Intenzifikácia poľnohospodárstva je momentálne jedinou cestou, ako nakŕmiť narastajúcu populáciu ľudí. S ňou je spojené nadmerné používanie minerálnych hnojív a pesticídov. Ako tieto trendy ovplyvňujú mikrobiálne zloženie pôdy a ako zasahujú do života a fungovania rastlín a ich mikrobiómu?
V snahe nakŕmiť rastúci počet ľudí na planéte sa celková plocha obrábanej pôdy za posledných 50 rokov zvýšila päťnásobne. Intenzifikácia poľnohospodárstva si za to isté obdobie vyžiadala sedemkrát väčšiu spotrebu umelých hnojív a niekoľkonásobný nárast spotreby pesticídov. Ich dlhotrvajúce používanie sa premietlo do celého ekosystému, ako aj do potravinového reťazca. Systematicky kontaminujeme naše denne konzumované potraviny a okolité porasty. Splašky z polí spôsobujú eutrofizáciu spodných vôd a vodných tokov. Vyšľachtili sme hybridy kultúrnych rastlín, ktoré sú závislé od pravidelného hnojenia a od chemickej ochrany - asi tak, ako sú mnohí dnešní ľudia závislí od internetu či sociálnych sietí. Pozrime sa na to, čo sme týmto násilným prístupom spôsobili samotným rastlinám. Prečo sa z nezlomných a odolných jedincov stali mocní, no relatívne bezbranní "závisláci". Výskum ukázal, že "rezignovali" nielen samotné rastliny, ale pod tlakom to čiastočne vzdal aj ich najväčší pomocník - mikrobióm.
Spôsob obrábania pôdy a pestovania plodín
Tradičné mnohodruhové hospodárenie, keď sa spolu pestovali viaceré kompatibilné plodiny, sa postupne zmenilo na monokultúrne pestovanie dominantných odrôd novošľachtených plodín. Tento spôsob hospodárenia je dnes kritizovaný pre zvýšenú emisiu skleníkových plynov, oslabenú schopnosť využívania živín, ale aj kvôli znižovaniu kvality pôdy a jej erózii. Intenzifi kácia hospodárenia vedie k zmenám mikrobiómu pôdy - menej bakteriálnych druhov, prerušenie hubových sietí ...
Fytoremediácia pomocou mikroorganizmov
Fytoremediáciou môžeme označiť všetky metódy a technológie využívajúce rastliny na dekontamináciu znečisteného životného prostredia. Týmito tzv. zelenými fytotechológiami sa dá čistiť nielen pôda, ale aj voda. Niektoré rastliny sú schopné prijímať, prenášať, ukladať a akumulovať toxické látky z pôdy (alebo vody). Po príjme koreňmi ich rastliny hromadia vo svojich nadzemných častiach (stonka, listy alebo plody). Tu ich vylučujú do bunkových stien, alebo ich ukladajú do bunkových vakuol, aby sa tak vyhli ich toxicite. Takto sa tolerantné rastliny (hyperakumulátory) dokážu vyrovnať napríklad s prítomnosťou ťažkých kovov (olovo, kadmium, nikel, chróm...), ktoré sú známe svojimi karcinogénnymi a mutagénnymi účinkami. Výskumom tejto problematiky sa zaoberá aj náš špičkový vedecký tím experimentálnej biológie rastlín z Univerzity Komenského v Bratislave pod vedením profesora Alexandra Luxa. Jeho tím Univerzita Komenského ocenila Striebornou medailou UK ako prejav uznania. Očisťovanie prírodného prostredia prebieha aj samovoľne, keď kontaminované plochy postupne zarastajú špecifickou vegetáciou, ktorá toxické látky toleruje a akumuluje ich. Tento proces je však limitovaný koncentráciou znečisťujúcich látok, keďže vysoké koncentrácie sú letálne aj pre vysokotolerantné rastliny. Mnohé hyperakumulátory sú žiaľ byliny s malým vzrastom, čo obmedzuje ich akumulačný potenciál. Aj preto sa na fytoremediáciu používajú tiež stromy (napr. topoľ či vŕba), ktoré síce akumulujú menej efektívne, rastú však rýchlejšie, sú mohutnejšie a prežívajú oveľa dlhšie. Proces degradácie je úzko spätý s činnosťou pôdnych mikroorganizmov, najmä baktérií a húb, pričom práve huby sú dobre známe svojou schopnosťou akumulovať ťažké kovy. Mikrobióm rizosféry je schopný zvýšiť príjem týchto kovov rastlinami tým, že huby pomáhajú zvyšovať ich dostupnosť pre korene. Ak sa fytoremediácia uskutočňuje pomocou stromov, mimoriadne dôležitú úlohu pri prenose ťažkých kovov do rastlín majú ektomykorízne huby. Pritom záleží na druhovom zložení ektomykorízy, lebo len niektoré druhy húb dokážu zvládnuť tento proces dostatočne efektívne. Dnes už však vieme tieto špecifické ektomykorízne huby pridať do pôdy a zefektívniť tým celý proces fytoremediácie. Rastliny sa dokážu zbaviť aj niektorých znečisťujúcich organických látok (xenobiotík) prítomných v prostredí. Deje sa to jednak pomocou enzýmov prítomných v samotných bunkách koreňov, alebo pomocou enzýmov fungujúcich na ich povrchu, prípadne v ich okolí. Práve rizosféra je obohatená o tieto degradačné enzýmy, pričom veľká časť z nich pochádza z baktérií mikrobiómu rizosféry. Prítomnosť takýchto špecifických baktérií a ich degradačná aktivita je napríklad v prípade Salix purpurea stimulovaná samotnou rastlinou prostredníctvom molekulových signálov vylučovaných koreňovými exsudátmi. Napriek tejto účinnej spolupráci prebieha degradácia xenobiotík veľmi pomaly. Proces degradácie by sa dal urýchliť a zefektívniť výberom vhodných rastlinných druhov, ich selektívnym šľachtením a/alebo pomocou priamych genetických manipulácií. V súčasnosti je však úspech týchto snáh stále závislý od chýbajúcich detailných znalostí o komunikácii medzi danou rastlinou a jej mikrobiómom. Okrem toho pre každú použitú rastlinu potrebujeme poznať najdôležitejšie mikroorganizmy, ktoré sa na dekontaminácii aktívne podieľajú, pretože na samotnom procese sa môžu zúčastňovať viaceré endogénne i pôdne mikróby (baktérie i huby). Cieľ je jasný, cesta je známa, na jej zavŕšenie však treba ešte veľa prostriedkov, trpezlivosti a najmä tisíce "mozgo-labáko-hodín" stoviek vedcov, vrátane tých slovenských....
Doc. RNDr. M. Mikuš, CSc.
