Rośliny alternatywne

Prof. dr hab. Ewa J. Sawicka-Sienkiewicz
AR we Wrocławiu

Zainteresowanie nowymi roślinami uprawnymi inaczej nazywanymi roślinami alternatywnymi w ciągu ostatnich kilkunastu lat wyraźnie wzrasta. Świadczą o tym organizowane konferencje skupiające naukowców zajmujących się warunkami uprawy, adaptacji gatunków roślin do nowych warunków klimatycznych, tworzeniem ulepszonych genotypów jak i fitochemików charakteryzujących związki biologicznie czynne w roślinach oraz ludzi przemysłu podejmujących próbę wykorzystania tych związków w praktyce (przemysł meblarski, papierniczy, farmaceutyczny, kosmetyczny produkcji odnawialnych źródeł energii itd.) Rośliny alternatywne można podzielić na kilka następujących kategorii.

• Rośliny nowe, dotychczas nie uprawiane przez człowieka, a które z powodu szczególnych właściwości zasługują na uwagę. Do takich roślin należą gatunki z rodziny Lythraceae, rodzaju Cuphea czy trawy z rodzaju Miscanthus.
• Rośliny "starożytne" uprawiane już przed 3-4 tysiącami lat przed naszą erą np. przez południowo-amerykańskich Indian, których uprawa została zaniechana bądź znacznie ograniczona w okresie konkwisty. Do takich roślin należą szarłat (gatunki z rodzaju Amaranthus ssp.) czy komosa ryżowa (Chenopodium quinoa Willd.) (NRC 1984, 1989).
• Rośliny uprawiane do końca XIX i początku XX wieku. Zaliczamy tu "Średniowieczne" rośliny uprawne (często znane już w starożytności), których uprawa została zaniechana w okresie chemiczno-technicznej rewolucji rolnictwa. Są to rośliny, które nie wytrzymywały intensywnego nawożenia, chemizacji rolnictwa lub nie nadawały się do mechanicznego zbioru. Do takich roślin, których uprawy zaniechano należy soczewica (Lens culinaris Medik.), orkisz (Triticum spelta L.), bulwa - topinambur (Helianthus tuberosus L.) czy krokosz barwierski - saflor (Carthamus tinctorius L.).
• Rośliny uprawiane tradycyjnie w jednych rejonach świata a dla innych rejonów zupełnie nowe np. łubin w Australii, gryka w Niemczech czy w Polsce modrak abisyński.
• Rośliny otrzymane metodami biologii molekularnej - rośliny transgeniczne. Mogą tu zostać zaliczone rośliny dobrze znane ale ze względu na "manipulację genetyczną" podlegające specjalnej ochronie kontroli warunków uprawy (pod ścisłą kontrolą) oraz sposobowi rozpowszechnienia (obowiązek oznakowania). Przykładem może być ziemniak z genem odporności na stonkę, pomidor z wprowadzonym genem opóźniającym dojrzewanie owoców, rzepak z genem warunkującym zmieniony skład kwasów tłuszczowych.

Wiele roślin alternatywnych może znaleźć zastosowanie w kilku wymienionych grupach, co może świadczyć o ich uniwersalności. Od dawna wiadomo, że większość roślin znanych jako przyprawy znajduje również zastosowanie w produkcji leków, a rośliny te były znane od dawna medycynie ludowej oraz wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym.

Alternatywne rośliny uprawne można podzielić na kilka grup w zależności od ich przeznaczenia:

1. Zastępowanie tradycyjnych roślin uprawnych. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że uprawa większości gatunków roślin alternatywnych wymaga zwiększonych nakładów pracy ręcznej i zwiększonego nadzoru ze strony producenta. Takie warunki mogą być spełnione w małych i średnich gospodarstwach rolnych. Jest to jednak opłacalne gdyż uzyskane ceny mogą kilkakrotnie przewyższać ceny upraw roślin tradycyjnych. Np. szarłat uprawiany w południowej Polsce - od sześciu lat cena skupu nasion była czterokrotnie wyższa od ceny pszenicy. Podobnie kształtują się ceny surowca z roślin zielarskich uprawianych na terenach górskich bądź podgórskich, przeznaczonych dla przemysłu farmaceutycznego. Zarówno w małych jak i dużych gospodarstwach mogą być uprawiane rośliny, które zostaną wykorzystane jako odnawialne surowce do produkcji meblarskiej, papierniczej, opakowań (Miscanthus ssp. - trawa słoniowa, Polygonum sachalinense F.Schmidt et Maxim.- rdest sachaliński), oraz rośliny drzewiaste o szybkiej rotacji takie jak topola, wierzba czy eukaliptus.
2. Produkcja odnawialnych surowców dla przemysłu. W związku z kryzysem paliwowym (lata 70-te) oraz nieuniknionym wyczerpywaniem się naturalnych surowców kopalnych pochodzenia organicznego (węgiel, ropa, gaz) a także nierównomiernym rozmieszczeniem ich na ziemi, wzrosło zainteresowanie nowymi roślinami. Uwagę zwrócono na te gatunki roślin, które wytwarzają związki organiczne przydatne dla przemysłu chemicznego, farmaceutycznego, maszynowego a nawet zbrojeniowego. W latach 80-tych w USA powstał projekt GIM (Growing Industrial Materials) w wyniku którego przeprowadzono badanie ponad 2000 gatunków roślin, z których do dalszych prac wybrano kilkadziesiąt, a pewnie kilka trafi do praktyki. Należą tu rośliny oleiste produkujące kwasy tłuszczowe przydatne dla przemysłu chemicznego np. rośliny z rodzaju Cuphea z rodziny krwawnicowatych (Lytraceae), gdzie poznano 250 gatunków tworzących kwasy tłuszczowe o różnej długości łańcucha węglowego. Uprawa takich gatunków może być wykorzystana do otrzymywania surowców mających zastosowanie w produkcji: smarów, folii, rozpuszczalników, detergentów. W znacznym stopniu może przyczynić się do redukcji uciążliwych dla środowiska zakładów przemysłowych.
3. Pozyskiwanie odnawialnych źródeł energii. Do grupy roślin dających odnawialne surowce dla przemysłu można zaliczyć dobrze znane rośliny oleiste i skrobiowe, wykorzystane do produkcji paliw płynnych - oleju napędowego i etanolu. Do produkcji oleju napędowego najczęściej wykorzystuje się rzepak jako surowiec do paliwa ekologicznego, dodatkową zaletą jest zmniejszona emisja dwutlenku węgla (gaz cieplarniany) do atmosfery oraz dwutlenku siarki, głównego sprawcy kwaśnych deszczy. Dalsze doskonalenie odmian rzepaku i modyfikacje składu kwasów tłuszczowych powinny przyczynić się do zwiększenia opłacalności uprawy rzepaku jako surowca dla przemysłu. Przewiduje się, że w XXI wieku około 1 miliona ha powierzchni zostanie przeznaczone pod uprawę na ten cel, co spowoduje zwiększenie do 30% udziału biopaliw w ogólnym bilansie paliwowym. W krajach UE paliwa te zostały zwolnione z podatku od materiałów pędnych. Problemem nie do końca jeszcze rozwiązanym jest ciągle wyższy koszt produkcji biodisla od oleju napędowego pozyskiwanego z ropy naftowej. Na glebach lekkich i zakwaszonych ziemniaki, żyto i pszenżyto a buraki na glebach cięższych można wykorzystać do produkcji etanolu, który dodawany jest jako paliwo płynne w mieszankach z benzyną. Okazało się, że niektóre odmiany pszenżyta dzięki wysokiej zawartości enzymów amylolitycznych nadają się bardziej do wykorzystania w produkcji etanolu, gdyż jest on wtedy tańszy niż z ziemniaków i żyta. Do produkcji paliw stałych będących zamiennikiem węgla perspektywiczna jest uprawa topoli oraz wikliny na terenach odłogowanych w krajach Skandynawskich a perspektywiczna jest uprawa miskanta chińskiego "olbrzymiego" i rdestu sachalińskiego.
4. Zwiększanie biologicznej różnorodności pokarmu. Na przestrzeni wieków różnorodność biologiczna pokarmu roślinnego w diecie ludzkiej drastycznie spadła. Oceniono, że przed 5000 lat (4000 p.n.e) człowiek zbierał do spożycia blisko 2 tysiące gatunków roślin. Obecnie wykorzystywanych jest około 180 gatunków z czego dominuje w świecie tylko 7 (pszenica, ryż, kukurydza, ziemniak, maniok, jęczmień i soja). W ograniczeniu bioróżnorodności w pożywieniu coraz częściej dopatruje się przyczyn: skażenia środowiska, czynników stresogennych, chorób cywilizacyjnych, które pojawiły się lub nasiliły dopiero w XX wieku. W XXI wieku powinna nastąpić zmiana w systemie żywienia człowieka czyli produkcji zdrowej żywności takiej, która będzie pozbawiona związków szkodliwych dla zdrowia. Rośliny powinny być uprawiane na terenach nieskażonych - jonami metali ciężkich, pozostałościami pestycydów, azotanów i azotynów. Najważniejszym zadaniem będzie poszukiwanie i wprowadzanie do uprawy roślin alternatywnych o wysokiej wartości odżywczej. Do takich roślin można zaliczyć szarłat uprawny, komosę ryżową, ciecierzycę pospolitą, ciborę jadalną (migdał ziemny, czufa), topinambur, łubin andyjski i wiele innych roślin. Na uwagę zasługują również rośliny bulwiaste pochodzące z rejonu andyjskiego, gdzie podejmowane są próby wprowadzania ich do uprawy. Perspektywiczne są także rośliny stanowiące tzw. "awaryjną żywność" odznaczające się wysokimi walorami odżywczymi, które można uprawiać w ekstremalnych warunkach klimatycznych. Należą tu - yacon (Polymnia sonchifolia E.P.); maca, peruwiański żeń-szeń (Lepidum meyenii Walpers) i mauca - dziwaczek (Mirabilis expansa R.P.), rośliny te mają jadalną zarówno część nadziemną jak i podziemną, są bogate w białko i węglowodany oraz składniki mineralne i uprawia się je w takich warunkach, w których inne rośliny uprawne nie są w stanie przeżyć (w Andach powyżej 4000 m npm).
5. Ekologizacja rolnictwa. Zanieczyszczenie środowiska rolniczego spowodowane działalnością człowieka wymusza zmiany w sposobie gospodarowania. XXI wiek będzie okresem rolnictwa zrównoważonego czyli takiego, które spełnia wymogi ekologii, produkuje wystarczającą ilość nietoksycznej żywności, odznacza się zmniejszonym zużyciem nawozów mineralnych i środków ochrony roślin. Zadanie to wymaga wprowadzania do uprawy nowych roślin o znacznie mniejszych wymaganiach nawozowych, odporniejszych na choroby i szkodniki, a także roślin wytwarzających związki allelopatyczne, pomocne w zwalczaniu chwastów.
6. Biologiczna rekultywacja gleby. Wzrasta zapotrzebowanie na gatunki wiążące azot atmosferyczny, wieloletnie nadające się do uprawy na terenach zdegradowanych np. rutwica wschodnia (Galega orientalis Lam.). Uprawa roślin rekultywacyjnych ma na celu zakładanie trwałych użytków zielonych np. mieszanki wieloletnich gatunków żyta, łubinów oraz lnu. Takie uprawy chronią glebę przed zachwaszczeniem, przed degradacją gleb odłogowanych lub niszczonych przez ścieki czy też niesprzyjające warunki atmosferyczne. Odpowiednio dobrane pięknie kwitnące rośliny wtopione w krajobraz, przyczyniają się do jego ochrony co ma szczególne znaczenie w rejonach przeznaczonych na wypoczynek.
7. Przeciwdziałanie efektowi cieplarnianemu. Najpoważniejszym zagrożeniem dla rolnictwa jest pogłębiający się deficyt wodny. Ważnym elementem zapobiegającym temu zagrożeniu jest wprowadzanie do uprawy roślin oszczędnie gospodarujących wodą o zwiększonej zdolności absorpcji dwutlenku węgla atmosferycznego. Należą tu rośliny o fotosyntezie typu C₄, tworzące szybko dużą biomasę do których można zaliczyć miskant olbrzymi i miskant cukrowy oraz szarłat.
8. Produkcja leków, przeciwciał i szczepionek. W tej grupie roślin największe znaczenie mają rośliny zielarskie wykorzystywane w przemyśle farmaceutycznym jako źródło leków. Należą tu gatunki głównie z trzech rodzin Lamiaceae, Asteraceae i Apiaceae. Można wymienić lawendę wąskolistną, macierzankę zwyczajną, cząber ogrodowy, rozmaryn lekarski, szałwię lekarską i wiele innych. Stale rosnące znaczenie ma produkcja żeń-szenia, wiesiołka i czosnku. Rośliny te stanowią surowiec dla wielu gałęzi przemysłu w produkcji mydła, detergentów, szamponów, kosmetyków itp.
   

Na szczególną uwagę zasługuje grupa roślin, którą nazywamy transgenicznymi. Tworzenie roślin z wprowadzonymi obcymi genami, często zmieniającymi tylko jedną cechę stale zyskuje na znaczeniu i pokładane są duże nadzieje z ich dalszym udoskonalaniem. Prognozy są bardzo optymistyczne. Jako przykłady można podać:

• Ziemniak odporny na stonkę,
• Zboża odporne na herbicydy,
• Pomidor tworzący owoce o przedłużonym okresie dojrzewania (minimalizowanie strat w transporcie),
• Rzepak o zmienionym składzie kwasów tłuszczowych (do produkcji biodisli),
• Świerk, eukaliptus, wierzba o znacznie luźniejszej strukturze drewna (lignina),
• Rośliny ozdobne o zmienionym terminie kwitnienia, zapachu, zmienionej budowie kwiatu, o skróconym fotoperiodzie (6h zamiast 14h),
• Możliwość pozyskania roślin z genami kodującymi syntezę białek, przeciwciał na konkretne czynniki chorobotwórcze (szczególna rola małych specjalistycznych gospodarstw rolnych),
• Prognozy korzystne dla dalszego rozwoju biotechnologii i zastosowania metod inżynierii genetycznej. Powstawanie nowych ośrodków naukowych i firm genetyczno-hodowlanych, które będą w stanie sprostać nowym zadaniom i przygotowywać materiały dla przyszłych producentów i użytkowników.

Wprowadzanie nowych alternatywnych roślin uprawnych jest zadaniem wieloletnim, wymagającym pracy wielu zespołów ludzi składających się z wysokiej klasy profesjonalistów o różnych specjalnościach (systematyka-ekologia, genetyka, biotechnologia molekularna, hodowla, szczegółowa uprawa, fizjologia, fitochemia, budowa nowych maszyn rolniczych, produkcja i technologia wielu gałęzi przemysłu). Szukanie nowych gatunków dzikich lub prymitywnych uprawnych, zakładanie i ochrona kolekcji (zasoby genowe), selekcja i cena to przykłady prac początkowych wymagających zaangażowania specjalistycznych laboratoriów i znacznych nakładów. Dlatego bardzo ważne są pytania na które należy próbować znaleźć odpowiedź:

• dlaczego wprowadzamy nową roślinę uprawną,
• kto będzie ją uprawiał,
• kto przetwarzał,
• jakie produkty będą zastępowane,
• kiedy będą zwrócone koszty.

Według prognoz wiek XXI będzie wiekiem tworzącym rynek zróżnicowanej i zdrowej żywności, odnawialnych surowców i źródeł energii i należy oczekiwać, że rośliny alternatywne zastąpią na wielu polach tradycyjne rośliny uprawne.

Wykład będzie wygłoszony na zebraniu referatowo-dyskusyjnym Koła PTZ we Wrocławiu 3 kwietnia 2001 roku.