Az esszenciális tápelemek mikrobiológiai körforgalma a szántóföldi növénytermesztésben
A mikroorganizmusok igen fontos szerepet játszanak a földi élet szempontjából nélkülözhetetlen anyagok körforgalmában, így többek között a szántóföldi növények tápanyagellátásában, a természet anyagcsere-egyensúlyának fenntartásában.
A mikroorganizmusok szerepét tekintve sajnos még ma is élnek téves felfogások a köztudatban. Bár a 21. században a különböző médiacsatornák (tévék, újságok és az internet is) már több módon kommunikálják felénk, hogy adott esetben a probiotikumokra szükség lehet, a baktérium név a legtöbb ember számára gyakorlatilag mégis egyet jelent a betegség fogalmával. Ennek ellenére tény, hogy a nagyszámú mikroorganizmus közül elenyésző azoknak a száma, amelyek megbetegedést okoznának.
A gyökerek és a talaj mikroorganizmusai között sajátos kölcsönhatás van. A gyökerek által a rizoszférába kiválasztott különböző anyagok nem csupán szervesanyagforrást jelentenek az ott élő mikroorganizmusok számára, hanem egyfajta sajátos jeleknek is felfoghatók. A flavonoidok számos esetben a gyökérexudátumok aktív komponensei. Ugyanakkor egy kutatás szerint a flavonoidok más csoportja gátolja a patogén gombák megtelepedését a gyökerek közelében.
A mikroorganizmusok számos csoportja, ide sorolva – a teljesség igénye nélkül – az Arthrobacter, a Bacillus, Enterobacter, Serratia és Pseudomonas fajokat, közvetlenül hatnak a szója (Glycine max) növekedésére, ugyanakkor a burgonya (Solanum tuberosum) és a cukorrépa (Beta vulgaris ssp. altissima) rizoszférájából izolált mikroorganizmusoknak csupán az 1-4%-a hatott kedvezően a növekedésre.
Ezek közül a legtöbben a Pseudomonas fajokhoz tartoztak. Hatásuk pozitív, mert számos kedvező hatású szerves anyagot, többnyire szerves anionokat, növekedésszabályozókat, hormonokat és antibiotikumokat termelnek.
A mikroorganizmusok a szántóföldi növények tápanyagfelvételét is elősegítik. Ez két alapvető hatásra vezethető vissza. Egyrészt fokozzák magának a tápanyagoknak a feltáródását, mobilitását, azaz a növények számára elérhető formába kerülnek általuk a tápelemek, másrészt közvetlenül növelik a tápanyagfelvételt és annak az intenzitását is.
Korai kutatások (’40-es, ’50-es évek) eredményeként tisztázódott, hogy az inokulált baktériumok elősegítették a foszfor felvehetőségét, a szerves foszfátok mineralizációját fokozták, az oldhatatlan foszfátot oldhatóvá tették. A talaj inokulálása, azaz „beoltása” Azospirillum brasiliesevel a búza (Tritikum), a cirok (Sorghum) és a kukorica (Zea mays) esetében jelentősen növelte a nitrogén, a kálium és a foszfor felvételét.
A búzát inokulálva Azospirillummal azt tapasztalták, hogy a gyökércsúcs mögötti része intenzívebben fejlődött, megnőtt a gyökérszőrök felülete, ami a tápanyagok fokozott felvételéhez vezetett. Egyes kutatások eredményei szerint is a Pseudomonas putida törzsével indukált talajon fokozódott a P felvétele, és szignifikánsan emelkedett a gyökér és a hajtás P-tartalma is.
Szántóföldi körülmények között azt állapították meg, hogy a fokozott tápanyagfelvétel oka az intenzívebb gyökérnövekedés. Más kísérletekben is megfigyelhető, hogy a Pseudomonas cepacia R85-ös törzsével kezelt gyökér szövettenyészetben a hajszálgyökerek képződése meghaladta a kontrollnál mértet.
A mikroorganizmusok hormontermelése
A rizoszférában élő baktériumok jelentős része növényi növekedésszabályozókat termel, mint amilyen az auxin, a gibberellin és a citokinin. Ezt először a ’70-es évek közepén írták le. Szántóföldön nevelt kukoricánál többszörös citokinin-, auxin- és abszcizinsav-koncentrációt mértek a rizoszférában, mint a gyökerektől távolabb.
A mért koncentrációk már bőven elégségesek voltak a morfológiai változások kiváltásához. Azotobacter chroococcum-tenyészethez kukorica gyökereinek váladékát adva jelentősen emelkedett a baktérium citokinin- és auxintermelése. Ezek az úgynevezett hormonprekurzorok, amiknek az adagolásával a mikroorganizmusok hormontermelése megemelkedhet.
A hormonprekurzorok pedig a magasabb rendű növények természetes gyökérváladékai. A kedvező hatás egyik lehetséges módja, hogy a baktériumok által az anyagcsere-folyamataik révén termelt növényi hormonok fokozzák magának a növénynek az anyagcseréjét, növekedését, ezáltal a biológiai produkciót is. Kimutatták, hogy Azospirillum indukálást követően csökkent a gyökerek kötöttauxin-tartalma, míg emelkedett a szabadauxin-szint.
A baktériumok fenti kedvező hatása tehát a serkentőhormonok termelése, amelyeket a növény azonnal képes felvenni, nem kell plusz energiát fordítania az előállítására. Ugyanakkor kimutatták, hogy bizonyos Pseudomonas törzsek gátolják az etilén képződését az amino-ciklopropán-karbonsavból (ACC). A gátló hatású etilén termelésének mérséklése a növények növekedését szintén kedvezően befolyásolja.
A növényi hormonok szerepét a tápanyagfelvétellel kapcsolatos szignalizációs rendszerben is kimutatták. Az elemek körforgalmát a természetben úgynevezett biogeokémiai ciklusoknak hívjuk. Az élő szervezetek átlagos fejlődésükhöz 30-40 esszenciális elemet igényelnek. Az oxigén és hidrogén kivételével ezeknek az elemeknek az utánpótlása korlátozott, ezért körforgalmuk elengedhetetlen a fejlődésük érdekében.
A mineralizációnak nevezett folyamat – amely az anyagokat visszajuttatja a természet körforgalmába – egyaránt érinti a szén, a nitrogén, a foszfor, a kén és más egyéb esszenciális elemek körforgalmának fenntartását is.
A mikroorganizmusok jelentőségét méltatva ezért mondta már Pasteur 1854-ben, hogy nélkülük egyszerűen megszűnne az élet a Földön.
A mikroorganizmusok elterjedését, fejlődését és tevékenységét vizsgálva megállapítható, hogy számukra a legalkalmasabb biotóp, azaz élettér sok esetben a talaj. Elterjedésük a talajban függ annak típusától, nedvességtartalmától, valamint hőmérsékleti állapotától – sok egyéb tényező mellett.
Ez utóbbi, vagyis a hőmérséklet meghatározza a mikroorganizmusok általános és évszakos tevékenységét a talajban. Ez a tevékenység azért is fontos számunkra, mert az ember és az állatok táplálkozásában szükséges anyagok termelését, a talaj termékenységét egyaránt döntően befolyásolja.
Normál, átlagos viszonyok között általában a talaj legfelső rétegében találjuk a legtöbb mikroorganizmust. Ezek számát a hőmérséklet, a nedvesség mellett más tényezők is befolyásolják, mint pl. a felszínt borító növénytakaró vagy a számukra fellelhető tápanyag mennyisége stb.
A talaj-mikroorganizmusok vízigénye, bár hihetetlennek tűnik, de megegyezik a magasabb rendű növényi szervezetek vízigényével, lásd pl. kukorica. Nagyobb víztartalom esetén azonban olyan mértékben csökken a talajban a levegő-, ill. az oxigén mennyisége, hogy ott anaerob körülmények lépnek fel.
Érdekes tény, hogy olyan helyen is sikerült talajlégzést mérni, ahol évekig nincs csapadék, és a növényzet is teljesen hiányzik, ami azt bizonyítja, hogy még ilyen körülmények között is van mikrobatevékenység. Röviden: nincs lehetetlen.
Az élő szervezetek átlagos fejlődésükhöz 30-40 esszenciális elemet igényelnek. Az oxigén és hidrogén kivételével ezeknek az elemeknek az utánpótlása korlátozott, ezért körforgalmuk elengedhetetlen
A talaj-mikroorganizmusok tevékenysége szorosan összefügg a talajban előforduló szerves anyagokkal, azok mennyiségével, milyenségével. A természetes talajok felső rétegében, ahol a szerves anyagok tömegesen állnak rendelkezésre, a trágyázástól teljesen függetlenül is sokkal gazdagabb a mikroflóra, mint a szántóföldi talajok ugyanazon rétegében.
Ez a jelenség a rétek talajában a legszembetűnőbb, ahol a gyökérzet tömege állandóan ad le környezetének tápanyagokat, s emellett elhaló gyökérrész is állandóan jelen van. Az évi tömeges levél- és ágtörmelék talajba jutása következtében szerves anyagban az erdőtalaj a leggazdagabb. A baktériumok száma mégsem ebben a legtöbb, mert itt sok a baktériumok számára nehezen bontható anyag, és a savanyú közeg is a gombáknak kedvez.
Az itt felhalmozódó növényisejtfal-maradványok – köztük a lignin, gyanták stb. – a gombák számára nyújtanak igen jól lebontható táplálékot. A gombák elszaporodása egyoldalú antagonista jelenséggel párosulhat, ami a baktériumokelszaporodását gátolja, de ez már egy másik érdekes téma.
A növénytermesztésnek nem szabad figyelmen kívül hagynia a mikroorganizmusok hasznos hatását a talaj termékenységére, tápanyag-szolgáltató képességére. A mikroorganizmusok gondoskodnak a tápanyagellátásról, amióta csak létezik növénytermesztés.