Cilj kolegija:
Može li se iz biljke otkriti što se događa u okolišu prije nego što to postane vidljivo? Možemo li biljke koristiti kao senzor okoliša i iz njezinog kemijskog profila prepoznati sušu/poplavu, onečišćenje, temperaturni stres, napad patogena ili biljojeda te druge promjene u okolišu?
Biljke ne mogu pobjeći od promjene okoliša, one je kemijski ?zabilježe?, a u sklopu ovog kolegija uči se čitati i razumjeti taj zapis. Studenti eksperimentiraju s biljnim metabolitima, analiziraju stvarne podatke i uz pomoć statistike i AI-ja traže kemijske ?potpise? okolišnog stresa.
Zašto je to bitno? Klimatske promjene, onečišćenje okoliša i sve veći pritisak na prirodne resurse stvaraju potrebu za brzim i pouzdanim načinima praćenja stanja okoliša. Budućnost monitoringa neće se temeljiti samo na tome da promjenu uočimo kada je već vidljiva, nego da je možemo ranije detektirati, izmjeriti i predvidjeti. Zato postaju važni stručnjaci koji razumiju kako povezati biološki uzorak, laboratorijsku analizu, velike količine podataka, statistiku i AI kako bi se iz podataka dobila korisna informacija.
Na ovom kolegiju studenti stječu iskustvo u radu s tehnologijama i pristupima koji se primjenjuju u ekologiji, zaštiti okoliša i razvoju novih analitičkih i prediktivnih metoda. Ne učimo samo što se događa biljci, nego i kako iz bioloških podataka doći do odgovora koji se može primijeniti u stvarnom svijetu.
Vještina koju ćemo razvijati: pretvoriti kompleksne biološke podatke u informaciju na temelju koje se može razumjeti, pratiti i predvidjeti stanje okoliša te kako tu informaciju primijeniti za rješavanje stvarnog problema. Cilj je razviti sposobnost pretvaranja kompleksnih bioloških podataka u korisnu informaciju, a korisne informacije u primjenjivo rješenje.
Predavanja će obuhvatiti sljedeće teme:
1. Karakteristike bioindikatora, biomonitora i biomarkera ? uloga biljaka kao primarnih bioindikatora u kopnenim ekosustavima.
2. Kemijska komunikacija biljaka i okoliša ? interakcije biljka?zrak, biljka?tlo, biljka?biljojed i biljka?patogen.
3. Bioindikatori i tradicionalne metode monitoringa ? prednosti, ograničenja i mogućnosti kombiniranja različitih pristupa.
4. Indikatorske vrste u biomonitoringu ? pregled biljnih vrsta široke i uske ekološke amplitude.
5. Kemijski spojevi biljaka ? primarni i specijalizirani metaboliti, njihova evolucija, funkcije te uloga u prilagodbi i kemijskoj obrani biljaka.
6. Primarni metaboliti biljaka (ugljikohidrati, lipidi, proteini) kao biomarkeri okolišnog stresa.
7. Specijalizirani metaboliti biljaka (terpenoidi, polifenoli, glukozinolati, alkaloidi, alkilamidi) kao biomarkeri okolišnog stresa.
8. Fitokemijski markeri odgovora na biotički stres ? interakcije s biljojedima, patogenima i drugim organizmima.
9. Fitokemijski markeri adaptacije i otpornosti na klimatske promjene ? visoke i niske temperature, suša i poplava.
10. Fitokemijski markeri odgovora na onečišćenje tla, vode i zraka.
11. Hlapljivi terpenoidi u interakciji biosfere i atmosfere ? uloga u komunikaciji biljaka i povezanost s promjenama okoliša.
12. Primjena fitokemije u monitoringu ekosustava ? primjeri i protokoli.
13. Integriranje podataka o biljnim metabolitima u bioindikatorske i ekološke indekse stresa.
14. Pohrana, digitalizacija i analiza biljnih metabolomskih podataka ? FAIR principi i baze podataka.
15. Statistička analiza i vizualizacija fitokemijskih podataka ? ANOVA, PCA, hijerarhijsko klasteriranje (HC) i PLS-DA.
Laboratorijske vježbe su u obliku "case study" - prikupljanje biljnog materijala i laboratorijske analize, obrada, vizualizacija i interpretacija podataka:
1.) Prikupljanje biljnog materijala u različitim ekosustavima.
2.) Ekstrakcija i kvantifikacija fitokemijskih spojeva primjenom različitih analitičkih metoda (UV-Vis, HPLC).
3.) Obrada, statistička analiza i vizualizacija fitokemijskih podataka ? organizacija i čišćenje podataka, odabir odgovarajućih statističkih metoda, analiza obrazaca i odnosa među metabolitima te grafički prikaz rezultata.
4.) Integracija i interpretacija rezultata ? povezivanje fitokemijskih promjena s okolišnim stresom i izrada jednostavnog bioindikatorskog indeksa ekološkog stresa.
Literatura:
1. Pdf prezentacija postavljen u MS Team.
2. Secondary Metabolites in Plant Stress Adaptation: Analytic Space of Secondary Metabolites (Signaling and Communication in Plants) (2024) Edited by Nabil Semmar. Springer, ISBN-10:3031525949, ISBN-13: ?978-3031525940
3. The Ecology of Plant Secondary Metabolites: From Genes to Global Processes (2012) Edited by Glenn R. Iason, Marcel Dicke, Susan E. Hartley. Cambridge University Press, Online ISBN 9780511675751, https://doi.org/10.1017/CBO9780511675751
4. Plant Metabolites and Regulation Under Environmental Stress (2018) Edited by: Parvaiz Ahmad, Mohammad Abass Ahanger, ? Mohammed Nasser Alyemeni. Academic Press, ISBN: 978-0-12-812689-9, https://doi.org/10.1016/C2016-0-03727-0
5. Plant Metabolites under Environmental Stress Mechanisms, Responses, and Adaptation Strategies (2023) Edited by Nivas M. Desai, Manasi Patil, Umesh R. Pawar. Apple Academic Press, ISBN 9781774910948, ISBN 9781003304869 (e-book)
|
Pristupačnost
