Prirodzená symbióza pestovaných plodín s pôdnymi mikroorganizmami vytvára reálne možnosti využitia bakteriálnych kultúr vo forme „bakteriálnych hnojív“ v pestovateľskom systéme.
Praktický význam nadobúda predovšetkým symbióza podčeľade motýľokvetých (Papilionacea) s baktériami rodu Rhizobium a Azotobacter, ktorá umožňuje asimiláciu molekulového dusíka (N2) a tvorbu amoniaku (NH3). Existuje symbióza mikroorganizmov aj s botanicky inými druhmi, napríklad pšenica s kultúrou Azospyrilla, avšak ich efekt na výžive dusíkom je bezvýznamný. Je známych vyše 12-tisíc symbiotických druhov rastlín, z ktorých mnohé sú drevinami. Okrem strukovitých k nim patrí jelša, hlošina, rakytník rešetliakový a ďalšie. V prípade tropických rastlín (paveta a ardízia) hľúzky s baktériami vznikajú na listoch.
Hrčkotvorné alebo hľuzotvorné baktérie kolonizujú koreňový systém rastlín tým, že baktérie prenikajú (infikujú) do buniek mladých koreňových vláskov a vytvárajú symbiotickú štruktúru – bakteroid, ktorá obsahuje enzymatický nitrogenázový systém schopný asimilácie molekulového dusíka atmosféry a jeho premenu na amoniak. Tým, že v prírodných podmienkach pestovania plodín mikrobiálna aktivita symbiotickej kultúry v pôde s porastom motýľokvetých druhov je 104 -106 násobne vyššia ako na pôde s porastom obilnín, je relevantným argumentom o reálnej aplikácii symbiotických preparátov iba pri pestovaní motýľokvetých plodín. Účinnosť bakteriálnej kultúry sa posudzuje podľa virulentnosti (infekcie) reprezentovanej asociáciou baktérie s koreňmi rastlín, prienikom baktérií do buniek koreňových vláskov a vytvorením štruktúry bakteroidu. Virulentnosť je vysoko selektívna, iba určité rody a kmene baktérií sú schopné vytvárať symbiotické interakcie s konkrétnymi botanickými druhmi rastlín. Ďalším ukazovateľom funkčnosti baktérií je enzymatická aktivita nitrogenázového systému bakteroidu, ktorá zodpovedá za priebeh zložitých viac stupňových asimilačno – redukčných reakcií tvorby amoniaku z molekulového dusíka. O nitrogenázovej aktivite rozhodujú podmienky, medzi ktoré patrí najmä zdroj energie (poskytuje rastlina) a anaeróbne podmienky v reakčnom centre enzýmu. Bakteriálna bunka samostatne bez hostiteľskej rastliny nie je schopná vytvoriť bakteroid a realizovať asimiláciu N2. Anaeróbne podmienky zabezpečuje leghemoglobín (zložený z globínu a hemu), ktorý viaže kyslík a tým zamedzuje jeho prieniku do reakčného centra multienzýmového systému v štruktúre bakteroidu.
Zo sumárnej rovnice reakcie asimilácie molekulového dusíka (N2) a tvorby dvoch molekúl amoniaku bakteriálnymi bunkami rodu Rhizobium, žijúcich v symbióze s koreňmi motýľokvetých plodín (na príklade druhov: ďatelina, lucerna, fazuľa) vyplýva spotreba 8 protónov, 8 elektrónov a 16 molekúl ATP:
N2 + 8H+ + 8 e– + 16 ATP —› 2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 H3PO4
Mikrobiálna kultúra Azotobacter chroococcum je schopná asimilovať okolo 20 mg N2 v prepočte na 1 mg spotrebovanej glukózy. Porast kŕmnych strukovín ročne vytvorí okolo 150 – 200 kg/ha N.
Autor: prof. Ing. Ivan Michalík, DrSc., Nitra
