Zemědělsky prospěšné bakterie

19. 01. 2026 Ing. Václav Krejzar, Ph.D. a kol. Choroby Zobrazeno 895x

Úbytek ve spektru povolených chemických přípravků a stále přísnější hygienické normy na obsah reziduí jejich účinných látek v zemědělské produkci jsou hlavními důvody hledání alternativ v ochraně rostlin vůči škodlivým organizmům. Alternativou mohou být podpůrné přípravky, které ale nemají na rozdíl od tradičních chemických pesticidů dostatečně deklarovanou účinnost vůči mikrobiálním patogenům a jejich použití v praxi je proto velmi nespolehlivé.

Velký potenciál nabízejí biologické přípravky připravené z kmenů zemědělsky prospěšných hub a bakterií s antagonistickými nebo kompetičními vlastnostmi vůči původcům chorob rostlin. Jejich předností je, že po aplikaci nevytvářejí ekologickou zátěž pro životní prostředí, protože jejich účinné složky tvoří přirozenou součást agroekosystémů. Tyto prospěšné organizmy se vyskytují na povrchu rostlin jako součást jejich mikrobiálního epifytu a mají významný vliv na zdraví rostlin tím, že produkují látky (metabolity), které ovlivňují růst dalších mikrobiálních entit v jejich okolí, včetně fytopatogenních mikroorganizmů, původců chorob zemědělských plodin. Nevýhodou biologických přípravků je omezená doba životnosti účinných mikrobiálních složek a nutnost přesného dodržení podmínek aplikace pro dosažení optimální účinnosti na cílový patogenní mikroorganizmus.

Mechanizmus působení

Antagonistické působení prospěšných bakterií je založeno na principu uvolňování produktů jejich vlastního metabolizmu do okolního prostředí (bakteriocinů, enzymů nebo dalších látek). Tyto látky mohou narušovat strukturu buněčných stěn patogenních mikroorganizmů nebo zpomalovat, případně zastavovat, jejich metabolické pochody a následný růst a množení. Některé kmeny bakterií rodu Bacillus mají např. schopnost produkovat biologicky aktivní látky, které vykazují silnou antimikrobiální aktivitu proti širokému spektru rostlinných patogenů (obr. 1), a proto často tvoří účinné složky dostupných komerčních biologických přípravků, např. přípravku Serenade. Produkované biologicky aktivní látky mohou patogenní bakterie usmrcovat, tj. mají baktericidní účinek nebo mohou zastavovat jejich růst a množení, tj. mají bakteriostatický účinek (obr. 2).

Kromě antibiotických účinků vyvolaných produkcí biologicky aktivních látek (obr. 2) mohou prospěšné bakterie omezovat růst a množení patogenů na povrchu rostlin konkurencí o živiny. Následným osídlením uvolněného prostoru zabraňují kolonizaci povrchu hostitelské rostliny patogenem. Nepřímým působením prospěšné bakterie podporují přirozenou obranyschopnost a růst rostlin, tvorbu ochranného biofilmu a adhezi ke kořenům rostlin.

Některé prospěšné bakterie produkují metabolity stimulující rostliny k aktivaci jejich vlastních obranných mechanizmů známých jako indukovaná systémová rezistence nebo snižují povrchové napětí, a tím narušují strukturu povrchových biofilmů přítomných patogenů. Mění tak strukturu nebo vazby enzymů, které jsou klíčové pro iniciaci patogenní reakce.

Obr. 1: Inhibice růstu mycelia houbového patogenu Alternaria brassicicola antagonistickou bakterií rodu Bacillus na živném médiu

Obr. 2: Různé stupně antagonistické aktivity kmenů prospěšných bakterií vůči fytopatogenní bakterii na živném médiu v testu in vitro

Limity výzkumu

Tyto mechanizmy působení prospěšných bakterií ukazují na význam antimikrobiálních látek v biologické ochraně rostlin a potvrzují správnost výzkumné hypotézy na využití těchto látek v zemědělství pro zvýšení odolnosti plodin vůči původcům bakteriálních a houbových chorob a pro posílení celkové biodiverzity v agroekosystémech. O získání výzkumných projektů na praktické využití prospěšných bakterií se zatím neúspěšně snaží specializované pracoviště Rostlinolékařské bakteriologie Národního centra zemědělského a potravinářského výzkumu v Praze - Ruzyni u výzkumných agentur TAČR a NAZV. Navrhovaná problematika opakovaně naráží na nepochopení v systému hodnocení návrhů projektů a zastavuje tak další nezbytný výzkum. Předmět studia nelze zúžit na nalezení perspektivních kmenů prospěšných bakterií produkujících antimikrobiální látky. Nezbytné je provedení následného podrobného výzkumu vlivu různých vnějších faktorů, jako je pH, teplota, vlhkostní parametry a dostupnost živin na produkci a účinnost antimikrobiálních látek a na metabolické procesy prospěšných bakterií. Teprve důsledné vyhodnocení vnějších faktorů majících vliv na růst a množení perspektivního kmene prospěšné bakterie a produkci jeho metabolitů se odrazí v přesně stanovených aplikačních podmínkách, nezbytných pro dosažení optimální účinnosti mikrobiální složky. V případě, že je biologický přípravek s účinnou mikrobiální složkou aplikován za vnějších podmínek nevhodných pro její růst a množení, nedojde ke kolonizaci epifytu užitečným mikroorganizmem a nedojde k požadovanému potlačení fytopatogenního mikroorganizmu (obr. 3).

Obr. 3: Aplikace biologického přípravku na bázi kmene rodu Bacillus (bílé střechovité kolonie) v nevhodném období pro jeho růst a množení, k potlačení populace fytopatogenní pseudomonády (kulaté nazelenalé kolonie) v epifytu rostliny nedošlo

Nejčastější izolované prospěšné bakterie a přípravky

Mezi nejčastěji izolované prospěšné bakterie s antagonistickými vlastnostmi patří gramnegativní bakterie z čeledí Enterobacteriaceae a Pseudomonadaceae, které obecně produkují látky se silnou antimikrobiální aktivitou proti širokému spektru rostlinných patogenů. Z grampozitivních bakterií se jedná převážně o kmeny rodu Bacillus (obr. 1), které produkují spektrum antibiotických látek. Vitalitu rostlin a zdravotní stav produkce ovlivňují bakterie mléčného kvašení Lactobacillus a Leuconostoc. Z biologických přípravků jsou aktuálně komerčně dostupné např. Altela (obsahuje extrakty fermentace Lactobacillus sp. v kombinaci s extraktem z juky), Baskus (obsahuje směs probiotických mikroorganizmů, bakterií a kvasinek), Polyversum (obsahuje houbu Pythium oligandrum), Rizocore (obsahuje houbu Trichoderma harzianum a bakterii Bacillus megaterium) a Serenade (obsahuje bakterii Bacillus amyloliquefaciens).

Překážky použití v praxi

Celosvětově byl největší rozvoj zaznamenán převážně u biologických přípravků určených pro aplikaci do půdního prostředí, které poskytuje relativně stabilní podmínky pro přežívání účinných složek na bázi mikrobiálních agens. Povrch nadzemních orgánů rostlin je na rozdíl od půdního prostředí pro biologická agens extrémním a velmi nestabilním prostředím. Společenstva mikroorganizmů jsou na povrchu rostlin vystavena prudkým výkyvům počasí, působení UV záření a omezenému přístupu k živinám. Efektivita vlivu biologických přípravků na eliminaci škodlivých činitelů na povrchu rostlin je proto kromě antagonistických a nutričně konkurenčních vlastností účinných složek mikroorganizmů závislá na načasování jejich aplikace. Pokud není rostlina ve vhodné fyziologické fázi, a výchozí teplotní a vlhkostní podmínky jsou nepříznivé pro růst a množení účinných složek, mine se aplikovaný biologický přípravek účinkem (obr. 3). Na malé účinnosti dostupných biologických přípravků se kromě způsobu výběru a nedostatečném testování mikrobiálních agens podílí i nejasný popis skladovacích a aplikačních podmínek, neznalost skutečného mechanizmu jejich působení a faktorů, které je ovlivňují.

Deklarovaná účinnost spektra nově nabízených biologických přípravků je prvotně založena na výběru prospěšných mikroorganizmů podle vlastností hodnocených v optimálních podmínkách laboratoře a skleníku. Nezohledňují významné limitující faktory pro jejich dlouhodobé přežívání v polních podmínkách, jako je rozdílná dostupnost živin dle fyziologické fáze rostliny a existence přirozených konkurenčních vztahů mezi jednotlivými entitami mikroorganizmů. K maximalizaci potenciálu prospěšných mikroorganizmů v ochraně rostlin je proto nutné u přípravků ověřovat výsledky jejich interakce s rostlinným hostitelem a přirozeným „zemědělským“ mikrobiomem a dopad dlouhodobého používání jejich účinných složek na životní prostředí, faunu a lidské zdraví.

Pro hodnocení biologických přípravků je v EU zaveden velmi nákladný a pomalý dvoustupňový registrační systém, který trvá i 10 let. Mnoho prospěšných kmenů mikroorganizmů je proto v EU registrováno jako bio hnojiva. Většina biologických přípravků pocházejících z USA není na trhu EU dostupná, protože EU považuje některá hodnocení zdravotní a environmentální bezpečnosti prováděná v USA za nedostatečná. Převážná většina prospěšných bakteriálních kmenů je registrována jako agens účinné proti původcům houbových chorob.

Testování účinnosti

Autoři článku porovnávali účinnost spektra dostupných komerčních biologických přípravků (Altela, Baskus, Rhizocore, Serenade) a vlastních vybraných kmenů nefytopatogenních bakterií vůči komplexu houbových patogenů. Referenční kmeny houbových patogenů rostlin pocházely ze zahraničních a tuzemských sbírek mikroorganizmů: Westerdijk Fungal Biodiversity Institute (CBS, Nizozemsko), German Collection of Microorganizms and Cell Cultures (DSMZ, Německo), Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze (CCF) a Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci. Do testování byly zařazeny kmeny fytopatogenních hub: Alternaria brassicicola CBS 567.77, CCF 2558 a CCF 2749, Alternaria dauci DSM 62017, Alternaria radicina CBS 112003, Botrytis aclada CCF 3025, Botrytis cinerea 250, 263, Colletotrichum orbiculare CBS 173.59, Fusarium oxysporum DSM 62045 a DSM 62313, Fusarium solani DSM 62420, Marsonina panattoniana CBS 231.90, Pythium aphanidermatum CBS 101589, Pythium sylvaticum DSM 2322, Rhizoctonia solani DSM 22842, Septoria apiicola CBS 116465, Stromatinia cepivora CBS 123933 a Thanatephorus cucumeris DSM 1907.

Metodou in vitro na živném médiu s přídavkem účinné složky testovaného biologického přípravku nebo vybraného kmene prospěšné bakterie bylo prováděno hodnocení. Účinnost byla posuzována v pravidelných časových intervalech a hodnocena na základě četnosti a intenzity nárůstu mycelia houbového patogenu. Testovaná účinná složka, která omezila nárůst mycelia houbového patogenu v rozmezí 0–25 %, byla hodnocena stupněm „silně účinná“, v rozmezí 26-50 % stupněm „účinná“, v rozmezí 51–75 % stupněm „slabě účinná“ a v rozmezí 76–100 % stupněm „neúčinná“. Jako kontrola byl na základě předchozích výsledků vybrán chlorid měďnatý, který se samostatně nevyskytuje v žádném chemickém přípravku.

Nejvíce zastoupeným mikroorganizmem v biologických přípravcích je druh Bacillus amyloliquefaciens obsažený v testovaném přípravku Serenade, který v laboratorních podmínkách v porovnání s kontrolou potlačil nárůst mycelia námi testovaných houbových patogenů v průměru na 34 % s celkovým hodnocením „účinný“ (tab. 1). Jako spolehlivé antibakteriální agens se obecně využívají houby rodu Trichoderma. Námi testovaný přípravek Rizocore, obsahující houbu Trichoderma harzianum v kombinaci s bakterií Bacillus megaterium, průměrně potlačil nárůst mycelia fytopatogenních hub na 31 % v porovnání s kontrolou s výsledným hodnocením ve stupni „účinný“ (tab. 1). Přípravek Baskus s průměrnou účinností 36 % byl zařazen do kategorie „účinný“, přípravek Altela s průměrnou účinností 54 % do kategorie „slabě účinný“. Z celkového počtu 7 kmenů nefytopatogenních bakterií průměrně potlačily nárůst mycelia fytopatogenních hub na 24 % kmen Pseudomonas putida s výsledným hodnocením „silně účinný“, shodně na 27 % kmeny Bacillus subtilis a P. fluorescens v kategorii „účinné“ (tab. 1, obr. 4). Tyto bakteriální kmeny se v rámci testování nejvíce přiblížily 13% účinnosti chloridu měďnatého, který byl použit jako kontrola. Účinnost ostatních testovaných antagonistických kmenů se pohybovala v rozmezí 47 až 69 % (tab. 1).

Tab. 1: Účinnost testovaných přípravků a kmenů vybraných bakterií vyjádřená relativní četností nárůstu mycelia fytopatogenních hub

Obr. 4: Účinnost vlastního antagonistického bakteriálního kmene na potlačení nárůstu mycelia kmenů fytopatogenních hub (zleva - Fusarium oxysporum, F. solani, Marsonina panattoniana, Pythium aphanidermatum, P. sylvaticum, Rhizoctonia solani, Septoria apiicola, Stromatinia cepivora a Thanatephorus cucumeris; nahoře kontrola, výsledek interakce fytopatogenní houby a antagonistické bakterie v počáteční koncentraci 0,1 % a 0,2 %)

Závěr

Na základě uvedených výsledků má izolace, testování a výběr nových účinných složek biologických přípravků velký potenciál v ochraně rostlin v blízké budoucnosti. Výsledky ukazují, že v ekosystémech lze najít a v ochraně rostlin následně využít mikrobiální agens, která nejsou fytopatogenní pro rostliny a zároveň omezují velikost inokula patogenů na jejich povrchu nebo v půdním prostředí. Otázkou zůstává doporučená koncentrace, podmínky aplikace přípravků, bezpečnost pro životní prostředí a lidské zdraví. Kombinací prospěšných mikroorganizmů a/nebo jejich sekundárních metabolitů lze dosáhnout většího a spolehlivějšího účinku na širší spektrum patogenů rostlin. V kombinaci s nanotechnologiemi by mohly nahradit chemické přípravky a současně dostát stoupajícím nárokům na zdravé, bezreziduální potraviny. V tomto kontextu je nezbytná podpora vývoje moderních biologických přípravků ze strany orgánů státní správy k zabránění poklesu zemědělské produkce.

Ing. Václav Krejzar, Ph.D., Ing. Iveta Pánková, Ph.D., Ing. Radka Krejzarová, Ph.D.
Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu, v. v. i., Praha-Ruzyně