informacje
o stosowaniu
® zarejestrowana nazwa ADAMA Polska

Ze środków ochrony roślin należy korzystać z zachowaniem bezpieczeństwa. Przed każdym użyciem przeczytaj informacje zamieszczone w etykiecie i informacje dotyczące produktu. Zwróć uwagę na zwroty wskazujące rodzaj zagrożenia oraz przestrzegaj środków bezpieczeństwa zamieszczonych w etykiecie.

Sygnał z serca rośliny

9 maja 2018
Sygnał z serca rośliny
O tym, że rośliny przeprowadzają proces fotosyntezy, wiedzą wszyscy, podobnie jak to, że jego produktami są cukry i tlen. Dopiero od niedawna jednak wiemy, że fotosynteza jest rodzajem specyficznego języka, którym rośliny komunikują światu o swoich potrzebach. Dr hab. Hazem M. Kalaji, prof. SGGW z Wydziału Rolnictwa i Biologii SGGW dość dobrze poznał sposób odczytywania takiego języka i opracowuje system, dzięki któremu rośliny same mogą kontrolować warunki, w jakich żyją.

 

W latach 90. na Uniwersytecie Genewskim w Szwajcarii, gdzie prof. Hazem M. Kalaji odbywał staż naukowy, rozpoczęto opracowywanie nieinwazyjnej metody badania stanu fizjologicznego (kondycji) roślin, która polega na pomiarze sygnału fluorescencji chlorofilu. Może ona zastąpić destrukcyjną, czasochłonną i kosztowną (wymagającą posiadania laboratorium wyposażonego w odczynniki i sprzęt) metodę badania polegającą na analizie chemicznej składu rośliny.

Na początku trzeba skalibrować system, tzn. nauczyć go, jakie sygnały wskazują na zaburzenia procesu fotosyntezy związane z niedoborem poszczególnych składników mineralnych. Każdy niedobór można scharakteryzować odpowiednim sygnałem mierzonym fluorymetrem.

„Kalibrowanie systemu polega na stosowaniu jednocześnie dwóch metod: pierwsza to bezinwazyjny pomiar sygnału fluorescencji chlorofilu fluorymetrem, a druga – przeprowadzanie analizy chemicznej roślin. Przykładowo: w kombinacji doświadczalnej nie podawaliśmy roślinom fosforu i mierzyliśmy wysyłane przez nie sygnały. W innej kombinacji nie podawaliśmy innego składnika i znów sprawdzaliśmy, jaki sygnał pojawi się tym razem. Potem wszystkie wyniki «wpuszczaliśmy» do tzw. czarnej skrzynki, w tym przypadku sztucznych sieci neuronowych, które nauczyliśmy identyfikować, jakie sygnały są wskaźnikami danego niedoboru” – tłumaczy prof. Kalaji. Proponowana metoda jest nieinwazyjna, szybka, tania i o znacznym stopniu wiarygodności. Jej niewątpliwą zaletą jest też to, że można ją zastosować dla wszystkich organizmów posiadających chlorofil.

EKG chloroplastu

Sygnały fluorescencji pochodzą z fotosystemu II (PSII) znajdującego się w chloroplastach. PSII jest enzymem składającym się z barwników asymilacyjnych i różnych białek. Jest bardzo czuły i wysyła sygnał analogiczny do tego, jaki wysyła serce człowieka. Filmy krótkometrażowe, które nakręcił prof. Kalaji wraz ze studentami i studentkami Akademii Sztuk Pięknych w Warszawie, pokazują że rośliny wyraźnie reagują na docierające do nich bodźce z otoczenia (dotyk, dźwięk, obecność człowieka, wzrost temperatury, zasolenie, obecność metali ciężkich) w ten sposób, że standardowe wartości sygnałów fluorescencji chlorofilu obniżają się lub wzrastają. Reakcje te można następnie odczytywać podobnie jak elektrokardiogram – czyli swoisty zapis pulsu serca roślin.

Dzięki pomiarom sygnału wysyłanego przez fotosystem II (PSII) naukowcy uzyskują informacje w momencie, kiedy roślina jest poddawana działaniu określonego czynnika stresowego. Następnie mogą zanalizować poszczególne wskazania fluorymetru i podjąć odpowiednie działania, aby wyeliminować lub w znacznym stopniu ograniczyć niekorzystne oddziaływanie.

Metoda pozwala także przewidywać zmiany i zapobiegać im, zanim pojawią się wizualne objawy. Do tej pory w rolnictwie reagowano dopiero wtedy, gdy zmiany było widać „gołym okiem” – na ogół w momencie, kiedy stresor spowodował już istotne i nieodwracalne zmiany w wyglądzie i funkcjonowaniu całej rośliny. Teraz nie trzeba czekać – opracowany system pozwala w rzeczywistym czasie monitorować stan fizjologiczny roślin. Dzięki temu można zainterweniować na możliwie wczesnym etapie i znaczne ograniczyć negatywne następstwa oddziaływania czynnika stresowego.

Szklarnia jak dyskoteka

Dalszym etapem badań było nauczenie programu, aby na podstawie wskazań pomiarowych informował o danym problemie i jego rozwiązaniu. „System przetwarza informację i wyświetla określony komunikat np. o tym, że w otoczeniu rośliny jest za duże lub za małe naświetlenie lub widmo światła jest nieodpowiednie” – tłumaczy prof. Kalaji.

Ujawnia też dalsze plany badawcze: „Istnieje w języku angielskim pojęcie «plant talk» – mowy roślin. Rośliny nieustannie komunikują się między sobą, a naukowcy uczą system słuchać tej mowy, sami próbują ją zrozumieć i odpowiadać na nią”. Rośliny w szklarniach rosną w warunkach stworzonych przez producentów. Tymczasem każda z nich może mieć swoje indywidualne potrzeby zależne od różnych czynników, np. pory roku albo dnia. „Zamierzamy dać roślinom narzędzie w postaci systemu samokontroli do tego, by mogły samodzielnie sterować warunkami, w jakich przebywają, np. intensywnością i jakością światła.”

Katedrze Fizjologii Roślin SGGW powstał prototyp urządzenia. Póki co pozwala kontrolować intensywność światła: roślina, wysyłając sygnał fluorescencji chlorofilu, steruje systemem oświetleniowym, tak by natężenie i barwa światła były ustawione na optymalnym dla niej poziomie. Docelowo taki system ma być trwale montowany w szklarniach.

„Szklarnia przyszłości to dyskoteka – wyjaśnia prof. Kalaji. – Światła LED zmieniają się na niebieskie, czerwone i białe w zależności od potrzeb: na przykład gdy na zewnątrz szklarni jest pochmurnie lub deszczowo. Oddanie głosu roślinom wydaje się o tyle proste, że zazwyczaj w jednej szklarni uprawia się jedną odmianę. Sygnał będzie mierzony z kilku punktów i uśredniony tak, by uwzględniać potrzeby roślin rosnących zarówno przy szybach (i potencjalnie mających najwięcej światła słonecznego), jak i gdzieś w środku (z przewagą cienia). Trudno zadowolić każdą roślinę, nie mówiąc o każdym liściu – ale staramy się”.

SGGW już odczytuje sygnały roślin

System do kontrolowania warunków w otoczeniu roślin lub owoców za pomocą pomiaru sygnałów fluorescencji chlorofilu został opracowany i wdrożony już w kilku miejscach, m.in. w sadach doświadczalnych SGGW (prof. Kalaji współpracował przy tym projekcie z prof. Kazimierzem Tomalą). Jabłka po zbiorze przechowuje się w magazynach, w których panują ściśle określone warunki mające nie dopuścić do psucia się owoców: niska temperatura oraz obniżona zawartość tlenu. Dotychczas jedynym sposobem na sprawdzenie jakości owoców podczas ich przechowywania była analiza fizyczna i organoleptyczna. To wiązało się z koniecznością otwarcia magazynu, wpuszczenia do niego tlenu i podwyższenia temperatury . Potem trzeba było przywrócić odpowiednie warunki – a to powodowało kolejne koszty. Wyżej opisany system działa automatycznie: kontroluje i reguluje dopływ gazu do owoców zgodnie z zapotrzebowaniem.

Prof. Kalaji uważa, że naukowcy i rolnicy muszą gruntownie zmienić swoje podejście do sposobu uprawy roślin. Trzeba wsłuchać się w ich potrzeby, które są bardzo różne na poziomie gatunków i odmian, a także zależą od wielu innych czynników, takich jak faza wzrostu, pora roku i dnia. 


infowire.pl


POWIĄZANE

W odpowiedzi na pismo KRIR w sprawie zaliczek na poczet płatności bezpośrednich,...

W terminie od dnia 15.01.2019 r. do dnia 25.06.2019 r. Agencja prowadzi nabór wn...


Komentarze

Bądź na bieżąco

Zapisz się do newslettera

Każdego dnia najnowsze artykuły, ostatnie ogłoszenia, najświeższe komentarze, ostatnie posty z forum

Najpopularniejsze tematy

gospodarkapracaprzetargi
Nowy PPR (stopka)
Jestesmy w spolecznosciach:
Zgłoś uwagę