V súčasnej dobe sme denne vystavení škodlivým látkam z prostredia, pričom medzi najnebezpečnejšie patria ťažké kovy. Tieto toxické prvky, ako ortuť, olovo, kadmium či arzén, sa môžu hromadiť v tele a spôsobovať zdravotné problémy, ovplyvňovať nervový systém, poškodzovať pečeň a obličky a oslabovať imunitu. Ťažké kovy sa môžu do tela dostať viacerými spôsobmi - cez znečistený vzduch, vodu, potraviny alebo kozmetiku.
Problémom v pôde sú nielen ťažké kovy, ale aj rôzne pesticídy, insekticídy či lacné hnojivá. „Chceme vyprodukovať rýchlo, veľa, lacno a nehľadíme na vplyvy na životné prostredie. Lacné riešenia nie sú obyčajne z dlhodobého hľadiska práve ideálne,“ sťažuje si vedec. „Vezmite si napríklad Španiu dolinu, ktorá je známa haldou zo šachty Maximilián. Má niekoľko storočí a stále nie je pokrytá vegetáciou,“ hovorí prírodovedec Marek Vaculík z Katedry fyziológie rastlín Prírodovedeckej fakulty UK v Bratislave.
Existujú aj iné spôsoby, ako k problematike pristúpiť, napríklad chemický, ale ten je technicky aj finančne náročnejší. „Sú aj nápady, že zeminu vyťažíte a niekam ju odveziete. Slovenskí vedci preto hľadajú ekologickejšie alternatívy a skúmajú, ktoré rastliny sú vhodné na čistenie prostredia od ťažkých kovov.
Mechanizmy pôsobenia ťažkých kovov na rastliny
Znečistenie životného prostredia nebezpečnými látkami, najmä ťažkými kovmi, predstavuje čoraz závažnejší problém, ktorý sa dotýka aj pôdy v našich záhradách. Pôda je hlavným zdrojom našich potravín, ktoré denne konzumujeme. Škodlivé látky nachádzajúce sa v pôde prenikajú aj do rastlín a ich plodov. Sú to hlavne toxické ťažké kovy, rezíduá pesticídov, PCB a iné kontaminanty, ktoré ohrozujú naše zdravie. Tieto látky sa v pôde nerozkladajú prirodzenou cestou, ale naopak, hromadia sa v nej. Podľa prieskumu LUCAS Európskeho centra údajov o pôde bolo na našom území odobratých 60 až 80% vzoriek pôdy s nadprahovou koncentráciou ťažkých kovov.
Ťažký kov je definovaný ako kov s určitou fyzikálnou hustotou. V organizme máme svoje vlastné kovy, ako napríklad zinok, ktoré existujú vo forme katiónov. Niektoré dôležité enzýmy, zahrnuté v rôznych fyziologických procesoch, potrebujú kov ako kofaktor, napríklad zinok. Ak sa do tela dostane príliš veľa ťažkého kovu, ako je napríklad kadmium, môže vytesniť telu vlastný zinok a prilepiť sa na enzymatický komplex. Takto enzým prestáva fungovať a v bunkách môže dôjsť k narušeniu fyziologických procesov.
Pôda je dnes veľmi znečistená. Vplyvom poľnohospodárskej a priemyselnej činnosti sa do nej dostali jedy a ťažké kovy. Tieto sa potom dostávajú do tela a ohrozujú správne fungovanie dôležitých metabolických procesov. Voľné radikály sú prudko reaktívne a viažu sa na všetko, na čo v tele narazia. Takto môžu spôsobiť mutácie v našej DNA, ničia ľudskú bunku zvnútra. Ak ich máme v tele priveľa, je to pre naše zdravie vážny problém.
V prípade vysokej prítomnosti kovov v prostredí sa u rastlín prejavuje spomalenie rastu a zmeny sfarbenia. Toto sa môže diať aj v prípade chronického stresu, keď na rastliny pôsobí nízka intenzita stresu dlhodobo. Dochádza tiež k zmenám obsahu rôznych látok. Podobné procesy prebiehajú nielen v rastlinách, ale aj v živočíchoch a ľudskom organizme a sú príčinami rôznych ochorení.
Potrebné a toxické kovy
Škodlivosť každého kovu a iných látok závisí vždy od toho, koľko sa ich v rastline hromadí. Prvky ako zinok, meď, železo, horčík alebo mangán rastliny potrebujú v určitých množstvách na rast a pri konzumácii rastlinnej potravy ich využívame aj my. Problém nastáva, ak sa v rastlinách hromadia kovy, ktoré v metabolizme nijako nevyužijú a ktoré sú toxické aj pre človeka.
Najviac škodlivými pre rastliny a potenciálne aj pre človeka sú kadmium, olovo, ortuť a arzén. Tieto prvky v rastlinnom organizme nemajú žiadnu úlohu. Niektoré rastliny dokážu zadržať kov v koreňoch, čím sa ho z pôdy dostáva do nadzemných častí menej. To je typické napríklad pre olovo, chróm, meď. Mnohé kovy sa však dokážu pohybovať v rastline relatívne rýchlo a potom sa hromadia aj v nadzemných častiach, čo je nežiaduce pri listovej a plodovej zelenine, ale aj v liečivých rastlinách. Takto v nich môže putovať kadmium, nikel, zinok, mangán a ďalšie.
Odborníci si dlho mysleli, že nikel nie je pre rastliny dôležitý. Nové štúdie ukazujú, že stopové množstvá sú prospešné. V každom prípade je nikel karcinogénny prvok a jeho vyšší obsah v potravinách je nebezpečný.
Vplyv na klíčenie a rast
Nebezpečné ťažké kovy sa do rastlín môžu dostať nielen koreňovým systémom, ale aj ovzduším. Obvykle platí úmera, že čím viac kovov je v prostredí, tým viac ich rastlina obsahuje. Jednotlivé prvky sa aj v závislosti od zloženia pôdy môžu navzájom ovplyvňovať a tým vznikajú zložité vzťahy. Jeden kov znižuje alebo zvyšuje príjem iného kovu do rastliny. Ťažké kovy môžeme nájsť prekvapujúco aj v chránených oblastiach, kam sa dostanú vzduchom. Ich prítomnosti nemusí nasvedčovať ráz krajiny a ich šírenie nemusí spôsobovať len človek svojou činnosťou, ale napríklad aj sopečná činnosť alebo vietor. Monitoring je preto viac než dôležitý.
Vplyvom kadmia v papradi sa napríklad zvyšuje tvorba kyslíkových látok, čo sa prejavuje ako intenzívnejšie červené zafarbenie. Toxickým symptómom môže byť bunková smrť. Zameriavame sa na bunkové systémy, organely a iné súčasti bunky, produkujúce AFK (aktívne formy kyslíka) počas stresových odpovedí indukovaných ťažkými kovmi v koreňoch. Okrem AFK sa venujeme aj charakterizáciám zmien v hladine NO (oxid dusnatý) vplyvom ťažkých kovov.
Po tom ako koreň rastliny absorbuje kadmium z pôdy, dochádza v koreňových bunkách k nadmernej tvorbe rôznych reaktívnych molekúl ako napr. superoxid, peroxynitrit či oxid dusnatý. Všetky tri spomenuté molekuly spôsobujú vo väčšom množstve poškodenie koreňových buniek, vedúce až k bunkovej smrti.
Fytoremediácia: Rastliny ako čističky prostredia
Slovenskí vedci hľadajú ekologickejšie alternatívy a skúmajú, ktoré rastliny sú vhodné na čistenie prostredia od ťažkých kovov. Aby bol proces čistenia pôdy efektívny, vedci musia hľadať také rastliny, ktorým sa darí v danej lokalite, vyťahujú čo najviac škodlivých látok - najlepšie do nadzemných častí, aby sa dali zožať či inak spracovať - a generujú čo najviac biomasy.
„Inak by bol proces čistenia nekonečne dlhý,“ zhodnotil Lux. Vaculík k tomu hovorí: „Taký bambus alebo vŕba narastú za rok aj niekoľko metrov, takže vytvoria veľa biomasy. Ak má rastlina iba niekoľko centimetrov, nie je najvhodnejšia na čistenie, hoci škodlivé látky vyťahuje z pôdy efektívne.“
Na Slovensku máme jeden z hyperakumulátorov, peniažtek modrastý, ktorý akumuluje - hoci zatiaľ nevieme úplne vysvetliť prečo - veľmi veľa kadmia. Rastlina dokáže akumulovať aj zinok. Predpokladáme, že ide o obranný mechanizmus proti škodcom.
Vedci skúmajú, ako kremík zvyšuje odolnosť rastlín voči stresom, napríklad suchu. Zistili, že prvok blahodarne vplýva napríklad na obilninu cirok.
Príklady rastlín vhodných na fytoremediáciu
- Bambus a vŕba: Rýchlo rastú a generujú veľké množstvo biomasy.
- Peniažtek modrastý: Hyperakumulátor kadmia a zinku.
- Púpava: Hoci vzorky zbierané v meste obsahujú málo kadmia a iných kovov, v prípade, že rastlinám pridáme do prostredia tieto kovy, absorbujú ich veľmi účinne.
- Rýchlorastúce rastliny, niektoré stromy, kapustovité druhy či slnečnica sú vhodné na veľkoplošné čistenie pôdy od kovov.
„Zvyšky po intenzívnej banskej aktivite predstavujú vo vybraných slovenských lokalitách ekologickú záťaž. „Ľudia, ktorí žili v okolí niklovky v Seredi alebo Kovohút v Krompachoch, vraveli, že tam boli celé mesačné svahy, ktoré neboli pokryté vegetáciou,“ povie Vaculík a dodá, že ak sa miestne svahy zazelenali, bolo to hlavne preto, že ich obsadili náletové dreviny.
Jedným z najzávažnejších problémov a zároveň najväčšou výzvou dneška je narastajúce znečistenie pôd ťažkými kovmi. Ak sú rastliny pestované na takýchto pôdach, nie sú vôbec schopné rásť alebo je ich prirodzený vývin narušený - rastliny sú pod stresom. Aby vedci mohli menované problémy riešiť, musia najprv pochopiť mechanizmus, ktorý sa v rastlinách spúšťa počas stresu z ťažkých kovov a akým spôsobom tomuto stresu dokážu čeliť.
V tomto projekte sa nezaoberáme priamo aplikačnými metódami, avšak je veľmi ťažké zrealizovať aplikačný výskum, ak neexistuje základný výskum. Základným výskumom sa snažíme popísať mechanizmy, ktoré prebiehajú v rastlinách počas stresových podmienok tak, aby sa tieto poznatky dali následne pretaviť do praxe, čo môže neskôr zlepšiť poľnohospodársky výnos plodín, ako aj prispieť k možnosti pestovať zdravšie potraviny.
Detoxikácia pôdy a prevencia
Detoxikácia pôdy v záhrade znamená proces odstránenia alebo zneškodnenia toxickej látky, alebo zamedzenie jej voľného pohybu. Aplikujú sa prostriedky, ktoré zamedzia, aby sa toxické látky uvoľňovali do vody, pôdy a boli dostupné pre rastliny alebo zvieratá.
Jednoduchým ošetrením pôdy humínovými kyselinami prítomnými v prírodnom prípravku HUMAC® Agro zabránite prenikaniu škodlivých látok z pôdy do rastlín a ich plodov. Výsledkom bude, že vo vašich s láskou pestovaných plodinách znížite obsah nežiaducich látok, ktoré by inak škodili vášmu organizmu. Základom detoxikačného účinku HUMAC® Agro na pôdu vo vašej záhrade je schopnosť humínových kyselín imobilizovať široké spektrum toxínov prostredníctvom ich chemickej väzby do komplexov nevyužiteľných pre rastliny. Toto 100% prírodné riešenie je navrhnuté pre každý typ pôdy a plodín. Jeho aplikácia je jednoduchá a vhodná počas celého roka nie len ako pôdny detoxikant, ale aj pre stimuláciu úrodnosti a pri pestovaní biopotravín.
Metódy detoxikácie pôdy
- Drevené uhlie: Vhodné je nechať ho pred aplikáciou nasiaknuť ľubovoľným hnojivovým roztokom.
- HUMAC® Agro: Vyrába sa z Leonardonitu a aktivuje sa. Viaže toxické kovy, PCB, dioxíny, pesticídy, herbicídy a iné toxické zlúčeniny v pôde do komplexov nevyužiteľných pre rastliny.
- Alginit: Organicko-minerálna hornina, ktorá absorbuje ťažké kovy a ďalšie nebezpečné toxické látky, čím účinne pôdu detoxikuje.
- ZeoSand a Zeolit Agro: Vyrábajú sa zo Zeolitu. Vďaka svojej dutinkovej štruktúre dokážu adsorbovať katióny kovov alebo molekuly vody a zachytia amoniak, ťažké kovy, zápachové plyny a radionuklidy.
Ak si človek kúpi pozemok napríklad v okolí Banskej Štiavnice v starej banskej oblasti, mal by si dať spraviť analýzu podzemnej vody, ktorou polieva zeleninu. Čo sa týka analýzy pôdy, nestojí pár eur. Záhradkár sa môže pozrieť na mapu území znečistenia pôdy. Pedológovia zmapovali pôdy Slovenska veľmi kvalitne, vďaka čomu približne vidíte, kde je znečistenie ortuťou, kadmiom alebo meďou.
Vplyv ťažkých kovov na ľudské zdravie
Záhadné stúpanie počtu civilizačných chorôb, alergií, problém s plodnosťou vo „vyspelých“ častiach sveta, to nie sú len akési mediálne strašiaky, ale skutočnosť. Pôda znečistená ťažkými kovmi môže predstavovať značné zdravotné riziko.
Ak sú v rastline ťažké kovy, najviac ich bude v koreni. Vedci vravia, že rastliny majú mnoho bariér, ktoré filtrujú, aby nebezpečné látky nešli ďalej do nadzemných častí a plodov.
Na druhej strane, ak človek pôjde do Banskej Štiavnice a odtrhne si zo záhrady slivku, nič sa mu nestane. Je dôležité si dávať pozor, kde človek zbiera liečivé rastliny, pretože na lokalitách s vysokou akumuláciou arzénu a antimónu môžu mať liečivé rastliny vysoký obsah týchto prvkov.
Ak je v tele príliš veľa ťažkých kovov, telo ohrozuje oxidačný stres. To znamená, že je náš organizmus vystavený napospas voľným radikálom, čo môže metabolizmus úplne prevrátiť naruby. V boji proti radikálom úspešne zasahujú antioxidanty - tieto nájdeme v hojnom zastúpení práve v rastlinnej strave.
Vláknina ako spojenec v boji proti ťažkým kovom
Vláknina obsahuje záporne nabité zložky, ktoré doslova priťahujú kladne nabité ťažké kovy. Tieto sa naviažu na vlákninu a v procese trávenia sa vylúčia z tela formou stolice. Vláknina sa nachádza v každom ovocí aj zelenine, najviac v šupke a obaloch plodov rastlín. Pre zdravie človeka je nesmierne podstatná práve variabilita.
Vlákninu tvoria chemické zložky, ktoré sa nachádzajú v bunkovej stene, v obale rastlinnej bunky, ako napríklad celulóza, hemicelulóza a pektín. Tieto polysacharidy sú pre človeka nestráviteľné, pretože mu chýbajú potrebné enzýmy, napríklad celuláza na strávenie celulózy.
Vláknina vplýva na kondíciu nášho čreva. Nerozpustná vláknina znásobí v čreve svoj objem, napučí, nasaje do seba vodu a tlačí na steny čreva. Táto objemná hmota vypadne pri stolici a stiahne so sebou aj rôzne usadeniny, jedy a toxíny. Rozpustná vláknina, napríklad pektín, prejde do čreva vo forme viskóznej hmoty, fermentuje a slúži ako potrava dobrým črevným baktériám (prebiotiká).