ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Jagielloński z siedzibą w Krakowie

Prof. dr hab. Katarzyna Turnau, Wydział Biologii UJ - kierownik zespołu

dr Rafał Ważny, Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ

dr hab. Piotr Rozpądek, Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Biotyzacja jest nowym biotechnologicznym podejściem do uprawy roślin. Polega na wprowadzaniu do podłoży mikroorganizmów, które wspomagają wzrost roślin uprawnych oraz wzmacniają ich odporność na niekorzystne warunki środowiska (w tym okresy suszy związane ze zmianami klimatycznymi) i organizmy patogeniczne. Opracowana technologia biotyzacji do ekologicznej uprawy borówki amerykańskiej pozwala na ograniczenie stosowania w uprawie rolniczej znacznych ilości przemysłowych środków produkcji (środki ochrony roślin, nawozy mineralne itp.). W przypadku roślin jagodowych młode rośliny namnażane są zwykle w procesie in vitro, co powoduje, że rośliny przenoszone do uprawy są zazwyczaj całkowicie pozbawione odpowiedniej mikrobioty i w związku z tym bezbronne. Proces zasiedlania roślin przez mikroorganizmy można przyspieszyć i odpowiednio dobrać organizmy najbardziej korzystne. W trakcie wieloetapowych badań opracowano szczepionki, w skład których wchodzą precyzyjnie dobrane mikroorganizmy. Opracowane zostały również odpowiednie podłoża do hodowli najbardziej wyselekcjonowanych szczepów, podłoża dla roślin szczepionych mikroorganizmami oraz proponowany sposób aplikacji szczepionki. Efektem stosowania technologii jest lepsze ukorzenienie oraz stymulacja wzrostu sadzonek, pozytywny wpływ na procesy fotosyntezy, większa odporność sadzonek na negatywne warunki środowiska oraz wyższa przeżywalność roślin. Opracowana technologia ma za zadanie nie tylko zwiększyć efektywność produkcji, ale również podnieść walory smakowe i zdrowotne owoców jagodowych. Ważnym rezultatem jej wdrożenia jest również ograniczenie dawki stosowanych nawozów i wyeliminowanie chemicznych środków ochrony roślin. Wiąże się to ze znaczną poprawą jakości owoców, bardziej efektywną gospodarką wodną, lepszą odpornością roślin na suszę i inne czynniki negatywne oraz z redukcją kosztów prowadzonej uprawy. Ważne jest także zmniejszenie negatywnego oddziaływania na środowisko i zdrowie konsumentów.

ISTOTA WYNALAZKU

Stosowanie nawozów oraz chemicznych środków ochrony roślin miało na celu poprawę zdrowotności oraz wzrost wielkości plonów. Okazało się jednak, iż długotrwałe ich stosowanie obniża żyzność gleby, zanieczyszcza środowisko i wpływa negatywnie na jakość uzyskiwanych produktów rolniczych. Obecnie duży nacisk kładziony jest na poszukiwanie alternatywnych i bezpiecznych sposobów poprawy efektywności produkcji roślinnej. Produkcja rolna zarówno w Polsce jak i w całej Europie wymaga unowocześnienia, dzięki któremu dostosowana zostanie jakość produktu do zwiększonych wymagań konsumenckich oraz zaostrzanych regulacji środowiskowych. Implementacja zasad zintegrowanej ochrony roślin, w której pierwszeństwo mają metody nie chemiczne, spowodowała konieczność poszukiwania agrotechnicznych, fizycznych i biologicznych metod ochrony roślin. Biotyzacja jest nowym biotechnologicznym podejściem do uprawy roślin. Polega na wprowadzaniu do podłoży mikroorganizmów, które wspomagają wzrost roślin uprawnych oraz wzmacniają ich odporność na niekorzystne warunki środowiska i organizmy patogeniczne. Na działanie organizmów pasożytniczych najbardziej narażone są części podziemne roślin. Dzięki wytworzeniu symbiozy z grzybami, znanej pod nazwą mykoryzy, rośliny uzyskują ochronę w walce z patogenami oraz przewagę w rywalizacji o nutrienty. Poprzez zwiększenie przestrzeni (dzięki sieci grzybni pozakorzeniowej), z której rośliny mogą pobierać związki mineralne roślinymogą osiągać większe rozmiary lub obfitszy plon. Mikroorganizmy pobierają od roślin produkty procesu fotosyntezy, a w zamian, poza związkami mineralnymi, dostarczają hormony stymulujące wzrost i krzewienie pędów oraz rozwój kwiatów i owoców. Dodatkowo obecność mikroorganizmów zwiększa produkcję związków decydujących o smaku i aromacie owoców. W uprawach rolniczych, ze względu na stosowanie nadmiernej ilości środków chemicznych jak i prowadzenie zabiegów agrotechnicznych, często dochodzi do zaburzenia tych układów, co pociąga za sobą m. in. obniżenie aktywności antyoksydantów w owocach. Naprzeciw tym oczekiwaniom wyszli naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowując technologie biotyzacji do ekologicznej produkcji borówki amerykańskiej. W skład szczepionek wchodzą wyselekcjonowane w trakcie wieloetapowych badań szczepy precyzyjnie dobranych mikroorganizmów. Technologia to nie tylko wyselekcjonowane mikroorganizmy. Opracowane zostały również odpowiednie podłoża do hodowli najbardziej efektywnych szczepów, podłoża dla roślin szczepionych mikroorganizmami oraz proponowany sposób aplikacji szczepionki. Sadzonki borówki amerykańskiej po inokulacji wykazują lepsze ukorzenienie oraz większą powierzchnię całkowitą liści (wzrost o 100%). Opracowane inokulum stymuluje również ich wzrost. Ponadto, stwierdzono pozytywny wpływ szczepionki na świeżą masę (wzrost o 60%), suchą masę (wzrost o 64%) oraz proces fotosyntezy roślin. Opracowana technologia ma za zadanie zwiększyć efektywność produkcji oraz podnieść walory zdrowotne owoców jagodowych. Poprzez zmniejszenie potrzeby stosowania środków chemicznych w uprawie, ważnym rezultatem jej wdrożenia jest również redukcja kosztów oraz zmniejszeniem negatywnego oddziaływania na środowisko i zdrowie konsumentów.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

W ostatnich latach, rolnictwo ekologiczne stało się najbardziej zrównoważoną formą produkcji rolnej na świecie. Według planów Komisji Europejskiej do 2030 r aż 25% produkcji rolnej w Europie powinna pochodzić z rolnictwa ekologicznego. Produkcja rolna w Polsce stanowi ważny element gospodarki narodowej. Według danych Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi w okresie od stycznia do września 2020 r. wartość eksportu artykułów rolno-spożywczych z Polski wyniosła 25 070 mln EUR. Oznacza to wzrost o 6,7% w stosunku do analogicznego okresu 2019 roku. Obecnie na rynku europejskim obserwuje się wycofywanie kolejnych substancji czynnych, co wiąże się z ograniczaniem możliwości stosowania tradycyjnych (chemicznych) metod ochrony upraw. Jednym z ważnych kierunków modernizacji rolnictwa jest zastosowanie biopreparatów posiadających zdolność biotyzacji roślin. Polska jest znaczącym producentem borówki amerykańskiej w Unii Europejskiej i na świecie. Aby umocnić pozycję i zwiększyć konkurencyjność, polscy producenci poszukują nowych metod zwiększających wielkość oraz jakość plonu. Dzięki zastosowaniu szczepionek rośliny stają się lepiej przygotowane do zmian klimatycznych związanych z okresami suszy i podwyższającą się temperaturą.