Sposób i urządzenie do określania mrozoodporności roślin

Facebook Linkedin Twitter Google

Ozime rośliny zbożowe i oleiste powinna cechować zimotrwałość, a szczególnie ważna jest ich mrozoodporność. Opracowano metodę oraz zaprojektowano i wykonano zestawy do testów luminescencyjnych pozwalających na szybką i powtarzalną ocenę mrozoodporności roślin ozimych.

Numer referencyjny
P115
Typ oferty
Oferta technologiczna
Jednostka naukowa
  • Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
  • Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa

Większość upraw zbożowych i oleistych w naszym klimacie stanowią uprawy roślin ozimych wysiewanych jesienią, które po przezimowaniu mogą bardzo wcześnie rozpocząć wegetację korzystając z wiosennych zasobów wody w glebie. Zboża ozime są uprawiane w Polsce na ok. 70% areału zajmowanego przez podstawowe zboża. Ozime rośliny zbożowe i oleiste powinna cechować zimotrwałość, a szczególnie ważna jest ich mrozoodporność. Odporność roślin na niską temperaturę tradycyjnie jest oceniana podczas kilkumiesięcznych testów przeżyciowych. W hodowli i aklimatyzacji nowych odmian roślin ozimych bardziej przydatne są jednak metody szybkiej oceny ich mrozoodporności. Spośród częściej stosowanych metod jedynie testy konduktometryczne pozwalają na przyspieszoną selekcję ocenianych rodów i odmian. Niestety testy te są pracochłonne, uzyskiwane wyniki mało selektywne, a wykonywane w różnych ośrodkach bywają zbytnio zróżnicowane. 

W Katedrze Fizyki i Agrofizyki WKŚiR ZUT opracowano metodę, oraz zaprojektowano i wykonano zestawy do testów luminescencyjnych pozwalających na szybką i powtarzalną ocenę mrozoodporności roślin ozimych. W celu wykonania testu dla wybranego rodu lub odmiany wystarczy pobrać parocentymetrowe fragmenty blaszek liściowych z pięciu roślin i umieścić je na powierzchni baterii termoelektrycznej zainstalowanej w szufladzie kamery pomiarowej. Bateria zapewnia możliwość równomiernego schładzania wszystkich badanych fragmentów liści. Każdy fragment liścia jest niezależnie wzbudzany jednosekundowym impulsem światła, po którym następuje pomiar reemisji opóźnionej luminescencji chlorofilu. Po wykonaniu całego cyklu pomiarowego następuje obniżenie temperatury stolika o 1°C i po 30s cykl pomiarowy jest powtarzany. Najczęściej zakres schładzania ustalany jest od 0°C do -22°C i wówczas całkowity czas pomiaru wraz z okresem adaptacji próbek liściowych jest ok. 25 minut. Opóźniona luminescencja (OL) chlorofilu należy do słabych świeceń biologicznych i do jej detekcji konieczny jest wysokoczuły układ fotometryczny z fotopowielaczem. Wszystkie podane parametry pomiaru można niezależnie zmieniać i dostosowywać do założonego celu. Cały pomiar jest zautomatyzowany i sterowany przez program komputerowy, a uzyskiwane wyniki są uśredniane. Zarówno przebieg zmian OL w funkcji obniżanej temperatury jak i wartości liczbowe pomiaru można odczytywać na ekranie komputera lub/i drukować. 


Z analizy zmian OL w funkcji temperatury wyliczane są dwa charakterystyczne parametry, które określają mrozoodporność badanego rodu lub odmiany. Wyliczone wartości tych parametrów pozwalają na identyfikację wzorcowych odmian pszenicy ozimej w pięciu, a jęczmienia ozimego i pszenżyta w trzech zakresach mrozoodporności. Przedstawiona metoda była wielokrotnie z powodzeniem weryfikowana za pomocą metod i testów przeżyciowych i konduktometrycznych. 

Oczekiwana forma współpracy
Umowa joint-venture
Umowa komercyjna ze wsparciem technicznym
Umowa współpracy technicznej
Korzyści z zastosowania technologii

1. Ocena mrozoodporności jest bardzo szybka (jeden pomiar w 5 powtórzeniach, ok. 25 minut), mało pracochłonna, w pełni zautomatyzowany cykl pomiarowy i komputerowa interpretacja wyników. 
2. Do testowania pobierane są tylko fragmenty liści (bez zniszczenia badanych roślin), co jest ważną zaletą podczas prac hodowlanych. 
3. Przedstawiona metoda luminescencyjna była z pozytywnym rezultatem sprawdzana za pomocą standardowych testów konduktometrycznych i przeżyciowych. 
 

Aspekt innowacyjny

Unikalność metody i sposobu pomiaru zostały potwierdzone przyznaniem w roku 1985 patentu pt.: „Sposób i urządzenie do określania mrozoodporności roślin”. Do celów badawczych, a następnie do testowania roślin uprawianych w warunkach kontrolowanych oraz roślin z upraw polowych, w kolejnych latach projektowano i wykonywano następne (adekwatnie do szybkiego postępu w dziedzinie elektroniki i komputeryzacji) autorskie zestawy pomiarowe. Obecnie użytkowane i współpracujące z PC zestawy detekcyjne stanowią czwartą i piątą generację aparatury wykorzystywanej w Katedrze Fizyki i Agrofizyki IKŚiR ZUT. 

Prawa własności intelektualnej

Patent przyznany

Opis patentowy, 130729, PL. Zgłosz. P.226561 z 02.09.1980. Opubl. 30.12.1985.
Sposób i urządzenie do określania mrozoodporności roślin, Akademia Rolnicza Szczecin, PL. Twórcy: Antoni Murkowski, Edward Grabikowski, Aleksander Brzóstowicz. 
1. „Opracowanie luminescencyjnej metody biotestowej do oceny odporności zbóż na niską temperaturę”, CPB-R 10.1. C. 29. 05. (kier. dr A. Murkowski, główny wykonawca dr A. Brzóstowicz).
2. „Zastosowanie metod luminescencyjnych do badania odporności roślin na niską temperaturę” CPBP 05. 02. 3. 01. (kier. dr A. Murkowski, główny wykonawca dr A. Brzóstowicz).
3. „Zastosowanie luminescencji chlorofilu do badania reakcji wybranych roślin uprawnych na niektóre czynniki stresowe”, grant KBN; nr 3 P06A 022 22; 2002 r. (kier. dr A. Murkowski, główny wykonawca mgr A. Mila).
 

Faza rozwouju technologii

Przetestowany, dostępny do demonstracji

Bardziej szczegółowe opisy wytworzonej aparatury pomiarowej oraz metodyki pomiarów podano w kilkunastu artykułach, doniesieniach naukowych i zgłoszeniu patentowym. 
Poniżej wyszczególniono ważniejsze pozycje. 
1. Brzóstowicz A., Grabikowski E., Murkowski A., 1981: Luminescencyjne metody oceny mrozoodporności zbóż ozimych. Post. Nauk Roln., 4: 37-53. 
2. Brzóstowicz A., Prokowski Z., Murkowski A., Grabikowski E., 1985: Use of the delayed luminescence test for evaluation of changes in frost resistance of winter wheat. Acta Agrobot., 38, 1: 5-10. 
3. Brzóstowicz A., 1985: Wpływ niskiej temperatury na luminescencję aparatu fotosyntetycznego roślin uprawnych. Praca doktorska. AR Szczecin. 
4. Brzóstowicz A., Murkowski A., Grabikowski E., Prokowski Z., 1987: Próba zastosowania testu luminescencyjnego do klasyfikacji pszenicy ozimej pod względem mrozoodporności. Roczn. Nauk Roln., seria A, 10 7(1): 21-27. 
5. Brzóstowicz A., Murkowski A., 1987: Kwantometryczne urządzenie do oceny mrozoodporności zbóż ozimych. Zesz. Nauk. Akad. Roln. w Szczecinie, (Rolnictwo XLII seria techn.), 129: 2-8. 
6. Brzóstowicz A., Maćkowiak W., Szeląg J., 1988. Ocena mrozoodporności rodów i odmian pszenżyta. Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin, 168: 21-24.
7. Brzóstowicz A., 1990: Determination of delayed photosynthetic apparatus luminescence as a possible method of frost resistance evaluation in wheat leaves. Acta Physiol. Plant., 12(3), 187-191.
8. Brzóstowicz A., 1993: Mikrokomputerowy zestaw dobadania wpływu temperatury na natężenie opóźnionej luminescencji fragmentów liści. Zesz. Nauk. AR Szczecin, Rolnictwo, Ser. Techn.,159(56), 41-47.
9. Murkowski A., Skórska E., 1993: Porównanie przydatności testów luminescencyjnych do oceny odporności liści pszenicy ozimej na mróz. VIII Ogólnokraj. Semin. „Mrozoodporność”. Brzezna 18-19.05.1993. Referaty, AR Poznań: 87-90. 
10. Brzóstowicz A.: Zastosowanie opóźnionej luminescencji do badania wpływu niskiej temperatury na rośliny uprawne. Wyd. AR w Szczecinie. Rozprawy 188. 1999.
11. Brzóstowicz A., Prokowski Z., 2003: Konduktometryczna metoda oceny mrozoodporności roślin. 
Acta Agrophys., 93, 5-10.
12. Brzóstowicz A. 2003: Luminescencyjna metoda oceny mrozoodporności roślin. Acta Agrophys., 93, 5-10.
13. Brzóstowicz A. Murkowski A. Mila A., 2003: Luminometr do badania wpływu obniżania temperatury na opóźnioną luminescencję obiektów roślinnych. Acta Agroph., 83: 45-57. 
 

Uwagi do formy współpracy

Prof. dr hab. Aleksander Brzóstowicz, krótko po doktoracie, został w roku 1985 zaproszony przez dr Walentego Maćkowiaka, dyrektora Zakładu Doświadczalnego Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin do ośrodka w Małyszynie w celu prezentacji prototypowego zestawu do oceny mrozoodporności. Podczas kilkudniowego pobytu dr A. Brzóstowicz testował kilkadziesiąt form hodowlanych pszenżyta oraz innych zbóż z hodowli ośrodka. Uzyskane wyniki z testów luminescencyjnych były porównywane z wynikami testów przeżyciowych uzyskanymi przez hodowców Zakładu Doświadczalnego IHAR. 
W zdecydowanej większości prób oba testy wykazywały zgodność, co uwiarygodniało badania przeprowadzane wcześniej na roślinach zbożowych uprawianych na poletkach doświadczalnych Akademii Rolniczej w Szczecinie. Wyniki testów oraz badania przeprowadzone w ZD IHAR Małyszyn zostały przedstawione w Biuletynie IHAR (Brzóstowicz i in. 1988).