Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego opracowali metody prowadzenia upraw żywności przy znaczącym ograniczeniu toksycznych oprysków i mineralnego nawożenia gleb. Metoda wykorzystuje występujące w glebach pożyteczne bakterie. Pozwalają one produkować zdrowszą żywność, szybko rekultywować niszczone od dekad ziemie uprawne i dodatkowo ograniczyć koszty produkcji.
Wieloletnie prace badawcze w zakresie biotechnologii dla rolnictwa prowadzone przez zespół Magdaleny Popowskiej, prof. UW, pozwoliły wypracować niezwykle skuteczne i obiecujące metody wspomagania upraw rolnych. W niedalekiej przyszłości mogą one być wdrażane na masową skalę, co zrewolucjonizuje stosowane od wielu lat praktyki w hodowli roślin uprawnych.
Zespół wyselekcjonował różnego rodzaju szczepy występujących w glebach bakterii, które pełnią określone funkcje wspomagające w procesie rozwoju roślin. Bakterie te mają m.in. kluczowe znaczenie dla zachowania równowagi w mikroflorze ziem uprawnych a tym samym są odpowiedzialne za żyzność i produktywność biologiczną gleb.
Co dają naturalne szczepy bakterii?
Według wyliczeń odkrywców z UW odpowiednio dobrane mieszanki pożytecznych bakterii pozwalają w skali roku zredukować nawożenie pól aż do 40%. Dzięki bakteriom można również znacząco ograniczyć opryski grzybobójcze stosowane po herbicydach. Zidentyfikowane szczepy są też zdolne szybko degradować zalegające w glebie toksyczne substancje zawarte w środkach chwastobójczych (herbicydach) – przede wszystkim glifosat. Pożyteczne bakterie również skutecznie eliminują z gleby fitopatogeny – czyli bakterie niszczące uprawy. Jeszcze inne szczepy są zdolne oczyszczać glebę z metali ciężkich i związków ropopochodnych. Wszystkie odkrycia w tym zakresie zostały skatalogowane i przetestowane przez zespół Magdaleny Popowskiej, co w krótkiej perspektywie pozwoli opracować gotowe szczepy i preparaty do zastosowania zarówno na otwartych polach uprawnych, jak również w szklarniach.
„Wprowadzenie naszych metod do produkcji masowej może zrewolucjonizować stosowane od wielu lat metody uprawy roślin, które są kosztowne, niszczą ziemie uprawne i mają negatywny wpływ na jakość plonów i żywności” – wyjaśnia Magdalena Popowska, Dyrektor Instytutu Mikrobiologii UW. Rewolucja może się dokonać dzięki pożytecznym bakteriom wprowadzanym bezpośrednio do gleby dwukrotnie w ciągu roku, przed zasiewem i po żniwach (zbiorach). „Dziś dysponujemy nie tylko wyodrębnionymi szczepami bakterii, ale mamy już opracowane gotowe ich kombinacje wraz z wyskalowaniem dozowania. Jesteśmy w stanie uzyskać różne pożądane rezultaty, na przykład w ciągu kilkunastu dni możemy zdegradować zalegający w glebie powszechnie stosowany glifosat. Innym efektem jest wyeliminowanie bakterii atakujących rośliny uprawne. Rozwijają się one intensywnie po zastosowaniu herbicydu. Stosując preparaty bakteryjne przywracamy również właściwe parametry mikroflory, odbudowując niszczoną przez dekady ziemię uprawną. Wszystkie te efekty potwierdziliśmy już badaniami i eksperymentami” – dodaje Magdalena Popowska.
Obecnie trwają procedury związane z uzyskaniem atestów dla poszczególnych preparatów bakteryjnych. Nad procesem komercjalizacji czuwa powołana spółka uniwersytecka (spin-off) – Bactrem oraz Uniwersytecki Ośrodek Transferu Technologii, W najbliższym sezonie wegetacyjnym zostaną przeprowadzone ostateczne testy na gruntach otwartych, po czym będzie można dopuścić gotowe produkty dla wszystkich zainteresowanych producentów płodów rolnych. Również w przyszłym roku wynalazki zostaną objęte ochroną patentową. Bactrem przyjął strategię udostępnienia różnego rodzaju preparatów, szczepów i rozwiązań, tak aby móc dopasować wynalazki do specyficznych potrzeb rolników, różnych typów upraw i cykli produkcyjnych. „Przed nami ostatnie formalności domykające proces wprowadzenia na rynek gotowych rozwiązań. Są one niezbędne do udostępnienia producentom rolnym poszczególnych preparatów ukierunkowanych na różne problemy związane z hodowlą roślin i jakością gleby. Już dziś jednak po dotychczasowych eksperymentach jestem pewna, że wszystkie testy na gruntach otwartych i w szklarniach zakończą się sukcesem” – mówi Magdalena Popowska.
Nadzieja dla rolnictwa – wyjście z błędnego koła oprysków
Na czym ma polegać rewolucja oparta na bakteriach glebowych?
1. Wyeliminowanie z upraw toksycznych związków pochodzących z herbicydów
Rolnicy po zastosowaniu herbicydu na początku okresu wegetacji będą mogli dozować do skażonej gleby bakterie, które w ciągu 2 tygodni zdegradują toksyczne substancje chwastobójcze. Dzięki temu toksyczne związki nie przedostaną się do roślin uprawnych. Jeden z preparatów skutecznie degraduje kontrowersyjny składnik związków chwastobójczych - herbicydów, który jest powszechnie stosowany w rolnictwie – glifosat. Jest on degradowany do związków łatwo przyswajalnych: wody, etanolu i fosforanów.
2. Przywrócenie prawidłowej mikroflory w zdegradowanej i jałowej glebie
Po zastosowaniu herbicydu gleba jest dosłownie porażona – praktycznie zamiera w niej życie. W naturalnej glebie na każdy jej gram przypada ok. 1010 bakterii. Po zastosowaniu herbicydu w gramie gleby pozostaje ok. 103 bakterii. Stosując działające na wyobraźnię porównanie, można powiedzieć, że to tak, jakby całą ziemską populację ludzi ograniczyć do jednego niewielkiego miasta. W wyjałowionej herbicydem glebie nie ma mikroflory odpowiedzialnej za żyzności i produktywności biologicznej gleb, czyli niezbędnej do prawidłowego wzrostu roślin. Dodanie odpowiednich szczepów bakterii do porażonej gleby, przywraca naturalną mikroflorę – w ciągu jednego sezonu na gram gleby przypada nawet 1011 pożytecznych bakterii, które stymulują wzrost roślin. Uprawy wzrastają na glebie zdrowszej, wykazującej naturalną harmonię mikroflory.
3. Oszczędności na opryskach bakteriocydami i środkach grzybobójczych
Po zastosowaniu herbicydu w porażonej glebie chętnie rozwijają się grzyby chorobotwórcze oraz bakterie działające niekorzystnie na rośliny. Dodanie do takiej gleby pożytecznych bakterii całkowicie eliminuje te negatywne czynniki. W rezultacie rolnicy nie muszą dodatkowo opryskiwać pól środkami grzybobójczymi i bakteriocynami – czyli środkami niszczącymi wszystkie bakterie, co jeszcze drastyczniej degraduje i wyjaławia pole uprawne.
4. Znaczne oszczędności na nawozach mineralnych
Zespół Magdaleny Popowskiej wykazał, że zastosowanie szczepów bakteryjnych pozwala zmniejszyć ilość stosowanych nawozów mineralnych o ok. 20 do 40% - zależnie od kategorii gleby, uprawy i warunków atmosferycznych. Nawozy mineralne stanowią ważny składnik kosztu w produkcji rolnej (ok. 20 – 25% ogółu kosztów). W Polsce rokrocznie rolnicy zużywają ok. 2 mln ton nawozów. Zastosowanie bakterii pozwoliłoby więc wygenerować znaczne oszczędności w tym obszarze,
5. Zauważany większy wzrost plonów
Eksperymenty wykazały, że plony rosnące na glebie z bogatą mikroflorą stymulowaną szczepami pożytecznych bakterii statystycznie są obfitsze o kilkanaście procent w stosunku do roślin hodowanych na glebach tylko nawożonych mineralnie. Obserwacje te dotyczyły tempa wzrostu rośliny, skali uzyskiwanej biomasy, jak i skali ostatecznego plonu.
Przerwać błędne koło kosztownych, niezdrowych i zgubnych dla środowiska upraw
Współcześnie stosowane w rolnictwie metody uprawy roślin wymagają stosowania oprysków herbicydami, pestycydami, środkami grzybobójczymi i eliminującymi bakterie. Błędne koło zaczyna się od herbicydów – środków chwastobójczych, które w pierwszej fazie wegetacji przygotowują grunt pod uprawy. Herbicydy mają katastrofalne skutki dla gleby – drastycznie ją wyjaławiają, całkowicie destabilizując mikroflorę. To sprzyja rozwojowi grzybów i bakterii, które niszczą rośliny oraz pozostałe pożyteczne bakterie i mikroorganizmy potrzebne do prawidłowego rozwoju plonów. Zniszczona herbicydem gleba wymaga więc zastosowania środków grzybobójczych, a następnie intensywnego nawożenia, co znacznie zwiększa ogólne koszty produkcji.
Herbicydy to substancje groźne dla człowieka. Po spożyciu skażonych płodów rolnych herbicyd przenika do krwiobiegu, co zwiększa ryzyko wystąpienia nowotworów, obniża płodność i zaburza ogólną równowagę hormonalną. Dlatego ważne jest wdrażanie metod szybkiej neutralizacji szkodliwych substancji, zanim przedostaną się one do roślin konsumowanych przez ludzi.
Według danych GUS, w Polsce w ciągu roku rolnicy rozpryskują ponad 40 tys. ton herbicydów. W tej masie jest ponad 12 tys. ton szkodliwych substancji czynnych. Sprzedaż herbicydów systematycznie rośnie – w ciągu 5 lat o ponad 20%, co oznacza, że do żywności przenika coraz więcej trujących substancji z oprysków.
Wartość rynku nawozów w Polsce ogółem to blisko 10 mld złotych.
Z roku na rok poprawia się świadomość konsumentów. Szczególnie w krajach rozwiniętych ludzie chcą jeść zdrową i bezpieczną żywność. Poświęcają coraz więcej energii i środków, by w taką żywność się zaopatrzyć. Jednocześnie społeczeństwom coraz bardziej zależy, by konsumpcja i produkcja rolna nie miały negatywnego wpływu na środowisko.
żródło:
Uniwersytet Warszawski
Uniwersytecki Ośrodek Transferu Technologii
---------------------------------------------
Magdalena Popowska, nota biograficzna
dr hab. Magdalena Popowska, prof. UW
Absolwentka Wydziału Biologii UW. Pracownik Zakładu Mikrobiologii Stosowanej Instytutu Mikrobiologii Uniwersytetu Warszawskiego od 1991 roku. Dyrektor Instytutu Mikrobiologii w kadencji 2016-2020. Prowadzi badania z zakresu mikrobiologii, fizjologii, genetyki bakterii i biotechnologii. Autor licznych publikacji, projektów badawczych oraz zgłoszeń patentowych. Laureat nagród i wyróżnień krajowych i zagranicznych za dorobek naukowy, publikacje i patenty. W ciągu ostatnich 10 lat prowadziła badania w ramach 10 projektów krajowych i międzynarodowych jako koordynator, kierownik zadań lub główny wykonawca. Jest koordynatorem przedmiotu „Fizjologia bakterii" oraz Kierownikiem Podyplomowych Studiów Ochrony Środowiska prowadzonych na Wydziale Biologii UW. Jest redaktorem w czasopismach Frontiers in Environmental Science i Frontiers in Microbiology znajdujących się na liście Journal Citation Reports (JCR) oraz recenzentem w renomowanych czasopismach naukowych. Jako oficjalny reprezentant Polski uczestniczy w programach europejskich COST (European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research) w akcjach dotyczących ochrony środowiska i poziomu antybiotykooporności w środowisku: Akcja ES1403 (NEREUS) oraz Akcja TD0803 (DARE). Autor licznych publikacji oryginalnych, opracowań monograficznych oraz kilkudziesięciu doniesień konferencyjnych. Jest członkiem Polskiego Towarzystwa Mikrobiologów (PTM), Polskiego Towarzystwa Genetycznego (PTG) oraz The American Society for Microbiology (ASM). Od 2016 prezes uniwersyteckiej spółki spin off – BACTrem.
.png)
Zaloguj przez Facebook
