Ki ne ismerné a levegőben szálló levágott fű üde illatát? De, vajon ezzel a számunkra kellemes illatcsokorral mit üzen a növény a környezetének? Hogyan válogatja ki az egészséges növény az egyedi és aktuális szükségleteinek megfelelően a fejlődését támogató baktériumok és gombák összetételét? Ezekről a kérdésekről és az intenzív mezőgazdasági gyakorlat hatásairól, a mikorrhiza oltóanyagok fejlesztéséről kérdeztem Dr. Parádi Istvánt, az ELTE TTK Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszékének egyetemi adjunktusát.
A folyamatosan változó környezeti körülményekre a fejlődő növények életműködésük megváltoztatásával válaszolnak. Hogyan reagálnak a növények a környezet hatásaira?
Az abiotikus és biotikus környezeti hatásokra a növények többféle módon válaszolnak. A folyamat első lépéseként a növény a külső hatást speciális receptoraival érzékeli. A képződött jelet elvezeti a sejtfelszíni receptoroktól a genetikai állomány irányába, ahol a megfelelő gének aktivációja történik meg. E gének által termelt fehérjékkel és egyéb anyagcseretermékekkel reagál bizonyos szinten a külső hatásokra, tehát alkalmazkodik. Ilyen folyamatnak az eredménye például szárazság esetén a vízhiányhoz való sejtszintű alkalmazkodás, pl. egyes speciális metabolitok termelése.
Dr. Parádi István, az ELTE TTK Növényélettani és Molekuláris Növénybiológiai Tanszékének egyetemi adjunktusa
A keletkezett jelek leggyakrabban kémiai szignálok, amelyekkel az egyeden belüli (pl. szomszédos levelek között) és egyedek közti információátadás is zajlik. Másik mód, amellyel az információ kizárólag az egyeden belül áramlik, az elektromos jel. Egyes esetekben a növény akciós potenciált is képes generálni (pl. érintés hatására a mimóza levelek sorozatos bezáródása is erre vezethető vissza).
Ezeknek a jeleknek milyen élettani hatásaik vannak?
Beszéljünk most az általánosan elterjedt kémiai jelekről. Jelenlétük bizonyos folyamatok szabályozását teszik lehetővé, gátló vagy serkentő hatást váltanak ki. Az információt közvetítő molekulák, másodlagos anyagcseretermékek felhalmozódhatnak a növényben, átalakulhatnak, ekkor egy másik anyag viszi tovább az információt, amely akár több lépcsőt követően bejut a sejtmagba, ahol a megfelelő gének aktiválásával válaszol a növény a környezeti hatásra. Például az általunk is jól érzékelhető levágott fű illatában olyan vegyületek vannak, amelyek a mechanikai sérülést jelzik a környező leveleknek, növényegyedeknek. Ennek hatására pedig a növény kiválaszthat egy olyan anyagot, amely kártevők (a fű levágása és rágókártevő táplálkozása a növény számára ugyanazt a mechanikai sérülést jelenti) elriasztását célozza. Nézzünk meg egy másik példát, azt, hogy a napraforgó a Napból érkező fényt mint jelet miként érzékeli! A napraforgó növekvő hajtás mozgásával a beeső fényt maximalizálja a fotoszintézis minél hatékonyabb működése érdekében. A fejlődő hajtáscsúcsban működik a fényérzékelő rendszer. Ebben egy olyan fehérje található, amelyhez képes kapcsolódni az a vegyület, amelyik a szerkezetváltozása következtében serkenti a növekedési hormon kiválasztását. Az auxin-eloszlás változás hatására a szár különböző területein gyorsabbá válik a sejtek megnyúlása, ami a hajtás és a tányér elhajlását eredményezi. Ebben az esetben a fényérzékelő rendszer révén a növényben a fény, mint jel végül hormonális változásra fordítódik le.
A nyelvészet analógiájával élve a másodlagos anyagcsere-termékek mint szavak, egy nyelven szólnak? Mennyire specifikusak ezek a jelek? Ezek detektálására, mérésére van-e mód?
Alapvetően egy nyelven szólnak, mert a fajtárs is, sőt más fajba tartozó egyed is képes érzékelni, csak a rendszertani távolsággal egyre kevésbé. Vannak azonban speciális, általános érvényű jelek, amelyek áthidalják az imént említett távolságokat, ilyenek pl. a beporzást segítők.
A jelek mérésére van mód, az anyagcsere-termékek teljes skálájának detektálásával, értékelésével a metabolomika tudománya foglalkozik. Erre komoly eszközök vannak már: a növény által kibocsátott illatcsokorból ujjlenyomatot kapnak, miután szétbontják az anyagokat.
Vannak arra eredmények, miszerint egyedi szinten eltérő kémiai spektrummal rendelkezhetnek a növények a másodlagos anyagcsere-termékek tekintetében. Az illatcsokor összetétele nagyon sok mindentől függ, de leginkább attól, hogy milyen környezetben él a növény, milyen a rendszertani elhelyezkedése.
A kommunikáció révén egyfajta „fegyverkezési verseny” is kialakulhat a növény, a károsító és a természetes ellenség között.
A növény például egy rágó kártevő jelentette biotikus stresszhatásra reagálva olyan anyagokat bocsát ki, amely odavonzza a táplálkozó rovar ragadozóját. Ezt a vészjelzést azonban „megértheti” a hiperparazita is.
Klasszikus példa a levéltetűvel fertőzött növény, amely a kártevő által okozott sérülések hatására olyan vonzó hatású anyagcsere-terméket termel, amelyet érzékelve a károsítót pusztító katicabogár odatalál a táplálékát jelentő levéltetűhöz. A történet azonban itt nem feltétlenül ér véget. Folytatódhat azzal, hogy megjelenik a katica imágót parazitáló darázs, amely a tojásait a bogár testébe helyezi. Ezzel együtt egy olyan speciális RNS vírust juttat a katica szervezetébe, amely az agyműködését megváltoztatja és védelmező cselekvésre készteti. Ennek következtében a testéből kibújt parazita bebábozódott alakjait őrzi és védi azok teljes kifejlődéséig.
A növények által kibocsátott kémiai jelek akár egyedi szinten is eltérőek lehetnek, így az aktuális állapotot, igényeket hordozó információt juttatnak a környezetbe. Ahogyan a beszélgetés elején szó volt már róla, mind a biotikus, mind az abiotikus környezeti hatásokra képes ilyen módon reagálni egy növény.
Számos baktérium és gomba szimbiózisban él növényekkel, például a nitrogénkötő baktériumok, vagy a mikorrhizagombák stb. Ez a közösség speciális összetételű, amelyet nagyon sok minden befolyásol, még az is, hogy éppen milyen évszak van. Az egészséges növény egész élete folyamán szelektál ezek közül az aktuális igényeinek megfelelően, ezért nagyon fontos, hogy mindig változatos, fajgazdag mikrobiom álljon rendelkezésére. Ez támogatható például biostimulátorok használatával, amelyek a növény számára hasznos élő szervezeteket (így többek között nitrogénmegkötésben és foszfátmobilizálásban résztvevő baktériumok, különböző mikrogombák) tartalmazó mikrobiológiai készítmények, illetve nem élő, a növény fejlődését, a hasznos mikroszervezetek szaporodását segítő anyagokat tartalmazó talaj- és növénykondicionáló készítmények lehetnek.
A növényi mikrobiomban milyen fontosabb mikroszervezetek fordulnak elő?
Ismertek olyan hasznos mikrogombák, pl. Trichoderma gombák, amelyek biológiai fungicidek, mikrobiológiai készítmények alapanyagaként használhatók fel. Azon túlmenően, hogy parazitálják a talajlakó kórokozó gombákat, növényi hormonokhoz hasonló anyagokat is termelnek, növekedést serkentő hatásai is vannak. Segítik a növényt a tápanyagfelvételben, amely többféle módon valósulhat meg, különböző anyagok termelésével. Egyszerűen azzal is támogatják a növény fejlődését, hogy kiszorítják a kórokozó gombákat azzal, hogy felhasználják az adott élőhelyen található vasat, elvonva a versenytársak elől. Vannak olyan növényi növekedésserkentő baktériumok, ún. PGPR-ek – Plant growth promoting rhizobacteria –, amelyek pl. a növény immunrendszerét készíthetik elő egy esetleges külső hatás elleni védekezésre. Ezt nevezik priming hatásnak. Még nem termel a növény védekezőanyagot, de felkészül arra, hogy szükség esetén azonnal reagálni tudjon. A PGPR baktériumok, amelyek között megtalálhatók a Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Azospirillum nemzetség képviselői, mutualista szimbiózisban élnek a gyökérrel, érdekük, hogy a növény minél egészségesebb legyen. A növény cukorral és aminosavakkal látja el a baktériumokat, amelyek cserében segítik a növény foszfátfelvételét vagy nitrogént fixálnak, emellett az immunrendszert serkentik. Ezek a PGPR baktériumok bizonyos biostimulánsokban is megtalálhatók. A növényi mikrobiom fontos összetevői közé tartoznak a mikorrhizagombák is, de a sor még hosszan folytatható lenne.
Milyen típusú mikorrhizagombák élnek a növényekkel szimbiózisban a talajban? A növényi partner tekintetében mennyire specifikusak?
A mikorrhizagombáknak több típusa ismert. A legősibbek az 500 millió évvel ezelőtt kialakult arbuszkuláris mikorrhizát (AM) képzők. Ezek fordulnak elő leggyakrabban a természetben, a 300-400 ezer növényfaj jelentős része ezekkel a gombákkal él szimbiózisban. Azt is tudni kell ezzel kapcsolatosan, hogy ebben az együttélésben résztvevő AM gombák eddig megismert fajszáma csupán 300-400-ra tehető. Egy másik fontos csoport az ektomikorrhiza gombák, amelyek 160 millió éve élnek a Földön. Ide pár ezer gombafaj tartozik, amely szintén pár ezer növényfajt kolonizál, amelyek főként a fásszárúak közé tartoznak. A csoport jellegzetes képviselői a szarvasgombák, a vargánya, a rókagomba stb. Ezek mellett még vannak más típusok is, amelyek mezőgazdasági szempontból nem jelentős növényekkel – csarab- és orchideafélék – élnek együtt.
Az ektomikorrhiza gombák erős specificitást mutatnak, míg az arbuszkuláris mikorrhizagombák nem, viszont ez utóbbi esetben a növény válogat inkább.
Milyen mezőgazdasági kultúrákra jellemző a mikorrhizagombák jelenléte? Hogyan viselkednek az intenzív termesztési körülmények között? Hogyan hat rájuk a talajművelés és a vegyszerhasználat?
A mezőgazdasági kultúrákban is előfordulnak mikorrhizagombák, még az erősen vegyszerezett táblákban is. A kérdés az, hogy milyen fajok találhatók meg és milyen diverzitási szint figyelhető meg. Az intenzív gazdálkodás hatására csökken a fajok száma, gyakorlatilag „gyom” AM fajok maradnak. Ezek ugyanis a növények számára nem jelentenek igazán előnyt.
A mikorrhizagomba gyökérbe hatoló hifája (apresszórium)
Leginkább a hifákat elszakító, forgatásos talajművelés csökkenti a számukat, illetve a tömörödött, rossz talajszerkezet, amelyben nem megfelelő a víz/levegő arány a gombák számára. A jó minőségű talajszerkezet kialakításához maguk az AM gombák is hozzájárulnak azzal, hogy a hifák védőburkát képző, nehezen bomló fehérje, a glomalin fontos ragasztóanyagként szerepel a talajmorzsák kialakításában.
A tápanyag-utánpótlás, a műtrágyázás is hatással van a mikorrhizagombákra. A foszfortrágyázás következtében a növény kevesebb cukorral látja el a gombát, amely alacsonyabb kolonizációt és kisebb spóraszámot fog produkálni ennek következtében. A vetésforgó is befolyásolja az AM gombákat, a monokultúrás termesztés a diverzitásuk csökkenéséhez vezet.
Mennyi időt vesz igénybe a mikorrhizagombák szaporodására alkalmas egészséges talajviszonyok kialakítása?
Az átállás, azaz a mikorrhizagombák számára megfelelő környezetet jelentő termőtalaj kialakítása 1-2 év alatt nem zajlik le, az egészséges talaj létrejöttéhez több időre van szükség, ez a folyamat gyorsítható fel a biostimulánsok használatával. Elengedhetetlennek tartom egy olyan know-how kidolgozását, amely pontról pontra vezeti végig a termelőt a talajregenerálódáshoz, a talaj gyógyulásához vezető folyamaton. Az egész ugyanis nem azzal kezdődik, hogy kiszórja a gazda a területre a megvásárolt inokulumokat. Először a gomba megtelepedésének feltételeit kell kialakítani, amelyhez például a takarónövények használata is hozzájárul. A gomba ugyanis a tápanyagot (cukor, aminosav) a növénytől kapja, a humuszt, a szerves trágyát nem tudja lebontani, számára élő növényre van szükség. Ebből a szempontból viszont fontos tudnivaló, hogy a keresztesvirágúak nem alakítanak ki alapvetően mikorrhizás kapcsolatot. Takarónövény-keverékeket érdemes használni.
Melyek a mikorrhizagombák ipari felhasználásának lehetőségei?
Azt tudni kell, hogy a mikorrhiza termékek gyártása egyelőre nagy költségigényű, hiszen az előállításukhoz élő növényre van szükség, hiszen csak akkor tudnak fejlődni, szaporodni, ha élő növény gyökerével vannak kapcsolatban. Felszaporításukhoz tehát nagy üvegházi felületekre van szükség. Ebből adódóan használatuk jelenleg olyan növényfajok termesztése esetén nyilván gazdaságosabb, amelyek viszonylag kis területen nagy értéket képviselnek. Ezek pl. a gyümölcsfák, a zöldségtermesztés, vagy a kertészeti ágazat.
Szántóföldi növények esetében számíthatunk-e a jövőben a mikorrhiza készítmények használatának megjelenésére?
Ahogy az előbb említettem egyelőre a magas költségek miatt kevésbé éri meg, viszont a mikorrhiza termékekkel csávázni is lehet, a csávázószerbe is bele lehet keverni a gombákat.
Egy szántóföldi kísérlet során mikorrhiza oltóanyagot próbáltunk ki kukoricatáblán. Talajba juttattuk ki a mikorrhiza készítményt, majd fungiciddel csávázott és csávázószermentes kukoricamagokat vetettünk el. Azt állapítottuk meg, hogy a gombaölő szer az AM kolonizáció mértékét 10-20%-kal csökkentette. Több megoldáson gondolkodunk a probléma elkerülése érdekében, például mikorrhizagomba kijuttatás és csávázott mag vetése közötti optimális időbeli távolság meghatározásában. Általános érvényű az a tény is, hogy a patogén ott jelenik meg, ahol helyet kap, ebből adódóan, ha a talajt hasznos szervezetekkel „töltjük fel”, kisebb lesz az esély a fertőzésre. A mikorrhizás oltás technológiája jelenleg a fejlesztés fázisában van, bízunk benne, hogy a közeli jövőben a szántóföldi növénytermesztés gyakorlatába is bekerül.
És ha már a fejlesztéseknél tartunk, egy igen izgalmas területről is szeretnék néhány szót szólni: ez pedig a non-invazív növényvizsgálati technikák megjelenése. Egy növény mikorrhiza kapcsolatainak kiépültségét úgy is meg lehet állapítani, hogy nem kell kihúzni a talajból. Ez a hajtás és a talaj közti ellenállás mérésén alapul. A kutatások olyan irányban is zajlanak, hogy ezzel a mérési módszerrel jellemezni lehessen a növények egészségi állapotát. Ha ezek az adatok a jövőben összkapcsolhatók lesznek bizonyos termésjellegekkel, akkor akár termésbecsléhez is felhasználható lesz az eljárás.
A gyümölcsösök kialakítása során milyen lágyszárú és fásszárú növények egymás mellett termesztése célszerű a mikorrhizák szempontjából?
Mint a rózsafélék többségét, a gyümölcsfákat is arbuszkuláris mikorrhizagombák kolonizálják. Ebből kiindulva az aljnövényzet kiválasztásánál az ehhez való igazítást is érdemes számba venni.
Mikorrhizált gyökér részlete arbuszkulumokkal
Általános érvényű az a megközelítés, hogy minél változatosabb egy adott terület növényfaj-összetétele, annál nagyobb eséllyel találja meg a haszonnövény a számára megfelelő szimbionta fajokat. Mindez pedig a talajuntság elkerülését is segítheti.
Az élő szervezeteket tartalmazó készítmények tárolása, felhasználása nagy odafigyelést igényel, de emellett a termék hatásossága tekintetében a vásárló bizalmának megnyerése és megtartása is komoly feladat. Milyen módon lehetne a gazdálkodók bizalmát növelni e készítmények iránt?
Magyarország számára hatalmas lehetőséget jelent a meglévő szaktudás, továbbá az a tény, hogy vannak jó mikrobiális termékek a piacon. Ami még véleményem szerint hiányzik, az egy egységes szakmai minősítő rendszer, amely a tudomány szempontjából határozná meg egy-egy készítmény hatásosságát, ugyanis hatalmas különbségek fordulnak elő. A mikrobiális inokulumok esetén a hatás igazolására a hivatalos hatósági engedélyezésen túl lenne szükség, amelynek arra kellene vonatkozni, hogy az a faj, amit a gyártó ígért, jelen van-e a mintában, továbbá olyan mennyiségben található-e meg, mint ami a dobozon fel van tüntetve. Mindez molekuláris biológiai módszerekkel mérhető. Emellett a visszaellenőrzésre is szükség lenne, azaz pl. mikorrhizagombát tartalmazó készítmény esetében annak kontrollálása, hogy a talajba kijuttatott gombák valóban bekerültek-e a célzott növény gyökérébe. A baktériumoknál már megvalósult a visszaellenőrzés rendszere, a gombáknál még folyamatban van a kidolgozása. A tapasztalat ugyanis az, hogy a terepi viszonyok elfedhetik a mikorrhiza készítmények hatását. Nagy táblán, egy cserépben zajló kísérlettel összehasonlításban jóval nehezebb a hatásosság megállapítása. Ehhez a precíziós módszerek és a digitális érzékelés használata, fejlesztése elengedhetetlen.
