Keď sa spýtate ktoréhokoľvek milovníka rastlín na výborné hnojivo, často odpovie: Droždie. Droždie obsahuje mikroorganizmy (kvasinky), ktoré pozitívne vplývajú na rast a úrodu. Keď si však chceme vedecky vysvetliť, prečo je to tak, musíme sa pozrieť na pôdu a jej zloženie.
Špecifická oblasť pôdy, odborne nazývaná rizosféra, obsahuje tisíce druhov baktérií, húb, prvokov a iných mikroorganizmov, pričom v nej dochádza k dynamickej interakcii medzi mikroorganizmami a koreňmi rastlín. Výsledkom tejto interakcie môže byť, a často aj je, stimulácia rastu a vývinu rastlín.
Biostimulanty
Ako odpoveď na nárast populácie a urbanizácie a s tým spojené zvýšené nároky na potravu hľadá ľudská spoločnosť inovatívne spôsoby, ktoré by zvýšili produkciu plodín a zároveň by prispeli k lepšej udržateľnosti poľnohospodárstva. Jedným z takýchto ekologických riešení je aplikácia biostimulantov na rastliny za účelom zlepšenia ich rastu a ochrany pred nepriaznivými podmienkami. Biostimulanty, ako už vyplýva z ich názvu, predstavujú skupinu látok biologického pôvodu pozostávajúcich z rôznych aminokyselín, minerálnych a humínových látok, polysacharidov, flavonoidov či vitamínov. Podľa viacerých výskumov (Abhilash a kol., 2016; Naamala a kol., 2020; Zhang a kol., 2024) sa medzi biostimulanty zaraďujú už aj mikroorganizmy žijúce v okolí koreňov rastlín.
Mikroorganizmy, ktoré dokážu pozitívne vplývať na rast rastlín, zaraďujeme medzi PGPM (z anglického výrazu plant growth promoting microorganisms), teda mikroorganizmy podporujúce rast rastlín. Kolonizácia PGPM na koreňoch rastlín dokázateľne zlepšuje úrodnosť pôdy, čím sa zvyšuje celkový výnos plodín. Okrem toho prítomnosť PGPM môže čiastočne chrániť rastliny proti patogénom a škodcom a zlepšovať toleranciu rastlín na abiotické stresy, ku ktorým patrí sucho, zasolenie, vysoké teploty, mráz alebo prítomnosť znečisťujúcich látok, napríklad ťažkých kovov. Vyvstáva však viacero otázok týkajúcich sa vplyvu PGPM na rastliny.
Pomoc na správnom mieste
Pôda je hlavným zdrojom látok, ktoré sú nevyhnutné pre správny rast a vývin rastlín. Problém však spočíva v tom, že nie všetky živiny sa v pôde nachádzajú v dostatočnom množstve alebo v takej forme, ktorá je pre rastliny najlepšie prijateľná. Navyše biochemické vlastnosti pôdy sa neustále menia vplyvom klimatických zmien a abiotických stresov, a z toho dôvodu často dochádza k nerovnomernej úrode. V poľnohospodárskych pôdach sa umelo zvyšuje dostupnosť prvkov chemickým hnojením, no jeho dlhodobé používanie môže meniť prirodzené pH pôdy. Okrem toho chemické hnojivá často obsahujú znečisťujúce látky, ktoré môžu byť po prijatí rastlinou nebezpečné pre konzumenta.
Vedci však zistili, že PGPM majú unikátne schopnosti fixovať prvky v pôde a zabraňujú ich vyplavovaniu z pôdy, čím zvyšujú ich koncentráciu. Iné typy PGPM naopak dokážu rozpúšťať živiny zabudované v komplexoch a sprístupniť ich pre rastliny. Najpreskúmanejšia je ich schopnosť zvyšovať rozpustnosť fosforu a draslíka v pôde a premieňať formu atmosférického dusíka na amoniak (z N2 na NH4+). Druhou zaujímavou vlastnosťou PGPM je produkcia rôznych látok, napríklad rastových látok, tzv. fytohormónov. Tie sú pre rastliny veľmi dôležité, pretože sú súčasťou procesov spojených s rastom a vývinom koreňov a stoniek, tvorbou kvetov a dozrievaním plodov, no zapájajú sa aj do delenia buniek, bunkovej komunikácie či obranných reakcií proti rôznym druhom stresu.
Z laboratória k rastlinám
Populácia prospešných mikroorganizmov v pôde často nie je dostatočná, mení sa pri rôznych klimatických podmienkach a tiež pri používaní chemických postrekov proti škodcom. Po izolácii, identifikácii a namnožení PGPM v laboratórnych podmienkach sa dajú aplikovať priamo na rastliny formou inokulácie (na povrch rastliny či semien alebo do jej pletív) alebo do pôdy ako biohnojivo.
Najviac preskúmanú skupinu PGPM tvoria baktérie, napríklad rizobaktérie, kam zaraďujeme rody Arthrobacter, Azobacter, Azospirillum, Bacillus, Enterobacter a Pseudomonas. V prípade priameho účinku tvoria baktérie rôzne prchavé látky a fytohormóny, čím zlepšujú príjem látok rastlinou a stimulujú jej rezistenciu proti rôznym chorobám. O nepriamych účinkoch hovoríme vtedy, keď baktérie vplývajú na symbiotické vzťahy iných mikroorganizmov s rastlinami, alebo keď chránia rastliny degradovaním xenobiotík v kontaminovaných pôdach.
PGPM môžu ovplyvňovať kolobeh dusíka medzi atmosférou a pôdou. Rastliny totiž nedokážu využiť dusík priamo z atmosféry, preto na jeho fixáciu využívajú symbiotické spolužitie s tzv. nitrifikačnými baktériami. Dobrým príkladom je spolužitie strukovín s baktériami patriacimi do rodu Rhizobium. V tomto vzťahu strukoviny poskytujú baktériám uhlík (dôležitú stavebnú jednotku), zatiaľ čo baktérie im dodávajú dusík, najčastejšie vo forme amoniaku alebo nitrátu. Zvýšená dostupnosť dusíka následne preukazne zlepšuje aj príjem dôležitých prvkov z pôdy do rastliny.
Druhou zaujímavou skupinou PGPM, ktorá využíva symbiotický vzťah, tzv. mykorízu, sú arbuskulárne mykorízne huby. Odborný výraz arbuskulárny pochádza z latinského slova arbuscula, ktoré pre jednoduchosť môžeme preložiť ako zakrpatený strom. Medzi najznámejšie arbuskulárne huby patria huby z kmeňa Glomeromycota tvoriace v rastlinných bunkách a medzibunkových priestoroch rozsiahle hýfy pripomínajúce strom. Tvorbou arbuskúl zvyšujú absorpčnú kapacitu koreňov, pričom dochádza k výmene látok medzi rastlinou (z fotosyntézy získaný uhlík) a hubou (napr. fixovaný fosfor). Podobne ako baktérie sa podieľajú aj na fixácii dusíka, zvyšujú úrodnosť pôdy a zlepšujú príjem vody a živín.
Zbierka kvasiniek
Vráťme sa teraz k úvodu a k droždiu – aj kvasinky zaraďujeme do skupiny PGPM. O ich pozitívnom vplyve na rastliny sa zatiaľ hovorí najmenej, ale vieme, že menia štruktúru pôdy a podporujú rast a výživu rastlín. Ich účinky na rastliny sa spájajú s tvorbou biologicky aktívnych látok, ako sú fytohormóny, aminokyseliny či vitamíny. Niektoré kmene inhibujú patogény, pomáhajú rastlinám pri oxidácii síry a dusíka a ešte aj prispievajú ku kolonizácii koreňov mykoríznymi hubami. Taktiež dokážu degradovať rôzne organické zlúčeniny prítomné v pôde vrátane pesticídov a perzistentných organických látok.
V poľnohospodárstve sú známejšie extrakty z mŕtvych kvasiniek, ktoré sa jednoduchšie získavajú a nie je potrebné ich udržiavať, no v posledných rokoch pribúdajú nové štúdie zaoberajúce sa pozitívnym vplyvom živých kvasiniek na rastliny ako formy ochrany pred patogénom či na podporu rastu. Vplyvom kvasiniek na rastliny sa zaoberajú aj vedci na Chemickom ústave SAV, v. v. i., kde máme zbierku kultúr kvasiniek (Culture Collection of Yeasts), ktorá je registrovaná vo Svetovom katalógu kultúr (CCY 333) a má štatút medzinárodného ukladacieho centra patentovo chránených kmeňov (je v nej uložených približne 4 000 kmeňov kvasiniek a kvasinkovitých mikroorganizmov).
Komerčné využitie
Pokiaľ ide o komerčné využitie PGPM, tak aj v záhradníckych potrebách nájdeme niekoľko produktov obsahujúcich symbiotické huby, prípadne baktérie. Ich účinnosť je už preukázaná. Zvyčajne tieto produkty stimulujú rast rastlín, no nie sú špecifické pre určitý konkrétny druh rastliny.
Tak ako má každý človek svoj špecifický mikrobióm, to isté platí aj pre jednotlivé druhy rastlín. Je preto dôležité naďalej PGPM študovať, hľadať pre konkrétny druh rastliny najlepší PGPM, aby sme ich mohli v budúcnosti využiť ako rastlinné probiotiká.
Mgr. Kristína Holeková, PhD.
Chemický ústav SAV, v. v. i., v Bratislave
Táto publikácia vznikla za podpory projektov COST Action CA22142 a Slovenskej grantovej agentúry VEGA 2/0055/22.
