Микробный инокулянт - Microbial inoculant

Микробные инокулянты, также известные как почвенные инокулянты или биоинокулянты, представляют собой сельскохозяйственные добавки , в которых используются полезные ризосферные или эндофитные микробы для улучшения здоровья растений. Многие из вовлеченных микробов образуют симбиотические отношения с целевыми культурами, в которых выигрывают обе стороны ( мутуализм ). Хотя микробные инокулянты применяются для улучшения питания растений, их также можно использовать для стимулирования роста растений за счет стимуляции выработки растительных гормонов.

Исследования преимуществ модификаторов в сельском хозяйстве выходят за рамки их возможностей в качестве биоудобрений . Микробные инокулянты могут вызывать системную приобретенную устойчивость (SAR) сельскохозяйственных культур к нескольким распространенным болезням сельскохозяйственных культур (обеспечивают устойчивость к патогенам). До сих пор SAR было продемонстрировано мучнистой росой ( Blumeria graminis е. Зр. Hordei , Heitefuss, 2001), получает все ( Gaeumannomyces graminis вар. Tritici , Khaosaad и др. , 2007), пятнистость листьев ( Pseudomonas syringae , Рамос Solano и др al. , 2008) и корневой гнилью ( Fusarium culmorum , Waller et al. 2005).

Кроме того, все шире признается, что микробные инокулянты часто изменяют микробное сообщество почвы (Mawarda et al. , 2020), что следует принимать во внимание.

Бактериальный

Ризобактериальные инокулянты

В ризобактерий , обычно применяемые в качестве модификаторов включают азот-закрепители, фосфатно-солюбилизаторы и другие корневые-ассоциированные полезные бактерии , которые повышают доступность азота и фосфора макроэлементов в растения - хозяина. Такие бактерии обычно называют ризобактериями, способствующими росту растений (PGPR).

Азотфиксирующие бактерии

Наиболее часто используемые ризобактерии - это Rhizobium и близкородственные роды. Rhizobium - это азотфиксирующие бактерии, которые образуют симбиотические ассоциации в клубеньках на корнях бобовых . Это увеличивает азотное питание хозяев и важно для выращивания сои, нута и многих других зернобобовых культур. Для не зернобобовых культур, Azospirillum было продемонстрировано , чтобы быть полезными в некоторых случаях для фиксации азота и питания растений.

Для зерновых культур диазотрофные ризобактерии увеличивают рост растений, урожайность зерна (Caballero-Mellado et al. , 1992), поглощение азота и фосфора и азота (Caballero-Mellado et al. , 1992), фосфор (Caballero-Mellado et al. , 1992; Белимов и др. , 1995) и содержания калия (Caballero-Mellado et al. , 1992). Ризобактерии живут в корневых узлах и связаны с бобовыми.

Фосфатсолюбилизирующие бактерии

Для улучшения фосфорного питания внимание также привлекло использование фосфатсолюбилизирующих бактерий (PSB), таких как Agrobacterium radiobacter (Belimov et al. , 1995a; 1995b; Singh & Kapoor, 1999). Как следует из названия, PSB - это свободноживущие бактерии, которые расщепляют неорганические фосфаты почвы до более простых форм, которые позволяют усваиваться растениями.

Грибковые инокулянты

Симбиотические отношения между грибами и корнями растений упоминаются как ассоциация микоризы . Эти симбиотические отношения присутствуют почти у всех наземных растений и дают растениям и грибам преимущества для выживания. Растение может отдавать грибам более 5-30% своей энергии в обмен на увеличение площади поглощения корней гифами, что дает растениям доступ к питательным веществам, которые в противном случае они не смогли бы получить. Двумя наиболее распространенными микоризами являются арбускулярная микориза и эктомикориза . Ассоциации эктомикоризы чаще всего встречаются у древесных пород и имеют меньшее значение для сельскохозяйственных систем.  

Арбускулярная микориза

На этой диаграмме показаны благоприятные симбиотические отношения между корнями растений и партнером-грибком, которые называются ассоциацией микоризы . Растения могут отдавать более 5-30% своей фотосинтетической продукции этой взаимосвязи, представленной буквой G, в обмен на повышенное поглощение питательных веществ через гифы , которые увеличивают площадь поглощения корней растений, предоставляя им доступ к питательным веществам, которые в противном случае были бы невозможны. для достижения, который представлен буквами N и P.

Арбускулярная микориза (AM) привлекла внимание как потенциальная сельскохозяйственная поправка из-за ее способности получать доступ и обеспечивать фосфор растения-хозяина. В тепличной системе с пониженным удобрением, засеянной смесью грибов AM и ризобактерий , урожай томатов при 100% плодовитости достигался при плодовитости 70%. Это 30% -ное сокращение внесения удобрений может помочь в уменьшении загрязнения питательными веществами и помочь продлить исчерпаемые минеральные ресурсы, такие как фосфор ( пиковый фосфор ). Другие эффекты включают повышение устойчивости к засолению , засухе и устойчивости к токсичности следов металлов.

Грибковые партнеры

Одна только инокуляция грибов может принести пользу растениям-хозяевам. Прививка в сочетании с другими добавками может еще больше улучшить условия. Инокуляция арбускулярной микоризой в сочетании с компостом - обычная домашняя поправка для личных садов, сельского хозяйства и питомников. Было замечено, что это сочетание может также способствовать микробным функциям в почвах, пострадавших от добычи полезных ископаемых .

Некоторые грибковые партнеры лучше всего работают с определенными экотонами или с определенными культурами. Инокуляция арбускулярной микоризы в сочетании с бактериями, способствующими росту растений, привела к более высокому урожаю и более быстрому созреванию рисовых полей на возвышенностях.

Рост кукурузы улучшился после внесения поправки на арбускулярную микоризу и биоугля . Эта поправка также может снизить поглощение кадмия растениями.

Использование модификатора

Грибковые инокулянты можно использовать с дополнительными поправками или без них в частных садах, приусадебных участках, в сельскохозяйственном производстве, местных питомниках и проектах по восстановлению земель.

Комбинированные модификаторы

Было показано, что комбинация штаммов ризобактерий, способствующих росту растений (PGPR), приносит пользу для риса и ячменя. Основным преимуществом двойной инокуляции является повышенное усвоение растениями питательных веществ как из почвы, так и из удобрений. Было также продемонстрировано, что множественные штаммы инокулянта увеличивают общую нитрогеназную активность по сравнению с отдельными штаммами инокулянтов, даже если только один штамм является диазотрофным .

Комбинация PGPR и арбускулярной микоризы может быть полезна для увеличения роста пшеницы в бедных питательными веществами почв и улучшения извлечения азота из удобренных почв.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

  • Bashan, Y. & Holguin, G. (1997), Взаимоотношения между азоспириллами и растениями: экологические и физиологические достижения (1990-1996), Canadian Journal of Microbiology 43, 103-121.
  • Bashan, Y., Holguin, G. & E., D.-BL (2004) Взаимоотношения между азоспириллой и растением: физиологические, молекулярные, сельскохозяйственные и экологические достижения (1997-2003). Канадский журнал микробиологии, 50, 521-577.
  • Белимов, А.А., Кунакова, А.М., Васильева, Н.Д., Груздева, Е.В., Воробьев, Н.И., Кожемяков, А.П., Хамова, О.Ф., Поставская, С.М., Сокова, С.А. (1995b) Взаимосвязь между выживаемостью ассоциативных азотфиксаторов на корнях и реакция урожайности растений на инокуляцию. FEMS Microbiology Ecology, 17, 187-196.
  • Кабальеро-Мелладо, Дж., Каркано-Монтиель, М.Г. и Маскаруа-Эспарса, М.А. (1992), Полевая инокуляция пшеницы (triticum aestivum) азоспирилл бразильской в ​​умеренном климате, Симбиоз, 13, 243-253.
  • Gutierrez Manero, FJ (2008) Системная защита от болезней, вызванная штаммами ризобактерий, способствующих росту растений: взаимосвязь между метаболическими ответами, системной защитой от болезней и биотическими элиситорами. Фитопатология, 98 (4), 451-457.
  • Heitefuss, R. (2001) Защитные реакции растений на грибковые патогены: принципы и перспективы на примере мучнистой росы на зерновых культурах. Naturwissenschaften, 88, 273–283.
  • Khammas, KM & Kaiser, P. (1992) Разложение пектина и связанная азотфиксация смешанными культурами видов Azospirillum и Bacillus. Канадский журнал микробиологии, 38, 794-797.
  • Khaosaad, T., Garcia-Garrido, JM, Steinkellner, S. & Vierheilig, H. (2007) В корнях микоризных растений ячменя систематически снижается заболеваемость всеми болезнями. Биология и биохимия почвы, 39, 727-734.
  • Липпи Д., Каччиари И., Пьетрозанти Т. и Пьетрозанти В. (1992) Взаимодействие между азоспириллами и Arthrobacter в диазотрофной смешанной культуре. Симбиоз, 13, 107-114.
  • Mawarda, PC, Le Roux, X., van Elsas, JD & Falcao Salles J. (2020) Преднамеренное внедрение невидимых захватчиков: критическая оценка воздействия микробных инокулянтов на микробные сообщества почвы. Биология и биохимия почвы, 148, 107874.
  • Нгуен, Т.Х., Кеннеди, И.Р. и Раули, Р.Дж. (2002) Реакция выращенного в поле риса на инокуляцию мультиштаммовым биоудобрением в районе Ханоя, Вьетнам. IN IR Kennedy & ATMA Choudhury (Eds.) Биоудобрения в действии. Бартон, ACT, Корпорация исследований и развития сельской промышленности.
  • Rabie, GH & Almadini, AM (2005) Роль биоинокулянтов в развитии солеустойчивости растений Vicia faba в условиях солевого стресса. Африканский журнал биотехнологии, 4 (3), 210-222.
  • Рамос Солано, Р., Барриузо Майкас, Дж., Перейра де ла Иглесиа, М. Т., Доменек, Дж. И
  • Салливан П. (2001) Альтернативные поправки к почве. Соответствующая передача технологий для сельских районов, Национальный центр соответствующих технологий. https://web.archive.org/web/20081011174000/http://www.attra.ncat.org/attra-pub/PDF/altsoil.pdf
  • Валлер, Ф., Ахатц, Б., Балтрушат, Х., Фодор, Дж., Беккер, К., Фишер, М., Хейер, Т., Хакельховен, Р., Нойман, К., фон Веттштейн, Д. , Franken, P. & Kogel, K.-H. (2005) Эндофитный гриб Piriformis indica перепрограммирует ячмень до устойчивости к солевому стрессу, устойчивости к болезням и повышения урожайности. Слушания Национальной академии наук, 102 (38), 13386-13391.

внешние ссылки