Vince, Artúr
-5 °C
2 °C
Index - In English In English Eng

Kifejlesztették az átlátszó földet

2012.09.21. 13:05
Biológusok, vegyészek és fizikusok együttműködése révén sikerült kifejleszteni az átlátszó talajt. A kutatók célja a növények gyökérszerkezetének és viselkedésének pontos megismerése és megértése volt, ez azonban mostanáig akadályokba ütközött. A talajban ugyanis a növények gyökere rejtve marad, ez pedig lehetetlenné teszi a biológiai folyamatok pontos elemzését.

A talajban sok felfedeznivaló van, de a pontos folyamatokat egyelőre nem ismerjük – nyilatkozta a skóciai James Hutton Intézet munkatársa, Lionel Dupuy, aki bejelentette, hogy a kutatóintézetének sikerült előállítania az átlátszó termőtalajt. Az új anyag segíthet a növények gyökérzónájában zajló biológiai folyamatok pontosabb megismerésében.

transparent-soil-TOP-SLIDER
Fotó: Lionel Dupuy, Ken Loades, Helen Downie

Az átlátszó föld kifejlesztése két évig tartott. A kutatók rengeteg időt töltöttek a talaj savtartalmának finomításával, a talajszemcsék méretének meghatározásával, az ásványianyag-tartalom szabályozásával, és számos kísérletet végeztek az öntözéshez használt folyadékokkal is. Dupuy és munkatársai végül sikeresen előállították az átlátszó talajt, amiben a növények is megteremhetnek; ezzel megfigyelhetővé válik a rizoszféra, vagyis a talaj azon része, amelynek az állagát és jellegét a növények gyökérszerkezete befolyásolja.

A mesterséges talaj 350-1600 mikron vastag szintetikus anyagból, a Nafionból készült. Ezt többnyire üzemanyagcellákban használják, mert segít kontroll alatt tartani az áramot hordozó ionokat. Azt már korábbi kutatások is kimutatták, hogy a Nafion felületén baktériumfilmet is lehet növeszteni, ráadásul Dupuy és csapata módosították az anyag szerkezetét, hogy az ionos kötés úgy reagáljon a folyékony oldattal való öntözésre, hogy szimulálni tudja a természetes talajkémiát. Bár az anyag minősége nem tökéletes utánzata az igazi termőföldnek, a fizikai és kémiai kvalitásai alapján képes imitálni azt. A mesterséges talaj alapállapotban nem átlátszó, de ha meglocsolják a kifejezetten ehhez a folyamathoz tervezett, víz alapú oldattal, a talaj és az oldat keveréke megtöri a fényt, és az anyag áttetszővé válik.

Áttörés a biológiában

Laurent Laplaze, a montpelier-i French Institute of Research For Development kutatója szerint az új anyag előállítása hatalmas előrelépésnek számít a biológiában. Az átlátszó föld segítségével a kutatók természetes környezetükben vizsgálhatják a növények gyökérszerkezetét, ami új lehetőségeket nyit meg az élettani vizsgálatok és a növénynemesítés előtt, ráadásul a növényi mikrobák kölcsönhatásának vizsgálata is lehetségessé válik.

Dupuy és munkatársai már elvégezték az első kísérletet az áttetsző talajjal; ennek során a potenciálisan életveszélyes E.coli baktériumot vizsgálták, amint kapcsolatba lép egy saláta gyökereivel. Az E.coli alapvetően hasznos mikroba – a belekben felveszi a harcot a kártékony baktériumokkal, és a szervezet számára fontos vitaminokat is előállíthat –, de a veszélyes törzsei súlyos ételmérgezést okozhatnak. A kutatók egy genetikailag módosított E.coli baktériumot használtak a a kísérlethez, amit egy medúzából kivont zöld fluoreszcens fehérjét hordozott, majd megfigyelték, hogy a baktérium hogy viselkedik a növényben.

A biológusok megállapították, hogy az E.coli mikrokolóniákat hozott létre a gyökérzónában; valószínűleg ez segít a baktériumnak a bélrendszeren kívüli túlélésben. Dupuy úgy véli, hogy ha sikerül megfigyelniük és megérteniük a baktérium útvonalát, az segíthet egy olyan stratégia kidolgozásában, ami megakadályozhatja az E.coli bekerülését az élelmiszerláncba. Ez azért lehet fontos felfedezés, mert jelenleg senki nem tudja, hogy az E.coli hogy kerül az élelmiszerek, különösen a friss termékek közé.

Új lehetőségek a növénynemesítésben

Az átlátszó földdel azonban a talajfertőzések vizsgálata is lehetségessé válik. A fonalférgekről például köztudott, hogy vírusokat továbbítanak a növénytörzsek között, de az átlátszó talajjal a folyamat megfigyelhetővé válna. A gyökérszerkezet részletes analízisével olyan növénynemesítő programokat lehetne indítani, amelyek kevesebb vizet és műtrágyát igénylő növényeket eredményeznének. Laplaze azt is elmondta, hogy az eddigi növénynemesítő programokban ritkán foglalkoztak a növények gyökérszerkezetével. Ennek épp az volt az oka, hogy a talajviszonyok miatt roppant bonyolult volt teljes gyökérstruktúra-elemzést végezni, az átlátszó földdel azonban ez is lehetségessé válik.

Az új anyagban hatalmas potenciál rejlik; a kutatók genetikailag módosíthatják a növényeket, hogy a növekedési hormonokat és más vegyületeket a korábbi kísérlet során is használt fluoreszcens fehérjével jelölnének meg. Ezzel a molekulák mozgása nyomon követhető lenne az élő növényben, a mozgás iránya pedig megmagyarázhatná, hogy miért növekednek gyorsabban egyes növények, mint az ugyanolyan talajkondíciókkal termesztett társaik.

Dupuy arról is beszámolt, hogy a jövőben azon fognak dolgozni, hogy a mesterséges talaj előállítási költségeit csökkentsék. A jelenleg használt Nafion ugyanis nagyon drága alapanyag, így fontos lenne egy költséghatékony alternatívát találni neki. Dupuy nem tartja elképzelhetetlennek, hogy a jövőben teflonból készítsenek áttetsző talajt.