Zvýšení symbiotické fixace dusíku jako alternativa pro životní prostředí

Dosahování vysokých výnosů v rostlinné výrobě je nemyslitelné bez zajištění dusíkaté výživy. Tato závislost je platná zejména od tzv. zelené revoluce v šedesátých létech. Hlavním vstupem dusíku do koloběhu v zemědělských systémech jsou průmyslově vyráběná dusíkatá hnojiva. Jejich rozšíření je ale spojeno s celou řadou nepříznivých dopadů na životní prostředí, zahrnujících snížení půdní biodiverzity, kontaminaci zdrojů pitné vody a eutrofizaci povrchových vod. Energeticky vysoce náročná výroba a distribuce jsou dalším zdrojem negativních vlivů na prostředí. Promítají se i do zvyšování nákladů na vstupy do rostlinné výroby, které mohou ohrožovat rentabilitu.

Alternativním zdrojem dusíku je biologická fixace vzdušného dusíku prováděná hlízkovými bakteriemi osídlujícími kořeny bobovitých rostlin. Vzhledem k vazbě tohoto dusíku na organickou rostlinnou hmotu je uvolňován postupně a negativní efekty na prostředí jsou sníženy či žádné. V rámci spolupráce Mikrobiologického ústavu AV ČR se Zemědělskou fakultou Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích byly připraveny nové linie pícninářského hrachu se zvýšenou a stabilní symbiotickou fixací vzdušného dusíku. Počítá se s jejich využitím jako jednoúčelových odrůd pro zajištění dusíku v osevních postupech či směsných kulturách.

Zvýšení fixace dusíku je u těchto linií založeno na tzv. supernodulující mutaci, která tak byla určena v MBÚ v r. 1993. Kromě výrazného zvýšení počtu symbiotických hlízek na kořenech, které vytvářejí prostředí pro hlízkové bakterie, má mutace za následek necitlivost tvorby hlízek a fixace dusíku na půdní nitrát a další stresové vlivy, takže rostliny tvoří symbiózu prakticky nezávisle na sezónních podmínkách. Pro praktické využití bylo ale nezbytné efekt mutace upravit pomocí modifikujících genů, převedených pomocí klasického šlechtění ze vzdálených odrůd. Celý vývoj proběhl v l. 1993-2009. 

Hledání příčin jevu supernodulace se soustřeďuje na úlohu, kterou v zakládání kořenových hlízek a v signalizaci mezi kořenem a prýtem hrají malé signální proteiny, obdoba živočišných bílkovinných hormonů. Další aktivity se zaměřují na bližší popis genů modifikujících supernodulaci.

Spolupráce v jednotlivých oblastech programu je vítána.

 

Prom. biol.. Karel Novák, CSc.

Mikrobiologický ústav AV ČR, v.v.i.

 

Ing. Josef Vondrys, CSc.

Zemědělská fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějiovicích