SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM, [632317]

SAPIENTIA ERDÉLYI MAGYAR TUDOMÁNYEGYETEM,
KOLOZSVÁR
CSÍKSZEREDAI KAR

Disszertáció

Témavezető:
dr. Mara Gyöngyvér, egyetemi docens
Végzős hallgató:
FEJÉR Sándor Zsolt

Csíkszereda 2017

2

PGP baktériumok hatása a
kukorica növény növekedésére
és akkumulációjára
nehézfémek jelenlétében

3

Tartalomjegyzék
Kivonat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 4
Abstract ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 5
Rezumat ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 6
1. Bevezető ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 7
1.1. Nehézfémek mint környezeti probléma ………………………….. ………………………….. ………… 7
1.2. Növények és a nehézfémek kapcsolata ………………………….. ………………………….. ………. 10
1.3. Növények és a növényi növekedést serkentő baktériumok kapcsolata …………………….. 12
1.4. PGP baktériumok szerepe a nehézfém stre sszben ………………………….. …………………….. 15
2. Kutatás célkitűzése ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 17
3. Anyag és módszer ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 17
3.1. Baktériumok nehézfém tűrésének vizsgálata ………………………….. ………………………….. . 17
3.2. Nehézfém hatásának vizsgálata a növény növekedésére ………………………….. ……………. 18
3.3. Nehézfémek akkumulációja ………………………….. ………………………….. ……………………… 20
4. Eredmények és kiértékelése ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 22
4.1. Baktériumok szelektálása ………………………….. ………………………….. …………………………. 22
4.2. Kukorica növény növekedése ………………………….. ………………………….. ……………………. 23
5.1. Cink és kadmium akkumulációja a kukorica növényben ………………………….. …………… 30
6. Következtetés ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 34
Irodalomjegy zék ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 35

4
Kivonat

A szennyezőanyagok közül a nehézfémek komoly gondokat jelentenek, hiszen már
alacsony koncentráció esetén is toxikusak a növényekre, állatokra, illetve felhalmozódva a
táplálékláncban károsak lehetnek az emberre nézve is. Az új iparágak megjelenésével egyre
elterjedtebb a talajok nehézfém szennyezése, ehhez a bányászat, műtrágyázás és a közlekedés
során kibocsátott károsanyag is hozzájá rul. A nehézfémek bejutva a növényi sejtekbe az itt
lejátszódó folyamatokat gátolják, módosítva a fehérjék, az örökítő anyag, a lipidek szerkezetét és
funkcióját.
A PGP rizobaktériumok nemcsak a növényi növekedést serkentik, hanem a növények indukált
szisz témás rezisztenciájának kialakulásában is szereppel bírnak, ezáltal növelve a növények
abiotikus és biotikus stressztűrő képességét. A PGP baktériumok a növények fémfelvételét
szideroforok és szerves savak termelése által befolyásolhatják.
Kutatásunk célja egy saját izolálású növekedés serkentő baktériumfaj hatásának vizsgálata a
kukorica növény nehézfém (Cd2+, Zn2+) akkumulációjára és növekedésére. Kutatásunk során a
kukorica növények növekedését és nehézfém akkumulációját követtük különböző nehézfém
konce ntrációkat alkalmazva, baktérium jelenlétében és hiányában.
A kísérlet során a Mitsuaria chitosanitabida PGP baktériumtörzs hatását vizsgáltuk különböző
kadmium (0,1 mM és 0,5 mM) és cink (0,5 mM és 3 mM) koncentrációk jelenlétében a kukorica
növényen a 15 napos növekedés után. A növények növekedését (hossz és tömeg) mértük, illetve a
nehézfém akkumulációját határoztuk meg atomabszorpciós spektrofotométerrel.
Eredményeinket tekintve elmondható, hogy az alkalmazott PGP baktériumtörzs nem befolyásolta
szignif ikáns módon a kukorica növény növekedését. A baktérium jelenléte növelte a cink, mint
esszenciális mikroelem akkumulációját, míg a kadmium felvételét a PGP baktériumtörzs
jelentősen csökkentette.

5
Abstract

Among all pollutants, heavy metals are a m ajor concern, because they are toxic to plants,
animals and humans due to the fact that they accumulate in the food chain. The new industries, the
mining, the utilization of fertilizers and emissions from transportation cause the widespread of soil
contami nation with heavy metals. The heavy metals inhibit the cellular processes by modifying
the structure and function of proteins, lipids and genetic matter.
The PGP rhizobacteria not only promote the plant growth, but have a significant role in induced
system ic resistance increasing the ability of biotic and abiotic stress tolerance of plants. The metal
accumulation is influenced by PGP bacteria producting siderophores and organic acids.
The aim of our research is to determinate the role of Mitsuaria chitosani tabida PGP bacteria on
plant growth and metal accumulation of maize in presence of heavy metals (cadmium, zinc).
Experiments were carried out at different concentrations of cadmium (0.1 mM and 0.5 mM) and
zinc (0.5 mM and 3 mM) after 15 days we measured th e plant growth and the accumulated metal
concentration using atomabsorption spectrophotometer.
Our results show no significant growth of maize plants in presence of PGP bacteria, whereas the
accumulation of metals is influenced by the bacteria. The cadmium accumulation decrease while
the zinc accumulation increased in presence of PGP bacteria.

6
Rezumat

Printre contaminanți metalele grele provoacă probleme serioase, sunt toxice pentru planete,
animale și om chiar și în cantități mici, deoarece se acumulează în lanțul trofic. Apariția noilor
industrii, mineritul, folosirea îngrășămintelor și transportul contribuie la contaminarea cu metale
grele a solului. Intrând în celulele plantelor metalele grele inhibă procese celulare, modifică
structura și funcția proteinelor, a lipidelor și materialul genetic.
Rizobacteriile care promovează creșterea plantelor (PGPR) au rol în dezvoltarea rezistenței
sistemice induse (ISR), totodată cresc toleranța plantelor în prezența stresului biotic și abioti c.
Bacteriile PGP pot influența acumularea metalelor grele în plante prin producția sideroforilor și
acidelor organice.
Scopul cercetării este de a investiga efectul tulpinii bacteriene Mitsuaria chitosanitabida în stresul
cauzat de metale grele (cadmiu și zinc) în creșterea și acumularea plantelor de porumb. Am
determinat creșterea și acumularea plantelor în prezența diferitelor concentrații de cadmiu (0,1
mM și 0,5 mM) și zinc (0,5 mM și 3 mM) după 15 zile cu ajutorul spectrofotometrului de absorbție
atom ică.
Privind rezultatele putem trage concluzia că bacteria PGP nu a influențat în mod significant
creșterea plantelor de porumb. Prezența tulpinii bacteriene a promovat acumularea zincului, care
este element esențial, iar în cazul cadmiului bacteria a inhi bat acumularea metalului în plante.

7
1. Bevezető

1.1. Nehézfémek mint környezeti probléma

A nehézféme k olyan természetben előforduló elemek amelyekn ek atomtömegük és sűrűségük
ötszö r nagy obb a víznél. Számos ipari, mező gazdasági, orvosi és technológiai alkalmazásuk a
környezetben való széles eloszláshoz vezet. Aggodalomra az emberi egészség re és környezetre
gyakorolt potenciális hatásuk a d okot. Toxicitásuk számos ténye zőtől függ a dózistól, a felvétel
módjától, a kitett személyek korától, nemétől, genetikájától, illetve az adott elem típusától. Magas
fokú toxicitásuk miatt az arzén, a k admium, a króm, az ólom, a h igany kiemelt fontosságú fé mek
közegészségügyi szempontból (Tchounwou és mtsai., 2014 ).
A nehézfémek olyan természetben előforduló elemek, amelyek megtalálhatóak a földkéregben,
a legtöbb körn yezeti szenny eződést és emberi kitettséget az olyan antropogén tevékenységek
okozzák, mint a bányászat, a kohászat, az ipari termelés és felhasználás, valamint a fémek és fém-
tartalmú vegyületek háztartási és mezőgazdasági használata. De előfordul fémkorrózió, légköri
lerakodás, a talajerózi ó által a nehézfémek kioldó dása, az üledékek ujraszuszpendálódása illetve a
talaj és a talajvíz vízkészletének elpárologtatása által.
A természeti jelenségek, mint az időjárás és a vulkánki törések jelentősen hozzájárulnak a
nehézfém szennyezéshez. Az ipari források közé tartoznak a fémfeldolgozás a finomítókban, a
szén égetése az erőművekben, a kőolaj égetés, az atomerőművek és magasfeszü ltségű vonalak,
textil, mikroelektronikai, fa védő és pa pírgyártó üzemek (Luch, 2012 ).
A globális ipar osodás és a túlnépesedés miatt a XX. század talaj, víz és levegő nehézfém
szennyezettsége különböző kompromisszummentes és halálos kimenetelű hatást gyakorol az
emberekre és az ökoszisztéma stabilitására. A nehézfém kifejezés sokféle meghatározást foglal
magába, de leginkább a környezetsz ennyezéssel hozzák összefüggésbe. A növények nehézfém
toxicitása növényfajonként eltér. ( Karami és mtsai. 2010 )
Az iparosítás és a technológiai fejlődés egyre inkább terheli a környezetet a
nagymennyiségű veszélyes hulladék, nehézfém (kadmium, króm, ó lom) , metalloidok, és olyan
szerves szennyezőanyagok keletkezésével, amelyek komoly károkat okoznak az ökoszisztémában.
A nehézfémek és metalloidok felhalmozódása a talajban és a vizekben súlyos következményekkel
jár, globális egészségügyi aggodalmakra ad okot , mivel ezek a fémek és metalloidok nem
alakulnak nem mérgező formákká, de fennmaradnak az ökoszisztémában. A környezet nehézfém
szennyezése meghaladja a határértéket és káros minden életformára. A nehézfémek toxicitása és
bioakkumulációja a környezetben k omoly veszélyt jelentenek a z élő szervezetekre. Ellentétben a
nehézfémekkel a szerves szennyezőanyagok kémiailag vagy biológiailag bonthatóak kevésbe

8
szennyező anyagokká. A nehézfémek többsége kis koncentrációban is mérgező, és képesek
belépni az élelmiszer láncba, ahol felhalmozódnak és k árosítják az élő szervezeteket (Ayangberno
és Babalola 2017 ).
A nehézfémek természetes összetevőként jelen vannak a talajban és a vízben, egy részük
alacsony koncentrációban a növények számára esszenciálisak például a Cu, M n, Zn (Simon, 2006 ).
A szennyezetlen mezőgazdasági talajok általános nehézfémtartalmát az alábbi táblázat foglalja
magába (1. táblázat).

1.táblázat Nehézfémtartalom szennyezetlen mezőgazdasági talajokban (Simon, 2006 )
Elem Általános érték Tartomány
mg/kg
Cd 0,2 – 1 0,01 – 2,4
Co 10 1 – 40
Cr 70 – 100 5 – 1500
Cu 20 – 30 2 – 250
Hg 0,03 – 0,06 0,01 – 0,3
Mn 1000 20 – 10000
Ni 50 2 – 1000
Pb 10 – 13 vidéken
2 – 300
30 – 100 városon
Zn 50 100

Nehézfémek antropogén forrásokból, mezőgazdasá gi te vékenység és ipari tevékenységek,
fosszilis tüzelőanyagok elégetése során megnő a talajokban. A szennyezett mezőgazdasági talajok
nehézfémtartalmát a 2. táblázat foglalja magába. A növények leveleiben jelenlevő nehézfémek
mennyiségét és azok hatásait a 3. táblázat tartalmazza.

9
2.táblázat Toxikus nehézfém tartalom a szennyezett mezőgazdasági talajoban és talajoldatban
(Simon, 2006 )
Elem Talaj
(mg/kg) Talaj oldat
(mg/dm3)
Cd 3-8 0,001
Co 25-50 0,01
Cr 75-100 0,001
Cu 60-125 0,03-0,3
Hg 0,3-5 0,001
Mn 1500 -3000 0,1-10
Ni 100 0,05
Pb 100-400 0,001
Zn 70-400 <0,005

3.táblázat A növények leveleiben előforduló nehézfémek mennyisége és hatása a növényre
(Simon, 2006 )
Elemek Kevés
(hiánytünetek
alakulnak ki) Megfelelő vagy
normális Sok vagy
mérgező Mezőgazdasági
növényekben még
eltűrhető
mg/kg sz.a.
Cd – 0,05-0,2 5-30 3
Co – 0,02-1 15-50 5
Cr – 0,1-0,5 5-30 2
Cu 2-5 5-30 20-100 50
Hg – – 1-3 –
Mn 10-30 30-300 400-1000 300
Ni – 0,1-5 10-100 50
Pb – 5-10 30-300 10
Zn 10-20 27-150 100-400 300

10
1.2. Növények és a nehé zfémek kapcsolata

A növények az ásványi anyagokat elsősorban szervetlen ionok formájában veszik fel a talajból.
A kiterjesztett gyökérkészülék és anna k tulajdonsága, hogy felvegye az ionos vegyületeket, még
alacsony koncentráció esetén is. Az ásványi anyagok két csoportba oszthatóak: esszenciális
tápanyagok és mérg ező, nem esszenciális anyagok. Az esszenciális tápelemek közé tartoznak a
makro tápanyagok , mint a nitrogén (N), kálium (K), kálcium (Ca), magnézium (Mg), foszfor (P),
kén (S), és a s zilícium (Si), ill etve a mikrotápanyagok, mint a klór (Cl), Vas (Fe), bór (B), mangán
(Mn), nátrium (Na), cink (Zn), réz (Cu), nikkel (Ni), és a m olibdén (Mo). Ezek az esszenciális
elemek a növényi szervezet és anyagcsere alapvető összetevői, hiányuk csökkenti a növény
rátermettségét , gátolja a növény növekedését vagy szaporodó képességét. Mikrotápelemekre csak
kis mennyiségben van szükség, de a talajban nagy mennyiségben vannak jelen a természetben az
antropogén tevékenységeknek köszönhetően, ez szintén káros a növények többségére nézve. Más
ásványi anyagok, mint például a kadm ium (Cd), higany (Hg), ólom (Pb), króm (Cr), arzén (As),
ezüst (Ag), a ntimon (Sb) más alacsony koncentrációnál is károsak a növényekre. Ezek a fémek,
amelyeket együttesen nehézfémekként definiálnak, mivel sűrűségük nagyobb mint 5.0 g/cm3, nem
minősülnek tá pelemeknek, mert nincs ismert funkciójuk a növényi anyagcsere folyamatokban, és
több-kevésbé mérgezőek mind az eukarióta mind a prokarióta szervezetekre (DalCorso, 2012 ).
A növényi szövetekbe a nehézfémek két módon juthatnak, ennek egyik módja a levegőből
leülepedő porból, ebben az esetben a növény levelein át jut a szövetekbe, a másik l ehetséges mód
a talajból a gyökerek által való felvétel. Sokak szerint a leveleken keresztül bejutó nehézfémek
mennyisége annyira alacsony, hogy elhanyagolható. Ezzel ellen tétben számos kí sérlet azt
bizonyítja, hogy a növények a leveleiken keresztül is képesek jelentős mennyiségű nehézfémet
felvenni. Tápanyagfelvételük nagyobb részben a gyökerek által történi k. A növények
tápanyagaikat ion formájában veszik fel a talajból, ezek elektromosan töltött részecskék, így
könnyen hidratálódnak. Az elemek a talajban mozoghatnak a gyökér felület mentén a talajvíz
diffúziója által, ha létezik koncentráció különbség, vagy i oncserével a gyökeret körülvevő
agyagrészecskék és a gyökér között. Diffuzió esetén állandó ion felvétel jöhet létre. A gyökér és a
vele kapcsolatban levő mikroorganizmusok is termelhetnek olyan vegyületeket, amelyek
hozzájárulnak a fémek kioldásához a tal ajból, így elősegítve a fémek felvételét. A gyökerekbe az
elemek mozgásának egyik módja a passzív diffúzió által a sejtmembránon át történhet , a másik
módja az elemek felvételének , amely gy akoribb, hogy aktív koncentráció gradiens sel szemben
vagy az elektr omos potenciál különbség mentén történik, ez speciális szállítók által jön létre,
például szerves savak, fehérjék, amelyek képesek különböző komplexeket képezni a fémekkel ,
ezáltal megkötik a fémet, átszállítják a sej tmembránon, ma jd a sejt belsejében a fé m levá lik és

11
szabadon mozog a sejten belül. A növények aktív tápelemfelvétele folyamata igazodik a számukra
nélkülözhetetlen nyomelemek felvételéhez, de ezzel párhu zamosan más elemeket is felvesznek a
környezetükből. Működésük alapján a szállítókat, amelye k a fémeket különböző ioncsatornákon
át szállítják három csoportba sorolhatjuk, lehetnek : uniporter, antiporter és szimporterek. A
plazmalemmán át felvett ionok sejten belüli szállítása a sejtorganel lumok hártyarendszerétől függ.
Ahogy a k admium bejut a gy ökérbe, szimplasztikus vagy apoplazmatikus úton haladva éri el a
xilémet, komplexeket képez különféle ligandumokkal, például: szerves savakkal, fitokelatinokkal.
A kadmium koncentrációja a növényekben a következőképp alakul: gyökér > szár > levél > termés
> magvak (Gajdos, 2013 ).
Számos nehézfém, mint például a réz és a cink is alapvető mikroelemek, amelyek
szükségesek a fiziológiai folyamatokhoz. A Zn2+ például sok enzim kofaktoraként működik, sok
fehérjeszekvencia tartalmaz Zn2+-hoz kötődő szerkezeti doméneket. A réz az eletkrontranszport
reakciók létfontosságú elene fehérjék közvetítésével, mint a szuperoxid -dizmutáz, citrokróm C
oxidáz és a plasztocianin. Ugyanakkor ezek a fémek mérgező hatást fejthetnek ki, ha az optimális
koncentrációnál kicsit nag yobb koncentrációban vannak jelen.
A réz reakciója például káros reaktív oxigén fajokat hozhat létre. Annak érdekében, hogy a
növények fenntartsák a számukra esszenciális fémek koncentrációját a fiziológiai határokon belül,
és csökkentsék a káros elemek ha tását, olyan mechanizmusokat alakítottak ki, amelyek
szabályozzák a fémek felvételét, felhalmozódását, és csökkentik mérgező hatásukat. A
fémhomeosztázis kialakításában legfőbb szerepe a transzportnak, a kelátkézpésnek és a
kiszorításnak van. Ezek a szabál yozott tevékenységek bíztosítják a megvelelő elem szálítását és
eloszlását a sejteken és a szervezeten belül, amely a fémtolerancia alapvető szintjét eredményezi.
Ezeknek a kritikus folyamatok egyikének hiánya hiperérzékenységhez vezet. Egyes növényfajok
és genotipusok azonban képesek növekedni olyant talajokban, ahol természetes vagy antropogén
tevékenység következtében a fémkoncentráció gátló hatással van a növények növekedésére. Egyes
növények nem csak eltűrik a fémek magas koncentrációját, de képesek az t akkumulálni is
szervezetükben, mintegy 400 növényfajt írnak le hiperakkumulátorként (Clemens, 2001 ).
A kadmium növények általi felvehetőségét nagy mértékben befolyásolják a kadmium
talajban található kémiai formái. A kadmium a talajban előfordulhat oldot t formában, szerves vagy
szervetlen kolloidhoz kötve, talajásványba zárva illetve oldhatattlan csapadék formájában is.
Talajszennyezés esetén a növények számára felvehető Cd -formák aránya nagy mértékben megnő.
A növények a savanyú talajokból könnyebben fel veszik a kadmiumot, ezért a talajok meszezése
vagy szervesanyg tartalmának növelése általában csökkentheti a növények kadmiumfelvételét.
A kadmium a nem mozog, nem mosódik ki a talajból, ezért a talaj felső rétegében nagy mértékben
feldúsulhat. A növények számára könnyen felvehető és a növényen belül is könnyen szálítódik.

12
A növények toxicitási tünetei: a növény gátolt növekedése, a gyökérzet károsodása, a levélszéllek
és levélerek vörösesbarnára szineződése, ezek a későbbiekben elhalnak és lehullanak. A kadmium
gátolja a fotoszintézist, a transzpirációt és egyes eszenciális mikroelemek felvételét és szálítódását,
mint például a: Fe, Zn, Cu.
A króm a növények számára nem esszenciális nyomelem, kis mennyiségben stimulatív
hatása lehet, általában kismennyis égben jut a talajból a növénybe. A növények krómtartalma a
gyökérben a legnagyobb, a legkevesebb króm a magvakban és a termésben fordul elő. A króm
általában 1 -10 mg/kg koncentrációban okoz mérgezéses tüneteket, amelyek a következők: a
hajtások elhervadnak , gátolt gyökérnövekedés, klorotikus levelek és barnásvörös színüek. (Simon,
2006 )

1.3. Növények és a növényi növekedést serkentő baktériumok kapcsolata

A növény -mikróba kölcsönhatások a rizoszféra talajában különbféle folyamatokért felelősek,
amelyek befoly ásolják a növények növekedését, nehézfém, tápanyagfelvétel és egyéb folyamatok
a nehézfémmel szennyezett talajokból. A stressz toleráns baktériumok széles köre kapcsolódik a
növényekhez, képesek elősegíteni a gazdanövény növekedését szennyezett talajokban kölönböző
mechanizmusok által megkötik a légköri nitrogént, növényi növekedés szabályzókat termelnek és
oldják a kevésbé oldható tápanyagokat. Ezenkívül a növényhez kapcsolódó mikróbák a rizoszféra
talajában egyéb módon is mobilizálják, elérhetővé teszik a növények számára a szennyeződéseket,
például kelátképző szerek, felületaktív anyagok, savasítják a talajt, foszfát szolubilizáció, vagy
redox változás által. Az is ismert, hogy ezek a mikróbák képesek hasznosítani a növénytől
származó anyagokat, különböző vegyületeket, például: szerves savak, cukor, vitamin, és
aminosavak mint legfontosabb tápanyag a növekedésükhöz és fejlődésükhöz. Másrészt a
növények stimulálják vagy gátolják a növekedés specifikus baktériumokat másodlagos
metabolitok felszabaditásával a rizoszférában. Mivel a gyökérkivonatok mértéke és összetétele
függ a növények genotipusától, a környezeti feltételektől beleértve a légköri CO 2 szintet, a talaj
pH étékét, a hőmérsékletet, tápanyag és nehézfém koncentrációt stb., egy kis változás a
gyökér kivonat összetételében vagy mennyiségében drámai hatással van a mikrobaközösség
összetételére, mennyiségére vagy aktivitására (Rajkumar és mtsai., 2013 ).
A fitostimuláció közvetlen módon befolyásolja a növények növekedését fitohormonok által,
mint az indo l-3-ecetsav (IAA), az auxinok, citokininek és a gibberellin. Ezek a hormonok
szintetizálhatóak a növény által, de a hozzá kapcsolódó mik roorganizmusok által is, mint az
Azospirillum spp ., amely rendelkezik nitrogén -fixáló képességgel. A Pseudomonas és Bacillus
fajok képesek előállítani olyan anyagokat, amelyeket még nem teljesen sikerült kategorizálni,

13
hogy fitohormonok vagy növekedést szabályozók, hatásukra nagyobb mennyiségben keletkeznek
finom gyökerek, amelynek eredménye képen nő a növény abszorpció s képessége, így javítják a
növény víz és tápanyagfelvételét. A fitohormonok amelyeket termelnek indol -ecetsav, a
citokininek, a gibberellinek , és gátolják az etiléntermelést. Az indol -3-ecetsav egy olyan sav,
amelyről ismert, hogy részt vesz a gyökerek ke zdeményezésében, a sejtosztódásban, és a sejtek
növekedésében. Ezt a hormont nagy gyakorisággal állítják elő a növényi növekedést serkentő
rizobaktériumok (PGPR). Az auxinok a legnagyobb mennyiségben és leggyakrabban előforduló
fitohormonok amit az Azospir illum szekretál, általánosan elfogadott, hogy nitrogén fixáció helyett
az egyik legfontosabb tényező, amely felelős a gyökeresedésért, így fokozza a növény
növekedését. Továbbá elmondható, hogy a növényekhez kapcsolódó baktériumok
befolyásolhatják a növény ek hormonális egyensúlyát. Erre az egyik legjobb példa az etilén, amely
kis mennyiségben elősegítheti a növények növekedését különböző növényfajok esetén, mint a
Arabidopsis thaliana , de általában a növények növekedésének gátlójaként tekintik, és ismert
öregedési hormon. A növényre gyakorolt általános hatás kétféle lehet, közvetlen, azaz a növény
növekedésének elősegítése vagy közvetett, amikor a növény tápanyagfelvételét segíti elő, a
gyökérzet jobbfejlődésével, nehéz különbséget tenni.
Napjainkban több P GPR oltóanyag van, amelyeknek célja, hogy a növények növekedését
elősegítsék, legalább egy mechanizmussal vagy a növényi betegségeket gátolja (bioprotektánsok),
vagy fitohormon (biostimulánsok), vagy javítják a tápanyagfelvételt (biofertilizátorok). A PGPR
baktériumok biofertilizáció által vagy közvetlen segítik a gazdanövény tápanyagfelvételét, vagy
közvetve azáltal, hogy segítik a növény gyökerének, felépítésének fejlődését, vagy egyéb jótékony
szimbióta kapcsolattal. A legkiemelkedőbb példa a bakteriális nitrogénfixáció. A rizobium és a
hüvelyes növények szimbiózisa a legjobb példa a PGPR baktériumokra. A baktériumok ezen
csoportja metabolizálja a gyökérkivonatokat (szénhidrát), és nitrogént ad a növények aminosav
szintéziséhez. A nitrogén megkötésének ké pessége a szabadon élő baktériumok esetében is
megvan, ilyenek az Azospirillum, Burkholderia, Stenotrophomonas baktériumok. Egy másik
anyag, a szulfát amely a baktériumok általi oxidációval van biztosítva a növények számára. A
baktériumok hozzájárulhatnak a növények tápanyagellátásához, például szerves vegyületekből
felszabadítják a foszfort, így közvetve elősegítik a növény növekedését (Nihorimbere, 2010 ).
A nitrogén elengedhetetlen az enzimek, fehérjék, klorofil, DNS és RNS szintéziséhez, ezért
fontos szerepe van a növények növekedésében. A biológiai nitrogén megkötés elsősorban
szimbiotikus kapcsolatok által jön létre, a N 2-fixáló mikroorganizmusok és a hüve lyesek között,
ahol a baktériumok a légköri elemi nitrogént alakítják át ammóniává. A Rizobia (faj közül a
Rhizobium, Mezor hizobium, Bardyr hizobium, Azor hizobium, és Sinor hizobium ) szimbiotikus
kapcsolatot alakítanak ki a gazdanövénnyel, reagálva a reagálv a a flavonoid molekulára, amelyel

14
az jelez. Ezek a növényi vegyöletek indukálják a nóduszok keltezéséért felelős géneket a
Rhizobium baktériumokban, amelyek viszont lipo -chitooligoszaharidot termelnek, ezek olyan
jelek, amelyek mitotikus sejtosztódást indu kálnak a gyökérben, ez csomók kialakulásához vezet.
A keletkező csomók, amelyek a nitrogénfixáció helyei a Rhizobium és a növény közötti
kölcsönhatások sorozatából alakulnak ki. Számos olyan tényező van azonban amely befolyásolja
a csomósodást, beleérte a gazdaszervezet és a mikroszimbiota kompatibilitását, a talaj fiziokémiai
körülményeit, mindkét ismert és ismeretlen bio -molekulák jelenlétét, mint a flavonoidok,
peliszacharidok és hormonok. Ez egy molekuláris párbeszéd a befogadó növény és a Rhizobium
törzs között, amely a csomók fejlődésének kezdeményezője. A rhizobiális fertőzés akkor
kezdődik, amikor a baktérium a gazdaszervezet által vezérelt módon belép a gyökerekbe.
A foszfor az egyik legfontosabb makrotápelem, a talajban megtalálható szerves és
szervetlen formában is. Az oldhatatlan foszfát átalakítása olyan vegyületekké, amely a növények
számára hasznosítható a PGPR baktériumok egyik fontos jellemvonása. Az oldható P koncentráció
a talajban általában nagyon alacson y, 1ppm vagy kevesebb. A növén yek több P formát képesek
felvenni, de nagyrészt HPO4−2 vagy H2PO4−1 formájában veszik fel. A P fixáció és kicsapódás
jelensége általában nagy mértékben függ a talaj pH -jától és típuszától.
A Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, A grobacterium,
Microccocus, Aerobacter, Flavobacterium és Erwinia nemzetséghez tartozó törzsek az oldhatatlan
szervetlen foszfátokból különböző foszfátvegyületeket állítanak elő, mint a trikalcium -foszfát ,
dikalc ium-foszfát, hidroxil -apatit. A szerves savak közül különösen a glükonsav bizonyul a
leggyakoribb foszfát ásványanyag szolubilizálónak, amelyet olyan baktériumok termelnek, mint
a: Pseudomonas sp., Erwinia herbicola, Pseudomonas cepacia és a Burkholderia cepacia . Egy
másik foszfátot szolubilizáló sze rves sav a 2 ketoglükon sav, ami jelen van a Rhizobium
leguminosarum -ban, Rhizobium meliloti -ban (Rifat és mtsai., 2010 ).

15
1.4. PGP baktériumok szerepe a nehézfém stresszben

A nehézfém – fitoremediációban részt vevő mikroorganizmusok közül a rizos zféra baktériumok
külön figyelmet érdemelnek, mivel közvetlenül javíthatják a fitoremediációs folyamatot a talaj
pH-értékének megváltoztatásával, a fém biohasznosíthatóságának megváltoztatásával, kelátképző
anyagok termelésével (például szerves savak, sideroforo k), oxidációs / redukciós reakciók által. A
legtöbb növényhez kapcsolódó baktérium és gombák képesek a vas kelátképzőket úgynevezett
sziderofórokat termelni, amelyek a rizoszféra alacsony vasszintjére reagáltak. A sziderofórok kis
molekulatömegű (400 -1000 dalton) vegyületek, amelyek nagy asszociációs állandókkal
rendelkeznek, összetett vasat, de stabil komplexeket is képezhetnek más fém ekkel, például: Al,
Cd, Cu, Ga , Pb és Zn.
Habár a sziderofórok más funkcionális csoportokat tartalmaznak, nagyrészt három fő csoportba
sorolhatóak: vagy katekolátok (enterobaktin), hidro xamátok (desferrioxaminok) vagy (α-hidroxi )
karboxilátok (aerobaktin). Mivel a sideroforok a nehézfémtartalmú ásványi anyagok nem
hozzáférhető formáit komplexképző reakcióval szolubilizálják, a rizoszféra talaján élő s zidero for
termelő mikrobák fontos szerepet játszan ak a nehézfém -fitoextrakcióban (Rajkumar és mtsai,
2012 ).
A mikróbák hatása a nyomelemek képződésére és mobilizálására fontos eleme a nyomelemek
biogeokémiai körforgásának. Az olya n folyamatok, mint a kémiai átalakítás, kelátképzés,
protonleadás a nyomelemek mobilizálásához vezet, mivel a csapadék vagy szorpció csökkenti a
nyomelemek elérhetőségét (1.ábra) . A szorbeálódott, kicsapódott vagy elzárt nyomelemek
oldhatóak savképzés, kel átképzés vagy ligandum -indukált oldódás által. A talaj savasodása esetén
a protonok helyetesítik a nyomelemek kationjait a kötött helyeken, így azok kioldódnak, mint
foszfátok. A baktériumok képesek savasitani a környezetüket, protont adnak le, hogy fennt artsák
a töltésegyenleget. A keláció esetén a kelátorok a nyomelemek ionjához kötődnek, ezáltal
meggátolja, hogy az újra szorbeálodjon. Napjainkban a baktériumok által előálított kelátképzők
két csoportja ismert, a karbonsav anionok és a sideroforok.
A C-tartamlú vegyületek közül az oxalát, a malát és a citrát a legfontosabb szerves savak,
amelyek megtalálhatóak a gyökérben és a mikrobiális exudátumokban. A baktériumok által
nyomelem -kelátképző szerves savak, mint a citromsav, oxálsav, ecetsav különböző nyo melemek
mobilizá lásához járul hozzá a talajban (Sessitsch és mtsai., 2013 ).
A sziderofórok olyan kis molekulatömegű vegyületek, amelyeket a baktériumok és a gombák
termelnek, és használnak vas kelátképző szerként. Ezeket a vegyületeket különbféle baktérium ok
termelik válaszreakcióként a vashiányra, rendszerint semleges vagy lúgos talajokban, mivel
alacsony a vas oldhatósága emelkedett pH -n. A vas elengedhetetlen a sejtek növekedéséhez és az

16
anyagcseréhez, így a sziderofórral történő vas felvétele meghatároz ó szerepet játszik a
baktériumok versenyképesége szempontjából a gyökérkolonizációval és más baktériumokkal a
rizoszférában. A sziderofór termelő PGPR baktériumok megakadályozhatják a patogén
mikroorganizmusok szaporodását, azáltal, hogy elvonják a Fe3+ ionokat a gyökér környékéről. Sok
növény különböző sziderofórokat használ mint vasforrás, habár a teljes koncentráció valószínűleg
túl alacsony, lényegesen hozzájárul a növény vasfelvételéhez. A növények saját mechanizmusokat
használnak a vas megszerzéséhez, ez a kétsziküek esetében egy gyökérmembrán fehérjét, amely
átalakítja a nehezen oldodó Fe3+ könnyebben oldódó Fe2+ ionná, az egysziküek esetében
fitoszideroforok által jön létre (Martínez -Viveros és mtsai , 2010 ).

1.ábra Növény -mikroba kölcsönhatások, amelyek befolyásolják a fémek akkumulációját
(forrás: Sessitch és mtsai. 2013)

17
2. Kutatás célkitűzése
Kutatásunk célja egy saját izolálású növekedés serkentő baktériumfaj hatásának vizsgálata a
kukorica növény nehézfém (Cd2+, Zn2+) akkumulációjára és növekedésére. Kutatásunk során a
kukorica növények növekedését és nehézfém akkumulációját követtük különböző nehézfém
koncentrációkat alkalmazva, baktérium jelenlétében és hiányában.

3. Anyag és módszer

3.1. Baktériumok nehézfém tűrés ének vizsgálata

A kísérlet során a Seratia proteomaculans, Seratia sp., Mitsuaria chitosanitabida
baktériumtörzseket alkalmaztuk, a Seratia proteomaculans (S10) növényi növekedést serkentő
tulajdonságai között fontos megemlítenünk az acetilén redukciót, a szerves foszfor mobilizálá st,
az indolecetsav termelést és a sziderofor termelést. A Seratia sp. (S5) képes acetilén redukcióra,
indol ecetsav termelésre és a szerves és szervetlen foszfát mobilizálására. A Mitsuaria
chitosanitabida (M) baktériumtörzs esetében mind az öt tulajdonságra pozitív értékeket kaptunk.
A baktériumok nehézfé mtűrőképességének vizsgálatára Nutrient tápagart használtunk,
nehézfémforrásként ZnSO 4*7H 2O és CdSO 4*8H 2O sóját használtuk, Cd2+ 0,5 mM, 1 mM, 2 mM,
4 mM, 6 m M, illetve Zn2+ 0,5 mM, 1 mM, 5 mM, 10 mM, 15 mM, 25 mM, koncentráció kat
állítottunk be (2.ábra ).

2.ábra A baktérium törzsek szelektálása N utrient tápagaron különböző Zn2+ (A.) és Cd2+ (B.)
koncentrációk esetében

18
3.2. Nehézfém hatásának vizsgálata a növény növekedésére

A kisérlet során a kukoricamago kat tízszeres hipoklorit oldattal sterilezünk 10 percen át, majd több
alkalommal át öblítettük desztilált vízzel. A csíráztatáshoz használt edényekbe nyolc réteg
papírtörlőt helyeztünk, 100 ml desztilált vizet töltöttünk , ráhelyezzük a ma gokat, majd a magokra
tettünk négy réteg papírtörlőt. A csíráztatáshoz az edényeket három napra Sanyo MLR -351,
Versatile Environmental Test Chamber növénynevelő kamrába tett ük a következő beállításokat
használva: 70% -os relatív páratartalom, 22oC-os hőmérsékleten, 12h/nap 2500 lx megvilágítás
mellett .
Három nap után a csíráztatott magokat cserepekbe ültet tük, egy cserépbe 16db körülbelül
egyformán fejlett magot ültettünk . Tíz darab cserépbe te ttünk 1.5 L sterilizált talajt, a tí z cserépből
két darab kontrol a K1-es cseréphez sem nehézfémet, sem baktériumszuszpenziót nem adtunk
hozzá , a K2 -es cserépbe Mitsuaria chitosanitabida baktériumszuszpenziót oltottunk. K3-as
cserepebhez hozzáadtunk 100 ml 0.1mM -os Cd2+ oldatot, a K4 -es cseréphez 100 ml 0.5mM -os
Cd2+ oldatot, a K 5 és K6 -os cserepekbe 100 -100 ml 0.5 mM Zn2+ és 3 mM Zn2+ oldatot adtunk
hozzá. A Cd 0.1, Cd 0.5, Zn 0.5 és Zn 3 jelölésű edényekbe az említett nehézfémkoncentrációk
mellett Mitsuaria chitosanitabida baktériumszus zpenzió val beoltottuk. A cserepeket 1 5 napra
Sanyo MLR -351, Versatile Environmental Test Chamber növénynevelő kamrába tett ük a
következő beállításokat használva: 70% -os relatív páratartalom, 22oC-os hőmérsékleten, 12h/nap
2500 lx megvilágítás mellett .
A nö vények növekedésének vizsgálata céljából lemért ük a növények szárának és gyökerének
hosszát és nedves tömegét. A száraztömeg meghatározásához a kukorica szárakat és gyökereket
48 órát szárítottuk 105oC-on G -Therm 115 szárítószekrényben (F -lli Galli) tömegállandóságig.

19
4.táblázat Az edényekhez hozzáadott nehézfémek és PGPR baktérium szuszpenzió
hozzáadásának eloszlása
Cserepek
jelölése Nehézfém (mM) PGPR baktérium
(Mitsuaria Chitosanitabida)
1 K1 – –
2 K2 – +
3 K3 Cd2+ 0,1 –
4 K4 Cd2+ 0,5 –
5 K5 Zn2+ 0,5 –
6 K6 Zn2+ 3 –
7 Cd 0,1 Cd2+ 0,1 +
8 Cd 0,5 Cd2+ 0,5 +
9 Zn 0,5 Zn2+ 0,5 +
10 Zn 3 Zn2+ 3 +

3.ábra A.) A kukorica magok csíráztatása, B.) Az ültetőedények a növénynevelő kamrában, C.)
A kukorica növények fejlődése a növénynevelő kamrában

20
3.3. Nehézfémek akkumulációja

A nehézfémek akkumulációjának meghatározásához a mintákat száraz hamvasztással
elhamvasztottuk. Az előzetesen szárított mintákból 1 g-ot porcelántégelyekbe tettünk, majd Gefran
1001 égető kemencében 450˚C -on 4 órán át hamvasztottuk a hőmérséklet folyamatos növélésével
250oC-ról indulva 100oC-ot növelve óránkként . Az így kapott hamumennyiséget 5 mL 25 %-os
HNO 3-ban feloldottuk, majd átszűrtük szűrőpapíron és desztillált vízzel kiegészítettük 1 0 ml
térfogatra. Az így kapott oldat nehézfémtartalmát Varian Spektra AA 110 típusú atomabszorpciós
spektrofotométert segítségével határoztuk meg. A koncentrációk meghatározásához előzetesen
előkészített standard oldatokat használtunk, amelyek alapján megrajzoltuk a kalibr ációs görbét (4.-
5.ábra .)

4.ábra A Cd2+ kalibrációs görbéje a mM-os koncentráció az optikai denzitás függvényében

21

5.ábra A Zn2+ kalibrációs görbéje mg/L koncentráció az optikai denzitás függvényében

22
4. Eredmények és kiértékelése

4.1. Baktériumok szelektálása

A baktériumtelepek átmérőjét és szórásértékeit a 5 .táblázat foglalja magába.
5.táblázat. A baktériumok szelektálása különböző Cd2+ és Zn2+ koncentráció alkalmazása esetén
Nehézfém Koncentráció Baktériumfajok Telep átmérőjének átlaga (mm)

Zn2+
0.5 mM Mitsuaria chitosanitabida 12.94 ± 2.49
Serratia sp. 9.86 ± 2.10
Serratia proteomaculans 10.97 ± 2.22

1 mM Mitsuaria chitosanitabida 10.04 ± 0.59
Serratia sp. 8.70 ± 0.64
Serratia proteomaculans 9.67 ± 0.55

5 mM Mitsuaria chitosanitabida 6.45 ± 1.12
Serratia sp. 0 ± 0.00
Serratia proteomaculans 6.51 ± 1.36

Cd2+
0.5 mM Mitsuaria chitosanitabida 11.21 ± 1.75
Serratia sp. 9.09 ± 0.55
Serratia proteomaculans 9.84 ± 1.03

1 mM Mitsuaria chitosanitabida 7.22 ± 1.63
Serratia sp. 0 ± 0.00
Serratia proteomaculans 6.93 ± 2.04

Kontroll Mitsuaria chitosanitabida 15.48 ± 0.82
Serratia sp. 12.88 ± 0.30
Serratia proteomaculans 11.73 ± 0.62

A kapott eredmények alapján a Mitsuaria chitosanitabida baktérium bizonyult a
legmegfelelőbbnek a további kísérletekhez .

23
4.2. Kukorica növény növekedése

A kukorica növény hajtás és gyökér hosszának változását a 6. ábra szemlélteti. A kukorica
növények hajtás hossza a 14 napos fejlődési idő alatt a Cd2+ és baktérium jelenlétében és hiányában
38,3125 cm és 40,525 cm között változik, míg a kukorica gyökerének hossza 15,7 cm és 20,0625
cm.

6.ábra A hajtás és gyökér hosszának változása Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K1-abszolút kontrol , K2- baktériummal kezelt kontrol, K3 – 0,1 mM Cd2+, K4-0,5 mM Cd2+, Cd
0,1- 0,1 mM Cd2+ és baktérium, Cd 0,5 – 0,5 mM Cd2+ és baktérium , n=8)

6.táblázat . A One -way Anova teszt p értékei a hajtáshossz változásának tekintetében Cd2+ és
PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K1 1 0.9924 0.9998 0.9911 0.9956
K2 0.9953 0.9996 0.9944 0.9928
K3 0.9595 1 0.8856
K4 0.9556 0.9999
Cd 0.1 0.8781
Cd 0.5

05101520253035404550
K1 K2 K3 K4 Cd0.1 Cd0.5Hossz (cm)
Hajtás Gyökér

24

7.táblázat A One -way Anova teszt p értékei a gyökérhossz változásának tekintetében Cd2+
és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K1 0.9988 0.3238 0.9967 0.8465 0.9815
K2 0.1617 0.9528 0.628 0.9996
K3 0.6102 0.9461 0.08399
K4 0.9815 0.8465
Cd 0.1 0.4341
Cd 0.5

A 6.ábra alapján elmondható, hogy a Cd2+ 0,1 és Cd2+ 0,5 mM -os koncentrációja és a Mitsuaria
chitosanitabiba baktérium és a a Cd 0,1 és 0,5 mM -os koncentrációja nem járult hozzá a hajtás és
a gyökér hosszának változásához, statisztikailag nem mutatott szignifikáns különbség et. A One-
way Anova tesztek p értékeit az 6. és a 7 . táblázat tartalmazza.

A kukorica növé ny hajtás és gyökér tömeg változását a 7. ábra foglalja magába. A kukorica növény
hajtás tömege a 14 napos fejlődési id őszakban 90,875 mg és 115 mg között változik, a gyökér
tömegének változása 81,5 mg és 106,875 mg között.

7.ábra A hajtás és gyökér száraztömegének változása Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K1-abszolút kontroll, K2 – baktériummal kezelt kontrol, K3 -0,1 mM Cd, K4 -0,5 mM Cd, Cd 0,1 –
0,1 mM Cd2+ és baktérium, Cd 0,5 – 0,5 mM Cd2+ és baktérium , n=8) 020406080100120140160
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5Száraz tömeg (mg)
Hajtás Gyökér

25
8. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a száraz hajtástömeg változásának tekintetében
Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K2 0.1282 0.9528 0.4791 0.9787
K3 0.5376 0.9709 0.4466
K4 0.9361 1
Cd 0.1 0.8875
Cd 0.5

9.táblázat A One -way Anova teszt p értékei a száraz gyökértömeg változásának tekintetében
Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K1 0.9826 0.7503 0.8827 0.6082 0.4766
K2 0.3352 0.4918 0.2259 0.1515
K3 0.9998 0.9999 0.9978
K4 0.9959 0.9797
Cd 0.1 0.9999
Cd 0.5

A 7.ábra. alapján elmondhatjuk, hogy a K1 -es abszolut control és a K2 -es baktériumszuszpenziót
tartalmazó kontrolmintához képest a kukorica hajtás és gyökér tömege növekedett, de ez
statisztikailag nem mutatott szignifikáns különbséget, sem a K3, K4, sem pedi g a Cd 0,1, Cd 0,5
minta esetében. A One -way Anova tesztek p értékeit az 8. és a 9. táblázat tartalmazza.

26
A kukorica növény hajtás és gyökér hossz változását a 8. ábra foglalja magába. A kukorica növény
hajtás hossza a 14 napos fejlődési időszakba n 39,3375 cm és 43,675 cm között változik, a gyökér
hosszának változása 15,7 cm és 21.875 cm között.

8.ábra A hajtás és gyökér hosszának változása Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K1 – abszolút kontroll, K2 – baktériummal kezelt kontrol, K5 – 0,5 mM Zn, K6 – 3 mM Zn2+, Zn
0,5 – 0,5 mM Zn2+ és baktérium, Zn 3 – 3 mM Zn2+ és baktérium)

10. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a hajtáshossz változásának tekintetében Zn2+ és
PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 1 0.9995 0.1269 0.5503 0.1921
K2 0.9998 0.1456 0.5928 0.2176
K5 0.2422 0.7561 0.3425
K6 0.9469 0.9999
Zn 0.5 0.983
Zn 3

05101520253035404550
K1 K2 K5 K6 Zn0.5 Zn3Hossz (cm)
Hajtás Gyökér

27
11. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a gyökér hossz változásának tekintetében Zn2+ és
PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 0.9986 0.02862 0.3038 0.3859 0.6344
K2 0.009867 0.1448 0.1957 0.3859
K5 0.8768 0.8055 0.5647
K6 1 0.9933
Zn 0.5 0.9986
Zn 3

Az 8 .ábra alapján különbségeket figyelhetünk meg, K1, K2 és K5 -ös mintához képest a K6, Zn
0,5, Zn 3 minták esetében, de ez az eltérés nem mutatott statisztikailag szignifikáns eltérést a
hajtások hosszának esetében, ellentétben a gyökérhosszakkal, ahogy megfigyelhető, hogy a K5 -ös
minta szignifikánsan különbözik a K1 és a K2 -es kontrolmintáktól. A One -way Anova teszt p
értékét a hajtáshoss z változásának tekintetépen az 10 .táblázat tartalma zza, a gyökér hossz
változásának p értékei a 11 .táblázatban találhatóak.

28
A kukorica növény hajtás és gyökér tömeg változását a 9. ábra foglalja magába. A kukorica növény
hajtás tömege a 14 napos fejlődési időszakban 90,875 mg és 116,625 mg között változik , a gyökér
tömegének változása 81,5 mg és 111,25 mg között.

9.ábra A hajtás és gyökér száraztömegéne k változása Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K1 – abszolút kontroll, K2 – baktériummal kezelt kontrol, K5 – 0,5 mM Zn2+, K6 – 3 mM Zn2+, Zn
0,5 – 0,5 mM Zn2+ és baktérium, Zn 3 – 3 mM Zn2+ és baktérium , n=8 )

12. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a száraz hajtástömeg változásának tekintetében
Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 0.9845 0.5704 0.6371 0.424 0.3426
K2 0.2092 0.2528 0.1315 0.09666
K5 1 0.9999 0.9989
K6 0.9994 0.9965
Zn 0.5 1
Zn 3

020406080100120140160
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3Száraz tömeg (mg)
Hajtás Gyökér

29
13. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a száraz gyökér tömeg változásának tekintetében
Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 0.9266 0.03471 0.01868 0.2422 0.2277
K2 0.002516 0.001276 0.02917 0.02672
K5 0.9999 0.9455 0.9536
K6 0.8632 0.8777
Zn 0.5 1
Zn 3

A 9 .ábrán látható hajtástömegeknek változásában nem látható statisztikailag kimutatható
különbség a K1, K2 -es kontrolminták és a K5, K6, Zn 0,5, Zn 3 minták között, ezzel ellentétben
statisztikailag kimutatható szignifikáns különbséget figyelhetünk meg a K1 é s K2 -es
kontrolmintához viszonyítva a K5 és K6 -os minták esetében, míg a Zn 0,5 és Zn 3 minták
statiszztikai eltérést mutattak a K2 mintához képest. A One -way Anova teszt p értékeit a hajtás
tömegének változása esetében a 12 .táblázat tartalmazza, a gyökértömegek vált ozásának p érték ei
a 13.táblázatban figyelhetőek meg.

30
4.3. Cink és k admium akkumulációja a kukorica növényben

A kukorica növény hajtásának és gyökerének akkumulációját a 10. ábra szemlélteti. Az ábrán
látható, hogy a K1 abszolút kontrol mi nta és a K2 baktériumszuszpenzióval kezelt kontrol minta
nem tartalmaz nagyobb mennyiségű Cd2+-ot. Az ábrán jól látható, hogy a hajtás által akkumulált
Cd2+ mennyiségek jelentősen kissebbek, mint a gyökér által akkumulált Cd2+ mennyiségek.

10.ábra A hajtás és gyökér akkumulációjának változása Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K2- baktériummal kezelt kontrol, K3 -0,1 mM Cd2+, K4-0,5 mM Cd2+, Cd 0,1 – 0,1 mM Cd2+ és
baktérium, Cd 0,5 -0,5 mM Cd2+ és baktérium , n=8)

14. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a kukorica növény h ajtásán ak akkumulációjának
tekintetében Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K2 0.2138 0.000139 0.3372 0.000489
K3 0.001113 0.9985 0.07162
K4 0.000607 0.3974
Cd 0.1 0.03886
Cd 0.5

051015202530
K1 K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5µg/g
Hajtás Gyökér

31
15. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a kukorica növény gyökerének akkumulációjának
tekintetében Cd2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K2 K3 K4 Cd 0.1 Cd 0.5
K2 0.002416 0.000126 0.002579 0.000144
K3 0.001777 1 0.53
K4 0.001667 0.09046
Cd 0.1 0.5149
Cd 0.5

Az akkumulált Cd2+ mennyiségek a hajtásban statisztikailag szignifikáns módon
különböznek a két alkalmazott Cd2+ koncentráció esetében baktérium hiányában (K3 – 0,1 mM,
K4 – 0,5 mM), és baktérium jelenlétében (Cd 0,1 – 0,1 mM Cd2+ és baktériumszuszpenzió, Cd 0,5
– 0,5 mM Cd2+ és baktériumszuszpenzió ) egyaránt.
A gyökérben a Mitsuaria chitosanitabida baktérium hiányában (K3 – 0,1 mM, K4 – 0,5
mM) és baktérium jelenlétében (Cd 0,1 – 0,1 mM Cd2+ és baktériumszuszpenzió, Cd 0,5 – 0,5 mM
Cd2+ és baktériumszuszpenzió ) az eltérés nem volt statisztikailag kimutatható. A One -way Anova
teszt p értékeit a hajtás ának és gyökerének akkumulációját tekintve a 14.táblázat és a 15.táblázat
tartalmazza.

32
A kukorica növény hajtásának és gyökerének akkumulációját a 11. ábra szemlélteti. Az ábrán
látható, hogy a Mitsuaria chitosanitabida baktérium hozzájárul a kukorica növény Zn2+
akkumulációjához, mindkét alkalmazott nehézfémkoncentráció esetén.

11.ábra A hajtás és gyökér akkumulációjának változása Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
(K1-abszolút kontroll, K2 – baktériummal kezelt kontrol, K5 -0,5 mM Zn2+, K6-3 mM Zn2+, Zn 0,5
– 0,5 mM Zn2+ és baktérium, – 3 mM Zn2+ és baktérium , n=8 )

16. táblázat A One -way Anova teszt p ér tékei a kukorica növény hajtásán ak akkumulációjának
tekintetében Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 1 0.9336 0.000916 0.576 0.000142
K2 0.9521 0.00111 0.6221 0.000142
K5 0.0126 0.9807 0.000142
K6 0.07365 0.03316
Zn 0.5 0.000145
Zn 3

020406080100120140160180200
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3µg/g
Hajtás Gyökér

33
17. táblázat A One -way Anova teszt p értékei a kukorica növény gyökerének akkumulációjának
tekintetében Zn2+ és PGPR baktérium jelenlétében
K1 K2 K5 K6 Zn 0.5 Zn 3
K1 0.9994 0.9291 0.000142 0.4843 0.000142
K2 0.7877 0.000142 0.2953 0.000142
K5 0.000143 0.9599 0.000142
K6 0.000171 0.6031
Zn 0.5 0.000142
Zn 3

A 11 .ábrán látható, hogy a magasabb koncentrációjú Zn2+ mind a K6 -os (3 mM Zn2+), mind
pedig a Zn 3 -as (3 mM Zn2+ és baktérium) minta esetében jobban akkumulálódott, a hajtás és a
gyökér esetében is. A K6 -os és Zn 3 -as minták között statisztikai különbséget figyelhetünk meg
a hajtás esetében. A különbségek statisztikailag is kimutathatóak voltak, a hajtásra vonatkozó
One-way Anova teszt p értékeit a 16 .táblázat foglalja magába, a g yökérre vonatkozó p értékek a
17.táblázatban tekinthetőek meg.

34
5. Következtetés

 A 14 napos növekedési időszak alatt a kukorica növény hajtásának és gyökerének hosszát
és biomasszáját a Cd2+ és Cd2+ és bak tériumszuszpenzió kezelés nem befolyásolta
statisztikailag szignifikáns módon.
 A Zn2+ és Zn2+ és baktériumszuszpenzió jelenlétében fejlődött kukorica növények esetében
elmondható, hogy a hajtás és a gyökér hosszát és biomasszáját nem befolyásolta
statiszti kailag szignifikáns módon a kezelés.
 A Cd2+ akkumulációja jelentősebb mértékű a gyökérben mint a hajtásban, tehát a növény
csökkenti a nehézfém hajtáshoz jutását. Az akkumulált Cd2+ mennyisége nő a használt
nehézfém koncentráció növelésével.
 A Mitsuaria chitosanitabida baktérium csökkentette az akkumulált Cd2+ mennyiségét mint
a hajtásban, mint a gyökérben egyaránt.
 Tehát a PGP baktériumok megváltoztatják a növények nehézfém felvételét, ezért fontos
ismerni PGP baktériumok nehézfémek és növények közti kölcsönhatását, mielőtt
használjuk a növénytermesztésben mikrobiális oltóanygként.

35
Irodalomjegyzék
Ayangbenro S. A., Babalola O. O. (2017): A New Strategy for Heavy Metal Polluted
Clemens S. (2001): Molecular mechanisms of plant metal tolerance and homeostasis , Department
of Stress and Environmental Biology , Vol. 212, p. 475 -486
DalCorso G. (2012): Heavy Metal Toxicity in Plants, SpringerBriefs in Molecular Science, p. 1-
25.
Gajdos É. (2013): Kukorica és napraforgó hibridek kadmiu m érzékenysége, a káros hatások
mérséklésének lehetősége, Kerpely Kálmán Növénytermeszési, Kertészeti és Regionális
Tudományok Doktori Iskola, Debrecen.
Karami A., Karami S., Zulkifli Hj. (2010): Phytoremediation of heavy metals with several
efficiency enh ancer methods , African Journal of Biotechnology Vol. 9, pp 3689 -3698.
Luch A. (2012): Molecular, Clinical and Environmental Toxicology , Springer International
Publishing AG , Vol. 3
Martínez -Viveros O., Jorquera A. M., Crowley E. D., Gajardo G., Mora L. M. (2010):
Mechanisms and practical considerations involved in plant growth promotion by rhizobacteria ,
Soil Sci . Plant Nutr. Vol. 10, p. 293 – 319
Nihorimbere V., Ongena M., Smargiassis M., Thonart P. (2010): Benefcial effect of the
rhizosphere microbial community for plant growth and health, Biotechnol. Agron. Soc. Environ.
Vol. 15 , p. 327-337
Rajkumar M., Prasad V. N. M., Swaminathan S., Freitas H. (2013): Climate change driven
plant –metal –microbe interactions , Environment International vol. 53, p. 74–86
Rajkumar M., Sandhya S., Prasad V. N. M., Freitas H. (2012): Perspectives of plant -associated
microbes in heavy metal phytoremediation , Biotechno logy Advances, vol. 30, p. 1562 -1574
Rifat H., Safdar A., Ummy A., Rabia K., Iftikhar A. (2010): Soil benefici al bacteria and their
role in plant growth promotion, Annals of Microbiol ogy vol. 60, p. 579–598
Sessitsch A., Kuffner M., Kidd P., Vagronsveld J., Wenzel W. W., Fallman K., Puschenreiter
M. (2013): The role of plant -associated bacteria in the mobilization and phytoextraction of trace
elements in contaminated soils , Soil Biology & Biochemistry vol. 60, p. 182-194
Simon L. (2006): Toxikus elemek akkumulációja, fitoindikációja és fitoremediációja a talaj –
növény rendszerben , Magyar Tudományos Akadémia doktori értekezés, Níregyházi főiskola
Tchouwou B. P., Yedjou C. G., Patlolla K. A., Sutton D. J. (2014): Heavy Metals Toxicity and
the Environment , Molecular, Clinical and Environmental Toxicology , Vol. 101, p. 133 -164

36
Nyilatkozat

Alulír ott …………………………………………. …………….., A Sapientia EMTE Csíkszeredai karának,
Fenntartható Biotechnológiák mesteri szak végzős hallgatója, ismerve a 2011/1 Tanügyi törvény
eredeti munkára érvényes rendeleteit és a hamis nyilatk ozat következményeit, kijelentem, hogy
jelen diplomadolgozat saját munkám eredménye, nem tartalmaz más hasonló
diplomadolgozatokból átvett részeket, az irodalomból átvett információk esetében megfelelően
megjelöltem a forrást.

Csíkszereda,
Dátum: . Végzős hallgató aláírása