IGR PAN HR Smolice UP Poznan PHR IFR PAN UMCS Lublin UR Kraków

Projekt

Współczesna produkcja rolnicza, cechująca się wymuszonym przez aktualne warunki gospodarowania uproszczonym zmianowaniem (z przytłaczającą przewagą monokultur zbóż i rzepaku), powoduje stopniową, lecz nieuchronną degradację gleb. Wykorzystanie roślin strączkowych, a zwłaszcza łubinów, jako źródła cennych surowców oraz czynnika chroniącego i stabilizującego ekosystemy rolnicze można uznać za jedno z najlepszych rozwiązań o charakterze proekologicznym. Według zgodnej opinii polskich hodowców, obecnie w warunkach krajowej gospodarki rolnej najbardziej obiecujący spośród łubinów uprawnych jest łubin wąskolistny (Lupinus angustifolius L.). Hodowla tego gatunku miała swe początki w Niemczech, w Polsce, a także w Rosji. W latach 60. ubiegłego wieku intensywne programy hodowlane rozwinęły się w Australii, co wpłynęło na wzrost globalnej produkcji łubinów w drugiej połowie lat 1990. Łubin wąskolistny jako przedstawiciel rodzimych strączkowych charakteryzuje się właściwościami pożądanymi w proekologicznych rozwiązaniach dla rolnictwa: jest źródłem cennych surowców i elementem odtwarzającym i stabilizującym równowagę ekologiczną gleb. Palowy system korzeniowy korzystnie wpływa na strukturę gleby i umożliwia odzyskiwanie składników mineralnych z głębokich warstw gleby. Zaletą łubinu jest także pobieranie trudno przyswajalnych przez inne rośliny związków fosforu i potasu. Szczególnie cenna jest zdolność do przyswajania azotu atmosferycznego dzięki symbiozie z bakteriami z rodzaju Bradyrhizobium, która uniezależnia łubin od mineralnego nawożenia azotowego. Pośrednią konsekwencją tych cech jest wysoka zawartość białek zapasowych, osiągająca w przypadku łubinu wąskolistnego poziom 34% suchej masy. Skład tych białek jest korzystny pod względem żywieniowym; nasiona łubinów są używane do produkcji pasz oraz do produkcji żywności, w tym funkcjonalnej. Problemem bywa natomiast w niektórych materiałach zbyt wysoka zawartość substancji antyżywieniowych i alergenów, co musi być brane pod uwagę w programach hodowlanych. Do korzystnych właściwości tego gatunku należy także wysoka, wynikająca z wydajnej fotosyntezy, asymilacja CO2 i produkcja biomasy (do 50 t/ha), która jest wykorzystywana jako zielonka (pasza wysokobiałkowa) lub stosowana jako zielony nawóz (po przyoraniu). Niezależnie od sposobu zbioru, na polu pozostaje znaczna ilość resztek pożniwnych wzbogacających glebę w materię organiczną.

Pomimo wiedzy na temat cennych właściwości łubinów i ich znaczenia dla zrównoważonego rolnictwa, zainteresowanie wykorzystaniem tej grupy roślin jest w Polsce niewielkie. Przyczyną tego stanu rzeczy jest niska opłacalność ich uprawy, spowodowana m.in. niestabilnością plonu, epidemiami chorób (antraknozy i fuzariozy) oraz konkurencyjnym importem soi. Postęp w hodowli nowoczesnych odmian łubinu wąskolistnego zależy więc od wprowadzenia alleli korzystnych cech struktury i jakości plonu oraz odporności na choroby do puli genowej materiałów hodowlanych. Działania te powinny mieć oparcie w programach badawczych, integrujących badania podstawowe i stosowane. Wyniki badań podstawowych dostarczą wiedzy o genetyce cech użytkowych i umożliwią generowanie markerów jako narzędzi do prac aplikacyjnych - wyprowadzania nowych linii i odmian uprawnych. Dotychczasowe szerokie stosowanie importowanej śruty sojowej w przemyśle paszowym wynika z łatwego dostępu do dużych partii jednolitego jakościowo surowca. W celu przynajmniej częściowego jej zastąpienia białkiem łubinowym konieczne będzie zwiększenie produkcji łubinów. Można to osiągnąć poprzez integrację kierunków badawczo-wdrożeniowych wspierających tworzenie nowych, lepiej plonujących i lepszych jakościowo odmian w projektach hodowlanych. Rozszerzenie uprawy w płodozmianie wydajnych odmian łubinów, znacznie poprawiających strukturę intensywnie eksploatowanych gleb i istotnie obniżających nawożenie mineralne, jest uzasadnione ze względu na uzyskanie wartości dodanej w postaci długofalowego pozytywnego oddziaływania na środowisko rolnicze i poprawę wyniku finansowego produkcji rolniczej w dłuższym wymiarze czasowym. Wzrost konkurencyjności polskiego rolnictwa funkcjonującego w warunkach otwartego rynku jest jednym z ważnych kryteriów proponowanego projektu. Środki finansowe kierowane do instytucji naukowo-badawczych, przedsiębiorstw hodowlanych i firm sektora rolno-spożywczego powinny być skoncentrowane na najbardziej efektywnych projektach i przedsięwzięciach, gwarantujących wzrost innowacyjności technologicznej i produktowej roślin uprawnych.

W Polsce działa kilka zespołów mających wieloletnie doświadczenie w badaniach łubinów zarówno na poziomie molekularnym, jak i technologii uprawy oraz wykorzystania białka łubinowego do celów żywienia zwierząt i człowieka. Proponowany projekt integruje kierunki badawcze tych grup z potrzebami firm hodowlanych specjalizujących się w produkcji nowych odmian i zainteresowanych wykorzystaniem innowacyjnych technologii w praktyce hodowlanej.

Badane cechy użytkowe

W projekcie przedstawiamy zintegrowany program obejmujący prace badawcze z dziedziny genetyki, biologii molekularnej, biochemii, fizjologii, fitopatologii i bioinformatyki, w celu wykorzystania wyników tych badań w praktyce hodowlanej i przemyśle rolno-spożywczym. Efektem tych prac będzie wzbogacenie wiedzy hodowców o zakresie naturalnie występującej zmienności cech użytkowych w materiałach kolekcyjnych i hodowlanych, uzyskanie zestawu markerów zasocjowanych z tymi cechami, a w konsekwencji produkcja nowych, opłacalnych w uprawie, odmian łubinu wąskolistnego. Analizowane będą następujące cechy użytkowe:

  • cechy morfologiczne (wysokość roślin, liczba rozgałęzień, samokończenie wzrostu), elementy struktury plonu (masa tysiąca nasion, plon nasion, liczba strąków) i cechy fizjologii rozwoju (termin kwitnienia, pękanie strąków, termin dojrzałości nasion) w doświadczeniach polowych (dwa lata);
  • odporność na stresy abiotyczne (wrażliwość kiełkujących nasion i siewek na niską temperaturę, wrażliwość na suszę glebową w fazie kwitnienia, wskaźniki fizjologiczne wysokiego plonowania);
  • odporność i tolerancja na grzyby patogeniczne powodujące antraknozę i fuzariozę łubinu; w warunkach polowych (HR Smolice, Przebędowo) oraz w warunkach szklarniowych (IGR PAN);
  • jakość plonu: skład ilościowy i jakościowy białka nasion (białko ogólne, białko ekstrahowalne, białkowe inhibitory enzymów trawiennych), frakcji lipidowej (tłuszcz surowy i skład kwasów tłuszczowych, tokochromanole i karotenoidy), frakcji sacharydowej (skład galaktooligosacharydów), a także zawartość składników antyżywieniowych (alkaloidy) i prozdrowotnych (fenole, błonnik);
  • kompetencje symbiotyczne; opracowanie testu na szybką i tanią ocenę obecności symbiotycznych mikroorganizmów w glebie, zwiększenie wydajności symbiotycznego wiązania azotu.

Uzupełnieniem badań cech użytkowych będzie analiza polimorfizmu DNA linii łubinu innowacyjną metodą genotypowania przez sekwencjonowanie. Wygenerowane markery zostaną zlokalizowane na mapie genetycznej, zawierającej loci kolejnych cech użytkowych, takich jak miękka okrywa nasienna, niepękanie strąków, termoneutralność. Całość uzyskanych danych zostanie poddana analizom statystycznym, opracowane będą struktury baz danych dla analizowanych cech morfologicznych, biochemicznych, fizjologicznych i fitopatologicznych. Następnie przeprowadzone będzie mapowanie asocjacyjne w celu określenia markerów skorelowanych z tymi cechami.