Kompozycja bakterii, zawierająca ją szczepionka do biotyzacji gatunków roślin kapustnych oraz zawarte w niej szczepy bakterii
ZESPÓŁ AUTORSKI
Uniwersytet Jagielloński w Krakowie i Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
- dr hab. Piotr Rozpądek, prof. UJ -kierownik zespołu,
- dr inż. Rafał Ważny,
- dr inż. Roman Jędrzejczyk,
- dr Agnieszka Domka,
- prof. dr hab. inż. Andrzej Kalisz
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Europejski Zielony Ład to strategia rozwoju, która ma przekształcić Unię Europejską do 2050 r. w obszar neutralny klimatycznie. Jest odpowiedzią na zmiany klimatyczne i silne procesy degradacji środowiska. Zakłada m. in. zmniejszenie stosowania nawozów mineralnych o 20 proc. czy zwiększenie powierzchni gruntów rolnych w UE przeznaczonych na produkcję ekologiczną do 25 proc. W związku z tym jednym z ważniejszych kierunków rozwoju w produkcji rolnej stało się stosowanie biopreparatów zawierających żywe mikroorganizmy (np. bakterie lub grzyby). Tego typu rozwiązania wykorzystywane są w procesach biotyzacji. Proces ten polega na aplikacji mikroorganizmów, które wspomagają wzrost roślin uprawnych oraz wzmacniają ich tolerancję na niekorzystne warunki środowiska i organizmy patogeniczne. Ponadto, poza działaniem na samą roślinę, odpowiednio opracowane biopreparaty użyźniają glebę oraz neutralizują substancje, które ją zanieczyszczają.
Przedmiotem wynalazku jest biopreparat zwiększający biomasę roślin kapustowatych oraz pozytywnie oddziałujący na rozwój ich systemu korzeniowego (optymalizujący rozwój korzenia). Zastosowanie preparatu w produkcji rozsady może całkowicie zastąpić konieczność stosowania dodatkowych nawozów mineralnych. Preparat może zostać z powodzeniem wykorzystany w przemysłowej produkcji rozsady warzyw kapustowatych. Podkreślić należy zatem, iż zastosowanie opracowanego biopreparatu jest istotne nie tylko z uwagi na szybszy przyrost biomasy rośliny, czy ochronę środowiska, lecz także ze względu na korzyści ekonomiczne. Biopreparat nie tylko ogranicza konieczność stosowania kosztownych nawozów mineralnych, ale również minimalizuje zasoby koniecznie do produkcji roślin tj. energii elektrycznej i cieplnej (skrócony cykl produkcji) oraz wody. Opracowana szczepionka składa się z precyzyjnie wyselekcjonowanych w trakcie wieloetapowych badań mikroorganizmów.
ISTOTA WYNALAZKU
Produkcja rolna, zarówno w Polsce jak i całej Europie, wymaga unowocześnienia, dzięki któremu dostosowana zostanie jakość produktu do zwiększonych wymagań konsumenckich oraz zaostrzanych regulacji środowiskowych. Jednym z ważnych kierunków modernizacji rolnictwa jest zastosowanie biopreparatów na bazie mikroorganizmów (bakterii i grzybów) posiadających zdolność biotyzacji roślin, tj. zwiększenia przystosowania roślin do bytowania w środowisku (agrocenozie) oraz biokontroli propagacji drobnoustrojów chorobotwórczych roślin. W obecnie dostępnych na rynku biopreparatach dominują rozwiązania oparte na tych samych powszechnie dostępnych szczepach bakterii z rodzaju Bacillus i Pseudomonas oraz szczepach grzybów z rodzaju Beauveria i Trichoderma. Opracowany biopreparat składa się z zupełnie nowych szczepów bakterii pozyskanych i zidentyfikowanych przez zespól naukowy UJ i URK. Wyselekcjonowane mikroorganizmy oddziałują na roślinę optymalizując jej wzrost i przystosowanie do środowiska. Biopreparat skutecznie przyspiesza wzrost większości roślin z rodziny kapustnych. Wynika to z odpowiednio dobranej kompozycji mikroorganizmów. Zastosowanie precyzyjne opracowanej mieszaniny przyśpiesza wzrost roślin oraz wpływa na wzrost biomasy zarówno części zielonych jak i korzeni z wyłączeniem jakiejkolwiek dodatkowej suplementacji. Zastosowanie biopreparatu oraz nawożenia przynosi również lepsze rezultaty w kontekście biomasy roślin niż samo nawożenie. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość znaczącego ograniczenia nawożenia roślin w produkcji rozsady przy zastosowaniu opracowanego biopreparatu, co przekłada się na znaczne ograniczenie kosztów produkcji. W przygotowaniu rozsady bardzo ważny jest rozwój jej systemu korzeniowego, zastosowany biopreparat skutecznie zwiększa biomasę korzeni badanych roślin oraz optymalizuje jego architekturę. Wykorzystanie szczepionek w produkcji przemysłowej z dużym prawdopodobieństwem mogłoby całkowicie zastąpić konieczność stosowania dodatkowych preparatów wpływających na rozwój korzeni, opierających się na dolistnym podawaniu kompozycji agrochemikaliów. Biotyzacja roślin z wykorzystaniem szczepionki wymaga jedynie dwukrotnego jej podania doglebowo, co eliminuje wykonywanie dodatkowych zabiegów podczas produkcji rozsady. Ze względu na właściwości szczepionki w aspekcie korzystnego wpływu na parametry wzrostowe roślin może być zastosowana jako alternatywa dla powszechnie wykorzystywanych nawozów opartych na solach nieorganicznych lub użyta jako kosuplement. Opisywane właściwości otrzymanej szczepionki wynikają ze skutecznej kolonizacji co najmniej korzeni roślin oddziałując tym samym na gospodarkę wodno-mineralną roślin. Oddziaływanie to skutkuje lepszym zaopatrzeniem rośliny w wodę oraz związki mineralne zawarte w podłożu. Endofityczne bakterie będące składnikami szczepionki oddziłują na równowagę fitohormonalną roślin, co z kolei powoduje zwiększenie tempa wzrostu oraz osiąganej masy przez rośliny na wczesnych etapach ontogenezy. Co więcej, tak skonstruowana szczepionka jest aktywna podczas całej fazy wstępnej wzrostu rozsady, co skutkuje istotnym wpływem na wymienione parametry roślin. Opracowany biopreparat spełnia wymogi produkcji ekologicznej. Należy zwrócić uwagę, iż pierwszym aspektem wynalazku jest skład szczepionki oraz sposób jej przygotowania. Kolejnym aspektem wynalazku jest natomiast opracowany schemat biotyzacji roślin szczepionką w warunkach produkcji rozsady warzyw. Podsumowując, opracowany biopreparat zawiera zupełnie nowe i precyzyjnie wyselekcjonowane bakterie. Efektem zastosowania biopreparatu jest ograniczenie potrzeby stosowania szkodliwych dla środowiska mineralnych i chemicznych środków rolniczych, zwiększona opłacalność procesu produkcji poprzez zwielokrotnienie liczby cykli produkcji roślin w skali rocznej, jak również podniesiona jakość produktu (plonów).
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Szacowany obszar upraw roślin kapustnych na świecie wynosi 4,5 miliona hektarów. Największy obszar znajduje się w Azji. W Europie obszar ten obejmuje prawie pół miliona hektarów (450 000 ha). Warzywa kapustowate są często uprawianymi warzywami polowymi w Polsce. Największe zagłębie produkcji kapusty białej w naszym kraju znajduje się w obszarze warzywniczym w Małopolsce, w okolicach Krakowa. Ponadto uprawa kapustnych jest również bardzo popularna w województwach łódzkim, mazowieckim i wielkopolskim. Z komercyjnego punktu widzenia kapustowate są zatem bardzo ważną rośliną uprawną. Ponadto, w związku z wchodzącymi w życie ograniczeniami możliwości stosowania nawozów mineralnych oraz chemicznych środków ochrony roślin poszukiwane są ekologiczne metody produkcji żywności. Co więcej zgodnie z regulacjami UE, do 2050 r. wszystkie kraje europejskie są zobligowane do zwiększenia powierzchni ekologicznej produkcji rolnej. Większość biopreparatów dostępnych na rynku bazuje na tych samych pojedynczych mikroorganizmach albo na niezdefiniowanych mieszaninach mikroorganizmów glebowych do ogólnego zastosowania. Opracowywany preparat jest mieszaniną nowych szczepów mikroorganizmów, dokładnie scharakteryzowanych, o ukierunkowanym działaniu, przeznaczonym dla konkretnej, ale szerokiej grupy roślin uprawnych. Odbiorcy bezpośrednio zainteresowani wdrożeniem produktu będącego wynikiem realizacji projektu to producenci biopreparatów do upraw roślin, a użytkownikiem końcowym będą gospodarstwa rolne, producenci żywności ekologicznej oraz producenci rozsad warzyw kapustnych.