Necílová NMR analýza salátu z akvaponických systémů

Bc. Anna-Běla Sýkorová

Diplomová práce

Non-targeted NMR analysis of lettuce from aquaponic systems

Anotace:

Hydroponie a akvaponie jsou dvě zdánlivě velmi podobné disciplíny. Ale zejména akvaponie je předmětem zkoumání právě díky potenciálnímu šetření vody a vytvoření kontrolovaného koloběhu živin a jejich recyklace. Zároveň se těmito systémy dá předcházet degradaci půdy, která je také další z mnoha globálních problémů zemědělství. Tato práce se zabývala zkoumáním rozdílu v obsahu nutričně významných a bioaktivních látek mezi akvaponickou a hydroponickou výživou rostlin. K experimentu byla vybrána rostlina Lactuca sativa a byla pěstována čtyřmi různými technologiemi ve třech opakováních a zavlažována akvaponickým nebo hydroponickým roztokem. Celkem tedy bylo pozorováno dvacet čtyři vzorků. Kultivace, která probíhala v akvaponickém skleníku na půdě Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích, trvala 29 dní. Po sklizni byly vzorky zváženy a lyofilizovány. Jednotlivé vzorky byly homogenizovány drcením a extrahovány metanolem pro vlastní analýzu pomocí 1H NMR spektroskopie. Analýza 1H NMR byla provedena metodou 1D NOESY a následně byla spektra upravena v programu Chenomx. Signály spekter byly přiřazeny ke dvaceti jedna látkám a také v programu Chenomx kvantifikovány a exportovány v přesných koncentracích pro další statistické zpracování. Byla provedena analýza hlavních komponent (PCA), ze které byly patrné určité rozdíly mezi vzorky. Statisticky významné rozdíly se projevily u čtyřech látek: glutamin (p-hodnota: 0,01209), GABA (p-hodnota: 0,03872), sacharóza (p-hodnota: 0,00364) v případě provonání hydroponického a akvaponického roztoku a u látky aspartát u vzorků pěstovaných v substrátu (p-hodnota: 0,00019). Vzorky byly také analyzovány na suchou hmotnost, čerstvou hmotnost, elektrickou vodivost, pH, teplotu a hladiny O2. Statisticky významné rozdíly se projevily v čerstvé hmotnosti a procentuálnímu podílu sušiny, zejména při porovnávání akvaponických a hydroponických vzorků. U dalších parametrů se projevily statisticky významné rozdíly u elektrické vodivosti, pH, teploty i obsahu O2. Celkově tato zjištění naznačují, že akvaponie je zajímavým ekosystémem pro budoucí udržitelné pěstování, a tato práce přispívá k rostoucímu množství literatury o potenciálních přínosech akvaponických systémů pro růst a vývoj rostlin

Abstract:

This study aimed to investigate the differences in nutritionally significant and bioactive substances between aquaponic and hydroponic plant nutrition, with a particular focus on Lactuca sativa. The experiment involved growing the lettuce using four different cultivation methods (aeroponia, ceramzit, raft -NFT technology, and substrate) in three replicates, and irrigating them with either an aquaponic or hydroponic solution. In total, twenty-four samples were observed. The cultivation took place in an aquaponic greenhouse on the grounds of the University of South Bohemia in České Budějovice and lasted for 29 days. After harvest, the samples were weighed and lyophilized. Each sample was then homogenized by crushing and extracted with methanol for analysis using untargeted 1H NMR spectroscopy. 1H NMR analysis was performed using the 1D NOESY method, and then the spectra were adjusted in the Chenomx program. The signals of the spectra were assigned to twenty-one substances and quantified in the Chenomx program and exported in exact concentrations for further statistical processing. A principal component analysis (PCA) was performed, which revealed some differences between the samples. Statistically significant differences were revealed for three substances: glutamine (p-value: 0.01209), GABA (p-value: 0.03872), sucrose (p-value: 0.00364) and for aspartate in substrate-grown samples (p-value: 0.00019). Samples were also analysed for dry weight, fresh weight, electrical conductivity, pH, temperature and O2 levels. Statistically significant differences were found in fresh weight and dry matter percentage, especially when comparing aquaponic and hydroponic samples. Other parameters showed statistically significant differences in electrical conductivity, pH, temperature and O2 content. The results showed a significant distinction between aquaponics and hydroponics, suggesting that aquaculture may provide additional nutrients and potentially improve the stability and durability of lettuce. Further research is needed to fully understand the implications of these findings but is sure that aquaponics is an interesting ecosystem for sustainable cultivation.

Klíčová slova

hydroponie, akvaponie, Lactuca sativa, živiny, 1H NMR

Keywords

1H NMR, aquaponics, hydroponics, Lactuca sativa, nutrients

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 5. 2023
• Vedoucí: doc. Ing. Pavel Klouček, Ph.D.
• Oponent: Lenka Langhansová, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program:
Výživa a potraviny