Młodzi naukowcy ze Szkoły Doktorskiej SGGW otrzymali finansowanie na realizację swoich badań w konkursie PRELUDIUM organizowanym przez Narodowe Centrum Nauki.
Konkurs PRELUDIUM na projekty badawcze przeznaczony jest dla naukowców nieposiadających stopnia doktora.
W konkursie wyłoniono 6 projektów z SGGW
mgr inż. Aleksandra Matys, Instytut Nauk o Żywności, przyznane środki 129 320 zł.
Badanie wpływu pulsacyjnego pola elektrycznego na metabolizm wybranych owoców i warzyw
Pulsacyjne pole elektryczne (PEF) to nietermiczna technologia przetwarzania żywności, która znajduje coraz więcej zastosowań w przemyśle spożywczym. Główne działanie PEF polega na ingerencji w strukturę komórkową. W wyniku elektroporacji w błonie komórkowej powstają pory, które następnie mogą się rozszerzać, agregować, a nawet ponownie zamykać. Do oceny stopnia zniszczenia tkanki poddanej obróbce pulsacyjnym polem elektrycznym wykorzystuje się m.in. pomiary przewodności elektrycznej, analizę mikroskopową oraz magnetyczny rezonans jądrowy w domenie czasu. Każda z tych metod wymaga pewnej ingerencji w tkankę. Mechaniczne uszkodzenie rośliny natychmiastowo wpływa na jej jakość wizualną, jednak w dłuższej perspektywie czasowej wywołuje zmiany metaboliczne, których efekty w postaci szeroko rozumianych zmian jakości wykrywane są po pewnym czasie. Każdy zastosowany proces powoduje stres u roślin, co w konsekwencji wywołuje zmiany fizjologiczne i metaboliczne. Pełne zrozumienie mechanizmu
powstałych na skutek stresu zmian umożliwiłoby opracowanie metody pozwalającej na zmniejszenie jego efektów. Pulsacyjne pole elektryczne może działać jako stresor abiotyczny, wpływając na metabolizm traktowanej tkanki. Biorąc pod uwagę, że sama obróbka pulsacyjnym polem elektrycznym, jak również wszystkie wyżej wymienione sposoby oceny skutków elektroporacji opierają się na konieczności ingerencji w traktowaną tkankę, niezbędna jest metoda pomiaru uzyskanych efektów w sposób nieinwazyjny, tak aby uzyskany rezultat w rzeczywistości odnosił się tylko do jednego, konkretnego procesu. Takim sposobem może okazać się oznaczenie aktywności biospeklowej.
Celem pracy będzie zbadanie wpływu pulsacyjnego pola elektrycznego o zmiennej ilości energii dostarczanej do traktowanych jabłek i marchewek na ich aktywność metaboliczną mierzoną w czasie. Ponadto podjęta zostanie próba wykorzystania aktywności biospeklowej i aktywności oddechowej jako potencjalnych nieinwazyjnych metod do ilościowego określenia skali elektroporacji. Uzyskane wyniki mogą dostarczyć dokładniejszy opis mechanizmu oddziaływania pulsacyjnego pola elektrycznego na tkanki roślinne.
mgr inż. Katarzyna Joanna Wierzchowska, Instytut Nauk o Żywności, przyznane środki 209 999 zł.
Stale zwiększająca się liczba ludności związana jest z koniecznością poszukiwania nowych źródeł
pożywienia. Współcześnie niemal miliard osób na świecie głoduje. Istnieje, więc potrzeba zwiększenia produkcji żywności w skali globalnej. Eskalacja na drodze stosowanych dotychczas rozwiązań może stanowić jednak zbyt poważne obciążenie na ekosystemu. Dlatego też zaspokojenie potrzeb żywieniowych populacji wymaga poszukiwania niekonwencjonalnych źródeł składników pokarmowych w tym także tłuszczów (lipidów). Cenne nienasycone kwasy tłuszczowe pełniące ważną rolę w fizjologii człowieka o działaniu nie tylko przeciwzapalnym, ale i immunomodulującym, przeciwmiażdżycowym czy przeciwnowotworowym konwencjonalnie pozyskiwane się z roślin oleistych czy ryb morskich.
Nową zrównoważoną alternatywę znanych tłuszczów roślinnych mogą stanowić oleje mikrobiologiczne zmagazynowane w komórkach drożdży olejogennych zdolnych kumulować tłuszcze w ilości powyżej 20% suchej masy komórki, hodowla których nie jest związana ani z wykorzystaniem dużych areałów rolnych, ani z potrzebą stałego nasłonecznienia czy nawadniania…
Projekt składa się pięciu etapów badawczych począwszy od wyboru dobrze przyswajalnych hydrofobowych źródeł węgla, a także szczepów do badań z wykorzystaniem analizy genotypowej.
Celem zgłębienia procesów metabolicznych towarzyszących kumulacji oleju mikrobiologicznego przez drożdże konieczny jest wybór markerów charakterystycznych dla obu szlaków de novo oraz ex novo, a następnie analiza szlaków w podłożach z hydrofobowym źródłem węgla w zmiennych warunkach środowiskowych. Oleje mikrobiologiczne to bez wątpienia produkt o ogromnym potencjale, ale wciąż brakuje podstawowej wiedzy o przebiegu procesu ich kumulacji w komórkach mikroorganizmów. W badaniach wykorzystany zostanie modelowy gatunek drożdży olejogennych Yarrowia lipolytica o szczególnych zdolnościach adaptacji do zróżnicowanych warunków środowiskowych i w pełni zsekwencjonowanym genomie
mgr inż. Marcin Jan Kruk, Instytut Nauk o Żywieniu Człowieka, przyznane środki 140 000 zł.
W projekcie będą badane właściwości odpadów poprodukcyjnych z przemysłu piwowarskiego, takie jak młóto browarniane i odpadowa gęstwa drożdżowa. Wyniki badań pozwolą na ich wtórne zagospodarowanie. Dotychczas, najczęściej wykorzystuje się je w żywieniu zwierząt hodowlanych. Aczkolwiek posiadają one wysoką zawartość związków bioaktywnych o korzystnym działaniu na organizm człowieka i mogłyby być wykorzystane jako składniki produktów żywnościowych. Celem projektu jest analiza związków bioaktywnych zawartych w surowcu odpadowym z przemysłu piwowarskiego oraz charakterystyka ich potencjału żywieniowego i biotechnologicznego.
Badania dotyczące młóta browarnianego obejmą ocenę możliwości jego wykorzystania do stymulacji rozwoju mikroflory probiocznej typowej dla mikrobiota jelitowy człowieka. Analizowana będzie zależność pomiędzy obecnością młóta browarnianego w środowisku in vitro jelita grubego a zdolnością bakterii probiotycznych do tworzenia biofilmu jelitowego, czyli kolonii bakteryjnych przylegających bezpośrednio do nabłonka jelitowego. Biofilm jelitowy bakterii probiotycznych jest jednym z elementów układu odpornościowego i jedną z pierwszych barier chroniącą organizm przed wnikaniem bakterii patogennych, toksyn oraz antygenów. Jako że młóto browarniane posiada w swoim składzie wielocukry o działaniu prebiotycznym postawiono hipotezę że może ono stymulować powstawanie biofilmu jelitowego bakterii probiotycznych oraz wypieranie z niego
bakterii patogennych. Wspomniane prebiotyki to nic innego jak frakcje błonnika pokarmowego, które naturalnie występują miedzy innymi w zbożach i są wykorzystywane tylko przez bakterie probiotyczne. Istnieją dane naukowe na temat prebiotycznego działania pojedynczych wyizolowanych frakcji błonnika z młóta browarnianego. Nadal jednak istnieją luki w literaturze na temat bezpośredniego wpływu młóta browarnianego bez ekstrakcji frakcji prebiotycznchy na bakterie probiotyczne i patogenne. Młóto browarniane oprócz błonnika pokarmowego zawiera białka, tłuszcze oraz węglowodany proste, które mogą stymulować wzrost nie tylko bakterii probiotycznych ale też patogennych. Dlatego konieczne są badania, które potwierdzą bezpieczeństwo tego surowca i możliwość powtórnego zastosowania w produkcji żywności. Efektem tych badań będzie poznanie wpływu młóta browarnianego na kształtowanie biofilmów bakteryjnych przez bakterie typowe dla mikroflory jelit w warunkach in vitro i wskazanie bezpośredniego wpływu prebiotycznego.
mgr inż. Alicja Dołkin-Lewko, Instytut Nauk Leśnych, przyznane środki 116 205 zł.
Obecnie coraz częściej mówi się o nasilającym efekcie cieplarnianym. Z nim związane są takie zmiany jak wzrost temperatury, susze czy topnienie lodowców. Jednym z ważniejszych aspektów tego zjawiska są też migracje roślin i zwierząt. Gdy warunki są bardzo niesprzyjające zmieniają one swoje miejsce bytowania na bardziej przyjazne. Oznacza to, że gatunki roślin, które towarzyszyły nam w danym miejscu przez setki lat będą powoli zanikać. Na ich miejsce pojawiać się będą nowe, często pochodzące z innych stref klimatycznych i kontynentów, bardziej odporne na niesprzyjające warunki pogodowe, zmiany temperatury i brak wody. To właśnie one stanowić będą konkurencję dla rodzimych roślin.
Konsekwencją wkraczania obcych gatunków na tereny przyrodnicze jest zmniejszenie różnorodności biologicznej, czyli tworzenie siedlisk z mniejszą liczbą gatunków. Obce gatunki inwazyjne są w stanie tworzyć monotypy, czyli siedliska które są w całości zdominowane przez daną roślinę. Do takich gatunków można zaliczyć kolczurkę klapowaną (Echinocystis lobata). Jest to północnoamerykańskie, jednoroczne pnącze, które występuje w wielu krajach Europy i jest uznawane za inwazyjne. Do wzrostu potrzebuje dużo światła oraz wilgotnego podłoża, dlatego często można ją spotkać na terenach wilgotnych takich jak łęgi, zarośla czy łąki. Do wspinania używa wąsów czepnych, ograniczając w ten sposób dostęp światła innym roślinom. Ze względu na duże zagrożenie ze strony kolczurki wciąż poszukuje się nowych rozwiązań, które mogłyby być skuteczne w zwalczaniu tego pnącza. Celem badań jest poznania kinetyki i biomechaniki kolczurki klapowanej. Wyniki mogą stać się podstawą do opracowania w przyszłości skutecznego planu zwalczania tego gatunku i ochrony siedlisk cennych przyrodniczo. W literaturze naukowej wciąż nie ma wiele informacji na temat sposobów wzrostu dzikich pnączy obcego pochodzenia, takich jak kolczurka klapowana, a której ruchy wzrostowe są kluczowe do zasiedlania nowych terenów.
Proponowane badania pozwolą na poznanie parametrów biomechanicznych tej rośliny, które w przyszłości mogą być podstawą do opracowania metod zwalczania. Uzyskane wyniki pozwolą na dokładne określenie prędkość wzrostu tej rośliny co może być przydatne w przyszłości, do porównywania roślin między sobą. Dotychczas używane określenia takie jak „żywiołowy” lub „powolny wzrost” są nieprecyzyjne i mogą prowadzić do wielu nieścisłości, dlatego stworzenie metody precyzyjnego pomiaru wskazane.
mgr inż. Renata Leszczyńska, Instytut Rolnictwa, przyznane środki 131 760 zł.
Zdalna ocena dojrzewania naci ziemniaka w doświadczeniach hodowlanych
Ziemniak jest trzecią najważniejszą rośliną na świecie, po ryżu i pszenicy oraz najważniejszym warzywem świata. Ziemniak odgrywa ważną rolę w systemach uprawy w wielu krajach, w tym również w Polsce, która była dziewiątym producentem ziemniaka w świecie w roku 2020. Rynek hodowli ziemniaka w Polsce to około 1 milion złotych rocznie.
Wyselekcjonowanie nowej odmiany ziemniaka jest procedurą długotrwałą (10-12 lat). Odmiany ziemniaka są oceniane pod względem około 70 cech. Odmiany te są oceniane również pod względem terminu dojrzewania, która ma duże znaczenie w produkcji ziemniaka. Odmiany ziemniaka dzieli się na następujące klasy dojrzewania (wczesne, średnie, późne i bardzo późne), które opisują długość okresu od posadzenia bulw do dojrzewania. Według hodowcy ziemniaka z polskiej Hodowli Roślin w Zamarte sp. z o.o., obecnie najlepszymi odmianami jadalnymi ziemniaka są te o krótkim okresie uprawy, dlatego że produkcja odmian na wczesny zbiór jest najbardziej dochodowa.
Pomimo dużego postępu w hodowli ziemniaka podział genotypów ziemniaka na klasy dojrzewania jest wciąż wykonywany wzrokowo na tysiącach poletek. To czasochłonne i pracochłonne zajęcie może być również ograniczone przez niekorzystne warunki pogodowe jak: deszczowa pogoda, zbyt duża wilgotność gleby, zmienne warunki oświetlenia, które mają wpływ na to, jak nasze oczy oceniają zabarwienie roślin.
Hodowcy ziemniaka potrzebują innowacyjnej, łatwej i zdalnej metody, która sprawi, że klasyfikacja odmian ziemniaka na klasy dojrzewania będzie znacznie szybsza. Celem naszego projektu jest określenie czy wykorzystanie zdjęć z bezzałogowego statku latającego (BSL – drona), przyśpieszy ocenę dojrzewania genotypów ziemniaka w obrębie dużych doświadczeń hodowlanych.
mgr Nelson Enrique Venegas Cordero, Instytut Inżynierii Środowiska, przyznane środki 139 513 zł.
Atrybucja zmian w powodziach rzecznych w Polsce (ATRIFLOP)
Polska charakteryzuje się różnorodnością klimatu i czynników generujących powodzie.
Warunki takie jak roztopy lub nawalne opady mogą prowadzić do wylewania rzek, które
stanowi najbardziej powszechne zagrożenie naturalne niosące poważne skutki dla działalności
społeczno-gospodarczej w kraju. Powodzie rzeczne to ekstremalne zjawiska wykazujące
zróżnicowanie w czasie wynikające z lokalnych właściwości i warunków klimatycznych. W
związku z sygnałami o zwiększonej częstotliwości lub wielkości powodzi w ostatnich latach
nasuwa się pytanie: które czynniki przyczyniły się do takiej zmiany? Ilościową odpowiedź na
to pytanie daje metoda badawcza zwana atrybucją. Rozpoznanie głównych czynników
odpowiedzialnych za zmiany powodziowe jest konieczne dla zrozumienia procesów
hydrometeorologicznych i rozszerzania wiedzy, która może przyczynić się do zmniejszenia
ryzyka powodzi. Atrybucja zmian powodziowych rzadko była przedmiotem badań w Polsce.
Celem tego projektu jest zmniejszenie luki informacyjnej dotyczącej atrybucji powodzi w
Polsce.
Głównym celem proponowanego projektu jest ilościowa ocena roli czynników takich jak
zmiany klimatyczne (np. ekstremalne opady, roztopy, zmiany uwilgotnienia gleb) i zmiany
pokrycia terenu (głównie urbanizacja) w obserwowane zmiany powodzi rzecznych w Polsce.
Projekt będzie obejmować dwa równoległe podejścia: jedno dotyczące obszarów miejskich, a
drugie skali krajowej. W pierwszym podejściu będziemy badać, czy nawalne opady deszczu i
obserwowany od dziesiątek lat wzrost udziału terenów nieprzepuszczalnych stanowią dwa
kluczowe czynniki wyjaśniające historyczne zmiany powodziowe w wybranych obszarach
miejskich w kraju, (na przykładzie zlewni obejmujących m.in. części obszarów
aglomeracyjnych Warszawy, Katowic czy Białegostoku). Drugi aspekt obejmie rozpoznanie
czynników klimatycznych (np. opady, roztopy, wilgotność gleby), które mają największy
wpływ na zmiany w powodziach rzecznych w skali kraju. Projekt będzie obejmować trzy
główne zadania, mianowicie zgromadzeni i integrację danych, analizę atrybucji powodzi w
obszarach miejskich i kompleksową analizę w skali kraju. W tej ostatniej wykorzystamy
techniki uczenia maszynowego w celu identyfikacji zmiennych klimatycznych najbardziej
przyczyniających się do zróżnicowania i zmian w powodziach.