Prospěšné bakterie na kořenech rostlin pomohou nakrmit lidstvo

Zachrání vědecký výzkum bakterií lidstvo od hladu?
Fluorescenční mikroskopie bakterií na kořenech rostlin
Fluorescenční mikroskopie bakterií na kořenech rostlin
Lukáš Synek
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama

Obecně se ví, že v našich střevech žijí užitečné bakterie, čili ne každá bakterie je nebezpečná. Věděli jste ale, že i pro rostliny existují bakterie mimořádně prospěšné?

Problém? Civilizace

Naše civilizace začíná pomalu pociťovat zásadní problém nedostatečné produkce potravin v globálním měřítku. Během následujících 30 let se má světová populace zvětšit ze 7,5 miliardy na 9,5 miliardy lidí. Zemědělská produkce však se současnými prostředky za tímto tempem růstu zaostává. Navíc ji negativně ovlivňuje stoupající znečištění, rozšiřování pouští a především pozvolna se zvyšující teplota a sucho vinou globálního oteplování. Je proto nezbytné intenzitu zemědělství výrazně zvýšit. Především v hustě zalidněných oblastech jižní Asie, kde už není, kam rozšiřovat plochu orné půdy, musí nastoupit moderní efektivnější postupy, překonávající dvojsečné vlivy hnojiv a agrochemikálií. Nicméně dostupné řešení třeba na obranu proti suchu by už teď uvítali i farmáři na jižní Moravě nebo Rakovnicku.

Semenáček huseníčku na rozhraní stonku a kořene (zeleně - bakterie, červeně - buněčné stěny, modře - chloroplasty). Červené výběžky jsou kořenové vlásky. Fluorescenční mikroskopie.
Semenáček huseníčku na rozhraní stonku a kořene (zeleně - bakterie, červeně - buněčné stěny, modře - chloroplasty). Červené výběžky jsou kořenové vlásky. Fluorescenční mikroskopie.
Lukáš Synek

Co je GMO?

Moderní strategie využívají jednak odolnějších transgenních kultivarů plodin (též GMO či geneticky upravené) a nebo půdních bakterií podporujících růst rostlin (angl. plant growth-promoting bacteria). Než se blíže podíváme na prospěšné bakterie, rád bych zdůraznil, abychom nezatracovali ani zmíněné transgenní plodiny, kterých se lidé tolik obávají. Ne každý vystudoval molekulární nebo buněčnou biologii, proto by měly evropské vlády konečně srozumitelně vysvětlit občanům prostřednictvím vědců, v čem genetické modifikace spočívají, a kontrovat tak aktivitě organizací, jejichž „odborníci“ lidi bezdůvodně děsí ignorujíce současné vědecké poznání. Výzvu, aby strašení zanechali, nedávno podepsalo 124 nositelů Nobelovy ceny .

Kořenosféra

Povrch kořenů rostlin lemuje v půdě tenká vrstvička zvaná rhizosféra, která je domovem celé řady mikroorganismů, včetně hlístů, roztočů, prvoků, hub, řas, bakterií a virů. Je prošpikována kořenovými vlásky, což jsou prstovité výběžky pokožkových buněk kořene. Jedná se tedy o složitý mikro-ekosystém, kde spolu navzájem interaguje rostlina, půda a mikroorganismy. Řada druhů bakterií nebo hub povrch kořenů kolonizuje a žije na něm přisedlým způsobem. Některé druhy kolonizují i nadzemní části nebo umějí pronikají dovnitř rostlinných těl a usazují se tam.

Počáteční fáze kolonizace kořene (červeně) druhem prospěšné bakterie (zeleně).
Počáteční fáze kolonizace kořene (červeně) druhem prospěšné bakterie (zeleně).
Lukáš Synek

Co z toho mají bakterie? Kořeny nejenže ovlivňují pH půdy v rhizosféře, ale vylučují do ní i tzv. exudáty, mezi něž patří zejména sliz produkovaný na špičce kořene, jehož primární role spočívá v ochraně a usnadnění pohybu rostoucí špičky kořene mezi půdními částicemi. Exudáty přitahují bakterie a jim slouží jim jako zdroj energie (potrava). V takovém prostředí bohatém na živiny se pak množí. Není tedy divu, že dále od kořene, ve volné půdě, je množství a zastoupení mikroorganismů značně chudší. Exudáty mohou samozřejmě přilákat i nebezpečné bakterie. Rostliny však stejně jako my mají imunitní systém, který dokáže nezvané vetřelce odhalit a potlačit.

Co z toho má rostlina?

Prospěšné bakterie produkují rostlinné hormony, čímž přímo podporují růst hostitele. O hormonech auxin a etylén je známo, že také zvyšují odolnost rostlin proti stresu způsobenému suchem, horkem nebo zvýšenou slaností půdy. Rostliny nemůžou ze stresových podmínek utéct jako živočichové, proto typicky zapnou mechanismy tlumící růst. Činnost bakterií zde tedy můžeme přirovnat k antidepresivům, které pomocí hormonů propůjčí rostlině větší odolnost (růst se tolik nezpomalí). Jinou možností je produkce látek, které chemicky uvolňují z půdy prvky, vázané například v nerozpustných solích, jež by jinak rostlina sama nedokázala získat (síra, fosfor, železo). Klasickým příkladem jsou tzv. hlízkové bakterie (Rhizobium), které dokážou vázat vzdušný dusík a poskytnout ho ve „stravitelné“ formě rostlinám; ty tak mohou žít i na půdách chudých na dusík. Zajímavým mechanismem je ochrana rostlin proti choroboplodným mikroorganismům, kdy druh prospěšné bakterie produkuje například antibiotika potlačující nežádoucí druhy.

Kolonizovaný povrch listu (zeleně - bakterie, červeně - průduchy a buněčné stěny, modře - chloroplasty). Bakterie preferují rýhy ohraničující pokožkové buňky
Kolonizovaný povrch listu (zeleně - bakterie, červeně - průduchy a buněčné stěny, modře - chloroplasty). Bakterie preferují rýhy ohraničující pokožkové buňky
Lukáš Synek

V současnosti vyrážejí výzkumné týmy do terénu a z kořenů rostlin osídlujících náročná stanoviště (např. zasolené půdy) izolují bakteriální druhy, které testují v laboratořích a posléze na polích, zda podporují růst rostlin a nejsou náhodou škodlivé pro člověka a zvířata. Řada prospěšných bakterií či mikroskopických hub je už komerčně dostupná jako tzv. bio-hnojiva (biofertilizers). Tyto přípravky se aplikují buď do půdy, nebo na osivo před setím a podstatně vylepšují výnosy nebo odolnost plodin. Předpokládá se, že v blízké budoucnosti dokonce nahradí používání chemických látek v zemědělství, zahradnictví, lesnictví a přispějí tak k „vyčištění“ našeho životního prostředí. Krása této aplikace spočívá v tom, že se jedná o levnou a přírodní technologii, tudíž ve sklizených plodinách nezůstávají stopy agrochemikálií.

Autor Mgr. Lukáš Synek, PhD., vystudoval biologii na Univerzitě Karlově v Praze, v současné době působí v Centru pouštního zemědělství na univerzitě KAUST.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama