Systémy integrované ochrany rostlin - Měření redoxních potenciálů a pH

28. 02. 2018 Doc. Ing. Dr. Jaroslav Benada, CSc.; Kroměříž Choroby Zobrazeno 2012x

Byly používány běžně prodávané platinové a standardní srovnávací nasycené kalomelové elektrody (národní podnik Laboratorní potřeby, Monokrystaly Crytur Turnov a jiné v průběhu let). Později pro speciální měření redoxního potenciálu byly vyrobeny i malé jehlové elektrody z Pt drátu o průměru cca 0,5 mm.

Metoda měření redoxních potenciálů v rostlině

Nejedná se o standardní redoxní potenciál, jak je definován ve fyzikální chemii, ale sledují se změny napětí na měřící elektrodě. Redoxní potenciál se měří jako elektrický proud mezi standardní elektrodou kalomelovou nebo chloridstříbrnou a měřící Pt elektrodou. Tento elektrický článek nelze však zatížit větším odběrem proudu, proto měřicí přístroj musí mít vysoký vstupní odpor alespoň 10 MΩ.

Měření redoxního potenciálu

Elektrody a měřicí přístroje

Byly používány běžně prodávané platinové a standardní srovnávací nasycené kalomelové elektrody (národní podnik Laboratorní potřeby, Monokrystaly Crytur Turnov a jiné v průběhu let). Později pro speciální měření redoxního potenciálu byly vyrobeny i malé jehlové elektrody z Pt drátu o průměru cca 0,5 mm.

Tvar měřících elektrod: plíšková 5 × 5 mm, zašpičatělé nebo tyčinkové 1 × 5 mm. Nejsou vhodné kombinované elektrody, protože neumožňují stanovení redoxního poteniciálu aerobním způsobem v pletivech rostlin. Vyústění standardní elektrody leží příliš vysoko nad Pt elektrodou.

Nejdříve byl používán k měření kompenzační milivoltmetr československé výroby (Mikrotechna Praha), později byly k dostání různé milivoltmetry s vysokým vstupním odporem a mnohem lacinější, např. Digital Multimeter Metex M3650CR s vnitřní rezistencí 10×10^-6 nebo podobné. Je vhodné, aby měřící přístroj měl funkci „max/min data hold“.

Aerobní způsob měření redoxního potenciálu

Do Petriho misky nebo jiné misky vložíme na dno filtrační papír, navlhčíme jej 1% roztokem KCl v destilované vodě nebo jen vodovodní vodou. Srovnávací elektrodu umístíme tak, aby se dotýkala vlhkého papíru (fritou nebo uhlíkovým uzávěrem). Měření se provádí na oddělených orgánech rostlin. Úkrojek bramborové hlízy nebo vegetační vrchol řepky propíchneme Pt elektrodou (nejlépe tyčinkovou) tak, aby celý povrch elektrody byl pokryt rostlinným pletivem.

Pro měření redoxního potenciálu v listech je třeba je svinout, např. listy obilnin svinout po délce od špičky, a ve směru vodivých svazků zabodnout do smotku plíškovou Pt elektrodu. Je třeba počítat s tím, že v rostlinných orgánech existují gradienty redoxního potenciálu, např. u obilnin hodnota redoxního potenciálu klesá od báze ke špičce čepele nebo u bramborové hlízy je podstatný rozdíl redoxního potenciálu mezi povrchem hlízy a její vnitřní částí. Pokud bychom elektrodou propíchli složitější orgán, jako je např. pupen stromu, naměřená hodnota redoxního potenciálu bude představovat průměr redoxních potenciálů jednotlivých základů listů v pupenu.

V případě aerobního způsobu se měří na tak zvaný spodní bod obratu. Pt elektrodu je třeba prepolarizovat a pak sledovat po vpichu pokles hodnoty redoxního potenciálu. Po nějaké době (u prvních listů obilnin to trvá 1 až 2 minuty) potenciál přestane klesat a začne stoupat.

Tuto hodnotu zapíšeme. Pokud má přístroj funkci „data hold“, pak tyto přístroje jsou schopny spodní bod obratu zachytit. Odpadá tím nutnost stále sledovat změny redoxního potenciálu.

Tato metoda byla používána od roku 1964 a publikována v roce 1966 (Benada J.: The gradients of oxidation-reduction potentials in cereals and the dependence of obligate parasites on the redox potentials of the host. Phytopath. Zeitschrift 55 (1966): 265–290.)

Měření redoxního potenciálu v hypoxii

Při ponoření studované části rostliny pod hladinu vody (hypoxie) počne redoxní potenciál klesat až na hodnotu kolem -300 mV. Je to způsobeno tím, že enzymatický redukční systém je plně aktivní, kdežto oxidační enzym není aktivní, protože ve vodě je podstatně méně kyslíku než při plném přístupu vzduchu k pletivu. Rychlost poklesu redoxního potenciálu závisí na životnosti pletiv a aktivitě dehydrogenáz. Např. u klíčících obilek obilnin pokles na tuto spodní hranici může nastat již za 15 minut, ale může trvat i několik hodin. Proto se zaznamenává i doba měření, případně za poslední hodnotou se uvádí poznámka: redoxní potenciál klesá - pomalu, rychle, nemění se nebo kolísá. Při použití této metody bylo zjištěno, že stejná nebo velmi podobná hodnota redoxního potenciálu byla naměřena jak v ponořeném pletivu, tak v okolním vodním prostředí. Z toho lze odvodit, že přenašeče elektronů, u nichž měříme redoxní potenciál, jsou rozpustné ve vodě. Metoda byla publikována v roce 2009 (Benada J.: Non-invasive method for redox potential measurement. Obilnářské listy 17: 15–18, č. 1).

Prepolarizace

Před měřením je nutno Pt elektrodu opláchnout zředěným roztokem ferrikyanidu. K prepolarizaci je možno použít i vodovodní vodu, která sice zpravidla neobsahuje nějaké redoxní systémy, ale obsahuje rozpuštěný kyslík, který rovněž prepolarizuje elektrodu na vyšší hodnotu redoxního potenciálu než bude očekávaná hodnota redoxního potenciálu pletiva. Prepolarizaci je třeba provádět opatrně, protože přenašeče elektronů jsou málo koncentrované a vyšší koncentrace jiného redoxního systému by mohla výsledky ovlivnit. Pro depolarizaci v posledních letech se osvědčila metoda orientačního jednoho nebo dvou vpichů elektrody do rostlinného pletiva. Takto naměřené hodnoty se neberou ve výsledcích v úvahu.

Reprodukovatelnost měření

U srovnatelných rostlinných orgánů vyrostlých v podobných podmínkách a při užití aerobního způsobu měření byla variabilita redoxního potenciálu vyjadřována průměrem měření a střední chybou průměru.

Kolísání hodnot redoxního potenciálu u mladých rostlin obilnin jen s několika listy bylo zpravidla v rozmezí 10 až 20 mV. U dospělejších rostlin je rozptyl hodnot redoxního potenciálu v rámci gradientů větší a je vhodnější uvádět konkrétní hodnoty každého měření.

Jestliže uvážíme, že redoxní potenciály se mohou měnit poměrně rychle činností enzymů, pak jsou důležitější gradienty redoxního potenciálu v individuální rostlině než průměrné hodnoty. Tak lze vymezit oblasti náchylnosti nebo odolnosti (např. u brambor oblast náchylnosti pro plíseň bramboru je uvnitř hlízy s redoxním potenciálem nižším než +344 mV a oblast odolnosti na povrchu hlízy nad touto hodnotou redoxního potenciálu).

Některé výsledky

Uvádím část výsledků týkajících se biofyzikálních stavů v rostlině a jejich aplikací na fytopatologii i na rostlinnou fyziologii. Předkládané výsledky jsou uváděny v hodnotách přímo naměřených, není tedy proveden přepočet na potenciál nasycené kalomelové elektrody (+244 mV).

Aerobní podmínky měření - Redoxní potenciál v listech obilnin leží zhruba v oblasti od -100 do +100 mV, děložní listy slunečnice mají mnohem vyšší redoxní potenciál (vyšší než +200 mV), naproti tomu děložní listy hrachu mají nízký redoxní potenciál (nachází se v záporných hodnotách: byly naměřeny hodnoty -27 až -140 mV).

Měření pH - Kyselost pletiv rostlin se měří v drcených pletivech běžně používanými metodikami ve fyzikální chemii. Používají se skleněné elektrody nebo chinhydronová Pt elektroda.

Měření biofyzikálních hodnot rostlin v terénu

Nepředpokládám, že by tyto hodnoty zjišťovali agronomové. Ale poradci, kteří hodnotí porosty během vegetace, by měli posoudit gradient napadení rostlin, to znamená napadení každého listu v různých jeho částech a podle stadia ontogeneze odhadnout budoucí možnou epidemii a nasazení fungicidu. Pouze v komplikované situaci během vegetace by mělo proběhnout měření redoxního potenciálu.

Hodnocení výskytu jednotlivých chorob nelze provést odhadem průměrného napadení všech listů na stéble.