Rod máty (Mentha L.) je široce využíván v zemědělství, potravinářském průmyslu
a medicíně. Důležitým parametrem pro zhodnocení kvality rostlin máty je obsah sekundárních metabolitů. Teoretická část diplomové práce se zabývá hydroponickým pěstováním máty. Práce je zaměřena na abiotický stres rostlin a vliv vybraných stresorů na metabolismus dusíku a na obsah sekundárních metabolitů. Práce byla provedena s cílem sledování vlivu abiotického stresu na složení tří vybraných genotypů máty
a zhodnocení jejich kvality.
V praktické části byla pomocí tří experimentů provedena optimalizace hydroponického pěstování rostlin máty. Rostliny byly pěstovány za kontrolovaných podmínek. Kontrolním roztokem bylo Hoaglandovo médium o ? síle (? HM). V průběhu pěstování byly rostliny stresovány sníženým i zvýšeným příjmem dusičnanů a solným stresem a byly sledovány změny v hladinách jednotlivých metabolitů. Stěžejním experimentem bylo semihydroponické pěstování ve fenotypizačním systému Plantscreen conveyor, kdy bylo prováděno měření fluorescence chlorofylu a RGB zobrazení rostlin. Pomocí ultra vysokoúčinné kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí (UHLPC-MS/MS) byla provedena analýza volných polyaminů, aminokyselin a fenolických sloučenin v rostlinném materiálu. Majoritně zastoupenou fenolickou sloučeninou byla ve všech vzorcích kyselina rozmarýnová. Identifikace a kvantifikace terpenoidů byla provedena s využitím plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (GC-MS). Složení genotypů odpovídalo předchozím studiím. Majoritně zastoupeným terpenoidem M. arvensis byl karvon. Piperitenon oxid byl dominujícím terpenoidem genotypů M. piperita a M. spicata.
U jednotlivých genotypů máty byla zaznamenána odlišná odezva na působení abiotického stresu. Z hlediska morfologie rostlin bylo nejvhodnějším médiem pro pěstování M. arvensis i M. piperita kontrolní ? HM, pro pěstování M. spicata to byl roztok se sníženou koncentrací dusičnanů. Jako nepříznivý pro pěstování genotypu M. arvensis se s ohledem na změny v hladinách metabolitů jevil stres příjmem dusičnanů. Signifikantní rozdíly mezi jednotlivými genotypy byly zaznamenány zejména v toleranci solného stresu. Jako nejtolerantnější se z hlediska složení aminokyselin, polyaminů a fenolických látek vůči solnému stresu jeví genotyp M. piperita, naopak nejméně tolerantním genotypem je M. spicata. Poznatky zjištěné v diplomové práci nasvědčují tomu, že studium podmínek pěstování jednotlivých genotypů máty je nezbytné pro zlepšování kvality rostlin.
Anotace v angličtině
Plants of genus Mentha are widely used in agriculture, the food industry, and medicine. The content of secondary metabolites is an important parameter for the quality assessment of mint plants. The theoretical part of the diploma thesis deals with the hydroponic cultivation of mint. The thesis is focused on abiotic plant stress and the influence of selected abiotic stressors on nitrogen metabolism and the content of secondary metabolites. The thesis aimed to observe the influence of abiotic stress on the composition of three selected mentha genotypes and to evaluate their quality.
In the experimental part of the thesis optimizing of hydroponic growth conditions of mint plants were performed using three consecutive experiments. Plants were cultivated under controlled conditions. The control solution was Hoagland half-strength medium (? HM). Plants were stressed during the cultivation using low and high nitrate intake and salt stress and changes in levels of metabolites were monitored. The main experiment was semi hydroponic cultivation in phenotyping system Plantscreen conveyor, where measurement of chlorophyll fluorescence and RGB imaging of plants was performed. Using ultra-high performance liquid chromatography with mass spectrometry (UHPLC-MS/MS) the analysis of free polyamines, amino acids, and phenolics in plant material was carried out. Rosmarinic acid was found to be the major phenolic compound in all genotypes. Identification and quantification
of terpenoids were performed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The composition of all mint genotypes corresponds with previous studies. The most abundant terpenoid of M. arvensis was carvone. Piperitenone oxide was the most dominant terpenoid of M. piperita and M. spicata genotypes.
Different abiotic stress responses were observed among genotypes. Regarding plant morphology, the optimal solution for growing M.arvensis and M. piperita in hydroponics was a control solution (? HM),
for M. spicata it was the solution with low nitrate concentration. Considering changes in metabolite levels, nitrate stress appeared to be unfavorable for the soilless growing of M. arvensis. Significant differences in salt stress tolerance between the selected genotypes were observed. According to amounts of free polyamines, amino acids, and phenolic compounds, M. piperita appears to be the most
salt-tolerant. On the contrary, the least tolerant to salt stress seems to be genotype M. spicata. Findings of the diploma thesis suggest that the study of growth conditions in different mint genotypes is necessary for improving the quality of plants.
Klíčová slova
druhy máty, živné roztoky, hydroponie, sekundární metabolity, GC-MS, LC-MS
Rod máty (Mentha L.) je široce využíván v zemědělství, potravinářském průmyslu
a medicíně. Důležitým parametrem pro zhodnocení kvality rostlin máty je obsah sekundárních metabolitů. Teoretická část diplomové práce se zabývá hydroponickým pěstováním máty. Práce je zaměřena na abiotický stres rostlin a vliv vybraných stresorů na metabolismus dusíku a na obsah sekundárních metabolitů. Práce byla provedena s cílem sledování vlivu abiotického stresu na složení tří vybraných genotypů máty
a zhodnocení jejich kvality.
V praktické části byla pomocí tří experimentů provedena optimalizace hydroponického pěstování rostlin máty. Rostliny byly pěstovány za kontrolovaných podmínek. Kontrolním roztokem bylo Hoaglandovo médium o ? síle (? HM). V průběhu pěstování byly rostliny stresovány sníženým i zvýšeným příjmem dusičnanů a solným stresem a byly sledovány změny v hladinách jednotlivých metabolitů. Stěžejním experimentem bylo semihydroponické pěstování ve fenotypizačním systému Plantscreen conveyor, kdy bylo prováděno měření fluorescence chlorofylu a RGB zobrazení rostlin. Pomocí ultra vysokoúčinné kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí (UHLPC-MS/MS) byla provedena analýza volných polyaminů, aminokyselin a fenolických sloučenin v rostlinném materiálu. Majoritně zastoupenou fenolickou sloučeninou byla ve všech vzorcích kyselina rozmarýnová. Identifikace a kvantifikace terpenoidů byla provedena s využitím plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (GC-MS). Složení genotypů odpovídalo předchozím studiím. Majoritně zastoupeným terpenoidem M. arvensis byl karvon. Piperitenon oxid byl dominujícím terpenoidem genotypů M. piperita a M. spicata.
U jednotlivých genotypů máty byla zaznamenána odlišná odezva na působení abiotického stresu. Z hlediska morfologie rostlin bylo nejvhodnějším médiem pro pěstování M. arvensis i M. piperita kontrolní ? HM, pro pěstování M. spicata to byl roztok se sníženou koncentrací dusičnanů. Jako nepříznivý pro pěstování genotypu M. arvensis se s ohledem na změny v hladinách metabolitů jevil stres příjmem dusičnanů. Signifikantní rozdíly mezi jednotlivými genotypy byly zaznamenány zejména v toleranci solného stresu. Jako nejtolerantnější se z hlediska složení aminokyselin, polyaminů a fenolických látek vůči solnému stresu jeví genotyp M. piperita, naopak nejméně tolerantním genotypem je M. spicata. Poznatky zjištěné v diplomové práci nasvědčují tomu, že studium podmínek pěstování jednotlivých genotypů máty je nezbytné pro zlepšování kvality rostlin.
Anotace v angličtině
Plants of genus Mentha are widely used in agriculture, the food industry, and medicine. The content of secondary metabolites is an important parameter for the quality assessment of mint plants. The theoretical part of the diploma thesis deals with the hydroponic cultivation of mint. The thesis is focused on abiotic plant stress and the influence of selected abiotic stressors on nitrogen metabolism and the content of secondary metabolites. The thesis aimed to observe the influence of abiotic stress on the composition of three selected mentha genotypes and to evaluate their quality.
In the experimental part of the thesis optimizing of hydroponic growth conditions of mint plants were performed using three consecutive experiments. Plants were cultivated under controlled conditions. The control solution was Hoagland half-strength medium (? HM). Plants were stressed during the cultivation using low and high nitrate intake and salt stress and changes in levels of metabolites were monitored. The main experiment was semi hydroponic cultivation in phenotyping system Plantscreen conveyor, where measurement of chlorophyll fluorescence and RGB imaging of plants was performed. Using ultra-high performance liquid chromatography with mass spectrometry (UHPLC-MS/MS) the analysis of free polyamines, amino acids, and phenolics in plant material was carried out. Rosmarinic acid was found to be the major phenolic compound in all genotypes. Identification and quantification
of terpenoids were performed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The composition of all mint genotypes corresponds with previous studies. The most abundant terpenoid of M. arvensis was carvone. Piperitenone oxide was the most dominant terpenoid of M. piperita and M. spicata genotypes.
Different abiotic stress responses were observed among genotypes. Regarding plant morphology, the optimal solution for growing M.arvensis and M. piperita in hydroponics was a control solution (? HM),
for M. spicata it was the solution with low nitrate concentration. Considering changes in metabolite levels, nitrate stress appeared to be unfavorable for the soilless growing of M. arvensis. Significant differences in salt stress tolerance between the selected genotypes were observed. According to amounts of free polyamines, amino acids, and phenolic compounds, M. piperita appears to be the most
salt-tolerant. On the contrary, the least tolerant to salt stress seems to be genotype M. spicata. Findings of the diploma thesis suggest that the study of growth conditions in different mint genotypes is necessary for improving the quality of plants.
Klíčová slova
druhy máty, živné roztoky, hydroponie, sekundární metabolity, GC-MS, LC-MS
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie (http://biochemie.upol.cz/index.php/cs/studium/zaverecne-prace).
Vzhledem k aktuálnímu nastavenému režimu na UP v souvislosti s pandemií Covid-19 v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2020/2021 je student povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Student odevzdá dva svázané výtisky závěrečné práce přímo zkušební komisi v den obhajoby. Vzhledem k omezeným možnostem vypalování nemusí být CD s elektronickou verzí součástí DP.
Vypracování literární rešerše s využitím klíčových slov: druhy máty, živné roztoky, hydroponie, sekundární metabolity, GC-MS, LC-MS.
Srovnání metod hydroponického pěstování rostlin.
Sledování vlivu abiotického stresu na vlastnosti vybraných druhů máty.
Aplikace metod izolace a analýzy sekundárních metabolitů rostlin.
Zásady pro vypracování
Závěrečná práce bude vypracována v souladu s doporučeným stylem pro závěrečné práce na oboru Biochemie PřF UP uvedeným na webové stránce Katedry biochemie (http://biochemie.upol.cz/index.php/cs/studium/zaverecne-prace).
Vzhledem k aktuálnímu nastavenému režimu na UP v souvislosti s pandemií Covid-19 v době odevzdání závěrečných prací ve školním roce 2020/2021 je student povinen vložit ekvivalentní elektronickou podobu závěrečné práce do systému STAG a doplnit povinné údaje o své práci (viz Opatření děkana Přírodovědecké fakulty UP v Olomouci k provedení některých ustanovení Studijního a zkušebního řádu UP v Olomouci a Rigorózního řádu UP v Olomouci).
Student odevzdá dva svázané výtisky závěrečné práce přímo zkušební komisi v den obhajoby. Vzhledem k omezeným možnostem vypalování nemusí být CD s elektronickou verzí součástí DP.
Vypracování literární rešerše s využitím klíčových slov: druhy máty, živné roztoky, hydroponie, sekundární metabolity, GC-MS, LC-MS.
Srovnání metod hydroponického pěstování rostlin.
Sledování vlivu abiotického stresu na vlastnosti vybraných druhů máty.
Aplikace metod izolace a analýzy sekundárních metabolitů rostlin.
Seznam doporučené literatury
Lawrence B.M. (2007). Mint: The Genus Mentha. Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor and Francis Group.
Shete A.P., Verma A.K., Chadha N.K., Prakash C., Chandrakant M.H., Nuwanski K.K.T. (2017): Evaluation of different hydroponic media for mint (Mentha arvensis) with common carp (Cyprinus carpio) juveniles in an aquaponic system. Aquacult Int. 25, 1291-1301.
Surendran U., Chandran C., Joseph E.J. (2017): Hydroponic cultivation of Mentha spicata and comparison of biochemical and antioxidant activities with soil-grown plants. Acta Physiol Plant39, 26.
Vimolmangkang S., Sitthithaworn W., Vannavanich D., Keattikunpairoj S., Chittasupho C. (2010): Productivity and quality of volatile oil extracted from Mentha spicata and M.arvensis var. piperascens grown by a hydroponic system using the deep flow technique. J Nat med 64, 31-35.
Treadwell D.D., Hochmuth G.J., Hochmuth R.C., Simonne E.H., Sargent S.A., Davis L.L., Laughlin W.L., Berry A. (2011): Organic Fertilization Programs for Greenhouse Fresh-cut Basil and Spearmint in a Soilless Media Through System. Hort Technol21, 162-169.
Seznam doporučené literatury
Lawrence B.M. (2007). Mint: The Genus Mentha. Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor and Francis Group.
Shete A.P., Verma A.K., Chadha N.K., Prakash C., Chandrakant M.H., Nuwanski K.K.T. (2017): Evaluation of different hydroponic media for mint (Mentha arvensis) with common carp (Cyprinus carpio) juveniles in an aquaponic system. Aquacult Int. 25, 1291-1301.
Surendran U., Chandran C., Joseph E.J. (2017): Hydroponic cultivation of Mentha spicata and comparison of biochemical and antioxidant activities with soil-grown plants. Acta Physiol Plant39, 26.
Vimolmangkang S., Sitthithaworn W., Vannavanich D., Keattikunpairoj S., Chittasupho C. (2010): Productivity and quality of volatile oil extracted from Mentha spicata and M.arvensis var. piperascens grown by a hydroponic system using the deep flow technique. J Nat med 64, 31-35.
Treadwell D.D., Hochmuth G.J., Hochmuth R.C., Simonne E.H., Sargent S.A., Davis L.L., Laughlin W.L., Berry A. (2011): Organic Fertilization Programs for Greenhouse Fresh-cut Basil and Spearmint in a Soilless Media Through System. Hort Technol21, 162-169.
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
V úvodu obhajoby předsedkyně komise doc. RNDr. Lenka Luhová, Ph.D. představila studentku přítomným akademickým pracovníkům a hostům. V rámci prezentace své práce Optimalizace podmínek hydroponického pěstování vybraných druhů máty studentka seznámila všechny zúčastněné s cíli práce a hlavními metodami využitými při jejím zpracování, dále se získanými výsledky a z nich vyplývajícími závěry.
Následně byl přečten posudek vedoucí práce a oponentský posudek. Studentka zodpověděla dotazy položené v posudku oponenta. Odpověděla také na dotazy členů zkušební komise:
doc. Luhová: Nezvyšují se hladiny osmolytů - osmolyty brání před osmolytickým stresem. Když jsou rostliny rezistentní vůči osmolytickému stresu, tak by naopak měly zvyšovat hladiny osmolytů, nemyslíte?