Streszczenie

W ramach projektu "Opracowanie strategii zapobiegania rozwojowi fitopatogenów ziemniaka sadzeniaka w oparciu o ekologiczne rozwiązania biotechnologiczne i nową metodę przechowywania" realizowanego w terminie od 01.06.2020 do 31.05.2022, osiągnięto założone rezultaty dotyczące opracowania innowacyjnych, ekologicznych biopreparatów do zaprawiania sadzeniaków oraz przygotowania prototypu komory przechowalniczej.

Opracowano 3 biopreparaty, w tym jeden roślinny i dwa mikrobiologiczne. Biopreparat roślinny to wodny ekstrakt z czosnku, który po zastosowaniu w postaci kąpieli, skutecznie hamuje rozwój siedmiu fitopatogenów odpowiedzialnych za choroby sadzeniaka podczas przechowywania (m.in. Fusarium oxysporum, Alternaria solani i Rhizoctonia solani). Biopreparaty mikrobiologiczne to płyny po hodowli wyselekcjonowanych szczepów bakterii fermentacji mlekowej – Lactiplantibacillus plantarum i drożdży Metschnikowia pulcherrima o wysokiej aktywności przeciwdrobnoustrojowej. Hodowlę prowadzono wykorzystując surowiec odpadowy – kwaśną serwatkę, którą suplementowano zoptymalizowaną mieszanką niezbędnych do wzrostu składników. Uzyskane biopreparaty mikrobiologiczne efektywne hamują porażenie fitopatogenami w testach modelowych jak również in situ na sadzeniakach oraz wykazują aktywność cyto- i genotoksyczną wobec linii komórkowej owadów Spodoptera frugiperda (Sf-9) w badaniach in vitro. Preparaty te mogą być wykorzystane w zamian za stosowane obecnie fungicydy i insektycydy, które charakteryzują się słabą biodegrado-walnością i wprowadzone do gleby zaburzają jej układ mikrobiocenozy. Nowe ekologiczne preparaty w pełni scharakteryzowane pod względem biologicznym, chemicznym a także bioaktywności przyczynią się do przywrócenia równowagi biologicznej i ochrony środowiska naturalnego.

Kolejnym rezultatem projektu jest prototyp komory przechowalniczej umożliwiającej zaprawianie ziemniaków otrzymanymi biopreparatami a następnie ich przechowywanie w najlepszych warunków hydrotermicznych zapewniających zachowanie wysokiej jakości sadzeniaków. Jest to rozwiązanie zmniejszające skutki zmian klimatycznych (podwyższenie temperatury w sezonach jesiennym i zimowym), które przyczyniają się do rozwoju chorób i powodują straty gospodarcze w uprawie ziemniaka.

W projekcie dodatkowo zidentyfikowano biomarkery wczesnego porażenia sadzeniaków fitopatogenami, w postaci wybranych lotnych związków organicznych (VOC) wytwarzanych przez patogeny na zainfekowanych bulwach ziemniaków. Stanowią one podstawę do wczesnego wykrywania porażenia ziemniaków w czasie ich przechowywania.

W badaniach wazonowych a następnie polowych potwierdzono skuteczność opracowanej metody zaprawiania ziemniaków nowymi preparatami oraz przechowywania w odpowiednich warunkach mikroklimatycznych. Nowe rozwiązania hamowały rozwój fitopatogenów, wpłynęły efektywnie na rozwój systemu korzeniowego, w konsekwencji rozwój roślin i zwiększone plony.

Wyniki badań opublikowano dotychczas w 2 artykułach w czasopiśmie Molecules  (IF=4,4), 2 artykuły są w trakcie recenzji a kolejne w przygotowaniu. Preparaty mikrobiologiczne do zaprawiania ziemniaków  zgłoszono w postaci know-how do Centrum Transferu Technologii PŁ w celu zainteresowania polskich producentów preparatów dla rolnictwa wprowadzeniem na rynek opracowanego rozwiązania. Wyniki badań były prezentowane na konferencjach krajowych (4) i zagranicznych (2). W czasie trwania projektu odbyły się 2 seminaria, na których zaprezentowano wyniki badań.

 

Rezultaty projektu

1. Opracowano metodę zaprawiania ziemniaków sadzeniaków nowymi biopreparatami oraz przechowywania ziemniaków w celu ochrony przed fitopatogenami. Nowe produkty oraz opracowana metoda ułatwiają uprawę ziemniaka, co udowodniono w badaniach szklarniowych i polowych. Otrzymane produkty i rozwiązania dostarczają  rolnikom rozwiązań, przyjaznych środowisku, potrzebnych do wyprodukowania bezpiecznych plonów, szczególnie w warunkach upraw ekologicznych.

2. Opracowano 2 biopreparaty mikrobiologiczne w oparciu o bakterie fermentacji mlekowej szczep Lactiplantibacillus plantarum KB2 LAB 03 oraz drożdże szczep Metschnikowia pulcherrima TK1. Preparaty mikrobiologiczne do zaprawiania ziemniaków zgłoszono w postaci 2 know-how do Centrum Transferu Technologii PŁ w celu zainteresowania polskich producentów preparatów dla rolnictwa wprowadzeniem na rynek opracowanego rozwiązania.

3. Opracowano skład pożywki do hodowli wybranych szczepów na bazie serwatki suplementowanej składnikami: ekstrakt drożdżowy (8 g/L), pepton K (14 g/L);  cytrynian amonu (2 g/L); K2HPO4 (2 g/L), NaCH3COO (5 g/L), MgSO4 x 7 H20 (0,2 g/L) oraz MgSO4 x 4 H20 (0,05 g/L) dla L. plantarum KB2 LAB 03 oraz w ekstrakt drożdżowy (1,25 g/L); pepton (2,5 g/L); D-glukoza (10 g/L) dla M. pulcherrima TK1. Określono optymalne czasy hodowli szczepów odpowiednio 24 i 30 godzin. Skład pożywki jest podstawą dokonanego zgłoszenia patentowego.

4. Scharakteryzowano uzyskane biopreparaty mikrobiologiczne pod względem aktywności wobec fitopatogenów ziemniaka: Alternaria alternata; Alternaria tenuissima, Fusarium sambucinum, Rhizoctonia solani, Colletotrichum coccodes, Phoma exigua, Streptomyces scabiei, Fusarium oxysporum, Alternaria solani, Pectobacterium carotovorum oraz komórek larw owadów Spodoptera frugiperda (sówka jesienna). Określono metodę aplikacji biopreparatów: płyn pohodowlany, aplikacja jednokrotna w postaci kąpieli.

5. Opracowano metodę przygotowania preparatu roślinnego na bazie ekstraktu wodnego z czosnku, który może być przygotowany przez rolnika w warunkach polowych, aplikowany na ziemniaki w postaci kąpieli. Scharakteryzowano ekstrakt z czosnku pod względem aktywności wobec fitopatogenów ziemniaka oraz komórek larw owadów Spodoptera frugiperda.

6. Zaprojektowano i przygotowano prototyp komory przechowalniczej pozwalający na monitoring i utrzymanie parametrów mikroklimatycznych w czasie przechowywania ziemniaków sadzeniaków. Prototyp (obecnie do przechowywania 1000 kg ziemniaków) może być rozbudowany do większej skali.

7. Wyniki badań opublikowano w 2 artykułach naukowych w czasopismach z bazy JCR oraz zaprezentowano na 6 konferencjach krajowych  zagranicznych. Kolejne artykuły są w recenzji oraz w przygotowaniu. Przygotowano 2 zgłoszenia patentowe krajowe oraz know-how.

8. W czasie trwania projektu odbyły się 2 seminaria, na których zaprezentowano wyniki badań (26.04.2021 oraz 29.06.2022).

9. Nawiązano współpracę między partnerami projektu, wynikiem czego jest złożenie 2 kolejnych wniosków w ramach Działania „Współpraca” objętego PROW 2014-2020.