Kovy v rostlinách. V malém množství nezbytné, ve velkém jedovaté

Velká platforma, na které se bude podílet třicítka evropských zemí, v těchto dnech odstartovala svou činnost v Biologickém centru Akademie věd ČR v Českých Budějovicích. Odborníci v oborech od biologie přes fyziku a chemii až po agronomii a také zástupci zemědělských firem budou v čtyřletém projektu hledat odpovědi na otázky, jak důležité i nebezpečné jsou kovy pro půdu, růst rostlin, potažmo výživu lidí. 

Období sklizně už je pomalu za námi, stromy shazují listy a v okolí silnic také plody, o které nikdo nestál, pár posledních jablek se ještě zuby nehty drží ve větvích. Všichni přece známe poučky typu „Netrhej ovoce u silnice rostoucí divoce“. Proč bychom si tyto dary přírody měli odpírat? Odpověď zní: jedovaté olovo, které se v minulosti přidávalo do pohonných hmot. Dnes už v nich sice není, ale obava z těžkých kovů je v lidech natolik zakořeněna, že se plodinám v okolí rušných komunikací vyhýbají.

Baňky a hadičky patří vedle rostlin k běžnému vybavení oddělení biofyziky a biochemie rostlin v Ústavu molekulární biologie rostlin v Biologickém centru AV ČR.

Z pohledu odborníků jsou však větším problémem kovy, které jsou lépe rozpustné ve vodě, a dokážou se tak dostat do půdy a z ní do rostlin. „Pokud zůstaneme u automobilů, vykřičník stojí v současnosti u kontaminace půdy kadmiem, které se do rostlin dostává třeba z pneumatik, respektive z toho, co z nich zůstává na silnici. Pořád jsou ale nejzávažnějším rizikem produkty užívané v zemědělství: třeba kadmium bývá jednou z nežádoucích složek fosfátových hnojiv, zrovna tak jako součástí některých pesticidů jsou měď a zinek – zejména na vinicích,“ jmenuje některé příklady Hendrik Küpper z Biologického centra AV ČR.

Kovy jsou přitom nezbytné pro zdravý vývoj a fungování jak člověka, tak i zvířat, rostlin, hub, bakterií nebo archeí. Například již zmíněné měď a zinek, ale rovněž molybden, železo, mangan či kobalt hrají důležitou roli při metabolických procesech. Zásadní je množství – to správné je stopové. Při překročení limitu se z nepostradatelného prvku stává toxický. „Ba co víc, stupeň toxicity stejně jako prospěšné množství kovu se značně liší nejen mezi organismy navzájem, ale i mezi různými vývojovými stadii téhož organismu,“ upozorňuje vědec.

Z půdy na talíř
Nejinak tomu je u rostlin. Jsou rovněž citlivé na nedostatečné množství kovů v půdě i na jejich přebytek. Právě spuštěný mezinárodní projekt Plantmetals, do něhož se zapojí více než 110 členů z 30 zemí a v jehož čele bude Hendrik Küpper stát, si vzal za cíl přispět k porozumění tomu, jak stromy, keře, byliny či řasy s kovy nakládají. „Potřebujeme lépe pochopit, jakým způsobem kovy přijímají, jak je přepravují, ukládají ve svých buňkách a využívají, dále jak se vypořádávají s nedostatkem či nadbytkem kovů a jejich toxicitou,“ upřesňuje.

Kovy se z půdy mohou snadno dostat do rostlin a z nich do potravin, a to jak ty prospěšné, tak i ty toxické.

Ve výsledku to ovlivní opět člověka, protože na jeho talíř se dostanou plodiny vypěstované na polích, v sadech a sklenících s půdou buď chudou na užitečné kovy, či naopak kontaminovanou neprospěšnými látkami, anebo v ní živiny budou co možná nejvíce ideálně zastoupeny. Rovnováze by mohla napomoci mimo jiné správná zemědělská hnojiva, pěstitelské postupy, šlechtění a hledání mechanismů, jak z půdy dostat pryč těžké kovy.

V tomto bodě budou výzkumníci spolupracovat také s firmami, které k projektu přizvou. Vznikne tak platforma sdružující nejen vědce z různých oborů – biology, fyziky, chemiky, molekulární genetiky, ekology a agronomy –, ale i lidi přímo z terénu. Jedním z participantů je například jihomoravský výrobce měřicích přístrojů a zařízení pro růst rostlin Photon Systems Instruments, který se bude podílet na hledání lepších způsobů fenotypizace. Zapojí se také odborníci z německé Univerzity v Porůří, francouzského Institutu buněčné biologie nebo španělského Centra pro rostlinnou biotechnologii a genomiku.

Poklady z ohně
Zajímavým tématem je bezesporu takzvaná fytoremediace neboli proces, při němž rostliny zachytávají toxické kovy a transportují je k výhonkům. Známa je řada takovýchto „lapačů“ kadmia – jako například penízek modravý (Noccaea caerulescens), vyskytující se i na našich loukách –, nebo niklu.

Nabízí se otázka, zda by fytoremediace nemohla být alternativou pro těžbu kovů. „Tak to skutečně funguje. V případě niklu, kde má fytomining jako u jediného z kovů smysl i z komerčního hlediska, dokonce existuje několik velice úspěšných projektů,“ souhlasí Hendrik Küpper. Kov se z rostliny získá tak, že se sklizeň biomasy spálí nebo chemicky rozpustí. „Například smuteně (Phyllanthus), přirozeně rostoucí keře v tropických oblastech, mají jak relativně vysokou úroveň biomasy, tak i schopnost hyperakumulace kovu. Data, která minulý rok ukázal australský kolega na konferenci ICOBTE, odhalila, že na jednom hektaru půdy se sklidilo 250 až 300 kilogramů niklu.“ I v Evropě se kov, využívaný například při výrobě mincí, fytominingem získává. Zhruba 100 kilogramů niklu na hektar půdy zprostředkovávají žlutě kvetoucí tařinky (Alyssum) v Albánii. „Odčerpávají“ nikl z oblastí, které nejsou vhodné ani pro zemědělství, ani pro klasickou těžbu.

Penízek modravý (Noccaea caerulescens) dokáže snížit v půdě nebezpečné koncentrace kadmia. 

Obecně vzato v půdě a rostlinách celosvětově chybí zinek, hůře než Česko je na tom například Německo nebo jižní země jako Bulharsko, Řecko, Itálie, Španělsko či Turecko – přitom právě z nich se k nám dováží mnoho zemědělských produktů. Naopak mezi hlavní problémy v Evropě patří vysoké množství kadmia a mědi v půdě.

Jak ovšem vědec upozorňuje, rozdíly jsou mnohdy patrné i v oblastech vzdálených od sebe jen několik kilometrů. „Je to výsledek hospodářského využívání v minulosti i dnes, roli hraje geologické podloží nebo to, zda je v okolí nějaká továrna.“

Síť laboratoří i grantů
Čtyřletý projekt Plantmetals je financován z evropského programu COST (European Cooperation in Science and Technology) a poskytne finanční rámec pro celou rozsáhlou síť výzkumníků ve výši přesahující tři miliony korun ročně. Pro tak ambiciózní projekt je to přirozeně nedostačující, každý z účastníků se proto bude pro dílčí výzkum snažit získat zdroje ve své zemi, žádat budou i o granty Evropské unie.

První výstupy odborníci představí na konferenci příští rok v létě v Českých Budějovicích, odkud bude Hendrik Küpper veškeré aktivity řídit. „Projekt přinese mezinárodní zviditelnění pro vědecký tým z Biologického centra a posílí náš výzkumný profil,“ dodává vědec, jehož výzkumné oddělení se v jihočeském pracovišti Akademie věd ČR zabývá především rostlinnou biofyzikou a biochemií a základními mechanismy ve fungování těchto organismů. Konkrétně v současné době z kulturních plodin sledují, jak se v různých podmínkách chovají paprika, rýže či sója.

Hendrik Küpper z Biologického centra AV ČR

Německý biolog tak pokračuje ve výzkumu, jejž započal už jako středoškolák ve sklepě domu svých rodičů a dále ho rozvíjel na Univerzitě v Kostnici. „S Českou republikou jsem nicméně měl silné vazby od samého počátku studia. Již v červnu 1993 jsem se zúčastnil soutěže mladých vědců v Jihlavě, v Třeboni jsem pak napsal téměř celou diplomovou práci i podstatnou část té disertační,“ říká. A od roku 2005 působil jako hostující profesor v Českých Budějovicích.

Vědecký zájem ho do jižních Čech přivedl natrvalo v roce 2014, byť začátky byly poněkud krušné. „Pouhých šest týdnů před finálním stěhováním česká vláda zrušila projekt, na který jsem měl přislíbené finance. Naštěstí jsem měl plán B, a tak jsem přesun z Německa uskutečnil. Happy endem tohoto příběhu je, že jsem program přece jen spustil, a dokonce za dvojnásobné finanční podpory. Nakonec jsme dostali více než 131 milionů korun, díky tomu je zabezpečeno fungování oddělení biofyziky a biochemie rostlin v Biologickém centru AV ČR až do roku 2022,“ vypráví spokojeně Hendrik Küpper, který se v Česku cítí jako doma. Ostatně má tu trvalé bydliště a plánuje zažádat o české občanství.

Připravila: Jana Bečvářová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Pavlína Jáchimová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, Shutterstock

Přečtěte si také

• O myších a lidech. Vědci zjistili souvislosti migračních tras člověka a myši
• Svůj svátek slaví i včely. Jaká je role opylovačů v krajině a co je ohrožuje?
• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti
• Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek
• Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu