W ciągu ostatnich trzech kwartałów większość firm i prasa branżowa szeroko omawiała problem szkód powodowanych przez grzyby chorobotwórcze, w szczególności pojawienie się mykotoksyn. Można powiedzieć, że dziś niemal każdy specjalista i rolnik zna na pamięć objawy, cykle życiowe grzybów, wartości graniczne toksyn oraz możliwe metody zwalczania. Także my, obok wielu ekspertów, szczegółowo opisywaliśmy biologiczne aspekty zintegrowanych metod ochrony.

Mikrobiologia, agrotechnika, ochrona roślin i genetyka to filary skutecznej obrony przed infekcjami. Jednak rzadziej mówi się o jednym kluczowym aspekcie – wzmocnieniu odporności i układu immunologicznego roślin.

Grzyby strzępkowe, o których mowa, na przestrzeni milionów lat wykształciły wiele strategii pasożytowania na żywych tkankach roślin, przechodząc między trybem saprofitycznym (rozkład materii organicznej) a pasożytniczym i patogennym. Niektóre gatunki prowadzą ten tryb życia „profesjonalnie”, korzystając z pełnego arsenału patogenicznego, inne z kolei działają jako patogeny oportunistyczne, wykorzystujące osłabienie roślin. Poniżej krótko przypomnijmy dwa przykłady ilustrujące te strategie.

Aspergillus flavus

To klasyczny patogen oportunistyczny. Wśród roślin uprawnych największe szkody powoduje w kukurydzy, orzeszkach ziemnych, bawełnie, migdałach i pistacjach.

To najintensywniej produkujący toksyny gatunek z rodzaju Aspergillus. Optymalna temperatura jego wzrostu to aż 37 °C! Rośnie intensywnie w przedziale 30–55 °C, wolniej przy 12–15 °C.

Grzyby Aspergillus dobrze rozwijają się w warunkach wysokiej temperatury i niskiej wilgotności. W takich okolicznościach produkują obficie konidia (bezpłciowe zarodniki), które łatwo przenoszą się z wiatrem i owadami.

Grzyb zimuje w glebie w postaci grzybni lub w postaci twardych, zwartych struktur – sklerocjów. Te następnie kiełkują, tworząc strzępki i nowe konidia.

Na relację roślina–grzyb silny wpływ mają zarówno temperatura, jak i wilgotność. Oddziałują one na metabolizm i odporność zarówno gospodarza, jak i patogenu.

Stres wodny i uszkodzenia spowodowane przez owady znacznie zwiększają ryzyko infekcji Aspergillus flavus.

Choć grzyb ten rzadko powoduje znaczne straty ilościowe, u zdrowych roślin trudno przełamuje mechanizmy obronne. Jednak ze względu na produkcję toksyn jego obecność może prowadzić do poważnych strat jakościowych i ekonomicznych.

Macrophomina phaseolina

Spośród setek roślin żywicielskich, największe straty ekonomiczne ten grzyb powoduje w takich uprawach jak: soja, słonecznik, lucerna, kukurydza, bawełna, sorgo, burak cukrowy, truskawka, ciecierzyca i fasola.

W sprzyjających warunkach (ciepło, ok. 28 °C) grzyb wytwarza strzępki, które rozrastają się aż do momentu napotkania korzenia rośliny żywicielskiej. Następnie przenikają one do tkanek roślinnych między komórkami epidermy.

We wczesnym etapie infekcja pozostaje zazwyczaj międzykomórkowa, jednak później strzępki docierają do błony plazmatycznej gospodarza. Nie wnikają do wnętrza komórek, ale pozostają w niej „osłonięte”, tworząc wyspecjalizowaną strefę kontaktu.

Macrophomina phaseolina wydziela cały zestaw enzymów rozkładających ściany komórkowe – m.in. pektynazy, ksylenazy, celulazy i proteazy. Dodatkowo produkuje toksyny, takie jak fazeolinon i botriodiplodina. Ostatecznie grzyb kolonizuje tkankę przewodzącą rośliny, a powstające w naczyniach ksylemu mikrosklerocja prowadzą do ich zatkania, co skutkuje więdnięciem i śmiercią rośliny.

Straty plonów mogą sięgać 50–60%, a w niektórych przypadkach nawet 80%.

W trakcie ataku różnych patogenów rośliny aktywują własne mechanizmy obronne. Powstają reaktywne formy tlenu (np. rodniki hydroksylowe, anionorodniki ponadtlenkowe, nadtlenek wodoru), które nie tylko są w stanie samodzielnie zniszczyć niektóre mikroorganizmy, ale także prowadzą do śmierci zakażonych komórek i tkanek. W ten sposób tworzą barierę chemiczną i fizyczną przeciwko rozprzestrzenianiu się infekcji oraz mogą pełnić funkcję sygnałową, inicjując kolejne reakcje obronne, jak np. wzmocnienie ścian komórkowych.

Ponieważ nadmierna ilość tych reaktywnych związków może z czasem uszkodzić także komórki roślinne, równolegle zwiększa się produkcja enzymów antyoksydacyjnych, które neutralizują te formy, utrzymując równowagę w komórce.

Co ciekawe, istnieją gatunki grzybów, które potrafią hamować lub nawet zatrzymać proces śmierci komórek, ograniczając tym samym zdolności obronne roślin. Inne z kolei przyspieszają ten proces, aby szybciej doprowadzić do śmierci gospodarza. Zależy to od strategii danego grzyba – czy bardziej „opłaca mu się” żywa, czy martwa tkanka. Z tego wynika, że zaatakowane rośliny muszą być w stanie wybrać odpowiednią reakcję, by skutecznie bronić się w obu przypadkach.

W walce z grzybami patogenicznymi infekującymi z gleby – wobec braku skutecznych metod chemicznych – kluczowe znaczenie ma odporność samej rośliny.

Wszystkie zabiegi agrotechniczne, nawożenie, ochrona roślin czy inne działania, które zwiększają witalność rośliny, wzmacniają jej układ odpornościowy oraz poprawiają zdolność do pobierania wody i składników pokarmowych, można uznać za pośrednie metody ochrony przed grzybami. Dotyczy to szczególnie patogenów oportunistycznych, ale ma zastosowanie także wobec agresywnych patogenów.

Prowadziliśmy badania z różnymi biostymulantami – przede wszystkim z preparatami mikrobiologicznymi i kondycjonerami roślinnymi – w tym zakresie.

Nasz preparat zawierający kwasy humusowe jest od ponad 10 lat stosowany przez rolników w celu łagodzenia stresów środowiskowych. Kwasy humusowe wykazują szerokie działanie biologiczne – mają właściwości antyoksydacyjne, przeciwzapalne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze i antybakteryjne. Oddziałują na różne struktury komórkowe, takie jak błona plazmatyczna, mitochondria czy skład cytoplazmy.

W naszych doświadczeniach w fitotronach i na poletkach doświadczalnych zaobserwowaliśmy wzrost aktywności fotosyntetycznej oraz zwiększenie zawartości chlorofilu i karotenoidów.

Karotenoidy to barwne związki chemiczne, których elektrony łatwo ulegają wzbudzeniu pod wpływem światła i przechodzą na wyższy poziom energetyczny. Odgrywają kluczową rolę w fotosyntezie jako barwniki pochłaniające światło. Ich równie ważną funkcją jest ochrona przed uszkodzeniami oksydacyjnymi – działają jako antyoksydanty, neutralizując reaktywne formy tlenu, takie jak tlen singletowy, i zapobiegając szkodliwym procesom oksydacyjnym i działaniu wolnych rodników.

W eksperymencie przeprowadzonym w Ogrodzie Doświadczalnym Wydziału AGTC Uniwersytetu w Debreczynie, na różnych odmianach sorgo, odnotowaliśmy istotny wzrost zawartości chlorofilu i karotenoidów.

Rysunek 1. Eksperyment z preparatem Energia Humin – Debreczyn, 2022

Rysunek 2. Eksperyment z preparatem Energia Humin – Debreczyn, 2022

Podsumowując:

Wobec patogenicznych grzybów strzępkowych infekujących z gleby wciąż nie dysponujemy absolutnie skutecznymi metodami ochrony. Możliwa jest jednak skuteczna walka z nimi przy zastosowaniu zintegrowanego podejścia: odpowiedniej agrotechniki, uprawy odmian i mieszańców tolerancyjnych, metod ochrony roślin oraz technik mikrobiologicznych. Uzupełnieniem tych technologii są biostymulanty wspierające odporność roślin, w tym preparaty na bazie kwasów huminowych i fulwowych, które od dekad wykazują skuteczność w łagodzeniu stresu roślinnego.