Gomba gombának farkasa: Trichoderma-alapú mikofungicidek a biológiai védekezésben
A gombakártevők elleni védekezés megvalósítása napjainkban főként kémiai úton, gombaölő vegyszerek (fungicidek) alkalmazásával történik. Az ilyen szerek használata azonban magas költségekkel jár, terheli a környezetet, a szermaradványok pedig bekerülnek élelmiszereinkbe. Ráadásul a növénykórokozó gombákban ellenállóképesség (rezisztencia) alakulhat ki a kémiai fungicidekkel szemben, ezáltal szűkül az eredményesen felhasználható növényvédőszerek köre. Ezért – különösen a biotermesztéssel foglalkozó gazdák részéről – egyre növekvő igény mutatkozik a hatékony, biológiai védekezési módszerek alkalmazása iránt. A növénykórokozó gombák elleni biológiai védekezés céljaira különösen ígéretesek a Trichoderma fonalasgomba-nemzetség képviselői, melyek számos biofungicid és növénykondícionáló készítmény alapját képezik.
Mikofungicidek
A cikk címe láttán az olvasóban megfogalmazódó első kérdések valószínűleg a következők: Mik azok a mikofungicidek? Talán valamiféle kémiai növényvédőszerekről van szó? És hogy jön ide a farkas? A címben szereplő szójáték (gomba gombának farkasa) arra utal, hogy a mikofungicidek olyan hasznos gombák, melyek segítségével sikeresen védekezhetünk növénykórokozó gombák ellen. Nem kémiai szerekről van tehát szó, hanem olyan élő szervezetekről, melyekkel vegyszermentes, biológiai védekezés (biokontroll) valósítható meg. Ennek során egy vagy több hasznos mikroszervezet környezetbe történő, célzott kijuttatásával és annak hatása révén gátoljuk meg a növénykórokozó gombák terjedését, kártételét.
A „mikofungicid” szóösszetétel a „biopeszticid” kifejezésből eredeztethető. Biopeszticidek alatt a biológiai növényvédelemben kórokozók, kártevők ellen alkalmazható, mikroorganizmusokon alapuló készítményeket értünk. A kifejezés előtagját (bio-) lecserélhetjük az alkalmazott biokontroll szervezeteknek megfelelően – a „mikopeszticidek” ennek értelmében gombákon alapuló biokontroll készítmények, – utótagját (-peszticid) pedig a kártevő, kórokozó célszervezetek szerint (1. ábra). A mikofungicideken alapuló védekezési eljárások alkalmazásakor a biokontroll szervezet és a célszervezet egyaránt a gombák köréből kerül ki.
1. ábra | A biopeszticidek nevezéktana
A növénykórokozó gombák megbetegítik, esetleg el is pusztítják gazdanövényüket, ami súlyos gazdasági károkhoz vezet, amennyiben a gazda valamely haszonnövényként termesztett növény. Ebbe a kórokozó és gazdaszervezete között kialakult kölcsönhatásba tudunk hasznos gombákon alapuló mikofungicidek alkalmazásával beavatkozni (2. ábra). Célunk ilyenkor, hogy a hasznos gomba kiszorítsa, gátolja, illetve elpusztítsa a kórokozó gombát. Emellett kifejezetten előnyös, ha a hasznos gomba közvetlenül a haszonnövénnyel is köcsönhatásba lép és pozitív hatást gyakorol rá.
2. ábra | A mikofungicidek alkalmazásakor kialakuló kölcsönhatások
A mikofungicidként alkalmazható hasznos gombák utáni kutatás során érdemes megvizsgálnunk a növénykórokozó szervezeteket elnyomó hatású, ún. szupresszív talajokat. Előfordul, hogy egy növénytermesztési rendszerben felüti a fejét egy gombás betegség, melynek megnyilvánulási intenzitása aztán évről évre fokozatosan csökken, anélkül, hogy bármilyen módon beavatkoznánk. A jelenség hátterében gyakran a talajban élő mikroorganizmusok, köztük biofungicid hatású gombák állnak. Érdemes az epifita, azaz a haszonnövény gyökerének, levelének felszínén előforduló, valamint az endofita, azaz a növények belsejében élő gombák között is szétnéznünk. A biológiai védekezés céljaira szóba jöhetnek továbbá a növénykórokozó gombákat megtámadó, ún. hiperparazita gombák is.
A Trichoderma nemzetség
A növénykórokozó gombák elleni biológiai védekezés legígéretesebb jelöltjei a Trichoderma tömlősgomba-nemzetség képviselői. Ezek a táptalajon jellegzetes, zöld színű telepeket képző, fonalas penészgombák a talajba került, elhalt növényi maradványok lebontásából fedezik tápanyagszükségletüket. A növények gyökérzónájában (rizoszférájában) gyors növekedésre, elágazó fonalaik végéről lefűződő ivartalan spóráik (konídiumaik) révén pedig hatékony terjedésre képesek.
A Trichoderma nemzetség képviselői sokszor merülnek fel növénykórokozó gombákkal szembeni antagonizmusuk kapcsán. Antagonizmus alatt élőlények között fennálló és időlegesen vagy állandóan megnyilvánuló ellenhatást értünk, amely lehet egyirányú vagy kölcsönös.
A Trichoderma fajok antagonizmusának alapjául szolgáló folyamatok közül meg kell említeni a növénykórokozó gombákkal történő hatékony kompetícióra (versengésre) való képességet. A Trichoderma fajok nagy populációméretet tudnak kialakítani és kiemelt hatékonyság jellemzi őket a tápanyagokért (szerves vegyületekért, mikroelemekért) zajló versenyben. A jó versengési képességekkel rendelkező Trichodermák gyors növekedésük által képesek kiszorítani számos növénykórokozó gombát a gyökerek felszínéről és a rizoszférából.
A hatékony versengés mellett számos Trichoderma faj termel különböző típusú gombaellenes vegyületeket (pl. gliotoxin, gliovirin, peptaibolok, 6-pentil-piron, viridin, alkoholok, ketonok, szeszkviterpének), melyek gátolják, vagy elpusztítják a növénykórokozó gombákat. Sok Trichoderma faj ezen túl képes más gombák fonalait felismerni, azokra rátekeredni, a megtámadott gomba sejtfalát feloldani, majd a célgomba fonalainak belsejébe hatolva annak beltartalmát tápanyagként hasznosítani.
A Trichodermák különböző fonalasgombákat tudnak parazitaként megtámadni, köztük növénykórokozó Alternaria, Armillaria, Botrytis, Fusarium, Monilia, Phytophthora, Pythium, Rhizoctonia, Sclerotinia és Verticillium fajokat is. A növénykórokozó gombákra gyakorolt hatás mellett a Trichodermák közvetlenül, kórokozó hiányában is képesek serkenteni a haszonnövények növekedését, mely egyrészt növényi hormon-szerű vegyületek termelése, másrészt a tápanyagok növény számára hozzáférhetővé tétele révén valósul meg.
A Trichodermák képesek továbbá serkenteni a növények védekezési reakcióit is, mely az egész növényre kiterjedhet (indukált szisztémás rezisztencia), azaz gyökérszinten történő Trichoderma-kezelés védelmet biztosíthat a levélszinten támadó kórokozók (gombák és baktériumok) ellen is. A mintegy 300 ismert Trichoderma faj közül a Trichoderma asperellum, T. atroviride, T. gamsii, T. harzianum, T. virens és T. viride fajokba tartozó gombatörzsek az említett előnyös tulajdonságaik révén kiválóan alkalmasak arra, hogy belőlük a növénykórokozó gombák elleni biológiai védekezésben felhasználható mikofungicid, illetve a növényekre pozitív hatást kifejtő növénykondícionáló készítményeket állítsunk elő.
Trichoderma-alapú készítmények fejlesztése
A Trichodermán alapuló mikofungicid és növénykondícionáló készítményekkel szemben számos elvárás fogalmazható meg. Olyan „Szupertrichodermát” keresünk, mely gyors növekedésre és intenzív konídiumtermelésre képes, növényekre, állatokra, emberre nem ártalmas, kiváló antagonista képességekkel rendelkezik sok növénykórokozó gomba ellen, hatékonyan bontja a szármaradványokat, a kémiai peszticidmaradványok bontása révén képes a talaj tisztítására (detoxifikálására), számos kémiai fungicidre rezisztens, ezáltal velük kombináltan is alkalmazható, széleskörű rizoszféra-kompetenciával rendelkezik, melynek révén sokféle haszonnövény gyökérzónájában alkalmazható, képes továbbá a növények növekedésének serkentésére és számos kórokozóval szembeni rezisztencia kiváltására is.
Joggal merülhet fel a kérdés: létezik-e olyan Trichoderma törzs, mely valamennyi, előbbiekben említett elvárásnak megfelel? Ilyen Trichoderma nagy valószínűséggel nincsen, de pl. több, egymást kiegészítő hatású Trichoderma törzs együttes alkalmazásával képesek lehetünk olyan készítmények fejlesztésére, melyek a fenti elvárások többségének megfelelnek.
A Trichodermák ráadásul nem csak egymással, hanem pl. olyan baktériumokkal is kombinálhatók egy-egy készítményben, melyek nitrogénkötésre (pl. Azospirillum, Azotobacter fajok), vagy foszformobilizálásra (pl. Bacillus, Streptomyces fajok) képesek. Ezáltal olyan mikrobaközösségeket (konzorciumokat) tervezhetünk, melyekben az egyes komponensek kedvező tulajdonságai kiegészítik, sőt esetleg erősítik is egymást.
A készítmények fejlesztése hosszú, sok lépésből álló folyamat, melynek során a talajból kiindulva a laboratóriumon keresztül újra visszajutunk a mezőgazdasági területre. Első lépésként talajmintákból Trichoderma törzseket izolálunk és tiszta tenyészeteket hozunk létre. Érdemes olyan mezőgazdasági területek talajából kiindulni, ahol a kifejlesztendő készítményt a későbbiekben fel szeretnénk használni, a jótékony hatású, mikofungicid képességű gombák ugyanis gyakran eleve jelen vannak a mezőgazdasági talajokban, csak populációjuk nem éri el a védőhatás kifejtéséhez szükséges méretet. Célszerű az izolált törzseket örökítőanyaguk egy szakaszának bázissorrendjét meghatározva fajszinten azonosítani, hogy fontos információkhoz jussunk a Trichoderma nemzetség adott talajban mutatkozó sokféleségéről, mely a későbbiekben megkönnyíti a megfelelő rizoszféra-kompetenciával rendelkező törzsek kiválasztását. Ezt követi a törzsgyűjteményben elhelyezett Trichoderma törzsek célszervezetként szóba jövő növénykórokozó gombákkal szembeni biológiai védekezésre való képességének laboratóriumi tesztelése, melyre kiválóan alkalmas módszer a Biokontroll Index (BCI) értékek meghatározása. Az ún. konfrontációs tesztek során Petri-csészékben lévő táptalaj felszínére először a növénykórokozó gombát oltjuk le, majd tőle 3 cm távolságra a vizsgált Trichoderma gombatörzset. A csészékről 1 hetes tenyésztést követően fényképeket készítünk (3. ábra), melyeket képelemző szoftver segítségével értékelünk. Ennek során először meghatározzuk a Trichoderma gomba által a Petri-csészén elfoglalt terület méretét, ezt követően pedig a Trichoderma és a növénykórokozó gomba által együttesen elfoglalt terület nagyságát, majd az így kapott értékeket elosztjuk egymással és megszorozzuk 100-zal. Az így meghatározott BCI-értékek révén a Trichoderma gombatörzsek adott növénykórokozó gomba elleni biológiai védekezésre való képességének becslése, továbbá a biokontroll képességek egymással történő összehasonlítása is lehetővé válik.
3. ábra | Antagonista képességek vizsgálata táptalajon. A Petri-csészék bal oldalára a vizsgált Trichoderma gombatörzsek, jobb oldalára pedig a Botrytis cinerea növénykórokozó gomba került leoltásra. Egyes törzsek képesek voltak ránövekedni a B. cinerea telepének felszínére is (Körmöczi Péter felvételei)
A jó antagonista képességek mellett vizsgálhatjuk a törzsek tápanyagfeltárásra (pl. szárbontásra, foszformobilizálásra) való képességét is, melynek eredményeként ígéretes növénykondícionáló hatású törzsek szelektálására nyílik lehetőségünk. A kedvező tulajdonságú Trichoderma törzsek kiválasztását a törzsek részletes jellemzése követi. A környezeti tényezők (pl. hőmérséklet, pH, vízaktivitás) különböző értékeinek szelektált Trichoderma törzsekre gyakorolt hatásairól gyűjtött információk birtokában megjósolhatjuk az egyes törzsek különböző környezeti feltételek mellett várható szabadföldi viselkedését.
A Trichodermák esetében fontos tulajdonság lehet a kémiai fungicidekkel szembeni ellenállóképesség is, mely lehetőséget biztosíthat a törzsek csökkent mennyiségű gombaellenes növényvédőszerrel történő együttes alkalmazására az integrált növényvédelem keretein belül. Napjainkban egyre kevésbé jelent kihívást a fungicidrezisztens Trichoderma törzsek izolálása, mezőgazdasági talajaink kémiai fungicidekkel történő terhelése ugyanis rezisztens vonalak kialakulását és elterjedését eredményezi. A rezisztens törzsek kialakulása és terjedése persze nem csak a hasznos, mikofungicid hatású gombákra jellemző, hanem a növénykórokozó gombákra is, mely újabb nyomós érvként szolgál a biológiai védekezésben alkalmazható készítmények fejlesztésének szükségessége mellett.
A továbbiakban cserepes kísérletekben vizsgálhatjuk a szelektált Trichoderma törzsek haszonnövények szár- és gyökérnövekedésére, biomasszaképzésére és fotoszintetikus aktivitására gyakorolt, közvetlen hatásait. A kedvező tulajdonságok fokozása céljából felmerülhet a kiválasztott törzsek nemesítésének igénye is. Ennek lehetséges eszközei közül számításba jöhet az ún. protoplaszt-fúziós technika, mellyel Trichoderma törzseket tudunk egymással keresztezni kedvező sajátságaik kombinálása céljából. Bár a Trichoderma törzsek genetikai módosítása, illetve a Trichoderma gének növényekbe történő bevitele is technikailag kivitelezhető nemesítési módszerek, a hazánkban hatályos GMO-szabályozás nem teszi lehetővé az így előállított gombatörzsek (növényfajták kijuttatását)termesztését, a hazai készítményfejlesztési törekvések így a természetben előforduló, vad típusú törzsek alkalmazására irányulnak.
A továbbiakban a kiválasztott törzseknek megfelelő fermentációs gyártástechnológiát, továbbá kiszerelési és kijuttatási eljárásokat szükséges fejleszteni, illetve optimalizálni. A kialakított készítmény vizsgálata további laboratóriumi, üvegházi és szántóföldi kísérletekkel folytatódik. A laboratóriumi vizsgálatokra egy példa a nitrogénkötő és foszformobilizáló baktériumok mellett egy T. atroviride törzset is tartalmazó Azoter F készítmény búzaszemek csírázására gyakorolt hatásának vizsgálata (4. ábra).
4. ábra | Búzaszemek csírázása A) 10 ml desztillált víz, B) 10 ml hígított trágyalé, és C) 10 ml hígított trágyalé + 1 ml Azoter F készítmény jelenlétében (Körmöczi Péter felvételei)
A kísérlet során mindhárom Petri-csészébe 10 réteg papírvattát helyeztünk. A Petri-csészéket desztillált vízzel, hígított trágyalével (B), illetve Azoter F készítménnyel kiegészített trágyalével kezeltük, majd 10-10 db búzaszemet helyeztünk a vatta felszínére. Egy hét elteltével a legintenzívebb csíranövény-fejlődést a Trichoderma- és baktériumtartalmú készítmény alkalmazása esetén tapasztaltuk.
Szabadföldi kísérletekben vizsgálható a készítménynek a termesztett haszonnövény számos paraméterére (pl. növénymagasság, termésmennyiség, gyökértömeg, gabonatermények esetében kalászszám, kalászonkénti szemszám, ezermagtömeg) gyakorolt hatása kezeletlen kontroll-, illetve növénykondícionáló készítmények esetében műtrágyával kezelt növényekkel összehasonlításban.
A készítményfejlesztési folyamat utolsó lépése az engedélyeztetési eljárás. Ennek sikeres lefolytatása és a termék piaci bevezetése után megkezdődhet a gyártás, melyet folyamatos minőség-ellenőrzés kell, hogy kísérjen.
A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Karának Mikrobiológiai Tanszékén több, mikroorganizmusokon alapuló biológiai védekezési eljárás kidolgozása is folyamatban van a fentiekben vázolt stratégia mentén. A tanszék munkatársai az Európai Unió és Magyarország Kormánya által támogatott GINOP-2.3.2-15-2016-00052 projekt keretein belül a súlyos gyökérrothadást okozó erdészeti kártevő Armillaria (tuskógomba) nemzetség patológiáját és a biológiai védekezés lehetőségeit kutatják, a 2018-ban induló, Magyarország-Szerbia IPA Határon Átnyúló Együttműködési Program által támogatott PLANTSVITA projekt (HUSRB/1602/41/0031) pedig savas és lúgos kémhatású talajtípusokra adaptált mikrobiológiai készítmények kifejlesztését tűzte ki célul.
Kredics László, Manczinger László,
Nagy Viktor Dávid, Vágvölgyi Csaba
SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszék
Körmöczi Péter
NAIK – Növénytermesztési
Önálló Kutatási Osztály
(Biokultúra 2018/1-2)
