Biostimuláció Syngenta módra – A Quantis növényélettani háttere

A mezőgazdasági tudomány fejlődése és az egyre változó és kiszámíthatatlan időjárási környezet arra ösztönöz bennünket, hogy a már meglévő tudásunkat tovább gyarapítsuk és figyelmünket olyan módszerek és technológiák felé fordítsuk, mely eddig elkerülte a figyelmünket vagy ismeretlen volt számunkra, esetleg szándékosan csak legyintettünk felette.

A 2022-es év sok tekintetben is intő jelként volt értelmezhető, az extrém aszályos időjárás terhelő nyomott hagyott a mezőgazdaságban és abban biztos vagyok, hogy ezt a gazdasági évet még sokáig fogjuk emlegetni. 

Felhívta a figyelmünket arra, hogy minden, a növény egészségét megvédeni célzó és a növény stresszel szembeni ellenállóságát növelni képes lehetőséggel számolnunk kell és a jövőben alkalmazni kell, hogy eredményesek tudjunk lenni a mezőgazdasági termelésben. Ennek egyik eleme a növényi biostimuláció. A biostimulátor szó hallatán a termelők nagy része még összehúzza a szemöldökét, ódzkodik ettől. Van, aki empirikus okból, mások inkább tapasztalat nélkül zsigerből utasítják el ezen módszereket. Ahhoz azonban, hogy a növényi biostimulátorokkal hatékonyan tudjunk dolgozni, érteni kell a használatuk növényélettani alapjait is. Fel kell eleveníteni rég szerzett tudásunkat és bizony új ismeretanyagok elsajátítására is szükségünk van ahhoz, hogy ezen készítményeket megfelelően alkalmazva sikert tudjunk elérni.

A Syngenta érzékelve a növényi biostimulátor készítmények jelentőségének felértékelődését, hosszú évek fejlesztési és tesztelési folyamatai után, egy olyan biostimulátorral kívánt a gazdálkodók rendelkezésére állni, mely méltó a Syngenta-hoz, a tőle megszokott minőséget képviselve. Ennek eredménye a Quantis, amely a Syngenta 2023-as kínálatában már a rendelkezésünkre áll. De hogy mi is ez a készítmény pontosan, és miként képes helyes használattal pozitív hatást elérni? Nos ehhez próbálunk egy sok tekintetben ugyan részletekbe menő, de az adott téma megértéséhez nélkülözhetetlen és remélhetőleg valamennyire közérthető ismeretanyagot szolgáltatni. A biológiai, növényélettani alapok megismerése véleményem szerint a termelői bizalmat tudja az adott szegmens iránt növelni és a beléjük vetett hitet inkább a tudatosság felé terelni.

A biostimulátor mint fogalom, igen nehezen értelmezhető egy mondattal. Számos szakirodalmi megfogalmazás áll rendelkezésre, de talán a legrövidebben és lényegre törőbben az alábbiak szerint lehetséges: „A biostimulátorok olyan anyagok, amelyek képesek a növényi fejlődést serkenteni, javítják a tápanyagok hasznosulását és felvételét, valamit fokozzák a növények stresszel szembeni ellenállóképességét.” Összetételüket tekintve is sokfélék lehetnek. Növényi kivonatok, algák, huminsavak, aminosavak stb. Részhalmazt képeznek a klasszikus értelemben vett növényvédőszerek és a termésnövelő anyagok között.  Hajlamosak vagyunk a biostimulátor készítményeket is termésnövelő anyagként aposztrofálni. Sokkal inkább megfelelő, ha úgy fogalmazunk, hogy ezen anyagok alkalmazásával a növényeket ért stressz sokkal kevésbé veti vissza a várható termést, segítik megőrizni a növényben rejlő genetikai potenciált. 

Ha már említettük a növényeket érő stresszt, nézzük is meg, hogy mik lehetnek ezek. A növényeket károsító stresszorokat alapvetően 3 nagy csoportra tudjuk bontani:

1. Környezeti (abiotikus stressz):

• Hideg (fagy)
• Hőség
• Aszály
• Jégkár

2.  Biotikus stressz:

• Kórokozók és állati kértevők általi károsítás során fellépő stressz

3.  Antropogén (emberi) hatás:

• Növényvédőszerek okozta fitotoxicitás

1. ábra. A növényeket érő stresszhatások (jégverés, hideg, biotikus stressz, aszály)

Bármelyik stresszforma esetén másodlagosan fellépő stresszként a szabad gyökök vagy másnéven a reaktív oxigénformák (ROS) (mint pl.: a hidrogén-peroxid) keletkezése történik. Valahol a biostimuláció lényegi alapja, hogy ezt a folyamatot megelőzzük, ez ellen próbáljunk védekezni. Tulajdonképpen a növény fiziológiai folyamatait úgy próbáljuk segíteni, hogy ezt a folyamatot megelőzzük, lelassítsuk vagy pedig a szabad gyökök megkötését gyorsítsuk.

A növény túlélésében természetesen a legnagyobb befolyásoló hatással a stressz formája és annak időintervalluma bír. Ha a növény életszakaszait megnézzük, 3 jól elkülönülő periódust különböztethetünk meg:

1. Amikor még nem érte stressz a növényt: ekkor a fejlődéshez szükséges feltételek optimálisak, vagy ahhoz közeliek.  Ebben a fázisban tudjuk a növényeket ellátni olyan anyagokkal a biostimuláció révén, amelyek felkészítik azt a stresszes időszakok átvészelésében.
2. Amikor fellép a stresszfaktor: ebben az esetben például a fejlődéshez szükséges hőmérséklet alacsony, esetleg hőség van. Nincs meg a növekedéshez szükséges csapadék, aszály alakul ki és korlátozott a növények vízfelvétele. Ebben a fázisban a növény próbálja megváltoztatni az anyagcsere folyamatait, megpróbál alkalmazkodni a megváltozott környezeti feltételekhez. Az, hogy ez az anyagcserefolyamat változás mennyire sikeres, azon múlik, hogy mennyi ideig tart a stresszes időszak, illetve hogy rendelkezik-e a növény azon makro- és mikroelemekkel, valamint vegyületekkel, amelyek szükségesek a fiziológiai folyamatok végbemeneteléhez. Tehát jelentős hatással bír, hogy a növényt a stressz bekövetkezte előtt milyen módon készítettük fel, hiszen ezen szakasz hossza helyesen elvégzett biostimulációval lényegesen meghosszabbítható. Ez számunkra a leglényegesebb a termés megmentése szempontjából.
3. Kimerülési fázis: ekkor már a növény feléli tartalékát, nincs a rendelkezésére álló víz, túl hideg vagy éppen túl meleg van számára. Ekkor már nem tud védekezni a stressz ellen és megtörténik a pusztulás. Ebben a szakaszban sem az emberi beavatkozás sem pedig az időjárás változása már nem tudja visszafordítani a pusztulási folyamatot.

A Syngenta új biostimulátor készítménye a Quantis, amely egy természetes eredetű, aminosav alapú, tápanyagokkal dúsított készítmény. Helyesen alkalmazva, tehát a stressz bekövetkezte előtt, preventív, azaz megelőző jelleggel képes lehet a környezeti (abiotikus) stressz káros hatásainak mérséklésére.

Ahogy már korábban szó volt, a Quantis természetes eredetű biostimulátor. Egy hosszú és precíz gyártási folyamat végeredménye, amely gyártási technológia alatt a készítményt különféle tápanyagokkal dúsítják. Ennek a gondos előállítási láncnak köszönhető a minőségi végeredmény, amely méltó tagja a Syngenta termékpalettájának és a tőlünk megszokott minőségben áll a gazdálkodók rendelkezésére.

Természetes összetevőinek köszönhetően a Quantis magas szerves széntartalmú vegyületekben (elsősorban cukrok) gazdag, emellett sok egyéb, a növények számára hasznos és nélkülözhetetlen tápanyagot és aminosavak tartalmaz. Egyedi és kiemelendő a Quantis kalcium tartalma. A Ca²⁺ jelentős szereppel bír többet között a stresszjelzés folyamatában. Szintén említésre méltó a kálium tartalma is, ennek szerepe a növény élettani folyamataiban és stressztoleranciában is jelentős. Ezek mellett nitrogént, foszfort, bórt, cinket, mangánt és szulfátot is tartalmaz. Átlagosan 2% aminosav tartalma, ebből 0,4-0,6% szabad aminosav. Magas aszparaginsav-, glutaminsav- és alanin koncentráció jellemzi, de ezen kívül tartalmaz még többek között prolint és glicint is. Ezek a fehérjeszintézishez fontosak, továbbá antioxidáns és kelátképző hatásúak, valamit ozmoprotektánsként is működnek (2. ábra). 
 

2. ábra. A Quantis fizikai – kémiai tulajdonságai

A Quantis a stressz bekövetkezte előtt alkalmazva, a benne található összetevőinek köszönhetően képes aktiválni a sejtrendszert (géneket és az anyagcsere folyamatokban szerepet játszó védekezési útvonalakat). Amikor stressz lép fel a Quantis összetevőinek hatása először a sejtek és a szervek szintjén jelentkezik és fiziológiai szinten mérhető, ami a hozam fenntartását, javulását eredményezheti.

De ahhoz, hogy megértsük a Quantis hatásmechanizmusát, nézzük meg lépésről lépésre, hogy az egyes összetevői miként járulnak hozzá a növényi anyagcsere változás folyamataihoz, miként tudja hatékonyan mérsékelni a környezeti stressz okozta terméscsökkentő hatásokat (1. ábra).

A kalcium (továbbiakban Ca) szerepe a növényfiziológiában és a stresszfiziológiában megkérdőjelezhetetlen. A Ca kulcsfontosságú jel átvivőként ismert a növényekben és az abszcizinsav után egy második hírvivő, többek közt részt vesz egyes ioncsatornák szabályozásában és ezáltal a sztómák záródásában is. A növény a Ca-t a talajból veszi fel a vízzel, ezzel együtt mozog a növényben. Szárazság esetén a korlátozott vízfelvétel, továbbá a magas hőmérséklet és/vagy légköri aszály indukálta sztómazáródás miatt leálló respiráció a Ca felvételi zavaraihoz és hiány kialakulásához vezethet. De a talaj magas sótartalma (szikesedés) is felvételi zavart idézhet elő. A környezeti stressz hatására a növényben megváltozik az abszcizinsav mennyisége. Ezt érzékelve a megnő a citoszol Ca tartalma, ha van elegendő a növényekben. Ez gyakorlatilag a hírvivő szerepe (egyes növények esetén rovarkárosítás következtében jazmonsav termelődik, amely hasonló hírvivő szereppel rendelkezik).  Ezután kialakul a Ca-Calmodulin komplex, amely úgynevezett kináz enzimeket aktivál, melyek foszforcsoportokat pakolnak rá más enzimekre. Így a foszforillált enzimek működése megváltozik, tehát a növény anyagcseréje is megváltozik (ez a stresszválasz) és alkalmazkodik a megváltozott feltételekhez, azaz a stresszes körülményekhez. Ezzel az anyagcsere változással képes reagálni és túlélni a környezeti változásokat (3. ábra). Ha nincs megfelelő mennyiségű Ca a növényekben, ez a stresszjelzési vagy szignalizációs folyamat nem következik be, nem indul meg az anyagcsere változás és a növény károsodásához, pusztulásához vezet. A napraforgó esetén aszályos körülmények közt megfigyelhető Bract nekrózis is a Ca hiányával hozható összefüggésbe. A Quantis alkalmazása növelheti a celluláris Ca mennyiségét, ami támogatja a stressz jelátvitelt és génexpressziót (stresszválasz) vált ki. 

3. ábra. A növényi stresszválasz egyszerűsített folyamata

A turgor fenntartása ozmotikus szabályozással fontos fiziológiai adaptáció a vízhiány káros hatásainak minimalizálására. Az ozmotikus stressz egy másodlagos stressz, amely sejtszinten fejeződik ki. A növény elveszti a turgornyomását, ami a sztómák záródását idézi elő. Zárt sztómák esetén nem működik a légzés és a párologtatás sem, csökken a fotoszintézis, nő a növény hőmérséklete. A megfelelő kálium (továbbiakban K) tartalom elősegítheti az ozmotikus szabályozást, amely magasabb turgornyomást, relatív víztartalmat és alacsonyabb ozmotikus potenciált tart fenn, ezáltal javítva a növényi sejtek vízháztartását. A K indukálja a sejtekben az oldott anyag felhalmozódását, így csökkenti az ozmotikus potenciált és fenntartja a sejt turgorát ozmotikus stressz alatt. Emellett a Quantis olyan szerves szén tartalmú molekulákat is (elsősorban cukrok) tartalmaz, amelyek szintén segítenek az ozmotikus szabályozásban. Ezek a szerves vegyületek ozmoprotektánsként működnek, felhalmozódnak a sejtekben és kiegyenlítik a sejt környezete és a citoszol közti ozmotikus különbséget.

A sejtmembrán stabilitásának megváltozása gyakran előfordul aszály vagy hőstressz következményeként. Ez károsítja a plazmamembrán szelektív permeábilitását. Így a sejt nem tudja megőrizni a belső összetételét, a sejt szétesik. Ez a károsodás hatással van a növények fejlődésére és növekedésére. A K és a Ca a sejtmembrán stabilitásában is szerepet játszanak. 

A Quantis aminosav profilja magas alanin-, aszparaginsav- és glutaminsav koncentrációt mutat, emellett megtalálható még benne többek között a prolin és glicin is. Ezen aminosavak jelentősek a fehérjeszintézis szempontjából, de szerepet játszanak az ozmotikus potenciál fenntartásában (ozmoprotektánsok), kelátképző hatásúak, továbbá nélkülözhetetlen antioxidánsok.

A környezeti (biotikus) stresszeket a káros, reaktív oxigénfajták (továbbiakban ROS) hozták összefüggésbe. Ezek a reaktív oxigénformák a következők:

• Hidrogén-peroxid
• Szuperoxid
• Szinglet oxigén
• Hidroxilgyök
• Perhidroxilgyök

Normál körülmények közt a ROS folyamatosan termelődik különböző metabolikus utak melléktermékeként, de az antioxidánsok könnyen méregtelenítik őket enzimatikus és nem enzimatikus úton is.

A glutaminsav, mely a Quantis teljes aminosavtartalmának 24 %-át adja, hozzájárul a sejten belül a glutation képződéshez. A glutation a sejtek által termelt fő antioxidáns metabolit, amely közvetlenül hat a szabad gyökök képződésére. A növényekben nélkülözhetetlen a fejlődésük szabályozásában és a környezeti igénybevételekre (hőség, szárazság stb.) adott válaszokban. Vizsgálatok bizonyították, hogy Quantissal kezelt növényekben az enzimatikus méregtelenítésben résztvevő enzimek (glutation-reduktáz, aszkorbát-peroxidáz, kataláz) magasabb koncentrációban voltak jelen, növelte ezen enzimek aktivitását. Amely szintén a hatékonyabb védelmet jelzi a káros oxigénformák ellen (4. ábra).

A nem enzimatikus méregtelítés olyan antioxidánsok köthető, mint az aszkorbinsav, a glutation vagy az ozmoprotektánsok (glicin, betain). Ezen molekulák közvetlenül megköthetik a ROS-t és minimalizálhatják a ROS általi sejtkárosodást. Vizsgálatok megerősítették a sztahidrin jelenlétét a Quantis-szal kezelt növényekben, amely egy erős antioxidáns. A sztahidrin mennyisége a növényekben alacsonyabb, mint a proliné, mivel a prolinból két enzimatikus lépésben szintetizálódik. A Quantis betaint is tartalmaz és valójában a prolin sztahidrinné történő átalukálása a stressztűrő képesség fejlődésével jár.

4. Ábra. A legfontosabb ROS detoxifikáló enzimek és metabolitok (piros színnel kiemelve azon enzimek, melyek esetén magasabb aktivitást mértek Quantis kezelés hatására kísérletekben)

Összeségében a fentebb említett összetevők növényfiziológiai hátteréből származó termésstabilizálás a következő hatásokban nyilvánul meg:

• Fokozott fotoszintetikus aktivitás
• Sejtek és membránok stabilitása
• Növény felületi hőmérsékletének csökkentése
• Késleltetett öregedés (szeneszcencia)

A fotoszintézist gyakran befolyásolja az abiotikus (környezeti) stressz. Aszály okozta stressz esetén a fiziológiai hatások külsőleg

• a fotoszintetikus aktivitás csökkenésében,
• a zöld levélfelület csökkenésében,
• a növekedés visszamaradásában és
• terméscsökkenésben nyilvánulnak meg.

A szárazság okozta fotoszintézis korlátozás legfőbb oka a sztóma záródása, amely csökkenti a gázcserén keresztüli CO₂ felvételt és ennek következtében a fotoszintézist. A kálium elősegítheti az ozmotikus szabályozást és magasabb turgornyomást tarthat fenn, így elősegítheti a sztóma nyitott állapotát és lehetővé teszi a fotoszintézis folytatását. Brit kísérletek bizonyították, hogy a Quantissal kezelt növényekben, 30 ^oC-on jóval nagyobb volt a párologtatás intenzitása (ennek fontosságára még kitérünk) és a CO₂ megkötés mértéke, ami a kezelt növényekben a fotoszintetikus aktivitás növekedését igazolta. Kukorica hibridekben vizsgálták a növények fényhasznosítását, azaz szakszóval nevezve a fluoreszcenciát. A fluoreszcencia nem más, mint a nem hasznosult, vagy visszasugárzott fényenergia. Minél jobban tudja a növény a fényt hasznosítani, annál intenzívebben képes fotoszintetizálni. Akár szárazságra érzékenyebb, akár pedig szárazságtűrő kukorica hibridekben a Quantis javította a kukorica fényhasznosítását.

Az állomány hőmérséklete az egyik legfontosabb jelző paraméter, amely könnyen mérhető és jól jelzi a növény élettani állapotát aszály stressz idején. Hiszen a levelek hőmérséklete és a transzspirációs (légzés) hűtés között szoros összefüggés van. Szárazság hatására a talaj nedvességtartalma alacsony és csökkenti a levél vízpotenciálját, a sztóma ozmotikus nyomását, ezáltal a léghűtést, ami a levélzet hőmérsékletének emelkedéséhez vezet. Egyéb stressz okozta következmények is a növény, un. „lázas” állapotát tudják előidézni (pl.: szabad gyökök felhalmozódása). Kifejezetten fontos tehát, hogy a sztóma nyitott állapotban tartásával a fotoszintézisen túl a transpiráció is zavartalanul tudjon működni, hiszen 10 ^oC-os levélfelület hőmérséklet emelkedés a lebontó folyamatokat 2-3-szorosára tudja felgyorsítani. A Quantis alkalmazása segít csökkenteni az állomány hőmérsékletét a stressz elleni védelem fokozásával. 

5. ábra. Hőkamerás felvétel, amely a növényállomány hőmérsékeltét szemlélteti. Az „B” jelű terület zászlós levél kiterülés idején Quantis kezelést kapott, az állomány hőmérséklete 22,6 ^oC-os, míg az állomány többi része csak fungicid kezelésben részesült, itt a hőmérséklet 24,1 ^oC. (Syngenta, Olaszország, 2013)

Az öregedés (szeneszcencia) során klorofill lebomlik, a levelek zöldből sárgává válnak, így a fotoszintézis véget ér, ami végül a növények lombhullásához vezet. Az öregedés a sejtkárosodás eredménye, ami a klorofill rövidebb élettartamában nyilvánul meg. A szárazság, a hő, a hideg és a sóstressz is a levelek öregedését, sárgulását okozza a növényekben. A klorofill egy magnézium központi atomú, porfinvázas vegyület, ami a növényekben a fény energiájának elnyeléséért felel. A klorofillképződés első lépése a glutaminsav átalakulása, tehát a klorofill kialakulásához glutaminsavra van szüksége a növénynek. A glutaminsav mellett a glicin is alapvető metabolit a klorofill szintézisben. A nitrogén zöldítő hatása ismert jelenség. Azonban a szárazság során alkalmazott nitrogén hatóanyag hasznosulása kérdéses. Ha csupán nitrogén hatóanyag segítségével várjuk a zöldítő hatást, ez rendkívül energiaigényes folyamat a növények számára, továbbá jóval hosszabb időt vesz igénybe, mintha glutaminsav tartalmú készítményt alkalmaznánk lombon keresztül. A Quantis, ahogy már említettük, magas glutaminsav- és glicin tartalommal is bír. Laboratóriumi kísérletekben kimutatták, hogy a Quantis-szal kezelt szója növények még aszályosabb körülmények közt is egészségesebbek maradtak, tovább megőrizték a zöld biomassza tömegüket (6. ábra). Értelemszerűen a fotoszintézis és a termés szempontjából lényeges felépítő folyamatok tovább tudtak működni. A késleltetett öregedés a Quantis egyik nagy előnye, amely szántóföldi körülmények közt gyakran vizuálisan is megfigyelhető.

A növényi biostimuláció élettani alapjainak megismerése egy merőben új gondolkodást és szemléletet vetít előre. Ez nélkülözhetetlen lesz a jövő kihívásainak tükrében ahhoz, hogy eredményesen tudjunk termelni. A Syngenta hazai zászlóshajója e tekintetben a Quantis nevű készítmény. Ebben az összefoglalóban a növényfiziológia azon szakaszait igyekeztünk bemutatni, a teljesség igénye nélkül, amelyek a készítmény használatához szükséges ismereteinket tudják bővíteni és az eredményes alkalmazás alapjait hivatottak megteremteni.

6. ábra. A kezeltlen és Quantis-szal kezelt szójanövények közti különbség szárazság stressz szimulációs kísérletben (Syngenta, Olaszország, 2013)

Ezen információkból láthatjuk, hogy a Quantis a számos hasznos összetevőjének köszönhetően, (Ca-ion, K-ion, aminosavak, szerves szén tartalmú vegyületek stb.) helyesen, tehát a stressz bekövetkezte előtt, preventíven alkalmazva elősegítheti a növény stresszel szembeni ellenállóságának növekedését. A Quantis stressztolerancia növelő hatása pedig a végső cél, tehát a termés mennyiségében is megmutatkozik. Hiszen alkalmazásával a növényeket érő stresszhatások azt kevésbé tudják csökkenteni.

Dr. Nagy Viktor 
Fejlesztőmérnök 
Syngenta Kft