Kétségtelen, hogy a globális mezőgazdasági termelés rendkívüli mértékben megnőtt az elmúlt hatvan évben. Mennyivel, mely termékekkel, vagy árucikkekkel, hogyan és miért? ezekre a kérdésekre ad választ a következő cikksorozatunk.

Olvass tovább

Az utóbbi néhány évben egyre inkább megnőtt és folyamatosan növekszik a kereslet a magasabb minőséget képviselő termékek iránt. Egyre többen keresik a bio, valamint közvetlenül a termelőtől származó élelmiszereket.

Olvass tovább

Az Európai Bizottság Közös Kutatóközpontja és két holland intézet közösen végzett friss kutatása szerint az európai talajok felső rétegének 45%-a tartalmaz glifozát maradványokat, ami arra enged következtetni, hogy az EU mezőgazdasági modellje túlságosan is erre a gyomirtó szerre hagyatkozik.

Olvass tovább

Tapasztalat, speciális műszerek, kísérletező kedv, innováció, fogékonyság az újra és a környezet iránti elkötelezettség – címszavakban ez jellemzi az MTA ATK NÖVI Állattani Osztály kutató munkáját. Mindegyikre szükség is van, mindegyik a többivel együtt kap igazán értelmet és mindezekről hosszan lehetne írni. Bepillantás­képpen viszont most csak néhány kiragadott pillanatfelvétel bemutatására szorítkozunk.

Olvass tovább

Egy új kutatásban a zsírbevitel és az anyatej zsírsav összetételét vizsgálták gazdálkodó, illetve nem gazdálkodó anyáknál, továbbá ezzel összefüggésben az utódoknál kifejlődő allergiát. Olvass tovább

Francia kutatók a közelmúltban készítettek egy tanulmányt a növényvédő szerek használatának rejtett és külső költségeiről. Jelenleg is folyik a vita a növényvédő szerek használatáról és annak káros következményeiről, ehhez azonban szükség van a használat nettó előnyeinek megfelelő értékelésére. Olvass tovább

A martonvásári ökológiai kutatások célja az ökológiai gazdálkodás támogatása, eredményesen termeszthető fajták nemesítésével. Az ökológiai kutatások az ezredforduló tájékán, a 2012-ben elhunyt dr. Kovács Géza vezetésével kezdődtek Martonvásáron. Fő tevékenységük a kalászos gabona nemesítés, ezen belül kiemelten olyan alternatív kalászosok nemesítésével foglalkoznak, melyek termesztése kifejezetten az ökológiai gazdálkodás keretében képzelhető el. A nemesítési tevékenység tanúsítását a Biokontroll Hungária Nonprofit Kft. végzi, ennek módszerét a tanúsító szerv kutatóintézetünkkel együttműködve dolgozta ki.

Milyen fajtákat nemesítenek ökológiai célokra?

Elsősorban olyan alternatív kalászosokat, melyekre az ökológiai gazdálkodásban mutatkozott igény. Az ökológiai nemesítési program az alakor (Triticum monococcum) nemesítésével indult Martonvásáron. Az alakor a búzát fertőző legjelentősebb betegségeknek, a szár- és levélrozsdának, sárgarozsdának, valamint a lisztharmatnak is ellenáll. Betegség-ellenállósága, kiváló gyomelnyomó-képessége és jó termésstabilitása miatt termesztése újabb lendületet kapott az ökológiai gazdálkodás keretei között. Emellett egyes beltartalmi paraméterei is kiemelkedőek: magas mikroelem és zsíroldható vitamintartalma funkcionális élelmiszer előállítására teszi alkalmassá.

Mv Alkor alakorfajta kalászai

Mv Alkor alakorfajta kalászai (Vécsy Attila felvételei)

Az alakor az egyik legősibb gabonafélénk, a nagyobb termőképességű durum és búza megjelenése után maradványnövényként maradt fenn. Tudatos nemesítése a XX. sz. végén kezdődött, a fajtaválaszték azonban nagyon kicsi: 2013-as adatok alapján mindössze 13 fajta- és fajtajelölt van Európában, a CPVO – Közösségi Növényfajta Hivatal adatai alapján.

Az alakorfajták nemesítése hagyományos szelekciós módszerrel történik Martonvásáron. Nemesítési tevékenységünk elsősorban megfelelő termésstabilitás kialakítására és a termőképesség növelésére irányul.

A munkánk eredménye két alakor fajta. Az Mv Alkor az első hazai ökológiai nemesítésű alakor fajta, 2008-ban részesült állami elismerésben. Hagyományos típusú alakor, növénymagassága eléri a 120-130 cm-t, a búzához viszonyítva késői éréscsoportba tartozik. Termőképessége 2,5-3 t/ha. A talaj magas tápanyagtartalmát nehezen bírja, ezért intenzívebb körülmények közötti termesztése nem javasolt.

Az Mv Menket az első intenzív típusú, féltörpe alakor fajta, 2011-ben kapott állami elismerést. Éréskori magassága 80-90 cm, megdőlésre nem hajlamos, jó szárszilárdsággal rendelkezik. Termésmennyisége 20%-kal meghaladja az Mv Alkorét, termesztése intenzívebb körülmények között javasolt.

Az alakor termése puhaszemű, nyersfehérje-tartalma magas. Karotinban gazdag lisztje sütőipari termékek előállítására alkalmas. Magas bioaktívkomponens és ideális tokotriol/tokotrienol (T3/T, E vitamin) aránya miatt funkcionális élelmiszerek előállítására is felhasználható. A sikértartalmának vizsgálata azonban nehézkes, ún. lágy sikérrel rendelkezik, aminek mennyisége gyakran nem mérhető kellő pontossággal. Ez azonban nem jelenti azt, hogy gluténmentes lenne, ezért a fogyasztása a lisztérzékenységben szenvedőknek nem ajánlott.

Az alternatív kalászosok fajtaválasztékának növelésére indult el Martonvásáron a tönke (T. turgidum subsp. dicoccum) nemesítése. A tönke a durumbúzával áll közelebbi rokonságban, annak őse. A durumhoz hasonlóan keményszemű terméssel rendelkezik, de szemtermése az alakorhoz hasonlóan pelyvás. Évezredeken keresztül termesztették, majd a modern, bőtermő csupasz fajták szorították ki a termesztésből.

Mv Hegyes nevű tönke fajtánk 2008-ban kapott állami elismerést. Növényállománya 130-150 cm magas, szára vastag, erős és rugalmas, de tápanyagban gazdag talajokon megdőlésre hajlamos. Az alakorhoz hasonlóan késői érésű, termőképessége biotermesztésban 2-3 t/ha. Kiemelkedően magas nyersfehérje-tartalommal és nedvessikér-tartalommal rendelkezik. Sütő- és tésztaipari felhasználásra javasolt, de emellett a nagy zöldtömege és magas fehérjetartalma miatt takarmányozásban is alkalmazható.

Az ökológiai gabonatermesztés jelentős kalászos növénye a tönköly. A martonvásári minőségi gabonanemesítési program keretében 2013 őszén állami elismerésben részesült az Mv Martongold tönköly fajta, ami a hazánkban ma elérhető legbőtermőbb tönköly. Származását tekintve ún. „tiszta” tönköly, azaz búza ősökkel nem rendelkezik. A „tiszta” tönköly fajták kedvezőbb étrendi hatásúak lehetnek a gabonaallergiában szenvedőknek.

A martonvásári nemesítés célja olyan „tiszta” tönkölyfajta előállítása volt, ami minőségében a közkedvelt Oberkulmer rotkorn tönköly fajtához hasonló. Az Mv Martongold nyersfehérje- és sikértartalom tekintetében az Oberkulmerhez hasonló, egyéb paramétereiben (sikérindex, Zeleny index, alveográf W, farinográf értékszám, farinográf stabilitás) pedig túl is szárnyalja, így a hazai fajtaszortimentben ez a legjobb minőségű „tiszta” tönköly fajta.

Martongold tönköly fajta vetőmagelőállítása

Martongold tönköly fajta vetőmagelőállítása

A martonvásári ökológiai kutatások célja nem csak a fajtaelőállító nemesítés. Éppolyan fontosnak tartjuk, hogy a kutatóintézetünkben konvencionálisan nemesített őszi búza fajtákat és kukoricahibrideket tanúsított ökológiai területen vizsgáljuk, segítve ezzel a biogazdálkodókat a fajtaválasztásban.

Kutatócsoportunk aktívan részt vesz ökológiai kísérleteivel Európai Uniós és hazai kutatási projektekben. Az elmúlt években egy EU FP7-es pályázat keretében (KBBE-245058, www.solibam.eu) csoportunk részt vett innovatív gabonatermesztési és nemesítési rendszerek kidolgozásában, újonnan létrehozott, diverz kompozit populációk (CCP) előállításával és használatával, fajtakeverékek tesztelésével. Külföldi partnereinkkel együttműködve, különböző búzanemesítési stratégiák összehasonlításának eredményeként az ökológiai és ’low input’ gazdálkodást célzó, búzanemesítőknek gyakorlatban is hasznosítható ajánlást dolgoztunk ki a búza különböző tulajdonságainak szelekciós kritériumaira vonatkozóan.

Különböző hazai K+F pályázatok keretein belül egyéb növényfajokat is vizsgálunk ökológiai kísérletben. Több éven át futó projektben silókukorica hibrideket teszteltünk ökológiai állattartás és takarmányozás számára, illetve speciális beltartalmi összetételű silóhibridek nemesítését végeztük (CONFU_08 TECH_08-A3/2-2008-0397).

Takarmányozási szempontból kalászos-pillangós zöldtakarmányok vizsgálata is folyik bio területen, együttműködésben egy biotej előállító nagygazdasággal (XPROTEIN, GOP-1.1.1-11-2012-0066). Alakornemesítési programunkkal sikeresen vettünk részt az első magyar biosör kifejlesztésében (TECH-08-A32-2008-0423, ALKOBEER).

Megyeri Mária – Mikó Péter – Láng László
MTA Agrártudományi Kutatóközpont
Mezőgazdasági Intézet
(Biokultúra 2016/1)

Vélemény a nano részecskék és a biogazdálkodás kapcsolatáról

Úton-útfélen találkozunk a kérdéssel, hogy mi is az a „nano”, hogyan érinti a mezőgazdaságot és miként kezelje azt egy bios? Előadások, gazdatalálkozók szinte alig telnek el úgy, hogy fel ne merülne a nanotechnológia ügye. Sokan (főként a nano termékekkel rendelkezők) a jövő szinte mindent megoldó módszerének tekintik, mások meg a félelmüket hangoztatják, főként az élelmiszerekbe való kerülésük, keverésük és a beláthatatlan környezeti hatásuk miatt. A tisztánlátás érdekében kértük meg Bakonyi Gábor professzor urat, hogy egyszerűen, ne csak a természettudósoknak érhető módon írja meg a „Nanotechnológia a mezőgazdaságban” cikkét. Köszönjük!

Ebben az esetben a tudomány fejlődése, a kész termékek megjelenése gyorsabb, mint ahogyan a jogalkotás reagálna rá, és mivel tiltás nincs, a nanorészecskék alkalmazása viharos gyorsasággal terjed az élet minden területén!

Le kell szögeznünk, hogy míg a másik nagy, új technológia, a géntechnikailag módosított szervezetek (GMO) és származékaik alkalmazása elől a biogazdálkodás véglegesen elzárkózik, addig a nano szervezetek alkalmazása előtt lehetnek megnyíló területek. Amíg a GMO-k természetidegen élő szervezetek, és elutasításuk mögött a már egyértelműen ismert környezeti, egészségügyi károkon túl etikai okok is bőven állnak, addig a nano részecskék élettelenek, nem szaporodnak, ráadásul a természetben önmaguktól is ősidők óta jelen vannak.

Azonban a ma rendelkezésre álló ismeretek alapján a biogazdálkodás okosan teszi, ha a nanotechnológia, illetve a nanorészecskék alkalmazásától eltekint, hiszen ezek a biológiai gazdálkodás IFOAM által nagyon jól megfogalmazott alapelveinek (Környezet megóvása, Gondosság, Méltányosság és Egészség szolgálata) mindegyikét sértik, vagy sérthetik. Persze mindegyik alapelv összefügg a másikkal, rendszerint egyik megsértése a másikakat is érinti. Az egészségtudatos biotermék fogyasztó biztosan nem örülne egy olyan élelmiszernek, amelyben ismeretlen hatású összetevők vannak, méltánytalan például az, hogy ez a címkén nincs feltüntetve; a gondosság alapelvébe ütközne, hogyha úgy használnánk, hogy nem ismert a nano részecskék mellékhatása, további sorsa, a környezeti hatások pedig bizonytalanok, átláthatatlanok, ismeretlenek.

Mindezekért van az, hogy dr. Roszík Péter: A Biokontroll Hungária Nonprofit Kft. Alap-feltételrendszere előíró dokumentumunkban a nanotechnológia és a nanorészecskék alkalmazása ellen kifogást emelünk, így sem a Magyar Biokultúra Szövetség, sem a Biokontroll Hungária Nonprofit Kft. védjegyét nem viselheti olyan termék, amelyet a nanotechnológiai érintett!

Dr. Roszík Péter főszerkesztő

Sok szó esik napjainkban a nanotechnológiáról és annak különböző alkalmazási lehetőségeiről. Biztosan hallottak már erről az olvasók is. Érdemes tehát kitekinteni arra, hogy mi történik ezen a területen a mezőgazdaságban jelenleg, milyen alkalmazások vannak már és milyen új eszközök és eljárások várhatók a közeljövőben. Nem egyszerű erről írni, mert sok próbálkozást, útkeresést láthatunk, de a sikeres alkalmazások száma még kevés. Először egy rövid áttekintést adok arról, hogy mit is jelent a nanotechnológia, miért lehetünk tanúi a nanotechnológia robbanásszerű kibontakozásának? Ezután arról írok, hogy milyen újdonságokat hozhat ez az eljáráscsoport a mezőgazdaságban. Végül néhány megjegyzést teszek a lehetséges korlátokról és veszélyekről.

Mi a nanotechnológia alapja?

Röviden összefoglalva arról van szó, hogy az anyagok fizikai és kémiai tulajdonságai jelentősen megváltoznak, ha nagyon kicsire összedaraboljuk őket. Megállapodás szerint a nanotechnológia körébe tartozó anyagoknak, szemcséknek legalább egy mérete (lehet több is) a hosszúság, szélesség és a magasság közül az 1-100 nanométer nagyságrendbe esik. Csak a méretek érzékeltetése kedvéért: egy hajszál durván 80 000 nanométer vastagságú (1. ábra).

Balról a különböző nagyságrendeket lehet látni, egy-egy jellemző példával, jobb oldalon a jellemző nanoméretű anyagok találhatók
1. ábra: Balról a különböző nagyságrendeket lehet látni, egy-egy jellemző példával,
jobb oldalon a jellemző nanoméretű anyagok találhatók (Forrás: Wikipédia)

Miért fontos a méret? Azért, mert az 1-100 nanométer nagyságrendben megváltoznak az anyagok fizikai, kémiai, biológiai tulajdonságai. Ezeket az új tulajdonságokat fel lehet használni különböző célokra. Ugyanaz az anyag tehát másképpen viselkedik, ha nagyobb szemcsékből áll, mint amikor nano nagyságú szemcsék alkotják. Egy példa segítségével egyszerűen meg lehet magyarázni, miről is van szó. Az ujjunkon levő ezüst gyűrűnek nincs jelentős hatása a bőrünkön levő baktériumokra. Viszont, ha ugyanezt a gyűrűt nano méretűre daraboljuk fel (ennek ma már technikai akadálya nincsen), akkor erős baktériumölő hatása lesz. Nano nagyságrendű ezüstöt tartalmazó folyadékot kenve a kezünkre a baktériumok el fognak pusztulni. Nem kell nagy fantázia ahhoz, hogy a megváltozott tulajdonságú ezüst sokféle alkalmazását elképzeljük – kórházakban, mosógépekben, konyhában, hasonló helyeken pusztíthatjuk vele a káros baktériumokat. Hasonló példák sokaságát lehetne sorolni más anyagok esetében is.

Miért történik ez így? Egy egyszerű, szemléletes példával világítom meg a jelenség lényegét. Képzeljünk el egy ezüst kockát, melynek mindegyik oldala egy centiméter. Ennek a kockának a súlya körülbelül 10,5 gramm, a felülete pedig 6 cm2. Ha ezt a kockát feldaraboljuk úgy, hogy a keletkező kicsiny kockák mindegyik oldala 1 nanométer hosszúságú legyen, akkor az ezüst súlya természetesen továbbra is 10,5 gramm marad, de a keletkezett apró szemcsék összes felülete 60 millió négyzetcentiméter, azaz 6 ezer négyzetméter, vagyis egy kisebb futballpálya nagyságú lesz. A tömeg és felület arányának elképesztő mértékű változása magyarázza meg, hogy miért lesz teljesen más a nano anyag sűrűsége, a kristályszerkezete, az olvadáspontja, az elektromos vezetőképessége, egyéb tulajdonsága a nagyszemcsés formájához képest. Ezeket a tulajdonságokat azután számos területen, így a mezőgazdaságban is fel lehet használni új eljárások, módszerek, termékek előállítására.
Mindezek után nem csoda, hogy a nanotechnológia mezőgazdasági alkalmazásával foglalkozó tudományos közlemények száma is meredeken emelkedett az utóbbi húsz évben (2. ábra), hiszen a kutatások szükségesek az új termékek kifejlesztéséhez. Amíg az 1990-es évek végén még alig találunk a témával foglalkozó cikkeket, az elmúlt években már 8 ezernél is több évente a számuk.

A nanotechnologia + mezőgazdaság szavakra történő (angol nyelvű) keresés eredménye a Google Tudós adatbázisban. A témával foglalkozó tudományos közlemények száma exponenciálisan nőtt az elmúlt húsz évben
2. ábra: A nanotechnologia + mezőgazdaság szavakra történő (angol nyelvű) keresés eredménye
a Google Tudós adatbázisban. A témával foglalkozó tudományos közlemények száma exponenciálisan nőtt az elmúlt húsz évben

Látjuk most már mire használható ez az új technológia a mezőgazdasági gyakorlatban? Mindenekelőtt azt kell hangsúlyoznunk, hogy a nanotechnológia mezőgazdasági alkalmazása még gyerekcipőben jár a más területeken tapasztalható fejlesztésekhez képest is. Az elektronikában a nanotechnológia számos, elterjedt gyakorlati alkalmazását ismerjük. A számítógépekben alkalmazott csipek nanotechológiai alkalmazásokkal készülnek, ezért lehetnek a gépek egyre kisebbek, tenyérnyiek az iPad-ok, vagy az okostelefonok. A vízlepergető textíliákat is nanotechnológia segítségével állítják elő, ezért tényleg nem áznak át a modern dzsekik. A naptejek, fényvédő krémek is azért szűrik ki az UV sugarakat, mert nano méretű titándioxid, vagy cinkoxid szemcsék vannak benne (ezek mennyiségét mutatja a tubuson feltüntetett faktor szám: minél nagyobb, annál több a nanoanyag és ezért magasabb az UV védelem).

A nanotechnológia mezőgazdasági alkalmazásai rendszerint még csak a kutatás, vagy kipróbálás stádiumában vannak. Jelenleg kevés a gyakorlatban is alkalmazott módszer és felhasználás. A kutatások azonban teljes lendülettel folynak (ahogy azt az 1. ábra is mutatja), mert a fejlesztők reményei nagyok, hogy sikeres terméket állítanak majd elő. A nanotechnológia gyakorlati alkalmazására a mezőgazdaságban elsősorban a növényvédőszerek használatának területén van példa, de bemutatok lehetséges alkalmazásokat néhány más területen is. Fontos hangsúlyozni, hogy bár számos próbálkozást, kísérleti irányt látunk ezen a területen, azt azonban pillanatnyilag még nem lehet világosan látni, hogy melyik fejlesztési irányok lesznek hasznosak a jövőben, melyekből lesznek használható termékek. A pillanatnyilag fontosnak tartott területeket foglaltam össze az 1. táblázatban.

Hol alkalmazzák az eljárást? Az eljárás technikája Néhány fontosabb cél
növényvédelem nanogömbök, emulziók, polimerek hatóanyag védelme, lassabb és fokozatos felszabadulás
talajjajvítás és víztisztítás zeolitok, nano-vas szűrők (pl. nano-titándioxiddal kezelve) detoxifikáció, lemosódás megakadályozása, toxikus anyagok kivonása a talajból
diagnosztika
(biológia érzékelők, bioszenzorok)
nanocsövek, nanoszálak, nanogömbök peszticid maradványok kimutatása, növények növekedésének, egészségi állapotának nyomon követése
genetikai módosítás elősegítése DNS, RNS szállító nanoanyagok genetikai módosítás elősegítése, pontosítása
nanoanyagok előállítása növényekből növényi részek darabolása nano méretűre műanyagok helyettesítése megújuló nyersanyagforrással
nanotechnológia és élelmiszeripar vegyes élelmiszer minőség, eltarthatóság javítása, csomagolás

1. táblázat: A nanotechnológia fontosabb alkalmazási lehetőségei
a mezőgazdaságban a jelenlegi elképzelések szerint

A következőkben az 1. táblázatban foglaltakat fejtem ki kicsit részletesebben.

Növényvédelmi alkalmazások

Talán ez az a terület, ahol jelenleg a nanotechnológia mezőgazdasági alkalmazása legelőbb tart. A növényvédőszerek vivőanyagainak kutatása kiemelt terület. A hatóanyagokat lehet nano méretű gömbökbe csomagolni, de nano méretű krémszerű vagy olajszerű anyagok (emulziók) és lebomló műanyagok (polimerek) is lehetnek vivőanyagok. A nanotechnológiával előállított vivőanyag tulajdonságaitól függ a hatóanyag további sorsa. A vivőanyag elősegítheti a hatóanyag lassabb és fokozatos felszabadulását, de arra is van mód, hogy a hatóanyagok csak bizonyos körülmények között (például adott savasság mellett) szabaduljanak fel. A vivőanyagok kutatását, fejlesztését az serkenti elsősorban, hogy sok hatóanyag nehezen oldódik, esetleg az UV sugarak hatására lebomlik már a felszívódás előtt, vagy nehezen szívódik fel. A bomlás megakadályozható, ha nanoanyagba helyezzük a hatóanyagot. Például az avermectin egy olyan hatóanyag, amely a rovarok idegrendszerének működését befolyásolja. Bomlási ideje igen rövid (UV sugárzás hatására 6 óra alatt elbomlik a hatóanyag fele). Viszont, ha kicsiny pórusokból álló szilika nanorészecskékbe helyezik, akkor 30 napra növekedik a felhasználhatósága, mert addig nem bomlik el.

Találunk már széleskörűen használt, nanotechnológiai alkalmazásokat felhasználó növényvédőszereket. Például a Karate nevű inszekticidet Zeon technológiával (egy nanotechnológiai alkalmazás) állítják elő és Magyarországon is ez a formula kapható. A Zeon technológia azt jelenti, hogy a szer hatóanyagát, a lambda-cyhalothrint, nanoméretű gömböcskékbe csomagolják. A gömbök megvédik a hatóanyagot a lebomlástól a növényekbe történő felszívásig, továbbá növelik az oldhatóságot és elősegítik a hatóanyag bejutását a növényekbe.

Minden új technológia bevezetésekor felmerül a kérdés, hogy nem veszélyesebb-e a réginél? A Szent István Egyetem, Állattani és Állatökológiai tanszékén végeztünk egy összehasonlítást a hagyományos Karate és a nanotechnológia alkalmazásával előállított Karate Zeon nem célszervezetekre gyakorolt hatásáról. Az volt a kérdés, hogy a kétféle módon formulázott szer hatása különbözik-e a hasznos talajlakó állatok egy csoportján, az ugróvillásokon? Ezek azok a kis, 1-2 milliméteres, sokszor fehér, hasznos állatok, amiket megfigyelhetünk miként ugrándoznak a cserepes virágaink locsolása során.

A kísérleteket két fajjal végeztük (Folsomia candida és Heteromurus nitidus – nincs magyar nevük). Az eredmények szerint (3. ábra) a növényvédőszerek növekvő koncentrációja csökkentette az utódok számát mindkét faj esetében. Természetesen ezt az eredményt vártuk. Ugyanakkor a két szer hatása között nem volt különbség egyik faj esetében sem. A nanotechologiai úton formulázott szer toxikus hatása ezekre az állatokra megegyezett a hagyományos szerével. Ebben az esetben tehát előnyös alkalmazásról beszélhetünk.

A Karate és a Karate Zeon (hatóanyag mindkét esetben lambda-cyhalothrin) növényvédőszerek hatása két hasznos talajlakó állatfaj szaporodására. A kétféle szer hatása egyforma. (Hrács K. és M. E. Gonzalez eredményei nyomán)
3. ábra: A Karate és a Karate Zeon (hatóanyag mindkét esetben lambda-cyhalothrin) növényvédőszerek hatása
két hasznos talajlakó állatfaj szaporodására. A kétféle szer hatása egyforma.
(Hrács K. és M. E. Gonzalez eredményei nyomán)

A nanopeszticidek alkalmazása során cél továbbá az is, hogy kevésbé szennyezzük a környezetet. A növények anyagcsere végterméke sokszor olyan anyag, ami biológiailag aktív, ezért esetleg felhasználható peszticidként is. Viszont ezek az anyagok rendszerint nem stabilak, gyorsan lebomlanak fény hatására, vagy ha a talajba, vízbe kerülnek. A fokhagymában található illóolajok például felhasználhatók bizonyos rovar kártevők irtására. A probléma az, mint tudjuk, hogy ezek az olajok gyorsan párolognak. Egy kísérletben a fokhagyma olajait egy raktári kártevő, a kukorica-kislisztbogár (Tribolium castaneum) ellen próbálták ki. Ez a faj gyakori a kamrában is, ahol különböző lisztekben, morzsában fordul elő. Azt tapasztalták, hogy ha nanoanyagba juttatták az olajat és ezt egy burokkal vették körül, akkor még öt hónap múlva is 80%-os hatékonysággal tudták pusztítani a kártevőt. A hatóanyagot tekintve kétséget kizáróan környezetbarát a megoldás. Kérdés, hogy a vivőanyag tekintetében is az-e? Erre a kérdésre azonban ma még nincs felelet.

Talajjavítás és víztisztítás

Talajjavítás céljára is kísérleteznek különböző nano­anyagok­kal, például a nano méretű vassal. Ne felejtsük: a nano vas szemcsenagysága egy baktériumnál ezerszer kisebb! A szemcséknek a felszíne és felületi aktivitása igen nagy. Alkalmasnak tűnnek ezért talajok tisztítására. Olcsó alternatívát jelenthetnek a nagy kiterjedésű talajszennyezettség megszüntetésében (remediáció) a hagyományos eljárásokhoz képest. Az alkalmazás során vizet pumpálnak a talajba, amelyben nano vasszemcsék vannak. Az eddigi kutatások alapján úgy látszik, hogy a vízben levő nano vasszemcsék számos talajszennyező anyagcsoportot, például a szerves foszforsavésztereket és a poliklórozott bifenileket képesek átalakítani és méregteleníteni (detoxifikálni). A szemcsék viszonylag kis távolságba mozdulnak el a kijuttatás helyétől. Természetesen a kezelést megelőzően számos vizsgálat elvégzése szükséges és még így sem biztos, hogy a talajban levő létfontosságú mikroorganizmusok, valamint a növény- és állatvilág nem károsodik-e számottevően.

Diagnosztika (biológia érzékelők, bioszenzorok)

A növényvédőszer maradványok kimutatása a talajból komplikált és drága feladat. A mintagyűjtés, a laboratóriumi előkészítés sok időt igényel és a kimutatáshoz drága eszközök (pl. kromatográf, tömegspektrométer) kellenek. Ezen kívül rendkívül nagyszámú mintát kell évente feldolgozni, hogy egy ország talajainak peszticid terheléséről megbízható képünk legyen. Ennek a feladatnak egy lehetséges alternatívája a biológiai érzékelők alkalmazása.

Miről is van itt szó? Olyan eszközöket fejlesztenek, ahol a környezetben található peszticid maradványokat például szén nanocsövekből álló lapokhoz kötött enzimek, DNS darabok, antitestek, mikroorganizmusok, egyebek ismerik fel és kötik meg. A nanolapok alakítják azután a biológiai reakciók eredményét elektronikus jelekké. Az elektronikus jeleket pedig már számítógépekkel értékelhetjük ki (4. ábra).

A talajban levő peszticid molekula (piros kör) kimutatására alkalmas nanoszenzor. A molekula megkötése (jobb oldal) elektromos impulzust kelt a nanoanyagban (sárga), amit optikai úton erősítenek fel (beeső és kimenő sugarak) és így lesz számítógépen feldolgozható az eredmény.
4. ábra: A talajban levő peszticid molekula (piros kör) kimutatására alkalmas nanoszenzor.
A molekula megkötése (jobb oldal) elektromos impulzust kelt a nanoanyagban (sárga),
amit optikai úton erősítenek fel (beeső és kimenő sugarak) és így lesz számítógépen feldolgozható az eredmény.

Az előző példán túl a biológiai érzékelők igen sokféle anyagra fejleszthetők ki. Szelektívek, hasonlóan a sejtek felszínén levő különböző receptorokhoz. Előnyük továbbá, hogy kicsik, viszonylag egyszerű a szerkezetük és olcsók. Segítségükkel nagy mennyiségű minta feldolgozása lehetséges, záros határidőn belül. Mindezért a hagyományos módszerek méltó vetélytársának ígérkeznek.

Egy ilyen fejlesztés alatt álló biológiai érzékelőcsoport az acetilkolinészteráz gátláson alapul. A szerves foszforsav­észtert vagy karbamátot tartalmazó növényvédőszerek gátolják ennek az enzimnek a működését. Ha tehát olyan érzékelőnk van, amelyen acetilkolinészteráz enzim molekulák vannak, akkor ezeknek a molekuláknak a működését az említett peszticid csoport valamely (vagy több) tagjának jelenléte megváltoztatja, a változást az a nanoanyagból álló réteg, amelybe a molekulát beültették érzékeli és az így keletkező elektromos jelet mérni tudjuk. Az érzékelő a peszticidnek igen kis mennyiségére érzékeny, tehát a kimutatási határ alacsony.

Persze ezeknek az eszközöknek is van hátrányuk. Ha többféle olyan peszticid is van a talajban, amelyiknek acetilkolinészteráz gátló hatása van, akkor nem tudják kimutatni, hogy hányféle peszticidből származik a gátlás és ezért melyik szer milyen mértékben felelős.

A biológiai érzékelők fejlesztése ígéretes irányzat a biológiai gazdálkodásban is. Ezek az eszközök lehetővé teszik többek között a növényi betegségek megjelenésének korai kimutatását. Bár a biológiai gazdálkodás során jelenleg nem szabad nano anyagokat használni, megfelelően megválasztott biológiai érzékelők valószínűleg alkalmazhatók lesznek a jövőben ezen a területen is.

Genetikai módosítás elősegítése

A géntechnológiai módosítás során a növények DNS, vagy RNS darabjainak átvitelére is szükség van. Ezt a feladatot jelenleg gyakran vírusok segítségével oldják meg, aminek több hátránya is van.

Egy új eljárás szerint a DNS-t szénszálak közé ágyazott nanoméretű (5-25 nm nagyságú) arany szemcsékhez lehet rögzíteni. Ezeket a kicsiny szemcséket jó hatásfokkal lehetett rizs és dohány sejtekbe juttatni úgy, hogy a sejtek nem nagyon károsodtak és gyorsan regenerálódtak.

Nanoanyagok előállítása növényekből

A cellulóz az egyik legelterjedtebb szerves anyag a földön, amely hatalmas mennyiségben található a növények sejtfalában (továbbá némely algában és baktériumban). Bár a cellulóz kémiai szerkezete nem bonyolult, de a molekulák komplikált hálózatokat alkothatnak. A cellulóz molekulák kapcsolódhatnak egymáson kívül más molekulákkal (lignin) és ezért nehezen feldolgozható anyagnak tekinthetők. Viszont ha a cellulózt nano méretűre szálaljuk szét, akkor a kedvező tulajdonságai kerülnek előtérbe. A nanocellulózból előállított csomagolóanyagok erősebbek hagyományos társaiknál és kevésbé eresztik át az oxigént. Ezek a tulajdonságok előnyösek az élelmiszerek csomagolása során. A nanocellulóz előállítása a jelenlegi technikák mellett azonban sok energiát igényel, ezért drága.

Nanotechnológia és élelmiszeripar

Igen röviden villantok csak fel néhány alkalmazási lehetőséget ezen a nagy és intenzíven változó területen. Nanotechnológiai eljárások segítségével a fogyasztók által jobban kedvelt irányba lehet változtatni az élelmiszerek tápértékét, színét és ízét, továbbá egészségvédő adalékanyagokat lehet hozzájuk rakni. Az eltarthatóság is növelhető, így tovább maradhatnak a boltok polcain. Példa az ízfokozásra, hogy a nanotechnológiai úton előállított sóból sokkal kevesebb kell ugyanakkora ízérzés eléréséhez, mint a hagyományos, nagyszemcsés sóból.

Talán a csomagolástechnikában találhatók a nanotechnika legfejlettebb alkalmazásai. Általában az mondható, hogy viszonylag kevés nanoanyag hozzáadásával is jelentősen növelhető a csomagolóanyagok mechanikai tulajdonságai. 5% adalékanyag elég ahhoz, hogy maga a csomagolóanyag erősebb legyen. Szén nanocsövekből (5. ábra) olyan csomagolóanyagokat állítanak elő, amelyek mechanikai tulajdonságai sokkal jobbak a hagyományos csomagolóanyagokénál.

Szénmolekulákból készített nanoméretű cső. Kedvező tulajdonságait többek között a csomagolóiparban is felhasználják.
5. ábra: Szénmolekulákból készített nanoméretű cső.
Kedvező tulajdonságait többek között a csomagolóiparban is felhasználják

Kiderült továbbá, hogy a szén nanocsöveknek baktériumölő hatásuk is van, ami különösen előnyös tulajdonság. Mostanában derült ki, hogy az Escherichia coli baktériumok jól pusztulnak, ha szén nanocsövekkel érintkeznek.

Vannak olyan élelmiszeripari anyagok, amelyek nanotechnológiával készültek és már régóta használatban vannak. Ilyen például az E551 jelű szilícium-dioxid, amit a sör és bor készítése során használnak fehérjék eltávolítására és habzásgátlóként, valamint csomósodást gátló anyagként. Az E171 jelű titándioxidot színező anyagként használják élelmiszerekben és gyógyszerekben is. Ezeknek az anyagoknak a használatát újra engedélyeztetni kell majd, ha a nanoanyagokra vonatkozó szabályozások a jövőben kialakulnak és életbe lépnek. Egyébként az említett anyagokon kívül már számos nanotechnológiát is felhasználó élelmiszer van forgalomban a piacon. Nano csokoládé, tea, gyümölcslé és egyéb nanoitalok, nanokapszulába töltött halolaj kapható már a piacon.

A bemutatott alkalmazások élelmiszerbiztonsági kérdéseket is felvetnek. Egyenlőre annyi mondható, hogy a felmerülő kérdések száma sokkal több, mint a megnyugtató válaszoké. Addig, amíg megbízható élelmiszerbiztonsági eredményeket nem kapunk, jobb, ha óvatosan bánunk a nanoanyagok fogyasztásával!

Ami hiányzik: az életciklus vizsgálatok

Minden új technológia bevezetője az előnyökre, a kedvező hatásokra, lehetőségekre koncentrál. Így van ez a nano­ter­mékek esetében is, ez természetes. Ezzel párhuzamosan azonban azt is vizsgálni kell (legtöbbször ez sajnos csak késve történik), hogy milyen egyéb hatásokkal kell számolnunk. Életciklus vizsgálatnak nevezzük azt az eljárást, amikor egy terméknek végigkövetjük a sorsát a létrehozástól, a felhasználáson át a teljes lebomlásig. Egy példával megvilágítva: nem csak addig kell egy épülettel foglalkozni, amíg megépítjük, hanem azt is végig kell gondolni, hogy mi lesz az épület sorsa miután már nem lehet tovább használni. Gondoljunk itt a lakótelepi házakra. Ugyanez vonatkozik a nano-anyagokra is. Rendben van: felhasználjuk talaj remediációra a szabadföldön. De mi lesz a rengeteg nano vasszemcse további sorsa, milyen hatásokat fog később gyakorolni, miután feladatát végrehajtotta, megkötötte, vagy lebontotta a peszticid maradványokat? Erről alig tudunk valamit.

A nanoanyagokkal kapcsolatos néhány szubjektív megjegyzés

Mint minden technikai újítás, amely nagy területeken érezteti hatását, sok embert szép reményekkel kecsegtet. Pontosabb, olcsóbb, a környezetet kevésbé károsító eljárásokat ígér. A potenciális veszélyeket azonban alig ismerjük. Azt tudjuk, hogy a nanoanyagok vizsgálatára a hagyományos ökotoxikológiai tesztek, amelyeket alapvetően a növényvédőszerek vizsgálatára dolgoztak ki, nem használhatók. Jelenleg nincsenek olyan szabványok, amelyek segítségével a hatóságok által elfogadható ökotoxikológiai teszteket lehetne végezni. Ezért a hatósági szabályozás is késik.

A nanotechnológia mezőgazdasági alkalmazása jelenleg a remények, lehetőségek és az ismeretlen veszélyek kétségei között bolyong. Mint az előzőekből láthattuk, számos lehetőség kínálkozik új eljárások, termékek bevezetésére, gazdaságosabb, a környezetet jobban kímélő módszerek meghonosítására.

Ne feledjük azonban, hogy az új eljárások bevezetéséből fakadó veszélyek szinte egyáltalán nem ismertek. Legyünk tehát megfontoltak, mielőtt hibáznánk!

Bakonyi Gábor
egyetemi tanár
Szent István Egyetem
Állattani és Állatökológiai Tanszék Gödöllő
(Biokultúra 2014/6)

A szokványos élelmiszer-előállításban gyakran használják a szerves foszfát tartalmú (OP) növényvédő szereket, melyek károsíthatják az egészséget, míg az ökológiai élelmiszereket egészségesebbnek tartják, mivel előállításuk során ezeket a növényvédő szereket nem alkalmazzák. Korábbi tanulmányok alapján ismert, hogy az ökológiai élelmiszerfogyasztás következtében jelentősen csökken a gyermekek szerves foszfát tartalmú növényvédő szereknek való kitettsége. Meg kell jegyezni, hogy a gyermekek relatív kitettsége jóval magasabb, mint a felnőtteké, hiszen más az étrendjük, kisebb a testtömegük, eltérő a viselkedésük és kevésbé hatékony az anyagcseréjük. Olvass tovább