V poslednej dekáde prináša poľnohospodárskym podnikom značné ekonomické riziká úbytok povolených prípravkov na ochranu rastlín voči škodlivým organizmom na báze chemických účinných látok. Dôvodom sú stále prísnejšie hygienické normy na obsah ich rezíduí v poľnohospodárskej produkcii uplatňované nielen zo strany orgánov Európske únie a štátnej správy, ale aj nadnárodných obchodných reťazcov. V ochrane poľnohospodárskych plodín voči hubovým patogénom sa povolené spektrum v posledných rokoch postupne zúžilo na chemické prípravky s účinnou látkou medi alebo síry a na ďalšie špecifické chemické látky s obmedzenou dobou použitia v horizonte niekoľkých málo rokov. Veľký potenciál ponúkajú biologické prípravky pripravené z kmeňov poľnohospodársky prospešných húb a baktérií s antagonistickými alebo kompetičnými vlastnosťami voči pôvodcom chorôb rastlín. Voľné miesto možno potenciálne zaplniť podpornými prípravky na ochranu rastlín, ktoré ale v súčasnej dobe nemajú, na rozdiel od tradičných chemických pesticídov, dostatočne deklarovanú účinnosť voči mikrobiálnym patogénom.
Účinné zložky biologických prípravkov pôsobia na patogény priamo a/alebo nepriamo. Priamym pôsobením prospešné mikroorganizmy konkurujú patogénom o živiny, produkciou antibiotických látok, obmedzujú ich rast a množenie. Osídlením uvoľneného priestoru antagonisti následne zabraňujú kolonizácii povrchu hostiteľskej rastliny patogénmi. Nepriamym pôsobením účinnej zložky biologických prípravkov podporujú prirodzenú obranyschopnosť a rast rastlín, tvorbu ochranného biofilmu na ich povrchu a adhéziu vody a živín ku koreňom rastlín. Rastliny tak koreňovým systémom efektívnejšie absorbujú vodu a minerálne látky z pôdy. Niektoré prospešné mikroorganizmy v rizosfére pomáhajú vytvárať pôdne agregáty, a tým prispievajú k zlepšeniu štruktúry pôdy. Symbiotické vzťahy prospešných mikroorganizmov s koreňmi rastlín zlepšujú absorpčnú schopnosť koreňov a dostupnosť minerálnych látok s pozitívnym dopadom na celkovú vitalitu a životnosť rastlín. Nevýhodou biologických prípravkov je obmedzená doba životnosti účinných zložiek a nutnosť presného dodržania podmienok aplikácie na dosiahnutie dostatočnej účinnosti na cieľový patogénny mikroorganizmus.
Negatívne dopady úbytku a zmeny spektra prostriedkov na ochranu rastlín sú predmetom výskumu v projekte QL24020453 Národnej agentúry pre zemědelský výskum (NAZV) pri Ministerstve zemědelství ČR, v ktorom je autormi článku overovaná účinnosť dostupného spektra povolených chemických látok a biologických agensov voči komplexu hubových patogénov zelenín. V rámci projektu sa autori článku ďalej zameriavajú na overenie účinnosti vlastných kmeňov nefytopatogénnych baktérií voči spektru hubových patogénov s cieľom ich potenciálneho využitia pri tvorbe moderných biologických prípravkov.
Aktuálny stav v EÚ
Celosvetovo bol najväčší rozvoj zaznamenaný u biologických prípravkov určených prevažne pre aplikáciu do pôdneho prostredia, ktoré poskytuje relatívne stabilné podmienky pre prežívanie účinných zložiek na báze mikrobiálnych agensov. Povrch nadzemných orgánov rastlín je na rozdiel od pôdneho prostredie extrémnym a veľmi nestabilným prostredím pre biologický agens. Spoločenstvá mikroorganizmov sú na povrchu rastlín vystavené prudkým výkyvom počasia, pôsobeniu UV žiarenia a relatívne obmedzenému prístupu k živinám. Efektivita vplyvu biologických prípravkov na elimináciu škodlivých činiteľov na povrchu rastlín je preto spolu s antagonistickými a nutrične konkurenčnými vlastnosťami účinných zložiek mikroorganizmov závislá na načasovaní ich aplikácie. Ak nie je rastlina vo vhodnej fyziologickej fáze a východiskové teplotné a vlhkostné podmienky nie sú priaznivé pre rast a množenie účinných zložiek, minie sa aplikácia biologického prípravku účinku. Na malej účinnosti dostupných biologických prípravkov sa okrem spôsobu výberu a nedostatočnom testovaní mikrobiálnych agensov podieľa aj nejasný popis skladovacích a aplikačných podmienok, neznalosť skutočného mechanizmu ich pôsobenia a faktorov, ktoré ich ovplyvňujú. Deklarovaná účinnosť spektra novoponúkaných biologických prípravkov je prvotne založená na výbere prospešných mikroorganizmov podľa vlastností hodnotených v optimálnych podmienkach laboratória a skleníka. Nezohľadňujú významné limitujúce faktory pre ich dlhodobé prežívanie v poľných podmienkach, ako je rozdielna dostupnosť živín podľa fyziologickej fázy rastliny a existencia prirodzených konkurenčných vzťahov medzi jednotlivými entitami mikroorganizmov. Na maximalizáciu potenciálu prospešných mikroorganizmov v ochrane rastlín je preto nutné pri prípravkoch overovať výsledky ich interakcie s rastlinným hostiteľom a prirodzeným „poľnohospodárskym“ mikrobiómom, ako aj vplyv dlhodobého používanie ich účinných zložiek na životné prostredie, faunu a ľudské zdravie.
Pre hodnotenie biologických prípravkov je v Európskej únii (EÚ) zavedený veľmi nákladný a pomalý dvojstupňový registračný systém. Veľa prospešných kmeňov mikroorganizmov je preto v EÚ registrovaných iba ako biohnojivá. Väčšina biologických prípravkov pochádzajúcich z USA nie je na trhu EÚ dostupná, pretože EÚ považuje niektoré hodnotenia zdravotnej a environmentálnej bezpečnosti vykonávané v USA za nedostatočné.
Výsledky výskumného projektu
Prevažná väčšina prospešných bakteriálnych kmeňov je registrovaná ako agens účinný proti pôvodcom hubových chorôb. Najviac zastúpeným mikroorganizmom v biologických prípravkoch je druh Bacillus amyloliquefaciens obsiahnutý v testovanom prípravku Serenade, ktorý v laboratórnych podmienkach v porovnaní s kontrolou potlačil nárast mycélia testovaných hubových patogénov v priemere na 29 % (tab. 1, obr. 5).
U niektorých fungicídnych biologických prípravkov, napr . subtilis MBI 600, bola registrácia rozšírená aj o antibakteriálny účinok voči patogénom rodu Erwinia, Pseudomonas a Xanthomonas. Bakteriálne kmene druhov rodu Bacillus inhibujú rast širokého spektra grampozitívnych fytopatogénnych baktérií rodu Bacillus, Clostridium a Staphylococcus a gramnegatívnych baktérií Agrobacterium rádiobacter, Erwinia amylovora, Ralstonia solanacearum a Xanthomonas oryzae. Ako účinné antibakteriálne agensy sa využívajú aj huby rodu Trichoderma. Rizocore obsahujúci hubu Trichoderma harzianum a baktériu Bacillus megatérium preukázal voči vybraným kmeňom hubových patogénov najväčšiu priemernú účinnosť pri potlačení nárastu ich mycélia na 17 % v porovnaní s kontrolou (tab. 1, obr. 4). Priemernou účinnosťou sa najviac priblížil 11 % účinnosti chloridu meďnatého, ktorý bol v našich testoch použitý ako kontrola (tab. 1).
Metódou in vitro kontaminovanej platne bola hodnotená účinnosť vybraných vlastných kmeňov nefytopatogénnych baktérií voči komplexu hubových patogénov poľnohospodárskych plodín. Hubové patogény pochádzali zo zahraničných zbierok Westerdijk Fungal Biodiversity Institute (CBS, Holandsko) a German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ, Nemecko): Alternaria brassicicola CBS 567.77; Fusarium oxysporum DSM 62045 a DSM 62313; F. solani DSM 62420; Pythium sylvaticum DSM 2322; Rhizoctonia solani DSM 22842; Thanatephorus cucumeris DSM 1907; Septoria apiicola CBS 116465.
Antagonistické vlastnosti bakteriálnych kmeňov boli posudzované na základe početnosti a intenzity nárastu mycélia kmeňa hubového patogénu na živnom médiu kontaminovanom účinnou látkou alebo zložkou chemického, podporného alebo biologického prípravku, prípadne vybraným kmeňom nefytopatogénnej baktérie.
Z chemických látok bola voči spektru vybraných kmeňov fytopatogénnych húb najúčinnejšia kontrola (chlorid meďnatý (CuCl2)), ktorá v rozmedzí 0 – 18 % relatívne spoľahlivo eliminovala nárast mycélia väčšiny patogénov. Povolený oxychlorid medi účinkoval v rozmedzí 1 – 54 %, hydroxid meďnatý (CuOH2) v širšom rozmedzí 0 – 80 %.
Relatívne menej spoľahlivo potláčali nárast kmeňov fytopatogénnych húb podporné prípravky Alginure s obsahom fosfonátov draselných v rozmedzí 31 – 99 % a Vitisan na báze hydrogénuhličitanu draselného v rozmedzí 19 – 93 %. Podporný prípravok Vitisan zastavil nárast huby P. sylvaticum a výrazne obmedzil nárast húb R. solani a S. apiicola, entity rodu Fusarium priemerne potláčal iba na nárast 89 % (tab. 1, obr. 1). Podporný prípravok Alginure výraznejšie obmedzil iba nárast huby A. brassicicola a P. sylvaticum, nárast ostatných entít húb obmedzil nevýznamne (tab. 1).
Z biologických prípravkov zastavila účinná zložka prípravku Serenade nárast kolónií huby S. apiicola a obmedzila nárast húb v poradí a priemere A. brassicicola (4 %), R. solani (20 %), P. sylvaticum (27 %), F. solani (31 %), T. cucumeris (36 %), F. oxysporum 1 (44 %), F. oxysporum 2 (67 %) (tab. 1, obr. 5). Prípravok Altela obsahujúci extrakty fermentácie baktérií Lactobacillus sp. v kombinácii s extraktom z juky výraznejšie obmedzil nárast húb P. sylavaticum (19 %), A. brassicicola (46 %) a T. cucumeris (51 %), u ostatných entít bola účinnosť menej významná. Prípravok Baskus obsahujúci zmes probiotických mikroorganizmov zastavil rast húb P. sylvaticum a S. apiicola a výrazne obmedzil nárast mycélia húb A. brassicicola (24 %) a R. solani (32 %) (tab. 1, obr. 3). Voči celému spektru vybraných kmeňov fytopatogénnych húb bol relatívne najúčinnejší komerčný biologický prípravok Rizocore. V in vitro testoch potláčal nárast všetkých vybraných kmeňov fytopatogénnych húb v rozmedzí 0 – 36 %, vrátane zástupcov rodu Fusarium (35 – 36 %) (tab. 1, obr. 4).
Z celkového počtu kmeňov nefytopatogénnych baktérií z vlastnej zbierky priemerne potlačil nárast mycélia fytopatogénnych húb na 16 % kmeň Pseudomonas putida č. 12 a na 17 % kmeň P. fluorescens č. 13. Účinnosť oboch antagonistických kmeňov v rozmedzí 0 – 43 % (P. putida č. 12) a 0 – 52 % (P. fluorescens č. 13) bol porovnateľný s účinkom komerčného biologického prípravku Rizocore v rozmedzí 0 – 36 %. V teste zastúpené kmene húb rodu Fusarium potláčal prípravok Rizocore v rozmedzí 30 – 35 %, antagonistický kmeň P. putida č. 12 v rozmedzí 35 -43 % a antagonistický kmeň P. fluorescens č. 13 v rozmedzí 36 – 52 % (tab. 1, obr. 6 – 12).
Na základe uvedených výsledkov možno konštatovať, že izolácia, testovanie a výber nových účinných zložiek biologických prípravkov má v blízkej budúcnosti veľký potenciál v ochrane rastlín. Výsledky ukazujú, že v ekosystémoch možno nájsť a v ochrane rastlín následne využiť mikrobiálne agensy, ktoré nie sú fytopatogénne pre rastliny a zároveň obmedzujú veľkosť inokula patogénov na ich povrchu alebo v pôdnom prostredí. Otázkou zostáva odporúčaná koncentrácia, podmienky aplikácie prípravkov, bezpečnosť pre životné prostredie a ľudské zdravie. Kombináciou prospešných mikroorganizmov a/alebo ich sekundárnych metabolitov možno dosiahnuť väčšie a spoľahlivejšie účinky na širšie spektrum patogénov rastlín. V kombinácii s nanotechnológiami by mohli nahradiť chemické prípravky a súčasne splniť stúpajúce nároky na zdravé, bezreziduálne potraviny. V tomto kontexte je potrebná podpora vývoja moderných biologických prípravkov zo strany orgánov štátnej správy na zabránenie poklesu poľnohospodárskej produkcie.
Autori: Ing. V. Krejzar, Ph.D., Ing. I. Pánková, Ph.D., Ing. R. Krejzarová, Ph.D, Rostlinolékařská bakteriologie, Výskumný ústav rostlinné výroby, v. v. i. Praha-Ruzyně
