Biológiai növényvédelem mikroalgákkal

A növényeket számos természetes ellenség veszi körül, beleértve a vírusokat, baktériumokat és gombákat is. A növénypatogének a növekedésükhöz és szaporodásukhoz szükséges tápanyagokat a növényi gazdasejtből vonják ki. A nekrotróf patogének elpusztítják a sejtet és ezután vagy eközben veszik fel belőle a tápanyagokat. A biotróf patogének együtt élnek a növényi sejttel és az élő sejtből veszik fel a számukra szükséges tápanyagokat. A növények nem tudják elkerülni a támadást csak úgy ha védekeznek ellene, például speciális másodlagos anyagcsere termékek termelésével.

A növények képesek a patogének felismerésére és védekező mechanizmus beindítására, amely korlátozza a patogének szaporodását. Ehhez három növényi hormonra van szükség a szalicilsavra (SA; Loake & Grant 2007), ami a biotróf patogének elleni védekezést indítja be, valamint a jázmonsavra és az etilénre (JA/ET; Glazebrook 2005), ami a nekrotróf patogének elleni védekezést aktiválja. A két védekezési út (SA és JA/ET) egymással antagonisztikus kapcsolatban áll. Az auxinok, citokininek és gibberellinek a növény növekedését szabályozzák, de stresszhelyzetben befolyásolják az SA és JA/ET jelátviteli utat is. Az auxinok képesek elnyomni az SA utat (Robert-Seilaniantz et al. 2011), míg a gibberellinek serkentik azt (Navarro et al. 2008). A citokinin hatása koncentrációtól függ, nagy koncentrációjuk (>10µM) pozitívan befolyásolja az SA utat, míg ennél kisebb koncentrációjuk negatívan (Choi et al. 2010, Argueso et al. 2012). Jóllehet a hormonok egymást kiegészítő vagy gátló hatása miatt a folyamat bonyolultabb, mégis megállapították, hogy a gyökérzónában élő növényi növekedést serkentő baktériumok (PGPR) hormonjaik révén kedvezően befolyásolják a növények növekedését és segítik a patogénekkel szembeni védekezésüket (Lugtenberg & Kamilova, 2009). A mikroalgák, a növénypatogénekre gyakorolt közvetlen hatásuk mellett növényi hormontermelésükkel is hozzájárulhatnak a növények védekezéséhez. A mikroalgák komplex hatása abban nyilvánul meg, hogy hormontermelésükkel befolyásolják a növények növekedését és fejlődését, valamint beindíthatják a növények patogénekkel szembeni védekező mechanizmusát, kontakt hatásukkal pedig gátolják, vagy elpusztítják a növénypatogéneket.

A vizsgálataink során kiválasztott mikroalgák növénypatogén gombákkal szembeni kontakt fungicid vagy fungisztatikus hatását mutattuk ki. A mikroalgák 10 mg SzA cm^-3 vizes kivonatában lévő hatóanyag, vagy hatóanyagok közvetlenül hatottak a növénypatogénekre. A 19 fungicid hatású mikroalga kijuttatása a növényekre helyettesítheti, kiválthatja a szintetikus növényvédőszereket. A védekezési mód azonban, környezetbarát jellege ellenére alig különbözik a hagyományos növényvédelmi eljárásoktól. A mikroalgával kezelt, majd

101

növénypatogén gombával fertőzött növény lényegesen összetettebb rendszer, amelyben a mikroalgák által termelt poliszacharidok, zsírsavak, peptidek, stb. elicitor molekulaként növényi védekező reakciókat indukálhatnak (Prasanna et al. 2013, Prashar et al. 2014). A növény/talaj rendszer mikroalgákkal történő kezelésénél további kérdés, hogy élő vagy élettelen, feltárt algasejtek szuszpenziójával történjen a kezelés? A növényvédő hatású alga-termék eltarthatósága szempontjából az elhalt, feltárt algasejtek száraz, por alakú változata látszik gyakorlatiasabb megoldásnak. Nem kizárható azonban a megtermelt algaszuszpenzió koncentrálása, feltárása, tartósítása és szuszpenzió formájában készült alga termék forgalmazása és felhasználása sem. Újszerű megoldást kínál a sztómákon keresztül a levél mezofill részébe bejutó, apró élő algasejtekből álló szuszpenzió kijuttatása, amelyek a levéllel együtt élve fejtik ki hatásukat. Élő sejtek felhasználása, valamint a mikroalgákban lévő potenciális elicitor molekuláknak az alkalmazása előtt azonban még a növény-patogén-alga rendszer működésének további alapos kutatására és megismerésére van szükség.

4.5. Új tudományos eredmények

Agar géldiffúziós biotesztekkel a Mosonmagyaróvári Algagyűjtemény 280 mikroalga törzsét vizsgáltuk 9 növénypatogén gombával szemben. Minden patogénre legalább egy, összesen 19 fungicid hatású mikroalgát találtunk. A legtöbb fungicid mikroalgát a Phaeoramularia capsicicola (11), a Pythium ultimum (5), a Botrytis cynerea (4) és az Alternaria alternaria (4) ellen találtunk. A Plasmopara viticola ellen 3 erősen gátló hatású zöldalgát találtunk.

Megállapítottuk, hogy a vizsgált törzsek 45%-a legalább gyengén fungisztatikus hatást mutatott legalább egy patogénnel szemben, ezért feltételezhető, hogy a mikroalgák többsége, ha nem minden mikroalga képes antimikrobiális anyagok termelésére valamilyen mikroszervezettel szemben. Fungicid hatású volt:

- a vizsgált cianobaktériumok 20%-a és az eukarióta algák 5%-a,

- a cianobaktériumok közül a talajalgák 15%-a és a vízből izolált algák 28%-a, - az eukarióta algák közül a talajalgák 3,6%-a és a vízből izolált algáknak a 7,6%-a.

Az eredmények alapján vízből izolált cianobaktériumoktól várható a nagyobb antifungális hatás, ezért az MACC bővítése ebben az irányban célszerű. A fungicid biotesztek aránya az összes elvégzett bioteszten belül 1,2%, vagyis átlagosan mintegy 85 biotesztet kell elvégezni ahhoz, hogy egy fungicid eredményt kapjunk. A cianobaktériumok hátránya az eukarióta algákkal szemben a lassúbb szaporodás és a többnyire nem homogén szuszpenzió (lásd Nostoc és Tolypothrix törzsek), ami a fungicid cianobaktériumok gyakorlati felhasználását megnehezíti. Az eukarióta algák felhasználása mellett szól gyors szaporodásuk és esetenként specifikus hatásuk, például a Plasmopara viticola ellen.

102 Tervek, jövőkép

A biotesztekkel kiválaszott fungicid mikroalga törzsek növénypatogén gombák elleni hatásának a stabilitását a környezeti tényezők függvényében már most is vizsgáljuk egy konzorciumi projekt keretében. A hatásért felelős poliszacharidok, zsírsavak, fenol vegyületek, stb.

termelése a mikroalgákban a környezeti feltételekkel változtatható. Tervezzük ugyanazon mikroalga különböző összetételű biomasszáinak az előállítását és tesztelését, ami igazolhatná ezeknek a vegyületeknek a jelentőségét a hatás kialakulásában. A biotesztek eredményei alapján célszerű lenne elsősorban vízből származó további cianobaktériumok izolálása. A vizes extraktumok mellett metanolos, vagy szerves oldószerek keverékével történő extrahálás és a kivonatok tesztelése több hatásos mikroalga kiválasztásához vezethetne.

103

5. Illékony szerves vegyületeket termelő MACC-törzsek a káposzta gyökérlégy