Doc. Ing. Petra Lovecká, Ph.D. a kol.

Od 60. let dvacátého století se hovoří o trvale udržitelných formách zemědělství, kde je kromě sociálního a ekonomického hlediska zdůrazňováno zejména hledisko ekologické. Hledají se a aplikují metody a postupy, jejichž cílem je zachování životního prostředí a zemědělské krajiny bez ohrožení zemědělských výnosů.

Interakce mezi rostlinou a mikroorganizmy

Jednou z možných cest podpory růstu a zdraví rostlin v zemědělství může být využití příznivých interakcí mezi rostlinami a mikroorganizmy, které jsou známy více než 100 let. Rostlinný mikrobiom, společenství mikroorganizmů žijících v úzkém vztahu s rostlinou, propojuje rostlinu s okolními substráty a cykly živin. Podílí se na stabilizaci půdy a pozitivně ovlivňuje některé její významné vlastnosti, např. texturu, pórovitost, provzdušnění a schopnost zadržování vody v půdě. Také se podílí na sekvestraci významného množství atmosférického uhlíku a pomáhá tak mírnit klimatické změny. Zlepšuje toleranci rostlin k biotickému a abiotickému stresu čímž pozitivně působí na její zdraví a produktivitu.

Velké množství mikroorganizmů se nachází v půdě bezprostředně obklopující kořenový systém rostlin – rhizosféře. Rhizosféra slouží, díky tomu, že rostlina uvolňuje do okolí kořene kořenové exudáty (jednoduché organické kyseliny, cukry, aminokyseliny, fenolické látky), rostlinný sliz a odumřelé buňky, jako obohacovací zóna pro zvýšený růst mikroorganizmů. Tyto rhizosferní mikroorganizmy mohou na povrchu kořene vytvářet biofilm (obr.). Složením látek, které rostlina vylučuje do rhizosféry může ovlivnit složení a aktivitou mikroorganizmů v okolí svého kořenového systému. Takto rostlina láká přátelské bakterie, s kterými následně může na povrchu kořenů vytvářet oboustranně prospěšný vztah a zároveň takto dochází k vytlačování rostlinou nepreferovaných bakterií.

Obr.: Jednoduché znázornění soutěže bakteriálních buněk v kolonizaci kořenového systému (zdroj: Phillip Poole: Shining a light on the dark world of plant root-microbe interaction, PNAS April 25, 2017 114 (17) 4281–4283)

Schopnost bakterií rozkládat pesticidy

V roce 2019 začala spolupráce mezi VŠCHT a firmou MONAS technology, která vyvíjí a dodává na trh přípravky na bází rhizosferních bakterií pro použití v rostlinné výrobě. Zajímalo nás, do jaké míry jsou tyto bakterie schopné rozkládat vybrané pesticidy.

Ve zmíněných přípravcích jsou kmeny těchto bakterií: Pseudomonas fluorescens DMND-KUK16 (FIX-H+N^®), Pseudomonas veronii CCM 9674 (Prometheus^®CZ), Paenibacillus polymyxa CCM 2000 (FIX-H+N^®) a Bacillus amyloliquefaciens FV08-10 (Hirundo^®).

Celkem bylo otestováno 9 pesticidů při dvou počátečních koncentracích
10 a 100 mg/l, konkrétně se jednalo o herbicidní látky haloxyfop-methyl, pendimethalin a clopyralid, fungicidy boscalid, penconazole a iprodion a insekticidní látky acetamiprid, thiacloprid a lambda-cyhalothrin. Testování bylo prováděno tak, že testované kmeny mohly využívat jako zdroj uhlíku pouze vybrané pesticidy. Pesticidy případně jejich deriváty byly analyzovány v médiu, kde probíhala kultivace v časovém úseku 0–25 dnů.

Překvapilo nás, že pozitivních rozkladných reakcí pesticidů bylo méně, než jsme předpokládali. Bylo jich okolo 20 % všech testovaných kombinací. Všechny testované bakteriální kmeny byly schopné degradovat herbicid haloxyfop-methyl, insekticid lambda-cyhalothrin a fungicid iprodion. Odbourávat herbicid clopyralid byl z testovaných kmenů schopen jen kmen Pseudomonas veronii.

Půdní herbicid pendimethalin, který má dlouhodobou účinnost, byl degradován pouze kmenem Bacillus amyloliquefaciens (graf). Při počáteční koncentraci 100 mg/l byl úbytek pendimethalinu 15 %, zároveň byl identifikován i meziprodukt degradace 8-amino-2-ethyl-5-(hydroxymethyl)-1,2-dihydrochinoxalin-6-karboxylová kyselina, což potvrzuje to, že mikroorganizmus je schopen herbicid rozkládat.

Z výsledků je patrné, že degradace pendimethalinu je velmi pomalá. Což je dobré, protože k odbourávání herbicidu nedojde příliš rychle po jeho aplikaci, ale zároveň to nabízí možnost v další sezoně na stejném pozemku pěstovat citlivé plodiny na pendimethalin (např. špenát).

Graf: Degradace pendimethalinu kmenem Bacillus amyloliquefaciens

Závěr

Přínosem je skutečnost, že biologické přípravky nesnižují účinnost použitých pesticidů v počátečním růstu hlavní plodiny a přitom snižují riziko poškození následné plodiny zbytky účinné látky – reziduí pro následnou plodinu.

Doc. Ing. Petra Lovecká, Ph.D., Ing. Blanka Vrchotová, Ph.D., Ing. František Krátký, Prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc.; Vysoká škola chemicko-technologická Praha
RNDr. Jana Volková; MONAS Technology