A növekvő élelmiszer- és energiaigények kielégítése globális kihívást jelent, amiben a növények igen fontos szerepet játszanak. Hiszen képesek a Nap kimeríthetetlen energiáját olyan szerves molekulák formájában tárolni, amelyek energiaraktárként hozzájárulnak a növényi szervek alkotta biomassza kialakulásához. Ezért sokféleképpen hasznosíthatóak megújuló energiaforrásként a szántóföldeken és az erdőkben élő növények - például élelmiszerként vagy tüzelőanyagként, illetve nyersanyagként a bioüzemanyag és a biogáz gyártásához. Tekintettel a növényi termékek iránti kereslet növekedésére, szükséges a biológiai teljesítőképesség fokozása, ami a gyakorlatban többféle módon is megvalósítható. Egyrészt hagyományos és géntechnológiai növénynemesítéssel javítható a növények génállománya, másrészt a termesztési módszerek fejlesztése révén jelentősen fokozható a termésbiztonság, még a klímaváltozás okozta kedvezőtlen körülmények között is. A megújuló energiaellátás biztosítása szempontjából súlypontos feladatot jelent az energetikai faültetvények genetikai potenciájának növelése, amivel kapcsolatban az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársai új eredményeket közöltek egy rangos amerikai tudományos folyóiratban.

A dokumentum letölthető innen.

Az energiafűz eredeti diploid kromoszómakészletének (2n=2x=38) megduplázásával előállított Poli Plusz növények (2n=4x=76) nagyobb levelekkel és vastagabb szárral rendelkeznek.
(MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Növénybiológiai Intézet, Szeged)

 

Növekvő energiaigények: élelmiszer- vagy energiatermelés a földeken?

Az energiaügynökségek számításai szerint a világ energiafogyasztása 2030-ig várhatóan évente 2%-kal növekszik. A 2013. évi adatok szerint Magyarországon az összesen energiafelhasználás 9,8%-át biztosították megújuló energiahordozókból, és a kormányzat klímapolitikai szándéka szerint a 2020-ig elérendő célérték 13%. Hazánkban a hasznosításra kerülő megújuló energiaforrások közül a legnagyobb jelentősége a biomasszának van (65-80%-os aránnyal). Ezért mindenképpen érdemes kiemelt figyelmet fordítani a biomassza hasznosításával kapcsolatos biológiai és műszaki-technológiai fejlesztésekre. Bioüzemanyag egyaránt készülhet a gabonafélék szemtermésében felhalmozódó keményítőből, vagy a növényi sejtek falát alkotó cellulózból. Az előállítási folyamat során először le kell bontani ezeket a makromolekulákat, majd az így képződött cukrok fermentációval alkohollá alakíthatóak. Ami a gabonaféléket illeti, napjainkban az első generációs bioetanol gyártásához az USA-ban elsősorban kukoricakeményítőt használnak. Néhány amerikai államban, például Iowában a kukoricatermés 40%-át is ebben a formában hasznosítják. Az EU-ban ugyanakkor elsősorban a búzakeményítő szolgál a bioetanol alapanyagaként, és a megtermelt búza 2%-ából készül etanol. Magyarországon viszont a 450 millió liter bioetanol előállításához alapanyagként kukoricát használnak.

Jelenleg is folyik a vita arról, hogy milyen következményekkel járhat, ha az élelmiszernövényeket - élelmiszercélú felhasználás helyett - egyre növekvő mértékben energiatermelésre használjuk. Jogos elvárás ugyanis, hogy az élelmiszertermelés élvezzen elsőbbséget, hiszen a világon 1 milliárd ember éhezik, vagy alultáplált. Éppen ezért intenzív fejlesztések folynak az ún. második generációs, azaz a cellulózalapú bioenergia előállítására szolgáló technológiák gazdaságossá tétele érdekében.

Energetikai faültetvények rövid vágásfordulóban

Amikor mérlegeljük a növények - mint energiaforrások, és mint a környezet fenntarthatóságát biztosító élőszervezetek - energetikai szerepét, akkor nem lehet eléggé hangsúlyozni az erdők kiemelt jelentőségét. A Vágvölgyi Andrea (2013) tanulmányában elemzett adatok szerint például a tüzelésre, illetve elgázosításra alkalmas biomassza-kapacitás 39,2%-át az erdőkből származó tűzifa, 28,4%-át pedig az energetikai ültetvények adják. A szántóterületeken a fafajokból létesített ilyen ültetvények viszonylag nagy mennyiségű faanyag megtermelését teszik lehetővé olyan kedvezőtlen adottságú földeken, amelyek a gazdasági növények termesztésére kevésbé alkalmasak. Ezeken a területeken a nyár, az akác vagy a fűz speciális, a hagyományos erdőgazdálkodástól eltérő termesztési rendszerben, ún. rövid vágásfordulójú ültetvényként is nevelhetőek. Ebben a művelési formában hektáronként 15-25 ezer növényt telepítenek, és 2-3 évenként betakarítják a fás hajtásokat. A visszavágás során a tövek bokrosodnak, és a kialakuló sűrű növényállományok gyors és nagytömegű biomassza felhalmozására képesek, miközben jelentős széndioxid-megkötés történik. Az energiafűz-fajták például hektáronként 34-42 tonna frisstömegű biomasszát biztosíthatnak (Gyurica Csaba és munkatársai 2011). Az Európai Unió tervei szerint a rövid vágásfordulójú ültetvények jelenlegi 1%-os részesedését 2020-ig 17%-ra kell növelni. Ezzel összhangban van a magyar Nemzeti Energiastratégia is. Ezek a törekvések azonban csak akkor lehetnek eredményesek, ha egyrészt a támogatási források és az árrendszer nyereségessé teszik ezt a tevékenységet, másrészt a kapcsolódó kutatások hozzájárulnak mind a termesztési, mind a feldolgozási technológiák gazdaságossá tételéhez.

Hatékonyabb napfény- és széndioxid-hasznosítás - növénynemesítéssel

A rövid vágásfordulójú energiafa-ültetvényekben használt fafajták kinemesítését elsősorban hagyományos módszerekkel, például szelekcióval és keresztezéssel végzik. További hagyományos lehetőséget jelent a teljes génállomány, a genom megsokszorozása, amit poliploidizációnak nevezünk. A poliploid nemesítés nagy múltra tekint vissza, és ezzel a módszerrel több növény esetében is versenyképes fajták születtek már. A poliploid állapot kialakítása a sejtosztódás folyamatának megzavarásával történik, aminek következtében keletkezhetnek olyan növények, amelyekben az eredeti, ún. diploid kromoszómakészlet kétszerese található. Az energiafűz kromoszómáit a kép mutatja. Egy hazai K+F konzorciumnak a tavalyi évben lezárult Gazdaságfejlesztési Operatív Program (GOP) keretében sikerült az energiafűzből poliploid változatokat előállítani. Ezeknek a Poli Plusz (PP) fűznövényeknek több tulajdonsága is előnyös lehet mind a biomassza tömegének növelése, mind a kedvezőtlen klímahatások ellensúlyozása szempontjából. A biomassza-tömeg növekedésének egyik forrása az, hogy mint az ábrán látható a PP-növények levelei a diploid növények leveleihez képest szélesebbek, és nagyobb felületűek. A poliploidizáció következtében emellett jelentős élettani változások is kimutathatóak. A PP-növények leveleiben ugyanis megnőtt a fényhasznosítás hatékonysága, és ezek a növények egységnyi levélfelületen kétszer több széndioxidot képesek megkötni. A levelek jobb fényhasznosítása miatt a nagyobb mennyiségben felhalmozódó szerves anyag pedig hozzájárul ahhoz, hogy ezek a növények vastagabb szárat növesszenek, ahogy az a képen is látható. Fontos, hogy a PP-növényekből álló fűzültetvények alkalmasabbak a nehézfémekkel szennyezett talajok méregtelenítésére is. Ugyanis ezeknek a növényeknek nagyobb a gyökérzete, ami a méregtelenítési hatékonyságot javíthatja. A PP-tenyészanyagok megfelelő hasznosításának azonban az a feltétele, hogy az egyes változatok felszaporítás és értékelés után bekerüljenek a fajtaminősítési rendszerbe.

Több biomassza - géntechnológiával

Ha két növényt keresztezünk, a folyamat során a teljes génállományt érintő változások mennek végbe, és a gének kombinálódása a hibrid növényben nem kontrollálható. Ezzel szemben, amennyiben egyetlen gén beépítésével hozunk létre új genetikai változatokat, akkor sokkal precízebb és hatékonyabb lehet a nemesítés folyamata. Éppen ezért érthető, hogy miért állítottak elő eddig is olyan sokféle génnemesített fás szárú növényt (GMO-t) a fahozam és a minőség javítása érdekében. Ilyen növények például a nyárfának azok a genetikai változatai, amelyekben a beépített génnel a hormonanyagcserét módosították. Ezek a transzgént hordozó fák gyorsabban növekedtek, és nagyobb biomasszát produkáltak, továbbá a farostok hossza is megnőtt bennük. Emellett olyan géntechnológiai beavatkozás is létezik, amellyel növelni lehet a nyárfák gyökérzetét. További példaként említhető, hogy a géntechnológia lehetővé tette a nyárfából történő bioetanol-gyártás hatékonyságának növelését is, mivel alkalmazása révén olyan növényeket sikerült előállítani, amelyekben kisebb mennyiségben szintetizálódott a lignin sejtfalösszetevő, így 40-80%-kal növelni lehetett az alkohol kinyerését.

Sajnálatos, hogy a géntechnológiával nemesített növényfajták termesztését annak ellenére erős ellenpropaganda gátolja, hogy a GM-növények sokat segíthetnek a „zöld" célok megvalósításában. A géntechnológiával kapcsolatos tiltakozó álláspontot - számtalan ok mellett - már csak az utóbbi években kidolgozott gén-genomszerkesztési technológiák megjelenése miatt is érdemes lenne felülvizsgálni. Ma már ugyanis arra is lehetőség van, hogy célzottan, a kiválasztott génben akár egyetlen DNS-alkotóelem kicserélésével érjük el a kívánt biológiai hatást. Nem szerencsés tehát, hogy a magyarországi GMO-mentességet forszírozó kormányzati politika a génnemesített energianövények alkalmazását is tiltja, miközben a tudományos eredményekből egyértelműen látszik: a GM-növényekkel több esélyünk van a klímaváltozás hatásainak mérséklésére, és a környezeti fenntarthatóság biztosítására egyaránt.

Kapcsolódó cikkek