Organizmy pożyteczne w gospodarstwie ekologicznym i ogrodzie przydomowym (pełnione funkcje i sposoby ochrony)

W poprzednich dwóch audycjach mówiliśmy o ogromnej roli jaką odgrywa materia organiczna i próchnica glebowa. Zwróciliśmy też uwagę na współuczestniczenie mikroorganizmów glebowych w obiegu pierwiastów w środowisku, wspomaganie wzrostu roślin, oczyszczaniu gleby z pozostałości pestycydów, detoksykacji środowiska i ochronie upraw przed patogenami. Omówliliśmy mechanizmy ich działania i powiedzieliśmy co im sprzyja, a co im szkodzi. Dzisiaj zajmiemy się tymi mikroorganizmami glebowymi, które żyją bezposrednio w strefie przykorzeniowej i wewnątrz roślin. Nieco szerzej przedstawimy działanie grzybów mikryzowych.

Trzeba wiedzieć, że rośliny kształtują skład mikroorganizmów w swoim otoczeniu. Największe znaczenie mają dla nich te, które znajdują się w strefie przykorzeniowej - ryzosferze. W sąsiedztwie każdej rośliny są złożone zespoły mikroorganizmów wpływających wzajemnie na siebie bezpośrednio oraz poprzez modyfikację środowiska.

Mikoryzą nazywamy symbiozę między korzeniami roślin wyższych a niepatogenicznymi, wysoce wyspecjalizowanymi grzybami żyjącymi w glebie. Temu powszechnie występującemu w przyrodzie zjawisku podlegają zarówno drzewa i krzewy leśne jak i większość roślin uprawnych (około 80%). Liczbę grzybów wchodzących w związki mikoryzowe z roślinami szacuje się na ok. 5000-6000 gatunków. Podkreślmy, że jest to współżycie z obopólną korzyścią: strzępki grzyba dostarczają roślinie wodę, sole mineralne, witaminy, hormony i inne substancje niezbędne do wzrostu. Natomiast roślina dostarcza grzybowi 10-20% produktów fotosyntezy, przede wszystkim węglowodany, kwasy organiczne oraz aminokwasy, inne wydzieliny korzeniowe i substancje stymulujące rozwój grzybni.

Grzyb rosnąc w podłożu glebowym część strzępek zagłębia w to podłoże czerpiąc z niego składniki odżywcze i usuwając zbędne metabolity. U grzybów niemal każda część grzybni ma możliwość rozwoju, wystarczy mały jej fragment aby rozwinęła się cała plecha. Najpowszechniej występującym rodzajem rozmnażania jest rozmnażanie poprzez zarodniki.

Endomikoryza - mikoryza wewnętrzna (arbuskularna)

W toku ewolucji, w środowisku naturalnym, rozwinęło się kilka rodzajów mikoryzy. Najstarsza i najbardziej rozpowszechniona jest endomikoryza - mikoryza wewnętrzna, zwana arbuskularną. Nazwa pochodzi od budowy grzybni, która ma formę "drzewek" (arbuskul). Grzyby, które tworzą ten typ mikoryzy, wrastają do wnętrza komórek korzenia. Część strzępek pozostaje na zewnątrz, zapewniając kontakt ze środowiskiem glebowym. Grzyby tworzące endomikoryzę należą głównie do rodziny Glomaceae.

Mikoryza endotroficzna jest tworzona z wieloma roślinami, w tym z niemal wszystkim roślinami użytkowanymi rolniczo. Występuje we wszystkich glebach uprawnych w Polsce. Grzyby przenikają w niej do wnętrza korzeni przez włośniki albo przez inne komórki skórki/epidermy. W komórkach miękiszu kory pierwotnej tworzą arbuskule - są to skupiska rozgałęzionych "drzewiasto" strzępek, które biorą udział w wymianie substancji odżywczej między rośliną i grzybowym symbiontem. Tworzą też vesikule małe, butelkowato rozdęte strzępki, magazynujące lipidy/substancje tłuszczowe. Strzępki grzybni nie wnikają do walca osiowego. W tym typie mikoryzy włośniki nie zanikają i nie tworzy się zewnętrzna mufka grzybni. Korzenie roślin zainfekowanych grzybami endomikoryzowymi nie różnią się znacznie swoim wyglądem zewnętrznym od korzeni bez mikoryzy.

Ektomikoryza - mikoryza zewnętrzna

Drugą pod względem częstotliwości występowania jest ektomikoryza - mikoryza zewnętrzna, która rozwija się głównie na powierzchni korzeni. Wykształciła się ona znacznie później od endomikoryzy. Zasiedla przede wszystkim rośliny nagozalążkowe, a czasem okrytozalążkowe rośliny drzewiaste. Ma więc głównie znaczenie w lasach i uprawie drzew i krzewów owocowych. Występuje u ok. 2-10% gatunków roślin naczyniowych.

W ektomikoryzie strzępki grzyba (workowce, podstawczaki) wnikają między ściany komórek miękiszu kory pierwotnej korzenia, oplatają je tworząc tzw. sieć Hartiga. Jest to miejsce wymiany substancji miedzy roślina i grzybem. Na zewnątrz korzenia tworzy się tzw. mufka (opilśnia), przejmująca funkcję włośników, które w tym typie mikoryzy zanikają. Barwa i budowa mufki może być różna u różnych grzybów ektomikoryzowych. Od mufki odchodzą w głąb gleby zewnętrzne strzępki, które tworzą sieć zwaną grzybnią penetrującą glebę lub ekstrametrykalną. Grzybnia ta może rozrastać się na znaczne odległości w postaci tzw. sznurów grzybniowych, łączyć systemy korzeniowe różnych roślin.

Ektomikoryza może mieć charakter obligatoryjny lub fakultatywny. Gatunki obligatoryjne nie mogą rozwijać się prawidłowo bez mikoryzy (np. buk, dąb, sosna, świerk i inne). U gatunków fakultatywnych wykształcenie się mikoryzy zależy od warunków glebowych (tak jest w przypadku np. brzozy, wierzby i olszy). Wiele grzybów ektomikoryzowych nie wykazuje specyficzności w stosunku do roślin-gospodarzy. Są jednak i takie, które mogą tworzyć mikoryzę tylko z jednym gatunkiem rośliny.

Ekto-endomikoryza (mikoryza erikoidalna)

Trzecim, najmłodszym i bardziej specyficznym od poprzednich typów jest mikoryza erikoidalna. Występuje na roślinach z rodziny wrzosowate Ericaceae, do której należy rodzaj Vaccinium, wykorzystywany w sadownictwie. Ten typ mikoryzy jest czasem klasyfikowany jako forma pośrednia pomiędzy endo- i ektomikoryzą. Grzybnia rozwija się zarówno na zewnątrz korzenia, jak i wrasta do środka, rozprzestrzeniając się w przestrzeniach międzykomórkowych (nie wrasta jednak do komórek).

Ekto-endomikoryza tworzona jest przez wybrane gatunki grzybów (w Europie dominującym grzybem, który tworzy mikoryzę erikoidalną jest Hymenoscyphus ericae, a w Ameryce, skąd pochodzą borowiki wysokie - Scytalidium vaccinii). Kwestie te należy brać pod uwagę przy zakładaniu plantacji borówki wysokiej i żurawiny, których odmiany są pochodzenia amerykańskiego. Szczepionki erikoidalne wykorzystywane w rolnictwie i ogrodnictwie powinny być tworzone na bazie grzybów występujących w tym samym środowisku klimatyczno-glebowym, w którym mają być uprawiane rośliny uprawne.

Mikoryza erikoidalna jest też tworzona przez grzyby z innych grup, jak Oidiodendron, Myxotrichaceae, Clavaria. Należą tu także grzyby z rodzaju Wilcoxina zawiązujące mikoryzę z sosną i modrzewiem. Grzyby Wilcoxina odznaczają się dużą odpornością na niekorzystne warunki środowiska i mogą występować na zdegradowanych glebach mineralnych.

Inne mniej powszechne rodzaje mikoryzy:

Innym, mniej powszechnym typem związku grzybów z roślinami, jest mikoryza perytroficzna. Jest ona najluźniejszym typem symbiozy. Grzyby tworzące ten rodzaj mikoryzy nie wnikają do kory pierwotnej korzenia.

Skład gatunkowy grzybów mikoryzowych w danym ekosystemie zależy od: składu gatunkowego roślin, zawartości substancji organicznej gleby, nawożenia mineralnego (zwłaszcza fosforem), wilgotności gleby i temperatury. Stopień zależności roślin od mikoryzy jest zróżnicowany i zależy szczególnie od morfologii korzenia. Korzenie słabo rozgałęzione, z niewielką liczbą włośników, są zwykle bardziej zależne od mikoryzy. Wzrost nawożenia i wilgotności gleby zmniejsza zależność roślin od mikoryzy.

• Przez mikoryzę następuje wzrost ogólnej zdolności absorpcyjnej korzenia rośliny - zwiększa się powierzchnia chłonna korzeni roślin (powierzchnia tchłonna korzeni z ektomikoryzą jest 600-1000 razy większa w porównaniu z korzeniami bez mikoryzy).
• Mikoryza zwiększa efektywność pobierania i translokacji składników mineralnych, zwłaszcza azotu, fosforu, siarki, miedzi czy cynku (zwiększa się w ten sposób dostępność makro (P, N, K) i mikropierwiastków dla roślin. Mikoryzy są nie tylko zdolne do zwiększonej absorpcji makroelementów, w tym związków fosforu - 4 krotnie, azotu - 2 krotnie, potasu - 1,5 krotnie, ale pobierania także innych pierwiastków istotnych z punktu widzenia odporności człowieka na choroby cywilizacyjne - m. in. wapnia, żelaza, magnezu, boru, czy mikroelementów służących do budowy witamin, enzymów i hormonów (cynku, miedzi). W tym zwiększonym pobieraniu pierwiastków odżywczych należy upatrywać możliwość ograniczenia o ok. 25% ilości nawozów).
• Mikoryza zmniejsza wrażliwość roślin na przesuszenie (wpływa na obniżenie stresu związanego z suszą) oraz na inne czynniki stresowe, np. zawartość metali ciężkich w glebie (grzyby mikoryzowe wiążą metale w ścianie komórkowej lub przekształcają w nietoksyczną formę).
• Co jest ważne dla roślin uprawianych w pojemnikach/przesadzanych i młodych, opilśń (mufka grzybniowa) jest magazynem wody i substancji odżywczych, niezbędnych do zaaklimatyzowania się roślin w nowym środowisku. W tym wypadku grzyby mikoryzowe odpowiadają za sprawniejsze dostarczanie wody i jej odpowiednie zmagazynowanie (dzieje suię tak dlatego, że przerost komóŹrek miękiszu kory pierwotnej korzenia strzępkami grzyba zwiększa średnicę korzeni mikoryzowych, przez co mogą one pobierać więcej wody z podłoża, a wraz z nią i soli mineralnych).
• Mikoryza zwiększa odporność roślin na patogeny, gdyż z jednej strony stanowi fizyczną barierę dla patogenów korzeniowych (stanowi przeszkodę mechaniczną w postaci mufki grzybni na korzeniach), a z drugiej - współuczestniczy w obronie chemicznej w wyniku produkcji i działania antybiotyków).
• Warto wiedzieć, że związki mikoryzowe umożliwiają roślinom prawidłowy rozwój na terenach zdegradowanych i wzdłuż autostrad, czyli wszędzie tam, gdzie zaburzony został prawidłowy skład mikroflory glebowej. Mało doceniana jest ochronna rola mikoryz przed negatywnym wpływem kwaśnych deszczy, ochrona przed zasoleniem i zanieczyszczeniem gleby metalami ciężkimi i pierwiastkami promieniotwórczymi. W ten sposób mikoryza umożliwienia produkcję żywności na terenach obciążonych skażeniami.
• Do innych zalet symbiozy roślin z grzybami należy popraŹwa ogólnej kondycji i wspomaganie wzrostu roślin (szybszy wzrost na wysokość i grubość). Sadzonki roślin z dobrze wykształconą mikoryzą są zwykle większe od niemikoryzowych. Dzieje się to poprzez dostarczenie witamin i hormonów powodujących lepszy wzrost i dłuższe życie korzeni oraz większą odporność roślin na czynniki stresowe. Lepsza kondycja roślin mikoryzowanych prowadzi do większej udatności upraw - wynika to z łatwiejszej aklimatyzacji roślin przy przejściu z warunków in vitro do post in vitro (ogranicza to w dużym stopniu potrzebę dokonywania poprawek).
• Należy mieć także na uwadze fakt, że grzyby mikoryzowe przyczyniają się do tworzenia właściwej struktury gleby, zwłaszcza dzięki glomalinie - glikoproteinie produkowanej przez zewnętrzne strzępki grzyba i powodują wzrost odporności gleb na erozję.

Inne korzyści płynące z uprawy roślin wykorzystujących układy symbiotyczne z mikroorganizmami:

1. możliwość minimalizacji orki, a tym samym zwiększenie mikrobiologicznej jakości gleb,
2. wzrost dostępności P, Zn, Cu i Mn w glebie (większa zawartość w żywności mikroelementów, które są podstawą wytwarzania hormonów regulujących procesy wzrostu, dojrzewania i prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka pozwala na wytwarzanie tzw. żywności dedykowanej lub funkcjonalnej),
3. wzrost walorów smakowych warzyw i owoców poprzez wzrost zawartości flawonoidów i innych fitozwiązków, a tym samym wzrost konkurencyjności upraw,
4. zmniejszenie nakładów na środki ochrony roślin,
5. zmniejszenie zużycia wody (rośliny mykoryzowe są znacznie mniej podatne na stres suszy i lepiej utrzymują wodę w tkankach).

Sposób w jaki grzyby mikoryzowe ograniczają choroby roślin:

• wpływają korzystnie na rozwój korzeni, co kompensuje uszkodzenia wywoływane przez patogeny;
• wytwarzają antybiotyki, co może zwiększać ich konkurencyjność w stosunku do patogenów;
• stymulują produkcję w roślinach-gospodarzach związków hamujących wzrost patogenów np. fenoli i konkurują z patogenami o składniki odżywcze;
• wpływają na niektóre patogeny gdyż wydzieliny korzeni z mikoryzą zawierają związki dla nich toksyczne;
• chronią rośliny głównie przed patogenami powodującymi zgorzele i zgnilizny korzeniowe (Fusarium, Pythium, Rhizoctonia, Phytophtora i inne).

Wraz z rozwojem rolnictwa intensywnego i wzrostem zanieczyszczenia środowiska, naturalne związki istniejące w przyrodzie są coraz bardziej zrywane. Innym źródłem eliminowania mikroorganizmów współżyjących z roślinami było wprowadzanie roślin rozmnażanych in vitro oraz upraw na podłożach bezglebowych, w intensywnej produkcji doniczkowo-pojemnikowej. W tej sytuacji jasne się stało, że przywrócić równowagę biologiczną między roślinami, a pożytecznymi mikroorganizmami można przez mikoryzację czyli celowe dodawanie grzybów do podłoży.

Pierwsze próby tworzenia takiej symbiozy polegały na dodawaniu u roślin uprawianych w doniczkach, gleby pobieranej z lasu (szczególnie bogata w gatunki grzybów mikoryzowych jest ściółka spod dębów). Bardziej zaawansowaną techniką wprowadzania mikroorganizmów jest wykorzystanie roślin łatwo zasiedlanych przez grzyby mikoryzowe, jako ich źródła, np. babki wąskolistnej, koniczyny, aksamitki, czy truskawek. W tym przypadku rośliny te posadzone w polu wśród innych roślin stają się źródłem grzybów mikoryzowych. Zarówno w pierwszym jak i drugim przypadku nie wiemy jednak, jaka jest ilość wprowadzanych mikroorganizmów, ich żywotność, szybkość rozprzestrzeniania oraz jakie jest powinowactwo do uprawianych roślin.

W gospodarstwach ekologicznych stosowanie szczepionek mikoryzowych jest jedną z metod biologicznego ożywiania gleby. Na polach utrzymywanych w dobrej kulturze rolnej ich stosowanie nie jest konieczne (bogaty płodozmian, duża zawartość materii organicznej). Jednak przy bardziej uproszczonych metodach produkcji używanie szczepionek jest zalecane co kilka lat.

Szczepionki mogą być oparte na zarodnikach lub żywych strzępkach. Te oparte na zarodnikach można otoczkować i umieszczać na nośniku np. z gliny. Znacznie trudniej jest postępować z żywą grzybnią. Może być ona zawieszona w środowisku płynnym np. w żelu, czy wysuszona razem z korzeniami. W handlu dostępne są w różnych innych formach: proszków, żelów, płynów czy granulatów.

Szczepionki mikoryzowe można aplikować bezpośrednio do dołków podczas sadzenia roślin, do gleby wokół istniejących roślin lub poprzez podlewanie. Ważne jest, aby grzyby miały kontakt z korzeniami roślin, ponieważ to tam dochodzi do zawiązania symbiozy.

W sadownictwie najbardziej przydatne są szczepionki oparte na grzybach z rodzaju Glomus, które tworzą endomikoryzę. Rodzaj Glomus zawiera ponad 20 różnych gatunków. Szczepionka, która byłaby aktywna dla wielu gatunków roślin, powinna zawierać 3-5 gatunków grzybów należących do tego właśnie rodzaju (najczęściej występujące to: G. intraradices, G. mossaeae, G. fasciculatum, G. etunicatum). Szczepionki jednogatunkowe są skuteczne wyłącznie do roślin, w stosunku do których zostały wyselekcjonowane i przebadane. Szczepionki z bogatszym składem gatunkowym są bardziej uniwersalne. Kiedy szczepionka jest stosowana do gleby lub podłoża, zarodniki grzybów kolonizują korzenie roślin, tworząc struktury zwane strzępkami.

W handlu spotykamy gotowe szczepionki mikoryzowe w płynie i w proszku. W wielu przypadkach szczepionki mikoryzowe stanowią mieszankę zarodników grzybów mikoryzowych oraz substancji stymulujących rozwój mikoryzy.

Najnowszym trendem jest włączanie do szczepionek bakterii wspomagajacych wzrost grzybni. Rola ich polega głównie na regulowaniu gospodarki azotowej, z czego korzyści odnosi zarówno roślina, jak i jej partner grzybowy. Bakterie te mogą działać również na zasadzie konkurencji z patogenami. W niektórych szczepionkach znajduje sie grzyb Trichoderma harzianum, który jest grzybem pasożytniczym w stosunku do innych grzybów wywołujących choroby roślin. Czyli jego obecność poprawia zdrowotność roślin.

Obecnie na rynku mamy dużo różnorodnych preparatów mikoryzowych, do stosowania zarówno podczas sadzenia roślin jak i w późniejszym czasie. Do drzew i krzewów (iglastych i liściastych), do róż i roślin wrzosowatych, do trawnika, zbóż, cebulowych, pomidora, papryki. W praktyce możemy stosować preparaty bez względu na wiek rośliny czy gatunek.

W sadownictwie, w uprawie drzew i krzewów, większe znaczenie mają szczepionki endomikoryzowe - wewnetrzne, zaś w uprawie innych roslin - szczepionki ektomikoryzowe (zewnętrzne). W sadownictwie szczepionki mają znaczenie głównie w produkcji szkółkarskiej. W innych działach ogrodnictwa mają olbrzymie znaczenie w produkcji pojemnikowej czy doniczkowej, a także przy produkcji roślin z nasion czy z sadzonek na podłożach bezglebowych i zawsze dla roślin mikrorozmnażanych (z natury wolnych od wszelkich mikroorganizmów).

Stosując szczepionki trzeba też wiedzieć, czy są one oparte na zarodnikach, czy na strzępkach. Preparaty oparte na strzępkach działają dużo szybciej i powinniśmy je stosować na rośliny już wyrośnięte. W przypadku takich szczepionek widocznej reakcji można się spodziewać w krótkim czasie. Jeśli natomiast są oparte na zarodnikach, to widoczne efekty zasiedlenia są obserwowane po 3-4 tygodniach. Zwykle zabiegi mikoryzacji wykonuje się jednorazowo. Jeśli z jakiegoś powodu byłby on nieskuteczny, wtedy można go powtórzyć. Najlepiej jeśli szczepienie grzybami mikoryzowymi wykonywane jest podczas sadzenia lub przesadzania roślin. Jest to najłatwiejszy, najskuteczniejszy i najtańszy sposób mikoryzacji.

Występująca w Polsce duża powierzchnia obszarów o niekorzystnych warunkach gospodarowania oraz niska klasa bonitacyjna gleb, stanowią istotny czynnik rozwoju nowych odmian roślin uprawnych wykorzystujących zjawisko mikoryzy. Należy zauważyć, że najbardziej intensywna produkcja warzywnicza prowadzona jest wokół dużych aglomeracji miejskich, niejednokrotnie skażonych przez ruch samochodowy i przemysł. Zagłębia warzywnicze korzystają głównie z intensywnych odmian, które kumulują w sobie duże ilości szkodliwych dla zdrowia metali ciężkich, pierwiastków promieniotwórczych i związków ropopochodnych. W tej sytuacji szanse polskich firm nasiennych należy upatrywać w rozwoju odmian wykorzystujących m.in. zjawisko mikoryzy.

Czynnikiem stymulującym rozwój nasiennictwa opartego na procesach naturalnych, a zwłaszcza symbiozie roślin wyższych z mikroorganizmami, jest duży popyt konsumentów na "żywność naturalną", rosnąca rola rolnictwa ekologicznego, a także powiększający się areał gruntów zdegradowanych i pozostających pod presją skażeń środowiskowych.

• Stosowanie szczepionek mikrobiologicznych i zapraw "biologicznych" do ożywiania gleb jałowych (pozbawionych grzybów mikoryzowych)
• Wykorzystanie preparatów mikrobiologicznych wspierających mikrobiom ryzosfery i mikrobiom roślin (endo i egzofity stosowane do zaprawiania nasion, gwarantujące równe i szybkie kiełkowanie)
• Wykorzystanie preparatów mikrobiologicznych wspomagających wiązanie azotu atmosferycznego

Produkcja warzyw metodami ekologicznymi stanowi priorytet we współczesnym świecie. Wynika to z kilku przesłanek, m.in. z:

1. konieczności poprawy jakości gleb, które w wyniku niekontrolowanej produkcji rolnej i stosowania nadmiernych ilości nawozów uległy degradacji pod względem różnorodności mikrobiologicznej i przydatności do produkcji żywności wysokiej jakości,
2. konieczności ograniczenia stosowania nawozów chemicznych ze względu na wyczerpywanie zasobów mineralnych, obciążenie nawozów szkodliwymi związkami chemicznymi (zawartość takich pierwiastków jak kadm - Cd w nawozach prowadzi do zwiększenia stężenia Cd w warzywach co znacznie obniża jakość warzyw takich jak sałata), konieczności przeciwdziałania eutrofizacji wód (łatwo rozpuszczalne nawozy chemiczne uwalniane do wód gruntowych powodują zakwity toksycznych glonów),
3. konieczności zmniejszenia ilości stosowanych środków ochrony roślin co przy braku przestrzegania zasad ich stosowania prowadzi do skażenia żywności pestycydami i podnosi koszty uprawy.

Jednocześnie na rynku obserwujemy zalew oferty nasiennej firm zagranicznych, które w wyniku selekcji ukierunkowanej na maksymalny wzrost na podłożach sztucznych i w oparciu o nawożenie mineralne pozwala na uzyskiwanie wysokich plonów roślin. Często jednak dokonuje się to przy obniżeniu jakości smakowej i zdrowotnej warzyw i owoców. Zapomnieniu uległo wiele odmian lokalnych, które w nowoczesnym rolnictwie są trudniejsze w uprawie, mimo że ich walory smakowe i zawartość wtórnych metabolitów są znacznie większe.

• Brak mikoryzy sugeruje zaburzenie prawidłowego składu mikrobiologicznego gleby.
• Niedostateczny stopień zawiązywania się tego rodzaju symbiozy u roślin zielnych jest przeważnie wynikiem działalności człowieka - w szczególności przenawożenia gleb, chemizacji rolnictwa oraz wykorzystywania niewłaściwych odmian (trzeba wiedzieć, że proces tworzenia nowoczesnych odmian bazuje dzisiaj na selekcji roślin uprawnych pod kątem łatwości korzystania z nawozów chemicznych).
• Szczepionki mikoryzowe są naturalnym i ekologicznym sposobem wspierania roślin poprzez poprawę ich zdrowia i odporności, a także zwiększenia efektywności pobierania składników odżywczych z gleby.