Katedra Biotechnologii Środowiskowej na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności prowadzi badania dotyczące biologicznych środków wpływających na hamowanie chorób przechowalniczych owoców i warzyw a także na kondycję rodzimej pszczoły miodnej. Tematyka ta znakomicie wpisuje się w ogłoszenie przez Zgromadzenie Ogólne ONZ roku 2020 Międzynarodowym Rokiem Zdrowia Roślin. ONZ zwróciło tym samym uwagę na palący problem, porównywalny nawet z ociepleniem klimatu
O problemie chorób wywoływanych przez szkodliwe mikroorganizmy i o sposobach ich zwalczania pisze dr hab. inż. Dorota Kręgiel, prof. PŁ.
Każdego roku nawet do 40 proc. światowych plonów ulega zniszczeniu przez szkodniki roślin. W wymiarze finansowym, roczne straty powodowane przez choroby roślin w gospodarce światowej szacowane są na około 220 miliardów dolarów. Szkodniki i choroby nie posiadają paszportów ani nie spełniają wymogów imigracyjnych, a zatem zapobieganie rozprzestrzenianiu się takich organizmów jest ważnym przedsięwzięciem międzynarodowym, które wymaga współpracy wszystkich krajów na świecie.
Odwrót od chemicznej ochrony roślin
Efektem występowania chorób roślin jest pogorszenie jakości upraw oraz obniżenie plonów. Choroby powodowane przez grzyby, tzw. mykozy roślin, stanowią najbardziej rozpowszechnioną grupę. Od lat do walki z nimi stosuje się sztuczne środki ochrony roślin - fungicydy, które mimo niewątpliwej efektywności budzą coraz więcej zastrzeżeń i kontrowersji. Powszechne ich stosowanie przyniosło zagrożenie bezpieczeństwa zdrowotnego konsumentów spowodowane pozostałościami fungicydów w roślinach, uodparnianie się patogenów na środki chemiczne, redukcję liczebności pszczół miodnych oraz innych pożytecznych organizmów. Spowodowało to tendencję do wycofywania z rynku europejskiego kolejnych substancji czynnych oraz wzrost zainteresowania biologicznymi metodami ochrony roślin.
Biokontrola infekcji
Wg definicji, biologiczna metoda ochrony polega na hamowaniu wzrostu organizmów szkodliwych dla roślin przez zastosowanie czynników naturalnych – innych mikroorganizmów lub ich metabolitów. Badania europejskie dotyczące czynników biokontroli, służących do zwalczania flory patogennej, koncentrują się na poszukiwaniu mikroorganizmów antagonistycznych dla szerokiego spektrum patogenów roślin.
Proces infekcji owoców i warzyw odpowiedzialny za ich psucie może nastąpić w okresie pomiędzy kwitnieniem a uzyskaniem dojrzałości, jak i w czasie zbiorów i przechowywania. Użycie mikroorganizmów do kontroli chorób roślin wymaga zatem zakłócenia jakiegoś etapu choroby lub cyklu życia patogenu. Zwykle działanie efektywnych czynników biokontroli dotyczy prewencji infekcji oraz redukcji kolonizacji tkanek gospodarza. Aby skutecznie zapobiegać infekcjom surowców roślinnych przez grzyby fitopatogenne, pożyteczny antagonista powinien być obecny na ich powierzchni już przed wystąpieniem infekcji. Jest rzeczą oczywistą, że skuteczny czynnik biokontroli nie może być szkodliwy dla zdrowia konsumenta i nie może wywierać szkodliwego działania na rośliny. Niewątpliwą zaletą tego typu czynników jest niewielkie prawdopodobieństwo, by patogeny nabyły na nie odporności. Z tego powodu warto się nimi zainteresować w kontekście budowania specjalnej strategii antyodpornościowej, która jest silnie związana również z biostymulacją, czyli zintegrowaną ochroną roślin.
Wiele pożytecznych mikroorganizmów egzystuje naturalnie na liściach roślin, korzeniach i innych strukturach jako epifity. Intensywne badania dotyczące poszukiwania takich mikroorganizmów trwają już od ponad dwóch dekad. Doprowadziły one do wytypowania i rejestracji pierwszych mikroorganizmów jako potencjalnych czynników biokontroli. Poznanie sposobu działania antagonistycznego daje możliwość doskonalenia aktywności i efektywności działania czynników biokontroli.
Efekt działania drożdży Metschnikowia sp. jako czynnika biokontroli po 2 tygodniach przechowywania truskawek w warunkach chłodniczych. A- próba przed przechowywaniem; B- próba po działaniu czynnika biokontroli; C- próba bez czynnika biokontroli
foto: .
Badania naukowców z PŁ
Istnieje zatem duża szansa rozwoju rynku dostępnych, bezpiecznych, a przede wszystkim skutecznych naturalnych środków ochrony roślin. Skuteczność biopreparatów musi być potwierdzona w testach laboratoryjnych i testach polowych, na dużej ilości roślin lub produktów rolnych. Kolejnym ważnym wyzwaniem jest dobór odpowiedniej formuły preparatów, zapewniającej szerokie spektrum działania.
Wśród stosowanych metod biologicznej kontroli rozwoju chorób pochodzenia grzybowego na uwagę zasługuje wykorzystanie drożdży niekonwencjonalnych, np. z rodzajów Metschnikowia i Yarrowia. Badania prowadzone w Katedrze Biotechnologii Środowiskowej dotyczą poszukiwania skutecznych antagonistycznych szczepów drożdży i bakterii pochodzących z roślinnych nisz ekologicznych. Określone zostają ich mechanizmy, m.in. konkurencja o składniki pokarmowe i przestrzeń, wydzielanie związków o działaniu antybiotycznym, produkcja enzymów litycznych lub indukowanie swoistej odporności w tkankach rośliny zaatakowanej przez fitopatogeny. Badania dotyczą wpływu czynników biologicznych zarówno na hamowanie chorób przechowalniczych owoców i warzyw, jak i na kondycję rodzimej pszczoły miodnej. Część badań jest realizowanych w ramach projektów finansowanych przez Agencję Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa oraz Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.
W przyszłości będzie również realizowany projekt dotyczący działania polowego wyselekcjonowanych czynników biokontroli w ochronie roślin uprawnych. Trwają intensywne badania nad opracowaniem odpowiedniej formuły skutecznego biopreparatu, który spełniałby wszystkie wymagania stawiane tego typu produktom.
Obiecująca przyszłość
Rozwój wiedzy biotechnologicznej z pewnością pozwoli na pełną identyfikację wyselekcjonowanych czynników biokontroli, wyjaśnienie mechanizmów ich działania, monitorowanie rozwoju i efektywności, co z kolei może przyczynić się do przyspieszenia procedur rejestracyjnych biopreparatów. Przy akceptacji konsumentów oraz spełnieniu uwarunkowań prawnych istnieją szanse na zastosowanie takich mikroorganizmów jako biologicznych środków ochrony roślin.
