Mit lehet tudni a rizoszféráról?

A gyökerek a növény számára támaszt jelentenek, illetve ők veszik fel a szükséges tápanyagokat és vizet.  A rizoszféra egy keskeny, a vaszkuláris növények gyökérzete által határolt és közvetlenül befolyásolt talajrész. A gyökérváladékok hatására, melyek a rizoszféra organizmusait stimulálják, ebben a zónában intenzív biológiai aktivitás figyelhető meg.

A kifejezést először Lorenz Hiltner, német növényorvos és agronómus használta 1904-ben azon különleges mikroorganizmusokat tartalmazó gyökérkörüli talajrész leírására, melyekre a növény gyökere által kieresztett kemikáliák közvetlen hatással voltak. Hiltner megfigyeléseit eleinte csak a szimbiotikus nitrogénkötő baktériumokra és hüvelyesek gyökérzetére alapozta, de ezek a megfigyelések később mindenféle interakcióra kiterjedtek.

A rizoszféra kifejezés részben a görög „rhiza” szóból ered, mely gyökérzetet jelent. Hiltner óta a kifejezés jelentésén finomítottak – a gyökérzettől való relatív távolság alapján 3 részre osztható: 

  • endorizoszféra: gyökérszövetből áll és magában foglalja az endodermist és a kortikális rétegeket
  • rhizoplane: a gyökér felülete, ahol a talajrészecskék és a mikrobák ragadnak meg
  • ectorizoszféra: a legtöbb külső rész; azaz a talaj, amely közvetlenül a gyökér mellett van

A Rhizoplane tehát az a gyökérfelszíni zóna, ahol a mikroorganizmusok felületi struktúrák (pl. flagellák, fimbriák, sejtfelszíni poliszacharidok) segítségével megtapadnak, a rizoszféra pedig a növény gyökereit közvetlenül körülvevő vékony talajréteg. A gyökérrendszer komplexitása és diverzitása miatt a rizoszféra nem egy fixen meghatározható méretű vagy formájú régió, hanem egy, a gyökérzet mentén változó, és ahhoz igazodó zóna. Ez a talajrész csupán néhányszáz mikrométertől akár a gyökértől terjedő 5 mm-es távolságra is kiterjedhet. A rizoszférában lévő baktériumok és mikroorganizmusok között találhatók azok is, melyek a „rhizodeposition”-nek nevezett folyamat során a gyökér által kieresztett váladékok protein- és cukortartalmával táplálkoznak. A legtöbb rizoszférában megtalálható faj organotróp, tehát organikus anyagok felhalmozásából nyerik az energiát. A legtöbb talajban azonban az elérhető organikus vegyületek száma limitált.

A gyökérzet mintázata és kompozíciója tehát nagyban befolyásolja az őt körülvevő mikrobiális aktivitást és populációt, ami közvetlen hatással van az itt lévő fonalférgekre és mikro-ízeltlábúakra. A rizoszféra és a növény között jótékony és káros hatásmechanizmusok léteznek, amik pedig közvetlen hatással vannak a növény gyökérfunkcióira és növekedésére. A legutóbbi kutatások fontos megállapítása, hogy a rizoszférában bizonyos, emberek számára is káros mikroorganizmusok léteznek, melyek komoly közegészségügyi veszélyt jelentenek mind a termesztők, mind a fogyasztók számára. 

A rizoszféra környezetének általában alacsonyabb pH-ja van, kevesebb oxigénnel és magasabb szén-dioxid-koncentrációval. A növények a tápanyaghiányos talajkörnyezetre gyökérzetük alakjának változtatásával reagálnak, hogy elérjenek olyan mikroorganizmusokat, melyekkel kölcsönhatásba lépve megváltoztathatják a rizoszféra kémiai összetételét. A gyökérváladék egyik szerepe, hogy segítsen a növénynek felfedezni a szükséges tápanyagokat a rizoszféra redox potenciáljának savasításával, illetve közvetlen kelátkötések kialakítása által a tápanyagokkal. A gyökérkivonatok így a rizoszférában lévő talajt savasabbá vagy lúgosabbá tehetik, attól függően, hogy milyen tápanyagok érhetőek el a növény számára a talajból.

A növény növekedését meghatározó legfontosabb anyagok a nitrogén és a foszfor. A talajokban elérhető nitrogénszint általánosságban alacsony, a szívárgó esővíz, az agyag ammóniumkötései, valamint a bakteriális denitrifikáció hatására. Ugyan a Föld atmoszférájának 78%-a nitrogénből áll, a nitrogénnek ezen (gáz) formáját kizárólag nitrogénkötő organizmusok képesek hasznosítani. Ezért van az, hogy a nitrogén szervetlen formájával dúsítják a talajokat, melyeket a növények is fel tudnak használni külső segítség nélkül. A rizoszféra mikroorganizmusai olyan nyomelemek felvételét is elősegíthetik, mint a vas. A vas nagymértékben elérhető a talajban, azonban semleges és lúgos feltételek mellett leginkább oldhatatlan oxid formában fordul elő, mely nem képes a növekedés elősegítésére. 

Egy 2020-ban Kínában szabadföldön termesztett paradicsomfajokkal végzett vizsgálat kimutatta, hogy a rizoszférából kivont exopoliszacharidok eltérőek voltak (teljes cukormennyiség és átlagos infravörös mérés) a termesztett paradicsomfajtáktól függően, valamint korlátozott öntözés mellett (vízhiányos körülmények) az exopoliszacharid-termelés és a mikrobiális aktivitás növekedése befolyásolta a paradicsom talajban való vízvisszatartását és szántóföldi teljesítményét.

Egy teáskanálnyi szántóföld több mikroorganizmust tartalmaz, mint a föld népessége, de a rizoszféra még ennek is az 1000-2000-szeresét. Támadás észlelésekor a növények aktívan igyekszenek kiválasztani a támadás legyőzéséhez szükséges elemeket a rizoszféra környezetükből. Ez tisztán megfigyelhető az úgynevezett betegségelnyomó talajokban, ahol a kórokozók nagy száma ellenére sem alakul ki a betegség, még az arra hajlamos növényekben sem.

A rizoszféra mikrobiális közössége növényfajonként változik a talaj típusa alapján, de általánosságban a mikroorganizmusai három nagy csoportba sorolhatók, attól függően, hogy milyen hatást gyakorolnak a növényekre

  • Hasznos mikrobák, amelyek jó hatással vannak a növény növekedésére és egészségére, pl. fontos tápanyagokat biztosítanak a növény számára vagy különböző rezisztencia-mechanizmusokat szorítanak vissza: nitrogénkötő baktériumok, bizonyos gombák, biokontroll mikroorganizmusok, növekedésserkentő rizobaktériumok (PGPR), néhány parazitikus gombafaj, valamint a protozoonok (véglények). Ezen mikrobák segítésére a biotrágyázás, gyökérstimulációs eljárások, valamint az abiotikus nyomás kezelése, kórokozó kontroll alkalmazható. 
  • Kommenzális mikrobák, amik nem közvetlenül károsítják a növényt, hanem valamilyen más mikroorganizmust befolyásolnak egy olyan komplex hálózaton keresztül, amely közvetett hatást gyakorol a növényre.
  • Káros (patogén) mikrobák: kórokozó gombafajok, petespórás gombák, baktériumok, fonalférgek. Sajnos a rizoszférában található mikroorganizmusok között egyre több olyat találunk, amelyek a növények számára hasznosak, az emberek számára azonban károsak, és elburjánzva akár népbetegségeket okozhatnak. Ez részben a talaj mesterséges tápanyagokkal való dúsítása, illetve a műtrágyázás miatt van.

A rizoszféra mikroorganizmusai alkotják a betegségekkel és kórokozókkal szembeni elsődleges frontvonalat a növény számára, olyan folyamatokkal, mint az antibiózis, nyomelemekért és tápanyagért való versengés, parazitizmus, serkentő hormonok termelése, szisztémás rezisztencia kiváltása a biotikus és abiotikus stresszel szemben.

Az elmúlt évtizedben az emberek számára friss növényekben található káros kórokozók és szennyezettség központi témává vált, és aggodalomra ad okot. A szalmonellózis egyre inkább köthető olyan kertészeti termékekhez, mint gyümölcsök, saláta, káposzta, és más nyers zöldségek. Már több tudományos kutatás során bebizonyosodott, hogy a káros baktériumok nemcsak a betakarítás után kerülhetnek a tápanyagláncba, de még a betakarítás előtti korszakban is. Éppen ezért egyre növekvő érdekünk olyan stratégiák kifejlesztése, melyek segítségével átformálhatjuk a rizoszférát olyan mikroorganizmusok előnyére, melyek a növény produktivitását segítik, és megakadályozzák a kórokozókat.

Tekintve, hogy a gyökérváladékok mekkora szerepet játszanak a zóna, és így a növény életében, az egyik legelterjedtebb stratégiai megközelítés olyan növények tenyésztése, illetve genetikai manipulálása, amelyek a hasznos mikrobákat vonzzák a károsak helyett. Ez, a „rhizosphere engineering”-nek nevezett módszer azonban még gyerekcipőben jár, és a rizoszférán belüli molekuláris kommunikáció és kölcsönhatások sokkal mélyebb ismeretét követeli. Emellett népszerű módszerek a rizoszféramenedzsmentre jótékony mikroorganizmusok bejuttatása a talajba, közvetlen a magokhoz, valamint a már rizoszférában lévő organizmusok stimulálása különböző talajmenedzsment módszerek révén.Hosszútávon az emberekre káros kórokozók visszaszorítására várhatóan azon növénytenyésztő programok fogják a megoldást jelenteni, melyek célja a molekuláris kölcsönhatások kialakítása a növény, valamint a rizoszféra életközössége között. 

Tetszett a cikk? Oszd meg másokkal is!

Megosztás itt: facebook
Megosztás Facebookon
Megosztás itt: linkedin
Megosztás LinkedInen