Evaluation of the plant biostimulant effects of selected eukaryotic green microalgae

A mikroalgákból bioaktív vegyületek széles skálája nyerhető ki, melyek különféle iparágakban alkalmazhatók. Bár felmerült, hogy a zöldalga biomassza a mezőgazdaságban zöldtrágyaként is használható lehet, a biofertilizálószerként való alkalmazás gazdaságossága erősen kétséges. Tanulmányom célja annak felmérése volt, hogy a mikroalgák mint természetes biostimuláns szerek felhasználhatóak-e a növények növekedésének elősegítésére. A munka során az eukarióta zöldalga referenciatörzs C. reinhardtii-t és két Chlorella törzset választottam. Korábbi publikációk alapján a Chlorella extraktumok elősegítik a növények növekedését, viszont keveset tudunk a Chlamydomonas algák növényi növekedésserkentő hatásairól. Elemeztem az algatörzsek közötti különbségeket, célom volt megérteni, hogy van-e törzsspecifikus növekedésserkentő hatásuk a kiválasztott növényekre. Megvizsgáltam az algák növényi hormon- és EPS (extrapoliszacharid) termelő képességét. Mindegyik alkalmazott törzs termelt auxint (bár eltérő mennyiségben), de csak az egyik Chlorella törzs termelt kimutatható mennyiségű EPS-t. Vizsgálataim során a mikroalgákat talajba juttatva és közvetlenül a növényekre permetezve is alkalmaztam, majd részletesen elemeztem és számszerűsítettem a növények növekedésére gyakorolt hatásukat. Két növényt használtam két filogenetikailag távoli családból. A Medicago truncatula egy modellnövény a hüvelyesek családjából, míg a másik a paradicsom haszonnövény (Solanum lycopersicum), a burgonyafélék családjának a képviselője. A korábbi ismert vizsgálatoktól eltérően az algák biomasszájából nem készítettem kivonatot. A biomasszát begyűjtöttem, víztelenítettem, illetve egyes kísérletekben a tápközeggel együtt is alkalmaztam. Ez az előkészítési mód egyszerűnek és környezetbarátnak, mindemellett olcsónak is bizonyult. Lombpermetezéshez az alga biomasszát folyékony nitrogén alatt homogenizáltam, majd vízben oldottam. Megfigyeltem, hogy a Chlorella sp. MACC-38 nem gyakorolt szignifikáns hatást a M. truncatula növényre, míg a Chlorella sp. MACC-360 és a C. reinhardtii egyértelmű biostimuláns hatást mutattak. Ezért a továbbiakban a fent említett két törzzsel folytattam a vizsgálatokat paradicsomon is. A Chlorella sp. MACC-360 kezelés a paradicsom virágzását a kontrollhoz képest szignifikánsan előrébb hozta időben, és mindkét mikroalga növelte a levél pigmenttartalmát mindkét modellnövény esetében. A mikroalgák hatására megnövekedett a levélméret M. truncatula növényeken. A paradicsom terméseinek átmérője megnőtt, bár az összes terméshozam nem változott. A Chlorella sp. MACC-360-nal kezelt paradicsom növényeken szignifikáns korai virágzási fenotípust azonosítottam. Ennek hátterének megértéséhez teljes transzkriptom analízist végeztem a növények virágbimbóin, a virágok nyílása előtti állapotban. Az eredmények alapján az algakezelés a növények szisztémás rezisztenciájában szerepet játszó gének indukcióját okozta. Érdekes módon az ismert virágzásért felelős gének nem mutattak specifikus expresszióváltozást. A paradicsom rizoszféra minták metagenom elemzése megnövekedett fajdiverzitást mutatott a mikroalgákkal kezelt mintákban a kontrollokhoz képest, bár ez a különbség nem volt szignifikáns. A mikroalga kezelés specifikusan növelte a Limnobacter és további ismert növekedést serkentő baktériumok relatív abundanciáját a rizoszférában. Továbbá az Ascomycota gombák esetében is relatív abundancia növekedés volt megfigyelhető algakezelés hatására. A kontroll mintákban hiányzott az Ascomycota, és nagy mennyiségben tartalmaztak olyan patogén baktériumokat, mint például a burgonyavarasodás betegségért felelős Streptomyces sp. LBUM 1475.