Studium změn aktivit vybraných enzymů v půdě po přídavku triazolových fungicidů

Bc. Sabina Buriancová

Master's thesis

Study of changes in activities of selected soil enzymes after triazole fungicides addition

Abstract:

Fungicidy slouží primárně k potlačení fytopatogenních hub, plísní a jejich spór. Triazolové fungicidy, kterými se diplomová práce zabývá patří mezi důležité sloučeniny, jejichž fungicidní účinek je založen na schopnosti narušovat biosyntézu sterolů inhibicí CYP51. Aplikace triazolů může mít vliv na fyzikálně-chemické procesy v půdě a celou řadu necílových organismů a s tím související produkce enzymů. Organismy v půdním prostředí uvolňují do půdy značné množství látek a s nimi i extracelulární enzymy, které jsou syntetizovány v buňkách a z těchto buněk se uvolňují do okolního prostředí. Dílčími cíli stanovenými v diplomové práci bylo určení, zda a která enzymatická aktivita je v rámci působení fungicidních látek narušena, dále stanovení dopadu jednotlivých triazolů na jednotlivé enzymatické aktivity a odhadnutí potenciálního dopadu na různé skupiny mikroorganismů a půdní procesy. Dalším záměrem bylo nalezení univerzálního markeru mikrobiálních změn v půdě po vstupů triazolů či jiných fungicidů do půdy. Pro posouzení a stanovení parciálních cílů a hypotéz byl v rámci experimentální části založen nádobový pokus s rajčetem (Solanum lycopersicum L. var. „Sweet Cherry“). V průběhu vegetace byly do půdy injekčně vpravovány vybrané triazolové fungicidy a jejich směs (penkonazol, cyprokonazol, cyprokonazol+penkonazol). Po sklizni byly jednotlivé substráty analyzovány z hlediska obsahu studovaných enzymů (β-D-glukosidáza, kyselá fosfatáza, arylsulfatáza, chitináza). První stanovená hypotéza se týkala přítomnosti triazolů v půdě a následného ovlivnění některých mikroorganismů. Tato hypotéza byla potvrzena po aplikaci cyprokonazolu a penkonazolu v rámci ovlivnění mikroorganismů podílející se především na produkci β-D-glukosidáz, fosfatáz a arylsulfatáz. Naproti tomu, v souvislosti s chitinázovou aktivitou došlo k vyvrácení této hypotézy. Bylo zjištěno, že aplikované triazoly neovlivňují organismy produkující chitinázy a z tohoto důvodu nelze chitinázu hodnotit k potenciálnímu využití jako markeru účinku triazolů na organismy v půdním prostředí. Následné hypotézy říkaly, že dopad triazolů na různé enzymatické aktivity bude různý a dopad přítomnosti různých triazolů v půdním prostředí bude mít různý vliv. Na základě výsledků a diskutovaných závěrů byla počáteční hypotéza potvrzena, protože nelze dojít k jednomu obecnému závěru, zda jsou enzymatické aktivity hydroláz po styku s triazolovými látkami inhibovány či stimulovány. Rovněž u poslední hypotézy došlo k jejímu potvrzení, jelikož zkoumané triazolové látky působily v půdním prostředí odlišně. Byla shledána potenciální vhodnost monitoringu fosfatáz jako markeru účinku některých triazolů (cyprokonazol, propikonazol a tebukonazol) na půdní organismy. Účinným markerem se jevila rovněž arylsulfatáza, poněvadž indikuje vliv cyprokonazolu a tebukonazolu. Naopak β-D-glukosidázovou aktivitu nelze hodnotit jako marker pro studium změn půdních mikrobiálních aktivit v rámci působení tebukonazolu, cyprokonazolu a směsi cyprokonazol-penkonazol.

Abstract:

Fungicides serve primarily to suppress phytopathogenic fungi, molds and their spores. Triazole fungicides are important compounds whose fungicidal action is based on the ability to disrupt sterol biosynthesis by inhibiting CYP51. The application of triazoles can affect the physico-chemical processes in soil and a wide range of non-target organisms and the related production of enzymes. Organisms in the soil environment release a significant amount of substances into the soil and with them extracellular enzymes, which are synthesized in cells. From these cells they are released into the environment. One of the objectives set out in this thesis was to determine whether and which enzymatic activity is disturbed by fungicides, to determine the impact of individual triazoles on individual enzymatic activities and assessing potential impact on different groups of microorganisms and soil processes. The second objective was to find a universal marker of microbial changes in the soil after the entry of triazoles or other fungicides into the soil. To assess and determine objectives and hypotheses, a container experiment with a tomato (Solanum lycopersicum L. var. "Sweet Cherry") was established in the experimental part. Selected triazole fungicides and their mixture (penconazole, cyproconazole, cyproconazole + penconazole) were injected into the soil during the growing season. After harvest, individual substrates were analyzed for the content of studied enzymes (β-D-glucosidase, acid phosphatase, arylsulfatase, chitinase). The first hypothesis tests the presence of triazoles in the soil and the subsequent influence of some microorganisms. This hypothesis was confirmed after the application of cyproconazole and penconazole mainly due to their effects on the production of β-D-glucosidases, phosphatases and arylsulfatases. On the other hand, hypothesys about the chitinase activity was disproved. It was found that the applied triazoles do not affect chitinase-producing organisms and therefore chitinase cannot be evaluated for potential use as a marker of the effect of triazoles on organisms in the soil environment. Following hypotheses stated that the impact of triazoles on different enzymatic activities will be varing and the impact of the presence of different triazoles in the soil environment will have different effects. Based on the results, the initial hypothesis was confirmed, however one general conclusion cannot be drawn to whether the enzymatic activities of hydrolases are inhibited or stimulated after contact with triazole substances. The last hypothesis was also confirmed, as the investigated triazole substances acted differently in the soil environment. The potential suitability of phosphatase monitoring as a marker of the effect of some triazoles (cyproconazole, propiconazole and tebuconazole) on soil organisms was found. Arylsulfatase also appeared to be an effective marker, as it indicates the effect of cyproconazole and tebuconazole. However, β-D-glucosidase activity cannot be evaluated as a marker for the study of changes in soil microbial activities under the action of tebuconazole, cyproconazole and the cyproconazole-penconazole mixture.

Keywords

Necílové organismy, Triazoly, Enzymatická aktivita, Hydrolázy

Keywords

Hydrolases, Non-target microorganisms, Triazoles, Enzymatic activity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 4. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Michal Jakl, Ph.D.
• Reader: Helena Ryšlavá, DiS., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Crop Science / Plant Nutrition and Protection