A különböző káros hatású szennyezőanyagok széles skáláját ismerjük, mely nincs másként a talaj esetében sem, ahol a nehézfémekkel és szerves jelenléte napjainkban már komoly globális környezeti problémává vált.

Az emberi (antropogén) tevékenységek hatására (pl. ipari termelés) megnövekedett a vegyi anyagok kibocsátása, melynek szintje napról napra növekszik a természetben és a talajban – olvasható a novenyvedoszer.hu cikkében, amelynek szerzői Kisvarga Szilvia (MATE) és Horotán Katalin (Eszterházy Károly Katolikus Egyetem).

kukorica

A növények és rizoszférikus baktériumaik a mérgező vegyszerek talajból és a közvetlen környezetükből való eltávolításában vesznek részt – fotó: pixabay.com

Vizsgálják a növények és a mikróbák kapcsolatát

Annak érdekében, hogy ezeket a szennyezőanyagok kijuttatását csökkentsük és a már környezetbe kikerült anyagokat eltávolítsuk folyamatos kihívás elé állítja a tudományt. Az egyik ilyen ígéretes módszer a fitoremediáció (a szennyezett környezet tisztítása növények segítségével), amely a vegyszerek talajból történő eltávolítását célozza és egyike azon bioremediációs módszereknek (a szennyezett környezet tisztítása növények segítségével, mikroorganizmusok által), amelyek akkumulátoros/hiperakkumulátoros növényeket használnak nehézfémek talajból, üledékekből vagy vízből történő eltávolítására.

A csak kizárólag növények felhasználásával végzett fitoremediációs folyamat hátránya egyrészt az időigényesség valamint az, hogy nagy mennyiségű szennyezőanyag esetén a nehézfémfelvétel mértéke csökkenhet. Ennek kiküszöbölésére kezdték el vizsgálni a növények és mikróbák kapcsolatát, hiszen ezek a kölcsönhatások kritikus szerepet játszanak a növények fémes környezethez való alkalmazkodásában, továbbá növények növekedésének stimulálásában, így feltárhatók a mikrobák által támogatott fitoremediáció felgyorsításában.

A növények és rizoszférikus baktériumaik elsősorban a mérgező vegyszerek talajból és a közvetlen környezetükből való eltávolításában vesznek részt, csökkentik a szennyeződést a talajban olyan folyamatokon keresztül, mint a foszfor mobilizálása, nitrogénkötés és vasmegkötés – olvasható a cikkben.

talaj

A mikrobák és a haszonnövények kölcsönhatásai kiemelkedő szerepet játszanak a kedvezőtlen tényezők és körülmények kivédésében – fotó: pixabay.com


A témában az elmúlt években ígéretes eredmények születtek

Számos tanulmány bizonyította már, hogy a mikrobák és a haszonnövények kölcsönhatásai kiemelkedő szerepet játszanak a kedvezőtlen tényezők és körülmények kivédésében. Például a nem optimális termőhelyhez való alkalmazkodásában, fennmaradásban és túlélésében, valamint a talaj ideális állapotát segítenek fenntartani, javítani, akár többszörös abiotikus stresszhatás esetén (aszály, sótartalom, UV-sugárzás, nehézfém-szennyeződés) esetén is.

Ez a növény-mikróba kapcsolat a növények biokémiai, fiziológiai és molekuláris folyamataira is előnyös hatással van, a fent említett stresszorokkal szembeni ellenálló képességet támogatják.

A témában az elmúlt években is ígéretes eredmények születtek. A gyakorlati vizsgálatok eredményeiből merítkezve a Burkholderia baktérium nemzetség például fontos biológiai és metabolikus tulajdonságokkal rendelkezik, és az eddig eredmények alapján jól hasznosítható antagonizáló biokontroll szerként, talaj bioremediációja és növénynövekedést elősegítő célokra egyaránt.

Bizonyos mikroorganizmusok a vas (III) oxidot (Fe3+ vas (II) oxiddá (Fe2+) tudják alakítani, ami ebben a formában könnyen elérhetővé a növények számára, és betöltheti szerepét a különböző anyagcsere-funkciókban. Ezt az átalakulást szideroforok, baktériumok által szintetizált fehérjék kezelik, amelyek fémek széles skálájához tudnak kötődni, így fokozva azok rendelkezésre állását a növényi felvételhez. Egyes mikrobák kénsavat termelhetnek, amely feloldja a fémeket, így növelve a kén (S) biohasznosulását.

A Larrea divaricata fémtűrő mikrobiomjaival kombinálva szennyezett talajokba való kijuttatása várhatóan támogatja a nehézfémek hozzáférhetőségének és diszperziójának csökkentését, valamint javítja a talaj szerkezetét, szervesanyag-tartalmát és funkcionalitását, elérve a helyreállását. Az extrém, megváltozott tulajdonságú élőhelyek (erős, határértéken túli szennyezés) egyedülálló ökoszisztémaként jelennek meg a mikrobiális közösségek számára, így ezek mikrobiom közösségeinek helyreállítása is egy megoldásra váró feladat.

Ehhez a növényi mikrobiális közösségeinek zord körülmények között élő (pH, sótartalom, vízstressz/hiány, és szélsőséges hőmérséklet) törzsei forrásai annak a kutatási irányvonalnak, amelynek célja, hogy lehetővé tegye a növények szélsőséges élőhelyen való nevelését és lehetőséget biztosítson többek között a fitoremediációra is – írják.

talaj

A gyakorlati vizsgálatok eredményeiből merítkezve a Burkholderia baktérium nemzetség például fontos biológiai és metabolikus tulajdonságokkal rendelkezik – fotó: pixabay.com

Megfékezhető az agrár-ökoszisztémák elsivatagosodása

A rizs, mint egy igen fontos élelmiszeripari növény pozitív eredményeket mutat a PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) témában. A Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Streptomyces törzsek nagyban segíthetik a rizsnövények egészségi állapotának javítását és fenntartását, de a Pseudomonas sp. a takarmánylucerna (Medicago sativa) fejlődésében is fontos szerepet játszik.

A nehézfém-bányászati zagyok körüli Cu-szennyezett mezőgazdasági területeken termelt repce állományok esetében pedig azt mutatták, hogy a fémrezisztens PGPB növelte a repce biomasszáját és a növények teljes rézfelvételének mennyiségét.

A fitoremediáció és a PGPB alkalmazása megnövekedett sótartalmú talajok esetében is kiemelt szerephez juthat. A modellek alapján a talajok sótartalma erőteljesebben fog növekedni az elkövetkező években, ez pedig akadályozni fogja a mezőgazdasági termelést, ami összefüggésben áll azzal, hogy a magas sókoncentráció drasztikusan befolyásolja a mikrobiális aktivitást is.

A PGPB-k különböző mechanizmusokkal támogatják a növények túlélését sós körülmények között, hatásukra például megemelkedhet cukortermelés, pigmentszám és aszkorbinsav mennyisége is.

A sótűrő PGPB molekuláris mechanizmusaival kapcsolatos ismereteink a sóstressz enyhítésére még további kutatást igényelnek, de a sótűrő és halofil PGPB egy fenntartható megoldást nyújthat a szikes talajok termelékenységének javítására, és segíthet elérni az élelmezésbiztonsággal és az agrár-ökoszisztémák elsivatagosodásának megfékezésével kapcsolatos célkitűzéseket is.

talaj

A fitoremediáció és a PGPB alkalmazása megnövekedett sótartalmú talajok esetében is kiemelt szerephez juthat – fotó: pixabay.com

A talajok állapotának javítása és fenntartása a jövő egyik fontos feladata

Nem csupán a mikrobiális közösségek vizsgálata és kutatása zajlik, hanem olyan anyagoké is melyek alkalmasak lehetnek a PGPB alkalmazásának elősegítésére, támogatására is, így fokozva hatásukat, megakadályozva a talajból való eltűnésüket.

Ilyen anyagok például a kumarinok, melyek a növényi eredetű másodlagos metabolitok családjába tartoznak és a fenilpropanoid útvonalon keresztül képződnek. Vasmobilizáló hatással rendelkeznek, melyeket a gyökérzet termel és választ ki. Ezen tulajdonságuk miatt a  vasfelvételben betöltött szerepük mellett tanulmányozták azt is, hogy képesek-e leküzdeni a fertőzéseket mind a növényi, mind az állati szervezetekben. Ennek oka az, hogy a kumarin hatásspektruma az antimikrobiális és vírusölő hatástól, a véralvadásgátló hatáson át, egészen a rákellenesig terjed. A kumarinon kívül az exogén szelént alkalmazása is vizsgálatok sorát indította el, ugyanis szelénben hiányos területeken a terméshozam növelése, a termésminőség és a stressztűrés javítása érdekében igen fontos a visszapótlása.

Emiatt a növény-talaj kapcsolatban történő szelén-specifikáció és átalakulás folyamatának pontos megismerése és megértése döntő fontosságú a mezőgazdasági termelés, sőt az emberi egészség szempontjából is. A melatonin kutatási eredményei is biztítóak, mivel különösen jól működik együtt a növényi PGPB kapcsolatok elősegítésében a biotikus és abiotikus stresszorokkal szemben, növelve a stressztűrő képességet. Ami a betakarítást illeti, a hangsúlyt a melatonin felezési idejére kell helyezni a gyümölcsökben és a vízmaradvány-kezelésekben.

Számos új, akár meghökkentő eredménnyel is találkozhatunk

A mikroorganizmusok alkalmazásának általános stratégiaként való elfogadása elősegíti a fenntarthatóbb és zöldebb megközelítést a növénygazdálkodási gyakorlatok tekintetében. Ebben az összefüggésben az elképzelések szerint

a mikrobaoltások elkezdhetik felváltani a fitoremediációban alkalmazott egyéb gyakorlatokat, például szervetlen műtrágyákat, fitohormonokat és kelátképző anyagokat, és ennek következtében csökkennek a megfelelő költségek, a termesztés pedig fenntarthatóbbá tehető.

Ezt a fejlődést támogatva a kutatások új iránya, hogy újabb és újabb baktériumtörzsek felkutatása, amelyek alkalmassá válnak a PBPG-ként való használatra. A tudományos munkákban arról tesznek bizonyságot, hogy a következő időszakban számos új, akár meghökkentő eredménnyel is találkozhatunk, melyek nagy hatást gyakorolnak erre a tudományterületre.

Ez az irány megerősíti azt, hogy számos talaj-növény kapcsolat alkalmas arra, hogy kiszűrje, lebontsa a talajba került szennyező vegyületeket. A téma kutatása tehát fontos és folyamatos – s a PGPB alkalmazásával és kutatásával utat teremthetünk egy fenntarthatóbb jövő kiépítésében – olvasható a cikkben.