Hogyan segíthetünk a növényeknek a sóstressztűrésben?
Környezetünkben egyre szélsőségesebb időjárási körülményekkel találkozunk. A nyári időszak évrőlévre melegebb és szárazabb. Saját bőrünkön tapasztaljuk meg az egyre gyakoribb közel 40 Celsius-fokos nyári kánikulákat, hőségriadókat és hőkupolákat. Ezeken a napokon megpróbálunk valahogyan védekezni a hőség ellen. Például klimatizált helységekben vészeljük át a napokat, árnyékba húzódunk, bőségesen fogyasztunk folyadékot. Velünk, emberekkel vagy akár az állatokkal ellentétben a növények nem képesek,,elsétálni❞ árnyékos helyekre. Pedig a hőstressz, az aszály és a nem megfelelően alkalmazott öntözési és talajművelési eljárások a számukra létfontosságú talajok sókoncentrációját is megnövelik.

A Magyarországot is erőteljesen érintő klímaváltozás következtében az egyre gyakoribb aszályos időszakok és a hosszan tartó nyári hőség egyre inkább próbára teszik a növények tűrőképességét. Mindezzel párhuzamosan a környezetük, megszokott életterük is átalakulásokon megy át. A mezőgazdasági talajok egyre jobban száradnak, ennek során a talajszemcsék között lévő víz sótartalma is növekedhet, ami drasztikusan rontja a mezőgazdasági termőföldek minőségét. A természetes szikesedés mellett a helytelen öntözési módszerek és a túlzott vagy nem megfelelő talajhasználat, valamint a túl sok műtrágya használata is hozzájárul a talaj sótartalmának növekedéséhez. Ez nemcsak hazánkban okoz problémát a mezőgazdaság számára, hanem a világ számos más területén is. A tengerszint emelkedése miatt a part menti területeken gyakori a sós tengervíz beszivárgása a talajba. Napjainkban a talajok magas sótartalma több mint 1,4 milliárd hektár termőföldet érint világszerte, és az előrejelzések szerint 2050-re a megművelhető területek akár fele is sóstressznek lehet kitéve.

A talaj hajótöröttjei

Számos haszonnövény csírázása és növekedése is erőteljesen gátolt ilyen területeken. A termőföldek magas sókoncentrációja megnehezíti a növények vízfelvételét és a többi létfontosságú tápanyaghoz, például kaciumhoz vagy káliumhoz való hozzájutást is. A növény számára a sós talaj olyan, mintha szomjazna, miközben víz veszi körül - akárcsak egy csónakban a tengeren hánykolódó hajótöröttet... A sóstresszt a növények a gyökerükön keresztül érzékelik. Egyik első védekezési reakciójuk ilyenkor az, hogy növényi hormonok mint hírvivők közvetítésével a föld feletti szerveiken lévő gázcserenyílásaikat bezárják. Ezzel szerencsésen csökkenteni tudják a párolgás általi vízvesztést, de egyben gátolják a gázcseréjüket, és így a szén-dioxid felvételét is, aminek következtében ilyenkor bennük a fotoszintézis sebessége is csökken. A vízfelvételükre is kedvezőtlen hatása van annak, hogy a párolgás szívóereje megszűnik bennük. Sós talajokban a gyökerek sejtjeinek sejtfalán és sejtközötti járatain keresztül, valamint a sejtek membránjaiban lévő különböző ioncsatornákon és transzportereken át nátrium- és kloridionok jutnak a növénybe, melyeknek csak egy része jut át a növény gyökerében található speciális sejtrétegen, az endodermiszen keresztül a szállítószövetekhez, és jut fel így a hajtásba. Ezen ionoknak a növényi sejtben történő felhalmozódása felborítja a sejt anyagcseréjét, és károsan befolyásolja a színtestek szerkezetét és működését. A zöld színtestek döntően a levelekben találhatók, és alapvető szerepet töltenek be a fotoszintézisben, működésük közvetlen hatással van a növények növekedésére, fejlődésére és terméshozamára. A sóstressz egyszerre károsítja a fotoszintézishez fontos karotinoid és klorofill pigmentjeit a színtestekben, és megakadályozza a klorofill újraképződését is. A csökkent gázcserével együtt mindez a fotoszintézis és így a növekedés gátlásához fog vezetni, ezáltal csökkenhet a haszonnövények hozama, a termések mérete vagy minősége is.

Fenntartható megoldások

A mezőgazdaságban hagyományos talajjavító eljárásnak számít a talaj átmosása vagy kémiai talajjavító anyagok használata a talaj szerkezetének javítására vagy a benne lévő nátriumionok megkötésére, hogy azok már ne lehessenek felvehetők a növények számára, és így károsítani se tudják sejtszintű folyamataikat. Ezen eljárások és a klasszikus növénynemesítés is túl lassú, költséges, korlátozott hatékonyságú és több esetben hosszútávon nem fenntartható. A sürgető nehézségek miatt a modern, fenntartható mezőgazdaságban előtérbe kerültek a természetesebb biológiai megoldások. Jól bevett ilyen hosszú távú megoldásnak számít a mulcsolás vagy talajtakarás, a megfelelő vízelvezetés biztosítása, a vetésforgó szerinti művelés az adott földterületen, többféle növény kevert termesztése, vagy akár sótűrő növények ültetése a talaj helyreállítása érdekében. A kinoa vagy az új-zélandi spenót kifejezetten sótűrő kultúrnövények, melyek állítólag a sós talajon növesztve finomabb ízűek is lesznek, és a bennük felhalmozott ionok miatt talán még sózni sem kell annyira a belőlük készült ételeket. Az iménti jobban ismert módszereken túl a talajjavítással kapcsolatban megnövekedett igényeknek és az agrártudomány fejlődésének és új innovációinak köszönhetően számos alternatív megoldás is megjelent a piacon. Ezek közé tartozik a természetes biostimuláns anyagok alkalmazása és a hasznos mikroorganizmusok ,,bio"trágyaként történő felhasználása. Friss kutatások szerint nagyon bíztató hatásaik vannak, melyeket már több mint egy évtizede hazánkban is alkalmaznak.

Baktériumfürdő és barnamoszat-kivonat

Számos természetes eredetű szerves vegyületről és ásványi anyagról kimutatták, hogy képesek mérsékelni a sóstressz káros hatásait és pozitívan hatni a növényekre, „stimulálni” őket. Ugyanakkor még nem teljesen világos, hogy pontosan milyen mechanizmusokon keresztül fejtik ki hatásukat ezek a biostimulánsok, így további vizsgálatok szükségesek ahhoz, hogy hatékonyabb és olcsóbb készítményeket lehessen fejleszteni. Optimalizálni szükséges azt is, hogy mikor és hogyan alkalmazzuk őket. Erre is számos lehetőség van. Gyorsabb és egyenletesebb csírázást és korai stressztűrést fokozó hatást biztosít a növényeknek az, ha a magjaikat ültetés előtt vízbe, egyéb oldatba vagy akár hasznos baktériumok szuszpenziójába áztatjuk. A fiatal csíranövények gyökerének kezelése a legérzékenyebb fejlődési szakaszban növeli meg a növények túlélését. A növény egyedfejlődési ciklusának későbbi, növekedési vagy akár virágzási, magképzési szakaszára is lehet időzíteni az anyagok lombtrágya formájában való kipermetezését vagy a növények tápoldatos öntözését. Ezen kezelések közvetlenül támogatják a fotoszintézist, a biomassza-képződést és a terméshozamot. Talán kicsit meglepő módon, de a biostimulánsok közé tartoznak különböző tengeri algákból, többek között barnamoszatokból, készített kivonatok is, amelyek növekedési hormonokat, vitaminokat és a fehérjéket felépítő aminosavakat is tartalmaznak. Alkalmazásuk serkenti a növényi védőenzimek működését, növeli a klorofill mennyiségét, javítja a gázcserenyílások szabályozását, valamint tápanyagforrást biztosít a talajban élő egyéb hasznos mikroorganizmusok számára. A természetes sós környezethez jól alkalmazkodott sótűrő szárazföldi növények kivonatai is rengeteg, stresszhatást csökkentő vegyületet tartalmaznak, és pozitívan hatnak a haszonnövények növekedésére sós talajokon. Meglepő módon a gyapjú is kiváló vízmegtartó képességű anyag, ami lebomlása révén jelentős mennyiségű szenet és nitrogént juttat a földbe, ezáltal komolyan javítani tudja a talaj szerkezetét, tápanyagtartalmát és hozzájárul a hasznos mikrobiális élethez is a gyökérzónában. A textilipar melléktermékeként, hulladék formájában is keletkező gyapjúmulcs vagy gyapjúpelletek előállítási költsége sem feltétlenül magas, és számos készítmény formájában széles körben elérhetők. A humuszos talajok fő szervesanyag-komponensei, a huminanyagok, huminsavak és fulvonsavak is jelentősen javítják a talaj szerkezetét és kationcserélő képességét, elősegítve a tápanyagok oldódását, a növények számára való hozzáférhetőségét, a gyökérzet fejlődését és a növény általános ellenálló képességét. Nem feltétlenül kell a természetre vagy a gilisztákra várni ezek képződésével, mert a kereskedelmi forgalomban már számos, ilyen anyagokat tartalmazó talajjavító készítmény kapható viszonylag olcsón.

A szilíciumról és a szalicilsavról is kimutatták, hogy a növény sejtszintű folyamatait aktiválva a növényben magában tudnak előidézni olyan kedvező változásokat, melyek következtében a növények ellenállóbbak lehetnek a sóstresszel szemben. A szilícium emellett a sejtfalak szilárdságát is növeli, míg a szalicilsav egy fontos jelátvivő molekula a növényi stresszválaszokban. Jelenléte az antioxidáns védekezőrendszer aktiválása révén csökkenti a reaktív oxigénformák szintjét, megóvja a sejtmembránt és a sejtszervecskéket a sóstressz által keletkezett sérülésektől. A szalicilsav növeli a víz visszatartást ozmotikus stressz közben, a gázcserenyílások nyitásának és zárásának a szabályozásával.

Segítenek a mikroorganizmusok

A kultúrnövények sós talajokon való termesztése során sikerrel alkalmaznak baktériumokból vagy mikroalgákból előállított élő vagy elhalt, biomasszaalapú biotrágyákat is a növények sótűrésének fokozása céljából.

A különböző mikroorganizmusok talajba juttatva vagy a növényekre permetezve elősegíthetik a növények tápanyagfelvételét, növelhetik a sóstressz toleranciáját, illetve különböző hatásaik révén, mintegy enyhe külső ingerként, immunstimulánsként felkészíthetik a növényeket a közelgő,,stresszes" időszakra. Ilyen,,jó" mikroorganizmusok közé tartoznak a növényi növekedést serkentő rizobaktériumok, a mikorrhizaképző gombák (ekto-és arbuszkuláris mikorrhiza gombafajok egyaránt), a gyökerekben és más növényi szervekben élő endofita gombák, egyes élesztők és mikroszkopikus méretű fotoszintetizáló egysejtűek, mikroalgák. Az említett eltérő élőlénycsoportok különböző mechanizmusok révén, de támogatják a növényi egészséget, az ionhomeosztázist és tápanyagfelvételt, az ozmotikus egyensúlyt, befolyásolhatják a gyökérnövekedést, hozzájárulnak a növény hormonális szabályozásához is és az antioxidáns védekezést is fokozzák.

Kutatócsoportunk jelenleg egy mikroalga-alapú növénykezelési eljárás fejlesztésén dolgozik, ami fenntartható és környezetbarát megoldást nyújthat a jövőben a sóval szennyezett, szikes vagy másodlagosan szikesedett, túlöntözött talajokon való gazdálkodáshoz. Az alkalmazott irányú kutatások mellett fontos ugyanakkor megérteni az ilyenkor használt készítmények biológiai hatásmechanizmusát is. Jelenleg erőteljesen limitált a tudásunk ezekkel a készítményekkel kapcsolatban, pedig változó időjárási vagy talajkörülmények között más lehet a hatásuk a különböző mikroorganizmusoknak, köztük a mikroalgáknak is. Azt sem tudhatjuk előre, hogy egy-egy faj vagy új nemesített növényfajta hogyan reagál ezekre. Az sem egyértelmű, hogy az algasejtek mennyi ideig maradnak életben a növényekre vagy talajra történő kipermetezésük után. Ugyanakkor az élő vagy akár szárított mikroalga-tenyészetek és -kivonatok a sejtjeikből felszabaduló anyagok révén is pozitív hatást fejtenek ki a növényekre, talajra és az abban élő mikroorganizmusokra is. Alkalmazásukkal a növények növekedése és fejlődése fokozódhat, hozamuk is megnövekedhet, valamint a mezőgazdasági talajok struktúrája is javul. Ezek a készítmények rengeteg biológiailag aktív anyagot tartalmaznak, melyek felelősek lehetnek a hatásokért. Ezen vegyületek részt vesznek a növényi immunrendszer aktiválásában (indukált szisztémás rezisztenciát váltanak ki), a fitohormontermelés fokozásában, az esszenciális tápanyagok oldékonyságának előmozdításában, és a növény saját antioxidáns rendszerének erősítésében is. Ezen pozitív hatások révén az ilyen készítmények a növények teljes életciklusa alatt támogatni tudják a fejlődésüket és mérsékelni tudják a sóstressznek a fotoszintézisre gyakorolt gátló hatását is. Bár a laboratóriumi és üvegházi kísérletek egyértelműen igazolják e biológiai megoldások jótékony hatását, a gyakorlati szántóföldi alkalmazás során számolni kell a talajszikesedés időbeli és térbeli ingadozásaival. A jövőbeli kutatások egyik fő iránya a többféle stresszhatásnak (például az egyszerre jelen lévő sóstressznek, hőségnek és szárazságnak) kitett növények védelmének fokozása. Emellett ugyanilyen fontos a gazdálkodók tájékoztatása és gyakorlati oktatása e fenntartható technológiák széles körű elterjesztése érdekében.

Ez a munka a Nemzeti Kutatási és Innovációs Hivatal NKKP Advanced 153509 számú pályázata, valamint a Kulturális és Innovációs Minisztérium Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból nyújtott támogatásával, a Kooperatív Doktori Program (KDP-2023) pályázati program finanszírozásában, a C2299457 számú projekt keretében valósult meg.

Forrás Élet és Tudomány