Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG.KPOD.01.19-IP.04-00-15/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Laboratorium badań środowiska glebowego”.
Cel projektu: Modernizacja Laboratorium badań środowiska glebowego
Opis projektu:
Europejski Zielony Ład zawiera plan działań umożliwiających bardziej efektywne wykorzystanie zasobów dzięki przejściu na gospodarkę o obiegu zamkniętym, przeciwdziałaniu utracie różnorodności biologicznej i zmniejszeniu poziomu zanieczyszczeń. Zakłada również zmniejszenie śladu środowiskowego i klimatycznego sektora produkcji żywności w UE. Do celów EZŁ należy znaczne zmniejszenie stosowania pestycydów i ryzyka z tym związanego oraz ograniczenie stosowania nawozów i strat składników nawozowych. Osiągniecie tych celów jest możliwe jedynie poprzez połączenie wielu jednoczesnych działań, takich jak precyzyjne rolnictwo, wdrożenie gospodarki obiegu zamkniętego, stosowanie w rolnictwie rozwiązań opartych na mechanizmach biologicznych, a przede wszystkim regeneracja i pełne wykorzystanie naturalnego potencjału gleb. Dbałość o zdrowie gleb oraz wykorzystanie bionawozów jako alternatywy dla nawozów mineralnych, ma bardzo duże znaczenie również w sytuacji wysokich cen nawozów. Kluczowe znaczenie będzie zatem miała rozbudowa potencjału analitycznego instytutów naukowych w zakresie oceny zdrowia gleby oraz bezpieczeństwa wykorzystania bionawozów i biopreparatów.
Projekt zakłada rozbudowę potencjału Instytutu w zakresie laboratorium badań środowiska glebowego. Zakup wymienionej we wniosku aparatury naukowo-badawczej jest niezbędny do wszechstronnej oceny zdrowia gleb, na które składają się między innymi poziom zanieczyszczeń, poziom materii organicznej, oraz bioróżnorodność i aktywność biologiczna gleby. Dodatkowo projekt zwiększy potencjał w zakresie oceny bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów i biopreparatów, których jakość wpływa bezpośrednio na stan gleby.
Projekt zakłada zakup następującej aparatury naukowo – badawczej:
- analizator całkowitego węgla organicznego, niezbędny do pomiaru zawartości węgla w szerokim zakresie zawartości w glebach, nawozach, środkach wspomagających uprawę roślin i odpadach.
- wysokociśnieniowy system chromatografii jonowej (gradientowy chromatograf jonowy) niezbędny do oznaczania kationów i anionów nieorganicznych, w tym fosfonianów, nadchloranów i siarczków oraz Cr (VI) w matrycach różnego pochodzenia (wody, gleby, nawozy, środki wspomagające uprawę roślin, rośliny). Konieczność takich analiz wynika z obecnych oczekiwań Komisji Europejskiej w zakresie monitorowania tych zanieczyszczeń. Wg aktualnej wiedzy ocenę ryzyka związanego z zanieczyszczeniem chromem należy opierać na oznaczeniach Cr (VI), który ma działanie rakotwórcze. Posiadanie odpowiedniego sprzętu pozwoli na rozszerzenie możliwości oceny gleb a szczególnie bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów.
- analizator węgla i azotu niezbędny do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych metodą fumigacji-ekstrakcji zgodnie z normą PN-ISO 14240-2 wraz z wyposażeniem. Jest stosowany w ocenie stanu biologicznego gleb.
- biofermentor do namnażania czystych szczepów bakteryjnych w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności niezbędny w ocenie i opracowaniu nowych biopreparatów zawierających komponent mikrobiologiczny na potrzeby racjonalnego nawożenia i ochrony roślin w rolnictwie ekologicznym i konwencjonalnym.
- spektrometr mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS niezbędny do pomiaru zawartości potencjalnie toksycznych pierwiastków śladowych (PTPŚ) w glebie, wodzie, nawozach, odpadach i roślinach. Poziom PTPŚ w glebie decyduje o jakości gleb i sposobie wykorzystania gruntu a określanie ich zawartości w odpadach i nawozach ma podstawowe znaczenie dla oceny bezpieczeństwa wykorzystania alternatywnych źródeł materii organicznej i składników nawozowych w rolnictwie. Pomiary w roślinach i wodach pozwalają na bezpośrednią ocenę ryzyka dla zdrowia ludzi.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.11.2024 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 2.875.724,62 zł
ZADANIA:
- Analizator całkowitego węgla organicznego
Zakup analizatora całkowitego węgla organicznego jest niezbędny do pomiaru zawartości całkowitego węgla organicznego w szerokim zakresie pomiarowym w glebach, nawozach, środkach wspomagających uprawę roślin i odpadach. Analizator działa w oparciu o technikę wysokotemperaturowego rozkładu (spalania) katalitycznego na katalizatorze platynowym i detekcję w podczerwieni. Stanowi alternatywne zastąpienie stosowanej często w laboratoriach metody Tiurina z wykorzystaniem dichromianu potasu.
Jednym z podstawowych składników fazy stałej gleby jest materia organiczna, która wpływa na szereg właściwości fizycznych i chemicznych oraz żyzność i urodzajność gleby. W skład materii organicznej gleb wchodzą zróżnicowane produkty pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, będące w różnych fazach przeobrażenia, oraz żywe organizmy
- Wysokociśnieniowy system chromatografii jonowej (Gradientowy chromatograf jonowy)
Zakup wysokociśnieniowego systemu chromatografii jonowej (gradientowy chromatograf jonowy) jest niezbędny do oznaczania kationów i anionów nieorganicznych, w tym fosfonianów, nadchloranów i siarczków oraz Cr (VI) w matrycach różnego pochodzenia (wody, gleby, nawozy, środki wspomagające uprawę roślin, rośliny). Konieczność takich analiz wynika z obecnych oczekiwań Komisji Europejskiej w zakresie monitorowania tych zanieczyszczeń. Wg aktualnej wiedzy ocenę ryzyka związanego z zanieczyszczeniem chromem należy opierać na oznaczeniach Cr (VI), który ma działanie rakotwórcze. Posiadanie odpowiedniego sprzętu pozwoli na rozszerzenie możliwości oceny gleb a szczególnie bezpieczeństwa związanego ze stosowaniem bionawozów.
- Analizator węgla i azotu do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych
Zakup analizatora węgla i azotu jest niezbędny do oceny zawartości węgla i azotu w biomasie mikroorganizmów glebowych metodą fumigacji-ekstrakcji zgodnie z normą PN-ISO 14240-2. Analiza ta jest szeroko stosowana w ocenie stanu biologicznego gleb oraz ocenie aktywności biologicznej oraz bioróżnorodności środowiska glebowego. Metodę tą stosuje się do oznaczania biomasy mikroorganizmów glebowych przez pomiar całkowitego wyekstrahowanego materiału organicznego biomasy, głównie z mikroorganizmów. Metodę tę można również stosować do oceny zawartości azotu w biomasie mikroorganizmów i zawartości azotu reagującego z ninhydryną w glebie.
Celem oznaczania biomasy drobnoustrojów glebowych jest oszacowanie ciągłości zachowania żyzności gleby, potencjalnej zdolności do rozkładu dodawanych substancji organicznych oraz wpływu dodawanych substancji na naturalna populację mikroorganizmów. Metodę fumigacji-ekstrakcji (FE) stosuje się do oceny gleb tlenowych i beztlenowych w całym zakresie pH.
Powyższe założenia projektu wpisują się także w tzw. Europejską Strategię Bioróżnorodności. Do 2050 r. różnorodność biologiczna oraz usługi ekosystemowe w Unii Europejskiej będą chronione i zostaną odpowiednio odtworzone ze względu na wartość różnorodności biologicznej samej w sobie oraz ich fundamentalnego udziału w zapewnianiu dobrobytu człowieka i koniunktury gospodarczej, tak aby uniknąć katastrofalnych zmian wywołanych przez utratę bioróżnorodności biologicznej. Kompleksowe analizy środowiska glebowego zarówno pod kątem analiz chemicznych jak i biologicznych stanowią rzetelną odpowiedź o stanie jej jakości i żyzności. Ocena środowiska glebowego w zakresie ochrony gleb użytkowanych rolniczo, ze szczególnym uwzględnieniem znaczenia bioróżnorodności mikroorganizmów glebowych oraz ich udziału w poprawie jakości i żyzności gleb stanowi bardzo ważny aspekt. Jakość użytków rolnych w Polsce jest niższa niż średnia w Europie. Większość gleb jest lekkich, zawierających mało próchnicy, kwaśnych i bardzo kwaśnych. W wyniku stosowania intensywnych metod uprawy w wielu rejonach kraju następuje zmniejszenie żyzności gleb, charakteryzujące się m.in. ograniczeniem bioróżnorodności, nagromadzeniem w glebach mikroorganizmów szkodliwych i patogenów roślin, akumulacją pozostałości pestycydów, ich pochodnych i innych toksyn. Zjawiska te będą się także nasilały wskutek zmian klimatycznych m.in.: wysokiej temperatury w okresach wegetacji, wydłużających się okresów suszy, gwałtownych opadów i innych anomalii pogodowych. Wyniki szeregu badań środowiska glebowego stanowią podstawę do planowania odpowiedniego nawożenia a także kompleksowej informacji o poziomie aktywności biologicznej tych gleb.
- Biofermentor do namnażania czystych szczepów bakteryjnych
Zakup biofermentora do namnażania czystych szczepów bakteryjnych w kontrolowanych warunkach temperatury i wilgotności jest niezbędny w ocenie i opracowaniu nowych biopreparatów zawierających komponent mikrobiologiczny na potrzeby racjonalnego nawożenia i ochrony roślin w rolnictwie ekologicznym i konwencjonalnym. Zakup ten przyczyni się do podniesienia jakości badanych szczepów bakteryjnych. Produkcja nawozów wzbogacanych mikrobiologicznie jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się segmentów rynku rolno-spożywczego. Obecna strategia UE, Europejski Zielony Ład, zakłada zwiększenie powierzchni upraw ekologicznych do 25% do roku 2030. Wzrastająca świadomość konieczności ograniczania nadmiernej chemizacji rolnictwa spowodowała, że znacząco zwiększyło się zainteresowanie naturalnymi środkami produkcji stosowanymi w rolnictwie. Jedną z takich obecnie prowadzonych koncepcji jest wykorzystanie biotechnologicznych cech i praktycznych właściwości mikroorganizmów do produkcji bionawozów, biostymulatorów lub biologicznych środków ochrony roślin, których czynnikiem aktywnym są mikroorganizmy. Rynek dla tego typu preparatów stale rośnie ze względu na coraz większe zainteresowanie producentów oraz możliwość stosowania w uprawach gatunków o dużym znaczeniu gospodarczym. Ponadto z dniem 1 grudnia 2022 r. na mocy rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi (Dz. U. z 2022 poz. 2490) IUNG-PIB został upoważniony jest do prowadzenia wykazu nawozowych produktów mikrobiologicznych.
W planie etapowym przewidziano następujące zobowiązania do 2030 r. do których m.in. możemy zaliczyć, a z którymi nierozerwalnie wiążą się analizy środowiska glebowego:
- ograniczenie o 50% stosowania pestycydów chemicznych i związanego z tym ryzyka, a także ograniczenie o 50% stosowania bardziej niebezpiecznych pestycydów;
- objęcie co najmniej 25% gruntów rolnych rolnictwem ekologicznym i znaczące podwyższenie poziomu stosowania praktyk agroekologicznych.
- Spektrometr mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS
Zakup spektrometru mas sprzężony z plazmą wzbudzaną indukcyjnie ICP-MS jest niezbędny do pomiaru zawartości potencjalnie toksycznych pierwiastków śladowych (PTPŚ) w glebie, wodzie, nawozach, odpadach i roślinach. Poziom PTPŚ w glebie decyduje o jakości gleb i sposobie wykorzystania gruntu, potrzebach wprowadzania działań naprawczych ograniczających ryzyko związane z zanieczyszczeniem a określanie ich zawartości w odpadach i nawozach ma podstawowe znaczenie dla oceny bezpieczeństwa wykorzystania alternatywnych źródeł materii organicznej i składników nawozowych w rolnictwa. Pomiary w roślinach i wodach pozwalają na bezpośrednią ocenę ryzyka dla zdrowia ludzi i wskazywanie obszarów wymagających remediacji. Zawartość PTPŚ jest jednym z podstawowych kryteriów oceny zdrowia gleby. Wnioskowana aparatura będzie służyć zarówno pomiarom całkowitej zawartości PTPŚ, która decyduje o spełnianiu przez aktualnym norm określonych dla zanieczyszczeń, jak i zawartości rozpuszczalnych form PTPŚ, którą są pomocne w ocenie ryzyka rozprzestrzeniania się pierwiastków w środowiska i ich pobierania przez rośliny oraz ocenie efektywności działań naprawczych (remediacja).
Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG.KPOD.01.19-IP.04-00-14/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Laboratorium badań jakościowych płodów rolnych i biomasy ”.
Cel projektu: Modernizacja laboratorium badań jakościowych płodów rolnych i biomasy
Opis projektu:
Projekt ma na celu poszerzenie zakresu badań laboratoryjnych o dodatkowe analizy cech jakościowych płodów rolnych, pasz, biomasy energetycznej i odpadowej. Zakupiona aparatury pozwoli na kompleksową analizę podstawowego składu materiału roślinnego, czyli zawartości makroskładników: białka ogólnego, tłuszczu surowego, węglowodanów strukturalnych i niestrukturalnych. Ponadto, aparatura umożliwi wysokospecjalistyczną analizę jakościową surowców roślinnych pod kątem zawartości związków biologicznie aktywnych, cennych ze względów żywieniowych oraz substancji szkodliwych dla zdrowia ludzi i zwierząt, a także substancji mogących mieć wpływ na proces fermentacji metanowej wykorzystywanej do produkcji biogazu.
Zakup ultrasprawnego chromatografu cieczowego z technologią 2D sprzężonego z detektorem fotodiodowym oraz spektrometrem mas typu podwójny kwadrupol (UHPLC-PDA-TQD-MS/MS) istotnie podniesie efektywność jakościowej i ilościowej analizy substancji obecnych w badanych roślinach oraz umożliwi rozwój nowych badań nad procesem fermentacji metanowej. Nowa aparatura zapewni niezbędną stabilność w prowadzeniu prac badawczych realizowanych w Instytucie, w tym we współpracy z innymi jednostkami naukowymi w kraju i zagranicą oraz przedsiębiorcami i rolnikami.
Planowane w projekcie poszerzenie zakresu działalności laboratorium o badania nad procesem fermentacji metanowej w trybie ciągłym, umożliwi lepsze odzwierciedlenie procesu zachodzącego w biogazowni. Ponadto, prowadzone będą badania nad uzyskiem biogazu z różnych surowców roślinnych, w tym z biomasy odpadowej z przetwórstwa rolno-spożywczego. W trakcie procesu monitorowana będzie jakość biogazu (pomiar zawartości wysokokalorycznego metanu oraz kontrola ewentualnej zawartości szkodliwych gazów tj. siarkowodoru, amoniaku). Produkcja biogazu w fermentorach o pojemności 15 L, umożliwi otrzymanie odpowiedniej ilości i jakości osadu pofermentacyjnego, który następnie będzie badany jako nawóz.
Dodatkowym przedmiotem badań z wykorzystaniem zakupionego sprzętu badawczego, będzie ocena wpływu nawożenia osadem pofermentacyjnym na żyzność gleb i jakość plonów. Osad pofermentacyjny, otrzymany w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych z określonego materiału roślinnego, będzie poddany szczegółowym badaniom zawartości substancji mogących mieć wpływ na właściwości gleb i wzrost roślin.
Badany będzie także wpływ surowca zastosowanego w procesie fermentacji na jakość pofermentu, stan gleb i jakość plonów roślin uprawnych. Konstrukcja fermentorów pozwoli na lepsze poznanie samego procesu fermentacji metanowej, dzięki możliwości pobierania i analizowania masy fermentacyjnej w trakcie trwania procesu, a także wprowadzania dodatków do fermentora, w celu oceny ich wpływu na poprawę efektywności procesu. Rozwój produkcji biogazu i wykorzystania pofermentu do nawożenia wpisuje się w cele
Europejskiego Zielonego Ładu, Polityki Klimatyczno-Energetycznej oraz gospodarki obiegu zamkniętego. Dotyczy to w szczególności ograniczenia zużycia zasobów nieodnawialnych oraz ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Celem projektu jest także poszerzenie zakresu analiz metabolitów roślinnych m. in. o olejki eteryczne, do którego niezbędne jest doposażenie Instytutu w urządzenie do ekstrakcji lotnych produktów naturalnych. Pozwoli to na pełniejsze badanie olejków eterycznych pod kątem ich przydatności w ochronie roślin przed patogenami i owadami, co wpisuje się w założenia Europejskiego Zielonego Ładu dotyczące obniżenia stosowania syntetycznych środków ochrony roślin.
Wyposażenie Instytutu w nowoczesną aparaturę naukowo-badawczą wzmocni jego pozycję w konkursach na pozyskanie finansowania z projektów krajowych jak i międzynarodowych. Wyniki przeprowadzonych badań będą publikowane w czasopismach o zasięgu krajowym i międzynarodowym, a także prezentowane na konferencjach. Wnioskowana aparatur pozwoli również na wzmocnienie współpracy z otoczeniem gospodarczym.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.11.2024 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 3.042.702,50 zł
ZADANIA:
- Zakup ultra sprawnego chromatografu cieczowego z technologią 2D sprzężonego z detektorem fotodiodowym oraz spektrometrem mas typu podwójny kwadrupol (UHPLC-PDA-TQD-MS/MS)
Technika UHPLC-PDA-MS/MS jest obecnie szeroko wykorzystywana w badaniach jakości płodów rolnych, pasz, żywności oraz różnych bioaktywnych ekstraktów roślinnych (suplementy diety i farmacja) oraz metabolomice ukierunkowanej (ilościowe oznaczanie wykrytych biomarkerów różnicujących). Ponadto wiele nowych wytycznych UE oraz Farmakopealnych dotyczących badań tych materiałów już zaleca/lub wymaga stosowania precyzyjnych technik pomiarowych, takich jak MS/MS (monitorowanie reakcji i produktów rozpadu analitów).
Technika UHPLC-PDA-MS/MS umożliwia:
- identyfikację chemiczną substancji na podstawie uzyskanych danych spektroskopowych (w tym fragmentację jonu molekularnego i porównanie z bibliotekami metabolitów),
- jednoczesne oznaczenie zawartości wielu substancji w skomplikowanych mieszaninach próbek w relatywnie krótkim czasie (czas trwania pojedynczej analizy od kilku do kilkunastu minut), wraz z zapewnieniem dużej czułości wykrycia analitów (bardzo niskie granice oznaczalności),
- standaryzację analizowanych próbek substratów/półproduktów pod kątem zawartości substancji czynnych
- do wytworzenia produktów z różnych gałęzi przemysłu (suplementy diety, farmacja, kosmetyki),
- uzyskanie informacji o prozdrowotnych właściwościach badanego materiału (naturalne substancje o korzystnym działaniu), a także jego możliwej toksyczności dla zwierząt i człowieka (toksyny i zanieczyszczenia) oraz zafałszowaniu innymi substratami/półproduktami.
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy posiada odpowiednią infrastrukturę do instalacji aparatury, o którą wnioskuje, a także wysoko wykfalikowanych pracowników do jego obsługi, co oznacza, że będzie ona w pełni i efektywnie wykorzystywana. Zespół badawczy IUNG-PIB posiada duże doświadczenie w pracy z techniką UHPLC-MS, co jest potwierdzone wieloma publikacjami w czasopismach z wysokim IF oraz zdobytymi projektami naukowymi.
Aparat UHPLC-PDA-MS/MS (chromatograf generacji Premier oraz spektrometr masowy Xevo-TQS micro) pozwoli na kontynuowanie i usprawnienie bieżących aktywności badawczych Instytutu oraz rozszerzenie jego dotychczasowej działalności i oferty analitycznej (włączając zadania związane z analizą substratów i pozostałości w procesie produkcji biogazu). Wykorzystanie dwuwymiarowego chromatografu cieczowego (2D, LC × LC), poprzez zastosowanie dwóch różnych typów oddziaływań (np. HILIC × RPLC), umożliwi rozdzielenie i analizę jeszcze bardziej złożonych mieszanin związków oraz wykrycie i oznaczenie substancji śladowych poprzez zagęszczenie analitów ‘on-line’. Nowoczesne spektrometry mas typu podwójny kwadrupol (TQ) cechują się wysoką czułością, dużą szybkością skanowania oraz możliwością pracy w dwóch trybach jednocześnie (pełne skanowanie + skrining fragmentacyjny jonów molekularnych), co znacząco ułatwi i przyspieszy analizę próbek.
- Zakup urządzenia do ekstrakcji mikrofalowej lotnych produktów naturalnych wraz z wyposażeniem
Celem zadania jest zakup nowoczesnego i wydajnego urządzenia do mikrofalowej ekstrakcji lotnych składników (olejków eterycznych) z surowca roślinnego (np. roślin leczniczych i przyprawowych) w skali półpreparatywnej.
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy nie dysponuje obecnie zautomatyzowanym urządzeniem przeznaczonym do ekstrakcji lotnych substancji smakowych i zapachowych, dlatego planowany zakup uzupełni lukę w ważnym etapie przygotowania ekstraktów wzbogaconych w te składniki, co finalnie przyczyni się również do rozszerzenia spektrum badań prowadzonych w Instytucie o ten ważny jakościowo komponent płodów rolnych, pasz i żywności.
Konwencjonalną metodą olejki eteryczne otrzymuje się poprzez destylację z parą wodną (przy użyciu aparatu Derynga lub Clevengera), która jest niestety bardzo czasochłonna (proces trwa zazwyczaj kilka godzin) oraz wymaga zastosowania dużej ilości rozpuszczalnika (kilka litrów), który wpływa niekorzystnie na profil uzyskanego ekstraktu (utlenienie niektórych wrażliwych składników) oraz często wiąże się z koniecznością zastosowania etapu oczyszczania przed analizą techniką GC-MS. Dostępne na rynku nowoczesne i zautomatyzowane urządzenia (takie jak Ethos X) wykorzystują technikę ekstrakcji wspomaganej mikrofalami bez zastosowania dodatkowego rozpuszczalnika ekstrakcyjnego, która zaliczana jest do tzw. ‘zielonych technik’ (o zerowym lub minimalnym negatywnym oddziaływaniu na środowisko naturalne). Pozwalają one na szybkie i wydajne ekstrahowanie (czas trwania procesu zazwyczaj do 60 min) pożądanych związków z surowca roślinnego poprzez mikrofalowy mechanizm ogrzewania wody naturalnie obecnej w próbkach, zapewniając niezmieniony produkt wysokiej jakości. Otrzymane w ten sposób olejki eteryczne mogą być bezpośrednio analizowane z wykorzystaniem techniki GC-MS, bez dodatkowego etapu oczyszczania/zagęszczania próbki.
Wyposażenie Instytutu w aparat do mikrofalowej ekstrakcji substancji smakowych i zapachowych w skali półpreparatywnej (naczynia ekstrakcyjne o pojemności 2 litrów) znacząco ułatwi i przyspieszy etap przygotowania ekstraktów wzbogaconych w lotne składniki, umożliwiając ich rutynową analizę w próbkach i ocenę jakości płodów rolnych, roślin zielarskich i miododajnych oraz pasz i żywności. Ponadto nowe urządzenie będzie wykorzystane w badaniach nad waloryzacją biomasy odpadowej, poprzez ekstrakcję i oznaczenie profilu jakościowego i ilościowego jej lotnych składników.
- Zakup zestawu trzech fermentorów do fermentacji metanowej ciągłej
Celem zadania jest rozszerzenie zakresu analiz laboratoryjnych o badania nad procesem fermentacji metanowej w trybie ciągłym. Zaplanowano zakup aparatury, która zapewni kontrolę i utrzymanie zadanych parametrów procesu fermentacji takich jak temperatura, pH, potencjał oksydoredukcyjny oraz pomiar ilości powstającego w procesie biogazu.
Realizacja tego zadania pozwoli na prowadzenie kompleksowych badań nad procesem zachodzącym w mniejszej skali, lecz w analogicznych warunkach jak w biogazowni rolniczej. Możliwe będzie badanie różnych surowców pochodzących z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego, jako potencjalnych substratów do produkcji biogazu. Ponadto, z zastosowaniem zestawu fermentorów będzie możliwość poboru masy fermentacyjnej do badań, a także dodatku substancji badanych do fermentora, bez zakłócenia przebiegu procesu. Duża objętość fermentorów (15 L) umożliwi otrzymanie osadu pofermentacyjnego o odpowiedniej ilości i jakości do dalszych badań poletkowych lub wazonowych, w celu oceny jego wpływu na wzrost roślin i jakość plonów.
Zrealizowanie tego zadania umożliwi wnioskodawcy współpracę z przemysłem i rolnikami, da możliwość wyjścia naprzeciw ich zapotrzebowaniu na badania biomasy pod kątem energetycznym i badania możliwości zagospodarowania osadu pofermentacyjnego. Rozwój tych badań jest istotny ze względu na dużą dostępność biomasy odpadowej i problem z jej utylizacją i zagospodarowaniem. Biomasa ta jest bogatym źródłem materii organicznej do produkcji biogazu, a pośrednio do produkcji biometanu i energii elektrycznej i ciepła w kogeneracji. Jednocześnie niejednokrotnie jest to materiał niejednorodny, o zmiennym składzie w trakcie roku, posiadający skład, który utrudnia rozkład w fermentorze lub też mogący zawierać substancje szkodliwe dla procesu produkcji biogazu. Zbadanie takiej biomasy w warunkach laboratoryjnych pomoże w jej lepszym poznaniu i przyczyni się do wzrostu jej wykorzystania.
Kolejnym problemem, wymagającym pilnego rozwiązania jest ograniczenie zużycia paliw kopalnych i emisji gazów cieplarnianych. Do jego rozwiązania potrzebny jest rozwój sektora biogazu, gdyż biogaz jest naturalnym i w pełni odnawialnym źródłem energii. Ponadto, wykorzystanie do produkcji biogazu biomasy odpadowej, w szczególności obornika i gnojowicy w sposób istotny ograniczy emisję gazów cieplarnianych (głównie metanu) z rolnictwa. Uważa się, że rozwój sektora biogazu przyczyni się do poprawy stabilności na rynku energetycznym, gdyż produkcja energii w biogazowniach odbywa się w sposób stabilny, a ilość wyprodukowanej energii jest niezależna od warunków pogodowych. Ponadto biogazownie mogą stać się pewnego rodzaju magazynami energii, gdyż biogaz może być w nich przechowywany przez pewien czas i wykorzystany do produkcji energii w okresie szczytowego zapotrzebowania.
Rozwój wykorzystania pofermentu jako nawozu przyczyni się do rozwiązania problemu z zagospodarowaniem tego odpadu, ale jednocześnie wpłynie na ograniczenie zużycia składników nawozów mineralnych pozyskiwanych z kopalin oraz na drodze syntezy chemicznej Dzięki badaniom nad produkcją biogazu z biomasy pochodzącej z rolnictwa i przetwórstwa rolno-spożywczego możliwy będzie rozwój gospodarki o obiegu zamkniętym, gdzie energia produkowana jest z pozostałości po produkcji żywności i produktów ubocznych z produkcji roślinnej, zaś pozostałość po produkcji energii (w tym przypadku poferment) jest wykorzystywany jako nawóz do produkcji tej żywności.
- Zakup analizatora elementarnego
Celem zadania jest zakup analizatora elementarnego, który pozwoli na poszerzenie zakresu badań laboratorium o analizy zawartości podstawowych pierwiastków wchodzących w skład związków organicznych: C, H, N, S, O. Analizator wykorzystuje metodę dynamicznego wysokotemperaturowego spalania próbek w piecu z elektronicznie sterowaną temperaturą, separację powstających gazów na kolumnie i ich detekcję na wysokiej czułości detektorze termoprzewodnościowym. Aparat umożliwia szybką i w pełni automatyczną analizę.
Szczególnie istotna z punktu widzenia procesu fermentacji metanowej jest znajomość stosunku C/N i C/N/P/S, które powinny mieścić się w granicach odpowiednio 25-30:1 i 600:15:5:1. Jest to związane z tempem wykorzystywania tych pierwiastków przez mikroorganizmy biorące udział w procesie. Niewłaściwy stosunek badanych pierwiastków powoduje zakłócenie przebiegu procesu, spadek jego wydajności, a niekiedy także całkowite zahamowanie. Analiza zawartości powyższych pierwiastków pomoże w ocenie przydatności badanych materiałów roślinnych do produkcji biogazu oraz uprzedzi o możliwych problemach w przebiegu procesu. Znajomość składu pierwiastkowego badanych surowców pozwoli na odpowiedni ich dobór do badań np. w postaci mieszanek różnych surowców, tak, aby zoptymalizować stosunek pierwiastków w całym reaktorze. Prowadzone w tym zakresie badania dadzą odpowiedź na pytanie, które surowce warto ze sobą łączyć i w jakich proporcjach. Analiza elementarna z wykorzystaniem zakupionej aparatury znajdzie zastosowanie również w określeniu zawartości pierwiastków biogennych w wytworzonym podczas produkcji biogazu osadzie pofermentacyjnym.
Z punktu widzenia jego wykorzystania jako nawozu bardzo istotna jest właściwa zawartości takich pierwiastków jak azot, siarka, ale także węgiel organiczny. Ponadto, na podstawie analizy zawartości azotu organicznego możliwe będzie wyznaczenie zawartości białka ogólnego w badanych płodach rolnych, paszach i biomasie. Zawartość białka ma istotny wpływ na wartość odżywczą żywności i pasz. Jego wysoka zawartość w paszach wspomaga wzrost i rozwój zwierząt.
Z punktu widzenia produkcji biogazu, białko jest wysokoenergetycznym składnikiem biomasy, którego fermentacja skutkuje wysokim udziałem metanu w biogazie. Jest składnikiem łatwiej rozkładalnym niż węglowodany strukturalne, czy tłuszcz. Jednocześnie zbyt wysoka zawartość białka może powodować inhibicję procesu fermentacji metanowej na skutek produkcji toksycznego dla metanogenów amoniaku. Stąd też kontrola zawartości białka w surowcach wykorzystywanych do produkcji jest niezbędnym etapem badań prowadzonych w projekcie. Znajomość składu elementarnego nieznanego związku, będzie pomocna przy ustaleniu jego wzoru rzeczywistego i w jego identyfikacji. Wspomoże to badania nad nowymi, dotąd nieizolowanymi związkami biologicznie czynnymi pochodzenia roślinnego, w tym z biomasy odpadowej.
- Zakup automatycznego analizatora włókna surowego
Zakup analizatora włókna surowego umożliwi analizę plonów rolnych, pasz i biomasy energetycznej pod kątem zawartości węglowodanów strukturalnych – włókna surowego oraz jego frakcji: NDF, ADF i ADL, celulozy, hemicelulozy i ligniny. Pośrednio aparat daje również możliwość oznaczenia zawartości tłuszczu surowego oraz sumarycznej zawartości węglowodanów niestrukturalnych. Parametry te są istotne do oceny jakości pasz, ale również surowca do produkcji biogazu. Zawartość włókna surowego i poszczególnych frakcji daje informacje o strawności danej paszy. Ponadto, surowce o wysokiej zawartości trudnorozkładalnych frakcji włókna surowego trudniej ulegają fermentacji metanowej i czas ich rozkładu jest dłuższy. Poznanie składu biomasy jest ważnym etapem realizacji badań nad proces fermentacji metanowej, umożliwiającym wyjaśnienie przebiegu procesu i końcowego uzysku biogazu.
Możliwość analizy zawartości włókna surowego i jego frakcji usprawni badania nad skutecznością różnych metod obróbki wstępnej materiału roślinnego przed jego fermentacją. Wiele substratów takich jak np. słoma, obornik, czy biomasa roślin wieloletnich charakteryzuje się wysoką zawartością trudnorozkładalnych składników. Poszukiwanie metod skuteczniej obróbki wstępnej (fizycznych, chemicznych, biologicznych) jest dużym wyzwaniem. Metody mają na celu rozbicie sztywnej struktury włókien ligninocelulozowych ścian komórkowych, w celu poprawy dostępu mikroorganizmów do składników znajdujących się wewnątrz komórek tkanki roślinnej. Celem takiej obróbki jest również poprawa rozkładu beztlenowego samej celulozy, hemicelulozy, a także ligniny, na skutek rozerwania długich łańcuchów i złożonej struktury i powstania związków o prostszej budowie, głownie cukrów.
Zbadanie zawartości wspomnianych składników w roślinach nawożonych osadem pofermentacyjnym, pozwoli na ocenę wpływu pofermentu jako nawozu, na jakość płodów rolnych.
- Zakup analizatora biogazu
Celem zadania jest zakup przenośnego analizatora biogazu wyposażonego w czujniki elektrochemiczne i na podczerwień, dzięki którym możliwy jest pomiar zawartości procentowej metanu, dwutlenku węgla, tlenu, siarkowodoru i amoniaku.
Przy użyciu analizatora kontrolowana będzie ewentualna obecność tlenu, którego brak jest wymogiem koniecznym dla prawidłowego przebiegu procesu fermentacji metanowej, która jest procesem beztlenowym. Pomiar składu biogazu otrzymanego w procesie fermentacji metanowej, która będzie prowadzona w fermentorach jest istotnym elementem oceny wydajności procesu. Oprócz ilości biogazu powstałego w procesie, bardzo ważna jest również jego jakość, a więc zawartość metanu, świadcząca o kaloryczności biogazu. O jakości biogazu świadczy także zawartość zanieczyszczeń takich jak siarkowodór i amoniak. Gazy te są balastem, który przeszkadza w wykorzystaniu biogazu jako paliwa w silnikach gazowych. Analiza składu biogazu jest istotna również z uwagi na możliwość uszlachetniania biogazu, czyli produkcję biometanu, poprzez oczyszczanie biogazu z dwutlenku węgla i siarkowodoru, do jakości gazu ziemnego. Zakup analizatora biogazu pozwoli na ocenę jakości biogazu powstałego z badanych surowców, a więc pośrednio także na ocenę przydatności tych surowców do produkcji biogazu. Znając zawartość metanu w biogazie, będzie można również obliczyć jego wartość energetyczną.
Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG.KPOD.01.19-IP.04-00-13/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Laboratorium monitorowania rozwoju roślin i parametrów fizjologicznych”.
Cel projektu: Modernizacja Laboratorium monitorowania rozwoju roślin i parametrów fizjologicznych
Opis projektu:
W rolnictwie, efektywność produkcji zależy od warunków pogodowych. Obecne prognozy nie są optymistyczne, albowiem scenariusze klimatyczne zakładają wzrost średniej temperatury powietrza oraz wydłużanie okresów bezopadowych, czego konsekwencją będzie wzrost częstości występowania suszy i innych niekorzystnych zjawisk pogodowych i środowiskowych (np. zwiększenie presji agrofagów). Dlatego podejmowanie badań związanych z poszukiwaniem możliwości poprawy adaptacji roślin do zmieniających się warunków środowiska i łagodzenia niekorzystnego wpływu stresów abiotycznych i biotycznych na wzrost i plonowanie roślin uprawnych jest zadaniem priorytetowym dla nauki w kontekście bezpieczeństwa żywności i stanowi duże wyzwanie dla rolnictwa.
Zmiany klimatyczne wymagają nowego spojrzenia na zagadnienia związane z produkcją roślinną. Obecne i nowe gatunki oraz odmiany roślin uprawnych powinny charakteryzować się cechami morfologicznymi i fizjologicznymi, które pozwolą na sprawne funkcjonowanie i wydajne ich plonowanie w zmiennych warunkach środowiska. Nadrzędnym celem jest więc poznanie mechanizmów związanych z reakcją roślin na czynniki stresowe z uwzględnieniem różnych strategii odporności i tolerancji na stres.
Projekt obejmuje badania związane z oceną wpływu różnych czynników na procesy biologiczne i fizjologiczne roślin, decydujące o ich wzroście, rozwoju, kondycji i konkurencyjności, co w konsekwencji przekłada się na wielkość i jakość plonu. Do tego typu badań wykorzystane zostanie mobilne laboratorium monitorowania rozwoju i parametrów fizjologicznych roślin. Nowoczesna aparatura naukowo-badawcza pozwoli na ocenę stanu fizjologicznego roślin i lepsze zrozumienie reakcji na zmieniające się warunki. Dzięki takim badaniom można będzie analizować parametry charakteryzujące wydajność aparatu fotosyntetycznego, które różnią się w odpowiedzi na niekorzystne czynniki stresowe. Proces fotosyntezy, który jest podstawą tworzenia biomasy roślin, odbywa się przy udziale pochłanianego przez barwniki promieniowania fotosyntetycznego (PAR). W zależności od wzorca dystrybucji wytworzonych fotoasymilatów, plon użytkowy ma większy lub mniejszy udział. Zachodzi więc potrzeba analizowania wpływu określonych czynników stresowych na ten etap fotosyntezy, w którym energia PAR zostaje wychwycona przez anteny chlorofilowe i związana w tzw. siłę asymilacyjną.
Czynniki stresowe mogą wpływać na wielkość i strukturę systemu korzeniowego, wielkość powierzchni liściowej oraz zawartość barwników w liściach. Analiza tych elementów pozwoli na określenie czynników, zarówno sprzyjających wzrostowi biomasy, jak i zakłócających te procesy. Z kolei badania wskaźników związanych z zawartością barwników w liściach mogą być wykorzystywane do diagnostyki stanu zdrowia roślin i ich reakcji na różne stresy. Takie badania mogą być wykorzystywane także w pracach hodowlanych dążących do uzyskania roślin o lepszych właściwościach użytkowych (m.in. większa wydajność, odporność na choroby i stresy abiotyczne).
Do oceny i monitorowania stanu łanu na podstawie cech fizjologicznych, morfologicznych i spektralnych roślin służą indeksy wegetacyjne (LAI, NDVI). W planowanych badaniach wykorzystana będzie nowoczesna technologia zobrazowań multispektralnych, która pozwala w krótkim czasie na uzyskanie indeksów wegetacyjnych łanu, na podstawie których tworzone będą mapy pokazujące różnice w zdrowotności roślin wynikające z dostępności wody, stanu odżywienia roślin, działania pestycydów czy porażenia przez choroby. Istotnym elementem wyposażenia omawianego laboratorium jest sprzęt nieodzowny do prowadzenia badań polowych. Projektowanie badań nad rozwojem i fizjologią roślin uwzględnia zarówno poziom rośliny, łanu jak i pola. Elementem koniecznym do oceny efektów produkcyjnych i jakościowych jest określenie plonowania roślin i wstępnego przygotowania próbek do czego niezbędny jest m.in. specjalistyczny kombajn poletkowy i suszarka laboratoryjna.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 31.03.2025 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 2.255.000,00 zł
ZADANIA:
- Zakup porometru liścia
Elementem chrakteryzującym stan roślin uprawnych jest m.in. przewodność szparkowa, która określa przewodnictwo dyfuzyjną powierzchni liści. Za pomocą tego pomiaru kontrolowana jest utrata wody z liści, jak i pobór CO2 do fotosyntezy. Pomiary przewodnictwa dyfuzyjnego są ważnymi wskaźnikami stanu wody w roślinach i zapewniają cenny wgląd we wzrost i adaptację roślin do zmiennych warunków środowiskowych. Zakup przenośnego aparatu AP4 Leaf Porometer from Delta-T pozwoli na prosty i bezinwazyjny dla rośliny sposób uzyskania danych dotyczących przewodnictwa szparkowego i rezystancji szparkowej liści.
- Zakup systemu analizy łanu roślin uprawnych
Ważnym elementem we wzroście i rozwoju roślin jest promieniowanie słoneczne wykorzystywane w procesie fotosyntezy. Zakresem promieniowania fotosyntetycznie czynnego (PAR) jest 400-700 nm. Terenowe przyrządy pomiarowe PAR dostarczają cennych informacji na temat produkcji biomasy (w tym plonu), wskaźnika powierzchni liści (LAI). Wyniki pomiarów PAR dostarczają istotnych informacji przy porównywaniu upraw, w jaki sposób wykorzystują energię słoneczną w produkcji roślinnej. Przyrządem pomiarowym promieniowania fotosyntetycznie czynnego w łanach roślin jest: SS1-STD3 SunScan Canopy Analysis System for Crops.
- Zakup dronu ze stacją dokującą
Wprowadzenie nowoczesnych metod zobrazowań środowiska rolniczego z wykorzystaniem bezzałogowych statków powietrznych (BST) (dronów) jako nośników oprzyrządowania optycznego otworzyło nowy rozdział w precyzyjnym szacowaniu plonów w sposób bezszkodowy dla plantacji. Zobrazowania pozwoliły na bardziej precyzyjne wyznaczenie m.in. zasięgu suszy w porównaniu do metod tradycyjnych, opartych na pomiarach punktowych, które podlegają interpolacji. Nowoczesna technologia zobrazowań multispektralnych pozwoliła w bardzo krótkim czasie na uzyskanie indeksów NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), na podstawie których obserwowane są zmiany zachodzące w uprawach rolnych, uzyskano mapy dotyczące różnic zdrowotności roślin spowodowane m.in. niedoborem wody z perspektywy innej niż z poziomu ziemi. Dodatkowo zaobserwowano różnice w odżywieniu roślin wynikających ze zmienności glebowej, poza tym możliwe było szacowanie ilości biomasy, określanie szkód wyrządzonych przez szkodniki, choroby czy szacowanie szkód łowieckich. Celem badań prowadzonych za pomocą dronów będzie dopracowanie metodyki stosowanej podczas oceny możliwości wykorzystania kamery wielospektralnej do oceny m.in. odporności zbóż na stresy. Do tych badań będzie wykorzystany zestaw składający się z drona DJI Martice 30T i stacji dokującej DJI Dock. Jest to autonomiczny system do zdalnego monitorowania upraw w trybie 24/h bez względu na porę dnia, pogodę czy aktualnie znajdującego się miejsca przebywania operatora. Zestaw z kamerą termowizyjną i stacją dokującą pozwala obsługiwać najbardziej zaawansowane misje, niezależnie od warunków atmosferycznych i środowiska w sposób w pełni autonomiczny. Po wgraniu odpowiednio przygotowanej misji do zestawu, dron sam startuje, wykonuje oblot, ląduje i ładuje się (na czas ładowania stacja dokująca automatycznie zamyka się chroniąc drona) – przez cały sezon wegetacyjny – zbierając dane. W pełni naładowany dron lata przez 40 minut i może przeprowadzać misje aż do 7 km od stacji dokującej.
- Zakup chlorofilomierza
Do pomiaru względnej zawartości chlorofilu w tkankach roślinnych służy chlorofilomierz Minolta SPAD 502 Plus, który pozwala określić stan jakościowy roślin uprawnych. Przyrząd ten mierzy różnicę pomiędzy absorpcją promieniowania przy długości fali 650 nm (maximum absorpcji promieniowania w zakresie czerwieni przez chlorofile a i b) oraz 940 nm (promieniowanie transmitowane przez tkankę liścia). Wynik pomiarów, podawany jest w jednostkach SPAD (Soil Plant Analysis Development). Pomiary chlorofilometrem będą wykonywane podczas obserwacji stanu roślin na testowanych polach uprawnych (RZD IUNG-PIB, współpracujących rolników, wskazanych przez organizacje rolnicze). Pomiary znajdą zastosowanie głownie dla kalibracji funkcji regresyjnych między obserwacjami kondycji roślin (na bazie indeksu SPAD) a teledetekcyjnymi indeksami wegetacji (np. NDVI, NDWI, EDRE – na bazie satelitarnych danych optycznych jak i bezzałogowych statków powietrznych (dronów). Użycie tego przyrządu stwierdza zachodzące zmiany w rozwoju i we wzroście roślin, które nie są widoczne dla ludzkiego oka.
- Zakup przenośnego spektroradiometru terenowego do teledetekcji
Pomiary promieniowania słonecznego (analizę promieniowania spektralnego): bezpośredniego, rozproszonego, całkowitego, odbitego od podłoża, transmitowanego przez rośliny w zakresie od 350 do 2500 nm wykorzystywane są do określenia zdrowotności roślin oraz analizy spektralnej gleb w sposób bezinwazyjny dla uprawy. Badania promieniowania w tym zakresie pozwalają na przeprowadzenie pomiarów spektroradiometrycznych z bardzo duża rozdzielczością widmową: 2,8 nm do 700 nm, 8 nm do 1500 nm, 6 nm do 2100 nm. Przyrządem wykonującym pomiary o tak szerokim zakresie promieniowania oraz o bardzo dużej rozdzielczości jest rolniczy (polowy) spektroradiomer: PSR+ 3500 High Resolution Field Portable Spectroradiometers for Remote Sensing.
- Zakup przenośnego spektroradiometru terenowego do teledetekcji
Aparat pozwala wykonywać pomiary wielu parametrów liścia (powierzchnia, szerokość, długość, obwód, współczynnik kształtu, procent powierzchni uszkodzonej) na żywych i usuniętych organach w dowolnej fazie wzrostu i rozwoju roślin. Dzięki łatwej obsłudze, małej masie i dużej pamięci jest bardzo wygodny w użyciu i nadaje się do pracy zarówno w terenie, jak i laboratorium. Pomiary przyżyciowe na tym samym liściu w różnych fazach rozwojowych roślin mają duże znaczenie z punktu widzenia śledzenia dynamiki wzrostu i rozwoju liścia oraz tempa gromadzenia biomasy. Natomiast użycie opcjonalnej przystawki, podajnika do CI-203, pozwala na pomiar liści oderwanych od rośliny, które następnie mogą być wykorzystane do dalszych badań i analiz chemicznych. Powierzchnia liści stanowi bardzo ważny wskaźnik decydujący o stanie fizjologicznym rośliny, jej reakcji na stosowane zbiegi agrotechniczne oraz zmienne warunki klimatyczno-glebowe. W połączeniu z pomiarami wymiany gazowej i fluorescencji chlorofilu stanowi kompleksową ocenę kondycji rośliny i jej możliwości plonotwórczych. Ocena tych parametrów pozwala na opracowanie optymalnych warunków wzrostu i rozwoju roślin, a w konsekwencji racjonalnego wykorzystania zasobów środowiska przyrodniczego. Zakup laserowego miernika powierzchni liści znacznie poszerzy możliwości oceny stanu roślin i łanu oraz pozwoli na precyzyjną ocenę wpływu czynników stresowych i stosowanych zabiegów agrotechnicznych na fizjologiczne wskaźniki wzrostu i rozwoju roślin, decydujące o późniejszym plonowaniu.
- Zakup spektrometru do liści
Spektrometr w połączeniu z sondą do liści i odpowiednim oprogramowaniem mierzy transmisję, absorbancję i odbicie światła w szerokim zakresie długości fal (350-1100 nm) obejmujących światło widzialne i podczerwień (NIR). Aparat określa zawartości barwników w liściach (chlorofilu, antocyjanów, karotenoidów, flawonoli) oraz pozwala wyznaczyć wiele różnych wskaźników fizjologicznych związanych z dynamiką wzrostu i rozwoju oraz wigorem roślin. Ma to szczególnie znaczenie w badaniach nad wpływem stresów biotycznych i abiotycznych na rośliny oraz ich adaptacją do zmiennych warunków środowiska. Przenośny spektrometr liści SpectraVue umożliwia zbieranie i analizowanie danych w czasie rzeczywistym, w sposób bezinwazyjny dla roślin. Wykorzystując gotowe wskaźniki (40) lub tworząc nowe, aparat pozwala określić wpływ zmiennych warunków środowiskowych na ilościowe oznaczanie składników odżywczych i barwników oraz wykorzystuje modelowanie chemometryczne do optymalizacji zdrowia roślin i plonowania. Dane spektralne liści w odpowiedzi na czynniki stresowe mogą dostarczyć wielu, różnych informacji na temat zdrowotności łanu oraz praktyk zarządzania łanem roślin uprawy polowej.
- Zakup przenośnego miernika stresu roślin
Przenośny miernik stresu roślin to urządzenie umożliwiające pomiar fluorescencji chlorofilu liści roślin oraz poszczególnych faz fotosyntezy i ich stosunki. Urządzenie umożliwia bezinwazyjny pomiar takich parametrów, jak: F0, Fm, Fv, Fv/Fm, Fv/F0, TFm, test OJIP. Mierzone parametry, jak też ich wzajemne stosunki to uznane wskaźniki umożliwiające ocenę stresu roślin wywołanych przez czynniki biotyczne i abiotyczne. Do głównych czynników wywołujących zmiany w roślinach zaliczamy: zmiany klimatyczne, oddziaływanie środków ochrony roślin (zarówno chemicznych, jak też preparatów z grupy BIO), nawozów, biostymulatorów, substancji wspomagających, itp. Przenośny miernik stresu roślin OS30p+ to jedno z podstawowych urządzeń umożliwiających prowadzenie badań związanych z problematyką odporności roślin na pestycydy, oceną nowych technologii – systemów ochrony roślin, szczególnie w oparciu o preferowaną grupę substancji LRP (pestycydów o niskim wskaźniku ryzyka) oraz w ocenie skutków zmian klimatu na rozwój, konkurencyjność i plonowanie roślin uprawnych i chwastów. Szczególną zaletą urządzenia jest możliwość prowadzenia pomiarów bezpośrednio na polu bez uszkadzania rosnących roślin.
- Zakup stacjonarnego systemu do analizy systemu korzeniowego
System korzeniowy pełni u roślin dwie bardzo ważne funkcje: mechaniczną i fizjologiczną. Pierwsza polega na zakotwiczeniu rośliny w podłożu, druga na dostarczaniu liściom i pędom wody oraz składników mineralnych. Dobrze rozwinięty, głęboko sięgający system korzeniowy efektywnie zaopatruje rośliny w niezbędne składniki pokarmowe i wodę, czyniąc je bardziej odpornymi na potencjalne, niesprzyjające warunki pogodowe. Jest to istotne zwłaszcza okresach niedoborów opadów i suszy, które w dobie obserwowanych zmian klimatu zdarzają się coraz częściej. Rozbudowany system korzeniowy zapewnia także znacznie efektywniejsze pobieranie składników pokarmowych i ich wykorzystanie, co może przyczynić się do zmniejszenia zużycia nawozów na jednostkę powierzchni przy jednoczesnym zachowaniu plonu. Badania systemu korzeniowego za pomocą stacjonarnego systemu do analiz bryły korzeniowej roślin pozwoli na określenie czynników sprzyjających rozwojowi i wzrostowi systemu korzeniowego, a także czynników je zakłócających. Zakup aparatu WinRHIZO Arabidopsis LA2400 pozwoli na poszerzenie zakresu prowadzonych prac badawczych dotyczących fizjologii roślin o dodatkowy aspekt związany z rozwojem systemu korzeniowego u różnych gatunków roślin uprawnych. Wskazany aparat dokonuje pełnej analizy morfologicznej systemu korzeniowego (długość, powierzchnia, objętość).
- Zakup systemu pomiaru naświetlenia w łanie
Indeks pokrycia liściowego LAI jest wskaźnikiem struktury przestrzennej łanu wyrażonym zagęszczeniem liści na jednostce powierzchni, a pośrednio wyznacznikiem przebiegu procesów rozwojowych roślin związanych ze wzrostem i intensywnością rozwoju zielonej masy. Wyraża on stosunek powierzchni asymilacyjnej liści zdolnej do absorpcji PAR, od której zależy fotosynteza, do powierzchni gruntu. Jego pomiar w poszczególnych fazach rozwoju roślin pozwala na określenie dynamiki wzrostu i gromadzenia biomasy wegetatywnej wpływającej na późniejszy plon. Udowodniono zależność pomiędzy budowaniem odpowiedniej biomasy wegetatywnej a późniejszym plonem roślin uprawnych, w tym roślin zbożowych i pastewnych o dużym znaczeniu gospodarczym. Wskazuje to na potrzebę systematycznej kontroli indeksu pokrycia liściowego za pomocą przeznaczonych do tego urządzeń badawczych, ponieważ warunki pogodowe, nawożenie, a także zmienność glebowa mogą znacząco wpływać na wzrost i rozwój roślin, a także na zmiany przestrzenne łanu. Pomiar gęstości łanu za pomocą indeksu pokrycia liściowego w poszczególnych fazach daje miarodajny wynik efektywności prowadzonej uprawy roślin i ustalenia w możliwie najkrótszym czasie potencjalnych czynników, w tym stresów biotycznych i abiotycznych, które mogą obniżyć plon. Zakup aparatu TYP SUNSCAN SS1-COM pozwoli zastąpić dotychczasowy, mocno wyeksploatowany aparat do pomiaru LAI nowocześniejszym, o większej dokładności, który będzie pomocny w monitorowaniu wskaźników rozwoju różnych gatunków roślin uprawnych o dużym znaczeniu gospodarczym.
- Zakup kombajnu poletkowego do zbioru doświadczeń
Specjalistyczny kombajn poletkowy służy do zbioru ścisłych doświadczeń polowych. Maszyna będzie wykorzystywana do badań prowadzonych jako ścisłe eksperymenty polowe ze wszystkimi gatunkami roślin uprawy polowej. Z uwagi na zakres prac doświadczalnych oraz potrzebę odnowienia parku maszynowego zakup jest uzasadniony i niezbędny. Wyposażenie instytutu w nowy, nowoczesny sprzęt bezpośrednio przełoży się na jakość prowadzonych prac badawczych.
W Instytucie prowadzone są liczne doświadczenia ukierunkowane na rozwiązywanie aktualnych problemów agrotechnicznych. Zakup nowego kombajnu jest szczególnie ważny, ze względu na prowadzenie eksperymentów, w których precyzja zbioru i jego jakość mają podstawowe znaczenie. W profilu działalności instytutu są badania ukierunkowane w dużej części na badania na poziomie pola, służące jednocześnie działalności upowszechnieniowej i szkoleniowej z wykorzystaniem polowych obiektów badawczych. W tym kontekście instytut powinien reprezentować wysoki poziom praktyki doświadczalnej, której elementem jest nowoczesny sprzęt.
- Zakup suszarek laboratoryjnych 2 sztuki
Suszarki komorowe stanowią niezbędne wyposażenie laboratorium i służą do prowadzenia badań, w których przygotowuje się różnego rodzaju próbki roślinne do analiz chemicznych ukierunkowanych m.in. na ocenę parametrów jakościowych oraz zasobności w składniki pokarmowe. Aby stworzyć wewnątrz komory jak najlepsze warunki i stabilny rozkład temperatur, suszarka bądź cieplarka laboratoryjna musi posiadać system konwencji powietrza, czyli obiegu ciepła. Urządzenia z wymuszonym obiegiem powietrza pozwalają na stabilne utrzymanie temperatury w całej komorze i równomierne nagrzewanie próbek, co zwiększa wydajność procesu oraz pozwala na uzyskanie jednolitego, dobrego jakościowo materiału do dalszych badań chemicznych i biochemicznych.
Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG–KPOD.01.19–IP.04-0038/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Wzmocnienie potencjału hodowli chmielu poprzez modernizację bazy doświadczalnej”.
Cel projektu: Wzmocnienie potencjału hodowli chmielu poprzez modernizację bazy doświadczalnej
Opis projektu:
Hodowla i wprowadzanie do uprawy nowych odmian roślin charakteryzujących się wyższym potencjałem plonowania, lepszą jakością plonu oraz odpornością lub większą tolerancją na stresy biotyczne i abiotyczne jest ważnym elementem działań służących klimatowi i ochronie środowiska, pozwala bowiem na utrzymanie bezpieczeństwa ekonomicznego i jakości życia przy mniejszych nakładach pracy, energii i mniejszym negatywnym oddziaływaniu na środowisko. Zgodnie z założeniami Europejskiego Zielonego Ładu rolnicy, w tym producenci chmielu, są zobowiązani do rozwijania bardziej zrównoważonych praktyk rolniczych oraz podejmowania wysiłków na rzecz ochrony środowiska, zachowania bioróżnorodności, a także przeciwdziałania zmianom klimatu. Wzmocnienie potencjału hodowli chmielu poprzez modernizację bazy doświadczalnej niezbędnej do prowadzenia prac hodowlanych przyczyni się do uzyskania nowych odmian odpowiadających tym potrzebom oraz ułatwi osiągnięcie celów EZŁ.
Hodowla chmielu jest w znacznym stopniu oparta na doświadczeniach polowych, bowiem zarówno krzyżowanie, jak i kolejne etapy selekcji perspektywicznych materiałów są prowadzone wyłącznie w warunkach polowych, gdzie rośliny rosną na wysokiej konstrukcji wsporczej. Wieloletnie rośliny chmielu, tylko w takich warunkach wytwarzają kwiatostany i szyszki, co umożliwia ich ocenę pod względem wydajności i stabilności plonowania oraz innych cech jakościowych. Ważnym aspektem oceny perspektywicznych materiałów hodowlanych jest również odporność na najważniejsze choroby, czy też możliwość adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych i innych czynników stresowych, takich jak długotrwała susza, zalanie lub wysokie temperatury, a także analiza ekonomiczna kosztów produkcji. Taka kompleksowa ocena umożliwia hodowlę nowych odmian chmielu odpowiadających wymaganiom zarówno producentów chmielu, jak i odbiorców surowca. Ocena poprzedzająca wprowadzenie do uprawy nowych odmian chmielu jest prowadzona w warunkach jak najbardziej zbliżonych do tych występujących w uprawie towarowej, z wykorzystaniem specjalistycznych maszyn do pielęgnacji i zbioru roślin. Pozwala to na bezpośrednie przełożenie wyników uzyskanych w doświadczeniach na warunki produkcyjne.
Projekt zakłada rozbudowę i modernizację bazy maszynowej przeznaczonej do uprawy i zbioru chmielu w Rolniczym Zakładzie Doświadczalnym „Kępa”, gdzie prowadzone są doświadczenia polowe w zakresie hodowli chmielu. Zakład jest położony w obrębie największego rejonu uprawy chmielu w Polsce i posiada 8 ha chmielników, które stanowią zaplecze doświadczalne IUNG-PIB. Zlokalizowane są tam doświadczenia, takie jak: szkółka hodowlana, gdzie prowadzona jest wstępna ocena i selekcja pojedynków chmielu, doświadczenia ścisłe, których celem jest ocena nowych klonów chmielu pod względem wartości rolniczej i cech użytkowych, a także kolekcja odmian i wartościowych klonów oraz roślin męskich chmielu. Projekt zakłada zakup specjalistycznych opryskiwaczy chmielarskich, wielofunkcyjnego urządzenia do pielęgnacji chmielu, platformy chmielarskiej do prac na wysokości oraz kombajnu do zbioru szyszek. Urządzenia te zastąpią użytkowane dotychczas, wysłużone, kilkunasto-, a w przypadku kombajnu chmielowego, nawet kilkudziesięcioletnie maszyny. Posiadanie nowoczesnego sprzętu ułatwi prowadzenie doświadczeń polowych, umożliwi wykonywanie zabiegów pielęgnacyjnych, takich jak odorywanie roślin i cięcie karp z dużą precyzją szczególnie ważną na plantacjach opartych na słupach wykonanych z kompozytu, pozwoli również na dokładniejsze wykonywanie zabiegów ochrony roślin, przyspieszy zbiór i ułatwi precyzyjne określenie plonu roślin chmielu na poletkach doświadczalnych. Wszystkie maszyny i urządzenia, o których zakup wnioskujemy w ramach przedsięwzięcia są wysokospecjalistyczne i przeznaczone wyłącznie do prowadzenia plantacji chmielu.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.09.2025 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 2.060.000,00 zł
ZADANIA:
1. Zakup opryskiwacza chmielarskiego
Hodowla nowych odmian chmielu charakteryzujących się wysoką wydajnością i stabilną jakością w zmieniających się warunkach środowiskowych, a także odpornością na choroby i szkodniki jest nieodłącznie związana z doświadczalnictwem polowym. Jedynie pierwszy etap oceny uzyskanych materiałów hodowlanych jest prowadzony na plantacji hodowlanej, gdzie rośliny pozbawione ochrony chemicznej poddane są dużej presji ze strony patogenów i szkodników, co pozwala na wyselekcjonowanie genotypów o zwiększonej odporności. Pozostałe etapy hodowli obejmujące ocenę wartości rolniczej oraz jakości surowca prowadzone są w doświadczeniach, na których choroby i szkodniki ograniczane są zgodnie z zasadami integrowanej ochrony roślin. IUNG-PIB, jako jedyny hodowca chmielu w Polsce prowadzi również hodowlę zachowawczą swoich odmian. Ważnym elementem wspomagającym hodowlę jest również polowa kolekcja odmian chmielu z całego świata oraz szkółka roślin męskich. Plantacje te również wymagają systematycznej ochrony przed chorobami i szkodnikami. Zakup profesjonalnego opryskiwacza chmielarskiego umożliwi prawidłową realizację doświadczeń hodowlanych, a także utrzymanie w dobrej kondycji zasobów genowych chmielu. Wszystkie plantacje chmielu, na których zlokalizowane są doświadczenia hodowlane oraz kolekcja zasobów genowych są prowadzone na konstrukcji o wysokości ok. 7 m. Skuteczne pokrycie preparatem ochronnym tak wysokich roślin jest możliwe tylko przy zastosowaniu opryskiwacza o dużej wydajności wentylatora. Opryskiwacz będzie wyposażony również w specjalistyczne rozpylacze antyznoszeniowe, co ograniczy wpływ zabiegów ochrony chmielu na sąsiednie uprawy. Zakup takiego opryskiwacza, dzięki precyzyjnemu, trzystopniowemu systemowi regulacji, umożliwi nie tylko ochronę roślin na plantacjach doświadczalnych, ale również pozwoli na prowadzenie badań nad różnymi technikami wykonywania oprysków i ich lepszym dostosowaniem do ochrony poszczególnych odmian chmielu, co przyczyni się do zminimalizowania niekorzystnego wpływu ochrony chmielu na środowisko.
2. Zakup chmielarskiego opryskiwacza punktowego do ochrony roślin we wczesnych fazach rozwojowych
Opryskiwacz punktowy jest wyposażony w elektroniczny system rozpoznawania roślin, który uruchamia rozpylacze tylko w sąsiedztwie roślin chmielu i wyłącza je w strefie pomiędzy roślinami. Rośliny chmielu są sadzone w odstępach co 1,5 m i początkowo ich łodygi wydłużają się rosnąc w górę do wysokości 3-4 m, bez wytwarzania pędów bocznych. W tej fazie rozwojowej rośliny są wąskie, a odstępy między nimi – duże. Używanie tradycyjnego opryskiwacza chmielarskiego do ochrony roślin w początkowych fazach rozwojowych, powoduje więc duże straty cieczy użytkowej, a przede wszystkim jej uwalnianie do środowiska. Opryskiwacz punktowy umożliwia bezpieczną dla środowiska aplikację środków ochrony roślin we wczesnych fazach rozwojowych chmielu, co jest rozwiązaniem proekologicznym wpisującym się w założenia KPO.
3. Zakup wielofunkcyjnego urządzenia do pielęgnacji roślin chmielu
Pierwszym zabiegiem pielęgnacyjnym na plantacjach chmielu jest cięcie karp. Zabieg ten jest wykonywany co roku wiosną przed rozpoczęciem wegetacji roślin lub jesienią po jej zakończeniu. Głównym celem cięcia karp chmielowych jest usunięcie pędów rozłogowych oraz utrzymanie karpy na odpowiedniej głębokości. Zabieg ten pełni również funkcję fitosanitarną, gdyż umożliwia usunięcie chorych lub zasiedlonych przez szkodniki części karpy. Cięcie karp chmielu wykonywane jest mechanicznie przy użyciu specjalistycznych ścinarek. Wymaga ono bardzo dużej precyzji z uwagi na niebezpieczeństwo uszkodzenia karpy. Zabieg jest wykonywany w trzech etapach: pierwszy polega na odoraniu gleby i odsłonięciu karpy wraz z usunięciem bocznych rozłogów, drugi etap to ścięcie górnej części karpy, natomiast ostatni polega na naoraniu gleby i przysypaniu karpy, tak aby była zabezpieczona przed wysychaniem. Są to zabiegi niezbędne do prawidłowego funkcjonowania plantacji, w tym również tych, na których zlokalizowane są doświadczenia hodowlane. Zabieg cięcia powinien być zharmonizowany z rozwojem biologicznym poszczególnych odmian chmielu, dlatego jego termin dla każdej nowej odmiany należy precyzyjnie ustalić na podstawie wyników badań polowych. Tradycyjnie, poszczególne etapy cięcia karp chmielowych są wykonywane przy użyciu kilku urządzeń: bocznego odorywacza karp chmielu, ścinarki oraz chmielarskiej brony talerzowej. Taka technika cięcia karp nie przeciwdziała rozrastaniu się systemu korzeniowego i pędów rozłogowych wzdłuż rzędów roślin. Zakup wielofunkcyjnego urządzenia wyposażonego w specjalistyczne przystawki do odorywania, cięcia i przysypywania karp znacznie ułatwi pielęgnację roślin chmielu na plantacjach doświadczalnych, a ponadto dzięki specjalnej głowicy obrotowej, umożliwi usunięcie pędów rozłogowych wokół karpy, również tych rozrastających się wzdłuż rzędów roślin. Urządzenie wyposażone jest w specjalne hydrauliczne ramię, które odchyla się od słupów wspierających konstrukcję chmielnika zapobiegając ich uszkodzeniu. Każde mechaniczne uszkodzenie słupów chmielowych prowadzi z czasem do osłabienia konstrukcji, ale szczególnie niebezpieczne jest uszkodzenie słupów wykonanych z kompozytu. Taki słup należy jak najszybciej wymienić, bowiem traci on swoje właściwości, co może prowadzić do jego złamania i przewrócenia się części chmielnika. Z uwagi na to, na plantacjach chmielu wspartych na konstrukcji kompozytowej należy bezwzględnie stosować urządzenia wyposażone w hydrauliczny mechanizm omijający słupy. W RZD Kępa na plantacji o konstrukcji kompozytowej zlokalizowana jest kolekcja odmian chmielu oraz doświadczenie ścisłe mające na celu ocenę wartości rolniczej nowych kreacji hodowlanych. Zakup wielofunkcyjnego urządzenia do pielęgnacji roślin chmielu jest niezbędny do wykonywania zabiegów cięcia roślin na tej plantacji. Urządzenie sprawdzi się również na plantacjach tradycyjnych o konstrukcji wspartej na słupach drewnianych, na których prowadzone są pozostałe doświadczenia hodowlane. Zakup takiego urządzenia będzie bodźcem do wymiany konstrukcji drewnianych na innych plantacjach doświadczalnych, co jest szczególnie istotne w kontekście obowiązującego już zakazu stosowania oleju kreozotowego do impregnacji drewnianych słupów chmielowych.
4. Zakup chmielarskiej platformy roboczej do pracy na wysokości
Platforma chmielarska służy do wykonywania prac w górnej części chmielnika na poziomie siatki nośnej. Urządzenie wykorzystywane jest do corocznego zawieszania przewodników roślin, poprawek naprowadzania w trakcie wegetacji, mocowania oberwanych roślin, napraw i konserwacji konstrukcji wsporczej chmielnika, a także do prowadzenia obserwacji w górnej części roślin, pobierania prób do badań oraz do wykonywania krzyżowań i zbierania izolatorów z nasionami chmielu. Platforma chmielarska posiada certyfikat bezpieczeństwa, co pozwala na wykonywanie wszystkich wymienionych prac w sposób bezpieczny, poprawia komfort pracy i ogranicza ryzyko wypadku przy pracy na wysokości.
5. Zakup kombajnu chmielarskiego
Stałe udoskonalanie odmian chmielu pod kątem wydajności i stabilności plonowania, a także jakości i odporności na choroby ma szczególne znaczenie w kontekście prognozowanych zmian klimatycznych, a także jest ważnym elementem realizacji celów Europejskiego Zielonego Ładu, który zakłada znaczącą redukcję użycia nawozów i środków ochrony roślin. Jest również jednym z kluczowych elementów realizacji założeń Krajowego Planu Odbudowy, przyczynia się bowiem do wzmocnienia odporności i konkurencyjności polskiego sektora uprawy chmielu. Realizacja tych kierunków hodowli chmielu opiera się w dużej mierze na wynikach badań prowadzonych w warunkach polowych, na plantacjach doświadczalnych wyposażonych w konstrukcje wsporcze o wysokości ok. 7 m. Zbiór szyszek na takich plantacjach odbywa się maszynowo, podobnie jak na plantacjach produkcyjnych chmielu. Zbiór maszynowy jest od lat standardem stosowanym w uprawie chmielu, z uwagi na to należy tę technologię stosować również w doświadczalnictwie, bowiem tylko w warunkach zbioru maszynowego możliwa jest ocena odmian i materiałów hodowlanych pod względem ich przydatności do tego typu zbioru. Przydatność do zbioru maszynowego jest w przypadku chmielu jednym z podstawowych kryteriów oceny kreacji hodowlanych. Nowy kombajn do zbioru chmielu zastąpi dotychczasową ponad pięćdziesięcioletnią maszynę, która z uwagi na stopień eksploatacji jest bardzo zawodna, a ponadto nie jest przystosowana do zbioru doświadczeń poletkowych. Zakup nowego kombajnu o mniejszej wydajności i precyzyjnej regulacji umożliwi dokładne określanie plonu szyszek zarówno na doświadczeniach obserwacyjnych o większej powierzchni, jak i na ścisłych doświadczeniach poletkowych o mniejszej liczbie roślin na poletku. Ten typ doświadczeń jest wykorzystywany przede wszystkim w ocenie wartości rolniczej nowych kreacji hodowlanych, a także w badaniach reakcji odmian na zróżnicowane nawożenie, czy ochronę.
Wydatki realizowane w ramach umowy nr IUNG–KPOD.01.19–IP.04-0037/23 o objęcie przedsięwzięcia wsparciem z Krajowego Planu Odbudowy i Zwiększenia Odporności w zakresie części inwestycji A2.4.1 Inwestycje w rozbudowę potencjału badawczego na realizację przedsięwzięcia pn. „Wzmocnienie potencjału hodowli chmielu i tytoniu poprzez modernizację bazy doświadczalnej”.
Cel projektu: Wzmocnienie potencjału hodowli chmielu i tytoniu poprzez modernizację bazy doświadczalnej.
Opis projektu:
Realizacja Założeń Wspólnej Polityki Rolnej w powiązaniu z zapisami Europejskiego Zielonego Ładu obligującymi rolników do produkcji surowców roślinnych wysokiej jakości przy zachowaniu w dobrym stanie zasobów ziemi, wody, powietrza i różnorodności biologicznej stanowi duże wyzwanie zarówno dla branży rolniczej ale przede wszystkim dla sektora nauki, w tym hodowców roślin.
IUNG-PIB w Puławach jest obecnie jedynym ośrodkiem w kraju zajmującym się hodowlą chmielu i tytoniu. Realizacja programów hodowlanych wiąże się z analizą genetyczną, oceną cech biometrycznych i wartości produkcyjnej materiałów hodowlanych. Projekt zakłada rozbudowę potencjału badawczego Instytutu o nowoczesne urządzenia umożliwiające rozwój technik zapewniających efektywne wykorzystanie nowych źródeł zmienności genetycznej, uzyskanie odmian odpornych na choroby i szkodniki, zwiększenie przepustowości programów hodowlanych, ocenę walorów użytkowych nowych kreacji hodowlanych i ich dostosowania do trudnych warunków uprawy. Dodatkowo projekt zwiększy możliwości badania materiałów hodowlanych pod względem aktywności genów zaangażowanych w produkcję metabolitów wtórnych. Zakup płuczki mikropłytkowej jest niezbędny do wykrywania patogenów wirusowych i grzybowych w materiałach hodowlanych tytoniu i chmielu. Pozwoli na ocenę zdrowotności dużych populacji roślin oraz szybką identyfikację i selekcję genotypów odpornych. Pozyskanie tej aparatury pozwoli na ocenę skuteczności czynników odporności wprowadzonych do materiałów hodowlanych i identyfikację nowych zagrożeń (nowych patogenów). W pracach badawczych niezwykle przydatny jest autoklaw parowy. Ma on wszechstronne zastosowanie w laboratorium przede wszystkim do sterylizacji podłoży wzrostowych i narzędzi w laboratorium in vitro. Jest również niezbędny w pracach z patogenami wykorzystywanymi w testach odpornościowych nowych kreacji hodowlanych, ułatwia też utylizację odpadów biologicznych stanowiących zagrożenie dla innych roślin uprawnych i środowiska. Wyposażenie laboratorium w termomikser wraz z wymiennymi wkładami zapewni właściwe warunki przygotowania prób badawczych i izolacji kwasów nukleinowych pochodzących z różnorodnych materiałów hodowlanych, co ułatwi selekcję osobników zawierających genetyczne czynniki odporności ale także charakteryzujących się wysoką aktywnością genów zaangażowanych w produkcję pożądanych metabolitów wtórnych. Niezbędnym narzędziem do diagnostyki chorób roślin jest aparat do Real-time PCR. Umożliwia on jednoczesne wykrywanie większej liczby patogenów w dużej liczbie prób roślinnych. Ponadto dzięki temu urządzeniu można będzie porównać reakcje fizjologiczne różnych obiektów hodowlanych i wybrać te, które są tolerancyjne na stresy biotyczne i abiotyczne.
Celem projektu jest także poszerzenie zakresu analiz chemicznych materiałów hodowlanych, co umożliwi selekcję genotypów odznaczających się pożądanym składem. W projekcie planowany jest zakup analizatora przepływowego umożliwiającego równoczesną, wieloskładnikową analizę chemiczną obejmującą między innymi ocenę zawartości różnych form azotu, cukrów redukujących czy alkaloidów. Wyposażenie laboratorium w nowoczesną szafę termostatyczną do utrzymywania kultur grzybowych, system do mielenia prób roślinnych oraz wirówkę laboratoryjną ułatwi wykonywanie badań niezbędnych do realizacji programów hodowlanych w zakresie odporności na choroby, poprawy wartości użytkowej, a także adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych.
Część prac hodowlanych, w tym ocena wartości użytkowej i odporności na patogeny materiałów hodowlanych, prowadzona jest w warunkach szklarniowych. Projekt zakłada modernizację szklarni obejmującą wymianę wkładów do zalewowego nawadniania roślin oraz cieniówek, a także sterowników systemu wietrzenia w poszczególnych kamerach. Modernizacja infrastruktury podniesie efektywność oceny odporności materiałów hodowlanych w szklarni, zapewni stabilne warunki przebiegu doświadczeń i wpłynie na skrócenie procesu hodowlanego.
Data rozpoczęcia realizacji projektu: 01.09.2023 r.
Data zakończenia realizacji projektu: 30.09.2025 r.
Całkowita wartość przedsięwzięcia: 1.043.000,00 zł
ZADANIA:
- Zakup stacji płuczącej mikropłytkowej ELISA
ELISA to immumoezymateczne testy służące do szybkiego wykrywania i ilościowego oznaczania białek zawartych w płynach biologicznych np.: soku roślinnym. Działanie metody polega na tworzeniu wiązań pomiędzy antygenem a przeciwciałem, które uwidacznia reakcja barwna. Technika ELISA jest szeroko wykorzystywana do celów naukowych jak i diagnostycznych, w tym wykrywania obecności chorobotwórczych wirusów, grzybów bądź bakterii w materiale roślinnym zarówno świeżym, suszonym, liofilizowanym jak i mrożonym. ELISA umożliwia:
- wykrycie obecności patogena w roślinie pomimo braku objawów chorobowych (niska koncentracja wirusa roślinie),
- identyfikację gatunku wirusa bez konieczności izolacji DNA i prowadzenia badań molekularnych,
- rozróżnianie szczepów, serotypów, izolatów wirusów roślinnych,
- badanie dużej liczby prób roślinnych w dość krótkim czasie,
- osiągnięcie bardzo dobrej powtarzalności i odtwarzalności wyników.
Technika ELISA przebiega na polistyrenowych płytkach, jest kilkuetapowa, a etap płukania powtarza się kilkukrotnie i jest kluczowy do uzyskania właściwego wyniku. Stacja płucząca mikropłytkowa umożliwia automatyzację tego procesu zapewniając bardzo precyzyjne dozowanie i odsysanie odczynników z 96-dołkowej płytki w równych odstępach czasu. Jest przy tym dokładniejsza od człowieka, co przekłada się na bardziej wiarygodne i powtarzalne wyniki. Automatyczna płuczka płytek pozwoli na usprawnienie obecnie realizowanych prac badawczych z uwagi na możliwość analizy dużej liczby prób roślinnych (wysoka przepustowość urządzenia umożliwiająca ocenę zdrowotności dużych populacji roślin). Odciąży pracowników, zdejmując z nich konieczność wykonywania wielokrotnej aplikacji porcji buforów na płytkę. Umożliwi także rozszerzenie zakresu badań o nową tematykę dotyczącą wprowadzania innowacyjnych rozwiązań w zakresie hodowli roślin, w tym wykrywania infekcji materiałów hodowlanych nowymi patogenami, które pojawiają się na plantacjach produkcyjnych w wyniku zmian klimatycznych, rozszerzenia zasięgu występowania patogenów bądź w wyniku mutacji. Dodatkowo pozwoli na ocenę skuteczności stosowanych w hodowli genów odporności na nowo pojawiające się patogeny jak również stabilności genów odporności w zmieniających się warunkach środowiskowych.
Zespół badawczy IUNG-PIB Puławy ma wieloletnią praktykę w diagnostyce laboratoryjnej chorób wirusowych, grzybowych i bakteryjnych roślin. Posiada duże doświadczenie w pracy z wykorzystaniem immunoenzymatycznych testów ELISA i stale podnosi kwalifikacje zawodowe uczestnicząc w szkoleniach z zakresu technik serologicznych.
- Zakup aparatu Real-time PCR
Real-time PCR to jeden z najnowocześniejszych i najdokładniejszych rodzajów pomiarów i analizy genetycznej. Dzięki wysokiej czułości oraz specyficzności zyskał dużą popularność w badaniach biomedycznych, genetycznych i w hodowli roślin. W hodowli roślin pozwala na:
- wykazanie obecności materiału genetycznego bakterii, wirusów, grzybów w badanym materiale roślinnym (służy do potwierdzenia wyników testów ELISA),
- wykrycie kopii genu, transgenu ale również na ich ilościowe oznaczenie ,
- oznaczenie poziomu ekspresji genów (tj. określenie aktywności genów),
- mapowanie genomu odmian i linii hodowlanych roślin uprawnych jak również dzikich gatunków będących źródłem pożądanych cech genetycznych.
Aparat Real-time PCR, którego zakup jest planowany zostanie wykorzystany do diagnostyki chorób materiałów hodowlanych tytoniu i chmielu. Umożliwi monitorowanie wielu prób roślinnych jednocześnie i prowadzenie wysokoprzepustowych analiz. Dodatkowo rejestracja sygnału fluorescencyjnego w 6 niezależnych kanałach detekcji umożliwi przygotowanie reakcji, w których w badanej próbie jednocześnie wykrywanych będzie kilka patogenów. Aparat zostanie wykorzystany do weryfikacji porażenia patogenami materiałów hodowlanych poddanych sztucznemu zakażeniu lub do monitoringu patogenów roślinnych w różnych rejonach uprawy. Zakup urządzenia umożliwi rozszerzenie zakresu prac w Instytucie o badania ekspresji genów. Poznanie struktury i funkcji genów, a także czynników wpływających na ich aktywność, pozwali usprawnić proces hodowli nowych odmian chmielu i tytoniu. Szczególnie istotna jest ocena ekspresji genów zaangażowanych w produkcję metabolitów wtórnych, genów kluczowych dla fizjologii roślin w odpowiedzi na stresy środowiskowe bądź genów warunkujących reakcje odpornościowe roślin. Analiza wyników tych badań ułatwi wybór perspektywicznych osobników z dużych liczebnie populacji i znacznie przyspieszy uzyskanie odmian charakteryzujących się wysoką i stabilną wartością użytkową, zwiększoną tolerancją na zmieniające się warunki środowiskowe czy odpornością na choroby i szkodniki. Uprawa odmian z genetycznie uwarunkowaną odpornością jest zasadniczym działaniem umożliwiającym ograniczenie stosowania środków ochrony roślin wpisującym się w założenia Europejskiego Zielonego Ładu. Wartą podkreślenia cechą aparatu Real-time PCR jest to iż umożliwia on prowadzenie reakcji PCR przy jednoczesnej rejestracji wyników tej reakcji, co znacząco skraca czas prowadzenia analiz oraz eliminuje konieczność przeprowadzenia elektroforezy na żelach agarozowych i wizualizacji wyników elektroforezy przy pomocy barwników wysoce szkodliwych dla człowieka i środowiska.
- Zakup autoklawu laboratoryjnego do utylizacji materiału biologicznego oraz sterylizacji narzędzi i akcesoriów wykorzystywanych w hodowli roślin
Podstawowym urządzeniem laboratoryjnym wykorzystywanym w wielu programach hodowlanych jest autoklaw parowy. Urządzenie to dzięki wysokiej temperaturze i podwyższonemu ciśnieniu niszczy i eliminuje wszelkie drobnoustroje. Aparatura pozwala zatem na przygotowanie warsztatu do sterylnego namnożenia patogenów roślinnych (grzybowych i bakteryjnych) wykorzystywanych w biologicznych testach odpornościowych materiałów hodowlanych. Ułatwia selekcję osobników odpornych. Dodatkowo przy pomocy autoklawu można bezpiecznie zutylizować wszystkie odpady pochodzące z testów a stanowiące zagrożenie biologiczne dla środowiska naturalnego.
Wyposażenie Instytutu w autoklaw do sterylizacji podłoży i materiałów w laboratorium in vitro usprawni prace niezbędne do uzyskania unikalnych materiałów hodowlanych charakteryzujących się odpornością na najgroźniejsze gospodarczo choroby, a ponadto zwiększoną zawartością bioaktywnych metabolitów wtórnych, w tym żywic chmielowych, olejków eterycznych i prenyloflawonoidów takich jak np.: ksantohumol. Ponadto nowe urządzenie będzie wykorzystane do produkcji i rozmnażania wegetatywnego zdrowego tj. pozbawionego wirusów i wiroida utajonego, materiału sadzonkowego chmielu z odmian oznaczających się wysoką wartością użytkową. Materiał ten zostanie udostępniony plantatorom chmielu w celu wymiany starych, chorych nasadzeń bądź założenia nowych plantacji produkcyjnych.
- Modernizacja szklarni doświadczalnej
Celem zadania jest modernizacja szklarni doświadczalnej przeznaczonej do prowadzenia prac z zakresu hodowli chmielu i tytoniu, takich jak: krzyżowania w obrębie rodzaju Nicotiana, biologiczne testy odporności materiałów hodowlanych chmielu i tytoniu, czy też rozmnażanie cennych kreacji hodowlanych.
Szklarnia Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – PIB wykorzystywana do prac hodowlanych jest wyposażona w systemy automatycznego wietrzenia i cieniowania, a także w specjalne stoły przeznaczone do nawadniania zalewowego. Wieloletnie użytkowanie stołów oraz działanie wysokiej temperatury, wody i nawozów chemicznych spowodowało uszkodzenie (pęknięcie) części wkładów, co uniemożliwia stosowanie zalewowego systemy nawadniania roślin. Taki system pozwala nie tylko ograniczyć nakłady pracy związane z podlewaniem, ale również umożliwia oszczędne gospodarowanie wodą, a także nawadnianie roślin bez zraszania liści, co jest szczególnie istotne w testach odpornościowych, które są szeroko wykorzystywane w ocenie materiałów hodowlanych. Wymiana blatów uprawowych wraz z zaworami odpływowymi pozwali na zautomatyzowanie procesu nawadniania oraz nawożenia roślin, a także na dużą oszczędność wody i nawozów ze względu na to, że system działa w obiegu zamkniętym. Dodatkowo nawadnianie roślin metodą podsiąkową, bez zwilżania liści, ograniczy rozwój chorób grzybowych w szklarni. Jest to system preferowany szczególnie przy rozmnazaniu materiałów hodowlanych, gdyż zabezpiecza kwiatostany i torebki nasienne przed przypadkowym zalaniem wodą i zniszczeniem. Z kolei wymiana cieniówek umożliwi rozmnażanie cennych materiałów hodowlanych chmielu i tytoniu. Wstawienie nowych cieniówek zapewni lepsze zacienienie młodych roślin i sadzonek, co zabezpieczy je przed oparzeniami słonecznymi. Realizacja zadania będzie polegała na demontażu zużytych blatów uprawowych i ich utylizacji, czyszczeniu i konserwacji konstrukcji stołów oraz montażu nowych blatów i wymianie zaworów odpływowych. Modernizacja stołów szklarniowych ułatwi uprawę roślin, co przełoży się bezpośrednio na jakość prowadzonych prac badawczych. Dodatkowo wymiana cieniówek na bardziej energooszczędne przyczyni się do zmniejszenia strat ciepła w okresie zimowym. W ramach prac modernizacyjnych zostaną również wymienione sterowniki obsługujące system wietrzenia szklarni, który wraz z kurtynami cieniującymi umożliwia utrzymanie odpowiedniej temperatury w poszczególnych kamerach wzrostowych.
- Zakup termomiksera wraz z blokiem typu „smart”
W hodowli twórczej chmielu i tytoniu wykorzystywane są różne techniki między innymi krzyżowanie międzygatunkowe bądź międzyodmianowe tytoniu, krzyżowanie wybranych osobników w celu uzyskania genotypów charakteryzujących odpornością na choroby i szkodniki, wysokim potencjałem plonowania oraz cechami ułatwiającymi zbiór i przetwórstwo. Selekcja pożądanych kreacji hodowlanych wymaga analiz genetycznych z zastosowaniem markerów molekularnych potwierdzających przydatność gospodarczą materiałów hodowlanych i odmian. W tym celu niezbędna jest uprzednia izolacja DNA z roślin a następnie przeprowadzenie reakcji pozwalających selekcjonować genotypy charakteryzujące się właściwymi cechami. Pożądanym urządzeniem do tego typu prac jest Termomikser z blokiem na probówki. Urządzenie to umożliwia chłodzenie lub ogrzewanie próbek (w zakresie od 15 do 100 stopni Celsjusza) oraz ich jednoczesne wytrząsanie. Utrzymywanie próbek w zadanej temperaturze jest niezbędne do właściwego przebiegu reakcji enzymatycznych w czasie izolacji kwasów nukleinowych z różnorodnych materiałów hodowlanych ale także z patogenów roślinnych. Termomikser lepiej utrzymuje zadaną temperaturę w porównaniu z dotychczas wykorzystywanym inkubatorem (wstawianie próbek do inkubatora wymaga otwarcia jego drzwi co prowadzi do wymiany powietrza i wahań temperatury). Skuteczna kontrola temperatury podczas przebiegu reakcji enzymatycznych zniweluje konieczność powtarzania izolacji DNA z próbek, dla których uzyskano kwasy nukleinowe o niższym stężeniu lub wysokim zanieczyszczeniu. Dodatkową zaletą stosowania termomiksera będzie możliwość programowania czasu podgrzewania prób co nie wymaga stałej kontroli przez osobę obsługującą. Ponadto urządzenie będzie wyposażone w łatwo wymienny blok „Smart Block”, który umożliwi korzystanie z popularnych w laboratorium Instytutu naczyń laboratoryjnych i probówek. Zakup termomiksera znacznie podniesie skuteczność selekcji cennych matateriałów hodowlanych.
- Zakup analizatora przepływowego do oznaczania składu chemicznego prób tytoniu
Hodowla nowych odmian tytoniu zwłaszcza hodowla międzygatunkowa wykorzystująca czynniki genetyczne pochodzące od dzikich krewniaków tytoniu powoduje wprowadzenie do genomu tytoniu wiele niepożądanych cech morfologicznych ale także zmian w składzie chemicznym uzyskanych roślin. Selekcja pożądanych kreacji hodowlanych i zgłoszenie odmiany do COBORU wymaga zatem ich szczegółowej oceny pod względem zawartości składników podstawowych, szczególnie tych pożądanych przez przemysł przetwórczy ale także przez konsumentów wyrobów tytoniowych. Obecnie oznaczanie cukrów redukujących w tytoniu przebiega z użyciem przestarzałej metody miareczkowej Bertranda. Jest to technika niezwykle pracochłonna i obarczona sporą ilością błędów wynikających z niedoskonałości analizy miareczkowej, tj. czułości i jej precyzji. Zakup analizatora pozwoli na zoptymalizowanie wykonanych analiz cukrów redukujących, poprawienie stabilności pomiaru, obniżenie granic oznaczalności a przede wszystkim skrócenie czasu badania. Jego wykorzystanie umożliwi także rozszerzenie zakresu badań surowca tytoniowego o dotychczas nie stosowaną analizę jakościową i ilościową form azotu (tj. azotu amonowego i aminowego). Zawartość azotu w liściach odmian i linii hodowlanych tytoniu jest w czynnikiem świadczącym o ilości niepożądanego białka. Jej monitorowanie w danej odmianie/linii hodowlanej pozwoli na ustalenie wartości użytkowej odmiany i jej przydatności w przemyśle. Dodatkowo umożliwi eliminację z populacji nasiennych osobników charakteryzujących się skłonnością do kumulacji azotu w liściach. Analizator przepływowy jest dość prosty w obsłudze a poza tym posiada możliwości rozbudowy o kolejne kanały pomiarowe bez konieczności kupna nowego urządzenia co stwarza możliwości rozwoju laboratorium i poszerzanie zakresu analiz tytoniu.
- Zakup szafy termostatycznej do utrzymywania kultur grzybowych
Istotnym elementem prac hodowlanych jest ocena odporności uzyskanych materiałów hodowlanych pod względem najważniejszych chorób wywoływanych przez patogeny grzybowe. Jest ona wykonywana podczas biologicznych testów odpornościowych. Przeprowadzenie biotestów wymaga uprzedniej izolacji czystych kultur, identyfikacji i namnożenia patogenów. Niezbędnym urządzeniem do tego typu prac jest szafa termostatyczna zapewniająca odpowiednie warunki temperatury. Szafa jest podzielona na dwa niezależne segmenty, każdy z oddzielną regulacją parametrów temperatury od +3 do +40 °C, co umożliwia jednoczesną hodowlę grzybów o zróżnicowanych wymaganiach temperaturowych. Szafa ma wewnętrzne oświetlenie LED, a także UV. Zakup szafy usprawni prowadzenie oceny materiałów hodowlanych pod względem odporności na patogeny grzybowe.
- Zakup systemu do mielenia prób roślinnych chmielu i tytoniu
Hodowla i wdrożenie do praktyki rolniczej nowych odmian chmielu i tytoniu wymaga licznych analiz chemicznych surowca w celu charakterystyki wartości użytkowej kreacji hodowlanych. Prowadzenie analiz jest poprzedzone odpowiednim przygotowaniem prób tj. suszeniem i mieleniem. Prawidłowe rozdrobnienie prób pozwala na dobrą homogenizację materiału a to z kolei wpływa na wynik wykonywanych analiz. Wnioskowany system do mielenia składający się z dwóch młynków umożliwi mielenie prób wysuszonych jak i mokrych. Młynki pozwolą na rozdrabnianie prób odznaczających się różnymi parametrami twardości. Ponadto charakteryzują się wysoką wydajnością mielenia bez strat prób, co jest niezwykle ważne przy małych objętościach materiałów roślinnych. Urządzenia ułatwią przygotowanie dużej liczby, perfekcyjnie zhomogenizowanych prób w stosunkowo krótkim czasie, co wpłynie na dokładność uzyskiwanych wyników analiz.
- Zakup wirówki laboratoryjnej
Proces hodowlany wymaga selekcji unikalnych obiektów takich jak rzadkie rekombinanty w populacjach segregujących. W tym celu nieodzowna jest analiza genetyczna dużej liczby próbek. Niezbędnym elementem takiej analizy jest izolacja materiału genetycznego. Wirówka laboratoryjna wyposażona jest w rotor wychyłowy na 96-dołkowe płytki umożliwi jednoczesną izolację ponad 180 prób, co znacznie przyspieszy tempo analiz genetycznych materiałów hodowlanych. Wyniki tych badań pozwolą na selekcję pożądanych genotypów i poddanie ich krzyżowaniu w ciągu jednego sezonu wegetacyjnego. Badania oparte na analizie DNA, w której wykorzystywana będzie wnioskowana wirówka, są też stosowane w ocenie obiektów kolekcyjnych chmielu i tytoniu.
