Instytut Agrofizyki Polskiej Akademii Nauk w Lublinie

Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk jest jednostką naukową z wiodącą pozycją w rozwoju nauki w dyscyplinie rolnictwo i ogrodnictwo. Instytut prowadzi interdyscyplinarne badania podstawowe i aplikacyjne na rzecz nowoczesnego, zrównoważonego rolnictwa. Badania Instytutu koncentrują się na procesach zachodzących w systemie gleba–roślina–atmosfera, jakości gleb i surowców rolniczych oraz innowacyjnych technologiach wspierających ochronę środowiska, produkcję żywności a także wykorzystanie biomasy. Wyniki prac naukowych IA PAN mogą stanowić podstawę do rozwoju technologii, technik i zastosowań w praktyce rolniczej oraz w kształtowaniu polityk środowiskowych w Polsce i Unii Europejskiej.

Podczas targów Agro-Park Instytut Agrofizyki PAN prezentuje projekt „Kampania Bioróżnorodność”, którego celem jest budowanie świadomości znaczenia ochrony przyrody i bioróżnorodności – ze szczególnym uwzględnieniem bioróżnorodności środowiska glebowego, które jest kluczowym, a jednocześnie zagrożonym zasobem naturalnym.

Kampania skierowana jest do szerokiego grona odbiorców: dzieci i młodzieży, nauczycieli, rolników, przedsiębiorców oraz przedstawicieli władz samorządowych. Jej zadaniem jest pokazanie jak długofalowa efektywność rolnictwa, jakość żywności i zdrowie konsumentów są nierozerwalnie związane z ochroną gleb, mikroorganizmów i równowagi biologicznej agrosystemów. Projekt promuje wiedzę naukową i zrównoważone rolnictwo jako alternatywę dla praktyk agrarnych prowadzących do degradacji środowiska a także zachęca do wdrażania rozwiązań sprzyjających zrównoważonemu gospodarowaniu zasobami przyrody.

Pozostałe projekty badawcze i wdrożeniowe

Na stoisku Instytutu zaprezentowane zostaną również inne projekty krajowe i międzynarodowe, realizowane przy wsparciu programów Horyzont Europa, Narodowego Centrum Nauki oraz inicjatywy „Nauka dla Społeczeństwa”, m.in. LEGUMINOSE, SPIN-FERT, MICROGREENS, EntomoFung-OMICS, SUKCESJA, HoloBIOme i FibreApp. Projekty te łączą badania podstawowe z praktycznymi rozwiązaniami dla rolnictwa, nawożenia, ochrony środowiska oraz transferu wiedzy do gospodarki i społeczeństwa.

LEGUMINOSE

Uprawa współrzędna zbóż i roślin bobowatych dla rozwoju zrównoważonego rolnictwa – bioróżnorodność i aspekt metagenomiczny

Badania wpływu różnorodności roślin na zrównoważoną produkcję w systemach upraw współrzędnych roślin bobowatych i zbóż odgrywają znaczną rolę ze względu na korzyści środowiskowe i ekonomiczne. Literatura donosi, że uprawa współrzędna roślin bobowatych i zbóż może zwiększyć efektywność wykorzystania azotu o ponad 20%, przy jednoczesnej zwyżce plonu sięgającej 26%. Pomimo korzyści agronomicznych uprawy współrzędne nadal stanowią niewielką niszę w systemach upraw. Dlatego celem projektu jest szersze spojrzenie na uprawy współrzędne zbóż i roślin bobowatych, zwłaszcza w kontekście różnorodności mikrobiologicznej gleb i roślin na podstawie zmian w strukturze i funkcji ich mikrobiomu. Projekt zakłada maksymalne wykorzystanie różnorodności biologicznej i efektów synergii między roślinami towarzyszącymi, zapewniając bogactwo wydzielin korzeniowych, które stymulują różne zbiorowiska mikroorganizmów, a także stwarzają lepsze warunki dla tworzenia wspólnych sieci mykoryzowych, przyczyniając się do poprawy jakości i zdrowotności gleb oraz roślin. Badania obejmują analizę mikrobiomu gleb i roślin przy użyciu metod mikrobiologicznych, biochemicznych i molekularnych, w tym sekwencjonowania następnej generacji.

Badania finansowane w ramach Programu Horyzont Europa, numer umowy: Project 101082289 — LEGUMINOSE (https://www.leguminose.eu/)

SPIN-FERT

Innowacyjne praktyki, narzędzia i produkty zwiększające żyzność gleby oraz zastępujące torf w uprawach ogrodniczych

Głównym celem projektu jest integracja zoptymalizowanych i zwalidowanych innowacji w zakresie praktyk zarządzania glebą oraz udoskonalenie substratów beztorfowych w celu poprawy zdrowia gleby w uprawach warzywnych, owocowych i ozdobnych, co jest kluczowe dla ochrony środowiska oraz dbałość o bioróżnorodność naturalnych ekosystemów. Podejście interdyscyplinarne stanowi rdzeń metodologii oraz struktury konsorcjum SPIN-FERT, umożliwiając szeroki transfer wiedzy i współprojektowanie rozwiązań. SPIN-FERT wykorzystuje produkty uboczne przemysłu rolno-spożywczego jako zasoby dla produkcji rolniczej, przetwarzając je dalej na substraty beztorfowe. Substraty te, wraz z regenerowanym włóknem kokosowym, formułowane są z wykorzystaniem specjalnie dobranych szczepów mikroorganizmów w celu poprawy ich właściwości i możliwości zastosowania, w szczególności w sektorze szkółkarskim. Wszystkie innowacyjne produkty są testowane w doświadczeniach polowych w czterech regionach Europy (Polska, Włochy, Francja i Wielka Brytania). Na podstawie uzyskanych wyników zostaną opracowane narzędzia do oceny jakości produktów i ich wdrażania, w tym Holistyczny Indeks Jakości Gleby. SPIN-FERT przeprowadzi analizy ekonomiczne, społeczne i środowiskowe substratów beztorfowych oraz innowacji w zarządzaniu glebą, aby wykazać ich zrównoważony charakter. Instytut skupia się na badaniach struktury mikrobiomu i profilu metabolicznego mikroorganizmów występujących w nasionach, podłożach hodowlanych oraz roślinie.

Badania finansowane w ramach Programu Horyzont Europa, numer umowy: Project 101157265 — SPIN-FERT (https://spinfert.eu/pl/)

MICROGREENS

Interakcje mikrolistków i mikrobiomów jako funkcjonalne regulatory ich jakości, odporności i trwałości – studium przypadku dla wybranych ziół (kolendra, bazylia) i warzyw (rzodkiewka, burak) w odpowiedzi na zmiany klimatu

Microgreens (mikrolistki, mikrorośliny) to rośliny jadalne na wczesnym etapie rozwoju (7-20 dni), pomiędzy kiełkiem a młodą rośliną. Jednym z głównych ograniczeń rozwoju produkcji microgreens jest szybkie pogorszenie ich jakości występujące tuż po zbiorach, ponieważ mikrolistki odwadniają się, więdną, gniją i szybko tracą część składników odżywczych. Literatura donosi o stosowanych zabiegach, takich jak optymalizacja warunków świetlnych, temperatury, pakowanie mikrolistków w zmodyfikowanej atmosferze czy obróbka wapniem w celu utrzymania ich jakości, zwiększenia wartości odżywczej i wydłużenia okresu trwałości. Jednakże dotychczasowe wyniki wskazują na konieczność dalszych badań w celu wypracowania zrównoważonych strategii hodowli                 i przechowywania microgreens w celu poprawy jakości, bezpieczeństwa, odporności i wreszcie trwałości mikrolistków. Zwłaszcza ze względu na brak dostępnych danych literaturowych, istnieje potrzeba prowadzenia badań podstawowych nad interakcjami i mechanizmami między microgreens a mikrobiomami. Idea projektu opiera się na wykorzystaniu ogromnej siły i cech funkcjonalnych oferowanych przez rozwiązania oparte na mikroorganizmach, w tym grzybach endofitycznych i mykoryzowych oraz pożytecznych bakteriach, a także zrozumieniu interakcji microgreens-mikrobiom. Ponieważ microgreens są nowym źródłem żywności funkcjonalnej o ogromnym potencjale do zrównoważonej dywersyfikacji globalnych systemów żywnościowych, promowania zdrowia ludzkiego i ułatwienia dostępu do świeżych roślin microgreens dla stale rosnącej populacji, zwłaszcza miejskich, istnieje potrzeba pogłębienia wiedzy w kontekście rozwiązań opartych na mikrobiomach, ich znaczeniu i zrozumieniu funkcjonalności dla bezpieczeństwa i jakości super-żywności microgreens. Projekt opiera się na transdyscyplinarnej, zintegrowanej i innowacyjnej metodologii badawczej, obejmującej nowe podejścia i testy z zakresu badań podstawowych dotyczących wyjaśnienia oddziaływań mikrobiom-microgreens, analiz metagenomicznych, biochemicznych, chemicznych, mikrobiologicznych oraz podejścia transkryptomicznego do oceny ekspresji genów biorących udział w odporności microgreens na czynniki stresowe.

EntomoFung-OMICS

Mechanizmy warunkujące przydatność wybranych gatunków grzybów entomopatogennych w biokontroli - podejście multiomiczne

Grzyby entomopatogenne są naturalnymi wrogami szkodników. Są mikroorganizmami przyjaznymi dla środowiska, wykorzystywanymi głównie w rolnictwie, gdzie chronią uprawy przed szkodnikami i zmniejszają potrzebę stosowania chemicznych pestycydów. W środowisku naturalnym istnieje bardzo wiele rodzajów grzybów, które są słabo rozpoznane, ale posiadają wielki potencjał entomopatogeniczny. Do takich mikroorganizmów zaliczamy na przykład grzyby z rodzajów Samsoniella, Akanthomyces i Hirsutella, które posiadają unikalne i potencjalnie cenne właściwości biologiczne i mogłyby być stosowane do zwalczania szkodników lub jako mikroorganizmy poprawiające wzrost roślin. Poprzez integrację badań biologicznych, chemicznych, omicznych i bioinformatycznych, projekt ten ma na celu pogłębienie wiedzy na temat rzadziej stosowanych i niedocenianych gatunków grzybów entomopatogennych o znacznym potencjale zakaźnym, umożliwiając tym samym powstanie w przyszłości innowacyjnych preparatów bioinsektycydowych. Przełomowy charakter projektu związany jest z poznaniem nowych, przyjaznych dla środowiska czynników biokontroli, które przyczynią się do: ochrony różnorodności biologicznej i promowanie równowagi w ekosystemach poprzez zbilansowanie populacji szkodników; poznania nowych ról ekologicznych i możliwości adaptacyjnych grzybów entomopatogennych, co spowoduje wzrost świadomości dotyczącej bioróżnorodności drobnoustrojów i jakości gleby; odkrycia nowych genów, szlaków metabolicznych i sieci regulacyjnych grzybów, które mają kluczowe znaczenie dla ich patogeniczności i interakcji z żywicielami; dostarczenia cennych danych na temat bezpieczeństwa metabolitów grzybów i ich wpływu na organizmy inne niż docelowe, co ma kluczowe znaczenie dla oceny ryzyka środowiskowego.

SUKCESJA

Procesy sukcesji ekologicznej konsorcjów grzybów i bakterii biorących udział w rozkładzie drewna w lesie naturalnym

Ekosystemy leśne są niezwykle ważne dla bioróżnorodności - będąc siedliskiem około 80% gatunków lądowych, zajmują tylko około jednej trzeciej powierzchni Ziemi. Ekosystemy leśne są wysoce produktywne i charakteryzują się wysokim zróżnicowaniem przestrzennym. Kluczową rolę w ich strukturze i funkcjonowaniu odgrywają drzewa, które stanowią dominującą grupę producentów pierwotnych. Konsorcja drobnoustrojów, w skład których wchodzą grzyby, bakterie i archeony, zamieszkują różne siedliska leśne: liście, drewno żywych drzew, powierzchnię kory, roślinność gruntową, korzenie i ryzosferę, ściółkę, glebę, martwe drewno, powierzchnie skalne, tereny podmokłe oraz atmosferę. Dostępność składników pokarmowych oraz czynniki fizyko-chemiczne wpływają na skład, liczebność drobnoustrojów oraz wzajemny poziom dominacji bakterii lub grzybów. Badania obejmą analizę próbek pni gnijącego drewna świerka pospolitego (Picea abies) w okresie od 1964 r. do chwili obecnej (w ok. 10-letnich odstępach datowanego czasu upadku pni na ściółkę). Jest to pierwszy projekt, pozwalający poznać skład i aktywność mikrobiomu odpowiedzialnego za rozkład drewna świerkowego w Białowieskim Parku Narodowego, który może być punktem odniesienia w badaniach nad ekologią lasu, biologią roślin i innych naukach biologicznych. Oczekiwane rezultaty pozwolą na przedstawienie dynamiki mikrobiomu i jego zmian metabolicznych w martwych drewnie świerkowym w czasie. Projekt poszerzy naszą wiedzę na temat funkcjonowania pierwotnych ekosystemów leśnych oraz odpowie na liczne pytania dotyczące sposobu degradacji drewna w warunkach naturalnych, co dodatkowo poprawi zrozumienie zagadnień związanych z obiegiem węgla w ekosystemach leśnych.

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu OPUS29, numer umowy UMO-2025/57/B/NZ8/00811 (https://www.ipan.lublin.pl/nowe-projekty-dla-ia-pan-2/)

HoloBIOme

Holobiont roślinny i mikrobiom glebowy szansą dla zrównoważonej produkcji i zdrowia agroekosystemów

Ważnym wyzwaniem dla globalnego sektora żywnościowego oraz rolnictwa i ogrodnictwa jest wyjaśnienie funkcjonalnych aspektów bioróżnorodności gleby oraz roślin i wykorzystanie tej wiedzy do poprawy zrównoważonej produkcji rolniczej. Rośliny postrzegane są jako metaorganizmy zwane holobiontami, których składniki i występujące zależności pomiędzy organizmami (biontami) wchodzącymi w skład danego systemu są kluczowe dla produktywności rolnej, jakości płodów rolnych oraz ich wpływu na zdrowie ludzi i zwierząt. Holobiont roślinny to określenie organizmu roślinnego, współistniejącego z mikroorganizmami, żyjącymi w symbiozie. Poznanie mikrobiomów występujących w ekosystemach rolniczych, charakterystycznych dla danych upraw i regionu, ich funkcji oraz interakcji, a także relacji z roślinami należy do ważniejszych wyzwań i kierunków badawczych związanych z jakością środowiska oraz opracowaniem i testowaniem zrównoważonych strategii hodowlanych i produkcyjnych dla rolnictwa. Ta problematyka badawcza jest kluczowa dla rozwoju społeczno-gospodarczego, należąc do nowych i ważnych wyzwań naukowych, które dzięki szybkiemu postępowi w genomice, technikach wysokoprzepustowego sekwencjonowania i narzędziach bioinformatycznych stają się możliwe do osiągnięcia i przekroczenia. Mikrobiom ma zasadniczy wpływ na zdrowie ludzi, produkowaną żywność, na rośliny i zwierzęta oraz na ekosystemy. Coraz częściej stawiane są hipotezy, że rozwikłanie złożoności mikrobiomów, a także zależności między mikrobiomami różnych ekosystemów oraz poznanie i zrozumienie ich interakcji, w tym gleba-roślina-mikrobiom, oferuje ogromny potencjał w zakresie innowacji i będzie główną zmianą w sposobie zarządzania zasobami naszej planety w celu rozwoju zrównoważonej produkcji, pozyskiwania żywności oraz poprawy życia i zdrowia społeczeństwa.

W ramach realizacji projektu została opracowana nowatorska i unikatowa w skali światowej mobilna aplikacja na telefon HoloBIOme, która obejmuje podstawowe informacje o holobioncie roślinnym i mikrobiomie gleby, służąc jako narzędzie edukacyjne dla społeczeństwa, a w szczególności dla uczniów, studentów, doktorantów, nauczycieli, wykładowców, rolników, firm i innych odbiorców. Na podstawie przeprowadzonych badań zostały wykonane analizy umożliwiające określenie 10 dominujących gatunków lub rodzajów bakterii i grzybów oraz grup troficznych i gildii funkcjonalnych grzybów w ryzosferze i częściach nadziemnych, zdrowych i symptomatycznych roślin, które zostały zebrane i przedstawione dla 70 różnych gatunków roślin w formie aplikacji mobilnej na telefon. W aplikacji znalazł się też słowniczek pojęć, opisy roślin oraz zdjęcia, grafiki i wykresy, zachęcające do eksploracji tego fascynującego, niewidzialnego gołym okiem świata mikrobiomów.

Projekt dofinansowany ze środków budżetu państwa w ramach programu Ministra Edukacji i Nauki (aktualnie Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego) pod nazwą „Nauka dla Społeczeństwa II” nr projektu NdS-II/SP/0263/2024/01 kwota dofinansowania 1 000 000 PLN całkowita wartość projektu 1 000 000 PLN (https://holobiome.pl/)

FibreApp

Badania i upowszechnianie wiedzy o zawartości pektyn, celulozy i błonnika w owocach i warzywach

Celuloza to najczęściej występujący naturalny polimer na Ziemi. Występuje w ścianach komórkowych roślin i jest pozyskiwana głównie z drewna. Pektyny, także obecne w ścianach komórkowych, są pozyskiwane na skalę przemysłową z cytrusów i jabłek. Obie substancje mają ważne zastosowania w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i opakowaniowym. Pektyny działają jako zagęstniki i stabilizatory w żywności, a także wspierają zdrowie – pomagają regulować poziom cholesterolu i cukru we krwi. Celuloza i nanoceluloza są wykorzystywane do tworzenia nowych, ekologicznych materiałów. Błonnik pokarmowy, do którego należą m.in. celuloza i pektyny, występuje w owocach, warzywach, produktach zbożowych i orzechach. Wspiera trawienie, pomaga kontrolować wagę i chroni przed chorobami. Obecnie naukowcy szukają nowych źródeł pozyskiwania celulozy i pektyn, zwłaszcza w odpadach rolniczych i spożywczych. Dzięki temu można zmniejszyć ilość odpadów i stworzyć ekologiczne produkty. Opracowano już metody pozyskiwania tych substancji z jabłek, marchwi i chmielu, co jest tańszą i bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą dla drewna. Projekt ma na celu zbadanie zawartości pektyn, celulozy i błonnika w owocach i warzywach dostępnych na rynku oraz upowszechnienie zdobytej wiedzy w społeczeństwie.

Projekt dofinansowany ze środków budżetu państwa w ramach programu Ministra Edukacji i Nauki (aktualnie Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego) pod nazwą „Nauka dla Społeczeństwa II” nr projektu NdS-II/SP/0258/2023/01 kwota dofinansowania 1 000 000 PLN całkowita wartość projektu 1 000 000 PLN (https://fibreapp.pl/)

Zapraszamy do odwiedzenia stoiska nr 93 w hali A, gdzie naukowcy Instytutu Agrofizyki PAN zaprezentują projekty, odpowiedzą na pytania i pokażą, jak wyniki badań naukowych mogą wspierać nowoczesne i odpowiedzialne rolnictwo.