Τα βακτήρια μπορούν να επιτελούν πολλαπλές ευεργετικές λειτουργίες για τα φυτά, δρώντας μέσω φυτοδιέγερσης (ή βιοδιέγερσης), βιογονιμοποίησης και βιοελέγχου. Απόδειξη είναι η ντομάτα , όπου -σε συγκεκριμένες συνθήκες- τα πολυάριθμα βακτήρια που υπάρχουν, χάρη στα «χρήσιμα» χαρακτηριστικά, προστατευουν τόσο από βακτηριακά όσο και από μυκητιακά παθογόνα.

Αλληλεπιδράσεις στη ριζόσφαιρα

Τα φυτά δημιουργούν ένα πυκνό δίκτυο αλληλεπιδράσεων με τους πολυάριθμους μικροοργανισμούς που κατοικούν στο έδαφος και ειδικότερα με το μικροβιακό συστατικό της ριζόσφαιρας . Το τελευταίο είναι το τμήμα του εδάφους που περιβάλλει τις ρίζες των φυτών και το οποίο επηρεάζεται από αυτό. Πιο αναλυτικά, η ριζόσφαιρα περιλαμβάνει μια εξόχως απόκεντρη περιοχή που ονομάζεται εκτοριζόσφαιρα, το στρώμα του εδάφους που επηρεάζεται από τη ριζοαπόθεση, που αποτελείται από την επιφάνεια της ρίζας και τα σωματίδια του εδάφους που προσκολλάται στενά· η ενδοριζόσφαιρα ή τα δομικά στοιχεία του ριζικού συστήματος.
Οι μικροοργανισμοί που κατοικούν στη ριζόσφαιρα είναι πολυάριθμοι, δυναμικοί και ευρέως διαφοροποιημένοι σε σχέση με πληθώρα παραγόντων και μπορούν να έχουν ουδέτερη, παθογόνο ή ευεργετική αλληλεπίδραση με τα φυτά ξενιστές.

Οι ωφέλιμοι μικροοργανισμοί μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το φυτό άμεσα, με την παραγωγή φυτοορμονών και την παροχή κακώς διαθέσιμων θρεπτικών συστατικών ή έμμεσα. Στη δεύτερη περίπτωση ενεργοποιούν ένα σύμπλεγμα μηχανισμών που εξουδετερώνουν την αρνητική επίδραση των φυτικών παθογόνων, ιδιαίτερα των εδαφογενών, μέσω του ανταγωνισμού για χώρο και θρεπτικά συστατικά, την παραγωγή αντιβιοτικών ουσιών ή μέσω της επαγωγής μηχανισμών ανθεκτικότητας των φυτών. Η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το φυτό ξενιστή το οποίο, με τη σειρά του, ρυθμίζει την επιλογή της μικροχλωρίδας της ρίζας μέσω της παραγωγής εκκριμάτων. Ένας μικροοργανισμός «κατάλληλος για ριζόσφαιρα» πρέπει να μπορεί να αποικίζει ενεργά την επιφάνεια της ρίζας και πρέπει να διαθέτει ορισμένα κατάλληλα εργαλεία, όπως μικροβιακά χαρακτηριστικά, που βελτιώνουν τη μεταβολική απόδοση ενός δεδομένου υποστρώματος, μηχανισμούς αντίστασης και ανταγωνιστικά χαρακτηριστικά.

Το ταξινομικό πλαίσιο των μικροβιακών πληθυσμών του εδάφους είναι εξαιρετικά ετερογενές, επίσης χάρη στη διαθεσιμότητα ολοένα και πιο προηγμένων τεχνικών έρευνας. Στους μικροβιακούς πληθυσμούς, αν και τα γένη Pseudomonas και Bacillus είναι τα πιο μελετημένα, για παράδειγμα περιλαμβάνονται βακτήρια των γενών Azospirillum , Rhizobium , Azotobacter , Arthrobacter , Bacillus , Serratia και Enterobacter .

«Ωφέλιμα» βακτήρια

Η δραστηριότητα της προώθησης της ανάπτυξης των φυτών που παράγεται από μικροοργανισμούς, οι οποίοι διευκολύνουν την προσβασιμότητα ή αυξάνουν τη διαθεσιμότητα θρεπτικών στοιχείων για το φυτό, ορίζεται ως «βιοθρεψη». Μεταξύ των πιο μελετημένων μορφών είναι η δέσμευση αζώτου, δηλαδή η μετατροπή του ατμοσφαιρικού αζώτου σε αμμωνιακό άζωτο, το οποίο στη συνέχεια καθίσταται διαθέσιμο μέσω του μετασχηματισμού σε νιτρικά άλατα άμεσα αφομοιώσιμα από τα φυτά. Αυτό μπορεί να συμβεί, για παράδειγμα, χάρη στα ριζόβια που εκτελούν τη δεσμευτική τους δράση του αζώτου σε συγκεκριμένες δομές που διαφοροποιούνται από τις ρίζες των φυτών που ονομάζονται «οζίδια» ή «φυματίδια ρίζας». Άλλα, μη συμβιωτικά βακτήρια είναι επίσης ικανά να δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο, όπως αυτά του γένους Azotobacter και Pseudomonas .

Λιγότερο γνωστή είναι η διαδικασία διαλυτοποίησης του φωσφόρου , ενός πολύ άφθονο στοιχείου στο έδαφος αλλά ελάχιστα διαθέσιμο στα φυτά. Αν και αυτή η διαδικασία είναι ελάχιστα γνωστή, η συμμετοχή βακτηρίων με συγκεκριμένες ενζυματικές δραστηριότητες είναι γνωστό ότι επηρεάζει τη διατροφή των φυτών με φώσφορο.

Στην περίπτωση της βιοδιέγερσης (ή φυτοδιέγερσης), η προώθηση της ανάπτυξης των φυτών γίνεται απευθείας μέσω των φυτοορμονών που παράγονται από βακτήρια. Στα φυτά, οι φυτοορμόνες συμβάλλουν στο συντονισμό διαφόρων διεργασιών, τόσο φυσιολογικών όσο και αντίστασης σε αβιοτικούς παράγοντες, δρώντας επίσης ως αναστολείς ή ενεργοποιητές της γονιδιακής έκφρασης και της σύνθεσης μεταβολιτών, ενζυματικών συμπλεγμάτων και χρωστικών. Οι φυτοορμόνες που παράγονται από ωφέλιμους μικροοργανισμούς του εδάφους (αυξίνες, γιβερελίνες, κυτοκινίνες και άλλοι) έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στη μορφογένεση των ριζών και στην πρόσληψη ιόντων . Επιπλέον, μπορούν να κατευθύνουν τις διαδικασίες ανάπτυξης και ανάπτυξης του φυτού και, προσθέτοντας στις φυτοορμόνες που παράγει το ίδιο το φυτό, μπορούν να αλλάξουν αυτές τις ισορροπίες.

Βακτηριακές κοινότητες τομάτας και ωφέλιμα βακτήρια

Η ντομάτα είναι ένα από τα πιο καλλιεργούμενα λαχανικά στον κόσμο με παγκόσμια παραγωγή πάνω από 180 εκατομμύρια τόνους το 2018 (FAOSTAT). Οι ασθένειες έχουν ισχυρό αντίκτυπο στις ντομάτες: υπάρχουν τουλάχιστον 140 είδη ιών, μερικά από τα οποία συνδέονται στενά με θερμοκηπιακες καλλιεργειες. Διάφορα βακτηριακά είδη ευθύνονται για ασθένειες φυλλώματος, αγγειακές και ριζικές ασθένειες, καθώς και πολυάριθμες μυκητιακές ασθένειες σε συστήματα εντατικής καλλιέργειας θερμοκηπίου. Οι σοβαρές οικονομικές απώλειες που συμβαίνουν με την εντατική καλλιέργεια έχουν ενθαρρύνει ερευνητικές μελέτες για εναλλακτικές προσεγγίσεις για τον έλεγχο των ασθενειών.

Στα εργαστήρια του Di3A (Τμήμα Γεωργίας, Τροφίμων και Περιβάλλοντος) του Πανεπιστημίου της Κατάνια , ως μέρος έργων για τη μελέτη του μικροβιώματος της τομάτας με στόχο την επιλογή βακτηριακών απομονώσεων που θα χρησιμοποιηθούν ως παράγοντες βιοελέγχου , μελετήσαμε την ποικιλομορφία των σχετιζόμενων βακτηριακών πληθυσμών με τις ρίζες της τομάτας.

Εστιάσαμε ιδιαίτερα σε ενδοφυτικές βακτηριακές κοινότητες χρήσιμες για τον βιοέλεγχο και γενικότερα ωφέλιμες.

Τα δείγματα ελήφθησαν από αγροκτήματα σε μια μικρή περιοχή στην επαρχία της Ραγκούσας στη Σικελία, ειδικευμένη στην εντατική καλλιέργεια τομάτας σε θερμοκήπια. Αυτή είναι η κύρια ιταλική περιοχή παραγωγής που, χρησιμοποιώντας θερμοκήπια καλυμμένα με πλαστικές μεμβράνες, παράγει πάνω από το ήμισυ της εθνικής παραγωγής τομάτας. Η περιοχή αυτή χαρακτηρίζεται από αμμώδη εδάφη, υψηλή αλατότητα και ευνοϊκές κλιματολογικές συνθήκες που επιτρέπουν την εξωεποχική παραγωγή (έως και δύο κύκλους ετησίως), ιδιαίτερα ντοματίνια . Η έρευνα ανέδειξε ότι στις συνθήκες που μελετήθηκαν υπάρχουν πολυάριθμα βακτήρια με «χρήσιμα» χαρακτηριστικά. Αυτά περιλαμβάνουν τη διαλυτοποίηση φωσφορικών αλάτων, την παραγωγή σιδεροφόρων ή ουσιών (συμπεριλαμβανομένων των πτητικών) ικανών να αναστέλλουν την ανάπτυξη τόσο βακτηριακών όσο και μυκητιακών παθογόνων.

Προς το παρόν έχει καθιερωθεί μια συλλογή περίπου 500 βακτηρίων , μερικά από τα οποία προέρχονται από τη ριζόσφαιρα, άλλα από την ενδοριζόσφαιρα και άλλα από την ενδοσφαίρα του σπόρου της ντομάτας. Τα βακτήρια καταλογίστηκαν κατάλληλα και συλλέχθηκαν περίπου 200 βακτήρια, δηλαδή εκείνα της ενδοσφαίρας και με τα πιο ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά, με μεθόδους ανάλυσης που βασίζονται στον προσδιορισμό της αλληλουχίας των νουκλεϊκών οξέων των περιοχών-στόχων. Αυτό κατέστησε δυνατό να εντοπιστεί ότι αυτά τα ευεργετικά βακτήρια ανήκουν στα γένη Pseudomonas και Bacillus , αλλά και Arthrobacter , Paenarthrobacter , Enterobacter και Serratia .
Μερικά από αυτά τα βακτήρια που αξιολογούνται, ακόμη και σε συνδυασμό σε κοινοπραξίες, έχουν δείξει καλές ικανότητες βιοδιέγερσης των δενδρυλλίων, όταν χορηγούνται κατά τη μεταμόσχευση, και μείωση της σοβαρότητας των ασθενειών που προκαλούνται από παθογόνους παράγοντες στην ντομάτα. Πτυχές που, τελικά, υποδηλώνουν ενδιαφέρουσες μελλοντικές εξελίξεις όχι μόνο για την ντομάτα, αλλά και για άλλες καλλιέργειες.

Πηγη:

Vittoria Catara – Τμήμα Γεωργίας, Τροφίμων και Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο της Κατάνια