Szimbiózis

image_pdfimage_print

A szimbiotikus nitrogénkötés*

A pillangós virágú növények családja (Leguminosae) azzal az egyedülálló képességgel rendelkezik, hogy tagjai a Rhizohium, Bradyrhizobium és Azorhizobium nemzetséghez tartozó talajbaktériumokkal szimbiotikus nitrogénkötő kap­csolatot tudnak kialakítani.

A prokarióta és eukarióta partner együttműködésének eredményeképpen a gazdanövény gyökerén, ritkábban szárán is, ún. gümők jönnek létre, amelyekben az átalakult baktériumok (bakteroidok) a levegő molekuláris nitrogénjét „meg­kötik”, vagyis ammóniává redukálják, amely már a növényi partner számára is hasznosítható. A növény így nem függ a talaj nitrogéntartalmától, mivel nitro­génszükségletét fedezheti a szimbiotikus kapcsolatból származó nitrogénvegyü­letekkel, míg a baktérium a növény fotoszintéziséből származó szénforráshoz juthat hozzá.

A szimbiotikus együttműködés nemcsak a résztvevő partnerek számára ked­vező, hanem alapvető jelentőségű az egész élővilág szempontjából is. A Föld légkörének ugyan 78%-a nitrogéngáz, ezt azonban az élőlények túlnyomó több­sége nem tudja hasznosítani. Csak néhány prokarióta szervezet rendelkezik azzal a képességgel, hogy a légköri nitrogént redukálja, és így a többi élőlény számára is elérhetővé tegye. Egyes prokarióták szabadon élve vagy növényekkel laza asszociációban is képesek a nitrogénkötésre (pl. Klebsiella, Azospirillum), míg mások ezt egy gazdanövénnyel kialakított szimbiózisban végzik (pl. Rhizobium). Ez utóbbi rendszerek azonban a szorosabb kapcsolat és együttműködés következtében sokkal hatékonyabbak, és így a nitrogénkörforgásban a legnagyobb szerves nitrogénforrást biztosítják. A biológiai nitrogénkötés a mezőgazdaságilag művelt területeken összességében 44 x 106 tonna kötött nitrogént állít elő évente, ebből becslések szerint 35 x 106 tonna a Rhizobiumok által a pillangós virágú növények gyökérgümőiben ammóniává redukált nitrogén.

A növény jelentősége**

A növény a fotoszintézis (CO2 + H2O + fényenergia = (CH2O) szénhidrát + O2 + H2O) útján a földi élet alapja, termékei a mai egész élővilág élelmi láncának kiindulását képezi, a leghatékonyabban hasznosítja a fény energiáját, biztosítja a megújuló energiát, valamint a lét feltételéhez szükséges oxigént.

A növény és az ember kapcsolatát a következő ábra szemlélteti:***

noveny-es-ember kapcsolata-abra

Hozzávetőleges számítások szerint a Föld felületére sugárzott napenergia 0,11%-ának felhasználásával a fotoautotróf szervezetek a világtengerekben (3,6 x 108 km2) évente 20-30 x 1012 kg szenet képesek szerves anyaggá átalakítani, a szárazföldi növények pedig (1,5 x 108 km2-en) évente mintegy 45-55 x 1012 kg szenet kötnek meg.

Ezzel a hatalmas anyag-átalakítással jelentős oxigén-felszabadulás is együtt jár: évente mintegy 1014 kg O2 termelésével lehet számolni.

A legfontosabb energiaforrások a természetes fosszilis tüzelőanyagok, mint a kőolaj, a szén és a földgáz. Az ismert földalatti energiahordozók összmennyisége a még nem ismert fosszilis energiahordozókat is beleszámítva nem nagyobb, mint jelenleg a Föld egész felületén nagyrészt erdők formájában létező biomassza.

Még a belátható jövőben is a zöld növények fogják szolgáltatni valamennyi élőlény anyag- és energiacseréjének fenntartásához, és nem utolsó sorban a gyors ütemben növekvő emberi népesség táplálkozásához alapul szolgáló szerves vegyületeket.

Gazdasági és energetikai okokból továbbra is a napenergiát felhasználó autotróf növények maradnak az elsődleges termelők. A fotoszintézis révén csak a szárazföldi növények évente 2 x 1018 kJ energiát raktároznak el szénhidrátok formájában. Feltételezve, hogy ennek az energiának mindössze 0,5%-a (1 x 1016 kJ) hasznosítható az emberi táplálkozás céljára, az emberiséget még mindig kielégítően el lehetne látni tápenergiával.

A realizálható termés és a faj genetikai potenciálja közötti összefüggés:****

termes-es-faj-genetikai-potenciaja-kozotti-osszefugges

Az FGP egyes alternatív fogalmainak szintjei az alábbiak szerint alakulnak:

fgp-egyes-alternativ-fogalmainak-szintjei

A potenciális termőképesség (hozam) alternatív fogalmai:

FGP (a faj genetikai potenciálja):

A fajjal a legideálisabb feltételek között termelhető maximális bruttó szerves anyag mennyisége. Az FGP vizsgálata csak az ökoszisztéma kutatásokban a fitomassza produkció szempontjából lehet célravezető.

FPT (a faj potenciális termőképessége):

A fajjal a legideálisabb feltételek között előállítható maximális hasznos termés mennyisége. Az FPT hazánkban tulajdonképpen egy fajnál sem érhető el, ezért tovább növelése nem lehet főbb célja a hazai genetikai, élettani és nemesítési kutatásoknak.

GRMT (gyakorlatban realizálható maximális termés):

A fajjal a magyarországi ökológiai feltételek között elérhető maximális hasznos termés mennyisége. A GRMT további növelése a legfontosabb feladata a jelen időszakban a hazai biológiai kutatásoknak és a nemesítésnek a szóban forgó növényfajok esetében. A termés mennyiségére, minőségére és biztonságára vonatkozó célkitűzések a legtöbb növényfaj esetében a GRMT növelését célozzák és segítik elő.

ORT (országosan realizálható termésátlag):

A faj felhasznált fajtáival az alkalmazott agrotechnika mellett országosan elérhető hasznos termés mennyisége.

*Forrás: Dusha Ilona-Kondorosi Ádám (1999): Baktérium-növény jelcsere a szimbiotikus nitrogénkötésben. In: Balázs Ervin-Dudits Dénes (szerk.): Molekuláris növénybiológia. Akadémiai Kiadó, Budapest, 489. o.
**Forrás: Paul Hoffmann (1987): Photosynthese, Akademie-Verlag, Berlin, 5-8 o.
***Saját szerkesztés
****Forrás: Magyarország agroökológiai potenciál felmérése (MTA)