Keresés

Ez a baktériumok szerepe a növények fejlődésében

2024.01.11

Az elmúlt években széles körben felismerték a fenntarthatóbb és környezetet kevésbé terhelő mezőgazdasági gyakorlatok bevezetésének szükségességét. A növényvédő szerek, műtrágyák és gyomirtó szerek mezőgazdaságban történő alkalmazása csökkenti a talaj termékenységét és szennyező anyagok kerülhetnek a környezetbe.A koronavírus (COVID-19) járvány miatt egyre több kétség merül fel az intenzív, nem fenntartható mezőgazdaság hatásaival kapcsolatban. Ennek alapja a talaj.

A növények környezetének optimális fenntartásához szoros kapcsolat szükséges a növények és a talaj mikroorganizmusai között, amelyek elengedhetetlenek a jó minőségű terméshez.
A növények és a talajban élő mikroorganizmusok között nem csupán szoros, hanem elengedhetetlen kapcsolat áll fenn, mely kölcsönhatás az ökoszisztéma szerves részét is képezi. A talajbaktériumok a tápanyagciklus kulcsfontosságú szabályozói. növények növekedésére, de még termésük minőségére is komoly hatást gyakorolnak.    Egyes növényélettani mechanizmusok szabályozásába is bekapcsolódnak, például az abiotikus stresszhatásokkal szembeni nagyobb ellenállóképességhez is hozzájárulnak.  A növények immunitásának kérdése mindig is fontos szempont volt a kutatásban, mely a gyakorlati hasznosítást tartja szem előtt, amelynek a mikrobák (beleértve a rizoszférikus és endofita mikroorganizmusokat is) részét képezik. A közöttük lévő kapcsolat lehet pozitív (például a nitrogénfelvétel) vagy negatív (a betegség kialakulásához vezető) út is.  Ezek a faktorok hatással vannak a mezőgazdasági termelésre is.

Számos kutatás kimutatta, hogy a stressztűrő képességet fokozza bizonyos mikroorganizmusok jelenléte és társulása a növényekkel, ezek további vizsgálata és alkalmazása elősegítette a stressztűrő növényfajták létrehozását. A globális éghajlatváltozás és a világ népességének növekedése új, eddig nem látott kihívások elé állítja a növénytermesztést. Az ígéretes fenntartható megoldások közül az egyik a hasznos növény-mikrobák integrációja a mikrobiommal a mezőgazdasági termelékenységjavítása érdekében. 

A mikrobák nélkülözhetetlen szerepet játszanak a klímaváltozás és az indukált abiotikus stressz mérséklésében, valamint elősegítik a növények növekedését és fejlődését számos, több szinten működő mechanizmuson keresztül, beleértve a tápanyag-transzformáció szabályozását, lehetővé téve a szomszédos és kontrolláló növénypopulációk közötti együttélést. A mikrobák és a növények közötti kölcsönhatások a fenntartható mezőgazdasági gyakorlatok egyik alappillérét is jelenthetik a jövőben, mely a hagyományos módszereket biológiai módszerekkel egészítik ki, váltják fel.  A közelmúltban több kutatás irányult a gazdaszervezet-kórokozó kölcsönhatások komplex molekuláris mechanizmusainak megértésére , így a mikroba alapú műtrágyák (bioprotektánsok), fito-fertőtlenítők kifejlesztése, valamint a rizoszféra mikrobáinak kezelése (jobb tápanyagfelvétel és betegségellenállóság) is határozott célok már.  A talaj mikroorganizmusainak alkalmazása, hatékony megoldást biztosíthat a növényvédelmi szempontból a növényi stresszhatások kezelésére.  

Növényi fejlődést elősegítő baktériumok (PGPB)
A talajmikrobiomokat a következő zöld forradalom sarokkövének tekintik, ezen belül is kritikus szerep jut a a növényi növekedést elősegítő baktériumoknak (Plant Growth Promoting Bacteria - PGPB). A mikrobiom tervezésében és a PGPB a fenntartható mezőgazdaságban hasznos másodlagos metabolitok érvényes forrásai lehetnek. Ide tartoznak például a Paenibacillus, Azospirillum, Rhizobium, Bacillus, Azotobacter, Klebsiella, Pseudomonas és Serratia törzsek is. A PGPB-ket 1980 óta tanulmányozzák, mint a műtrágyákat kiváltó és fenntartható alternatíva a terméshozam növelésére, de a terméshozam növelésén túl fokozzák a tápanyagtartalmat, valamint csökkentik a kórokozók miatt fellépő fertőzéseket, továbbá a  vitaminok, fitohormonok és növekedésszabályozók termelését is pozitívan befolyásolják. A természetes mikrobiális egyensúlyazonban sok esetben veszélyeztetett vagy erősen sérült, gondoljunk itt a talajok pusztulására, degradációjára, mely nem csupán a mezőgazdasági területeken, hanem a városi zöldfelületeke is tetten érhető.   

A PGPB által biztosított előnyök 

Számos új baktériumtörzs is alkalmas lehet PGPB-ként való hasznosításra. A PGPB bizonyos törzseinek speciális talaj- és éghajlati viszonyok közötti használata hozzájárulhat ahhoz, hogy jobban megértsük, mely törzsek alkalmasak jobban bizonyos növényekhez. A törzsspecifitás döntő szerepet játszik a mikrobajelölt jellegzetes potenciáljának kiaknázásában, hogy toleranciát biztosítson és enyhítse az abiotikus stressz negatív hatását a növényekben. A talajban a PGPB jellemzően csoportokban vagy konzorciumokban működik együtt, ahol a konzorciumok felelősek a növények növekedésének elősegítéséért, vagyis a konzorciumon belüli különböző baktériumok különböző növényi igényeket elégítenek ki. Mind az egyedi PGPB, mind a PGPB bakteriális konzorciumainak vonzódását egy adott növényhez részben az adott növény által termelt kis molekulájú gyökérváladék mennyisége és koncentrációja határozza meg.

Növényekhez való kapcsolódás lehetőségei 

A PGPB-k pozitívan hatnak a városban is, ahol a mintegy  helyreállító szerepet töltenek be, a növényzetre gyakorolt hatásukon túl. A szennyező anyagokkal szemben (ultrafinom részecskék, szénvegyületek és a légköri szénhidrogének lebontásával), elősegítik a növényekalkalmazkodását a szárazsághoz és a felmelegedéshez, de biopeszticidként való alkalmazásuk is egyre árnyaltabb képet mutat. Bizonyos esetekben ugyanis a PGPB fajok közvetlenül hatással vannak a növényi kórokozókra és parazitákra, ide értve a kompetíciót, vagy a bioaktív vegyületek felszabadulását.  A PGPB alkalmazása összhangban van az ökológiai fenntarthatóság és az integrált növényvédelem elveivel, melyekbe bele tartozik a vegyi peszticidek alkalmazásának csökkentése is. A Bacillus, a Paenibacillus, a Brevibacillus, a Pseudomonas, a Serratia, a Burkholderia és a Streptomyces fajok több törzse specifikus ebbe az irányba mutató tanulmányok tárgyát képezi és jelenleg is értékelés alatt állnak a biológiai védekezésben való felhasználásuk további lehetőségei és módozatai.

PGPB szerteágazó rendszerben gyakorol komoly hatást a növényekre és azok környezetére egyaránt 

A növényi gyökereken található jótékony biofilmek (bevonatok) segítik a tápanyag-ciklust, szervetlen tápanyagokat (N, P és K) biztosítanak, és csökkentik az abiotikus stresszt. A PGPB mint biooltóanyag néha azonban nem képes kompetitív módon kolonizálni a növényi gyökérzetet és a rhizoszférát. Ebből adódóan, a PGPB biofilm készítmény a bioinokuláns fejlesztés egyik stratégiája az ellentmondó in vivo hatások leküzdésére. Ezen túlmenően meg kell érteni a baktériumoknak a biofilmen belüli kommunikációját más mikroorganizmusokkal és növényekkel különféle molekuláris jeleken keresztül.

A növények adott stresszre adott válaszát a kapcsolódó mikrobák által befolyásolt rendkívül összetett jelátviteli útvonalak szabályozzák. Mivel a hirtelen éghajlati változások jelentős veszélyt jelentenek a termésbiztonságra, elengedhetetlenné válik a növény-mikroba kölcsönhatások tisztázása. Napjainkban nagy kihívást jelent a növények növekedésének és fejlődésének fokozása, melynek egyik módja a talajmikrobákkal történő beoltás Az évek során számos PGPB törzset izoláltak és tanulmányoztak, mindazonáltal csak néhány kapható belőlük a kereskedelmi forgalomban. Ennek oka, hogy  a baktériumok sikertelen túlélése aránya és az agroökoszisztémákban való alkalmazást követően kerülnek forgalomba Általánosan elfogadott tény, hogy a PGPB hatékonysága attól függ, hogy képesek-e megtelepedni egy környezetben és képesek-e versenyezni az őshonos növényi mikroorganizmusokkal mezőgazdasági körülmények között. Egyre több tanulmány jelezte, hogy a mikrobiomák manipulálására bevitt törzsek általában eliminálódnak a talajban, míg mások arról számoltak be, hogy a PGPB oltóanyagként történő alkalmazása jelentősen javítja a növények növekedését, tehát egy több tényezőtől függő rendszerben kell minden esetben vizsgálni őket.  
 
A növényi növekedést elősegítő rhizobaktériumok (PGPR)
A növényi növekedést elősegítő rhizobaktériumok (PGPR) bevezetése a mezőgazdasági termelési rendszerbe a növényi növekedés szabályozásában és az abiotikus stresszkezelésben való hatékonysága miatt jövedelmező alternatíva lehetőségeként kerülhet alkalmazásra. Ezek a baktériumok képesek elősegíteni a növények növekedését, és elősegítik a növényi betegségek és a talajban jelentkező abiotikus stressz kezelését bakteriális fitohormonok és kapcsolódó metabolitok termelésével, valamint jelentős gyökérmorfológiai változások révén. A növény gyökereivel együtt élnek, így hatást gyakorolva az  ellenállóképességükre, hozamukra. A PGPR kolonizálja a növény rizoszféráját, és elősegítik a növény növekedését, segítenek csökkenteni a patogén gombák, vírusok, fonálférgek és baktériumok által okozott betegségeket.

---

Szerzők:
Növényvédőszer.hu / Kisvarga Szilvia Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem
Növényvédőszer.hu / Horotán Katalin – Eszterházy Károly Katolikus Egyetem

---

Ezeket is olvasta már?

Szakmai partnereink