Talajbaktériumok és biostimulátorok

Kategória: Növényvédelem | Szerző: Daoda Zoltán, szakmai igazgató AGRO.bio Hungary Kft., 2019/04/11

1. ábra. PGPR (növényi növekedést támogató) baktériumtörzs
(Forrás: soil-net.com)

A növekvő szervesanyag-deficit miatt is az elmúlt két évtizedben hazánkban jelentős szerepet kaptak a talajmikrobiológiai termékek, amelyek talajbaktériumokat, hiperparazita gombákat, arbuszkuláris mikorrhiza gombákat és legújabban talajalgákat tartalmaznak. E termékek fontos szereppel bírnak a termőtalajok lecsökkent mikroszervezetei létszámának lépésről lépésre történő folyamatos növelésében.

Mikrobiológiai talajoltó anyagok

A mikrobiológiai talajoltó anyagokat legtöbbször baktériumtrágyaként emlegetik, pedig ez a fogalom meglehetősen félrevezető. Miért? Ezeknél a különböző formában élő mikroorganizmusokat tartalmazó készítményeknél jóval többről van szó, mint adott mennyiségű és tápelemtartalmú trágyákról. A termékekben található törzsek légköri nitrogént kötnek meg, foszfort, káliumot mobilizálnak, hormonokat, enzimeket, biokontroll hatású vegyületeket vagy talajszerkezet-építő poliszacharidokat (cukrok) választanak ki, amelyek mennyisége előre nem meghatározható. Ráadásul saját biológiai aktivitásuk mellett az őshonos mikroflóra stimulálásával sokkal összetettebb és sokrétűbb módon fejtik ki hatásukat, mint az „egyszerű” tápanyagok. Támogatják, segítik a termesztett növényeket abban, hogy magasabb termést érjenek el. Azaz a terméspotenciál jobb kihasználását teszik lehetővé.

A mikrobiológiai oltóanyagok magyar és nemzetközi meghatározása is inkább (helyesen!) azok biostimulátor jellegét emeli ki:

„Olyan élő mikroorganizmusokat tartalmazó készítmények, amelyek a vetőmagra, a növényre vagy a talajba juttatva a növényi növekedést segítik a tápanyagok felvehetőségének javításával, a gyökértömeg és a növény tápanyagfelvevő kapacitásának növelésével, illetve a komposztálási folyamatokat támogatják, a talaj termékenységét javítják.”

A készítmények túlnyomó többségében hasznos, ún. PGPR (növényi növekedést támogató talajbaktérium (lásd fotó [soil-net.com]) baktériumtörzsek találhatók.

Ezek közös jellemzője, hogy megfelelő körülmények között könnyen szaporíthatók, bár a gyártás során számos technológiai követelmény betartására van szükség ahhoz, hogy állandó minőségű és stabil teljesítményű legyen a késztermék.
A talajoltó anyagok számunkra hasznos tevékenységeit, az ún. kumulatív (összegzett) hatásait a következőképpen csoportosítjuk:

• felvehető tápelemek biztosítása (nitrogénkötés, illetve tápelem-mobilizálás);
• biológiailag aktív szerves anyagok termelése (enzimek, vitaminok, hormonok, aminosavak stb.);
• biokontroll (pl. sziderofórok, antibiotikum termelése);
• cellulózbontás és talajszerkezet-építés (ezt egy későbbi cikkben mutatjuk be).

A mikrobiológiai oltóanyagok egyik jellemző felhasználása a talajoltás, aminek alkalmával az oltóanyag a gyökérzónában fejti ki a hatását, tehát elsődlegesen a növény fejlődésének támogatása a cél. Ezt az agrotechnikával úgy tudja a termelő támogatni, hogy az oltóanyagot a lehető legnagyobb koncentrációban juttatja a gyökérzónába, azaz a vetésmélység +1–2 cm mélyre bedolgozza vetés előtt, vagy a vetőbarázdába adja ki a vetéssel egy menetben. A csírázó mag gyököcskéjét így tudják a készítményben lévő törzsek a lehető leghatékonyabban kolonizálni (a gyökérzónát elfoglalni és ott megtelepedni).

2. ábra. A talajoltás hatása a növényi paraméterekre
(15 DemoFarm 2016–2017)

Ahhoz, hogy a talajban életben maradjanak, populációjuk (népességük, létszámuk) növekedjen és a felhasználás céljának megfelelő feladatukat ellássák, a következő életfeltételek megléte szükséges: levegő, nedvesség, táplálék, megfelelő hőmérséklet, pH és sótartalom. Az őshonos szervezetek száma és összetétele, illetve a talajban található mérgező anyagok jelenléte szintén hatással van az oltóanyagokra.

A mikrobáktól elvárhatjuk, amit az élővilág más tagjaitól, azaz

• önfenntartás – táplálkozás, életfolyamatok (pl. légzés);
• létfenntartás – szaporodás, önvédelem;
• környezeti interakciók – alkalmazkodás, anyagcsere.

A fent felsorolt (élet)tevékenységek „mellékterméke”, hogy a talaj biológiai minősége olyan mértékben változik meg, amely a növénytermesztés számára már hasznos mértéket jelent.

A mikrobák a talaj ún. táplálékhálójának fontos elemei. Elsősorban az elhalt növényi maradványok lebontásában játszanak fontos szerepet, amelynek során a cellulóz, a lignocellulóz, a hemicellulóz, a pektin és a lignin bontásával alapvető táplálék- és energiaforrás, azaz cukor keletkezik, amelyet aztán a talajlakók közössége fogyaszt el. A mikroorganizmusok egyéb lényeges táplálékforrásai a növények gyökerei által kiválasztott szerves anyagok, amelyeket elfogyasztva és átalakítva aztán visszajuttatnak a gyökérzónába, de most már a növény számára szükséges formában (pl. hormonok, vitaminok, enzimek). Ez a fajta „anyagcsere” a rizoszféra (gyökérzóna, azaz a gyökér közvetlen környezete – összetétele a rajzon látható) lakói, elemei együttélésének eredménye.

A mikrobák a gyökér által kiválasztott táplálék fejében nem annak átalakított változatát, hanem más, a növény számára szükséges anyagokat biztosítanak (pl. foszfor, kálium mobilizálása).

Különleges „szolgáltatása” a talaj mikróbáinak az ún. mikrobiológiai önvédelem vagy biokontroll. Ennek során a mikroorganizmusok saját magukat, életterüket és táplálékforrásukat védik meg a talajban élő káros szervezetektől. A védekezés jól bevált módja olyan másodlagos anyagcseretermékek termelése, mint például az antibiotikumok, vagy a sziderofór vegyületek. Ez utóbbiak a kelátot képezve megkötik a gyökérzónában a Fe3+ iont, amely a kórokozók számára azok szaporodásához és egyes enzimeik működéséhez elengedhetetlen. A megkötött vasat azután a növény számára adják tovább, ami a többi tápelemmel együtt a gyökerén keresztül veszi fel azt. A cellulózbontó törzsek is végeznek biokontroll tevékenységet, amikor az elhalt növényi részeken táplálkozó káros mikroszervezetek életterét csökkentik a szerves anyag bontásával.

3. ábra. A rizoszféra, avagy gyökérzóna, a gyökér közvetlen környezete

A leggyakrabban használt termékekben lévő talajbaktériumtörzsek

I. Nitrogénkötők: Azotobacter, Azospirillum, Rhizobium

1. Azotobacter

• Nagyméretű, ovális sejtek;
• pálcák, coccusok, kokkoid formáig is változhat;
• egyedül vagy párosával fordul elő;
• endospórát nem képez, de mikrocisztát igen;
• optimális hőmérsékletük: 20– 30 °C (in vitro);
• víz/talajban élnek;
• minimum pH 4,5, a jól levegőzött talajt kedveli.

Néhány faj: A. vinelandii; A. chrococcum; A. agilis; A. beijerinckii; A. salinestris; A. tropicalis.

A növények a légköri N2-hez csak N-kötésre képes mikroorganizmusok működése által juthatnak. A biológiai N-kötés terméke az ammónia, amelyet a növény aminosavakba, majd fehérjékbe épít, vagy raktároz más N-tartalmú vegyületek formájában.

A talajban szabadon élnek, nem alkotnak együttélést növénnyel, ezért a N-kötés során termelt ammóniát a növények csak kisebb-nagyobb veszteséggel tudják hasznosítani.

Az azotobacterek növényi növekedést serkentő anyagokat, hormonokat is termelnek: auxinokat, gibberellin- és citokininszerű anyagokat. Jótékony hatásukat a magvak csírázóképességére, a növények növekedésére, a termésmennyiségre, a takarmánynövények beltartalmára, valamint gabonanövények esetében a kalászméretre, a szemek minőségére és mennyiségére is kifejtik.

Oltásukkal mégis akár 8–12%-os termésnövekedést is el lehet érni, ez elsősorban a baktérium nagy biomassza (sejttömeg) termelő kapacitásának köszönhető, melyhez hozzájárul a növekedésserkentő hormon termelése, nitrátredukciós képessége és a biológiai N-kötés is.

Kedvező hatásukat tovább növeli, ha keverten oltjuk foszfátoldó Pseudomonas és Bacillus, valamint fitostimulátor hatású Azospirillum fajokkal. A kezelt növények N- és P-felvétele, szárazanyagtartalma és szemtermése meghaladja az egyedi oltóanyagokkal elérhető hatások összegét, a növény számára nyújtott kiegyensúlyozottabb tápanyagellátás révén.

2. Azospirillum

• Szabadon élő, nitrogénkötő mikroorganizmusok;
• sejtjei spirillum alakúak, poláris flagellummal mozognak;
• Gram-negatív baktérium;
• aerobok, mikroaerofilek;
• képes cisztát alkotni és aggregálódni;
• extracelluláris poliszacharidokat termel.

Képviselői: A. amazonense; A. brasilense; A. canadense; A. lipoferum; A. oryzae.

3. Rhizobium

• Szimbióta nitrogénkötő baktérium;
• aerob, spórát nem képez;
• könnyen szaporítható in vitro;
• a sejtek kicsik (0,5–0,9 × 1,2–3,0 µm);
• Gram-negatív, pálca;
• mozgásképesek;
• extracelluláris poliszacharidot termelnek;
• hajszálgyökereken történő behatolásra a gazdanövény felgyorsított sejtosztódással válaszol: gyökérgümőképzés.

Néhány képviselője: R. alamii; R. alkalisoli, R. borbori; R. etli; R. leguminosarum; R. mediterraneum; R. phaseoli; R. japonicum; R. tibeticum.

II. Foszformobilizálók

1. Pseudomonas fluorescens

A Pseudomonas sp. általánosan elterjedt biokontroll hatású, sziderofórtermelő és foszformobilizáló talajbaktérium.

• Aerob,
• Gram-negatív,
• mozgó,
• pálca,
• sziderofortermelés.

Fontosabb fajok: P. fluorescens, P. putida

A mikrobiális biokontroll folyamat során olyan hasznos mikroorganizmusok szaporodnak fel a talajban, amelyek kompetitív (versengő) módon kiszorítják a káros organizmusokat a növekedésükhöz szükséges tápanyagforrás felhasználásával, esetleg olyan metabolit molekulát termelnek, amely közvetlenül vagy közvetve gátolja a patogén organizmusok felszaporodását, vagy éppen a növény immunrendszerét készíti fel a védekezésre. Ilyen anyagok lehetnek a különböző antibiotikumok, de ide tartoznak a szideroforok is.

A szideroforok olyan kelátképző oligopeptidek, amelyek a talajból felvehető vasat képesek megkötni, így más szervezetek – köztük a fitopatogén fonalas gombák – szaporodásához szükséges hozzáférhető vas hiányában gátlást szenvednek. A Pseu­do­monas fluorescens UV-fényben fluoreszkáló festékével képes a vasat felvenni, így a növénykórokozó gombák (pl. Fusarium) növekedését visszaszorítani.

2. Bacillus megaterium

• Gram+, obligát aerob, spóraképző;
• általában jól szaporíthatóak;
• foszfor (PO4) mobilizálás;
• celluláz aktivitás.

Talajoltás szempontjából jelentős fajok: B. cereus, B. megaterium.

   
4. ábra. A Pseudomonas fluorescens mikroszkópos képe. A jobb oldalon a paradicsom gyökerén kialakult mikrokolonizáció látható. (Piros a növény gyökérzete, zöld színű a baktérium)

III. Káliummobilizálók

1. Bacillus circulans

Szilikátoldó baktériumok: Az ásványi kálium a növény növekedése és egészsége szempontjából igen fontos elem, számos biológiai funkcióban vesz részt. A talaj tápanyagai közül a nitrogén után káliumból igényel legtöbbet a növény, elsősorban a termés érésekor. A talajok összkálium-tartalma általában magas, a kálium-ion azonban – a komplexbe zárt vegyületekben – a növény számára hozzáférhetetlen. A növények az ásványi káliumot nem tudják közvetlenül hasznosítani, csak az ásványok mállása és a káliumnak a talajvízben való oldódása után. Sok káliumot tartalmaznak a szilikát ásványok, mint például a csillámpala, az apatit és a földpát, vagy a porcelángyártáshoz használt illit agyagásvány.

A termőtalajokban előforduló szilikát ásványokból bakteriális lebontással nagy mennyiségű oldott kálium kerülhet a talajba. A legismertebb szilikát ásványokat oldó „szilikát” baktériumok a Bacillus nemzetségbe tartoznak, például a Bacillus circulans, B. edaphicus, B. mucilaginosus, amelyek sejtjeiket speciális exopoliszacharidokkal vonják be. Az ásványok első lépésben a baktériumokat beborító speciális exopoliszacharidokhoz kötődnek, majd ebben a mikrokörnyezetben a savas közeg és enzimolízis oldja a káliumot az ásványokból.

• Gram+, obligát aerob, spóraképző;
• általában jól szaporíthatóak;
• káliummobilizálás;
• cellulázaktivitás.

Talajoltás szempontjából jelentős fajok: B. circulans, B. subtilis.

Mi a biostimulálás?

A biostimuláló termékeknek, és magának a biostimulálásnak ma még nincs elfogadott definíciója, de számos meghatározását olvashattuk/hallhattuk már.
Szerintem az okszerű biostimulálás egy folyamat, amelynek során a növény élettani (bio) folyamatait aktiváljuk (stimuláljuk) olyankor, amikor azok valamilyen külső vagy belső tényezők miatt önmaguktól nem vagy nem kellő mértékben funkcionálnak.

A biostimulátor olyan természetes eredetű, élő algasejteket és/vagy növényi kivonatokat, szerves anyagokat, vitaminokat tartalmazó készítmény, melynek célja a növény életciklusaihoz igazodóan (gyökeresedés vagy virágzás) a kondíció fokozása, a minőség javítása.

Hogyan biostimuláljunk? Csak sebészi pontossággal a növényélettan alapján szabad!
A Scenedesmus élőalga terméke makro- és mikroelemek, aminosavak, zsírsavak mellett nagy mennyiségben tartalmazza az algasejtek által termelt növényi hormont, a citokininek csoportjába tartozó kinetint. A növényi hormonok kultúrnövényeinkre gyakorolt hatása függ az egymáshoz viszonyított arányuktól. A növény egyes fázisaiban az auxin (IES) és a citokinin (kinetin) aránya változik.

Magas kinetinkon­cent­ráció (alacsony auxin­kon­cent­rá­ció mellett) esetében a hajtások növekedését tudjuk indukálni, magas auxin­koncentráció (alacsony ki­ne­tinkoncentráció mellett) esetében inkább a gyökerekét. A kinetin főleg a sejtek oldalirányú (pl. gyökérnyak vastagsága stb.), az auxin a sejtek hosszirányú megnyúlását (pl. kalászosok, napraforgó szárba szökkenése stb.) indukálják.

   
5 ábra.
A növényi hormonok (auxin [IES] és citokinin [kinetin]) hatása kultúrnövényeinkre az egyes növekedési fázisokban

A Scenedesmus élőalga használata kifejezetten ajánlatos akkor, amikor valamilyen külső tényező miatt – mint például a talajok hirtelen lehűlése, kórtani problémák, gyenge tavaszi indulás, fejlődésben való lemaradás stb. – megáll vagy lassul a növény fejlődése.

A hormontartalmú biostimulátorok alkalmazásánál figyelni kell, hogy az egyes termékekben milyen és mennyi növényihormon-tartalom van, aminek stimmelnie kell a növény pillanatnyi fejlődési igényével.

   
6. ábra. A bal oldali képen a hideg talajon a jellegzetes P-hiány tünetét mutató kukorica. A jobb oldali képen 12 nappal a Scenedesmus élőalgás kezelés után.
(Hideg talajon lelassul a gyökérnövekedés, így a citokininszintézis is.
Ezt pótolja levélen keresztül a Scenedesmus élőalga. Az eredmény magáért beszél.)

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai