Katedra Biologii Roślin i Biotechnologii (KBRiB) jest jednostką badawczo-dydaktyczną, której działalność jest ukierunkowana na realizację badań podstawowych dotyczących roślin uprawnych, w tym genetycznych, biochemicznych i komórkowych mechanizmów ich rozwoju, reakcji na czynniki środowiskowe i stresowe. Jest odpowiedzią na aktualne wyzwania związane z transferem wiedzy i innowacyjnych technologii do gospodarki w zakresie wspomagania procesu doskonalenia odmian uprawnych, opracowywania metod i środków wykorzystywanych w zrównoważonej i proekologicznej produkcji oraz pozyskiwania plonu charakteryzującego się wysoką wartością prozdrowotną. Ponadto, w KBRiB rozwijane są badania nad wykorzystaniem organizmów, drobnoustrojów pro- i eukariotycznych oraz roślin, do remediacji substancji toksycznych ze środowiska glebowego i wodnego.

Działalność KBRiB prowadzona jest w ramach trzech zespołów badawczo-dydaktycznych tj. Zespołu Biochemii, Zespołu Genetyki Roślin oraz Zespołu Żywienia Roślin, które odpowiadają realizowaną tematyką badawczą i dydaktyczną, a także składem osobowym, wcześniejszym zakładom Instytutu Biologii Roślin i Biotechnologii (IBRiB; 2014-2019) tj. Zakładowi Biochemii, Zakładowi Genetyki, Hodowli Roślin i Nasiennictwa oraz Zakładowi Żywienia Roślin. Zakłady te zostały przekształcone w KBRiB w 2019 r.

Główna infrastruktura badawcza KBRiB zorganizowana jest w 6 zespołach laboratoryjnych:

- Laboratorium Biochemiczne

   (analiza biochemiczna roślin oraz innych materiałów przy użyciu spektroskopii UV-VIS, fluorymetrii, spektrometrii EPR; elektroforeza SDS-PAGE, DGGE, 2-DE, zymografia; chromatografia cieczowa HPLC, FPLC i gazowa GC-MS)

- Laboratorium Biotechnologii Środowiska i Mikrobiologii  

   (badania kultur bakterii i drożdży z wykorzystaniem bioreaktorów i fermentorów laboratoryjnych oraz prowadzenie bioprocesów w skali półtechnicznej)

- Laboratorium Analiz Molekularnych

   (analiza materiału genetycznego przy użyciu technik PCR i qPCR, elektroforezy DNA, RNA i białek; hybrydyzacji Southern, Northern, Western; analiza bioinformatyczna danych sekwencjonowania NGS genomów i transkryptomów)

- Laboratorium Kultur In Vitro i Cytologii

   (badania protoplastów, komórek i tkanek roślin z wykorzystaniem kultur in vitro i mikroskopii: komory z laminarnym przepływem powietrza i fitotrony do kultur in vitro, elektroporator do fuzji i elektroporacji komórek, mikroskopy świetlne i fluorescencyjne, mikroskop odwrócony i z mikromanipulatorem)

- Laboratorium Hodowlano-Nasienne

   (badania zmienności materiałów hodowlanych i jakości materiału siewnego z wykorzystaniem komór wegetacyjnych z kontrolowaną temperaturą, cieplarek i kiełkownika oraz urządzeń do oczyszczania, liczenia, płukania i kondycjonowania nasion)

- Laboratorium Żywienia Roślin

   (badania właściwości fizyko-chemicznych gleb i podłoży, składu mineralnego roślin oraz zawartości związków decydujących o ich jakości z wykorzystaniem technik spektrometrii mas ICP-OES, płomieniowej absorpcji atomowej AAS, analizatora wstrzykowo-przepływowego FIA, technik fotometrycznych z wykorzystaniem analizatora dyskretnego Seal, systemu oznaczania azotu metodą Kjeldahla, elektroforezy kapilarnej)

Katedra współpracuje także z Laboratorium Spektrometrii Mas (LSM), jednostką pomocniczą Wydziału, udostępniając część swojej infrastruktury badawczej oraz korzystając z unikalnej i nowoczesnej aparatury analitycznej będącej na wyposażeniu LSM.

Zaplecze do uprawy roślin dla celów badawczych i dydaktycznych stanowią komory fitotronowe, tunel foliowy i obiekt szklarniowy zlokalizowane na terenie Wydziału i przystosowane do uprawy również w pojemnikach na stołach przesuwnych oraz w otwartym i zamkniętym systemie hydroponicznym. Wykorzystywane są w nich także izolatory do kontrolowanego zapylania roślin nasiennych. Katedra dysponuje ponadto polem doświadczalnym zlokalizowanym w stacji doświadczalnej UR w Prusach. Poletka doświadczalne służą do prowadzenia prac badawczych i zajęć dydaktycznych z zakresu genetyki, hodowli roślin i nasiennictwa warzyw.

Pracownicy KBRiB prowadzą badania we współpracy z uniwersyteckimi i badawczymi ośrodkami krajowymi m.in.:

·         Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie

·         Politechnika Łódzka

·         Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie

·         Uniwersytet Jagielloński w Krakowie

·         Uniwersytet Gdański

·         Uniwersytet A. Mickiewicza w Poznaniu

·         Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie

·         Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

·         Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

·         Uniwersytet Rzeszowski

·         Uniwersytet Śląski w Katowicach

·         Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy

·         Uniwersytet Wrocławski

·         Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

·         Główny Instytut Górnictwa w Katowicach

·         Instytut Biopolimerów i Włókien Chemicznych w Łodzi

·         Instytut Fizjologii Roślin PAN w Krakowie

·         Instytut Nafty i Gazu PIB w Krakowie

·         Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ w Krakowie

 

zagranicznymi m.in.:

·         Bułgaria - Agricultural University, Plovdiv

·         Czechy – G. Mendel University, Brno

·         Francja - Universite de Perpignan via Domitia

·         Litwa - Aleksandras Stulginskis University, Kaunas

·         Luksemburg - Luxembourg Institute of Science and Technology

·         Niemcy - Julius Kuehn Institute, Quedlinburg i Darmstadt

·         Słowacja - University of Agriculture in Nitra, Nitra

·         Słowenia - University of Lubljana, Lubljana

·         Ukraina - Ukrainian Academy of Sciences, Lwów

·         USA - University of Wisconsin w Madison, University of Maryland w Washington, North Carolina State University

·         Włochy - Italian Council of Research, Bari

 

Od wielu lat utrzymywana jest także ścisła współpraca z podmiotami gospodarczymi umożliwiająca podejmowanie aktualnych problemów zarówno mających charakter badań podstawowych jak i aplikacyjnych. Współpraca prowadzona jest z m.in. z:

·         spółkami hodowlano-nasiennymi (Krakowska Hodowla i Nasiennictwo Ogrodnicze POLAN, PlantiCo Zielonki, Spójnia Nochowo, Kutnowska Hodowla Buraka Cukrowego w Straszkowie, Niwa Hodowla Roślin Jagodowych w Brzeznej),

·         producentami nawozów i stymulatorów rozwoju roślin (Grupa Azoty, Intermag, Trade Corporation International, Vertigo, TimacAgro Polska, ICB Pharma, Agrarius)

• firmami wdrażającymi biologiczne metody oczyszczania środowiska (KrakEkobau, Petroster)
• producentami żywności (Grupa Producentów Owoców i Warzyw Klimowicz, Z. H. Export-Import Marek Lisak, Piekarnia "Rogalik" SC. Joanna Lisak-Piątek i Marek Lisak)
• podmiotami zajmującymi się doradztwem i diagnostyką dla producentów owoców i warzyw - Agro Smart Lab, Małopolski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Karniowicach, Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie.

 

DYDAKTYKA

Szeroki zakres tematyczny prowadzonych badań znajduje odzwierciedlenie w różnorodności zajęć dydaktycznych oferowanych w ramach różnych kierunków studiów, w tym międzynarodowych, prowadzonych przez Wydział. Pracownicy KBRiB koordynują przedmioty i prowadzą zajęcia na kierunkach I i II stopnia studiów stacjonarnych i niestacjonarnych, głównie:

·         Biotechnologia,

·         Ogrodnictwo,

·         Technologia Roślin Leczniczych i Prozdrowotnych

oraz na kierunkach międzynarodowych:

·         Environmental and Plant Biotechnology,

·         International Master of Horticultural Science.

Prowadzą także wybrane zajęcia na innych kierunkach i studiach podyplomowych prowadzonych w Uczelni. Corocznie realizują zajęcia w j. angielskim dla studentów w ramach programu wymiany międzynarodowej Erasmus. W KBRiB realizowane są ponadto indywidualne praktyki i staże uczniów szkół ponadpodstawowych, studentów i absolwentów zarówno z Polski jak i zagranicy.

Nauczyciele i doktoranci przygotowują i realizują warsztaty tematyczne dla młodzieży szkolnej oraz aktywnie działają na rzecz upowszechniania wiedzy w trakcie wydarzeń m.in. takich jak Festiwal Nauki czy Małopolska Noc Naukowców.

 

Główne zakresy tematyczne prowadzonych przedmiotów:

Biochemia Biofizyka Proteomika Genetyka Cytogenetyka Biologia molekularna Inżynieria genetyczna Mikrobiologia Biologia komórki Embriologia roślin Biologia rozwoju roślin Biologia nasion

Gleboznawstwo Uprawa roli i żywienie roślin Nawożenie roślin ogrodniczych Bezglebowe technologie uprawy roślin Proekologiczna uprawa roli i roślin Biostymulacja i biofortyfikacja roślin Ocena jakości surowców ogrodniczych i zielarskich Jakość i bezpieczeństwo zdrowotne żywności Hodowla roślin Nasiennictwo

Analiza instrumentalna Biotechnologia środowiska Biotechnologia roślin Kultury in vitro roślin Transgenika roślin   Bioinformatyka Genomika Filogenetyka Statystyka i doświadczalnictwo

 

Przedmioty realizowane w j. angielskim na kierunkach międzynarodowych i w ramach programu wymiany Erasmus+:

 

Biochemistry Molecular biology Introduction to proteomics Genetic engineering Plant cytogenetics Embryology of flowering plants Soil chemistry and microbiology Sustainable horticulture systems Environmental biotechnology Bioremediation and soil reclamation

Crop improvement Plant genetic transformation GMO development and assessment techniques Plant in vitro cultures Tissue cultures for crop improvement Instrumental analysis Bioinformatics Plant genomics Biostatistics Computer assisted analysis of biological experiments

 

 

KIERUNKI BADAŃ

Zespół Biochemii

Badania zespołu koncentrują się na zagadnieniach biotechnologii i biochemii środowiskowej w zakresie przemian ksenobiotyków jednowęglowych, zanieczyszczeń antropogenicznych, węglowodorów alifatycznych i aromatycznych oraz ich pochodnych, a także wybranych metali ciężkich. Prowadzą do poznania mechanizmów bioremediacji oraz wdrażania opracowanych technologii biologicznej likwidacji zanieczyszczeń uciążliwych ścieków przemysłowych, gleb i osadów. Wykorzystywane są gatunki i izolaty środowiskowe drobnoustrojów pro- i eukariotycznych oraz wytwarzane specjalistyczne konsorcja mikroorganizmów, działające synergistycznie i zdolne do biologicznego rozkładu szerokiego spektrum zanieczyszczeń. Badania obejmują także wykorzystanie roślin (fitoremediacja). Prowadzone są także analizy mikrobioty glebowej, w tym pożytecznych bakterii z grupy PGPM (ang. plant growth-promoting microorganisms), drobnoustrojów strefy korzeniowej roślin (ryzosfery), bakterii fermentacji kwasu mlekowego podczas produkcji kiszonek oraz mikroorganizmów kolonizujących środowiska gleb zdegradowanych i zanieczyszczonych. W Zespole prowadzone są także badania dotyczące występowania związków o właściwościach antyoksydacyjnych w owocach i warzywach, a w szczególności ważnych dla zdrowia człowieka karotenoidów i związków fenolowych. Wykorzystywane są techniki chromatografii gazowej i cieczowej, elektroforezy oraz spektroskopii UV-VIS, fluorymetrii i spektrometrii EPR. Na wyposażeniu warsztatu badawczego znajduje się także zestaw aparatów – bioreaktorów do prowadzenia hodowli mikrobiologicznych na skalę zarówno laboratoryjną, jak i półtechniczną.

 

Główne tematy badawcze dotyczą:

·    poznania mechanizmów biochemicznych przemian ksenobiotyków: związków jednowęglowych (metanol, formaldehyd), ftalanów, barwników azowych, wybranych środków ochrony roślin (herbicydów), innych węglowodorów oraz substancji z grupy EDC (ang. endocrine disrupting chemicals) u niekonwencjonalnych drożdży i bakterii środowiskowych,

·     opracowania składu i warunków hodowli konsorcjów mikroorganizmów aktywnie degradujących związki alifatyczne i aromatyczne, w tym wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne oraz ich pochodne,

·     bioremediacji zanieczyszczeń organicznych, w tym związków ropopochodnych, w środowiskach gruntowo-wodnych poprzez opracowanie optymalizowanych biotechnologii z wykorzystaniem drobnoustrojów pro- i eukariotycznych,

·     bioremediacji oraz fitoremediacji gleb i wód skażonych metalami ciężkimi, zwłaszcza związkami kadmu i chromu,

·     optymalizacji oczyszczania ścieków przemysłowych – uciążliwych odcieków przemysłu chemicznego i eutrofizowanych cieczy pofermentacyjnych produkcji biometanu i biowodoru,

·     charakterystyki mikrobioty glebowej, środowisk zanieczyszczonych antropogenicznie, ryzosfery roślin, materiału kiszonkarskiego,

·     biologicznej stabilizacji drobnoustrojów glebowych na nośnikach mineralnych i granulatach utworzonych z osadów ściekowych i dennych,

·     analizy istotnych składników żywności funkcjonalnej w produktach ogrodniczych pod względem zawartości i aktywności antyoksydantów, w tym karotenoidów i związków fenolowych,

·     proteomiki i lipidomiki bakterii, drożdży, mikroskopowych glonów oraz wybranych roślin.

 Zespół Genetyki Roślin

Badania zespołu koncentrują się na tematyce związanej z szeroko rozumianą genetyką i biotechnologią roślin. Tematy badawcze ukierunkowane są na poznanie genetycznych podstaw mechanizmów rozwoju i funkcjonowania roślin uprawnych oraz wykorzystaniu wiedzy i osiągnięć biotechnologii dla potrzeb doskonalenia roślin uprawnych. Badania prowadzone są w zakresie genetyki, genomiki, cytogenetyki, nasiennictwa i hodowli odmian warzyw, głównie marchwi, kapust, cebuli i czosnku, buraka ćwikłowego, pomidora i ogórka, a także wybranych ważnych gospodarczo gatunków roślin uprawnych, w tym buraka cukrowego i łubinu oraz dzikich gatunków pokrewnych. W badaniach wykorzystywane są techniki mikroskopowe, analiz DNA, RNA i białek, zarówno jakościowe jak i ilościowe, inżynierii kwasów nukleinowych, najnowsze techniki kultur in vitro, kontrolowanego zapylenia i reprodukcji, testowania reakcji na stresy abiotyczne i biotyczne oraz oceny i uszlachetniania nasion. Ponadto, wykorzystywane są zaawansowane metody bioinformatyczne analizy danych sekwencyjnych, w tym uzyskanych z projektów z wykorzystaniem technik sekwencjonowania nowej generacji (Next Generation Sequencing) czy mapowania asocjacyjnego.

Główne tematy badawcze dotyczą:

·     mikrorozmnażania i odwirusowywania materiału roślinnego z zastosowaniem kultur in vitro,

·     hybrydyzacji somatycznej na drodze fuzji protoplastów w kulturach in vitro i tworzenia mieszańców somatycznych,

·     indukcji androgenezy oraz rozwoju roślin haploidalnych i podwojonych haploidów,

·     indukcji kwitnienia w warunkach kultur in vitro,

·     funkcji wybranych genów związanych z ważnymi cechami użytkowymi, odpornością na choroby i reakcją na czynniki stresowe m.in. zasolenie podłoża i hipoksję,

·     zróżnicowania genetycznego i występowania wariantów allelicznych sprzężonych z cechami użytkowymi, odpornością na choroby i tolerancją na stres abiotyczny,

·     opracowania markerów molekularnych sprzężonych z genami warunkującymi cechy użytkowe roślin oraz cechy związane z reprodukcją i odpornością,

·     występowania, struktury i funkcji ruchomych elementów genetycznych oraz czynników stresowych wpływających na ich mobilizację,

·     struktury kariotypu,

·     ukierunkowanej edycji genomu przy użyciu białek Cas i kompleksów białkowo-rybonukleinowych,

·     wpływu uszlachetniania nasion na ich wartość siewną i potrzeb nawodnieniowych roślin uprawnych.

  

Zespół Żywienia Roślin

Badania zespołu koncentrują się na tematyce związanej z szeroko rozumianym żywieniem roślin uprawnych i efektami tego żywienia na funkcjonowanie roślin i zdrowie człowieka. Prowadzone jest diagnozowanie potrzeb nawozowych roślin ogrodniczych, badanie zależności pomiędzy żywieniem roślin a jakością plonu, określanie wpływu właściwości fizycznych i chemicznych gleb i podłoży oraz nowych środków nawozowych i stymulujących na rozwój roślin, plonowanie i wartość biologiczną plonów. Badania obejmują także podłoża w aspekcie optymalizacji ich właściwości fizyko-chemicznych, wykorzystania materiałów odpadowych w uprawie roślin pod osłonami oraz w technologii zielonych dachów. Badania prowadzone są dla roślin uprawianych w glebie, w pojemnikach pod osłonami oraz w systemie bezglebowym z otwartym i zamkniętym obiegiem pożywki. Badania obejmują zarówno gatunki uprawne o znaczeniu gospodarczym, głównie rośliny warzywne i sadownicze, jak i gatunki wykorzystywane do założeń terenów zielonych, w tym zielonych dachów. Ukierunkowane są na wdrażanie nowoczesnych rozwiązań spełniających proekologiczne wymagania zrównoważonej produkcji rolniczej i ogrodniczej. Analizy gleby, podłoży i roślin prowadzone są pod kątem m.in. zawartości makro- i mikroelementów oraz pierwiastków śladowych i metali ciężkich z wykorzystaniem technik m.in. spektrometrii mas ICP-OES, elektroforezy kapilarnej i chromatografii cieczowej.

 
Główne tematy badawcze dotyczą:

·      optymalizacji mineralnego żywienia roślin w uprawach tradycyjnych oraz bezglebowych,

·      opracowania oraz badania właściwości i działania nowych środków przeznaczonych do nawożenia mineralnego, w tym szkieł mikroelementowych,

·      opracowywania syntetycznych i naturalnych inhibitorów nitryfikacji,

·      obiegu węgla i pierwiastków w agroekosystemie ekologicznych tuneli foliowych,

·      stosowania nawozów zielonych oraz zmianowania w ekologicznej uprawie warzyw w tunelach foliowych jako sposób na poprawę właściwości fizykochemicznych gleby oraz zwiększenie produktywności i zdrowotności roślin,

·      doskonalenia technik bezglebowej uprawy roślin, doboru podłoży i pożywki, 

·      wykorzystania biowęgla i biodegradowalnych wyrobów włóknistych w rolnictwie,

·      biostymulacji rozwoju roślin z wykorzystaniem bakterii mikoryzowych oraz stosowania efektywnych mikroorganizmów glebowych na nośnikach mineralnych,

·      biofortyfikacji roślin uprawnych w pierwiastki deficytowe o istotnym znaczeniu dla zdrowia człowieka oraz poznania szlaków metabolicznych i genów roślinnych związanych z ich konwersją w roślinach,

·      stosowania oraz doboru podłoży mineralnych oraz gatunków roślin do tworzenia zielonych dachów.