Przed jakimi wyzwaniami w zakresie żywności stoją dziś naukowcy?
Powiedziałabym, że one dotyczą nie tylko naukowców, ale ogólnie sektora rolniczego, jak i producentów żywności, a w konsekwencji również i konsumentów. Zacznę może od takiego nadchodzącego wyzwania dla rolnictwa, jakim będzie zaspokojenie potrzeb żywieniowych zwiększającego się w bardzo szybkim tempie społeczeństwa. Szacuje się, że w roku 2050 będzie nas ok. 10 miliardów. Jednocześnie nie zwiększa się ilość dostępnych terenów uprawnych, także zaspokojenie tych nadchodzących potrzeb będzie na pewno ogromnym wyzwaniem rolniczo-gospodarczym. Jeżeli chodzi o takie problemy, z którymi już w tej chwili się spotykamy, to są to chociażby zjawiska zmniejszające lub pogarszające stan dostępnych terenów uprawnych. To np. wyjałowienie lub erozja gleby, eutrofizacja wody i zanieczyszczenia spowodowane m. in. zbyt obfitym używaniem pestycydów czy nawozów. To ostatnie zjawisko jest właśnie pośrednio związane z tematem mojej pracy badawczej. Niestety nadal najczęściej stosowanym sposobem nawożenia gleby jest użycie nawozów sztucznych.
Podstawowym problemem wynikającym ze stosowania tych nawozów jest ich niska efektywność. Szacuje się, że procesy takie, jak wypłukiwanie, mineralizacja i biokonwersja powodują, że 50–70% składników odżywczych pochodzących z nawozów nie przedostają się do roślin. Stosowanie nawozów sztucznych (nazywanych również mineralnymi) przez długi czas i w dużych dawkach w celu utrzymania wysokiego poziomu produkcji żywności spowodowało już liczne problemy środowiskowe na całym świecie. Ze względu na spływy powierzchniowe i wypłukiwanie składników odżywczych z nawozów, doprowadziło do ich przedostania się również do zbiorników wodnych, a w konsekwencji też ich zanieczyszczenie.
Jakie są cele badawcze Pani doktoratu?
W mojej pracy skupiam się na użyciu nanocząstek jako substancji wspomagającej nawożenie roślin. Na potrzeby mojego doktoratu zdecydowałam się na użycie nano-tlenku cynku (nano-ZnO), natomiast roślinami, które badam są pomidory. Celem mojej pracy jest zbadanie, jaki wpływ może wywrzeć użycie wspomnianych nanocząstek na rozwój i wzrost rośliny oraz czy użycie nanocząstek może poprawić wydajność wchłaniania makroelementów odżywczych przez rośliny.
Jaki jest wpływ nanocząstek na wegetację roślin?
Niestety nie da się jednoznacznie odpowiedzieć na to pytanie. Już od co najmniej dwóch dekad prowadzone są badania w tym kontekście. Bada się różne nanocząstki oraz ich wpływ na różne rośliny, natomiast nie mamy jeszcze jednoznacznych odpowiedzi. Bardzo często w zależności od użytych stężeń, preparaty zawierające nanocząstki poprawiają wiele parametrów związanych z rozwojem i funkcjonowaniem roślin, takich jak zawartość antyoksydantów, zwiększona liczba otrzymanych owoców, szybszy wzrost roślin, polepszenie wydajności fotosyntetycznej, czy zwiększone wchłanianie poszczególnych związków z gleby. Są też badania, które wskazują, że poszczególne nanozwiązki w określonych stężeniach mogą być toksyczne w stosunku do roślin.
Tak naprawdę potrzebujemy wciąż więcej danych na ten temat.
Proszę opisać Pani warsztat pracy badawczej.
Moją pracę musiałam oczywiście zacząć od szczegółowego zaznajomienia się z dostępną literaturą badawczą, dzięki czemu zdecydowałam się na badanie konkretnych nanocząstek, czyli w moim przypadku nano-ZnO, stężeń w jakich będę je stosować oraz rośliny, która była przedmiotem moich badań. Pozwoliło mi to również na dobranie odpowiednich warunków do uprawy moich roślin.
Następnym etapem pracy było badanie wpływu nano-tlenku cynku na, w pierwszej kolejności kiełkowanie nasion, a dopiero potem na wzrost i rozwój całej rośliny. Rośliny były uprawiane w fitotronie, czyli takiej komorze specjalnie przeznaczonej właśnie do uprawy roślin. W fitotronie mamy możliwość regulowania i zapewniania optymalnych warunków dla roślin, takich jak światło, wilgotność powietrza czy temperatura otoczenia.
Po zakończeniu uprawy rośliny oraz ich owoce poddawałam wielu badaniom, zaczynając od zawartości barwników roślinnych, kończąc na badaniu zawartości poszczególnych alergenów w owocach.
Dlaczego wybrała Pani pomidory do badań?
Wybór padł na pomidory, ponieważ po pierwsze są one jednymi z najpopularniejszych roślin uprawnych na prawie wszystkich kontynentach. Po drugie są one istotne dla naszej codziennej diety jako bogate źródło antyoksydantów i witamin.
Mam nadzieję, że moje wyniki przyczynią się znacznie do poszerzenia naszej wiedzy w tematyce użycia nanotechnologii w rolnictwie. Uważam jednak, że jeszcze kilka lat badań w tym temacie jest niezbędnych, żeby implementować te wyniki w uprawie poza środowiskiem laboratoryjnym.
Wśród zagadnień, które Pani badała jest wpływ nawożenia na alergię. Co może Pani powiedzieć o wynikach?
Wstępnie mogę powiedzieć, że stosunkowo niewiele badań zostało przeprowadzonych w tym obszarze. Jedyne takie bardziej obszerne badanie było przeprowadzone zresztą przez pracowników naszego Instytutu, ale tam porównywano wpływ nawożenia konwencjonalnego z nawożeniem ekologicznym na pomidory i w konsekwencji na ilość alergenów w owocach.
Jeśli chodzi o moje badania to, rzeczywiście widać różnice. Ja w swojej pracy użyłam między innymi, testu immunoenzymatycznego ELISA i w przypadku jednego alergenu, zastosowanie nanocząstek lekko zmniejszyło jego obecność w owocach, niestety w przypadku innego alergenu wyniki były odwrotne. Niemniej jednak widać, że metoda nawożenia może mieć na ten parametr wpływ, a ponieważ obecnie wiele osób zmaga się z alergiami, to uważam, że są to bardzo ważne wyniki.
Jakie są możliwości rozwoju dla młodych naukowców w IDS?
Ja w szczególności doceniam możliwości wyjazdu na staż, z którego sama skorzystałam. To zaowocowało uczestnictwem w kilku projektach badawczych, a także dodatkowymi wynikami do mojej pracy doktorskiej. Natomiast dzięki udziałowi w konferencjach naukowych miałam możliwość spotkania innych młodych naukowców z całej Polski, co umożliwiło nam poruszenie wielu wspólnych problemów i tematów, z jakimi spotyka się doktorant.
Rozmawiała Agnieszka Garcarek-Sikorska