Naturalne pestycydy
Bez pestycydów sobie nie poradzimy – to dzięki nim rolnictwo jest tak wydajne i zaspokaja potrzeby żywieniowe 8 miliardów ludzi. Z drugiej strony, są to substancje toksyczne, które negatywnie wpływają na roślinność, glebę i organizmy żywe. Rozwiązaniem mogą być naturalne środki, nad którymi pracuje zespół naukowców z Wydziału Chemicznego i Centrum Biotechnologii Politechniki Śląskiej pod kierunkiem dr hab. inż. Hanny Barchańskiej, prof. PŚ.
Pestycydy to środki ochrony nie tylko roślin uprawnych i ozdobnych, ale również produktów przemysłu np. papierniczego i włókniarskiego. Są to też środki zwalczające owady przenoszące choroby tropikalne. Ich działanie nie jest jednak czarno-białe, ponieważ są to substancje toksyczne.
– Tak naprawdę środki te stosowane są od starożytności – już w starożytnym Egipcie ludzie próbowali eliminować chwasty w uprawach, np. poprzez stosowanie soli (NaCl) i popiołu jako herbicydów oraz chronić plantacje stosując siarkę jako środek grzybobójczy. Prawdziwy rozwój pestycydów to początek XX wieku, gdy okazało się, że stosowanie syntetycznych substancji organicznych do ochrony upraw bardzo zwiększa wydajność produkcji rolnej – nakreśliła dr hab. inż. Hanna Barchańska, prof. PŚ.
Z czasem zaczęto zauważać coraz więcej negatywnych skutków ubocznych stosowania pestycydów. – Jeśli rolnik rozpyli środki ochrony roślin to one, owszem, zabiją konkretne chwasty albo stonkę ziemniaczaną, ale później nie rozpłyną się w powietrzu. One nie tylko pozostaną na danym terenie, ale też częściowo przeniosą się z pól uprawnych do całego ekosystemu, czyli z czasem trafią do łańcucha pokarmowego i tak od roślin przechodzą przez organizmy roślinożerne do organizmów mięsożernych, wliczając w to człowieka. W naszym organizmie te substancje się odkładają, powodując negatywne skutki. Do najczęstszych zalicza się różnego rodzaju nowotwory, mutacje, zmiany w układzie hormonalnym – kontynuowała badaczka.
Dodała, że pestycydy, tak jak wszystkie związki organiczne, ulegają degradacji w środowisku. – O ile bardzo dużo wiadomo na temat właściwości pestycydów w momencie ich stosowania (dopuszczenie do obiegu tego typu preparatów wymaga rygorystycznych testów), to już o właściwościach fizyko-chemicznych i toksykologicznych ich produktów oraz degradacji wiadomo niewiele. Wynika to z bardzo dużej różnorodności produktów transformacji pestycydów oraz z niskiego stężenia, w jakim występują w środowisku – wyjaśniła Hanna Barchańska.
Tutaj dochodzimy do dylematu. Bez pestycydów sobie nie poradzimy. Na świecie żyje bowiem coraz więcej ludzi, w listopadzie 2022 roku ich liczba przekroczyła 8 miliardów. Tylko wydajne i efektywne rolnictwo zapewni im dostęp do żywności – jeśli wszystkie uprawy byłyby ekologiczne, żywności byłoby zdecydowanie mniej i byłaby ona dużo droższa. Z drugiej strony mamy potwierdzony naukowo negatywny wpływ pestycydów na cały ekosystem. Jak z tego wybrnąć?
Remedium mogą być naturalne pestycydy. Ich bazą są związki pochodzenia naturalnego, które po wprowadzeniu do środowiska ulegną rozkładowi do związków obojętnych dla niego. Właśnie tym tematem zajmuje się zespół chemików pod kierunkiem dr hab. inż. Hanny Barchańskiej, prof. PŚ.
– Aby związek chemiczny pochodzenia naturalnego znalazł zastosowanie jako środek ochrony roślin, obojętnie, czy to będzie herbicyd, insektycyd czy jakikolwiek inny – musi wykazywać szereg cech. Przede wszystkim musi selektywnie zwalczać ten patogen, przeciwko któremu ma być stosowany. Poza tym, musi ulegać w środowisku rozkładowi z wytworzeniem nietoksycznych produktów rozpadu. Ponadto jego dawka powinna być zbliżona do dawek syntetycznych analogów. I oczywiście proces jego otrzymywania musi być łatwy, aby końcowy produkt był konkurencyjny na rynku syntetycznych środków ochrony roślin – stwierdziła prof. Barchańska.
Największym wyzwaniem jest opracowanie takich środków, by nie tylko były bezpieczne dla środowiska, ale też akceptowalne pod względem ekonomicznym. – Jeśli ich cena będzie tylko nieznacznie wyższa od tych syntetycznych pestycydów, to ich stosowanie można uargumentować trendem zielonego, zrównoważonego rolnictwa. Natomiast jeśli ta cena będzie znacząco wyższa, to rynek zbytu najprawdopodobniej się nie znajdzie – oceniła badaczka.
Obecnie jej zespół skupia się na środkach przeciwko chwastom występujących w uprawach zbóż, czyli na herbicydach (chodzi o gatunki roślin towarzyszące zbożom takie jak m.in. miotła zbożowa, przytulia czepna, chaber bławatek, mak polny, bodziszek drobny oraz fiołek polny, kielisznik zaroślowy, przytuli czepna). Są to badania podstawowe, prowadzone na uprawach modelowych w laboratorium, gdzie warunki są kontrolowane. – Niebawem rozpoczniemy eksperymenty polowe i jeśli przyniosą one oczekiwane rezultaty, będziemy mogli rozpocząć poszukiwania partnera przemysłowego – nadmieniła Hanna Barchańska.
Chemicy badają też, jak pestycydy, zarówno te syntetyczne, jak i potencjalne biopestycydy, wpływają na metabolizm roślin jadalnych. – Wiadomym jest, że herbicyd niszczy chwasty, ale przenika też do roślin jadalnych i tam ulega metabolizmowi. Proces ten jest ukierunkowany na detoksykację herbicydu, jednak może wpływa też na metabolizm całej rośliny, a tym samym zmienia jej wartości odżywcze. Nasze badania ukierunkowane są określanie właśnie tego typu zmian. Na podstawie pierwszych wyników można stwierdzić, że syntetyczne preparaty chwastobójcze wpływają na metabolizm roślin, znacznie go zaburzając, co potem przekłada się na wartość odżywczą danej rośliny – powiedziała naukowczyni.
Czy jest to negatywny wpływ? Niekoniecznie. Jak wskazała Hanna Barchańska, dzięki ochronie przez pestycydy, roślina nie musi kierować swoich mechanizmów obronnych przeciw patogenom, co może przekładać się na otrzymywanie bardziej odżywczych płodów rolnych.
– Trendów w ekologicznym rolnictwie jest dużo. Wśród nich można wymienić płodozmian oraz rolnictwo oparte na modyfikowanych genetycznie roślinach. My jednak stawiamy na pestycydy pochodzenia naturalnego, ponieważ jesteśmy przekonani, że dobrze opracowane preparaty tego typu będą nieznacznie ingerowały w środowisko, jednocześnie zapewniając oczekiwaną wydajność produkcji rolnej. Ich powszechne stosowanie to, moim zdaniem, kwestia kilku lat – podsumowała Hanna Barchańska.
Dr hab. inż. Hanna Barchańska, prof. PŚ – Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii, Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej
tekst: Agnieszka Kliks-Pudlik
zdjęcia: Maciej Mutwil, istock.com
Tekst pochodzi z Biuletynu 5 (353) 2023
