A klímaváltozás nyomán emelkedő átlaghőmérséklet, illetve a csapadékmennyiség csökkenése és kiszámíthatatlanná válása miatt a magyar mezőgazdaság termelékenységének fenntartása érdekében

fokozni kell a termesztett növényfajták szárazságtűrését.

Ördögné Kolbert Zsuzsanna elmondása szerint a 2022-es hosszú aszály során több százmilliárd forintos kár keletkezett a mezőgazdaságban: csökkent a kukorica- és búzatermés, másrészt pedig a legeltetésbe vonható területek mérete is csökkent. Az előrejelzések szerint a közeljövőben e trend csak fokozódni fog, így egyre hosszabb száraz periódusokra kell felkészülnünk.

Ördögné Kolbert Zsuzsanna

De nem ez az egyetlen kihívás, amivel a modern mezőgazdaságnak szembe kell néznie. A szárazság fokozódása mellett nő az élelmiszerigény, hiszen a Föld népessége folyamatosan növekszik, így a romló környezeti körülmények közepette egyre több növényt kellene termeszteni. A termelésnövelésnek ráadásul összhangban kell lennie a fenntarthatóság elveivel. „A termőföldet olyan minőségben kell továbbadnunk az utódainknak, hogy ők is tudják élelmiszer-termelésre használni. Megoldást kell hát találnunk a mai mezőgazdaságra nehezedő hármas kihívásra” – mondja Kolbert Zsuzsanna.

E célok elérésében lehet jelentős szerepe az úgynevezett „magedzés” eljárásának. A magedzést nanoanyagokkal is meg lehet valósítani, viszont sok ilyen anyagot még nem teszteltek a gyakorlatban. A Lendület-kutatócsoport célja ezért részben az, hogy több nanoanyagot is kipróbáljon a magedzésben, illetve új anyagokat fejlesszen ki a növények szárazságtűrésének fokozása céljából. De mi is az a magedzés?

„A magedzés a magvak speciális kezelését jelenti, amihez különféle molekulákat, illetve például nanoanyagokat tartalmazó folyadékokat használunk – folytatja a kutatócsoport-vezető. –

A növények eleve képesek védekezni a szárazsággal szemben, és e védelmi mechanizmusokat lehetséges aktiválni a magkorban végrehajtott kezeléssel, vagyis az edzéssel.”

A magból kihajtó növény a várakozások szerint „emlékezni fog” erre az edzésre, így később, amikor környezeti stressz (jelen esetben szárazságstressz) éri, akkor az aktivált védelmi képességeiknek hála hatékonyabban (gyorsabban és intenzívebben) képes majd reagálni erre a zavarásra. Az egyik legfontosabb alapvető szárazság elleni védekezési mechanizmus a gázcserenyílások bezárása. Így csökken a párologtatásuk, és a szárazság dacára a vízháztartásuk is javul. De a száraz talajban a gyökérzet növekedése is megváltozhat, hogy a mélyebben fekvő, így nedvesebb talajrétegeket is elérhesse a gyökér. A szárazság hatására emellett beindul a védekezést serkentő növényi hormonok, illetve antioxidánsok termelése is. Ezeket az alapvető védőmechanizmusokat lehet a magedzéssel aktiválni, erősíteni.

A kutatómunka újdonságértéke a nanoanyagok magedzési célú felhasználásában rejlik. A nanoanyagok a nanométeres (egymilliomod milliméteres) mérettartományba tartoznak. Egyik előnyük, hogy az apró méret mellé hatalmas relatív felület jár, így a biológiai rendszerekben, sejtekben speciális viselkedésre képesek. Emellett különleges optikai és mechanikai tulajdonságokkal, illetve antimikrobiális hatásokkal is bírnak. E különleges tulajdonságokat igyekszik a kutatócsoport a magedzésben kihasználni. A vizsgálatok során többféle kezelés hatását is tesztelni fogják. Az egyik ilyen anyag a nanoanyagokkal dúsított plazmaaktivált víz.

Ebben a vízmolekulák és a légköri plazma kölcsönhatása révén reaktív oxigén- és nitrogénformák keletkeznek. A korábbi kísérletekből kiderült, hogy a plazmaaktivált vízzel való kezelés hatására javult a növény csírázása és növekedése, csakhogy a benne lévő oxigén- és nitrogéngyökök annyira reaktívak, hogy gyorsan elreagálnak, a hatásuk nem tart sokáig. Érdemes lenne hát megnövelni a stabilitásukat. Ennek egy lehetséges megoldását kínálhatják a fém nanokolloidok.

A kutatócsoport-vezető szerint a nanoanyagok révén így a plazmaaktivált víz hatékonyabb magedző anyaggá alakítható.

„Itt tehát a nanoanyagokkal javítani akarjuk egy már ismert magedző anyag pozitív tulajdonságait. A vizsgálatainkban emellett karrikint is alkalmazunk majd, amely a cellulóz részleges égése során keletkezik – mondja Kolbert Zsuzsanna. – A növények receptoraikkal érzékelik a karrikin jelenlétét, fokozzák a csírázásukat és a csíranövény növekedését, illetve javul a stressztűrésük. Ez a hatás is ismert már, de mi egy nanopolimerbe, a kitozánba csomagoljuk majd a karrikint, és így reményeink szerint felruházzuk majd mindazokkal az előnyös tulajdonságokkal, amelyek a nanoanyagokat jellemzik.”

A harmadik anyag pedig, amelyet a vizsgálatokban alkalmazni fognak, egy szilikátalapú nitrogén-monoxid donor nanoanyag lesz, amelyet már előállítottak, de növényekben még nem teszteltek. E nanorészecske nitrogén-monoxidot szabadít fel, ami ugyancsak erősen reaktív, és jó hatással van a csírázásra. A vizsgálatokat főként a lúdfű növénymodellen végzik majd, de emellett borsón és búzán is folytatnak majd üvegházi kísérleteket.

„Bízunk benne, hogy a projekt szilárd és megbízható elméleti ismereteket tud nyújtani a fenntartható mezőgazdaság új technológiáinak bevezetéséhez” – vélekedik a Lendület-kutatócsoport vezetője.