A mikrobiológiai biosztimulánsok növényekre gyakorolt hasznos hatásai

A mikrobális biostimulánsok előállítását leggyakrabban mikroorganizmusok különböző táptalajokon történő tenyésztésével végzik. Az így nyert mikrobális biomasszát és anyagcsere-termékeket folyékony mikrobális preparátumokként (stabilizált közegben), szárított termékként (liofilizációval) formulálják, vagy egy adott hordozóba (cellulóz, dextróz, tágított agyag stb.) vagy szuszpenzióba építik be.

A mikrobális biostimulánsokat magokra, talajra (közvetlenül vagy öntözés, illetve trágyázásos öntözés útján) vagy növényekre alkalmazzák. Bár a mikrobális biostimulánsok növényekre gyakorolt hatásmechanizmusa nem teljesen tisztázott, meggyőző bizonyítékok állnak rendelkezésre a növényi növekedésre gyakorolt pozitív hatásukra. Ma már elfogadott, hogy hatásuk különböző folyamatok ösztönzésének tulajdonítható, melyek közül a főbbek a következők:

• biológiai nitrogénkötés
• oldhatatlan foszfátok mobilizációja;
• vas-kelát képző vegyületek termelése;
• hormonok termelése és a fitohormonális állapot szabályozása.

A baktériumok és rizobaktériumok kedvező hatásai a növényekre

A biológiai nitrogénkötés a szimbiótikus (Rhizobium spp.) és néhány más mikroorganizmus (Azotobacter spp., Azospirillum spp., Bacillus polymyxa, Gluconoacetobacter diazotrophicus, Burkholderia spp., stb.) legismertebb hatása. A légköri nitrogén (N2, 78%) a két nitrogénatom közötti rendkívül stabil hármas kötés miatt a növények számára hozzáférhetetlen. Az említett mikroorganizmusok a nitrogenáz enzim segítségével képesek a légköri nitrogént a növények számára hozzáférhető ammónium formává (NH4+) alakítani.

A szimbiótikus nitrogénkötés szerepe a hüvelyesek nitrogénellátásában régóta ismert. Napjainkban inkább a szabadon élő mikroorganizmusok más mezőgazdasági növények nitrogénellátását támogató képessége a nagyobb érdeklődés középpontjában. Az ezzel kapcsolatos rendelkezésre álló információk még mindig korlátozottak, de feltételezhető, hogy kedvező körülmények között a szabadon élő nitrogénkötőket tartalmazó mikrobális biostimulánsok 2–3 kg nitrogénnel gazdagíthatják a talajt holdanként.

A rizoszféra baktériumok (PGPR) által a növényi növekedés ösztönzésének egy másik mechanizmusa a foszfor és a vas talajbeli rendelkezésre állásának növelése. Bár a talaj teljes foszfortartalma általában magas, ennek csak 0,1%-a áll a növények rendelkezésére a kémiai megkötés és az alacsony oldhatóság miatt. A mikroorganizmusok lehetővé teszik az oldhatatlan szervetlen és szerves foszfátok növények számára hozzáférhető formákká történő biológiai átalakítását. Szerves savakat és foszfát enzimeket (foszfataz és fitáz) szintetizálnak és bocsátanak ki a talajkörnyezetbe. A szerves savak növelik a szervetlen foszfátok rendelkezésre állását, míg a foszfát enzimek a szerves foszfátokét. Ezzel a képességgel rendelkező fő PGPR-ek a Burkholderia, Pseudomonas, Bacillus, Rhizobium, Agrobacterium, Achromobacter, Streptomyces, Micrococcus, Erwinia stb. nemzetségekhez tartoznak. Ezek a mikroorganizmusok együttesen alacsony molekulatömegű szerves savakat termelnek, amelyek elsavasítják a talajoldatot és így növelik a foszfátionok oldhatóságát a foszfortartalmú vegyületekből. Az oldhatatlan foszfátok feloldásával a mikroorganizmusok jelentős mennyiségű P-t tudnak közvetve felvenni a talajoldatból. A mikrobális sejtek elpusztulásakor a bennük lévő foszfor felszabadul, ami lehetővé teszi annak felvételét mind a növények, mind más talajlakó organizmusok számára.

A foszfor-oldó mikroorganizmusok széles körű anyagcserefunkciókat mutatnak különböző környezetekben, ami jelentősen magasabb növényi növekedéshez, javult talajtulajdonságokhoz és fokozott biológiai aktivitáshoz vezet. Ezek a mikroorganizmusok részt vesznek a légköri nitrogén megkötésében is, felgyorsítják más mikrotápanyagok rendelkezésre állását, növényi hormonokat termelnek, mint az auxinok, citokininek és gibberellinek; sziderofórokat, hidrogén-cianidot, enzimeket és/vagy fungicid vegyületeket, például kitinázt, cellulázt, proteázt bocsátanak ki, amelyek antagonizmust biztosítanak a fitopatogén mikroorganizmusokkal szemben.

A semleges vagy lúgos reakciójú talajokban lévő vas nagy része a növények számára hozzáférhetetlen formában van, mint például a vas(III) ion Fe(III). A növényeknek két stratégiájuk van a vas felvételére: az 1. stratégia az oldhatóság növelésével, majd redukcióval vas(II) ionná Fe(II) a gyökérsejtek membránjaiban, és a 2. stratégia (főleg gabonaféléknél) fitosziderofórok exkréciójával, amelyek kelát komplexeket alkotnak Fe(III)-mal. A rizoszférikus mikroorganizmusok, hasonlóan a gabonafélékhez, elősegíthetik a növények vasfelvételét mikrobális sziderofórok (alacsony molekulatömegű kelátképző vegyületek) szintézisén keresztül. A baktériumok főként három csoport sziderofórt termelnek – katekolátokat, hidroxamátokat és karboxilátokat, míg a talajgombák négy csoportot: ferikrómokat, koprogéneket, fuzarinineket és rodotorulasavat. Természetüktől függetlenül oldható vas(III) komplexeket alkotnak, amelyek részt vesznek a vas asszimilációjában és a növények általi felvételében. Feltételezhető, hogy a Fe(III)–sziderofór komplex a ásványi felületen képződik, átkerül a talajoldatba és hozzáférhetővé válik más organizmusok felvételéhez. A sziderofórok szerepe nem korlátozódik csak a Fe biohasznosíthatóságának növelésére, hanem magában foglalja más esszenciális elemekkel (pl. Mo, Mn, Co és Ni) való komplexképző képességet is a környezetben, javítva azok mikrobális felvételét.

A mikroorganizmusok növényekre gyakorolt hatásának harmadik mechanizmusa a növényi hormonok (vagy növekedésszabályozók) termeléséhez, valamint a növények hormonális állapotának szabályozásához kapcsolódik. Ismert, hogy az auxinok, gibberellinek, citokininek, etilén, abszcizinsav és mások olyan fitohormonok, amelyek számos fiziológiai és morfológiai folyamatot szabályoznak a növényekben.

Többször megállapították, hogy az inokulált növényekben csökken az etilén kibocsátás. Az etilén az öregedés hormonjaként ismert. Előanyaga a növényekben az 1-aminociklopropán-1-karbonsav (ACC). Stressz körülmények között az etilén termelődése növekszik, korlátozza a növekedést és serkenti az öregedést a növényekben. A mikroorganizmusok által termelt ACC-deamináz képes csökkenteni az etilén szintjét az inokulált növényekben és helyreállítani a növekedési folyamatokat.

Az arbuszkuáris mikorrhizagombák kedvező hatásai a növényekre

A mikorrhiza (ektó- és arbuszkuáris) a szárazföldi növények 80%-ának gyökere és a mikorrhizagombák közötti szimbiózis. Az arbuszkuáris mikorrhiza jelentős szerepet játszhat a növények ásványi tápanyag-ellátásában, mert hifák hálózatát képezi, amely jelentősen megnöveli a gyökerek talajban lévő térfogatát és érintkezési felületét.

Mikorrhizoszféra kialakítása a gyökerek körül mikorrhizás termékek talajba juttatásával

Ismeretes, hogy a növényi gyökerek legfeljebb a talaj belső térfogatának 5–10%-át foglalják el; ezért a tápanyagok nagy része elérhetetlen számukra. A gombahifák vékonyabbak, mint a „működő gyökerek” vastagsága (0,2–0,3 mm), ezért magasabb a talajban való behatolási képességük és ennek megfelelően nagyobb hozzáférésük van a talajban lévő tápanyagokhoz és vízhez. A mikorrhizás termékek sikeres inokulációjakor „mikorrhizoszféra” alakul ki, amely megkönnyíti a gyökerek számára nehezen hozzáférhető foszfor és számos mikrotápanyag ellátását. A Glomus spp. a legelterjedtebb arbuszkuáris mikorrhizagombák nemzetsége, amely szélesebb és szűkebb specializációjú fajokat tartalmaz konkrét növényfajok irányába.

A 3. Ökoséma keretében engedélyezett termékek listája biológiai trágyázásra

A mikroorganizmusok említett kedvező hatásai alapot adnak a vállalkozásoknak arra, hogy megfelelő mikrobális biostimulánsokat fejlesszenek és kínáljanak az agrárpiacon. A Bulgáriában engedélyezett, nitrogénkötő képességet bejelentő mikrobális termékek közül néhányat a táblázat mutat be.

A Bulgáriában engedélyezett termékek listáján szereplő mikrobális biostimulánsok (2022)