UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

Borut GOSAR

VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST TER MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (Echinacea purpurea Moench)

DOKTORSKA DISERTACIJA

AFFECT OF TECHNOLOGICAL FACTORS ON QUALITY AND PURPLE COUNEFLOWER ( Echinacea purpurea Moench) CULTIVATION POSSIBILITIES

DOCTORAL DISSERTATION

Ljubljana, 2010 Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. II Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Doktorska disertacija je bila opravljena na Biotehniški fakulteti, Oddelku za agronomijo, Katedri za aplikativno botaniko, ekologijo in fiziologijo rastlin in informatiko. Poljski poskus je bil postavljen na polju kmetije Gosar v Selu 23, 1217 Vodice. Vse meritve smo izvedli v okviru Katedre za aplikativno botaniko, ekologijo in fiziologijo rastlin in informatiko.

Na podlagi Statuta Univerze v Ljubljani ter po sklepu Senata Biotehniške fakultete in sklepa Senata Univerze z dne 31.03.2009 je bilo potrjeno, da kandidat izpolnjuje pogoje za neposreden prehod na doktorski Podiplomski študij bioloških in biotehniških znanosti ter opravljanje doktorata znanosti s podro čja agronomije. Za mentorja je bila imenovana prof. dr. Dea Bari čevi č.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik: prof. dr. Anton TAJNŠEK Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Član: prof. dr. Dea Bari čevi č Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Član: prof. dr. Samo Kreft Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo

Datum zagovora:

Doktorska disertacija je rezultat lastnega raziskovalnega dela.

Borut GOSAR

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. III Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

KLJU ČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Dd DK UDK 633.88:631.15:631.15:338.439 (043.3) KG Echinacea purpurea /ameriški slamnik/kontrola kakovosti/pridelovanje/ekonomika pridelovanja/pridelek/greben in jarek/zbiranje padavin/zastirke KK AGRIS F01/F08/E10 AV GOSAR, Borut SA BARI ČEVI Č, Dea (mentorica) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101 ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Podiplomski študij bioloških in biotehniških znanosti, podro čje agronomije LI 2010 IN VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST TER MOŽNOST I PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (Echinacea purpurea (L.) Moench) TD Doktorska disertacija OP XII, 86 str., 17 pregl., 31 sl., 86 vir. IJ sl JI sl/en AI V letih 2007, 2008 in 2009 smo naredili ve č poljskih poskusov. V prvem sklopu smo p reu čevali vpliv tehnoloških dejavnikov (razvojna stopnja rastlin, čas jesenske žetve, vpliv genskega vira ter starost nasada) na vsebnost u činkovin v škrlatnem ameriškem slamniku (AS). Na podlagi rezultatov poskusov na vsebnost u činkovin (polisaharidi ter cikorna kislina in kaftarna kislina ) lahko povzamemo, da je na obmo čju lokacije poskusa najprimernejši čas prve žetve rastlin AS, ko ima 30% do 80% cvetnih nastavkov škrlatno obarvane jezi časte cvetove (od konca junija do konca julija). Najprimernejši čas druge žetve rastlin AS je od konca meseca septembra do za četka meseca novembra. V primerjavi s poletnimi žetvami so imele jesenske žetve AS od 22. septembra dalje veliko višje vsebnosti učinkovin. Genski vir 86/4 (ozna čen v genski banki Biotehniške fakultete) je imel višje ali enake, nikoli pa nižje vsebnosti u činkovin v primerjavi z genskim virom 86/6. V drugem sklopu smo preu čevali možnosti pridelovanja AS (kot prve indikatorske rastlinske vrste) na inovativni tehnologiji pridelovanja rastlin, na greben-jarek-greben vodozbirnem (GJGVZ) sistemu z zastirkami. GJGVZ sistem z zastirkami smo naredili tako, da smo z zastirko pokrili dva grebena in jarek med njima, kamor se je odtekala padavinska voda. Uporabili smo neprepustno ter prepustno zastirko, kontrolno obravnavanje pa je ostalo nepokrito. Namakali smo s pomo čjo vakuumske cisterne na na čin, da smo jarek med grebenoma poplavili. Na nenamakanih parcelah je bila v sušnih obdobjih v za četku poskusa vsebnost vode v tleh višja na GJGVZ sistemih z zastirkama v primerjavi z nepokritimi tlemi (Kontrola). V primerj avi s Kontrolo smo na GJGVZ sistemih z zastirkama izmerili višji pridelek AS ter manj delovnih ur, ki so bile potrebne za ro čno odstranjevanje plevela, zaradi česar je bil dobi ček na GJGVZ sistemu z zastirkama višji v primerjavi s Kontrolo. Na koncu poskus a je bila vsebnost rastlinam dostopnega dušika najvišja pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko. V času pomanjkanja padavin je GJGVZ sistem z zastirkama s pomo čjo vakuumske cisterne omogo čal enostavno poplavno namakanje brez erozije grebenov. Zaradi stroš ka nabave zastirke je tak na čin pridelave, na srednje težkih in težkih tleh, primeren za pridelavo rastlin z visoko tržno vrednostjo, ki se obi čajno pridelujejo pod zastirkami (kot so jagode, zelenjava ter nekatere zdravilne rastline) ter za obmo čja, kjer vode za namakalne sisteme ni ali pa je draga. Samo v Sloveniji je verjetno ve č sto potencialnih pridelovalcev, ki zaradi pomanjkanja vodnih virov za namakalne sisteme ne morejo pridelovati rastlin z visoko tržno vrednostjo, ki se obi čajno pridelujejo pod zastirkami.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. IV Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

KEY WORDS DOCUMENTATION

DN Dd DC UDC 633.88:631.15:631.15:338.439 (043.3) CX Echinacea purpurea Moench/ purple coneflower/ drug plants/ production economics/growing/ridge and furrow/water harvesting/mulches CC AGRIS F01/F08/E10 AU GOSAR, Borut AA BARI ČEVI Č, Dea (supervisor) PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101 PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Postgraduate Study of Biological and Biotechnical Sciences, Field: Agronomy PY 2010 TI AFFECT OF TECHNOLOGICAL FACTORS ON QUALITY AND PURPLE COUNEFLOWER ( Echinacea purpurea (L.) Moench) CULTIVATION POSSIBILITIES DT Doctoral Dissertation NO XII, 86 p., 17 tab., 31 fig., 86 ref. LA sl AL sl/en AB In the years 2007, 2008 and 2009 several field trials were carried out. In the first set of the experiments we studied the impact of technological factors (plant development stage, autumn harvest time, impact of genetic source and age of plantation) on the content of active substances in the purple coneflower. Based on the results of the exper iments regarding the content of active substances (polysaccharides cichoric acid and caftaric acid ) we can conclude that in the area where the experiment was conducted the optimum time for the first harvest of plants is when 30% to 80% of the flower accessories have purple tongue-shaped flowers (from late June until the end of July). The optimum second harvest time of the purple coneflower plant is from the end of September to the beginning of November. Autumn harvests of the purple coneflower (from 22 Sept ember) had much higher levels of active substances compared with summer harvests. The genetic source 86/4 (marked in gene bank of Biotechnical faculty) had higher or equal, but not lower levels of active substances compared to the genetic source 86/6. In t he second set of experiments we studied the possibility for cultivation of the purple coneflower (as the first indicator plant species) with the help of the innovative technology of production in the ridge-furrow-ridge rainwater harvest (RFRRH) system with mulches. The RFRRH system was made so that the plastic mulch covers two ridges and the furrow between them, which serves as the rainwater-harvest zone. We used water permeable and waterimpermeable mulch, while the control treatment remained uncovered. Supp lemental irrigation was supplied by means of an agricultural vacuum tanker in such a way that the furrow between the ridges was flooded. At the beginning of the experiment the results showed significantly higher soil water content during dry periods in the non-irrigated plots in the mulch covered RFRRH system, compared with the uncovered ridges (Control). In comparison with the Control the mulch covered RFRRH system produced significantly higher yield and reduced the time required for hand weeding. Because of the higher yield and lower working hours the profit in the RFRRH system with mulches was higher in comparison with the Control. At the end of the experiment, the nitrogen contents available to plants were the highest in the RFRRH system with impermeable mulch. In the event of a rainfall deficiency, the RFRRH system with mulches enabled simple supplemental irrigation, using an agricultural vacuum tanker, by flooding the polyethylene mulch covered furrow with hardly any ridge erosion. Because of the higher costs of buying mulch, the RFRRH system with mulches is suitable for cultivation (on medium-heavy and heavy soils) of high value plants that are usually grown under mulch (such as strawberries, vegetables and some medicinal plants) and for regions where w ater for an irrigation system is not available or is costly. Only in Slovenia there are probably hundreds of potential growers who, due to the lack of water resources for the irrigation systems, cannot produce crops with high market value, which are usually grown under mulches.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. V Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

KAZALO VSEBINE

str.

Klju čna dokumentacijska informacija (KDI) III Key words documentation (KWD) IV Kazalo vsebine V Kazalo preglednic V Kazalo slik VIII Kazalo prilog X Okrajšave in simboli XII

1 UVOD ...... 1 2 PREGLED OBJAV ...... 4 2.1 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP) 4 2.1.1 Sistematika škrlatnega ameriškega slamnika ...... 4 2.1.2 Botani čni opis ...... 5 2.1.3 Domovina ...... 5 2.1.4 Uporabnost ...... 6 2.1.5 Agronomske zna čilnosti ...... 7 2.1.6 Učinkovine ...... 9 2.1.6.1 Alkamidi (izobutil-amidi) 9 2.1.6.2 Polisaharidi 11 2.1.6.3 Fenolne spojine (derivati kavne kisline) 12 2.1.7 Vpliv tehnoloških postopkov po žetvi na koncentracijo aktivnih snovi v škrlatnem ameriškem slamniku...... 14 2.1.8 Klini čne raziskave zdravilnih Echinacea vrst pri zdravljenju infekcij zgornjih dihalnih poti ...... 15 2.2 MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (2. SKLOP) 18 3 MATERIALI IN METODE DELA ...... 21 3.1 OPIS LOKACIJE POSKUSA TER PODNEBNIH IN TALNIH RAZMER V POSKUSNIH LETIH 21 3.2 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP) 24 3.2.1 Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost u činkovin ...... 24 3.2.1.1 Rastlinski material 24 3.2.1.2 Zasnova poskusa 24 3.2.1.3 Agrotehnika 26 3.2.2 Vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost u činkovin ...... 27 3.2.2.1 Rastlinski material 27 3.2.2.2 Zasnova poskusa 27 3.2.2.3 Agrotehnika 27 3.2.3 Vpliv časa žetve enoletnega nasada AS na vsebnost u činkovin ...... 28 3.2.3.1 Rastlinski material 28 3.2.3.2 Zasnova poskusa 28

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. VI Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.2.3.3 Agrotehnika 29 3.3 DOLO ČANJE VSEBNOSTI SEKUNDARNIH METABOLITOV 29 3.3.1 Vzor čenje in priprava vzorcev za kemijske analize ...... 29 3.3.2 Metoda za dolo čanje vsebnosti polisaharidov v škrlatnem ameriškem slamniku ...... 30 3.3.2.1 Priprava rastlinskih izvle čkov 30 3.3.2.2 Spektrofotometri čno dolo čanje vsebnosti polisaharidov 32 3.3.3 Metoda za dolo čanje vsebnosti fenolnih snovi v škrlatnem ameriškem slamniku ...... 32 3.3.3.1 Priprava rastlinskih izvle čkov 32 3.3.3.2 Teko činska kromatografija visoke lo čljivosti 32 3.3.3.3 Priprava rastlinskih izvle čkov 34 3.4 MOŽNOSTI PRIDELOVANJA ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (2. SKLOP) 34 3.4.1 Pridelava škrlatnega ameriškega slamnika na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami ...... 34 3.4.1.1 Zasnova poskusa 34 3.4.1.2 Agrotehnika 37 3.4.1.3 Meritve 41 3.4.1.3.1 Merjenje vsebnosti vode v tleh ...... 41 3.4.1.3.2 Merjenje pridelka ...... 41 3.4.1.3.3 Merjenje časa, ki je bil potreben za ro čno odstranjevanje plevela ...... 42 3.4.1.4 Izra čun gospodarnosti 43 3.4.1.4.1 Dohodek ...... 43 3.4.1.4.2 Dohodek na hektar obdelovalnega zemljiš ča ...... 43 3.4.1.4.3 Pokritje na hektar obdelovalnega zemljiš ča ...... 43 3.4.1.4.4 Dobi ček na hektar ...... 43 3.4.2 Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema z namakanjem na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh ...... 46 3.4.2.1 Zasnova poskusa 46 3.4.2.2 Agrotehnika 46 3.4.2.3 Meritve 48 3.4.2.3.1 Merjenje vsebnosti vode v tleh ...... 48 3.4.2.3.2 Merjenje vsebnosti rastlinam dostopnega N v tleh ...... 48 3.5 STATISTI ČNA OBDELAVA PODATKOV 48 4 REZULTATI IN RAZPRAVA ...... 49 4.1 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP) 49 4.1.1 Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) v triletnem nasadu AS na vsebnost učinkovin ...... 49 4.1.1.1 Polisaharidi 49 4.1.1.2 Kaftarna in cikorna kislina 50 4.1.2 Vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) v triletnem nasadu AS na vsebnost u činkovin ...... 52 4.1.2.1 Polisaharidi 52 4.1.2.2 Kaftarna in cikorna kislina 54 4.1.3 Vpliv časa žetve enoletnega nasada na vsebnost u činkovin v škrlatnem ameriškem slamniku ...... 56 4.1.3.1 Polisaharidi 56 4.1.3.2 Kaftarna in cikorna kislina 58 4.2 MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (AS) (2. SKLOP) 59

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. VII Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

4.2.1 Pridelava AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu ...... 59 4.2.1.1 Vsebnost vode v tleh v enoletnih nasadih AS 59 4.2.1.2 Pridelek v enoletnih nasadih AS 61 4.2.1.3 Čas potreben za odstranjevanje plevela v enoletnih nasadih AS 64 4.2.1.4 Gospodarnost pridelave v dvoletnem nasadu AS 67 4.2.2 Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema z namakanjem na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh ...... 68 5 SKLEPI ...... 71 6 POVZETEK (SUMMARY) ...... 73 6.1 POVZETEK 73 6.2 SUMMARY 75 7 VIRI ...... 79 ZAHVALA

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. VIII Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

KAZALO SLIK

str. Slika 1: Domovina škrlatnega ameriškega slamnika (USA ..., 2009) 6 Slika 2: Alkamidi v zdravilnih Echinacea vrstah (Miller in Yu, 2004) 10 Slika 3: Strukture derivatov kavne kisline v Echinacea vrstah 12 Slika 4: Skica postavitve grebenov in zastirke (pre čni prerez) v greben in jarek vodozbirnem (GJVZ) sistemu (Li in Gong, 2002) 19 Slika 5: Skica postavitve grebenov in zastirke (pre čni prerez) v greben-jarek- greben vodozbirnem (GJGVZ) sistemu (Gosar in sod., 2009) 20 Slika 6: Povprečne dekadna višina padavin (mm), merjena na lokaciji poskusa ter povpre čne dekadne temperature zraka (˚C) in povpre čna višina potencialne evapotranspiracije (mm), ra čunane po Penman-Monteithovi ena čbi iz povpre čja meteoroloških postaj v Ljubljani ter na Letališ ču Jožeta Pu čnika (ARSO, 2008) 22 Slika 7: Talni profil z ozna čenimi horizonti 23 Slika 8: Škrlatni ameriški slamnik v razli čnih razvojnih stopnjah 25 Slika 9: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) ter genskega vira triletnega nasada na vsebnost u činkovin v AS. Oznaki 86/4 in 86/6 ozna čujeta genski vir, oznake od 1-4 pa čase žetev. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju 26 Slika 10: Škrlatni ameriški slamnik pozno poleti (levo) in jeseni (desno) 27 Slika 11: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv časa žetve enoletnega nasada AS na vsebnost u činkovin. Oznake 86/4-1, 84/4-2, 86/4-3 in 86/4-4 ozna čujejo čas žetve. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju 28 Slika 12: Shema postopka izolacije polisaharidov 31 Slika 13: Zasnova poskusa pri poskusu: pridelava AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami. Parcele obarvane z modro so namakane, parcele obarvane z rumeno niso namakane. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju 36 Slika 14: Prikaz postavitve grebenov in pokrivanja z zastirkami (pre čni prerez) ter prikaz poplavnega namakanja v z zastirko prekrit jarek, pri greben-jarek- greben vodozbirnem sistemu z zastirkami 37 Slika 15: GJGVZ sistem z zastirkami. Na dnu slike je GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, sledi mu GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko 38 Slika 16: Vzorec slike iz video prezentacije (dostopno v elektronski obliki) poplavnega namakanja na GJGVZ sistemu 39 Slika 17: Padavine, namakanje (mm) ter dinamika vsebnosti vode v tleh (vol %) pri GJGVZ sistemom z zastirkami in Kontrolo, merjeno na globini 0.2 m, v 3-5 dnevnih intervalih med med 28. junijem in 25. septembrom v letu 2007 in 27. majem in 27. septembrom v letu 2008 40 Slika 18: Košnja rastlin škrlatnega ameriškega slamnika na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami s pomo čjo bobnaste kosilnice 42 Slika 19: Prikaz pojmov 44

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. IX Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 20: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju 47 Slika 21: Vsebnosti polisaharidov dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika v razli čnih razvojnih stopnjah v triletnem nasadu 49 Slika 22: Vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika v razli čnih razvojnih stopnjah v triletnem nasadu 51 Slika 23: Vsebnost (%) polisaharidov dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih druge žetve v triletnem nasadu 53 Slika 24: Vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih druge žetve v triletnem nasadu 55 Slika 25: Vsebnosti (%) polisaharidov enoletnega nasada škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih žetve. Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) 57 Slika 26: Vsebnosti (%) kaftarne in cikorne kisline pri razli čnih časih žetve enoletnega nasada škrlatnega ameriškega slamnika (genski vir 86/4). Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) 58 Slika 27: Padavine (mm) in vsebnost vode v tleh (vol.%) pri nenamakanih GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontroli, na globini 0,2 m, merjene v 3-5 dnevnih intervalih med 28. junijem in 25. septembrom leta 2007 in 27. majem in 27. septembrom leta 2008. Opomba: črka “s” nakazuje signifikantne razlike; črki “ns” nakazujeta nesignifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) 60 Slika 28: Povpre čn pridelek (t ha -1) enoletnih nasadov AS pri treh GJGVZ sistemih (GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko in Kontrolo) ter dveh na činih namakanja (nenamakano in namakano) v letih 2007 in 2008 62 Slika 29: Povpre čen čas (h ha -1) potreben za ro čno pletje plevela pri treh GJGVZ sistemih (GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko in Kontrolo) ter pri dveh načinih namakanja (nenamakano in namakano) v letih 2007 in 2008 65 - Slika 30: Primerjava vsebnosti (v mg/100 g tal) rastlinam dostopnega N (NO 3 in + NH 4 ) v tleh (0-20 cm globoko) pri GJGVZ sistemu z zastirkama in Kontrolo v za četku poskusa (10. junij 2009) ter ob koncu poskusa (20. september 2009). Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) 68 - Slika 31: Primerjava vsebnosti (v mg/100 g tal) rastlinam dostopnega N (NO 3 in + NH 4 ) v tleh (0-20 cm globoko) v za četku poskusa (10. junij 2009) ter ob koncu poskusa (20. september 2009) pri GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontroli. Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) 69

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. X Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

KAZALO PREGLEDNIC

str.

Preglednica 1: Združen prikaz vsebnosti nekaterih zna čilnih snovi v alkoholnih ekstraktih pridobljenih iz korenin in listov treh razli čnih zdravilnih rastlin iz rodu Echinacea (Miller in Yu, 2004 ) 14 Preglednica 2: Kratek opis pomembnejših klini čnih poskusov, ki primerjajo proizvode iz zdravilnih Echinacea vrst s placebom ali drugim tretmajem pri zdravljenju okužb zgornjih dihalnih poti (Islam in Carter, 2005) 17 Preglednica 3: Gradient topil za HPLC analizo kaftarne in cikorne kisline 34 Preglednica 4: Prikaz števila ur ro čnega dela in stroškov na hektar pri GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistemu z vodoprepustno zastirko in Kontroli. 45 Preglednica 5: P vrednosti za vpliv razvojne stopnje rastlin in genskega vira ter njunih interakcij (razvojna stopnja × genski vir) na vsebnost polisaharidov v triletnem nasadu 50 Preglednica 6: Vpliv razvojne stopnje rastlin ter genskega vira na vsebnost (%) polisaharidov v triletnem nasadu 50 Preglednica 7: P vrednosti za vpliv razvojne stopnje rastlin in genskega vira ter njunih interakcij (razvojna stopnja × genski vir) na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu 51 Preglednica 8: Vpliv razvojne stopnje rastlin ter genskega vira na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu 52 Preglednica 9: P vrednosti za vpliv časa druge žetve in genskega vira ter njunih interakcij ( čas druge žetve × genski vir) na vsebnost (%) polisaharidov v triletnem nasadu 53 Preglednica 10: Vpliv časa druge žetve ter genskega vira na vsebnost (%) polisaharidov v AS v triletnem nasadu 54 Preglednica 11: P vrednosti za vpliv časa druge žetve in genskega vira ter njunih interakcij ( čas druge žetve × genski vir) na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu 55 Preglednica 12: Vpliv časa druge žetve ter genskega vira na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v AS v triletnem nasadu 56 Preglednica 13: P vrednosti za na čin namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistem (na podparcelcah) ter njune interakcije (na čin namakanja × GJGVZ sistem) na pridelek v letih 2007 in 2008 62 Preglednica 14: Vpliv namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistema (na podparcelcah) na pridelek v letu 2007 in 2008 63 Preglednica 15: P vrednosti za na čin namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistem (na podparcelcah) ter njune interakcije (na čin namakanja × GJGVZ sistem) na čas potreben za odstranjevanje plevela v letih 2007 in 2008 65 Preglednica 16: Vpliv namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistema (na podparcelcah) na pridelek in čas potreben za odstranjevanje plevela v letu 2007 in 2008 66

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. XI Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 17: Povpre čni pridelk AS ter čas potreben za pletje na GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontrolo v prvem letu (2008) in drugem letu rasti (2009) ter povpre čja iz obeh let z izra čunom na pokritje in dobi ček 67

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. XII Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI

AS – škrlatni ameriški slamnik

GJGVZ sistem – greben-jarek-greben vodozbirni sistem

HPLC - teko činska kromatografija visoke lo čljivosti

Kontrola - obravnavanje na nepokritih tleh (brez zastirke)

PE – polietilen

PS – polisaharidi

UV stabilizirano - odporno na vplive ultravijoli čnih žarkov

ZDP – zgornje dihalne poti

86/4 – številka akcesije pod katero se vodi genski vir v genski banki (poreklo: semenska hiša Yohneey's seed iz Združenih Držav Amerike)

86/4 – številka akcesije pod katero se vodi genski vir v genski banki (poreklo: semenska hiša N. L. Chrestensen iz Nem čije)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 1 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

1 UVOD

Naravni produkti višjih rastlin nudijo obsežen in virtualno brezmejen vir novih u činkovin, ki so zanimive za farmacevtsko industrijo. Poznavanje sekundarnih metabolitov, ki so pomembni za u činkovitost zdravilnih rastlin ter njihovih pripravkov, predstavlja vodilo pri usmerjanju kakovosti ter standardizaciji rastlinskih surovin, namenjenih za predelavo v učinkovite pripravke farmacevtske industrije.

Na svetu obstaja le peš čica rastlin, ki imajo učinkovine z imunostimulatornim delovanjem in škrlatni ameriški slamnik (AS) prav gotovo sodi med tiste, ki mu pripisujejo vodilno vlogo pri zdravljenju bolezni, kjer je potrebna stimulacija imunskega sistema. Proizvodnja visoko kakovostne surovine AS zahteva poglobljeno razumevanje fiziologije in metabolizma rastline kot tudi dejavnikov, ki so vklju čeni v biosintezo rastlinskih metabolitov. Murch in sod. (2006) ugotavljajo, da genetska raznolikost med populacijami (naravnimi in kultiviranimi) AS vpliva na kemijsko sestavo kon čnih proizvodov. Da bi zagotovili visoko kakovostne proizvode na osnovi AS in njihovo u činkovitost pri zdravljenju bolezni, mora biti surovina (pridelek) definirana in standardizirana z vidika produkcije specifi čnih u činkovitih metabolitov, brez prisotnosti biotskih in abiotskih kontaminantov. Zato je potrebno gojiti izbrane genske vire in optimizirati njihovo pridelovanje (Murch in sod., 2006).

Terapevtski u činek AS gre pripisati razli čnim snovem, katerih mehanizem delovanja še ni povsem znan. Do sedaj je bilo z izvle čki iz AS v in vitro poskusih (poskusi na obrambnih celicah) dokazano delovanje na spremembo nekaterih parametrov, ki predstavljajo indikatorje aktivnosti imunskega sistema, vendar v in vivo poskusih (poskusi na živih živalih in ljudeh) popolnoma trdnih dokazov o stimulatornem delovanju na imunski sistem še ni.

V Sloveniji je AS po pravilniku o razvrstitvi zdravilnih rastlin uvrš čen v kategorijo H. V to kategorijo se razvrstijo zdravilne rastline, ki se lahko uporabljajo tudi kot živila, če se uporabljajo deli rastlin v dolo čeni stopnji dozorelosti. Če se izdelkom, ki vsebujejo zdravilne rastline iz kategorije H, na kakršen koli na čin pripisujejo zdravilne u činke v smislu prepre čevanja, zdravljenja ali ozdravljenja bolezni pri ljudeh, se razvrstijo med zdravila. Izdelki, ki vsebujejo ekstrakte iz zdravilnih rastlin iz kategorije H v terapevtskih odmerkih, se praviloma razvrš čajo med zdravila (Pravilnik …, 2008).

Kljub obsežni literaturi, ki govori o fitoterapevtski uporabi pripravkov, narejenih na podlagi AS, ter priporo čenih agro-ekoloških razmerah pridelave, so objave o vplivu tehnoloških dejavnikov na variabilnost posameznih učinkovin v AS maloštevilne. Z vidika zagotavljanja kakovosti ni znano, kateri genski vir je najprimernejši za pridelavo v Sloveniji, kdaj je optimalni čas žetve (poleti ali jeseni) ter katera je optimalna razvojna stopnja rastlin. Vsa našteta vprašanja predstavljajo klju čne elemente pri izdelavi agro- tehnoloških postopkov pridelave ter predelave rastlinske surovine v kakovostne proizvode.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 2 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Potrebno se je namre č zavedati, da je AS edina zdravilna rastlina, ki se v Sloveniji za potrebe doma če farmacevtske industrije prideluje v tako velikem obsegu (na okoli 20 ha) Zato je potrebno, da to pridelavo obdržimo. Obdržimo pa jo lahko samo s proizvodnjo kakovostnega rastlinskega materiala, iz katerega bi lahko naredili rastlinske izvle čke za izdelavo zdravil, ki bi bili po vsebnosti u činkovin primerljivi oziroma boljši od že pripravljenih rastlinskih izvle čkov, ki jih slovenska farmacevtska podjetja v veliki meri uvažajo iz tujine.

Zaradi visokih standardov pridelave AS, ki prepoveduje uporabo fitofarmacevtskih sredstev za zatiranje plevelov, je potrebno veliko ro čnega okopavanja. Strošek dela je v Sloveniji zaradi relativno visokega standarda velik in cena surovin iz uvoza je nemalokrat nižja od cene lastnih surovin. Cena surovine AS predstavlja poleg kvalitete poglaviten razlog pri odlo čitvi slovenskih farmacevtskih družb, ali bodo AS oziroma polizdelke iz njega uvažali, ali pa ga bomo pridelovali in predelovali doma.

Da bi razvil bolj gospodaren na čin pridelovanja AS, sem že v svoji diplomski nalogi (Gosar, 2005) preu čeval vpliv razli čnih na činov pridelovanja AS s pomo čjo uporabe razli čnih zastirk. Zanimivo pri tem pa je bilo, da sem šele po opravljeni diplomski nalogi, to je v času, ko sem kot mladi raziskovalec delal na Biotehniški fakulteti v Ljubljani ugotovil, da sem pravzaprav odkril popolnoma nov greben in jarek vodozbirni na čin pridelave (prevedeno iz angleške fraze: ridge and furrow water harvesting system). Greben in jarek vodozbirni sistem sem zaradi specifi čne postavitve, kjer polietilenska (PE) zastirka pokriva dva grebena in jarek med njima, preimenoval v greben-jarek-greben vodozbirni sistem. Posebnost greben–jarek-greben vodozbirnega sistema je, da lahko zbira in dovaja padavinsko vodo rastlinam, ki so pokrite z neprepustno zastirko. Nov greben-jarek-greben vodozbirni na čin pridelave z zastirkami je že v poskusu za diplomsko nalogo kazal prednosti v primerjavi s klasi čnim na činom pridelave AS ter tudi alternativo že uveljavljeni tehnologiji gojenja rastlin pod za vodo neprepustno zastirko s kaplji čnim namakalnim sistemom. Kljub temu da sem že v svoji diplomski nalogi odkril veliko prednosti in tudi pomanjkljivosti greben-jarek-greben vodozbirnega sistema, ga je bilo mogo če zaradi bolj ali manj pilotnega poskusa še v marsičem nadgraditi in s tem tudi izboljšati.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 3 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Raziskovanje omenjenih problematik smo preu čevali v dveh sklopih. V prvem sklopu smo preu čevali vpliv tehnoloških dejavnikov na vsebnost u činkovin v AS. Tako smo v triletnem nasadu AS preu čevali vpliv razvojne stopnje rastlin prve žetve (poletno obdobje), vpliv časa druge žetve (jesensko obdobje) in vpliv dveh genskih virov AS na vsebnost učinkovin. V enoletnem nasadu smo preu čevali vpliv časa žetve AS (prva žetev v jesenskem obdobju) na vsebnost u činkovin. V drugem sklopu smo preu čevali možnosti pridelovanja AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami. Pri na črtovanju raziskav smo postavili ve č izhodiš čnih hipotez:

1. SKLOP:

1. Razvojna stopnja rastlin AS prve žetve (poletno obdobje) vpliva na vsebnost učinkovin.

2. Čas druge žetve rastlin AS (jesensko obdobje) vpliva na vsebnost u činkovin.

3. Genski vir AS vpliva na vsebnost u činkovin.

2. SKLOP

1. Greben-jarek-greben vodozbirni (GJGVZ) sistem z zastirkami omogo ča pridelovanje AS pod za vodo nepropustno zastirko brez namakalnega sistema.

2. Pri GJGVZ sistemu z zastirkami je vsebnost vode v tleh višja v primerjavi z nepokritimi tlemi.

3. Pridelki AS pri GJGVZ sistemu z zastirkami so višji v primerjavi z nepokritimi tlemi.

4. Greben-jarek-greben vodozbirni sistem z zastirkami omogo ča enostavno in učinkovito poplavno namakanje s pomo čjo vakuumske cisterne.

5. Gospodarnost pridelave AS je boljša pri GJGVZ sistemu z zastirkami v primerjavi z nepokritimi tlemi.

6. Greben-jarek-greben vodozbirni sistem z neprepustno zastirko prepre čuje izpiranje mineralnega dušika iz tal.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 4 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2 PREGLED OBJAV

2.1 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP)

2.1.1 Sistematika škrlatnega ameriškega slamnika

Škrlatni ameriški slamnik (AS) je zelnata trajnica in spada v rod Echinacea , družino nebinovk (Asteraceae) ter v red košarnic (Asterales). Rod Echinacea izhaja iz grške besede echinos ( εχινοξ ), kar pomeni jež, oziroma morski ježek (Foster, 1991) in se nanaša na osrednji del cveta, ki ima bodi čast izgled. Od tod tudi slovensko ljudsko ime ježnica. Po najnovejših taksonomnih dolo čilih Binnsa in sod., (2002) pripadata rodu Echinacea dve podvrsti (subsp.) in štiri vrste. Podvrsto Echinacea subsp. echinacea ima samo Echinacea purpurea ; podvrsto Echinacea subsp. pallida pa ima Echinacea atrorubens , Echinacea laevigata in Echinacea pallida . Po Binnsu in sod., (2002) so revidirane naslednje varietete: Echinacea atrorubens var . atrorubens , E. atrorubens var . neglecta , Echinacea atrorubens var . paradoxa , Echinacea pallida var . angustifolia , Echinacea pallida var . pallida , Echinacea pallida var . sanguinea , Echinacea pallida var . simulata in Echinacea pallida var . tannessensis . Od vseh omenjenih Echinacea vrst in varietet pa uporabljamo v zdravilne namene le vrsti: Echinacea purpurea Moench (škrlatni ameriški slamnik), Echinacea pallida Nutt. (bledi ameriški slamnik) in varieteto Echinacea pallida var . angustifolia DC. (ozkolistni ameriški slamnik).

Za nekatere zgoraj navedene vrste obstajajo tudi naslednji sinonimi (Lohmüller, 2006):

• Echinacea atrorubens (Nutt.) Nutt. sinonim: Rudbeckia atrorubens Nutt.

• Echinacea laevigata (C.L.Boynton & Beadle) S.F.Blake sinonim: Brauneria laevigata C.L.Boynton & Beadle

• Echinacea pallida (Nutt.) Nutt. sinonim: Brauneria pallida (Nutt.) Britton sinonim: Rudbeckia pallida Nutt.

• Echinacea pallida var. angustifolia (DC.) Cronquist sinonim : Echinacea angustifolia var. angustifolia

• Echinacea purpurea (L.) Moench sinonim : Brauneria purpurea (L.) Britton sinonim : Rudbeckia purpurea L.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 5 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2.1.2 Botani čni opis

Škrlatni ameriški slamnik je do 150 cm visoka zelnata trajnica. Korenine sestavljajo številne dokaj globoke korenine belkasto rjave barve. Navpi čne korenine se združujejo v ve čdelno kratko koreniko, s katero rastlina prezimi. Steblo je pokon čno, mo čno razvejano, mo čno, manj dlakavo na vrhu, kjer nosi cvetno glavico. Pritli čni listi so ovalni do ovalno suli časti, šilasti in topo ali ostro nazob čani. Listni peclji so pri dnu rastline dolgi do 25 cm. Stebelni listi so spodaj pecljati, zgoraj sede či. Listna ploskev je do 20 cm dolga, do 15 cm široka in porastla z dla čicami. V zgornjem delu rastline so listi manjši. Cvetne koške, ki so veliki od 2 do 5 cm, sestavljajo zunanji rožnatovijoli čni, sterilni, jezi časti cvetovi in notranji oranžnorde či cevasti cvetovi. Cvetne glavice, ki so sprva ploščate, se kasneje z razvojem cveta izbo čijo in postanejo stož časte oblike. Rastlina, v naših razmerah (gorenjska), prvo leto cveti od septembra do konca rastne sezone, kjer seme obi čajno ne dozori. V naslednjih letih pa rastlina cveti od konca junija do sredine avgusta. Pelodno zrno je rumeno, velikosti od 19 do 21 mikrometra. Seme je rjave barve, gladko, na prerezu deltoidne oblike, široko 1-1.5 mm in dolgo 3-4 mm. Haploidno število kromosomov n = 11 (Heeger, 1956; WHO, 1999).

2.1.3 Domovina

Domovina rastline je jugovzhodni, južni, vzhodni in osrednji del ZDA ter južni, osrednji del Kanade. Uspeva v prerijah in goš čavah svetlih listnatih gozdov (McGregor, 1968; Foster, 1991) (slika 1). Danes ga gojijo kot zdravilno rastlino po vsem svetu: v Kanadi (Powell in sod., 2001), Evropi, predvsem v srednji in vzhodni (Bauer in Wagner, 1988, Gosar, 2009), v Avstraliji (Wills in Stuart, 1999), v severni in vzhodni Afriki (WHO, 1999), v Aziji, Latinski Ameriki (Letchamo in sod., 2002), zadnja leta pa tudi na Novi Zelandiji (Perry in sod., 1997).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 6 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 1: Domovina škrlatnega ameriškega slamnika (USA ..., 2009) Figure 1: Native land of purple coneflower (USA ..., 2009)

2.1.4 Uporabnost

Pripravki iz AS sodijo med najbolje prodajana in cenjena rastlinska zdravila tako v Evropi kot v ZDA. Samo v Evropi je izdelanih 280 razli čnih pripravkov iz AS slamnika. John Urli Lloyd (1849 – 1936), soustanovitelj podjetja Lloyd Pharmacist Inc., farmacevt, u čitelj, iznajditelj in pisec je napovedal prihodnost, ko je rekel: “Ta rastlina si je po časi utirala pot in usmerjala pozornost nase. Možno je, da bo v prihodnosti zelo iskana in široko uporabljena, saj ni ena izmed tistih, ki bo zbodla v o či ali bila vsiljena, kasneje raziskana, zaželena in iskana in potem pozabljena in opuš čena.” (Foster 1991).

Uporaba rastline ima dokaj dolgo zgodovino, saj so jo uporabljala številna plemena severnoameriških Indijancev (Cheyenne, Sioux, Oglala, Fox, Kiowa, Crow, Omaha, Pawnee, Ponca, Teton, Winebago, Choctaw, Daleware, Comanche) za zdravljenje ran vseh vrst, za razli čna vnetja, pri pikih insektov in ka čjih ugrizih, pri kašljanju, prehladu, zobobolih, trebušnih kr čih in celo gonoreji. Dokumentirana uporaba škrlatnega ameriškega slamnika sega v leto 1700. Leta 1852 je ameriška ustanova, Electic Dispensatory of the

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 7 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

United States, uvedla korenino Rudbeckia purpurea (= Echinacea purpurea Moench) kot rastlinsko drogo. Leta 1871 je Ameri čan nemškega rodu H.C.F. Mayer izdelal prvi dokumentirani pripravek (Mayer’s Blood Purfier) iz škrlatnega ameriškega slamnika na ameriškem tržiš ču (Foster, 1991; Guisti, 1992; Hobbs, 1994, cit. po Remškar, 2003).

Antibiotiki so v 30-ih letih 20. stoletja v ZDA popolnoma izpodrinili uporabo AS, ki je bil med ameriškimi zdravniki zelo razširjen. V tem času se je za čel v Nem čiji ponovni vzpon fitomedicine in v Evropi je prišlo do velikega povpraševanja po ameriškem slamniku. Do poznih 30-ih let je bila v uporabi le Echinacea angustifolia radix , L. Leta 1939 je bila uvedena v medicinsko prakso tudi Echinacea purpurea Moench. Echinacin® pripravek, narejen iz soka sveže rastline, je bil predmet že ve č kot 150 klini čnih raziskav samo v Nem čiji. Številne znanstvene raziskave so dokumentirale kemi čno, farmakološko in klini čno uporabo škrlatnega ameriškega slamnika (Foster, 1991).

2.1.5 Agronomske zna čilnosti

Rastlina uspeva v srednje težkih, zra čnih, humusnih, dobro obdelanih tleh. Tla morajo biti odcedna, saj zastajanje vode povzro či propad korenin (Rode, 2001). Tla naj bodo ustrezno preskrbljena s hranili (P 2O5 > 10 mg/100 g tal, K 20 > 15 mg /100 g tal) ter v rahlo kislem do nevtralnem pH obmo čju. Rastlina ima nizko toleranco na CaCO3 in slanost tal. Ustrezajo ji son čne pa tudi polsen čne lege. Obdelovalna ploskev naj ne bo obrnjena na sever (Heger, 1956; Valen čič in Spanring, 2000). Nasad traja 3 – 4 leta, če pa pridelujemo korenine, le te izkopljemo v drugem letu (Wagner, 1988). Slaba tla lahko izboljšamo z obilnimi organskimi gnojili, predvsem z uležanim hlevskim gnojem ali kompostom. Rastline nam na dobrih tleh ne dajejo samo višjih pridelkov, ampak so tudi bolj odporne na mraz, slano, sušo, bolezni in škodljivce (Valen čič in Spanring, 2000).

Najboljša predhodnica ameriškega slamnika je gnojena okopavina. Priprava njive za gojenje ameriškega slamnika se za čne že leto prej, ko skrbimo, da je njiva čista plevelov in talnih škodljivcev. V tem obdobju si še lahko pomagamo s fitofarmacevtskimi sredstvi, saj je uporaba le teh kasneje omejena. Njivo v jeseni globoko preorjemo, spomladi pa jo dopolnilno obdelamo s predsetvenikom. Eden izmed načinov, da naredimo čisto njivo je, da jeseni ali pozimi preorjemo travnik. Za travnik je namre č zna čilno, da se semena nabirajo na površini in ko z oranjem spravimo semena pod površino tal, le ta ne morejo vzkliti.

Masa 1000 semen pri AS je 4,3 g. V primeru direktne setve lahko sejemo AS že jeseni ali pa zgodaj spomladi, da prehitimo rast termofilnih plevelov. Na hektar posejemo 2 kg semena 1 cm globoko (Wagner, 1980) na medvrstno razdaljo, ki bo najbolj primerna za traktorsko medvrstno strojno okopavanje (65-75 cm). Seme kali 3 do 4 tedne. Ne sejemo na kon čno število, saj je kalivost semena le 60 – 70%. Rastlinic ne red čimo (Wagner, 1988; Rode, 2001). Z direktno setvijo dosežemo tudi višje pridelke v primerjavi s sajenjem sadik na njivo ali z delitvijo korenin (Kordana in sod., 1998). Kaljivost semena lahko

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 8 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 izboljšamo, če seme stratificiramo (pripravimo seme na kalitev) 40 dni na 2 ºC oziroma, če ga zalijemo z mo čno razred čeno giberilinsko kislino. Kalitev semen lahko izboljšamo tudi, če seme 12 ur namakamo v 0.05 % koncentraciji MnSO 4 (Yu, 2002). V rastlinjaku sejemo seme konec februarja, ki najbolje kali pri temperaturi od 24 do 30 ºC (Hassell in sod., 2004). Zaradi manjše kaljivosti semen sejemo po ve č semen hkrati (3 – 4). Maja sadike dva tedna utrjujemo na prostem, zatem jih posadimo na njivo. Za hektar potrebujemo 47.000 do 67.000 sadik. Nasad lahko posadimo tudi z delitvijo starih korenin, kar v prvem letu da ve č pridelka, v naslednjih letih pa je pridelek manjši, kot če bi sadike pridobili z sejanjem semena (Wagner, 1980; Kordana in sod., 1998).

Nasad je potrebno ve čkrat opleti in okopati med vrstami. Ker je uporaba kemi čnih sredstev pri pridelovanju AS za zdravilne namene omejena, ukrepamo že pri samem sadilnem materialu, in sicer seme in sadike razkužimo, rastline okužene z virusom odstranimo in uni čimo. Pri veliki zapleveljenosti si lahko brez vpliva na gojeno rastlino pomagamo s herbicidom simazin (2 L ha -1) ali terbutrin (4 L ha -1) (Ilc, 1990). Plevel lahko tudi zatiramo s pištolo za brizganje plamena saj je AS relativno odpornejši na vro čino kot ve čino vrst plevelov (Finger in sod., 1998). Nevarni so lahko tudi talni škodljivci. Le te moramo zaradi karence tretirati že jeseni po spravilu. Med žuželkami so nevarne predvsem strune, bramorji in ogrci poljskega majskega hroš ča. Slednje lahko obvladujemo že s tem, da imamo v času hroš čevega leta v mesecu maju obdelano njivo brez plevelov, saj samice na takšna zemljiš ča ne odlagajo jaj čec. Ogrci delajo škodo v drugem letu svojega razvoja (Vrabl, 1986). Velik problem predstavljajo tudi glodavci, ki delajo škodo predvsem v zimskem obdobju. Lahko jih zatiramo z vstavljanjem zastrupljenih vab v rove. Uspeh lahko pri čakujemo le, če z zatiranjem zajamemo ve čja obmo čja (Vrabl, 1986).

Priporo čljivo je gnojenje z mineralnimi gnojili v odmerkih 100 – 150 kg N, 70 – 90 kg P2O5 in 200 kg K 2O na hektar (Wagner, 1988) oziroma 100 kg N, 60 kg P 2O5 in 100 kg -1 K2O na hektar (Kordana in sod., 1998). Pri odmerkih mineralnega N nad 220 kg ha se pridelek AS ne poviša (Dufault in sod., 2003). Dušik naj se doda med vegetacijo v dveh do treh odmerkih (Rode, 2000). Vpliv gnojenja z dušikom vpliva tudi na zmanjšanje simptomov virusnih obolenj (Remškar, 2003).

Nasad pokosimo ali požanjemo 10 cm nad tlemi, ko je 70% rastlin v polnem cvetenju, (tehnološka zrelost) (Rode, 2001). Najlažje ga neposredno poberemo s samonakladalno prikolico ali povežemo v snope. Tehnološko zrelost prvo leto pri čakujemo v septembru in oktobru, torej enkrat v sezoni, naslednja leta pa dvakrat in sicer prvi č v za četku julija in drugi č v oktobru. Povpre čni pridelek se v Sloveniji giblje med 11 – 20 t ha -1 (Rode, 2000), v drugem in tretjem letu pa tudi 30 t ha -1 in ve č. Pridelek korenin v drugem letu znaša 10 t ha -1 svežih oziroma 3 t ha -1 suhih korenin (Wagner, 1988).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 9 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2.1.6 Učinkovine

Terapevtski u činek AS gre pripisati razli čnim snovem, katerih mehanizem delovanja še ni povsem znan. Najpomembnejše snovi so fenolne spojine (derivati kavne kisline), N- vsebujo če spojine (alkamidi) in polisaharidi. Koncentracija snovi se razlikuje glede na rastlinski del in vrsto droge. Celotna farmakološka aktivnost pripravkov iz škrlatnega ameriškega slamnika (AS) ni odvisna samo od ene, temve č od sestavljene aktivnosti ve č rastlinskih u činkovin, zato je težko dolo čiti priporo čljivo koncentracijo posameznih učinkovin v Echinacea vrstah. Goel in sod., (2004) na primer priporo čajo, da naj bi ekstrakti AS, glede na njihove rezultate pri dvojno slepi raziskavi na zdravljenje prehlada vsebovali 0,25 mg ml -1 alkamidov, 2,5 mg ml -1 cikorne kisline ter 25,5 mg ml -1 polisaharidov.

2.1.6.1 Alkamidi (izobutil-amidi)

Alkamidi sodijo v skupino nenasi čenih alifatskih spojin, ki vsebujejo NHCO skupino in so topni v maš čobah. Nahajajo se v vseh vrstah AS, kot tudi v drugih predstavnikih družine Asteraceae. Poznanih je ve č kot 20 razli čnih alkamidov (slika 2), ki nimajo trivialnih imen.

AS vsebuje najve č alkamida s kemijskim imenom dodeka-2E,4E,8Z,10Z-tetraenoil- izobutil-amid (Kreft, 2001), ki predstavlja kar 30% od vseh alkamidov, ki se nahajajo v koreninah AS (Stuard in Wills., 2000a). Strukture teh spojin se precej razlikujejo med razli čnimi vrstami rodu Echinacea, prav tako pa tudi med posameznimi organi znotraj ene vrste (Bauer in sod., 1989; Perry in sod., 1997). Stuart in Wills (2000b) navajata, da vsebujejo rastline AS v času polnega cvetenja najve č v koreninah in cvetovih, medtem ko steblo in listi ne vsebujejo veliko alkamidov. Na koli čino alkamidov vpliva tudi razvojna stopnja rastlin. Ugotovili so, da do konca cvetenja celotna koncentracija alkamidov pada v koreninah, steblu in listih, se pa pove čuje koncentracija akamidov v cvetovih.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 10 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 2: Alkamidi v zdravilnih Echinacea vrstah (Miller in Yu, 2004) Figure 2: Alkamides in medicinal Echinacea species (Miller and Yu, 2004)

Stimulacija imunskih celic z izvle čki in s čistimi snovmi pridobljenimi iz AS je bila že mnogokrat dokazana in vitro (izven živega organizma) in in vivo (v živem organizmu). Izsledki ene izmed ve čjih raziskav, kjer so podgane krmili z razli čnimi aktivnimi substancami iz AS, kažejo, da višanje koncentracij čistih alkamidov do 12 µg/kg telesne teže/dan povzro ča pri podganjih alveolarnih makrofagih, ob so časni in vivo aktivaciji z LPS (lipopolisaharidi), signifikantno višanje fagocitozne aktivnosti, fagocitoznega indeksa, produkcije tumor-nekrotizirajo čega faktorja-α (TNF-α) ter dušikovega oksida (NO). Višanje koncentracij čiste cikorne kisline ter o čiš čenih polisaharidov v tem poskusu ni imelo vplivov na podganje alveolarne makrofage (Goel in sod., 2002a). Višanje odmerkov zmesi, pripravljenih iz cikorne kisline, polisaharidov in alkamidov od (40, 1000, 4) µg/kg/dan do (200, 50000, 200) µg/kg/dan vsake zase, ob so časni aktivaciji z LPS, kaže trend po ve čanju makrofagne aktivnosti, ve čji produkciji citokinov TNF-α, interferona-γ (IFN-γ) ter ve čjem izlo čanju NO pri alveolarnih makrofagih podgan (Goel in sod., 2002b).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 11 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2.1.6.2 Polisaharidi

Polisaharidi so spojine, katerih molekule so sestavljene iz bolj ali manj razvejanih spojin razli čnih ali enakih sladkorjev. Imunostimulativni polisaharidi iz AS so razvejani heteroglikani z visokimi molekulskimi masami (MM). Hetroglikane v AS sestavljajo zelo razli čni monosaharidi kot so arbinoza, galaktoza, glukoza, ramnoza in ksiloza. Bauer je leta 1997 izoliral tri polisaharide iz zeli AS. Prvega je poimenoval PS1 (4-0-metil- glukuronoarbinoksilan; MM=35 kD), drugega PS2 (kisel arabinoramnogalaktan; MM=450 kD) ter ksiloglukan z MM 79 kD. Blaschek in sod. (1998) poro čajo, da sok iz zeli AS vsebuje relativno enostavno inulinsko frakcijo, ki jo sestavlja samo okoli 10 med seboj povezanih fruktoz (Kreft, 2001) z MM 6 kD, heterogene polisaharide z MM<10 kD ter kislinski zelo razvejan polisaharid arabinogalaktan z MM 70 kD. Polisaharidne makromolekule imajo na polisaharid vezane tudi proteine. Takšne molekule imenujemo glikoproteini. Glikoprotein (arabinogalaktan-protein) izoliran iz soka zeli AS vsebuje 83% polisaharidov (sestavljata ga galaktoza in arabinoza v razmerju 8,1:1), 4-5% uronske kisline in 7% proteina z visoko koncentracijo serina, alanina in hidroksiprolina (Classen in sod., 2000).

Rezultati raziskav, ki kažejo vpliv tehnoloških dejavnikov na vsebnost polisaharidov v rastlini si niso enotni. Tako na primer Remškar (2003) in Roblek (1995) navajata, da na skupno koli čino polisaharidov v zeli AS ne vplivajo tehnološki dejavniki (npr. število spravil, čas žetve ter gnojenje z dušikom), Kroflič (2004) pa, da je vsebnost polisaharidov ve čja v poletnem obdobju. Rua in sod. (2005) navajajo, da je najvišja vsebnost surovih polisaharidov v času intenzivne vegetativne rasti, to je v času, ko cvetni popki še niso prisotni. Izvle ček te razvojne stopnje je vplival na THP-1 celice (monocitne/makrofagne celi čne linije), ki so pove čale produkcijo citokinov IFN-γ ter TNF-α . Pri tem poskusu velja poudariti, da so bile poleg polisaharidov v ekstraktu tudi druge aktivne snovi, ki so lahko vplivale na rezultate poskusa. Za visoko molekularne polisaharide je ugotovljeno, da vplivajo na aktivacijo fagocitoze in imunomodulatorja arabinogalaktana, ki povzro či povišano izlo čanje faktorja tumorske nekroze (TNF) ter produkcijo interlevkina-1 (IL-1) in interferona-β (IFN-β) (cit. po WHO monographs…, 1999). Polisaharidi pove čujejo izlo čanje ogljika v in vitro iz človeka izoliranih polimorfonuklearnih granulocitih, kar kaže na povišanje njihove aktivnosti (Lohmann-Matthes in Wagner, 1989; Wagner in sod., 1984; Emmendorffer in sod., 1999). O čiš čeni glikoproteini iz AS imajo tudi antivirusne učinke (Bodinet in Beuscher, 1991,). Miši okužene s Candido albicans (vrsta kvasovke, ki prizedane pri ljudeh zlasti usta in spolovila) in Listeria sp. ki so jim aplicirali izvle ček polisaharidov iz E. purpurea, so imele povišano odpornost in tudi manjšo umrljivost (Steinmuller in sod., 1993).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 12 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2.1.6.3 Fenolne spojine (derivati kavne kisline)

Derivate kavne kisline (slika 3) v Echinacea vrstah lahko razdelimo na tri podskupine:

• Na derivate, kjer sta ena ali dve kavne kisline vezane na vinsko (tartarno) kislino (takšni sta npr. cikorna in kaftarna kislina); • Derivate, kjer so kavne kisline vezane na sladkorje (npr. ehinakozid in verbascozid); • Derivate, kjer so molekule kavne kisline vezane na kina kislino (npr. klorogenska kislina in cinarin)

Slika 3: Strukture derivatov kavne kisline v Echinacea vrstah Figure 3: Structures of caffeic acid derivates in Echinacea species

Skupna zna čilnost vseh derivatov kavne kisline je sposobnost lovljenja prostih radikalov, njihova mo č pa je v veliki meri odvisna od števila hidroksilnih skupin v molekuli. Pellati in sod. (2003) navajajo, da ima najve čjo sposobnost lovljenja prostih radikalov ehinakozid, sledi mu cikorna kislina, nato cinarin, kavna kislina, klorogenska kislina in kaftarna kislina. Čeprav imajo vsi derivati kavne kisline lastnosti lovljenja prostih radikalov, pa imata le cikorna kislina in ehinakozid dokazan terapevtski u činek.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 13 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Najve č cikorne kisline vsebuje E. Purpurea in ni č ehinakokozida, medtem ko ehinakozid predstavlja glavno fenolno komponento v E. paladii in E. angustifolii . (Perry in sod., 2001) (preglednica 1).

Za ehinakozid je zna čilno, da nima imunostimulativnega delovanja, ampak ima antioksidativne ter protivnetne lastnosti. Zmanjšajo vpliv prostih radikalov, ki povzro čajo degradacijo kolagena tipa III (Faciano in sod., 1995), kar bi lahko koristili pri zdravljenju opeklin, ki jih povzro či UV-A in UV-B sevanje. Imajo antihiluronidazni u činek, kar omejuje lokalno infekcijo pred širjenjem, kar vpliva na hitrejše celjenje ran (Speroni in sod. 2002).

Cikorna kislina je izmed derivatov kavne kisline glavna aktivna substanca z imunostimulatornim delovanjem. Nahaja v vseh delih AS. Njena koncentracija se v nadzemnih delih AS giblje od 1,2-3% (WHO ..., 1999). Ni je v vseh rastlinskih organih enako. V zrelih rastlinah vsebujejo cvetovi in listi po okoli 35%, korenine 20% stebla pa le 10% skupne vsebnosti cikorne kisline (Stuart in Wills, 2000b) (preglednica 1). Podobne rezultate so dobili Becker in Hsieh (1985) in Bauer in sod. (1988), cit po Stuart in Wills (2000b) ter Kreft (2005), ki navaja nesignifikantno višje koncentracije cikorne kisline v listih v primerjavi s cvetovi. Starost nasada nima vpliva na vsebnost cikorne in kaftarne kisline pri AS (Kreft, 2005). Dokazano se vsebnost cikorne kisline spreminja med rastno sezono. Zmanjšanje vsebnosti cikorne kisline je bilo ugotovljeno v koreninah in nadzemnih delih v času od cvetenja do staranja (Stuart in Wills, 2000b) ter relativno zmanjševanje vsebnosti cikorne kisline v cvetovih od faze »za četek cvetenja« (4,67%) do faze »konec cvetenja« (1,42%) (Letchamo in sod., 1999). Gray in sod. (2003) so ugotovili, da lahko kontrolirana suša v za četku cvetenja stimulira rast korenin za 35% ter poviša relativno vsebnost cikorne kisline v koreninah. Po drugi strani pa Kreft (2005) navaja, da namakanje nima vpliva na vsebnost cikorne kisline v nadzemnih delih rastlin AS. Dufault in sod. (2003) ugotavljajo, da višanje vsebnosti dušika iz 220 na 440 kg/ha, ne vpliva na vsebnost cikorne kisline. Glede na opazovanja so za pridelovanje AS primerne koli čine N pod 220 kg/ha. Prav tako dognojevanje z N od 49 do 119 kg/ha ni imelo vpliva na vsebnost cikorne kisline v AS (Remškar, 2003). Raziskave, ki so potekale v Sloveniji so pokazale, da čas žetve bistveno vpliva na vsebnost cikorne kisline v nadzemnih delih rastlin. Tako je bilo ugotovljeno, da je koncentracija vsebnosti cikorne kisline jesenskih žetev za nekaj 10 krat višja od koncentracij cikorne kisline poletnih žetev (Roblek, 1995; Remškar, 2003). Nasprotno pa Perry in sod. (2001) v raziskavi iz Nove Zelandije navajajo, da se vsebnost cikorne kisline v koreninah zniža iz 2.27% (poleti-januar) na 1.68% (jeseni-april) ter v nadzemnih delih iz 2.02% (poleti-januar) na 0.52% (jeseni-april) in za 25% v koreninah (zmanjšanje cikorne kisline od 2,27% na 0,68%) .

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 14 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 1: Združen prikaz vsebnosti nekaterih zna čilnih snovi v alkoholnih ekstraktih pridobljenih iz korenin in listov treh razli čnih zdravilnih rastlin iz rodu Echinacea (Miller in Yu, 2004 ) Table 1: A collective view of concentration of some characteristics chemicals in alcoholic extracts extracted from leaves and roots in three medicinal species of Echinacea. (Miller and Yu, 2004 ) E. pallida var . E. purpurea Moench E. pallida Nutt. Snovi v alkoholnih ekstraktih angustifolia (DC.) Korenine Listi Korenine Listi Korenine Listi Cikorna kislina ++ +++ +? - +? + Ehinakozid - - ++ +? ++ + Cinarin - + + - - + Kaftarna kislina ++ + - - - + alkamidi ++ + +++? + +? - Visoke vsebnosti (+++); Srednje vsebnosti (++); Nizke vsebnosti (+)Ne vsebuje (-); Premalo podatkov (?)

Cikorna kislina je edina fenolna spojina, ki ima dokazano imunostimulativno funkcijo. Je tudi antioksidant, saj š čiti kolagenska vlakna pred oksidacijo (Pelati in sod. 2003). Pospešuje fagocitozno aktivnost in vitro ter in vivo , zavira delovanje encima hialuronidaze ter s tem omejuje lokalno infekcijo pri širjenju (Funke, 1983; Bauer, 1996). Dokazano ima tudi protivirusni u činek, med drugim inhibira delovanje encima integraze HIV, kar povzro či motnje v procesu prepisovanja virusne DNA v celi čni genom (Lin in sod., 1999).

2.1.7 Vpliv tehnoloških postopkov po žetvi na koncentracijo aktivnih snovi v škrlatnem ameriškem slamniku

Predelava surovine sodi med klju čne elemente pri proizvodnji zdravilnih u činkovin iz AS. Na splošno lahko re čemo, da daljši čas ekstrakcije, ve čja koli čina topila in manjši delci pove čajo ekstrakcijo učinkovin. Med klju čne procese pri predelavi AS sodijo: hitrost predelave, temperatura sušenja in skladiš čenja, uporaba topila kot ekstrakcijskega sredstva, čas in metoda ekstrakcije ter na čin hranjenja ekstrakta.

Ugotovljeno je, da na koli čino alkamidov vpliva temperatura skladiš čenja. Nižja kot je temperatura, manjše so izgube, kar ne gre pripisati evaporaciji, saj te snovi niso hlapljive. Bolj verjetna razlaga je oksidacija teh snovi (Perry in sod., 2000). Za razliko od skladiš čenja pa sekanje rastlin ter sušenje do 10% vlažnosti pri temperaturah 32 ˚C, 40 ˚C in 70 ˚C, ne vplivajo na spremembo vsebnosti alkamidov v AS (Perry in sod., 2000; Stuard in Wills, 2003). Kim in sod. (2000) so celo ugotovili, da je sušenje listov AS pri 50 ˚C, še celo boljša metoda za ohranitev vsebnosti alkamidov od metode mrzlega sušenja v vakuumu.

Za derivate kavne kisline je zna čilno, da so podvrženi hitri encimski razgradnji (oksidacija zaradi polifenol oksidaz), če je rastlinski material vlažen in če so temperature visoke (Nüsslein in sod., 2000). Tako lahko pri znižani temperaturi na 4 ˚C svež rastlinski material za nekaj dni shranimo in vrednost cikorne kisline se ne bo spremenila (Brovelli in Johanson, 2001). Prav tako na koncentracijo cikorne kisline ne vpliva rezanje in skladiš čenje suhih rastlin vsaj 60 dni pri temperaturah od 5 do 30 ˚C, ob predpostavki, da

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 15 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 je rastlinski material suh in ostane suh med skladiš čenjem, kar je zaradi relativno visoke zra čne vlažnosti pri nižjih temperaturah možno zagotoviti le, če fizi čno prepre čimo dostop vlage do posušenega rastlinskega materiala (Wills in Stuart, 2000). Najprimernejša temperatura sušenja za obstoj cikorne kisline in drugih fenolnih kislin je pri 40 ˚C, saj je sušenje pri 25 ˚C dolgotrajno in zato prihaja do encimske razgradnje derivatov kavne kisline, pri višjih temperaturah pa pride do razpada teh snovi (Stuard in Wills, 2003; Kim in sod., 2000). Na čin sušenja prav tako vpliva na vsebnost derivatov kavne kisline. Kim in sod., (2000) so namre č ugotovili, da metoda zmrznjenega sušenja in vakuumsko zmrznjenega sušenja dajeta boljše rezultate na vsebnost cikorne kisline kot klasi čno sušenje pri 40 ˚C.

Za ekstrakcijo u činkovin iz AS je na voljo mnogo vrst topil, pri katerih pa se za pripravo zdravilnih pripravkov uporabljajo etanolno-vodna topila. Ker vsebuje AS mnogo razli čnih učinkovin, ki se zaradi svojih lastnosti topijo v razli čno polarnih topilih, je pomembno, da izberemo tisto ekstrakcijsko sredstvo (topilo), ki bo ekstrahiralo kar najve č najbolj učinkovitih snovi. Zna čilno za polisaharide z molekulsko maso okoli 40000 g/mol je, da se v etanolno-vodnih koncentracijah, z visokim deležem alkohola, ne topijo. Stuard in Wills (2000a) sta ugotovila, da se cikorna kislina in alkamidi so časno najbolje ekstrahirajo v 60:40 mešanici etanola in vode, kjer tudi ostanejo stabilni vsaj štiri mesece. Obstojnost cikorne kisline pa lahko zagotovimo tudi pri manjši, 30% koncentraciji etanola (Nüsslein in sod., 2000).

2.1.8 Klini čne raziskave zdravilnih Echinacea vrst pri zdravljenju infekcij zgornjih dihalnih poti

Virusne bolezni zgornjih dihalnih poti, kot sta gripa in prehlad, v ZDA vplivata na 40% vseh izostankov pri delu in 30% vseh izostankov pri izobraževanju. Izgube zaradi izostajanja pri delu in pouku samo v ZDA ocenjujejo na okoli 3.5 milijard dolarjev na leto, kar predstavlja pomemben razlog za obsežen napor pri iskanju zdravila, s katerim bi lahko prepre čevali ali zdravili omenjene bolezni (cit. po Islam in Carter 2005). Ena izmed možnih poti pri zdravljenju bolezni infekcij zgornjih dihalnih poti (ZDP) je tudi s pomo čjo zdravilnih Echinacea vrst (Echinacea purpurea, Echinacea pallida, Echinacea pallida var. angustiffollia ), ki so ene izmed redkih rastlin, ki se že tradicionalno uporabljajo za zdravljenje infekcij ZDP. Danes, kljub obširnom klini čnim raziskavam še ne moremo zagotovo trditi da zdravilne Echinacea vrste dejansko vplivajo na prepre čevanje bolezni, ki so povezane z odpornostjo človeškega organizma, kot sta na primer prehlad in gripa. Zato se lahko upravi čeno vprašamo, ali samo zapravljamo denar za proizvode, ki so neu činkoviti, ali pa dejansko var čujemo, ker prepre čujemo in zdravimo bolezni infekcij ZDP s krepitvijo imunskega sistema.

Glavni razlogi zakaj so klini čne raziskave pri zdravljenju infekcij ZDP z izvle čki iz zdravilnih Echinacea vrst tako razli čni in neprimerljivi, so predvsem metodološke narave, saj metodologija v tovrstnih poskusih ni poenotena. Zavedati se moramo namre č, da je v

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 16 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 tovrstnih poskusi prisotnih mnogo spremenljivk, ki jih je težko oziroma nemogo če poenotiti. Te spremenljivke so na primer sestava zdravila v poskusu, definicija bolezni, določitev časa, ki je potekel, ko smo začeli z zdravljenjem, definicija rezultatov, ki jih preu čujemo med potekom bolezni in metode dela v poskusu. Če k temu dodamo še ducat aktivnih snovi z neznanimi mehanizmi delovanja, ki verjetno delujejo sinergisti čno, lahko zatrdimo, da bo standardizacija zdravila z imunostimulatornim delovanjem iz zdravilnih Echinacea vrst težka ali pa kar nemogo ča naloga.

Pri vrednotenju u činkovitosti posameznih snovi iz zdravilnih Echinacea vrst, si pomagamo z in vivo in in vitro poskusi na ekstrakte pridobljene iz zdravilnih rastlin in ne s poskusi na posamezne u činkovine. S tem bi namre č posegli v osnovne principe in na čela zdravljenja z zdravilnimi rastlinami, kjer je pomemben seštevek celotnih u činkovin, ki nam dajejo sinergisti čni u činek. Kljub temu, da nekateri raziskovalci navajajo, da zdravilnih u činkov AS na prepre čevanje in zdravljenje bolezni infekcije ZDP na podlagi dosedanjih klini čnih raziskav (preglednica 2), zaradi nasprutujo čih si rezultatov, ni mogo če potrditi, ali zavre či (Islam in Carter, 2005), je bilo leta 2008 izdano uradno mnenje Evropske Agencije za Zdravila, ki pravi, da so u činki dokazani (European Medicines Agency, 2008).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 17 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 2: Kratek opis pomembnejših klini čnih poskusov, ki primerjajo proizvode iz zdravilnih Echinacea vrst s placebom ali drugim tretmajem pri zdravljenju okužb zgornjih dihalnih poti (Islam in Carter, 2005) Table 2: Brief description of same important clinical trials comparing Echinacea containing preparations and either placebo or another treatment for upper respiratory tract infections (Islam in Carter, 2005)

Referenca N Učinkovina Metode dela Predmet raziskave Meritve Rezultati P vrednost Poskusi na preventivo Sperber, 2004 24/24 1 n, ds, Okužba z rinovirusom 39 Število dni do prve 24% ↓ 0.114 placebo okužbe 23% ↓ 0.317 Melchart, 1998 289/302 3 n, es, placebo Okužba ZDP Število dni do prve 13% p↓20% a↓ 0.55 okužbe Schöneberger, 1992 108/109 1 n, ds, Ljudje, ki so imeli v Pogostost infekcij 9% ↓ Ni podatka placebo zadnjih 6 mesecih ≥3 okužb ZDP Schmidt, 1990 609/646 5 n, placebo Simptomi okužb ZDP Pogostost siptomov 7% ↓ 0.08 Forth, 1981 95 2 n, vitamin C Ljudje z okužbo ZDP Nosni izcedek 38% ↓ <0.005 Ostali simptomi Ni sprememb Poskusi na zdravljenje Yale in Liu, 2004 63/65 1 n, ds, Odrasli ljudje, ki so imeli Zmanjšanje celotnih Ni sprememb 0.3-0.9 placebo prve simptome okužb ZDP simptomov po 7 d v zadnjih 6-24 h. Čas odprave Ni sprememb 0.73 siptomov Goel, 2004 59/69 7 n, ds, Prvi znaki prehlada Zmanjšanje celotnih 23.1% ↓ <0.01 placebo simptomov po 7 d Trajanje simptomov Ni sprememb Hoheisell, 1997 120/120 1 n, placebo Prvi znaki okužb ZDP Trajanje prehlada 20% ↓ <0.001

Braunig, 1993 160/160 6 n, placebo Simptomi gripe Trajanje simptomov 3.2 dni manj 0.001 Zmanjšanje simpt. manj Ni podatka Braunig, 1992 180/180 4 n, ds, Simptomi gripe Zmanjšanje 27-50% ↓ Ni podatka placebo simptomov v 3-4 d Zmanjšanje 36-75% ↓ Ni podatka simptomov v 8-10 d (pri visokih dozah) Reitz, 1990 139/150 2 n, ds , vitamin Virusna okužba ZDP Simptomi Bolje ? Ni podatka C Dorn, 1989 100/100 5 n, placebo Akutne okužbe ZDP Simptomi: vnetje Manj kot pri <0.01 grla, zamašitev nosu, kontroli kašelj, rde čica žrela Vorberg, 1989 81/100 5 n, ds, Dvo dnevni simptomi Zmanjšanje placebo okužbe ZDP simptomov Po 3 d 20% ↓ <0.01 Po 8 d 50% ↓ <0.01 Pediatri čni poskusi Taylor, 2003 524/524 8 n, ds, Zdravi otroci od 2-11 let Zmanjšanje simpt. 0.69 placebo Trajanje simpt. 0.89 Stranski u činki 0.008 (izpuš čaji) Cohen, 2004 215/215 9 n, placebo Zdravi otroci 1-5 let Verjetnost za nastanek okužbe ZDP ≥1 50% ↓ <0.001 Število okužb ZDP 58% ↓ <0.001 ZDP-zgornjih dihalnih poti; N-število ljudi, ki so bili vzeti v poskus/število kandidatov; n-naklju čni poskus; es-enojno slep poskus; ds-dvojno slepi poskus; d-dni; 1, Echinagard/Echinacin: Vsebuje sok iz nadzemnih delov iz Echinacea purpurea ; 2, Esberitox: Teko čina ali tablete vsebujejo Echinacea pallida var angustifolia in Echinacea pallida korenine, Babrisita in Thuja occidentalis ekstrakte; 3, Alkoholni ekstrakti iz Echinacea pallida var . angustifolia ali iz Echinacea purpurea ; 4, Alkoholni ekstrakti iz Echinacea purpurea; 5, Resistan: Vsebuje tinkturo iz Echinacea pallida var . angustifolia , Eupatorium perfoliatum in Baptista tincoria ; 6, Koreninski ekstrakt iz Echinacea pallida; 7, Echinicin: Vsebuje snovi iz Echinacea purpurea (0.25 mg ml -1 alkamidov, 2.5 mg ml -1 cikorne kisline in 25 mg ml -1 polisaharidov); 8, Chizukit: Vsebuje ekstrakt 50 mg ml -1 iz nadzemnih delov Echinacea purpurea in korenin Echinacea pallida var . angustifolia , 50 mg ml -1 propolisa ter 10 mg ml -1 vitamina C.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 18 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2.2 MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (2. SKLOP)

Tehnologija gojenja rastlin pod za vodo neprepustno zastirko ter kaplji čno namakanje rastlin pod zastirko je v praksi že dobro uveljavljeno. Prednost te tehnologije je predvsem v zmanjšani porabi vode, saj vodoneprepustna zastirka zmanjšuje evaporacijo (Bogle in Hartz, 1986). Eden izmed pomanjkljivosti takšnega na čina pridelovanja je odtok padavinske vode po vodoneprepustni plasti čni zastirki stran od rastlin, namesto da bi odtekla k rastlinam. Zato je nujno postaviti kapljični namakalni sistem pod vodoneprepustno zastirko, saj le tako lahko rastline dobijo dovolj vode za rast in razvoj.

Rešitev omenjenega problema je možna v zasnovi vodozbirnega sistema z zastirkami, kjer bi vodoneprepustna zastirka pokrivala grebene in jarke tako, da bi voda odtekala pod vodoneprepustno zastirko k rastlinam, kjer bi se porabljala za rast in razvoj rastlin. Poleg zbiranja padavinske vode, bi moral biti tak vodozbiralni sistem z zastirkami zasnovan tako, da bi imel zasnovane vozne steze, katere bi omogo čale strojne prehode za raznovrstna strojna opravila, kot je setev, oskrba posevka, pobiranje pridelka ter namakanje.

Zbiranje padavinske vode za namakanje kmetijskih površin je v svetu poznano že tiso čletja. Tako imenovani mikro zbiralniki, ki zbirajo vodo iz kratkih pobo čjih, se še posebej dobro obnesejo v aridnih ter semiaridnih predelih, kjer vode za namakanje ni ali pa je draga (Boers in sod., 1986). Na ravninskem semiaridnem predelu jugovzhodne Azije so razvijali tako imenovani greben in jarek vodozbirni (GJVZ) sistem z vodoneprepustnimi plasti čnimi zastirkami, z namenom pove čati dotok padavinske vode k rastlinam. GJVZ sistem je zasnovan tako, da greben prekriva vodoneprepustna zastirka, po kateri voda odteka v jarek, kjer rastejo rastline (slika 4). GJVZ sistem je bil zasnovan predvsem za semiaridne pokrajine, saj pove čuje dotok padavinske vode k rastlinam (Li in sod., 2001, 2006; Li in Gong, 2002). Čeprav je GJVZ sistem izboljšal dostopnost vode in pove čal pridelek, je imel številne pomanjkljivosti, ki mu prepre čujejo prakti čno aplikacijo. Prvi problem predstavlja zbitost zemlje ob rastlinah, saj je v jarku med grebenoma težko vzdrževati primerno strukturo tal (Mundy in sod., 1999). Drug problem predstavljata izpiranje hranil ter erozija tal v obmo čju korenin. Ta pojav je še posebej izrazit v času intenzivnih nalivov, ko voda hitro odteka po vodoneprepustni zastirki iz grebena v jarek, kjer rastejo rastline. In tretji ve čji problem predstavlja nedostopnost s kmetijskimi stroji saj ta sistem nima zasnovanih voznih stez (Tajnšek, 1980), kar onemogo ča strojno varstvo rastlin, strojno pobiranje pridelka, strojno namakanje itd. Ker GJVZ sistem nima zasnovanih voznih stez, je na primer dopolnilno namakanje možno le z postavitvijo dragega cevnega namakalnega sistema, kar podraži proizvodnjo (Li in Gong, 2002).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 19 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 4: Skica postavitve grebenov in zastirke (prečni prerez) v greben in jarek vodozbirnem (GJVZ) sistemu (Li in Gong, 2002) Figure 4: Ridge setting, placement of mulch (sectional view) in ridge and furrow rainwater harvesting (RFRH) system (Li in Gong, 2002)

Druga čen tip GJVZ sistema z zastirkami, tako imenovani greben-jarek-greben vodozbirni (GJGVZ) sistem z zastirkami, je bil prvi č preu čevan na ravnih nižinskih predelih Slovenije (Gosar in sod., 2009). Pri GJGVZ sistemu polietilenska zastirka pokriva dva grebena, (na katerih so bile posajene rastline) in jarek med njima, ki služi kot vodozbirno obmo čje (slika 5). Za GJGVZ sistem z zastirkami je zna čilno, da omogo ča pridelovanje rastlin tudi pod vodoneprepustno zastirko brez kaplji čnega namakalnega sistema, kar je novost v kmetijsko pridelovalnih sistemih. Gosar in sod. (2009) so na rezultatih enoletnega poskusa ugotovili, da sicer GJGVZ sistem z zastirkami ne poviša pridelka, poviša pa vsebnost vode v tleh v sušnih obdobjih v za četnih fazah rasti, ko so rastline še majhne. Za razliko od GJVZ sistema z zastirkami GJGVZ sistem z zastirkami nima negativnih vplivov na zbitost tal, erozijo tal in izpiranje hranil v obmo čju rizosfere korenin, saj so rastline posajene na vrhu grebenov. Prednost GJGVZ sistema z zastirkami je tudi v tem, da ima dobro zasnovane vozne steze, kar bi potencialno lahko omogo čalo poplavno namakanje s traktorsko vakuumsko cisterno na na čin, da bi se jarek med grebenoma poplavil. Tak na čin namakanja bi omogo čil GJGVZ sistemu z zastirkami, da se razširi tudi na bolj aridna podro čja (Gosar in sod., 2009).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 20 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 5: Skica postavitve grebenov in zastirke (prečni prerez) v greben-jarek-greben vodozbirnem (GJGVZ) sistemu (Gosar in sod., 2009) Figure 5: Ridge setting, placement of mulch (sectional view) in ridge-furrow-ridge rainwater harvesting (RFRRH) system (Gosar et al., 2009)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 21 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3 MATERIALI IN METODE DELA

3.1 OPIS LOKACIJE POSKUSA TER PODNEBNIH IN TALNIH RAZMER V POSKUSNIH LETIH

Poljski poskusi so bili izvedeni v letih 2007, 2008 in 2009 na polju v Selu pri Vodicah (46° 09' 40.51'' severne zemljepisne višine, 14° 30' 41.09'' vzhodne zemljepisne širine ter 300 m nadmorske višine) . Za to obmo čje Slovenije je zna čilno humidno podnebje z dolgoletno (1991-2006) povpre čno minimalo letno temperaturo -0.46 ˚C v mesecu januarju, povpre čno maksimalno letno temperaturo 20.5 ˚C v mesecu juliju ter povprečno koli čino padavin v rastni sezoni (od za četka aprila do konca septembra) 737 mm. Na poskusnem polju je bila merjena koli čina padavin v rastni sezoni v letu 2007, 670 mm, v letu 2008, 703 mm, v letu 2009 pa 691 mm (slika 6). Skupna maksimalna evapotranspiracija (izra čunana po Penman-Monteithovi ena čbi) je bila v rastni sezoni v letu 2007, 626 mm, v rastni sezoni v letu 2008, 594 mm, v rastni sezoni v letu 2009 pa 629 mm. Vsi podatki razen padavin, ki so bile merjene na lokaciji poskusa, so pridobljeni iz podatkov Agencije Republike Slovenije za okolje, in sicer za povpre čji mesta Ljubljane ter letališ ča Jožeta Pu čnika, ki sta od mesta poskusa oddaljeni okoli 8 km južne ter 8 km severne zra čne razdalje. Podnebne razmere v letih 2007, 2008 in 2009 so bile primerljive s povpre čnimi podnebnimi razmerami iz let 1991-2006.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 22 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Padavine (mm) 160 Evapotranspiracija (mm) 30,0 Temperature ˚C 140 25,0 C) 120 o 20,0 100

80 15,0

60

10,0 nednevne ( temperature č

Padavineinevaporacija (mm) 40

5,0 Povpre 20

0 0,0 maj maj maj julij julij julij april april april junij junij junij avgust avgust avgust oktober november september september Leto 2007 september Leto 2008 Leto 2009

Slika 6: Povpre čne dekadna višina padavin (mm), merjena na lokaciji poskusa ter povpre čne dekadne temperature zraka (˚C) in povpre čna višina potencialne evapotranspiracije (mm), ra čunane po Penman- Monteithovi ena čbi iz povpre čja meteoroloških postaj v Ljubljani ter na Letališ ču Jožeta Pučnika (ARSO, 2008) Figure 6: 10 days average precipitations (mm), measured at the experiment site and 10 days average air temperatures (˚C) and potential evapotranspiration (mm) for meteorological station Ljubljana (Mese čni bilten ARSO, 2008)

Naklon na poskusnem polju je bil od 0,05% do 0,2%. Tla na poskusnem polju spadajo med srednje globoka distri čna rjava tla (slika 7). Tla so v vrhnjem A horizontu (v zgornji 30 cm plasti tal) meljasto glinene ilovnate do meljasto ilovnate teksture. V A horizontu imajo tla pH 5,6, 4,9% organske snovi ter so srednje dobro založena s fosforjem (P 2O5) in kalijem -3 (K 2O). Tla z gostoto 1,11 g cm imajo to čko venenja pri 17,2 vol.% in poljsko kapaciteto pri 38,8 vol.%. Infiltracijska sposobnost tal za vodo po FAO infiltracijskem testu (uporaba dveh razli čno velikih obro čev) je 17 mm h -1 in je bila dosežena po 80 minutah. Čas infiltracije za prvih 20 mm vode traja v suhih tleh približno 20 minut.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 23 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 7: Talni profil z ozna čenimi horizonti Figure 7: Soil profile with soil horizons

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 24 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.2 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP)

3.2.1 Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost učinkovin

3.2.1.1 Rastlinski material

Za predmet raziskave smo izbrali dva genska vira škrlatnega ameriškega slamnika (AS), ki sta bila vklju čena v Gensko banko zdravilnih in aromati čnih rastlin Slovenije na Biotehniški Fakulteti v Ljubljani. V Genski banki sta vodena pod zaporednima številkama oziroma akcesijama 86/4 (poreklo: semenska hiša Yohneey's seeds iz Združenih Držav Amerike) in 86/6 (poreklo: semenske hiša N. L. Chrestensen iz Nem čije).

3.2.1.2 Zasnova poskusa

Poskus je bil zasnovan v obliki popolnih blokov s po štirimi ponovitvami. Preu čevali smo vpliv dveh faktorjev in sicer vpliv dveh genskih virov (2 ravni; genski vir 86/4 in 86/6) ter vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) (4 ravni) na vsebnost u činkovin v AS. Čase prvih žetev smo dolo čili na podlagi razvojnih stopenj AS. Prvo razvojno stopnjo (razvojna stopnja pred cvetenjem, 12. junij 2009) smo dolo čili s pojavom škrlatno obarvanih jezi častih cvetov na razvijajo čih se cvetnih nastavkih. Drugo razvojno stopnjo (razvojna stopnja za četek cvetenja, 30. junij 2009) smo dolo čili, ko je imelo 30% cvetnih nastavkov škrlatno obarvane jezi časte cvetove. Tretjo razvojno stopnjo (razvojna stopnja polnega cvetenja, 27. julij 2009) smo dolo čili, ko je imelo 80% cvetnih nastavkov škrlatno obarvane jezi časte cvetove. Četrto razvojno stopnjo (odcvetela razvojna stopnja, 19. avgust 2009) smo dolo čili, ko so jezi časti cvetovi za čenjali odpadati in postajati temno rde če do rjave barve in so bile že vidne semenske zasnove (slika 8). Poskus smo v letu 2007 postavili tako, da smo vsak blok dolžine 30 m in širine 2,6 m, po dolžini razdelili na osem enakih delov dolžine 3,75 m. V vsak del (parcelico) smo naklju čno posadili po en genski vir AS z oznakami od 1 do 4, ki so pomenile čas žetve od najzgodnejše, do najkasnejše. Tako smo v vsak blok naklju čno posadili genski vir 86/4 (z oznakami 86/4-1, 86/4-2, 86/4- 3 in 86/4-4) in genski vir 86/6 (z oznakami 86/6-1, 86/6-2, 86/6-3 in 86/6-4) (slika 9). Rastline smo sadili na medvrstno razdaljo 65 cm (kar pri 4 vrsticah znese 2,6 metra) ter na razdaljo v vrsti 25 cm.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 25 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 8: Škrlatni ameriški slamnik v razli čnih razvojnih stopnjah Figure 8: Purple coneflower in different development stages

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 26 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 9: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) ter genskega vira triletnega nasada na vsebnost u činkovin v AS. Oznaki 86/4 in 86/6 ozna čujeta genski vir, oznake od 1-4 pa čase žetev. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju Figure 9: Experimental design at experiment: Affect of different development stages at first harvest (summer harvest) and genetic source on purple coneflower active substances content at three year old plantation. Marks 86/6 and 86/4 indicates genetic source and marks from 1-4 indicates harvesting times. Note: Picture dimensions are not proportional

3.2.1.3 Agrotehnika

Poskusno polje smo vsako leto oskrbovali po na čelu dobre agronomske prakse, ki velja za pridelavo AS. In sicer smo vsako leto meseca aprila nasad pognojili z NPK mineralnim -1 -1 -1 gnojilom (60 kg N ha , 60 kg P 2O5 ha ter 60 kg K 2O ha ) ter nato še drugi č po prvi žetvi AS s 54 kg N ha -1. Nasad smo poželi vsako leto 2 krat in sicer prvi č v mesecu juliju in drugi č v mesecu oktobru. Po potrebi smo ro čno in strojno (z okopalnikom) odstranjevali plevel. Fitofarmacevtskih sredstev nismo uporabljali.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 27 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.2.2 Vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost u činkovin

3.2.2.1 Rastlinski material

Rastlinski material je bil enak, kot je opisan v poglavju 3.2.1.1

3.2.2.2 Zasnova poskusa

Zasnova poskusa je bila enaka, kot je opisano v poglavju 3.2.1.2 le, da smo tu vzor čili AS pri drugi žetvi. Nasad AS smo poleti 28. julija 2009 v celoti poželi. S tem so bili vzpostavljeni enaki za četni pogoji za ponovno rast AS, ki smo ga nato še enkrat želi. Čas za četka druge žetve (jesensko obdobje) smo dolo čili fiksno, saj se jeseni razvoj rastlin zaradi nizkih temperatur ustavi. Zato v jesenskem obdobju ni razvojnih stopenj. Tako smo čas prve jesenske žetve dolo čili 04. septembera 2009, čas naslednjih žetev pa v presledkih okoli treh tednov in sicer 22. septembera 2009, 16. oktobera 2009 in 5. novembera 2009 (slika 10).

Slika 10: Škrlatni ameriški slamnik pozno poleti (levo) in jeseni (desno) Figure 10: Purple coneflower in late summer (left) and in autumn (right)

3.2.2.3 Agrotehnika

Agrotehnika je bila enaka, kot je opisano v poglavju 3.2.1.3.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 28 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.2.3 Vpliv časa žetve enoletnega nasada AS na vsebnost u činkovin

3.2.3.1 Rastlinski material

Za predmet raziskave smo izbrali AS z akcesijo 86/6, katere poreklo je opisano v poglavju 3.2.1.1.

3.2.3.2 Zasnova poskusa

Poskus je bil zasnovan v obliki popolnih blokov s po štirimi ponovitvami. Vsak blok je bil dolg 10 m in širok 2,6 m (4 vrstice). Rastline so bile posajene na medvrstno razdaljo 65 cm in na razdaljo v vrsti 25 cm. V tem poskusu smo preu čevali samo rastline genskega vira 86/4. Preu čevali smo vpliv časa žetve enoletnega nasada na vsebnost u činkovin v AS. Ker AS prvo leto zacveti šele pozno jeseni so bili časi žetve enaki, kot so opisani v poglavju 3.2.2.2. Čas prve žetve je bil 4. septembra 2009 (z oznako 86/4-1), čas naslednjih žetev pa v presledkih okoli treh tednov, in sicer 22. septembra 2009 (z oznako 86/4-2), 16. oktobra 2009 (z oznako 86/4-3) in 05. novembra 2009 (z oznako 86/4-4) (slika 11).

Slika 11: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv časa žetve enoletnega nasada AS na vsebnost u činkovin. Oznake 86/4-1, 84/4-2, 86/4-3 in 86/4-4 ozna čujejo čas žetve. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju Figure 11: Experimental design in experiment: Affect of harvesting time in one year plantation on purple coneflower active substances content. Marks 86/4-1, 84/4-2, 86/4-3 in 86/4-4 indicates harvesting time. Note: picture dimensions are not proportional

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 29 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.2.3.3 Agrotehnika

Sadike AS smo v letu poskusa vzgojili v steklenjaku na Biotehniški fakulteti v Ljubljani. Seme AS smo posadili 10. marca 2009 v setvene ploš če s po 160 luknjami. V vsako luknjico smo posadili 2-4 semena in jih za boljšo kalitev zalili z vodno raztopino giberelinske kisline (0.005 mg L -1). Zemljiš če smo pripravili tako, da smo poskusno polje jeseni leta 2008 pognojili s hlevskim gnojem (20 t ha -1) in ga nato globoko zaorali (25 cm). Spomladi leta 2009 smo pred sajenjem sadik poskusno polje pognojili z NPK mineralnim -1 -1 -1 gnojilom (60 kg N ha , 60 kg P 2O5 ha in 60 kg K 2O ha ) in ga vdelali v zemljo s prekopalnikom. Sadike AS smo 20. maja 2009 vzeli iz rastlinjaka ter jih do saditve aklimatizirali na prostem. Sadike smo po dežju 27. maja 2009 posadili na poskusnem polju na medvrstno razdaljo 65 cm in na razdaljo v vrsti 25 cm. 5. julija 2009 smo nasad dognojili z mineralnim N (54 kg N ha-1). V času rasti AS smo ro čno in strojno odstranjevali plevel. Fitofarmacevtskih sredstev v času poskusa nismo uporabljali.

3.3 DOLO ČANJE VSEBNOSTI SEKUNDARNIH METABOLITOV

3.3.1 Vzor čenje in priprava vzorcev za kemijske analize

Leta 2009 smo na poskusnem polju nabirali vzorce AS za kemijske analize. Vzorce smo vedno nabirali med 8. in 9. uro zjutraj. Vzorce v prvi žetvi smo nabirali 12.06.2009 (pred cvetenjem), 30. junija 2009 (za četek cvetenja), 27. julija 2009 (polno cvetenje) in 19. avgusta 2009 (odcvetela faza). Vzorce druge žetve smo nabirali 4. septembra 2009, čas naslednjih žetev pa v presledkih približno treh tednov, in sicer 22. septembra 2009, 16. oktobra 2009 in 5. novembra 2009. Vsak vzorec smo dobili tako, da smo v vsakem bloku naklju čno poželi nadzemne dele rastlin. Rastline smo želi okrog 10 cm nad tlemi.

Rastlinske vzorce smo takoj zaprli v nepredušne vrečke in jih shranili v zamrzovalno skrinjo pri temperaturi -20 ˚C. Zmrznjene vzorce smo posušili v liofilizatorju (Christ, Gamma, 1-16 LSC) pri temperaturi -25 ˚C do 0% vlažnosti. Nato smo suhe vzorce s pomo čjo kavnega mlin čka zmleli do prahu, jih shranili v nepredušne vre čke ter jih do analiz hranili v zamrzovalni skrinji pri temperaturi -20 ˚C. Na ta na čin smo pred kemi čno analizo ohranili nespremenjene vzorce, saj je bila zaradi nizkih temperatur onemogo čena encimska razgradnja in termi čni razpad molekul.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 30 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.3.2 Metoda za dolo čanje vsebnosti polisaharidov v škrlatnem ameriškem slamniku

3.3.2.1 Priprava rastlinskih izvle čkov

Za pripravo rastlinskih izvle čkov za kvantitativno ugotavljanje vsebnosti polisaharidov v AS smo izbrali prvo metodo izolacije po Deli ć (2005), ki dolo ča vsebnost polisaharidov v AS glede na vsebnost glukoze. Metodo smo nekoliko modificirali.

Rastlinske izvle čke za kvantitativno ugotavljanje vsebnosti polisaharidov v AS smo pripravili tako, da smo natehtali 100 mg droge ter jo najprej 10 min ekstrahirali s petroletrom (V=10 ml) v ultrazvo čni kopeli (Iskra Pio, Sonis 4). Nato smo vsebino centrifugirali 10 minut s pomo čjo centrifugirke (Tehtnica, Centric 222A) pri 16.000 g.. Supernatant smo zavrgli ter postopek nato še enkrat ponovili. V drugi stopnji smo postopali enako, le da smo tu kot topilo uporabili metanol. Namen prvih dve stopenj je odstraniti kar najve č snovi, ki bi lahko motile merjenje absorbance. V tretji stopnji smo ostanek ekstrahirali z 0,5 M raztopino NaOH (V=10 ml), prav tako v ultrazvo čni kopeli. Nato smo vsebino centrifugirali 10 min s pomo čjo centrifugirke pri 16.000 g. Supernatant smo shranili, postopek pa smo nato še enkrat ponovili in zopet shranili supernatant. Ostanek smo še enkrat ekstrahirali preko no či (16 h) (slika 12). Supernatante smo shranjevali v 50 ml merilne bu čke (3 krat po 10 ml) in jih na koncu razred čili z enakim topilom (0,5 M NaOH) na skupni volumen 50 ml, kar je predstavljalo našo osnovno raztopino za spektrofotometri čno meritev absorbance. Pomen iz črpne ekstrakcije z 0,5 M NaOH je ekstrahirati kar najve č topnih polisaharidov iz AS.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 31 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Droga (100 mg)

1a: Ekstrakcija s petroletrom (10 ml), 1. t= 10 min v ultrazvo čni kadi čki 1b: Centrifugiranje pri 16000 g, t=10 min,

postopek 2 krat ponovimo

Supernatant Ostanek (zavržemo) (obdržimo)

2a: Ekstrakcija z MeOH (10 ml), t= 10 min v ultrazvo čni kadi čki 2b: Centrifugiranje pri 16000 g, t=10 min,

postopek 2 krat ponovimo

Supernatant Ostanek

(zavržemo) (obdržimo)

3a: 2 kratna ekstrakcija z 0,5 M NaOH (10 ml) v ultrazvo čni kadi čki, nato pa 16 h pri sobni T 3b: Centrifugiranje pri 16000 g, t=10 min,

Supernatant Ostanek (shranimo) (zavržemo)

200 µl supernatanta je naša osnovna raztopina, ki jo nadalje uporabimo za spektrofotometri čno meritev.

Slika 12: Shema postopka izolacije polisaharidov Figure 12: The scheme of the polysaccharides isolation procedure

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 32 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.3.2.2 Spektrofotometri čno dolo čanje vsebnosti polisaharidov

Vzorce za spektrofotometrično merjenje absorbanc smo pripravili tako, da smo v epruvete dali 200 µl supernatanta, 0,5 ml 5% fenola (C 6H5OH) ter 2,5 ml 95-97% žveplove (VI) kisline (H 2SO 4). Vsebino smo nato premešali na vortex mešalu (Tehtnica, EV-2002), jo 1 uro greli na vodni kopeli pri 70 ˚C ter jo pred merjenjem absorbance pri 490 nm še enkrat premešali na vortex mešalu.

Umeritveno krivuljo smo naredili s 99,5% D (+) glukozo tako, da smo pripravili 0,05%, 0,025%, 0,0125% in 0,00625% raztopine z 0,5 M NaOH, s katerimi smo nato postopali enako kot s supernatanti.

Reakcija, ki da barvo je dvostopenjska. V prvi stopnji pote če ob prisotnosti kisline hidroliza polisaharidov, ki se razgradijo v monosaharide. Molekule glukoze se nato v drugi stopnji zaradi kisline, vežejo na fenol. Kompleks fenol-glukoza najmo čneje obarva vzorec pri valovni dolžini 490 nm, pri kateri tudi merimo absorbanco.

3.3.3 Metoda za dolo čanje vsebnosti fenolnih snovi v škrlatnem ameriškem slamniku

3.3.3.1 Priprava rastlinskih izvle čkov

Rastlinske izvle čke za kvantitativno in kvalitativno ugotavljanje vsebnosti derivatov kavne kisline smo pripravili po metodi Molgaard in sod. (2003). Pri pripravi rastlinskih izvle čkov iz AS smo metodo nekoliko modificirali, medtem ko je bila metoda HPLC (teko činska kromatografija visoke lo čljivosti) analize enaka. Rastlinske izvle čke za kvantitativno in kvalitativno ugotavljanje vsebnosti derivatov kavne kisline smo pripravili tako, da smo natehtali 200 mg droge ter jo 15 min ekstrahirali z 80 % metanolom (V=10 ml) v ultrazvo čni kopeli (Iskra Pio, Sonis 4), pri sobni temperaturi. Nato smo vsebino 10 minut centrifugirali s pomo čjo centrifugirke (Tehtnica, Centric 222A) pri 16.000 g. Postopek smo dvakrat ponovili, pri čimer smo supernatante shranjevali v 50 ml bu čke. Bu čkam smo na koncu dolili 80% metanol do menzure. Supernatante smo nato v viale prefiltrirali skozi 0,45 µl membranske filtre (Sartorius, Minisart RC 15). Viale smo do HPLC analize (nekaj dni) hranili v hladilniku pri temperaturi 4 °C.

3.3.3.2 Teko činska kromatografija visoke lo čljivosti

Kromatografska analiza je postopek, kjer najprej ločimo posamezne sestavine vzorca in jih nato zaznamo z ustrezno detekcijo za kvalitativno in kvantitativno dolo čitev vsebnosti. Teko činska kromatografija visoke lo čljivosti (HPLC) je separacijska tehnika, ki temelji na porazdelitvi vzorca med mobilno fazo, ki je teko čina majhne viskoznosti in stacionarno fazo, ki je trdna snov. Mobilna faza potuje prek stacionarne faze v dolo čeni smeri. Kromatografski proces, ki pri tem nastaja, je rezultat ponavljajo če se sorbcije in desorbcije

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 33 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 s stacionarno fazo, ki poteka med potovanjem vzor čnega analita vzdolž kolone. Do separacije pride zaradi razlik v porazdelitvenih konstantah posameznih sestavin vzorca, ki so posledica razli čnih termodinamskih lastnosti topljencev. Topljenci, ki imajo ve čjo afiniteto do mobilne faze, pridejo hitreje iz kolone kot topljenci, ki se zadržujejo v stacionarni fazi. Eluirajo se v vrstnem redu, po velikosti porazdelitvenih koeficientov glede na stacionarno fazo. Porazdelitev je posledica velikosti molekulskih sil med molekulami obeh faz. Mo čnejše kot so sile med molekulami topljenca in molekulami v stacionarni fazi, po časneje se topljenec eluira. Sestavo mobilne faze med separacijo spreminjamo. Ta na čin separacije imenujemo gradientno izpiranje. Pri izokratskem izpiranju pa ostane polarnost mobilne faze nespremenjena (Pe čavar, 1998, cit. po Kušar, 2005).

HPLC metoda je z razvojem visokotla čnih črpalk, ki omogo čajo konstantne pretoke brez pulziranja, in z razvojem tehnologije izdelave kolon ter razli čnih detektorjev postala nepogrešljiva metoda za separacijo ter dolo čevanje ve čine organskih in anorganskih spojin. Odlikuje se po hitrosti, ob čutljivosti, lo čljivosti, majhni koli čini vzorca ter ve čkratni uporabi kolone.

Analize so bile opravljene v laboratoriju Katedre za aplikativno botaniko, ekologijo, fiziologijo rastlin in informatiko oddelka za agronomijo Biotehniške fakultete. Vsebnost derivatov kavne kisline smo izra čunali po metodi eksternega standarda. Uporabili smo standarde: kaftarna kislina, cikorna kislina, klorogenska kislina, cinarin ter kavna kislina, proizvajalca ChromaDex. Separacija in dolo čitev kaftarne in cikorne kisline je bila narejena po metodi Molgaard in sod. (2003). Po metodi Molgaard in sod., (2003) smo dolo čali vsebnosti kaftarne in cikorne kisline, saj so bile ostale fenolne snovi, kot so kavna kislina, cinarin ter klorogenska kislina, v naših vzorcih pod mejo detekcije.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 34 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.3.3.3 Priprava rastlinskih izvle čkov

Kromatografski pogoji

HPLC sistem: Thermo Electron Corporation: Finnigan Autosampler, IC črpalka, Detektor: PDA (photo diode array) detektor Kolona: Nucleosil C18, 3 µm, 150x4.6mm, 100A Predkolona: Volumen injiciranja Standardov: 10 µl Vzorcev: 5 µl Mobilna faza: A: acetonitril (MeCN)/bidestilirana voda (H 2O) (5:95) B: MeCN/ H2O (95:5) C: MeCN/ H 2O (5:95) z 0,1% v/v TFA (trifluorocetna kislina) Pretok mobilne faze: 1,6 ml/min Detekcija: 290 nm Trajanje analize: 25 min Temperatura kolone: 40 °C Operacijski sistem: Program Chrom Quest Gradient za analizo: Glej preglednico 3

Preglednica 3: Gradient topil za HPLC analizo kaftarne in cikorne kisline Table 3: Solvent gradient for HPLC caftaric and cichoric acid analysis Čas (min) A (%) B (%) C (%) 0,01 75 5 20 4 75 5 20 7 68 12 20 15 75 5 20 25 75 5 20

3.4 MOŽNOSTI PRIDELOVANJA ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (2. SKLOP)

3.4.1 Pridelava škrlatnega ameriškega slamnika na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami

3.4.1.1 Zasnova poskusa

Poskus je bil zasnovan v obliki deljenih blokov (split-plot) s po štirimi ponovitvami. Preu čevali smo vpliv dveh faktorjev. Prvi faktor je predstavljal vpliv namakanja in je delil blok na 2 glavni parceli (namakano in nenamakano). Drugi faktor je predstavljal vpliv treh razli čnih greben-jarek-greben vodozbirnih (GJGVZ) sistemov, ki so predstavljali podparcele (slika 13). Prvi je bil GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko (črna, 1,2 m široka in 0,02 mm debela, proti ultravijoli čnim žarkom (UV) stabilizirana, polietilenska (PE) zastirka), drugi je bil GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko (črna 1,2 m široka in 0,02 mm debela, platnena, UV stabilizirana, PE zastirka) in tretji je bil GJGVZ sistem brez

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 35 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 zastirke (Kontrola). Dolžina glavnih parcel je bila 30 m, dolžina podparcel pa 10 m. Površina podparcel je bila 14 m 2. GJGVZ sistemi z zastirkami so bili narejeni tako, da so PE zastirke pokrivale dva grebena in jarek med njima, ki je imel funkcijo zbiranja padavin. Medvrstna razdalja med pokritimi grebeni je bila 60 cm. Medvrstna razdalja grebenov med namakanim in nenamakanim delom poskusa je bila 120 cm in je služila kot vozna steza (slika 14, 15). V praksi bi se lahko medvrstna razdalja med nepokritimi grebeni, ki služi kot prostor za vozne steze, zmanjšala na 80 cm. Zastirke smo pritrdili tako, da smo robove zastirk zasuli z zemljo. Na vrhu grebenov smo zastirko zarezali na razdaljah 25 cm, kjer smo posadili sadike AS. Samo pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko smo med grebenoma v jarku zastirko pre čno zarezali na razdaljah 50 cm, z namenom, da je voda lahko odtekla pod zastirko, kjer se je koristila za rast rastlin. S tem smo tudi prepre čili vzdolžni odtok vode. Na ta na čin GJGVZ sistem omogo ča pridelovanje rastlin tudi pod neprepustno zastirko brez kaplji čnega namakalnega sistema, saj omogo ča dotok padavinske vode pod neprepustno zastirko, kjer se lahko koristi za rast rastlin. Pri kontrolnem tretmaju smo pustili tla nepokrita, medtem ko je bila priprava zemljiš ča, razdalja v vrsti in medvrstna razdalja enaka, kot pri ostalih tretmajih z zastirkama.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 36 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 13: Zasnova poskusa pri poskusu: pridelava AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami. Parcele obarvane z modro so namakane, parcele obarvane z rumeno niso namakane. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju Figure 13: Experimental design in experiment: production of purple coneflower at ridge-furrow-ridge rainwater harvesting system with mulches (blue colored plots are irrigated; yellow colored plots are not irrigated). Note: Picture dimensions are not proportional

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 37 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 14: Prikaz postavitve grebenov in pokrivanja z zastirkami (pre čni prerez) ter prikaz poplavnega namakanja v z zastirko prekrit jarek, pri greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami Figure 14: Ridge setting, placement of mulch (sectional view) and presentation of additional irrigation by flooding the PE mulch covered furrow in ridge-furrow-ridge rainwater harvesting system with mulches

3.4.1.2 Agrotehnika

Poskusno polje smo v letu 2007 in 2008 pripravili tako, da smo ga spomladi pognojili s hlevskim gnojem (20 t ha -1) in ga globoko zaorali (25 cm). Konec aprila, tik pred setvijo sadik smo poskusno polje ponovno pognojili z mineralnim gnojilom NPK (60 kg N ha -1, -1 -1 60 kg P 2O5 ha in 60 kg K 2O ha ). Po gnojenju smo tla dopolnilno obdelali s prekopalnikom ter s pomo čjo osipalnika za krompir pripravili kraje za sajenje sadik AS. Sadike AS smo v obeh letih vzgojili v steklenjaku na Biotehniški fakulteti v Ljubljani.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 38 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Konec zime (5. marec v letu 2007 in 2008) je potekala setev, kjer smo seme AS posadili v setvene plošče s po 160 luknjami. V vsako luknjo smo posadili od 2-4 semena AS in jih za boljšo kalitev zalili z vodno raztopino giberelinske kisline (5 mg L -1). Sadike AS smo v letu 2007 in 2008, v za četku meseca maja, vzeli iz rastlinjaka, jih tri dni aklimatizirali ter jih po dežju posadili na poskusnem polju in jih nato dodatno zalili čez tri dni. Na poskusnem polju smo na grebenih in med grebeni redno zatirali plevel s pletjem, na voznih stezah pa smo plevel dvakrat na leto zatirali s totalnim herbicidom (Boom efekt ali Roundap). Drugih fitofarmacevtskih sredstev na poskusnem polju tekom poskusa nismo uporabljali.

Slika 15: GJGVZ sistem z zastirkami. Na dnu slike je GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, sledi mu GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko Figure 15: RFRRH system with mulches. In the bottom of the photograph is RFRRH system cowered with waterimpermeable polyethylene mulch, fallowed by the RFRRH system cowered with waterpermeable (woven) polyethylene mulch

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 39 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Namakali smo s pomo čjo 2200 litrske vakuumske cisterne na na čin, da smo jarek med grebenoma poplavili v dveh prehodih (slika 16). Če predpostavimo, da je bila povpre čna širina premika vode na vsako stran 45 cm, smo namakali okoli 20 l vode na m 2. Namakati smo za čeli v času, ko je imel vsaj eden od GJGVZ tretmajev z zastirkami (GJGVZ sistem z neprepustno zastirko ali GJGVZ sistem s prepustno zastirko) vsebnost vode v tleh pod 30 vol.% (kar je okoli 60% od maksimuma rastlinam dostopne vode, ki jo tla lahko priskrbijo pri poljski kapaciteti). V primeru, da je vremenska napoved za naslednja dva dni napovedovala obilnejše padavine, namakanja nismo izvedli. Ker podatkov o namakanju za AS ni, smo prag vsebnosti vode v tleh, pri katerem smo pri čeli za namakanjem, dolo čili sami. Relativno nizki prag smo dolo čili glede na dejstvo, da rastlina izvira iz bolj sušnih predelov severne amerike in je zato relativno dobro prilagojena na sušni stres. Namakali smo štirikrat v letu 2007 (20. julija, 24. julija, 9. avgusta in 18. avgusta) in petkrat v letu 2008 (3. julija, 5. avgusta, 4. septembra in 19. septembra). Dinamika gibanja vode v tleh s padavinami in namakanjem je prikazana na sliki 17.

Slika 16: Vzorec slike iz video prezentacije (dostopno v elektronski obliki ) poplavnega namakanja na GJGVZ sistemu Figure 16: Thumbnail from video presentation (available in electronic form ) of flooding irrigation in RFRRH system

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 40 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Padavine (mm) 50 Namakano (mm) 140 Namakan GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko 45 Namakan GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko Namakana Kontrola 120 40 Poljska kapaciteta . 35 100 .

30 80 25 Od 60% do 100% rastlinam dostopne vode pri poljski kapaciteti 60 20 To čka venenja

15 Vsebnost vode v tleh (vol.%) 40 Padavine & namakanje (mm)

10 20 5

0 0 5. julij 2007 12. julij 2007 19. julij 2007 26. julij 2007 28. junij 2007 2. avgust 2007 9. avgust 2007 16. avgust 2007 23. avgust 2007 30. avgust 2007 6. september 2007 13. september 2007 20. september 2007 Padavine (mm) 50 Namakano (mm) 140 Namakan GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko 45 Namakan GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko Namakana Kontrola 120 Poljska kapaciteta 40 . 35 100 .

30 80 25 Od 60% do 100% rastlinam dostopne vode pri poljski kapaciteti 60 20 To čka venenja

15 Padavine& namakanje (mm) Vsebnostvode tleh v (vol.%) 40

10 20 5

0 0 1. 1. julij 2008 8. julij 2008 3. junij 2008 27.maj 2008 15. julij 2008 22. julij 2008 29. julij 2008 10.junij 2008 17.junij 2008 24.junij 2008 5. avgust 2008 12.2008 avgust 19.2008 avgust 26.2008 avgust 2. september 2008 9. september 2008 16. september 2008 23. september 2008 Slika 17: Padavine, namakanje (mm) ter dinamika vsebnosti vode v tleh (vol %) pri GJGVZ sistemom z zastirkami in Kontrolo, merjeno na globini 0.2 m, v 3-5 dnevnih intervalih med med 28. junijem in 25. septembrom v letu 2007 in 27. majem in 27. septembrom v letu 2008 Figure 17: Precipitation, supplemental irrigation (mm) and soil water content dynamic (vol. %) with irrigated RFRRH system with mulches and Control, at a depth of 0.2 m, measured in 3-5 day intervals between 28 th June and 25 th September in 2007 and 27 th May and 27 th September in 2008

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 41 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Za izra čun gospodarnosti pridelave AS smo poskusni nasad iz leta 2008 nadaljevali tudi v letu 2009. Ker smo imeli v letu 2009 nasad že postavljen, smo ga morali samo oskrbovati. Oskrbovali smo ga tako, da smo ga spomladi meseca marca pognojili z mineralnim -1 -1 -1 gnojilom NPK (60 kg N ha , 60 kg P 2O5 ha in 60 kg K 2O ha ) ter nato še po prvi žetvi konec meseca julija z gnojilom KAN (54 kg N ha -1). V nasadu smo redno odstranjevali tudi plevel. V letu 2009 je bilo smiselno ovrednotiti samo del poskusa, ki smo ga v letu 2008 namakali. Takšno odlo čitev smo sprejeli iz naslednjih razlogov: • Nasada v letu 2009 nismo mogli dopolnilno poplavno namakati na na čin, ki smo ga izvajali v letu 2008, ker so bile rastline AS v drugem letu rasti previsoke, da bi bilo takšno namakanje izvedljivo (za AS je namre č zna čilno, da so rastline v drugem letu rasti veliko višje kot v prvem letu rasti). • Nasada v letu 2009 tudi ni bilo potrebno namakati, saj smo že iz enoletnih poskusov iz let 2007 in 2008 ugotovili, da v našem poskusu (predvsem zaradi velike koristne kapacitete tal za vodo (216 L m -3) in tal z velikim kapilarnim dvigom vode, ki je zna čilen za srednje globoka distri čna rjava tla) namakanje vpliva na hitrejšo rast rastlin AS le, ko so rastline še zelo mlade in še nimajo dobro razvitega globokega koreninskega sistema. • Nekatere parcelice na nenamakanem delu nasada (predvsem tiste, ki so bile prekrite z zastirko) so bile preko zime (2008-2009) poškodovane zaradi voluharja, kar je v letu 2009 povzro čalo na nenamakanem delu nasada neenakomerne pridelke AS.

3.4.1.3 Meritve

3.4.1.3.1 Merjenje vsebnosti vode v tleh

Vsebnost vode v tleh smo merili gravimetri čno v obdobju od 28. junija do 25. septembra v letu 2007 in od 27. maja do 27. septembra v letu 2008. Vzorce zemlje smo merili gravimetri čno 20 cm (15-25 cm) pod grebenom (slika 14), v 3-5 dnevnih intervalih, vedno ob 8. uri zjutraj in vsaj 12 ur po dežju. Odrasle rastline so imele okoli 90% korenin v zgornjih 30 cm plasti tal. Za primerjavo vsebnosti vode v tleh je bilo smiselno primerjati samo nenamakane tretmaje, saj vemo, da imajo namakani tretmaji višje vsebnosti vode v tleh v primerjavi z nenamakanimi tretmaji. Pri obdelavi podatkov pri nenamakanih tretmajih smo se nato osredoto čili samo na primerjavo vsebnosti vode v tleh v sušnih obdobjih, saj takrat vsebnost vode v tleh najbolj vpliva na rast rastlin.

3.4.1.3.2 Merjenje pridelka

Pridelek smo v enoletnih nasadih v letu 2007 in 2008 merili konec septembra, pri dvoletnem nasadu v letu 2009 pa prvi č konec junija in drugi č konec septembra. Pridelek smo merili tako, da smo tehtali sveže nadzemne dele rastlin, ki smo jih pokosili s pomo čjo bobnaste rotacijske kosilnice približno 10 cm nad tlemi (slika 18).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 42 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 18: Košnja rastlin škrlatnega ameriškega slamnika na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami s pomo čjo bobnaste kosilnice Figure 18 : Mowing of purple coneflower plants with drum mower in ridge-furrow-ridge rainwater harvesting system with mulches

3.4.1.3.3 Merjenje časa, ki je bil potreben za ro čno odstranjevanje plevela

Čas, ki je bil potreben za ročno odstranjevanje plevela, smo na vseh tretmajih merili 3. junija, 20. julija in 1. septembra leta 2007, 25. junija, 25. julija, 19. avgusta leta 2008 in 25. aprila ter 10. avgusta leta 2009. Čas, ki je bil potreben za ro čno odstranjevanje plevela, smo nato po posameznih parcelicah v istem letu sešteli.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 43 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.4.1.4 Izra čun gospodarnosti

Izra čun gospodarnosti pridelave je postopek, ki nam omogo ča ugotoviti ceno posameznega proizvoda ali storitve. Kalkulacije so potrebne da:

• Lahko planiramo nadzor stroškov in poslovni izid;

• Z izra čunom lastne cene lahko oblikujemo prodajne cene;

• Rezultati kalkulacij lahko pomagajo pri izbiri med razli čnimi poslovnimi odlo čitvami.

3.4.1.4.1 Dohodek

Dohodek je razlika med skupnimi prihodki in skupnimi stroški (razen stroškov dela), ki nastanejo pri kmetijski proizvodnji. Za skupne stroške smo vzeli samo spremenljive stroške, ker so ostali stroški (prispevki, dajatve, stroški financiranja, splošni stroški) zanemarljivi in jih je težko dolo čiti.

∑ dohodek = ∑ prihodki – ∑ (stroški – stroški dela) …(1 )

3.4.1.4.2 Dohodek na hektar obdelovalnega zemljiš ča

Dohodek na hektar obdelovalnega zemljiš ča nam pokaže kolikšen je dohodek, prera čunan na hektar obdelovalnega zemljiš ča.

∑ dohodek / ha obdelovalnega zemljiš ča = ∑ dohodek / ∑ obdelovalnega zemljiš ča …(2)

3.4.1.4.3 Pokritje na hektar obdelovalnega zemljiš ča

Pokritje je razlika med skupnimi prihodki in skupnimi spremenljivimi stroški, prera čunani na hektar obdelovalnega zemljiš ča. V našem primeru je pokritje enak dohodku, saj so stalni stroški zanemarljivi.

∑ Pokritje/ ha = ( ∑ prihodki – ∑ spremenljivi stroški) / ∑ obdelovalno zemljiš če …(3)

3.4.1.4.4 Dobi ček na hektar

Dobi ček na hektar je razlika med skupnimi prihodki in skupnimi stroški, prera čunani na hektar obdelovalnega zemljiš ča.

∑ dobi ček/ha = ( ∑ prihodki - ∑ stroški) / ∑ obdelovalnega zemljiš ča …(5)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 44 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Dobi ček

Delo Dohodek Pokritje

Stalni stroški

Stroški Prihodek storitev

stroški Materialni

Spremenljivi stroški

Slika 19: Prikaz pojmov Figure 19: Notion survey

Pri izra čun gospodarnosti pridelave AS je bilo za neko realno oceno potrebno zbirati podatke na istem nasadu vsaj dve leti. Kot smo že omenili, smo se zaradi že navedenih razlogov (glej stran 41) odlo čili, da bomo v ta poskus vzeli samo namakani del nasada iz leta 2008, ki se je nato brez namakanja nadaljeval v letu 2009. Dobi ček smo za vsako podparcelco izra čunali na podlagi cene pridelka (0.35 EUR kg -1), stroška ro čnega sajenja sadik in okopavanja (vsako uro dela smo ovrednotili s stroškom 5 EUR h -1, kar je predstavljalo ceno ure dela v regiji) ter stroška materiala in strojnih uslug (preglednica 4). Ker doba izkoriš čanja nasada AS obi čajno traja 4 leta, smo izra čune gospodarnosti iz našega dvoletnega poskusa priredili za nasad, ki bi trajal štiri leta in bi hipoteti čno imel povpre čne pridelke enake povpre čnim pridelkom iz našega dvoletnega poskusa. Ker je dinamika rasti nasada AS takšna, da je prvo in četrto leto pridelek najnižji, drugo in tretje leto pa najvišji (torej je skupni pridelek AS dvoletnega nasada približno polovica skupnega pridelka AS štiriletnega nasada), se pri naših hipoteti čnih kalkulacijah verjetno nismo veliko zmotili.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 45 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 4: Prikaz števila ur ro čnega dela in stroškov na hektar pri GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistemu z vodoprepustno zastirko in Kontroli. Table 4: Manual working hours and costs in hectare in RFRRH system with impermeable mulch, RFRRH system with permeable mulch and Control. GJGVZ GJGVZ sistem z sistem z Tretmaji vodoneprepust vodoprepustn no zastirko o zastirko Kontrola [h ha-1] [h ha-1] [h ha-1] Koli čina Ro čno delo [enot ha-1] Sajenje sadik a 57.143 200 sadik h -1 71.5 71.5 / Škroplenje voznih 15 15 15 / stez b Skupaj 86.5 86.5 0 Material Kvantiteta [EUR enoto -1] [EUR ha-1] [EUR ha-1] [EUR ha-1] Sadike a 57.143 0.083 rastlin -1 1190.50 1190.50 1190.50 Črna PE zastirka a 8.571 m 2 0.24 m -2 520.83 Črna perforirana PE 7.143 m 0.41 EUR m -1 / 729.17 / zastirka a Hlevski gnoj b 20 t 20.83 EUR t -1 104.17 104,17 104.17 Mineralno 600 kg 0.28 EUR kg -1 166.67 166.67 166.67 gnojilo (NPK) b Neselektivni herbicid 8 L 11,4 91,2 91,2 / Koli čina Strojne usluge EUR na enoto -1 [h ha-1] Oranje a 3 16.67 12.50 12.50 12.50 Dopolnilna 1 33.33 8.33 8.33 8.33 obdelava tal a Polaganje zastirke a 6 33.33 50.00 50.00 Raztros NPK gnojila b 1 41.67 41.67 41.67 41.67 Košnja b 1,5 16.67 / / 25.00 Prevoz pridelka 15 20.83 312.45 312.45 312.45 (10 km) b Sajenje sadik a 10 25 / / 62,50 Okopavanje b 2 20.83 / / 41,67 Strojna žetev b 6 33.33 200.00 200.00 Skupaj 2697.20 2906,66 1965.46 Enkratno 15 20.83 312.45 312.45 312.45 namakanje a Predstavlja eno četrtino celotnih stroškov, ker je čas nasada prera čunan na štiri leta b Predstavlja vsakoletne stroške Cene so pridobljene iz Inštituta za Hmeljarstvo in Pivovarstvo iz Žalca, iz cen kmetijskih trgovin, iz cen Strojnega Krožka Domžale ter iz kataloga kalkulacij. Cena vode za namakanje ni vklju čena v kalkulacijo.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 46 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.4.2 Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema z namakanjem na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh

3.4.2.1 Zasnova poskusa

Zasnova poskusa je bila podobna zasnovi poskusa iz poglavja 3.4.1.1, le da smo tu preu čevali le en faktor. Poskus je bil zasnovan v obliki popolnih blokov s po štirimi ponovitvami in tremi razli čnimi obravnavanji (slika 20). Preu čevali smo vpliv treh razli čnih namakanih greben-jarek-greben vodozbirnih (GJGVZ) sistemov. Prvi je bil GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko ( črna, 1.2 m široka in 0.02 mm debela, proti ultravijoli čnim žarkom (UV) stabilizirana, polietilenska (PE) zastirka), drugi je bil GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko ( črna, 1.2 m široka in 0.02 mm debela, platnena, UV stabilizirana, PE zastirka) in tretji je bil GJGVZ sistem brez zastirke (kontrola). Dolžina glavnih parcel je znašala 30 m, dolžina podparcel pa 10 m. Površina podparcel je znašala 14 m 2. GJGVZ sistemi z zastirkami so bili narejeni tako, da so PE zastirke pokrivale dva grebena in jarek med njima, ki je imel funkcijo zbiranja padavin. Medvrstna razdalja med pokritimi grebeni je bila 60 cm (slika 14). Prostor ob pokritih grebenih je služil kot vozna steza za namakanje. Zastirke smo pritrdili tako, da smo na njihove robove nasuli zemljo. Na vrhu grebenov smo zastirko zarezali na razdaljah 25 cm, kjer smo posadili sadike AS. Samo pri neprepustni zastirki smo med grebenoma v jarku zastirko pre čno zarezali na razdaljah 50 cm, z namenom da je voda lahko odtekla pod zastirko, kjer se je koristila za rast rastlin. S tem smo tudi prepre čili vzdolžni odtok vode. Na ta na čin GJGVZ sistem omogo ča pridelovanje rastlin tudi pod nepropustno zastirko brez kaplji čnega namakalnega sistema, saj omogo ča dotok padavinske vode pod nepropustno zastirko, kjer se lahko koristi za rast rastlin. Pri kontrolnem tretmaju smo pustili tla nepokrita, medtem ko je bila priprava zemljiš ča, razdalja v vrsti in medvrstna razdalja enaka, kot pri ostalih tretmajih z zastirkama.

3.4.2.2 Agrotehnika

Agrotehniko smo pri tem poskusu v letu 2009 izvajali enako, kot je opisana v poglavju 3.4.1.2, le, da smo 15. maja, pred pokrivanjem grebenov s folijo in setvijo sadik (29. maj -1 -1 -1 2009), poskusno polje poleg gnojila NPK (60 kg N ha , 60 kg P 2O5 ha in 60 kg K 2O he ) pognojili tudi z gnojilom KAN v koli čini 300 kg N ha-1. Celotna koli čina mineralnega N je -1 + torej bila 360 kg N ha , od tega 50% v amonijski obliki (NH 4 ) in 50% v nitratni obliki - (NO 3 ). Tako visoko, vsaj trikrat presežno koli čino mineralnega N, ki jo v prvem letu AS potrebuje za svojo rast, smo dodali z namenom natančnejšega ugotavljanja razlik med obravnavanji v vsebnosti rastlinam dostopnega N na koncu poskusa.

Namakali smo enako, kot je opisano v poglavju 3.4.1.2. Namakali smo štirikrat in sicer 20. julija, 24. julija, 9. avgusta in 18. avgusta.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 47 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 20: Zasnova poskusa pri poskusu: Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh. Opomba: dimenzije slike niso v sorazmerju Figure 20: Experimental design in experiment: Affect of ridge-furrow-ridge-rainwater harvesting system on plant available N. Note: Picture dimensions are not proportional

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 48 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

3.4.2.3 Meritve

3.4.2.3.1 Merjenje vsebnosti vode v tleh

V obdobju od 1. junija 2009 do 20. septembra 2009 smo merili vsebnost vode v tleh za potrebe namakanja. Vzorce vode smo jemali le v sušnih obdobjih po postopku, ki je opisan v poglavju 3.4.1.3.1.

3.4.2.3.2 Merjenje vsebnosti rastlinam dostopnega N v tleh

Vzorce zemlje za vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh smo nabirali 10. junija 2009 in 20. septembra 2009. Vzorce smo vedno jemali na vrhu grebena, 0-20 cm globoko, vsaj 10 cm od rastlin AS. Ko smo vzorce pobrali, smo jih nemudoma posušili v pe čici pri 40 ˚C do konstantne vlage (okoli 24 h). Vzorce smo nato hranili v zaprtih plasti čnih lon čkih pri sobni temperaturi, do laboratorijske analize. Laboratorijske analize so naredili na Katedri za pedologijo in varstvo okolja, oddelka za agronomijo, na Biotehniški fakulteti v Ljubljani. Kot rastlinam dostopen N smo analizirali vzorce zemlje na vsebnost nitratnega - + dušika (NO 3 ) in amonijskega dušika (NH 4 ) ter ju izrazili v mg na 100 g tal.

3.5 STATISTI ČNA OBDELAVA PODATKOV

Statisti čne obdelave smo naredili v programu Statgraph Plus 4.0. Za preizkus homogenosti varianc smo uporabili Hartlejev test. V primeru, ko variance niso bile homogene smo podatke transformirali ter nato ponovno preverili, če so variance homogene. Absolutne podatke smo transformirali s formulo: log(podatek), relativne podatke (podatki v odstotkih) pa s formulo asin(sqrt(podatek/100)).

Če je bil v obdelavi podatkov vklju čen en faktor smo naredili ANOVA analizo variance, kot velja za poskus s popolnimi bloki. V primerih, ko je ANOVA test popolnih blokov pokazal signifikantne razlike med tretmaji (P<0.05), smo s pomo čjo Duncanovega testa mnogoterih primerjav (P<0.05) izra čunali, med katerimi povpre čji obstajajo statisti čno zna čilne razlike. Razlike med obravnavanji smo ozna čili z razli čnimi črkami.

Če sta bila v obdelavo vklju čena dva faktorja, smo naredili ANOVO analizo variance, kot velja za dvofaktorski poskus z deljenimi bloki. Tu smo preverili vpliv obeh faktorjev ter njune interakcije. V primeru ko je bila P vrednost interakcije višja od 0,05 smo analizirali samo povpre čja vplivov obeh faktorjev s pomo čjo Duncanovega testa mnogoterih primerjav (P<0.05). V primeru, ko je bila P vrednost interakcije nižja od 0,05 smo analizirali vsa obravnavanja. Razlike med obravnavanji smo ozna čili z razli čnimi črkami.

Vse meritve smo merili v štirih ponovitvah.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 49 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

4 REZULTATI IN RAZPRAVA

4.1 VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP)

4.1.1 Vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) v triletnem nasadu AS na vsebnost u činkovin

4.1.1.1 Polisaharidi

Slika 21 prikazuje vsebnost (%) polisaharidov (PS) v odvisnosti od razvojne stopnje rastlin prve žetve (polenta žetev) pri dveh razli čnih genskih virih AS. Iz preglednice 5 lahko razberemo, da interakcija med razvojno stopnjo in genskim virom ni zna čilna (P=0,583). Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili vpliv razvojne stopnje (P=0,007), medtem ko genski vir ni zna čilno vplival na vsebnost polisaharidov (P=0,699) (preglednica 5).

10 Genski vir 86/4 9 Genski vir 86/6

. 8

7

6

5 unane kot % glukoze č 4

3

2

Vsebnosti ra PS 1

0 Pred cvetenjem Za četek cvetenja Polno cvetenje Konec cvetenja (12. junij 2009) (30. junij 2009) (27. julij 2009) (19. avgust 2009)

Slika 21: Vsebnosti polisaharidov dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika v razli čnih razvojnih stopnjah v triletnem nasadu Figure 21: Polysaccharides content in two genetic sources of purple coneflower at different development sages in three-year-old plantation

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 50 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 5: P vrednosti za vpliv razvojne stopnje rastlin in genskega vira ter njunih interakcij (razvojna stopnja × genski vir) na vsebnost polisaharidov v triletnem nasadu Table 5: P values for the development stage affect and genetic source affect and their interaction (development stage × genetic source) on polysaccharides content in three-year-old plantation Faktorji Vsebnost polisaharidov Razvojna stopnja *P=0.007 Genski vir P=0.699 Razvojna stopnja × genski vir P=0.583 *P: P<0,05

Preglednica 6: Vpliv razvojne stopnje rastlin ter genskega vira na vsebnost (%) polisaharidov v triletnem nasadu Table 6: Effects of plant development stages and genetic source on polysaccharides content in three-year-old plantation Povpre čne vrednosti Vsebnost polisaharidov izraženih kot % glukoze Faktorji % s.d. Pred cvetenjem (12. junij) 5,07 a 1,26 Razvojna stopnja rastlin Za četek cvetenja (30. junij) 6,14 ab 0,57 Polno cvetenje (27. julij) 6,79 b 1,19 Konec cvetenja (19. avgust) 5,16 a 0,66

86/4 5,86 a 0,54 Genski vir 86/6 5,72 a 1,53 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05) s.d.= standardni odklon

Med razvojno stopnjo rastlin AS se je delež polisaharidov signifikantno zvišal za 34% od faze pred cvetenjem s 5,07% polisaharidov, do faze polnega cvetenja z vsebnostjo polisaharidov 6,79%. Nato se je od faze polnega cvetenja do odcvetele faze vsebnost polisaharidov signifikantno znižala za 24% na 5,16% (preglednica 6). Podatki nakazujejo, da je vsebnost polisaharidov najvišja v času intenzivne generativne rasti (tvorba cvetov) AS, kar je v nasprotju z ugotovitvami Rau in sodelavcev (2003), ki navajajo, da je vsebnost polisaharidov v AS najvišja v času intenzivne vegetativne rasti, to je v času, ko cvetni popki še niso prisotni.

4.1.1.2 Kaftarna in cikorna kislina

Slika 22 prikazuje vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v odvisnosti od razvojne stopnje rastlin prve žetve (polenta žetev) pri dveh razli čnih genskih virih AS. Iz preglednice 7 lahko razberemo, da interakcija med razvojno stopnjo in genskim virom ni zna čilna (P=0,124) za kaftarno kislino, medtem ko je interakcija med razvojno stopnjo in genskim virom zna čilna (P=0,002) za cikorno kislino, kar je najverjetneje posledica

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 51 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 analitske napake pri genskem viru 86/6, ki je bil požet v razvojni stopnji pred cvetenjem, saj so bile vsebnosti cikorne kisline v njem prenizke. Da je do analitske napake prišlo sklepamo na podlagi literaturnih podatkov Letchama in sodelavcev (1999), ki navajajo, da se vsebnost cikorne in kaftarne kisline z razvojem rastlin AS zmanjšuje. Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili signifikanten vpliv razvojne stopnje (P<0,001) pri kaftarni in cikorni kislini ter signifikanten vpliv genskega vira pri kaftarni (P=0,005) in cikorni kislini (P<0,001) (preglednica 7).

1,6 Kaftarna kislina 86/4 1,4 Kaftarna kislina 86/6 Cikorna kislina 86/4 1,2 Cikorna kislina 86/6

1

0,8

Vsebnost (%) . 0,6

0,4

0,2

0 Pred cvetenjem Za četek cvetenja Polno cvetenje Konec cvetenja (12. junij 2009) (30. junij 2009) (27. julij 2009) (19. avgust 2009)

Slika 22: Vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika v razli čnih razvojnih stopnjah v triletnem nasadu Figure 22: Caftaric and cichoric acid content (%) by two genetic sources of purple coneflower at different development sages in three-year-old plantation Preglednica 7: P vrednosti za vpliv razvojne stopnje rastlin in genskega vira ter njunih interakcij (razvojna stopnja × genski vir) na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu Table 7: P values for the development stage affect and genetic source affect and their interaction (development stage × genetic source) on caftaric and cichoric acid content (%) in three-year-old plantation Faktorji Kaftarna kislina Cikorna kislina Razvojna stopnja *P<0,001 *P<0,001 Genski vir *P=0,005 *P<0,001 Razvojna stopnja × genski vir P=0,124 *P=0,002 *P: P<0,05

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 52 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 8: Vpliv razvojne stopnje rastlin ter genskega vira na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu Table 8: Effects of plant development stages and genetic source on caftaric and cichoric acid content (%) in three-year-old plantation Povpre čne vrednosti Cikorna Kaftarna kislina kislina Faktorji % s.d. % s.d. Pred cvetenjem (12. junij) 0,47 c 0,10 0,94 c 0,37 Razvojna stopnja rastlin Za četek cvetenja (30. junij) 0,46 bc 0,04 0,79 b 0,04 Polno cvetenje (27. julij) 0,40 b 0,06 0,70 b 0,14 Konec cvetenja (19. avgust) 0,24 a 0,05 0,48 a 0,14

86/4 0,42 b 0,12 0,87 b 0,27 Genski vir 86/6 0,36 a 0,01 0,59 a 0,17 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05) s.d.= standardni odklon

Med razvojno stopnjo rastlin AS so se vsebnosti kaftarne in cikorne kisline zmanjševale (preglednica 8). Vsebnost kaftarne kisline se je med razvojem rastlin signifikantno znižala za 49%, in sicer iz 0,47% (pred cvetenjem) do 0,24% (konec cvetenja). Vsebnost cikorne kisline se je med razvojem rastlin signifikantno znižala prav tako za 49%, in sicer iz 0,94% (pred cvetenjem) do 0,48% (konec cvetenja). Rezultati raziskave sovpadajo z rezultati podobnega poskusa, ki so ga izvedli Letchamo in sodelavci (1999).

Nižanje vsebnosti kaftarne in cikorne kisline z razvojem rastlin AS si lahko razložimo z razli čno vsebnostjo kaftarne in cikorne kisline v razli čnih rastlinskih organih AS. Ugotovljeno je namre č, da nadzemni deli AS vsebujejo najve č kaftarne in cikorne kisline v listih, sledijo jim cvetovi in steblo, ki ima najnižjo vsebnost kaftarne in cikorne kisline (Stuart in Wills, 2000b; Kreft, 2005). In ker se med rastjo AS delež listov zmanjšuje, delež stebel pa pove čuje, je razumljivo, da se skupna vsebnost kaftarne in cikorne kisline zmanjšuje.

4.1.2 Vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) v triletnem nasadu AS na vsebnost učinkovin

4.1.2.1 Polisaharidi

Slika 23 prikazuje vsebnosti (%) polisaharidov v odvisnosti od razli čnih časov druge žetve (jesenska žetev) pri dveh genskih virih AS. Iz preglednice 9 lahko razberemo, da interakcija med razvojno stopnjo in genskim virom na vsebnost PS ni zna čilna (P=0,936). Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili signifikanten vpliv razvojne stopnje (P<0,001) in genskega vira (P=0,039) na vsebnost polisaharidov v AS.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 53 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

18 Genski vir 86/4 16

. Genski vir 86/6 14

12

10 unane kot % glukoze č 8

6

4 Vsebnost ra PS

2

0 4. september 2009 22. september 2009 16. oktober 2009 5. november 2009

Slika 23: Vsebnost (%) polisaharidov dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih druge žetve v triletnem nasadu Figure 23: Polysaccharides content (%) in two genetic sources of purple coneflower at different second harvesting times in three-year-old plantation

Preglednica 9: P vrednosti za vpliv časa druge žetve in genskega vira ter njunih interakcij ( čas druge žetve × genski vir) na vsebnost (%) polisaharidov v triletnem nasadu Table 9: P values for the second harvest time affect and genetic source affect and their interaction (second harvest time × genetic source) on polysaccharides content (%) in three-year-old plantation Faktorji Vsebnost polisaharidov Razvojna stopnja *P<0,001 Genski vir *P=0,039 Razvojna stopnja × genski vir P=0,936 *P: P<0,05

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 54 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 10: Vpliv časa druge žetve ter genskega vira na vsebnost (%) polisaharidov v AS v triletnem nasadu Table 10: Effects of the second harvest time and genetic source on on polysaccharides content (%) in purple coneflower in three-year-old plantation Povpre čne vrednosti Vsebnost polisaharidov izražena kot % glukoze Faktorji % s.d. 4. september 2,78 a 1,45 Razvojna stopnja rastlin 22. september 4,11 a 1,35 16. oktober 12,71 c 2,10 5. november 10,14 b 1,52

86/4 8,05 b 4,65 Genski vir 86/6 6,82 a 4,33 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05) s.d.= standardni odklon

Vsebnost polisaharidov se je v času druge žetve (jesensaka žetev) od 4. septembra (2,78%) do 16. oktobra (12,71%) signifikantno zvišala za 357%. Nato pa se je vsebnost polisaharidov v AS od 16. oktobra (12,71%) do 5. novembra (10,14%) signifikantno znižala za 20%. V povpre čju je imel genski vir 86/4 z vsebnostjo 8,05%, za 18% višjo vsebnost polisaharidov, kot genski vir 86/6 z 6,82% polisaharidov (preglednica 10).

Višanje vsebnosti PS jeseni lahko razložimo z obrambnim mehanizmom rastlin pred mrazom saj glukoza, ki smo jo merili ne izhaja samo iz razgrajenih PS ampak se glukoza nahaja tudi kot samostojen monosaharid v rastlini. Rastline se namre č pred pozebo lahko branijo z višanjem vsebnosti vodotopnih monosaharidov, med katerimi je tudi glukoza. S tem znižajo temperaturo lediš ča. Vsebnosti PS jeseni naraš čajo tudi zaradi kopi čenja razervnih snovi v rastlinskih organih.

4.1.2.2 Kaftarna in cikorna kislina

Slika 24 prikazuje vsebnosti (%) kaftarne in cikorne kisline v odvisnosti od razli čnih časov druge žetve (jesenska žetev) pri dveh genskih virih AS. Iz preglednice 11 lahko razberemo, da interakcija med časom žetve in genskim virom ni zna čilna za kaftarno kislino (P=0,304) in cikorno kislino (P=0,342). Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili signifikanten vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) (P<0,001) pri kaftarni in cikorni kislini ter nesignifikanten vpliv genskega vira pri kaftarni (P=0,270) in cikorni kislini (P=0,203).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 55 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2,5 Kaftarna kislina 86/4 Kaftarna kislina 86/6 Cikorna kislina 86/4 Cikorna kislina 86/6 2 . 1,5 Vsebnost (%) 1

0,5

0 4. september 2009 22. september 2009 16. oktober 2009 5. november 2009

Slika 24: Vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline dveh genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih druge žetve v triletnem nasadu Figure 24: Caftaric and cichoric acid content (%) in two genetic sources of purple coneflower at different second harvest time in three-year-old plantation

Preglednica 11: P vrednosti za vpliv časa druge žetve in genskega vira ter njunih interakcij ( čas druge žetve × genski vir) na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v triletnem nasadu Table 11: P values for second harvest time affect and genetic source affect and their interaction (second harvest time × genetic source) on caftaric and cichoric acid content (%) in three-year-old plantation Faktorji Kaftarna kislina Cikorrna kislina Čas žetve *P<0,001 *P<0,001 Genski vir P=0,270 P=0,203 Čas žetve × genski vir P=0,304 P=0,342 *P: P<0,05

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 56 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 12: Vpliv časa druge žetve ter genskega vira na vsebnost (%) kaftarne in cikorne kisline v AS v triletnem nasadu Table 12: Effects second harvest time and genetic source on caftaric and cichoric acid content (%) in purple coneflower in three-year-old plantation Povpre čne vrednosti Kaftarna kislina Cikorna kislina

Faktorji % s.d. % s.d. 4. september 0,40 a 0,10 0,70 a 0,14 Čas žetve 22. september 0,61 b 0,16 1,52 c 0,36 16. oktober 0,60 b 0,11 1,18 b 0,27 5. november 0,64 b 0,09 1,43 cb 0,25

86/4 0,55 a 0,17 1,27 0,34 Genski vir 86/6 0,50 a 0,23 1,14 0,47 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05) s.d.= standardni odklon

Med časom druge žetve (jesenska žetev) rastlin AS so se vsebnosti kaftarne in cikorne kisline najprej od 4. septembra do 22. septembra močno zvišale, nato pa se do 5. novembra niso bistveno spreminjale. Vsebnost kaftarne kisline se je med časom druge žetve signifikantno zvišala za 53% in sicer iz 0,40% (4. september) na 0,61% (22. september). Od 22. septembra do 5. novembra se vsebnosti kaftarne kisline niso ve č signifikantno spreminjale. Vsebnost cikorne kisline se je med časom druge žetve najprej signifikantno zvišala za 117% in sicer z 0,70% (4. september) na 1,52% (22. september), nato pa se je zopet signifikantno znižala za 22% na 1,18% (16. oktober). Od 16. oktobra do 5. novembra se vsebnosti cikorne kisline niso ve č signifikantno spreminjale (preglednica 12).

Zakaj se vsebnosti kaftarne in cikorne kisline na koncu poletja zelo povišajo, nato pa do pozne jeseni ostanejo na približno enakem nivoju, je mogo če razložiti z manj ugodnimi pogoji za rast rastlin AS. Neugodni pogoji za rast rastlin AS verjetno povzro čijo signal, ki poviša produkcijo sekundarnih metabolitov, katerih naloga je zaš čititi rastlino, saj jeseni rastlina izgubljenih ali poškodovanih delov rastlin zaradi zmanjšane fotosinteze ne more ve č nadomestiti.

4.1.3 Vpliv časa žetve enoletnega nasada na vsebnost u činkovin v škrlatnem ameriškem slamniku

4.1.3.1 Polisaharidi

Ker AS v prvem letu rasti zacveti šele pozno poleti, nato pa se njegov razvoj zaradi nizkih temperature ustavi, smo pri tem poskusu preu čevali samo vpliv časa žetve v pozno poletnem oziroma jesenskem obdobju. Časi žetev so bili enaki kot pri poskusu, kjer smo

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 57 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 preu čevali vpliv druge žetve (jesenska žetev) v triletnem nasadu AS. Slika 25 prikazuje vsebnosti (%) polisaharidov (PS) enoletnega nasada AS v odvisnosti od časa žetve. Čas žetve enoletnega nasada AS je signifikantno (P=0,001) vplival na vsebnost polisaharidov v AS. Vsebnost PS se je med časom žetve signifikantno zvišala za 144% in sicer s 4,84% (4. september) na 11,73% (16. oktober). Nato se je vsebnost PS ponovno signifikantno znižala za 48% na 6,15% (5. november).

Višje vsebnosti PS do 16. oktobra lahko razložimo z obrambnim mehanizmom rastlin pred mrazom saj glukoza, ki smo jo merili ne izhaja samo iz razgrajenih PS ampak se glukoza nahaja tudi, kot samostojen monosaharid v rastlini. Rastline se namre č pred pozebo lahko branijo z višanjem vsebnosti vodotopnih monosaharidov, med katerimi je tudi glukoza. S tem znižajo temperaturo lediš ča. Vsebnosti PS jeseni naraš čajo tudi zaradi kopi čenja razervnih snovi v rastlinskih organih. Po 16. oktobru, so bile vremenske razmere že tako neugodne, da so za čeli nadzemni deli rastlin propadati, kar je verjetno povzro čilo nižanje vsebnosti polisaharidov v nadzemnih delih AS.

16

14 Genski vir 86/4 . b 12

10 a 8 unane kot % glukoze č a 6 a

4

Vsebnost ra PS 2

0 4. september 2009 22. september 2009 16. oktober 2009 5. november 2009

Slika 25: Vsebnosti (%) polisaharidov enoletnega nasada škrlatnega ameriškega slamnika pri razli čnih časih žetve. Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) Figure 25: Polysaccharides content (%) in one year plantation of purple coneflower at different harvest times. Different letters indicates significant differences (Duncan test, P<0.05)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 58 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

4.1.3.2 Kaftarna in cikorna kislina

Slika 26 prikazuje vsebnosti (%) kaftarne in cikorne kisline enoletnega nasada AS v odvisnosti od časa žetve. Čas žetve enoletnega nasada AS je signifikantno (P=0,017) vplival na vsebnost kaftarne ter mejno signifikantno na vsebnost cikorne kisline (P=0,073). Vsebnost kaftarne kisline se je med časom žetve signifikantno zvišala za 64%, in sicer iz 0,45% (4. september) na 0,74% (5. november). Vsebnost cikorne kisline se je signifikantno zvišala za 101% iz 0,78% (4. september) na 1,57% (22. september). Po 22. septembru se vsebnost cikorne kisline ni ve č signifikantno spreminjala. Rezultati tega poskusa so skladni z rezultati poskusa iz poglavja 4.1.2.2, kjer smo primerjali vsebnosti kaftarne in cikorne kisline v jesenskem obdobju na ve čletnem nasadu AS.

Zakaj se vsebnosti kaftarne in cikorne kisline na koncu poletja zelo povišajo, nato pa do pozne jeseni ostanejo na približno enakem nivoju, je mogo če razložiti z manj ugodnimi pogoji za rast rastlin AS. Neugodni pogoji za rast rastlin AS, verjetno povzro čijo signal, ki poviša produkcijo sekundarnih metabolitov, katerih naloga je zaš čititi rastlino, saj jeseni rastlina izgubljenih ali poškodovanih delov rastlin zaradi zmanjšane fotosinteze ne more ve č nadomestiti.

2,5 Kaftarna kislina 86/4 Cikorna kislina 86/4 2

b

. 1,5 ab ab

a 1 Vsebnost (%)

b b 0,5 b a

0 4. september 2009 22. september 2009 16. oktober 2009 5. november 2009

Slika 26: Vsebnosti (%) kaftarne in cikorne kisline pri razli čnih časih žetve enoletnega nasada škrlatnega ameriškega slamnika (genski vir 86/4). Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) Figure 26: Caftaric and cichoric acid content (%) of purple coneflower at different harvesting times (genetic source 86/4). Different letters indicates significant differences (Duncan test, P<0.05)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 59 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

4.2 MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (AS) (2. SKLOP)

4.2.1 Pridelava AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu

4.2.1.1 Vsebnost vode v tleh v enoletnih nasadih AS

Za primerjavo vsebnosti vode v tleh je bilo smiselno primerjati samo nenamakane tretmaje, saj vemo, da imajo namakani tretmaji višje vsebnosti vode v tleh v primerjavi z nenamakanimi tretmaji. Pri obdelavi podatkov pri nenamakanih tretmajih smo se nato osredoto čili samo na primerjavo vsebnosti vode v tleh v sušnih obdobjih dveh enoletnih poskusov (2007, 2008), saj takrat vsebnost vode v tleh najbolj vpliva na rast rastlin.

Pri nenamakanih tretmajih je bila vsebnost vode v tleh v sušnih obdobjih (sušno obdobje smo definirali takrat, ko je imel vsaj eden izmed nenamakanih tretmajev vsebnost vode v tleh nižjo od 30 vol.%) v za četku poskusov obeh let (od 17. do 28. julija leta 2007 in od 27 junija do 12. julija leta 2008) ve činoma signifikantno višja v obeh GJGVZ sistemih z zastirkami v primerjavi s Kontrolo. V poznejših sušnih obdobjih (od 8. do 11. avgusta leta 2007 in od 3. do 6. avgusta, 19. do 22. avgusta in 29. do 27. avgusta leta 2008) pa med tretmaji konstantno ni bilo signifikantnih razlik v vsebnosti vode v tleh v obeh letih (slika 27). Ti rezultati poskusa so skladni z rezultati podobnega poskusa, ki so ga leta 2009 objavili Gosar in sodelavci.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 60 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Padavine GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko 50 GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko 140 Kontrola Sušna obdobja 45 s 120 Poljska kapaciteta 40 s ns 35 100 ns 30 ns s 80 25 60 20 To čka venenja Od 60% do 100% rastlinam dostopne vode pri poljski kapaciteti Padavine(mm) .

15 40 Vsebnost v vode tleh Vsebnost (vol.%) . 10 20 5

0 0 5. 5. julij 2007 12. julij 2007 19. julij 2007 26. julij 2007 28.junij 2007 2. avgust 2007 9. avgust 2007 16.2007 avgust 23.2007 avgust 30.2007 avgust 6. september 2007 13. september 2007 20. september 2007

Padavine GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko 50 Kontrola 140 Sušna obdobja 45 120 ns Poljska kapaciteta 40 s s

. s s s ns 100 35 ns ns ns ns ns ns ns . 30 ns ns 80 ns 25 60 20 To čka venenja Od 60% do 100% rastlinam dostopne vode pri poljski kapaciteti Padavine (mm)

15 Vsebnostvode vtleh (vol.%) 40

10 20 5

0 0 1. 1. julij 2008 8. julij 2008 3. junij 2008 27.maj 2008 15. julij 2008 22. julij 2008 29. julij 2008 10.junij 2008 17.junij 2008 24.junij 2008 5. avgust 2008 12.2008 avgust 19.2008 avgust 26.2008 avgust 2. september 2008 9. september 2008 16. september 2008 23. september 2008 Slika 27: Padavine (mm) in vsebnost vode v tleh (vol.%) pri nenamakanih GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontroli, na globini 0,2 m, merjene v 3-5 dnevnih intervalih med 28. junijem in 25. septembrom leta 2007 in 27. majem in 27. septembrom leta 2008. Opomba: črka “s” nakazuje signifikantne razlike; črki “ns” nakazujeta nesignifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) Figure 27: Precipitation (mm) and soil water content (vol.%) in not-irrigated RFRRH system with mulches and Control, at a depth of 0,2 m, measured in 3-5 day intervals between 28 th June and 25 th September in 2007 and 27 th May and 27 th September in 2008. Note: The letter “s” indicates significant differences; the letters “ns” indicates not significant differences (Duncan test, P<0.05)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 61 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Takšno dinamiko vsebnosti vode v tleh lahko obrazložimo z ugotovitvami, da zastirke zmanjšujejo evaporacijo za 50-80% in zvišujejo transpiracijo za 10-30% (Battikhi in Hill, 1986; Ghawi in Battikhi, 1986; Hegazi, 2000; Haddadin in Ghawi, 1983). Iz tega sledi, da so imeli tretmaji z zastirkami v primerjavi s Kontrolo signifikantno višjo vsebnost vode v tleh v sušnih obdobjih v za četku poskusov, zaradi relativno visoke evaporacije in nizke transpiracije (ker so bile rastline še majhne) in statisti čno nesignifikantne razlike v vsebnosti vode v tleh v sušnih obdobjih v zadnjem obdobju poskusov zaradi relativno nizke evaporacije in visoke transpiracije, saj so bile rastline takrat že velike. Pri teh rezultatih lahko trdimo, da lahko GJGVZ sistem z zastirkami pripomore k znižanju evapotranspiracije (in posledi čno povišanju vode v tleh) le takrat, ko so rastline še majhne.

4.2.1.2 Pridelek v enoletnih nasadih AS

Slika 28 prikazuje pridelek AS v odvisnosti od namakanja pri razli čnih GJGVZ sistemih. Ker interakcija med namakanjem × GJGVZ sistemom ni bila signifikantna (P=0,082) v obeh letih, smo analizirali samo glavna vpliva (na čin namakanja in GJGVZ sistem). Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili signifikanten vpliv na čina namakanja na pridelek (P=0.043) v letu 2007 in nesignifikanten vpliv na pridelek (P=0.46) v letu 2008. GJGVZ sistem je imel signifikanten vpliv na pridelek v obeh letih (P=0.028 v letu 2007 in P<0.001 v letu 2008) (Preglednica 13).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 62 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Slika 28: Povpre čn pridelek (t ha-1) enoletnih nasadov AS pri treh GJGVZ sistemih (GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko in Kontrolo) ter dveh na činih namakanja (nenamakano in namakano) v letih 2007 in 2008 Figure 28: Average yields (t he-1) of purple coneflower one year plantations in three levels of RFRRH system with mulches (RFRRH system with impermeable mulch, RFRRH system with permeable mulch and Control) at two levels of irrigation (non-irrigated and irrigated) in 2007 and 2008

Preglednica 13: P vrednosti za na čin namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistem (na podparcelcah) ter njune interakcije (na čin namakanja × GJGVZ sistem) na pridelek v letih 2007 in 2008 Table 13: P values for irrigation (on main plots), and RFRRH system (on subplots) and their interaction (irrigation × RFRRH system) on yield in 2007 and 2008 Leto 2007 Pridelek Faktorji Na čin namakanja *P=0.043 GJGVZ sistem *P=0.028 Na čin namakanja × GJGVZ sistem P=0.82

Leto 2008

Faktorji Na čin namakanja P=0.46 GJGVZ sistem *P<0.001 Na čin namakanja × GJGVZ sistem P=0.45 *P: P<0,05

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 63 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 14: Vpliv namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistema (na podparcelcah) na pridelek v letu 2007 in 2008 Table 14: Effects of irrigation (on main plots) and RFRRH system (on subplots), on yield in 2007 and 2008 Povpre čne vrednosti

Pridelek Leto 2007 Faktorji (t ha-1) s.d. Nenamakano 20.91 a 3.54 Na čin namakanja Namakano 23.30 b 2,87

Vodoneprepustna zastirka 22.71 b 2.27 GJGVZ sistem Vodoprepustna zastirka 23.75 b 2.73 Kontrola 19.87 a 3,97

Leto 2008

Faktorji Nenamakano 15.75 a 5.26 Na čin namakanja Namakano 16.59 a 4,95

Vodoneprepustna zastirka 19.36 b 2.83 GJGVZ sistem Vodoprepustna zastirka 18.71 b 3.65 Kontrola 10,44 a 2,14 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05). s.d.= standardni odklon

Pridelek na GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko je bil signifikantno višji za 14%, na GJGVZ sistemu z vodoprepustno zastirko pa signifikantno višji za 20% v primerjavi s Kontrolo. Še ve čje razlike smo izmerili v letu 2008, kjer je bil pridelek na GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko signifikantno višji za 85% in na GJGVZ sistemu z vodoprepustno zastirko signifikantno višji za 79% v primerjavi s Kontrolo. V obeh letih med GJGVZ sistemoma z razli čnima zastirkama ni bilo signifikantnih razlik (preglednica 14). Višje pridelke na GJGVZ sistemih z zastirkama lahko pojasnimo z višjo vsebnostjo vode v tleh v sušnih obdobjih v za četnem obdobju rasti rastlin (slika 26), z višjo temperaturo tal, ki so pokrita s črno PE zastirko (Tanner, 1974), ter z nižjim izpiranjem N pod neprepustno zastirko (Romi ć in sod., 2003; Marr, 1993). Gosar in sodelavci (2009) so leta 2004 preu čevali podoben poskus ter izmerili visoke pridelke na Kontrolnem tretmaju (nepokrita tla), ki so bili primerljivi s pridelki na GJGVZ sistemu z razli čnima zastirkama. Visoke pridelke na Kontrolem tretmaju (v primerjavi s tem poskusom) v letu 2004 lahko pojasnimo z dopolnilnim dognojevanjem z N (dušikom) (v juliju leta 2004 smo poskus dodatno pognojili z 54 kg N ha-1; celotna koli čina dodanega dušika je bila v obeh poskusih približno enaka), ki je nadomestil izpran N na kontrolnih parcelah. Dodaten razlog za visok pridelek na kontrolnem tretmaju leta 2004 je odstranjevanje plevela z okopavanjem na kontrolnih parcelah, kar je pripomoglo k višji mineralizaciji in boljši strukturi tal. Nadalje je potrebno obrazložiti tudi, zakaj so bili pridelki (predvsem kontrolni pridelki) v letu 2008

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 64 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 toliko nižji v primerjavi z letom 2007. To lahko obrazložimo na dva na čina. Prva možna razlaga je zaradi prvega sušnega obdobja v rastni sezoni 2008, ki je prišlo približno tri tedne prej kot prvo sušno obdobje v letu 2007. Zato je zgodnejša suša v letu 2008 imela ve čji vpliv na zmanjšano rast rastlin AS na kontrolnih parcelah, ki so imele v tistem obdobju med vsemi tretmaji najnižjo vsebnost vode v tleh (slika 27). Namakanje pa v tistem obdobju ni veliko vplivalo na hitrejšo rast rastlin, saj smo namakali le tri dni pred obilnejšimi padavinami (slika 16). Druga možna razlaga je zaradi prvega pletja plevela, ki smo ga opravili 22 dni kasneje v letu 2008 v primerjavi z letom 2007, kar je lahko imelo vpliv na po časnejšo rast mladih rastlin v letu 2008 na nepokritih kontrolnih parcelicah, katerih rast je bila izmed vseh tretmajev najbolj prizadeta zaradi plevela.

Namakanje smo vršili tako, da smo poplavili jarek med grebenoma s pomo čjo vakuumske traktorske cisterne. Namakati je bilo relativno enostavno in ni povzro čalo erozije tal pri obeh GJGVZ sistemih z zastirko. Namakanje je samo v letu 2007 imelo signifikanten vpliv (P=0.043) na 11% višji (preglednica 14, 15) pridelek v primerjavi z nenamakanimi tretmaji. K temu je najverjetneje pripomoglo zgodnje namakanje, ki smo ga v letu 2007 aplicirali dvakrat v prvem sušnem obdobju, v času ko so mlade rastline AS potrebovale najve č vode. Namakanje v letu 2008 ni imelo signifikantnega vpliva na pridelek, kar lahko obrazložimo z relativno humidno klimo v času mladih rastlin. Tudi, ko je v letu 2008, v času mladih rastlin, kratko sušno obdobje prišlo, smo namakali rastline AS le tri dni pred obilnim deževjem (slika 17), kar posledi čno ni veliko pripomoglo k hitrejši rasti rastlin na namakanih tretmajih v tistem obdobju. Namakanje v mesecu septembru leta 2008 pa je bilo neu činkovito, saj so rastline že imele dobro razvit koreninski sistem, ki je omogo čal črpanje vode iz globljih plasti tal, hkrati pa rastline niso imele ve č velikega rastnega potenciala zaradi njihove zrelosti in tudi zaradi nizkih temperatur, ki so se pojavile v tistem obdobju.

4.2.1.3 Čas potreben za odstranjevanje plevela v enoletnih nasadih AS

Slika 29 prikazuje čas, ki je potreben za ro čno odstranjevanje plevela v odvisnosti od namakanja in GJGVZ sistema. Ker interakcija med na činom namakanja in GJGVZ sistemom ni bila signifikantna v obeh letih (P=0,802 v letu 2007 in P=0,461 v letu 2008), smo analizirali samo glavna vpliva (na čin namakanja in GJGVZ sistem). Pri analizi glavnih vplivov smo ugotovili nesignifikanten vpliv na čina namakanja v obeh letih (P=0.111 v letu 2007 ter P=0.163 v letu 2008). GJGVZ sistem je imel signifikanten vpliv na pridelek v obeh letih (P<0.001 v letu 2007 in P<0.001 v letu 2008) (preglednica 15).

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 65 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

2000

GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko 1800 GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko Kontrola 1600 ) -1

1400

1200

1000 no pletje plevela (h he plevela no pletje č

800

600 as potreben za as ro potreben Č 400

200

0 Nenamakano Namakano Nenamakano Namakano

Leto 2007 Leto 2008

Slika 29: Povpre čen čas (h ha -1) potreben za ro čno pletje plevela pri treh GJGVZ sistemih (GJGVZ sistem z vodoneprepustno zastirko, GJGVZ sistem z vodoprepustno zastirko in Kontrolo) ter pri dveh na činih namakanja (nenamakano in namakano) v letih 2007 in 2008 Figure 29: Average manual weeding time (h he-1) in three levels of RFRRH system (RFRRH system with impermeable mulch, RFRRH system with permeable mulch and Control) and at two levels of irrigation (non- irrigated and irrigated) in 2007 and 2008

Preglednica 15: P vrednosti za na čin namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistem (na podparcelcah) ter njune interakcije (na čin namakanja × GJGVZ sistem) na čas potreben za odstranjevanje plevela v letih 2007 in 2008 Table 15: P values of the irrigation (on main plots), RFRRH system (on subplots) and their interaction (irrigation × RFRRH system) on weed control time in 2007 and 2008 Leto 2007 Čas potreben za pletje Faktorji Na čin namakanja P=0.111 GJGVZ sistem *P<0.001 Na čin namakanja × GJGVZ sistem P=0.802

Leto 2008

Faktorji Na čin namakanja P=0.163 GJGVZ sistem *P<0.001 Na čin namakanja × GJGVZ sistem P=0.461

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 66 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Preglednica 16: Vpliv namakanja (na glavnih parcelah) in GJGVZ sistema (na podparcelcah) na pridelek in čas potreben za odstranjevanje plevela v letu 2007 in 2008 Table 16: Effects of irrigation (on main plots) and RFRRH system (on subplots), on yield and weed control time in 2007 and 2008 Povpre čne vrednosti Čas potreben Leto 2007 za pletje Faktorji (h ha-1) s.d. Nenamakano 434 a 452 Na čin namakanja Namakano 487 a 437

Vodoneprepustna zastirka 138 a 56 GJGVZ sistem Vodoprepustna zastirka 192 a 104 Kontrola 1051 b 107

Leto 2008

Faktorji Nenamakano 483 a 575 Na čin namakanja Namakano 592 a 700

Vodoneprepustna zastirka 65 a 25 GJGVZ sistem Vodoprepustna zastirka 174 a 92 Kontrola 1374 b 293 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanov test mnogoterih primerjav, P<0.05) s.d.= standardni odklon

V času rasti AS je imel GJGVZ sistem v obeh letih signifikanten (P<0.001) (preglednica 15) vpliv na zmanjšanje delovnega časa, ki je bil potreben za pletje plevela. Tako smo potrebovali leta 2007 na GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko 87% in na GJGVZ sistemu s prepustno zastirko 82% manj časa za ro čno odstranjevanje plevela v primerjavi s Kontrolo. Leta 2008 je bila situacija podobna, saj smo na GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko namerili 95% in na GJGVZ sistemu s prepustno zastirko 87% manj časa za ro čno odstranjevanje plevela kot na Kontroli (preglednica 16). Rezultati raziskave potrjujejo, da zastirke zavirajo rast plevela, kar sovpada tudi z drugimi študijami (Johanson in Fennimore, 2005; Hegazi, 2000; Gosar in sod., 2009).

Na drugi strani pa namakanje ni imelo signifikantnega vpliva (P=0.11 leta 2007 in P=0.16 leta 2008) (preglednica 15) na čas, ki je bil potreben za ro čno odstranjevanje plevela v obeh letih pridelave AS. To nakazuje, da so imeli pleveli v obeh letih ve čino časa dovolj vode za njihovo normalno rast.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 67 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

4.2.1.4 Gospodarnost pridelave v dvoletnem nasadu AS

Za izra čun gospodarnosti pridelave pri AS je bilo za neko realno oceno potrebno zbirati podatke na istem nasadu vsaj dve leti. Kot smo že omenili, smo se zaradi razlogov, ki so navedeni v poglavju 3.4.1.2 odlo čili, da bomo v izra čun gospodarnosti pridelave AS vzeli samo namakani del nasada iz leta 2008, ki se je nato brez namakanja nadaljeval v letu 2009.

Preglednica 17: Povpre čni pridelk AS ter čas potreben za pletje na GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontrolo v prvem letu (2008) in drugem letu rasti (2009) ter povpre čja iz obeh let z izra čunom na pokritje in dobi ček Table 17: Average yields of purple coneflower and time dedicated to weed control in RFRRH system with mulches and Control in first (2008) and second (2009) year of growth and averages from both years with calculations on income and profit Povpre čne vrednosti Čas potreben Pridelek Pokritje Dobi ček za pletje -1 -1 -1 -1 Leto 2008 (t ha ) s.d. (h ha ) s.d. (EUR ha ) s.d. (EUR ha ) s.d. GJGVZ sistem z 18,7 b 3,23 77 a 28 vodoneprepustno zastirko GJGVZ sistem z 19,8 b 3,46 205 a 95 vodoprepustno zastirko Kontrola 11,2 a 2,88 1494 b 349 P vrednosti P<0,001 P<0,001

Leto 2009 GJGVZ sistem z 34,4 a 7,18 57 a 20 vodoneprepustno zastirko GJGVZ sistem z 34,1 a 6,58 83 a 25 vodoprepustno zastirko Kontrola 30,4 a 5,97 461 b 112 P vrednosti P=0,120 P<0,001

Povpre čje (2008+2009)/2 GJGVZ sistem z 26,6 a 4,86 67 a 22 5037 a 1700 4270 b 1750 vodoneprepustno zastirko GJGVZ sistem z 27,0 a 4,97 144 a 55 4969 a 1738 3815 b 1579 vodoprepustno zastirko Kontrola 20,8 a 4,34 978 b 153 3743 a 1520 -1503 a 774 P vrednosti P=0,118 P<0,001 P=0,342 P=0,003 Razli čne črke, ki so napisane za povpre čji v strnjenih kolonah, predstavljajo signifikantne razlike (Duncanovov test mnogoterih primerjav, P<0.05); s.d.= standardni odklon

Pri analizi rezultatov na gospodarnost pridelovanja po dveh letih pridelave AS med obravnavanji ni bilo signifikantnih (P=0,342) razlik v pokritju. Nesignifikantne razlike v pokritju so nastale predvsem zaradi majhnih, nesignifikantnih (P=0,118) razlik v pridelkih po dveh letih proizvodnje ter višjih materialnih stroških pri GJGVZ sistemih z zastirkama (preglednica 4). Nasprotno pa so po dveh letih pridelave AS nastale signifikantne (P=0,003) razlike v dobi čku. Pri GJGVZ sistemu z zastirkama se je v primerjavi s Kontrolo

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 68 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 zvišal dobi ček za 5318-5773 EUR ha-1, kar gre zlasti pripisati signifikantnemu (P<0,001) znižanju časa ro čnega pletja za 85-93% pri GJGVZ sistemih z zastirkama v primerjavi s Kontrolo (preglednica 17).

Zaradi narave rasti AS, ki v drugem letu raste hitreje kot v prvem letu, so bili pridelki AS v drugem letu rasti višji v primerjavi z pridelki v prvem letu rasti, vendar med njimi ni bilo signifikantnih razlik (P=0,120) v višini pridelkov. Pridelki AS so se v primerjavi s prvim letom rasti najbolj povišali pri Kontroli, kar pomeni, da zastirke v drugem letu rasti AS ne prispevajo veliko k pove čanju pridelka v primerjavi z nepokritimi tlemi. Mo čne korenine AS v drugem letu rasti namre č razvijejo višjo toleranco do manj ugodnih talnih razmer, pri kontrolnem obravnavanju.

4.2.2 Vpliv greben-jarek-greben vodozbirnega sistema z namakanjem na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh

Za ugotavljanje vsebnosti rastlinam dostopnega dušika (N) v tleh smo v letu 2009 postavili nov poskus. Tu smo z namenom natan čnejšega ugotavljanja razlik med obravnavanji poskus pognojili z vsaj 3 krat presežno koli čino mineralnega N (360 kg N ha-1), ki jo v prvem letu AS potrebuje za svojo rast.

- + Slika 30: Primerjava vsebnosti (v mg/100 g tal) rastlinam dostopnega N (NO 3 in NH 4 ) v tleh (0-20 cm globoko) pri GJGVZ sistemu z zastirkama in Kontrolo v za četku poskusa (10. junij 2009) ter ob koncu poskusa (20. september 2009). Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) - + Figure 30: Comparison of plant available N (NO 3 and NH 4 ) content (in mg per 100 g of soil) in soil (0-20 cm deep) at RFRRH systems with mulches and Control in the beginning of the trail (10 th of June in 2009) and in the end of the trail (20 th of September in 2009). Different letters indicates significant differences (Duncan test, P<0.05)

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 69 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

- + Slika 31: Primerjava vsebnosti (v mg/100 g tal) rastlinam dostopnega N (NO 3 in NH 4 ) v tleh (0-20 cm globoko) v za četku poskusa (10. junij 2009) ter ob koncu poskusa (20. september 2009) pri GJGVZ sistemih z zastirkama in Kontroli. Razli čne črke ozna čujejo signifikantne razlike (Duncanov test, P<0.05) - + Figure 31: Comparison of plant available N (NO 3 and NH 4 ) content (in mg per 100 g of soil) in soil (0-20 cm deep) in the beginning of the trail (10 th of June in 2009) and in the end of the trail (20 th of September in 2009) at RFRRH systems with mulches and Control. Different letters indicates significant differences (Duncan test, P<0.05)

Med obravnavanji na za četku poskusa (10. junij 2009) nismo izmerili signifikantnih - + (P=0.33) razlik v skupni vsebnosti rastlinam dostopnega N v tleh (NO 3 in NH 4 ), saj so bili vzorci zemlje pobrani kmalu po zastiranju tal z zastirkami. Druga čne rezultate smo izmerili na koncu poskusa (20. september 2009), kjer smo izmerili signifikantno (P=0,034) višje vsebnosti rastlinam dostopnega N pri GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zatirko za približno 13 krat v primerjavi z GJGVZ sistemom z vodoprepustno zastirko in Kontrolo (slika 30). Mejno signifikantne (P=0,054) višje vsebnosti rastlinam dostopnega dušika za 8 krat dobimo tudi, če primerjamo vsebnosti rastlinam dostopnega N iz začetka poskusa (10. junij 2009) in konca poskusa (20. september 2009) pri GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko. Pri ostalih dveh obravnavanjih signifikantnih razlik med vsebnostjo rastlinam dostopnega N v za četku poskusa in ob koncu poskusa nismo izmerili (slika 31).

Visoke vsebnosti rastlinam dostopnega N ob koncu poskusa na GJGVZ sistemu z vodoneprepustno zastirko lahko pojasnimo z dejstvom, da vodoneprepustna zastirka ne prepuš ča vode, kar prepre čuje izpiranje mineralnega N iz tal pod zastirko. To je predvsem - NO 3 , ki predstavlja okoli 95% rastlinam dostopnega N in se zaradi negativnega naboja ne veže na talne delce. Hitrejša je tudi mineralizacije organske snovi zaradi višje vlažnosti (Gosar in sod., 2009; Battikhi in Hill, 1986; Ghawi in Battikhi, 1986; Hegazi, 2000;

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 70 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Haddadin in Ghawi, 1983) in temperature (Tanner, 1974) tal pod neprepustno črno PE zastirko, kar povzro či kupi čenje mineralnega N v grebenu. Tretja razlaga pa je zaradi dotoka vode in v njej raztopljenega mineralnega N v greben. Dotok vode v greben je namre č možen samo iz tal od spodaj ter od strani, kar povzro či "izpiranje" hranil iz tal pod grebenom v greben.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 71 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

5 SKLEPI

VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (1. SKLOP)

Na podlagi poskusov vpliva razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev), časa druge žetve (jesenska žetev) ter dveh razli čnih genskih virov škrlatnega ameriškega slamnika (AS) (Echinacea purpurea Moench) na vsebnost u činkovin pri enoletnem in troletnem nasadu AS, lahko postavimo spodaj navedene sklepe:

• Razvojna stopnja rastlin prve žetve (poletna žetev) je v triletnem nasadu vplivala na vsebnost polisaharidov (PS) v AS. Vsebnosti PS so bile najnižje pred cvetenjem in ob koncu cvetenja, najvišje pa v razvojni stopnji polnega cvetenja.

• Genski vir rastlin pri poletni žetvi v triletnem nasadu ni vplival na vsebnost PS v AS.

• Razvojna stopnja rastlin pri poletni žetvi je v triletnem nasadu vplivala na vsebnost kaftarne in cikorne kisline v AS. Vsebnost kaftarne in cikorne kisline je bila najvišja pred cvetenjem AS in je nato z razvojno stopnjo rastlin padala ter dosegla najnižje vrednosti ob koncu cvetenja.

• Genski vir rastlin pri poletni žetvi je v triletnem nasadu vplival na vsebnost kaftarne in cikorne kisline v AS. Višje vsebnosti je imel genski vir voden pod številko 86/4.

• Čas druge žetve (jesenska žetev) je v triletnem nasadu vplival na vsebnost PS v AS. Najnižje vsebnosti PS smo izmerili 4. septembra, najvišje 16. oktobra, nato pa se je 5. novembra vsebnost PS v AS ponovno znižala.

• Genski vir rastlin je pri jesenski žetvi v triletnem nasadu vplival na vsebnost PS v AS. Višje vsebnosti je imel genski vir voden pod številko 86/4.

• Čas jesenske žetve je v triletnem nasadu vplival na vsebnost kaftarne in cikorne kisline v AS. Najnižje vsebnosti kaftarne in cikorne kisline smo izmerili 4. septembra. Nato so se v kasnejših žetvah vsebnosti kafatne in cikorne kisline povišale.

• Čas žetve enoletnega nasada je vplival na vsebnost PS v AS. Vsebnosti PS so naraš čale od 4. septembra do 16. oktobra, 5. novembra pa se je vsebnost PS v AS ponovno znižala.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 72 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

• Čas žetve enoletnega nasada je vplival na vsebnost kaftarne in cikorne kisline v AS. Vsebnosti kaftarne in cikorne kisline so bile najnižje pri prvi žetvi (4. september), nato pa so bile vsebnosti kaftarne in cikorne kisline višje.

• Vsebnost PS, kaftarne in cikorne kisline v AS je bila pri kasnejših jesenskih žetvah (od 22. septembra naprej) višja kot pri katerikoli poletni žetvi.

MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (2. SKLOP)

Na podlagi uvajanja greben-jarek-greben vodozbirnega (GJGVZ) sistema z zastirkami pri pridelavi AS ter vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh, lahko postavimo spodaj navedene sklepe:

• GJGVZ sistem z zastirkami je omogo čal pridelovanje AS pod za vodo neprepustno polietilensko (PE) zastirko brez namakalnega sistema.

• Pridelki AS so bili pri GJGVZ sistemu s prepustno in neprepustno zastirko višji v primerjavi z nepokritimi tlemi (Kontrola).

• Vsebnost vode v tleh je bila v primerjavi s Kontrolo, pri GJGVZ sistemu s prepustno in neprepustno zastirko višja v za četku poskusa, nato pa med obravnavanji ni bilo ve č razlik v vsebnosti vode v tleh.

• Za ro čno odstranjevanje plevela je potrebnega manj časa pri GJGVZ sistemu s prepustno in neprepustno zastirko v primerjavi s Kontrolo.

• Pridelava AS na GJGVZ sistemih s prepustno in neprepustno zastirko ni vplivala na pokritje v primerjavi s Kontrolo.

• Pridelava AS na GJGVZ sistemu s prepustno in neprepustno zastirko je vplivala na višji dobi ček v primerjavi s Kontrolo.

• GJGVZ sistem s prepustno in neprepustno zastirko je omogo čal enostavno in učinkovito poplavno namakanje s pomo čjo vakuumske cisterne.

• Na koncu poskusa je bila vsebnost rastlinam dostopnega dušika pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko višja v primerjavi z GJGVZ sistemom s prepustno zastirko in Kontrolo.

• V tleh je bila vsebnost rastlinam dostopnega dušika ob koncu poskusa pri GJGVZ sistem z neprepustno zastirko višja, kot pri enakem tretmaju v za četku poskusa.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 73 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

6 POVZETEK (SUMMARY)

6.1 POVZETEK

Škrlatni ameriški slamnik (AS) je ena izmed redkih rastlin z imunostimulatornim delovanjem. V svetu sodijo pripravki iz AS med najbolj prodajana rastlinska zdravila brez recepta, ki se v glavnem uporabljajo za zdravljenje infekcij zgornjih dihalnih poti. Kljub obsežni literaturi, ki govori o fitoterapevtski uporabi pripravkov narejenih na podlagi AS, ter priporo čenih agro-ekoloških razmerah pridelave, so objave o vplivu tehnoloških dejavnikov na variabilnost posameznih u činkovin v AS maloštevilne. Z vidika zagotavljanja kakovosti ni znano, kateri genski vir je najprimernejši za pridelavo v Sloveniji, kdaj je optimalni čas žetve (poleti ali jeseni) ter katera je optimalna razvojna stopnja rastlin. Vsa našteta vprašanja predstavljajo klju čne elemente pri izdelavi agro- tehnoloških postopkov za pridelavo kakovostne rastlinske surovine, iz katere je mogo če narediti kakovostne proizvode. Poleg zagotavljanja kakovosti so v zadnjem obdobju slovenski tržni pridelovalci AS, zaradi zagotavljanja konkuren čnosti, prisiljeni prodajati AS po vedno bolj nizki ceni. Cena surovine AS namreč predstavlja poleg kvalitete poglaviten razlog pri odlo čitvi slovenskih farmacevtskih družb, ali bodo AS oziroma polizdelke iz njega uvažali, ali pa ga bomo pridelovali in predelovali doma v Sloveniji. Potrebno se je namre č zavedati, da je AS edina zdravilna rastlina, ki se v Sloveniji za potrebe doma če farmacevtske industrije prideluje v velikem obsegu in da bi bilo dobro to pridelavo obdržati.

Zaradi zgoraj navedenih zahtev smo se odlo čili raziskovanje omenjenih problematik preu čevati v dveh sklopih. V prvem sklopu smo preu čevali vpliv tehnoloških dejavnikov (razvojna stopnja rastlin, čas jesenske žetve, vpliv genskega vira ter starost nasada) na vsebnost u činkovin v AS. V drugem sklopu smo preu čevali možnosti pridelovanja AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami.

V prvem sklopu smo v letu 2009 preu čevali vpliv tehnoloških dejavnikov na vsebnost učinkovin (polisaharidi (PS), kaftarna kislina in cikorna kislina) v AS. Postavili smo tri poljske poskuse v obliki slu čajnih blokov s po štirimi ponovitvami.

Pri prvem poljskem poskusu smo preu čevali vpliv razvojne stopnje prve žetve (poletna žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost PS, kaftare kisline in cikorne kisline. Ugotovili smo, da je vsebnost PS v AS najvišja v času intenzivne generativne rasti (tvorba cvetov). V času rasti in razvoja rastlin so se vsebnosti kaftarne in cikorne kisline zmanjševale. Genski vir ni vplival na vsebnost PS, medtem ko je v povpre čju imel genski vir 86/4 (ozna čen v genski banki Biotehniške fakultete) višjo vsebnost kaftarne in cikorne kisline, kot genski vir 86/6.

Pri drugem poljskem poskusu smo preu čevali vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost PS, kaftare kisline in cikorne kisline.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 74 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Vsebnost PS v AS je naraš čala od prve jesenske žetve (4. september) do tretje jesenske žetve (16. oktober), nato pa se je v naslednji jesenski žetvi (5. november) vsebnost PS nekoliko znižala. V času jesenskih žetev rastlin AS se je vsebnost kaftarne in cikorne kisline od 4. septembra do 22. septembra mo čno zvišala, nato pa se do zadnje jesenske žetve (5. november) ni bistveno spremenila. V povpre čju je imel genski vir 86/4 višjo vsebnost PS kot genski vir 86/6, medtem ko genski vir ni imel vpliva na vsebnost kaftarne in cikorne kisline. V primerjavi s poletnimi žetvami so imele jesenske žetve AS od 22. septembra dalje veliko višje vsebnosti PS, kaftarne in cikorne kisline.

Pri tretjem poljskem poskusu smo preu čevali vpliv časa žetve enoletnega nasada AS na vsebnost u činkovin. Časi žetev pri tem poskusu so bili enaki, kot pri zgoraj opisanem drugem poljskem poskusu. Rezultati tretjega poljskega poskusa na vsebnost učinkovin so bili skladni z rezultati zgoraj opisanega drugega poljskega poskusa, kjer smo preu čevali vpliv časa druge žetve (jesenska žetev) in genskega vira v triletnem nasadu AS na vsebnost učinkovin. To pomeni, da starost nasada ni imela vpliva na vsebnost u činkovin v AS.

Na podlagi rezultatov poskusov na vsebnost PS, kaftarne in cikorne kisline lahko povzamemo, da je na obmo čju lokacije poskusa najprimernejši čas prve žetve rastlin AS, ko ima 30% do 80% cvetnih nastavkov škrlatno obarvane jezi časte cvetove (od konca junija do konca julija) . Najprimernejši čas druge žetve rastlin AS pa je od konca meseca septembra do za četka meseca novembra. V primerjavi z genskim virom 86/6, vsebuje genski vir 86/4 višje ali enake, nikoli pa nižje vsebnosti u činkovin.

V drugem sklopu poskusov smo v letih 2007, 2008 in 2009 preu čevali možnosti pridelovanja AS na greben-jarek-greben vodozbirnem sistemu z zastirkami. Postavili smo dva poljska poskusa v obliki slu čajnih blokov s po štirimi ponovitvami.

Pri prvem poljskem poskusu smo preu čevali vpliv namakanja ter vpliv greben-jarek- greben vodozbirnega (GJGVZ) sistema z razli čnima zastirkami na vsebnost vode v tleh, pridelek, čas, ki je potreben za ro čno odstranjevanje plevela ter gospodarnost pridelave AS. GJGVZ sistem z zastirko smo naredili tako, da smo z zastirko pokrili dva grebena in jarek med njima. Uporabili smo neprepustno ter prepustno zastirko, kontrolno obravnavanje pa je ostalo nepokrito. Namakali smo s pomo čjo vakuumske cisterne na na čin, da smo jarek med grebenoma poplavili. Na nenamakanih parcelah je bila v sušnih obdobjih, v za četku poskusa vsebnost vode v tleh višja na GJGVZ sistemu z zastirkama v primerjavi z nepokritimi tlemi (Kontrola). V primerjavi s Kontrolo smo na GJGVZ sistemih z zastirkama izmerili višji pridelek AS ter manj delovnih ur, ki so bile potrebne za ro čno odstranjevanje plevela. Zaradi višjega pridelka ter manj delovnih ur je bil dobi ček na GJGVZ sistemu z zastirkama višji v primerjavi s kontrolo. V času pomanjkanja padavin je GJGVZ sistem z zastirkama s po pomo čjo vakuumske cisterne omogo čal enostavno poplavno namakanje brez erozije grebenov. Poplavno namakanje je v samo enem letu povišalo pridelek AS, kar pomeni, da je namakanje AS potrebno le, kadar je potreba rastlin po vodi velika.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 75 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Pri drugem poljskem poskusu smo preu čevali vpliv namakanega GJGVZ sistema z zastirkami na vsebnost rastlinam dostopnega dušika (N) v tleh. Zasnova poskusa je bila podobna kot pri zgoraj opisanem poskusu, le da smo tu ves poskus namakali. Z namenom bolj natan čnega ugotavljanja razlik med obravnavanji na vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh smo poskus pognojili z vsaj trikrat presežno koli čino mineralnega N. Ugotovili smo, da je vsebnost rastlinam dostopnega N v tleh pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko višja na koncu poskusa kot na za četku poskusa, kar pomeni, da se vsebnost mineralnega N v tleh pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko pove čuje. Višje vsebnosti rastlinam dostopnega N smo prav tako izmerili pri GJGVZ sistemu z neprepustno zastirko v primerjavi z ostalima tretmajema.

GJGVZ sistem z zastirkami je kot inovativna tehnologija pridelovanja rastlin pri pridelovanju AS, kot prve indikatorske rastlinske vrste, pokazala številne prednosti. Pridelek rastlin AS je bil v primerjavi s Kontrolo (nepokrita tla) višji pri GJGVZ sistemu z zastirkami. To lahko pojasnimo z višjo vsebnostjo vode v tleh, v sušnih obdobjih, na za četku rasti rastlin pri GJGVZ sistemu z zastirkami, z višjimi temperaturami tal pod črno PE zastirko (Tanner, 1974), z manjšo erozijo tal (Kornecki in sod., 2005) ter manjšim izpiranjem hranil (Romi ć in sod., 2003; Marr, 1993) iz obmo čja korenin. V primeru pomanjkanja padavin GJGVZ sistem z zastirkami omogoča s pomo čjo vakuumske cisterne enostavno poplavno namakanje prakti čno brez erozije grebenov. Na obmo čjih brez vodnega vira lahko GJGVZ sistem z zastirkami nudi alternativo pridelovanju rastlin pod neprepustno zastirko, kjer je pod zastirko potrebno imeti kaplji čni namakalni sistem. Da izvemo, kateri na čin pridelovanja pod zastirko (kaplji čno namakanje ali GJGVZ sistem) je bolj gospodaren, je potrebno narediti kalkulacijo med investicijskimi stroški (stroški za namakalni sistem in za vodni vir) pri kaplji čnem namakalnem sistemu ter pri čakovanimi stroški namakanja pri GJGVZ sistemu. Cena enkratnega namakanja (20 mm) pri GJGVZ sistemu stane okoli 312 EUR ha -1 (preglednica 4) in je predvsem odvisna od oddaljenosti vodnega vira in velikosti vakuumske cisterne. Pridelava rastlin na GJGVZ sistemu z zastirkami je zaradi visokega stroška nakupa PE zastirke primerna za pridelavo rastlin z visoko tržno vrednostjo, ki se obi čajno pridelujejo pod zastirkami (kot so jagode, zelenjava ter nekatere zdravilne rastline) ter za obmo čja, kjer vode za namakalne sisteme ni ali pa je draga. Samo v Sloveniji je verjetno ve č sto potencialnih pridelovalcev, ki zaradi pomanjkanja vodnih virov za namakalne sisteme, ne morejo pridelovati rastlin z visoko tržno vrednostjo, ki se obi čajno pridelujejo pod zastirkami.

6.2 SUMMARY

The purple coneflower is one of the rare plants with immunostimulatory function. In the world, preparations made from purple coneflower are one of the best selling plant medicines without prescription and are mainly used for treating upper respiratory tract infections. In spite of the extensive literature about how useful the preparations made on

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 76 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 the basis of purple coneflower are in phytotherapy and the recommended agro-ecological conditions for raw material production, there are still no accessible detail studies about the effects of the technological parameters on the content of active substances in the purple coneflower. In the light of assuring the quality, it is not known which genetic source is the most appropriate for cultivation in Slovenia, when the optimal harvest time (summer or autumn) is and what is the optimal plant development stage. All listed questions introduce the essential elements of the technological procedures in cultivation and processing of raw material, from which quality products could be made. In addition to ensuring quality, Slovenian producers are forced to sell purple coneflower at increasingly lower prices in order to remain competitive. Beside the quality, the price of the the raw material constitutes the main reason for Slovenian pharmaceutical firms in deciding if the purple coneflower or its intermediate product will be imported or will it be produced and processed at home in Slovenia. It is important to keep the production of the purple coneflower in Slovenia because it is the only medicinal plant which is cultivated in such a large scale for the purpose of domestic pharmaceutical industry.

Due to the above-stated demands we decided to investigate the aforementioned problems in two sets. In the first set we investigated the effects of the technological factors (plant development stage, time of autumn harvest, genetic source and plantation age) on the content of active substances in the purple coneflower. In the second set we investigated the purple coneflower cultivation possibilities on the ridge-furrow-ridge rainwater harvest system with mulches.

In the first set we investigated the effects of the technological parameters on the content of active substances in the purple coneflower (polysaccharides (PS) caftaric acid and cichoric acid). We set up three field experiments in the shape of random blocks with four replicates.

In the first field experiment we analyzed the effect of the plant development stage in the first harvest (summer harvest) and the genetic source in the three-year-old plantation of the purple coneflower on the content of PS, caftaric and cichoric acid. We discovered that the content of PS in the purple coneflower was the highest in the time of excessive plant generative growth (development of flowers). During plant growth and development the content of caftaric and cichoric acid reduced. The genetic source had no effect on the PS content, while the genetic source 86/4 (marked in gene bank of Biotechnical faculty) had higher content of caftaric and cichoric acid than the genetic source 86/6 on average.

In the second field experiment we analyzed the effects of the second harvest time (autumn harvest) and the genetic source in the three-year-old plantation of purple coneflower on the content of PS, caftaric and cichoric acid. The content of PS in the purple coneflower grew from the first autumn harvest (4 th September) to the third autumn harvest (16 th October) and reduced in the next autumn harvest (5 th November). In autumn harvest times the content of cichoric and caftaric acid rose from 4 th September to 22 nd September and then did not substantially change up to the last autumn harvest (5 th November). On average the

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 77 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 genetic source 86/4 had higher PS content than the genetic source 86/6, while the genetic source had no effect on the cichoric and caftaric acid content. Autumn harvests of the purple coneflower had from 22 nd September much higher content of PS, the caftaric and cichoric acid by comparison with the summer harvests.

In the third field experiment we analyzed the effects of the harvest time in the one-year-old plantation of purple coneflower on the content of PS, caftaric and cichoric acid. The harvest times in this experiment were the same as with the second field experiment mentioned above. The results of the third field experiment regarding the active substances are in accordance with the results of the second field experiment where we analyzed the effects of the second harvest time (autumn harvest) and genetic source in the three-year-old plantation of the purple coneflower on the content of PS, caftaric and cichoric acid. This means that the age of the plantation had no effect on the content of active substances in the purple coneflower.

Based on the results of the experiments regarding the content of PS, caftaric and cichoric acid we can conclude that in the area of the experiment the optimum time for the first harvest of plants is when 30% to 80% of the flower accessories have purple tongue-shaped flowers (from late June until the end of July). The optimum second harvest time of the purple coneflower plant is from the end of September to the beginning of November. The genetic source 86/4 contains higher or equal, but not lower levels of active substances, compared to the genetic source 86/6.

In the second set of the experiments (in 2007, 2008 and 2009) we studied the possibility for cultivation of the purple coneflower with the help of the ridge-furrow-ridge rainwater harvest system with mulches. We set up two field experiments in the shape of random blocks with four replicates.

In the first field experiment we analyzed the impact of irrigation and the ridge-furrow- ridge rainwater harvesting (RFRRH) system with different mulches on soil water content, yield, time required for hand weeding and the economy of growing purple coneflower. The RFRRH system was made so that the plastic mulch covers two ridges and the furrow between them, which serves as the rainwater-harvesting zone. We used permeable and impermeable mulch, while the control treatment remained uncovered. Supplemental irrigation was supplied by means of an agricultural vacuum tanker in such a way that the furrow between the ridges was flooded. At the beginning of the experiment the results showed significantly higher soil water content during dry periods in the non-irrigated plots in the mulch covered RFRRH system compared with the uncovered ridges (Control). In comparison with the Control the mulch covered RFRRH system produced significantly higher yield and reduced the time required for hand weeding. Because of the higher yield and lower working hours the profit in the RFRRH system with mulches was higher in comparison with the Control. In the event of a rainfall deficiency, the RFRRH system with mulches enabled simple supplemental irrigation, using an agricultural vacuum tanker, by flooding the polyethylene mulch covered furrow with hardly any ridge erosion. The

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 78 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010 supplemental flooding irrigation significantly increased the yield in only one year, which suggests that in terms of good economics, irrigation should be applied only when plant water requirement is high.

In the second field experiment we studied the impact of the irrigated RFRRH system with mulches regarding the content of nitrogen (N) available to plants in the soil. The design of the experiment was similar to the experiment described above, except that here the entire experiment was irrigated. In order to determine more precise differences between treatments in the content of N available to plants in the soil, the experimental soil was fertilized with at least three times the excess amount of mineral N. The results showed that the content of N available to plants in the soil in the RFRRH system with impermeable mulch is higher at the end than at the beginning of the field experiment. This means that the mineral N content in the soil in the RFRRH system with impermeable mulch increases. Higher levels of N available to plants were also measured in the RFRRH system with impermeable mulch in comparison to other treatments.

The RFRRH system with mulches, as an innovative plant production technology, has shown a number of advantages in growing the purple coneflower as the first indicator plant species. The RFRRH system with mulches increases the yield in comparison to the Control (bare ground). This can be explained by the higher soil water content in dry periods at the beginning of the plant growth, by increasing soil temperature under the black PE mulch (Tanner, 1974) and by reducing soil erosion (Kornecki et al., 2005) and fertilizer leaching (Romi ć et al., 2003; Marr, 1993) from the root zone. Furthermore, in the event of a rainfall deficiency the RFRRH system with mulches enables simple supplemental irrigation, using an agricultural vacuum tanker, by flooding the polyethylene mulch covered furrow with hardly any ridge erosion. The RFRRH system with mulches now offers an alternative in producing plants under the impermeable mulch where expensive tubing for the drip irrigation system is needed under the mulch. To choose which mulch production system (the mulch drip irrigation system or the mulch RFRRH system) is more cost efficient, each producer should calculate between higher investment costs (costs for tubing and water source) when using the mulch drip irrigation system and the expected supplemental irrigation costs when using the mulch RFRRH system (one irrigation (20 mm) costs about 300 EUR ha-1 and it mostly depends on the remoteness of the water source and on the volume of the agricultural vacuum tanker). Because of the higher costs of buying mulch, the RFRRH system with mulches is more suitable for the cultivation of high value plants that are usually grown under mulch (such as strawberries, vegetables and some medicinal plants) and for regions where water for an irrigation system is not available or is costly. Only in Slovenia there are probably hundreds of potential growers who (due to the lack of water resources for the irrigation systems) cannot produce crops with high market value, which are usually grown under mulches.

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 79 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

7 VIRI

ARSO - Agencija Republike Slovenije za okolje. http://www.arso.gov.si/o%20agenciji/knji%c5%benica/mese%c4%8dni%20bilten/ (januar 2010)

Battikhi A. M., Hill R. W. 1986. Irrigation scheduling and watermelon yield model for the Jordan Valley. Journal of Agronom and Crop Science, 157: 145-155

Bauer R. 1996. Echinacea-Drogen: Wirkungen und Wirksubstanczen. Zeitschrift fur Arztlich Fortildung, 90: 111-115

Bauer R., Remiger P., Wagner H. 1989. Alkamides from the roots Echinacea angustifolia . Phytochemistry, 28, 2: 505-508

Bauer R., Wagner H. 1988. Alkamides from the roots Echinacea purpurea . Phytochemystry, 27, 7: 2339-2342

Bauer R., 1997. Echinacea Pharmazeutische Qualitaet und therapeutischer Wert. Zeitschrift fur Phytotherapie, 18: 207-214

Becker H., Hseih W.C. 1985. Chicoree-saure und deren derivate aus Echinacea arten. Zeitschrift Naturforsch, 40: 585-587

Binns S. E., Baum B. R., Arnason J. T. 2002. A Taxonomic Revision of Echinacea (Asteraceae: Heliantheae). Systematic Botany, 27, 3: 610-632

Blaschek W., Döll M., Franz. G. 1998. Echinacea-polysaccharides: Analytical investigations on pressed juice and the preparation Echinacin. Zeitschrift fur Phytotherapie , 19, 5: 255-262

Bodinet C., Beuscher N. 1991. Antiviral and immunological activity of glycoprotein’s from Echinacea purpurea Radix. Planta Medica, 57(Suppl 2):A33-A34

Boers T. M., De Graaf M., Feddes, R. A., Ben-Asher J. 1986. A linear regression model combined with a soil water balance model to design micro-catchments for water harvesting in arid zones. Agricultural Water Management, 11, 3-4: 187-206

Bogle O., Hartz T. K. 1986. Comparison of drip and furrow irrigation for muskmelon production. HortScience, 21, 2: 242-244

Brovelli E. A., Johnson R. M. 2001 . Post harvest alterations of Echinacea purpurea herb. Acta Horticulturae, 553, 2: 757-758

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 80 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Classen B., Witthohn K., Blaschek W. 2000. Characterization of an arabinogalactan- protein isolated from pressed juice of Echinacea purpurea by precipitation with the β- glucosyl Yariv reagent. Carbohydrate Research, 327: 497–504

Deli ć K. 2005. Razvoj in validacija metode za ugotavljanje vsebnosti polisaharidov v ameriškem slamniku (Echinacea purpurea). Diplomska naloga. Ljubljana, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo: 70 str.

Dufault R. J., Rushing J., Hassell R., Shepard B. M., McCutcheon G., Ward B. 2003. Influence of fertilizer on growth and marker compound of field-grown Echinacea species and feverfew. Scientia Horticulturae, 98, 1: 61-69

European Medicines Agency, 2008. http://www.ema.europa.eu/pdfs/human/hmpc/echinaceae_purpureae_herba/10494506e nfin.pdf (maj 2008)

Emmendörffer A. C., Wagner H., Lohmann-Matthes M. L. 1999. Immunologically active polysaccharides from Echinacea purpurea plant and cell cultures. V: Immunomodulatory agents from plants. Wagner H. (ed.) Basel, Boston, Berlin, Birkhauser Verlag: 89-104

Faciano R. M., Carini M., Aldini G., Saibene L., Pietta P., Mauri P., 1995. Echinacoside and caffeol conjugates protect collagen from free radical-induced degradation: a potential use of Echinacea extracts in the prevention of skin photo damage. Planta Medica, 61: 510-514

Finger P., Bertram A., Bomme U. 1998. Selective thermal weed control on medicinal and spice plants. Zeitschrift fur Arznei- & Gewurzpflanzen, 3, 2: 70-76

Foster S. 1991. Echinacea: Nature's immune enhancer. Rochester, Healing Arts Press: 150 str.

Funke H. 1983. Neue Erkentnisse über Echinacea. Zeitschrift fur Phytotherapie, 4: 650- 656

Ghavwi, I., and Battikhi, A. M. 1986. Watermelon ( Citrullus lanatus ) production under mulch and trickle irrigation in the Jordan Valley. Journal of Agronomy and Crop Science, 156, 225-236.

Goel V., Chang C., Slama J., Barton R., Bauer R., Gahler R., Basu T. 2002a. Alkylamides of Echinacea purpurea stimulate alveolar macrophage function in normal rats. International Immunopharmacology, 2: 381– 387

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 81 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Goel V., Chang C., Slama J. V., Barton R., Bauer R., Gahler R., Basu T. K. 2002b. Echinacea stimulates macrophage function in the lung and spleen of normal rats. Journal of Nutritional Biochemistry, 13: 487-492

Goel V., Lovlin R., Lovlin R., Barton R. 2004. Efficacy of standardized Echinacea preparation (Echinilin) for the treatment of the common cold: a randomized, double- blind, placebo-controlled trial. Journal of Clinical Pharmacy and Therapeutics, 29: 75- 83

Gosar B. 2005. Gospodarnost tehnik pridelave ameriškega slamnika.

Gosar B., Tajnšek T., Udov č A. 2009. Evaluating a new ridge and furrow rainfall harvesting system with two types of mulches. Irrigation and drainage. (Articles online in advance of print) http://www3.interscience.wiley.com/journal/121639793/abstract

Gray D. E., Pallardy S. G., Garrett H. E., Rottinghaus G. E. 2003. Acute drought stress and plant age effects on alkamide and phenolic acid content in purple coneflower roots. Planta Medica, 69, 1: 50-55

Haddadin S. H., Ghawi I. 1983. Efect of plastic mulches on soil water conservation and soil temperature in field grown tomato in the Jordan Valley. Dirasa, 13, 8: 25-34

Hassell R. L., Dufault R., Phillips T. 2004. Relationship among seed size, source and temperature on germination of Echinacea angustifolia, pallida and purpurea. Acta Horticulturae, 629: 239-243

Hegazi A. 2000. Plastic mulching for weed control and water economy in vineyards. Acta Horticulturae, 536: 245-250

Heeger E. F. 1956. Handbuch des Arznei-und Gew űrzpflazenbaues Drogengewinnung. Deutscher Bauernverlag: 607 str.

Ilc T. 1990. Vpliv herbicidov na rde či ameriški slamnik ( Echinacea purpurea Moench ) in afriški trpotec ( Plantago afra L.). Diplomska naloga. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 60 str.

Islam J., Carter R. 2005 . Use of Echinacea in upper respiratory tract infection. Southern Medical Journal Lippincott, 98, 3: 311-318

Johnson M. S., Fennimore S. A. 2005. Weed and crop response to colored plastic mulches in strawberry production. HortScience, 40, 5: 1371-1375

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 82 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Kim H. O., Durance T. D., Scaman C. H., Kitts D. D. 2000. Retention of caffeic acid derivatives in dried Echinacea purpurea . Journal Agriculture and Food Chemistry, 48: 4187–4192

Kordana S., Kucharski W. A., Nowak D., Zaecki R. 1998. Research on cultivation of purple coneflower (Echinacea purpurea (L.) Moench). Herba Polonica, 44, 2: 108-113

Kreft S. 2001. Ameriški slamnik-Echinacea spp. Odpravlja vzroke prehlada. Herbika, 26- 29

Kreft S. 2005. Cichoric acid content and biomass production of Echinacea purpurea plants cultivated in Slovenia. Pharmaceutical Biology, 43, 8: 662- 665

Krofli č N. 2004. Razvoj metode za kvantitativno analizo polisaharidov v ameriškem slamniku. Diplomska naloga. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo: 50 str. (Echinacea purpurea Moench). Diplomska naloga. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 46 str. Kušar A. 2005. Uvajanje avtoktonih populacij britanskega košutnika ( Gentiana lutea L. subsp. Symphyandra Murb.) v pridelovanje v Sloveniji in analiza u činkovin pridelane droge. Doktorska disertacija. Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta: 95 str.

Letchamo W. J., Livesey T. J., Arnason C., Krutilina V. S. 1999. Cichoric acid and isobutyl amide content in Echinacea purpurea as influenced by flower developmental stages. Perspectives on New Crops and New Uses, št: 494-498

Letchamo W., Polyodenny L. V., Gladisheva N. O., Arnason T. J., Livesey J., Awang D. V. C. 2002. Factors affecting Echinacea qality. Trends in new crops and uses. Janick J., Whipkey A. (eds.). Alexandria, V. A, ASHS Press: 514-521

Li X. Y., Gong J. D. 2002. Effects of different ridge:furrow ratios and supplemental irrigation on crop production in ridge and furrow rainfall harvesting system with mulches. Agricultural Water Management, 54, 3: 243-254

Li X. Y., Gong J. D., Gao Q. Z., Li F. R. 2001. Incorporation of ridge and furrow method of rainfall harvesting with mulching for crop production under semiarid conditions. Agricultural Water Management, 50, 3: 173-183

Li X. Y., Shi P., Sun Y., Tang J., Yang Z. 2006. Influence of various in situ rainwater harvesting methods on soil moisture and growth of Tamarix ramosisima in the semiarid loess region of China. Forest Ecology and Management, 233: 143-148

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 83 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Lin Z., Neamati N., Zhao H., Klryu Y., Turpin J. A., Aberham C., Strebel K., Kohn K., Witvrouw M., Pannecouque C., Debyser Z., De Clercq E., Rice W. G., Pommier Y., Burke T. R. 1999. Chicoric acid analogues as HIV-1 integrase inhibitors. Journal of Medicinal Chemistry, 42: 1401-1414

Lohmann-Matthes M. L., Wagner H. 1989. Aktivierung von Makrophagen durch Polysaccharide aus Gewebekulturen von Echinacea purpurea [Activation of macrophages by polysaccharides from tissue cultures of Echinacea purpurea ]. Zeitschrift fur Phytotherapie, 10: 52-59

Lohmüller F, A. 2006. The Botanical System of the Plants. http://www.f-lohmueller.de/botany/gen/e/Echinacea.htm (avgust, 2009)

Marr C. W. 1993. Plastic mulches for vegetables. Kansas State University, 1-3

McGregor R. L. 1968. The taxonomy of genus Echinacea (Compositae). The univ. of Kansas Science Bulletin, 48, 4: 113-142

Miller C., Yu H. 2004. The genus Echinacea. Medicinal and Aromatic Plants – Industrial Profiles, vol: 39, editor: Roland Hardman: 265 str.

Molgaard P., Johnsen S., Christensen P., Cornett C. 2003. HPLC Method Validated for the Simulataneous Analysis of Cichoric Acid and Alkamides in Echinacea purpurea Plants and Products. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 51: 6922-6933

Murch S. J., Peiris S. E., Shi W. L., Zobayed S. M. A., Saxena P. K. 2006. Genetic diversity in seed populations of Echinacea purpurea controls the capacity for regeneration, route of morphogenesis and phytochemical composition. Cell Biology and Morphogenesis, 25, 6: 522-532

Mundy C., Creamer N. G., Crozier C. R., Wilson G., 1999. Potato production on wide Beds: Impact on yield and selected soil physical characteristics. American Journal of Potato Research, 76, 6: 323-330

Nusslein B., Kurzmann M., Bauer R., Kreis W. 2000. Enzymatic degradation of cichoric acid in Echinacea purpurea . Journal of Natural Products, 63: 1615-1618

Pellati F, Benvenuti S, Margo L. 2003. Analysis of phenolic compounds andradical scavening activity of Echinacea. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 35: 289-301

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 84 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Perry B. N., Van Klink W. J., Burgers J. E., Parmenent A. G. 1997. Alkamide levels in Echinacea purpurea : A rapid analitical method revealing differences among roots, rhizomes, stems, leaves and flowers. Planta Medica, 63: 58-62

Perry N. B., Burgess E. J., Glennie V. A., 2001. Echinacea Standardization: Analytical Methods for Phenolic Compounds and Tyoical Levels in Medicinal Species. Jurnal of Agriculture and Food Chemistry, 49: 1702-1706

Perry N. B., van Klink J. W., Burgess E. J. 2000. Parmenter, G.Alkamide levels in Echinacea purpurea : effects of processing, drying and storage. Planta Medica, 66: 54- 56

Powell E., Carrier D. J., Crowe T. G., Bantle M. R. L. 2001. Echinacoside and alkamide distribution in Echinacea angustifolia root: Root depth growing condition. Jurnal of Nutraceuticals, Functional & Medical Foods, 3, 3: 95-106

Remškar M., 2003. Vpliv nekaterih tehnoloških dejavnikov (število spravil, čas žetve, gnojenje z dušikom) na pridelek in kakovost škrlatnega ameriškega slamnika (Echinacea purpurea Moench). Diplomska naloga. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 49 str.

Roblek E., 1995. Vpliv števila žetev in gnojenja ameriškega slamnika ( Echinacea purpurea Moench) na koli čino pridelka in u činkovin na Loboratorijskem polju Biotehniške fakultete. Diplomska naloga. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 45 str.

Rode J. 2000. Echinacea purpurea cultivation in Slovenia. V: Procedings of the 1st conference on medicinal and aromatic plants of Southeast European countries and 6 th meeting "Days of medicinal plants 2000", Aranđelovac, 29 maj-3 jun. 2000, 231-235

Rode J. 2001. Zeliš čni vrt: doma ča lekarna. Ljubljana, Kme čki glas: 231 str.

Romi ć D. M., Romi ć J., Borosi ć J., Poljak M. 2003: Mulching decreases nitrate leaching in bell pepper (Capsicum annuum L.) cultivation. Agricultural. Water Management, 60, 2: 87-97

Rua D., Roh-Schmidt H., Chandara A., 2005. Human Gene Expression as a Tool To Determine Horticultural Maturity in a Bioactive Plant (Echinacea purpurea L. Moench). Journal Agricultural and Food Chemistry, 53: 8156-8161

Speroni E., Govoni P., Guizzardi S., Renzulli C., Guerra M. C. 2002. Anti-inflammatory and cicatrizing activity of Echinacea pallida Nutt. Root extract. Journal of Ethno Pharmacology, 79: 265-272

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 85 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

Steinmuller C., Roesler J., Grottroup E., Franke G., Wagner H., Lohmann-Matthes M. 1993. Polysaccharides isolated from plant cell cultures of Echinacea purpurea enhance the resistance of immunosuppressed mice against systemic infections with Candida albicans and Listeria. International Journal of Immunopharmacology, 15: 605-614

Stuart D. L., Wills R. B. H. 2000a. Factors affecting the extraction of alkylamides and cichoric acid during ethanolic processing of Echinacea purpurea (L.) Moench. Australian Journal of Experimental Agriculture, 40, 6: 873-877

Stuart D. L., Wills R. B. H. 2000b. Alkylamide and cichoric acid levels in Echinacea purpurea tissues during plant growth . Journal of Herbs, Spices & Medicinal Plants, 7, 1: 91-101

Stuart D., Wills R. B. H. 2003. Effect of Drying Temperature on Alkylamide and Cichoric AcidConcentrations of Echinacea purpurea. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 51: 1608-1610

Tajnšek T. 1980. Strnine in koruza v Sloveniji. ČZP, Kme čki glas, Ljubljana: 176 str.

Tanner C. B. 1974. Microclimate modification: Basic concepts. HortScience,. 9: 555-560

USA, National Phenology Network. 2009 http://images.google.si/imgres?imgurl=http://www.usanpn.org/files/shared/ECPU.png &imgrefurl=http://www.usanpn.org/%3Fq%3DEchinacea_purpurea&usg=__h_wKt8O NYiM0SvL_qLDM85- 79sU=&h=415&w=500&sz=132&hl=sl&start=1&um=1&tbnid=MsJ2mflpgg8- PM:&tbnh=108&tbnw=130&prev=/images%3Fq%3DUSA%2BNational%2BPhenolog y%2BNetwork%2Bechinacea%2Bpurpurea%26hl%3Dsl%26sa%3DN%26um%3D1 (avgust 2009)

Valen čič D., Spanring J. 2000. Gojenje zdravilnih rastlin in dišavnic. 2. izdaja. Portorož, IKS: 173 str.

Vrabl S., 1986. Posebna entomologija. Škodljivci poljš čin. U čbenik, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 145 str.

Pravilnik o razvrstitvi zdravilnih rastlin. Uradni list RS, št. 103/2008 z dne 30. 10. 2008 http://www.uradni-list.si/1/content?id=88951 (april 2009)

Wagner H, Proksch A, Riess-Maurer I, Vollmar A, Odenthal S, Stuppner H, Jurcic K, Le Turdu M, Heur Y. H. 1984. Immunostimulant action of polysaccharides

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 86 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

(heteroglycans) from higher plants. Preliminary communication. Arzneimittelforschung, 34, 6: 659-61

Wagner T. 1980. Pridelovanje zdravilnih rastlin. Ljubljana, Kme čki glas: 24 str.

Wagner T. 1988. Racionalizacija rastlinske proizvodnje in pove čanje u činkovitosti rabe naravnih danosti kmetijskega prostora : poro čilo o delu za leto 1988: Žalec : Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo: 40 str.

WHO monographs on selected medicinal plants, 1999. Geneve, Word Health Organization: 289 str.

Wills R. B. H., Stuart D. L. 1999. Alkylamide and cichoric acid levels in Echinacea purpurea grown in Australia. Food Chemistry, 67: 385-388

Wills R. B. H., Stuart D. L. 2000. Effect of handling and storage on alkylamides and cichoric acid in Echinacea purpurea. Journal of the Science of Food and Agriculture, 80: 1402-1406

Yu B. E. 2002. Growth and development of Echinacea purpurea (L.) Moench depending on seed dressing with MnSO4 solution. Rastitel'nye Resursy, 38.4: 29-36

Borut G. Vpliv tehnoloških dejavnikov na kakovost ter možnost pridelovanja ameriškega slamnika. 1 Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, 2010

ZAHVALA

Za pomo č in nasvete pri izdelavi doktorske disertacije se najlepše zahvaljujem mentorici prof. dr. Dei Bari čevi č.

Hvala predsedniku komisije za zagovor doktorske disertacije prof. dr. Antonu Tajnšku ter članu omenjene komisije prof. dr. Samu Kreftu za njun temeljit pregled in pripombe ter za njihove nasvete.

Prav tako se iskreno zahvaljujem sodelavki Petri Ratajc za laboratorijsko delo in delo s HPLC ter za vso nesebi čno pomo č in nasvete.

Asist. dr, Heleni Šircelj iskrena hvala za nasvete in strokovno pomo č pri uvajanju v laboratorijsko delo.

Prof. dr. Branivoju Mati čiču se zahvaljujem za nasvete pri delu na poskusnem polju.

Hvala tudi vsem sodelavcem, ki ste z svojimi nasveti pripomogli k nastali celoti.

Hvala punci ter mami za vso ljubezen in pomo č ter vsem ostalim, ki ste kakorkoli pomagali k nastanku doktorskega dela, pa vas nisem omenil.

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

Borut GOSAR

VPLIV TEHNOLOŠKIH DEJAVNIKOV NA KAKOVOST TER MOŽNOSTI PRIDELAVE ŠKRLATNEGA AMERIŠKEGA SLAMNIKA (Echinacea purpurea Moench)

DOKTORSKA DISERTACIJA

Ljubljana, 2010