Olejki eteryczne to coś więcej niż ciekawostka z zakresu aromaterapii. Nie są jeszcze szeroko wykorzystywane w rolnictwie, ale zainteresowanie nimi rośnie. W integrowanych systemach produkcji, wraz z wyciągami roślinnymi, mogą stanowić uzupełnienie tradycyjnych insektycydów.
Autor: mgr inż. Agnieszka Ulatowska, Terenowa Stacja Doświadczalna IOR-PIB w Toruniu
Olejki eteryczne posiadają wiele atutów, które sprawiają, że coraz częściej mówi się o nich jako o przyszłości naturalnej ochrony roślin. Ze względu na ich minimalną toksyczność dla ssaków i trwałość w środowisku są uważane za bezpieczniejsze od wielu syntetycznych pestycydów. W odróżnieniu od nich olejki i ekstrakty nie generują pozostałości w plonach, co jest szczególnie ważne w uprawach ekologicznych. W systemach integrowanej ochrony roślin skutecznie wspierają bioróżnorodność i ograniczają presję chemii. Są biodegradowalne, nie kumulują się w środowisku i szybko ulegają rozkładowi.
Co zawierają olejki eteryczne?
Olejki eteryczne to złożone chemicznie mieszaniny substancji naturalnych wytwarzanych przez rośliny dla ich własnych potrzeb. Są produkowane w zróżnicowanych morfologicznie, wyspecjalizowanych komórkach obecnych w różnych organach roślinnych.
Znajdują się w:
- kwiatach (róże),
- liściach (eukaliptus, mięta),
- skórkach (cytrusy),
- korzeniach (kozłek lekarski),
- kłączach (imbir),
- nasionach (gałka muszkatołowa),
- drewnie (drzewo sandałowe)
- oraz korze (cynamon).
Większość tych organów jest bogata w różnorodne metabolity wtórne, np. aldehydy, alkaloidy, ketony, terpeny, fenole itp. Wśród tych grup można wyróżnić wiele podkategorii, jak chociażby:
- monoterpeny (D-limonen, α-pinen, mircen i eukaliptol),
- alkohole ketonowe (karwon),
- alkohole terpenowe (np. geraniol i linalol),
- aldehydy terpenowe (cytral i cytronellal),
- terpeny fenolowe (tymol i karwakrol),
- fenylopropanoidy (eugenol),
- tlenki terpenów,
- seskwiterpeny.
Znanych jest około 3000 olejków eterycznych, z czego 300 ma znaczenie komercyjne.
Każdy olejek jest unikalny, a jego skład chemiczny zależy od gatunku rośliny oraz jej wieku, położenia geograficznego, klimatu, nasłonecznienia, wielkości opadów, gleby, momentu zbioru czy nawet metody destylacji.
Przykładowo olejek z tymianku może mieć zupełnie inne działanie w zależności od tego, czy dominuje w nim karwakrol, linalol, tymol czy tujanol. Podobnie jest z wrotyczem. W zależności od lokalizacji geograficznej stwierdza się różnice w składzie metabolitów wtórnych. Niektóre chemotypy nie zawierają toksycznego β-tujonu. A to przede wszystkim jego obecnością spowodowane jest potencjalne działanie neurotoksyczne.
Jak olejki eteryczne działają na szkodniki?
Na przestrzeni ostatnich lat poczyniono znaczne postępy w ustaleniu, które olejki są toksyczne dla owadów i dlaczego. Według doniesień naukowych wykazują one działanie owadobójcze, repelentne, antyfidantne i regulujące wzrost stawonogów. Ważny jest mechanizm toksyczności danych związków dla poszczególnych gatunków. Nie wszystkie bowiem działają identycznie.
Na przykład monoterpeny (główne składniki wielu olejków) wykazują cytotoksyczne działanie na tkanki owadów poprzez zmniejszenie przepuszczalności błon komórkowych, redukcję liczby nienaruszonych ciałek Golgiego i mitochondriów oraz upośledzenie oddychania komórkowego. Układ nerwowy ma kluczowe znaczenie dla integralności funkcjonalnej owadów, dlatego wiele związków aktywnych oddziałuje właśnie na niego. W literaturze opisano liczne molekularne cele działania, w tym acetylocholinoesterazę (AChE), adenozynotrifosfatazę (ATPaza), butyrylocholinoesterazę (BuChE), receptor oktopaminy oraz kanały chlorkowe bramkowane kwasem gamma-aminomasłowym (GABA).
Olejki eteryczne jako naturalny system obronny roślin
Rośliny produkują olejki eteryczne celem własnego przetrwania i właśnie dlatego posiadają one tak duży potencjał w naturalnej ochronie. Uszkodzenia powodowane przez szkodniki uruchamiają w roślinach ciąg reakcji obronnych, w tym toksyny, lektyny oraz antyfidanty. Bezpośrednią obronę stanowi lignina i suberyna ścian komórkowych jako mechaniczna i chemiczna (ze względu na obecność pochodnych fenolowych) bariera dla potencjalnych szkodników i patogenów oraz metabolity wtórne (alkaloidy, terpeny i fenole) wraz z toksycznymi białkami obronnymi. W wyniku oddziaływania tych substancji następuje ograniczenie powierzchni żerowania agrofaga i redukcja uszkodzeń.
Zarówno synteza, jak i emisja aromatycznych olejków przez rośliny jest celowa, wszak jest to odpowiedz na atak agrofagów i element systemu wzajemnej komunikacji pomiędzy roślinami. Wykazano to m.in. na przykładzie motyla światłówki naziemnicy. Uwalniane olejki są „drogowskazami” dla potencjalnych pasożytów lub drapieżców, informującymi, gdzie znajduje się ich gospodarz. Te interakcje między wrogami naturalnymi a rośliną stwarzają możliwości ochrony.
Przykładowo wysoki poziom salicylanu metylu, produkowanego przez liście Leonardoxa africana, działa jako atraktant dla mrówek Petralomymes phylofax, które atakują szkodniki drzewa. Rośliny rzodkiewnika pospolitego na skutek żerowania gąsienic bielinka rzepnika uwalniają mieszankę składników zapachowych (związki alifatyczne, terpenoidy, salicylan metylu), atrakcyjną dla pasożyta tych larw.
Cardiochiles nigriceps wykorzystuje skład sygnałów zapachowych do odróżniania roślin bawełny zaatakowanych przez swego gospodarza Heliothis virescens od roślin nieuszkodzonych lub uszkodzonych na skutek żerowania Helicoverpa zea, który gospodarzem pasożyta nie jest. Również Aphidius ervi, gatunek pasożytniczych błonkówek, odróżnia swego żywiciela mszycę grochową od mszycy burakowej dzięki składowi substancji zapachowych.
Które olejki działają na mszyce i przędziorki?
Jednym z najczęściej stosowanych olejków jest olejek cytronelowy. Wykazuje aktywność biologiczną przeciwko nicieniom oraz mszycom, ponadto wabi drapieżną biedronkę Cycloneda sanquinea. Jest również składnikiem preparatów szeroko stosowanych jako środki odstraszające komary. Letnie insekty unikają aromatów cytrusowych oraz miętowych. Dlatego produkty repelentne bazują na olejkach pomarańczowym, paczulowym, lemongrasowym i z mięty pieprzowej.
Udokumentowany jest wpływ olejków eterycznych na nicienie fitopatogeniczne, w szczególności korzeniowe (Meloidogyne sp.). Są wrażliwe na olejki eteryczne z Piper hispidinervum, które hamują wylęganie jaj i zmniejszają inwazyjność osobników młodocianych. Również mieszanka olejków z Haplophyllum tuberculatum i Plectranthus cylindraceus utrudnia wylęganie jaj nicieni.
Liczne badania dotyczą wpływu olejków na mszyce oraz roztocza, ponieważ są to jedne z najbardziej płodnych i uciążliwych szkodników. Eksperymenty prowadzi się głównie w warunkach laboratoryjnych, rzadziej terenowych. Analizowano m.in. kompozycję z olejku konopnego w ograniczaniu liczebności przędziorków. Przeprowadzone testy wykazały wysoką skuteczność w formie opryskiwania w ograniczaniu liczebności przędziorka chmielowca – 82% śmiertelności larw oraz 91% śmiertelności dorosłych przędziorków.
Mniejszą skuteczność odnotowano w ograniczaniu liczebności przędziorka szklarniowca – 75% śmiertelności larw i 87% śmiertelności dorosłych przędziorków w wyniku zanurzania liści. Olejek okazał się jednak nieskuteczny w przypadku jaj obydwu gatunków, co powodowało zwiększającą się liczbę larw w kolejnych obserwacjach.
W Polsce były również wykonywane badania na określenie skuteczności działania olejku konopnego w zwalczaniu mszycy jabłoniowo-babkowej w sadach jabłoniowych. Po 24 godzinach od wykonania zabiegu odnotowano 93% śmiertelności szkodnika.
Przykłady olejków skutecznych w zwalczaniu czy odstraszaniu niektórych ważnych z gospodarczego punktu widzenia szkodników:.
| Organizm docelowy | Olejek eteryczny |
|---|---|
| Przędziorek chmielowiec | rumiankowy, majerankowy, geraniowy, lawendowy, miętowy, sosnowy, tymiankowy, eukaliptusowy, szałwiowy, bazyliowy, rozmarynowy |
| Sówka bawełnówka azjatycka | muszkatułowy, pomarańczowy, lemongrasowy, anyżowy |
| Mszyca brzoskwiniowa | anyżowy, bazyliowy, imbirowy, rozmarynowy, tymiankowy, lawendowy, miętowy, z komosy piżmowej, fenkułowy |
| Mszyca ziemniaczana | cytronelowy, geraniowy, lawendowy, eukaliptusowy, tymiankowy, sosnowy, kolendrowy, petitgrain, miętowy, paczulowy, jałowcowy, bazyliowy |
| Mszyca koprowa | cytronelowy |
| Mszyca ogórkowa | eukaliptusowy |
| Mszyca kapuściana | jałowcowy, fenkułowy, laurowy |
| Mszyca jabłoniowo-babkowa | konopny, cytronelowy, alfazema |
| Ziemiórki | świerkowy, z drzewa herbacianego, imbirowy, tatarakowy |
| Wciornastek Thrips tabaci | majerankowy, rozmarynowy, szałwiowy, lawendowy, miętowy |
| Nicienie | miętowy, eukaliptusowy |
| Meszki | goździkowy, szałwiowy, tymiankowy, miętowy, eukaliptusowy, lemongrasowy |
| Kleszcze, pchły | wrotyczowy |
| Komary | cytronelowy |
| Mole | lawendowy |
Czosnek, wrotycz i konopie w ochronie roślin
Wyciągi (zamiennie ekstrakty roślinne) to skoncentrowane preparaty zawierające substancje biologicznie czynne pozyskane z surowca roślinnego za pomocą odpowiedniego rozpuszczalnika. Ekstrakcja polega na wymywaniu aktywnych substancji z rozdrobnionego materiału – liści, korzeni, kory, kwiatów i owoców. Używa się do tego ekstrahentów, którymi są zazwyczaj woda (np. napary, odwary), oleje roślinne (maceraty) i alkohol (etanol). Wyciągi również wykazują wysoki potencjał w ochronie roślin.
Zaobserwowano działanie wodnych i alkoholowych ekstraktów z konopi siewnej na bielinka kapustnika oraz popilię japońską (nowy szkodnik, w Polsce podlega obowiązkowi zwalczania), stonkę ziemniaczaną oraz niektóre gatunki nicieni. Wyciąg ze szczwółu plamistego okazał się skuteczny przeciwko mszycy brzoskwiniowej oraz burakowej. Trujące właściwości szaleju jadowitego są wynikiem obecności związków alkaloidowych (alkaloidy piperydynowe), w szczególności koniiny, ale także koniceiny i konhydryny. Roślina ta uznawana jest za jedną z najbardziej trujących znanych człowiekowi. Egzemplarze porastające tereny zacienione zawierają większe dawki toksyn niż te zbierane ze stanowisk nasłonecznionych. Poziom toksyn w dużym stopniu uwarunkowany jest także składem gleby, stopniem jej nagrzania oraz wilgotnością.
Duże znaczenie w ochronie roślin, spośród preparatów roślinnych, ma czosnek. Ekstrakty i niektóre związki izolowane z tej rośliny charakteryzują się szerokim spektrum działania, chociażby na oprzędziki. Badania wykazały, że uszkodzenia w uprawie grochu siewnego na poletkach traktowanych preparatem wyniosły około 18%, a na kontrolnych bez ochrony 46%. Testowano również działanie wyciągu z czosnku na mszycę brzoskwiniową. Najsilniejsze działanie repelentne wykazał w połączeniu z mydłem potasowym oraz mieszaniną ekstraktów z wrotyczu i piołunu.
Zarówno czosnek, jak i wrotycz są bazą kilku preparatów komercyjnych dostępnych na rynku. Co więcej ten ostatni jest często wykorzystywany w sprayach odstraszających pchły, kleszcze, komary oraz inne insekty uprzykrzające życie ludzi i zwierząt. A preparaty z fermentacji wrotyczu, wzbogaconego o pożyteczne bakterie z rodzajów Lactobacillus i Bacillus, mają działanie repelentne, odstraszające szkodniki glebowe – pędraki, opuchlaki, drutowce i nicienie.
Jeszcze przed kilkudziesięciu laty do podstawowych insektycydów stosowanych w rolnictwie należały odwary i napary z tytoniu. Zawarta w nich nikotyna skutecznie zwalczała mszyce oraz inne owady. Wysoka toksyczność tego alkaloidu dla organizmów stałocieplnych, a także kłopotliwe przygotowanie cieczy użytkowej sprawiły, że obecnie preparaty tytoniowe są stosowane sporadycznie, głównie przez działkowców.
Ograniczenia stosowania olejków eterycznych
Olejki eteryczne mają swoje ograniczenia. Ich działanie jest zwykle krótkotrwałe, bo są związkami wysoce lotnymi i podatnymi na utlenianie. Szybko ulegają rozkładowi pod wpływem czynników środowiskowych (światło, temperatura), dlatego w praktyce wymagają częstszych aplikacji niż pestycydy syntetyczne. Kolejną trudnością jest zmienność składu chemicznego, ponieważ z tej samej rośliny można uzyskać zupełnie inny olejek w zależności od miejsca uprawy, warunków pogodowych czy metody destylacji. To utrudnia standaryzację produktów.
Badania nad właściwościami biopestycydowymi olejków eterycznych cieszą się dużym zainteresowaniem. Niektóre kraje złagodziły regulacje dotyczące ich stosowania. W Unii Europejskiej przepisy są mniej liberalne, co spowalnia proces wprowadzania takich produktów na rynek. Mimo to zainteresowanie rośnie, a firmy inwestują w nowe formulacje i badania.
Jak wydłużyć działanie olejków eterycznych?
Odpowiedzią na część wyżej wspomnianych problemów jest proces nanokapsułkowania. To zaawansowana technologia zamykania substancji czynnych w bardzo małych kapsułkach o rozmiarach nanometrycznych. Zapewnia to ochronę przed degradacją, umożliwia kontrolowane uwalnianie oraz zwiększa biodostępność i trwałość produktów w celu ochrony cennych związków oraz poprawy ich stabilności.
Istnieją różne techniki kapsułkowania, takie jak emulgacja ultradźwiękowa, emulsyfikacja, żelowanie jonowe czy koacerwacja złożona. Ta ostatnia to technika tworzenia mikrokapsułek w której wykorzystuje się układ co najmniej dwóch różnych polimerów (np. żelatyny i gumy arabskiej), które wspólnie tworzą kapsułkę wokół rdzenia (substancji czynnej), zapewniając lepszą enkapsulację i stabilność niż koacerwacja prosta (z jednym polimerem). Materiały takie jak chitozan, żelatyna-guma-arabska i cyklodekstryny są obiecujące dla zastosowań rolniczych, zapewniając stabilność i kontrolowane uwalnianie olejków eterycznych.
Na polskim rynku dostępnych jest kilka preparatów bazujących na olejku pomarańczowym. Są w formie gotowej do użycia mikroemulsji (ME), o działaniu kontaktowym, przeznaczone do zwalczania szkodników o miękkiej budowie, głównie o ssącym aparacie gębowym jak skoczki, miodówki, mączliki, wciornastki, przędziorki, szpeciele czy mszyce. Powstałe na skutek działania tego olejku uszkodzenia błony komórkowej zaburzają gospodarkę wodną komórek, co prowadzi do fizycznego wysychania ciała owada, a w konsekwencji do śmierci. Upośledza również proces oddychania poprzez zaburzenie funkcjonowania przetchlinek.
Ich plusem jest możliwość kilkukrotnego użycia w sezonie – i to nawet dwa dni przed zbiorem – oraz brak szkodliwych pozostałości w glebie i roślinach. Minus to koszt zastosowania, związany z wysoką zalecaną dawką preparatu dla jednorazowego zastosowania, większą niż zazwyczaj ilością wody potrzebnej do przygotowania cieczy użytkowej (nawet 1000 l) oraz koniecznością częstszych zabiegów, gdyż są to preparaty kontaktowe. Mimo iż specyfik nie zawiera substancji toksycznych, w etykiecie widnieje informacja, że jest niebezpieczny dla pszczół.
W celu ochrony ich oraz pozostałych owadów zapylających środka nie należy stosować na rośliny w czasie kwitnienia. Nie można go używać także w miejscach, gdzie pszczoły mają pożytek oraz kiedy występują kwitnące chwasty. W przypadku upraw pod osłonami nie zaleca się stosowania, gdy znajdują się tam owady zapylające lub gdy wprowadzono owady pożyteczne.
