ד"ר דרור מינץ

המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה במרכז וולקני למחקר חקלאי

25/01/2021 ניוזלטר-זווית-בחינוך-ינואר-2021.pdf

מהם תחומי המחקר שלך?
"תחום המחקר הכללי בו אני עוסק נקרא מיקרוביולוגיה סביבתית או אקולוגיה מיקרוביאלית. למעשה התחום הזה עוסק במחקר של יצורים שלא ניתן לראותם בעין בלתי מזויינת, אלא רק בעזרת מיקרוסקופ. יצורים אלו, הנקראים מיקרואורגניזמים, נחלקים לשלושה סוגים – ארכיאה, בקטריה (חיידקים) ואיקריוטים חדתאיים (כמו פרוטוזואה, פטריות חד תאיות, ואצות חד תאיות)."

"אני מתעסק בעיקר בבקטריה, והמחקרים שלי עוסקים באינטראקציה של חיידקים עם צמחים, בעיקר עם שורשי צמחים. בנוסף, אני חוקר גם חיידקים שהם בעלי משמעות סביבתית גדולה, כמו למשל החיידקים שמעורבים במחזור החנקן בטבע."

"יחסי הגומלין המוכרים ביותר בין חיידקים לצמחים הם של החיידקים המקבעים חנקן בשורשי הקטניות. חיידקים אלו מכונים בשם כולל ריזוביום, והם נמצאים בתוך מבנים ייחודיים בשורשים הקטניות. חיידקים אלו מכונים בשם כולל ריזוביום, והם נמצאים בתוך מבנים ייחודיים בשורשים שנקראים פקעיות, שם הם חיים על חשבון הסוכר שהצמח מספק כתוצר של תהליך ובהמשך (NH3) לאמוניה (N2) הפוטוסינתזה. בתמורה החיידקים מקבעים חנקן אטמוספרי ממירים את האמוניה לתרכובות אורגניות המכילות חנקן, המשמשות את הצמח לבניית חלבונים וחומצות גרעין."

"בנוסף לחיידקים מקבעי החנקן, ישנם עוד סוגים שונים של מיקרואורגניזמים שנמצאים באינטראקציה עם צמחים, אשר גורמים למינרלים השונים המצויים בקרקע, כמו זרחן וברזל, להיות זמינים יותר עבור הצמחים. הודות  לאינטראקציה הזאת, הצמחים נהנים מחומרים שהיו בסביבתם אך היה להם קשה להשיגם בעצמם."

"מלבד עזרה בהזנה, אוכלוסיית החיידקים המצויה ליד, על ובתוך הצמח, ומכונה גם מיקרוביום, יכולה לסייע גם בהגנה על הצמח מפני חדירת פתוגנים. בין אם זה הגנה מכנית מפני חדירת הפתוגן, או על ידי תחרות, הפרשת חומרים כימיים הגורמים למוות של הפתוגן, או על ידי עירור מנגנוני ההגנה הטבעיים של הצמח (בדומה לחיסון) המכינים אותו למפגש עם הפתוגן. כך למעשה, המיקרוביום של הצמח מהווה מעין רכיב נוסף במערך ההגנה של הצמח."

"החיידקים יודעים גם להשפיע על התפקוד של הצמח על ידי הפרשת חומרים דמויי הורמונים, וכך החיידק יכול, למשל, לגרום לצמח לייצר יותר שורשים, או לגדול יותר מהר. במסגרת חלק המחקרים שלי, אני מחפש חיידקים כאלה שיוכלו להשפיע על צמחים בחקלאות כדי לשפר את התפקוד של הצמח. זוהי מעין אלטרנטיבה טבעית להנדסה גנטית."

"בנוסף, במסגרת המחקר של האינטראקציות המתקיימות בין המיקרוביום לצמח, אנחנו יכולים ללמוד הרבה מאוד על מה שמתרחש בתוך הצמח, רק מתוך בחינת המיקרוביום שלו. ואת זה הדגמנו במחקר שפרסמנו לאחרונה, העוסק בחיידקים שיושבים על שורשי צמחים המושקים במי קולחים."

"בישראל, 90%-80% מהביוב עובר טיהור ומשמש להשקיה בחקלאות, כך שכמחצית ממי ההשקיה בחקלאות הם מים ממוחזרים, וזה כורח המציאות, כי בישראל אין מספיק מים לחקלאות. אולם, ידוע לנו שבחלק גדול מהמקרים השקיית קולחים מזיקה לצמחים, אך לא ידוע לנו במדויק מדוע. ישנן עבודות שהראו בעבר כי כאשר יש בקרקע מי קולחים אז ריכוז החמצן נמוך יותר, וכן כמות החומר האורגני ורמות המליחות גבוהות יותר. אך יחד עם זאת, אין אנו יודעים האם זה מורגש על ידי הצמח וגורם לו עקה. לכן במחקר שעשינו דגמנו במשך שנתיים קרקעות מושקות במי קולחים, בהן גודלו חסה ועגבנייה, ובדקנו את ביטוי הגנים של החסה והעגבנייה, ואכן ראינו ביטוי של גנים רבים הקשורים לעקות, אך לא הצלחנו לפענח באילו עקות מדובר. כאשר בדקנו גם את ביטוי הגנים של המיקרוביום של השורשים של אותם צמחים, ראינו שהם כן ביטאו גנים שקשורים לעקות ספציפיות, כמו לעקת מליחות, לעקת חוסר חמצן, ולעקה של עלייה ב-pH. כלומר, ראינו שדרך החיידקים הצמודים לשורשי הצמחים אנחנו יכולים להסתכל על תנאי העקה בהם נמצא הצמח. המשמעות של זה היא שהחיידקים שמצויים בשורש יכולים לשמש כאינדיקטור לעקות של הצמח, וזה מהפכני לגמרי."

עובדה מפתיעה על קרקע:

• בגרם קרקע (שזה פחות מכפית אחת) יש 10^9-10^10 חיידקים. לעומת זאת, במדינת ישראל יש 6^10 תושבים, כלומר ישנם כמעט פי 1000 יותר מיקרואורגניזמים בגרם קרקע מאשר יש תושבים במדינת ישראל.
• מבחינת מספר המינים, בגרם קרקע יש בערך 5^10 מינים שונים של חיידקים, שאת רובם אנחנו לא מכירים, וגם לא יכולים לגדל במעבדה.
• בקרקע עשירה בחומר אורגני, שטח הפנים של קורי הפטריות, שהם מיקרוסקופיים, נאמד בקילומטרים לגרם קרקע.

מהי חשיבות המגוון הביולוגי בקרקע?

"המיקרוביום שנמצא בקרקע ובשורשי צמחים מספק למערכת האקולוגית שירותים חשובים – הוא מפרק חומרים, ממחזר נוטריינטים, והוא בונה את המרקם של הקרקע. קרקע שהביולוגיה שלה לא מספיק טובה לא יהיו בה גושים (אגרגטים). קרקע ביער היא גושית, ואילו במדבר הקרקע היא חולית וחסרת גושים. מי שאחראי להיווצרות של אותם גושים הם החיידקים אשר מייצרים חומרים שמדביקים את המינרלים בקרקע אחד לשני. גם לפטריות בתוך הקרקע יש תפקיד ביצירת אותם אגרגטים, שכן קורי הפטריות מצמידים גם כן את חלקיקי הקרקע. הגושים הללו שנוצרים בקרקע מאפשרים למים לחלחל טוב יותר, וליותר אוויר להיכנס פנימה שזה חשוב באוורור של הקרקע. בהיעדר החיידקים והפטריות, ושאר המיקרואורגניזמים בקרקע שעושים את זה, הקרקע חשופה לבליה על ידי הרוח והגשם, וכך היא הולכת לאיבוד. לצערי, כיום יש כמויות עצומות של קרקע שהולכות לאיבוד, והן לא חוזרות והן גם לא ניתנות למחזור. הסיבה לכך היא שלקרקע לוקח זמן רב להיווצר. במדובר בתהליך של מיליוני שנים. לכן חשוב מאוד לשמור על מגוון ביולוגי גדול בקרקע שיידע גם לשמור על הפיזיקה והכימיה של הקרקע."

כיצד ניתן לשמור על המגוון הביולוגי בקרקע?
"ישנן עבודות שמראות, שבסביבה טבעית, לא מופרת, המגוון הביולוגי בקרקע עצום. קרקע שפועלים בה נכון יכולה לשמור על מגוון ביולוגי ועל המבנה שלה לאורך מיליוני שנה. לעומת זאת, קרקע שמתקיימת בה חקלאות אינטנסיבית, שכוללת מונוקולטורה, חריש עמוק ואינטנסיבי, דישון מינרלי והשקיה, וכן הלאה, מאבדת את החומר האורגני ואת החיידקים הטובים שלה מאוד מהר. ככל שהמגוון הביולוגי בקרקע קטן כך הקרקע, כנישה אקולוגית, הופכת להיות הרבה פחות יציבה והרבה יותר פגיעה."

"שמירה על המגוון הביולוגי בקרקע יכולה להתאפשר על ידי קיום פרקטיקה חקלאית נכונה, שדואגת להחזרת החומר האורגני לקרקע, למשל על ידי השארת שאריות מן הצומח בשדה לאחר הקציר או יישום קומפוסט, וכך לאפשר לחיידקים לפרק את החומר האורגני ולהתפתח. בנוסף, המעטה בחריש, בייחוד בחריש עמוק, שמלבד העובדה שהוא קורע את קורי הפטריות ומזיק לביולוגיה של הקרקע, הוא גם מכניס יותר חמצן לקרקע, מה שגורם לפירוק מהיר יותר של החומר האורגני בקרקע."

"אנחנו יודעים שלכל צמח יש חברת חיידקים שאופיינית לו בשורש, והבחירה של איזה חיידקים יהיו בשורש מתוך סך החיידקים בקרקע נעשית על ידי הצמח, אשר מעשיר את החיידקים הספציפיים בחלק מתוצרי הפוטוסינתזה שלו ובחומרים מסוימים שהוא מפריש דרך השורשים. מגוון החומרים והכמויות שלהם שהצמח מפריש מהשורש הם שקובעים את המיקרוביום של הצמח הספציפי. ואכן, בעבודות שעשינו, ראינו שבאותה קרקע המושקת באותם מים, באותו בית גידול, אם מגדלים ארבעה צמחים שונים, חברת החיידקים בשורשים של כל אחד מהם יהיו שונות לחלוטין, למרות שהיצע המיקרואורגניזמים בקרקע שהצמחים הללו יכולים לגייס היה זהה. באחו למשל ישנם מספר רב של מיני צמחים, וכל מין מעודד את מיני החיידקים שטובים לו, כך שבאחו נקבל מגוון רב יותר של חיידקים שמועשרים בקרקע. לעומת זאת, בשדה חיטה למשל, בו גדלה לאורך שנים רק חיטה, רק החיידקים שבשורשי החיטה יועשרו, ולכן תתקבל קרקע בעלת מגוון ביולוגי נמוך יותר מזה שבאחו. לכן, כחלק מפרקטיקה חקלאית נכונה, שנועדה לשמור על מגוון ביולוגי גדול בקרקע, יגודלו מספר גידולים חקלאיים שונים במחזור על אותה חלקה."

בונוס בעבודה: "אני עובד בתחביב שלי ומשלמים לי על זה משכורת."

קישור לאתר האינטרנט של דרור: minzlab/com.wixsite.soilmedia63://https

כתבות בהם דרור מרואיין: הכל בגלל חיידק קטן