Αξιολόγηση της βέλτιστης δόσης SeO2 στην ανάπτυξη, παραγωγή, θρεπτική κατάσταση και φωτοσυνθετική ικανότητα του άγριου λαχανευόμενου Portulaca Oleracea L., σε ανοιχτό υδροπονικό σύστημα καλλιέργειας

Abstract

Nutrient intake is essential for the proper functioning of the human body. Much of the world's population suffers from deficient or even insufficient intake of vitamins, several trace elements and minerals. This imbalance is most often associated with the lack of food which leads to malnutrition. Another case of malnutrition is the adequate intake of proteins and carbohydrates through food, but not the necessary for the human body nutrients. Micronutrient malnutrition is a subcategory of malnutrition and is due to the inability to absorb nutrients through food, due to a low content of the latter in them or even difficulty in absorption by the body. This phenomenon is often called hidden hunger and has a negative impact on the normal functioning and development of the body. Biofortification is an economic and sustainable strategy to enhance the nutritional value of the produced products. Τhe native species that have been consumed in our country since ancient times, have special significance both for the biofortification strategy and for the unstable weather conditions that prevail due to climate change. Wild leafy species have attracted the interest of growers and scientists because of their high nutritional value and their adaptability to adverse climatic conditions. Although, a limiting factor concerning the bio-enrichment method, is the concentration of the provided trace elements in the edible part of the plant. Trace elements need to be ingested in small amounts as there is a risk of over intake and toxicity. Toxicity to humans rarely occurs due to the consumption of foods with a high content of nutrients, however it is possible to derive from excessive consumption of nutritional supplements, one such example is hypervitaminosis. For this reason, regarding the biofortification of a crop, it is imperative to control both the added dose of each trace element and its concentration in the edible part of the plant, ensuring a high level of consumer protection. The aim of the present thesis is to examine the bio-enrichment method by adding different doses of SeO2 to the nutrient solution of the wild leafy vegetable Purslane (Portulaca oleracea L.) which was cultivated hydroponically. More specifically, the study aims to evaluate the effect of different doses of SeO2 on the plant's normal growth, production, nutritional status and photosynthetic capacity. Three doses of SeO2 (1, 2, 4 μmol l-1) were applied to the plants through the nutrient solution. At the end of the growing season, appropriate measurements were conducted regarding plant growth, yield and nutritional status of the plants. The administration of different Se concentrations led to a higher yield without significant differences being observed between the three doses (1, 2, 4 μmol l-1), while the increasing administration of SeO2 resulted in a proportional increase in the concentration of Se in the above-ground part of the plant. At the same time, the nutritional status of the plant seems not to be affected, since most of the nutrients examined, such as N, P, K, Ca, Mg, Fe and Mn, were not affected by the additional supply of SeO2. On the contrary, only copper (Cu) and zinc (Zn) showed significant differences, while it is quite interesting that during the treatment with 4 μmol l-1 SeO2, the concentration of the two trace elements seems to decrease, with the most efficient dosage in terms increasing Cu and Zn being that of 2 μmol l-1 SeO2.

Η πρόσληψη θρεπτικών συστατικών είναι απαραίτητη για τη σωστή λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Μεγάλο μέρος του πληθυσμού παγκοσμίως, υποφέρει από ελλιπή ή ακόμα και ανεπαρκή πρόσληψη βιταμινών, ιχνοστοιχείων και μετάλλων. Η ανισορροπία αυτή συνδέεται συχνότερα με τη μειωμένη κατανάλωση (υποσιτισμός) που επιφέρει υποθρεψία. Μια ακόμα περίπτωση εμφάνισης υποθρεψίας είναι η επαρκής πρόσληψη των πρωτεϊνών και υδατανθράκων μέσω της τροφής, αλλά όχι των απαραίτητων για τον οργανισμό θρεπτικών στοιχείων. Η υποθρεψία μικροστοιχείων είναι μια υποκατηγορία δυσθρεψίας και οφείλεται στην αδυναμία πρόσληψης θρεπτικών συστατικών μέσω της τροφής, λόγω χαμηλής περιεκτικότητας της τελευταίας σε αυτά ή ακόμα και δυσκολίας απορρόφησης τους από τον οργανισμό. Το φαινόμενο αυτό συχνά καλείται ως κρυμμένη πείνα και προκαλεί αρνητικές επιπτώσεις στη φυσιολογική λειτουργία και ανάπτυξη του οργανισμού. Ο βιοεμπλουτισμός με ιχνοστοιχεία αποτελεί μια οικονομική και αειφορική στρατηγική για την ενίσχυση της θρεπτικής αξίας των προϊόντων και δη των άγριων φυλλωδών λαχανικών. Ιδιαίτερη σημασία, τόσο για τη μέθοδο του βιοεμπλουτισμού όσο και για τις άστατες καιρικές συνθήκες που επικρατούν λόγω της κλιματικής μεταβολής, παρουσιάζουν τα αυτοφυή λαχανευόμενα είδη τα οποία καταναλώνονται στη χώρα μας από αρχαιοτάτων χρόνων. Τα φυλλώδη αυτά λαχανικά έχουν κεντρίσει το ενδιαφέρον καλλιεργητών αλλά και επιστημόνων εξαιτίας της υψηλής θρεπτικής τους αξίας και της προσαρμοστικότητάς τους σε αντίξοες κλιματικές συνθήκες. Περιοριστικός παράγοντας της εφαρμογής του βιοεμπλουτισμού αποτελεί η συγκέντρωση των παρεχόμενων ιχνοστοιχείων στο εδώδιμό μέρος του φυτού, καθώς υπάρχει κίνδυνος υπερσυσσώρευσης και τοξικότητας. Φαινόμενα τοξικότητας για τον άνθρωπο σπανίως εμφανίζονται εξαιτίας της κατανάλωσης τροφίμων με υψηλή περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά, ωστόσο είναι εφικτό να προέλθει από υπερβολική κατανάλωση διατροφικών συμπληρωμάτων, ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η υπερβιταμίνωση. Για το λόγο αυτό, όσον αφορά τη μέθοδο βιοεμπλουτισμού μιας καλλιέργειας, είναι επιτακτικός ο έλεγχος τόσο της προστιθέμενης δόσης του εκάστοτε ιχνοστοιχείου, όσο και της συγκέντρωσης του στο βρώσιμο μέρος του φυτού, διασφαλίζοντας με τον τρόπο αυτό υψηλό επίπεδο προστασίας στον καταναλωτή. Στόχος της παρούσας διατριβής είναι να εξετάσει τη μέθοδο βιοεμπλουτισμού με την προσθήκη διαφορετικών δόσεων SeO2 στο θρεπτικό διάλυμα καλλιέργειας άγριου φυλλώδους λαχανικού Αντράκλα (Portulaca oleracea L.) το οποίο καλλιεργήθηκε υδροπονικά. Πιο συγκεκριμένα η μελέτη έχει σκοπό να αξιολογήσει τον τρόπο επίδρασης των διαφορετικών δόσεων SeO2 στη φυσιολογική ανάπτυξη του φυτού, την παραγωγή, την θρεπτική του κατάσταση αλλά και τη φωτοσυνθετική του ικανότητα. Η παροχή τριών δόσεων SeO2 (1, 2, 4 μmol L-1) πραγματοποιήθηκε με την προσθήκη του στο θρεπτικό διάλυμα. Με το πέρας της καλλιεργητικής περιόδου πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σχετικά με την ανάπτυξη, την παραγωγή αλλά και τη θρεπτική κατάσταση των φυτών. Η χορήγηση διαφορετικών συγκεντρώσεων Se οδήγησε σε υψηλότερη απόδοση χωρίς όμως να παρατηρηθούν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τριών δόσεων (1, 2, 4 μmol L-1), ενώ η αυξανόμενη χορήγηση SeO2 είχε ως αποτέλεσμα την ανάλογη αύξηση της συγκέντρωσης Se στο υπέργειο τμήμα του φυτού. Παράλληλα η θρεπτική κατάσταση του φυτού φαίνεται να μην επηρεάζεται σε σημαντικό βαθμό, καθώς τα περισσότερα θρεπτικά στοιχεία που εξετάσθηκαν, όπως N, P, Κ, Ca, Mg, Fe και Mn δεν παρουσίασαν κάποια μεταβολή με την πρόσθετη παροχή SeO2. Αντιθέτως, μόνο ο χαλκός (Cu) και ο ψευδάργυρος (Zn) παρουσίασαν σημαντικές διαφορές, ενώ αρκετά ενδιαφέρον είναι το γεγονός πως κατά τη μεταχείριση με 4 μmol L-1 SeO2 η συγκέντρωση των δύο ιχνοστοιχείων φαίνεται να ελαττώνεται, με την πλέον αποδοτική δοσολογία όσον αφορά την αύξηση των Cu και Zn να είναι αυτή των 2 μmol L-1 SeO2. Τέλος, με τη βοήθεια κατάλληλων μετρήσεων σχετικά με την ανταλλαγή αερίων των φυτών, προσδιορίστηκε η στιγμιαία αποδοτικότητα χρήσης νερού (instantaneous WUE), σημαντική παράμετρος που υποδεικνύει τη σχέση μεταξύ παραγωγικότητας των φυτών και χρήσης νερού, η οποία επηρεάστηκε αρνητικά από την υψηλότερη δόση Se. Συμπερασματικά, η βιοεμπλουτισμένη καλλιέργεια φυτών με ιχνοστοιχεία, όπως το σελήνιο, στην κατάλληλη δόση, μπορεί να βελτιώσει τη θρεπτική αξία των προϊόντων και να συμβάλει στην καταπολέμηση του υποσιτισμού και του φαινομένου της «κρυφής πείνας» που προκαλεί αρνητικές επιπτώσεις στη φυσιολογική λειτουργία και ανάπτυξη του ανθρώπου.