Korisni učinci mikrobijskih biostimulatora za biljke

Proizvodnja mikrobijskih biostimulatora najčešće se provodi uzgojem mikroorganizama na raznim hranjivim podlogama. Dobivena mikrobijska biomasa i metabolički produkti formuliraju se kao tekući mikrobni pripravoi (u stabiliziranoj podlozi), kao sušeni proizvodi (liofilizacijom) ili se ugrađuju u određeni nosač (celuloza, dekstroza, ekspandirani glineni agregat, itd.) ili u suspenziju.

Mikrobijski biostimulatori primjenjuju se na sjeme, tlo (izravno ili putem navodnjavanja i fertigacije) ili na rastuće biljke. Iako mehanizmi djelovanja mikrobijskih biostimulatora na biljke nisu u potpunosti razjašnjeni, postoje uvjerljivi dokazi o njihovom pozitivnom utjecaju na rast biljaka. Danas je prihvaćeno da su njihovi učinci posljedica stimulacije raznih procesa, od kojih su glavni sljedeći:

• biološka fiksacija dušika
• mobilizacija netopivih fosfata;
• proizvodnja spojeva koji keliraju željezo;
• proizvodnja hormona i kontrola fitohormonskog statusa.

Koristan učinak bakterija i rizobakterija na biljke

Biološka fiksacija dušika jedan je od najpoznatijih učinaka simbiotskih (Rhizobium spp.) i nekih drugih mikroorganizama (Azotobacter spp., Azospirillum spp., Bacillus polymyxa, Gluconoacetobacter diazotrophicus, Burkholderia spp., itd.). Atmosferski dušik (N2, 78%) nedostupan je biljkama zbog iznimno stabilne trostruke veze između dva atoma dušika. Gore spomenuti mikroorganizmi, pomoću enzima nitrogenaze, imaju sposobnost pretvoriti atmosferski dušik u amonijevu formu (NH4+) dostupnu biljkama.

Uloga simbiotske fiksacije dušika u ishrani dušikom mahunarki odavno je poznata. Od većeg je trenutnog interesa sposobnost slobodnoživućih mikroorganizama da podrže ishranu dušikom drugih poljoprivrednih kultura. Dostupne informacije u tom pogledu još su ograničene, ali se pretpostavlja da u povoljnim uvjetima mikrobijski biostimulatori koji sadrže slobodnoživuće fiksatore dušika mogu obogatiti tlo s 2–3 kg dušika po jutru.

Drugi mehanizam kojim rizosferne bakterije (PGPR) stimuliraju rast biljaka je povećanje dostupnosti fosfora i željeza u tlu. Iako je ukupni sadržaj fosfora u tlu obično visok, samo je 0,1% njega dostupno biljkama zbog kemijske fiksacije i niske topljivosti. Mikroorganizmi omogućuju biološku transformaciju netopivih anorganskih i organskih fosfata u oblike dostupne biljkama. Oni sintetiziraju i otpuštaju u tlo organske kiseline i fosfatne enzime (fosfatazu i fitazu). Organske kiseline povećavaju dostupnost anorganskih fosfata, dok fosfatni enzimi povećavaju dostupnost organskih fosfata. Glavni PGPR koji imaju ovu sposobnost pripadaju rodovima Burkholderia, Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Agrobacterium, Achromobacter, Streptomyces, Micrococcus, Erwinia, itd. Ovi mikroorganizmi zajednički proizvode niskomolekularne organske kiseline koje zakiseljuju tluščicu i tako povećavaju topljivost fosfatnih iona iz spojeva koji sadrže fosfor. Otapanjem netopivih fosfata, mikroorganizmi mogu neizravno asimilirati značajan dio P iz tluščice. Nakon smrti mikrobnih stanica, fosfor sadržan u njima se oslobađa, što omogućuje njegov unos i od strane biljaka i drugih organizama u tlu.

Mikroorganizmi koji otapaju fosfate pokazuju širok raspon metaboličkih funkcija u različitim okolinama, što dovodi do znatno većeg rasta biljaka, poboljšanih svojstava tla i povećane biološke aktivnosti. Ovi mikroorganizmi također sudjeluju u fiksaciji atmosferskog dušika, ubrzavaju dostupnost drugih mikroelementata, proizvode biljne hormone poput auksina, citokinina i giberelina; otpuštaju siderofore, cijanovodik, enzime i/ili fungicidne spojeve poput hitinaze, celulaze, proteaze, koji pružaju antagonizam prema fitopatogenim mikroorganizminna.

Velik dio željeza u tlima neutralne ili lužnate reakcije je u obliku nedostupnom biljkama, poput iona željeza(III) Fe(III). Biljke imaju dvije strategije za unos željeza: strategija 1 povećanjem njegove topljivosti, nakon čega slijedi redukcija u ion željeza(II) Fe(II) u membranama stanica korijena, i strategija 2 (uglavnom u vrstama žitarica) izlučivanjem fitosiderofora koji tvore kelatne komplekse s Fe(III). Rizosferni mikroorganizmi, slično žitaricama, mogu olakšati unos željeza u biljke sintezom mikrobnih siderofora (niskomolekularnih kelatnih spojeva). Bakterije uglavnom proizvode tri skupine siderofora – kateholate, hidroksamate i karboksilate, dok gljive u tlu proizvode četiri skupine: ferihrome, koprogene, fuzarinine i rodotorulnu kiselinu. Bez obzira na njihovu prirodu, oni tvore topive komplekse željeza(III) koji sudjeluju u asimilaciji željeza i njegovom unosu od strane biljaka. Pretpostavlja se da se kompleks Fe(III)–siderofor formira na površini minerala, prenosi u tluščicu i postaje dostupan za unos od strane drugih organizama. Uloga siderofora nije ograničena samo na povećanje bioraspoloživosti Fe, već uključuje i sposobnost stvaranja kompleksa s drugim esencijalinim elementima (npr. Mo, Mn, Co i Ni) u okolišu, poboljšavajući njihov mikrobni unos.

Treći mehanizam kojim mikroorganizmi utječu na biljke povezan je s proizvodnjom biljnih hormona (ili regulatora rasta), kao i s kontrolom hormonskog statusa biljaka. Poznato je da fitohormoni poput auksina, giberelina, citokinina, etilena, abscisinske kiseline i drugi reguliraju niz fizioloških i morfoloških procesa u biljkama.

Više puta je utvrđeno da se emisija etilena smanjuje u inokuliranim biljkama. Etilen je poznat kao hormon starenja. Njegov prekursor u biljkama je 1-aminociklopropan-1-karboksilna kiselina (ACC). U uvjetima stresa, proizvodnja etilena raste, ograničava rast i stimulira starenje u biljkama. ACC deaminaza, koju proizvode mikroorganizmi, ima sposobnost smanjiti razinu etilena u inokuliranim biljkama i obnoviti procese rasta.

Koristan učinak arbuskularnih mikoriznih gljiva na biljke

Mikoriza (ekto- i arbuskularna) je simbioza između korijena 80% kopnenih biljaka i mikoriznih gljiva. Arbuskularna mikoriza može igrati značajnu ulogu u mineralnoj ishrani biljaka jer formira mrežu hifa koja uvelike povećava volumen i kontaktnu površinu korijena u tlu.

Stvaranje mikorizosfere oko korijena dodavanjem mikoriznih proizvoda u tlo

Poznato je da korijenje biljaka zauzima ne više od 5–10% unutarnjeg volumena tla; stoga, velik dio hranjivih tvari leži izvan njihova dosega. Gljivične hife su tanje od debljine "radnih korijena" (0,2–0,3 mm), zbog čega imaju veću sposobnost prodiranja u tlo i prema tome veći pristup hranjivim tvarima i vodi u tlu. Kada se uspješno inokuliraju mikorizni proizvodi, formira se "mikorizosfera", koja olakšava opskrbu fosforom, teško dostupnim korijenju, i nizom mikroelementata. Glomus spp. je najrašireniji rod arbuskularnih mikoriznih gljiva, koji uključuje vrste sa širokom i užom specijalizacijom prema određenim biljnim vrstama.

Popis odobrenih proizvoda za organsku gnojidbu u okviru Ekosheme 3

Gore spomenuti korisni učinci mikroorganizama daju osnovu poduzećima za razvoj i ponudu odgovarajućih mikrobijskih biostimulatora na agrotristu. Neki od mikrobijskih proizvoda odobrenih u Bugarskoj s najavljenom sposobnošću fiksacije dušika prikazani su u tablici.

Mikrobijski biostimulatori uključeni u Popis odobrenih proizvoda u Bugarskoj (2022.)