188434. lajstromszámú szabadalom • Eljárás baktériumos talajoltóanyag előállítására
1 188 434 2 A találmány tárgya eljárás baktériumos talajoltóanyag előállítására. A találmány szerint előállított talajoltóanyag nitrogén-baktériumokat tartalmaz nagy mennyiségben, alkalmazása révén javul az utolsó két-három évtized alatt eléggé tönkrement, illetve tönkretett mikrobiológiai talajélet, ami meglepően magas terméstöbbletet eredményez. Régebbi megállapítások szerint a mikroszervezetek elterjedése a talajban a hőmérséklettől és a talaj víztartalmától függött. Napjainkban ez már nem így van. A sokszor túlzott mennyiségben alkalmazott műtrágyák, növényvédőszerek hatására a talaj elnitrátosodott, elsavanyodott. A vegyszerek és metabolitjaik felhalmozódnak a talajban, és ennek következményeként a normál talajban meglévő mikroorganizmusok száma csökkent, előfordulásuk aránya eltolódott. Normál talajban grammonként 100 millió baktérium tevékenykedik, de az elsavanyodás következtében számuk néhány ezerre csökkent, ugyanakkor a talajlakó gombák aránya, toxintermelése megnőtt, és ezek között sok a fitopatogén. A csökkent baktériumélet nem tudja pótolni a szükséges ultramikro-, mikro- és makroelemeket, ezért ezek hiányozni fognak a termésekből. A baktériumok számát azonban nemcsak a növényvédőszerek és az elsavanyodás csökkenti, hanem a talaj szénhidrát-, illetve cellulózhiánya is. Mivel a kukoricaszárat, valamint a szalmát is lábon égetik, cellulóz nem kerül a talajba; a cellulózbontó baktériumok nem tudnak cukrokat hidrolizálni, ezek viszont az egyéb baktériumok életéhez nélkülözhetetlenek. A helyzet spontán javulása nem várható, mert például az ammónnitrát termelését és felhasználását anyagilag ösztönzik. A probléma megoldása csak a biológiai védekezéstől várható. Ezért történtek már kísérletek arra, hogy a talajból hiányzó mikroorganizmusokat pótolják, így cellulózbontó baktériumokat és rhizobiumokat már használnak a mezőgazdaságban. Az élet szempontjából legfontosabb biogén elemek egyike a nitrogén, amely korlátlan mennyiségben a légkörben megtalálható. A nitrogén azonban a legpasszívabb elemek egyike, ezért csak magas energiaköltséggel lehet hasznosítható formában iparilag gyártani. Az elemi nitrogén megkötésére alkalmasak a baktériumok is. „Az elemi nitrogén megkötésére alkalmas élőlényeket két csoportra oszthatjuk: az egyikbe szabadon élő mikroorganizmusok tartoznak, amelyek oxigén jelenlétében (pl. Azotobacter.) vagy oxigén távollétében (pl. Clostridium fajok) kötik meg a nitrogént. A második csoportot olyan mikroorganizmusok alkotják, amelyek nem önállóan, hanem gazdanövénnyel együtt, annak gyökerén szimbiózisban élve végzik életműködéseiket és ezen belül a nitrogén megkötését. Ilyenek a hüvelyes növények gyökérgümőiben élő rhizobium fajok és az ugyancsak szimbionta kékalga fajok.” (Pais István: „A mikrotápanyagok szerepe a mezőgazdaságban”, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest 1980, 126. old.). Az Azotobacterek, oxigén jelenlétében kötve a nitrogént, hasznosítható és értékes szerves anyagokat szintetizálnak. Még magas nitrátkoncentráció mellett is (0,1%) jól növekszenek és 1 gmannit szénforrás felhasználásával 16-18 mg nitrogént fixálnak. A nitrogén megkötése (fixálása) enzimatikus folyamat, amelynek részletei még nincsenek tisztázva. Az enzimek segítségével történő nitrogénmegkötés csak távoli célja lehet az ipari biológiának; talán megvalósul valamikor, de addig a talajon már nem lehet segíteni. A technika mai állása, szerint csak a mikroorganizmusok tömeges tenyésztése, talajba juttatása lehet a biológiai nitrogén-fixálás alapja. A nitrogén megkötésére képes mikroorganizmusok közül a Rhizobiumokat Magyarországon már tenyésztik és oltóanyagk ént juttatják a talajba. Noha ez már egy lépés volt a biológiai védelem irányába, az emlitett oltóanyag alkalmazási területe sajnos szűk, mert egyrészt a Rhizobiumok a talajbaktériumoknak csak szerény számát alkotják, másrészt csak a pillangósok termesztésében várható tőlük eredmény. A nitrogén megkötésére képes másik nagy csoport, az Azotobacterek: nem kötődnek csak egy növénycsaládhoz, ezért elsősorban velük kellene kísérletezni. Ilyen irányú törekvések voltak is, de kudarcot vallottak; az oltóanyag alakjában a talajba juttatott baktériumok nem szaporodtak kellően, így hatásuk nem volt. A kézzelfogható eredmény hiányában végül a szakemberek szükségtelennek nyilvánították a nitrogéntermelő baktériumok felhasználását („Az Azotobacter oltások... ha talajainkat megfelelő agrotechnikai eljárásokkal jó állapotba hozzuk, nem szorulnak arra, hogy idegen, tömegükhöz viszonyítva kis mennyiségű oltóanyaggal népesítsük be.” Fehér Dániel: „Talajbiológia”, Akadémiai Kiadó, Budapest 1954, 1126. old.). A fenti korlátok és előítéletek ellenére a találmány célja olyan baktériumos oltóanyag kidolgozása volt, amely nitrogént köt a talajban és ennek révén a növények terméshozamát jelentősen javítja. További célja a találmánynak, hogy az oltóanyag a talaj pH-értékét helyreállítsa és megfelelő tápanyagokkal a talaj regenerálódását segítse elő. Az Azotobacterekke! folytatott kísérleteink során felismertük a korábbi Azotobacter-oltóanyagok eredménytelenségének okát: az eddig alkalmazott Azotobacter-oltóanyagok csak a sejteket, a tenyészléből elkülönített biomasszát tartalmazták. Ezek a sejtek, tápanyag nélkül a legtöbb esetben a talajban szaporodni nem tudtak. Ez vezetett bennünket arra a gondolatra, hogy sokkal jobb oltóanyagot tudunk előállítani, ha a fermentáció végén kapott tenyészléből a biomasszát nem különítjük el, hanem a tenyészlét úgy, ahogy van, a benne lévő sókkal, szerves vegyületekkel, metabolitokkal együtt besűrítjük vagy porrá szárítjuk. A tenyészlé sűrítményében lévő anyagok így biztosítják a baktériumok számára a kellő létfeltételeket. Rhizobiumokkal is kisérleteztünk, és egy igazán meglepő felismeréshez jutottunk: a Rhizobium - ha steril, nitrogénmentes tápközegben fermentáljuk - a sejt fenntartása, szaporodása, új sejttestek felépítése érdekében rákényszerül a levegő nitrogénjének fixálására és a fehérjék szintézisére, mivel nitrogént csak a levegőből kaphat. Ezzel megdőlt az a másik í ) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
