Valio Ltd., Vanajan Korppu Oyand Saarioinen Oy, Recent Applications in Bioprocess Engineering. Hameenlinna, Finland.


[17] Kijora C., Bergner H., Kupsch R.D., Hegemann L. 1995. Glycerin als Futterkomponente in der Schweinmast.Archiv fur Tierernährung 47: 345–360.

[18] Korniewicz A., Dobrzañski Z., Ko³acz R., Korniewicz D. 2003. Bioavailability of zinc, selenium and chromiumfrom yeasts Saccharomyces cerevisiae for swine. Chem. Agric. 4: 171–181.

[19] Lemmers P., Honeyman M., Bregendahl K., Keer B., Weber T., Dozier W., Kidd M. 2007. Energy value ofcrude glycerol fed to pigs. Research A.S. Leaflet R2225 Iowa State University Animal Industry Report.

[20] Liu G.J., Martin D.K., Gardner R.C., Ryan P.R., 2002. Large Mg2+ – dependent currents are associated with theincreased expression of ALRI in Saccharomyces cerevisiae. Microbiol. Letters 213(2): 231–237.

[21] Maribo H., Mikkelsen K.J. 2008. Glycerol til smagrise. Dansk Svineproduktion, 832, 2.[22] Musia³ J., Juszczyk P., Rymowicz W., Kinal S. 2005. Produkcja dro¿d¿y paszowych Yarrowia lipolytica

wzbogaconych w selen i chrom. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 4(1–2): 55–64.[23] Po³omska X., Wojtatowicz M., ¯arowska B., Szo³tysik M., Chrzanowska J. 2007. Skrining pod³o¿y do

produkcji liofilizowanych szczepionek dro¿d¿owych dla serowarstwa. Acta Sci. Pol. Biotechnol. 6(3): 3–14.[24] Ryszka F., Dobrzañski Z., Doliñska B. 2002. Optimization of the process of selenium, chromium and zinc

incorporation into yeasts Saccharomyces cerevisiae. Chem. Agric. 3: 234–239.[25] Sinigaglia M., Lanciotti R., Guerzoni M.E. 1993. Biochemical and physiological characteristics of Yarrowia

lipolytica strains in relation to isolation source. Can. J. of Microb. 40: 54–59.[26] Skomia³ J. 2001. ¯ywienie zwierz¹t i paszoznawstwo. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa, 3: 227 ss.[27] Vogt A. 2004. Nowa technologia otrzymywania estrów etylowych wy¿szych kwasów t³uszczowych z t³usz-

czów roœlinnych i zwierzêcych – komponentów biopaliw i surowców oleochemicznych. Mat. Konf. Faktyi mity o biopaliwach. Wroc³aw 17 listopada 2004, SNTIiTR NOT: 17–32.

[28] ZDL, Positivliste für Einzelfuttermittel, 7 Auflage, Normenkommission für Einzelfüttermittel imZentralausschuss der Deutschen Landwirtschaft, 2008.

Utilization of glycerol and yeast biomass producedfrom glycerol in the animal nutrition

Key words: raw glycerol, fodder yeast, Yarrowia lipolytica, biomass

Summary

The possibility of utilization in animal nutrition of glycerol, by-product atbiodiesel production, is reviewed in the paper. In the nearest future about 1 milion tonof glycerol will be produced in Europe. Pure glycerol may be added, in limitedamounts, directly into animal feeds, or it may be processed into biomass by usingYarrowia lipolytica yeast. Yarrowia lipolytica biomass produced from glycerol con-tains the protein of balanced amino acid composition, vitamins and minerals. More-over, it can be enriched in some most important microelements. The alternative way ofutilizing wastes arised after biodiesel production not only is important for environ-ment protection issues but may also supply a valuable fodder for animals.


Efektywnoœæ funkcjonowania gospodarstwzbo¿owych o wielkoœci 8–16 ESU

Marek ZieliñskiZak³ad Ekonomiki Gospodarstw Rolnych

Instytut Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki ¯ywnoœciowej–Pañstwowy Instytut Badawczy

ul. Œwiêtokrzyska 20, 00-002 Warszawa

email: [email protected]

S³owa kluczowe: gospodarstwo zbo¿owe, efektywnoœæ techniczna,efektywnoœæ ekonomiczna, DEA

Wstêp

W Polsce funkcjonuje niespe³na 37,5 tys. gospodarstw zbo¿owych o wielkoœciekonomicznej powy¿ej 2 ESU (European Size Unit – Europejska Jednostka Wiel-koœci). Blisko 15,3% tej liczby stanowi¹ gospodarstwa o wielkoœci ekonomicznej8–16 ESU. Powszechnie uznaje siê, ¿e gospodarstwa tej grupy z regu³y cechujezbli¿ona do parytetowej op³ata pracy w³asnej oraz zdolnoœæ akumulowania œrodków,co informuje o ich bie¿¹cej zdolnoœci konkurencyjnej oraz mo¿liwoœci przysz³egotrwania [1].

Czêsto uznaje siê, ¿e specjalizacja produkcji umo¿liwia racjonaln¹ eksploatacjêposiadanego parku maszynowego, efektywne wykorzystanie infrastruktury produk-cyjnej oraz sprawne zarz¹dzanie, sk¹din¹d mo¿liwe coraz czêœciej przy u¿yciuspecjalistycznego oprogramowania komputerowego, to w rzeczywistoœci tylko nie-wielka czeœæ gospodarstw dzia³a w pe³ni efektywnie [5]. Przyczyn tego stanu rzeczyjest wiele, a wœród nich nale¿y wyró¿niæ trudnoœci z optymalnym wykorzystaniemposiadanych zasobów œrodków trwa³ych, ponoszenie nieuzasadnionych kosztówpracy oraz dodatkowe nak³ady obrotowych œrodków produkcji, a tak¿e niekorzystneprzyrodnicze warunki gospodarowania. Gospodarstwa maj¹ jednak mo¿liwoœcizwiêkszania swojej efektywnoœci. Wiele tu zale¿y od posiadanej techniki wytwór-czej, stosowanych technologii, marketingu oraz organizacji produkcji, jak i od w³aœ-ciwej wielkoœci oraz struktury nak³adów, które warunkuj¹ uzyskanie optymalnegorozmiaru produkcji [4]. Niestety pomiar efektywnoœci technicznej gospodarstw,o którym mowa stanowi tylko warunek konieczny, ale czêsto niewystarczaj¹cyw bli¿szej ocenie efektywnoœci ich funkcjonowania [3]. St¹d przedmiotem tego


opracowania jest ocena nie tylko efektywnoœci technicznej gospodarstw, ale równie¿ich efektywnoœci ekonomicznej.

W opracowaniu podjêto próbê okreœlenia przyczyn dysproporcji w efektywnoœcirealizowania procesu rolniczego w grupie gospodarstw zbo¿owych o wielkoœci ekono-micznej 8–16 ESU i prowadz¹cych rachunkowoœæ roln¹ w 2007 roku. Dla osi¹gniêciazamierzonego celu przedstawiono sytuacjê ekonomiczn¹ i efektywnoœæ wykorzystaniaposiadanych zasobów w gospodarstwach uznanych za efektywne technicznie, na tlegospodarstw pozosta³ych. Charakterystyka pozosta³ych, wybranych ich cech jest opartana wskaŸniku efektywnoœci technicznej (Variable Return to Scale) ustalonym metod¹nieparametryczn¹ – Data Envelopment Analysis (DEA).

Metoda badañ

Z danych Polskiego FADN wyodrêbniono grupê 235 gospodarstw zbo¿owychprowadz¹cych rachunkowoœæ roln¹ w 2007 roku. Nastêpnie grupê tê podzielonopocz¹tkowo na dwie (wariant I), a nastêpnie na trzy (wariant II) podgrupy, w zale¿-noœci od wskaŸnika efektywnoœci technicznej ustalonego metod¹ DEA. W wariancie Iza gospodarstwa efektywne uznano te, których wskaŸnik efektywnoœci technicznejby³ równy 1, natomiast wszystkie pozosta³e uznano za nieefektywne. W wariancie IIpierwsz¹ podgrupê stanowi³o 13,2% gospodarstw efektywnych, zwanych dalej wzor-cowymi, o wielkoœci wskaŸnika efektywnoœci technicznej wiêkszej b¹dŸ równej95,0% (31 gospodarstw), drug¹ – 73,6% (173) gospodarstw problemowych o wiel-koœci tego wskaŸnika w granicach 95,0–64,0%. Natomiast trzecia podgrupa (31) topozosta³e 13,2% gospodarstw zagro¿onych, o wskaŸniku efektywnoœci technicznejwynosz¹cym poni¿ej 64,0%. Przeciêtna wielkoœæ wskaŸnika efektywnoœci technicz-nej w pierwszej podgrupie wynios³a 99,5, w drugiej 79,0, a w trzeciej 56,9%.

Nastêpnie dokonano porównañ charakterystyk obydwu wariantów. Zauwa¿ono,¿e ró¿nice, jakie ukaza³y siê w wyniku porównañ, by³y zbli¿one zarówno podwzglêdem rozmiaru jak i kierunku zmian, co zdecydowa³o o wykorzystaniu dodalszych analiz tylko jednego, w tym wypadku wariantu II.

Wykorzystany wskaŸnik efektywnoœci technicznej zdefiniowano w postaci wzoru:

efktywnoœæ

efekt

nak³ad

� r rr

s

i iv

1

i=1

m

Gdzie: s – liczba efektów,m – liczba nak³adów,�r – wagi okreœlaj¹ce wa¿noœæ poszczególnych efektów,vi – wagi okreœlaj¹ce wa¿noœæ poszczególnych nak³adów.

142 M. Zieliñski

Jako kategoriê efektu do konstrukcji modelu przyjêto wartoœæ produkcji ogó³empowiêkszon¹ o dop³aty i subwencje bud¿etowe [PLN], natomiast w kategoriachnak³adów: pracê w³asn¹ i obc¹, wyra¿on¹ jako koszt pracy w³asnej i wynagrodzeñ[PLN], powierzchniê u¿ytków rolnych [ha], nak³ady aktywów trwa³ych wyra¿onepoprzez amortyzacjê [PLN], oraz koszty ogó³em pomniejszone o amortyzacjê i wyna-grodzenia [PLN]. W celu ustalenia stawek op³aty pracy w³asnej [PLN na 1godz.]w gospodarstwach rolnych wykorzystano dane liczbowe opracowane przez Józwiakai in. [2] dotycz¹ce lat 2004–2006, a tak¿e prognozy wartoœci tej¿e op³aty dla 2007 rokuwyznaczone metod¹ statystycznej ekstrapolacji danych.

Nastêpnie w celu oceny funkcjonowania gospodarstw pierwszej, drugiej i trzeciejpodgrupy, wydzielonej w zale¿noœci od wielkoœci wskaŸnika efektywnoœci technicz-nej, analizie poddano:� Nak³ady pracy ogó³em okreœlone w AWU (Annual Work Unit), jednostkach

przeliczeniowych pracy, przy czym 1 AWU = 2200 godzin pracy rocznie, a udzia³pracowników najemnych [%] ustalono jako relacjê nak³adów pracy najemnej donak³adów pracy ogó³em.

� Zasoby ziemi okreœlone jako ca³kowity obszar ziemi u¿ytkowanej rolniczo,uwzglêdniaj¹cy ziemiê w³asn¹ oraz dzier¿awion¹ na rok lub d³u¿ej oraz ziemiêu¿ytkowan¹ na zasadzie udzia³u w zbiorze z w³aœcicielem; powierzchniê okreœlo-no w hektarach fizycznych. Udzia³ gruntów dzier¿awionych [%] ustalono jakorelacjê zasobów ziemi dzier¿awionej i ogó³em.

� Œredni¹ wartoœæ kapita³u okreœlono jako œredni¹ arytmetyczn¹ wartoœci kapita³una koniec roku obrachunkowego i wartoœci kapita³u na pocz¹tek roku obrachun-kowego. Na wartoœæ kapita³u sk³ada³a siê wartoœæ: zwierz¹t, upraw trwa³ych,urz¹dzeñ melioracyjnych, budynków, maszyn i urz¹dzeñ oraz kapita³u obroto-wego. Miernik ten nie uwzglêdnia wartoœci ziemi bêd¹cej w dyspozycji w³aœci-ciela gospodarstwa rolnego.

� WskaŸnik bonitacji gleby.� Udzia³ gospodarstw le¿¹cych na obszarach o niekorzystnych warunkach gospo-

darowania (ONW),� Wyniki produkcyjne wyra¿one poziomem plonowania pszenicy [t · ha–1],� Techniczne uzbrojenie (wyposa¿enie) pracy mierzone jako relacja œredniej war-

toœci kapita³u do nak³adów pracy ogó³em wyra¿onych w AWU.� Wartoœæ produkcji ogó³em i jej strukturê. Uwzglêdnia ona wartoœæ produkcji

roœlinnej, zwierzêcej i pozosta³ej. Obejmuje: sprzeda¿, przekazania do gospodar-stwa domowego, zu¿ycie na potrzeby gospodarstwa rolnego, ró¿nicê stanu za-pasów, ró¿nicê wartoœci zwierz¹t wywo³an¹ zmian¹ cen, a pomniejszon¹ o zakupzwierz¹t.

� Produktywnoœæ pracy liczon¹ wartoœci¹ produkcji ogó³em na osobê pe³nozatrud-nion¹ [AWU].

� Produktywnoœæ ziemi liczon¹ wartoœci¹ produkcji ogó³em na 1 ha u¿ytkówrolnych.

Efektywnoœæ funkcjonowania gospodarstw zbo¿owych … 143

� Produktywnoœæ kapita³u liczon¹ wartoœci¹ produkcji ogó³em na 1 PLN œredniejwartoœci kapita³u.

� Stopieñ towarowoœci zmierzony relacj¹ wartoœci produkcji sprzedanej do wartoœciprodukcji ogó³em.

� Produktywnoœæ kosztów bezpoœrednich okreœlon¹ jako stosunek wartoœci pro-dukcji sprzedanej do kosztów bezpoœrednich pochodz¹cych z zakupu.

� Strukturê kosztów ogólnogospodarczych, które obejmuj¹ koszty utrzymania ma-szyn i budynków, energii, us³ug oraz pozosta³e.

� WskaŸnik zwi¹zania aktywów mierzony relacj¹ wartoœci aktywów obrotowych doaktywów trwa³ych.

� Stopê inwestowania okreœlon¹ jako relacjê inwestycji brutto do wartoœci umo-rzenia œrodków trwa³ych (amortyzacji).

� Stopieñ zad³u¿enia gospodarstw wyznaczony jako relacja wartoœci kapita³u obce-go (zawieraj¹cego pozostaj¹ce do sp³aty zobowi¹zania d³ugo-, œrednio- i krótko-terminowe) wed³ug stanu na koniec roku obrachunkowego do wartoœci kapita³uw³asnego.

Statystyczn¹ istotnoœæ ró¿nic wyników porównywanych podgrup gospodarstwrolnych stwierdzono testem istotnoœci ró¿nicy dwóch œrednich na poziomie istotnoœci� = 0,15 i przy 202 stopniach swobody.

Charakterystyka cech efektywnych i nieefektywnychgospodarstw zbo¿owych o wielkoœci ekonomicznej 8–16 ESU

Analizuj¹c kondycjê ekonomiczn¹ wyró¿nionych podgrup gospodarstw zbo¿o-wych, na wstêpie zestawiono ich mo¿liwoœci produkcyjne (tab. 1). W tym celupoddano ocenie zasoby i nak³ady najbardziej charakterystyczne dla gospodarstwarolnego. Zasoby u¿ytków rolnych w badanych podgrupach nie by³y zbli¿one. Œredniapowierzchnia u¿ytków rolnych wœród gospodarstw wzorcowych wynios³a bowiem44,5, w problemowych 46,1, a w zagro¿onych 56,2 ha. Dzia³alnoœæ gospodarstwz wszystkich podgrup realizowana by³a nie tylko na gruntach w³asnych. Udzia³ ziemidzier¿awionej w gospodarstwach wzorcowych wyniós³ 38,2, w problemowych 33,4,a w zagro¿onych 35,5%. Pod wzglêdem jakoœci bonitacyjnej gleb przewagê mia³yrównie¿ gospodarstwa najbardziej efektywne. WskaŸnik bonitacji gleb w tej podgru-pie wynosi³ 1,17 i by³ wiêkszy od wskaŸnika bonitacyjnego gleb gospodarstwproblemowych i zagro¿onych odpowiednio o 19,4 i 31,4%. Relacje te znajdowa³ypotwierdzenie w udziale gospodarstw le¿¹cych na obszarach o niekorzystnych wa-runkach gospodarowania (ONW). Gospodarstwa wzorcowe mia³y ich 25,8, proble-mowe 29,5, zagro¿one zaœ 48,3%. Domniemywaæ mo¿na, ¿e gospodarstwa proble-mowe i zagro¿one byæ mo¿e próbowa³y rekompensowaæ gorsze warunki przyrod-nicze wiêksz¹ powierzchni¹ u¿ytkowanych gruntów.

144 M. Zieliñski

Na funkcjonowanie gospodarstwa rolnego istotny wp³yw mia³y nak³ady pracy.Nak³ady pracy w gospodarstwach wzorcowych kszta³towa³y siê na ni¿szym o 10%poziomie ani¿eli w gospodarstwach problemowych i o 35,7% ni¿ w zagro¿onych.W dzia³alnoœci gospodarczej jednych, drugich i trzecich wykorzystywano przedewszystkim pracê w³asn¹ kierownika i cz³onków jego rodziny. Niemniej jednak udzia³pracy najemnej by³ zauwa¿alny. W gospodarstwach wzorcowych wyniós³ on 11,5,w problemowych 4,1, a w zagro¿onych 5,8%.

Poza ziemi¹ i nak³adami pracy potencja³ produkcyjny gospodarstwa stanowirównie¿ œrednia wartoœæ kapita³u. Œrednia wartoœæ kapita³u w gospodarstwach wzor-cowych wynios³a 321,5 tys. PLN i tym razem by³a ona mniejsza ani¿eli w gospo-darstwach problemowych i zagro¿onych odpowiednio o 10 i 13,6%.

Tabela 1. Nak³ady pracy, zasoby ziemi i kapita³u oraz przyrodnicze warunki gospodarowaniaw porównywanych podgrupach gospodarstw o wielkoœci 8–16 ESU i�prowadz¹cych w 2007roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Wyszczególnienie Gospodarstwa

wzorcowe problemowe zagro¿one

Zasoby ziemi [ha]w tym grunty dzier¿awione [%]

44,538,2

46,133,4

56,235,5

Nak³ady pracy [AWU]w tym praca najemna [%]

1,2611,5

1,404,1

1,965,8

Œrednia wartoœæ kapita³u [tys. PLN]w tym kapita³ obcy [%]

321,527,1

357,120,1

372,424,0

WskaŸnik bonitacji gleby 1,17 0,98 0,89

Udzia³ gospodarstw na obszarach o niekorzystnychwarunkach gospodarowania (ONW) [%]

25,8 29,5 48,3

�ród³o: opracowanie w³asne na podstawie Polskiego FADN.

Jeszcze wyraŸniej, ale zgodnie z oczekiwaniami, uwidoczni³y siê ró¿nice w tech-nicznym uzbrojeniu pracy, którego zadaniem jest wspomaganie procesu produk-cyjnego. Stopieñ technicznego uzbrojenia pracy jest efektywn¹ substytucj¹ nak³adówpracy kierownika i cz³onków jego rodziny (rys. 1). Najlepsze techniczne uzbrojeniepracy mia³y gospodarstwa wzorcowe (255 tys. PLN), natomiast najmniejsze – zagro-¿one (190 tys. PLN). Sytuacja tych ostatnich mo¿e dziwiæ, poniewa¿ maj¹c naj-wiêksz¹ œredni¹ wartoœæ kapita³u równoczeœnie ponosi³y one najwiêksze nak³adypracy. Domniemywaæ mo¿na, ¿e ten stan rzeczy by³ najprawdopodobniej wynikiemz³ej organizacji produkcji gospodarstw.

Gorsze warunki gospodarowania w przypadku gospodarstw problemowych i za-gro¿onych znalaz³y swoje odbicie w ni¿szych plonach pszenicy (rys. 2). Dostrze¿ononp., ¿e najs³abiej w tej kwestii wypad³y gospodarstwa zagro¿one (3,86 t · ha–1).Natomiast zauwa¿alnie wiêkszy plon w tym przypadku uzyska³y gospodarstwaproblemowe (4,54 t · ha–1) i wzorcowe (5,03 t · ha–1).

Dziêki korzystniejszym wynikom produkcyjnym, gospodarstwa wzorcowe zre-alizowa³y w 2007 roku odpowiednio o 20,7 i 32,8% wiêksz¹ wartoœæ produkcji


ogó³em od gospodarstw problemowych i zagro¿onych. Wartoœæ produkcji w gospo-darstwach najlepszych wynios³a 157,1 tys. PLN, w pozosta³ych podgrupach nato-miast odpowiednio 130,3 i 118,3 tys. PLN.

Z analizy struktur gospodarstw trzech analizowanych podgrup wynika, ¿e wewszystkich przypadkach, zgodnie z przewidywaniami, dominowa³a produkcja zbó¿(tab. 2). Mimo to w gospodarstwach wzorcowych ich udzia³ by³ o 1,0 p.p. ni¿szy ni¿w gospodarstwach problemowych i identyczny jak w zagro¿onych. Natomiast w gos-podarstwach zagro¿onych mniejszy by³ udzia³ roœlin oleistych ani¿eli w gospo-darstwach efektywnych i problemowych, odpowiednio o 2,4 i 0,5 p.p. Produkcjazwierzêca, ogólnie niewielka, wiêksze znaczenie mia³a w gospodarstwach proble-mowych (3,1%) i zagro¿onych (3,5%), natomiast œladowe we wzorcowych (0,4%).Produkcja pozosta³a kszta³towa³a siê na niskim poziomie i we wszystkich analizo-wanych przypadkach nie przekroczy³a 1,4%. Ponadto w obydwu podgrupach gospo-darstw nieefektywnych, i to przede wszystkim tych zagro¿onych, w udziale wartoœciprodukcji ogó³em zauwa¿alne znaczenie mia³o zu¿ycie wewnêtrzne (7,0%). By³o onowiêksze ni¿ np. w gospodarstwach wzorcowych o 5,2 p.p. Œwiadczy to prawdo-

146 M. Zieliñski

Rysunek 1. Techniczne uzbrojenie pracy w porównywanych podgrupach gospodarstw o wiel-koœci 8–16 ESU i prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN�ród³o: opracowanie w³asne na podstawie Polskiego FADN.

Rysunek 2. Plon pszenicy w porównywanych podgrupach gospodarstw o�wielkoœci 8–16 ESUi prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN�ród³o: opracowanie w³asne na podstawie Polskiego FADN

podobnie o tym, ¿e w gospodarstwach owych wiêksza wartoœæ produktów roœlinnychzosta³a wytworzona i zu¿yta w ramach dzia³alnoœci operacyjnej, np. w postaci paszdla utrzymywanych zwierz¹t, nasion i sadzeniaków.

Tabela 2. Struktura wartoœci produkcji w porównywanych podgrupach gospodarstw o wiel-koœci 8–16 ESU i prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Struktura wartoœci produkcji Gospodarstwa


Zbo¿a [%] 68,6 69,6 68,6

Roœliny oleiste [%] 15,9 14,0 13,5

Pozosta³e uprawy roœlinne1[%] 11,0 6,8 5,2

Produkcja zwierzêca [%] 0,4 3,1 3,5

Produkcja pozosta³a [%] 1,3 1,1 1,4

Przekazanie do gospodarstwa domowego [%] 1,0 0,5 0,8

Zu¿ycie wewnêtrzne [%] 1,8 4,9 7,0

Razem [%] 100 100 100

1Roœliny bia³kowe, energetyczne, ziemniaki, buraki cukrowe, przemys³owe i uprawy pastewne.


Oceniaj¹c produktywnoœæ trzech podstawowych czynników wytwórczych za-uwa¿ono, ¿e wydajnoœæ pracy liczona wartoœci¹ produkcji ogó³em na osobê pe³no-zatrudnion¹ (AWU) by³a odpowiednio o 33,9 i 103,4% wiêksza w gospodarstwachwzorcowych ni¿ problemowych i zagro¿onych. Nie inaczej by³o w przypadku pro-duktywnoœci kapita³u. W tym przypadku gospodarstwa efektywne mia³y j¹ wiêksz¹ani¿eli gospodarstwa problemowe i zagro¿one odpowiednio o 33,7 i 43,4 p.p.Zauwa¿alne ró¿nice na korzyœæ gospodarstw efektywnych uwidoczni³y siê równie¿w przypadku produktywnoœci ziemi. Gospodarstwa efektywne mia³y j¹ odpowiednioo 24,8 i 67,7% wiêksz¹ ni¿ problemowe i zagro¿one (tab. 3).

Tabela 3. Produktywnoœæ pracy, ziemi i kapita³u w porównywanych podgrupach gospodarstwo wielkoœci 8–16 ESU i prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Wartoœæ produkcji ogó³em Gospodarstwa


Na osobê pe³nozatrudnion¹ [tys. PLN · AWU–1

] 124,7 93,1 61,3

Na 1 ha u¿ytków rolnych [tys. PLN · ha–1

] 3,5 2,8 2,1

Na 1 PLN œredniej wartoœci kapita³u 0,488 0,365 0,318


Gospodarstwa efektywne, to gospodarstwa niemal¿e w ca³oœci nastawione naprodukcjê towarow¹, o czym œwiadczy 97,1% udzia³ wartoœci produkcji sprzedanejw produkcji ogó³em (tab. 4). Natomiast w gospodarstwach bêd¹cych punktem odnie-sienia udzia³ ten by³ mniejszy, aczkolwiek nieznacznie, i wyniós³ w gospodarstwachproblemowych i zagro¿onych odpowiednio 94,2 i 92,0%. Powy¿sze oznaczaæ mo¿e,


¿e bardziej efektywne w ich przypadku by³oby wiêksze skoncentrowanie siê naprodukcji towarowej.

W gospodarstwach wzorcowych odnotowano ponadto wiêksz¹ w stosunku dogospodarstw problemowych i zagro¿onych produktywnoœæ kosztów bezpoœrednichpochodz¹cych z zakupu. Wydajnoœæ tych nak³adów w wartoœci produkcji sprzedanejwynios³a bowiem w gospodarstwach wzorcowych 424,9% i by³a wiêksza ni¿ w gos-podarstwach problemowych o 62, a w zagro¿onych o 132,5 p.p. Oznacza to, ¿ew gospodarstwach wzorcowych 1 z³ wydany na zakup œrodków produkcji generowa³wartoœæ produkcji sprzedanej w kwocie blisko 4,3 z³, podczas gdy w gospodarstwachproblemowych i zagro¿onych odpowiednio 3,62 i 2,92 PLN.

Tabela 4. Towarowoœæ produkcji i produktywnoœæ kosztów bezpoœrednich pochodz¹cychz zakupu w porównywanych podgrupach gospodarstw o wielkoœci 8–16 ESU i�prowadz¹cychw 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Wartoœæ produkcji sprzedanej Gospodarstwa


Do wartoœci produkcji ogó³em [%] 97,1 94,5 92,0

Do wartoœci kosztów bezpoœrednich pochodz¹cych z zakupu [%] 424,9 362,9 292,4


Tabela 5. Struktura kosztów ogólnogospodarczych w porównywanych podgrupach gospo-darstw o wielkoœci 8–16 ESU i prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Struktura kosztów ogólnogospodarczych [%] Gospodarstwa


Koszty utrzymania maszyn i urz¹dzeñ 29,8 28,4 0,8

Energia 47,1 50,1 52,0

Us³ugi 13,9 10,1 4,6

Pozosta³e 9,2 11,4 12,6


W tabeli 5 przedstawiono strukturê kosztów ogólnogospodarczych w jednej,drugiej i trzeciej podgrupie gospodarstw. We wszystkich tych przypadkach najistot-niejsz¹ pozycj¹ by³y koszty energii, nastêpnie utrzymania maszyn i urz¹dzeñ, us³ugoraz pozosta³e. Niemniej jednak zauwa¿ono, ¿e w gospodarstwach wzorcowychw porównaniu z problemowymi i zagro¿onymi wiêksze znaczenie mia³y np. us³ugi,a mniejsze energia (paliwa silnikowe, oleje smarne, energia elektryczna, paliwagrzewcze), odpowiednio o 3,8 i 9,3 p.p. Zapewne w³aœciciele tych gospodarstw zakorzystniejsze z punktu widzenia finansowego uznali nie wykonywanie czêœci zabie-gów produkcyjnych w³asnym sprzêtem, a skorzystanie z us³ug. Trzeba pamiêtaæ, ¿egospodarstwa wzorcowe przyjmuj¹c tak¹ strategiê ograniczy³y nie tylko kosztyu¿ytkowania, które wynikaj¹ z bezpoœredniej pracy, ale równie¿ koszty utrzymaniaw³asnych maszyn i urz¹dzeñ.

148 M. Zieliñski

Wœród gospodarstw analizowanych podgrup wiêcej w maj¹tek trwa³y inwesto-wa³y gospodarstwa efektywne. WskaŸnik relacji inwestycji brutto do amortyzacjiw ich przypadku wyniós³ bowiem 364,7%, podczas gdy w gospodarstwach proble-mowych 133,8%, a w zagro¿onych 106,6% (tab. 6). Na uwagê zas³uguje równie¿ fakt,¿e gospodarstwa wzorcowe lepiej wykorzystywa³y aktywa trwa³e. Œwiadczy o tymkorzystniejszy poziom wskaŸnika zwi¹zania aktywów.

Zdecydowana wiêkszoœæ aktywów znajduj¹ca siê w posiadaniu wszystkich trzechpodgrup gospodarstw w podstawowym stopniu finansowana by³a kapita³em w³as-nym. Niemniej jednak udzia³ kapita³u obcego w kapitale w³asnym by³ zauwa¿alnyzarówno w gospodarstwach wzorcowych, problemowych, jak i zagro¿onych, wyno-sz¹c odpowiednio: 21,5, 16,8 i 21,9%.

Tabela 6. Charakterystyki wybranych cech porównywanych podgrup gospodarstw o�wielkoœci8–16 ESU i prowadz¹cych w 2007 roku rachunkowoœæ dla Polskiego FADN

Wyszczególnienie Gospodarstwa


Stopa inwestowania [%] 364,7 133,8 106,6

Zad³u¿enie [%] 21,5 16,8 21,9

WskaŸnik zwi¹zania aktywów [%] 23,1 21,4 19,3


Wnioski

Potrzeba przeprowadzenia analizy wynika³a z zamiaru oceny sytuacji ekono-micznej i efektywnoœci wykorzystania posiadanych zasobów w trzech umownie wy-dzielonych (ze wzglêdu na wielkoœæ wskaŸnika efektywnoœci technicznej) pod-grupach gospodarstw zbo¿owych o wielkoœci ekonomicznej 8–16 ESU, które prowa-dzi³y w 2007 roku rachunkowoœæ roln¹ dla Polskiego FADN. Pierwsz¹ podgrupêstanowi³y gospodarstwa wzorcowe ze wskaŸnikiem na poziomie wiêkszym b¹dŸrównym 95%, drug¹ gospodarstwa problemowe o wielkoœci wskaŸnika 95–64%,a trzeci¹ pozosta³e gospodarstwa zagro¿one o wielkoœci wskaŸnika poni¿ej 64%.Przes³ankê do tego typu analizy stanowi³o przekonanie autora, ¿e wiêcej informacjio efektywnoœci funkcjonowania tych gospodarstw mo¿na uzyskaæ, gdy z poziomu ichogólnej efektywnoœci ekonomicznej przejdzie siê na poziom techniczny. Jak wiado-mo ustalenie samej efektywnoœci technicznej za pomoc¹ np. metody DEA nie wyra¿aszczegó³owo ani potencja³u produkcyjnego, efektywnoœci poszczególnych czynni-ków produkcji, ani te¿ aktywnoœci inwestycyjnej gospodarstw.

Wyniki tych badañ pozwoli³y sformu³owaæ nastêpuj¹ce wnioski:� Gospodarstwa wzorcowe to gospodarstwa, które na tle ca³ej badanej zbiorowoœci

w sposób najbardziej optymalny wykorzystywa³y zasoby maj¹tku trwa³ego, w spo-sób przemyœlany ponosi³y koszty pracy i obrotowych œrodków produkcji. Charakte-


ryzowa³y siê najmniejszymi nak³adami pracy oraz mia³y najmniejszy obszar u¿yt-ków rolnych i kapita³, ale najlepsze techniczne uzbrojenie pracy. By³y to gospodar-stwa nastawione na produkcjê roln¹ zdominowan¹ przez produkcjê zbó¿, z istotnymudzia³em roœlin oleistych i z dobrymi glebami. Gospodarstwa te trafnie dopasowy-wa³y siê do wymagañ rynku, na co wskazuje wysoki wskaŸnik towarowoœciprodukcji. Dysponowa³y ma³o zu¿ytymi œrodkami trwa³ymi, które nadal intensyw-nie unowoczeœnia³y. Niemniej jednak na du¿¹ skalê korzysta³y one równie¿ z us³ug.

� Gospodarstwa problemowe to gospodarstwa, w których wystêpuje niepokoj¹caniegospodarnoœæ ponoszonych w procesie produkcji nak³adów. Spodziewaæ siê tumo¿na by³o bowiem od 5 do 36% mniejszych ponoszonych nak³adów od tych,które mia³y miejsce w rzeczywistoœci. Jednak gospodarstwa te w porównaniuz gospodarstwami wzorcowymi ponosi³y wiêksze nak³ady pracy ogó³em, z mniej-szym udzia³em pracy donajêtej, mia³y wiêksz¹ powierzchniê u¿ytków rolnychi kapita³. Mia³y poza tym s³absze techniczne uzbrojenie pracy. Niedostatecznypoziom jakoœci pracy zarz¹dczej oraz wiedzy w zakresie technologii produkcjirolniczej kierowników i gorsze warunki przyrodnicze wp³ywa³y w ich przypadkuna s³absze wyniki produkcyjne, a wiêc równie¿ na mniejsze wydajnoœci poszcze-gólnych czynników produkcji. Gorzej dopasowywa³y siê równie¿ do wymagañrynku, na co wskazuje ni¿szy wskaŸnik towarowoœci produkcji. Gospodarstwa teowszem inwestowa³y, ale skala inwestycji by³a znacz¹co mniejsza ani¿eli gospo-darstw wzorcowych.

� Gospodarstwa zagro¿one, to gospodarstwa najmniej efektywne w zestawieniu.W gospodarstwach tych nieefektywnie wykorzystywane nak³ady pracy, ziemi,aktywów trwa³ych powinny byæ proporcjonalnie zredukowane co najmniej o 37%bez wp³ywu na poziom uzyskiwanej wartoœci produkcji. Gospodarstwa te w po-równaniu z pozosta³ymi dwoma podgrupami mia³y najwiêksze zatrudnienie,zasoby ziemi i kapita³u. Natomiast techniczne uzbrojenie pracy – najs³absze. Jestprawdopodobne, ¿e niezadowalaj¹ca jakoœæ gleb oraz blisko 50-procentowy udzia³gospodarstw tej podgrupy po³o¿ony na terenach o gorszych warunkach gospoda-rowania ograniczy³y znacz¹co dobór optymalnej struktury produkcji, a wiêc i za-pewne poziom wykorzystania posiadanych zasobów produkcyjnych. Gospodarst-wa te maj¹ trudnoœci z kontaktowaniem siê z rynkiem, na co wskazuje ich ni¿szyani¿eli w pozosta³ych dwóch podgrupach wskaŸnik towarowoœci produkcji. Gos-podarstwa te inwestowa³y, ale by³y to zazwyczaj tylko drobne i niezbêdne z punktuwidzenia procesu produkcyjnego inwestycje.

Literatura

[1] Józwiak W. 2009. Sytuacja ekonomiczna nie wyspecjalizowanych towarowych polskich gospodarstw rolnychw 2013 roku. W: opracowaniu zbiorowym pod kier. A. Kowalskiego pt. Analiza produkcyjno-ekonomicznejsytuacji rolnictwa i gospodarki ¿ywnoœciowej w 2008 roku. IERiG¯–PIB, Warszawa: 214–221.

[2] Józwiak W., JuŸwiak J., Zieliñski M. 2007. Warunki gospodarowania i struktura dochodów a rentownoœækapita³u w³asnego gospodarstwa rolnego, Post. Nauk Rol. 6: 97–106.

150 M. Zieliñski

[3] Kulawik J. 2010. Relacje miêdzy efektywnoœci¹ techniczn¹ a efektywnoœci¹ finansow¹ i organizacyjn¹. W:Sytuacja ekonomiczna, efektywnoœæ finansowa i techniczna gospodarstw powsta³ych w oparciu o mienieby³ych pañstwowych przedsiêbiorstw gospodarki rolnej. J. Kulawik (red.) , IERiG¯–PIB, Warszawa: 217–238.

[4] Rusielik R., Prochorowicz J. 2007. Porównanie efektywnoœci skali produkcji mleka w wybranych gospodar-stwach Europy w 2005 roku. Roczn. Nauk Rol. Seria G, 94(1): 29–34.

[5] Zieliñski M. 2009. Optymalizacja decyzji inwestycyjnych w gospodarstwie zbo¿owym. Journal of Agri-business and Rural Development 12(2): 295–301.

Functional efficiency of the cereal farmswith economic size from 8 to 16 ESU

Key words: cereal farm, technical efficiency, economical efficiency, DEA

Summary

The set of measures and indicators of economic as well as technical and produc-tive nature was obtained. They enable to determine the factors causing differentiationin the efficiency of cereal farms with 8–16 ESU. The study contains results calculatedon the basis of accountancy data from farms included into FADN field of observation.Establishing the level of efficiency used the Variable Return to Scale (VRS) indicatoron the basis of Data Envelopment Analysis (DEA).


† Prof. dr habil. dhc. multi. Dieter Spaar,cz³onek zagraniczny PAN

(1933–2010)

W dniu 30 stycznia 2010 r. zmar³ w Berlinie wskutek choroby nowotworowejprof. Dieter Spaar – zagraniczny cz³onek Polskiej Akademii Nauk w Wydziale VNauk Rolniczych, Leœnych i Weterynaryjnych, do której zosta³ wybrany w 1988 r.w wieku 55 lat.

Profesor Spaar urodzi³ siê 21 wrzeœnia 1933 r. we wsi Salza niedaleko Nordhausen(Turyngia), gdzie ukoñczy³ szkolê œredni¹ w 1952 r. Studia rozpocz¹³ na Uniwer-


sytecie w Jenie, sk¹d – jako wyró¿niaj¹cy siê student – zosta³ skierowany w 1953 r. doWszechzwi¹zkowej Akademii Rolniczej (WASCHNIL) w Moskwie, któr¹ ukoñczy³uzyskuj¹c stopieñ kandydata nauk na podstawie rozprawy pt. „Udoskonalenie i wy-korzystanie analizy serologicznej w diagnostyce wirusowych chorób ziemniaka”.

Po powrocie do NRD w 1958 r. rozpocz¹³ pracê naukow¹ w znanym InstytucieZiemniaka w Gross Lüsewitz nale¿¹cym do Niemieckiej Akademii Nauk Rolniczych.Tu rozwin¹³ bardzo nowoczesne badania w zakresie diagnostyki, klasyfikacji i zwal-czania wirusów oraz fuzaryjnych grzybów ziemniaka i innych roœlin uprawnych.W latach 1970–1977 by³ dyrektorem Instytutu Fitopatologii Akademii Nauk Rolni-czych NRD w Aschersleben, a du¿a aktywnoœæ naukowa i zdolnoœci organizacyjnesprawi³y, ¿e w 1987 r. zosta³ wybrany Prezydentem Akademii Nauk Rolniczych NRDi pozosta³ na tym stanowisku do czasu zmian ustrojowych w Niemczech.

Jako cz³onek zagraniczny PAN prof. Spaar utrzymywa³ bardzo bliskie kontaktyz polskim œrodowiskiem specjalistów nauk rolniczych i wielokrotnie uczestniczy³w Sesjach Naukowych Instytutu Ochrony Roœlin w Poznaniu. Niejednokrotnie zapra-sza³ polskich specjalistów do udzia³u w konferencjach oraz jako wspó³autoróww wydawnictwach ksi¹¿kowych w Niemczech, a zw³aszcza do wspó³autorstwakompendiów pomocnych przy rozpoznawaniu i zwalczaniu agrofagów.

Jako redaktor oraz wspó³autor w latach 2004–2006 prof. Spaar zainicjowa³opracowanie i wydanie drukiem w jêzyku rosyjskim czterotomowej serii pt. „Ochro-na Roœlin w Integrowanych Systemach Rolniczych” oraz dwutomowego wydawnict-wa pt. „Ekologiczna Ochrona Roœlin w Warzywnictwie, Sadownictwie i Winnicach.”.Opracowania te maj¹ bardzo pozytywny wp³yw na doskonalenie i unowoczeœnianieprogramów ochrony roœlin w krajach Europy Œrodkowej i Wschodniej, a zw³aszczaw krajach by³ego ZSRR.

Dobitnym wyrazem uznania dla osi¹gniêæ naukowo-organizacyjnych prof. Spaaraby³ wybór na cz³onka: Akademii Nauk NRD w 1987 r., WASCHNiL w 1987 r.,Polskiej Akademii Nauk w 1988 r. oraz RASCHN w 1990 r. Natomiast uniwersytetyrolnicze w Moskwie, Berlinie i Miñsku nada³y prof. Spaarowi tytu³y „Doctor HonorisCausa”.

Od 1972 r. do ostatnich dni ¿ycia prof. Spaar by³ redaktorem kwartalnika „Ar-chives of Phytopathology and Plant Protection”, z którego uczyni³ czasopismoo zasiêgu œwiatowym wydawanym obecnie przez znany angielski koncern Francisand Taylor. W czasopiœmie tym publikuj¹ swe prace tak¿e polscy autorzy.

Koñcz¹c chcia³bym mocno podkreœliæ, ¿e Prof. Spaar by³ wybitnym uczonymi zas³u¿onym organizatorem nauki oraz autorem i redaktorem wielu ksi¹¿ek i czaso-pism. By³ tak¿e uroczym i przyjacielskim Cz³owiekiem – którego zabra³a przed-wczesna œmieræ – i takim zachowamy go w naszej pamiêci.

Jerzy J. Lipa

Instytut Ochrony Roœlin PIB

w Poznaniu

154 J.J. Lipa

Spis treœci

A. Fiuk, A. Anio³ — Mo¿liwoœci wykorzystania znaczników molekularnychw hodowli zbó¿ o zwiêkszonej tolerancyjnoœci na toksyczne dzia³aniejonów glinu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

A. Buczkowska, M. Rochalska — Wykorzystanie allomonów roœlinnych doochrony plantacji roœlin uprawnych przed szkodliwymi owadami . . . . . 19

K. Machowina, W.K. Œwiêcicki — Alkaloidy i ich znaczenie u ³ubinów . . . 33M. Borzêcka-Walker — Zastosowanie oceny cyklu ¿ycia w badaniach

zwi¹zanych z produkcj¹ biomasy na cele energetyczne. . . . . . . . . . . 49J. Buliñski, Z. Majewski — Zagadnienia ugniatania gleby w œwietle XVIII

konferencji Miêdzynarodowej Organizacji Badañ Uprawy Gleby (ISTRO)w Turcji (15–19 VI 2009 r.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

L. Sas Paszt, E. ¯urawicz, S. G³uszek — Przydatnoœæ istniej¹cych odmiantruskawki do upraw ekologicznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

U. Wachowska — Charakterystyka fungicydów strobilurynowychz uwzglêdnieniem problemu odpornoœci fitopatogenów . . . . . . . . . . 77

E. Cieœlik, A. Gêbusia — Topinambur (Helianthus tuberosus L.) – bulwa ow³aœciwoœciach prozdrowotnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

J. Biernasiak, K. Œli¿ewska, Z. Libudzisz — Negatywne skutki stosowaniaantybiotyków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

J. Biernasiak, K. Œli¿ewska, Z. Libudzisz — Probiotyki w ¿ywieniuzwierz¹t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

A. WoŸnica, A. Czech — Zastosowanie glicerolu i produkowanej z niegobiomasy dro¿d¿owej w ¿ywieniu zwierz¹t . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

M. Zieliñski — Efektywnoœæ funkcjonowania gospodarstw zbo¿owycho wielkoœci 8–16 ESU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Prof. dr habil. dhc. multi. Dieter Spaar, cz³onek zagraniczny PAN(1933–2010) — J.J. Lipa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Contents

A. Fiuk, A. Anio³ — Possibility of using molecular markers in breeding cerealplants with increased tolerance to aluminium toxicity . . . . . . . . . . . 3

A. Buczkowska, M. Rochalska — Using of plant allomones to protection ofcultivated crops from harmful insects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

K. Machowina, W.K. Œwiêcicki — Alkaloids and their importance inlupins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

M. Borzêcka-Walker — Life cycle assessment application in biomass pro-duction for energy purposes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

J. Buliñski, Z. Majewski — Problems of soil compaction in the light of 18thISTRO Conference in Turkey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

L. Sas Paszt, E. ¯urawicz, S. G³uszek — Suitability of existing strawberrycultivars for organic cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

U. Wachowska — Characterization of the strobilurin fungicides in aspect ofphytopathogen resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

E. Cieœlik, A. Gêbusia — Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.)– tuber with pro-healthily nutritive properties . . . . . . . . . . . . . . . 91

J. Biernasiak, K. Œli¿ewska, Z. Libudzisz — Negative consequences of us-ing the antibiotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

J. Biernasiak, K. Œli¿ewska, Z. Libudzisz — Probiotics in animal feeding . 119A. WoŸnica, A. Czech — Utilization of glycerol and yeast biomass produced

from glycerol in the animal nutrition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133M. Zieliñski — Functional efficiency of the cereal farms with economic size

from 8 to 16 ESU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Prof. dr habil. dhc. multi. Dieter Spaar, Foreign Member of the PAS

(1933–2010) — J.J. Lipa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Documents

Postepy nauk rolniczych - Instytucja PAN