A növényi stresszt okozó emberi eredetű szennyezések együttes hatásának vizsgálatára nyerte el az MTA Lendület programjának támogatását Dr. Feigl Gábor, a Szegedi Tudományegyetem Növénybiológiai Tanszékének habilitált egyetemi adjunktusa. Mivel ezek a stresszorok egyre gyakrabban fordulnak elő a mezőgazdasági környezetben, jobb megértésükön a növénytermesztés jövője múlhat.
Mi történik a mezőgazdasági növényekkel, ha az újonnan megjelent emberi forrású szennyezések, mint a nehézfémek, a mikroműanyagok, a nanorészecskék vagy az antibiotikum-maradványok együtt vannak jelen a talajban? Milyen innovatív kezelések javíthatják a növények ellenálló képességét ezzel az együttes hatással szemben? Dr. Feigl Gábor vezetésével erre a kutatási témára alakult meg MTA-SZTE „Lendület” Antropogén Stressz és Növényi Ellenálló Képesség Kutatócsoport.
Míg az egyes a stressztényezők hatásait a kutatók jobban ismerik, Dr. Feigl Gábor szerint a növények növekedésére és egészségére gyakorolt kombinált hatásuk többnyire tisztázatlan.
– A növénybiológiában az elmúlt évek egyik felfutó kutatási témája az emberi eredetű stresszorok hatásának vizsgálata. Szintén jó pár éve terjed a nézet az alapkutatásban, hogy a valós, szántóföldi körülmények között a növényekre egyszerre több stresszt okozó szennyező anyag hat, és ezeket kombinációban is vizsgálni kell. A stressznek kitett növény ugyanis kevésbé lesz ellenálló más stresszorokkal szemben, ami végső soron a terméshozam csökkenéséhez vezethet – mondja az SZTE növénybiológusa.
Az ötéves kutatási programot Dr. Feigl Gábor csoportja a lehetséges stresszkeltő anyagok hatásának feltérképezésével kezdi: – Az egyes stresszorok önálló hatásairól már vannak előkísérleteink, most majd a kombinációkat fogjuk kipróbálni. Ha stressz van a növény életében, akkor a háttérben mindig lejátszódik egy bizonyos jelátviteli válasz. Ebben a szakaszban megismerjük, mi zajlik pontosan a növény szöveteiben, sejtjeiben.
A második szakasz célja, hogy olyan innovatív előkezelési módszereket vizsgáljanak meg, amelyek fokozhatják a növények ellenálló képességét a többszörös stresszel szemben. Dr. Feigl Gábor kutatóműhelyében a növényi magok kétféle előcsíráztatását végzik majd el: nanoformátumú szilícium-dioxiddal, valamint úgynevezett bio priming során mikroorganizmusokkal kezelik az éppen csírázó magvakat:
– Amikor a magot előcsíráztatás közben tesszük ki a kezelésnek, akkor az olyan válaszreakciót okoz, amelyre a növény később emlékezni fog. A magcsírázás folyamatát elvisszük egy pontig, és megállítjuk még mielőtt a csírázás ténylegesen megtörténne, majd visszaszárítjuk a magot. A szilíciumos kezelés képes lehet a kifejlett növény későbbi stresszválaszának erősségét fokozni, vagyis toleranciafokozó lehet. Ugyancsak a magok előkezeléseként vetünk majd be olyan mikroorganizmusokat, amelyek később szintén segíthetik a stressztoleranciát. Ezek olyan mikrobák, amelyek amúgy is megtalálhatók a talajban. Nem patogének, nem fognak fertőzéseket okozni, de persze fontos az alkalmazásuk mértéke – hangsúlyozza Dr. Feigl Gábor.
A harmadik szakaszban a laboratóriumi kísérleti rendszerekben kapott eredményeket fokozatosan átültetik a mezőgazdasági viszonyok közé. A Lendület projekt célkitűzése, hogy a kutatás eredményei hozzájáruljanak a fenntarthatóbb mezőgazdasági gyakorlatokhoz és segítsék a növények ellenálló képességének javítását szennyezett környezetben. Ez kényes része a kutatásnak, hiszen a Petri-csészében végzett növénykísérletek kimenetelét időnként megváltoztatja a talaj.
A növénybiológus szerint a kutatás járulékos haszna lehet az is, ha olyan növényfajt vagy növényi folyamatot találnak, amelyet fitoremediációs célra felhasználhatnak az antropogén stresszorok kapcsán. Az SZTE Biológiai Intézetben régóta kutatják annak a lehetőségeit, hogy szennyeződéseket jobban tűrő növényeket használjanak a talajok és a víz megtisztítására. A nehézfém-tolerancia viszonylag gyakori a növények körében, például a fűzfélék is jól tolerálják a toxikus fémeket. A Lendület projekt témáját adó többi újkeletű stresszor kapcsán azonban az ezirányú ismeretek hiányosak, így a toleráns fajok azonosítása, vagy a mezőgazdasági fajok tűrőképességének fokozása fontos eredménye lehet a kutatásnak.
Dr. Feigl Gábor szerint az antibiotikum-szennyezés hatásával kapcsolatban nincsenek egységes eredmények, az azonban biztos, hogy az állattenyésztésben és a humán gyógyászatban felhasznált antibiotikumok nagy százaléka sértetlenül megy át a szervezeteken, és így kerül ki a szennyvizekbe, onnan pedig a talajokba. Itt pedig hatással lehetnek a növényekre, és képesek módosítani a talajok mikrobiális összetételét.
A mikroműanyagok hatását Dr. Feigl Gábor így értékeli:
– Az elmúlt években végzett kutatásaink azt mutatják, hogy a műanyagok önmagukban is jelentős hatással tudnak lenni a növények korai fejlődésére. Emellett van olyan kutatási információ is, amely szerint a mikroműanyagok képesek vektorként viselkedni, vagyis más szennyezők terjedését segíteni. A mi alapteóriánk, hogy a műanyagoknak a többi antropogén stresszorral lesz bizonyos kölcsönhatása. Nem tudjuk előre, hogy ez pozitív vagy negatív irányú-e. Előfordulhat, hogy a műanyagok megkötik a szennyezőt és nem engedik ki később, vagyis csökkenthetik például a nehézfémek hatását. De előfordulhat az is, hogy megkötnek egy szennyezőt, mondjuk egy antibiotikumot vagy nanoanyagot, és később kiengedik, amikor nem is várnánk, ez a másodlagos szennyezés pedig további negatív hatást eredményez.
A kutatási projekt során a kutatók 21. századi molekuláris vizsgálatokat is elvégeznek.
– A növényi anyagcseretermékek egyensúlyában bekövetkező változások vizsgálata mellett a kollégák a talajban található összes DNS-t kivonják a mintákból, és ezt vizsgálva bioinformatikai módszerekkel döntik el, milyen mikrobaközösség lakik bennük. Ennek az összetételnek jelzés értékű a változása: ha bekövetkezik, akkor valószínűleg változás van a talaj egészségében is, ami aztán hatással lesz a benne élő növény életére – foglalja össze Dr. Feigl Gábor.
(SZTE)
Fotó: Frank Yvette
