Choroby grzybowe są dużym zagrożeniem dla upraw rolnych, gdyż zmniejszają plonowanie. Jednak ilość skutecznie działających przeciwgrzybowo środków stosowanych w rolnictwie z każdym rokiem maleje, ponieważ niektóre z nich są wycofywane z rynku ze względu na zły wpływ na środowisko. Z jednej zatem strony baza dostępnych środków przeciwgrzybowych kurczy się, z drugiej - coraz częściej rośnie oporność szczepów grzybów na dostępne preparaty - zaznaczono w informacji prasowej Uniwersytetu Jagiellońskiego, przesłanej PAP. Eksperci ostrzegają, że w bliskiej przyszłości choroby mykotyczne roślin mogą się przyczyniać do zmniejszenia produkcji rolnej, a w konsekwencji - do wzrostu cen żywności i ograniczenia jej dostępności.

Problemem tym zajęli się naukowcy z UJ. Opracowali oni nowy środek przeciw chorobom grzybowym roślin. Wykorzystali do tego pozyskiwane z ziaren zbóż beta-glukany - polisacharydy, powstałe z połączenia setek lub tysięcy cząsteczek glukozy. W środowisku naturalnym występują one powszechnie w ścianach komórkowych m.in. zbóż i grzybów.

„Opracowany przez nas preparat bazuje na polimerowych cząsteczkach beta-glukanów, do których przyłączamy aminy czwartorzędowe. Aminy te charakteryzują się tym, że zawierają ładunek dodatni niezależnie od pH. To właśnie ten ładunek jest kluczowy dla aktywności przeciwgrzybowej tak zmodyfikowanego beta-glukanu” – wyjaśnia, cytowany w informacji prasowej, współtwórca technologii, dr hab. Kamil Kamiński, prof. uczelni, z Zakładu Chemii Fizycznej i Elektrochemii na Wydziale Chemii UJ.

Od strony technicznej przygotowanie preparatu jest prostym procesem odbywającym się w wodzie. Reakcja nie generuje bardzo toksycznych odpadów i nie wymaga znacznych nakładów energii, co czyni tę technologię potencjalnie bardziej atrakcyjną dla rynku - podkreślili autorzy badania.

Naukowcy prowadzili badania w laboratorium i w terenie - na uprawach jęczmienia i pszenżyta. Preparat zadziałał na grzyby Puccinia hordei, wywołujące rdzę jęczmienną, oraz Blumeria graminis, odpowiedzialne za chorobę mączniaka prawdziwego zbóż. Wykazywał również aktywność antymykotyczną wobec rodzaju Fusarium, obejmującego liczne gatunki stanowiące poważne patogeny roślin uprawnych.

„Grzyby, na które silnie działa preparat, w naszej szerokości geograficznej odpowiadają za najczęściej występujące infekcje grzybicze zbóż i zarazem najbardziej destrukcyjne, jeżeli chodzi o opłacalność upraw. W naszych badaniach zastosowanie nowego preparatu prowadziło do około 50-procentowego zahamowania infekcji grzybowych w porównaniu z grupą kontrolną. Jest to poziom uzyskiwany przez ekologiczne preparaty obecnie stosowane w rolnictwie” – mówi współtwórczyni wynalazku, dr Magdalena Skóra z Zakładu Kontroli Zakażeń i Mykologii na Wydziale Lekarskim UJ Collegium Medicum.

„Skuteczność hamowania infekcji wywołanej przez grzyby jest porównywalna z zastosowanym kontrolnie heksaglukonianem miedzi, używanym w rolnictwie jako środek przeciwgrzybowy. (...) Podczas badań na polach eksperymentalnych odkryliśmy, że stosowanie naszego preparatu przyczyniło się do zwiększenia plonowania aż o około 20 proc. w porównaniu do upraw nietraktowanych żadnymi przeciwgrzybowymi środkami ochrony roślin” – dodaje dr Kamiński.

Naukowcy nie potwierdzili jeszcze istoty mechanizmu działania przeciwgrzybowego. Są jednak przekonani, że obserwowany efekt może wynikać z oddziaływania elektrostatycznego między dodatnio naładowanymi cząstkami beta‑glukanu a ujemnie naładowanymi zewnętrznymi warstwami komórek grzybowych. Dodatkowy wpływ ma również swoista organizacja i skład chemiczny ściany i błony komórkowej grzybów, które różnią się od budowy komórek innych organizmów. Przyszłe badania mają potwierdzić tę tezę.

Naukowcy sugerują, że preparat może służyć jako nowy środek przeciwgrzybowy dla popularnych w Polsce: pszenicy, jęczmienia i pszenżyta. Wstępne wyniki laboratoryjne sugerują, że rozwiązanie może też zadziałać przeciw grzybom atakującym ziemniaki i pomidory. Szerszy zakres działania i skuteczność są obecnie badane.

Preparat w postaci roztworu wodnego podaje się w formie oprysku z wykorzystaniem narzędzi stosowanych przy aplikacji standardowych środków ochrony roślin.

„Tego typu środki ochrony roślin stosuje się optymalnie w warunkach sprzyjających presji infekcji grzybowych, gdy istnieje realne ryzyko rozpoczęcia lub nasilenia choroby” – dodaje dr Skóra.

Naukowcy przeprowadzili wstępne badania toksyczności preparatu, m.in. na owadach (larwy ćmy Galleria mellonella) i na ssaczych liniach komórkowych. Nie wykazano negatywnego oddziaływania. Preparat bazuje na składnikach pochodzenia naturalnego - podkreślają autorzy rozwiązania. Wykorzystane w nim beta-glukany mają udokumentowane działanie prozdrowotne, są też biodegradowalne. Są od lat stosowane w dietetyce, przemyśle kosmetycznym. Nie ma doniesień o ich negatywnych własnościach.

Nową technologię objęto ochroną prawną. Za komercjalizację odpowiada Centrum Transferu Technologii CITTRU, UJ. Po zakończeniu obecnie prowadzonych badań (co nastąpi jeszcze w tym roku) uczelnia planuje wprowadzić preparat na rynek.

Autorzy badania zaznaczają, że wiedza nt. szkodliwości środków ochrony roślin wzrosła i instytucje regulatorowe zabraniają dziś stosowania kolejnych pestycydów, używanych pod koniec XX w. Sugerują, że w najbliższych kilkunastu latach kolejne preparaty w rolnictwie będą w UE zabronione. „W użytku pozostaną środki, które bazują na siarce i miedzi. Jeżeli w tym samym okresie zjawisko rosnącej oporności grzybów na pestycydy będzie się nasilać, możliwe, że każdy nowy pod względem składu chemicznego preparat będzie najskuteczniejszy, ponieważ grzyby nie będą jeszcze na niego uodpornione” - napisali.

Dr Kamiński podkreśla, że nikt wcześniej nie używał tego typu związku w takich aplikacjach. „To oznacza, że nie będziemy mieli do czynienia z mechanizmami szybkiego uodporniania się na nie szkodników upraw” – podsumowuje. (PAP)

zan/ bar/