Nie od dziś wiadomo, że rośliny bobowate mają zdolność do tworzenia symbiozy z bakteriami Rhizobium, zwanymi również brodawkowymi. Bakterie te bytują na korzeniach i poprzez szereg różnych procesów wiążą azot atmosferyczny i przekształcają go w formę amonową, która jest dostępna dla roślin – jest to niezwykle istotne z punktu widzenia rolniczego oraz środowiskowego.

Jak się tworzy brodawka i o co chodzi z tymi bakteriami?

Bakterie brodawkowe (Rhizobium) występują pospolicie w glebach, a zwabione lektynami wydzielanymi przez korzenie roślin motylkowych wnikają z gleby do komórki włoska korzeniowego przez nić zakaźną. Następnie dochodzi do zakażenia sąsiednich komórek epidermy korzenia, wydzielania hormonu wzrostu przez roślinę i ostatecznego uformowania się brodawki korzeniowej. Brodawka w okresie intensywnego wiązania azotu atmosferycznego, czyli w czasie kwitnienia rośliny, przybiera barwy od bladoróżowej do czerwonej, natomiast kolory biały lub brunatny świadczą o zaniku tego procesu. W ramach ciekawostki warto dodać, iż za różowy bądź czerwony kolor, a także utrzymanie odpowiednich warunków tlenowych wewnątrz narośli odpowiada białko zwane leghemoglobiną, która jest biochemicznie podobna do zwierzęcej hemoglobiny. Brodawki roślin bobowatych różnią się między sobą anatomicznie i fizjologicznie, a każdy gatunek rośliny jest zdolny do bakteriozy na ogół tylko z odpowiednim szczepem bakterii, np. fasola tworzy symbiozę z bakteriami Rhizobium leguminosarum bv. faseoli, natomiast koniczyna z Rhizobium leguminosarum bv. trifolii itd. Niektóre dzikie szczepy Rhizobium mogą współżyć z wieloma gatunkami roślin motylkowatych i mówi się, że mają wówczas zdolność do tzw. krzyżowego zakażania roślin. Soja, która będzie za chwilę szczegółowo omawiana, ma zdolność współżycia tylko i wyłącznie z bakteriami Bradyrhizobium japonicum, które naturalnie nie występują w glebach polskich. Z tego względu konieczne jest szczepienie (inokulacja) nasion soi Nitraginą.

Jak do tej pory nauka wykazała, iż na aktywność bakterii i liczbę brodawek negatywnie wpływają zbyt intensywne nawożenie azotowe, zła jakość uprawianej gleby, niska temperatura gleby w trakcie siewu, niewłaściwe lub zbyt długie przechowywanie szczepów czy wystawienie szczepionki na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Udowodniono nawet, że stosowanie we wczesnych fazach rozwoju soi nawozów i środków ochrony roślin, zawierających miedź i mangan, hamuje namnażanie nowych bakterii, zmniejsza liczbę brodawek i ogranicza pracę bakterii w tych brodawkach, które już powstały. Dane te dotyczą związków miedzi i manganu w postaci chlorków oraz siarczanów, natomiast nikt w warunkach laboratoryjnych nie zbadał wpływu tych mikrolementów na żywotność Rhizobium w formie schelatowanej.

Bakterie brodawkowe vs. miedź i mangan

Doświadczenie pt. „Wpływ wybranych mikroelementowych nawozów nasiennych na przeżywalność bakterii Bradyrhizobium japonicum” zostało przeprowadzone w Katedrze Przyrodniczych Podstaw Jakości na Wydziale Towaroznawstwa Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu przez Agnieszkę Brzezińską i Anikę Mrozek-Niećko. W badaniach wykorzystano nasiona soi odmiany Merlin oraz bakterie Bradyrhizobium japonicum, które wyizolowano za pomocą sekwencjonowania fragmentu genomu z popularnej szczepionki – Nitraginy. Następnie szczep został poddany hodowli i inkubacji przez okres 5 dni w temperaturze 30oC. Skład wykorzystanych nawozów mikroelementowych wyglądał następująco: A1: B 0,2 proc.; Co 0,05 proc.; Fe 0,1  proc.; MgO 1 proc.; Mo 0,1 proc.; Zn 1,5 proc.; N 2 proc. (m/m); A2: B 0,2 proc.; Cu 0,2 proc.; Co 0,05 proc.; Fe 0,1 proc.; MgO 1 proc.; Mn 1 proc.; Mo 0,1 proc.; Zn 1,5 proc.; N 2 proc. (m/m).

Brodawki w czasie zahamowania procesu wiązania azotu atmosferycznego przybierają kolor biały lub brunatny
Brodawki w czasie zahamowania procesu wiązania azotu atmosferycznego przybierają kolor biały lub brunatny

Mówiąc krótko – nawozy różniły się między sobą zawartością miedzi i manganu, których dodano, by zbadać ich wpływ na żywotność Bradyrhizobium japonicum. Doświadczenie przeprowadzono metodą płytkową w trzech powtórzeniach z wykorzystaniem różnych stężeń nawozów. Dodatkowo określono wpływ czasu zaprawiania nasion bakteriami i mikroelementowymi nawozami nasiennymi na przeżywalność bakterii. Badania wykonano bezpośrednio po szczepieniu nasion oraz po upływie 1, 3 i 24 godzin od aplikacji.

W eksperymencie wykazano bakteriobójcze działanie nawozu A2 w całym zakresie badanych stężeń, natomiast nawóz A1 hamował rozwój bakterii w stężeniu powyżej 3,1 proc. Jaką rolę z kolei odegrał czas, jeśli chodzi o liczbę aktywnych kolonii? Jak się łatwo domyślić, w przypadku zastosowania nawozu A1 największą liczbę kolonii udało się uzyskać z nasion od razu po zaprawieniu – 7,6 x 107 jtk/g, z kolei po upływie godziny liczba jednostek tworzących kolonie spadła do 7,1 x 105. Maksymalny spadek liczby kolonii odnotowano po 3 i 24 godzinach od zaprawiania, kolejno – 7,6 x 104 jtk/g oraz 6,8 x 104 jtk/g. Zastosowanie nawozu zawierającego miedź i mangan skutecznie ograniczało rozwój bakterii brodawkowych. Wyniki te dowodzą słuszności inokulacji nasion soi bezpośrednio przed siewem.

By nauka nie poszła w las

Jakie wnioski warto wyciągnąć z tego doświadczenia? Należy zwracać szczególną uwagę na skład nawozów nasiennych, a także unikać stosowania środków ochrony roślin zawierających miedź i mangan we wczesnych fazach rozwojowych soi. Wspomniane wcześniej mikroelementy lepiej dostarczać dolistnie niż doglebowo – wówczas zwiększymy ilość bakterii brodawkowych w glebie. Zbyt długi czas przechowywania nasion negatywnie wpływa na liczbę aktywnych bakterii.