Pro tradiční materiály se v posledních letech hledá netradiční využití. V České republice se výzkumu v této oblasti věnuje Agritec, výzkum, šlechtění a služby, s. r. o, Šumperk, a to především u lnu, konopí a hrachu.
Zatímco klasický přadný len se šlechtí na vysoký výnos vlákna a vysokou kvalitu, kde hraje roli pevnost a spřadatelnost vlákna, u netextilního využití nepoddajnost nevadí. Vlákno, které by bylo pro přadláky moc „živé“, se využívá například pro netkané textilie, kompozity či další výrobky. „Nedávno jsme tu měli na návštěvě dva profesory z univerzity v belgickém Gentu, kteří se snaží doplnit kompozit z uhlíkových vláken přírodními materiály, například lnem. Již mají první poloprovozní výrobky – rámy na bicykly. Pro takový výrobek potřebují specifické vlastnosti, rostlinné vlákno se musí dobře pojit s uhlíkovým, nesmí obsahovat žádné zbytky pektinů, vosků a dalších látek, které vlákno normálně obsahuje,“ konstatuje Ing. Prokop Šmirous, CSc. Přírodní vlákno má stejnou, ne-li vyšší pevnost, nicméně musí se enzymaticky upravit, aby návaznost byla co nejlepší.
Rozhoduje ekonomika
Vlákno, které nemá využití v textilním průmyslu, se u nás momentálně zpracovává na cigaretový papír v OP Papírny Olšany. Podle Ing. Šmirouse je to v současné době největší odběratel krátkého vlákna a tuzemská produkce mu zdaleka nestačí. Papírny překročily spotřebu 6500 tun ročně a předpokládá se, že bude narůstat na 8000 tun. „Cena ale není příliš vysoká. Papírny vykupovaly kilogram za dvanáct korun, což je pro tírny příliš nízká cena. Nemohou pak zaplatit svým dodavatelům tolik, aby se jim vyplácelo surovinu dodávat,“ konstatuje Ing. Šmirous s tím, že tírny díky vstupu do Evropské unie získají podporu pro zpracovatele lnu a konopí, která však vzhledem k dotačním pravidlům dorazí až v prosinci 2005.
Z vláken horší kvality, krátkých a hrubších jak ze lnu přadného, tak olejného a z konopí vyrábějí v okolních zemích izolační materiály či rohože pro stavební účely. První vlaštovky se ale již objevují i u nás. Mezi další produkty patří polymerované fólie určené jako výplně do automobilů. Jejich kostru tvoří rostlinná vlákna prosycená polymery.
„Len se v Evropské unii podporoval a podporuje,“ tvrdí Ing. Šmirous a doufá, že podobně tomu bude i u nás, protože tuzemské přádelny stále spotřebovávají 4000 tun dlouhého vlákna ročně, což je dvojnásobek domácí produkce.
U konopí se zatím situace vyvíjí. Fungují dvě tírny, které ale nemají dostatek suroviny. „Někteří pěstitelé ze západních Čech vyvážejí surovinu na zpracování do Německa, protože to mají blíž. Cena pro zpracování se zatím tvoří, uvidí se, jaká bude na našem trhu uplatnitelnost vlákna. Zatím se zdá, že při normálním hektarovém výnosu kolem sedmi až osmi tun suchého stonku by pěstování mohlo být rentabilní. Navíc u nás v současné době není podpora na tuto plodinu, zatímco v unii ano,“ shrnuje Ing. Šmirous.
Plasty z polí
Již mnoho let je známa řada možností, jak používat zemědělské produkty jako surovinu pro průmysl. Praktickému využití ale zatím stále brání dostatek levnějšího zdroje – ropy. Její zásoby jsou velké, ale nikoliv nevyčerpatelné. Rozklad plastů zpět na původní surovinu je sice možný, ale zatím energeticky značně náročný. Proto je možné, že zemědělství získá časem k produkci potravin a údržbě krajiny i další funkci.
V současné době je asi nejblíže praxi výroba biodegradovatelných plastů ze škrobu. Takové plasty se dají rozložit například působením vody, nicméně podle Ing. Antonína Součka ze Zemědělského výzkumného ústavu Kroměříž, s. r. o., lze okamžik degradace načasovat na týdny, měsíce či roky. Výroba obalů z těchto materiálů by zcela jistě zredukovala množstvím těžce rozložitelného odpadu, který každý den produkují domácnosti.
Škrob se skládá z molekul amylopektinu a amylózy, a právě ta je důležitá pro výrobu plastů s vyšší pevností. „Molekula amylózy má tvar šroubovice a lépe se váže, funguje jako zlepšující, byť dražší komponent. Pokud je v plastu mnoho škrobu, tak se tříští,“ vysvětluje ředitel Agritecu Ing. Miroslav Hochmann. Jednou z rostlin, která je schopná produkovat větší množství amylózy, je hrách. „Měli jsme tu čtyřletý výzkumný projekt, který se zabýval problematikou geneticko-šlechtitelského výzkumu hrachu právě z tohoto pohledu. Vznikly genotypy, které by byly vhodné pro šlechtění, výzkum jsme ale v současné době omezili, protože domácí škrobárenský průmysl neměl potřebu tohoto materiálu. Výroba je patentována v Německu a nákup patentů je drahý. Biodegradovatelné plasty jsou sice perspektivní, ale momentálně neaktuální,“ konstatuje ředitel.
Budoucí uplatnění předpovídá bioplastům také Ing. Šmirous: „Z pohledu využití recyklovatelných materiálů je perspektiva zřejmá, cena je ovšem zatím vyšší než u umělých polymerů. Musíme najít kompromis mezi tím, co chceme. Buď žít v prostředí, které dále budeme naplňovat neodbouratelnými plastovými produkty, nebo se, za trošku vyšší cenu, vrátíme k tradičním surovinám a z nich vyrobíme netradiční produkty.“
Vyzkoušet a uplatnit
Agritec se momentálně zaměřuje na geneticko-šlechtitelský výzkum včetně biotechnologií. „Naše plodiny nejsou masovými plodinami, takže tu není velký konkurenční tlak od nadnárodních koncernů. Proto u nás vzniká spousta věcí, které jsou původní. Počítáme s tím, že v budoucnu biotechnologie budou mít rozhodující vliv na kvalitu odrůd a jejich využití. Proto je rozvíjíme a máme eminentní zájem na tom, abychom se drželi světových poznatků a byli schopni je aplikovat,“ konstatuje Ing. Hochmann.
Zatímco v 80. letech ústav vyvíjel systémy regenerace z tkání, což je podmínka pro buněčné manipulace, a také techniky meristémových kultur, tedy klonování u hrachu, bobu, sóji i lnu, v 90. letech je začali pracovníci aplikovat. „Z buňky jsme byli schopni vypěstovat fertilní rostlinu, kterou jsme mohli testovat ve skleníku. Systémy regenerace jsme začali aplikovat při selekcích in vitro, přidávali jsme do kultivačních médií filtráty patogenu, konkrétně u hrachu či lnu – šlo o toxiny, ale i další látky z fuzárií či fómy. Buněčné linie, které přežily, mohou tvořit základ odolných odrůd,“ vysvětluje RNDr. Miroslav Griga, CSc.
Mimo to v tkáňových kulturách dochází ke genetické nestabilitě a mohou vzniknout mutace, které se dědí. Jevu se říká somaklonální variabilita. Prakticky se regenerují stovky rostlin a sledují se změny. „Tak můžeme objevit nové, zajímavé materiály, které se dají šlechtitelsky využít. Některé takto vzniklé produkty jme předali kolegům,“ konstatuje RNDr. Griga. Další významná, nicméně známá věc, kterou v ústavu praktikují u lnu a u řepky, je tvorba dihaploidních linií z prašníkových nebo mikrosporových kultur. „Donutíme mladé pylové zrno, aby z něj vzniklo embryo, které je haploidní. Po aplikaci kolchicinu dojde k diploidizaci a získáme homozygotní linii. Značně tím urychlíme šlechtění, protože homozygotizace cestou samosprašování rostliny je záležitostí mnoha let. Tímto způsobem se homozygot získá hned a materiál je poměrně značně stabilní,“ vysvětluje výhody RNDr. Griga.
Cílem je lepší odolnost
Od druhé poloviny 90. let se v Agritecu věnují genetické transformaci hrachu a lnu. „Do kvalitního materiálu, který splňuje řadu znaků vnášíme další potřebné znaky. Co se týká hrachu, české odrůdy jsou velmi kvalitní. Chybí jim ale rezistence vůči houbovým patogenům. Vztah hostitel – patogen je v tomto případě velmi složitý a jeho genetika není dostatečně vysvětlená. Jdeme jednodušší a vlastní cestou, protože řada postupů je již zapatentována. Vytvořili jsme národní konsorcium pro genetickou transformaci hrachu a v této fázi se zaměřujeme na vytvoření transgenních linií hrachu odolných vůči virózám. Nejsou sice hospodářsky tak významné jako houbové choroby, ale jdeme touto jednodušší cestou proto, abychom nemuseli kupovat patenty ze zahraničí,“ vysvětluje RNDr Griga s tím, že paralelně se sleduje výskyt viróz v terénu. Mezi nejdůležitější patří výrůstková mozaika hrachu a mozaika hrachu přenosná semenem, která způsobuje svinování listů. Do hrachu se zabuduje buď celý gen, nebo ta část, která je odpovědná za tvorbu plášťového proteinu viru, do něhož se balí jeho RNA. V rostlině potom dojde k expresi genu, a tím se potlačí zabalování a rozmnožování virových částic. „Tento projekt řešíme druhým rokem, v pátém roce bychom chtěli mít rostliny ve skleníku,“ plánuje RNDr. Griga.
Další výzkum se týká odolnosti hrachu vůči škůdcům. Do genonomu se vnese gen, který inhibuje proteázy ve střevě hmyzu. Ten sice list pozře, ale nenatráví jej a hyne. Tímto způsobem je možné regulovat výskyt listopasů, zrnokazů, obalečů a dalších hmyzích škůdců. Negativní vliv na ostatní (zejména teplokrevné) živočichy je podle RNDr. Grigy závislý na regulaci exprese genu. Pokud se budou inhibitory syntetizovat pouze v listech a ne v semenech, je nevýznamný. Mimo to se tyto inhibitory deaktivují povařením.
Rostliny pro farmaceuty
„Nejzajímavější věc je využití hrachu jako továrny na výrobu rekombinovaných bílkovin a specifických látek pro výrobu surovin pro farmaceutický průmysl. Může jít o vakcíny či komponenty biopolymerů. To je podle mého názoru nejmodernější trend, místo ve zvířatech se budou tyto látky produkovat v rostlinách,“ vysvětluje RNDr. Griga.
Další možností je podle něj využití lnu či konopí, které nejsou součástí potravního řetězce, pro fytoremediaci půdy, tedy čištění od těžkých kovů. Stavební materiály, pazderodesky, zpevněné cementy nemají normy na obsah těžkých kovů. Ty jsou do tkáně rostliny fixně zabudovány a neuvolňují se, takže i len pěstovaný na půdě s vysokým obsahem těžkých kovů se může dále zpracovávat.
„Protože příjem není tak vysoký, na rozdíl od některých rostlinných hyperakumulétorů, měla by transformace směřovat ke zvýšení obsahu peptidů, které těžký kov zabudují do komplexu a udělají z něho netoxickou látku. Existují takzvané transportéry, což jsou také peptidy. Ty těžké kovy transportují z kořenů do nadzemních částí rostliny. Geny, jež takto působí, jsou bakteriálního nebo živočišného původu,“ vysvětluje RNDr. Griga a dodává: „Chápu, že se to někomu nelíbí, ale při klasickém šlechtění se mísí desetitisíce genů, 50. a 60. léta byla ve znamení chemické a radiační metageneze a nikdo se nad tím nepozastavoval, přestože docházelo k masivním změnám genomu.“
Markery označují gen
Zajímavé je také využívání takzvaných molekulárních markérů. Jde o charakteristickou genovou sekvenci, která je umístěna v tak těsné blízkosti sledovaného genu, například odolnosti proti padlí, že se s ním přenáší na potomstvo. „Pokud takový markér najdeme, můžeme i z malé z části semene přesně zjistit, jestli se v něm vlastnost vyskytuje, a nemusíme čekat na její projev v polních podmínkách. Markéry slouží také k odlišení odrůd, s jejich pomocí popisujeme genové kolekce lnu a hrachu, které tu máme, vysvětluje RNDr. Griga. V každé je asi 2000 vzorků a markéry pomohou odlišit duplikace v kolekci, což vede k racionalizaci práce.
„V Americe jsme navštívili jednak laboratoře velkých biotechnologických firem, ale také státní organizace, které velmi přísně kontrolují kvalitu potravin, to je například Food and Drug Administration. Americké zákony týkající se GMO říkají, že označovat se má to, co se liší ve svém výsledku od produktu vzniklého normálním způsobem, a ne to, co se neliší, ale vzniklo genetickou modifikací,“ vysvětluje RNDr. Griga rozdíl a uvádí příklad: „Cukr z cukrové řepy je čistá chemikálie, sacharóza, a není tam nic, co by mohlo ohrozit člověka. Takže i cukr vyprodukovaný z glyfosát-tolerantní cukrovky je úplně stejný jako cukr z normální cukrovky. Myslím si, že takový přístup je rozumný a má smysl proti evropskému způsobu, kdy je třeba deklarovat odlišný způsob vzniku, i když výsledný produkt je stejný."
