Lotne związki, trwałe rozwiązania: innowacje w ochronie roślin NEW

Czy rośliny mogą ostrzegać przed chorobą, zanim pojawią się objawy? Dzięki badaniom zespołu dr inż. Małgorzaty Wesoły z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej analiza zapachów roślin i gleby może zrewolucjonizować diagnostykę w rolnictwie. Poznaj fascynujący świat wolatilomiki i jej zastosowania w ochronie plonów.

  
Każdego roku choroby roślin niszczą miliony ton żywności. Czy da się je wykryć, zanim będzie za późno? W obliczu rosnącej populacji i zwiększonego zapotrzebowania na żywność, rolnictwo stoi przed ogromnym wyzwaniem: jak produkować więcej, nie tracąc plonów z powodu chorób? Patogeny bakteryjne i grzybowe stanowią poważne zagrożenie dla jakości i ilości zbiorów, powodując nie tylko straty ekonomiczne, ale też ryzyko dla bezpieczeństwa żywnościowego.

Kluczem do skutecznej ochrony upraw jest wczesne wykrywanie infekcji – zanim pojawią się widoczne objawy. Niestety, tradycyjne metody diagnostyczne – np. molekularne, serologiczne – są często kosztowne, czasochłonne i trudne do zastosowania na dużą skalę. 

Na te wyzwania odpowiada projekt dr inż. Małgorzaty Wesoły z Katedry Biotechnologii Medycznej Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej pt. Zastosowanie wolatilomiki* do wczesnego wykrywania i monitorowania infekcji w plonach i glebie. Dotyczy on wykorzystania lotnych związków organicznych (LZO) uwalnianych przez rośliny i glebę w celu szybkiej i nieinwazyjnej diagnostyki chorób roślin oraz oceny stanu fizjologicznego gleby. 
   

dr inż. Małgorzata Wesoły

Od cebuli do elektronicznego nosa

– Do rozwoju zainteresowania tą tematyką istotnie przyczynił się mój staż zagraniczny na Uniwersytecie Warwick, gdzie pracowałam z prof. Jamesem Covingtonem i Johnem Clarksonem nad zastosowaniem wolatilomiki do wykrywania chorób cebuli – mówi dr inż. Małgorzata Wesoły. – Po stażu postanowiłam rozwinąć tę tematykę na naszym Wydziale i prowadziłam badania wstępne w ramach projektu Welcome on board (IDUB-PW).  Aktualny projekt (NCN SONATA 20) jest efektem połączenia dwóch kierunków moich zainteresowań: urządzeń multisensorowych oraz chorób produktów rolnych. Do wykrywania chorób roślin planuję wykorzystać różne narzędzia analityczne, zarówno chromatografy gazowe sprzężone z różnymi detektorami jak i elektroniczny nos.

Jak to działa?

LZO tworzą charakterystyczne „odciski palców” umożliwiające wykrywanie infekcji we wczesnych stadiach, często zanim pojawią się widoczne objawy choroby. 

W ramach projektu analizowane będą profile LZO emitowane przez warzywa – m.in. marchew i cebulę – zainfekowane często występującymi chorobami roślin. Równolegle badane będą również profile LZO uwalnianie przez glebę w celu głębszego zrozumienia zmian, jakie wywołują patogeny glebowe na uwalniane LZO. 

Możliwość zastosowania takich technologii jak elektroniczny nos czy spektrometria ruchliwości jonów w warunkach polowych umożliwi prowadzenie badań w czasie rzeczywistym i szybką reakcję na zagrożenia, np. zarządzanie zainfekowanymi plonami (np. utylizacja lub sprzedaż jako pasza dla zwierząt) czy ograniczenie rozprzestrzeniania się chorób poprzez zwiększenie wentylacji lub zmianę warunków przechowywania. 

Badania nad profilami LZO emitowanymi przez glebę dostarczą nowych informacji na temat diagnostyki chorób roślin, podkreślając znaczenie interakcji pomiędzy mikrobiomem gleby a roślinami w czasie rozwoju infekcji. 

Wpływ naukowy i przyszłość wolatilomiki

Wyniki badań będą miały istotny wpływ zarówno na obszar fitopatologii, jak i chemię analityczną w szerokim kontekście. Przyczynią się do bardziej zintegrowanego zrozumienia zdrowia roślin oraz pogłębienia wiedzy o mikrobiomach glebowych, volatilomach, odpowiedziach na stres i zrównoważonych praktykach zarządzania chorobami. Dzięki wykazaniu skuteczności analizy LZO projekt stworzy podstawy do szybkiej i taniej diagnostyki chorób roślin. 

Badania mikrobiologiczne dostarczą również nowej wiedzy na temat patogenów roślinnych i ich rozwoju w przechowywanych plonach oraz w glebie. Porównanie skuteczności różnych technologii przyczyni się do rozwoju chemii analitycznej, dostarczając cennych informacji na temat przesiewowych metod diagnostycznych bazujących na LZO. 

– Wierzę, że badania te zainicjują innowacje w analizie LZO, z zastosowaniami wykraczającymi poza rolnictwo, obejmującymi monitorowanie środowiska czy bezpieczeństwo żywności – mówi dr inż. Małgorzata Wesoły.

  
W skład zespołu realizującego projekt oprócz dr inż. Małgorzaty Wesoły wchodzą dr inż. Magdalena Borowska oraz dr Małgorzata Milner-Krawczyk.

  
*Wolatilomika (ang. volatilomics) to dziedzina nauki zajmująca się analizą lotnych związków organicznych (VOCs – volatile organic compounds), które są wydzielane przez organizmy żywe, w tym ludzi, rośliny, mikroorganizmy czy komórki nowotworowe.