Ακριβώς όπως οι άνθρωποι και τα άλλα ζώα, τα φυτά έχουν τα δικά τους μικροβιώματα, τα βακτήρια, τους μύκητες και άλλους μικροοργανισμούς που ζουν πάνω και μέσα στα φυτά.

Μερικοί, όπως οι μύκητες που προκαλούν την ασθένεια του Ωιδίου, αποτελούν φυτοπαθογόνους μύκητες οι οποίοι και βλάπτουν το φυτό. Κάποιοι άλλοι αποτελούν ωφέλιμους για το φυτό μικροοργανισμούς.

Ένα μόνο φύλλο φιλοξενεί εκατομμύρια μικροβίων, μερικές φορές εκατοντάδες διαφορετικούς τύπους. Αυτοί που ζουν στους ιστούς του φυτού ονομάζονται ενδοφυτικοί. Τα φυτά αποκτούν πολλά από αυτά τα μικρόβια από το έδαφος και τον αέρα και μερικοί μεταφέρονται από γενιά σε γενιά μέσω των σπόρων.

Τα φιλικά προς τα φυτά μικρόβια βοηθούν στην ανάπτυξη και τη φωτοσύνθεση ή βοηθούν τα φυτά να επιβιώσουν ενάντια στην ξηρασία και άλλους παράγοντες στρεσαρίσματος. Μερικοί προστατεύουν τα φυτά από ασθένειες ή από φυτοφάγα ζώα.

Οι επιστήμονες όπως ο Zahn διερευνούν τον τρόπο με τον οποίο αυτές οι υποστηρικτικές κοινότητες μικροβίων θα μπορούσαν να βοηθήσουν απειλούμενα αυτοφυή ή να βελτιώσουν την παραγωγή των καλλιεργούμενων φυτών.

Υπάρχουν στο εμπόριο τέτοιου είδους σκευάσματα;

Μικροβιακά σκευάσματα υπάρχουν πολλά στην αγορά αλλά στην πραγματικότητα γνωρίζουμε πολύ λίγα για το πώς λειτουργούν πραγματικά. Θα πρέπει να μελετηθεί και να αποδειχθεί η χρησιμότητά τους σε μεγάλη κλίμακα.

Μεγάλα αγροκτήματα εφαρμόζουν τέτοιου είδους σκευάσματα με κύρια εφαρμογή αυτών που βοηθούν τις ρίζες να δεσμεύουν το άζωτο το οποίο και το χρησιμοποιούν τα φυτά για την παραγωγή χλωροφύλλης στη φωτοσύνθεση.

Οι καλλιεργητές ενδέχεται σύντομα να βρεθούν μπροστά σε μία πληθώρα τέτοιων σκευασμάτων, μεταξύ των οποίων θα πρέπει να επιλέξουν.

Οι επιστήμονες που μελετούν τα μικροβιώματα των φυτών έχουν περιγράψει πολλούς άγνωστους μικροβιακούς «συνεργάτες» φυτών τις τελευταίες δεκαετίες. Η έρευνα παρ’όλα αυτά, σε αυτόν τον τομέα είναι ακόμη σε εμβρυϊκό στάδιο.

Πολλές νεοσύστατες εταιρείες δημιουργούν τέτοια προϊόντα και εκατομμύρια ευρώ επενδύονται σε πιθανές μικροβιακές θεραπείες φυτών.

Η ελπίδα που αιωρείται είναι πως τα μικρόβια θα αποτελέσουν την επόμενη επανάσταση στη γεωργία, μια επανάσταση που είναι  απαραίτητη.

Γεγονός είναι πως οι αποδόσεις των καλλιεργειών θα πρέπει να αυξηθούν, από τη στιγμή που ο παγκόσμιος πληθυσμός αυξάνεται.

Εάν μπορούμε να διαχειριστούμε και να χειραγωγούμε μικροβιοκτόνα, αυτό θα μπορούσε ενδεχομένως να αντιπροσωπεύει μια ακόμη αναξιοποίητη περιοχή για την αύξηση της απόδοσης των φυτών σε γεωργικά περιβάλλοντα.

Πριν όμως η γεωργία βασιζόμενη στα μικρόβια εδραιωθεί και γίνει πράξη, πολλά είναι τα ερωτήματα που εγείρονται και πρέπει να απαντηθούν.

Για παράδειγμα, αλληλεπιδράσεις μεταξύ φυτών, μικροβίων και περιβάλλοντος. Μία ανησυχία αποτελεί το γεγονός πως τα μικρόβια ίσως βοηθούν κάποια φυτά αλλά υπό διαφορετικές συνθήκες ίσως όχι…

Σώστε τη σοκολάτα!

Οι καλλιέργειες κακάο, και κατά συνέπεια η παγκόσμια παραγωγή σοκολάτας, υπόκεινται σε συνεχή απειλή από τους ανεπιθύμητους μύκητες, όπως το παθογόνο Phytophthora palmivora.

Στο μικροβίωμα όμως του φυτού του κακάο υπάρχουν και ωφέλιμα παθογόνα, ιδιαίτερα ο μύκητας Colletotrichum tropicale, ο οποίος φαίνεται να προστατεύει τα κακαόδενδρα.

Ολόκληρες κοινότητες μικροβίων που αποικίζουν και επηρεάζουν φυτείες κακάο έχουν μελετηθεί.

Αρχικά, θεωρήθηκε πως η κύρια πηγή μικροβιώματος ενός κακαόδενδρου αποτέλεσαν τα πεσμένα νεκρά και σε αποσύνθεση φύλλα.

Αυτή η υπόνοια έπρεπε να εξετασθεί και τελικά να διαπιστωθεί τι ισχύει.

Φυτά κακάο αναπτύχθηκαν σε ένα φυτώριο-εργαστήριο απουσία μικροβιώματος. Εν συνεχεία, όταν τα φυτά έφτασαν το ύψος του μισού μέτρου, τοποθετήθηκαν σε γλάστρες και σε εξωτερικό χώρο, μερικά  εκ των οποίων περιβλήθηκαν από τα πεσμένα και αποσυντιθέμενα φύλλα. Τα υπόλοιπα συνέχισαν να αναπτύσσονται απουσία των φύλλων.

Μετά από δύο εβδομάδες όλα τα φυτά επανατοποθετήθηκαν πίσω στο θερμοκήπιο με σκοπό να αναλυθούν τα μικροβιώματά τους. Βρέθηκαν περίπου 300 διαφορετικά είδη ενδοφυτικών μικροβίων.

Η συνεργιστική δράση του κάθε μικροβιώματος διέφερε κατά περίπτωση. Τα φυτά σε γλάστρες με κάθε είδους απορρίμματα φύλλων είχαν λιγότερο διαφορετικά μικροβιώματα σε σχέση με αυτά που δεν περιβάλλονταν από φύλλα, πιθανότατα επειδή τα μικρόβια των πεσμένων φύλλων ανέλαβαν γρήγορα δράση, πριν ακόμη εγκατασταθούν εκ νέου τα μικρόβια από τον γύρω περιβάλλοντα χώρο και τελικά μπορέσουν να εγκατασταθούν. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι ένα δενδρύλλιο υπό τη σκιά πιο ώριμων δέντρων πιθανώς θα έχει τα ίδια ποσοστά μικροβιώματος  με τους γείτονές του.

Για να δούμε εάν τελικά το μικροβίωμα προστατεύει τα κακαόδενδρα από επιβλαβή παθογόνα, επιβλαβείς μύκητες εγκαθίστανται σε ορισμένα φυτά και 3 εβδομάδες αργότερα υπολογίζεται το μέγεθος της μόλυνσης κατά περίπτωση.

Τι λένε τα αποτελέσματα των μετρήσεων;

Η ομάδα των φυτών που περιβάλλονταν από τα πεσμένα φύλλα είχε τις λιγότερες αλλοιώσεις και προσβολές. Η αντοχή τους είχε αυξηθεί κατά πολύ.

Οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι πώς οι ευεργετικοί μύκητες προστατεύουν τα φυτά από τη σήψη. Μπορεί να είναι ότι οι ευεργετικοί μύκητες απλά καταλαμβάνουν χώρο μέσα ή πάνω στα φύλλα, μην αφήνοντας περιθώρια για τους ανεπιθύμητους μύκητες.

Ή το ότι ένα προστατευτικό μικρόβιο μπορεί να προσβάλει ένα παθογόνο μέσω κάποιου χημικού πολέμου. Στην περίπτωση του κακάο, η πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι οι καλοί τύποι παθογόνων δρουν ως ένα είδος εμβολίου, προετοιμάζοντας το ανοσοποιητικό σύστημα του φυτού για να καταπολεμήσει τη σήψη. Προς υποστήριξη αυτής της ιδέας, η Mejía ανέφερε το 2014 στα Frontiers in Microbiology ότι το C. tropicale προκαλεί το φυτό του κακάο να ενεργοποιήσει τα αμυντικά του γονίδια και να υπερασπίσει τον εαυτό του ενάντια στο παθογόνο.

Μήπως τελικά οι καλλιεργητές θα πρέπει να αναθεωρήσουν, εν μέρει και κατά περίπτωση ορισμένες από τις συνήθεις πρακτικές τους;

Οι αγρότες κανονικά καθαρίζουν πεσμένα φύλλα από τους οπωρώνες για να αποφύγουν τη μετάδοση των παθογόνων που προκαλούν ασθένειες στην καλλιέργεια. Αλλά η εν λόγω έρευνα δείχνει ότι οι αγρότες θα μπορούσαν διατηρήσουν τα πεσμένα φύλλα των υγειών δένδρων και να απομακρύνουν αυτά των άρρωστων.

Ερωτήματα που προκύπτουν

Τα άχρηστα πεσμένα φύλλα είναι ένας τρόπος χαμηλής τεχνολογίας για την εξάπλωση ολόκληρων κοινοτήτων μικροβίων - καλών και κακών. Αλλά οι γεωργικές εταιρείες θέλουν να διατηρήσουν μόνο τα καλά μικρόβια και να τα εφαρμόσουν στις καλλιέργειες. 

Κάπως έτσι λοιπόν ξεκινάει το κυνήγι των καλών μικροβίων…

Μέσα σε μία καλλιέργεια σίγουρα υπάρχουν εύρωστα και λιγότερο εύρωστα φυτά, υγιή και λιγότερο υγιή. Προφανώς και θα πρέπει να εντοπίσουμε τα καλύτερης ποιότητας φυτά σε μια καλλιέργεια και να αναζητήσουμε τα μικροβιώματά τους. Έχουν βρεθεί λοιπόν ενδοφυτικά μικρόβια τα οποία βελτιώνουν τα καλλιεργούμενα φυτά ως προς τη ζωηρότητά τους, το μέγεθος τους, ως προς την αντοχή τους στην ξηρασία.

Εταιρεία που εργάζεται πάνω στο βαμβάκι, τον αραβόσιτο και τη σόγια έσπειρε σπόρους οι οποίοι εμπεριέχουν ωφέλιμα μικρόβια. Μόλις βλαστήσουν οι σπόροι, τα μικρόβια καλύπτουν τα φυλλάρια και μπορούν να εισέλθουν στο νεαρό φυτό, είτε μέσω εγκοπών των ριζών είτε μέσω των στομάτων.

Η διαδικασία είναι παρόμοια με το τι συμβαίνει όταν ένα μωρό ταξιδεύει μέσω του καναλιού γέννησης, μαζεύοντας επωφελείς μικροβιακούς συνεργάτες από τη μαμά κατά μήκος της διαδρομής του.

Για παράδειγμα, το σιτάρι από σπόρους που έχουν υποστεί επεξεργασία με ένα ευεργετικό μικρόβιο, στα πεδία δοκιμών του Κάνσας, η θεραπεία αύξησε τις αποδόσεις κατά 8 έως 19%. Οι αγρότες αναφέρουν επίσης βελτιωμένη ανοχή στην ξηρασία.

Οι αγρότες, έστω και από αυτά τα αρχικά αποτελέσματα μπορεί να είναι ικανοποιημένοι αλλά το έργο των εταιρειών είναι πολύπλοκο και παρουσιάζει μεγάλες προκλήσεις.

► Μία από τις προκλήσεις είναι τα ποικίλα περιβάλλοντα όπου και αναπτύσσεται η κάθε καλλιέργεια. Το ότι σημειώθηκαν θετικά αποτελέσματα σε μία περιοχή δε σημαίνει πως θα συμβεί σίγουρα το ίδιο και σε μία άλλη…

► Οι καλλιέργειες αποτελούνται από φυτά τα οποία ήδη έχουν το μικροβίωμά τους. Είναι εύκολο ένα μείγμα μικροβίων να εισβάλει στο ήδη υπάρχον σύστημα μικροβίων της καλλιέργειας;

► Και ενώ οι επιστήμονες γνωρίζουν πολύ καλά ότι οι διάφορες μικροβιακές κοινότητες συνεργάζονται για να επηρεάσουν την υγεία των φυτών, οι περισσότερες εταιρείες συνεργάζονται με ένα είδος μικροβίου τη φορά.

Ένας από τους σημαντικότερους στόχους των επιστημόνων είναι να προσδιοριστούν οι παράγοντες που καθορίζουν τις ιδιότητες του κάθε μέλους του μικροβιώματος.

►  Ποιός αποφασίζει σε ποιό σημείο του φυτού θα εγκατασταθούν τα μικρόβια;

► Πώς επηρεάζουν τα φυτικά είδη και το τοπικό τους περιβάλλον το μικροβίωμα;

► Πώς τα φυτά δέχονται τα ωφέλιμα μικρόβια και πώς αποφεύγουν τα επιβλαβή;

Ενώ ακόμη, οι παραπάνω ερωτήσεις παραμένουν αναπάντητες, υπάρχει μεγάλο ρίσκο κατά την προσθήκη μικροβίων σε μία καλλιέργεια. Υπάρχουν μικρόβια που είναι ευεργετικά σε μια δεδομένη κατάσταση και επιβλαβή σε μία διαφορετική.

Δεν πρόκειται για μία τόσο μακρινή εκδοχή: Υπάρχει ένας ενδοφυτικός μύκητας ενός φοινικόδεντρου της Νότιας Αμερικής που απομακρύνει τις προσβολές των σκαθαριών όταν τα δέντρα βρίσκονται υπό σκιά. Κατά ηλίου, ωστόσο, ο μύκητας μετατρέπεται σε δυσάρεστο, χυόμενο υπεροξείδιο του υδρογόνου που σκοτώνει τους ιστούς των φυτών.

Τα μικρόβια υπό συζήτηση

Η χρήση αντιβιοτικών στους ανθρώπους μπορεί να βλάψει τη φυσιολογική χλωρίδα του εντέρου, αφήνοντας ένα άτομο επιρρεπές σε μολύνσεις λόγω επιβλαβών μικροβίων. Ποιά είναι η αντιστοιχία αυτού του γεγονότος άραγε στο φυτικό βασίλειο;

Οι βιοκαλλιεργητές ξεκίνησαν ήδη να μιλούν για τον ψεκασμό των καλλιεργειών με προβιοτικά.

Σκοπός είναι η ενθάρρυνση της καλύτερης ανάπτυξης του φυτού αλλά και η αποτελεσματικότερη  προστασία από τις ασθένειες, με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι καταναλώνουν προβιοτικά που περιέχουν «καλά» μικρόβια, ελπίζοντας να βελτιώσουν την υγεία τους.

Οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει έντονη μικροβιακή δραστηριότητα στη φυλλόσφαιρα, συμπεριλαμβανομένου του γεγονότος ότι μερικά από τα βακτήρια δεσμεύουν το άζωτο από τον αέρα όπως τα βακτήρια της ριζόσφαιρας. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι οι μικροβιακές κοινότητες στις ρίζες μπορούν να βοηθήσουν στην πρόσληψη θρεπτικών συστατικών από φυτά, στην ανάπτυξη και στην αντοχή τους σε ασθένειες.

Κατά πόσο όμως ισχύει το ίδιο και για τα ωφέλιμα βακτήρια της φυλλόσφαιρας;

Σε αυτό το σημείο λοιπόν πειράματα θα πρέπει τελικά να αποδείξουν το εάν και κατά πόσο τα προβιοτικά θα μπορούσαν να βοηθήσουν ένα φυτό να αντιμετωπίσει πιθανές λοιμώξεις από παθογόνα, ποιά δοσολογία είναι η κατάλληλη και ποιός ο σωστός τρόπος εφαρμογής.

Για να ερευνηθούν και απαντηθούν  τα παραπάνω ερωτήματα, οι βιολόγοι Koskella και Berg ξεκίνησαν με τη δειγματοληψία φυσικών μικροβίων φύλλων υγειών φυτών υπαίθριας τομάτας σε χωράφια στο UC Davis.

Εν συνεχεία, μείγμα προβιοτικών ψεκάστηκε σε αποστειρωμένα φυτά τομάτας σε θαλάμους ανάπτυξης στο UC Berkeley και μία εβδομάδα αργότερα χορηγήθηκαν βακτήρια Pseudomonas syringae σε ενέσιμη μορφή στα φύλλα. Το βακτήριο του Pseudomonas syringae αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για την τοματοκαλλιέργεια και αντιμετωπίζεται με τα κατάλληλα φυτοπροστατευτικά σκευάσματα.  

Η νέα μικροβιακή κοινότητα πάνω στα φυτά τομάτας, στην πραγματικότητα, προστατεύει τα φυτά από τον αποικισμό από παθογόνους μικροοργανισμούς, αν και οι μικροβιακές κοινότητες που προέρχονται από κάποια άλλα χωράφια ήταν αποτελεσματικότερα από κάποια άλλα.

Η μικροβιακή κοινότητα της φυλλόσφαιρας, όπως ακριβώς το ανθρώπινο δέρμα, είναι μια πρώτη γραμμή άμυνας εναντίον ασθενειών, οπότε αναμένουμε να δούμε προστασία. Οι έρευνες αναμένουμε να το δείξουν.

Το μεγάλο ερώτημα είναι, οι συνέπειες αυτές τελικά επηρεάζουν και κατά πόσο τη γενική υγεία του φυτού;

Τροφή για σκέψη, τροφή για έρευνα, τροφή για νέα δεδομένα και γνώση…

Το άρθρο συντάχθηκε στα πλαίσια του Χρηματοδοτούμενο προγράμματος ΕΠΑνΕΚ 2014-2020, Επιχειρησιακό Πρόγραμμα ΑΝΤΑΓΩΝΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ - ΕΠΙΧΕΙΡΗΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ - ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ, ΔΡΑΣΗ ΕΘΝΙΚΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ: «ΕΡΕΥΝΩ-ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ-ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ»

ΤΙΤΛΟΣ ΕΡΓΟΥ: Εφαρμογή ορθολογικής άρδευσης και λίπανσης με χρήση καινοτόμων τεχνολογιών γεωργίας ακριβείας
ΑΚΡΩΝΥΜΙΟ: ΟΡΑΛΙ

ΚΩΔΙΚΟΣ ΕΡΓΟΥ Τ1ΕΔΚ-03793