Jatropha curcas:Μια ανανεωμένη υπόσχεση για την κάλυψη των βιώσιμων μελλοντικών ενεργειακών αναγκών
Η βιώσιμη παραγωγή ενέργειας και βιομηχανικών υλικών από μη εδώδιμες καλλιέργειες μπορεί να μειώσει σημαντικά την εξάρτησή μας από μη ανανεώσιμα αποθέματα ορυκτών καυσίμων.
J atropha curcas είναι μια πολλά υποσχόμενη μη εδώδιμη καλλιέργεια με σπόρους πλούσιους σε λάδι (30-48%), εύκολο σύστημα πολλαπλασιασμού και υψηλή προσαρμοστικότητα σε ένα ευρύ φάσμα κλιματικών και εδαφικών συνθηκών. Αυτά τα χαρακτηριστικά οδήγησαν στην προώθηση του Jatropha για παραγωγή βιοντίζελ χαμηλού κόστους και ως μέρος της λύσης στις προκλήσεις της κλιματικής αλλαγής, της ενεργειακής κρίσης και της παροχής αγροτικού εισοδήματος.
Ωστόσο, το 2010, η χρήση του Jatropha ως εναλλακτικού ενεργειακού πόρου αμφισβητήθηκε λόγω ασυνεπών προτύπων απόδοσης που καταγράφηκαν για φυτείες σε περιθωριακά περιβάλλοντα με χαμηλή περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά. Οι ασυνεπείς αποδόσεις εντοπίστηκαν ως αποτέλεσμα της έλλειψης πληροφοριών σχετικά με τις βέλτιστες γεωργικές πρακτικές και τις απαιτήσεις σε θρεπτικά συστατικά που απαιτούνται για την καλλιέργεια Jatropha μεγάλης κλίμακας. Η χαμηλή παραγωγικότητα των φυτειών Jatropha προκύπτει από τη διακύμανση στην ποιότητα και την ποσότητα των σπόρων, την υψηλή αναλογία άνθους αρσενικού προς θηλυκό, την ασύγχρονη ανθοφορία, την τοξικότητα των σπόρων και την ευαισθησία σε διάφορες βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις.
Το έγγραφό μας αναφέρει μια ανάλυση πρόσφατων μελετών που αντιμετωπίζουν τους περιορισμούς του Jatropha από τις βιολογικές πτυχές της αξιοποίησης της τρέχουσας γνώσης σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις φυτών-μικροβίων, τους γονιδιακούς πόρους και τα βιοτεχνολογικά εργαλεία, από τα οποία βλέπουμε ανανεωμένη υπόσχεση για αυτήν την ενεργειακή καλλιέργεια.
Τα οριακά εδάφη και τα εδάφη χαμηλής περιεκτικότητας σε θρεπτικά συστατικά είναι γενικά προτιμώμενες τοποθεσίες για παραγωγή βιοενέργειας, καθώς αυτό μπορεί να ανακτήσει αυτές τις εκτάσεις, αποφεύγοντας τον ανταγωνισμό με καλλιέργειες τροφίμων για χρήση γης. Ωστόσο, μια φυτεία σε φτωχότερα εδαφικά περιβάλλοντα δεν μπορεί να εγγυηθεί κερδοφόρα απόδοση και ο εμπλουτισμός του εδάφους είναι απαραίτητος για να καταστεί η καλλιέργεια οικονομικά εφικτή.
Η χρήση βιοπαραγόντων συμπεριλαμβανομένων μικροβίων ως βιολιπασμάτων (θαμβωτοί μυκόρριζοι μύκητες, ενδοφυτικά και ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών) και βιοπαρασιτοκτόνων (Παρασιτοειδή αυγών υμενόπτερων:Trissolcus basalis , Psixstriaticeps και Gryon sp και βακτήρια:Bacillus sp) έχει δείξει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για τον εμπλουτισμό της γονιμότητας του εδάφους και την παροχή προστασίας από βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις, με τα πρόσθετα οφέλη του μειωμένου κόστους εισροών, της βελτιωμένης περιβαλλοντικής ασφάλειας και της εξειδίκευσης του στόχου. Η διερεύνηση της μοριακής βάσης των αλληλεπιδράσεων του ξενιστή με χρήσιμα μικρόβια θα διευκολύνει περαιτέρω τη δημιουργία μιας σταθερής, φιλικής προς το περιβάλλον και βιώσιμης φυτείας Jatropha, αποφεύγοντας ή τουλάχιστον ελαχιστοποιώντας τη χρήση χημικών λιπασμάτων, εντομοκτόνων ή φυτοφαρμάκων.
Μια άλλη προσέγγιση για την ενίσχυση της απόδοσης των σπόρων είναι ο χειρισμός της αρχιτεκτονικής της ταξιανθίας, ιδίως για την αύξηση της αναλογίας των θηλυκών ανθέων. Ο ψεκασμός ρυθμιστών ανάπτυξης φυτών όπως γιβερελλίνες, κυτοκινίνη και thidiazuron σε ανώριμες ταξιανθίες πριν από τη διαφοροποίηση του φύλου έχει δείξει σημαντική αύξηση στον αριθμό των θηλυκών λουλουδιών. Ωστόσο, ο ψεκασμός σε φυτείες μεγάλης κλίμακας απαιτεί ένταση εργασίας και η επιτυχία εξαρτάται επίσης από τις καιρικές συνθήκες.
Η πρόσφατη πρόοδος στη γονιδιωματική και τη μεταγραφική επεκτείνει τις επιλογές για την αύξηση του αριθμού των θηλυκών λουλουδιών στο Jatropha μέσω του χειρισμού των μονοπατιών βιοσύνθεσης του ρυθμιστή ανάπτυξης φυτών ή των βασικών γονιδίων που σχετίζονται με το φύλο που είναι υπεύθυνα για τη διαφοροποίηση του φύλου σε επίπεδο αναπτυξιακής βιολογίας. Επιπλέον, η δημιουργία κατάλληλων υπηρεσιών επικονίασης στις φυτείες Jatropha για τη βελτιστοποίηση της καρπόδεσης από τη διασταυρούμενη επικονίαση από τις μέλισσες μπορεί να αυξήσει περαιτέρω τις αποδόσεις των σπόρων. Αρκετά είδη μέλισσας (νάνος μέλισσα, γιγάντια μέλισσα, ευρωπαϊκή μέλισσα, μέλισσα χωρίς κεντρί και μεξικάνικη μικρή ευκοινωνική μέλισσα χωρίς κεντρί) έχουν καταγραφεί ως αποτελεσματικοί επικονιαστές της Jatropha.
Η τρέχουσα κατάσταση της μοριακής βιολογίας και της βιοτεχνολογίας των φυτών προσφέρει συναρπαστικές ευκαιρίες για τη βελτίωση της Jatropha:μια ολόκληρη αλληλουχία γονιδιώματος είναι διαθέσιμη για το Jatropha, όπως και πληροφορίες για την ανάπτυξη των φυτών και τα γονίδια που ανταποκρίνονται στο στρες. και ένα αποτελεσματικό σύστημα μετασχηματισμού φυτών έχει αναφερθεί με θετικά αποτελέσματα από γενετικά τροποποιημένες σειρές Jatropha σε εργαστηριακή κλίμακα. Μαζί, αυτά προσφέρουν καλές προοπτικές για μηχανολογικές ελίτ ποικιλίες Jatropha που συνδυάζουν δυνατότητες υψηλής απόδοσης με ανοχή σε βιοτικές και αβιοτικές καταπονήσεις. Πρώιμες μελέτες έχουν δείξει ότι τόσο η υπερέκφραση όσο και οι μέθοδοι γονιδιακής σίγησης μπορούν να αντιμετωπίσουν τους διάφορους περιορισμούς αυτής της καλλιέργειας. Ωστόσο, δεδομένου ότι η καλλιέργεια γενετικά τροποποιημένων καλλιεργειών εξακολουθεί να αντιμετωπίζει ζητήματα δημόσιας αποδοχής σε αρκετές χώρες, θα πρέπει επίσης να διερευνηθούν εναλλακτικές προσεγγίσεις, όπως η γονιδιακή σίγηση με άμεση εφαρμογή dsRNA και η επεξεργασία γονιδίων με νουκλεάσες ειδικές για τοποθεσίες.
Η οικονομική χρήση των υποπροϊόντων μπορεί να βοηθήσει περαιτέρω την οικονομική αξία των φυτειών Jatropha. Το κέικ σπόρων που απομένει μετά την εκχύλιση λαδιού έχει υψηλά επίπεδα πρωτεΐνης (45,3–58,6%) και διαιτητικών ινών (5–5,5%), με ακαθάριστη ενεργειακή αξία 19–48%. Το κύριο εμπόδιο στη χρήση του κέικ σπόρων Jatropha ως τροφή ή ζωοτροφή ή λίπασμα είναι η παρουσία τοξινών όπως οι εστέρες φορβόλης και η κουρκίνη και αντιθρεπτικών ενώσεων όπως το φυτικό οξύ, οι τανίνες και η σαπωνίνη. Αρκετά στελέχη μυκήτων και βακτηρίων έχουν δείξει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για την αποτοξίνωση του κέικ σπόρων Jatropha:μαγιά (Candida parapsilosis ), μανιτάρι στρειδιών (Pleurotus ostreatus ), και τα βακτήρια Psesudomonas aeruginosa αναφέρονται ως εξαιρετικά αποτελεσματικοί βιοπαράγοντες για αποτοξίνωση. Οι σπόροι χωρίς τοξίνες μπορούν να αναπτυχθούν από τη γενετική τροποποίηση Jatropha, βοηθώντας την οικονομική σκοπιμότητα μειώνοντας το κόστος επεξεργασίας για κέικ σπόρων χωρίς τοξίνες για λιπάσματα και ζωοτροφές.
Υπάρχουν εξαιρετικές προοπτικές για την προώθηση της Jatropha ως φυτικής παραγωγής ενέργειας για χρήση σε οριακά εδάφη, ειδικά εάν χρησιμοποιούνται βέλτιστες πρακτικές καλλιέργειας και βιοπαράγοντες μαζί με ελίτ ποικιλίες που έχουν αναπτυχθεί για να ταιριάζουν σε φτωχά εδάφη και υψηλή παραγωγικότητα. Η εμφάνιση ακριβών τεχνικών επεξεργασίας γονιδιώματος που σε ορισμένες νομοθεσίες δεν ρυθμίζεται ως γενετική τροποποίηση, ήταν αποτελεσματική καθώς μια νέα στοχευμένη προσέγγιση για τη μεταλλαξιογένεση των καλλιεργειών μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στο Jatropha. Ιδανικά, μια ολοκληρωμένη προσέγγιση που χρησιμοποιεί ελίτ σειρές από συμβατικά προγράμματα αναπαραγωγής, που συμπληρώνονται και διασταυρώνονται με κατασκευασμένες γραμμές που παράγονται μέσω βιοτεχνολογικά εργαλεία μπορούν να επιταχύνουν τη βελτίωση των καλλιεργειών. Συνολικά, οι βιολογικές πληροφορίες και οι βιοτεχνολογικές προσεγγίσεις μπορούν να βοηθήσουν να γεφυρωθούν τα κενά στην παραγωγικότητα για την Jatropha.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο, Μια ενημέρωση για τη βιολογική πρόοδο του Jatropha curcas L.:Νέα γνώση και προκλήσεις, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Renewable and Sustainable Energy Reviews . Αυτή η μελέτη διεξήχθη από τους Purabi Mazumdar, Pooja Singh και την καθηγήτρια Jennifer Ann Harikrishna από το Πανεπιστήμιο της Malaya και από τον καθηγητή Subramanian Babu και τον καθηγητή Ramamoorthy Siva από το Πανεπιστήμιο VIT.
