wykład

BIOFUMIGACJAalternatywna metoda ochrony ro linAnna Piekarska, Agnieszka Bartoszek, Jacek Namie nikPOLITECHNIKA GDA SKAWYDZIA CHEMICZNYwtorek, 14 wrze nia 2010VI Mi dzynarodowa Konferencja Naukowa- Toksyczne substancje w rodowisku, Kraków, 6-8.09.2010Podstawowe poj ciaW dobie rosn cego zainteresowaniaekologi i zdrowym trybem ycia corazcz ciej buntujemy si przeciwkosyntetycznym zwi zkom chemicznymdodawanym do ywno ci i stosowanymw rolnictwie.Du e kontrowersje od dawna budzi stosowanie syntetycznychpestycydów w ochronie upraw, zw aszcza ro lin jadalnych,dlatego poszukuje si bardziej ekologicznych technologii,w ród których na szczególn uwag zas uguje biofumigacja.wtorek, 14 wrze nia 2010

Podstawowe poj ciaTradycyjna fumigacja polega na zwalczaniu szkodnikówi patogenów za pomoc truj cych substancjistosowanych w postaci gazów i dymów (fumigantów).Ze wzgl du na ochron rodowiska odchodzi si odu ywania syntetycznych fumigantów na rzecz ichnaturalnych odpowiedników. Wykorzystanie lotnychzwi zków o dzia aniu antybiologicznym naturalniewyst puj cych w ro linach nazywane jestbiofumigacj .Substancje te nie tylko niszcz niepo dane grzyby,bakterie, paso yty i szkodniki, ale cz sto równiekorzystnie wp ywaj na biologiczn jako gleby.wtorek, 14 wrze nia 2010Podstawowe poj ciaPoj cia biofumigacji u ywa si g ówniew odniesieniu do ro lin z rodzinykapustowatych, do której nale y bardzowiele ro lin uprawnych:liczne warzywa (kapusta, rzodkiew,rzepa, brukiew, kalafior),ro liny oleiste (rzepak, rzepik,lnianka, gorczyca),ro liny ozdobne (lewkonia),zielarskie (rukiew, tasznik).Rodzina ro lin kapustowatych zawdzi cza swoje biobójczew a ciwo ci obecno ci glukozynolanów i mirozynazy.wtorek, 14 wrze nia 2010

GlukozynolanyGlukozynolany to zwi zki organiczne, wyst puj ce w ró nychilo ciach, zarówno w korzeniach, li ciach, p dach jak i nasionachro lin z rodziny kapustowatych.Ogólny wzór glukozynolanówwtorek, 14 wrze nia 2010Ró nice w zawarto ci glukozynolanów w poszczególnychcz ciach ro lin z rodziny kapustowatychm ode li cie > stare li cieB.napus (rzepak)li cie wewn trzne > li cie zewn trzneA.Thaliana (rzodkiewnik)nasiona > li cieB.vulgaris (gorczycznik)wtorek, 14 wrze nia 2010

MirozynazaHydroliza glukozynolanów jest mo liwa dzi ki enzymowi o zwyczajowejnazwie mirozynaza, nale cemu do -tioglukozydaz (EC 3.2.3.1).Mirozynaza katalizuje rozpadwi za tioglukozydowych doniestabilnego produktuprzej ciowego, który mo eprzekszta ci si w ró neprodukty ko cowe w zale no ciod rodowiska reakcji.http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1E70Struktura mirozynazywtorek, 14 wrze nia 2010Produkty enzymatycznej hydrolizy glukozynolanówW nienaruszonej komórce ro liny, glukozynolany s oddzielone od mirozynazy,która znajduje si w tzw. komórkach mirozynowych.Wskutek uszkodzenia mechanicznego lub ataku szkodników, dochodzi do kontaktumirozynazy z glukozynolanami. W wyniku hydrolizy powstaje niestabilny produktprzej ciowy, z którego samorzutnie tworz si izotiocyjaninany, o najsilniejszychw a ciwo ciach biobójczych, oraz mniej korzystne nitryle, tiocyjaniany i epitionitryle,syntetyzowane pod wp ywem dodatkowych czynników.wtorek, 14 wrze nia 2010

Schemat przebiegu procesu biofumigacjiGLS - glukozynolanyITC - izotiocyjanianywtorek, 14 wrze nia 2010Zwalczanie szkodnikówW a ciwo ci antybiologiczne wykazuj tylko produkty hydrolizyglukozynolanów, g ównie izotiocyjaniany.Wyniki wielu bada pokaza y, e izotiocyjanianyhamuj rozwój bakterii i grzybów, które sg ówn przyczyn ó kni cia li ci, ale tak ezaburze w rozprowadzaniu sk adnikówod ywczych, co przyczynia si do gnicia owoców,odyg i korzeni. W efekcie ko cowym powoduje tomier ro lin i obni enie wydajno upraw.Pomidory zaatakowane przez bakteriePoniewa atakowane s wewn trzne cz ciro lin, utrudnia to stosowanie tradycyjnychrodków ochrony. Natomiast biofumigacja mo ekompleksowo chroni ca ro lin .wtorek, 14 wrze nia 2010

Zwalczanie szkodnikówSzkodniki takie jak nicienie, stonki czywo ki s paso ytami ro lin o znaczeniugospodarczym, w uprawie których mogpowodowa olbrzymie straty.Zwalczanie szkodników za pomocbiofumigacji daje mo liwo ograniczeniatych strat, a ponadto nie nara akonsumentów na szkodliwe dzia aniesyntetycznych pestycydów, co jestszczególnie istotne w przypadku ro linjadalnych.S kowacenie korzenia to chorobawywo ana przez patogenywtorek, 14 wrze nia 2010Zwalczanie szkodnikówW magazynach i spichrzach wyst puje wiele szkodników, które mogw ci gu stosunkowo krótkiego czasu ca kowicie zniszczyprzechowywane produkty. Szkodniki magazynowe szybko sirozmna aj . I tak na przyk ad jedna para wo ków po 6 pokoleniachmo e wytworzy 8.168.200 osobników, z których ka dy zjadadziennie oko o 0.5 mg ziarna. Chrz szcze wo ka zbo owego yjprzeci tnie pó roku, a wi c sumarycznie w ci gu swego ycia osobnikipotomne mog zje ponad 600 kg ziarna zbó !Ocenia si , e straty przechowywanychproduktów rolniczych w skali wiatowejpowodowane tylko przez szkodnikimagazynowe wynosz oko o 10%. Stanowito ilo ywno ci, wystarczaj c dowy ywienia przynajmniej 300 mln ludzi.http://www.pest.pl/index.php?goto=19wtorek, 14 wrze nia 2010

Próby wykorzystania w rolnictwieOgrodnicy wiedz , e uprawa truskawek na jednym poluprzez 10 lat powoduje ich gorszy wzrost i zmniejszenieplonów. Uprawiane w ten sposób truskawki tworzo 50% mniej owoców w porównaniu z truskawkuprawian na danym polu przez dwa lata.W wietle niedawnych bada okaza o si jednak, emo na temu zjawisku atwo zaradzi odpowiedniorozplanowuj c uprawy. I tak naprzemienna uprawatruskawek, broku ów i kapusty warzywnej zwi kszy aplon tych owoców o 18-44% w porównaniu ze zwykpojedyncz upraw .wtorek, 14 wrze nia 2010Próby wykorzystania w rolnictwieZiemniaki s podstaw wy ywienia w wielu krajach. Ichuprawa na wiecie obejmuje 18 mln ha. W naszym krajute jest to jedna z najwa niejszych upraw. redniespo ycie w Polsce wynosi 120-135 kg ziemniaków naosob .S one tak istotne, e ONZ og osi a rok 2008Mi dzynarodowym Rokiem Ziemniaka!Tak e w ochronie tej wa nej dla wy ywienia ludzko ciuprawy biofumigacja mo e sta si cennympodej ciem. Badania nad zastosowaniembiofumigacji w ochronie ziemniaków dowiod y jejskuteczno ci. Przed chorobami najlepiej chroni ypreparaty z gorczycy, przed atakiem grzybówRhizpous - z rzepaku, a przed m twikami Globoderarostochiensis – z rze uchy, kalafiora i kapusty.wtorek, 14 wrze nia 2010

Próby wykorzystania w rolnictwiePolskie badania wykaza y tak e ochronny wp ywsproszkowanych li ci chrzanu oraz kapusty czerwoneji w oskiej na uprawy ogórka. Zaobserwowano znacznezahamowanie rozwoju grzybów Fusarium culmorumoraz Alternaria alternata odpowiedzialnych za zgorzelsiewek.Jednak podczas bada odkryto tak eniekorzystne dzia anie izotiocyjanianów nakie kowanie nasion ogórka.Dlatego nie zawsze mo na wysiewa nasionabezpo rednio po wprowadzeniu do glebysuszonych li ci lub soku z ro lin z rodzinykapustowatych.wtorek, 14 wrze nia 2010Mechanizmy obronne szkodnikówZastosowanie ro lin z rodziny kapustowatych ma te istotneograniczenia. Okaza o si , e niektóre owady, eruj ce g ównie nanich, wytworzy y system neutralizowania szkodliwego wp ywuizotiocyjanianów.Schemat reakcji rozk adu glukozynolanów do nitryli przez larwy bielinka Pieris rapaeLarwy bielinka (Pieris sp.), które ywi si wy cznie ro linami zrodziny kapustowatych, syntetyzuj nitrylospecyficzne bia ka, przez coglukozynolany s hydrolizowane przez mirozynaz do nitryli, a nie dotoksycznych izotiocyjanianów.wtorek, 14 wrze nia 2010

Mechanizmy obronne szkodnikówZ kolei mszyca kapu cianka (Brevicoryne brassica) i kapustnicawielo erna (Lipaphis erisimi) potrafi wykorzystywa glukozynolany zawartew ro linach, na których eruj , do obrony przed atakami innych szkodników.Za pomoc w asnej mirozynazy hydrolizuj glukozynolany, a uwalnianeizotiocyjaniany dzia aj synergistycznie z E- -farnezenem, feromonem, którysygnalizuje innym mszycom nadchodz ce niebezpiecze stwo.Motyl tantni krzy owiaczek(Plutella xylostella) ywi cysi ro linami krzy owymi,usuwa siark z glukozynolanówza pomoc sulfatazy, przez coprzestaj by one substratemdla mirozynazy.Schematyczne przedstawienie mechanizm dzia ania ro linnej mirozynazy (A) orazsulfatazy pochodzenia mikrobiologicznego (B) na glukozynolanywtorek, 14 wrze nia 2010OgraniczeniaTakie wi c mo na wnioskowa , e ro liny z rodziny kapustowatych mogby wykorzystane do hamowania rozwoju patogennych drobnoustrojów,atakuj cych inne uprawy.Z kolei do ich ochrony mo na wykorzystaro liny psiankowate, m.in. papryk(Capsicum annum), poniewa zawiera onainne zwi zki, które przeciwdzia ajerowaniu szkodników.wtorek, 14 wrze nia 2010

PodsumowanieZe wzgl du na rosn ce zapotrzebowaniena ywno , ograniczon powierzchni glebydost pnej pod upraw oraz jej pogarszaj csi jako , choroby oraz ataki szkodników,niezb dne sta o si chemiczne wspomaganierolnictwa.Mo liwo biodegradacji i brak toksyczno ci dla ludzi pozwala nawykorzystanie produktów degradacji glukozynolanów jakobiofumigantów w zwalczaniu szkodników w rolnictwie, szczególnieupraw ro lin jadalnych. Wyniki bada prowadzonych pod tym k temzach caj do kontynuowania prac w kierunku upowszechnieniastosowania biofumigacji w ochronie upraw ro linnych.wtorek, 14 wrze nia 2010Dodatkowe zalety biofumigacjiWykorzystanie produktów hydrolizy glukozynolanów w ochroniero lin ma wiele zalet:bezpiecze stwo stosowania,dost pno i niski koszt stosowania biofumigantów,pozytywne oddzia ywanie na organizm cz owieka w przypadkudostania si tych zwi zków do ywno ci, w przeciwie stwie dosyntetycznych pestycydówmo liwo biodegradacji przy jednoczesnym wykorzystaniu jakoród a atwo przyswajalnego w gla i azotu dla upraw,zmniejszenie emisji CO 2 do atmosfery w wyniku ograniczeniaprodukcji syntetycznych pestycydów.wtorek, 14 wrze nia 2010

ProjektAGROBIOKAPBadania nad wykorzystaniem kapustybia ej w ochronie upraw s równieprowadzone w ramach projektuAGROBIOKAP, w którym udzia bior :Politechnika Gda ska, Instytut ChemiiPrzemys owej w Warszawie orazUniwersytet Rolniczy w Krakowie.Celem projektu jest opracowanie technologii wykorzystania kapustyw fitoremediacji gleby na terenach zdegradowanych orazuzyskanych z niej preparatów w procesach biofumigacji.wtorek, 14 wrze nia 2010ProjektAGROBIOKAPBadania s skoncentrowane na okre leniuprzydatno ci kapusty jako surowca do produkcjibiopreparatu, który móg by s u y do ochronyupraw na drodze biofumigacji oraz na opracowaniuwydajnej i przyjaznej rodowisku technologii jegouzyskiwania na skal przemys ow zuwzgl dnieniem maksymalnego zagospodarowaniapozosta ej biomasy kapusty.Opracowanie i wdro enie prostej, niskoenergetyczneji niemal e bezodpadowej, a tak e ekonomicznejtechnologii oczyszczania gleb dodatkowo przyczynisi do stymulacji rozwoju rolnictwa ekologicznegooraz ograniczenia zagro e zdrowotno cispo ecze stwa zwi zanych z post puj cymzanieczyszczeniem rodowiska i pogorszeniemjako ci zdrowotnej ywno ci.wtorek, 14 wrze nia 2010

wtorek, 14 wrze nia 201025