Ryzosfera ujawnia swoje sekrety

Środowisko korzeniowe roślin uprawnych sprzyja intensywnej aktywności gleby. Bakterie i grzyby wchodzą w interakcje z rośliną, która może regulować ich rozwój pod kątem własnych potrzeb. Podajmy kilka przykładów.

Rośliny są bardzo aktywne. Mogą zmieniać swoje środowisko na poziomie fizycznym, chemicznym i biologicznym, zarówno w częściach nadziemnych, jak i podziemnych. „Około 10% związków węgla pobieranych  przez rośliny w okresie ich życia w wyniku fotosyntezy trafia do gleby. Wartość ta może sięgać nawet 30%”, twierdzi Philippe Hinsinger, pracownik naukowy Krajowego Instytutu Badań Rolniczych (INRA) w Montpellier. Takie wydzieliny z korzeni stymulują aktywność mikroorganizmów glebowych, które z kolei odżywiają rośliny.

Na przykład fosfor występuje w glebie w bardzo dużej ilości, ale w większości jest on niedostępny dla roślin. „20 do 40% fosforu obecnego w glebie występuje w postaci organicznej (na łąkach jest to od 60 do 80%). Do pobrania fosforu konieczna jest mineralizacja, w której mogą uczestniczyć mikroorganizmy, dostarczając enzymów zwanych fosfatazami”, objaśnia Philippe Hinsinger. „Rośliny są jednak w stanie stymulować aktywność tych mikroorganizmów w celu zwiększenia ilości dostępnego fosforu”. Sama roślina jest w stanie wytwarzać fosfatazy na swoich korzeniach, jednak z dużo mniejszą wydajnością. Wydzieliny z korzeni sprzyjają również rozwojowi grzybów zdolnych do tworzenia mikoryzy, co zwiększa ukorzenienie rośliny, a tym samym wchłanianie składników odżywczych, takich jak fosfor.

Ochrona przed szkodnikami

„Perspektywy dotyczące zasobów fosforanów na świecie, które w ciągu kilkudziesięciu lat mogą się znacznie zmniejszyć, nie są najlepsze, dlatego coraz ważniejsze staje się mobilizowanie fosforu dla zapewnienia roślinom składników odżywczych”, mówi Daniel Wipf, pracownik naukowy INRA w Dijon. Na poziomie cząsteczkowym korzenie są w stanie ukierunkować współpracujące organizmy na odżywianie lub ochronę.

Żelazo jest pierwiastkiem śladowym o ważnym znaczeniu dla roślin, dlatego mikroorganizmy rywalizują o nie. Bakterie stymulowane wyciekami z korzeni są zdolne do uwalniania żelaza do środowiska. W efekcie pierwiastek ten jest dostępny dla bakterii, a nie dla patogenów. Bakterie są w stanie wytwarzać też antybiotyki hamujące szkodliwość patogenów. „Rośliny mogą również reagować na szkodniki występujące pod ziemią. Korzenie mogą wydzielać lotne cząsteczki, rozchodzące się w glebie na duże odległości Amerykańskie badania wykazały, że dzieje się tak w przypadku zaatakowania kukurydzy przez larwy konkretnego gatunku owada”, mówi Philippe Hinsinger. „Wydzielane cząstki gazu są informacją dla nicieni owadożernych, które żywią się larwami szkodników kukurydzy”. Jest to swoista komunikacja między roślinami a ich sojusznikami – nicieniami.

Innym przykładem są rośliny strączkowe wysyłające sygnały do bakterii symbiotycznych, tworząc bulwy, w których wiązany jest azot. Mikroorganizmy mogą też wytwarzać hormony wzrostu rozwijające korzenie i grzybnię mikoryzową.

Spoiwo poprawiające stabilność strukturalną gleby

Cząstki białkowo-cukrowe wytwarzane przez korzenie oraz niektóre mikroorganizmy mogą wpływać również na strukturę gleby. Tworzą klej, który pełni funkcję bariery chroniącej glebę przed wysychaniem. „Te makrocząsteczki zmieniają właściwości wód gruntowych i pozwalają utrzymać bliski kontakt między korzeniami a glebą, usprawniając przepływ wody i składników odżywczych. Mechanizm różni się w zależności od gatunku, ale jest dobrze widoczny w zbożach, gdzie zauważalna jest warstwa ochronna oklejona na korzeniach”, wskazuje Philippe Hinsinger. Klej działa na zasadzie spoiwa, które wiąże mineralne cząsteczki gleby. Przyczynia się to do odporności na erozję, rozkład i osuwanie gleby. W przypadku grzybów mikoryzowych ten rodzaj cząsteczki jest wytwarzany w nadmiarze. Klej ten sprzyja aktywności korzeni, które zachowują istniejącą porowatość gleby.

Mikoryza zasługuje na poświęcenie jej odrębnego rozdziału. Jeśli chodzi o gatunki uprawne, z symbiozą między grzybami a korzeniami mamy do czynienia w przypadku większości roślin. Wyjątek stanowią rośliny z rodziny Szarłatowatych (burak, szpinak) i Krzyżowych (rzepak, gorczyca).

 „Rośliny dostarczają grzybom niezbędnych czynników wzrostu, a w zamian grzyby dostarczają roślinom składników odżywczych oraz wody, umożliwiając rozszerzenie systemu korzeniowego nawet do 7 cm od korzeni”, mówi Jean-François Vian, pracownik naukowy Instytutu Rolnictwa i Przemysłu Spożywczego, Rhone-Alpes (ISARA Lyon). „Ponadto strzępki grzybów wykorzystują mikroporowatość gleby, której nie zajmują korzenie”. „Na jeden gram gleby przypada 2,5 do 20 m strzępków”, mówi Daniel Wipf. Główną rolą mikoryzy występującej u 80% gatunków roślin jest zwiększenie objętości wykorzystywanej gleby, aby zapewnić roślinie 40- do 1000-krotnie większą zdolność do przechwytywania wody i składników odżywczych”.

Zwiększenie zakresu wykorzystania gleby dzięki mikoryzie

Mikoryza nie tylko zapewnia roślinie lepsze przyswajanie składników, ale także odgrywa rolę w ochronie przed stresem  „Jeśli mikoryza została wcześniej uformowana, może konkurować z patogenami występującymi w glebie, stanowiąc doskonałą barierę zapobiegającą zaatakowaniu korzeni”, mówi Daniel Wipf. Sieć strzępków grzybów przyczynia się do stabilizacji gleby, zapobiegając wymywaniu i erozji, a wydzielanie glikoprotein dostarcza glebie doskonałego spoiwa.

Słaba mikoryzacja u nowoczesnych gatunków

Niestety w warunkach konwencjonalnej uprawy roślin nie zawsze dba się o rozwój mikoryzy. Przykłady kombinacji roślin strączkowych i pszenicy, lnu oraz sorgo wykazują aktywną mikoryzację, która zwiększa produkcję biomasy. Jednak każdą kombinację należy przetestować pod kątem stosowanych odmian i lokalnych czynników klimatycznych. Wyniki będą różne dla różnych regionów.

Słabą skuteczność mikoryzacji zauważa się szczególnie w przypadku nowoczesnych odmian, u których zanika zdolność wytwarzania aktywnej mikoryzy.

„Uprawy wybierano w oparciu o ich zdolność do wchłaniania składników odżywczych w warunkach niczym nie ograniczonych, niezależnie od organizmów glebowych”, zauważa Daniel Wipf. Szwedzcy naukowcy zmierzyli skutki mikoryzacji u jedenastu odmian pszenicy (sprzed 1975 roku) oraz jedenastu nowoczesnych odmian (po 1975 roku). „Wzrost biomasy zaobserwowano u ośmiu starych odmian i tylko u jednej z nowoczesnych odmian”, mówi naukowiec. Hodowcy roślin uprawnych zaczynają się interesować tym tematem i współpracować z organizacjami badawczymi specjalizującymi się w mikoryzie.

Goła gleba nie jest korzystna

Stale okryta gleba ma kluczowe znaczenie dla rozwoju roślin uprawnych. 

„Bezwzględnie konieczna jest taka uprawa gleby, aby stale znajdowały się w niej korzenie”, mówi Virginia Riou z Izby Rolnictwa Pays de la Loire. „To żywe korzenie mają znaczący wpływ na cały łańcuch pokarmowy.”, dodaje Jean-François Vian z Instytutu Rolnictwa i Przemysłu Spożywczego, Rhone-Alpes (ISARA Lyon). Niezbędny jest odpowiedni dobór roślin i ich płodozmian.

„Należy unikać pokryw wegetacyjnych składających się wyłącznie z roślin z rodziny Krzyżowych, ponieważ wpływają one niekorzystnie na powstawanie mikoryzy. Pokrywy zawierające co najmniej niewielką część roślin strączkowych zawsze są korzystne”, zaleca Jean-François Vian. Równie interesujące są trawy, których system wzajemnie połączonych korzeni przyczynia się do zapewnienia właściwej struktury gleby.

Ograniczanie zaburzeń mechanicznych

Jeśli w rotacji upraw zbyt często stosowane będą rośliny takie jak rzepak czy burak, wpłynie to niekorzystnie na powstawanie mikoryzy. „Obecność roślin strączkowych jest korzystna, ponieważ ich aktywność wywiera wpływ na stymulację wszystkich grup organizmów glebowych”, mówi Jean-François Vian.

W procesie zarządzania glebą najlepiej zminimalizować mechaniczne jej zruszanie. „Grupy organizmów żyjących w ryzosferze są bogatsze, jeśli gleba nie jest zaorana, a jeszcze korzystniejszy dla mikoryzy jest siew bezpośredni. Nie oznacza to jednak, że mikoryza nie występuje w zaoranej glebie. Po prostu tam kolonizacja roślin zachodzi wolniej”, wyjaśnia ekspert. Czasami jednak źle wdrażane zasady minimalnej uprawy gleby są gorsze w skutkach niż jednorazowa orka. ”Produkty fitosanitarne, a zwłaszcza środki grzybobójcze (a także nawozy syntetyczne), powinny być stosowane racjonalnie, aby zoptymalizować funkcjonowanie ryzosfery."

Aktualizacja 11. 5. 2022