Projekti / Programi
RAZISKAVE IONOMA IZBRANIH MIKORIZNIH RASTLIN
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.04 |
Naravoslovje |
Biologija |
Rastlinska fiziologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B310 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija žilnih rastlin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
Ionom, nutrienti, neželene kovine, mikoriza, hrana, fitoremediacija
Raziskovalci (16)
Organizacije (2)
Povzetek
Celotna sestava mineralov in elementov v sledeh organizma, oziroma rastlinskih tkiv, se odraža v ionomu oz. anorganski komponenti organizmov. Ionom vsebuje informacije o funkcionalnem stanju organizma, kot posledici vplivov različnih biotskih in abiotskih dejavnikov. V predlaganem projektu se bomo tako osredotočili na raziskave ionoma pri izbranih komercialno pomembnih kulturnih mikoriznih rastlinah, s skupnim ciljem raziskati mehanizme interakcij mineralnih hranil in neesencialnih kovin z rastlinami in glivami, za izboljšanje pridelave varne in kvalitetne hrane.
Projekt je razdeljen na tri delovne sklope, povezane z raziskavo kvalitete in varnosti rastlinske hrane, kot pomembnimi področji ionomike z namenom:
i) raziskati učinkovitejše tehnologije za biofortifikacijo esencialnih elementov pri žitih, s poudarkom na študijah privzema in porazdeljevanja elementov pri izbranih mikoriznih rastlinskih vrstah;
ii) določiti dejavnike, ki vplivajo na privzem esencialnih in neesencialnih elementov pri vinski trti, s poudarkom na vlogi koristnih glivnih simbiontov in
iii) izboljšati razumevanje mehanizmov tekmovanja kovin z esencialnimi elementi ter imobilizacije neželenih kovin v rastlinskih tkivih hiperakumulacijskih rastlin, s poudarkom na študijah povezave med porazdeljevanjem pomembnejših strukturnih in funkcionalnih bioloških molekul in kovin v tkivih in celicah.
Raziskave ionomike zahtevajo uporabo tehnološko zahtevnih analiznih tehnik za ugotavljanje, prepoznavanje in spremljanje dejavnikov, ki vplivajo na privzem, transport, porazdeljevanje in kemijsko obliko elementov v rastlinskih organih, tkivih in celicah. Poleg standardnih tehnik za kvantitativno analizo elementne sestave vzorcev tal in rastlinskega materiala, kot so energijsko disperzijska rentgensko fluorescenčna spektroskopija (EDXRF) in rentgensko fluorescenčna spektroskopija s popolnim odbojem (TXRF), bomo za študije lokalizacije in porazdeljevanja elementov v tkivih ter kemijskega stanja kovin, uporabili tehnološko napredne lokalizacijske tehnike na osnovi rentgenske fluorescenčne in absorpcijske spektroskopije, kot so mikro-protonsko inducirana emisija rentgenskih žarkov (mikro-PIXE), sinhrotronska mikro-rentgensko fluorescenčna spektroskopija (SR mikro-XRF) in sinhrotronska rentgenska absorpcijska spektroskopija (SR XAS). Za lokalizacijo glavnih strukturnih in funkcionalni biomolekul v rastlinskih tkivih pa bomo uporabili sinhrotronsko Fourier transformirano Infrardečo spektroskopijo (SR FTIR).
Pomen za razvoj znanosti
Namen trajnostne pridelave je izboljšanje produktivnosti, zadovoljevanje globalnih potreb po hrani in krmi, ter zmanjševanje negativnih učinkov pridelave na okolje. Za uspešno združitev teh prizadevanj v skupni cilj smo raziskali mehanizme akumulacije elementov pri rastlinskih vrstah z izjemnimi akumulacijskimi sposobnostmi (hiperakumulacijske vrste). Tako pridobljena nova spoznanja smo nato uporabili v prizadevanjih za pridelavo zrnja prehranskih rastlin z izboljšano mineralno sestavo. Izjemnost projekta smo dosegli z združevanjem znanstvenikov različnih znanstvenih disciplin, poleg biologije, agronomije, fizike tudi kemije in strojništva, z različnih institucij po svetu, kar je razvidno tudi iz avtorstev publikacij raziskovalcev v raziskovalni skupini. Pomemben napredek v znanosti je dandanes mogoče doseči z uporabo zahtevnih in tehnološko naprednih tehnologij, ki so trenutno na voljo na Inštitutu Jožef Stefan, Kemijskem inštitutu in Sinhrotronih Elettra in Grenoble. To nam je omogočilo odkritje nekaterih izjemnih novih spoznanj s področij biologije rastlin, biotehnologije, živilske in okoljskih znanosti, ki smo jih objavili tekom projekta. Skupno je bilo objavljenih več kot 30 izvirnih znanstvenih člankov z vseh treh delovnih skupin v revijah s pomembnim dejavnikom vpliva. Največjo citiranost je dosegel članek v reviji Journal of Experimental Botany (Regvar s sod. 2011) z 36 citati v tem trenutku (Web of Science). En članek je uvrščen med izmemne dosežke (A''), 11 med nadpovprečne dosežke (A'), in 20 pomembne dosežke (A1/2, SICRIS).
Pomen za razvoj Slovenije
Ključna predpogoja za zagotavljanje prehranske varnosti Slovenije sta zagotavljanje zadostnih površin za kmetijska zemljišča in ohranjanje naravne rodnosti tal. Za dosego teh ciljev je potrebno trajnostno upravljanje s kmetijskimi zemljišči. Na primeru pridelave zrnja prehranskih rastlin in vinske trte smo preverili učinkovitost uporabe različnih trajnostnih pristopov za zagotavljanje kvalitetnih in varnih prehranskih produktov. Za trajnostno naravnano pridelavo bo potrebno vzgojo iz intenzivne pridelava preusmeriti na organsko pridelavo. Seveda tovrstni prehod spremljajo številni problemi, od dovzetnosti za bolezni do nižjih donosov kmetisjkih rastlin. Predpostavljamo, da so tovrstni problemi največji prav v prehodnem obdobju, saj se z leti po opustitvi intenzivnih posegov počasi začnejo vzpostavljati pogoji v tleh, ki omogočajo sonaravno vzgojo rastlin in zmanjšajo vnos pesticidov in težkih kovin v telo s hrano. Posebni poudarki bodo potrebni na remediaciji tal s talnimi mikroorganizmi, med njimi imajo posebno mesto avtohtone glive z mutualističnimi učinki. Poleg tega pa bo potrebno osveščanje prebivalstva o novejših tehnologijah pridelave bolj kakovostnejše hrane. Izsledki naših raziskav so bili predstavljeni v številnih domačih in tujih publikacijah ter na številnih domačih in tujih znanstvenih in strokovnih srečanjih. Pomembno mesto ima tudi prenos pridobljenih znanj na številne rodove študentov biologije, biothenologije in pedagoškega izobraževanja na vseh treh univerzitetnih stopnjah. Tekom projekta sta izobraževanje zaključili dve doktorandki, ena magistrantka in številni diplomski študentje.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
