Pracoviště společnosti OSEVA PRO s.r.o., o.z. Výzkumný ústav olejnin Opava (VÚO) je začleněno do Národního programu konzervace a využití genetických zdrojů rostlin a agrobiodiverzity (NP). Realizuje tak požadavky platné legislativy na uchování cenných genetických zdrojů prioritně domácího původu.

V současné době, kdy vzniká velké množství stále výkonnějších odrůd, dochází současně ke snižování diverzity a genetické vzdálenosti mezi nimi („bottleneck efekt“), což v konečném důsledku může vést až k ohrožení existence plodin. Pokud převážná většina odrůd z praxe bude náchylná např. k určitému patogenu a v důsledku stále častějších výskytů extrémního průběhu počasí dojde k jeho masivnímu rozšíření, může být během jedné sezony zlikvidována velká část pěstitelských ploch. I když se jedná o katastrofický scénář, je třeba být i na něj připraveni, tedy udržovat dostatečnou diverzitu na polích a uchovávat si staré, i když v dnešní době již výkonově překonané odrůdy, jako potencionální zdroj genové diverzity do šlechtění.

VÚO je zodpovědná za kolekci olejných plodin, jejíž součástí je i naše „národní rodinné stříbro“ – mák setý. Mák je pro naši republiku tradiční plodinou a jeho využití v potravinářském průmyslu je jedinečné, spolu s několika dalšími středoevropskými státy. Jinde ve světě je mák pěstován na produkci alkaloidů (např. morfinu) pro farmaceutické účely, v horším případě pro produkci drog. Genové zdroje (GZ) máku pěstované po staletí na našem teritoriu byly šlechtěny pro konzumaci semen. V rámci ČR se nepěstují máky vysokomorfinové (a v podstatě je v našich klimatických podmínkách nelze ani úspěšně vypěstovat), maximálně máky technické, které mají vyšší podíl morfinu v makovině, ale zároveň lze použít jejich semeno v potravinářském průmyslu. Je vhodné na tomto místě zdůraznit, že samotné semeno máku morfin ani jiné alkaloidy neobsahuje. Ty se tvoří v makovici a v těle rostliny a to v mléčnicích. Při kombajnové sklizni je ale makovice drcena a prach takto vzniklý se usazuje na povrchu semen. Částečky makoviny usazené na semenech jim dávají hořkou chuť a kontaminují je alkaloidy. Státní dozorové orgány hlídají kvalitu produkce a do obchodní sítě u nás se může uvolnit pouze produkce bezpečná pro konzumenty. Jak již ale bylo řečeno, naše české odrůdy jsou již vyšlechtěny především pro produkci semen, obsahují tedy výrazně nižší podíl morfinu, než technické máky ze zahraničí.

Na pracovišti VÚO je uchovávána obsáhlá kolekce genových zdrojů máku, která v současné době zahrnuje 203 materiálů z kolekce řádné a 62 z kolekce pracovní (obrázek č. 1 a 2). Všechny tyto materiály jsou popisovány jak po stránce morfologické, fenologické, tak je hodnocen výnos semen, makoviny a hlavně kvalitativní parametry produkce. Hodnocení kvality u máku se zaměřuje na stanovení celkové olejnatosti a podíl obsahu jednotlivých mastných kyselin v makovém oleji, protože ten určuje zdravotní hodnotu pro konzumenta. Druhou oblastí zájmu je makovina, kde se stanovuje obsah nejdůležitějších alkaloidů (morfinu a kodeinu). Také při šlechtění máku, které je intenzivně provozováno v dceřiné organizaci OSEVA vývoj a výzkum s.r.o., je obsah alkaloidů v makovině jedním ze stěžejních sledovaných znaků. Díky vysoké genotypové závislosti je možné šlechtěním vytvářet odrůdy různých užitkových směrů, od čistě potravinářských, s velmi nízkým obsahem alkaloidů, přes středněobsažné, pro využití jak v potravinářství, tak ve farmacii, až pro máky technické, primárně určené k produkci makoviny. Pro hodnocení jak GZ v rámci Národního programu, tak při šlechtění nově vytvořených materiálů, se jeví jako velmi vhodná metoda spektroskopie v blízké infračervené oblasti s Fourierovou instrumentací (FT-NIRS).

Metoda FT-NIRS patří mezi metody molekulové spektroskopie a je v současné době pro svoji časovou nenáročnost, dostatečnou přesnost, nedestruktivnost a nižší náklady na analýzu běžně používanou metodou v celé řadě výzkumných i kontrolních laboratoří. Tato metoda je  velmi vhodná pro rychlou a souběžnou analýzu většího rozsahu kvalitativních znaků různých olejnin. FT-NIRS  má také své nevýhody. Je to metoda sekundární a pořizovací cena přístroje je relativně vysoká. Aplikace metody je u máku kromě hodnocení primárního produktu - makového semene (stanovení olejnatosti a skladby hlavních mastných kyselin v semeni), také potenciálně vhodná právě pro stanovení alkaloidů v makovině (obsahu morfinu a kodeinu).

Ve VÚO byly postupně vytvořeny kalibrační modely pro stanovení obsahu oleje a hlavních mastných (kyseliny palmitové, stearové, olejové, linolové a linolenové), morfinu a kodeinu kolekce máku setého a makoviny. V případě alkaloidů byl jejich obsah stanoven laboratorní referenční metodou HPLC. Následné měření vzorků bylo prováděno na spektrometru FT-NIR Antaris II (Thermo Fisher Scientific  Inc., USA, obrázek č. 3) na integrační sféře v režimu reflektance ve spektrálním rozsahu 10 000 – 4 000 cm^-1 pomocí softwaru Omnic for Antaris. Vzorky semen máku nebo pomleté makoviny byly proměřovány v rotačních kruhových kyvetách různých průměrů, které jsou opatřeny křemenným dnem propustným pro NIR záření. Kalibrační modely pro kvantitativní analýzu příslušných analytů byly vyvinuty pomocí algoritmu Partial Least Squares s vyoužitím chemometrického programu Thermo Scientific TQ Analyst (Thermo Fisher Scientific Inc., USA).

V roce 2018 byly v rámci prvního roku řešení projektu QK1810391 realizovány maloparcelní pokusy s GZ máku setého. V rámci jednoho honu byl veden pokus s 251 GZ máku z kolekce NP (řádné i pracovní). Na těchto materiálech byla shromažďována popisná data s cílem vytvoření core kolekce materiálů s kontrastními vlastnostmi a využitelností pro další šlechtitelské aktivity.  Kromě získání morfologických a fenologických charakteristik byl hodnocen výnos semen, makoviny a hlavně kvalitativní parametry produkce pomocí FT-NIRS. Makovice byly odsemeněny a metodou FT-NIRS byla stanovena v semeni celková olejnatost a skladba hlavních mastných kyselin. Získaná makovina byla pomleta, homogenizována (přeseta přes síto o velikosti ok 1 mm) a proměřena metodou FT-NIRS na obsah morfinu a kodeinu.

V rámci kolekce NP bylo hodnoceno i semeno 251 GZ máku setého. Průměrný obsah oleje v semeni při vlhkosti 8 % v roce 2018 byl 40,92 %. Nejnižší olejnatost v kolekci měl vzorek 15O08 Hen and chicken, a to 29,86 %. Jde o okrasnou odrůdu šedosemenného máku s vytvořenými patobolkami u paty tobolky hlavní. Nejvyšší olejnatost měl modrosemenný mák domácího původu – Akvarel (46,46 %). Nejobsažnější kyselinou v makovém oleji je kyselina linolová. GZ z NP měly obsah této kyseliny mezi 68,05 % - 76,70 %. Druhou nejvýznamnější mastnou kyselinou je kyselina olejová. Její obsah ve vzorcích se pohyboval mezi 11,65 % - 18,91 %. Celkově lze říci, že diverzita obsahu mastných kyselin v kolekci NP je poměrně vysoká, a lze vytipovat materiály se specifickými vlastnostmi pro využití ve šlechtění. Obsah morfinu v makovině GZ NP dosahoval průměrné hodnoty 0,76 %. Minimální naměřený obsah ve výši 0,24 % dosáhla odrůda Redy. Maximální naměřený obsah činil 2,43 %. Obsah kodeinu se pohyboval mezi 0,02 % a 0,23 %. Podrobný přehled výsledků uvádí tabulka č. 1 a v grafu č. 1 je uveden histogram četnosti GZ podle obsahu morfinu.

Uplatnění v praxi:

Uvedená metoda má praktický význam při hodnocení GZ máku setého.  Každoročně se hodnotí kolem 250 genových zdrojů a to v současné době až 7 kvalitativními parametry. Pomocí FT-NIRS se podaří získat kolem 1 750 dat/rok charakterizujících materiály z pohledu zdravotního přínosu. Tento objem by v žádném případě nebylo možno realizovat běžnými přesnými laboratorními metodami a to jak z pohledu časové náročnosti tak neúnosných finančních nákladů. Získaná data, a to z minimálně tří let hodnocení, jsou zpracována a uložena do Informačního systému GRIN Czech, který je přístupný na webu všem zájemcům a uživatelům. Z hlediska šlechtění je metoda FT-NIRS již rutinně využívaným nástrojem např. ve šlechtění řepky. Zavedení stanovení obsahu alkaloidů v makovině značně usnadní proces výběru výchozích genotypů a selekci získaných novošlechtění za účelem tvorby nových odrůd máku s požadovanou kvalitou makoviny.

Tabulka č. 1 Kvalitativní parametry makového semene kolekce GZ

Graf č. 1 Histogram četnosti GZ podle obsahu morfinu (%)

Obrázek č. 1 Příklad variability tvaru makovic a barvy semen máku

Obrázek č. 2 Genotypy máku během kvetení

Obrázek č. 3 FT-NIR Antaris II

 Autoři: Ing. Andrea Rychlá, Mgr. Lenka Endlová, PhD., Mgr. Viktor Vrbovský, OSEVA PRO s.r.o., Výzkumný ústav olejnin Opava, OSEVA vývoj a výzkum s.r.o.

Tento příspěvek vznikl díky řešení Národního programu konzervace 51834/2017-MZE-17253/6.2.7, projektu QK1810391 „Využití technik genomiky a transkriptomiky k tvorbě genových zdrojů a výchozích materiálů máku se specifickými vlastnostmi“ a institucionální podpory MZE-RO1818.