Pobierz opis

Ocena porażeń grzybowych jabłek metodą biospeckli
Anna Adamiak
[email protected]
Instytut Agrofizyki im. B. Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk,
Zakład Mikrostruktury i Mechaniki Biomateriałów
Straty ekonomiczne związane z obniżeniem jakości oraz zniszczeniem
przechowywanych surowców roślinnych są ogromnym problemem plantatorów, przetwórców
oraz handlowców. Spowodowane są zarówno przez uszkodzenia mechaniczne (w trakcie
transportu czy pakowania), jak również przez zmiany chorobowe. Bardzo ważną grupą
patogenów roślin są grzyby, które wywołują większość chorób infekcyjnych. Ich szkodliwość
wiąże się również z wytwarzaniem w tych produktach toksycznych metabolitów mikotoksyn. Zakażenie owoców grzybami fitopatogenicznymi może nastąpić w trakcie
wegetacji, zbioru lub podczas przechowywania. W zależności od rodzaju patogenu objawy
infekcji mogą występować już w sadzie lub na owocach przechowywanych. W celu
zapewnienia wysokiej jakości surowców rolniczych oraz właściwej ich klasyfikacji konieczne
jest wprowadzenie nowoczesnych metod pomiarowych, które umożliwią wczesne
rozpoznanie zmian chorobowych. W chwili obecnej największym zainteresowaniem
przedsiębiorców cieszą się proste w obsłudze, dokładne i co najważniejsze niedestrukcyjne
systemy pomiarowe. Wśród takich systemów na uwagę zasługują metody optyczne, które
mogą zostać zautomatyzowane i służyć do rutynowej kontroli surowców rolniczych.
Metoda czasowo-przestrzennej korelacji plamkowej (określana jako biospeckle)
stanowi innowacyjną, nieinwazyjną technikę ewaluacji biomateriałów, która może być
z powodzeniem stosowana w badaniach stanu jakości owoców i warzyw. Oparta jest na
zjawisku fizycznym, powstającym podczas oświetlania obiektów wiązką promieniowania
koherentnego. W wyniku wzajemnego nakładania się fal odbitych od różnych
mikroskopowych elementów powierzchni powstaje charakterystyczny obraz złożony
z jasnych i ciemnych plamek (speckli). Dla materiałów obojętnych, nieaktywnych fizycznie
lub biologicznie, intensywność oraz kształt otrzymywanych speckli nie zmieniają się
w czasie. Natomiast w przypadku próbek biologicznych (np. owoców) obserwowane są
czasowo-przestrzenne fluktuacje obrazów interferencyjnych. Dynamika obrazów
plamkowych, określanych w tym przypadku jako biospeckle, powiązana jest z ruchem cząstek
znajdujących się wewnątrz badanego materiału biologicznego i zależy od wielu czynników:
m.in. od stanu dojrzałości, świeżości, obecności uszkodzeń zewnętrznych lub wewnętrznych
czy też zmian chorobowych.
Celem badań prowadzonych w ramach pracy doktorskiej jest wyjaśnienie
i interpretacja obserwowanych czasowo-przestrzennych fluktuacji obrazów interferencyjnych
w odniesieniu do zmian patologicznych, które są skutkiem rozwoju infekcji grzybowej jabłek.
Postawiony cel realizowany jest w trzech etapach, obejmujących wykonanie
doświadczeń przechowalniczych (pierwszy etap) oraz modelowych (etap drugi i trzeci),
w których rozwój porażenia grzybowego owoców jest monitorowany przy pomocy metody
biospeckli.
Pierwszy etap dotyczy analizy zmian aktywności biospeckli (BA) oraz parametrów
jakościowych jabłek podatnych na rozwój gorzkiej zgnilizny w trakcie ich przechowywania
w warunkach chłodniczych (atmosfera normalna, 4°C).
Etap drugi obejmuje eksperymenty modelowe, w których jabłka poddawane są
inokulacji zawiesiną zarodników konidialnych grzybów patogenicznych. Przeprowadzenie
eksperymentów, w których miejsce infekcji jest ściśle określone i monitorowane, pozwala na
dokładną charakterystykę stanu fizjologicznego i mikrobiologicznego badanych owoców oraz
na powiązanie zmian parametrów jakościowych z mierzoną aktywnością biospeckli
Trzeci etap pracy ma na celu interpretację zmian aktywności biospeckli w odniesieniu
do zmian mikrostruktury, jakie następują w tkance roślinnej, w wyniku działalności
mikroorganizmu patogenicznego.
Na podstawie dotychczas przeprowadzonych eksperymentów można stwierdzić, że
zmiany aktywności biospeckli odzwierciedlają intensywność procesów zachodzących
w jabłkach podczas rozwoju porażenia grzybowego. Monitorowanie jabłek podatnych na
rozwój gorzkiej zgnilizny (Pezicula spp.) ujawniło wzrost aktywności biospeckli w czasie,
gdy pojawiały się pierwsze, ledwo widoczne symptomy porażenia. Przypuszcza się, że efekt
ten może być związany ze wzrostem intensywności transpiracji oraz emisji etylenu przez
zmienione chorobowo tkanki. Ponadto na skutek porażenia grzybowego uwalniane są związki
biologicznie czynne, takie jak enzymy, toksyny, czy też regulatory wzrostu, które mogą
zaburzać fizjologię i integralność struktury komórkowej zainfekowanej rośliny – gospodarza.
Z kolei zmiany nekrotyczne skutkowały zatrzymaniem mierzonej aktywności biospeckli.
Przeprowadzone eksperymenty modelowe potwierdziły wcześniejsze obserwacje – rozwój
porażenia grzybami z rodzaju Penicillium spowodował wzrost BA w stosunku do partii
kontrolnej (nieporażonej).
Otrzymane wyniki pozwalają wnioskować o możliwej implementacji metody
do praktyki gospodarczej. Ze względu na szybkość oraz nieinwazyjność pomiaru biospeckle
są obiecującą techniką o potencjalnie dużym znaczeniu praktycznym w produkcji rolniczej
i w przetwórstwie, szczególnie jeśli chodzi o wstępną ocenę jakości danego surowca, która
warunkuje jego dalszą przydatność. Metoda może być stosowana na każdym etapie produkcji,
dzięki czemu ta sama partia owoców czy warzyw jest poddawana dodatkowym,
uzupełniającym testom.