Bakterie w nawozach

Bakterie, poza dostarczaniem innym organizmom łatwo przyswajalnych form azotu, należą do grupy bakterii promujących wzrost roślin (PGPR – plant growth promoting bacteria). Stymulują syntezę fitohormonów (m.in. cytokinin, giberelin), poprawiają rozwój systemu korzeniowego oraz efektywność odżywiania roślin, a także wspomagają odporność na stres.

Przykładem bakterii stosowanej na największą skalę w produktach mikrobiologicznych i w biologicznych środkach ochrony roślin jest Bacillus subtilis. Tę bakterię jest najłatwiej pozyskać i namnożyć w warunkach laboratoryjnych. Dodatkowo dobrze namnaża się po aplikacji w polu, stąd jej szerokie wykorzystanie. Najważniejszymi enzymami produkowanymi z wykorzystaniem bakterii z rodzaju Bacillus są enzymy proteolityczne i amylolityczne. Przetwarzają one materię organiczną, pozostałości roślin i resztki pożniwne w substancje łatwo przyswajalne przez rośliny uprawne, co wpływa na poprawę jakości gleby, oszczędności kosztów nawozów i ograniczenie rozwoju patogenów. W czasie rozwoju patogenów bakterie szybko się namnażają i dzięki temu hamują rozwój patogenów chorobotwórczych. Proteazy wytwarzane są przez B. subtilis, B. licheniformis, B. pumilis, B. amyloliquefaciens, natomiast α-amylazy głównie przez B. amyloliquefaciens, B. licheniformis, B. subtilis. Sprzedaż proteaz stanowi około 60% światowego rynku enzymów, a najważniejszymi ich producentami są bakterie z rodzaju Bacillus. Szacunkowo połowa preparatów enzymatycznych jest produkowana z udziałem tych bakterii. W nawozowych produktach mikrobiologicznych najczęściej występują albo jednostki pojedynczego gatunku bakterii Bacillus (Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, Bacillus azotofixans, B. licheniformis), albo konsorcja składające się z różnych szczepów. W produktach są to najczęściej połączenia Bacillus, licheniformis, Bacillus subtilis i Bacillus amyloliquefaciens.

Kliknij, żeby pobrać wykaz nawozowych produktów mikrobiologicznych

Bakterie brodawkowe

W produktach nawozowych składnikiem mogą być także gatunki bakterii brodawkowych Rhizobium oraz Bradyrhizobium (głównie jest to B. japonicum stosowane w uprawie soi poza Europą). Reprezentują one grupę bakterii symbiotycznych z roślinami motylkowymi, które są zdolne do wiązania azotu atmosferycznego. Produkty stosowane są jako szczepionki bakterii dla korzeni roślin bobowatych. Powodują wytwarzanie na korzeniach charakterystycznych brodawek. Bakterie z rodzajów brodawkowe wiążą do ok. 150 kg N/ha, a dla bakterii symbiotycznych dla lucerny może to być nawet do 500 kg N/ha. Azot ten w postaci przyswajalnej przez inne organizmy (związki amonowe, białka) może dalej krążyć w biosferze. W pozostałościach roślin strączkowych (bobowatych) pozostaje także ok. 70 kg azotu/ ha dla następczych roślin uprawnych, co wpływa korzystanie na wzrost i plonowanie roślin (wartość dodana).

W nawozowych produktach mikrobiologicznych występują także wolno żyjące bakterie glebowe, np. Azotobacter czy Arthrobacter. Te z kolei wiążą 25-30 kg azotu/ha w ciągu roku. Bakterie te są niezwykle wrażliwe na zbyt wysoki odczyn gleby. Efektywnie funkcjonują w glebach o pH powyżej 6,0.

Paenibacillus polymyxa

Ciekawym przykładem bakterii jest także Paenibacillus polymyxa DCF. Jest to gram-dodatnia bakteria w kształcie pręcika, tworząca endospory, szeroko rozpowszechniona niepatogenna bakteria z wiciowcami. Żyje w ryzosferze i wewnątrz roślin (tj. endofityczny styl życia), rzadko w osadach morskich lub sfermentowanej żywności i jest często stosowany przeciwko patogenom roślinnym, ludzkim i zwierzęcym. Ze względu na ich zdolność do przetrwania ekstremalnych warunków, w tym wysokiej temperatury, biocydów, ciśnienia i ekspozycji na promieniowanie UV, endospory mogą tolerować pasteryzację i przetrwać w urządzeniach przemysłowych. Wszystkie bakterie z rodzaju Paenibacillus wytwarzają związki wykorzystywane do zwalczania bakterii i grzybów chorobotwórczych. Bakterie (zawarte w preparacie mikrobiologicznym Fungiliic) uczestniczą w całym szeregu procesów wpływających pozytywnie na środowisko glebowe. Wchodzą też w symbiozę z wieloma gatunkami roślin, w bezpośredni sposób wspierają ich rozwój i chronią je przed rożnego rodzaju chorobami. Podobnie jak inne bakterie, produkują biofilm – naturalną barierę chroniącą przed czynnikami atmosferycznymi i patogenami, konkurują z innymi mikroorganizmami o miejsce na korzeniu, ograniczają dostępność żelaza dla patogenów, produkują enzymy lizujące ściany komórkowe grzybów. Bakterie z rodzaju Paenibacillus jako endosymbionty są zdolne do związania nawet do 40 kg azotu atmosferycznego/ ha w roślinach, które zasiedlają. Ponadto indukują odporność systemiczną roślin na patogeny.

BIOSIMEX_PANTOEA CARE_BANER_620x400pxBIOSIMEX_PANTOEA CARE_BANER_620x400px

Wspomagające ochronę przed patogenami

Inny przykład bakterii wykorzystywanej w ochronie roślin to Pantoea spp. (w produkcie Pantonea Care), która regularnie wchodzi w interakcje z różnymi roślinami, jako patogeny lub jako pożyteczne bakterie, w zależności od szczepu i rośliny żywicielskiej. Bakterie Pantoea spp. w ochronie roślin są wykorzystywane w ochronie przed patogenami, od bezpośredniego antagonizmu po stymulację wrodzonej odporności roślin. Zdolność biokontroli gatunków Pantoea opiera się głównie na produkcji różnorodnych naturalnych metabolitów. W niniejszym przeglądzie omawiamy również tożsamość i potencjalną rolę tych metabolitów w ochronie roślin napędzanej przez Pantoea.

Jedna z głównych nagród TSW przypadła firmie Agrosimex za produkt mikrobiologiczny, opracowany wspólnie z Instytutem Ogrodnictwa - Panoea Care (fot. Agrosimex)
Jedna z głównych nagród TSW przypadła firmie Agrosimex za produkt mikrobiologiczny, opracowany wspólnie z Instytutem Ogrodnictwa – Panoea Care (fot. Agrosimex)

Bakterie endofityczne

Methylobacterium symbioticum SB23 to bakterie endofityczne zawarte w produkcie Blue N. Wnikają do rośliny przez otwarte aparaty szparkowe i kolonizują roślinę. Dostarczają roślinom azot amonowy, który jest bezpośrednio wbudowywany w aminokwasy, czyli podstawowe budulce rośliny. Bakteria działa jako antyoksydant w reakcji na stres związany z czynnikami abiotycznymi. Pobudza fotosyntezę, gdyż dostarcza dodatkowych dawek azotu. Dzięki temu tworzy się więcej chlorofilu. Dodatkowo bakterie z rodzaju Methylobacterium produkują fitohormony biorące udział w biostymulacji rozwoju wegetatywnego roślin.

Grzyby Trichoderma

W biologicznej ochronie roślin przed organizmami chorobotwórczymi powszechnie wykorzystywane są grzyby Trichoderma. Są bowiem bardzo pospolite i łatwo je izolować z gleby czy drewna. Trichoderma rozwijają się gwałtownie w nowym środowisku, ponieważ są to grzyby naturalnie odporne na wiele toksycznych związków. Większość szczepów Trichoderma jest zdolnych do produkcji licznych antybiotyków lub toksycznych dla mikroorganizmów związków lotnych, które mają wpływ na aktywną kolonizację środowiska w tym ryzosfery roślin. Działanie Trichoderma polega na intensywnej produkcji enzymów litycznych, co wpływa na efektywne przetwarzanie substancji organicznych w glebie (humifikacji). Enzymy lityczne mają zdolność do mykopasożytnictwa, antybiozy, konkurencji o składniki pokarmowe i przestrzeń z innymi mikroorganizmami, zdolności do modyfikacji warunków środowiskowych (np. mogą zakwaszać środowisko przez co stwarza niedogodne warunki dla rozwoju innych grzybów, a z drugiej strony pozwalają na uwalnianie niedostępnych składników pokarmowych), stymulacji wzrostu roślin, indukcji odporności w roślinach.

Trichoderma jest często wykorzystywana w produktach mikrobiologicznych (fot. DŁB)
Trichoderma jest często wykorzystywana w produktach mikrobiologicznych (fot. DŁB)

Inne produkty

W niektórych produktach została połączona moc zarówno bakterii, jak i grzybów, a w ich składzie znalazły się konsorcja Paenibacillus azotofixans, Priestia megaterium, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis plus Trichoderma viride lub/ i grzybów mikoryzowych. Taki kompleks mikroorganizmów efektywnie wiąże azot atmosferyczny, umożliwia odzyskanie fosforu i potasu z form niedostępnych, stymuluje rozwój systemu korzeniowego i współpracę z mikroorganizmami, podnosi naturalną odporność roślin na patogeny, zwiększa odporność na suszę, polepsza efektywność wykorzystania nawozów mineralnych i organicznych, a także podnosi tempo wzrostu roślin i wpływa korzystnie na plonowanie.

Na rynku są także produkty zawierające mezofilne bakterie fermentacji mlekowej (np. Lactobacillus plantarum), będące źródłem witamin i aminokwasów. Produkują one fitohormony, czyli biostymulują wzrost i odżywiają roślinę chroniąc przed działaniem patogenów. Dodatkowo bakterie Lactobacillus produkują biofilmy chroniące przed atakiem patogenów.

Inne produkty mikrobiologiczne mogą zawierać także szczepy drożdży probiotycznych i mogą być stosowane dla poprawy jakości (żyzności) gleby, silnego rozrostu korzeni czy lepszego przyswajania nawozów. Należy jednak pamiętać, że drożdże stanowią pokarm dla wielu gatunków szkodników, w tym ziemiórek, śmietek i innych muchówek, np. muszki plamoskrzydłej.

Kliknij, żeby pobrać wykaz nawozowych produktów mikrobiologicznych

Za konsultację merytoryczną dziękuję dr. Waldemarowi Wojciechowskiemu, kierownikowi LABcenter w Piotrkowie Trybunalskim