2015 okt 26

Alternatív növényvédő szerek

0 Comment

Az illóolajok alkalmazásának lehetőségei és nehézségei

Mivel napjaink növényvédelemét elsősorban a mesterségesen előállított vegyszerek használata jellemzi, ezért az utóbbi években egyre több figyelmet kap a természetes eredetű hatóanyagok növényvédelmi felhasználása. Egyre növekszik azon tudományos bizonyítékok sora, amik szerint a gyógy- és aromanövényekből kinyert illóolajok ígéretes hatóanyagoknak bizonyulnak. Jelen összefoglaló munkával ebbe a problémakörbe szeretnénk rövid betekintést nyújtani.

A Föld népességének folyamatos gyarapodása egyre nagyobb terhet ró az élelemtermelő ágazatokra és az az általános trend, hogy a mezőgazdasági termelés világszerte egyre intenzívebbé válik. Az agrárágazatokra is igaz, hogy a fejlődési pályáját hosszú távra, a környezetünkkel összhangban kellene megtervezni a fenntarthatóság érdekében. Általánosságban elmondható, hogy a fenntartható mezőgazdaság alatt olyan növénytermesztési és állattenyésztési technológiák alkalmazását értjük, amik kielégítik a mai társadalom egészséges élelmiszer-igényét úgy, hogy nem veszélyeztetik a következő generációk ugyanezen igényét. Az intenzív gazdálkodás mellett több figyelmet kellene szentelnünk a környezet sokszínűségének, a már kialakult természetes ökológiai rendszereknek és a bennük végbemenő ökológiai folyamatoknak a megőrzésére, valamint a lassan megújuló fosszilis energiaforrások hatékonyabb hasznosítására.

Az Európai Unióban a tagországok többsége intenzív mezőgazdálkodást folytat; az egyre növekvő élelmiszerkereslet kielégítésére a gazdálkodóknak egyre nagyobb termésátlagot kell produkálniuk ugyanakkora termőterületen. Az uniós jogszabályok tiltják a vizes élőhelyek, a gyep- és erdőfoltok felszámolását, hogy a helyükön mezőgazdasági területeket alakítsanak ki, ezért a termesztés hatékonyságának növelése érdekében a termelők változatos összetételű műtrágyák kiszórásával próbálják meg visszaállítani a talaj termőrétegének eredeti elemösszetételét. A gazdálkodók döntően kémiai vegyszerekkel igyekeznek megfékezni a mezőgazdasági kártevőket és kórokozókat, amivel részben vagy teljes egészében megváltoztatják az adott művelési terület és a környezetében fekvő élőhelyek felépítését.

A mezőgazdasági termelés fenntarthatósága, valamint a terméshozam egyidejű növelése érdekében olyan kezelések alkalmazása javasolt, melyek minimális behatást gyakorolnak a talaj szerkezetére, termőképességére és az agroökológiai rendszerek működésére. A biogazdaságok kialakítása jó alternatívaként szolgálhat az intenzív művelés kiváltására, mivel a termelés során nagy hangsúlyt kap a természetes eredetű anyagok alkalmazása mind a tápanyag-utánpótlás, mind a növényvédelem terén. Ennek köszönhetően a kémiai vegyszerek bioakkumulációja (káros vegyületek élő szervezetben történő felhalmozódása) a hasznos élőlényekben (pl. beporzó rovarok) minimálissá válhat. Ezáltal elkerülhetővé válik, hogy a táplálékláncban egyre feljebb haladva, egyre nagyobb koncentrációban jelenjen meg a káros anyag (biomagnifikáció), aminek hatása az emberre is veszélyt jelenthet.

Illóolajok, mint a növényvédő szerek alternatívái

A másodlagos növényi anyagcseretermékek közvetlenül nem vesznek részt az elsődleges növényi anyagcserében, bár hatással lehetnek a növények és a velük kapcsolatba kerülő más szervezetekre, illetve azok biológiai folyamataira. A másodlagos anyagcseretermékek növények életében betöltött szerepe még mindig nem teljesen tisztázott, ezért mindmáig tudományos vita forrását képezik. Egyesek úgy vélik, hogy a növényi anyagcsere egyszerű, funkcionális haszon nélküli melléktermékei, míg mások azt feltételezik, hogy igenis fontos szerepet töltenek be, méghozzá a növény kémiai védekezésében. Erre számos tudományos bizonyíték is utal: bizonyos másodlagos növényi anyagcseretermékek jelenléte az őket fogyasztó állatok számára riasztó és/vagy toxikus hatású, így csökkentve az adott növény állati fogyaszthatóságát. Ezen anyagok általános ökológiai szerepének megértését nehezíti, hogy a negatív hatások mellett bizonyos komponensek pont az ellenkező hatást váltják ki: kellemes illatukkal magukhoz vonzzák a beporzó rovarokat. Joggal merülhet fel bennünk a kérdés, hogy vajon lehet-e hatékonyan hasznosítani a növénytermesztésben az évmilliók alatt, szelekció révén kialakult komplex, kémiai védekező mechanizmusokat? Meg tudjuk-e védeni ezekkel a természetes anyagokkal a kártevők és kórokozók támadásaival szemben kevésbé ellenálló kultúrnövényeinket?

A másodlagos anyagcseretermékek egyik nagy csoportját a terpenoidok alkotják, melyek a növényi illóolajok és gyanták építőkövei. Az illóolajok általában több különböző terpenoid komponens együttes keverékéből állnak. A fizikai és kémiai tulajdonságaikat, valamint a biológiai hatékonyságukat az egyes terpenoid vegyületek aktuális összetétele és azok mennyisége határozza meg. A növény által megtermelt illóolaj minősége és mennyisége függhet a növény életkorától, vegetatív ciklusától, a klimatikus és talajtani viszonyoktól, valamint a fajon – vagy akár az egyeden – belüli változatosságot is mutathatnak. A terpén komponensek a molekuláris szerkezeti változatosságuk ellenére bizonyos tulajdonságaikban nagyfokú hasonlóságot mutatnak. Általában olvadás-, illetve forráspontjuk alacsony, folyékony halmazállapotúak, intenzíven párolognak és jellegzetes illattal rendelkeznek. Az illóolajok hidrofób vegyületek, azaz vizes oldószerekben nehezen oldódnak, azonban zsírokban és olajokban annál könnyebben. Ez alól kivételt képez pár oxigéntartalmú monoterpén vegyület, amelyek kis mértékben vízzel is képesek emulziót alkotni. Fontos kiemelni a vizes oldószerrel történő oldódás kapcsán, hogy tartósan nem képesek oldott állapotban maradni. Intenzív rázatás esetén bizonyos vegyületek több-kevesebb ideig képesek emulziót alkotni, de valódi oldódás nem jön létre, így idővel különválik egymástól a két fázis.

Az illóolajok jelentős szerepet töltenek be az illóolaj-tartalmú növények kémiai védekezésében, ami főleg az általános antimikrobiális hatásukból fakad. A növénypatogén kórokozók azért képesek változatos, esetenként szélsőséges környezetben is megtelepedni, mert a sejtmembránjuk elszigeteli, és különösen jól megvédi őket a külső behatásoktól. Az illóolajokat felépítő terpenoid komponensek változatosságából adódóan eltérő hatékonysággal képesek ezen szervezetek sejtmembránjának roncsolására a sejthártya strukturális és funkcionális tulajdonságainak megváltoztatásával. Ez az eltérő hatékonyság az egyes terpenoid komponensek eltérő molekula méretéből, szerkezetéből és a funkciós csoportjaik tulajdonságaiból adódik. A kutatások eredményei alapján léteznek olyan terpénkombinációk, melyek erősítik (szinergista) vagy éppen ellenkezőleg, gyengítik (antagonista) egymás hatását. Az irodalomban általában antagonista kapcsolatokat írnak le és vélhetően ezért kérdőjelezik meg a szinergista terpén kombinációk létezését. A szinergista kapcsolat létét az igazolná, ha a két vagy több komponens keveréke hatékonyabb antimikrobiális hatást mutatna, mint külön-külön a keveréket alkotó egyes komponensek. Ilyen kapcsolatok feltárásával csökkenthető lenne a kijuttatandó hatóanyag mennyisége amellett, hogy az antimikrobiális hatás nem csökkenne.

Az illóolajok hatékony és környezettudatos felhasználásához fontos lenne pontosan ismerni a terpenoid komponensek fizikai és kémiai tulajdonságait, biológiai és élettani hatásait. A növényvédelmi kutatásokban új távlatokat nyitna, ha az eddig csak elméleti síkon mozgó, a növények kémiai védekezésével kapcsolatos hipotéziseket következetesen megvizsgálnánk, hiszen az így megszerzett tapasztalatok és információk elősegíthetnék új, hatékonyabb növényvédő szerek megtervezését és kifejlesztését.

Illóolajok növényvédelmi jelentősége és alkalmazásuk nehézségei

Napjainkban az újabb, hatékonyabb növényvédő szerek kifejlesztése egyre nagyobb kihívást jelent a növényvédőszer-gyártók számára. Felmerül a kérdés, vajon miért is van arra szükség, hogy egyre újabb és újabb kemikáliákat állítsunk elő, hiszen számtalan peszticid már eleve elérhető a piacon. A választ a növények és a károsítóik közötti evolúciós folyamatokban kell keresnünk.

A két fél között örök, úgynevezett „fegyverkezési verseny” folyik. Az egyes növényfajok folyamatosan megpróbálnak alkalmazkodni a kártevőik által rájuk gyakorolt káros hatások kivédéséhez, amire a károsító szervezetek mindig újabb és újabb ellenlépéssel válaszolnak. A folyamat mozgatórugója, hogy idővel a kártevők is ellenállóvá válnak a tápnövényeik védekező mechanizmusaival szemben és a folyamat újból elölről kezdődik. Ahhoz, hogy egy természetes ökológiai környezetben a károsító szervezetek elleni növényi védelem mutáció révén kialakuljon, általában hosszú időre van szükség. Ez az időtáv, ami a számos, kevésbé hatékony változat kialakulásához és kiszelektálódásához szükséges, soha nem áll rendelkezésre egy intenzíven művelt termőterület esetében. A gazdálkodók a haszonnövényeik ellenálló-képességének megerősítéséhez és védelmi szintjének tudatos növeléséhez változatos, nagy mennyiségű, általában szervetlen eredetű növényvédő szert alkalmaznak. Azonban a konvencionális eljárások komoly környezeti terhelést jelentenek, ezért a környezet természet közeli állapotának megőrzése érdekében komoly potenciált jelenthetnek a hagyományos vegyszerek helyett alkalmazott hatóanyagok, mint például az illóolajok.

Az illóolajok elsősorban a természetes antimikrobiális hatásuk miatt kerültek az alternatív növényvédő szerek listájára. Hatékonyan képesek fellépni a növényi vagy raktári károsítók ellen úgy, hogy a környezetet és az ökológiai folyamatokat nem terhelik jelentősen. A természetes terpenoid komponensek a konvencionális vegyszerekkel ellentétben kis lebomlási idővel rendelkeznek, így nem képesek feldúsulni a környezetben és a táplálékláncon keresztül a fogyasztó szervezeteket sem veszélyeztetik. Számos előnyük ellenére az illóolajok növényvédő szerként történő alkalmazása még több fronton is nehézségekbe ütközik és még sok más megoldatlan kérdés vár megválaszolásra.

Az illóolajok alkalmazása során az első nehézséget az antimikrobiális hatásuk tesztelése okozza. A mezőgazdasági kártevőkkel szemben kifejtett hatás leírása elsősorban laboratóriumi kísérletek során történik, különböző modell szervezetek bevonásával (pl. Candida albicans, Pseudomonas aeruginosa), kontrollált körülmények között, leegyszerűsített környezetben, ahol a környezeti paraméterek (pl. hőmérséklet, páratartalom, elérhető tápanyagmennyiség) igény szerint változtathatók. Az illóolajok laboratóriumban megfigyelt hatásai fontos információval bírnak, hiszen következtetéseket csak ily módon lehet levonni a terpenoid komponensek hatékonyságával kapcsolatban. Azonban az illóolajok szabadföldi felhasználása során a zavaró környezeti hatások száma ugrásszerűen megnőhet, ami nagymértékben befolyásolhatja az elérni kívánt hatást. További problémát okoz még az a kikerülhetetlen vizsgálati körülmény is, hogy a laborkísérletek során sokszor olyan tesztorganizmust használnak a hatóanyagok tesztelésére, melyek nem feltétlenül növényi kórokozók (pl. Escherichia coli). Könnyen előfordulhat, hogy a laboratóriumi vizsgálatokban alkalmazott károkozó szervezetre gyakorolt antimikrobiális hatás egyáltalán nem jelentkezik a szabadföldi felhasználás során. A gyakorlatban sokszor még akkor sem garantálható teljes mértékben a laboratóriumban megfigyelt hatás, ha olyan modellorganizmust használnak, ami szabadföldi környezetben is megtalálható. Ennek magyarázata lehet, hogy a tesztorganizmusok érzékenysége változik az élő szövetből izolálva, így azok már más reakciót adnak ugyanarra a kezelésre szabadföldi körülmények között, mint laboratóriumban. Sajnálatos módon a laboratóriumi kísérleteket nem lehet kiváltani a szabadföldi tesztekkel, hiszen fontos az óvatosság és a megelőzés elve, nehogy nagyobb kárt okozzunk a termesztett növényekben, mint amit a kártevők okoznának.

Ha a laboratóriumban, illetve kis parcellákon, szabadföldi kísérletek során sikerül leírni pontosan az illóolaj várható antimikrobiális hatását, akkor a következő nehézséget az illóolaj kijuttatása jelenti. Az illóolajok lipofil vegyületek, ezért vízzel egyáltalán nem, vagy csak kis mértékben alkotnak emulziót. A vizes oldatba való bevitelüket ezért különböző oldószerekkel (pl. etanol, metanol, Tween20, agar) és más segédanyagokkal segítik. Sajnálatos módon még ezen oldószerek használatával sem lehet megelőzni az illóolajok frakcionálódását. Ennek következtében a permetezés nem lesz mindenhol egyenletes, bizonyos területekre nagyobb mennyiségben koncentrálódnak az illóolaj komponensek, ami egy bizonyos dózis felett akár fitotoxikussá is válhat, károsítva ezzel a védeni kívánt növényt.

Az emulzió létrehozásához használt oldószerek és segédanyagok zavaró hatásai további nehézségeket jelenthetnek az alkalmazás során, mert befolyásolhatják vagy akár el is fedhetik az illóolajok hatását. Egyes kutatások kimutatták, hogy a fahéj illóolajának antimikrobiális hatását csökkentette egy gyakorta használt oldószer, a dimetil-szulfoxid, mert olyan védőburkot képezett az illóolaj körül, ami gátolta a hatóanyag átjutását a sejt lipidmembránján. E zavaró hatás kikerülésére megoldást nyújthatna az illóolajok vízzel történő kijuttatása, ami viszont a gyakorlatban nem vagy csak nagyon nehezen megoldható. Az illóolajat a kijuttatás előtt intenzív rázatással kellene elegyíteni vízzel, amire terepi körülmények között általában nincs lehetőség. Alternatív megoldást jelenthet a csekély elegyedési képesség kikerülésére az illóolaj oldószer nélküli kijuttatása, például porlasztásos technikával. A problémát ez esetben a növényből kinyerhető illóolaj rendkívül kis mennyisége, töménysége, illetve illékonysága okozza.

Ha sikerül homogén emulziót létrehozni és egyenletesen kijuttatni a folyadékot a földekre, az illóolaj fizikai és kémiai tulajdonságából fakadóan újabb nehézségekbe ütközhetünk. Az illóolajok 37-40°C felett gyors párolgásnak indulnak, illetve az UV sugárzás hatására a hatóanyag komponensek kémiai szerkezete megváltozhat, ez pedig hatékonyságbeli változást okozhat. Tehát a nyári hónapokra jellemző magas hőmérséklet miatt számolni kell azzal az eshetőséggel, hogy az illóolaj jelentős százaléka nem képes a kívánt hatást kiváltani.

Összefoglalás

A fenntartható mezőgazdálkodás egyik fő kulcsa, hogy minél pontosabban megértsük és feltérképezzük az agroökoszisztémák felépítését és működését. Sajnos manapság ez az „ökotudatos” szemléletet főként csak a fejlett társadalmak engedhetik meg maguknak, bár a szemléletváltás nem feltétlenül pénz kérdése. Az eddig megjelent kutatások, a sorra fellépő nehézségek és megoldásra váró problémák számából látható, hogy az alternatív hatóanyagok kutatása és alkalmazása még gyerekcipőben jár. Ezek azonban idővel átalakíthatják a jelenleg használatos növényvédelmi technológiai rendszereket, alkalmazásukkal új távlatokat és lehetőségeket nyitva egy tudatos, fenntartható világ felé. Szerencsére egyre több gazdálkodó áll nyitottan és fordul bizalommal az új, alternatív növényvédelmi lehetőségek felé, ami kis számuk ellenére elkezdheti kiváltani a mesterségesen előállított kemikáliák használatát. Így nem csak a környezetünket óvhatjuk meg a vegyszerektől, hanem jelentősen csökkenthetjük a táplálkozásunk útján a szervezetünkbe kerülő káros anyagok mennyiségét is. Napjainkban az egyre szigorodó szabályok a növényvédő szerek engedélyeztetése kapcsán, valamint a vegyszerek bomlástermékeitől mentes termékek iránti növekvő kereslet is egyre vonzóbbá és szükségessé teszi az új, alternatív biológiai védekezési módszerek kutatását.

Felhasznált irodalom: Móczár Zs., Markó G. (2015) Illóolajok szerepe a növényvédelmi kutatásokban: távlati lehetőségek és korlátok. – Növényvédelem, 51(2): 59-66.

Krenhardt Katalin
Eötvös Loránd Tudományegyetem Állatrendszertani és Ökológiai Tanszék
Móczár Zsuzsanna
Budapesti Corvinus Egyetem Kertészettudományi Kar, Növénykórtani Tanszék
Markó Gábor MTA-ELTE-MTM, Ökológia Kutatócsoport
(Biokultúra 2015/6)

[top]