Trichoderma törzseken alapuló növényvédő és növénynövekedést serkentő bioeffektorok fejlesztése

Körmöczi Péter
Trichoderma törzseken alapuló növényvédő és növénynövekedést serkentő bioeffektorok fejlesztése.
Doktori értekezés, Szegedi Tudományegyetem.
(2016)

[img]
Előnézet
PDF (disszertáció)
Download (3MB) | Előnézet
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (440kB) | Előnézet
[img]
Előnézet
PDF (tézis)
Download (300kB) | Előnézet

Magyar nyelvű absztrakt

A Trichoderma nemzetség képviselői kozmopoliták, világszerte elterjedtek és a különféle ökoszisztémák állandó tagjai, mivel a rendelkezésre álló tápanyagok széles körben történő hasznosítására képesek, továbbá magas reproduktív kapacitással és hatékony kompetitív tulajdonságokkal rendelkeznek. Számos Trichoderma faj jelentős hatást gyakorol az emberi jólétre, alkalmazásukra ezért számos lehetőség nyílik. Közülük kerülnek ki a leggyakrabban használt biofungicidek és növénynövekedés-serkentők, ezen túl számos iparág által hasznosított extracelluláris enzimek forrásai is. Változatos másodlagos metabolitok termelésére képesek, néhány fajuk klinikai jelentőséggel rendelkezik, míg mások a talaj bioremediációjában játszanak szerepet. A modern mezőgazdaságban a sikerek ellenére még mindig számos olyan gyakorlat létezik, amelyek a növényeket érintő betegségek kialakulásának kockázatát növelik. További problémákat vet fel a túlzott műtrágyahasználat, valamint a fertőzni képes növénypatogén gombák (Pythium, Phytophthora, Botrytis, Rhizoctonia, Fusarium) jelenléte a talajban, melyek kártétele évről évre egyre jelentősebb. Ezen gombakártevők ellen történő védekezés elsősorban különböző vegyszerek alkalmazásával történik („chemical control”). A kémiai szerek környezetkárosító hatásán túl komoly problémát jelent a patogének körében megjelenő rezisztencia is. Napjainkban ezért egyre nagyobb érdeklődés övezi a különböző alternatív mezőgazdasági technikákat, melyekkel lehetőség nyílik a biológiai alapú növényvédelemre („biocontrol”). Napjainkra számos baktérium-, és gombaalapú biokontroll készítmény vált elérhetővé, melyek komponensei között a Trichoderma nemzetség képviselői is nagyszámban megtalálhatóak. A nemzetségen belül a T. virens és T. viride fajok, valamint a THSC képviselői a leggyakrabban alkalmazott biokontroll ágensek. A Trichoderma törzsek, mint biokontroll ágensek sikere számos kedvező tulajdonságukon alapul. Ilyen a magas reproduktív kapacitás, a kedvezőtlen körülmények nagyfokú tolerálása, és hogy kiváló hatékonysággal képesek a különféle tápanyagok hasznosítására, továbbá a rizoszféra kolonizációjára. Ezek a többségében talajban előforduló mikroorganizmusok sikerrel kerültek kereskedelmi forgalomba annak érdekében, hogy növeljék a terméshozamot a növény növekedésének serkentése, és a széles körben elterjedt növénykórokozókkal (baktériumok, gombák, oomycoták) szembeni biológiai védekezés révén. Munkánk során célul tűztük ki Trichoderma törzsek izolálását és molekuláris módszerekkel történő azonosítását Magyarországon termesztett zöldségek rizoszférájából, az izolált törzsek részletes jellemzését in vitro antagonista képességeik felmérésével, valamint különböző környezeti tényezők (hőmérséklet, pH, vízaktivitás) micéliumnövekedésre gyakorolt hatásának vizsgálatával. Céljaink között szerepelt továbbá az ígéretes törzsek cellulózbontó és foszfátmobilizáló képességeinek vizsgálata, lakkáz enzim termelésére való képességük felmérése, különféle fungicidekkel szembeni érzékenységük vizsgálata, valamint a legígéretesebb törzs növénynövekedés-serkentő hatásának felmérése is. A Magyarországon termesztett zöldségek rizoszférájából származó 16 mintából összesen 45 Trichoderma törzset izoláltunk. A törzsek ITS szekvencián alapuló azonosítását követően a Trichoderma izolátumokat 10 különböző fajba tudtuk besorolni. A törzsek között legnagyobb számban a THSC képviselőit sikerült azonosítanunk (55,6%). Izolátumaink között a második leggyakoribb fajnak a T. pleuroticola adódott, ami a laskagomba zöldpenészes megbetegedését okozó fajként ismert. Azonosítottunk továbbá T. longibrachiatum/T. orientale és T. citrinoviride törzseket is, melyek legyengült immunrendszerű emberekben opportunista humán patogénként képesek fertőzéseket, mikózisokat kiváltani. Fentiek mellett még a T. koningiopsis/T. ovalisporum, T. hamatum, T. virens és T. gamsii taxonok képviselőit azonosítottuk paradicsom-, sárgarépa-, saláta- és paprikarizoszféra-minták esetében. A Trichoderma törzsek biokontroll aktivitásának in vitro vizsgálatát agar-konfrontációs tesztek segítségével végeztük el, majd ezt követően biokontroll index (BCI) értékeket határoztunk meg. A vizsgált növénypatogén gombákkal szemben mért legmagasabb BCI-értékeket a két T. asperellum törzs esetében mértük. Mindkét törzs 3-3 növénypatogén gomba ellen bizonyult a leghatásosabb Trichoderma izolátumnak. A T. asperellum SZMC 20866 két FSSC-be tartozó törzzsel (SZMC 11057F és SZMC 11064F), valamint a P. cucurbitacearum törzzsel szemben, a T. asperellum SZMC 20786 pedig a vizsgálatainkba bevont másik két FSSC izolátummal (SZMC 11067F és SZMC 11070F), valamint az A. alternata SZMC 16085 törzzsel szemben mutatta a legnagyobb BCI-értékeket. Tizennégy, részletes jellemzésre kiválasztott törzs esetében elvégeztük különböző környezeti tényezők (hőmérséklet, pH és vízaktivitás) micéliumnövekedésére gyakorolt hatásának felmérését. A különböző hőmérsékleti értékek hatásának vizsgálata során megállapítottuk, hogy 5 °C-on egyik Trichoderma törzs sem mutatott növekedést, és 10 °C-on is csak két törzsnél mutattunk ki csekély mértékű növekedést (T. hamatum SZMC 20784, T. longibrachiatum SZMC 20788). 15 °C-on a törzsek kismértékű növekedést mutattak, azonban hőmérsékleti optimumuk átlagosan 20 és 30 °C között volt megfigyelhető. A hőmérséklet további növelésével 35 illetve 40 °C-on egyre csökkent a törzsek növekedése. A T. citrinoviride és a T. longibrachiatum törzsek micéliumnövekedése 35 és 40 °C között is megfigyelhető, e két faj képviselői ezért potenciális humán patogénként kezelendőek. A különböző pH-értékek vizsgálata során megállapítottuk, hogy a törzsek igen széles pH-tartományban mutattak növekedést. Az összes Trichoderma törzs esetében a növekedés optimumának a 3-as illetve 5-ös pH-érték bizonyult. A vizsgált izolátumok esetében 4-es pH-érték fölött a növekedés intenzitásának jelentős csökkenését figyeltük meg. A vízaktivitás hatásának vizsgálata során megállapítottuk, hogy a Trichoderma törzsek több, mint fele 0,997-es aw-értéken mutatott optimális növekedést, míg a többi törzs esetében a 0,991-es aw-érték bizonyult optimálisnak. A vízaktivitás folyamatos csökkenésével a törzsek telepátmérője is egyre csökkent, 0,945-ös aw-értéken már csak 3 törzs mutatott növekedést, míg 0,922-es aw-értéken már egyik törzs sem volt képes növekedni. A Trichoderma törzsek cellulózbontó és foszfátmobilizáló képességének vizsgálatát szintetikus minimál, és kukoricaszár-őrleményt tartalmazó tápoldatokban történő rázatott tenyésztést követően a micéliumoktól elválasztott fermentlevekben végeztük. Minimál tápoldatban a legmagasabb cellobiohidroláz és -glükozidáz alapaktivitással a THSC SZMC 20761 és T. hamatum SZMC 20784 törzsek rendelkeztek, viszont ezen törzsek enzimtermelése jelentősen visszaesett kukoricaszár-őrleményes tápoldatban. A minimál tápoldatban a fenti két törzsnél alacsonyabb, de összességében így is a 3. legmagasabb cellobiohidroláz és -glükozidáz alapaktivitással rendelkező THSC SZMC 20869 törzs enzimtermelése viszont drasztikusan megemelkedett a kukoricaszár-őrleményes tápoldatban. A vizsgált Trichoderma törzsek közül foszfatáz aktivitást minimál tápoldatban egyik törzs esetében sem tapasztaltunk, míg kukoricaszár-őrleményes tápoldatban szintén a THSC SZMC 20869 törzs mutatta a legmagasabb foszfatáz aktivitást. A rizoszféra-mintákból származó Trichoderma törzsek lakkáz enzimek termelésére való képességének vizsgálatát ABTS, illetve gvajakol szubsztrátokkal kiegészített táptalajokon végeztük. A módszer segítségével az izolált Trichoderma törzsek között összesen 3 törzset azonosítottunk, melyek erős lakkáztermelő képességet mutattak (T. asperellum SZMC 20786 és SZMC 20866; T. atroviride SZMC 20780). Ezen törzsek esetében megállapítottuk, hogy a tenyésztés 2. napján volt a legmagasabb a relatív lakkáz-aktivitás. A 3 törzs közül a T. atroviride SZMC 20780 esetében 3 nagyságrenddel nagyobb lakkáz-aktivitást mértünk, mint a másik két törzs esetében. Miután megállapítottuk, hogy a vizsgált törzsek lakkáztermelése a tenyésztés 2. illetve 3. napján volt a legmagasabb, megvizsgáltuk a törzsek lakkáz-aktivitásainak pH-optimumát is. Mindhárom törzs esetében a 3,5-ös és a 4-es pH-érték tekinthető optimálisnak, 6-os pH érték fölött pedig a lakkáz aktivitások jelentős csökkenését figyelhettük meg. Vizsgálataink során meghatároztuk 14 különböző fungicid Trichoderma törzsekkel szembeni minimális gátló koncentráció-értékeit. Az eredményeink alapján a rizoszférából izolált Trichoderma törzsek természetes toleranciával rendelkeznek a kísérletben tesztelt fungicidekkel szemben. A fungicidek tekintetében a ciprokonazol, az imazalil, a penkonazol, a spiroxamin, a tiofanát-metil és a tirám esetében sikerült gátló hatást kimutatnunk. Munkánk során vizsgáltuk a T. asperellum SZMC 20786 törzs paradicsomnövényekre gyakorolt növénynövekedést serkentő hatását. Eredményeink alapján a Trichoderma-kezelés hatására szignifikáns gyökér-, és hajtáshossz-növekedés következett be a kezeletlen kontrollnövényekhez képest. Ez a pozitív hatás a frisstömeg-adatokban is jelentkezett. A kezelést követően megvizsgáltuk a paradicsomnövények leveleiben a fotoszintézis hatékonyságát, az összcukortartalom, valamint a klorofill a+b és a karotinoidok tartalmának mérése alapján. A sztómakonduktancia és a CO2-asszimiláció értékek esetében mért növekedések a fotoszintézis indukciójára utalnak, melyet megerősít az összcukortartalomban mért növekedés is. Eredményeink alapján két Trichoderma törzset választottunk ki egy többkomponensű bioeffektor készítmény fejlesztésének céljára: az egyik törzs a kiváló in vitro antagonista képességekkel, lakkáztermelő képességgel, széles körű fungicidrezisztenciával és paradicsomnövények növekedésének serkentésére való képességgel rendelkező T. asperellum SZMC 20786-os törzs, a másik pedig a kiváló celluláz- és foszfatáztermelő képességekkel rendelkező, fungicidekkel szemben polirezisztens THSC SZMC 20869-os törzs. A tervezett bioeffektor készítményt kiegészítettük egy humuszképzésre szelektált, kiváló peroxidáz-termelő képességekkel rendelkező Streptomyces albus törzzsel és egy nitrogénkötésre szelektált, nitrogénforrás-mentes táptalajon is növekedni képes Azotobacter vinelandii törzzsel. A törzseket átadtuk a BioeGO Kft.-nek. Az engedélyeztetést követően a termék „BioeGO talajorganizátor” néven került forgalomba 2015-ben, melyet azóta a Dél-alföldi Innovációs Díjjal is elismertek.

Mű típusa: Disszertáció (Doktori értekezés)
Doktori iskola: Biológia Doktori Iskola
Tudományterület / tudományág: természettudományok > biológiai tudományok
Magyar cím: Trichoderma törzseken alapuló növényvédő és növénynövekedést serkentő bioeffektorok fejlesztése
Idegen nyelvű cím: Development of Trichoderma-based bioeffectors for biocontrol and plant growth promotion
Témavezető(k):
Témavezető neveBeosztás, tudományos fokozat, intézményEmail
Dr. Kredics LászlóPhD, habil., egyetemi docens, SZTE TTIK Mikrobiológiai Tanszékkredics@bio.u-szeged.hu
EPrint azonosító (ID): 3122
Publikációban használt név : Körmöczi Péter
A mû MTMT azonosítója: 3196429
doi: 10.14232/phd.3122
A feltöltés ideje: 2016. szept. 29. 11:25
Utolsó módosítás: 2017. jún. 23. 14:58
Egyebek (raktári szám): B 6099
URI: http://doktori.bibl.u-szeged.hu/id/eprint/3122
Védés állapota: védett

Actions (login required)

Tétel nézet Tétel nézet

Letöltések

Letöltések havi bontásban az elmúlt egy évben