Z výskumu: Nanočastice a ich vplyv na reprodukciu rastlín

Nanočastice sa čoraz viac využívajú v rôznych oblastiach priemyslu a poľnohospodárstva. Sú súčasťou kozmetických prípravkov, liečiv, hnojív, herbicídov. V súvislosti s ich častejším využívaním sa do popredia dostáva otázka ich bezpečného využitia a dopadov na kvalitu životného prostredia.

Vplyvom nanočastíc na reprodukčný proces plodín sa zaoberá vedecký tím Ústavu rastlinných a environmentálnych vied a Ústavu agronomických vied Fakulty agrobiológie a potravinových zdrojov v spolupráci s Výskumným centrom AgroBioTech SPU v Nitre.

Čo sú to nanočastice a aký dopad môžu mať na reprodukciu rastlín, priblížila doc. Ing. Ľuba Ďurišová, PhD., z ÚREV.

Čo sú to nanočastice?

„Ako vyplýva z názvu, veľkosť nanočastíc sa pohybuje v nanometroch (nanometer je milióntina milimetra), pričom za nanočasticu je považovaná častica, ktorá má rozmery menšie ako 100 nanometrov. Na porovnanie s makro- a mikrosvetom, nanočastice sú asi 50-tisíckrát menšie ako zrno ryže, 10-tisíckrát menšie ako semeno maku a asi 300-krát menšie ako peľové zrná slnečnice, s ktorými pracujeme v našom výskume,“ uvádza doc. Ľuba Ďurišová.

Dodáva, že najčastejšie využívanými nanočasticami sú anorganické zlúčeniny obsahujúce zinok (Zn), železo (Fe), titán (Ti), (striebro) Ag, zlato (Au), kremík (Si) a z organických najmä materiály na báze uhlíka, napr. grafén a fulerény.

„Účinnosť nanočastíc závisí od typu, veľkosti, povrchovej úpravy, koncentrácie, expozície. Niektoré z uvedených prvkov (zinok, železo) sa využívajú ako mikronutrienty vo výžive plodín a majú pozitívny vplyv (zinok) na tvorbu kvetov a súkvetí.“

Reprodukčná fáza rastlín je najkritickejšia

Mnohé poľnohospodárske plodiny ako obilniny, olejniny, ovocné druhy a zelenina sa pestujú kvôli semenám a plodom, okrasné druhy pre produkciu kvetov.

Najkritickejším obdobím v životnom cykle rastlín je reprodukčná fáza charakterizovaná tvorbou kvetov. „Počas nej dochádza k produkcii gamét a procesu oplodnenia. Každý nepriaznivý zásah do tohto procesu môže mať negatívny vplyv na produkciu plodín. Z reprodukčných štruktúr najmä peľové zrná veľmi citlivo reagujú na rôzne zmeny životného prostredia (zmeny teploty, vlhkosti, obsahu rôznych látok v ovzduší). Preto sa peľ niektorých druhov rastlín používa ako indikátor ekotoxicity a ekogenotoxicity. Nanočastice môžu mať na kvitnutie a vývin peľu pozitívny alebo negatívny dopad. Poznatky z tejto oblasti sa začínajú len postupne objavovať,“ hovorí odborníčka.

Vplyv nanočastíc na kvitnutie a vývin peľu

Osobitná pozornosť je venovaná posúdeniu bezpečnostných rizík pri používaní materiálov a prípravkov na báze nanočastíc.

Nanočastice v prípravkoch aplikovaných do pôdy alebo na listy, ako aj tie, ktoré sa vyskytujú v ovzduší alebo sa dostávajú do pôdy z rôznych materiálov, sa môžu transportovať do kvetov alebo sú v priamej interakcii s kvetmi. Následkom toho môžu ovplyvňovať ich štruktúru a vlastnosti.

Nanočastice ovplyvňujú začiatok a dĺžku kvitnutia.

„Spôsobujú fenotypické zmeny kvetov (veľkosť, váhu, početnosť a pod.), to má často priamy dosah na úrodu plodín. V niektorých prípadoch bola zaznamenaná nedostatočná produkcia peľu a následkom porúch počas vývinu aj znížená viabilita peľových zŕn. Pozorované bolo, že niektoré nanočastice (grafén) priľnievajú k povrchu peľových zŕn a blokujú ich póry, následkom toho peľ neklíči. Naopak, menšie nanočastice vnikajú klíčiacimi pórmi do peľových zŕn a narúšajú ich štruktúru, čím sa znižuje vitalita peľu. Aj zmenené vlastnosti blizny vplyvom nanočastíc neumožňujú peľu klíčiť a sú prekážkou úspešného opelenia. Prenikanie nanočastíc do peľových vrecúšok pri prerastaní peľu bliznou spôsobuje inhibíciu ich rastu, tým je znemožnené oplodnenie a vznik semien. Dôsledkom toho môže byť znížená ich produkcia. Zároveň niektoré nanočastice prenikajú do osemenia a ovplyvňujú klíčivosť semien,“ vyplýva z vedeckých poznatkov.

Nanočastice a bezpečnostné riziká

Rizikom pri používaní prípravkov a materiálov na báze nanočastíc môže byť dopad na opeľovače, keďže väčšina druhov rastlinnej ríše (asi 75 %) je hmyzoopelivých.

„Zaznamenané sú prípady prenosu nanočastíc železa na telách včiel, ako aj neurotoxické a tráviace problémy u opeľovačov po expozícii nanočastíc kadmia, olova, céru a titánu. Kontaminácia peľu a nektáru sa môže stať bezpečnostným rizikom v súvislosti s čistotou potravinárskych produktov, napr. medu z kontaminovaných kvetov,“ vysvetľuje Ľ. Ďurišová.

Nanočastice a ekologické a ekonomické benefity

Na druhej strane, používanie bezpečných prípravkov na báze nanočastíc vo výžive a ochrane rastlín v oblasti precízneho poľnohospodárstva môže priniesť mnohé ekologické a ekonomické benefity v produkcii plodín.

Ako vyplýva z výskumu na SPU, aplikáciou prípravkov s obsahom nanočastíc zinku, železa, striebra, zlata a i., boli dosiahnuté vyššie výnosy a lepšia kvalita niektorých plodín (ryža, slnečnica), zvýšila sa produkcia a kvalita kvetov okrasných druhov (ľalie, tulipány, petúnie).

„Významným zistením je aj to, že aplikáciou nanočastíc možno dosiahnuť zmiernenie stresu zo sucha, čo má veľký význam v meniacich sa podmienkach klímy. Menej bezpečnostných rizík predstavuje používanie prípravkov na báze nanočastíc získaných organickou syntézou (green synthesis),“ uzatvára doc. Ľ. Ďurišová.

Prípravky a materiály na báze nanočastíc predstavujú pre poľnohospodárov výzvy ako zefektívniť produkciu plodín a zároveň v čo najmenšej miere zaťažovať životné prostredie.

Z monitorovania médií:

Veda na dosah: https://vedanadosah.cvtisr.sk/priroda/pripravky-a-materialy-na-baze-nanocastic-maju-dopad-na-opelovace-a-reprodukciu-rastlin/

Zdroj: http://www.uniag.sk/sk/aktualne-informacie/z-vyskumu-nanocastice-a-ich-vplyv-na-reprodukciu-rastlin