Već godinama na fakultetskom pokušalištu u zagrebačkom Maksimiru ne uspijevaju dobiti više od onoga što "ulože". Iz sezone u sezonu tim znanstvenika koji umnožava tradicijske kultivare graha ne ubire više od onoga što posije. Razlog su klimatske promjene koje im, uz sve analize, proučavanja DNK biljke, hranjiva koja su potrebna za rast i sve faktore koji u konačnici dovode do kvalitetnog proizvoda, prave sve veće probleme.
Stoga su se na Agronomskom fakultetu odlučili na drukčiji pristup. Osmislili su projekt, u sklopu kojeg se istražuje i grah, prijavili ga u nadležno ministarstvo i za njega iz Europskog fonda za regionalni razvoj dobili 37,5 milijuna kuna, pri čemu 15 posto dolazi iz nacionalnih izvora. Novcem su krenuli u nabavu tzv. fenotipizacijske platforme, niza međusobno povezanih aparata, uz pomoć koje sad već četvrtu godinu proučavaju na stotine primki koje su dobili s raznih strana, a takvi strojevi, jedini u Hrvatskoj i regiji, osiguravaju im mogućnosti kakve donedavno nisu imali. Jer kamere, filtri i softver toliko su sofisticirani da mogu analizirati više od pedeset različitih svojstava biljaka ne bi li uočili njihove slabosti. Odnosno, stroj predvidi da s biljkom nešto "ne štima" već u samom začetku problema, a golom oku to je nevidljivo.
Krajnji cilj svega jest stvoriti nove kultivare koji će biti otporni na klimatske promjene. Ujedno, testiraju i učinkovitost gnojiva i biostimulatora. Aparati djeluju u sklopu Znanstvenog centra izvrsnosti za bioraznolikost i molekularno oplemenjivanje bilja (ZCI CroP-BioDiv), a jednako su nazvali i projekt u sklopu kojeg provode istraživanje. Oprema koju trenutačno koriste u laboratoriju Agronomskog fakulteta sastoji se od multispektralne kamere, termalne kamere, 3D multispektralnog skenera te kamere za snimanje klorofilne fluorescencije. Uz pomoć tih "svemirskih strojeva" mogu izvršiti mjerenja koja su donedavno radili ručno s više strojeva. Cilj im je da oplemenjivanje bilja i sjemenarstvo postane strateški sektor hrvatske poljoprivrede, a njihov Znanstveni centar vrhunska istraživačka mreža koja će biti važan čimbenik u europskom istraživačkom prostoru. Vodi ga prof. dr. sc. Zlatko Šatović, a istraživanja provode na biljnim vrstama koje su glavne hrvatske poljoprivredne kulture ili ih ti znanstvenici vide kao potencijal za poljoprivrednu proizvodnju u budućnosti naše zemlje. U istraživačkoj skupini uključeni su znanstvenici triju fakulteta. Uz Agronomski iz Zagreba, u timu su i zaposlenici Fakulteta agrobiotehničkih znanosti iz Osijeka te zagrebačkog Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (PMF), ali i triju instituta – Instituta za poljoprivredu i turizam iz Poreča, Poljoprivrednog instituta iz Osijeka i Instituta za jadranske kulture i melioraciju krša iz Splita.
No ekipa s Agronomije, objašnjava dekan tog fakulteta prof. dr. sc. Ivica Kisić, koordinira cijeli proces u kojem sudjeluju, njegovim riječima, "elitne" znanstvene poljoprivredne institucije, točnije znanstvenici s vodećih visokoškolskih ustanova i znanstvenih instituta na području hrvatske poljoprivrede.
– Radimo s kultivarima koji se već stoljećima uzgajaju na ovim prostorima, no uz pomoć fenotipizacijske platforme znat ćemo koji kultivar je otporniji, a koji ima najbolji prinos, pa ćemo, primjerice, ta dva križati, na polju ili u laboratoriju, u kontroliranim uvjetima. Koristimo i mnoge moderne tehnike genotipizacije kako bismo analizirali genetsku osnovu određenih svojstava, ali nije nam namjera stvoriti genetski preinačene organizme – kaže profesor Šatović. Primjerice, radna skupina zadužena za grah, čiji su članovi dio tima od njih ukupno 47 koliko ih radi na projektu, analizirala je 400 različitih primki, odnosno toliko su ih prikupili od raznih ljudi iz svih krajeva Hrvatske i susjednih zemalja.
– To je grah koji uglavnom kruži po selima i gradovima i razmjenjuje se među ljudima već godinama. No problem je to što se on često neprikladno skladišti jer ako se ne drži na hladnom, gubi na klijavosti. Uzgoj u laboratoriju ipak je druga priča nego kad to činimo vani, na polju, jer su uvjeti kontrolirani pa smo, logično, i puno uspješniji. Primijetili smo također da se i po korijenu biljke može vidjeti otpornost na sušu. Što se on više grana prema površini, to je manje otporan na sušu, za razliku od onih koji idu dublje u tlo – kaže prodekanica za znanost i infrastrukturu te voditeljica radne skupine zadužene za grah izv. prof. dr. sc. Klaudija Carović-Stanko. Najveći problem u uzgoju graha, dodaje, jest to što on cvjeta ljeti, za sušnog i vrućeg perioda, a ranije se ne može posijati zbog opasnosti od mraza koji može uništiti čitav usjev. Kad je riječ o urodu slična je situacija i s ostalim kulturama. Iako su još u začetku procesa koji će na kraju dovesti do novih, otpornijih kultivara, ipak su, dodaje izv. prof. dr. sc. Boris Lazarević, ujedno i glavni "operativac" koji najbolje poznaje rad aparata, došli do određenih zaključaka, pa tako, primjerice, mogu predvidjeti kojeg hranjiva nedostaje određenoj biljci graha.
– Analizirali smo količine dušika, fosfora, kalija, magnezija i željeza u biljci graha, te smo uz pomoć strojnog učenja istrenirali model kojim se s vrlo velikom preciznošću utvrđuje koji element nedostaje u biljci te time koji treba "pojačati" u gnojidbi – govori Lazarević. U komori rasta, pak, kontroliraju sve ekološke uvjete, a PlantEye multispektralni 3D skener omogućuje snimanje biljke kombinacijom 3D vida i multispektralne kamere čime se bilježi refleksija valnih duljina s površine lista. Žele li simulirati snijeg ili zimske uvjete, to čine u rashladnoj komori, a dio ekipe bavi se zarazom biljaka virusima te gledaju kako to utječe na njihovu fiziologiju. Uređaj "CropReporter" mjeri fotokemiju biljke i skenira je u cjelini, i to u bilo kojoj razvojnoj fazi, što donedavno nije bilo moguće.
– Uređaj analizira biljku pet minuta, nakon čega se dobije velik broj fizioloških parametara visoke preciznosti. Obično se analizira tek dio pojedine biljke, a ovako se prvi put može analizirati heterogenost koja se javlja na razini biljke – kaže Lazarević. Osim na grahu, istraživanja se provode i na drugim biljnim vrstama: kukuruzu, pšenici, soji, vinovoj lozi, maslini, kupusnjačama i lukovima, dalmatinskom buhaču i kadulji. Za svaku je zadužen pojedini tim u kojem pak svatko ima svoj zadatak. Pa tako, primjerice, u timu za grah, čiji su se članovi okupili na Agronomiji dok je u posjetu bila Večernjakova ekipa, prof. dr. sc. Zlatko Liber s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta ekstrahira DNK i bavi se genetikom graha, dok ostali stručnjaci s Agronomskog fakulteta – dr. sc. Monika Vidak, mag. ing. agr. Tomislav Javornik te već spomenuti izv. prof. dr. sc. Boris Lazarević analiziraju fenotipska svojstva primki, dok prof. dr. sc. Jerko Gunjača sve to statistički obrađuje, a Klaudija Carović-Stanko drži sve pod kontrolom.
– Naš tim za cilj si je postavio dvije ključne stvari – grahove smjestiti s obzirom na podrijetlo, bilo da se radi o onima koji dolaze iz srednje Amerike, odnosno Meksika ili Južne Amerike, odnosno andskog područja, te genotipski i fenotipski analizirati tradicijske kultivare – govori Jerko Gunjača i dodaje da se istraživanje temelji na tome što trenutačno nema oplemenjivačkog programa koji se bavi grahom.
Jednako je stanje s oplemenjivanjem ostalog bilja u Hrvatskoj iz čega proizlazi, dodaje prof. Šatović, glavna svrha cijelog projekta.
Krajnji je cilj, naime, poticanje suradnje i sinergije između hrvatskih sveučilišta i znanstvenih instituta na području poljoprivrede u svrhu utemeljenja nove istraživačke platforme koja će objediniti nova znanstvena saznanja i tehnološka postignuća u svrhu prevladavanja poteškoća u području oplemenjivanja bilja. Zaključke i znanje tih poljoprivrednih stručnjaka potom će moći koristiti i oplemenjivačke tvrtke, veliki instituti koji se bave proizvodnjom sjemena budući da sve što financira EU mora biti javno dostupno. Suvremeni oplemenjivački programi uključuju metode fenotipizacije, koja se bavi proučavanjem fenotipa, odnosno vanjskim karakteristikama biljaka, te genotipizacije, koja se bavi genotipom biljke i modificiranjem njenih određenih osobina. Tako se dobivaju kultivari s boljim karakteristikama od prvobitnog kultivara neke biljne vrste. No niz je ograničenja kod hrvatskih oplemenjivača, a jedno od najvažnijih, objašnjavaju također na Agronomiji, nedovoljno je i sporo usvajanje novih tehnologija kao što su visoko-propusna fenotipizacija (high-throughput phenotyping), odabir uz pomoć biljega (marker-assisted selection; MAS), genomska selekcija te široka upotreba biljnih genetskih izvora za kratkoročne i dugoročne ciljeve oplemenjivanja. Premda postoji nekoliko primjera takvih pokušaja u nedavnoj prošlosti, dodaju, te tehnologije nikad nisu postale integrirani dio ijednog oplemenjivačkog programa, a djelomično opravdanje za to stanje leži u činjenici da su istraživačke aktivnosti izvan uobičajenog oplemenjivačkog rada, tako da oplemenjivači ne mogu u potpunosti uložiti svoja sredstva i vrijeme u usvajanje suvremenih tehnologija.
– Drugi razlog je taj da hrvatske oplemenjivačke tvrtke i ustanove ne posjeduju dovoljna materijalna sredstva, tako da je ono što one proporcionalno ulažu u istraživanje i razvoj nedovoljno i neusporedivo sa sredstvima koje ulažu multinacionalne oplemenjivačke i sjemenske tvrtke. Stoga hrvatski oplemenjivačkih programi pokazuju nižu stopu genetske dobiti, a novostvoreni su kultivari često nekonkurentni na tržištu – objašnjavaju. Drugim riječima, primjena svih dosadašnjih oplemenjivačkih metoda, dodat će prof. Šatović, dosad je bila skromna zbog rascjepkanosti istraživačkih skupina, nedostatne znanstvene opremljenosti te kratkotrajnosti ili financijske ograničenosti dosadašnjih istraživačkih projekata. No nadaju da će njihov Znanstveni centar to promijeniti.
– Centar je uspostavljen 2015., a s projektom bioraznolikosti i molekularnog oplemenjivanja bilja započeli smo tri godine kasnije. Novcem koji dobivamo za projekt plaćamo i doktorande te postdoktorande koje smo zaposlili, no to traje do kraja godine, a tada projekt završava. Nadamo se da će Ministarstvo znanosti i obrazovanja uočiti važnost ne samo ovog projekta već i projekata ostalih devet znanstvenih centara izvrsnosti iz STEM područja koji su uspostavljeni u Republici Hrvatskoj te raspisati natječaj za još jedan petogodišnji projekt – kaže profesor Šatović.
I tko zna, možda u nekoj daljnjoj budućnosti, dodaje Lazarević, stečeno znanje i primijene razvijajući digitalnu i pametnu poljoprivredu s kolegama s drugih znanstvenih institucija, poput Fakulteta elektrotehnike i računarstva ili Fakulteta strojarstva i brodogradnje.
– Do cjelovitih rješenja došlo bi se snimanjima, pa i onima iz zraka putem drona, analizom tih snimaka i interpretacijom podataka – govori Lazarević. Takve metode, koje u poljoprivredu uvode umjetnu inteligenciju, a uključuju i različite robote, napredne sustave navodnjavanja i autopilote, ističe K. Carović-Stanko, u drugim su zemljama u puno široj uporabi nego kod nas, gdje je takav tip uzgoja tek u začetku.
Hrvatski mali poljoprivrednici umjetnu inteligenciju u poljoprivredi ne koriste toliko često uglavnom iz financijskih razloga, a ipak na našem tržištu u poljoprivredi dobro rade softverske tvrtke koje djeluju i globalno. No one se digitalizacijom poljoprivrede ne bave, kažu na Agronomiji, s aspekta oplemenjivanja i proučavanja stresa ili prilagodbe biljke na klimatske promjene. Metoda oplemenjivanja bilja, ističe prof. Šatović, nije novost, no dosad se provodila na temelju analiza agronomskih svojstava u poljskim pokusima, a klasične metode danas više nisu dostatne za učinkovit razvitak novih kultivara.
– Počeci oplemenjivanja u Hrvatskoj sežu u početak 20. stoljeća, a u posljednjih šezdesetak godina registrirano je više od 1200 domaćih kultivara – kaže profesor Šatović.
Ipak, kako stoji u znanstvenom radu "Oplemenjivanje ratarskog i povrtnog bilja u Hrvatskoj" autora Vinka Kozumplika i Zdravka Martinića-Jerčića, u Hrvatskoj, kao i u drugim zemljama, bilo je pojedinaca koji su radili na poboljšanju pojedinih kultura i ranije, a sve do početka 20. stoljeća oplemenjivanje bilja bila je prava vještina.
"Prva sorta poljoprivrednog bilja odabrana iz planskog međusortnog križanja u Hrvatskoj bila je sorta kukuruza stražimirovac. Autor sorte bio je Dragutin Stražimir iz Donje Zeline, župnik koji je tu sortu kukuruza razvio već polovicom 19. stoljeća. Nova sorta dobivena je križanjem sorte mali klejić, koja je bila američkog podrijetla, s tadašnjim domaćim kukuruzom. Sorta stražimirovac odlikovala se ranom zrelošću i nekim drugim dobrim svojstvima tako da je i nagrađivana na izložbama: u Zagrebu 1864., u Beču 1866. i 1873. i u Trstu 1882. godine", pišu ta dva autora. Početak znanstvenog oplemenjivačkog rada u Hrvatskoj vezan je pak uz Kraljevsko gospodarsko-šumarsko učilište u Križevcima. Gustav Bohutinsky prvi je hrvatski biljni oplemenjivač i znanstvenik koji je radio na tom učilištu od 1904. do 1914. Diplomirao je poljoprivredu na Bečkom sveučilištu i postao poznat kao prvi hrvatski mendelist, odnosno zagovaratelj i provoditelj učenja Gregora Mendela, utemeljitelja genetike.
"Uz nastavu, radio je na oplemenjivanju više ratarskih kultura. Vrlo vrijedne rezultate postigao je sa pšenicom, poznata je njegova introducirana sorta sirban prolifik. Započeo je i rad na sorti kukuruza križevačka Hrvatica", ističe se u radu.
I hrvatske plemićke obitelji imale su ulogu u tradicionalnim metodama oplemenjivanja bilja. Prije Drugog svjetskog rata uspješno se eksperimentiralo na vlastelinstvima u istočnoj Hrvatskoj, već od 1909. na imanju grofa Pejačevića u Rumi, a nešto poslije na imanju grofa Eltza u Vukovaru... Nakon rata rad na oplemenjivanju oraničnih kultura u Hrvatskoj znatno se širi u usporedbi s prijeratnim razdobljem.
– Prvi važni rezultati u tom razdoblju postignuti su zahvaljujući radu Josipa Potočanca na pšenici, Drage Palaveršića na kukuruzu, Ljube Radića na kukuruzu, Zvonimira Mađarića na pšenici, Marka Budišića na soji, Ive Matića na šećernoj repi, Rudolfa Gornika na duhanu, Marka Mohačeka na krumpiru, Njegoslave Gliha na krmnim travama, Vere Mikolčević na povrću i drugima na raznim poljoprivrednim kulturama – ističu Kozumplik i Martinić-Jerčić. Upravo su imena Potočanca i Palaveršića postala najpoznatija te su svojevremeno dominirala u proizvodnji u Hrvatskoj. Prvi je autor prvih visokorodnih polupatuljastih sorti pšenice, a drugi prvog hrvatskog hibrida kukuruza. No prije su se programi oplemenjivanja uglavnom provodili zbog pojave bolesti, oštećenja, bolje kvalitete i prinosa, dok danas pokusi u polju više nisu toliko uspješni upravo zbog promjene klime. Ipak, ostaje nada da će sjeme nastalo u laboratoriju "funkcionirati" i vani te da će suvremena tehnologija tome pridonijeti.
