Növények és mikrobák – egy nyelvet beszélnek

A növények gyökérrendszerén élő, talajlakó mikroorganizmusok milliói bonyolult ökológiai közösséget alkotnak a nekik különböző szénformákat juttató, kölcsönös kapcsolati rendszert fenntartó növényekkel. E mikroorganizmusok az általuk kiválasztott metabolitok segítségével befolyásolják a növények növekedését, vitalitását, termőképességét. A növények által fotoszintézis útján megkötött szén akár 40%-a is átkerülhet a rizoszférába (gyökérkörnyezetbe). Gondolhatnánk, hogy ez a növény részéről már-már aránytalanul nagy befektetés, ugyanakkor úgy tűnik, mégiscsak kifizetődő számára. A gyökereken át kiválasztott váladékkal (szerves savak, aminosavak, cukrok, fenolok stb.) a növény maga tesz róla, hogy a számára szükséges mikroorganizmusok szoros kapcsolatot alakítsanak ki a gyökérzetével. A mikrobiális populációk reagálnak a növényi gyökerek által kibocsátott anyagokra, számuk 10-100-szoros is lehet a gyökerek környezetében, mint a növények nélküli talajban, illetve távol a gyökerektől.

A rizoszférában, ebben a dinamikus rendszerben a gyökerek és a mikroorganizmusok között folyamatosak a kölcsönhatások, és folyamatos a kommunikáció is. Ez utóbbi kijelentés talán túlzónak tűnhet, hiszen milyen kommunikációt várna az ember egy baktérium és egy növény között? Pedig számtalan kémiai molekula segítségével nemcsak kommunikálnak egymással, hanem igyekeznek irányítani is a másik élettevékenységeit.

A rizoszférában előforduló mikroorganizmusok nagy része képes a növényi növekedést és fejlődést szabályozó anyagokat előállítani (pl. Bacillus, Azotobacter, Pseudomonas, Rhizobium fajok). E növényi hormonok (fitohormonok), mint például az auxinek, a citokininek befolyásolják a gyökérrendszer fejlődését az oldalirányú gyökerek és gyökérszőrök növekedésének stimulálásával, mellyel így közvetve természetesen a tápanyag- és a vízfelvétel növelését is elősegítik. Érdemes megjegyeznünk, hogy a baktérium mellett sok gombafaj is képes auxint termelni.

A növényi hormonokat érintő baktérium-növény interakciók másik kiváló példája, ahogy egyes baktériumok az etilén termelésének szabályozásán keresztül „nyúlnak” bele a növény életfolyamataiba. Az etilén számos élettani hatása mellett gátolja a gyökérszőrök képződését és a gyökerek hossznövekedését. A gyökérben az etilén képződésének kiinduló vegyülete az ACC (aminociklopropán karboxil), amit a baktériumok egy speciális enzimükkel elbontanak, így gyakorlatilag a növény növekedését az etilénszint csökkentésén keresztül befolyásolják, illetve a stressznek kitett növényben növekvő etilén szintet lecsökkentve, segítik a növényt ebben a kritikus időszakban.

Régebb óta ismert, hogy jó néhány baktériumfaj populáción belüli egyedei jelzőmolekulák használatával kommunikálnak egymással. E jelenség tudományos neve quorum sensing (QS), melynek jelentősége abban áll, hogy egy bizonyos populációméret elérésével ezek az egyébként is folyamatosan termelődő jelzőmolekulák száma elér egy olyan kritikus szintet, ahol az adott népesség egységesen reagál az adott jelre, és megváltoztatják az adott baktérium populáció valamilyen fizikai tulajdonságát (például biofilmképződés kezdődik, antibiotikum-termelés indul be, stb.)

Azt azonban csak nem régóta tudjuk, hogy a növények érzékelik ezeket a jeleket, kémiai molekulákat, reagálnak rájuk (védelmi reakciók beindítása stb.), sőt e jelzőmolekulákhoz igen hasonló vegyületeket termelnek, melyekkel – kis túlzással – a maguk érdekei mentén befolyásolják a baktériumok viselkedését, esetleges kolonizációját.

Láttuk tehát, hogy a növények és a baktériumok (ugyanígy a gombák is) speciális mechanizmusokat hoztak létre egymás jelzőmolekuláinak érzékelésére és esetlegesen a válaszadásra is.

E mechanizmusok megismerésével újabb és újabb eszközök állnak majd rendelkezésünkre a környezetkímélő, hosszútávon is fenntartható szántóföldi növénytermesztésben, különös tekintettel talajaink termékenységének megőrzésére, illetve javítására.

Holopovics Zoltán
Fejlesztési és Szakmai vezető