PL248641B1

PL248641B1 - Sposób biofortyfikacji warzyw w cynk

Info

Publication number: PL248641B1
Application number: PL449179A
Authority: PL
Inventors: Sylwester Smoleń; Łukasz Skoczylas; Marta Liszka-Skoczylas; Joanna Pitala
Original assignee: Univ Rolniczy Im Hugona Kollataja W Krakowie
Priority date: 2024-07-09
Filing date: 2024-07-09
Publication date: 2026-01-05
Also published as: PL449179A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest Sposób biofortyfikacji warzyw w cynk, charakteryzujący się tym, że do fertygacji upraw roślin warzywnych używa się roztworu salicylanu cynku o stężeniu od 0,001 do 0,020 mmol/l, przy czym całkowita dawka w przeliczeniu na cynk wynosi od 0,25 do 5,0 kg Zn/ha powierzchni upraw roślin o krótkim okresie wegetacji oraz od 1 do 20 kg Zn/ha powierzchni upraw o długim okresie wegetacji, a fertygację roztworem salicylanu cynku rozpoczyna się od 2 do 3 tygodni po posadzeniu roślin w miejsce stałe i kontynuuje w sposób ciągły w uprawach w zależności od długości okresu wegetacji roślin, a kończy się wraz z ostatnimi zbiorami konsumpcyjnych części roślin.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób biofortyfikacji warzyw w cynk.

Powszechnie występującym na świecie zjawiskiem społeczno-gospodarczym jest niedożywienie, ukryty głód i endemiczny niedobór pierwiastków w populacji ludzi oraz zwierząt. W skali globalnej największy niedobór dotyczy kilku takich pierwiastków jak: Fe (żelazo w 60%), Zn (cynk w 30%), I (jod w 30%) oraz Se (selen w 15%) (White i Broadley 2009).

Cynk jest pierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzi, zwierząt i roślin i od dawna jest uznawany za mikroskładnik pokarmowy (Marschner 1995, Benton Storey 2007).

Zasadniczo sensu stricto do nawożenia (Marschner 1995, Benton Storey 2007) oraz do biofortyfikacji roślin w cynk od wielu lat wykorzystuje się sole nie organiczne cynku takie jak ZnSO4, ZnCh; cynk w formie chelatów np. Zn-EDTA (Dhaliwal i in. 2021, Poudel i in. 2023), Zn-HEDP (Bhatt i in. 2020) a także nanocząstki tlenku cynku (Sturikova i in. 2018, Dhaliwal i in. 2021, Poudel i in. 2023). Należy pokreślić, że obecnie znanych jest kilkanaście związków chelatujących mikroskładniki pokarmowe jakie mogą być użyte w nawozach na terenie EU: EDTA, DTPA, EDDHA, HEEDTA, EDDHMA, EDDCHA, EDDHSA, IDHA, HBED, HJB, DCHA a także czynniki biodegradowalne takie jak HIDS czy GLDA (REGULATION (EC) No 2003/2003).

Obecnie istnieje duża potrzeba opracowania nowych degradowalnych związków chelatujących/kompleksujących/ligandów mikroelementów, gdyż klasycznie stosowane chelaty np. metal EDTA (Zn-EDTA i inne) nie są biodegradowalne i „zalegają” w środowisku.

Salicylan cynku czyli cynk;2-karboksyfenolan lub disalicylan jest organicznym z wiązkiem powstającym w reakcji cynku z kwasem salicylowym. Literatura opisuje różnorodne i szerokie działanie salicylanu cynku dla człowieka, zwierząt, roślin i mikroorganizmów, a co za tym idzie jego zastosowanie. Znane są doniesienia na temat terapeutycznej skuteczności salicylanu cynku w chorobach układu oddechowego u człowieka. Stwierdzono również, że salicylan cynku jest silniejszy niż kwas salicylowy i kwas acetylosalicylowy pod względem zdolności do hamowania proliferacji komórek i indukowania apoptozy w komórkach nowotworowych.

Badania wykazują, iż salicylan cynku ma działanie grzybobójcze i już z 1943 r. pochodzi opis dolistnego stosowania tego związku na roślinach tytoniu w dawkach 0,125 i 0,25 funta na 100 galonów. Roztwór ten stosowano w celu określenia jego wpływu na rozwój chorób grzybowych. Salicylan cynku wykazał bardzo dobre właściwości w tym zakresie, a autorzy publikacji nie badali aspektu pobierania cynku przez rośliny. W tym samym czasie prowadzono próby z opryskiwaniem ziemniaka roztworami kwasu salicylowego i salicylanu cynku, które potwierdziły, że są one skuteczne jako środek grzybobójczy, ale okazały się być szkodliwe dla roślin.

Z amerykańskiego patentu US 8,703,750 znane jest zastosowanie salicylanu cynku jako środka zwiększającego odporność roślin na choroby. Znane jest również zastosowanie salicylanu cynku jak środka owadobójczego przeciw termitom, co zostało opisane w publikacji z 2016, której autorami był Bayatkashkoli i in.

Z publikacji WO2007076125A2 i US11717533B2 znane są kompozycje preparatów przeciwdrobnoustrojowych, które są nietoksyczne dla ssaków i roślin i są wysoce skuteczne przeciwko szerokiemu spektrum szkodliwych mikroorganizmów chorobotwórczych. Kompozycje przeciwdrobnoustrojowe zawierają co najmniej jeden związek cynku, który działa bakteriobójczo na co najmniej jeden mikroorganizm. Kompozycje przeciwdrobnoustrojowe według wynalazków można rozcieńczać w odpowiednich proporcjach w odpowiednich rozpuszczalnikach w celu uzyskania pożądanych dawek dla każdego indywidualnego zastosowania. Kompozycje przeciwdrobnoustrojowe można nakładać konwencjonalnymi metodami, np. przez natryskiwanie, namaczanie, zamgławianie, impregnację i tym podobne. Kompozycje można także stosować jako środki konserwujące. Mogą mieć postać żeli lub substancji stałych.

W zgłoszeniu US2009188290A1 ujawniono sposób wytwarzania i działania nawozów biotycznych, które „budują” składniki odżywcze gleby poprzez przyspieszenie wzrostu mikroorganizmów wierzchniej warstwy gleby. Nawozy biotyczne mają na celu przede wszystkim zwiększenie populacji cyjanobakterii, formalnie zwanych sinicami i podobnych organizmów, które mają zdolność do prowadzenia fotosyntezy i możliwość pobrania azotu z atmosfery. Przedstawiono metody wytwarzania nawozów biotycznych wykorzystujące odpady pochodzenia zwierzęcego oraz otrzymane w ten sposób pożądane kompozycje. W skład tych kompozycji wchodzi między innymi salicylan cynku, który wymieniany jest jako jeden z kilkunastu związków cynku jakie można wprowadzić do tych nawozów w celu wzbogacenia ich w cynk.

W zgłoszeniu WO2015039983A1 ujawniono środek ochrony roślin zawierający propineb czyli substancję czynną fungicydu oraz różnego rodzaju kwasy tłuszczowe w kompleksie z pierwiastkami metalicznymi w tym cynkiem, którego donorem może być salicylan cynku.

Ze zgłoszenia WO2021064075A1 znany jest środek grzybobójczy dla roślin, zawierający fungicydy, kwasy tłuszczowe oraz mieszaninę różnych związków, w tym salicylanu cynku.

Istota rozwiązania według pierwszego wynalazku polega na tym, że do fertygacji upraw roślin warzywnych używa się roztworu salicylanu cynku o stężeniu od 0,001 do 0,020 mmol/l, przy czym całkowita dawka w przeliczeniu na cynk wynosi od 0,25 do 5,0 kg Zn/ha powierzchni upraw roślin o krótkim okresie wegetacji oraz od 1 do 20 kg Zn/ha powierzchni upraw o długim okresie wegetacji. Fertygację roztworem salicylanu cynku rozpoczyna się od 2 do 3 tygodni po posadzeniu roślin w miejsce stałe i kontynuuje w sposób ciągły w uprawach w zależności od długości okresu wegetacji roślin, a kończy się wraz z ostatnimi zbiorami konsumpcyjnych części roślin.

Korzystnie równocześnie z fertygacją roztworem salicylanu cynku uprawy roślin warzywnych nawadnia się pożywką zawierającą makro- i/lub mikroskładniki pokarmowe roślin, przy czym salicylan cynku jest jedynym nośnikiem cynku.

Korzystnie dla roślin o krótkim okresie wegetacji stosuje się roztwór salicylanu cynku o stężeniu od 0,001 do 0,005 mmol/l.

Korzystnie dla roślin o długim okresie wegetacji stosuje się salicylanu cynku o stężeniu od 0,002 do 0,02 mmol/l.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest fakt, iż fertygacja roślin roztworem salicylanu cynku powoduje pobierane i akumulowane przez rośliny cynku, a także powstawanie wtórnych metabolitów - różnego rodzaju kwasów aromatycznych i ich pochodnych - w roślinach. Pozwala to efektywnie wzbogacać rośliny w cynk przy zastosowaniu niskich molarnych stężeń tego związku.

Rozwiązanie według wynalazku zilustrowano poniższymi przykładami wykonania.

Przykład I

W uprawie hydroponicznej sałaty w systemie cienkowarstwowych kultur przepływowych CKP wprowadzono salicylan cynku do pożywki zawierającej wszystkie makroskładniki i pozostałe mikroskładniki pokarmowe niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Cynk w formie salicylanu cynku był jedynym źródłem cynku w pożywce dla roślin sałaty.

Salicylan cynku stosowano do fertygacji pożywką roboczą w dawce 0,001 mmol/l. Przeprowadzane badania wykazały, że aplikacja salicylanu cynku pozwoliła uzyskać wyższy poziom wzbogacania liści sałaty w cynk tj. 50,09 mg Zn/kg s.m. niż w kontroli, gdzie wyniosła 37,67 mg Zn/kg s.m. oraz wyższy niż w kontroli z aplikacją jodu w formie KI 47,28 mg Zn/kg s.m. Ilość cynku zgromadzona przez liście sałaty biofortyfikowanej salicylanem cynku pozwalała na wzrost pokrycia dzie nnego zapotrzebowania %RDA na ten pierwiastek do 3,22% dla kobiet i 2,34% dla mężczyzn.

Aplikacja salicylanu cynku w porównaniu do kontroli bez jodu powodowała istotne zwiększenie zawartości: cynku i kwasu 5-jodosalicylowego w liściach sałaty - przy czym zawartość kwasu 5-jodosalicylowego w sałacie była również istotnie wyższa niż w przypadku kontroli z aplikacją jodu w formie KI. Oprócz tego wprowadzenie salicylanu cynku do pożywki, w porównaniu do kontroli bez jodu, powodowało obniżenie zawartości: witaminy C, kwasu salicylowego, kwasu 2-joodbenzoesowego, kwasu 2,3,5-trijoodbenzoesowego i kwasu benzoesowego w sałacie. Zastosowanie w pożywce salicylanu cynku w porównaniu do obydwu kontroli nie miało istotnego wpływu na zawartość: suchej masy, P, K, Mg, Ca, S, B, Cu, Fe, Mn i kwasu 3,5-dijodosalicowego w sałacie.

Stosowanie fertygacji salicylanem cynku, podobnie jak stosowanie chelatu Zn-EDTA w dawce 0,001 mmol/l nie było szkodliwe dla roślin sałaty - uzyskano masę główek sałaty na poziomie takim samym jak w obydwu kontrolach. W liściach sałaty zawartość salicylanu cynku po jego aplikacji, podobnie jak i w dwóch obiektach kontrolnych była poniżej limitu oznaczalności techniką spektrometrii mas LC-MS/MS. Wyniki te wskazują, że aplikowany salicylanu cynku w sałacie był metabolizowany/ulegał degradacji i/lub konwersji do kwasu 5-jodosalicylowego - z kolei cynk był wykorzystany w metabolizmie i akumulowany w roślinach sałaty w lepszym stopniu niż cynk w kontroli czyli w formie chelatu Zn-EDTA. Wyższa zawartość kwasu 5-jodosalicylowego w sałacie po aplikacji salicylanu cynku, w stosunku do kontroli z aplikacją jodu potasu, przy jedoczesnym zmniejszeniu zawartości kwasu benzoesowego wskazuje, na efektywne fizjologiczne sprzężenie zwrotne polegające na wyciszeniu syntezy kwasu benzoesowego w roślinach, będącego prekursorem syntezy kwasu salicylowego.

Wszystkie rezultaty przeprowadzonych badań zebrano w Tabeli I.

Przykład II

W uprawie hydroponicznej jarmużu w systemie cienkowarstwowych kultur przepływowych CK P wprowadzono salicylan cynku do pożywki zawierającej wszystkie makroskładniki i pozostałe mikroskładniki pokarmowe niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Cynk z salicylanu cynku był jedynym źródłem cynku w pożywce dla roślin jarmużu.

Salicylan cynku stosowano do fertygacji pożywką roboczą w dawce 0,001 mmol/l. Przeprowadzane badania wykazały, że aplikacja salicylanu cynku pozwoliła uzyskać wyższy poziom wzbogacania roślin jarmużu w cynk jak w kontroli bez jodu, ale jednocześnie wyższy niż w kontroli z jodem w formie KI - w obu kontrolach cynk stosowano w formie chelatu Zn-EDTA. Ilość cynku zgromadzona przez rośliny jarmużu biofortyfikowanego salicylanem cynku pozwalała na wzrost pokrycia dziennego zapotrzebowania %RDA na ten pierwiastek do 2,77% dla kobiet i 2,01% dla mężczyzn.

Wprowadzenie do pożywki salicylanu cynku, w porównaniu do obydwu obiektów kontrolnych powodowało istotne zwiększenie plonu czyli masy roślin jarmużu, zwiększenie zawartości Mn i salicylanu cynku oraz obniżenie zawartości witaminy C i kwasu benzoesowego w jarmużu. Zatem w roślinach jarmużu w przeciwieństwie do roślin sałaty z przykładu I po aplikacji salicylanu cynku odnotowano jego obecność w liściach. Jednocześnie również i w roślinach jarmużu salicylan cynku był metabolizowany i ulegał degradacji i/lub konwersji do kwasu 5 -jodosalicylowego, a ponadto do 5-jodosalicylanu cynku - z kolei cynk był wykorzystany w metabolizmie i akumulowany w roślinach jarmużu w lepszym stopniu niż cynk w kontroli bez jodu czyli w formie chelatu Zn-EDTA. Wobec czego w liściach roślin jarmużu w przeciwieństwie do sałaty z przykładu I wykryto obecność 5-jodosalicylanu cynku. Po aplikacji salicylanu cynku zawartość 5-jodosalicylanu cynku była wyższa niż w kontroli bez jodu ale równocześnie aż o 56% niższa niż w kontroli z jodem.

Aplikacja salicylanu cynku nie miała statystycznie istotnego wpływu na zawartość suchej masy, stan odżywienia roślin w makro- i mikroskładniki pokarmowe za wyjątkiem Mn oraz na zawartość kwasu 3,5-dijodosalicowego i kwasu 2-joodbenzoesowego w jarmużu. Wszystkie rezultaty z przeprowadzonych badań zawarto w Tabeli II.

Przykład III

W uprawie hydroponicznej sałaty w systemie cienkowarstwowych kultur przepływowych CKP wprowadzono salicylan cynku do pożywki takiej samej jak w przykładzie nr I.

Salicylan cynku stosowano do fertygacji pożywką roboczą w dwóch dawkach 0,001 mmol/l i 0,010 mmol/l. Wyniki badań wskazują, że dawka 10 μM salicylanu cynku w stosunku do dawki 1 μM tego związku powodowała o 3,2 razy wyższą akumulacją Zn w sałacie tj. o 113,3 mg Zn/kg s.m. więcej - w porównaniu do kontroli z chelatem Zn-EDTA było to 4,3 krotne zwiększenie zawartości cynku tj. o 125,7 mg Zn/kg s.m. Ilość cynku zgromadzona przez rośliny sałaty biofortyfikowanej z zastosowaniem wyższej dawki salicylanu cynku pozwalała na ponad trzykrotny wzrost pokrycia dziennego zapotrzebowania %RDA na ten pierwiastek w stosunku do próby kontrolnej i ponad dwukrotny w stosunku do sałaty fortyfikowanej niższą dawką salicylanu cynku. Dane te wskazują, że cynk z sali cylanu cynku był bardzo dobrze przyswajalny przez rośliny i akumulował się w liściach sałaty. Należy podkreślić, że zwiększony poziom akumulacji cynku przy zastosowaniu obydwu dawek salicylanu cynku był bezpieczny dla roślin sałaty - nie powodował efektu toksyczności i nie miał wpływu na plonowanie roślin.

Zastosowanie salicylanu cynku w dawce 0,010 mmol/l w stosunku do dawki 0,001 mmol/l powodowało zwiększenie zawartości kwasu salicylowego, 5-jodosalicylanu cynku, kwasu 4-joodbenzoesowego i kwasu 2,3,5-trijoodbenzoesowego oraz zmniejszenie zawartości Fe w sałacie. Dane te wskazują, że salicylan cynku w wyniku procesów metabolicznych ulega konwersji do kwasu 5 -jodosalicylowego oraz przy dawce 0,010 mmol/l do 5-jodosalicylanu cynku, kwasu 4-joodbenzoesowego i kwasu 2,3,5-trijoodbenzoesowego z równocześnie zwiększoną akumulacją cynku w sałacie.

Aplikacja salicylanu cynku w obydwu dawkach, w porównaniu do kontroli z chelatem Zn-EDTA, nie miała wpływu na zawartość: suchej masy, P, K, Mg, Ca, S, B, Cu, Mn i kwasu 3,5-dijodosalicowego w sałacie.

Wszystkie wyniki przeprowadzonych badań zebrano w Tabeli III.

Przykład IV

W uprawie hydroponicznej jarmużu w systemie cienkowarstwowych kultur przepływowych CKP wprowadzono salicylan cynku do pożywki takiej samej jak w przykładzie nr II.

Salicylan cynku stosowano do fertygacji z pożywką roboczą w dwóch dawkach 0,001 mmol/l i 0,010 mmol/l. Wyniki badań wskazują, że dawka 0,010 mmol/l salicylanu cynku w stosunku do dawki 0,001 mmol/l powodowała 2,3 krotne zwiększenie akumulacji Zn w jarmużu, była to o 26,6 mg Zn/kg s.m. wyższa zawartość cynku. W porównaniu do kontroli z zastosowaniem Zn-EDTA, aplikacja 0,010 mmol/l salicylanu cynku powodowała 2,9 krotne zwiększenie zawartości cynku w jarmużu, to jest o 30,9 mg Zn/kg s.m. Ilość cynku zgromadzona przez rośliny jarmużu biofortyfikowanego z zastosowaniem wyższej dawki salicylanu cynku pozwalała na prawie trzykrotny wzrost pokrycia dziennego zapotrzebowania %RDA na ten pierwiastek w stosunku do próby kontrolnej i ponad dwukrotny w stosunku do jarmużu fortyfikowanego niższą dawką salicylanu cynku.

Dane te wskazują, że cynk z salicylanu cynku był bardzo dobrze przyswajalny przez rośliny i akumulowany w liściach jarmużu - w lepszym stopniu niż Zn-EDTA. Ponadto efekt ten był biostymulacyjny dla roślin. Powodował zwiększenie plonu/masy roślin jarmużu.

Aplikacja salicylanu cynku w dawce 0,010 mmol/l w porównaniu do dawki 0,001 mmol/l oraz w stosunku do kontroli powodowała również zwiększenie zawartości Mn, 5-jodosalicylanu cynku i kwasu 3,5-dijodosalicowowego w jarmużu. Uzyskane wyniki wskazują, że salicylan cynku w wyniku procesów metabolicznych w jednakowym stopniu dla obu dawek ulegał konwersji do kwasu 5 -jodosalicylowego. Natomiast dla dawki 0,010 mmol/l versus 0,001 mmol/l salicylanu cynku stwierdzono w wyższym stopniu jego metabolizm: niższą jego akumulację w liściach oraz wydatniejszą konwersję do 5-jodosalicylanu cynku i kwasu 3,5-dijodosalicowego.

W porównaniu z kontrolą z chelatem Zn-EDTA aplikacja salicylanu cynku w obydwu dawkach nie miała istotnego wpływu na zawartość suchej masy, P, K, Mg, Ca, S, B, Fe, i kwasu 4 -joodbenzoesowego w jarmużu.

Wyniki przeprowadzonych badań zostały zestawione w Tabeli IV.

PL 248641 Β1

Kwas benzoesowy (Mg kg¹ s.m.)		U £ ri	1 328,43b \|	\| 1 040,85a \|

1 O
/ ω “
rj			a
3^		<5	ω	o
S O			V
k/ O S¹ * o 3 'E⁵


. o E • «> H
^4^10 « o -		θ'	σ	O
g g t*		o	2	3
DJj			V
o 3

					<
o e
		o	r-	cd	Q
Kwas ibenzo gkg’¹:		5	A	—	elatuE
o 3 o					) cb n).
& — i s					& .S2
r/		cd	-3	en	75 £
		my		f“\|	? —
& W		______	._____	_____.	o s
ί i w					X W;
-$=	a				y u.
ylan ni.)					O _ s-g
.y ± 3 A -5 44	^lŁjT	o		O¹	'Ξ ^J
i?-g e 'w		υ		o
-3 δ οΰ		i	oe	i	znegi LOQ

					^8
o ta			cd	ΓΊ
* X o Di		ś	17,46	38,29	formie naczalt
Ϊ5					śf b
					1ś 5
					0 §
/2		o	θ'	O	1¾
Ξ ej y 3 c Ί		3 V	3 V	01>	liki w t -ponii
ir υ					3g
					2 o i J
					έ v
5 g		rj	f^·	Cl	£
u «		Ch	S-ζ		E -i

Ta όΰ			<N	CM
«		Γ<Ί	Ch		R ~
					u-1
s 5					e °
Ł4					δ a
					V v
5 _ U £					ί· 3
ij 3		r>	rv	ry	Λ 3
ŁO		L)	LJ	L)	cr>
y' ća		V	V	V	t> *» tr ·£
(Λ
					1ε
					N (L> (U 'S L> ^C
			ś		iżyw rami
			s
		a	<u §		ny rw ymi 1
					= E
		N	i	Ξ	p S
6		d	ε		S E
		o N AJ	z jode	/nku;	,S £· 1 o
		•a		CJ	£ §
				P	= R
					§ °
		o
		H	H	u	3 Ή

		O	O	1Δ	2i * 'tzt

PL 248641 Β1

Claims

1. Sposób biofortyfikacji warzyw w cynk, znamienny tym, że do fertygacji upraw roślin warzywnych używa się roztworu salicylanu cynku o stężeniu od 0,001 do 0,020 mmol/l, przy czym całkowita dawka w przeliczeniu na cynk wynosi od 0,25 do 5,0 kg Zn/ha powierzchni upraw roślin o krótkim okresie wegetacji oraz od 1 do 20 kg Zn/ha powierzchni upraw o długim okresie wegetacji, a fertygację roztworem salicylanu cynku rozpoczyna się od 2 do 3 tygodni po posadzeniu roślin w miejsce stałe i kontynuuje w sposób ciągły w uprawach w zależności od długości okresu wegetacji roślin, a kończy się wraz z ostatnimi zbiorami konsumpcyjnych części roślin.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że równocześnie z fertygacją roztworem salicylanu cynku uprawy roślin warzywnych nawadnia się pożywką zawierającą makro- i/lub mikroskładniki pokarmowe roślin, przy czym salicylan cynku jest jedynym nośnikiem cynku.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla roślin o krótkim okresie wegetacji stosuje się roztwór salicylanu cynku o stężeniu od 0,001 do 0,005 mmol/l.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla roślin o długim okresie wegetacji stosuje się salicylanu cynku o stężeniu od 0,002 do 0,02 mmol/l.