Η χιτοζάνη στη γεωργία: Μια νέα πρόκληση για τη διαχείριση των ασθενειών των φυτών

Στοα του φυτου AgrocliniGR
Jan 23, 2022
3 min read

Η χιτοζάνη είναι ένας πολυσακχαρίτης που μπορεί να ληφθεί από την αποακετυλίωση της χιτίνης, ενός πολυμερούς μακράς αλυσίδας της Ν-ακετυλ-γλυκοζαμίνης που υπάρχει και εκχυλίζεται εύκολα από το κυτταρικό τοίχωμα του μύκητα και τα κελύφη των καρκινοειδών . Από πρακτική άποψη, τα κελύφη των θαλάσσιων καρκινοειδών όπως τα καβούρια και οι γαρίδες είναι πολύ προσιτά για μια εμπορική παραγωγή χιτίνης. Αντιπροσωπεύουν μια πρακτική πρόκληση επειδή διατίθενται ως απόβλητα από τη βιομηχανία επεξεργασίας θαλασσινών. Οι πρόσφατες εξελίξεις στις τεχνολογίες ζύμωσης υποδηλώνουν ότι η καλλιέργεια επιλεγμένων μυκήτων μπορεί να παρέχει μια εναλλακτική πηγή χιτίνης και χιτοζάνης..

Αντιμικροβιακή δράση

Μία από τις πιο μελετημένες ιδιότητες της χιτοζάνης είναι η υψηλή αντιμικροβιακή της δράση έναντι μιας μεγάλης ποικιλίας μικροοργανισμών όπως μύκητες, βακτήρια και ιούς. Ως αντιμικροβιακή ουσία ορίζεται η ουσία που σκοτώνει ή αναστέλλει την ανάπτυξη μικροοργανισμών . Έχει περιγραφεί η ευρέως φάσματος μυκητοκτόνος δράση της χιτοζάνης: αναστέλλει in vitro μυκητιακή ανάπτυξη πολλών παθογόνων μυκήτων, για παράδειγμα ,Botrytis , Alternaria , Colletotrichum (γλοιοσποριο, ανθρακωση) και Rhizopus stolonifer. Η αναστολή παρατηρήθηκε σε διαφορετικά στάδια ανάπτυξης του παθογόνου όπως η ανάπτυξη των μυκηλίων, η σπορίων, η βιωσιμότητα και η βλάστηση των σπορίων και η παραγωγή παραγόντων λοιμογόνου δράσης των μυκήτων . Επιπλέον, καταδείχθηκε και η αντιμυκητιακή δράση in vivo σε πολλά διαφορετικά φυτοπαθογόνα συστήματα, όπως στο αχλάδι κατά Physalophora piricola, σε αμπέλια και σε φράουλα κατά του βουρυτη Β cinerea, και σε καρπό dragonfuit κατά της ανθρακωσης C. gleosporoides. Στο ρύζι, η αντιμυκητιακή δράση κατά R. solani αποδείχθηκε περαιτέρω με παρατηρήσεις με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης και δοκιμές παθογονικότητας . Η χιτοζάνη εμποδίζει επίσης την ανάπτυξη πολλών παθογόνων βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων Ξανθομόνας ,Pseudomonas syringae ,Agrobacterium tumefaciens και Erwinia carotovora. Ωστόσο, η αντιμικροβιακή αποτελεσματικότητα της χιτοζάνης φαίνεται να είναι υψηλότερη έναντι των μυκήτων από τα βακτήρια , και μεταξύ των βακτηρίων ήταν συχνά υψηλότερη έναντι των θετικών Gram παρά των αρνητικών Gram, ακόμη κι αν αυτή η αποτελεσματικότητα είναι κάπως αμφιλεγόμενη. Αυτό θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη διαφορετική δομή της επιφάνειας των βακτηρίων και τη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος . Εκτός από αυτές τις δραστηριότητες, η χιτοζάνη είναι σε θέση να αδρανοποιεί την αναπαραγωγή ιών και ιοειδών περιορίζοντας έτσι την εξάπλωσή τους , παρόλο που έχουν αναφερθεί σχετικά λίγες ερευνητικές μελέτες σχετικά με την αντιική δράση της . Ο ακριβής μηχανισμός της άμεσης αντιμικροβιακής δράσης της χιτοζάνης εξακολουθεί να είναι ασαφής και έχουν προταθεί και περιγραφεί διαφορετικοί μηχανισμοί . Η χιτοζάνη είναι επίσης σε θέση να χηλικοποιησει ορισμένα βασικά θρεπτικά συστατικά, μεταλλικά ιόντα και ιχνοστοιχεία (Cu, Fe, Mn, Zn)απαραίτητα για την αντιμετωπιση βακτηρίων και μυκήτων αναστελλοντας έτσι την παραγωγή τοξινών και την ανάπτυξη μικροβίων.

Πρόκληση αντοχής στα φυτά

Όλα τα φυτά, είτε είναι ανθεκτικά είτε ευαίσθητα, ανταποκρίνονται στην επίθεση παθογόνου με την επαγωγή ενός συστήματος σηματοδότησης συντεταγμένων, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση διαφορετικών γονιδιακών προϊόντων. Οι αποκρίσεις στην επίθεση του παθογόνου είναι αποτελεσματικές σε διαφορετικά επίπεδα: στην αρχή, η αναγνώριση του παθογόνου οδηγεί στην ανάπτυξη στο φυτό ενός γρήγορου εντοπισμένου κυτταρικού θανάτου, γνωστό και ως υπερευαίσθητη απόκριση (HR), που προκαλεί νέκρωση στο σημείο της μόλυνσης. Στη συνέχεια, ακόμη και σε μη μολυσμένα μέρη των φυτών, πυροδοτείται μια συστηματική έκφραση ευρέος φάσματος και μακροχρόνιας αντίστασης έναντι περαιτέρω μόλυνσης από παθογόνο. Αυτό οδηγεί στην παραγωγή αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS), στην ενεργοποίηση γονιδίων που σχετίζονται με την άμυνα καθώς και σε ενισχυμένη έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με την παραγωγή μορίων, όπως οι φυτοαλεξίνες, β-γλουκοναση, χιτινάση κ.α. Τα σήματα που μπορούν να ενεργοποιήσουν τους αμυντικούς μηχανισμούς στα φυτά ονομάζονται διεγέρτες και μπορούν να παραχθούν στο σημείο της μόλυνσης τόσο από μολυσμένα φυτικά κύτταρα (ενδογενείς διεγέρτες, που απελευθερώνονται από τα φυτά κατά την επαφή με το παθογόνο) όσο και από το ίδιο το παθογόνο (εξωγενές παθογόνοι διεγέρτες). Αποτελούνται από διάφορες ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων ολιγοσακχαριτών, λιπιδίων, πεπτιδίων και πρωτεϊνών, και είναι σε θέση, ακόμη και σε χαμηλές συγκεντρώσεις, να δρουν ως μόρια σήματος που προκαλούν το φυτό να πυροδοτήσει τις αμυντικές αποκρίσεις .

Είναι πλέον καλά τεκμηριωμένο ότι η εφαρμογή των φυτών με διάφορους διεγερτικούς παράγοντες οδηγεί σε επαγόμενη αντίσταση έναντι επακόλουθων επιθέσεων παθογόνων, τόσο τοπικά όσο και συστηματικά. Επομένως, προκειμένου να ενισχυθεί η ανθεκτικότητα των φυτών στη γεωργία, η χρήση διεγερτών γίνεται ένα πολύ ελκυστικό και φιλικό προς το περιβάλλον εργαλείο που θα μπορούσε να προσφέρει αποτελεσματικές εναλλακτικές λύσεις στη χρήση χημικών φυτοφαρμάκων για τη διαχείριση των φυτικών ασθενειών, μειώνοντας έτσι τις περιβαλλοντικές αρνητικές επιπτώσεις τους.